JP2003290800A - 汚泥処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥に超音波処理を施す際の超音波振動子と
無機性懸濁物質との接触を回避することにより、超音波
振動子の長寿命化を図るとともに、汚泥中の有機性懸濁
物質に対する超音波照射効率を向上させることができる
汚泥処理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 中心部に超音波振動子１４を有する筒状
の超音波処理槽１１に旋回流発生手段である螺旋状突出
片１５を設けて汚泥を旋回流として流し、そのときに発
生する遠心力によって汚泥中の無機性懸濁物質を槽の壁
面に沿うように流すことにより、超音波振動子に無機性
懸濁物質が接触することを回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚泥処理方法及び
装置に関し、詳しくは、下水、産業排水、畜産排水等を
処理する水処理施設で発生した汚泥に超音波によって処
理する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、下水、産業排水、畜産排水等の
廃水の処理には生物処理が用いられており、生物学的な
ＢＯＤ成分の除去に伴って多量の余剰汚泥が排出されて
いる。この汚泥は、砂分等の無機性懸濁物質と、主に微
生物からなる有機性懸濁物質とで構成されており、近
年、該汚泥中の微生物を物理的、化学的、生物的、ある
いはこれらを組合わせた方法で破砕して廃水処理に返送
する汚泥減量化や汚泥処理の高効率化が提案されてい
る。

【０００３】汚泥中の微生物を破壊する物理的手段とし
ては、汚泥に超音波を照射した際に発生するキャビテー
ションの効果によって微生物細胞を破壊する超音波処理
法や、ミルと微生物との摩擦によって細胞を破壊するミ
ル破砕法（特開平１１−１５６３９４号）が提案されて
いる。また、化学的手段としては、オゾンや酸等の強力
な酸化作用を利用して微生物の細胞を破壊するオゾン処
理法（特許第２９７３７６１号）や薬品処理法が提案さ
れている。さらに、生物的手段として、高温の好気性条
件下で生育する特殊な微生物（好気性好熱細菌）が出す
酵素により微生物細胞を溶解させて破壊する方法（特開
平９−２５３６９９号）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの微生物細胞の
破壊方法の中で、超音波処理は従来から様々な分野で利
用されており、微生物細胞の破砕手段として早くから注
目されていたにもかかわらず、汚泥に対する実用例はほ
とんど報告されていない。この理由の一つに、汚泥中に
含まれる砂分等の無機性懸濁物質との接触によって汚泥
中に設置した超音波振動子の摩耗が激しく、超音波振動
子の寿命が短くなって交換を頻繁に行わなければならな
いため、ランニングコストが増大するという問題が挙げ
られる。

【０００５】そこで本発明は、水処理過程で発生する初
沈汚泥や余剰汚泥に超音波処理を施す際の超音波振動子
と無機性懸濁物質との接触を回避することによって超音
波振動子の長寿命化を図れるとともに、汚泥中の有機性
懸濁物質に超音波を効率よく照射することができる汚泥
処理方法及び装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の汚泥処理方法は、第１の構成として、水処
理工程で発生した汚泥に超音波を照射する汚泥処理方法
において、筒状流路内に前記汚泥を旋回流として流し、
汚泥に遠心力を付与することによって汚泥中に含まれて
いる無機性懸濁物質を筒状流路の壁面に沿って流しなが
ら、該筒状流路の中心部に配置した超音波振動子から前
記汚泥に超音波を照射することを特徴としている。

【０００７】また、本発明方法の第２の構成は、軸線を
傾斜させた筒状流路内に前記汚泥を流し、汚泥中に含ま
れている無機性懸濁物質を筒状流路の下部側壁面に沿っ
て流しながら、該筒状流路の上部側に配置した超音波振
動子から前記汚泥に超音波を照射することを特徴として
いる。

【０００８】さらに、本発明方法の第３の構成は、前記
汚泥を沈砂設備に導入し、該汚泥中に含まれている無機
性懸濁物質を沈殿させて汚泥中から排除した後、無機性
懸濁物質を実質的に含まない汚泥に超音波を照射するこ
とを特徴としている。

【０００９】また、本発明の汚泥処理装置は、第１の構
成として、水処理工程で発生した汚泥に超音波を照射す
る汚泥処理装置において、筒状処理槽の中心部に超音波
振動子を配置するとともに、該筒状処理槽を流れる汚泥
に遠心力を付与することにより汚泥中に含まれている無
機性懸濁物質を筒状処理槽の壁面に沿って流すための旋
回流発生手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】さらに、本発明装置の第２の構成は、筒状
処理槽の一側方に偏倚させて超音波振動子を配置すると
ともに、該超音波振動子配置部位が上部側に位置するよ
うに前記筒状処理槽を傾斜させて設置したことを特徴と
している。

【００１１】また、本発明装置の第３の構成は、超音波
振動子を備えた超音波処理槽の前段に、汚泥中に含まれ
ている無機性懸濁物質を沈殿させて汚泥中から排除する
ための沈砂設備を設けたことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の汚泥処
理装置における超音波処理槽の第１形態例を示すもの
で、図１は縦断面図、図２は横断面図である。この超音
波処理槽１１は、下部に汚泥流入口１２を、上部に汚泥
流出口１３を有する円筒形に形成されており、その中心
部上部側の軸線上に棒状又は管状の超音波振動子１４が
配置されている。そして、槽周壁の内周面には、超音波
処理槽１１の略全高にわたって螺旋状突出片１５が設け
られている。

【００１３】超音波処理槽１１の内壁に、このような螺
旋状突出片１５からなる旋回流発生手段を設けることに
より、汚泥流入口１２から超音波処理槽１１の底部に流
入した汚泥は、螺旋状突出片１５の作用によって軸線を
中心として旋回しながら上昇するような流れ、即ち旋回
流を形成しながら、筒状流路である超音波処理槽１１内
を螺旋状に上昇し、槽上部の汚泥流出口１３から流出す
る状態となる。この旋回流により、超音波処理槽１１内
を流れる汚泥に遠心力が作用し、有機性懸濁物質に比べ
て比重の大きな無機性懸濁物質が超音波処理槽１１の壁
面方向に移動する。

【００１４】したがって、無機性懸濁物質のほとんどが
壁面に沿って流れることになるので、中心部に配置した
超音波振動子１４と接触することがなくなり、超音波振
動子１４の摩耗を低減して長寿命化を図ることができ
る。しかも、超音波振動子１４の周辺における汚泥中の
有機性懸濁物質の濃度が相対的に増加することになるの
で、有機性懸濁物質（微生物）への超音波照射効率も向
上する。

【００１５】また、超音波処理槽１１に対する汚泥流入
口１２や汚泥流出口１３の接続方向を、前記旋回流に対
応した接線方向に設定することにより、汚泥の流れを円
滑にすることができる。なお、螺旋状突出片１５は、本
形態例に示したように槽全体に連続して設けることが好
ましいが、複数に分割して設けたり、あるいは、槽の一
部に設けたり、さらには、傾斜角度の異なるものを組合
わせて設置したりすることも可能である。

【００１６】図３は汚泥処理装置における超音波処理槽
の第２形態例を示す縦断面図、図４は同じく超音波処理
槽の第３形態例を示す縦断面図である。なお、以下の説
明において、前記第１形態例に示した超音波処理槽と同
一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００１７】図３に示す超音波処理槽は、汚泥流入口１
２と超音波振動子１４との間に、汚泥流入口１２から超
音波処理槽２１に流入した汚泥を旋回させて遠心力を付
与するための旋回流発生手段としてスクリュー２２を配
置している。また、図４に示す超音波処理槽は、旋回流
発生手段として、前記スクリューに代えて螺旋羽根を有
する整流部材２３を配置している。

【００１８】前記スクリュー２２及び整流部材２３の形
状は、超音波処理槽の径や流路長、汚泥の性状や流量、
流速等、その他の各種条件に応じて設定することがで
き、超音波処理槽内に流入した汚泥に十分な旋回力を与
えられるように設定すればよい。

【００１９】また、前記スクリュー２２及び整流部材２
３を回転軸に接続して回転させることも可能であり、こ
の場合、スクリュー２２の羽根、整流部材２３の羽根
は、槽軸線に対して平行な方向に形成することができ
る。さらに、スクリュー２２や整流部材２３のような旋
回流発生手段を超音波処理槽の下部に設けるとともに、
超音波処理槽の中部や上部の適当な位置に前記第１形態
例で示したような螺旋状突出片を設けるようにしてもよ
い。

【００２０】図５は、本発明の汚泥処理装置の第４形態
例を示す系統図である。この汚泥処理装置３１は、下部
に汚泥流入口１２を、上部に汚泥流出口１３を有する筒
状の超音波処理槽３２において、該超音波処理槽３２の
一側方に偏倚させた状態で超音波振動子３３を配置する
とともに、該超音波振動子３３の配置部位が上部側に位
置するように前記超音波処理槽３２を傾斜させて設置し
たものである。

【００２１】このように、適当な角度に傾斜させた超音
波処理槽３２内の流路に適当な流速で汚泥を導入するこ
とにより、有機性懸濁物質に比べて比重の大きな無機性
懸濁物質が傾斜方向下部側壁面に沿って流れる状態にな
るので、傾斜方向上部側に配置した超音波振動子３３と
無機性懸濁物質とが接触することが回避され、超音波振
動子３３の摩耗を低減して長寿命化を図ることができ
る。さらに、前記同様に、超音波振動子３３の周辺にお
ける有機性懸濁物質の濃度上昇によって超音波照射効率
も向上する。加えて、超音波処理槽３２の傾斜角度と汚
泥の流速とを適切に設定することにより、無機性懸濁物
質を槽底部に沈殿させて槽外に抜き取ることができる。

【００２２】なお、超音波処理槽３２の径や傾斜角度
は、流速等の処理条件や処理対象となる汚泥の性状等の
条件に応じて設定されるものであり、例えば傾斜角度
は、軸線を略水平な方向に向けることもできるが、通常
は、１０〜８０度、好ましくは３０〜６０度の範囲が適
当である。このとき、軸線の水平面に対する傾斜角度が
８０度を超えると、無機性懸濁物質と有機性懸濁物質と
の分離が困難となり、１０度未満にすると無機性懸濁物
質を槽底部に沈殿させることが困難となる。

【００２３】また、超音波処理槽３２の長さ方向の途中
で傾斜角度を変えることも可能であり、超音波処理槽３
２内における超音波振動子３３の位置は、傾斜方向上部
側壁面に沿わせる必要はなく、軸線に近い位置であって
もよい。

【００２４】図６は、本発明の汚泥処理装置の第５形態
例を示す系統図であって、超音波振動子４１を備えた超
音波処理槽４２の前段に、汚泥中に含まれている無機性
懸濁物質を沈殿させて汚泥中から排除するための沈砂設
備４３を設けた例を示している。

【００２５】このように、前段に設けた沈砂設備３１に
汚泥を導入してあらかじめ沈砂処理を行い、汚泥中の無
機性懸濁物質を沈殿分離することにより、超音波振動子
４１の損傷原因となる無機性懸濁物質を汚泥中から排除
することができるので、後段の汚泥を超音波処理槽４２
における超音波振動子４１の摩耗、損傷を低減すること
ができる。

【００２６】なお、沈砂設備４３は、汚泥の性状や処理
量に応じて適当な構造のものを使用することができ、通
常の水処理設備で用いられている設備を使用することが
可能である。さらに、本形態例における超音波処理槽４
２には、前記第１〜３形態例で示した旋回流発生手段を
有する超音波処理槽や、前記第４形態例で示した傾斜型
の超音波処理槽を使用することができ、この場合は、無
機性懸濁物質による超音波振動子の摩耗をより確実に回
避することができる。

【００２７】また、本発明の汚泥処理方法及び装置にお
ける超音波処理の条件は、従来から行われている超音波
処理と同様に設定することができる。例えば、被超音波
処理を施す汚泥の濃度（ＭＬＳＳ）は、通常、２０００
０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１５０００ｍｇ／Ｌ以下、
特に１００００ｍｇ／Ｌ以下が適当である。この汚泥濃
度が高すぎると超音波が汚泥全体に伝わらず、所望の処
理結果が得られないだけでなく、超音波振動子近辺の汚
泥のみが強い超音波を受けて汚泥内の微生物が破壊さ
れ、微生物体内の難分解性ＣＯＤが液相に移行して排水
処理工程に悪影響を及ぼすことがあるので好ましくな
い。

【００２８】超音波振動子における超音波の周波数は、
１５〜５０ｋＨｚ、好ましくは１５〜４０ｋＨｚ、特に
２０〜３０ｋＨｚが適当である。この周波数が低すぎる
と十分な処理効果が得られず、高すぎると汚泥中の微生
物が破壊されてしまうので好ましくない。

【００２９】また、超音波の強度は、照射対象となる汚
泥の量や濃度に応じて適当に設定されるものであるが、
一般的には、５〜１００ｋＷｓ／Ｌ、好ましくは１０〜
８０ｋＷｓ／Ｌ、特に２０〜６０ｋＷｓ／Ｌが適当であ
る。この超音波強度が小さすぎると、十分な効果が得ら
れないことがあり、あまり高くしても、強度に比例した
効果が得られるものではない。

【００３０】これらの各条件、すなわち、汚泥濃度、超
音波周波数、超音波強度、超音波照射汚泥量は、各々が
各条件の要素となっており、処理にかかるコスト、処理
時間等を考慮し、効率の良い条件に適宜変更することが
できる。また、図５，図６に示したように、比較的小型
の超音波処理槽を直列に複数段設置することによって超
音波照射効率を向上させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
汚泥の超音波処理を施す際に、汚泥中の砂分等の無機性
懸濁物質が超音波振動子と接触することを回避できるの
で、超音波振動子の摩耗を低減して長寿命化を図れると
ともに、超音波処理の対象となる汚泥中の有機性懸濁物
質に対する超音波照射効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の汚泥処理装置における超音波処理槽
の第１形態例を示す縦断面図である。

【図２】 同じく横断面図である。

【図３】 汚泥処理装置における超音波処理槽の第２形
態例を示す縦断面図である。

【図４】 汚泥処理装置における超音波処理槽の第３形
態例を示す縦断面図である。

【図５】 本発明の汚泥処理装置の第４形態例を示す系
統図である。

【図６】 本発明の汚泥処理装置の第５形態例を示す系
統図である。

【符号の説明】

１１…超音波処理槽、１２…汚泥流入口、１３…汚泥流
出口、１４…超音波振動子、１５…螺旋状突出片、２１
…超音波処理槽、２２…スクリュー、２３…整流部材、
３１…汚泥処理装置、３２…超音波処理槽、３３…超音
波振動子、４１…超音波振動子、４２…超音波処理槽、
４３…沈砂設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 正季 東京都中央区京橋１丁目３番３号 前澤工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D059 AA04 AA05 BE31 BE37 BE51 BK12 BK22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理方法において、筒状流路内に前記汚泥を
   旋回流として流し、汚泥に遠心力を付与することによっ
   て汚泥中に含まれている無機性懸濁物質を筒状流路の壁
   面に沿って流しながら、該筒状流路の中心部に配置した
   超音波振動子から前記汚泥に超音波を照射することを特
   徴とする汚泥処理方法。
2. 【請求項２】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理方法において、軸線を傾斜させた筒状流
   路内に前記汚泥を流し、汚泥中に含まれている無機性懸
   濁物質を筒状流路の下部側壁面に沿って流しながら、該
   筒状流路の上部側に配置した超音波振動子から前記汚泥
   に超音波を照射することを特徴とする汚泥処理方法。
3. 【請求項３】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理方法において、前記汚泥を沈砂設備に導
   入し、該汚泥中に含まれている無機性懸濁物質を沈殿さ
   せて汚泥中から排除した後、無機性懸濁物質を実質的に
   含まない汚泥に超音波を照射することを特徴とする汚泥
   処理方法。
4. 【請求項４】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理装置において、筒状処理槽の中心部に超
   音波振動子を配置するとともに、該筒状処理槽を流れる
   汚泥に遠心力を付与することにより汚泥中に含まれてい
   る無機性懸濁物質を筒状処理槽の壁面に沿って流すため
   の旋回流発生手段を設けたことを特徴とする汚泥処理装
   置。
5. 【請求項５】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理装置において、筒状処理槽の一側方に偏
   倚させて超音波振動子を配置するとともに、該超音波振
   動子配置部位が上部側に位置するように前記筒状処理槽
   を傾斜させて設置したことを特徴とする汚泥処理装置。
6. 【請求項６】 水処理工程で発生した汚泥に超音波を照
   射する汚泥処理装置において、超音波振動子を備えた超
   音波処理槽の前段に、汚泥中に含まれている無機性懸濁
   物質を沈殿させて汚泥中から排除するための沈砂設備を
   設けたことを特徴とする汚泥処理装置。