JP2004188379A - Sludge treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理により発生する汚泥中の有機物の大幅な減量を可能とする汚泥処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の汚泥減量化技術には、生物・化学的汚泥処理と、物理的汚泥処理があり、生物・化学的汚泥処理は化学薬品等を使用し短時間(8時間程度)で処理するもので大容量の汚泥処理に向いており、物理的汚泥処理は超音波等を利用して長時間(24時間程度)を掛けて処理するもので小容量の汚泥処理に向いている(特許文献1、特許文献2参照)。そして例えば特許文献2の処理技術では、有機性汚水を好気性生物処理槽で処理し、沈殿槽で固液分離して処理水と汚泥とを得る。この汚泥を返送汚泥として好気性生物処理槽に循環するとともに、一部を余剰汚泥として貯留槽に導入する。貯留槽ではその汚泥を超音波発振子から発振される超音波を用いて可溶化処理を行い、可溶化汚泥として好気性生物処理槽に返して生物分解を行うことにより、汚泥を減容する方法が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−345192号公報
【特許文献2】
特開平11−128975号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の超音波発振装置は、生物処理槽への負荷を考慮した運転を提案するものではなく、超音波振動子の長寿命化、低消費電力でコンパクトな装置を図ることは提案されていない。
【0005】
そこで、本発明は、超音波照射の適正化を図り、処理効率がよく超音波振動子の長寿命化を図ることのできる装置を提供することを目的とする。
特に、本発明は、生物処理槽への負荷を考慮した運転を実現することで省エネルギーと超音波振動子の長寿命化を実現することを目的とする。
また、本発明は、低消費電力でコンパクトな装置を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明の汚泥処理装置は、排水の生物処理法において、汚泥の一部を超音波処理装置に導入し、前記超音波処理装置にて超音波処理した前記汚泥を生物処理法による生物処理槽に移送する汚泥処理装置であって、前記超音波処理装置では、単位時間当たりの超音波照射時間を決定し、決定した照射時間に基づいて周期的に超音波を発振することを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の汚泥処理装置において、前記超音波処理装置に導入する汚泥の流量と超音波振動子の定格出力及び超音波照射レベルとから定格超音波照射量を算出し、指示された超音波照射量となるように前記超音波照射時間を決定することを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載の汚泥処理装置において、一日を複数の時間帯に区分して、それぞれの時間帯によって前記超音波照射時間を異ならせることを特徴とする。
請求項4記載の本発明の超音波処理装置は、排水の生物処理法において、汚泥の一部を導入し、超音波処理した汚泥を生物処理法による生物処理槽に移送する超音波処理装置であって、超音波振動子をそれぞれ備えた超音波処理槽を複数備え、それぞれの前記超音波処理槽を、高低差を持たせて配置し、汚泥を上方に位置する前記超音波処理槽から順に下方に位置する前記超音波処理槽に流出することを特徴とする。
請求項5記載の本発明の超音波処理装置は、排水の生物処理法において、汚泥の一部を導入し、超音波処理した汚泥を生物処理法による生物処理槽に移送する超音波処理装置であって、超音波処理槽に超音波振動子と紫外線照射手段とを備え、前記紫外線照射手段を前記超音波振動子よりも汚泥の下流側に配置したことを特徴とする。
請求項6記載の本発明の超音波処理槽は、排水の生物処理法において、汚泥の一部を導入し、超音波処理した汚泥を生物処理法による生物処理槽に移送する超音波処理槽であって、第1の槽と第2の槽を堰によって区分し、前記第1の槽に汚泥の流入口と超音波振動子を備え、前記第2の槽に汚泥の流出口を備え、前記超音波振動子を前記堰の下方に、その放射面が鉛直方向と平行に向くように取り付けられ、前記超音波振動子の取り付けられた面と対向する反射壁に前記流入口を設けたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項6に記載の超音波処理槽において、前記紫外線照射手段を、前記堰を越える汚泥を照射する位置に配置したことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項6に記載の超音波処理槽において、前記紫外線照射手段を、直管型又はU字管型の紫外線ランプで構成し、当該紫外線ランプの長手方向を前記堰の方向としたことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項6に記載の超音波処理槽において、前記堰を、前記第1の槽又は前記第2の槽の内壁全幅に渡って設けたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項6に記載の超音波処理槽において、前記流入口を、前記超音波振動子の高さ方向に下部から1/3以下の位置に設けたことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項6に記載の超音波処理槽において、前記流入口を、前記第1の槽の底面から前記堰までの高さの1/3以下の位置に設けたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態による汚泥処理装置は、単位時間当たりの超音波照射時間を決定し、決定した照射時間に基づいて周期的に超音波を発振するものである。本実施の形態によれば、汚泥中の生物活動状態に応じた超音波を照射するとともに、連続的な照射と比較して超音波振動子の長寿命化を図ることができ、また長期の停止期間を避け、周期的な運転を行うことで、超音波振動子の放射面に汚泥が付着したり、処理槽底面に汚泥が沈殿することを防止でき、超音波振動子の故障原因を避けることができる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による汚泥処理装置において、超音波処理装置に導入する汚泥の流量と超音波振動子の定格出力及び超音波照射レベルとから定格超音波照射量を算出し、指示された超音波照射量となるように超音波照射時間を決定するものである。本実施の形態によれば、汚泥の流量に応じた適正な照射量を決定することができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態による汚泥処理装置において、一日を複数の時間帯に区分して、それぞれの時間帯によって超音波照射時間を異ならせるものである。例えば流入する排水が生活系排水である場合、排水の量は家庭の生活サイクルによって増減するため、生物処理槽への負荷も家庭の生活サイクルに応じて変化するが、本実施の形態によれば、例えば生物処理槽への負荷が大きくなる早朝〜深夜は超音波振動子を「強運転モード」で運転し、生物処理槽への負荷が小さくなる深夜〜早朝は超音波振動子を「弱運転モード」で運転することで、省エネルギーと超音波振動子の長寿命化を実現することができる。
本発明の第4の実施の形態による超音波処理装置は、超音波振動子をそれぞれ備えた超音波処理槽を複数備え、それぞれの超音波処理槽を、高低差を持たせて配置し、汚泥を上方に位置する超音波処理槽から順に下方に位置する超音波処理槽に流出するものである。本実施の形態によれば、ポンプなどの動力源を使わずに重力で装置内を流れるため、低消費電力でコンパクトな装置を実現でき、既設の排水処理施設に取り付ける場合にも適する。
本発明の第5の実施の形態による超音波処理装置は、超音波処理槽に超音波振動子と紫外線照射手段とを備え、紫外線照射手段を超音波振動子よりも汚泥の下流側に配置したものである。本実施の形態によれば、汚泥に対して超音波処理と紫外線照射処理を組み合わせることで、汚泥の処理効率を高めることができるため、紫外線照射を活用して超音波振動子の運転時間や出力をできるだけ低いレベルで運転し、低消費電力と超音波振動子の長寿命化を達成することができる。
本発明の第6の実施の形態による超音波処理槽は、第1の槽と第2の槽を堰によって区分し、第1の槽に汚泥の流入口と超音波振動子を備え、第2の槽に汚泥の流出口を備え、超音波振動子を堰の下方に、その放射面が鉛直方向と平行に向くように取り付けられ、超音波振動子の取り付けられた面と対向する反射壁に流入口を設けたものである。本実施の形態によれば、超音波放射面の対面から汚泥を流入することで、流入した汚泥は超音波放射面に平行で1/4波長の整数倍の間隔でできる定在波によるキャビテーションの中を通過するため均一で効率の良い超音波処理ができる。
本発明の第7の実施の形態は、第6の実施の形態による超音波処理槽において、紫外線照射手段を、堰を越える汚泥を照射する位置に配置したものである。本実施の形態によれば、超音波処理を済ませた汚泥に対して効率的に紫外線照射を行うことができる。
本発明の第8の実施の形態は、第6の実施の形態による超音波処理槽において、紫外線照射手段を、直管型又はU字管型の紫外線ランプで構成し、当該紫外線ランプの長手方向を堰の方向としたものである。本実施の形態によれば、堰を乗り越える汚泥に対して均一に紫外線照射を行うことができる。
本発明の第9の実施の形態は、第6の実施の形態による超音波処理槽において、堰を、第1の槽又は第2の槽の内壁全幅に渡って設けたものである。本実施の形態によれば、堰による汚泥の対流を防止でき、スムーズな流れを実現するとともに、紫外線照射を効率的に行うことができる。
本発明の第10の実施の形態は、第6の実施の形態による超音波処理槽において、流入口を、超音波振動子の高さ方向に下部から1/3以下の位置に設けたものである。
また本発明の第11の実施の形態は、第6の実施の形態による超音波処理槽において、流入口を、第1の槽の底面から堰までの高さの1/3以下の位置に設けたものである。
これらの実施の形態によれば、槽の下層では流入する汚泥の勢いで撹拌が行われ、槽の中・上層では超音波振動子から発生する直進流及び超音波の進行方向に発生する音響放射圧によって、槽の中層に振動子から反射壁へ向かう流れが生じ、この反射壁へ向かう流れが反射することで、槽内が撹拌され、反射壁から堰へと向かって汚泥を押し流す強い水面の流れが発生する。また、槽内に撹拌装置などを取り付けることなく、良好な流動状態を実現できる。
【0008】
【実施例】
以下、本発明による実施例の汚泥処理装置について、図面を参照して説明する。図1と図2は、本発明による一実施例の汚泥処理装置を示すブロック構成図である。
図1に示すように排水処理施設は、排水を溜める調整槽1と、有機物を微生物によって処理する生物処理槽2と、生物処理槽2で処理した汚水を重力によって汚泥と水に分離する沈殿槽3と、沈殿槽3で分離させた汚泥を導入する汚泥貯留槽4と、超音波処理を施す超音波処理装置5から構成されている。
排水は、下水管を通って排水処理施設に流入する。流入した排水は、調整槽1に一旦滞留し、一定量が生物処理槽2へ流入し、生物処理槽2で繁殖した微生物(以下、一例として活性汚泥と呼ぶ)によって浄化される。生物処理槽2への流入量に応じて、活性汚泥は沈殿槽3へ流入し、重力によって余剰汚泥と処理水に分離される。分離された汚泥の一部は返送汚泥として生物処理槽2へ返送され、他は超音波処理装置5にて超音波処理を行った上で、再度生物処理槽2へ流入し、残りは余剰汚泥として汚泥貯留槽に移される。
【0009】
図2は図1における生物処理槽2を第一生物処理槽2Aとし、同様に図1における汚泥貯留槽4を第二生物処理槽4Aとして構成されている。
排水は、下水管を通って排水処理施設に流入する。流入した排水は、調整槽1に一旦滞留し、一定量が第一生物処理槽2Aへ流入し、第一生物処理槽2Aで繁殖した活性汚泥によって浄化される。第一生物処理槽2Aへの流入量に応じて、活性汚泥は沈殿槽3へ流入し、重力によって余剰汚泥と処理水に分離される。余剰汚泥の一部は返送汚泥として第一生物処理槽2Aへ返送され、残りは第二生物処理槽4Aへ移され、超音波処理装置5にて超音波処理を行った上で、再度第二生物処理槽へ流入する。第二生物処理槽には必要に応じて、汚泥中の水分を除去するために、例えば膜分離装置を設置し、膜透過水は調整槽に流入する。なお、膜透過水は曝気槽に流入させてもよいし、そのまま放流することも可能である。また、膜分離装置は第二生物処理槽の外部に設置してもよい。
【0010】
次に、超音波処理装置の制御方法について図3から図6を用いて説明する。
図3は、本発明の一実施例による超音波処理装置の一部の構成を示す概略図である。
余剰汚泥の一部は、流量制御弁11を通って超音波処理槽50に導入される。この導入される汚泥の量は流量計12によって計測される。制御部13は、流量計12によって計測された流量が入力され、流量制御弁11と超音波振動子14を制御する。なお、これは一例であって、定量ポンプを用いてもよい。
【0011】
図4は、本発明の一実施例による超音波処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
まず、余剰汚泥発生量(A[L/day])を入力する(S1)。また、超音波照射レベル(C[%] 定格比)を入力する(S2)。
入力された余剰汚泥発生量に基づいて処理流量(Q[L/min]=K×A÷(24×60))が制御部13において計算される(S3)。ここで、Kは処理倍数であり、1〜10、好ましくは2〜5倍とする。
流量計12によって流量が計測され(S4)、S3で算出された処理流量となるように、制御部13は流量制御弁11を調整する(S5)。
そして制御部13は、流量(Q)、超音波振動子14の定格出力(P[W])、及び超音波照射レベル(C[%])から超音波照射量(Pc=0.01・C・(P・V)/(60・Q)[Wh])を算出する(S6)。なお、V[L]は超音波照射槽の体積、V/Q([min])は汚泥の超音波照射槽への滞留時間、(P・V)/(60・Q)([Wh])は定格超音波照射量である。
超音波振動子14の運転モードとして、強運転モードと弱運転モードとを備える場合には、弱運転モードでの超音波処理の時間を、強運転の10%〜50%として、生物処理槽2の余力で汚泥を分解し、超音波振動子の長寿命化を図ることが好ましい。
制御部13は、指示された超音波照射量となるように超音波振動子14の運転時間を決定する(S7)。
【0012】
図5は、本発明の一実施例による超音波処理装置の制御パターンを示すタイムチャートである。
生物処理槽2へ流入する排水の量は家庭の生活サイクルによって増減するため、生物処理槽2への負荷も家庭の生活サイクルに応じて変化する。図4に生物処理槽2への排水流入量の時間変化を示す。同図に示すように、早朝〜深夜と深夜〜早朝とに大別することができる。
従って本実施例では、生物処理槽2への負荷が大きくなる早朝〜深夜は超音波振動子14を「強運転モード」で運転し、生物処理槽2への負荷が小さくなる深夜〜早朝は超音波振動子14を「弱運転モード」で運転することで、省エネルギーと超音波振動子14の長寿命化を実現することができる。
例えば、超音波振動子の定格出力(P[W])と超音波照射量(Pc[Wh])より決定される超音波照射時間(T[min])は、強運転モード(早朝〜深夜の場合)ではT=(Pc/P)・60[min]とし、弱運転モード(深夜〜早朝の場合)では0.1T〜0.5Tとする。
ここで、1時間以内のサイクルで超音波振動子14の運転をON−OFFすることが好ましい。例えば数時間に1回、流量やその他濁度を計測し、超音波振動子14の運転時間をON−OFFするようにした場合、超音波振動子14の放射面に汚泥が付着し、超音波振動子14の故障の原因となる。また、超音波処理槽50の底面に汚泥が沈殿してしまうことがある。
【0013】
図6は、本発明の一実施例による超音波処理装置の操作方法を示すフローチャートである。本操作は主にユーザが操作するが、汚泥の発生量のデータを施設側から受信して、自動で処理することもできる。
まず、排水処理施設の運転管理データから汚泥の発生量(L/day)を確認(受信)する(S11)。
そして、超音波処理装置5に汚泥の発生量と超音波照射レベルを指示(出力)(最初は50%)する(S12)。
S12の指示(出力)後、運転を開始してから所定期間(例えば2〜4週間)後に汚泥の発生量を確認する(S13)。確認の結果、汚泥の発生量が減少していれば超音波照射レベルを維持し(S14)、汚泥の発生量に変化がないか、又は汚泥の発生量が増加している場合には超音波照射レベルを上げる(S15)。このように汚泥の発生量や生物処理槽2の負荷に応じて照射量を制御する。例えば生物処理槽2への負荷が大きくなる早朝〜深夜は超音波振動子14を「強運転モード」で運転し、生物処理槽2への負荷が小さくなる深夜〜早朝は超音波振動子14を「弱運転モード」で運転することで、省エネルギーと超音波振動子の長寿命化を実現することができる。
【0014】
次に、超音波処理装置の全体構成について図7を用いて説明する。
図7は、本発明の一実施例による超音波処理装置の全体構成を示す概略図である。
本実施例の超音波処理装置5は、小流量でも流れが安定するように、装置本体の下方に汚泥取入口6が配置され、汚泥はこの汚泥取入口6から一旦装置本体の上部に移動され、上部から下方に移動するにしたがって汚泥は処理され、装置本体下部に設けた汚泥返送口7から排出される。汚泥を汚泥取入口6から装置本体の上部に移動させる配管には、流量制御弁11、流量計12、濁度計15を配置している。一方、汚泥を装置本体上部から汚泥返送口7に移動させる配管には、2つの超音波処理槽50A、50Bを配置している。そして汚泥は、上部に配置された超音波処理槽50Aで処理された後に、超音波処理槽50Aよりも下方に配置された超音波処理槽50Bで処理され汚泥返送口7に導かれる。
超音波処理装置5は、超音波処理槽50にあわせて超音波発信器16A、16Bが設けられ、超音波発信器16Aは超音波処理槽50Aに設置された超音波振動子14Aを発信させ、超音波発信器16Bは超音波処理槽50Bに設置された超音波振動子14Bを発信させる。超音波処理槽50Aと超音波処理槽50Bとの間の連絡管には脱気パイプ18を用いる。開閉弁17は、装置本体内の汚泥を排出する場合に用いられる。
【0015】
本実施例の超音波処理装置5では、最上段の超音波処理槽50Aへ取り込まれた汚泥は、ポンプなどの動力源を使わずに重力で装置内を流れ、排水処理施設へ返送することができる。超音波処理槽50が2槽以上の場合には、超音波処理槽50を上下方向に高低差を持たせて配置することが好ましい。
本実施例の超音波処理装置5は、上記のような超音波処理槽50の配置や配管構成とすることで、低消費電力でコンパクトな装置を実現でき、既設の排水処理施設に取り付ける場合にも適するものである。
【0016】
次に、超音波処理装置の処理槽について図8から図12を用いて説明する。
図8は本発明の一実施例による超音波処理装置の処理槽の構成を示す側面図、図9は同処理槽の上面図である。
超音波処理槽50は、その内部に第1の槽51と第2の槽52とを備え、第1の槽51と第2の槽52とは、堰53によって区画され、第1の槽51内の汚泥は、この堰53を越えて第2の槽52に導かれる構成となっている。堰53の幅は第1の槽51又は第2の槽52の内壁間に設け、内壁全幅に設けることが好ましい。
第1の槽51の、堰53側の面には超音波振動子14がその放射面が鉛直方向と平行に向くように取り付けられ、この超音波振動子14の取り付けられた面と対向する面(反射壁)に汚泥の流入口54が設けられている。一方第2の槽52の下部には汚泥を排出する流出口55が設けられている。また第1の槽51の底面には、第1の槽51の底面に沈殿した汚泥を排出するドレイン口56を設けている。汚泥は、超音波振動子14の取り付け面の上方の堰53によって、超音波振動子14の上方から、堰53によって一定の水位を保って溢れさせる。
ここで、流入口54は、超音波振動子14の高さ方向に、下部から1/3以下の位置に設ける。また、第1の槽51の底面から堰53までの高さの1/3以下の位置に設ける。そしてこの流入口54は、第1の槽51内に波長λ以下の長さの突出部を形成して取り付けることが好ましい。なお、超音波の発振周波数をf[Hz]、水中の音速をa[m/s]とした時の超音波の波長λ[m]は、λ=a/f[m]である。
堰53よりも上方位置の第2の槽52には、紫外線照射手段であるUV灯20を取り付けている。このUV灯20は直管型又はU字管型であり、その中心軸が堰53と平行になるように取り付ける。
UV灯20を第2の槽52に設けることで、汚泥は超音波照射が行われた後にUV灯20によって照射される。また汚泥へのUV照射は、堰53を流下する際と、排出口へ滞留した際に行われる。
【0017】
本実施例は上記構成によって、汚泥に対してまず超音波照射が行われ、超音波によって汚泥のフロックが分散・破砕し、汚泥粒子に光のあたる表面積が増加する。また汚泥は、堰53によって薄く伸ばされ、堰53を越えた後も堰53の表面をつたって薄く伸ばされながら流下する。更に流下した流れは薄く伸ばされた状態で流出口へ向けて流れる。UV灯20は、薄く伸ばされた汚泥に対して紫外線があたるように取り付けられているため、濁度が大きい汚泥であっても全量に対して均一に紫外線を照射することができる。このように汚泥は均一にUVを吸収するため、汚泥細胞が十分に破壊する。
なお、UV灯20の点灯時間を積算し、定格の寿命時間に達するとUV灯20の交換をユーザに促す表示機構を備えていることが好ましい。UV灯20は点灯の積算時間によって劣化が進み、殺菌能力が定格に対してある割合よりも低くなった場合を寿命と呼ぶ。したがって、UV灯20の点灯時間を積算し、ユーザに対してUV灯20の交換を促す機構がついていることで、UV灯20の劣化による汚泥処理能力の低下を防ぐことができる。
【0018】
本実施例によれば、特別にポンプや撹拌機を使用することなく、超音波処理槽50へ重力で流入する汚泥の勢いと超音波発振による直進流を組み合わせることで超音波処理槽50内での流動性を確保し、超音波の音場を安定させ汚泥処理の効率を向上し、安定した汚泥処理を低消費電力で行い、同時に超音波振動子14の長寿命化も達成することができる。
また本実施例によれば、汚泥に対して超音波処理とUV処理を組み合わせることで、汚泥の処理効率を高めることができる。つまり、UV灯20を活用して超音波振動子14の運転時間や出力をできるだけ低いレベルで運転し、低消費電力と超音波振動子14の長寿命化を達成することができる。
【0019】
図10は同処理槽内の撹拌の状態を示す説明図である。
同図に示すように、第1の槽51の下層では流入する流れの勢いで撹拌が行われ、第1の槽51の中・上層では超音波振動子14から発生する直進流によって、第1の槽51の中層に振動子から反射壁へ向かう流れが生じ、この直進流が反射することで、第1の槽51内が撹拌され、反射壁から堰53へと向かって汚泥を押し流す強い水面の流れが発生する。このように第1の槽51内に撹拌装置などを取り付けることなく、良好な流動状態を実現できる。
超音波放射面の対面から汚泥を流入することで、流入した汚泥は超音波放射面に平行で1/4波長の整数倍の間隔でできる定在波によるキャビテーションの中を通過する。仮に側面から汚泥を流入させると、汚泥はある一面のキャビテーションしか通過できず、超音波処理の効率は低下するが、本実施例では、キャビテーションの中を通過するため均一で効率の良い超音波処理ができる。
【0020】
次に、UV灯を使用した場合の影響について以下に説明する。
図11は同処理槽内でのUV灯を使用した場合の影響を示すグラフ、図12は溶存有機炭素(DOC)と超音波照射出力との関係、及びUV照射の影響を示すグラフである。
図11では流量2L/minにおいて、無処理の場合、UV処理のみを行った場合、超音波処理のみを行った場合、超音波処理を行った後にUV処理を行った場合についてのそれぞれのDOC(溶存有機炭素)を示している。同図に示すように、UV灯のみの処理の場合には無処理の場合と比べてDOCに大きな変化は見られないが、超音波処理を施したものでは、UV処理を行う場合と行わない場合でDOCに大きな変化が見られる。このことから、UV処理を超音波と併用することで、より相乗効果が高まることが分かる。
【0021】
図12は、超音波の照射出力を変化させた場合で、UV灯をONした場合とUV灯をOFFした場合のDOCの分析結果を示している。同図より超音波照射出力を大きくするほど効果は高くなるが、超音波出力が280Wを越えると、その効果の増加度合いが大きくなっていることが分かる。また超音波出力が大きいほど、すなわち超音波による分散・破砕作用を大きくするほどUV灯の効果も大きくなっていることが分かる。
以上のことからも超音波照射の後に、UV灯を作用させることが重要であることが分かる。
このように超音波とUV灯を併用することで、超音波振動子の運転時間を減少し、振動子の寿命を長くすることができる。
【0022】
なお、本実施例では、超音波振動子を備えた超音波処理槽50を2つの場合で説明したが、3つ以上の超音波処理槽50を、高低差を持たせて配置し、汚泥を上方に位置する処理槽から順に下方に位置する処理槽に流出するように構成してもよい。
また、濁度計や酸素濃度計を用いることで、汚泥の状態を検出して超音波照射時間を制御してもよい。
また、本実施例における汚泥処理装置は、その他の汚泥処理に利用できる他、水の浄化や土壌の浄化としても利用することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、超音波照射の適正化を図り、処理効率がよく超音波振動子の長寿命化を図ることができる。特に、生物処理槽への負荷を考慮した運転を実現することで省エネルギーと超音波振動子の長寿命化を実現することができる。
また、本発明は、紫外線照射を併用し、紫外線照射を効率よく照射することで、更に低消費電力でコンパクトな装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例の汚泥処理装置を示すブロック構成図
【図2】本発明による一実施例の汚泥処理装置を示すブロック構成図
【図3】本発明の一実施例による超音波処理装置の一部の構成を示す概略図
【図4】本発明の一実施例による超音波処理装置の制御方法を示すフローチャート
【図5】本発明の一実施例による超音波処理装置の制御パターンを示すタイムチャート
【図6】本発明の一実施例による超音波処理装置の操作方法を示すフローチャート
【図7】本発明の一実施例による超音波処理装置の全体構成を示す概略図
【図8】本発明の一実施例による超音波処理装置の処理槽の構成を示す側面図
【図9】同処理槽の上面図
【図10】同処理槽内の撹拌の状態を示す説明図
【図11】同処理槽内でのUV灯を使用した場合の影響を示すグラフ
【図12】溶存有機炭素(DOC)と超音波照射出力との関係、及びUV照射の影響を示すグラフ
【符号の説明】
1 調整槽
2 生物処理槽
2A 第一生物処理槽
3 沈殿槽
4 汚泥貯留槽
4A 第二生物処理槽
5 超音波処理装置
6 汚泥取入口
7 汚泥返送口
14 超音波振動子
20 UV灯(紫外線照射手段)
50 超音波処理槽
51 第1の槽
52 第2の槽
53 堰
54 流入口
55 流出口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sludge treatment apparatus capable of significantly reducing organic matter in sludge generated by wastewater treatment.
[0002]
[Prior art]
Conventional sludge reduction technologies include biological / chemical sludge treatment and physical sludge treatment. The biological / chemical sludge treatment involves the use of chemicals, etc., which are performed in a short time (about 8 hours). It is suitable for small-volume sludge treatment, and the physical sludge treatment is a treatment that takes a long time (about 24 hours) using ultrasonic waves or the like, and is suitable for small-capacity sludge treatment (Patent Document 1, Patent Reference 2). In the treatment technique of
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-345192
[Patent Document 2]
JP-A-11-128975
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional ultrasonic oscillator does not propose an operation in consideration of the load on the biological treatment tank, but it is proposed to extend the life of the ultrasonic oscillator, to achieve a compact device with low power consumption. Not.
[0005]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus that can optimize ultrasonic irradiation and that can improve the processing efficiency and extend the life of an ultrasonic transducer.
In particular, an object of the present invention is to realize an operation considering a load on a biological treatment tank, thereby realizing energy saving and extending the life of an ultrasonic vibrator.
Another object of the present invention is to realize a compact device with low power consumption.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The sludge treatment apparatus of the present invention according to claim 1, wherein in the biological treatment method for wastewater, a part of the sludge is introduced into an ultrasonic treatment apparatus, and the sludge ultrasonically treated by the ultrasonic treatment apparatus is subjected to a biological treatment method. A sludge treatment device to be transferred to a biological treatment tank, wherein the ultrasonic treatment device determines an ultrasonic irradiation time per unit time and periodically oscillates ultrasonic waves based on the determined irradiation time. Features.
According to a second aspect of the present invention, in the sludge treatment apparatus according to the first aspect, rated ultrasonic irradiation is performed based on a flow rate of sludge introduced into the ultrasonic treatment apparatus, a rated output of the ultrasonic vibrator, and an ultrasonic irradiation level. The amount is calculated, and the ultrasonic irradiation time is determined so as to attain the specified ultrasonic irradiation amount.
According to a third aspect of the present invention, in the sludge treatment apparatus according to the first aspect, a day is divided into a plurality of time zones, and the ultrasonic irradiation time varies depending on each time zone. .
The ultrasonic treatment apparatus of the present invention according to
The ultrasonic treatment apparatus according to the fifth aspect of the present invention is an ultrasonic treatment apparatus for introducing a part of sludge and transferring the ultrasonically treated sludge to a biological treatment tank using the biological treatment method in the biological treatment method for wastewater. The ultrasonic treatment tank is provided with an ultrasonic oscillator and ultraviolet irradiation means, and the ultraviolet irradiation means is arranged on the downstream side of the sludge with respect to the ultrasonic oscillator.
The ultrasonic treatment tank of the present invention according to
According to a seventh aspect of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth aspect, the ultraviolet irradiation means is arranged at a position where the sludge exceeding the weir is irradiated.
The present invention according to claim 8 is the ultrasonic treatment tank according to
According to a ninth aspect of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth aspect, the weir is provided over the entire inner wall of the first tank or the second tank.
According to a tenth aspect of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth aspect, the inflow port is provided at a position one third or less from a lower part in a height direction of the ultrasonic vibrator. And
The present invention according to
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The sludge treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention determines an ultrasonic irradiation time per unit time and periodically oscillates ultrasonic waves based on the determined irradiation time. According to the present embodiment, while irradiating ultrasonic waves according to the biological activity state in the sludge, it is possible to extend the life of the ultrasonic vibrator as compared with continuous irradiation, By avoiding the period and performing periodic operation, it is possible to prevent sludge from adhering to the radiation surface of the ultrasonic transducer and to prevent sludge from settling on the bottom of the treatment tank, and to avoid the cause of failure of the ultrasonic transducer. Can be.
The second embodiment of the present invention relates to a sludge treatment apparatus according to the first embodiment, wherein the sludge flow rate to be introduced into the ultrasonic treatment apparatus, the rated output of the ultrasonic vibrator, and the ultrasonic irradiation level are used. The ultrasonic wave irradiation amount is calculated, and the ultrasonic wave irradiation time is determined so that the ultrasonic wave irradiation amount is instructed. According to the present embodiment, it is possible to determine an appropriate irradiation amount according to the sludge flow rate.
According to a third embodiment of the present invention, in the sludge treatment apparatus according to the first embodiment, one day is divided into a plurality of time zones, and the ultrasonic irradiation time is varied depending on each time zone. . For example, when the incoming wastewater is domestic wastewater, the amount of wastewater varies according to the household life cycle, so the load on the biological treatment tank also changes according to the household life cycle. For example, in the early morning to late night when the load on the biological treatment tank increases, the ultrasonic vibrator is operated in the “strong operation mode”, and in the late night to early morning when the load on the biological treatment tank decreases, the ultrasonic vibrator operates in the “weak operation”. By operating in the “mode”, it is possible to save energy and extend the life of the ultrasonic vibrator.
The ultrasonic processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention includes a plurality of ultrasonic processing tanks each including an ultrasonic vibrator, and each of the ultrasonic processing tanks is arranged with a height difference, and the sludge Flow out of the upper ultrasonic processing tank to the lower ultrasonic processing tank. According to the present embodiment, since the inside of the apparatus flows by gravity without using a power source such as a pump, a compact apparatus with low power consumption can be realized, and is also suitable for a case where the apparatus is installed in an existing wastewater treatment facility.
The ultrasonic processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention includes an ultrasonic processing tank provided with an ultrasonic oscillator and an ultraviolet irradiation unit, and the ultraviolet irradiation unit is disposed on the downstream side of the sludge with respect to the ultrasonic oscillator. Things. According to the present embodiment, since the sludge treatment efficiency can be increased by combining the ultrasonic treatment and the ultraviolet irradiation treatment for the sludge, the operation time and output of the ultrasonic vibrator using the ultraviolet irradiation can be improved. Can be operated at the lowest possible level to achieve low power consumption and long life of the ultrasonic transducer.
The ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment of the present invention divides a first tank and a second tank by a weir, and comprises a sludge inlet and an ultrasonic vibrator in the first tank. The tank has a sludge outlet, and the ultrasonic vibrator is mounted below the weir so that its radiation surface is oriented parallel to the vertical direction, and the ultrasonic vibrator is mounted on a reflective wall facing the surface on which the ultrasonic vibrator is mounted. An inlet is provided. According to the present embodiment, by flowing sludge from the opposite surface of the ultrasonic radiation surface, the inflow sludge is parallel to the ultrasonic radiation surface, and the cavitation due to the standing wave generated at an interval of an integral multiple of 1/4 wavelength. Since it passes through the inside, uniform and efficient ultrasonic treatment can be performed.
According to a seventh embodiment of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment, the ultraviolet irradiation means is arranged at a position for irradiating sludge over the weir. According to the present embodiment, the sludge that has been subjected to the ultrasonic treatment can be efficiently irradiated with ultraviolet rays.
According to an eighth embodiment of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment, the ultraviolet irradiation means is constituted by a straight tube type or a U-tube type ultraviolet lamp, and a longitudinal direction of the ultraviolet lamp is used. Is the direction of the weir. According to the present embodiment, it is possible to uniformly irradiate the sludge over the weir with ultraviolet rays.
In a ninth embodiment of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment, a weir is provided over the entire inner wall of the first tank or the second tank. According to the present embodiment, convection of sludge by the weir can be prevented, smooth flow can be realized, and ultraviolet irradiation can be performed efficiently.
According to a tenth embodiment of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment, the inflow port is provided at a position of 1/3 or less from the lower part in the height direction of the ultrasonic vibrator. is there.
According to an eleventh embodiment of the present invention, in the ultrasonic treatment tank according to the sixth embodiment, the inflow port is provided at a position which is not more than 1/3 of the height from the bottom of the first tank to the weir. It is something.
According to these embodiments, the lower layer of the tank is agitated by the flow of the sludge flowing therein, and the middle and upper layers of the tank are subjected to a straight flow generated by the ultrasonic vibrator and acoustic radiation generated in the traveling direction of the ultrasonic wave. Due to the pressure, a flow from the vibrator to the reflecting wall is generated in the middle layer of the tank, and the flow toward the reflecting wall is reflected, so that the inside of the tank is agitated, and the strong water surface that flushes the sludge from the reflecting wall to the weir is generated. Flow occurs. In addition, a good fluidized state can be realized without installing a stirrer or the like in the tank.
[0008]
【Example】
Hereinafter, a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are block diagrams showing a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the wastewater treatment facility includes an adjustment tank 1 for storing wastewater, a
Wastewater flows into the wastewater treatment facility through a sewer pipe. The inflowed wastewater temporarily stays in the adjusting tank 1, a certain amount flows into the
[0009]
In FIG. 2, the
Wastewater flows into the wastewater treatment facility through a sewer pipe. The inflowed wastewater temporarily stays in the adjustment tank 1, a certain amount flows into the first
[0010]
Next, a control method of the ultrasonic processing apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a part of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
Part of the surplus sludge is introduced into the
[0011]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method of the ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
First, a surplus sludge generation amount (A [L / day]) is input (S1). Further, an ultrasonic irradiation level (C [%] rated ratio) is input (S2).
The processing flow rate (Q [L / min] = K × A ÷ (24 × 60)) is calculated by the
The flow rate is measured by the flow meter 12 (S4), and the
The
In the case where the operation mode of the
The
[0012]
FIG. 5 is a time chart showing a control pattern of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
Since the amount of wastewater flowing into the
Therefore, in the present embodiment, the
For example, the ultrasonic irradiation time (T [min]) determined from the rated output (P [W]) of the ultrasonic vibrator and the ultrasonic irradiation amount (Pc [Wh]) is in the strong operation mode (early morning to midnight). Case), T = (Pc / P) · 60 [min], and 0.1 T-0.5 T in the weak operation mode (from late night to early morning).
Here, it is preferable that the operation of the
[0013]
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of operating the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention. This operation is mainly performed by the user, but the data of the amount of generated sludge can be received from the facility and processed automatically.
First, the generation amount (L / day) of sludge is confirmed (received) from the operation management data of the wastewater treatment facility (S11).
Then, the amount of generated sludge and the ultrasonic irradiation level are instructed (output) (50% initially) to the ultrasonic processing apparatus 5 (S12).
After the instruction (output) in S12, the amount of generated sludge is confirmed after a predetermined period (for example, 2 to 4 weeks) from the start of operation (S13). As a result of the confirmation, if the amount of generated sludge has decreased, the ultrasonic irradiation level is maintained (S14), and if the amount of generated sludge has not changed or if the amount of generated sludge has increased, the ultrasonic wave has been applied. The irradiation level is increased (S15). Thus, the irradiation amount is controlled according to the amount of sludge generated and the load on the
[0014]
Next, the overall configuration of the ultrasonic processing apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the entire configuration of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
In the
The
[0015]
In the
The
[0016]
Next, a processing tank of the ultrasonic processing apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a side view showing a configuration of a processing tank of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a top view of the processing tank.
The
The
Here, the
In the
By providing the
[0017]
In this embodiment, the sludge is first irradiated with ultrasonic waves by the above configuration, and flocs of the sludge are dispersed and crushed by the ultrasonic waves, so that the surface area of the sludge particles that is exposed to light increases. Further, the sludge is thinly stretched by the
In addition, it is preferable to provide a display mechanism for accumulating the lighting time of the
[0018]
According to the present embodiment, without using a pump or a stirrer, a combination of the force of the sludge flowing into the
Further, according to the present embodiment, the sludge treatment efficiency can be increased by combining the ultrasonic treatment and the UV treatment on the sludge. In other words, the operation time and output of the
[0019]
FIG. 10 is an explanatory view showing a state of stirring in the processing tank.
As shown in the figure, in the lower layer of the
When the sludge flows in from the opposite surface of the ultrasonic wave emitting surface, the sludge that has flowed in passes through the cavitation due to standing waves that are parallel to the ultrasonic wave emitting surface and formed at intervals of an integral multiple of 1/4 wavelength. If sludge flows in from the side, the sludge can only pass through a certain surface of cavitation, and the efficiency of ultrasonic treatment is reduced.However, in this embodiment, since the sludge passes through cavitation, uniform and efficient ultrasonic treatment is performed. Can be.
[0020]
Next, the effect of using a UV lamp will be described below.
FIG. 11 is a graph showing the effect of using a UV lamp in the treatment tank, and FIG. 12 is a graph showing the relationship between dissolved organic carbon (DOC) and ultrasonic irradiation output, and the effect of UV irradiation.
In FIG. 11, at the flow rate of 2 L / min, the respective DOCs for the case of no treatment, the case of performing only the UV treatment, the case of performing only the ultrasonic treatment, and the case of performing the UV treatment after performing the ultrasonic treatment are shown. (Dissolved organic carbon). As shown in the figure, there is no significant change in the DOC in the case of the processing using only the UV lamp as compared with the case in which no processing is performed. In some cases, a large change in DOC is seen. From this, it is understood that the synergistic effect is further enhanced by using the UV treatment together with the ultrasonic wave.
[0021]
FIG. 12 shows the DOC analysis results when the irradiation output of the ultrasonic wave is changed, and when the UV lamp is turned on and when the UV lamp is turned off. As can be seen from the figure, the effect increases as the ultrasonic irradiation output increases, but when the ultrasonic output exceeds 280 W, the degree of increase in the effect increases. Also, it can be seen that the effect of the UV lamp increases as the ultrasonic output increases, that is, as the dispersion / crushing action by the ultrasonic waves increases.
From the above, it is understood that it is important to apply a UV lamp after ultrasonic irradiation.
As described above, by using the ultrasonic wave and the UV lamp together, the operation time of the ultrasonic vibrator can be reduced, and the life of the vibrator can be prolonged.
[0022]
In this embodiment, two
Further, by using a turbidity meter or an oxygen concentration meter, the state of sludge may be detected to control the ultrasonic irradiation time.
Further, the sludge treatment apparatus in this embodiment can be used for other sludge treatment, and can also be used for water purification and soil purification.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to optimize ultrasonic irradiation, achieve good processing efficiency, and extend the life of the ultrasonic transducer. In particular, by realizing the operation in consideration of the load on the biological treatment tank, it is possible to save energy and extend the life of the ultrasonic vibrator.
Further, according to the present invention, by using ultraviolet irradiation together with efficient irradiation of ultraviolet irradiation, a compact device with lower power consumption can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a sludge treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a partial configuration of an ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method of the ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart showing a control pattern of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of operating the ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an overall configuration of an ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing a configuration of a processing tank of the ultrasonic processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a top view of the processing tank.
FIG. 10 is an explanatory view showing a stirring state in the processing tank.
FIG. 11 is a graph showing the effect of using a UV lamp in the treatment tank.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between dissolved organic carbon (DOC) and ultrasonic irradiation output, and the effect of UV irradiation.
[Explanation of symbols]
1 adjustment tank
2 biological treatment tank
2A First biological treatment tank
3 Sedimentation tank
4 Sludge storage tank
4A Second biological treatment tank
5 Ultrasonic processing equipment
6 Sludge intake
7 Sludge return port
14 Ultrasonic transducer
20 UV lamp (ultraviolet irradiation means)
50 Ultrasonic treatment tank
51 First tank
52 Second tank
53 weir
54 Inlet
55 outlet
Claims (11)
前記超音波処理装置では、単位時間当たりの超音波照射時間を決定し、決定した照射時間に基づいて周期的に超音波を発振することを特徴とする汚泥処理装置。In the biological treatment method of wastewater, a part of sludge is introduced into an ultrasonic treatment device, and the sludge treated by ultrasonic treatment in the ultrasonic treatment device is transferred to a biological treatment tank by a biological treatment method. ,
The sludge treatment device according to claim 1, wherein the ultrasonic treatment device determines an ultrasonic irradiation time per unit time and periodically oscillates an ultrasonic wave based on the determined irradiation time.
第1の槽と第2の槽を堰によって区分し、前記第1の槽に汚泥の流入口と超音波振動子を備え、前記第2の槽に汚泥の流出口を備え、前記超音波振動子を前記堰の下方に、その放射面が鉛直方向と平行に向くように取り付けられ、前記超音波振動子の取り付けられた面と対向する反射壁に前記流入口を設けたことを特徴とする超音波処理槽。In the biological treatment method of wastewater, an ultrasonic treatment tank that introduces a part of sludge and transfers the ultrasonically treated sludge to a biological treatment tank by the biological treatment method,
A first tank and a second tank that are separated by a weir, the first tank is provided with a sludge inlet and an ultrasonic vibrator, the second tank is provided with a sludge outlet, and the ultrasonic vibration is provided. A transducer is attached below the weir so that its radiation surface faces parallel to the vertical direction, and the inlet is provided on a reflecting wall facing the surface on which the ultrasonic vibrator is attached. Ultrasonic treatment tank.
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