JP2005161154A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各種水処理設備で発生する余剰汚泥を確実に減量化することができ、簡単な装置構成で、運転や維持管理に要するコストも低廉な汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】 実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための接触材１１を収納した接触槽１２と、該接触槽に供給する汚泥懸濁液を前記接触材の上部から散布する汚泥散布手段１３を備えた汚泥供給経路１４と、前記接触槽の底部から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路１５と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段（沈殿槽１６）と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路１８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚泥処理装置に関し、詳しくは、排水処理装置等の水処理設備から発生する余剰汚泥を好気性状態で処理して汚泥を減量化させる汚泥処理装置に関する。

近年、下水脱水汚泥や焼却灰の最終埋立処分地の確保が困難となっていることから、汚泥が発生しない水処理方式に注目が集まっている。中でも、余剰汚泥にオゾンを添加して微生物の細胞膜を破壊し、可溶化することによって汚泥発生量を抑制する技術が普及しつつある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−８０５００号公報

しかし、汚泥中にオゾンを添加することで難分解性有機物が生成したり、環境変異原物質が生成したりするなどのおそれがあり、未解明な課題も残されている。また、オゾン発生に要する電力量も決して少なくなく、オゾンの漏洩を確実に防止する配慮も必要である。さらに、定期的に実施するオーバーホールの費用も多額であり、維持管理費用は決して安いとはいえない。したがって、汚泥処分費の高い地域以外での導入は、困難であるのが実情である。また、各種水処理の分野において、余剰汚泥の発生量を低減する努力が従来から行われているが、余剰汚泥の発生をゼロにすることは極めて困難であった。

そこで本発明は、各種水処理設備で発生する余剰汚泥を確実に減量化することができ、簡単な装置構成で、運転や維持管理に要するコストも低廉な汚泥処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の汚泥処理装置は、実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための接触材を設けた接触槽と、該接触槽に汚泥懸濁液を供給する汚泥供給経路と、前記接触材の接触面に汚泥懸濁液を接触させる汚泥接触手段と、前記接触槽から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の汚泥処理装置は、第２の構成として、実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための接触材を収納した接触槽と、該接触槽に供給する汚泥懸濁液を前記接触材の上部から散布する汚泥散布手段を備えた汚泥供給経路と、前記接触槽の底部から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の汚泥処理装置は、第３の構成として、実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための円盤状の接触材を回転可能に設けた接触槽と、汚泥懸濁液を接触槽に供給する汚泥供給経路と、前記接触材の下部を前記接触槽内の汚泥懸濁液に浸し、上部を空気中に露出させた状態で回転させる接触材回転駆動手段と、前記接触槽から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴としている。

加えて、前記各構成において、前記接触槽の後段に、接触槽から抜き出した汚泥懸濁液を撹拌して汚泥懸濁液中の微生物を成育させるための微生物生育槽を備えていること、また、前記汚泥返送経路は、前記濃縮汚泥懸濁液を前記微生物生育槽に導入し、該微生物生育槽内で濃縮汚泥懸濁液が混合した汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送することを特徴としている。

さらに、前記接触材の接触面に向けて液体を噴出する噴出ノズルを備えていること、前記接触槽は、前記接触材部分に空気を流通させるための送風機を備えていることを特徴としている。

本発明の汚泥処理装置によれば、汚泥を接触材の接触面に付着させて空気に接触させるだけの簡単な操作で汚泥を減量化することができる。また、接触面を鉛直方向に向けているので、接触面に余分な汚泥が蓄積されることがなく、接触面の洗浄も容易に行うことができる。

図１は、本発明の汚泥処理装置の第１形態例を示す系統図である。この汚泥処理装置は、鉛直方向の接触面を有する接触材１１を収納した接触槽１２と、該接触槽１２の上部から前記接触材１１に向けて汚泥懸濁液を散布することにより接触材１１の接触面に汚泥懸濁液を接触させる汚泥接触手段としての汚泥散布手段１３と、該汚泥散布手段１３に汚泥懸濁液を供給する汚泥供給経路１４と、接触材１１から接触槽１２の底部に流下した汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路１５と、該汚泥抜出経路１５に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離する固液分離手段としての沈殿槽１６と、該沈殿槽１６で分離した分離液を導出する分離液導出経路１７と、該沈殿槽１６で沈殿分離した濃縮汚泥懸濁液を前記汚泥散布手段１３を介して前記接触槽１２に返送する汚泥返送経路１８とを備えている。なお、沈殿槽１６には、余剰汚泥の供給や、系内の汚泥濃度調整用の水、その他の薬剤等を投入するための補助経路１９を設けておくことができる。

前記接触材１１は、複数枚の平板や波板、適当な径の複数本の棒やパイプ、あるいは、ハニカム等の成形体を、汚泥懸濁液と接触する面が実質的に鉛直方向を向くようにして、かつ、隣接する接触材１１間に汚泥懸濁液が流下可能で、かつ、空気が流通可能な隙間を設けて配置している。この接触材１１は、接触槽１２の内部に均一に配置してもよく、汚泥散布手段１３から散布される汚泥懸濁液の状態等に応じて不均一又はランダムに配置するようにしてもよい。また、接触材１１の表面は、ある程度の量の微生物が効果的に付着するように、高分子量親水性向上剤等の親水性向上剤や微生物親和性向上剤でコーティングしておくことができる。さらに、接触材１１の表面に、表面積を拡大したりするための適当な大きさの凹凸を設けておくこともできる。また、接触面の角度は鉛直線と一致させる必要はなく、汚泥懸濁液が滞留しないで円滑に流れる程度、例えば接触面を鉛直線に対して１０度程度傾斜させることも可能である。

接触槽１２内への接触材１１の設置は、任意の手段を採用することが可能であり、例えば、接触槽１２の内壁に対して直接的に、あるいは、適当な支持部材を介して間接的に固定するようにしてもよく、また、接触槽１２内に設けた適当な支持材、例えば、井桁状や櫛歯状に形成した支持材、あるいは、槽内に張り渡した糸や紐からなる支持材によって接触材１１を支持することによって接触材１１を着脱可能な状態にしたり、さらに、複数の接触材を組み合わせて自立させたり、各接触材自体に自立性を持たせて自立させることもできる。なお、隣接する接触材１１同士の間隔を所定間隔に保つための突起状のものを接触材１１に設けておくこともできる。すなわち、接触材１１は、接触槽１２内における上下方向の通液性及び通気性を損なわないようにして接触槽１２内に設置すればよく、接触材１１、接触槽１２及び汚泥散布手段１３の形状や構造等の条件に応じて任意の設置方法を採用することができる。

前記接触槽１２は、上下両端部に通気口２１，２２がそれぞれ設けられるとともに、槽下部には、接触材１１から流下する汚泥懸濁液を受けるための液受槽２３が設けられており、この液受槽２３に前記汚泥抜出経路１５が接続している。

前記汚泥散布手段１３は、前記接触材１１の接触面全体に満遍なく汚泥懸濁液を散布できる構造を有しているものが望ましく、各種構造のものを使用可能であるが、例えば、汚泥懸濁液を流下させるための多数の液通孔を設けた多孔板や汚泥懸濁液を散布又は噴射するノズル、あるいは、樋状の流路からのオーバーフロー等の一般的な液散布手段を、汚泥懸濁液の状態に応じて適当に選択して用いることができる。

このように形成された汚泥処理装置には、排水処理装置等の水処理設備で発生する余剰汚泥が汚泥懸濁液として汚泥供給経路１４から接触槽１２に供給される。この汚泥懸濁液は、汚泥散布手段１３から下方の接触材１１の全体に散布され、接触材１１の表面（接触面）に一部が付着して生物膜を形成し、その周囲の空気と接触して好気性状態に保たれながら下方の液受槽２３に向かって流下する。

液受槽２３内の汚泥懸濁液は、汚泥抜出経路１５を通って沈殿槽１６に流入し、汚泥が槽底部に沈降して濃縮されるとともに、汚泥から分離した液（分離液）が分離液導出経路１７から抜き出される。この分離液は、水質基準を満たしていれば、そのまま河川等に放流するようにしてもよいが、通常は、水処理設備の前段、例えば最初沈殿池の流出水に返送することが好ましい。このように、分離液を再び水処理することにより、固液分離手段で汚泥を完全に分離する必要がなくなるので、沈殿槽１６のような簡易な固液分離手段を使用することが可能となり、設備コスト、運転コスト、維持管理費用の削減が図れる。

沈殿槽１６で底部に沈降した汚泥を含む濃縮汚泥懸濁液は、ポンプＰによって沈殿槽底部から汚泥返送経路１８に抜き取られ、汚泥散布手段１３に戻されて再び接触材１１に散布される。すなわち、汚泥供給経路１４から供給された余剰汚泥中の活性汚泥（微生物）は、接触槽１２と沈殿槽１６とを循環し、この循環中に接触材１１の接触面に付着しながら流下することにより、周囲の空気と接触して好気性処理による減量化が行われる。

ここで、余剰汚泥（活性汚泥）は微生物の集合体であり、微生物は増殖と死滅とを繰り返す。この死滅速度は、平均で１日当たり０．０３〜０．０４程度であり、言い換えれば、３０日程度培養すれば微生物は死滅することになる。死滅した微生物は、他の微生物による捕食等により、微生物体となるか、生育に必要なエネルギーとなる。したがって、微生物の増殖、死滅及び捕食のプロセスを繰り返すことにより、汚泥は次第に消滅していく。

すなわち、活性汚泥の好気性消化は、汚泥を好気状態に保つことで汚泥が無機化していくことを利用しており、接触材表面の接触面を流下する汚泥（微生物）が空気（酸素）と接触し、好気性状態下での微生物の増殖、死滅及び捕食のプロセスが繰り返されることにより、一定量以上の微生物が死滅して無機化され、汚泥が減量化されることになる。

そして、本形態例に示すように、接触材１１の鉛直方向の接触面に沿って汚泥懸濁液を流下させることにより、汚泥と空気との接触や濃縮汚泥の循環等を小容量の汚泥ポンプ等を用いるだけで可能となるので、従来のような曝気槽での曝気処理に必要な空気圧縮機の消費電力量に比べて、電力量を大幅に削減することができる。さらに、接触面を鉛直方向としたことにより、接触材１１部分での汚泥の目詰まりを抑えることができ、従来の散水ろ床では必須だったろ床の洗浄操作が不要となるため、長時間の連続処理を安定した状態で継続することができる。

図２は、本発明の汚泥処理装置の第２形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例で示した汚泥処理装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示す汚泥処理装置では、汚泥返送経路１８に設けたポンプＰの吐出圧を利用して、接触槽１２に返送する濃縮汚泥懸濁液を噴出ノズル２４から接触材１１に向けて噴出させるようにしている。このとき、図３の変形例に示すように、各噴出ノズル２４から噴出する濃縮汚泥懸濁液が各接触材１１の接触面に向かって噴出するように各噴出ノズル２４を配置することにより、接触面上で肥大した生物膜を噴出した濃縮汚泥懸濁液で剥離することができ、目詰まりの防止や好気性状態の維持を図ることができる。なお、生物膜を剥離するための噴出ノズルは、濃縮汚泥懸濁液を散布するための噴出ノズル２４とは別に設け、別の液体、例えば、水処理設備からの余剰汚泥や前記分離液を噴出させるようにしてもよく、接触材１１の上下方向中間部にも設けることができる。

図４は、本発明の汚泥処理装置の第３形態例を示す系統図である。本形態例に示す汚泥処理装置は、上部の通気口２２に、接触槽１２内の空気を吸引するための送風機（ファンＦ）２５を設け、接触槽１２内の空気の流通を促進して接触材１１の表面の微生物に十分な酸素を供給するように形成している。このようにして強制的に空気を流通させることにより、各接触材１１の間隔を狭めることが可能となり、処理効率を向上させることができる。

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。本形態例に示す汚泥処理装置は、前記液受槽２３の下部に、接触槽１１から汚泥抜出経路１５に抜き出した汚泥懸濁液を撹拌して汚泥懸濁液中の微生物を成育させるための微生物生育槽２６を設けるとともに、前記沈殿槽１６から汚泥返送経路１８に抜き出した濃縮汚泥懸濁液を前記微生物生育槽２６に導入し、該微生物生育槽２６内で濃縮汚泥懸濁液が混合した汚泥懸濁液を、ポンプＰから循環側経路２７を介して接触槽上部の汚泥散布手段１３と、分離側経路２８を介して沈殿槽１６とにそれぞれ供給するようにしている。なお、本形態例では、沈殿槽１６からの濃縮汚泥懸濁液を自然流下によって微生物生育槽２６へ供給するようにしており、ポンプの台数を最小限としている。また、循環側経路２７と分離側経路２８とは、独立して設け、それぞれに専用のポンプを設けるようにしてもよい。

微生物生育槽２６で汚泥懸濁液を撹拌するための撹拌手段としては、槽底部に散気装置２９を設けて汚泥懸濁液の撹拌と液中への酸素の補給とを同時に行うように形成し、微生物の成育をより効果的に行えるようにしている。なお、通常の撹拌機による撹拌のみで十分に微生物を成育させることができれば、散気装置２９に代えて一般的な撹拌機を設けてもよく、散気装置に比べて消費電力を削減できる。

このような微生物生育槽２６を設けておくことにより、接触材１１の接触面に十分な量の生物膜が形成されるまでの間、この微生物生育槽２６で微生物を確実に成育させることができ、例えば、接触面から生物膜が剥離して再度接触面に微生物が付着するまでの間も汚泥処理を継続することができる。

図６及び図７は、本発明の汚泥処理装置の第５形態例を示すもので、図６は系統図、図７は接触槽の断面図である。本形態例に示す汚泥処理装置は、接触材３１を円盤状に形成するとともに、接触面を鉛直方向にして複数枚を回転軸３２によって接触槽３３上に回転可能に設け、接触材回転駆動手段としてのモーターＭによって接触材３１の下部が接触槽３３内の汚泥懸濁液に浸された汚泥接触手段としての状態と、上部が空気中に露出した状態とに回転させるように形成している。

回転する接触材３１の接触面には、該接触面が下方に回転して汚泥懸濁液中に浸された状態になったときに汚泥懸濁液が付着し、接触面上に生物膜が形成され、上方に回転したときに生物膜が空気と接触して微生物に酸素が供給される。これにより、前記同様にして微生物の増殖、死滅及び捕食のプロセスが繰り返され、汚泥の減量化が行われる。

接触槽３３から抜き出された汚泥懸濁液は、微生物生育槽２６を通って沈殿槽１６に流入し、分離液が分離液導出経路１７から抜き出され、濃縮汚泥懸濁液は汚泥返送経路１８を通って接触槽３３に循環する。濃縮汚泥懸濁液の接触槽３３への返送は、図６に想像線で示す汚泥返送経路１８ａのように、上方から接触材３１に散布するようにしてもよい。また、系内にへの無機分の濃縮等を回避するため、濃縮汚泥の一部を抜取経路３４から抜き取ることもできる。また、肥大化した生物膜は、接触材３２を回転させた状態で接触面にスクレーパーを接触させることによって容易に剥離することができる。

図８及び図９は、汚泥散布手段の一例を示すもので、図８は一部断面正面図、図９は一部断面平面図である。この汚泥散布手段は、複数の外部側汚泥散布孔４１を一直線上に配置した外筒４２と、複数の内部側汚泥散布孔４３を螺旋状に配置した内筒４４と、内筒４４を回転させる駆動手段４５と、内筒４４内に余剰汚泥や濃縮汚泥懸濁液を含む汚泥懸濁液を供給するための汚泥供給経路４６とにより形成されている。

外筒４２は、外部側汚泥散布孔４１を下向きにした状態で接触槽４７の上方に設置され、この外筒４２内に内筒４４が挿入される。外筒内面と内筒外面とは実質的に密着した状態となっており、両者間から汚泥懸濁液が漏れないように設定されている。この状態で内筒４４を回転させるとともに内筒内に汚泥懸濁液を供給すると、内部側汚泥散布孔４３が下方に回転して外部側汚泥散布孔４１の位置に達したときに、内部側汚泥散布孔４３及び外部側汚泥散布孔４１を通って汚泥懸濁液が下方に流下し、接触槽４７内の接触材４８に散布されることになる。

このように、回転する内筒４４内に汚泥懸濁液を供給することにより、内筒４４内の汚泥懸濁液は常に撹拌された状態となっているので、筒内に滞留することがなくなり、汚泥散布孔４１，４３の目詰まりも発生しない。また、内筒４４の回転速度を調節することにより、散布量を調整することができる。さらに、外部側汚泥散布孔４１は、外筒４２の下部に一列だけではなく、汚泥を散布可能な位置に複数列設けることも可能であり、内部側汚泥散布孔４３の位置は任意に設定することができる。なお、外部側汚泥散布孔４１と内部側汚泥散布孔４３との形状は同一であることが望ましいが、汚泥を散布可能な状態となっていれば、異なる形状を組み合わせることもできる。

本発明の汚泥処理装置の第１形態例を示す系統図である。 本発明の汚泥処理装置の第２形態例を示す系統図である。 本発明の汚泥処理装置の第２形態例の変形例を示す系統図である。 本発明の汚泥処理装置の第３形態例を示す系統図である。 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。 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。 同じく接触槽の断面図である。 汚泥散布手段の一例を示す一部断面正面図である。 同じく一部断面平面図である。

符号の説明

１１…接触材、１２…接触槽、１３…汚泥散布手段、１４…汚泥供給経路、１５…汚泥抜出経路、１６…沈殿槽、１７…分離液導出経路、１８…汚泥返送経路、１９…補助経路、２１，２２…通気口、２３…液受槽、２４…噴出ノズル、２５…送風機、２６…微生物生育槽、２７…循環側経路、２８…分離側経路、２９…散気装置、３１…接触材、３２…回転軸、３３…接触槽、３４…抜取経路、４１…外部側汚泥散布孔、４２…外筒、４３…内部側汚泥散布孔、４４…内筒、４５…駆動手段、４６…汚泥供給経路、４７…接触槽、４８…接触材

Claims (7)

1. 実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための接触材を設けた接触槽と、該接触槽に汚泥懸濁液を供給する汚泥供給経路と、前記接触材の接触面に汚泥懸濁液を接触させる汚泥接触手段と、前記接触槽から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴とする汚泥処理装置。
2. 実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための接触材を収納した接触槽と、該接触槽に供給する汚泥懸濁液を前記接触材の上部から散布する汚泥散布手段を備えた汚泥供給経路と、前記接触槽の底部から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴とする汚泥処理装置。
3. 実質的に鉛直方向に設置される接触面を有し、該接触面に付着した汚泥懸濁液を空気に接触させるための円盤状の接触材を回転可能に設けた接触槽と、汚泥懸濁液を接触槽に供給する汚泥供給経路と、前記接触材の下部を前記接触槽内の汚泥懸濁液に浸し、上部を空気中に露出させた状態で回転させる接触材回転駆動手段と、前記接触槽から汚泥懸濁液を抜き出す汚泥抜出経路と、該汚泥抜出経路に抜き出した汚泥懸濁液を固液分離して分離液を導出する固液分離手段と、該固液分離手段で濃縮された濃縮汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送する汚泥返送経路とを備えていることを特徴とする汚泥処理装置。
4. 前記接触槽の後段に、接触槽から抜き出した汚泥懸濁液を撹拌して汚泥懸濁液中の微生物を成育させるための微生物生育槽を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の汚泥処理装置。
5. 前記汚泥返送経路は、前記濃縮汚泥懸濁液を前記微生物生育槽に導入し、該微生物生育槽内で濃縮汚泥懸濁液が混合した汚泥懸濁液を前記接触槽又は汚泥供給経路に返送することを特徴とする請求項４項記載の汚泥処理装置。
6. 前記汚泥返送経路は、前記濃縮汚泥懸濁液を前記接触材の接触面に向けて散布する噴出ノズルを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の汚泥処理装置。
7. 前記接触槽は、前記接触材部分に空気を流通させるための送風機を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の汚泥処理装置。

Images