JP2008212868A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン接触槽からオゾン気泡液化槽への気泡の捕集率の向上あるいはオゾン気泡液化槽の気泡の破壊部の動力費の削減を可能とする装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 汚泥処理装置は、オゾン接触槽１、オゾン気泡液化槽２、螺旋状気泡送り管１１、縦型羽根車１２、オゾン散気管９などから構成されている。縦型羽根車１２は、オゾン気泡液化槽２内に設置されていて、オゾン接触槽１内の気泡は、螺旋状気泡送り管１１によりオゾン気泡液化槽２に移動され、そこで勢い良く放出され、その気泡の送り圧力で縦型羽根車１２を回転せしめて気泡を破壊し液化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、オゾンによる汚泥処理装置に関し、特に、下水処理場、浄水場、し尿処理場などの汚泥処理設備における汚泥処理に好適な汚泥処理装置に関するものである。

オゾンによる汚泥処理は、流入させた汚泥とオゾンとを接触反応させ、オゾンによる有機物の酸化分解能力と細菌の細胞膜を破壊することによる殺菌能力とにより後段の消化槽にて汚泥の消化を促進させ、汚泥量の低減と消化ガスの増大を目的としている。汚泥量の削減は、汚泥処分費の低減や処分に必要な機器類の削減につながり、消化ガスの増大は、周辺設備の加温ボイラーや消化ガス発電設備を稼動させる燃料の増大につながる。

図１０は、従来の汚泥処理用オゾン設備におけるシステム構成例を示すものである。図１０において、汚泥処理用オゾン設備は、オゾン接触槽１、オゾン気泡液化槽２、気泡撹拌機３、オゾン発生装置４、排オゾン分解装置５、薬品処理槽６、薬品注入装置７、消化槽８、およびオゾン散気管９から構成されている。当該汚泥処理用オゾン設備の稼動方法を説明すると、先ず矢印Ｅに沿ってオゾン接触槽１に流入させた処理される汚泥に、オゾン発生装置４から供給されるオゾンを矢印Ｆに沿って吹き込んで接触反応させる。かくすることにより、オゾン接触槽１内にオゾンにより特有に生じる汚泥を含んだ多量の気泡が発生する。これらの気泡は、オゾン気泡液化槽２に送られて、そこで電動式の気泡撹拌機３により破壊され液化する。ついでオゾン気泡液化槽２の汚泥は、薬品処理槽６に送られ、そこで薬品注入装置７から供給された薬品により処理される。オゾンと反応した汚泥は、その後、遠心濃縮機などを用いて濃縮した後に、消化槽８に移され消化汚泥となる。オゾンと反応した汚泥は、消化槽８で消化が促進され、これによって約４０％の汚泥量の低減と約１８０％の消化ガスの増大が可能となる。汚泥と反応しなかったオゾンは、排オゾン分解装置５において分解排気される。図９において、符号Ａは余剰汚泥（終沈汚泥）を示し、符号Ｂは汚泥（初沈汚泥）を示し、符号Ｃは消化槽８から排出される消化ガスを示し、符号Ｄは消化槽８から排出される消化汚泥を示す。

図１１は、オゾン接触槽１とオゾン気泡液化槽２との拡大図であって、前記図１０とは、オゾン接触槽１の天井とオゾン気泡液化槽２の天井とを接続する気泡送り管１０を図示したことで異なるが、その他は同じである。図１１において、矢印Ｇは、オゾン接触槽１内に溜まった汚泥を外部に返送する汚泥を示し、矢印Ｈは、処理汚泥を示す。図１１において、オゾン接触槽１内の上部では、気泡送り管１０の気泡移動抵抗が大きいことに起因して、次々に発生する気泡の圧縮により気泡の破壊および液化が生じ、オゾン気泡液化槽２への気泡の捕集率が減少する問題がある。また下水処理場、浄水場、し尿処理場などにおける被処理汚泥は、大量であるので、オゾン気泡液化槽２での気泡の破壊及び液化に電気等の動力を用いた撹拌機の使用は、稼動経費がかさむ問題もある。

ところで、汚泥を対象とした当該処理技術において、前記した問題を解決できる従来の技術は無く、オゾンに換えて大気をバブリングする、即ちエアレーションする技術に広げると後記特許文献１がある。当該文献の技術では、エアレーションによる気泡を、動力を節減する目的で左右流の通路を設けて気泡を流動させるものである。しかし大気をバブリングして生じる気泡は、オゾンをバブリングして生じる気泡と比較して、気泡の発生量は格段に少なく、さらに発生した気泡は極めて崩壊し易いので、特許文献１は、本発明の開発上では参考にならない。

特開昭５９−２２８９９４（図４）

従来のオゾン接触槽とオゾン気泡液化槽は、前記図１０および図１１に示すように構成されている。その場合、反応系汚泥とオゾンの反応により汚泥を含んだ多量の気泡をより多く後段に送る必要があるが、従来のオゾン接触槽の上部構造では、気泡が槽上部の管へ圧送されるために槽上部の端部では気泡の後段の槽への流れが確保されずに気泡の破壊・液化が生じ、気泡の捕集率の低下が見られる問題点があった。オゾン接触槽で液化した汚泥は、返送水として処理ラインに戻されるため、処理負荷の増大や処理コストの増大の原因となる。

また従来のオゾン気泡液化槽では、送られた気泡を電気を動力とした撹拌機にて撹拌・破壊しているために動力費がかかり、加えて撹拌機の軸部の汚れなどによるオゾン漏洩や故障の発生率の増加が見られる問題点があった。

特許文献１に記載の技術を前記図１０および図１１に示す従来技術に適用した場合、気泡は圧力により押し出されるため、気泡の破壊・液化により目詰まりなどの故障を引き起こす問題が発生する場合が考えられる。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、オゾン気泡液化槽での気泡の破壊を電力などの外部動力を使用することなく行い得る技術を提供することを目的とする。

本発明の汚泥処理装置は、オゾン供給装置、上記オゾン供給装置から供給されたオゾンと被処理汚泥とを接触させて被処理汚泥を含む気泡を発生するオゾン接触装置、上記オゾン接触装置からの上記気泡の移動を利用して上記気泡を破壊し液化する気泡破壊装置、上記気泡破壊装置を内蔵すると共に上記気泡の破壊により生じた液化物を収容するオゾン気泡液化装置を備えたものである。

本発明の汚泥処理装置は、上記オゾン接触装置から発生する被処理汚泥を含む気泡の移動を利用して、上記気泡を破壊し液化する気泡破壊装置を備えているので、換言すると、当該気泡破壊装置は、気泡の移動エネルギーを利用して稼動して当該気泡を破壊するものであるので、電力などの外部エネルギーの供給は不要であるという効果がある。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図を含む側面図であり、図３は実施の形態１において使用される、前記気泡破壊装置の一例としての横型羽根車１２の拡大斜視図である。図１〜図３において、実施の形態１の汚泥処理装置は、前記オゾン接触装置の一例としてのオゾン接触槽１、前記液化物収容装置の一例としてのオゾン気泡液化槽２、前記気泡移動路の一例としての螺旋状気泡送り管１１、横型羽根車１２、オゾン散気管９、前記オゾン供給装置の一例としてのオゾン発生装置４、排オゾン分解装置５、薬品処理槽６、薬品注入装置７、および消化槽８から構成されている。横型羽根車１２は、その軸１２１（図２では黒点で示されている。）が螺旋状気泡送り管１１からの気泡の放出方向に直交する方向にオゾン気泡液化槽２の側壁に固定されている。横型羽根車１２の形状は、２個の長方形が９０度で接続され両側に三角形の側面を持った２個の羽根が軸の回りに対称に取り付けられている形状とする。なお、オゾン発生装置４、排オゾン分解装置５、薬品処理槽６、薬品注入装置７、および消化槽８は、前記図１０にて説明したものと構造並びに機能において実質的に同じであるので図示は省略している。このことは、後続の実施の形態２〜６においても同様である。

螺旋状気泡送り管１１は、図示する通り、オゾン接触槽１から排出される気泡を移動させる第一螺旋管路、上記気泡をオゾン気泡液化槽２に移動させる第二螺旋管路、および当該２個の螺旋管が第三管路である直管にて結合された構造を有し、第一螺旋管路はオゾン接触槽１の天井に設けられた開口に接続され、第二螺旋管路はオゾン気泡液化槽２の天井を貫通し、さらに延びて横型羽根車１２の手前で開口している。螺旋状気泡送り管１１などの気泡移動路としては、入口から入った気泡の所定割合以上がつぶれないで気泡移動路を通過して出口から出るものを使用する。気泡移動路値の入口での気泡数に対する出口での気泡数の割合を気泡残存割合と呼ぶ。下記の方法で測定した気泡残存割合が０．６以上、好ましくは０．７以上である気泡移動路を本発明においては使用する。なお、気泡残存割合は下記の方法で測定してもよく、その場合には測定値に対する基準値は測定値に合わせて適切に決める。
[気泡残存割合の測定方法]：測定対象とされる気泡移動路と同構造、同寸法の気泡移動路をガラスや透明樹脂などの透明材料にて作成して外部から計数可能な、一定時間あたりの気泡の総数を計数し、いま上記気泡移動路の入口における気泡の総数をＡ、出口における気泡の総数をＢとすると、Ｂ／Ａの値を気泡残存割合とする。

図１および図２において、オゾン接触槽１内の被処理汚泥に対してオゾン散気管９からオゾンを放出してバブリングすることによりオゾン接触槽１内の上部では気泡が溜まり、その気泡は自体の圧縮により螺旋状気泡送り管１１内を円滑に流れるため、オゾン接触槽１内の気泡の流れが螺旋状に形成されて気泡の破壊及び液化が防止あるいは軽減され、オゾン接触槽１内での気泡の破壊及び液化の程度が、オゾン接触槽１から螺旋状気泡送り管１１へ送られる時点で従来の１／１０程度に減少することが出来る。これによりオゾン処理汚泥量が増加するため、単位汚泥の処理に必要なオゾン製造コストが減少し、低ランニングコスト化に繋がると共に、返送汚泥に含まれる汚泥が減少するため返送汚泥の流入ラインの処理負荷が減少するといった効果がある。またオゾン気泡液化槽２内では、螺旋状気泡送り管１１から勢い良く気泡が放出され、その気泡の送り圧力で横型羽根車１２を矢印の方向に回転せしめて気泡を破壊し液化する。横型羽根車１２などの気泡破壊装置の取り付け位置および回転方向は、気泡の送り圧力により回転する横型羽根車１２が気泡を効率的に破壊できるように調整する。図３に示す横型羽根車１２の場合は、実際にやってみた結果、羽根車１２の凸面側に気泡を受けて回転する向き（図示すの向き）の場合に気泡がより多く破壊できたので図示の方向に回転させている。

横型羽根車１２の採用は、それが電力などの他の動力を用いずに回転して気泡を破壊し液化するので、従来技術におけるように電力を要する撹拌機を設置する必要がなく、低ランニングコスト化に繋がると共に、気泡の吹き出し圧に応じて回転数が自動的に変化するため気泡の飛散が未然に防止され槽周辺での汚泥のこびりつきが軽減し、液化効率も上がる。なお横型羽根車１２は、螺旋状気泡送り管１１からの気泡の放出量に応じて、最良の気泡破壊が達成されるように、その大きさや設置個数を適宜調節するとよい。このことは、後続の諸実施の形態において採用されている各気泡破壊装置についても同様である。さらに気泡の移動エネルギーは、発生する気泡の量に比例して増大するので、横型羽根車１２などの気泡破壊装置の気泡破壊効率も増大する。よって実施の形態１の汚泥処理装置は、比較的小型であっても、大量の汚泥を、しかも前記したように、外部エネルギーの供給なしに処理可能であるので、稼動経費の大幅な軽減が可能となる。さらに気泡破壊装置は、外部エネルギーにて稼動する従来の気泡破壊装置と比較して、構造が単純であって故障が少ないので、装置の保守管理も容易となる効果もある。このことは、本発明の他の実施の形態についても言える。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２を説明するものであって、前記図２に対応する、図１の他のＸ−Ｘ断面図の１部である。実施の形態２は、前記実施の形態１とは、本発明における前記した気泡破壊装置の一例として、十字状の四枚の平板羽根車を有する横型羽根車１３が採用されていることにおいて異なり、その他の構成は同じである。螺旋状気泡送り管１１からの気泡の吹き出し圧により回転する横型羽根車１３による気泡の破壊により、前記実施の形態１と同様の諸効果が得られる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３を説明するものであって、前記図２に対応する、図１の更に他のＸ−Ｘ断面図の１部である。実施の形態３は、前記実施の形態１とは、本発明における前記した気泡破壊装置の一例としての縦型羽根車１４が採用されていることにおいて異なり、その他の構成は同じである。縦型羽根車１４は、その軸（図５では、黒線で示されている。）が送られてきた気泡の吐出方向にオゾン気泡液化槽２の側壁に固定されていて、その羽根は捻り羽根であって、当該軸の回りに回転可能となっていて、螺旋状気泡送り管１１からの気泡の吹き出し圧により回転して気泡を破壊し、それにより前記実施の形態１と同様の諸効果が得られる。

実施の形態４．
図６および図７は、本発明の実施の形態４を説明するものである。図６は、前記図２に対応する、図１の更に他のＸ−Ｘ断面図の１部であり、図７は、本発明における前記した気泡破壊装置の例としての気泡の移動により気泡を突き刺して破壊する突刺部材１６の先端部の説明図である。実施の形態４は、前記実施の形態１〜３などとは、羽根車１２〜１４に換えて突刺部材１６が採用されている点において異なり、その他の構成は同じである。突刺部材１６としては、図６に示す一本針型１６１、箒形（あるいは櫛形）１６２、放射形１６３などが例示される。

突刺部材１６は、その先端部を螺旋状気泡送り管１１の開口部に向けてオゾン気泡液化槽２内に設置され、当該開口部から放出される気泡を突き刺して破壊し液化する機能をなす。更に気泡の粘性などの性状に応じて、当該気泡を捕集・破壊しやすいように、一本針型１６１、箒形（あるいは櫛形）１６２、放射形１６３、あるいはその他の形状のものを採用することができる。突刺部材１６は、その先端を製作前に決定することも可能であり、製作後に取り替えることも可能であるため、最も気泡の破壊率の良い先端を選択することで、螺旋状気泡送り管１１の先端に気泡の未破壊分が残ることを防止する効果を得ることが可能であって、無動力で効率良く気泡を破壊し液化するため、前記実施の形態１〜３等と同様の効果を得ることが出来る。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５を説明するのものである。図８は、前記図２に対応する、図１の更に他のＸ−Ｘ断面図の１部であり、実施の形態５では前記した気泡破壊装置の例として、羽根車部とその先端に突刺部材部を取り付けた複合型気泡破壊装置１７が採用されている点において前記諸実施の形態と異なり、その他は同じである。複合型気泡破壊装置１７における上記羽根車部としては、前記実施の形態３で採用された縦型羽根車１４と同様のものが採用されており、突刺部材部としては前記実施の形態４で採用された突刺部材１６と同様のものが採用されている。上記羽根車部は、送られてきた気泡の吐出方向に対して直交方向にその軸が取り付けられており、気泡の送り圧力で羽根車を回転させ、更に気泡の破壊率を向上させるため上記突刺部材部により気泡を速やかに破壊する。これにより電力などなしに効率良く気泡を破壊し液化するため、実施の形態３や実施の形態４と同様、或いはそれ以上の効果を得ることが出来る。なお、実施の形態５の気泡破壊装置は、その製造コストが実施の形態３や実施の形態４のそれらと比較してコスト高となるので、気泡の破壊率向上の効果と気泡破壊装置の製造コストを勘案して採用の適否を決定するとよい。

実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６を説明するのものである。図９は、前記図２に対応する図１の更に他のＸ−Ｘ断面図の１部であり、実施の形態６では前記した気泡破壊装置の例として、羽根車部とその先端に突刺部材部を取り付けた複合型気泡破壊装置１８が採用されている点において前記実施の形態５同じあるが、上記羽根車部としては、前記実施の形態２で採用された、十字状に配置された四枚の平板羽根車を有する横型羽根車１３と同様のものが採用されている点において異なる。当該羽根車部は、その軸が送られてきた気泡の吐出方向に対して直交方向に取り付けられており、気泡の送り圧力で羽根車を回転させ、更に気泡の破壊率を向上させるため突刺部材部により速やかに破壊する。これにより電力などなしに効率良く気泡を破壊し液化するため、実施の形態２や実施の形態４と同様、或いはそれ以上の効果を得ることが出来る。なお、実施の形態５の気泡破壊装置は、その製造コストが実施の形態２や実施の形態４のそれらと比較してコスト高となるので、気泡の破壊率向上の効果と気泡破壊装置の製造コストを勘案して採用の適否を決定するとよい。

本発明は、前記した諸実施の形態に限定されるものではなく、本発明の課題と解決手段の精神に沿った種々の変形形態を包含する。例えば本発明における上記気泡破壊装置は、上記気泡の移動により回転する羽根車と上記気泡を突き刺して破壊する突刺部材の両方を互いに個別に併設したものであってもよい。その場合、当該羽根車としても、上記気泡移動路から上記オゾン気泡液化装置内に排出される上記気泡の排出方向に延在する回転軸を有する縦型羽根車および上記気泡の排出方向に対して直交する方向に延在する回転軸を有する横型羽根車のいずれか一方または両方を有していてもよく、突刺部材としても各種形状のもの、例えば前記図６において例示した３種など、の２種以上を互いに個別に併設したものであってもよい。また上記気泡移動路としては、螺旋状気泡送り管１１に換えて、オゾン接触槽１の上部の全体を円錐状など、接触槽１の上部の断面積が上に向かって逓減する形状とし、当該逓減の頂き部から通常の管路にて斜め下向きに傾斜せしめてオゾン気泡液化槽２に至るようにしたものであってもよい。

本発明は、下水処理場、浄水場、し尿処理場などの汚泥処理設備における汚泥処理に利用される可能性が高い。

実施の形態１の平面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図を含む側面図である。 実施の形態１において使用される横型羽根車の拡大斜視図である。 実施の形態２における図１の他のＸ−Ｘ断面図の１部である。 実施の形態３における図１のさらに他の他のＸ−Ｘ断面図の１部である。 実施の形態４における図１のさらに他のＸ−Ｘ断面図の１部である。 実施の形態４における突刺部材の先端部の説明図である。 実施の形態５における図１のさらに他のＸ−Ｘ断面図の１部である。 実施の形態６における図１のさらに他のＸ−Ｘ断面図の１部である。 従来の汚泥処理用オゾン設備におけるシステム構成例を示すものである。 図９におけるオゾン接触槽とオゾン気泡液化槽との拡大図である。

符号の説明

１：オゾン接触槽、２：オゾン気泡液化槽、３：気泡撹拌機、４：オゾン発生装置、
５：排オゾン分解装置、６：薬品処理槽、７：薬品注入装置、８：消化槽、
９：オゾン散気管、１０：気泡送り管、１１：螺旋状気泡送り管、１２：横型羽根車、
１３：横型羽根車、１４：縦型羽根車、１６：突刺部材、１７：複合型気泡破壊装置、
１８：複合型気泡破壊装置。

Claims (6)

1. オゾン供給装置、上記オゾン供給装置から供給されたオゾンと被処理汚泥とを接触させて被処理汚泥を含む気泡を発生するオゾン接触装置、上記オゾン接触装置からの上記気泡の移動を利用して上記気泡を破壊し液化する気泡破壊装置、上記気泡破壊装置を内蔵すると共に上記気泡の破壊により生じた液化物を収容する液化物収容装置を備えた汚泥処理装置。
2. 上記気泡破壊装置は、上記気泡の移動により回転する羽根車および上記気泡を突き刺して破壊する突刺部材のいずれか一方または両方を有することを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
3. 上記羽根車は、上記気泡移動路から上記オゾン気泡液化装置内に排出される上記気泡の排出方向に延在する回転軸を有する縦型羽根車および上記気泡の排出方向に対して直交する方向に延在する回転軸を有する横型羽根車のいずれか一方または両方を有することを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理装置。
4. 上記気泡破壊装置は、上記突刺部材を設けた上記羽根車を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の汚泥処理装置。
5. 上記オゾン接触装置と上記オゾン気泡液化装置を接続する気泡移動路を備え、上記気泡移動路が気泡の所定割合以上を通過させるものであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
6. 上記気泡移動路は、上記オゾン接触装置から排出される気泡を移動させる第一螺旋管路、上記気泡を上記液化物収容装置に移動させる第二螺旋管路、上記第一螺旋管路と上記第二螺旋管路とを繋ぐ第三管路を有することを特徴とする請求項５に記載の汚泥処理装置。

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