JP2016077929A - オゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のオゾン処理装置1は、オゾン反応槽2とオゾン処理手段3とを備える。オゾン反応槽2は、汚泥含有液4中にオゾンガス9を吹込んで発泡させることによって汚泥含有液4の液面上に泡汚泥6を形成する。また、オゾン処理手段3は、泡汚泥6を引抜いて微細化することによって微細化泡汚泥20を形成し、オゾン反応槽2内の泡汚泥6が形成された領域に微細化泡汚泥20を導入する。
【選択図】図1
Description
しかしながら、オゾンガスが汚泥含有液に溶解する速度が遅いため、オゾンガスが汚泥含有液に十分に溶解することなく、気泡として汚泥含有液中から抜け出し易い。また、汚泥含有液に溶解したオゾンガスによって生成したオゾン水の一部は、汚泥と接触する前に分解するため、汚泥との反応効率も低い。このように、上記の方法では、汚泥含有液中におけるオゾンガスの気泡の滞留時間が短く、汚泥との反応効率も低いという問題がある。また、汚泥含有液中を通過したオゾンガスの気泡には汚泥との反応に使用されなかった未反応のオゾンガスが多量に含まれるため、無駄なオゾンガスも多くなるという問題がある。
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、泡汚泥とオゾンガスとの接触面積を増大させることにより、泡汚泥とオゾンガスとの反応効率を高めることが可能なオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記オゾン処理装置と、前記オゾン処理装置のオゾン反応槽の上部から引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する改質汚泥分離槽と、前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽とを備えることを特徴とする汚泥処理装置である。
さらに、本発明は、前記オゾン処理方法によって形成された改質泡汚泥を破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する工程と、前記改質汚泥を嫌気性消化する工程とを含むことを特徴とする汚泥処理方法である。
図1は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。
図1において、オゾン処理装置1は、オゾン反応槽2と、オゾン処理手段3とを備えている。オゾン処理手段3は、オゾン反応槽2内の泡汚泥6が形成される領域に設けられた泡汚泥引抜配管5及び微細化泡汚泥供給配管7を介してオゾン反応槽2と接続されている。
ここで、本明細書において「汚泥含有液4の液面近傍の泡汚泥6が形成される領域」とは、オゾン反応槽2内の泡汚泥6が形成される領域の高さを基準として、汚泥含有液4の液面から一般に1/3、好ましくは1/5の高さの領域を意味する。
微細化泡汚泥供給配管7は、泡汚泥引抜配管5よりも上方に設けられており、オゾン処理手段3で形成された微細化泡汚泥をオゾン反応槽2内の泡汚泥6が形成された領域に導入する。
オゾン処理手段3には、オゾンガス供給配管8が接続されており、オゾンガス供給源(図示していない)からオゾンガス供給配管8を介してオゾン処理手段3にオゾンガス9が供給される。オゾンガス供給源としては、特に限定されず、例えば、オゾン発生装置などを用いることができる。
下水処理などから得られる汚泥含有液4は、汚泥14と水15を一般に含有する。汚泥14は、微生物16とゼラチン状物質17とから一般に構成されるフロック状の有機物質である。汚泥含有液4中にオゾンガス9が連続的に吹込まれると、オゾンガス9の気泡によって汚泥14が浮上し、汚泥含有液4の液面近傍に汚泥14の濃度が高い層が形成される。また、汚泥含有液4中でオゾンガス9の気泡が浮上する際に、オゾンガス9が汚泥含有液4中の水15に溶解し、オゾン水を生成する。このオゾン水と汚泥14とが接触すると、汚泥14中のゼラチン状物質17の表面が溶解すると共にゼラチン状物質17の一部が変質し、この一部が変質したゼラチン状物質18と微生物16とから一般に構成される吸着性の高い汚泥19となる。汚泥含有液4の液面では、吸着性の高い汚泥19がオゾンガス9の気泡の表面に付着するため、オゾンガス9の気泡の周囲が吸着性の高い汚泥19で覆われた泡汚泥6となる。泡汚泥6は、吸着性の高い汚泥19で覆われているため、破泡し難く、長期間安定して泡の状態を保つことができる。
なお、汚泥含有液4の液面近傍に汚泥14の濃度が高い層を効率良く形成するためには、オゾン反応槽2に撹拌機などの撹拌手段を設けないことが好ましい。撹拌手段を用いて汚泥含有液4を撹拌すると、汚泥含有液4中の汚泥14の濃度分布が均一化されてしまい、汚泥含有液4の液面近傍に汚泥14の濃度が高い層が形成され難くなってしまうことがある。
ここで、オゾン処理手段3における処理過程について図3を用いて説明する。図3は、オゾン処理手段3が泡汚泥引抜配管5及び微細化泡汚泥供給配管7を介してオゾン反応槽2と接続された部分周辺の拡大部である。
オゾン反応槽2内に形成された泡汚泥6及び吸着性の高い汚泥19は、ポンプを用いて泡汚泥引抜配管5から引抜かれ、オゾン処理手段3に導入される。オゾン処理手段3にはオゾンガス供給配管8からオゾンガス9が供給されており、オゾン処理手段3によって泡汚泥6及び吸着性の高い汚泥19を処理することによって微細化泡汚泥20が形成される。
オゾン処理手段3としては、泡汚泥6をオゾン処理して微細化することが可能な手段であればエジェクタに限定されず、攪拌機、超音波分散装置、散気装置、マイクロバブル発生機などを用いることができる。
微細化泡汚泥20を導入すると、汚泥含有液4の液面上には、泡汚泥6及び微細化泡汚泥20が存在することになる。泡汚泥6及び微細化泡汚泥20の表面積は、泡汚泥6単独の表面積に比べて大きいため、オゾンガス9との接触効率が高くなる結果、オゾンガス9との反応効率が向上する。
他方、オゾン反応槽2内の汚泥含有液4は、上記の各処理を行うことによって汚泥濃度が低下する。特に、汚泥含有液4中の汚泥14は、オゾンガス9によって浮上するため、汚泥含有液4の下層では汚泥14の濃度が低くなる。汚泥14の濃度が低くなった汚泥含有液4(残渣液)は、オゾン反応槽2の底部に設けられた残渣液排出管11から排出される。
図4は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。なお、本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図4において、オゾン処理装置1は、オゾン処理手段3に泡汚泥6を導入する前に、泡汚泥6を破泡する破泡槽21が設けられている点で、実施の形態1のオゾン処理装置と異なる。破泡槽21には、破泡槽21の内部を攪拌するための攪拌機22が設けられている。破泡槽21は、泡汚泥引抜配管5からポンプ(図示していない)などを用いて引抜いた泡汚泥6を貯留すると共に、攪拌によって破泡して吸着性の高い汚泥19とオゾンガス9とに分離する。吸着性の高い汚泥19は破泡槽21の下部に溜り、オゾンガス9は破泡槽21の上部に溜る。吸着性の高い汚泥19は、破泡槽21の底部に設けられた汚泥配管23から引抜き、オゾン処理手段3に供給される。泡汚泥6の破泡によって生じたオゾンガス9は、破泡槽21の頂部に設けられたオゾンガス排出配管24から排出され、オゾンガス供給配管8から供給されるオゾンガス9と共にオゾン処理手段3に導入される。
図5は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。なお、本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図5において、オゾン処理装置1は、汚泥含有液4中にオゾンガス9と補助ガスとの混合ガス28を吹込むための散気手段10がオゾン反応槽2の底部に設けられている点で、実施の形態1のオゾン処理装置と異なる。散気手段10には、混合ガス供給配管25が接続されており、混合ガス供給配管25には、流量調節器26を介してオゾンガス供給配管8及び補助ガス供給配管27が接続されている。
図6は、本実施の形態に係る汚泥処理装置を説明するための図である。
図6において、本実施の形態の汚泥処理装置30は、オゾン処理装置1と、改質汚泥分離槽31と、嫌気性消化槽33とを備えている。
改質汚泥分離槽31には、改質汚泥分離槽31の内部を攪拌するための攪拌機34が設けられている。改質汚泥分離槽31は、オゾン処理装置1のオゾン反応槽2の上部から改質泡汚泥排出管13を介して引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に、攪拌によって破泡して改質汚泥とオゾンガス9とに分離する。オゾンガス9は、改質汚泥分離槽31の上部に設けられたオゾンガス排出配管35を介してオゾン分解装置(図示せず)に導入され、酸素に分解される。改質汚泥は、改質汚泥分離槽31の底部に設けられた改質汚泥配管36から改質汚泥引抜ポンプ37を用いて引抜き、嫌気性消化槽33に導入される。
図7は、本実施の形態に係る汚泥処理装置を説明するための図である。
図7において、本実施の形態の汚泥処理装置30は、改質汚泥分離槽31と嫌気性消化槽33の間に、改質汚泥溶解槽32を更に備えている。改質汚泥は、改質汚泥分離槽31の底部に設けられた改質汚泥配管36から改質汚泥引抜ポンプ37を用いて引抜き、改質汚泥溶解槽32に導入される。
ここで、汚泥溶解剤としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。汚泥溶解剤の例としては、硫酸、塩酸、硝酸などの酸溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、改質汚泥溶解槽32では、改質汚泥中の有機物を十分に溶解させる観点から、改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することが好ましい。なお、本汚泥溶解剤を注入した場合、改質汚泥中のリンを液中に効率的に溶出させることができるため、当該液のみを分離してリンを回収することも可能である。
溶解された改質汚泥は、改質汚泥溶解槽32の底部に設けられた消化槽供給配管41から消化槽供給ポンプ42を用いて引抜き、嫌気性消化槽33に導入される。
上記のような構成を有する汚泥処理装置30を用いて汚泥処理を行うことにより、オゾンのみでは分解が困難な有機物も分解されるため、嫌気性微生物による有機物分解が促進されるとともに、メタンガス発生効率も向上する。
(実施例1)
図1のオゾン処理装置1を用いて汚泥含有液4のオゾン処理を行った。オゾン処理装置1のオゾン反応槽2は直径30cm、高さ1500cmの円筒状とした。
まず、汚泥濃度(SS濃度)が5000mg/Lの汚泥含有液4をオゾン反応槽2に貯留し、この汚泥含有液4中に散気手段10からオゾンガス9(オゾン含有量100mg/L)を5L/分の流量で吹込んで発泡させることによって汚泥含有液4の液面上に泡汚泥6を形成した。次に、泡汚泥6が形成された領域から泡汚泥引抜配管5を介して泡汚泥6を5L/分の流量で引抜き、オゾン処理手段3(エジェクタ)に導入し、オゾンガス9を5L/分の流量で吹込んで発泡させながら微細化することによって微細化泡汚泥20を形成した。次に、泡汚泥6が形成された領域に微細化泡汚泥20を導入した。上記の手順に従うオゾン処理を行い、オゾン処理装置1の改質泡汚泥排出管13から改質泡汚泥を回収した。
オゾン処理手段を備えていないオゾン処理装置(その他の構成は、図1のオゾン処理装置1と同じである)を用いて汚泥含有液4のオゾン処理を行った。なお、オゾン処理の条件は、散気手段10からのオゾンガスの流量を10L/分に変更したこと以外は実施例1と同じである。
汚泥の改質率(%)={SS0[mg/L]×V0[L]−SS1[mg/L]×V1[L])/(SS0[mg/L]×V0[L])}×100
上記の式中、SS0は汚泥含有液4のSS濃度(5000mg/L)、V0は汚泥含有液4の量(10L)、SS1は改質泡汚泥のSS濃度、V1は改質泡汚泥の量を意味する。
汚泥の改質率の結果を図8に示す。図8に示すように、汚泥の改質率は、比較例1が20%であったのに対し、実施例1が30%であった。実施例1は、比較例1に比べて散気手段10からのオゾンガス流量を1/2に低減したにも関わらず、汚泥の改質率を1.5倍に向上させることができた。したがって、本発明のオゾン処理を行うことで、オゾンガス9の消費を低減しつつ、汚泥の改質率を向上させることができた。
実施例1で得られた改質泡汚泥を嫌気性消化槽33に250g導入し、5Lの嫌気性微生物と20日間混合した。
(実施例3)
図7の汚泥処理装置30を用いて汚泥処理を行った。まず、実施例1で得られた改質泡汚泥を改質汚泥分離槽31内で破泡して改質汚泥とオゾンガス9とに分離した後、改質汚泥を改質汚泥溶解槽32に導入し、改質汚泥溶解槽32内で改質汚泥に汚泥溶解剤(6molのNaOH溶液)を注入して改質汚泥を溶解した。溶解された250gの改質汚泥を嫌気性消化槽33に導入し、5Lの嫌気性微生物と20日間混合した。
(比較例2)
比較として、汚泥濃度が5000mg/Lの汚泥含有液4をオゾン処理せずに嫌気性消化槽33に250g導入し、5Lの嫌気性微生物と20日間混合した。
図9に示すように、実施例2では0.35L/gVS、実施例3では0.4L/gVSのメタンガスが発生したのに対し、比較例2では0.25L/gVSのメタンガスが発生した。本発明のオゾン処理を行った後に嫌気性処理を行うことで、メタンガスの発生量を約1.4倍に増加させることができ、また、本発明のオゾン処理を行った後に汚泥溶解剤で処理し、嫌気性処理を行うことで、メタンガスの発生量を約1.6倍に増加させることができた。
Claims (16)
- 汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで発泡させることによって前記汚泥含有液の液面上に泡汚泥を形成するオゾン反応槽と、
前記泡汚泥を引抜いて微細化することによって微細化泡汚泥を形成し、前記オゾン反応槽内の前記泡汚泥が形成された領域に前記微細化泡汚泥を導入するオゾン処理手段と
を備えることを特徴とするオゾン処理装置。 - 前記オゾン処理手段は、前記汚泥含有液の液面近傍の前記泡汚泥を引抜いて微細化することを特徴とする請求項1に記載のオゾン処理装置。
- 前記オゾン反応槽において、空気、窒素ガス及び酸素ガスからなる群から選択される少なくとも1種の補助ガスを前記オゾンガスと共に吹き込むことを特徴とする請求項1又は2に記載のオゾン処理装置。
- 前記オゾン反応槽から引抜いた泡汚泥を破泡する破泡槽を更に備えており、前記破泡槽で生じた汚泥及びオゾンガスを前記オゾン処理手段に供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のオゾン処理装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のオゾン処理装置と、
前記オゾン処理装置のオゾン反応槽の上部から引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する改質汚泥分離槽と、
前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と
を備えることを特徴とする汚泥処理装置。 - 前記改質汚泥分離槽と前記嫌気性消化槽との間に、前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥に汚泥溶解剤を注入して前記改質汚泥を溶解する改質汚泥溶解槽を更に備えており、前記溶解された改質汚泥が前記嫌気性消化槽に注入されることを特徴とする請求項5に記載の汚泥処理装置。
- 前記改質汚泥溶解槽において、前記改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することを特徴とする請求項6に記載の汚泥処理装置。
- 前記嫌気性消化槽に前記溶解された改質汚泥を注入する前に、前記溶解された改質汚泥のpHを5超過9未満に調整することを特徴とする請求項6又は7に記載の汚泥処理装置。
- 汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで発泡させることによって前記汚泥含有液の液面上に泡汚泥を形成する工程と、
前記泡汚泥を引抜いて微細化することによって微細化泡汚泥を形成する工程と、
前記前記泡汚泥が形成された領域に前記微細化泡汚泥を導入する工程と
を含むことを特徴とするオゾン処理方法。 - 前記微細化泡汚泥を形成する工程において、前記汚泥含有液の液面近傍の前記泡汚泥を引抜いて微細化することを特徴とする請求項9に記載のオゾン処理方法。
- 前記泡汚泥を形成する工程において、空気、窒素ガス及び酸素ガスからなる群から選択される少なくとも1種の補助ガスを前記オゾンガスと共に吹き込むことを特徴とする請求項9又は10に記載のオゾン処理方法。
- 前記微細化泡汚泥を形成する工程において、引抜いた泡汚泥を破泡した後に微細化することを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載のオゾン処理方法。
- 請求項9〜12のいずれか一項に記載のオゾン処理方法によって形成された改質泡汚泥を破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する工程と、
前記改質汚泥を嫌気性消化する工程と
を含むことを特徴とする汚泥処理方法。 - 前記分離された改質汚泥に汚泥溶解剤を注入して前記改質汚泥を溶解する工程を更に含み、前記溶解された改質汚泥が嫌気性消化されることを特徴とする請求項13に記載の汚泥処理方法。
- 前記改質汚泥を溶解する工程において、前記改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することを特徴とする請求項14に記載の汚泥処理方法。
- 前記溶解された改質汚泥を嫌気性消化する前に、前記溶解された改質汚泥のpHを5超過9未満に調整することを特徴とする請求項14又は15に記載の汚泥処理方法。
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