JP2018149498A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的小規模の装置構成により、有機汚泥の発生量を削減できる汚泥処理装置を提供する。【解決手段】汚泥処理装置１は、微生物により有機廃水の有機成分を分解する生物処理槽２と、生物処理槽２で処理された被処理物を汚泥と処理水に分離する最終沈殿槽３を備える。最終沈殿槽３の下部に接続された排出管３１は、汚泥を生物処理槽２に直接返送する返送管３２と、余剰汚泥を排出する余剰排出管３３と、オゾンで汚泥の処理を行うための汚泥管路を形成するオゾン処理管５とに連なる。オゾン処理管５は、汚泥を流す方向が順次１８０°ずつ切り替わる屈曲部５ａが複数個設けられたジグザグ形状に形成され、屈曲部５ａの近傍に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水が、オゾン含有水生成機７から供給される。オゾン処理管５でオゾン含有水が供給された汚泥は、気液固分離槽８で気体が分離され、戻し管路１２で生物処理槽２へ戻される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば下水や各種産業の廃水等の有機廃水を処理する汚泥処理装置に関する。

下水や、食品業及び製紙業等の各種産業で排出される廃水は、有機物を含む有機廃水が多くを占め、有機廃水は従来より活性汚泥法で処理されている。活性汚泥法で生じる余剰汚泥の多くは、脱水及び焼却された後、埋め立てによる最終処分が行われている。しかしながら、余剰汚泥の脱水及び焼却には、装置の設置コストと燃料コストがかかる問題がある。また、近年、環境への懸念から最終処分場の容量が減少しつつあるという問題がある。これらの問題に対応するため、有機廃水の処理工程において余剰汚泥の発生量を削減することが求められる。

従来、有機廃水の処理工程で発生する余剰汚泥を削減するため、有機物をオゾンで酸化分解する処理方法が存在する。従来のオゾンを用いた汚泥処理装置として、図７に示すような、有機性汚泥１１１を上方部から供給してオゾン処理を行うオゾン反応槽１１２と、オゾン反応槽１１２の下方部へ導入されるオゾン含有ガス１１３を発生するオゾン発生装置１１４と、オゾン反応槽１１２上部から流出したオゾン含有汚泥１１５を貯留する汚泥受容槽１１６とを備えたものが提案されている（特許文献１参照）。

この汚泥処理装置は、オゾン反応槽１１２に導入された有機性汚泥１１１をオゾンガス１１３と接触させ、液相領域１１７を形成して酸化分解を行う。分解が進むにつれて有機汚泥１１１が発泡し、オゾン含有汚泥１１５として液相領域１１７の上方に泡沫領域１１８を形成しながらオゾン反応槽１１２の上部へ上昇する。オゾン反応槽１１２の上部の越流領域１１９へ達したオゾン含有汚泥１１５は、一定時間滞留して反応が進んで発泡が収まった後、オゾン反応槽１１２から汚泥受容槽１１６へ排出される。汚泥受容槽１１６へ排出されたオゾン含有汚泥１１５は、嫌気性消化槽等の生物処理槽に投入され、微生物により分解される。また、オゾン反応槽１１２でオゾン含有汚泥１１５の発泡が収まるにつれて生じたオゾンは、オゾン分解塔に導かれて分解される。

特開２００８−２６４７８５号公報

しかしながら、上記従来の汚泥処理装置は、オゾン反応槽１１２で有機性汚泥１１１にオゾンガス１１３を接触して液相領域１１７と泡沫領域１１８を形成するので、容量の大きなオゾン反応槽１１２が必要であり、処理装置が大型化する問題がある。また、有機性汚泥１１１にオゾンを混合して分解するためにオゾン反応槽１１２と汚泥受容槽１１６との２つの槽が必要であるため、装置構成が大掛かりになる問題がある。また、オゾン反応槽１１２で汚泥と分離されたオゾンは、オゾン分解塔で分解されるので、オゾンの無駄な使用が生じる問題がある。

そこで、本発明の課題は、比較的小規模の装置構成により、有機汚泥の発生量を削減できる汚泥処理装置を提供することにある。また、オゾンを無駄なく使用できる汚泥処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の汚泥処理装置は、有機廃水を貯留し、微生物により有機廃水の処理を行う生物処理槽と、
上記生物処理槽で処理された被処理物を、汚泥と処理水に分離する汚泥分離槽と、
上記汚泥分離槽で分離された汚泥が導かれる汚泥管路と、
上記汚泥管路を流れる汚泥に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水を供給するオゾン含有水供給ノズルと、
上記汚泥管路に接続され、上記汚泥にオゾン含有水が供給されてなる被処理物から気体を分離する気体分離槽と、
上記気体分離槽で気体が分離された被処理物を上記生物処理槽に戻す戻し管路と、
上記気体分離槽で分離された気体から酸素を分離する酸素分離装置と、
上記酸素分離装置で分離された酸素を、上記汚泥分離槽で分離された処理水に混合して酸素含有水を生成する酸素含有水生成機と、
上記酸素含有水生成機で生成された酸素含有水を上記生物処理槽の有機廃水に供給する酸素含有水供給ノズルと
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、例えば下水や、食品業及び製紙業等の各種産業で生じる廃水等のような有機物を含む有機廃水が、生物処理槽に導かれる。生物処理槽では、微生物により有機廃水の有機成分が分解される。生物処理槽で処理された被処理物は、汚泥分離槽に導かれ、汚泥と処理水に分離される。汚泥分離槽で分離された汚泥は、汚泥管路に導かれる。この汚泥管路を流れる汚泥に、オゾン含有水供給ノズルにより、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水が供給され、このオゾン含有水のオゾンの作用により、汚泥の分解が促進される。汚泥にオゾン含有水が供給されてなる被処理物は、汚泥管路に接続された気体分離槽に導かれ、気体が分離される。上記気体分離槽で気体が分離された被処理物は、戻す戻し管路を介して生物処理槽に戻される。一方、上記気体分離槽で分離された気体は、酸素分離装置で酸素が分離され、この酸素分離装置で分離された酸素は、酸素含有水生成機により、上記汚泥分離槽で分離された処理水に混合されて酸素含有水が生成される。上記酸素含有水生成機で生成された酸素含有水は、酸素含有水供給ノズルによって上記生物処理槽の有機廃水に供給され、微生物による有機成分の分解が促進される。このように、上記オゾン含有水供給ノズルにより、汚泥管路を流れる汚泥に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水が供給されるので、汚泥の発泡を効果的に抑制できる。したがって、従来のように発泡した汚泥を収容して発泡を収束させるためのオゾン反応槽が不要であるので、汚泥処理装置の装置構成を従来よりも小規模にできる。また、オゾン含有水が供給される汚泥管路に連なる気体分離槽により気体が分離され、この気体から酸素分離装置で分離された酸素を用いて酸素含有水が製造されて、生物処理槽に供給される。このように、オゾンを汚泥管路で汚泥の分解に用いると共に、オゾンから生じた酸素を生物処理槽で有機成分の分解に用いるので、オゾンを無駄なく効率的に活用できて、有機廃水を効率的に処理することができる。また、生物処理槽で処理されて汚泥分離槽で分離された汚泥を、汚泥管路でオゾン含有水により処理した後、気体を分離して生物処理槽に戻して微生物による処理を行うので、有機廃水の有機成分は、生物処理槽と汚泥分離槽と汚泥管路を循環して処理され、大部分が分解される。したがって、最終的に残留する余剰汚泥を大幅に削減することができる。その結果、余剰汚泥を処理するための汚泥濃縮槽、脱水機及び焼却機等を小規模にでき、或いは、削除することができる。また、汚泥分離槽で汚泥と分離された処理水を用いて、オゾン含有水と酸素含有水を生成するので、有機廃水の処理のために消費する水を効果的に削減できる。ここで、ウルトラファインバブルとは、直径が１μｍ以下の気泡をいう。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記汚泥管路の複数個所に、上記オゾン含有水供給ノズルが配置されている。

上記実施形態によれば、汚泥が汚泥管路を流れる過程で、複数個所に配置されたオゾン含有水供給ノズルからオゾン含有水が供給されるので、汚泥の分解が効果的に促進される。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記汚泥管路のオゾン含有水供給ノズルよりも下流側に、上記オゾン含有水が供給された汚泥に超音波を印加する超音波振動子が設けられている。

上記実施形態によれば、汚泥管路において、超音波振動子により、オゾン含有水が供給された汚泥に超音波を印加することにより、汚泥の分解が効果的に促進される。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記汚泥管路は断面積が縮小する断面縮小部を有し、この断面縮小部の配置位置から下流側に、上記オゾン供給ノズルでオゾン含有水を供給するように形成されている。

上記実施形態によれば、汚泥管路を流れる汚泥は、断面積が縮小する断面縮小部の下流側に、流れの乱れが生じる。この断面縮小部の配置位置から下流側にオゾン含有水を供給することにより、オゾン含有水と汚泥を、流れの乱れによって効果的に攪拌することができる。その結果、オゾンのウルトラファインバブルを効果的に汚泥に接触させて、汚泥の分解を効果的に促進できる。なお、オゾン含有水は、断面縮小部の配置位置に供給されてもよく、また、断面縮小部の配置位置よりも下流側に供給されてもよい。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記オゾン供給ノズルは、上記汚泥管路に配置されて上記汚泥管路に断面縮小部を形成する流路縮小体と、この流路縮小体の側面に設けられたオゾン含有水の吐出口とを有する。

上記実施形態によれば、オゾン供給ノズルを汚泥管路の内部に配置することにより、流路縮小体によって汚泥管路に断面縮小部が形成されると共に、この流路縮小体の側面にオゾン含有水の吐出口が配置される。したがって、汚泥管路を流れる汚泥に、断面縮小部によって流れの乱れを形成できると共に、この流れの乱れに吐出口から効果的にオゾン含有水を供給することができる。これにより、汚泥とオゾン含有水を効果的に攪拌できて、オゾンのウルトラファインバブルを効果的に汚泥に接触させることができる。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記オゾン供給ノズルの流路縮小体は、上記汚泥管路と同軸に配置され、軸方向において楕円形断面を有する。

上記実施形態によれば、汚泥管路の内部に配置されるオゾン供給ノズルの流路縮小体が、汚泥管路と同軸に配置され、軸方向において楕円形状断面を有することにより、汚泥管路に効果的に断面縮小部を形成できる。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記オゾン供給ノズルの流路縮小体に、整流板が設けられている。

上記実施形態によれば、オゾン供給ノズルの流路縮小体に設けられた整流板により、この流路縮小体で形成される断面縮小部において、汚泥の流れを整えることにより、断面縮小部の下流側に効果的に流れの乱れを形成できる。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記汚泥管路における汚泥の流通長さとオゾン含有水の供給量が調節可能に形成されている。

上記実施形態によれば、汚泥分離槽からの汚泥の量が比較的多い場合は、汚泥管路の汚泥の流通長さを比較的長く調節すると共に、オゾン含有水の供給量を比較的多く調節することができる。一方、汚泥分離槽からの汚泥の量が比較的少ない場合は、汚泥管路の汚泥の流通長さを比較的短く調節すると共に、オゾン含有水の供給量を比較的少なく調節することができる。このように、汚泥分離槽から導かれる汚泥の量に応じて、オゾン含有水の供給量を適切に調節することができ、オゾンを用いて効率的に汚泥を処理することができる。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記オゾン含有水は、上記汚泥分離槽で分離された処理水にオゾンのウルトラファインバブルが添加されたものである。

上記実施形態によれば、汚泥分離槽で分離された処理水にオゾンのウルトラファインバブルを添加してなるオゾン含有水を、汚泥に供給することにより、有機廃水の処理のために消費する水を効果的に削減できる。

一実施形態の汚泥処理装置は、上記酸素含有水は、上記処理水に酸素のウルトラファインバブルが添加されたものである。

上記実施形態によれば、汚泥分離槽で分離された処理水に酸素のウルトラファインバブルが添加されてなる酸素含有水を、酸素含有水供給ノズルによって生物処理槽の有機廃水に供給することにより、生物処理槽内の酸素濃度を効果的に増大させて、有機廃水の分解を効果的に促進できる。また、汚泥分離槽で分離された処理水を利用することにより、有機廃水の処理のために消費する水を効果的に削減できる。

本発明の第１実施形態の汚泥処理装置を示す模式図である。 汚泥管路に配置されたオゾン含有水供給ノズル及び超音波振動子を示す模式図である。 バブル発生器が有する気泡微細化装置を示す縦断面図である。 気泡微細化装置が有する微細化ブロックを示す平断面図である。 気泡微細化装置が有する微細化ブロックを示す縦断面図である。 他のオゾン含有水供給ノズルを示す模式図である。 第２実施形態の汚泥処理装置を示す図である。 従来の汚泥処理装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、第１実施形態の汚泥処理装置を示す模式図である。この汚泥処理装置は、有機廃水としての下水を処理するために使用される。この汚泥処理装置１は、有機廃水である下水が導かれる生物処理槽２と、生物処理槽２で処理された被処理物が導かれる汚泥分離槽としての最終沈殿槽３を備える。生物処理槽２は、有機廃水を貯留し、好気性の微生物により有機廃水の有機成分を分解する。最終沈殿槽３は、生物処理槽２から導かれた被処理物のうちの不溶物を沈殿させ、不溶物が沈殿してなる汚泥と、上澄みの処理水とに分離する。

最終沈殿槽３は、槽内の下部に沈殿した汚泥を排出する排出管３１が底部に接続されており、この排出管３１は、汚泥を生物処理槽２に直接返送する返送管３２と、最終処理のために余剰の汚泥を排出する余剰排出管３３と、オゾンで汚泥の処理を行うための汚泥管路を形成するオゾン処理管５とに連なっている。また、最終沈殿槽３の上部には、槽内の上部に分離した処理水を排出する排水管３５が接続されている。この排水管３５は、オゾン含有水を作成するオゾン含有水生成機７に処理水を送るオゾン用給水管３６と、酸素含有水を作成する酸素含有水生成機９に処理水を送る酸素用給水管３７とに連なっている。

オゾン処理管５は、最終沈殿槽３から導かれた汚泥が流れる汚泥管路を形成する。このオゾン処理管５は、内側の汚泥管路に汚泥を満たして流すと共に、この汚泥にオゾンを添加して汚泥の分解を促進するものである。オゾンはオゾン生成機６で生成され、このオゾンと、最終沈殿槽３で分離された処理水と用いて、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水がオゾン含有水生成機７で作成される。このオゾン含有水が、オゾン処理管５の汚泥に供給されるようになっている。

オゾン処理管５は、オゾン処理管５で汚泥がオゾンで処理されてなる被処理物を、酸素と、酸素以外の気体と、固液混合物とに分離する気液固分離槽８に接続されている。気液固分離槽８は、固液混合物を戻す戻し管路を形成する戻し管１２が、生物処理槽２に接続されている。気液固分離槽８は、酸素を導く酸素供給管３８が、酸素含有水生成機９に接続されている。酸素含有水生成機９では、酸素供給管３８を介して供給された酸素と、酸素用給水管３７を介して供給された処理水とを用いて、酸素のウルトラファインバブルを含有する酸素含有水が生成される。この酸素含有水が、酸素含有水供給ノズル１１により生物処理槽２内に供給され、有機廃水の有機成分の分解が促進される。

上記最終沈殿槽３から汚泥が導かれるオゾン処理管５は、汚泥を流す方向が順次１８０°ずつ切り替わる屈曲部５ａが複数個設けられたジグザグ形状に形成されている。複数の上記屈曲部５ａのうちの２つの屈曲部５ａの近傍に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水が、オゾン含有水生成機７から供給されるようになっている。

図２は、オゾン処理管５の屈曲部５ａの周辺を拡大して示した模式図である。図２に示すように、オゾン処理管５の屈曲部５ａの上流側に、汚泥にオゾン含有水を供給するオゾン含有水供給ノズル１３が設けられている。オゾン含有水供給ノズル１３は、オゾン処理管５の内側に、汚泥管路の軸方向視において中央に配置された概ね球状の流路縮小体１４と、この流路縮小体１４の側面に設けられた複数のオゾン含有水吐出口１５，１５，１５，・・・を有する。オゾン含有水吐出口１５は、流路縮小体１４の軸方向の下流側部分に、周方向に並んで配置されている。このオゾン含有水供給ノズル１３の流路縮小体１４は、オゾン処理管５と同軸に配置されてオゾン含有水を供給する支持給水管１６によって、汚泥管路内に保持されている。支持給水管１６は、直線状に延在し、オゾン処理管５の屈曲部５ａでオゾン処理管５の壁面に貫通している。流路縮小体１４は、概ね球状の外形を有し、汚泥管路の中央に配置されていることにより、汚泥管路の断面積を縮小して断面縮小部を形成している。矢印Ａで示すようにオゾン処理管５を流れる汚泥が、流路縮小体１４の外側麺とオゾン処理管５の内側面との間を通過すると、流路縮小体１４の下流に流れの乱れが形成される。この流路縮小体１４の下流に、オゾン含有水吐出口１５からオゾン含有水を供給することにより、オゾン含有水を流れの乱れによって効果的に攪拌し、汚泥とオゾン含有水とを効果的に混合するようになっている。汚泥にオゾン含有水を混合することにより、オゾン含有水に含まれるウルトラファインバブルのオゾンによって、汚泥の有機成分が酸化されて分解される。

オゾン処理管５の屈曲部５ａの下流側には、オゾン含有水が混合された汚泥に超音波を印加する超音波振動子１７が配置されている。超音波振動子１７は、円盤状乃至円筒形状を有し、オゾン処理管５の内側に、汚泥管路の軸方向視において同軸に配置されている。この超音波振動子１７は、オゾン処理管５と同軸に配置された支持棒１９によって、汚泥管路内に保持されている。支持棒１９は、直線状に延在し、オゾン処理管５の屈曲部５ａでオゾン処理管５の壁面に貫通している。支持棒１９内には、超音波振動子１７に接続された配線が内蔵され、この配線は、超音波振動子１７の駆動を制御する超音波制御回路１８に接続されている。上記オゾン含有水供給ノズル１３からオゾン含有水が供給された汚泥に、超音波振動子１７で超音波を印加することにより、オゾンによる有機成分の分解が効果的に促進される。オゾン含有水が供給され、超音波が印加された汚泥は、矢印Ｂで示すように汚泥管路の下流側に送られる。

オゾン含有水生成機７は、オゾン生成機６で生成されたオゾンと、最終沈殿槽３で分離された処理水とでオゾン含有水を作成するものであり、オゾンの気体と、処理水の液体とを混合して気液混合体を生成する気液混合ポンプと、この気液混合ポンプで作成された気液混合体に含まれるオゾンの気泡を微細化する気泡微細化装置とを有する。気液混合ポンプは、オゾンのマイクロバブルを含有する気液混合体を生成する。ここで、マイクロバブルとは、１〜１００μｍの直径を有する泡である。

オゾン生成機６は、無声放電によりオゾンを生成するものである。なお、オゾン生成機６は、無声放電以外に、沿面放電や、電解や、紫外線照射によりオゾンを生成するものでもよい。

図３は、オゾン含有水生成機７の気泡微細化装置を示す縦断面図である。この気泡微細化装置４１は、概ね球状の耐圧ケーシング４２と、耐圧ケーシング４２内に収容された微細化ブロック４５とで大略構成されている。気泡微細化装置４１には、耐圧ケーシング４２に連結された供給管４４を通して、気液混合ポンプから、オゾンと処理水の気液混合体が耐圧ケーシング４２内に圧送される。耐圧ケーシング４２に圧送された気液混合体は、微細化ブロック４５内に被圧状態で流入し、オゾンの気泡が微細化されて、微細化ブロック４５に連結された排出管４６を通って耐圧ケーシング４２の外部へ排出される。排出管４６は耐圧ケーシング４２の供給管４４と反対側に挿通して固定されており、微細化ブロック４５を耐圧ケーシング４２に固定する固定具を兼ねている。

図４は、微細化ブロック４５を示す平断面図であり、図５は、微細化ブロック４５の縦断面図である。微細化ブロック４５は、平面視において概ね正八角柱のブロック本体４７と、ブロック本体４７の中心軸の周りに等角度をおいて形成された４つの旋回室Ｒ，Ｒ，Ｒ，Ｒと、ブロック本体４７の中心軸と同心に形成され、対向する旋回室Ｒ，Ｒの間を結ぶ線と直角をなす直角通路Ｐが内部に形成されている。微細化ブロック４５は、例えばフッ素樹脂等の合成樹脂で製造することができる。なお、微細化を行う対象や、気液混合体の温度等の条件に応じて、他の合成樹脂を用いて微細化ブロック４５を製造してもよい。また、ステンレス鋼等の金属で微細化ブロック４５を製造してもよい。

微細化ブロック４５の旋回室Ｒは、円筒の端面に半球を連ねたような回転体形状を有し、円筒部が微細化ブロック４５の外径側を向くと共に半球部が微細化ブロック４５の内径側を向くように形成されている。対向する２つの旋回室Ｒは、中心軸が一直線上に配置されて、旋回室対を構成している。本実施形態では、２つの旋回室対が設けられており、これら２つの旋回室対は、各対の旋回室Ｒ間を結ぶ中心軸が互いに直交するように配置されている。上記直角通路Ｐは、各旋回室対の旋回室Ｒの間を結ぶ中心軸に対して直角方向に延在している。直角通路Ｐには、４つの旋回室Ｒの半球部の先端が連通している。直角通路Ｐの各旋回室対の旋回室Ｒの間に位置する部分が、２つの旋回室対の共通の衝突室となっている。直角通路Ｐの衝突室よりも排出管４６側に位置する部分は、衝突室で微細化した気液混合体を排出する排出路となっている。一方、直角通路Ｐの供給管４４側の端部は、キャップ５１で閉じられている。上記直角通路Ｐの排出路の端部は、排出管４６に接続されている。

微細化ブロック４５には、旋回室Ｒへ気液混合体を供給する供給路４９が形成されている。供給路４９は、旋回室Ｒの中心軸方向視において内周面の接線を描くように形成されており、微細化ブロック４５の端面に形成された入口開口４９ａから気液混合体が流入し、旋回室Ｒの内側面に形成された放出開口４９ｂから気液混合体を室内に放出するようになっている。供給路４９は、旋回室Ｒの中心軸に関して対称の位置に２つ設けられており、各供給路４９の入口開口４９ａは、微細化ブロック４５の両端面に夫々形成されている。図４の平断面図には、断面に表れない側の供給路４９の位置を仮想線で示している。なお、耐圧ケーシング４２に供給される気液混合体の流量や圧力、或いは、旋回室Ｒに形成すべき旋回流の速度等に応じて、２つの供給路４９のうちの一方が閉鎖されてもよい。あるいは、微細化ブロック４５に、１つの旋回室Ｒにつき供給路４９を１つのみ形成してもよい。

上記微細化ブロック４５の旋回室Ｒは、概ね正八角柱のブロック本体４７が有する８個の側面のうち、１つおきの４個の側面に底が球状の円柱穴を形成し、この円柱穴の開口部を円形ドーム状の蓋体５０で閉鎖して形成されている。

この気泡微細化装置４１にポンプ３１から気液混合体が供給されると、耐圧ケーシング４２の内側面と、微細化ブロック４５の外側面との間に、気液混合体が被圧されて満たされる。被圧された気液混合体は、微細化ブロック４５の端面に形成された入口開口４９ａから供給路４９に流入し、放出開口４９ｂから旋回室Ｒ内に導かれる。供給路４９から旋回室Ｒに導かれた気液混合体は、供給路４９が旋回室Ｒの中心軸に対して接線方向に形成されていることにより、旋回室Ｒ内で中心軸周りの旋回流になる。旋回室Ｒ内に形成される気液混合体の旋回流は、旋回室Ｒの放出開口４９ｂが設けられた円筒部の端部から半球部の端部に向かって流れ、これに伴う旋回径の縮小によって流速が増大する。旋回室Ｒの微細化ブロック４５の内径側に位置する半球部の端部に達した気液混合体は、高速で旋回しながら直角通路Ｐの衝突室に吐出される。上記旋回室対を構成する２つの旋回室Ｒで生成される旋回流の旋回方向は、互いに反対向きであり、これにより、直角通路Ｐの衝突室で互いに反対向きの旋回流れが衝突する。これらの旋回流は、旋回室Ｒから衝突室に吐出され、吐出口から円錐状に旋回する旋回噴流が形成される。これら旋回噴流は、互いに反対向きに旋回するので、衝突室で互いに衝突することにより、気液混合体の気泡が効果的に破壊され、１０ｎｍ以上１μｍ以下の直径に微細化されて、オゾンのウルトラファインバブルが生成される。さらに、２つの旋回室対が設けられていることにより、各旋回室対の気液混合体の旋回流が衝突室で重畳的に衝突し、気液混合体の気泡が効果的に微細化されて、ウルトラファインバブルが効果的に生成される。

気液固分離槽８は、オゾン処理管５で導かれた被処理物を、気体と、固液混合体とに分離するものである。気液固分離槽８としては、気液分離膜又は気液分離フィルタを用いたものや、サイクロンセパレータを用いたものなどを採用できる。更に、気液固分離槽８は、オゾン処理管５からの被処理物から分離した気体を、酸素と酸素以外に分離する。気液固分離槽８で分離された酸素以外の気体は、装置外に排出される。気液固分離槽８で分離された酸素は、酸素含有水生成機９に供給される。気液固分離槽８は、窒素や二酸化炭素等の酸素以外の気体を吸着するゼオライト等の吸着材を有し、吸着材を透過して排出された酸素を収集して高濃度酸素を生成するように形成されている。このように、気液固分離槽８は、気体分離槽と酸素分離装置の機能を有する。

酸素含有水生成機９は、気液固分離槽８で分離された酸素と、最終沈殿槽３で分離された処理水とで酸素含有水を作成するものであり、酸素の気体と、処理水の液体とを混合して気液混合体を生成する気液混合ポンプと、この気液混合ポンプで作成された気液混合体に含まれる酸素の気泡を微細化する気泡微細化装置とを有する。酸素含有水生成機９の気泡微細化装置は、オゾン含有水生成機７の気泡微細化装置と実質的に同じ構造を有する。すなわち、図３乃至５に記載された気泡微細化装置４１と同様に、酸素と処理水の気液混合体が圧送される耐圧ケーシングと、この耐圧ケーシング内に収容され、気液混合体の旋回噴流の衝突により酸素の気泡を破壊してウルトラファインバブルを形成する微細化ブロックを有する。

上記酸素含有水生成機９で生成された酸素含有水は、酸素含有水槽１０に貯留され、この酸素含有水槽１０の酸素含有水が、酸素含有水供給ノズル１１で生物処理槽２に供給される。

上記最終沈殿槽３に排出管３１を介して接続された余剰排出管３３は、余剰汚泥の脱水装置４０に接続されている。脱水装置４０は、廃水が生物処理槽２とオゾン処理管５で処理された後に残留し、最終沈殿槽３で集められた余剰汚泥が導かれ、この余剰汚泥を脱水するものである。脱水装置４０は、スクリュープレス型脱水機や、ベルトプレス型脱水機や、真空脱水機や、遠心脱水機等を用いることができる。脱水装置４０で汚泥の固形成分から分離された分離液は、ろ過等が行われた後、オゾン含有水や酸素含有水等を生成するために再利用することができる。脱水装置４０で脱水処理された汚泥の固形物は、焼却や埋め立て等により最終処分される。本実施形態の汚泥処理装置によれば、廃水を生物処理槽２とオゾン処理管５で処理するので、主に微生物の残骸である余剰汚泥を大幅に削減することができ、脱水装置４０で生じる汚泥の固形物を大幅に削減できる。その結果、余剰汚泥の最終処分に必要な手間と費用を大幅に削減できる。また、最終沈殿槽３から排出される余剰汚泥を従来よりも大幅に削減できるので、脱水装置４０は従来よりも大幅に小規模のものでよいから、汚泥処理装置１の構成を小規模にでき、装置コストを効果的に削減できる。

上記第１実施形態の汚泥処理装置１は、生物処理槽２で生物処理されて最終沈殿槽３で分離された汚泥を、オゾン処理管５で形成された汚泥管路に導き、この汚泥管路に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水を供給してオゾンにより汚泥を処理している。したがって、汚泥の発泡を効果的に防止しながら、オゾンによる有機成分の分解を行うことができる。したがって、従来のように発泡した汚泥を収容して発泡を収束させるためのオゾン反応槽が不要であるので、汚泥処理装置１の装置構成を従来よりも小規模にできる。また、汚泥にオゾン含有水が混合されてなる被処理物は、気体分離槽８で酸素が分離され、この酸素を用いて酸素含有水生成機９で酸素含有水が製造されて、生物処理槽２に供給される。このように、オゾン処理管５で汚泥の分解を行ったオゾンから生成された酸素を、生物処理槽２で有機成分の分解に利用するので、オゾンを無駄なく効率的に活用でき、有機廃水を効率的に処理することができる。

また、本実施形態の汚泥処理装置１は、生物処理槽２で生物処理が行われて汚泥分離槽３で分離された汚泥を、汚泥管路でオゾン含有水により処理した後、気液固分離槽８で気体を分離して戻し管１２で生物処理槽２に戻して微生物による処理を行う。このように、有機廃水の有機成分は、生物処理槽２と汚泥分離槽３と汚泥管路を循環して処理されることにより、大部分が分解され、最終的に残留する余剰汚泥を大幅に削減することができる。例えば、下水処理における余剰汚泥の発生量を、従来の約１０％程度に削減することができる。その結果、余剰汚泥を処理するための汚泥濃縮槽、脱水機及び焼却機等を小規模にでき、或いは、削除することができる。

また、汚泥分離槽３で分離された処理水を用いて、オゾン含有水生成機７でオゾン含有水を生成し、酸素含有水生成機９で酸素含有水を生成するので、有機廃水の処理のために消費する水を効果的に削減できる。

上記実施形態において、オゾン処理管５内にオゾン含有水を供給するオゾン含有水供給ノズル１３は、概ね球状の外形を有する流路縮小体１４を有したが、他の形状のオゾン含有水供給ノズルを用いてもよい。図６は、オゾン含有水供給ノズルの変形例を示す模式図である。変形例のオゾン含有水供給ノズル２０は、軸方向において楕円形断面を有するラグビーボール状の流路縮小体２１と、この流路縮小体２１の外周面に取り付けられた複数の整流板２２，２２，２２，・・・と、流路縮小体２１の側面に配置された複数のオゾン含有水吐出口２３，２３，２３，・・・を有する。整流板２２は、流路縮小体２１の長手方向に延在し、図示しないが流路縮小体２１の中心軸に対して傾斜して配置されている。オゾン含有水吐出口２３，２３，２３，・・・は、流路縮小体２１の表面の上流側部分に配置されている。変形例のオゾン含有水供給ノズル２０は、矢印Ａのように流れる汚泥に、オゾン含有水吐出口２３からオゾン含有水を供給する。このオゾン含有水を供給した汚泥を、整流板２２によって整流しながら、流路縮小体２１とオゾン処理管５との間に形成された断面縮小部を通過させる。断面縮小部を通過した汚泥は、流路縮小体２１の下流側で流れに乱れが生じ、オゾン含有水との混合が促進される。このように、整流板２２により、汚泥管路の断面縮小部の流れを整えることにより、汚泥を速やかに流して、断面縮小部の下流側の流れの乱れを促進できる。これにより、汚泥とオゾン含有水とを効果的に攪拌し、オゾンによる有機成分の分解を効果的に促進できる。

図７は、本発明の第２実施形態の汚泥処理装置を示す模式図である。第２実施形態の汚泥処理装置は、主に生物処理槽６２とオゾン処理管６５に関する構成が第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を引用して詳細な説明を省略する。

第２実施形態の汚泥処理装置６１は、有機廃水としての下水が供給される生物処理槽６２の底部に、攪拌用の空気を供給する複数のバブリングノズル６３，６３，６３が配置されている。バブリングノズル６３は、圧縮空気を供給するコンプレッサ６４に接続されており、圧縮空気の吹出口が、生物処理槽６２内に配置された酸素含有水供給ノズル１１の酸素含有水の吹出口と対向して配置されている。バブリングノズル６３は、コンプレッサ６４からの圧縮空気を吹き出すことにより、酸素含有水供給ノズル１１からの酸素含有水と、生物処理槽６２内の有機廃水とを効果的に攪拌して混合する。これにより、有機廃水の曝気を効果的に促進し、微生物による有機廃水の分解を効果的に促進することができる。

また、第２実施形態の汚泥処理装置６１は、オゾン処理管６５で形成される汚泥管路における汚泥の流通長さが調節可能に形成されている。詳しくは、オゾン処理管６５は、汚泥の流通が切り替え可能に形成された切り替え部５５と、切り替え部５５の汚泥の流通が停止されたときに汚泥を流す短絡部５６を有する。切り替え部５５の両端と、短絡部５６の両端は、三方弁７１，７１で夫々接続されている。三方弁７１，７１を切り替えることにより、汚泥を、切り替え部５５と短絡部５６のいずれかに流すように形成されている。切り替え部５５には、他の部分と同様に、オゾン含有水が生成されるオゾン微細化装置６７が接続されている。オゾン微細化装置６７は、オゾンバブル水生成機６６に接続されている。オゾンバブル水生成機６６は、無声放電によりオゾンを生成するオゾン生成部と、オゾン生成部で生成したオゾンを、最終沈殿槽３で分離された処理水と混合してオゾンと水の気液混合体を生成するバブル水生成部を有する。バブル水生成部は、気液混合ポンプで形成され、オゾンのマイクロバブルを含有する気液混合体を生成する。ここで、マイクロバブルとは、１〜１００μｍの直径を有する泡である。オゾン微細化装置６７は、オゾンバブル水生成機６６からの気液混合体を加圧する加圧ポンプと、この加圧ポンプで加圧された気液混合体が導かれ、オゾンの気泡を微細化してウルトラファインバブルを形成し、このウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水を生成する気泡微細化装置４１を有する。オゾン微細化装置６７は、オゾン処理管６５が有する複数の屈曲部５ａのうちの３つの屈曲部５ａの近傍に配置された図示しないオゾン含有水供給ノズルにより、オゾン処理管６５内にオゾン含有水を供給するように接続されている。また、オゾン処理管６５のオゾン含有水供給ノズルの下流側には、オゾン含有水が供給された汚泥に超音波を印加する図示しない超音波振動子が夫々設けられている。上記３つのオゾン微細化装置６７のうち、切り替え部５５に接続されたオゾン微細化装置６７は、オゾンバブル水生成機６６からの気液混合体の供給をオンオフする開閉弁６８が設けられている。

第２実施形態の汚泥処理装置６１は、最終沈殿槽３から導かれる汚泥が比較的多い場合は、オゾン処理管６５の三方弁７１，７１を切り替えて切り替え部５５に汚泥を流すと共に、開閉弁６８を開いて切り替え部５５の微細化装置６７にオゾンと水の気液混合体を供給する。これにより、汚泥はオゾン処理管６５内の全ての汚泥管路を流れると共に、全ての微細化装置６７からオゾン処理管６５にオゾン含有水が供給される。一方、最終沈殿槽３から導かれる汚泥が比較的少ない場合は、オゾン処理管６５の三方弁７１，７１を切り替えて短絡部５６に汚泥を流すと共に、開閉弁６８を閉じて切り替え部５５の微細化装置６７への気液混合体の供給を停止する。これにより、汚泥はオゾン処理管６５内の切り替え部５５を除いた汚泥管路を流れると共に、切り替え部５５に対応する微細化装置６７のオゾン含有水の供給が停止し、切り替え部５５以外の微細化装置６７からオゾン処理管６５にオゾン含有水が供給される。このように、最終沈殿槽３からの汚泥の量に応じて、オゾン処理管６５の汚泥管路の長さを調節することにより、汚泥のオゾン処理管６５を流れる距離を調整して滞在時間を調整すると共に、汚泥を処理するための適切な量のオゾン含有水を供給することができる。したがって、オゾンを用いて効率的に汚泥を処理することができる。

上記実施形態において、オゾン処理管５，６５の内側に、流路縮小体１４，２１を有するオゾン含有水供給ノズル１３，２０を配置し、この流路縮小体１４，２１の外側面とオゾン処理管５の内側面との間に断面縮小部を形成したが、汚泥管路を形成する内壁面を、壁面の相互間が狭まる形状として断面縮小部を形成してもよい。この場合、汚泥管路の内壁面に、オゾン含有水を吐出する吐出口を形成してもよい。また、汚泥管路に断面縮小部を設けなくてもよい。また、汚泥管路のオゾン含有水供給ノズル１３，２０の下流側に、オゾン含有水が供給された汚泥に超音波を印加する超音波振動子１７を設けたが、超音波振動子は設けなくてもよい。

また、上記実施形態において、酸素含有水生成機９により、酸素のウルトラファインバブルを含有する酸素含有水を作成し、この酸素含有水を生物処理槽２に供給したが、生物処理槽２には、酸素のウルトラファインバブルよりも径の大きいバブルを含有する酸素含有水を供給してもよく、或いは、酸素を含む気体を直接供給してもよい。

上記実施形態において、汚泥処理装置１，６１を、有機廃水としての下水を処理する場合について説明したが、本発明の汚泥処理装置は、食品加工業、飲食業、製紙業、化学工業及び農林水産業等の各種産業で生じる有機廃水を処理するために適用できる。

１，６１ 汚泥処理装置
２ 生物処理槽
３ 最終沈殿槽
５，６５ オゾン処理管
５ａ オゾン処理管の屈曲部
６ オゾン生成機
７ オゾン含有水生成機
８ 気液固分離槽
９ 酸素含有水生成機
１０ 酸素含有水槽
１１ 酸素含有水供給ノズル
１２ 戻し管
３１ 排出管
３２ 返送管
３３ 余剰排出管
３５ 排水管
３６ オゾン用給水管
３７ 酸素用給水管
３８ 酸素供給管
４０ 脱水装置
５５ 汚泥管路の切り替え部
５６ 汚泥管路の短絡部
６６ オゾンバブル水生成機
６７ オゾン微細化装置
６８ 開閉弁
７１ 三方弁

Claims (10)

1. 有機廃水を貯留し、微生物により有機廃水の処理を行う生物処理槽と、
   上記生物処理槽で処理された被処理物を、汚泥と処理水に分離する汚泥分離槽と、
   上記汚泥分離槽で分離された汚泥が導かれる汚泥管路と、
   上記汚泥管路を流れる汚泥に、オゾンのウルトラファインバブルを含有するオゾン含有水を供給するオゾン含有水供給ノズルと、
   上記汚泥管路に接続され、上記汚泥にオゾン含有水が供給されてなる被処理物から気体を分離する気体分離槽と、
   上記気体分離槽で気体が分離された被処理物を上記生物処理槽に戻す戻し管路と、
   上記気体分離槽で分離された気体から酸素を分離する酸素分離装置と、
   上記酸素分離装置で分離された酸素を、上記汚泥分離槽で分離された処理水に混合して酸素含有水を生成する酸素含有水生成機と、
   上記酸素含有水生成機で生成された酸素含有水を上記生物処理槽の有機廃水に供給する酸素含有水供給ノズルと
   を備えることを特徴とする汚泥処理装置。
2. 請求項１に記載の汚泥処理装置において、
   上記汚泥管路の複数個所に、上記オゾン含有水供給ノズルが配置されていることを特徴とする汚泥処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の汚泥処理装置において、
   上記汚泥管路のオゾン含有水供給ノズルよりも下流側に、上記オゾン含有水が供給された汚泥に超音波を印加する超音波振動子が設けられていることを特徴とする汚泥処理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の汚泥処理装置において、
   上記汚泥管路は断面積が縮小する断面縮小部を有し、この断面縮小部の配置位置から下流側に、上記オゾン供給ノズルでオゾン含有水を供給するように形成されていることを特徴とする汚泥処理装置。
5. 請求項４に記載の汚泥処理装置において、
   上記オゾン供給ノズルは、上記汚泥管路に配置されて上記汚泥管路に断面縮小部を形成する流路縮小体と、この流路縮小体の側面に設けられたオゾン含有水の吐出口とを有することを特徴とする汚泥処理装置。
6. 請求項５に記載の汚泥処理装置において、
   上記オゾン供給ノズルの流路縮小体は、上記汚泥管路と同軸に配置され、軸方向において楕円形断面を有することを特徴とする汚泥処理装置。
7. 請求項６に記載の汚泥処理装置において、
   上記オゾン供給ノズルの流路縮小体に、整流板が設けられていることを特徴とする汚泥処理装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の汚泥処理装置において、
   上記汚泥管路における汚泥の流通長さとオゾン含有水の供給量が調節可能に形成されていることを特徴とする汚泥処理装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の汚泥処理装置において、
   上記オゾン含有水は、上記汚泥分離槽で分離された処理水にオゾンのウルトラファインバブルが添加されたものであることを特徴とする汚泥処理装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の汚泥処理装置において、
    上記酸素含有水は、上記処理水に酸素のウルトラファインバブルが添加されたものであることを特徴とする汚泥処理装置。

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