JP2020049463A - 汚水浄化システム及び汚泥可溶化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚水浄化システムの構成の複雑化及び設備コストの増大を抑えつつ、汚泥の消化率及び汚泥の減容率の向上を図ること。【解決手段】装置本体部３４の一端側には、余剰汚泥を混合して混合室３６に供給するための供給部としてのホッパー４４が設けられている。装置本体部３４の一端面には、混合室３６側から連絡通路４０側に向かって濾液を噴流として噴射する噴射部としての噴射ノズル４８が設けられている。汚水浄化システム１０は、混合室３６に供給された余剰汚泥が噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引されるように構成されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、下水等の汚水の浄化処理を行う汚水浄化システム、及び汚水の浄化処理によって発生した汚泥（余剰汚泥）を可溶化する汚泥可溶化方法に関する。

従来から、汚水浄化システムにおいては、汚泥の消化率及び汚泥の減容率の向上を図るために、消化槽によって汚泥を消化する前に、可溶化装置によって汚泥を可溶化することが行われている。そして、汚水浄化システムに用いられる可溶化装置の構成は、次の通りである（特許文献１参照）。

可溶化装置は、中空状の装置本体部（特許文献１では高温高圧水蒸気供給部）を備えている。装置本体部の一端側には、濃縮汚泥を装置本体部内に供給するための供給部が設けられている。装置本体部の他端側には、濃縮汚泥を可溶化した可溶化汚泥を装置本体部の外側に排出するための排出部が設けられている。また、装置本体部の一端側には、高温高圧の水蒸気を高温の濃縮汚泥に向かって噴射する水蒸気噴射部（特許文献１ではエジェクタ）が設けられている。ここで、水蒸気の温度は、例えば１５０〜２００℃であり、水蒸気の圧力は、６００〜９００ＫＰａである。濃縮汚泥の温度は、例えば５０〜７０℃である。更に、装置本体部の外側には、濃縮汚泥と可溶化汚泥との間で熱交換を行う熱交換器が設けられている。

可溶化装置（汚水浄化システム）は、水蒸気噴射部から高温高圧の水蒸気が濃縮汚泥に向かって噴射されると、装置本体部内において水蒸気の凝縮衝撃（キャビテーション）が発生するように構成されている。これにより、水蒸気の凝縮衝撃によって汚泥の細胞群が分解されて、汚泥を可溶化することができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１の他に、特許文献２及び特許文献３に示すものがある。

特許第５３２９３６９号公報 特許第５２６１３６８号公報 特開２００３−３２０３５６号公報

ところで、従来の汚水浄化システムにおいて、濃縮汚泥を十分に可溶化して、汚泥（可溶化汚泥）の消化率及び汚泥（脱水汚泥）の減容率の向上を図るには、濃縮汚泥を加熱するための熱交換器の他に、高温高圧の水蒸気を発生させる水蒸気発生装置が必要になる。そのため、汚水浄化システムの構成要素が増えて、汚水浄化システムの構成が複雑になると共に、汚水浄化システムの設備コストの増大を招くことになる。つまり、汚水浄化システムの構成の複雑化及び設備コストの増大を抑えつつ、汚泥の消化率及び汚泥の減容率の向上を図ることは困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決するために、熱交換器及び水蒸気発生装置を用いることなく、汚泥を十分に可溶化することができる、汚水浄化システム及び汚泥可溶化方法を提供することを課題とする。

本発明の第１実施態様は、汚水の浄化処理を行うシステムにおいて、内部に混合室、膨張室、及び前記混合室と前記膨張室を連絡する連絡通路が形成され、前記連絡通路の横断面積が前記混合室及び前記膨張室の断面積より小さく設定された中空状の装置本体部と、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を前記混合室に供給するための供給部と、前記混合室側から前記連絡通路側（前記膨張室側）に向かって濾液を噴流（高圧ジェット）として噴射する噴射部と、を備え、前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥が前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引されるように構成されている。

本発明の第１実施態様では、前記供給部は、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と気体を混合して前記混合室に供給するための供給部であってもよい。また、前記濾液は、機械濃縮機による可溶化汚泥、余剰汚泥、又は可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の濃縮によって固液分離されてもよい。

本発明の第１実施態様では、前記供給部は、余剰汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を前記混合室に供給するためのものであって、前記装置本体部の後段（下流側）に配設され、内部に第２混合室、第２膨張室、及び前記第２混合室と前記第２膨張室を連絡する第２連絡通路が形成され、前記第２連絡通路の横断面積が前記第２混合室及び前記第２膨張室の断面積より小さく設定された中空状の第２装置本体部と、消化汚泥を前記第２混合室に供給するための第２供給部と、前記第２混合室側から前記第２連絡通路側（前記第２膨張室側）に向かって濾液を第２噴流（第２高圧ジェット）として噴射する第２噴射部と、を備えてもよい。この場合、前記第２混合室に供給された消化汚泥が前記第２噴流による負圧作用によって前記第２連絡通路側に吸引されるように構成されている。

本発明の第１実施態様では、余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を混合するように構成されてもよい。また、消化汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥を消化槽に返送するように構成されてもよい。更に、前記噴射部は、第１濃縮機による可溶化汚泥の濃縮によって余剰汚泥から固液分離された濾液と、第２濃縮機による余剰汚泥の濃縮によって可溶化汚泥から固液分離された濾液との混合濾液を噴流として噴射してもよい。

本発明の第１実施態様によると、前述のように、前記汚水浄化システムは、前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥が前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引されるように構成されている。そのため、濾液が前記噴流として前記噴射部から前記連絡通路側に向かって噴射されると、前記連絡通路内において、前記噴流の流れの他に、前記噴流の随伴流として余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥の流れが生成される。これにより、前記噴流の流れと前記随伴流の流れの速度差によって汚泥（余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥）中の微生物が破壊（殺傷）されて、汚泥を十分に可溶化することができる。つまり、本発明の第１実施態様によると、熱交換器及び水蒸気発生装置を用いることなく、汚泥を十分に可溶化することができる。

特に、前記供給部が余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と前記気体を混合して前記混合室に供給するための供給部である場合には、濾液が前記噴流として前記噴射部から前記連絡通路側に向かって噴射されると、前記混合室に供給された前記気体が前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引される。すると、前記連絡通路側に吸引された前記気体が微細気泡になって圧壊して膨張する。これにより、汚泥（余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥）の細胞膜が損傷して、汚泥の可溶化を促進することができる。

本発明の第２実施態様は、汚水の浄化処理によって発生した汚泥（余剰汚泥）を可溶化するための汚泥可溶化方法において、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を中空状の装置本体部の混合室に供給し、前記混合室側から、前記装置本体部の前記混合室と膨張室を連絡しかつ横断面積が前記混合室及び前記膨張室の断面積よりも小さく設定された連絡通路側に向かって、濾液を噴流（高圧ジェット）として噴射し、前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥は、前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引される。

本発明の第２実施態様では、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と気体を混合して前記混合室に供給してもよい。また、前記濾液は、機械濃縮機による可溶化汚泥、余剰汚泥、又は可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の濃縮によってその汚泥から固液分離されてもよい。

本発明の第２実施態様では、余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を混合してもよい。また、消化汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥を消化槽に返送してもよい。更に、第１濃縮機による可溶化汚泥の濃縮によって固液分離された濾液と、第２濃縮機による余剰汚泥の濃縮によって固液分離された濾液との混合濾液を噴流として噴射してもよい。

本発明の第２実施態様では、余剰汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、前記装置本体部の後段（下流側）に配設された中空状の第２装置本体部の第２混合室に消化汚泥を供給し、前記第２混合室側から、前記第２装置本体部の前記第２混合室と第２膨張室を連絡しかつ横断面積が前記第２混合室及び前記第２膨張室の断面積よりも小さく設定された第２連絡通路側に向かって、濾液を第２噴流として噴射してもよい。この場合、前記第２混合室に供給された消化汚泥は、前記第２噴流による負圧作用によって前記第２連絡通路側に吸引される。

本発明の第２実施態様によると、前述のように、前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥は、前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引される。そのため、濾液が前記噴流として前記噴射部から前記連絡通路側に向かって噴射されると、前記連絡通路内において、前記噴流の流れの他に、前記噴流の随伴流として余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥の流れが生成される。これにより、前記噴流の流れと前記随伴流の流れの速度差によって汚泥（余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥）中の微生物が破壊（殺傷）されて、汚泥を十分に可溶化することができる。つまり、本発明の第２実施態様によると、熱交換器及び水蒸気発生装置を用いることなく、汚泥を十分に可溶化することができる。

特に、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と前記気体を混合して前記混合室に供給する場合には、濾液が前記噴流として前記噴射部から前記連絡通路側に向かって噴射されると、前記混合室に供給された前記気体が前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引される。すると、前記連絡通路側に吸引された前記気体が微細気泡になって圧壊して膨張する。これにより、汚泥（余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥）の細胞膜が損傷して、汚泥の可溶化を促進することができる。

本発明によれば、前記汚水浄化システムの構成の複雑化及び設備コストの増大を抑えつつ、汚泥（可溶化汚泥）の消化率及び汚泥（脱水汚泥）の減容率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化システムの動作フロー図である。 図２は、本発明の第１実施形態から第４実施形態に係る可溶化装置、及び本発明の第４実施形態に係る第２可溶化装置の模式的な断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る汚水浄化システムの動作フロー図である。 図４は、本発明の第３実施形態に係る汚水浄化システムの動作フロー図である。 図５は、本発明の第４実施形態に係る汚水浄化システムの動作フロー図である。

本発明の第１実施形態から第４実施形態について図面を参照して説明する。なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「可溶化」とは、微生物の働きによって有機物を低分子化することだけでなく、各種の物理化学的方法により生物の細胞等を破壊し、内容物（有機物）を液相に放出させて低分子化することも含む意である。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化システム１０は、下水等の汚水の浄化処理を行うシステムである。汚水浄化システム１０は、沈砂池１２と、最初沈殿池１４と、反応槽１６と、最終沈殿池１８と、重力濃縮槽２０と、可溶化装置２２と、凝集剤添加装置２４と、洗浄水供給装置２６と、機械濃縮機２８と、消化槽３０と、脱水機３２とを備えている。そして、汚水浄化システム１０の各構成要素の具体的な内容は、以下の通りである。

沈砂池１２は、下水処理場に流入した下水等の汚水から大きなゴミや砂を除去する装置である。大きなゴミ等を除去した汚水は、沈砂池１２から最初沈殿池１４に送られる。

最初沈殿池１４は、沈砂池１２から送られた汚水のうち、比重の軽い固形分及び液分と、比重の重い固形分とを重力分離する装置である。比重の軽い固形分及び液分は、最初沈殿池１４から反応槽１６に送られる。比重の重い固形分は、最初沈殿池１４の底部に沈殿し、最初沈殿池１４から初沈汚泥として重力濃縮槽２０に送られる。

反応槽１６は、好気性微生物の働きによって汚水中の有機物を分解させるための装置である。反応槽１６は、汚水に活性汚泥（好気性微生物を多量に含んだ汚泥）を加え、空気（酸素）を吹き込んで攪拌する。すると、空気と汚水中の有機物により活性汚泥中の好気性微生物が繁殖して、汚水中の有機物（汚れ）が減少すると共に、活性汚泥がフロックを形成して、沈殿しやすい状態になる。活性汚泥を含む汚水は、反応槽１６から最終沈殿池１８に送られる。

最終沈殿池１８は、反応槽１６から送られた汚水を滞留させて、上澄水と活性汚泥とに重力分離する装置である。最終沈殿池１８における上澄水は、殺菌処理を施して、処理水として河川等に放流される。最終沈殿池１８の底部に沈殿した活性汚泥の一部は、最終沈殿池１８から返送汚泥として反応槽１６に返送される。最終沈殿池１８の底部に沈殿した活性汚泥の他の一部（生物増殖した分）は、最終沈殿池１８から余剰汚泥として可溶化装置２２に送られる。また、余剰汚泥の一部は、可溶化汚泥と混合させて機械濃縮機２８に送られる。換言すれば、汚水浄化システム１０は、余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を供給して混合するように構成されている。

重力濃縮槽２０は、最初沈殿池１４から送られた初沈汚泥を濃縮（重力濃縮）する装置である。初沈汚泥を濃縮した濃縮汚泥（初沈濃縮汚泥）は、重力濃縮槽２０から消化槽３０に送られる。重力濃縮槽２０における上澄水は、重力濃縮槽２０から返流水として沈砂池１２に送られる。なお、初沈汚泥を濃縮した濃縮汚泥の一部を重力濃縮槽２０から可溶化装置２２に送ってもよい。

可溶化装置２２は、最終沈殿池１８から送られた余剰汚泥を可溶化する装置である。そして、可溶化装置２２の具体的な構成は、次の通りである。

図１及び図２に示すように、可溶化装置２２は、中空状の装置本体部（容器部）３４を備えている。装置本体部３４の一端側の内部には、混合室３６が形成されており、装置本体部３４の他端側の内部には、膨張室３８が形成されている。装置本体部３４の中間側の内部には、混合室３６と膨張室３８を連絡する円形断面の連絡通路４０が形成されており、連絡通路４０の横断面積は、混合室３６及び膨張室３８の断面積より小さく設定されている。

装置本体部３４の一端側には、余剰汚泥と気体を混合して混合室３６に供給配管４２等を介して供給するための供給部としてのホッパー４４が設けられている。混合室３６に供給する気体として、空気（酸素）、又は消化槽３０から送られた消化ガスを用いる。また、装置本体部３４の他端側には、可溶化した可溶化汚泥を装置本体部３４の外側に排出するための排出部４６が設けられている。可溶化した可溶化汚泥は、排出部４６から機械濃縮機２８に送られる。

装置本体部３４の一端面には、噴射部としての噴射ノズル４８が設けられており、噴射ノズル４８は、混合室３６側から連絡通路４０側（膨張室３８側）に向かって濾液を噴流（高圧ジェット）として噴射する。噴射ノズル４８から噴射される濾液は、機械濃縮機２８による可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液である。噴射ノズル４８には、ノズル配管５０が接続されており、ノズル配管５０の途中には、濾液を加圧して吐出（供給）する噴射ポンプ５２が設けられている。そして、汚水浄化システム１０（可溶化装置２２）は、混合室３６に供給された余剰汚泥及び気体が噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引されるように構成されている。更に、汚水浄化システム１０（可溶化装置２２）は、 連絡通路４０側に吸引された気体が微細気泡になって圧壊して膨張するように構成されている。

ここで、噴射ノズル４８のノズル口径は、例えば、１〜５ｍｍに設定されている。噴射ノズル４８から噴射される噴流（高圧ジェット）の噴射速度は、例えば、５０〜１００ｍ／ｓｅｃに設定されている。また、連絡通路４０の内径は、例えば、噴射ノズル４８のノズル口径の１０〜３０倍に設定されている。連絡通路４０の内径が噴射ノズル４８のノズル口径の１０倍よりも小さいと、連絡通路４０内において噴流を十分に通過させることが困難になるからである。連絡通路４０の内径が噴射ノズル４８のノズル口径の３０倍よりも大きいと、連絡通路４０内において噴流による負圧作用を十分に発揮させることが困難になるからである。

なお、可溶化装置２２は、最終沈殿池１８から送られた余剰汚泥と重力濃縮槽２０から送られた濃縮汚泥（濃縮初沈汚泥）との混合汚泥を可溶化してもよい。

凝集剤添加装置２４は、機械濃縮機２８に可溶化汚泥が送られる前に、可溶化汚泥に凝集剤（ポリマー）を添加するための装置である。凝集剤を添加した可溶化汚泥は、凝集フロックを形成して、機械濃縮機２８による固液分離が容易となる。また、洗浄水供給装置２６は、機械濃縮機２８のろ材に洗浄水を供給するための装置である。機械濃縮機２８のろ材の洗浄に使用した洗浄排水は、返流水として沈砂池１２に送られる。

機械濃縮機２８は、可溶化装置２２から送られた可溶化汚泥を機械濃縮（濃縮）する装置である。機械濃縮機２８としては、ドラム型濃縮機、ベルト型濃縮機、遠心濃縮機等、公知の機械濃縮機が用いられる。可溶化汚泥を機械濃縮した濃縮汚泥は、機械濃縮機２８から消化槽３０に送られる。機械濃縮機２８による可溶化汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液は、機械濃縮機２８から可溶化装置２２の噴射ポンプ５２側に送られ、濾液中に残留した凝集剤は、再利用することができる。濾液の一部は、返流水として沈砂池１２に送られる。

消化槽３０は、嫌気性細菌の働きによって、機械濃縮機２８から送られた濃縮汚泥と重力濃縮槽２０から送られた濃縮汚泥（濃縮初沈汚泥）との混合汚泥を消化（嫌気性消化）する装置である。混合汚泥を消化した消化汚泥は、消化槽３０から脱水機３２に送られる。混合汚泥の消化によって生成された消化ガスは、発電等のエネルギー源として利用される。

脱水機３２は、消化槽３０から送られた消化汚泥を脱水する装置である。脱水機３２としては、スクリュープレス、遠心脱水機等の公知の脱水機が用いられる。消化汚泥を脱水した脱水汚泥（脱水ケーキ）は、焼却処理又は廃棄処理される。消化汚泥の脱水によって固液分離された濾液は、返流水として沈砂池１２に送られる。

続いて、本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法について図１及び図２を参照して説明する。

本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法は、汚水の浄化処理によって発生した汚泥（余剰汚泥）を可溶化するための方法であり、本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法の具体的な内容は、次の通りである。

余剰汚泥と気体を混合してホッパー４４から混合室３６に供給する。また、噴射ノズル４８は、混合室３６側から連絡通路４０側に向かって濾液を噴流として噴射する。すると、混合室３６に供給された余剰汚泥及び気体は、噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引される。更に、連絡通路４０側に吸引された気体は、微細気泡になって圧壊し、膨張室３８にて膨張する。これにより、後述のように、余剰汚泥を十分に可溶化することができる。

ここで、前述のように、混合室３６に供給する気体として、空気（酸素）、又は消化槽３０から送られた消化ガスを用いる。噴射ノズル４８から噴射される濾液は、機械濃縮機２８による可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液である。また、余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を供給して混合する。なお、余剰汚泥だけでなく、余剰汚泥と濃縮汚泥（初沈濃縮汚泥）との混合汚泥を混合室３６に供給してもよい。

続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。

前述のように、汚水浄化システム１０は、混合室３６に供給された余剰汚泥及び気体が噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引されるように構成されている。同様に、本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法では、混合室３６に供給された余剰汚泥及び気体は、噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引される。そのため、濾液が噴流として噴射ノズル４８から連絡通路４０側に向かって噴射されると、連絡通路４０内において、噴流の流れＪＦの他に、噴流の随伴流として余剰汚泥と気体の流れＡＦが生成される。これにより、噴流の流れＪＦと随伴流の流れＡＦの速度差によって汚泥（余剰汚泥）中の微生物が破壊（殺傷）されて、汚泥を十分に可溶化することができる。

また、前述のように、汚水浄化システム１０は、 連絡通路４０側に吸引された気体が微細気泡になって圧壊して膨張するように構成されている。同様に、本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法では、連絡通路４０側に吸引された気体は、微細気泡になって圧壊して膨張する。これにより、汚泥（余剰汚泥）の細胞膜が損傷して、汚泥の可溶化を促進することができる。

つまり、本発明の第１実施形態によると、熱交換器及び水蒸気発生装置を用いることなく、汚泥（余剰汚泥）を十分に可溶化することができる。そのため、本発明の第１実施形態によれば、汚水浄化システム１０の構成の複雑化及び設備コストの増大を抑えつつ、汚泥（濃縮汚泥）の消化率及び汚泥（脱水汚泥）の減容率の向上を図ることができる。

更に、本発明の第１実施形態によると、前述の作用及び効果を奏する他に、余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を供給して混合しているため、可溶化汚泥中の細胞液が余剰汚泥に吸着する。また、濾液中には微細ＳＳ、破壊された細胞から出た細胞液（栄養塩類）、未反応の凝集剤が含まれており、それらの成分が凝集フロックを形成する時に可溶化汚泥に吸着する。そのため、本発明の第１実施形態によれば、機械濃縮機２８の濃縮汚泥に含まれる易分解性の有機物の量が増えて、消化槽３０の消化効率を高めて、消化ガスの発生量を増やすことができる。特に、混合室３６に供給する気体として、消化槽３０から送られた消化ガスを用いた場合には、消化槽３０に酸素が持ち込まれることがなく、消化槽３０の消化効率がより高まる。

本発明の第１実施形態によると、噴射ノズル４８から噴射する噴流として濾液を用いているため、噴射ノズル４８の摩耗や損傷を少なくすると共に、噴射ポンプ５２を清水用ポンプ等の汎用品から選定することができる。そのため、本発明によれば、噴射ノズル４８の耐久性を高めつつ、汚水浄化システム１０の設備コストの増大をより抑えることができる。

本発明の実施形態によると、機械濃縮装置２８の前段（上流側）に可溶化装置２２が設けられているため、可溶化装置２２の一部又は全部を機械濃縮装置２８と一体化することにより、可溶化装置２２の前段（上流側）と後段（下流側）にクッションタンクや攪拌機等の設備が不要になる。そのため、汚水浄化システム１０の構成の複雑化及び設備コストの増大をより抑えることができる。

（第２実施形態）
図３に示すように、本発明の第２実施形態に係る汚水浄化システム５４は、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化システム１０（図１参照）と同様の構成を有しており、汚水浄化システム５４の構成のうち、汚水浄化システム１０の構成と異なる点についてのみ説明する。なお、汚水浄化システム５４における複数の構成要素のうち、汚水浄化システム１０における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付している。

図２及び図３に示すように、汚水浄化システム５４において、最終沈殿池１８の底部に沈殿した活性汚泥の一部は、最終沈殿池１８から余剰汚泥として機械濃縮機２８に送られる。機械濃縮機２８は、最終沈殿池１８から送られた余剰汚泥を機械濃縮する装置である。余剰汚泥を機械濃縮した濃縮汚泥は、機械濃縮装置２８から消化槽３０に送られる。また、汚水浄化システム５４において、凝集剤添加装置２４は、機械濃縮機２８に余剰汚泥が送られる前に、余剰汚泥に凝集剤を添加する。凝集剤を添加した余剰汚泥は、凝集フロックを形成して、機械濃縮機２８による固液分離が容易となる。

汚水浄化システム５４において、消化汚泥の一部は、消化槽３０から可溶化装置２２に送られる。可溶化装置２２は、消化槽３０から送られた消化汚泥を可溶化する装置である。消化汚泥を可溶化した可溶化汚泥は、可溶化装置２２（排出部４６）から消化槽３０に送られる。可溶化汚泥の一部は、可溶化装置２２から反応槽１６に返送される。

汚水浄化システム５４において、噴射ノズル４８は、混合室３６側から連絡通路４０側に向かって、機械濃縮機２８による余剰汚泥から固液分離した濾液を噴流として噴射する。そして、汚水浄化システム５４（可溶化装置２２）は、混合室３６に供給された消化汚泥及び気体が噴流による負圧作用によって連絡通路４０側に吸引されるように構成されている。なお、脱水機３２による消化汚泥の脱水によって固液分離された濾液を噴流として用いてもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る汚泥可溶化方法について簡単に説明する。

図２及び図３に示すように、本発明の第２実施形態に係る汚泥可溶化方法は、汚水の浄化処理によって発生した汚泥（消化余剰汚泥）を可溶化するための方法である。そして、本発明の第２実施形態に係る汚泥可溶化方法は、濃縮汚泥（濃縮余剰汚泥）を消化した消化汚泥の一部と気体を混合してホッパー４４から混合室３６に供給する点を除き、前述の本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法と同様の構成を有している。

従って、本発明の第２実施形態によれば、本発明の第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

（第３実施形態）
図４に示すように、本発明の第３実施形態に係る汚水浄化システム５６は、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化システム１０（図１参照）と同様の構成を有しており、汚水浄化システム５６の構成のうち、汚水浄化システム１０の構成と異なる点についてのみ説明する。なお、汚水浄化システム５６における複数の構成要素のうち、汚水浄化システム１０における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付している。

図２及び図４に示すように、汚水浄化システム５６は、最終沈殿池１８から送られた余剰汚泥を機械濃縮する第２濃縮機としての第２機械濃縮機５８を備えている。汚水浄化システム５６において、機械濃縮機２８は、第１濃縮機に相当する。第２機械濃縮機５８としては、ドラム型濃縮機、ベルト型濃縮機、遠心濃縮機等、公知の機械濃縮機が用いられる。また、余剰汚泥を濃縮した濃縮汚泥は、第２機械濃縮機５８から可溶化装置２２に送られる。第２機械濃縮機５８による余剰汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液は、第２機械濃縮機５８から可溶化装置２２の噴射ポンプ５２側に送られる。濾液の一部は、返流水として沈砂池１２に送られる。

汚水浄化システム５６は、第２機械濃縮機５８に余剰汚泥が送られる前に、余剰汚泥に凝集剤を添加する第２凝集剤添加装置６０を備えている。凝集剤を添加した余剰汚泥は、凝集フロックを形成して、機械濃縮機２８による固液分離が容易となる。

汚水浄化システム５６において、可溶化装置２２は、第２機械濃縮機５８から送られた濃縮汚泥を可溶化する装置である。また、噴射ノズル４８は、機械濃縮機２８による混合汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液と、第２機械濃縮機５８による余剰汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液との混合濾液を噴流として、混合室３６側から連絡通路４０側に向かって噴射する。

続いて、本発明の第３実施形態に係る汚泥可溶化方法について簡単に説明する。

図２及び図４に示すように、本発明の第３実施形態に係る汚泥可溶化方法は、汚水の浄化処理によって発生した汚泥（濃縮余剰汚泥）を可溶化するための方法である。そして、本発明の第３実施形態に係る汚泥可溶化方法は、噴射ノズル４８が混合室３６側から連絡通路４０側に向かって混合濾液を噴流として噴射する点を除き、前述の本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法と同様の構成を有している。

従って、本発明の第３実施形態によれば、本発明の第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する他に、噴流として用いる濾液の量を十分に確保して、第２機械濃縮機５８によって生成される濃縮汚泥（濃縮余剰汚泥）の濃度を、可溶化装置２２が吸い込み可能な濃度に調整することができる。

（第４実施形態）
図５に示すように、本発明の第４実施形態に係る汚水浄化システム６２は、本発明の第１実施形態に係る汚水浄化システム１０（図１参照）と同様の構成を有しており、汚水浄化システム６２の構成のうち、汚水浄化システム１０の構成と異なる点についてのみ説明する。なお、汚水浄化システム６２における複数の構成要素のうち、汚水浄化システム１０における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付している。

汚水浄化システム６２は、消化槽３０から送られた消化汚泥を可溶化する第２可溶化装置６４を備えている。そして、第２可溶化装置６４は、可溶化装置２２と同様の構成を有しており、第２可溶化装置６４の具体的な構成は、次の通りである。

図２及び図５に示すように、第２可溶化装置６４は、装置本体部３４の後段（下流側）に配設された中空状の第２装置本体部（第２容器部）３４’を備えている。第２装置本体部３４’の一端側の内部には、第２混合室３６’が形成されており、第２装置本体部３４’の他端側の内部には、第２膨張室３８’が形成されている。第２装置本体部３４’の中間側の内部には、第２混合室３６’と第２膨張室３８’を連絡する円形断面の第２連絡通路４０’が形成されており、第２連絡通路４０’の横断面積は、第２混合室３６’及び第２膨張室３８’の断面積より小さく設定されている。

第２装置本体部３４’の一端側には、消化汚泥と気体を混合して第２混合室３６’に第２供給配管４２’等を介して供給するための第２供給部としての第２ホッパー４４’が設けられている。第２混合室３６’に供給する気体として、空気（酸素）、又は消化槽３０から送られた消化ガスを用いる。また、第２装置本体部３４’の他端側には、可溶化した可溶化汚泥を第２装置本体部３４’の外側に排出するための第２排出部４６’が設けられている。可溶化した可溶化汚泥は、第２排出部４６’から消化槽３０に返送される。

第２装置本体部３４’の一端面には、第２噴射部としての第２噴射ノズル４８’が設けられており、第２噴射ノズル４８’は、第２混合室３６’側から第２連絡通路４０’側（第２膨張室３８’側）に向かって濾液を第２噴流（第２高圧ジェット）として噴射する。第２噴射ノズル４８’は、噴射ノズル４８と同様の構成を有している。第２噴射ノズル４８’から噴射される濾液は、機械濃縮機２８による可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の機械濃縮によって固液分離された濾液である。第２噴射ノズル４８’には、第２ノズル配管５０’が接続されており、第２ノズル配管５０’の途中には、濾液を加圧して吐出する第２噴射ポンプ５２’が設けられている。そして、汚水浄化システム６２は、第２混合室３６’に供給された消化汚泥及び気体が第２噴流による負圧作用によって第２連絡通路４０’側に吸引されるように構成されている。更に、汚水浄化システム６２は、第２連絡通路４０’側に吸引された気体が微細気泡になって圧壊して膨張するように構成されている。

次に、本発明の第４実施形態に係る汚泥可溶化方法について簡単に説明する。

本発明の第４実施形態に係る汚泥可溶化方法は、汚水の浄化処理によって発生した汚泥（余剰汚泥）を可溶化するための方法である。そして、本発明の第４実施形態に係る汚泥可溶化方法では、前述の本発明の第１実施形態に係る汚泥可溶化方法と同様に、最終沈殿池１８から送られた余剰汚泥を可溶化する他に、次のように、消化槽３０から送られた消化汚泥（消化余剰汚泥）を可溶化する。

余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、消化汚泥と気体を混合して第２ホッパー４４’から第２混合室３６’に供給する。また、第２噴射ノズル４８’は、第２混合室３６’側から第２連絡通路４０’側に向かって濾液を第２噴流として噴射する。すると、第２混合室３６’に供給された消化汚泥及び気体は、第２噴流による負圧作用によって第２連絡通路４０’側に吸引される。更に、第２連絡通路４０’側に吸引された気体は、微細気泡になって圧壊し、第２膨張室３８’にて膨張する。これにより、後述のように、消化汚泥を十分に可溶化することができる。可溶化された全て可溶化汚泥は、消化槽３０に返送される。

そして、本発明の第４実施形態においては、本発明の第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する他に、次のような作用及び効果を奏する。

前述のように、汚水浄化システム６２は、第２混合室３６’に供給された消化汚泥及び気体が第２噴流による負圧作用によって第２連絡通路４０’側に吸引されるように構成されている。同様に、本発明の第４実施形態に係る汚泥可溶化方法では、第２混合室３６’に供給された消化汚泥及び気体は、第２噴流による負圧作用によって第２連絡通路４０’側に吸引される。そのため、濾液が第２噴流として第２噴射ノズル４８’から第２連絡通路４０’側に向かって噴射されると、第２連絡通路４０’内において、第２噴流の流れＪＦ’の他に、第２噴流の随伴流として消化汚泥と気体の流れＡＦ’が生成される。これにより、第２噴流の流れＪＦ’と随伴流の流れＡＦ’の速度差によって汚泥（消化汚泥）中の微生物が破壊されて、汚泥をより十分に可溶化することができる。

また、前述のように、汚水浄化システム６２は、 第２連絡通路４０’側に吸引された気体が微細気泡になって圧壊して膨張するように構成されている。同様に、本発明の第４実施形態に係る汚泥可溶化方法では、第２連絡通路４０’側に吸引された気体は、微細気泡になって圧壊して膨張する。これにより、汚泥（消化汚泥）の細胞膜が損傷して、汚泥の可溶化をより促進することができる。

つまり、本発明の第４実施形態によれば、汚泥をより十分に可溶化して、汚泥（可溶化汚泥）の消化率及び汚泥（脱水汚泥）の減容率のより一層の向上を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、適宜の変更を行うことにより、その他、種々の態様で実施可能である。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の本発明の第１実施形態から第４実施形態に限定されるものでない。

１０ 汚水浄化システム
１２ 沈砂池
１４ 最初沈殿池
１６ 反応槽
１８ 最終沈殿池
２０ 重力濃縮槽
２２ 可溶化装置
２４ 凝集剤添加装置
２６ 洗浄水供給装置
２８ 機械濃縮機（第１濃縮機）
３０ 消化槽
３２ 脱水機
３４ 装置本体部
３６ 混合室
３８ 膨張室
４０ 連絡通路
４２ 供給配管
４４ ホッパー（供給部）
４６ 排出部
４８ 噴射ノズル（噴射部）
５０ ノズル配管
５２ 噴射ポンプ
５４ 汚水浄化システム
５６ 汚水浄化システム
５８ 第２機械濃縮機（第２濃縮機）
６０ 第２凝集剤添加装置
ＪＦ 噴流の流れ
ＡＦ 噴流の随伴流の流れ
６２ 汚水浄化システム
６４ 第２可溶化装置
３４’ 第２装置本体部
３６’ 第２混合室
３８’ 第２膨張室
４０’ 第２連絡通路
４２’ 第２供給配管
４４’ 第２ホッパー（第２供給部）
４６’ 第２排出部
４８’ 第２噴射ノズル（第２噴射部）
５０’ 第２ノズル配管
５２’ 第２噴射ポンプ
ＪＦ’ 第２噴流の流れ
ＡＦ’ 第２噴流の随伴流の流れ

Claims (14)

1. 汚水の浄化処理を行う汚水浄化システムにおいて、
   内部に混合室、膨張室、及び前記混合室と前記膨張室を連絡する連絡通路が形成され、前記連絡通路の横断面積が前記混合室及び前記膨張室の断面積より小さく設定された中空状の装置本体部と、
   余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を前記混合室に供給するための供給部と、
   前記混合室側から前記連絡通路側に向かって濾液を噴流として噴射する噴射部と、を備え、
   前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥が前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引されるように構成されていることを特徴とする汚水浄化システム。
2. 前記供給部は、余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と気体を混合して前記混合室に供給するための供給部であることを特徴とする請求項１に記載の汚水浄化システム。
3. 前記濾液は、機械濃縮機による可溶化汚泥、余剰汚泥、又は可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の濃縮によって固液分離されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の汚水浄化システム。
4. 余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を混合するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の汚水浄化システム。
5. 消化汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥を消化槽に返送するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の汚水浄化システム。
6. 前記噴射部は、第１濃縮機による可溶化汚泥の濃縮によって固液分離された濾液と、第２濃縮機による余剰汚泥の濃縮によって固液分離された濾液を混合して噴流として噴射することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の汚水浄化システム。
7. 前記供給部は、余剰汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を前記混合室に供給するためのものであって、
   前記装置本体部の後段に配設され、内部に第２混合室、第２膨張室、及び前記第２混合室と前記第２膨張室を連絡する第２連絡通路が形成され、前記第２連絡通路の横断面積が前記第２混合室及び前記第２膨張室の断面積より小さく設定された中空状の第２装置本体部と、
   消化汚泥を前記第２混合室に供給するための第２供給部と、
   前記第２混合室側から前記第２連絡通路側に向かって濾液を第２噴流として噴射する第２噴射部と、を備え、
   前記第２混合室に供給された消化汚泥が前記第２噴流による負圧作用によって前記第２連絡通路側に吸引されるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の汚水浄化システム。
8. 汚水の浄化処理によって発生した汚泥を可溶化するための汚泥可溶化方法において、
   余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を中空状の装置本体部の混合室に供給し、
   前記混合室側から、前記装置本体部の前記混合室と膨張室を連絡しかつ横断面積が前記混合室及び前記膨張室の断面積よりも小さく設定された連絡通路側に向かって、濾液を噴流として噴射し、
   前記混合室に供給された余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥は、前記噴流による負圧作用によって前記連絡通路側に吸引されることを特徴とする汚泥可溶化方法。
9. 余剰汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥と気体を混合して前記混合室に供給することを特徴とする請求項８に汚泥可溶化方法。
10. 前記濾液は、機械濃縮機による可溶化汚泥、余剰汚泥、又は可溶化汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の濃縮によって固液分離された濾液であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の汚泥可溶化方法。
11. 余剰汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥に余剰汚泥を混合することを特徴とする請求項８から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の汚泥可溶化方法。
12. 消化汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、可溶化汚泥を消化槽に返送することを特徴とする請求項８から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の汚泥可溶化方法。
13. 第１濃縮機による可溶化汚泥の濃縮によって固液分離された濾液と、第２濃縮機による余剰汚泥の濃縮によって固液分離された濾液を混合して噴流として噴射することを特徴とする請求項８から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の汚泥可溶化方法。
14. 余剰汚泥、濃縮汚泥、又は混合汚泥を可溶化して可溶化汚泥を生成した後に、前記装置本体部の後段に配設された中空状の第２装置本体部の第２混合室に消化汚泥を供給し、
    前記第２混合室側から、前記第２装置本体部の前記第２混合室と第２膨張室を連絡しかつ横断面積が前記第２混合室及び前記第２膨張室の断面積よりも小さく設定された第２連絡通路側に向かって、濾液を第２噴流として噴射し、
    前記第２混合室に供給された消化汚泥は、前記第２噴流による負圧作用によって前記第２連絡通路側に吸引されることを特徴とする請求項８から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の汚泥可溶化方法。

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