JP3387190B2 - 生物汚泥のオゾン処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、生物汚泥をオゾン酸化
するための生物汚泥のオゾン処理装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】活性汚泥処理における余剰汚泥等の減容
化などの目的で、余剰汚泥等の生物汚泥（以下、単に汚
泥という場合がある）にオゾンを反応させて酸化分解す
ることが行われている。従来の汚泥のオゾン処理方法で
は、反応槽中に汚泥含有液を満たし、この汚泥含有液中
にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させ、汚泥を分解
する装置が用いられているが、このような従来の装置で
は気液接触面積が小さく、このため汚泥をオゾンと充分
に反応させるためには滞留時間を長くする必要があり、
また高価なオゾンが無駄に消費されるなど、効率的な処
理が行われないという問題点がある。被処理液の機械的
攪拌により気液接触面積を大きくし、処理効率を改善す
ることができるが、この場合処理コストが高くなるとい
う問題点がある。 【０００３】ところで、反応槽内の汚泥含有液にオゾン
含有ガスを吹込んでオゾン処理を行うと、汚泥含有液が
発泡して、泡沫が槽外に持出されるなどの障害を起こし
やすい。このため、従来は消泡剤を添加して消泡した
り、あるいは反応槽内上部にスプレーノズルを設け、こ
のノズルから工業用水または最終処理水を液面に散布し
て消泡し、発泡障害を防止している。このように従来の
汚泥のオゾン処理方法では、発泡は極力抑制してオゾン
処理を行っており、発泡を利用したオゾン処理はこれま
で行われていない。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低コ
ストで効率よく生物汚泥をオゾン処理することが可能な
生物汚泥のオゾン処理装置を提供することである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、生物汚泥含有
液を受入れてオゾン処理を行う反応槽と、この反応槽内
の生物汚泥含有液中にオゾン含有ガスを吹込んで気液接
触させる液相接触域と、オゾン含有ガスの吹込みによ
り、前記液相接触域の上部に１ｍ以上の泡沫層を形成し
て気液接触させる泡沫接触域とを備えていることを特徴
とする生物汚泥のオゾン処理装置である。 【０００６】なお、次のようにすると、泡沫層を維持・
制御できるので好ましい。 （ａ）生物汚泥含有液の生物汚泥濃度を２，０００〜２
０，０００ｍｇ／ｌとすると、泡沫層の維持が容易であ
る。 （ｂ）反応槽の泡沫接触域に泡沫保持部材を設置する
と、泡沫層の維持が容易である。 （ｃ）反応槽の泡沫接触域の上部に、液を散布する液散
布装置を設置すると、泡沫層の高さの制御が容易であ
る。 （ｄ）液散布装置の散布液の一部に反応槽内の生物汚泥
含有液を用い、これを循環散布すると、泡沫層の高さの
制御が容易であるとともに、オゾンが有効に利用でき
る。 【０００７】本発明で処理の対象となる生物汚泥は、好
気性処理、嫌気性処理等において生成する生物汚泥を含
む汚泥であり、余剰汚泥のように生物汚泥を主体とする
ものが好ましいが、凝集汚泥のように若干の無機物を含
むものでもよい。生物汚泥含有液中の生物汚泥濃度は
２，０００〜２０，０００ｍｇ／ｌ、好ましくは５，０
００〜１５，０００ｍｇ／ｌであるのが望ましい。この
範囲にある場合、オゾン流量、スプレー流量、泡沫保持
部材の有無などの発泡条件を選択することにより、泡沫
層の高さを１ｍ以上に保持することができる。 【０００８】本発明においてオゾン処理に用いる反応槽
は、汚泥含有液中の汚泥をオゾン含有ガスと反応させて
酸化処理するための槽であり、下部には液相の汚泥含有
液にオゾン含有ガスを吹込んで気液接触させる液相接触
域が形成され、その上部には発泡した泡沫とオゾン含有
ガスとを接触させる泡沫接触域が形成される。液相接触
域の高さは０．２〜３ｍ、好ましくは０．５〜１．５ｍ
とする。泡沫接触域の高さは液相接触域の汚泥含有液の
液面より１ｍ以上の高さであればよいが、好ましくは１
〜１０ｍ、さらに好ましくは２〜５ｍの高さとする。 【０００９】液相接触域はほぼ一定の高さに維持するの
が好ましく、例えば反応槽の下部ないし中部にオーバー
フロー方式の槽内液排出口を設け、槽内液の液面が一定
の高さに保たれるようにすることができる。泡沫接触域
は液相接触域の液面（槽内液排出口）から上部の空間に
形成するのが好ましい。 【００１０】泡沫接触域には泡沫保持部材を充填するこ
とができ、これにより反応槽の内径が大きくて泡が保持
されにくい場合、または生物汚泥の濃度が低くて汚泥含
有液が発泡しにくい性状である場合などでも、泡沫を効
率よく保持することができ、オゾン処理効率を高くする
ことができる。泡沫保持部材としては、泡沫を保持でき
る構造のものであればよいが、ハニカム状、格子状など
の仕切板構造のものが好ましい。 【００１１】オゾン含有ガスとしてはオゾン含有空気、
オゾン化空気などが使用できる。オゾンの導入量は、導
入される生物汚泥のＶＳＳ重量に対して１〜１０％、好
ましくは３〜５％とするのが望ましい。またオゾン含有
ガスの流量は、反応槽のガス線速度として５〜５０ｍ／
ｈｒ、好ましくは１０〜３０ｍ／ｈｒとするのが好まし
い。 【００１２】反応槽内の泡沫接触域の上部に液散布装置
を設けて、工業用水、最終処理液、反応槽からの引抜
液、または引抜液と被処理液との混合液などを泡沫層に
向けて散布することができ、これにより過剰な発泡を抑
制して、泡沫接触域を所定の高さに維持することができ
る。この場合、引抜液または引抜液と被処理液との混合
液を使用すると、槽内液の汚泥濃度が低下しないので好
ましい。 【００１３】なお、生物汚泥の場合を含め、汚泥含有液
を引抜いて散布することは、固形物がノズルを閉塞しや
すいため、一般的には行われていないが、生物汚泥をオ
ゾン処理する系では、生物汚泥が微細化されるととも
に、付着性が減少するため、槽内液をスプレーしてもノ
ズル等の閉塞は起こらないことが本発明者により確認さ
れている。また槽内液と被処理液との混合液でも被処理
液が希釈されるのでノズル等の閉塞はほとんど生じない
が、オゾン処理していない被処理液を単独で使用すると
ノズルが閉塞しやすいので、散布には使用しない方が好
ましい。 【００１４】本発明のオゾン処理装置の泡沫接触域は泡
沫で満たされるだけなので、反応槽を被処理液で満たす
装置に比べて反応槽の強度は小さくてもよくなり、それ
だけ低コストの装置となる。本発明のオゾン処理装置
は、余剰汚泥をオゾン処理して減容化したり、生物処理
槽、例えば好気性処理槽から槽内の混合液を引抜いてオ
ゾン処理する場合に利用できる。 【００１５】反応槽では汚泥がオゾンと反応して酸化分
解され、ＢＯＤ成分に変換される。オゾン処理された汚
泥含有液（槽内液）は粘性が増して非常に発泡性に富ん
だ液体となる。このため、汚泥含有液とオゾン含有ガス
とを接触させることにより、容易に発泡して泡沫層が形
成される。本発明では泡沫層を形成してオゾン含有ガス
と接触させるようにしているので、槽内液中に存在して
いる汚泥は、オゾンと接触した状態で泡沫となり、泡沫
の状態でさらにオゾンと接触して分解され、これを繰返
す。このため液相接触域のみで接触させる場合に比べて
オゾン処理の効率は高くなる。また泡沫接触域のみで接
触させると、オゾン含有ガスがチャネリングにより泡沫
層を素通りしやすいが、液相接触域に吹込むことにより
オゾン含有ガスを微細気泡化して接触効率を高めるとと
もに泡沫層を形成することができる。 【００１６】泡沫接触域に泡沫保持部材を充填すると、
反応槽の内径が大きくて泡沫が保持されにくい場合、ま
たは生物汚泥含有液が発泡しにくい性状である場合など
でも泡沫を良好に保持することが可能になるため、適正
な高さの泡沫層を形成してオゾン処理を行うことが可能
になる。 【００１７】 【実施例】次に本発明を図面の実施例により説明する。
図１ないし図３はそれぞれ別の実施例の生物汚泥のオゾ
ン処理装置を示す系統図、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞ
れ図３のＡ−Ａ断面図である。図１において、１は反応
槽であり、下部に槽内液（生物汚泥含有液）２が収容さ
れて液相接触域３とされている。液相接触域３の液面の
上部は泡沫接触域４とされ、槽内液２を発泡させて泡沫
層５が形成されている。 【００１８】反応槽１には下部の液相接触域３から槽内
液２を引抜いて泡沫接触域４の上部に循環するように循
環路７が接続し、その中間部には循環ポンプ８が設けら
れ、先端部にはスプレーノズル９が設けられている。循
環路７の途中には、給液ポンプ１０を有する被処理液導
入路１１が接続している。反応槽１下部の液相接触域３
には、サイフォンブレーカ１２を有する槽内液排出路１
３が接続している。反応槽１底部には、液相接触域３に
オゾン含有ガスを吹込むオゾン含有ガス導入路１４が接
続し、頂部には排オゾンガスを排出する排オゾンガス路
１５が接続している。 【００１９】図２では、被処理液導入路１１が反応槽１
の下部に接続し、また循環路７が底部に近く、液相接触
域３の液面から遠い位置に接続している。その他の構成
は図１と同様である。図３では、泡沫接触域４に泡沫保
持部材１６が設けられている。泡沫保持部材１６は図４
（ａ）に示されているようなハニカム形状、または
（ｂ）に示されているような格子状の横断面形状を有す
る仕切板からなり、そのセル１７が垂直方向に向くよう
に配置されている。その他の構成は図１と同様である。 【００２０】図１の装置により被処理液をオゾン処理す
るには、給液ポンプ１０を駆動して被処理液導入路１１
から被処理液を供給するとともに、循環ポンプ８を駆動
して循環路７から槽内液２を引抜いて循環する。こうし
て循環路７中で被処理液および引抜液を混合し、この混
合液をスプレーノズル９から泡沫層５に向けて散布す
る。これにより被処理液を反応槽１に導入するととも
に、泡沫接触域４が所定の高さを維持するように泡沫層
５の高さを調節する。 【００２１】一方、オゾン含有ガス導入路１４からオゾ
ン含有ガスを導入して槽内液２中に吹込み、これにより
液相接触域３において槽内液２とオゾン含有ガスを接触
させて汚泥を酸化分解するとともに発泡させ泡沫接触域
４中に泡沫層５を形成する。泡沫接触域４を上昇するオ
ゾン含有ガスは泡沫層５中の汚泥とも接触し、汚泥を分
解する。この場合、液相接触域３に吹込まれたオゾン含
有ガスは、汚泥と反応した状態で発泡し、そのまま泡沫
層５に入ってさらに汚泥と反応し、泡沫層５を形成する
汚泥含有液はオゾン含有ガスの離脱とともに液滴となっ
て液相接触域３に戻り、これが繰返される。泡沫層５は
表面積が大きくなっているため気液接触効率は高く、こ
のため発泡させない場合に比べて処理効率は高くなる。
また泡沫層５の荷重は小さいため、反応槽１の強度は小
さくてもよい。 【００２２】泡沫接触域４から離脱したオゾン排ガスは
そのまま上昇させて排オゾンガス路１５から排出する。
槽内液２の一部はオゾン処理液として槽内液排出路１３
から排出する。このときサイフォンブレーカ１２が大気
中に開放しているため、槽内液２はオーバーフロー式に
排出され、液相接触域３の液面は一定に保持される。 【００２３】汚泥を含む被処理液を反応槽１の上部から
導入し、オゾン含有ガスと向流で接触させると、下部か
ら導入して並流で接触させる場合に比べて接触効率がよ
くなるので、より効率よくオゾン処理することができ
る。なお被処理液導入路１１は循環路７に接続させるこ
となく、反応槽１の上部ないし液相接触域３の上部の範
囲で反応槽１に直接接続させてもよい。 【００２４】図２の場合、被処理液を反応槽１の液相接
触域３の下部に導入してオゾン含有ガスと並流で接触さ
せ、また槽内液２の下部から液を引抜いて循環させるほ
かは図１の場合と同様に処理する。 【００２５】図３の場合、図１の場合と同様にしてオゾ
ン処理する。この場合、泡沫接触域４にハニカム状の泡
沫保持部材１６が設けられているので、発泡しにくい場
合でも、発泡した泡沫がこの泡沫保持部材１６に付着し
て一定の高さの泡沫層５が保持され、泡沫接触が行われ
る。このため、効率よくオゾン処理することができる。 【００２６】試験例１ 図１の装置により、ただし泡沫層５の高さを０〜２．０
ｍ、槽内液２の深さを４．０〜２．０ｍに設定して、次
の条件で活性汚泥含有液にオゾン含有ガスを吹込んでオ
ゾン処理した。結果を図５に示す。 被処理液中の活性汚泥濃度：７０００ｍｇ／ｌ 被処理液の流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ オゾン濃度：２０ｍｇ／ｌ オゾン含有ガス流量：１４００〜２４００ｍｌ／ｍｉｎ スプレーの流量：６００ｍｌ／ｍｉｎ 反応槽の内径：１０ｃｍ 反応槽の全高さ：４．３ｍ 【００２７】図５の結果から、泡沫層５の高さを１ｍ以
上にした場合オゾンの吸収効率が９０％以上と飛躍的に
高くなり、効率よくオゾン処理できることがわかる。 【００２８】試験例２ 図２の装置により、活性汚泥濃度の異なる活性汚泥含有
液にオゾン含有ガスを吹込んで、次の条件でオゾン処理
した。結果を図６に示す。 被処理液中の活性汚泥濃度：１０００〜７０００ｍｇ／
ｌ 被処理液の流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ オゾン濃度：２０ｍｇ／ｌ オゾン含有ガス流量：２０００ｍｌ／ｍｉｎ スプレーの流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ（ただし活性汚
泥濃度が２０００ｍｇ／ｌ以上の場合に使用） 反応槽の内径：１０ｃｍ 反応槽の全高さ：４．３ｍ 泡沫層の高さ：０〜４ｍ 【００２９】図６の結果からわかるように、活性汚泥濃
度が２０００ｍｇ／ｌを超えると活性汚泥濃度に比例し
てオゾンの吸収効率が上昇した。活性汚泥濃度は泡沫層
５の高さとも比例し、４０００ｍｇ／ｌの濃度のとき泡
沫層の高さは１ｍを超え、７０００ｍｇ／ｌのとき４ｍ
となった。 【００３０】試験例３ 図３の装置により活性汚泥含有液にオゾン含有ガスを吹
込んで、下記条件でオゾン処理した。泡沫保持部材１６
としては２０ｃｍピッチのハニカム状の仕切板を使用し
た。その結果、泡沫層５は水面上より２ｍの高さとな
り、このときのオゾンの吸収効率は９０％であった。 被処理液中の活性汚泥濃度：７０００ｍｇ／ｌ 被処理液の流量：１０ ｌ／ｍｉｎ オゾン濃度：２０ｍｇ／ｌ オゾン含有ガス流量：２００ ｌ／ｍｉｎ スプレーの流量：２０ ｌ／ｍｉｎ 反応槽の内径：１００ｃｍ 反応槽の全高さ：４ｍ 【００３１】試験例４ 試験例３において、２０ｃｍピッチのハニカム状の仕切
板の代わりに１０ｃｍピッチのハニカム状の仕切板を用
いた以外は試験例３と同様にして行った。その結果、泡
沫層５の高さは水面上より３ｍの高さまで上昇した。こ
のときのオゾンの吸収効率は９９％に達した。 【００３２】比較例１ 試験例３において、仕切板を充填しないでオゾン処理を
行った。その結果、泡沫層５は０．５ｍ程度の高さしか
保持されず、オゾンの吸収効率は８０％であった。 【００３３】 【発明の効果】本発明の生物汚泥のオゾン処理装置で
は、反応槽内の液相接触域にオゾン含有ガスを吹込んで
発泡させ、液相接触域の上部に泡沫接触域を形成してい
るので、強度の小さい反応槽を用いて、生物汚泥含有液
をオゾン含有ガスと効率よく接触させることができ、こ
れにより低コストで効率よく生物汚泥をオゾン処理する
ことが可能である。 【００３４】また泡沫接触域に泡沫保持部材を設けた場
合は、泡沫を効率よく保持することができ、泡沫が保持
されにくい場合または発泡しにくい場合でも、低コスト
で効率よく生物汚泥をオゾン処理することができる。 【００３５】さらに反応槽の泡沫接触域の上部に生物汚
泥含有液を散布する場合は、泡沫接触域を一定の高さに
容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例の生物汚泥のオゾン処理装置を示す系統
図である。 【図２】別の実施例の生物汚泥のオゾン処理装置を示す
系統図である。 【図３】さらに別の実施例の生物汚泥のオゾン処理装置
を示す系統図である。 【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。 【図５】試験例１の結果を示すグラフである。 【図６】試験例２の結果を示すグラフである。 【符号の説明】 １ 反応槽 ２ 槽内液 ３ 液相接触域 ４ 泡沫接触域 ５ 泡沫層 ７ 循環路 ８ 循環ポンプ ９ スプレーノズル １０ 給液ポンプ １１ 被処理液導入路 １２ サイフォンブレーカ １３ 槽内液排出路 １４ オゾン含有ガス導入路 １５ 排オゾンガス路 １６ 泡沫保持部材 １７ セル

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 生物汚泥含有液を受入れてオゾン処理を
   行う反応槽と、 この反応槽内の生物汚泥含有液中にオゾン含有ガスを吹
   込んで気液接触させる液相接触域と、 オゾン含有ガスの吹込みにより、前記液相接触域の上部
   に１ｍ以上の泡沫層を形成して気液接触させる泡沫接触
   域とを備えていることを特徴とする生物汚泥のオゾン処
   理装置。