JP3629781B2 - 下水汚泥のオゾン処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光度計もしくはｐＨ計を用いて下水汚泥のオゾン処理を行うことによって効率的に殺菌、脱臭及び脱色処理を行うようにした処理方法と装置に関し、特に集約処理における汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌をオゾンを用いて殺菌することにより、施設の腐食とか悪臭をなくすとともに汚泥の濃縮性を高めることができるオゾン処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の生活水準の向上とか下水排除方式の変遷と整備の進捗に伴って下水処理場に流入する下水中の有機物濃度が増加しており、そのため濃縮装置における汚泥の腐敗が進行して濃縮性が低下し、後続する汚泥処理システムの処理効率の低下とか返流水による水処理システムへの有機物負荷増大を引き起こす要因となっている。
【０００３】
更に下水道の普及に伴って下水処理水量も年々増加しており、汚泥の発生量もほぼ同じ比率で増加している（１９９２年度下水道年鑑，水道産業新聞社発行を参照）。この汚泥の処理は処分地の制約条件が大きい大都市のみならず、中小都市の場合でも大きな問題となる。
【０００４】
他方で都市下水処理場における水処理施設で発生した余剰汚泥とか最初沈澱池で発生した生汚泥は、水処理施設の系外に引き抜かれて汚泥処理施設に輸送され、濃縮，消化，脱水等の工程を経て最終処分が行われる。特に大都市圏においては、人口の集中等の要因により複数の下水処理場が近接している場合が多く、これら各下水処理場の発生汚泥を一カ所に集中して汚泥の集約処理を行うことによって汚泥処理時間を短縮し、且つ汚泥処理コストを低くすることができる。
【０００５】
汚泥処理の各種方法を図１９に基づいて説明すると、（１）は生汚泥を濃縮，消化後に最終処分もしくは天日乾燥を経て最終処分する方法、（２）は生汚泥を濃縮後に調整、もしくは消化，調整後に機械脱水し、コンポスト化してから最終処分する方法、（３）は生汚泥を濃縮後に調整、もしくは消化，調整後に機械脱水し、最終処分もしくは乾燥，焼却してから最終処分する方法、（４）は生汚泥を濃縮，熱処理後に機械脱水し、焼却してから最終処分する方法、（５）は生汚泥を濃縮，湿式酸化後に機械脱水してから最終処分する方法である（下水道施設設計指針と解説−第４２３ページ，１９８４年版，（社）日本下水道協会発行を参照）。
【０００６】
上記集約処理を行うには、各処理場にて発生する汚泥を集中汚泥処理場に輸送する必要があり、その輸送方法としてはトラック輸送、船舶輸送、パイプ輸送等が考えられる。集約処理の長所は、▲１▼汚泥処理施設のスケールメリット、▲２▼環境対策の集約化、▲３▼エネルギー回収の効率化、▲４▼維持管理費のコスト低減、▲５▼汚泥の資源化の向上等が挙げられる。
【０００７】
濃縮装置の運転の良否は、後続の汚泥処理システムのみならず、水処理システムにも影響を与える。例えば汚泥量は含水率によって著しく左右されるので汚泥を濃縮して減量することは以後の処理過程での施設の容量が節約されるという効果を生む。含水率９９％の汚泥を含水率９６％に濃縮すると汚泥量は１／４になる。特に濃縮が十分に行われない場合には、消化処理するために多量の熱を必要とし、消化日数にも影響を与える。更に濃縮汚泥を直接脱水する場合の脱水性が悪化する。
【０００８】
汚泥濃縮タンクでの固形物回収率が低いと、分離液中に多量のｓｓ（浮遊物質）成分が含まれ、水処理施設に影響を与えることがある。汚泥の濃縮には重力式，浮上式及び遠心濃縮式があり、一般に重力式が多用されているが、近時は汚泥の沈降性及び濃縮性が悪くなってきており、特に夏季には濃縮汚泥の濃度低下とか汚泥の一部が浮上して固形物回収率が低下することがある。そこで先ず重力式を用いて沈降性が悪くなってきたときに余剰汚泥だけを浮上式又は遠心濃縮する方法も考えられるが、２種類の汚泥濃縮タンクを設けると維持管理が複雑になって不経済であるという問題が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
汚泥の集約処理方法の場合、パイプ輸送等による輸送管内は嫌気状態となり、嫌気性微生物の繁殖等によって下水汚泥の腐敗の進行が早くなる上、輸送管内の沈積物等が下水汚泥の腐敗や変質を進める要因になり、汚泥の腐敗や変質が進むことによって集中汚泥処理時に汚泥の沈降性とか脱水性が悪化してしまい、集約後の汚泥処理を安定に行うことが困難となって濃縮、脱水等の汚泥処理工程において悪臭の発生量が増加し、作業環境が悪化するという問題点が発生する。
【００１０】
更に汚泥中に生息するバクテリア等の微生物群の種類とか勢力は処理工程での環境に大きく左右され、消化槽を除いてほとんど人為的操作を施すことができない。従って硫酸塩還元菌等の作用による汚泥の腐敗現象が発生する等の問題点が生じ易く、このことが汚泥の有効利用をはかる上での障害になっている。
【００１１】
又、下水汚泥のパイプ輸送を行う場合には、輸送中の圧送区間で嫌気状態になった汚泥を含む汚水が圧送区間が終了した地点で硫化水素ガスを発生し、下水管の腐食を起こした例が報告されている（下水管生物腐食の原因と対策（１）−腐食の現状と沈殿物からの硫化水素生成−，下水道協会誌Ｖｏｌ２７，Ｎｏ３１６参照）。
【００１２】
上記に対処して、汚泥腐敗の主な原因である嫌気性微生物を過酸化水素とか次亜塩素酸ナトリウム等の化学薬品を用いて不活性化する方法があるが、効果上の問題点がクリヤされていないので実用化には至っておらず、実際には送泥管を洗浄する手段が用いられているにすぎない（汚泥の腐敗抑制による重力濃縮タンクの機能改善に関する調査、日本下水道時事業団技術開発部報１９８５，送汚泥に伴う汚泥性状の変化の実態及び腐敗抑制のための調査、東京都下水道局１９９２参照）。
【００１３】
更に嫌気性微生物のなかでも硫酸塩還元菌は前記したように施設の腐食とか悪臭発生の原因となる硫化水素を発生する。従って汚泥中に生息する硫酸塩還元菌数を迅速に計測することが可能ならば汚泥の腐敗能力を知ることができる。しかし硫酸塩還元菌数の計測には通常１０日程度の日数を要するため、腐敗状況をオンライン等で同時にモニタリングすることはできない。
【００１４】
そこで本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌をオゾンを用いて殺菌することによって施設の腐食とか悪臭をなくすとともに、汚泥の濃縮性を高め、且つ汚泥の腐敗状況をモニタリングすることができるオゾン処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために、下水汚泥をオゾン処理反応槽に流入して、オゾンガスを汚泥中に放散することによって殺菌、脱臭及び脱色処理を行うようにした下水汚泥のオゾン処理において、前記オゾン処理が終了した汚泥の色を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動を制御するようにした下水汚泥のオゾン処理方法と装置を提供する。
【００１６】
嫌気性細菌である硫酸塩還元菌からの硫化水素ガスの発生を抑制するために、光の三刺激値Ｙが５０以上になるようにオゾン処理を行う。測定された光の三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数を推定することが可能である。
【００１７】
更に請求項４により、オゾン発生機から得られるオゾンガスを送泥管もしくは下水管の圧送ポンプの出力側に供給し、該送泥管もしくは下水管からサンプルとして引き抜いた汚泥を光度測定装置に送り込み、この光度測定装置で測定された光度を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動状態を制御するオゾン処理方法を提供する。
【００１９】
かかる下水汚泥のオゾン処理方法と装置によれば、前記オゾン処理が終了した汚泥の色を指標として嫌気性細菌の殺菌作用と施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量がコントローラで演算され、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動が制御される。この時に三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することにより、硫酸塩還元菌数が瞬時に測定できるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリング可能であり、適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。オゾン処理の際に汚泥の腐敗を防止するためには、三刺激値Ｙが５０になるように制御すればよい。
【００２０】
特に汚泥をオゾン処理すれば４８時間（最大送泥時間＋時間重力濃縮槽の平均滞留時間＋α）の間は施設の腐食とか悪臭の発生及び濃縮槽における汚泥の腐敗が抑制される。特に汚泥の腐敗と変質による沈降性とか脱水性が良好に保持される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明にかかる下水汚泥のオゾン処理方法及び処理装置の具体的な実施例について説明する。汚泥の処理方式は該汚泥の最終処分によって種々の方式があるが、本実施例では濃縮の前段にオゾン処理を行い、汚泥の腐敗防止をはかってから以後の処理に移行する。即ち、ステップを簡単に説明すると、「汚泥のオゾン処理」，「輸送」，「濃縮処理」，「脱水処理」，「焼却処理」，「最終処分」となる。
【００２３】
上記第１のステップでオゾンにより汚泥を処理することにより、汚泥は黒褐色から白灰色になる。この色の変化は後に説明するように硫酸塩還元菌の殺菌と相関があり、この色の変化からオゾン量の制御を実施することにより、効果的に硫酸塩還元菌が殺菌され、かつ適切なオゾン量で処理を行って汚泥の腐敗を防止することができる。
【００２４】
上記の硫酸塩還元菌とは、無酸素の状態で有機物を硫酸塩中の酸素によって酸化し、これによってエネルギーを得ている絶対嫌気性菌である。硫酸塩は還元されて硫化水素となり、この硫化水素が金属とかコンクリート等の施設を腐食したり水生の動植物に被害を与え、悪臭を発生する主原因となる。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例にかかる汚泥処理システムの概要図であり、主要な構成要素を説明すると、１はオゾン処理反応槽、２はオゾン注入部、２ａはオゾン処理反応槽１の上壁を貫通して嵌入された反応管、３はオゾン発生機、４は排オゾン処理装置、５は光度測定装置、６はコントローラである。
【００２６】
汚泥は汚泥供給ポンプＰ１により密閉型のオゾン処理反応槽１に送り込まれ、オゾン発生機３で得られたオゾンガスがオゾン加圧供給ポンプＰ２によりオゾン注入部２に供給される。オゾン処理反応槽１内に貯留された汚泥は、汚泥循環ポンプＰ３の駆動に伴って循環経路１０を経由して一定流量だけオゾン注入部２まで引き上げられ、同時にオゾン発生機３から送り込まれたオゾンガスを吸引しながら該オゾンガスともに反応管２ａ内を下降流として流れるが、この下降時の混合作用によりオゾンガスと汚泥とが充分に接触する。反応に使われずに排出されるオゾンガスは排オゾン処理装置４で基準値以下に分解処理されてから大気中に放散される。
【００２７】
図１の汚泥処理システムによれば、オゾン処理反応槽１に送り込まれる汚泥を連続的にオゾン処理することができる。特に反応管２ａ内に注入されたオゾンガスは、下降する汚泥液流量とのバランスによって均一な気泡となってから汚泥と接触しながら流下し、汚泥とオゾンガスとの混合液はオゾン処理反応槽１内の底壁近傍まで深く潜入することによって槽内の汚泥の撹拌作用をもたらしてオゾン反応の進行が促進される。
【００２８】
オゾン処理が終了した汚泥液は引抜ポンプＰ４によって引き抜かれて濃縮工程などの次工程に送られる。Ｐ５はサンプリングポンプであって、オゾン処理が終了した液の一部をサンプリングして光度測定装置５に送り込む。そして光度測定装置５で測定された光度がコントローラ６に入力される。測定の終了したサンプルはオゾン処理反応槽１に戻される。コントローラ６は測定された光度をもとにして注入オゾン量を計算し、オゾン発生機３に制御出力信号６ａを発して注入オゾン量を決定する。
【００２９】
図２の概略図により光度測定装置５の測定原理を説明すると、タングステンランプ１１から発した光はデビス−ギブソンフィルタ１２を通って標準光源となり、コリメートレンズ１３により平行光線となってから集光レンズ１４により積分球１５中の汚泥試料１６に照射される。この汚泥試料１６を通過した光と汚泥試料１６によって散乱した光が積分球１５により受光部１７に集積される。
【００３０】
受光部１７では集積された光がＹフィルタ１８を通過してセンサ１９で三刺激値Ｙが測定される。この三刺激値Ｙによって汚泥試料１６の色が判断され、例えば汚泥試料１６が真黒の時にはＹ＝０，真白の時にはＹ＝１００となる。
【００３１】
図２では汚泥試料１６の色を測定する装置例を示したが、色の正確な測定には汚泥試料１６に吸収された光以外のすべての光を測定し、汚泥の色を判断する指標は三刺激値以外にＥ５５０等の汚泥の色と相関のある他の指標を用いることも可能である。
【００３２】
以下に本第１実施例の基礎となる各種実験例を説明する。先ず都市下水から得られた汚泥試料についてオゾン処理実験とオゾン放置実験及び沈降実験を実施した。オゾン処理実験は殺菌と濃縮性の改善を目的としており、汚泥放置実験はオゾン処理汚泥の腐敗防止効果を把握することを目的としている。
【００３３】
オゾン処理は図３に示す半回分式で行った。即ち、オゾン発生機３で得られるオゾンガスの濃度をオゾン濃度計２０で計測し、次に流量計２１を介して反応槽２２の底壁近傍に配置した散気管２３から試料水中に放散して、温度計２３，ＯＲＰ計２４，ｐＨ計２５によって温度とＯＲＰ（酸化還元電位）及びｐＨを連続的に測定した後、サンプル取出口３０からサンプリングして殺菌効果に関する分析試験に供した。オゾンガスは脱泡槽２６から流量計２７，オゾン濃度計２８を経由して排オゾン処理装置４に導いている。
【００３４】
図４は汚泥放置実験装置例を示し、三角フラスコ３１内に試料汚泥を入れて撹拌子３２を用いて撹拌し、発生した気体を飽和食塩水３３を満たしたガスホルダ３４に導いてトラップした。実験に使用した汚泥はオゾン処理した汚泥とオゾン未処理の生汚泥とし、４８時間放置した汚泥を採取して次段の沈降実験の試料とした。
【００３５】
沈降実験は、前記生汚泥、オゾン処理汚泥、４８時間放置した汚泥をそれぞれ１リットルのメスシリンダに入れて静置し、適宜の時間に汚泥界面の高さを計測することにより実施した。
【００３６】
図５はオゾン注入率に対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、図中の白は放置実験でＨ２Ｓガスが抑制されたことを示し、図中の黒は放置実験でＨ２Ｓガスが発生したことを示している。硫酸塩還元菌はオゾン処理前は１０５〜１０６（個／ｍｌ）オーダーであったが、オゾン処理によって減少してＴＳ１ｇ当たりのオゾン注入率５０ｍｇで１００（個／ｍｌ）オーダーまで低下している。従ってオゾン処理することにより、硫化水素を発生する硫酸塩還元菌は不活性化されることが分かる。又、４８時間Ｈ２Ｓガスの発生を抑制するためには、ＴＳ１ｇ当たり７５ｍｇのオゾンを注入すればよい。
【００３７】
図６はオゾン注入率に対する三刺激値Ｙの変化をプロットしたグラフであり、図中の白は図５の例と同様に放置実験でＨ２Ｓガスが抑制されたことを示し、図中の黒は放置実験でＨ２Ｓガスが発生したことを示している。三刺激値Ｙはオゾン注入率が増加するにつれて直線的に増加している。又、４８時間Ｈ２Ｓガスの発生を抑制するためには、光の三刺激値Ｙが５０以上になるようにオゾン処理を行えばよい。
【００３８】
図７はオゾン処理直後の三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙが５０までは該三刺激値Ｙが増加するにつれて硫酸塩還元菌数が直線的に減少している。従って三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができる。
【００３９】
そこで次に三刺激値Ｙが５０以下のデータを用いて、三刺激値Ｙと硫酸塩還元菌数の関係を調べた。図８はオゾン処理における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙをｘ、硫酸塩還元菌数をｙとすると、
ｙ＝（２Ｅ＋７）ｅｘｐ−０・３１４４ｘ
となる。この時の相関係数は０．８９１２と非常に高い値が得られた。従って三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数が分かることが確認された。
【００４０】
図９は放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙをｘ、硫酸塩還元菌数をｙとすると、
ｙ＝（５Ｅ＋６）ｅｘｐ−０・３００６ｘ
となる。この時の相関係数は０．９６０９と非常に高い値が得られた。放置実験の場合には汚泥が様々な状態、例えば汚泥が腐りきっている状態とか汚泥が腐りかけている状態もしくは汚泥が新鮮な状態の何れかにある。従ってどのような汚泥に対しても三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数が分かる。
【００４１】
図１０はオゾン処理及び放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ（混合データ）であり、この図からも三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができる。
【００４２】
上記のように三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することにより、硫酸塩還元菌数が瞬時に測定できるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリング可能であり、適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。更に三刺激値Ｙは簡便且つ容易に測定できるので、煩瑣な分析操作は必要としないという利点がある。
【００４３】
図１１はオゾン処理直後の汚泥の沈降実験結果を示し、図１２は４８時間放置後の汚泥の沈降実験結果を示した。図中のＡ，Ｂ，Ｃ，ＤはそれぞれＴＳ１ｇあたりのオゾンを０，１０，２１，４６ｍｇ注入して処理した汚泥である。矢印は汚泥が腐敗して浮上した時点を示す。
【００４４】
図１１に示したようにオゾン処理をしていないＡの汚泥に較べてオゾン処理した汚泥Ｂ，Ｃ，Ｄの沈降速度が速いことが分かる。特にオゾン未処理の汚泥は４８時間放置することにより腐敗が進行し、沈降性が更に悪化しているのに対して、オゾン処理した汚泥は沈降性がほとんど変化していない。このことよりオゾン処理することにより汚泥の沈降性が高まり、４８時間放置した後も沈降性は改善されたまま保たれることが分かった。
【００４５】
以上の実験結果をまとめると以下の結論が得られる。即ち、汚泥をオゾン処理すれば４８時間（最大送泥時間＋時間重力濃縮槽の平均滞留時間＋α）の間は施設の腐食とか悪臭の発生及び濃縮槽における汚泥の腐敗を抑制することができる。更に三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができるとともに、オゾン処理の際に汚泥の腐敗を防止するためには、三刺激値Ｙが５０になるように制御すればよい。
【００４６】
上記三刺激値Ｙが５０という数字は汚泥の腐敗を４８時間抑制させるための数であり、従って腐敗防止の持続時間とか処理場の相違によってもこの数値は変わってくる。
【００４７】
オゾン注入量を制御するには、▲１▼オゾン注入時間（オゾン接触時間，汚泥滞留時間）を制御する方法、▲２▼注入オゾンガス濃度を制御する方法、▲３▼注入オゾンガス流量を制御する方法、▲４▼以上３方法の組合わせ、が考えられる。
【００４８】
以下本実施例にかかる汚泥処理システムを実際に適用した各種具体例を説明する。図１３は送泥管３５に本実施例を適用した例であり、送泥管３５内の圧送区間４０が終わった点線部分Ａで腐敗した汚泥から発生した硫化水素ガスによって管が腐食する場合がある。そこでオゾン発生機３から得られるオゾンガスをオゾン加圧供給ポンプＰ２により圧送ポンプＰ６の出力側の送泥管に供給する。そしてサンプリングポンプＰ５により引き抜いた汚泥を光度測定装置５に送り込んで光度を測定し、コントローラ６で測定された光度に基づいて注入オゾン量を計算してオゾン発生機３の駆動状態を制御する。
【００４９】
図１４は下水管３６に本実施例を適用した例であり、下水管３６の場合でも圧送区間４０が終わった点線部分Ｂで腐敗した汚泥から発生した硫化水素ガスによって管が腐食する場合がある。そこで図１３の例と同様にオゾン発生機３から得られるオゾンガスを圧送ポンプＰ６の出力側の送泥管に供給し、サンプリングポンプＰ５により汚泥を引き抜いて光度測定装置５で光度を測定し、コントローラ６で計算した注入オゾン量に適合するようにオゾン発生機３の駆動状態を制御する。尚、上記の制御を自動的に実施する場合には従来のＰＩＤ制御とかファジイ制御等を応用することによって比較的容易に制御系を組み立てることができる。
【００５０】
上記光度測定装置５を利用して硫酸塩還元菌数を測定するには、前記図２を用いて説明した測定原理に基づいて試料中の光度を測定し、この光度を演算処理によって硫酸塩還元菌数に変換して、プリンタとかアナログ信号等の手段で出力すればよい。
【００５１】
図１５は本発明の第２実施例にかかる汚泥処理システムの概要図であり、主要な構成要素は図１に説明した構成と基本的に同一であるため、同一の符号を付して表示してある。図１の構成と異なる点は、オゾン処理反応槽１にｐＨ計４１と演算部４２及び出力装置４３が配備されていて、このｐＨ計４１と演算部４２及び出力装置４３とによって硫酸塩還元菌測定装置４４が構成されている。
【００５２】
本第２実施例の基本的動作は第１実施例と略一致しているが、オゾンによって汚泥を処理すると汚泥が酸化されてｐＨ値が低下する。このｐＨ値の変化は硫酸塩還元菌の殺菌作用と相関があるため、これを利用してｐＨ計４１によってオゾン処理反応槽１内のｐＨ値を測定して演算部４２で硫酸塩還元菌数を演算し、出力装置４３によって出力する。
【００５３】
図１６はオゾン注入率に対するｐＨ値の変化を示すグラフであり、ｐＨ値はオゾン処理によって単調に減少していることが分かる。図１７はオゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（１）を示しており、ｐＨ値が減少するにつれて硫酸塩還元菌数も減少している。ｐＨ値が５以下では硫酸塩還元菌数は１００個／ｍｌ以下となっている。
【００５４】
図１８はｐＨ値が５以上でのｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（２）を示しており、この場合にはｐＨ値と硫酸塩還元菌数とが相関係数０．９１４７と良好な相関関係が得られた。
【００５５】
上記の結果から、ｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌数が推測可能であり、従ってｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌の殺菌過程をオンラインで同時にモニタリングすることができるとともに、適量なオゾンガスによるオゾン処理を実施することができる。尚、硫酸塩還元菌を殺菌するにはオゾンに限らず、過酸化水素による汚泥の酸化処理にも応用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明した本発明にかかる汚泥処理方法と処理装置によれば、オゾン処理が終了した液の光度を測定して、これを指標として嫌気性細菌の殺菌作用と施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量が求められてオゾン発生機の駆動を制御することができるので、特に汚泥処理に適用した場合、嫌気性微生物の繁殖等に伴う下水汚泥の腐敗を防止し、且つ汚泥の腐敗と変質による汚泥の沈降性とか脱水性を良好に保持して汚泥処理を安定に行うことができる。特に濃縮、脱水等の汚泥処理工程において悪臭の発生量を減少して作業環境は良化される。
【００５７】
又、三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリングしながら適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。従って硫酸塩還元菌等の作用による汚泥の腐敗現象を防止することができて、特に下水汚泥のパイプ輸送を行う場合の圧送区間での嫌気状態になった汚泥からの硫化水素ガスの発生に伴う下水管の腐食をなくすという効果が得られる。
【００５８】
更にオゾンによって汚泥を処理することによってｐＨ値が低下することと、このｐＨ値の変化が硫酸塩還元菌の殺菌作用と相関があることを利用して、ｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌数を演算することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる下水汚泥のオゾン処理システムを示す概要図。
【図２】本実施例で用いた光度測定装置の測定原理を説明する概略図。
【図３】本実施例におけるオゾン処理実験に用いた装置の概要図。
【図４】本実施例における汚泥放置実験装置に用いた装置の概要図。
【図５】オゾン注入率に対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図６】オゾン注入率に対する三刺激値Ｙの変化をプロットしたグラフ。
【図７】オゾン処理直後の三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図８】オゾン処理における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図９】放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図１０】オゾン処理及び放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図１１】オゾン処理直後の汚泥の沈降実験結果を示すグラフ。
【図１２】オゾン処理後４８時間放置後の汚泥の沈降実験結果を示すグラフ。
【図１３】送泥管に本実施例を適用した例を示す概要図。
【図１４】下水管に本実施例を適用した例を示す概要図。
【図１５】本発明の第２実施例にかかる下水汚泥のオゾン処理システムを示す概要図。
【図１６】オゾン注入率に対するｐＨ値の変化を示すグラフ。
【図１７】オゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（１）を示すグラフ。
【図１８】オゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（２）を示すグラフ。
【図１９】従来の汚泥処理の各種方法を説明するための概要図。
【符号の説明】
１…オゾン処理反応槽
２…オゾン注入部
３…オゾン発生機
４…排オゾン処理装置
５…光度測定測定
６…コントローラ
１１…タングステンランプ
１２…フィルタ
１３…コリメートレンズ
１４…集光レンズ
１５…積分球
１７…受光部
１８…Ｙフィルタ
１９…センサ
２０…オゾン濃度計
２１，２７…流量計
２２…反応槽
２３…温度計
２４…ＯＲＰ計
２５，４１…ｐＨ計
２６…脱泡槽
２８…オゾン濃度計
３４…ガスホルダ
３５…送泥管
３６…下水管
４２…演算部
４３…出力装置
４４…硫酸塩還元菌測定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は光度計もしくはｐＨ計を用いて下水汚泥のオゾン処理を行うことによって効率的に殺菌、脱臭及び脱色処理を行うようにした処理方法と装置に関し、特に集約処理における汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌をオゾンを用いて殺菌することにより、施設の腐食とか悪臭をなくすとともに汚泥の濃縮性を高めることができるオゾン処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の生活水準の向上とか下水排除方式の変遷と整備の進捗に伴って下水処理場に流入する下水中の有機物濃度が増加しており、そのため濃縮装置における汚泥の腐敗が進行して濃縮性が低下し、後続する汚泥処理システムの処理効率の低下とか返流水による水処理システムへの有機物負荷増大を引き起こす要因となっている。
【０００３】
更に下水道の普及に伴って下水処理水量も年々増加しており、汚泥の発生量もほぼ同じ比率で増加している（１９９２年度下水道年鑑，水道産業新聞社発行を参照）。この汚泥の処理は処分地の制約条件が大きい大都市のみならず、中小都市の場合でも大きな問題となる。
【０００４】
他方で都市下水処理場における水処理施設で発生した余剰汚泥とか最初沈澱池で発生した生汚泥は、水処理施設の系外に引き抜かれて汚泥処理施設に輸送され、濃縮，消化，脱水等の工程を経て最終処分が行われる。特に大都市圏においては、人口の集中等の要因により複数の下水処理場が近接している場合が多く、これら各下水処理場の発生汚泥を一カ所に集中して汚泥の集約処理を行うことによって汚泥処理時間を短縮し、且つ汚泥処理コストを低くすることができる。
【０００５】
汚泥処理の各種方法を図１９に基づいて説明すると、（１）は生汚泥を濃縮，消化後に最終処分もしくは天日乾燥を経て最終処分する方法、（２）は生汚泥を濃縮後に調整、もしくは消化，調整後に機械脱水し、コンポスト化してから最終処分する方法、（３）は生汚泥を濃縮後に調整、もしくは消化，調整後に機械脱水し、最終処分もしくは乾燥，焼却してから最終処分する方法、（４）は生汚泥を濃縮，熱処理後に機械脱水し、焼却してから最終処分する方法、（５）は生汚泥を濃縮，湿式酸化後に機械脱水してから最終処分する方法である（下水道施設設計指針と解説−第４２３ページ，１９８４年版，（社）日本下水道協会発行を参照）。
【０００６】
上記集約処理を行うには、各処理場にて発生する汚泥を集中汚泥処理場に輸送する必要があり、その輸送方法としてはトラック輸送、船舶輸送、パイプ輸送等が考えられる。集約処理の長所は、▲１▼汚泥処理施設のスケールメリット、▲２▼環境対策の集約化、▲３▼エネルギー回収の効率化、▲４▼維持管理費のコスト低減、▲５▼汚泥の資源化の向上等が挙げられる。
【０００７】
濃縮装置の運転の良否は、後続の汚泥処理システムのみならず、水処理システムにも影響を与える。例えば汚泥量は含水率によって著しく左右されるので汚泥を濃縮して減量することは以後の処理過程での施設の容量が節約されるという効果を生む。含水率９９％の汚泥を含水率９６％に濃縮すると汚泥量は１／４になる。特に濃縮が十分に行われない場合には、消化処理するために多量の熱を必要とし、消化日数にも影響を与える。更に濃縮汚泥を直接脱水する場合の脱水性が悪化する。
【０００８】
汚泥濃縮タンクでの固形物回収率が低いと、分離液中に多量のｓｓ（浮遊物質）成分が含まれ、水処理施設に影響を与えることがある。汚泥の濃縮には重力式，浮上式及び遠心濃縮式があり、一般に重力式が多用されているが、近時は汚泥の沈降性及び濃縮性が悪くなってきており、特に夏季には濃縮汚泥の濃度低下とか汚泥の一部が浮上して固形物回収率が低下することがある。そこで先ず重力式を用いて沈降性が悪くなってきたときに余剰汚泥だけを浮上式又は遠心濃縮する方法も考えられるが、２種類の汚泥濃縮タンクを設けると維持管理が複雑になって不経済であるという問題が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
汚泥の集約処理方法の場合、パイプ輸送等による輸送管内は嫌気状態となり、嫌気性微生物の繁殖等によって下水汚泥の腐敗の進行が早くなる上、輸送管内の沈積物等が下水汚泥の腐敗や変質を進める要因になり、汚泥の腐敗や変質が進むことによって集中汚泥処理時に汚泥の沈降性とか脱水性が悪化してしまい、集約後の汚泥処理を安定に行うことが困難となって濃縮、脱水等の汚泥処理工程において悪臭の発生量が増加し、作業環境が悪化するという問題点が発生する。
【００１０】
更に汚泥中に生息するバクテリア等の微生物群の種類とか勢力は処理工程での環境に大きく左右され、消化槽を除いてほとんど人為的操作を施すことができない。従って硫酸塩還元菌等の作用による汚泥の腐敗現象が発生する等の問題点が生じ易く、このことが汚泥の有効利用をはかる上での障害になっている。
【００１１】
又、下水汚泥のパイプ輸送を行う場合には、輸送中の圧送区間で嫌気状態になった汚泥を含む汚水が圧送区間が終了した地点で硫化水素ガスを発生し、下水管の腐食を起こした例が報告されている（下水管生物腐食の原因と対策（１）−腐食の現状と沈殿物からの硫化水素生成−，下水道協会誌Ｖｏｌ２７，Ｎｏ３１６参照）。
【００１２】
上記に対処して、汚泥腐敗の主な原因である嫌気性微生物を過酸化水素とか次亜塩素酸ナトリウム等の化学薬品を用いて不活性化する方法があるが、効果上の問題点がクリヤされていないので実用化には至っておらず、実際には送泥管を洗浄する手段が用いられているにすぎない（汚泥の腐敗抑制による重力濃縮タンクの機能改善に関する調査、日本下水道時事業団技術開発部報１９８５，送汚泥に伴う汚泥性状の変化の実態及び腐敗抑制のための調査、東京都下水道局１９９２参照）。
【００１３】
更に嫌気性微生物のなかでも硫酸塩還元菌は前記したように施設の腐食とか悪臭発生の原因となる硫化水素を発生する。従って汚泥中に生息する硫酸塩還元菌数を迅速に計測することが可能ならば汚泥の腐敗能力を知ることができる。しかし硫酸塩還元菌数の計測には通常１０日程度の日数を要するため、腐敗状況をオンライン等で同時にモニタリングすることはできない。
【００１４】
そこで本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌をオゾンを用いて殺菌することによって施設の腐食とか悪臭をなくすとともに、汚泥の濃縮性を高め、且つ汚泥の腐敗状況をモニタリングすることができるオゾン処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために、下水汚泥をオゾン処理反応槽に流入して、オゾンガスを汚泥中に放散することによって殺菌、脱臭及び脱色処理を行うようにした下水汚泥のオゾン処理において、前記オゾン処理が終了した汚泥の色を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動を制御するようにした下水汚泥のオゾン処理方法と装置を提供する。
【００１６】
嫌気性細菌である硫酸塩還元菌からの硫化水素ガスの発生を抑制するために、光の三刺激値Ｙが５０以上になるようにオゾン処理を行う。測定された光の三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数を推定することが可能である。
【００１７】
更に請求項４により、オゾン発生機から得られるオゾンガスを送泥管もしくは下水管の圧送ポンプの出力側に供給し、該送泥管もしくは下水管からサンプルとして引き抜いた汚泥を光度測定装置に送り込み、この光度測定装置で測定された光度を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動状態を制御するオゾン処理方法を提供する。
【００１９】
かかる下水汚泥のオゾン処理方法と装置によれば、前記オゾン処理が終了した汚泥の色を指標として嫌気性細菌の殺菌作用と施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量がコントローラで演算され、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動が制御される。この時に三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することにより、硫酸塩還元菌数が瞬時に測定できるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリング可能であり、適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。オゾン処理の際に汚泥の腐敗を防止するためには、三刺激値Ｙが５０になるように制御すればよい。
【００２０】
特に汚泥をオゾン処理すれば４８時間（最大送泥時間＋時間重力濃縮槽の平均滞留時間＋α）の間は施設の腐食とか悪臭の発生及び濃縮槽における汚泥の腐敗が抑制される。特に汚泥の腐敗と変質による沈降性とか脱水性が良好に保持される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明にかかる下水汚泥のオゾン処理方法及び処理装置の具体的な実施例について説明する。汚泥の処理方式は該汚泥の最終処分によって種々の方式があるが、本実施例では濃縮の前段にオゾン処理を行い、汚泥の腐敗防止をはかってから以後の処理に移行する。即ち、ステップを簡単に説明すると、「汚泥のオゾン処理」，「輸送」，「濃縮処理」，「脱水処理」，「焼却処理」，「最終処分」となる。
【００２３】
上記第１のステップでオゾンにより汚泥を処理することにより、汚泥は黒褐色から白灰色になる。この色の変化は後に説明するように硫酸塩還元菌の殺菌と相関があり、この色の変化からオゾン量の制御を実施することにより、効果的に硫酸塩還元菌が殺菌され、かつ適切なオゾン量で処理を行って汚泥の腐敗を防止することができる。
【００２４】
上記の硫酸塩還元菌とは、無酸素の状態で有機物を硫酸塩中の酸素によって酸化し、これによってエネルギーを得ている絶対嫌気性菌である。硫酸塩は還元されて硫化水素となり、この硫化水素が金属とかコンクリート等の施設を腐食したり水生の動植物に被害を与え、悪臭を発生する主原因となる。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例にかかる汚泥処理システムの概要図であり、主要な構成要素を説明すると、１はオゾン処理反応槽、２はオゾン注入部、２ａはオゾン処理反応槽１の上壁を貫通して嵌入された反応管、３はオゾン発生機、４は排オゾン処理装置、５は光度測定装置、６はコントローラである。
【００２６】
汚泥は汚泥供給ポンプＰ１により密閉型のオゾン処理反応槽１に送り込まれ、オゾン発生機３で得られたオゾンガスがオゾン加圧供給ポンプＰ２によりオゾン注入部２に供給される。オゾン処理反応槽１内に貯留された汚泥は、汚泥循環ポンプＰ３の駆動に伴って循環経路１０を経由して一定流量だけオゾン注入部２まで引き上げられ、同時にオゾン発生機３から送り込まれたオゾンガスを吸引しながら該オゾンガスともに反応管２ａ内を下降流として流れるが、この下降時の混合作用によりオゾンガスと汚泥とが充分に接触する。反応に使われずに排出されるオゾンガスは排オゾン処理装置４で基準値以下に分解処理されてから大気中に放散される。
【００２７】
図１の汚泥処理システムによれば、オゾン処理反応槽１に送り込まれる汚泥を連続的にオゾン処理することができる。特に反応管２ａ内に注入されたオゾンガスは、下降する汚泥液流量とのバランスによって均一な気泡となってから汚泥と接触しながら流下し、汚泥とオゾンガスとの混合液はオゾン処理反応槽１内の底壁近傍まで深く潜入することによって槽内の汚泥の撹拌作用をもたらしてオゾン反応の進行が促進される。
【００２８】
オゾン処理が終了した汚泥液は引抜ポンプＰ４によって引き抜かれて濃縮工程などの次工程に送られる。Ｐ５はサンプリングポンプであって、オゾン処理が終了した液の一部をサンプリングして光度測定装置５に送り込む。そして光度測定装置５で測定された光度がコントローラ６に入力される。測定の終了したサンプルはオゾン処理反応槽１に戻される。コントローラ６は測定された光度をもとにして注入オゾン量を計算し、オゾン発生機３に制御出力信号６ａを発して注入オゾン量を決定する。
【００２９】
図２の概略図により光度測定装置５の測定原理を説明すると、タングステンランプ１１から発した光はデビス−ギブソンフィルタ１２を通って標準光源となり、コリメートレンズ１３により平行光線となってから集光レンズ１４により積分球１５中の汚泥試料１６に照射される。この汚泥試料１６を通過した光と汚泥試料１６によって散乱した光が積分球１５により受光部１７に集積される。
【００３０】
受光部１７では集積された光がＹフィルタ１８を通過してセンサ１９で三刺激値Ｙが測定される。この三刺激値Ｙによって汚泥試料１６の色が判断され、例えば汚泥試料１６が真黒の時にはＹ＝０，真白の時にはＹ＝１００となる。
【００３１】
図２では汚泥試料１６の色を測定する装置例を示したが、色の正確な測定には汚泥試料１６に吸収された光以外のすべての光を測定し、汚泥の色を判断する指標は三刺激値以外にＥ５５０等の汚泥の色と相関のある他の指標を用いることも可能である。
【００３２】
以下に本第１実施例の基礎となる各種実験例を説明する。先ず都市下水から得られた汚泥試料についてオゾン処理実験とオゾン放置実験及び沈降実験を実施した。オゾン処理実験は殺菌と濃縮性の改善を目的としており、汚泥放置実験はオゾン処理汚泥の腐敗防止効果を把握することを目的としている。
【００３３】
オゾン処理は図３に示す半回分式で行った。即ち、オゾン発生機３で得られるオゾンガスの濃度をオゾン濃度計２０で計測し、次に流量計２１を介して反応槽２２の底壁近傍に配置した散気管２３から試料水中に放散して、温度計２３，ＯＲＰ計２４，ｐＨ計２５によって温度とＯＲＰ（酸化還元電位）及びｐＨを連続的に測定した後、サンプル取出口３０からサンプリングして殺菌効果に関する分析試験に供した。オゾンガスは脱泡槽２６から流量計２７，オゾン濃度計２８を経由して排オゾン処理装置４に導いている。
【００３４】
図４は汚泥放置実験装置例を示し、三角フラスコ３１内に試料汚泥を入れて撹拌子３２を用いて撹拌し、発生した気体を飽和食塩水３３を満たしたガスホルダ３４に導いてトラップした。実験に使用した汚泥はオゾン処理した汚泥とオゾン未処理の生汚泥とし、４８時間放置した汚泥を採取して次段の沈降実験の試料とした。
【００３５】
沈降実験は、前記生汚泥、オゾン処理汚泥、４８時間放置した汚泥をそれぞれ１リットルのメスシリンダに入れて静置し、適宜の時間に汚泥界面の高さを計測することにより実施した。
【００３６】
図５はオゾン注入率に対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、図中の白は放置実験でＨ２Ｓガスが抑制されたことを示し、図中の黒は放置実験でＨ２Ｓガスが発生したことを示している。硫酸塩還元菌はオゾン処理前は１０５〜１０６（個／ｍｌ）オーダーであったが、オゾン処理によって減少してＴＳ１ｇ当たりのオゾン注入率５０ｍｇで１００（個／ｍｌ）オーダーまで低下している。従ってオゾン処理することにより、硫化水素を発生する硫酸塩還元菌は不活性化されることが分かる。又、４８時間Ｈ２Ｓガスの発生を抑制するためには、ＴＳ１ｇ当たり７５ｍｇのオゾンを注入すればよい。
【００３７】
図６はオゾン注入率に対する三刺激値Ｙの変化をプロットしたグラフであり、図中の白は図５の例と同様に放置実験でＨ２Ｓガスが抑制されたことを示し、図中の黒は放置実験でＨ２Ｓガスが発生したことを示している。三刺激値Ｙはオゾン注入率が増加するにつれて直線的に増加している。又、４８時間Ｈ２Ｓガスの発生を抑制するためには、光の三刺激値Ｙが５０以上になるようにオゾン処理を行えばよい。
【００３８】
図７はオゾン処理直後の三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙが５０までは該三刺激値Ｙが増加するにつれて硫酸塩還元菌数が直線的に減少している。従って三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができる。
【００３９】
そこで次に三刺激値Ｙが５０以下のデータを用いて、三刺激値Ｙと硫酸塩還元菌数の関係を調べた。図８はオゾン処理における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙをｘ、硫酸塩還元菌数をｙとすると、
ｙ＝（２Ｅ＋７）ｅｘｐ−０・３１４４ｘ
となる。この時の相関係数は０．８９１２と非常に高い値が得られた。従って三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数が分かることが確認された。
【００４０】
図９は放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフであり、三刺激値Ｙをｘ、硫酸塩還元菌数をｙとすると、
ｙ＝（５Ｅ＋６）ｅｘｐ−０・３００６ｘ
となる。この時の相関係数は０．９６０９と非常に高い値が得られた。放置実験の場合には汚泥が様々な状態、例えば汚泥が腐りきっている状態とか汚泥が腐りかけている状態もしくは汚泥が新鮮な状態の何れかにある。従ってどのような汚泥に対しても三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数が分かる。
【００４１】
図１０はオゾン処理及び放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ（混合データ）であり、この図からも三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができる。
【００４２】
上記のように三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することにより、硫酸塩還元菌数が瞬時に測定できるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリング可能であり、適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。更に三刺激値Ｙは簡便且つ容易に測定できるので、煩瑣な分析操作は必要としないという利点がある。
【００４３】
図１１はオゾン処理直後の汚泥の沈降実験結果を示し、図１２は４８時間放置後の汚泥の沈降実験結果を示した。図中のＡ，Ｂ，Ｃ，ＤはそれぞれＴＳ１ｇあたりのオゾンを０，１０，２１，４６ｍｇ注入して処理した汚泥である。矢印は汚泥が腐敗して浮上した時点を示す。
【００４４】
図１１に示したようにオゾン処理をしていないＡの汚泥に較べてオゾン処理した汚泥Ｂ，Ｃ，Ｄの沈降速度が速いことが分かる。特にオゾン未処理の汚泥は４８時間放置することにより腐敗が進行し、沈降性が更に悪化しているのに対して、オゾン処理した汚泥は沈降性がほとんど変化していない。このことよりオゾン処理することにより汚泥の沈降性が高まり、４８時間放置した後も沈降性は改善されたまま保たれることが分かった。
【００４５】
以上の実験結果をまとめると以下の結論が得られる。即ち、汚泥をオゾン処理すれば４８時間（最大送泥時間＋時間重力濃縮槽の平均滞留時間＋α）の間は施設の腐食とか悪臭の発生及び濃縮槽における汚泥の腐敗を抑制することができる。更に三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができるとともに、オゾン処理の際に汚泥の腐敗を防止するためには、三刺激値Ｙが５０になるように制御すればよい。
【００４６】
上記三刺激値Ｙが５０という数字は汚泥の腐敗を４８時間抑制させるための数であり、従って腐敗防止の持続時間とか処理場の相違によってもこの数値は変わってくる。
【００４７】
オゾン注入量を制御するには、▲１▼オゾン注入時間（オゾン接触時間，汚泥滞留時間）を制御する方法、▲２▼注入オゾンガス濃度を制御する方法、▲３▼注入オゾンガス流量を制御する方法、▲４▼以上３方法の組合わせ、が考えられる。
【００４８】
以下本実施例にかかる汚泥処理システムを実際に適用した各種具体例を説明する。図１３は送泥管３５に本実施例を適用した例であり、送泥管３５内の圧送区間４０が終わった点線部分Ａで腐敗した汚泥から発生した硫化水素ガスによって管が腐食する場合がある。そこでオゾン発生機３から得られるオゾンガスをオゾン加圧供給ポンプＰ２により圧送ポンプＰ６の出力側の送泥管に供給する。そしてサンプリングポンプＰ５により引き抜いた汚泥を光度測定装置５に送り込んで光度を測定し、コントローラ６で測定された光度に基づいて注入オゾン量を計算してオゾン発生機３の駆動状態を制御する。
【００４９】
図１４は下水管３６に本実施例を適用した例であり、下水管３６の場合でも圧送区間４０が終わった点線部分Ｂで腐敗した汚泥から発生した硫化水素ガスによって管が腐食する場合がある。そこで図１３の例と同様にオゾン発生機３から得られるオゾンガスを圧送ポンプＰ６の出力側の送泥管に供給し、サンプリングポンプＰ５により汚泥を引き抜いて光度測定装置５で光度を測定し、コントローラ６で計算した注入オゾン量に適合するようにオゾン発生機３の駆動状態を制御する。尚、上記の制御を自動的に実施する場合には従来のＰＩＤ制御とかファジイ制御等を応用することによって比較的容易に制御系を組み立てることができる。
【００５０】
上記光度測定装置５を利用して硫酸塩還元菌数を測定するには、前記図２を用いて説明した測定原理に基づいて試料中の光度を測定し、この光度を演算処理によって硫酸塩還元菌数に変換して、プリンタとかアナログ信号等の手段で出力すればよい。
【００５１】
図１５は本発明の第２実施例にかかる汚泥処理システムの概要図であり、主要な構成要素は図１に説明した構成と基本的に同一であるため、同一の符号を付して表示してある。図１の構成と異なる点は、オゾン処理反応槽１にｐＨ計４１と演算部４２及び出力装置４３が配備されていて、このｐＨ計４１と演算部４２及び出力装置４３とによって硫酸塩還元菌測定装置４４が構成されている。
【００５２】
本第２実施例の基本的動作は第１実施例と略一致しているが、オゾンによって汚泥を処理すると汚泥が酸化されてｐＨ値が低下する。このｐＨ値の変化は硫酸塩還元菌の殺菌作用と相関があるため、これを利用してｐＨ計４１によってオゾン処理反応槽１内のｐＨ値を測定して演算部４２で硫酸塩還元菌数を演算し、出力装置４３によって出力する。
【００５３】
図１６はオゾン注入率に対するｐＨ値の変化を示すグラフであり、ｐＨ値はオゾン処理によって単調に減少していることが分かる。図１７はオゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（１）を示しており、ｐＨ値が減少するにつれて硫酸塩還元菌数も減少している。ｐＨ値が５以下では硫酸塩還元菌数は１００個／ｍｌ以下となっている。
【００５４】
図１８はｐＨ値が５以上でのｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（２）を示しており、この場合にはｐＨ値と硫酸塩還元菌数とが相関係数０．９１４７と良好な相関関係が得られた。
【００５５】
上記の結果から、ｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌数が推測可能であり、従ってｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌の殺菌過程をオンラインで同時にモニタリングすることができるとともに、適量なオゾンガスによるオゾン処理を実施することができる。尚、硫酸塩還元菌を殺菌するにはオゾンに限らず、過酸化水素による汚泥の酸化処理にも応用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明した本発明にかかる汚泥処理方法と処理装置によれば、オゾン処理が終了した液の光度を測定して、これを指標として嫌気性細菌の殺菌作用と施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量が求められてオゾン発生機の駆動を制御することができるので、特に汚泥処理に適用した場合、嫌気性微生物の繁殖等に伴う下水汚泥の腐敗を防止し、且つ汚泥の腐敗と変質による汚泥の沈降性とか脱水性を良好に保持して汚泥処理を安定に行うことができる。特に濃縮、脱水等の汚泥処理工程において悪臭の発生量を減少して作業環境は良化される。
【００５７】
又、三刺激値Ｙによって硫酸塩還元菌数を推定することができるので、オゾンによる殺菌過程をオンラインで同時にモニタリングしながら適量なオゾンを用いて処理する制御が可能となる。従って硫酸塩還元菌等の作用による汚泥の腐敗現象を防止することができて、特に下水汚泥のパイプ輸送を行う場合の圧送区間での嫌気状態になった汚泥からの硫化水素ガスの発生に伴う下水管の腐食をなくすという効果が得られる。
【００５８】
更にオゾンによって汚泥を処理することによってｐＨ値が低下することと、このｐＨ値の変化が硫酸塩還元菌の殺菌作用と相関があることを利用して、ｐＨ値の測定によって硫酸塩還元菌数を演算することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる下水汚泥のオゾン処理システムを示す概要図。
【図２】本実施例で用いた光度測定装置の測定原理を説明する概略図。
【図３】本実施例におけるオゾン処理実験に用いた装置の概要図。
【図４】本実施例における汚泥放置実験装置に用いた装置の概要図。
【図５】オゾン注入率に対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図６】オゾン注入率に対する三刺激値Ｙの変化をプロットしたグラフ。
【図７】オゾン処理直後の三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図８】オゾン処理における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図９】放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図１０】オゾン処理及び放置実験における三刺激値Ｙに対する硫酸塩還元菌数の変化をプロットしたグラフ。
【図１１】オゾン処理直後の汚泥の沈降実験結果を示すグラフ。
【図１２】オゾン処理後４８時間放置後の汚泥の沈降実験結果を示すグラフ。
【図１３】送泥管に本実施例を適用した例を示す概要図。
【図１４】下水管に本実施例を適用した例を示す概要図。
【図１５】本発明の第２実施例にかかる下水汚泥のオゾン処理システムを示す概要図。
【図１６】オゾン注入率に対するｐＨ値の変化を示すグラフ。
【図１７】オゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（１）を示すグラフ。
【図１８】オゾン処理実験におけるｐＨ値と硫酸塩還元菌数との関係（２）を示すグラフ。
【図１９】従来の汚泥処理の各種方法を説明するための概要図。
【符号の説明】
１…オゾン処理反応槽
２…オゾン注入部
３…オゾン発生機
４…排オゾン処理装置
５…光度測定測定
６…コントローラ
１１…タングステンランプ
１２…フィルタ
１３…コリメートレンズ
１４…集光レンズ
１５…積分球
１７…受光部
１８…Ｙフィルタ
１９…センサ
２０…オゾン濃度計
２１，２７…流量計
２２…反応槽
２３…温度計
２４…ＯＲＰ計
２５，４１…ｐＨ計
２６…脱泡槽
２８…オゾン濃度計
３４…ガスホルダ
３５…送泥管
３６…下水管
４２…演算部
４３…出力装置
４４…硫酸塩還元菌測定装置
Claims (5)
- 下水汚泥をオゾン処理反応槽に流入して、オゾンガスを汚泥中に放散することによって殺菌、脱臭及び脱色処理を行うようにした下水汚泥のオゾン処理において、
前記オゾン処理が終了した汚泥の色を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動を制御することを特徴とする下水汚泥のオゾン処理方法。 - 嫌気性細菌である硫酸塩還元菌からの硫化水素ガスの発生を抑制するために、光の三刺激値Ｙが５０以上になるようにオゾン処理を行うことを特徴とする請求項１記載の下水汚泥のオゾン処理方法。
- 前記測定された光の三刺激値Ｙから硫酸塩還元菌数を推定することを特徴とする請求項１記載の下水汚泥のオゾン処理方法。
- オゾン発生機から得られるオゾンガスを送泥管もしくは下水管の圧送ポンプの出力側に供給し、該送泥管もしくは下水管からサンプルとして引き抜いた汚泥を光度測定装置に送り込み、この光度測定装置で測定された光度を指標として、汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量をコントローラにより演算し、該コントローラの出力に基づいてオゾン発生機の駆動状態を制御することを特徴とする下水汚泥のオゾン処理方法。
- 下水汚泥中にオゾン発生機から得られるオゾンガスを放散するオゾン処理反応槽と、
前記オゾン処理反応槽にてオゾン処理中の汚泥の一部であるサンプル液の光度を測定し、この測定値に基づき前記オゾンガスの放散によって変化した汚泥の色を測定する光度測定装置と、
前記測定された色の値を指標として汚泥腐敗の主原因である嫌気性細菌の殺菌作用と、施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量を演算するコントローラを具備し、
前記コントローラの出力に基づいて前記オゾン発生機の駆動を制御すること
を特徴とする下水汚泥のオゾン処理装置。
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