JP4149985B2 - 汚泥処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機性汚水の処理において発生する余剰汚泥を減量化するための汚泥処理装置に係る。特に、本発明は、余剰汚泥の減量化を高効率で行うための対策に関する。

従来より、下水、産業排水、屎尿、ごみ埋め立て汚水などの有機性汚水を活性汚泥法で生物学的に処理することが行われているが、この処理法では、大量の有機性汚泥（以下、余剰汚泥と呼ぶ）が発生しており、その量は日本全体で年間１０００万トンを上回っている。このため、この種の活性汚泥法では余剰汚泥の処理及び処分が大きな課題となっている。

この余剰汚泥は、多量の脱水助剤（ポリマーなど）を添加して汚泥脱水機で脱水し、その脱水ケーキを埋め立て処分するか、または焼却処分している。ところが、脱水助剤の使用コスト、焼却設備費用、焼却用重油コスト等といった費用を要し、また、脱水ケーキの埋め立て場所の不足、焼却灰の処分場所の不足などといった多くの問題を抱えている。

このような問題を解決するための余剰汚泥処理方法として、下記の特許文献１に開示されているキャビテーション処理法が提案されている。この特許文献１に開示されている処理方法は、好気性生物処理槽において発生した汚泥を沈殿槽に導入し、この沈殿槽において処理水から分離された汚泥の一部を可溶化することより、余剰汚泥の削減を図っている。

具体的には、沈殿槽から好気性生物処理槽に延びる配管の途中にターボ形ポンプを設置して配管内部にキャビテーション（液体の局所的で且つ急激な圧力低下）を発生させ、これによって余剰汚泥を可溶化するようにしている。つまり、沈殿槽と好気性生物処理槽とを結ぶターボ形ポンプ配管系において、発生する圧力定在波の節の位置にポンプを位置させる。この構成により、先ず、ターボ形ポンプを駆動することで、羽根車の回転に伴って圧力波が発生する。発生した圧力波は、ポンプの吸い込み側に接続する吸込管路及び吐出側に接続する吐出管路を伝播し、それぞれ沈殿槽、好気性生物処理槽で反射する。ポンプから双方の槽へ向かう圧力の進行波と、各槽で反射した反射波とが干渉して配管内に圧力の定在波が発生する。ポンプが所定回転数のとき、管路内の液柱が共振し、圧力脈動の腹の部分では大きな圧力脈動が発生する。この圧力の腹の部分では圧力が蒸気圧以下に到達し、これによって余剰汚泥を構成する微生物細胞が破壊され、可溶化が起こるようになっている。
特開平１１−１５６３９８号公報

ところが、上記特許文献１に開示されている処理方法において微生物細胞の破壊を十分に行うためには、ターボ形ポンプ配管系の配管長は、かなりの長さ（８０ｍ程度）が必要であった。このため、処理装置全体の小型化を図った場合には十分なキャビテーション効果を得ることができなかった。また、上記管路内で液柱が共振するようにポンプ回転数を調整することが困難であり、このポンプ回転数が適正値から僅かでもずれてしまうとキャビテーション効果が得られず汚泥の可溶化が行われなくなってしまうため、信頼性が十分に得られているものではなかった。

一方、水処理設備における水質の安定化を図るためには、生物反応槽（生物処理槽）内のＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ ｌｉｑｕｏｒ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄ）を適切に管理することが重要である。例えばオキシデーションディッチ法では、このＭＬＳＳを２０００〜４０００ｍｇ／ｌ程度に管理することが好ましいとされている。これまで、ＭＬＳＳの管理は、余剰汚泥の引き抜き量を調整することにより行っていた。つまり、ＭＬＳＳが目標値よりも高くなると、余剰汚泥の引き抜き量を多くすることで、ＭＬＳＳを目標値に近付けるようにしていた。

しかし、このように余剰汚泥の引き抜き量のみによってＭＬＳＳを調整していたのでは、余剰汚泥の減量化を図ることが困難であり、上述した余剰汚泥の大量発生を助長してしまうことにも繋がる。

このように、余剰汚泥の増大を招くことなしにＭＬＳＳを適正値に管理するといった技術は未だ提供されていない。

そこで、本発明の発明者は、余剰汚泥の減量化とＭＬＳＳの管理との両立を図ることができる汚泥処理装置について研究し、可溶化処理槽内でキャビテーションを生じさせることによって汚泥を効果的に可溶化させ、この可溶化汚泥を生物反応槽に戻すといった技術について検討を行った。そして、更に、この手法を用いた場合における余剰汚泥の減量化を高効率で実現することについての研究を行った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、余剰汚泥の減量化とＭＬＳＳの管理との両立を図ることができ、しかも余剰汚泥の減量化を高効率で行うことができる汚泥処理装置を提供することにある。

−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、可溶化処理槽内でのキャビテーション効果によって汚泥を可溶化させ、この汚泥を分配槽に一旦回収した後、この分配槽内で分配し、一部を生物反応槽に戻し、他を可溶化処理槽内で再度可溶化させるようにしている。また、上記可溶化処理槽内で可溶化させるための汚泥を予め濃縮しておき、可溶化汚泥濃度を高くすることで高効率化を図っている。これにより、沈殿槽から汚泥処理装置へ導入する汚泥量分だけ水処理設備から排出される余剰汚泥量を減量でき、且つ可溶化した汚泥を生物反応槽へ戻すことで生物反応槽内のＭＬＳＳを容易に調整することが可能になる。

−解決手段−
具体的に、本発明は、可溶化処理槽と、活性汚泥法によって汚水を処理する生物反応槽から排出された汚泥を上記可溶化処理槽に向けて圧送し、可溶化処理槽内に噴射することによりキャビテーションによる汚泥の可溶化を行わせる一軸偏心ネジ型ポンプと、上記可溶化処理槽から導出された汚泥を回収し、その汚泥の一部を生物反応槽に、他の汚泥を上記一軸偏心ネジ型ポンプの上流側にそれぞれ戻すように汚泥を分配する汚泥分配機能を有する分配槽と、上記一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に設置され、可溶化処理槽に向けて導出される汚泥を濃縮する濃縮機とを備えさせている。

この特定事項により、生物反応槽内で活性汚泥法によって汚水を処理した後の汚泥は、一軸偏心ネジ型ポンプに導入される前段階で濃縮機によって濃縮される。この濃縮動作によって例えば２倍に濃縮され、その後、この汚泥は、一軸偏心ネジ型ポンプによって所定圧力まで昇圧され、可溶化処理槽内に噴射されることによりキャビテーションが発生し、汚泥を構成する微生物細胞が破壊され可溶化が起こる。本解決手段では汚泥圧送のためのポンプとして一軸偏心ネジ型ポンプを使用しているため、上記濃縮機によって汚泥が高濃縮に濃縮されていても容易に圧送することが可能である。その後、この汚泥は、分配槽に一旦回収された後、この分配槽内で分配され、一部（例えば全回収量の２割程度）は生物反応槽に戻され、他（例えば全回収量の８割程度）は一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に戻されて再度の可溶化処理がなされる。このように一部の汚泥を一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に戻すことで複数回の可溶化処理が行われることになり、汚泥の大部分を可溶化することができる。つまり、沈殿槽から引き抜かれた汚泥の量が大量であっても、その汚泥の一部または大部分を汚泥処理装置に導入して可溶化処理することにより、水処理設備から排出される余剰汚泥量を大幅に減量化することができる。また、この可溶化処理される汚泥は予め濃縮機によって濃縮されているため、高効率で汚泥の可溶化処理を行うことができる。また、生物反応槽内のＭＬＳＳが高い場合であっても上述した可溶化処理により水処理設備から大量の余剰汚泥が排出されることはない。

この汚泥処理装置のより具体的な構成としては以下のものが掲げられる。先ず、上記一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に合流槽を配設している。そして、生物反応槽から排出された汚泥及び分配槽によって分配された一部の汚泥が合流槽で合流された後、一軸偏心ネジ型ポンプに導入される構成としている。また、濃縮機を、合流槽内の汚泥を抽出して濃縮した後、この濃縮汚泥を合流槽に戻す構成としている。

この特定事項により、合流槽内の汚泥を濃縮していきながら、汚泥に対する複数回の可溶化処理と、沈殿槽から汚泥処理装置への汚泥の導入とを同時に実行することができる。つまり、汚泥処理装置へ汚泥を連続導入しながらも、余剰汚泥の減量化とＭＬＳＳの管理の容易化とを図ることが可能になる。

上記濃縮機の具体構成としては以下のものが掲げられる。つまり、濃縮機は、合流槽の外部に設置され且つ内部に膜エレメントを収容した構成となっていると共に、合流槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成しており、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥中の水分を膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより合流槽内の汚泥を濃縮していく構成となっている。

また、他の濃縮機の具体的な配置構成として、一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に合流槽を配設し、生物反応槽から排出された汚泥及び分配槽によって分配された一部の汚泥が合流槽で合流された後、一軸偏心ネジ型ポンプに導入される構成とする。一方、合流槽の上流側に、生物反応槽から導出された汚泥を貯留する汚泥貯留槽を設ける。そして、濃縮機を、汚泥貯留槽の外部に設置し且つ内部に膜エレメントを収容した構成とすると共に、汚泥貯留槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成させ、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥中の水分を膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより汚泥貯留槽内の汚泥を濃縮していく構成としている。

これら特定事項により、汚泥は上記循環回路を循環することになる。そして、濃縮機本体では、汚泥の水分が膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過され、これによって、この処理汚泥の一部が固液分離されて汚泥は濃縮されていく。つまり、上記循環回路での循環動作が繰り返されながら汚泥が濃縮されていく。

上記膜エレメントの一次側では、循環回路での循環流速に略等しい流速の汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメントの一次側の面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメントに付着することなしに一軸偏心ネジ型ポンプに向けて供給されることになる。このため、膜エレメントの一次側の面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、一般的な浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。浸漬型分離膜ユニットは、膜エレメントの一次側では汚泥が殆ど滞留した状態であるため、処理水が抽出された後の汚泥は押し流されることなしに膜エレメントの一次側の面に付着してしまい、汚泥の濾過を開始した後、短時間のうちに膜エレメントに大量の汚泥が付着してしまって、濾過能力が急激に低下してしまっていた。本解決手段の濃縮機によれば、循環流の中から処理水を抽出して汚泥を濃縮するようにしているので、短時間のうちに膜エレメントに汚泥が付着してしまうといった状況は生じ難く、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能である。

また、汚泥の濃縮効率をより高めるための構成として、濃縮機を複数設けておき、これら濃縮機を互いに直列接続して濃縮ユニットを構成することが掲げられる。また、膜エレメントの一次側空間に洗浄水を定期的に流通させることにより、膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する洗浄動作を実行する構成としておけば、この一次側面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、汚泥処理装置の高性能化を維持できる。

以上のように本発明では、予め濃縮しておいた汚泥を、可溶化処理槽内でのキャビテーション効果によって可溶化し、この汚泥を分配槽内で分配して、一部を生物反応槽に戻し、他を可溶化処理槽内で再度可溶化させるようにしている。このため、水処理設備の沈殿槽から引き抜かれた汚泥の量が大量であっても、その汚泥の一部または大部分を汚泥処理装置に導入して可溶化処理することにより、水処理設備から排出される余剰汚泥量を大幅に減量化することができる。また、濃縮機によって汚泥を予め濃縮しているため、余剰汚泥の減量化を高効率で行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、浮遊生物法により汚水処理を行う汚水処理システム（水処理設備）に本発明を適用した場合について説明する。本発明はこれに限らず、回分式活性汚泥法や連続流入間欠曝気法などの汚水処理を行う汚水処理システムにも適用可能である。

（第１実施形態）
−汚水処理システムの全体構成−
図１は、本実施形態に係る汚水処理システムの概略構成を示す図である。この図に示すように、本汚水処理システムは、生物反応槽１、沈殿槽２、汚泥計量槽３、汚泥濃縮槽４及び本形態の特徴とする装置である汚泥処理装置５を備えている。

生物反応槽１は、導入された原水（汚水）を、活性汚泥による生物反応処理によって浄化し、この処理水を汚泥と共に沈殿槽２に流出するようになっている。また、この生物反応槽１の内部または外部には活性汚泥濃度を測定してＭＬＳＳを求めるための濃度センサ１１が設けられている。この濃度センサ１１は、生物反応槽１内に設置した図示しないストレーナから吸い込んだサンプリング液より汚泥濃度を測定するものであって、その測定信号を後述するコントローラ９に送信するようになっている。

沈殿槽２は、その内部において汚泥が沈殿し、これによって処理水と汚泥とを分離するものである。この分離によって上澄み水となった処理水は、図示しない消毒槽へ供給され、この消毒槽内で塩素消毒器などによって消毒されて排出されるようになっている。一方、沈殿槽２内に沈殿した汚泥は、汚泥引き抜きポンプ２１によって沈殿槽２から引き抜かれて上記汚泥計量槽３に一旦導入されるようになっている。

この汚泥計量槽３には、汚泥を汚泥濃縮槽４に導入するための汚泥引き抜き管３１、汚泥を汚泥処理装置５に供給するための汚泥供給管３２、汚泥を生物反応槽１へ返送するための汚泥返送管３３が接続されている。

上記汚泥濃縮槽４は、汚泥計量槽３から汚泥引き抜き管３１を経て導入された汚泥から更に上澄み水を分離するものであって、この分離の後、沈殿した濃縮汚泥は、図示しないポンプによって汚泥貯留槽へ送り出されるようになっている。尚、上記汚泥引き抜き管３１には、汚泥濃縮槽４への汚泥引き抜き動作を実行する際に開放される開閉弁３１ａが設けられている。

−汚泥処理装置５の構成−
次に、本形態の特徴である汚泥処理装置５の構成について説明する。図２は、この汚泥処理装置５及び汚泥計量槽３の概略構成を示す回路図である。この図２に示すように、汚泥処理装置５は、汚泥計量槽３から汚泥供給管３２を経て供給された汚泥を可溶化した後に、この可溶化汚泥を汚泥返送管３３を経て生物反応槽１へ導入するものである。そして、この汚泥処理装置５は、供給ポンプ５１、合流槽５２、高圧ポンプ５３、可溶化処理槽５４、分配槽５５を備えている。

上記供給ポンプ５１は上記汚泥供給管３２によって汚泥計量槽３に接続されている。また、供給ポンプ５１と合流槽５２、合流槽５２と高圧ポンプ５３、高圧ポンプ５３と可溶化処理槽５４、可溶化処理槽５４と分配槽５５は、それぞれ配管６１〜６４によって汚泥の流通が可能に直列に接続されている。更に、分配槽５５と合流槽５２とは汚泥戻し管６５によって接続されている。以下、各機器について説明する。

上記供給ポンプ５１と合流槽５２とを接続している第１吐出管６１の途中にはストレーナ５６が配設されており、このストレーナ５６によって汚泥中の比較的大きなゴミなどの難可溶物を除去できるようになっている。また、このストレーナ５６の底部にはドレン管５６ａが接続されており、このドレン管５６ａにはドレンバルブ５６ｂが配設されている。そして、第１吐出管６１には、その配管内圧を計測する圧力計５６ｃが備えられており、この圧力計５６ｃによって計測された圧力が所定値以上に達した場合には、ストレーナ５６に目詰まりが生じてきたと判断し、ドレンバルブ５６ｂを開放してストレーナ５６内に滞留する難可溶物をドレン管５６ａより排出するようになっている。

上記合流槽５２は、上記供給ポンプ５１から第１吐出管６１により導入される汚泥と、上記分配槽５５から汚泥戻し管６５により導入される汚泥とを合流させるためのバッファタンクとしての機能を有している。以下、この合流槽５２の構成について説明する。この合流槽５２は、箱形の容器で成り、内部を上流側室５２ａと下流側室５２ｂとに仕切る整流板５２ｃを備えている。この整流板５２ｃの上端縁は、合流槽５２の天板との間に所定間隔を有し、同様に、整流板５２ｃの下端縁は合流槽５２の底板との間に所定間隔を有している。このため、上流側室５２ａと下流側室５２ｂとは合流槽５２の上層部分及び下層部分で互いに連通している。

この合流槽５２における上記第１吐出管６１が接続する面（図中の左側の面）に対向する面（図中の右の面）には、合流槽５２内の汚泥を高圧ポンプ５３の吸い込み側に供給する吸い込み管６２が接続されている。この吸い込み管６２には、合流槽５２から高圧ポンプ５３への汚泥供給を停止する際に閉鎖されるモータバルブ６２ａが備えられている。

上記整流板５２ｃは、合流槽５２における上記第１吐出管６１の接続位置に対向するように配置されている。このため、第１吐出管６１から合流槽５２に流入した汚泥は、整流板５２ｃによって流れ方向が変更されることになり、合流槽５２への流入直後に吸い込み管６２から流出されてしまうことがないようになっている。

また、この合流槽５２の下流側室５２ｂには、攪拌機５２ｄ及び水位計５２ｅが配設されている。攪拌機５２ｄは、モータ駆動するプロペラを備えており、このプロペラの回転によって下流側室５２ｂ内の汚泥を攪拌するようになっている。つまり、上記供給ポンプ５１から第１吐出管６１により導入される汚泥と上記分配槽５５から汚泥戻し管６５により導入される汚泥とを攪拌混合させるようになっている。一方、水位計５２ｅは、合流槽５２内の水圧を検知し、それを水位に換算する所謂圧力式水位計により構成されている。これにより、汚泥中に含まれる異物等による影響を受けることがなく、電極式水位計などに比べて信頼性の高い水位計測が可能になっている。この水位計５２ｅの水位検知信号は上記コントローラ９に送信されており、合流槽５２内の水圧が所定水位を下回った場合には、コントローラ９の制御により上記供給ポンプ５１を駆動して合流槽５２内への汚泥導入動作を行うようになっている。

更に、この合流槽５２の底部にはドレン管５２ｆが接続されており、このドレン管５２ｆにはドレンバルブ５２ｇが配設されている。メンテナンス時などにおいて合流槽５２内の汚泥を排出する必要がある際には、上記供給ポンプ５１及び高圧ポンプ５３を停止した状態でドレンバルブ５２ｇを開放してドレン管５２ｆより汚泥を排出することになる。また、合流槽５２の側面上部とドレン管５２ｆとの間はオーバフロー管５２ｈにより接続されている。これにより、合流槽５２内の汚泥の水位が異常上昇した場合には、汚泥の一部をオーバフロー管５２ｈ及びドレン管５２ｆにより排出して合流槽５２内の汚泥の水位を維持するようになっている。

そして、この合流槽５２の特徴の一つとしては、この合流槽５２に貯留されている汚泥を濃縮するための濃縮機７が接続されている点にある。この濃縮機７は、汚泥流入管７１によって合流槽５２の上流側室５２ａに接続していると共に、濃縮汚泥流出管７２によって合流槽５２の下流側室５２ｂに接続している。また、上記汚泥流入管７１にはポンプ７３が配設されており、このポンプ７３の駆動により、合流槽５２と濃縮機７との間で汚泥が循環しながら汚泥濃縮動作が行われるようになっている。

次に、上記濃縮機７の内部構成について説明する。図５は濃縮機７の内部構造を示す断面図であり、図６は濃縮機７の内部における膜エレメント７５，７５，…の収容状態の一部を示す断面図である。

この濃縮機７は、横置き設置された略円筒状の本体ケーシング７４を備え、この本体ケーシング７４の内部に多数本の膜エレメント７５，７５，…が収容された構成となっている。より具体的には、図５に示すように、本体ケーシング７４は、その長手方向の中央部が一定の内径寸法を有するエレメント収容部７６として構成されており、このエレメント収容部７６に多数本（例えば６１５本）の膜エレメント７５，７５，…が束ねられた状態で収容されている。

各膜エレメント７５，７５，…は、透過膜材料が円筒形に成形された小径（外径寸法が例えば５．２ｍｍ）の所謂ストロー形状の部材であって、その内部に汚泥が流入した場合、その汚泥から水のみを外部に濾過できるように微多孔性膜等により構成されている。尚、この膜エレメント７５を構成する透過膜材料としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等が掲げられる。透過膜材料はこれら材料に限るものではない。

これにより、本体ケーシング７４の長手方向の一方側部分には汚泥流入空間７７が形成されていると共に、本体ケーシング７４の長手方向の他方側部分には汚泥流出空間７８が形成されている。また、膜エレメント７５，７５，…の長手方向の両端部分（汚泥流入空間７７及び汚泥流出空間７８に近接する領域）では、これら膜エレメント７５，７５，…の外周面とエレメント収容部７６の内周面との間の空間に樹脂が充填されており、これによって、各膜エレメント７５，７５，…の内部空間が汚泥流入空間７７及び汚泥流出空間７８に連通状態となり、各膜エレメント７５，７５，…の外部空間は汚泥流入空間７７及び汚泥流出空間７８に非連通状態となっている。また、エレメント収容部７６には、上記各膜エレメント７５，７５，…の外部空間に連通する２本の配水管７９，７９が接続されており、これら配水管７９，７９の下流端は生物反応槽１に接続されている。つまり、この濃縮機７から抜き取られた処理水が原水として生物反応槽１に戻されるようになっている。

このような構成により、上記ポンプ７３の駆動に伴って汚泥流入管７１から濃縮機７へ汚泥が導入されると、濃縮機７の内部では、汚泥流入空間７７から各膜エレメント７５，７５，…の内部空間を経て汚泥流出空間７８に向かう流れが生じる。このため、各膜エレメント７５，７５，…の内部空間を流れている汚泥の一部については濾過が行われ、処理汚泥の一部が固液分離されて処理水が配水管７９，７９から濃縮機７の外部に（生物反応槽１に向けて）排出される。このようにして、合流槽５２と濃縮機７との間で汚泥の循環動作が繰り返されながら汚泥が濃縮されていく。具体的に、上記循環回路における汚泥循環量と濃縮機７処理水抽出量との比は「８０：１」程度となるように設定されている。本発明はこの比に限るものではない。

そして、固液分離されて膜エレメント７５の内部空間（一次側空間）に残った汚泥は、この内部空間に生じている汚泥流に沿って膜エレメント７５の内部空間から汚泥流出空間７８、濃縮汚泥流出管７２を経て合流槽５２に戻されるようになっている。

このように、膜エレメント７５の内部空間（一次側）では、循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメント７５の内側面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメント７５に付着することなしに合流槽５２に戻されることになる。このため、膜エレメント７５の内側面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。これにより、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。以上が、濃縮機７の構成及び濃縮動作である。

上記高圧ポンプ５３は、一軸偏心ネジ型ポンプが採用されている。このように一軸偏心ネジ型ポンプ５３を採用した場合、この種のポンプは汚泥固形物をも搬送可能であるため、全ての汚泥を可溶化処理槽５４に向けて圧送することが可能となる。また、異物の噛み込みによる故障が少なくメンテナンスの頻度を削減でき、ユーザの負担を軽減できる。尚、この一軸偏心ネジ型ポンプ５３の吐出側には圧力センサ５３ａが設けられている。

可溶化処理槽５４は、図３（可溶化処理槽５４の内部を側方から見た断面図）に示すように、上記一軸偏心ネジ型ポンプ５３の吐出側に接続された第２吐出管６３に接続されたノズル５４ａを備えている。このノズル５４ａは、上流端が第２吐出管６３の下流端に接続されていると共に、ノズル５４ａの噴射口５４ｂは可溶化処理槽５４の内部に臨んでいる。このため、一軸偏心ネジ型ポンプ５３によって昇圧された汚泥が第２吐出管６３を経てノズル５４ａの噴射口５４ｂから可溶化処理槽５４の内部に噴射され、この際に発生するキャビテーションによって、汚泥を構成する微生物細胞が破壊され可溶化が起こる構成となっている。つまり、このノズル５４ａの噴射口５４ｂからの汚泥の噴射によって、超音波、摩擦熱、衝撃波等が発生し、これによって微生物細胞が微細化されて可溶化されるようになっている。尚、上記第２吐出管６３は、一軸偏心ネジ型ポンプ５３の汚泥吐出圧に耐え得る耐圧性ホース部分６３ａを備えており、この部分は可撓性を有している。

また、上記汚泥回収管６４における可溶化処理槽５４の出口側部分は、図２及び図３に示すようにＬ型に屈曲された屈曲部６４ａを備えている。つまり、この屈曲部６４ａは、可溶化処理槽５４の出口から上記ノズル５４ａの汚泥噴射方向と平行に延びた後（図３における上方に僅かに延びた後）、略直角に屈曲し（図３における右方向に屈曲し）、その後、更に略直角に屈曲（図３における上方に屈曲）して分配槽５５に向かって延びる形状となっている。この屈曲部６４ａを設けたことにより、可溶化処理槽５４内の圧力が汚泥回収管６４に容易に抜けてしまうことを阻止し、可溶化処理槽５４内の圧力が維持されて良好なキャビテーション効果が得られるようになっている。

次に、分配槽５５について説明する。汚泥回収管６４によって上記可溶化処理槽５４の出口側に接続した分配槽５５は、この汚泥回収管６４から回収した汚泥の一部を汚泥返送管３３に排出する汚泥排出管６６への排出量と、他の汚泥を汚泥戻し管６５によって合流槽５２に戻す戻し量とを分配する汚泥分配機能を有している。以下、この分配機能を発揮する構成について説明する。

この分配槽５５は、箱形の容器で成り、内部を上流側室５５ａと下流側室５５ｂとに仕切る仕切堰５５ｃを備えている。この仕切堰５５ｃの上端縁は、Ｖ型に切り欠かれて成る切り欠き部５５ｄを備えている。また、この仕切堰５５ｃは高さ位置が変更可能な可動堰として構成されており、上流側室５５ａの水位が上記切り欠き部５５ｄを越えたオーバフロー分だけ下流側室５５ｂに流れ込むようになっている。具体的には、図４（分配槽５５の断面図）に示すように、仕切堰５５ｃは、分配槽５５の内面に固定され且つ上部に比較的大型のＶ型切り欠きを備えた固定堰５５ｅと、この固定堰５５ｅに対して着脱自在であって、上部に比較的小型のＶ型切り欠きを備えた可動堰５５ｆとからなっており、固定堰５５ｅに可動堰５５ｆを装着しない状態では堰の高さが低くなり（図中の寸法Ｔ１）、固定堰５５ｅに可動堰５５ｆを装着することにより堰の高さが高くなるようにしている（図中の寸法Ｔ２）。固定堰５５ｅに対する可動堰５５ｆの着脱構造としては、固定堰５５ｅの一方の面の両側部に上下方向に延びる断面Ｌ型のレールを設けておき、可動堰５５ｆをこのレールの内部に嵌め込む構成などが適用できる。これにより、上流側室５５ａから下流側室５５ｂへのオーバフロー量が調整可能となっている。尚、上記可動堰５５ｆとして、Ｖ型切り欠きの大きさが異なる複数種類を用意しておき、堰の高さを３段階以上に変更可能とする構成としてもよい。

そして、上記汚泥回収管６４が上流側室５５ａの側部に接続し、汚泥戻し管６５が上流側室５５ａの底部に接続し、上記汚泥排出管６６が下流側室５５ｂの側部に接続している。このため、汚泥回収管６４から上流側室５５ａに導入した汚泥のうち、上記切り欠き部５５ｄを越えたオーバフロー分は下流側室５５ｂを経て汚泥排出管６６に排出される一方、それ以外の汚泥は汚泥戻し管６５によって合流槽５２に戻されるようになっている。本形態では、汚泥回収管６４から上流側室５５ａに導入した汚泥のうち、２割が汚泥排出管６６に排出され、残りの８割が汚泥戻し管６５によって合流槽５２に戻されるように、仕切堰５５ｃの高さ位置が設定されている。また、この分配槽５５の下流側室５５ｂには図示しないフロートスイッチが配設されており、このフロートスイッチによって下流側室５５ｂの水位を監視している。そして、この水位が異常上昇した場合には、汚泥排出管６６の閉塞などといった不具合が発生したと判断して一軸偏心ネジ型ポンプ５３を停止させるようになっている。また、分配槽５５の上流側室５５ａにフロートスイッチを配設して、この上流側室５５ａの水位を監視するようにしてもよい。

尚、この汚泥処理装置５への汚泥流入量を調整する上記汚泥計量槽３の構成について説明すると、この汚泥計量槽３は、箱形の容器で成り、内部を上流側室３４と下流側室３５とに仕切る仕切堰３６を備えている。この仕切堰３６の上端縁は、Ｖ型に切り欠かれて成る切り欠き部３７を備えている。また、この仕切堰３６は高さ位置が固定された固定堰として構成されており、上流側室３４の水位が上記切り欠き部３７を越えたオーバフロー分だけ下流側室３５に流れ込むようになっている。そして、上記沈殿槽２から引き抜かれた汚泥は上流側室３４に導入し、そのうち上記切り欠き部３７を越えたオーバフロー分は下流側室３５に流れ込むことになる。この下流側室３５には汚泥流入量を計測するための図示しない計測器が備えられており、これによって汚水処理システムからの余剰汚泥排出量が計測できるようになっている。また、上流側室３４の汚泥は、一部が汚泥返送管３３によって生物反応槽１に戻され、他は汚泥処理装置５に供給されることになる。この生物反応槽１への汚泥戻し量と汚泥処理装置５への汚泥供給量との調整は、汚泥供給管３２に備えた供給ポンプ５１の駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより行う。また、配管にバルブを備えさせ、このバルブ開度の調整により行ってもよい。

−汚泥処理装置５の運転動作−
次に、上述の如く構成された汚泥処理装置５の運転動作について説明する。生物反応槽１内で活性汚泥法によって汚水を処理した後の汚泥は、沈殿槽２及び汚泥計量槽３を経た後、供給ポンプ５１の駆動に伴い、その一部が汚泥計量槽３から汚泥供給管３２を経て汚泥処理装置５に供給される。この汚泥処理装置５に供給された汚泥は、供給ポンプ５１により圧送されて一旦合流槽５２に貯留される。このとき、上記分配槽５５から汚泥戻し管６５により導入される汚泥と攪拌混合されることになる。また、この合流槽５２内に貯留されている汚泥は濃縮機７に順次送られて上述した濃縮動作によって濃縮された後に再び合流槽５２に戻される。これにより、合流槽５２内の汚泥濃度は次第に上昇していく。尚、この濃縮機７による汚泥濃縮動作は、上記供給ポンプ５１や一軸偏心ネジ型ポンプ５３の駆動と同期して行われるようにしてもよいし、これらポンプ５１，５３の駆動に関わりなく、合流槽５２の汚泥濃度を所定値以上に維持するように行ってもよい。

その後、この汚泥は、一軸偏心ネジ型ポンプ５３の駆動に伴って合流槽５２から取り出され、この一軸偏心ネジ型ポンプ５３によって所定圧力まで昇圧された後、第２吐出管６３を経て可溶化処理槽５４内にノズル噴射されることによりキャビテーションが発生し、汚泥を構成する微生物細胞が破壊され可溶化が起こる。

その後、この汚泥は、汚泥回収管６４を経て分配槽５５に一旦回収された後、この分配槽５５内で上述した分配動作（仕切堰５５ｃによる分配）が行われ、一部（例えば全回収量の２割程度）は下流側室５５ｂから汚泥排出管６６によって生物反応槽１に戻され、他（例えば全回収量の８割程度）は上流側室５５ａから汚泥戻し管６５によって合流槽５２に戻され、その後、再度の可溶化処理がなされる。このように一部の汚泥を合流槽５２に戻し、一軸偏心ネジ型ポンプ５３及び可溶化処理槽５４による可溶化処理を再度行うことになる。このようにして、汚泥の一部を、合流槽５２、一軸偏心ネジ型ポンプ５３、可溶化処理槽５４、分配槽５５で成る循環回路中で複数回循環させて可溶化処理を行うことになり、汚泥の大部分を可溶化することができる。このため、沈殿槽２から引き抜かれた汚泥の量が大量であっても、その汚泥の一部または大部分を汚泥処理装置５に導入して可溶化処理することができ、これによって、汚水処理システムから排出される余剰汚泥量を大幅に減量化することができる。具体的には、本汚泥処理装置５を備えない従来の汚水処理システムにおける余剰汚泥排出量に対して２０〜２５％程度の余剰汚泥排出量となる。一方、生物反応槽１内のＭＬＳＳが高い場合であっても上述した可溶化処理により水処理設備から大量の余剰汚泥が排出されることはない。また、本形態に係る汚泥処理装置５では、配管途中でバルブ開度を調整するといった動作を伴うことなしに汚泥の分配が可能である。このため、バルブ付近で異物が引っ掛かって配管経路が閉塞してしまうといったことを防止でき、信頼性の向上を図ることもできる。

−汚泥処理装置５の稼働時間設定動作−
本実施形態に係る汚泥処理装置５は、必要最小限の時間だけ稼働するようになっている。以下、その稼働時間設定のための構成について説明する。

上記コントローラ９には、余剰汚泥排出量算出手段９１、余剰汚泥量比較手段９２、稼働時間設定手段９３が備えられている。余剰汚泥排出量算出手段９１は、汚水処理システムにおける前日の余剰汚泥排出量を算出する。

具体的には、上記汚泥引き抜き管３１に備えられた開閉弁３１ａの開放時間及び汚泥引き抜きポンプ２１の駆動時間の積算によって余剰汚泥排出量を算出するようになっている。また、上記汚泥計量槽３の下流側室３５に備えられた計測器によって余剰汚泥排出量を測定するようにしてもよい。

余剰汚泥量比較手段９２は、余剰汚泥排出量算出手段９１からの出力を受け、前日の余剰汚泥排出量と予め設定された目標余剰汚泥量とを比較する。

稼働時間設定手段９３は、上記余剰汚泥量比較手段９２からの出力を受け、前日の余剰汚泥排出量が目標余剰汚泥量よりも多い場合には、汚泥処理装置５の稼働時間を前日の稼働時間よりも長く設定する。具体的に、前日の余剰汚泥排出量が目標余剰汚泥量の２倍であった場合には、汚泥処理装置５の稼働時間を前日の稼働時間の２倍（例えば前日の稼働時間が６ｈ／ｄａｙであった場合には１２ｈ／ｄａｙ）に設定するなどといった稼働時間設定動作を行う。

これにより、汚水処理システムからの余剰汚泥の排出量を目標排出量以下とするために必要最小限の時間だけ汚泥処理装置５を稼働させることができ、消費電力の削減を図ることができる。また、前日の余剰汚泥排出量が目標余剰汚泥量よりも少ない場合には、汚泥処理装置５の稼働時間を前日の稼働時間よりも短く設定してもよいし、余剰汚泥排出量が目標余剰汚泥量に達するまで汚泥処理装置５を稼働させないようにしてもよい。

（変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。

先ず、第１の変形例は、図７（合流槽５２及びその周辺の概略図）に示すように、上記濃縮機７の複数個（図７に示すものでは２個）を互いに直列接続して濃縮ユニットとし、上流側の濃縮機７Ａを汚泥流入管７１によって合流槽５２の上流側室５２ａに接続していると共に、下流側の濃縮機７Ｂを濃縮汚泥流出管７２によって合流槽５２の下流側室５２ｂに接続している。また、上記汚泥流入管７１にはポンプ７３が配設されており、このポンプ７３の駆動により、合流槽５２と複数の濃縮機７Ａ，７Ｂとの間で汚泥が循環しながら汚泥濃縮動作が行われるようになっている。

この構成によれば、上述した実施形態のものに比べて更に汚泥を高濃度に濃縮することができ、高効率で汚泥の可溶化処理を行うことができる。また、直列接続される濃縮機の個数としては２個に限るものではなく、３個以上の濃縮機を直列接続するようにしてもよい。

次に、第２の変形例について説明する。この第２の変形例は、図８（合流槽５２及びその周辺の概略図）に示すように、濃縮機７に接続する濃縮汚泥流出管７２の途中に三方弁７Ｃを備えさせ、この三方弁７Ｃに洗浄用配管７Ｄを介して洗浄水槽７Ｅを接続している。また、この洗浄水槽７Ｅは、濃縮機７の排水管７９から排出される透過水を貯留する透過水貯留槽７Ｆに透過水管７Ｇを介して接続されている。また、この透過水管７Ｇには、透過水貯留槽７Ｆ内の透過水を洗浄水槽７Ｅに送り込むためのポンプ７Ｈが設けられている。

この構成により、通常の汚泥濃縮動作にあっては、図８に実線の矢印で示すように、合流槽５２内の汚泥は濃縮機７に順次送られ、濃縮動作によって濃縮された後に再び合流槽５２に戻されることになる。この動作に伴って、濃縮機７の排水管７９から排出される透過水は透過水貯留槽７Ｆに貯留されていく（図８の一点鎖線参照）。

そして、本例では、濃縮機７を洗浄するための洗浄動作が定期的に（例えば１０時間毎に一回）行われるようになっている。この濃縮機７の洗浄動作時には、三方弁７Ｃが切り換えられると共にポンプ７Ｈが駆動し、図８に破線の矢印で示すように、透過水貯留槽７Ｆ内の透過水が、透過水管７Ｇ、洗浄水槽７Ｅ、洗浄用配管７Ｄ、三方弁７Ｃ、濃縮汚泥流出管７２の一部を経て膜エレメント７５，７５，…の一次側空間を流れ、この一次側空間の内壁に付着している固形物を剥離除去する。これにより、この一次側面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、汚泥処理装置の高性能化を図ることができる。

尚、この第２変形例においても、上述した第１変形例のように濃縮機７の複数個を互いに直列接続した構成を採用してもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本形態は、濃縮機７の配設位置が上記第１実施形態のものと異なっている。その他の構成及び動作は第１実施形態と同様であるので、ここでは濃縮機７の配設位置についてのみ説明する。

図７は、本実施形態に係る汚泥処理装置５及び汚泥計量槽３の概略構成を示す回路図（上記図２に相当する図）である。この図に示すように、本実施形態に係る汚泥処理装置５では、供給ポンプ５１の下流側であって合流槽５２の上流側に汚泥貯留槽８が備えられており、この汚泥貯留槽８に濃縮機７が接続されている。つまり、濃縮機７は、汚泥流入管７１及び濃縮汚泥流出管７２によって汚泥貯留槽８との間で汚泥循環回路を構成し、これら濃縮機７と汚泥貯留槽８との間で汚泥が循環しながら汚泥濃縮動作が行われるようになっている。

本形態においても、濃縮機７によって汚泥を予め濃縮しておくことができるため、余剰汚泥の減量化を高効率で行うことができる。また、本形態においても上述した第１変形例や第２変形例の構成を採用することが可能である。

−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態では、汚泥計量槽３と生物反応槽１とを接続する汚泥返送管３３に対して並列に汚泥処理装置５を配置していた。本発明はこれに限らず、汚泥返送管３３の途中に汚泥処理装置５を配置するようにしてもよい。この場合、汚泥濃縮槽４に排出される汚泥以外の全ての汚泥に対して可溶化処理が行われることになる。

また、分配槽５５内での汚泥分配割合としては上述したものに限らず、目標余剰汚泥量やＭＬＳＳの目標値に応じて任意に設定可能である。

実施形態に係る汚水処理システムの概略構成を示す回路図である。 第１実施形態に係る汚泥処理装置及び汚泥計量槽の概略構成を示す回路図である。 可溶化処理槽の内部を側方から見た断面図である。 分配槽の内部を示す断面図である。 濃縮機の内部構造を示す断面図である。 濃縮機の内部における膜エレメントの収容状態の一部を示す断面図である。 第１の変形例における合流槽及びその周辺の概略図である。 第２の変形例における合流槽及びその周辺の概略図である。 第２実施形態に係る汚泥処理装置及び汚泥計量槽の概略構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 生物反応槽
５２ 合流槽
５３ 高圧ポンプ（一軸偏心ネジ型ポンプ）
５４ 可溶化処理槽
５５ 分配槽
７ 濃縮機
７４ 本体ケーシング
７５ 膜エレメント
８ 汚泥貯留槽

Claims (6)

1. 可溶化処理槽と、
   活性汚泥法によって汚水を処理する生物反応槽から排出された汚泥を上記可溶化処理槽に向けて圧送し、可溶化処理槽内に噴射することによりキャビテーションによる汚泥の可溶化を行わせる一軸偏心ネジ型ポンプと、
   上記可溶化処理槽から導出された汚泥を回収し、その汚泥の一部を生物反応槽に、他の汚泥を上記一軸偏心ネジ型ポンプの上流側にそれぞれ戻すように汚泥を分配する汚泥分配機能を有する分配槽と、
   上記一軸偏心ネジ型ポンプの上流側に設置され、可溶化処理槽に向けて導出される汚泥を濃縮する濃縮機とを備えていることを特徴とする汚泥処理装置。
2. 上記請求項１記載の汚泥処理装置において、
   一軸偏心ネジ型ポンプの上流側には合流槽が配設されており、
   生物反応槽から排出された汚泥及び分配槽によって分配された一部の汚泥が合流槽で合流された後、一軸偏心ネジ型ポンプに導入される構成となっている一方、
   濃縮機は、合流槽内の汚泥を抽出して濃縮した後、この濃縮汚泥を合流槽に戻す構成となっていることを特徴とする汚泥処理装置。
3. 上記請求項２記載の汚泥処理装置において、
   濃縮機は、合流槽の外部に設置され且つ内部に膜エレメントを収容した構成となっていると共に、合流槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成しており、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥中の水分を膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより合流槽内の汚泥を濃縮していく構成となっていることを特徴とする汚泥処理装置。
4. 上記請求項１記載の汚泥処理装置において、
   一軸偏心ネジ型ポンプの上流側には合流槽が配設されており、
   生物反応槽から排出された汚泥及び分配槽によって分配された一部の汚泥が合流槽で合流された後、一軸偏心ネジ型ポンプに導入される構成となっている一方、
   合流槽の上流側には、生物反応槽から導出された汚泥を貯留する汚泥貯留槽が設けられており、
   濃縮機は、汚泥貯留槽の外部に設置され且つ内部に膜エレメントを収容した構成となっていると共に、汚泥貯留槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成しており、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥中の水分を膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより汚泥貯留槽内の汚泥を濃縮していく構成となっていることを特徴とする汚泥処理装置。
5. 上記請求項１〜４のうち何れか一つに記載の汚泥処理装置において、
   濃縮機は複数設けられ、これら濃縮機が互いに直列接続されて濃縮ユニットを構成していることを特徴とする汚泥処理装置。
6. 上記請求項３または４記載の汚泥処理装置において、
   膜エレメントの一次側空間に洗浄水を定期的に流通させることにより、膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する洗浄動作を実行する構成となっていることを特徴とする汚泥処理装置。

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