JP6594591B1 - 下水処理装置および下水処理方法 - Google Patents

Abstract

下水（１０５）を処理して処理水（１０６）を得る水処理装置（３０１）と、処理において発生した余剰汚泥（１００）の量を低減する減容化処理を行う脱水処理装置（３０２）と、処理において発生した余剰汚泥（１００）の量および／または減容化処理において発生した濃縮余剰汚泥（１１０）の量を低減する汚泥処理装置（２００）と、から構成される下水処理装置（３００）であって、汚泥処理装置（２００）は、余剰汚泥（１００）および／または濃縮余剰汚泥（１１０）を貯留汚泥として貯留する余剰汚泥槽（１）と、オゾンガス（１０４）を発生するオゾンガス発生器（１２）と、低粘度溶液（１０１）と余剰汚泥槽（１）から供給される貯留汚泥とを混合して混合汚泥（１０２）を生成する混合部と、混合部から流出される混合汚泥（１０２）にオゾンガス（１０４）を注入してオゾン処理汚泥（１０３）を生成するエジェクタ（９）と、エジェクタ（９）から流出されるオゾン処理汚泥（１０３）を貯留するオゾン処理汚泥槽（１３）とを備え、低粘度溶液（１０１）は貯留汚泥よりも粘度が低い溶液である。

Description

本願は、下水処理装置および下水処理方法に関するものである。

下水処理場では流入した下水を処理し、処理水として河川または海に放流している。処理水を放流するためには、下水に含まれる無機系または有機系の浮遊物、および溶解性の有機物を基準レベルまで除去する必要がある。そのため、下水処理場では浮遊物をろ過および沈殿で除去し、有機物を生物処理により分解して除去している。有機物の生物処理としては、活性汚泥法と呼ばれる方法が用いられている。活性汚泥法は、微生物を多量に含む曝気槽に空気を曝気しながら下水を流入させて、微生物に有機物を分解させる方法である。有機物の分解後、沈殿槽において沈殿により水と微生物を分離することで、有機物濃度を基準レベル以下まで低減した処理水が得られる。

活性汚泥法に使用する微生物は、下水中の有機物を分解することでエネルギーを得て増殖する。曝気槽の微生物濃度が増加すると、沈殿によって微生物と処理水を分離することが困難になる。これを防ぐために、沈殿槽では微生物が増殖した汚泥を余剰汚泥として引抜いている。余剰汚泥は下水処理において不必要な汚泥である。そのため、余剰汚泥は産業廃棄物として焼却、乾燥、埋め立て等の処理によって処分される。このような余剰汚泥の処分には、多大なエネルギー、コスト、および新たな用地等が必要となる。

下水処理場で発生する余剰汚泥の量は下水の１〜５％になっており、その処分費用を削減するために余剰汚泥の量を低減する様々な減容化処理が行われている。最も一般的な減容化処理は、脱水である。余剰汚泥に含まれる水分を約９５％除去することで、余剰汚泥の量は約１／２５００に減容される。さらに余剰汚泥を減容するために、余剰汚泥を改質して曝気槽または嫌気性消化槽に投入する方法が用いられている。大量の余剰汚泥を効率的に改質するためにオゾンガスが利用されている。エジェクタを用いて余剰汚泥にオゾンガスを注入し、オゾンが注入された余剰汚泥の貯留される反応槽を設けて余剰汚泥を改質する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０２−２２２７９８号公報

上記特許文献１においては、エジェクタに余剰汚泥を直接注入して余剰汚泥にオゾンガスを接触させているため、設備を複雑にすることなく余剰汚泥を改質することができる。オゾンガスと余剰汚泥を効率的に接触させて余剰汚泥を改質するにはエジェクタの内部で微細なオゾンガス気泡を生成する必要があり、そのためにはエジェクタの狭小部を通過する余剰汚泥の流速を高めて、せん断力によって気泡を引きちぎらなければならない。しかしながら、数ミリサイズの有機物のフロックを含む汚泥濃度が高い余剰汚泥をエジェクタに直接注入した場合、フロックによって余剰汚泥の粘度が高くなり、エジェクタ狭小部を余剰汚泥が流れる際に抵抗を生じるため、狭小部で汚泥の流速が遅くなり、注入したオゾンガスの気泡が微細化しなくなるという課題があった。エジェクタ狭小部で余剰汚泥の流速を高めて微細なオゾンガスの気泡を生成するためには、エジェクタに余剰汚泥を注入するポンプの圧力を高める必要があるものの、ポンプ圧力を高めるとオゾン処理のための動力を上げることになり、オゾン処理の負荷が増大するという課題があった。

本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、オゾン処理の負荷を増大させることなく、エジェクタの内部で微細なオゾンガス気泡が生成される下水処理装置を得ることを目的とする。

本願に開示される下水処理装置は、下水を処理して処理水を得る下水処理装置において、前記処理において発生した余剰汚泥および／または濃縮余剰汚泥を貯留汚泥として貯留する余剰汚泥槽と、オゾンガスを発生するオゾンガス発生器と、前記貯留汚泥よりも粘度が低い溶液である低粘度溶液と前記余剰汚泥槽から供給される前記貯留汚泥とを混合して混合汚泥を生成する混合部と、前記混合部から流出される前記混合汚泥に前記オゾンガスを注入してオゾン処理汚泥を生成するエジェクタと、前記エジェクタから流出される前記オゾン処理汚泥を貯留するオゾン処理汚泥槽とを備え、前記混合部と前記オゾン処理汚泥槽とがオゾン処理汚泥循環配管で連結されて、前記オゾン処理汚泥が前記低粘度溶液として前記混合部に供給され、前記混合部と前記エジェクタとが混合汚泥供給配管で連結されて、前記混合汚泥供給配管に設けた圧力計および流量計の計測値をもとに、前記余剰汚泥槽から前記混合部に供給される前記貯留汚泥の流量、および／または前記オゾン処理汚泥槽から前記混合部に供給される前記オゾン処理汚泥の流量を制御する制御装置を備えたものである。

本願に開示される下水処理装置によれば、オゾン処理の負荷を増大させることなく、エジェクタの内部で微細なオゾンガス気泡を生成することができる。

実施の形態１に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。 実施の形態１に係る下水処理装置の構成概要を示す模式図である。 実施の形態１に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置が余剰汚泥を改質する過程を示す図である。 実施の形態１に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の別の構成概要を示す模式図である。 実施の形態２に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。 オゾンガス注入時間と余剰汚泥の粘度との関係を示す図である。 実施の形態３に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。 実施の形態３に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の別の構成概要を示す模式図である。 実施の形態４に係る下水処理装置の構成概要を示す模式図である。 実施の形態４に係る下水処理装置の別の構成概要を示す模式図である。 実施の形態４に係る下水処理装置の別の構成概要を示す模式図である。 実施の形態５に係る下水処理装置の構成概要を示す模式図である。 実施の形態６に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。

以下、本願の実施の形態による下水処理装置および下水処理方法を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図、図２は下水処理装置の構成概要を示す模式図である。下水処理装置３００は、下水１０５を活性汚泥法で処理して処理水１０６を得る水処理装置３０１と、処理において発生した余剰汚泥１００の量を低減するために減容化処理を行う脱水処理装置３０２と、処理において発生した余剰汚泥１００の量および／または減容化処理において発生した濃縮余剰汚泥１１０の量を低減する汚泥処理装置２００とを備える。減容した汚泥１０９は、産業廃棄物として焼却、乾燥、埋め立て等の処理によって処分される。

汚泥処理装置２００は、余剰汚泥槽１に貯留汚泥として貯留した余剰汚泥１００および／または濃縮余剰汚泥１１０を減容するために、オゾンガス１０４を利用して貯留汚泥を改質する装置である。改質とは余剰汚泥に含まれる有機物の溶解、汚泥粒径の微細化などを行うことである。汚泥処理装置２００は、余剰汚泥槽１と、混合部である混合槽３と、低粘度溶液槽５と、エジェクタ９と、オゾンガス１０４を発生するオゾンガス発生器１２と、オゾン処理汚泥槽１３とを備える。

余剰汚泥槽１と混合槽３とは余剰汚泥供給配管２によって連結され、余剰汚泥供給配管２には貯留汚泥を混合槽３に供給する余剰汚泥供給ポンプ４が設置される。貯留汚泥よりも粘度の低い低粘度溶液１０１を貯留する低粘度溶液槽５と混合槽３とは低粘度溶液供給配管６によって連結され、低粘度溶液供給配管６には低粘度溶液１０１を混合槽３に供給する低粘度溶液供給ポンプ７が設置される。供給された貯留汚泥と低粘度溶液１０１とを攪拌機（図示せず）または循環ポンプ（図示せず）などで混合して混合汚泥１０２を生成する混合槽３とエジェクタ９とは混合汚泥供給配管８によって連結され、混合汚泥供給配管８には混合汚泥１０２をエジェクタ９に流入させる混合汚泥供給ポンプ１０が設置される。エジェクタ９とオゾンガス発生器１２とはオゾン供給配管１１によって連結される。流入された混合汚泥１０２にオゾンガス１０４を注入してオゾン処理汚泥１０３を生成するエジェクタ９とオゾン処理汚泥槽１３とはオゾン処理汚泥流入配管１４で連結される。流入されたオゾン処理汚泥１０３を貯留するオゾン処理汚泥槽１３には、オゾン処理汚泥１０３を排出するオゾン処理汚泥流出配管１５が連結される。

ここで汚泥処理装置２００がオゾンガス１０４を利用して余剰汚泥１００および／または濃縮余剰汚泥１１０を改質して減容する過程について説明する。図３は、実施の形態１に係る下水処理装置３００の一部である汚泥処理装置２００が余剰汚泥を改質する過程を示す図である。余剰汚泥供給ポンプ４を作動させて、下水の処理において発生した余剰汚泥１００および／または濃縮余剰汚泥１１０から構成される貯留汚泥を混合槽３に供給する。また低粘度溶液供給ポンプ７を作動させて、低粘度溶液１０１を混合槽３に供給する。混合槽３で貯留汚泥と低粘度溶液１０１とを効率的に混合して混合汚泥１０２を生成する（ステップＳ１１）。混合汚泥供給ポンプ１０を作動させて混合汚泥１０２をエジェクタ９に流入させ、オゾン供給配管１１を通して、オゾンガス１０４をエジェクタ９に注入し、エジェクタ９において混合汚泥１０２にオゾンガス１０４から生成されたオゾンガス気泡を注入する（ステップＳ１２）。混合汚泥１０２に含まれる余剰汚泥をオゾンガス気泡で改質してオゾン処理汚泥１０３を生成する（ステップＳ１３）。オゾン処理汚泥流入配管１４を通して、オゾン処理汚泥１０３をオゾン処理汚泥槽１３に流入させる。オゾン処理汚泥槽１３の中ではオゾンガス気泡と余剰汚泥の反応による余剰汚泥の改質がさらに進む。オゾン処理汚泥１０３は、オゾン処理汚泥槽１３内の液量を一定に保つために、オゾン処理汚泥流出配管１５を通して外部に引抜かれる（ステップＳ１４）。外部とは水処理装置３０１が備える曝気槽３１、または脱水処理装置３０２が備える嫌気性消化槽３４であり、オゾン処理汚泥１０３はさらに減容される。

エジェクタ９での処理について説明する。エジェクタ９に流入した混合汚泥１０２は、エジェクタ９の狭小部９ａを通過する前に加圧され、狭小部９ａを通過した後に減圧される。狭小部９ａにオゾンガス１０４が注入される。混合汚泥１０２が流れることでエジェクタ９の狭小部前後で発生した混合汚泥１０２の加圧と減圧により、混合汚泥１０２に注入されたオゾンガス気泡にせん断力が発生する。このせん断力によってオゾンガス気泡が引きちぎられて微細なオゾンガス気泡が生成される。生成されたオゾンガス気泡の直径は、このせん断力とエジェクタ９に注入されるオゾンガス１０４の流量に関係する。オゾンガス気泡の直径は、エジェクタ９に注入するオゾンガス１０４の流量が小さくなると小さくなり、せん断力が大きくなると小さくなる。エジェクタ９の狭小部におけるせん断力は、狭小部９ａに流れる混合汚泥１０２の流速が速くなるほど大きくなる。狭小部９ａに流れる混合汚泥１０２の流速は、混合汚泥１０２の流量と狭小部９ａの断面積で決定される。つまりオゾンガス気泡の直径は、エジェクタ９に注入されるオゾンガス１０４の流量と、混合汚泥１０２の流量、および狭小部９ａにおける断面積によって決定されるため、断面積が一定であるエジェクタ９を使用する際、オゾンガス１０４の流量と混合汚泥１０２の流量とを制御することでオゾンガス気泡の直径を制御することができる。

エジェクタ９において、オゾンガス１０４と混合汚泥１０２を効率的に反応させてオゾン処理汚泥１０３を生成するためには、１ミクロンから１ミリの直径を持つ微細なオゾンガス気泡をエジェクタ９の内部で生成しなければならない。そのためには、エジェクタ９に注入するオゾンガス１０４の流量に対して混合汚泥１０２の流量を１０倍以上にする必要がある。余剰汚泥のままでは粘度が高いためエジェクタ９を通過する際の抵抗が大きく、所望の流量が容易に得られず微細なオゾンガスの気泡を生成することができない。余剰汚泥のままエジェクタ９に汚泥を注入するのであれば、混合汚泥供給ポンプ１０で加圧する圧力が余剰汚泥の濃度とともに高くなりオゾン処理の負荷が増大する。このため、混合槽３で貯留汚泥と低粘度溶液１０１とを混合して貯留汚泥よりも粘度が低い混合汚泥１０２を生成する。低粘度溶液１０１は貯留汚泥よりも粘度が低いため、混合汚泥１０２の粘度は貯留汚泥の粘度よりも低くなる。混合汚泥１０２の粘度は、貯留汚泥と低粘度溶液１０１の混合する液量比で変化し、低粘度溶液１０１の混合量が多くなるほど混合汚泥１０２の粘度は低粘度溶液１０１の粘度に近くなる。混合汚泥１０２は、狭小部９ａを微細なオゾンガス気泡を生成させる流速で流すために必要な圧力が余剰汚泥１００に比べて低いため、混合汚泥供給ポンプの加圧する圧力を高めるというオゾン処理の負荷を増大させることなく、余剰汚泥１００とオゾンガスとを効率よく反応させることができる。

低粘度溶液１０１は、貯留汚泥よりも粘度が低い溶液であれば利用することができる。低粘度溶液１０１としては、例えば下水処理後の処理水１０６が利用でき、粘度が低ければ汚泥を含んでいても構わない。また低粘度溶液１０１には、酸、アルカリなどの薬品を利用することもできる。例えば、薬品は硫酸溶液、水酸化ナトリウム溶液である。

次に、余剰汚泥槽１に引き抜かれる余剰汚泥１００および濃縮余剰汚泥１１０について説明する。図２において、水処理装置３０１は、流入した下水１０５を活性汚泥法により余剰汚泥１００に処理する曝気槽３１と、曝気槽３１から引き抜いた余剰汚泥１００から処理水１０６を分離する沈殿槽３２とから構成される。脱水処理装置３０２は、沈殿槽３２から引き抜いた余剰汚泥１００を濃縮して濃縮余剰汚泥１１０を生成する濃縮機３３と、濃縮余剰汚泥１１０を消化汚泥１０８で処理する嫌気性消化槽３４と嫌気性消化槽３４において処理された汚泥を脱水して減容する脱水機３５とから構成される。

水処理装置３０１と脱水処理装置３０２の詳細について説明する。曝気槽３１には有機物を分解する活性汚泥と呼ばれる微生物群が貯留されている。微生物群は曝気槽３１に曝気する空気中の酸素を利用して下水に含まれる有機物を分解するとともに、有機物の分解によって得たエネルギーを用いて増殖する。増殖して濃度が増加した微生物群は余剰汚泥１００である。有機物が除去された処理水を含む余剰汚泥１００は、沈殿槽３２に引き抜かれる。沈殿槽３２では、微生物群が沈殿して処理水１０６と分離される。微生物群の一部は返送汚泥１０７として曝気槽３１に戻され、他は余剰汚泥１００として脱水処理装置３０２に引抜かれる。処理水１０６は沈殿槽３２から流出され、消毒などを行った後に河川または海に放流される。

沈殿槽３２から脱水処理装置３０２に引き抜かれた余剰汚泥１００は、濃縮機３３と嫌気性消化槽３４とを経た後に、脱水機３５にて脱水により減容して廃棄される。余剰汚泥１００を脱水機３５に直接投入すると余剰汚泥１００には固形物の量が多く多量の廃棄物が発生するため、濃縮機３３と嫌気性消化槽３４を経ることで廃棄物の発生量は抑制される。濃縮機３３は、水分を分離して余剰汚泥１００の体積を１／３〜１／１０に濃縮して濃縮余剰汚泥１１０を生成する。余剰汚泥１００の体積を減少させることで、後段の嫌気性消化槽３４のサイズを濃縮余剰汚泥１１０の体積に応じて１／３〜１／１０にまで小型化することができる。濃縮余剰汚泥１１０は嫌気性消化槽３４に投入される。嫌気性消化槽３４には、消化汚泥１０８と呼ばれる濃縮余剰汚泥１１０の微生物群を分解する微生物群が貯留されている。濃縮余剰汚泥１１０は、２０〜４０日程度の期間を経て消化汚泥１０８の微生物群によって濃縮余剰汚泥１１０に含まれる固形物の５０〜６０％が溶解され、二酸化炭素とメタンガスに分解される。残った汚泥は脱水機３５に投入され、脱水により減容した汚泥１０９として廃棄される。

余剰汚泥槽１と曝気槽３１とは第１の余剰汚泥貯留配管３６によって連結され、曝気槽３１の余剰汚泥１００は引き抜かれて余剰汚泥槽１に貯留される。余剰汚泥槽１と沈殿槽３２とは第２の余剰汚泥貯留配管３７によって連結され、沈殿槽３２の余剰汚泥１００は引き抜かれて余剰汚泥槽１に貯留される。余剰汚泥槽１と濃縮機３３とは第３の余剰汚泥貯留配管３８によって連結され、濃縮余剰汚泥１１０は濃縮機３３の後段から引抜かれて余剰汚泥槽１に貯留される。引き抜かれる余剰汚泥１００の量、および濃縮余剰汚泥１１０の量は任意に定められる。第１の余剰汚泥貯留配管３６、第２の余剰汚泥貯留配管３７、第３の余剰汚泥貯留配管３８のそれぞれから引き抜かれる余剰汚泥の濃度はそれぞれ異なる。曝気槽３１から引抜かれた余剰汚泥１００の濃度は０．５ｇ／Ｌ〜２ｇ／Ｌ、沈殿槽３２から引抜かれた余剰汚泥１００の濃度は４ｇ／Ｌ〜８ｇ／Ｌ、濃縮余剰汚泥１１０の濃度は３０ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌである。何れの余剰汚泥も活性汚泥で使用した微生物が集まってフロックを形成したものであり、水に比べて粘性が高くなっている。なお、下水処理装置３００は第１の余剰汚泥貯留配管３６、第２の余剰汚泥貯留配管３７、第３の余剰汚泥貯留配管３８の全てを備える構成としたがこれに限るものではなく、何れか２つの配管、もしくは何れか１つの配管を備えた構成でも構わない。そのため、これらの配管は図２において点線で示した。

なお、以上では低粘度溶液１０１を貯留した低粘度溶液槽５から低粘度溶液１０１を混合槽３に供給する構成としたがこれに限るものではない。例えば図４に示すように、混合槽３と沈殿槽３２とを配管で連結して、沈殿槽３２から低粘度溶液１０１としての処理水１０６を混合槽３に供給する構成でも構わない。この構成では低粘度溶液槽５が不要なため、汚泥処理装置２０１を小型に構成することができる。

以上のように、実施の形態１による下水処理装置３００の一部である汚泥処理装置２００では、貯留汚泥と低粘度溶液１０１とを混合して貯留汚泥よりも粘度の低い混合汚泥１０２を生成してエジェクタ９に注入するため、混合汚泥供給ポンプ１０の加圧する圧力を高めるというオゾン処理の負荷を増大させることなく、エジェクタ９の内部で微細なオゾンガス気泡が生成され、余剰汚泥とオゾンガス１０４を効率よく反応させることができる。また、低粘度溶液１０１を貯留した低粘度溶液槽５から低粘度溶液１０１を混合槽３に供給する構成としたため、低粘度溶液１０１を低粘度溶液槽５に準備することで汚泥処理装置２００の稼働を滞りなく開始することができる。また、混合槽３で混合汚泥１０２を生成する構成としたため、撹拌機もしくは循環ポンプなどを混合槽に設けることで余剰汚泥と低粘度溶液１０１とを効率的に混合することができる。また、余剰汚泥と低粘度溶液１０１とを混合して粘度の低い混合汚泥１０２を生成するため、余剰汚泥槽１に濃度の異なる余剰汚泥が貯留されていても効率よく減容化処理を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る汚泥処理装置２０２について説明する。図５は、実施の形態２に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。実施の形態２に係る汚泥処理装置２０２は、実施の形態１の汚泥処理装置２００が備えた低粘度溶液槽５を設けることなく、低粘度溶液１０１としてオゾン処理汚泥１０３を利用する構成になっている。

オゾン処理汚泥槽１３と混合槽３とはオゾン処理汚泥循環配管１６によって連結され、オゾン処理汚泥循環配管１６にはオゾン処理汚泥１０３をオゾン処理汚泥槽１３から混合槽３に供給するオゾン処理汚泥循環ポンプ１７が設置される。オゾン処理汚泥循環ポンプ１７を作動させオゾン処理汚泥循環配管１６を通して、オゾン処理汚泥１０３はオゾン処理汚泥槽１３から混合槽３に供給される。混合槽３で貯留汚泥とオゾン処理汚泥１０３とを効率的に混合して混合汚泥１０２を生成する。混合槽３が密閉構造の場合、オゾン処理汚泥循環ポンプ１７による圧力は混合槽３の混合汚泥１０２にも印加される。この圧力により、混合汚泥１０２は混合槽３から押し出され、混合汚泥供給配管８を通してエジェクタ９に流入される。混合槽３が密閉構造の場合は、実施の形態１の汚泥処理装置２００が備えた混合汚泥供給ポンプ１０を設ける必要はない。

低粘度溶液としてオゾン処理汚泥１０３が利用できることについて説明する。余剰汚泥にオゾンガス１０４を注入して汚泥が改質されると、余剰汚泥の粘度は急激に低下する。図６は、濃度３５ｇ／Ｌの余剰汚泥におけるオゾンガス注入時間と余剰汚泥の粘度との関係を示す図である。余剰汚泥の粘度はオゾンガス注入時間の増加とともに減少する。図６において、注入前の粘度４Ｐａ・ｓは、１４０分後に０．５Ｐａ・ｓまで低下している。このように改質されたオゾン処理汚泥１０３の粘度は余剰汚泥の粘度よりも低いため、低粘度溶液として利用できる。

図５に示す構成によると、図１に示した実施の形態１による汚泥処理装置２００のように低粘度溶液槽５から新たに低粘度溶液１０１が追加される構成ではないため、オゾン処理汚泥１０３には余剰汚泥に含まれていた当初の汚泥だけが入っている。このため、オゾン処理汚泥槽１３から混合槽３に供給されるオゾン処理汚泥１０３の液量は、最初に余剰汚泥槽１から流入された余剰汚泥の液量と同じになる。余剰汚泥の液量とオゾン処理汚泥１０３の液量が同じであるため、本構成によれば汚泥処理装置の大型化を抑制することができる。

以上のように、実施の形態２による汚泥処理装置２０２では、改質され粘度の低下したオゾン処理汚泥１０３を低粘度溶液として混合槽３に供給する構成としたため、オゾン処理汚泥１０３の液量と最初に余剰汚泥槽１から流入された余剰汚泥の液量とが同じになり、汚泥処理装置の大型化を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る汚泥処理装置２０３について説明する。図７は、実施の形態３に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。実施の形態３に係る汚泥処理装置２０３は、実施の形態２の汚泥処理装置２０２が備えた混合槽３に代えて、混合部である混合機１８を設けた構成になっている。

余剰汚泥槽１と混合機１８とは余剰汚泥供給配管２によって連結され、余剰汚泥供給配管２には貯留汚泥を混合機１８に供給する余剰汚泥供給ポンプ４が設置される。余剰汚泥供給ポンプ４を作動させ余剰汚泥供給配管２を通して、貯留汚泥は余剰汚泥槽１から混合機１８に供給される。オゾン処理汚泥槽１３と混合機１８とはオゾン処理汚泥循環配管１６によって連結され、オゾン処理汚泥循環配管１６にはオゾン処理汚泥１０３をオゾン処理汚泥槽１３から混合機１８に供給するオゾン処理汚泥循環ポンプ１７が設置される。オゾン処理汚泥循環ポンプ１７を作動させオゾン処理汚泥循環配管１６を通して、オゾン処理汚泥１０３はオゾン処理汚泥槽１３から混合機１８に供給される。混合機１８で貯留汚泥とオゾン処理汚泥１０３とを効率的に混合して混合汚泥１０２を生成する。

混合機１８には、機械的な機構利用した、例えばスタティックミキサー、ターボミキサーが使用される。混合機１８は混合槽と比較してサイズが小さく、配管の一部として汚泥処理装置２０３に設置されるため、実施の形態３に示した構成によれば汚泥処理装置２０３を小型にすることができる。

なお、以上では混合機１８を利用して余剰汚泥１００とオゾン処理汚泥１０３とを混合する構成としたがこれに限るものではなく、図８に示すように混合機１８を設けずに、余剰汚泥供給配管２とオゾン処理汚泥循環配管１６とを連結して、連結部１９を混合部とする構成でも構わない。連結された配管の内部において余剰汚泥とオゾン処理汚泥１０３とは混合される。この構成では混合機１８が不要なため、汚泥の流量は制限されるものの汚泥処理装置２０４をさらに小型に構成することができる。

以上のように、実施の形態３による汚泥処理装置２０３では、混合機１８にて余剰汚泥とオゾン処理汚泥１０３とを混合する構成としたため、汚泥処理装置２０３の小型にすることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る汚泥処理装置について説明する。図９は実施の形態４に係る下水処理装置の構成概要を示す模式図、図１０は実施の形態４に係る下水処理装置の別の構成概要を示す模式図である。実施の形態４は、実施の形態２で示した汚泥処理装置２０２のオゾン処理汚泥流出配管１５からオゾン処理汚泥１０３を曝気槽３１もしくは嫌気性消化槽３４に投入する構成になっている。

図９に示すように、下水１０５が流入する曝気槽３１の上流側の配管とオゾン処理汚泥槽１３とが、オゾン処理汚泥１０３を曝気槽３１に投入するオゾン処理汚泥流出配管１５で連結される。曝気槽３１または沈殿槽３２から引抜いた余剰汚泥１００は、オゾンガス１０４によって改質されたオゾン処理汚泥１０３となり、オゾン処理汚泥流出配管１５を通して曝気槽３１の上流側に返送された後、曝気槽３１に投入される。オゾン処理汚泥１０３を曝気槽３１に戻しても、オゾン処理汚泥１０３の処理前は曝気槽３１または沈殿槽３２から引抜いた余剰汚泥１００であるため、下水処理量そのものは変化しない。曝気槽３１に投入したオゾン処理汚泥１０３は、活性汚泥によって分解されるため廃却処分されていた余剰汚泥１００の量は減少する。

また、図１０に示す構成でもよい。図１０に示す構成では、濃縮された余剰汚泥が流入する嫌気性消化槽３４の上流側の配管とオゾン処理汚泥槽１３とが、オゾン処理汚泥１０３を嫌気性消化槽３４に投入するオゾン処理汚泥流出配管１５で連結される。濃縮余剰汚泥１１０は、オゾンガス１０４によって改質されたオゾン処理汚泥１０３となり、オゾン処理汚泥流出配管１５を通して嫌気性消化槽３４の上流側に返送された後、嫌気性消化槽３４に投入される。濃縮余剰汚泥１１０を改質しても元の余剰汚泥１００とオゾン処理汚泥１０３の液量は変わらないため、オゾン処理汚泥１０３は濃縮余剰汚泥１１０と同じように嫌気性消化処理を行うことができる。オゾン処理汚泥１０３は、濃縮余剰汚泥１１０に比べて有機物の溶解および汚泥粒径の微細化が生じているため、嫌気性消化による減容効果が向上する。

なお、図１０では濃縮機３３で生成した濃縮余剰汚泥１１０を余剰汚泥槽１と嫌気性消化槽３４に分割して投入する構成としているが、余剰汚泥槽１と嫌気性消化槽に分割して投入する濃縮余剰汚泥１１０の量は任意に設定できる。また図１１に示すように、濃縮余剰汚泥１１０の全量を余剰汚泥槽１に投入してオゾン処理を行っても構わない。

以上のように、実施の形態４による下水処理装置では、オゾン処理汚泥流出配管１５からオゾン処理汚泥１０３を曝気槽３１に投入する構成としたため、オゾン処理汚泥１０３は活性汚泥によって分解され、廃却処分されていた余剰汚泥の量を減少させることができる。また、オゾン処理汚泥流出配管１５からオゾン処理汚泥１０３を嫌気性消化槽３４に投入する構成としたため、嫌気性消化槽３４における嫌気性消化による減容効果を向上させることができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る汚泥処理装置について説明する。図１２は実施の形態５に係る下水処理装置の構成概要を示す模式図である。実施の形態５では、実施の形態２で示した汚泥処理装置２０２を用いた図１０の下水処理装置３００において、オゾン処理汚泥１０３がオゾン処理汚泥槽１３に貯留されていない際の処理について説明する。

オゾン処理汚泥槽１３と嫌気性消化槽３４とが消化汚泥循環配管３９で連結され、嫌気性消化槽３４の消化汚泥１０８は引き抜かれてオゾン処理汚泥槽１３に貯留される。混合槽３にオゾン処理汚泥槽１３から供給される低粘度溶液は消化汚泥１０８となる。下水処理装置３００の稼働時には、オゾン処理汚泥槽１３にオゾン処理汚泥１０３が貯留されていない場合がある。そのため、オゾン処理汚泥１０３に代えて消化汚泥１０８を利用し、濃縮余剰汚泥１１０と消化汚泥１０８とを混合槽３で混合して混合汚泥１０２を生成する。図１２においてオゾン処理を行う濃縮余剰汚泥１１０よりも消化汚泥１０８の粘度は低いため、消化汚泥１０８は低粘度溶液として使用することができる。

混合汚泥１０２はオゾンガス１０４で改質され、オゾン処理汚泥１０３としてすべて嫌気性消化槽３４に返送される。最初にオゾン処理汚泥槽１３に貯留された消化汚泥１０８は、消化汚泥１０８を含むオゾン処理汚泥１０３としてすべて嫌気性消化槽に返送されるため、嫌気性消化槽３４に当初貯留された消化汚泥量を増加させることはない。また、オゾン処理において消化汚泥１０８と濃縮余剰汚泥１１０とを混合させても、嫌気性消化槽３４に投入するオゾン処理汚泥１０３の液量は濃縮余剰汚泥１１０を投入する場合と同じになる。

なお、以上ではオゾン処理汚泥１０３がオゾン処理汚泥槽１３に貯留されていない場合にオゾン処理に消化汚泥１０８を利用する構成としたがこれに限るものではない。オゾン処理汚泥１０３がオゾン処理汚泥槽１３に貯留されていない場合、余剰汚泥１００をオゾン処理汚泥槽１３に貯留し、オゾンガスを散気装置などにより貯留した余剰汚泥１００に注入してオゾン処理汚泥１０３をオゾン処理汚泥槽１３の中で生成する構成でも構わない。

以上のように、実施の形態５による汚泥処理装置では、オゾン処理汚泥１０３がオゾン処理汚泥槽１３に貯留されていない場合に嫌気性消化槽３４から引き抜いた消化汚泥１０８を低粘度溶液として利用する構成としたため、嫌気性消化槽３４に濃縮余剰汚泥１１０以外に新たに追加して投入されるものがなく、嫌気性消化槽３４に貯留された消化汚泥１０８の濃度の希釈が抑制され、効率よく減容化処理を行うことができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る汚泥処理装置２０５について説明する。図１３は、実施の形態６に係る下水処理装置の一部である汚泥処理装置の構成概要を示す模式図である。実施の形態６に係る汚泥処理装置２０５は、実施の形態２の汚泥処理装置２０２に圧力計２０、流量計２１を設けて、汚泥処理装置２０５の運転動力が一定になる制御を行う構成になっている。

混合汚泥供給配管８に、配管内部の圧力を計測する圧力計２０と、混合汚泥１０２の流速を計測する流量計２１が設けられる。圧力計２０と流量計２１による計測値は制御装置２２に伝えられる。また、制御装置２２は余剰汚泥供給ポンプ４とオゾンガス発生器１２とオゾン処理汚泥循環ポンプ１７とを制御する。

圧力計２０と流量計２１を利用した汚泥処理装置２０５の制御について説明する。エジェクタ９の内部での微細なオゾンガス気泡を生成は、狭小部９ａを流れる混合汚泥１０２の流速とエジェクタ９に注入するオゾンガス１０４の流量の制御により行われる。混合汚泥１０２の流速は、流量計２１を用いて計測することができる。また、エジェクタ９を流れる混合汚泥１０２の粘度に起因した、流速に係る流れ易さは、圧力計２０を用いて計測できる。すなわち、圧力計２０と流量計２１の値がそれぞれ一定となるように制御すれば、汚泥処理装置２０５を一定の運転動力で稼働することができる。圧力計２０および流量計２１の計測値をもとに、制御装置２２は余剰汚泥槽１から混合槽３に供給される貯留汚泥の流量と、オゾン処理汚泥槽１３から混合槽３に供給されるオゾン処理汚泥１０３の流量とを制御する。

貯留汚泥の濃度が上昇した場合の具体的な制御手順を説明する。汚泥処理装置２０５の稼働時に貯留汚泥の濃度が上昇すると、エジェクタ９を通過する混合汚泥１０２の濃度が上昇するため、狭小部９ａで混合汚泥１０２が抵抗となり圧力計２０で計測する圧力値が上昇し、流量計２１で計測する流量値が低下する。混合槽３内のオゾン処理汚泥１０３の比率を高めることで、変動した圧力値と流量値を通常の稼働時の値に改善することができるため、制御装置２２が余剰汚泥供給ポンプ４を制御して余剰汚泥供給ポンプ４の流量を下げて混合槽３に供給する貯留汚泥の量を低下させ、混合槽３内のオゾン処理汚泥１０３の比率を高める。また、制御装置２２がオゾン処理汚泥循環ポンプ１７を制御して、オゾン処理汚泥循環ポンプ１７の流量を上げて混合槽３に流出されるオゾン処理汚泥１０３の量を増加させる制御を行うことでも、混合槽３内のオゾン処理汚泥１０３の比率を高めることができる。もしくは双方の制御を並行して実施しても構わない。

さらに、混合汚泥１０２の流量に応じてオゾンガス発生器１２からエジェクタ９に注入するオゾンガス１０４の濃度および流量を変化させる制御を行うことで、使用するオゾン量を最適化して効率よく余剰汚泥１００の減容化処理を行うことができる。

以上のように、実施の形態６による汚泥処理装置２０５では、混合汚泥供給配管８に設けた圧力計２０および流量計２１の計測値をもとに、余剰汚泥槽１から混合槽３に供給される貯留汚泥の流量とオゾン処理汚泥槽１３から混合槽３に供給されるオゾン処理汚泥１０３の流量を制御する構成としたため、汚泥処理に要する運転動力を安定して一定の値に保つことができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 余剰汚泥槽、２ 余剰汚泥供給配管、３ 混合槽、４ 余剰汚泥供給ポンプ、５ 低粘度溶液槽、６ 低粘度溶液供給配管、７ 低粘度溶液供給ポンプ、８ 混合汚泥供給配管、９ エジェクタ、９ａ 狭小部、１０ 混合汚泥供給ポンプ、１１ オゾン供給配管、１２ オゾンガス発生器、１３ オゾン処理汚泥槽、１４ オゾン処理汚泥流入配管、１５ オゾン処理汚泥流出配管、１６ オゾン処理汚泥循環配管、１７ オゾン処理汚泥循環ポンプ、１８ 混合機、１９ 連結部、２０ 圧力計、２１ 流量計、２２ 制御装置、３１ 曝気槽、３２ 沈殿槽、３３ 濃縮機、３４ 嫌気性消化槽、３５ 脱水機、３６ 第１の余剰汚泥貯留配管、３７ 第２の余剰汚泥貯留配管、３８ 第３の余剰汚泥貯留配管、３９ 消化汚泥循環配管、１００ 余剰汚泥、１０１ 低粘度溶液、１０２ 混合汚泥、１０３ オゾン処理汚泥、１０４ オゾンガス、１０５ 下水、１０６ 処理水、１０７ 返送汚泥、１０８ 消化汚泥、１０９ 減容した汚泥、１１０ 濃縮余剰汚泥、２００ 汚泥処理装置、３００ 下水処理装置、３０１ 水処理装置、３０２ 脱水処理装置

Claims (9)

1. 下水を処理して処理水を得る下水処理装置において、
   前記処理において発生した余剰汚泥および／または濃縮余剰汚泥を貯留汚泥として貯留する余剰汚泥槽と、
   オゾンガスを発生するオゾンガス発生器と、
   前記貯留汚泥よりも粘度が低い溶液である低粘度溶液と前記余剰汚泥槽から供給される前記貯留汚泥とを混合して混合汚泥を生成する混合部と、
   前記混合部から流出される前記混合汚泥に前記オゾンガスを注入してオゾン処理汚泥を生成するエジェクタと、
   前記エジェクタから流出される前記オゾン処理汚泥を貯留するオゾン処理汚泥槽と、を備え、
   前記混合部と前記オゾン処理汚泥槽とがオゾン処理汚泥循環配管で連結されて、前記オゾン処理汚泥が前記低粘度溶液として前記混合部に供給され、
   前記混合部と前記エジェクタとが混合汚泥供給配管で連結されて、前記混合汚泥供給配管に設けた圧力計および流量計の計測値をもとに、前記余剰汚泥槽から前記混合部に供給される前記貯留汚泥の流量、および／または前記オゾン処理汚泥槽から前記混合部に供給される前記オゾン処理汚泥の流量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする下水処理装置。
2. 前記混合部は前記貯留汚泥と前記低粘度溶液とを撹拌または循環させて前記混合汚泥を生成する混合槽であることを特徴とする請求項１に記載の下水処理装置。
3. 前記混合部は前記貯留汚泥と前記低粘度溶液とを機械的な機構を利用して前記混合汚泥を生成する混合機であることを特徴とする請求項１に記載の下水処理装置。
4. 前記混合機はスタティックミキサーであることを特徴とする請求項３に記載の下水処理装置。
5. 前記余剰汚泥槽が貯留する前記余剰汚泥は、活性汚泥法により下水を前記余剰汚泥に処理する曝気槽および／または前記曝気槽から引き抜いた前記余剰汚泥から処理水を分離する沈殿槽から引き抜いた余剰汚泥であり、
   前記余剰汚泥槽が貯留する前記濃縮余剰汚泥は、前記余剰汚泥の量を低減する減容化処理を行う脱水処理装置において前記沈殿槽から引き抜いた前記余剰汚泥を濃縮する濃縮機から引き抜いた濃縮余剰汚泥であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の下水処理装置。
6. 前記曝気槽と前記オゾン処理汚泥槽とが、前記オゾン処理汚泥を前記曝気槽に投入するオゾン処理汚泥流出配管で連結されたことを特徴とする請求項５に記載の下水処理装置。
7. 前記脱水処理装置において前記濃縮余剰汚泥を消化汚泥で処理する嫌気性消化槽と前記オゾン処理汚泥槽とが、前記オゾン処理汚泥を前記嫌気性消化槽に投入するオゾン処理汚泥流出配管で連結されたことを特徴とする請求項５に記載の下水処理装置。
8. 前記嫌気性消化槽と前記オゾン処理汚泥槽とが消化汚泥循環配管で連結され、
   前記混合部に供給される前記低粘度溶液は、前記嫌気性消化槽から前記オゾン処理汚泥槽に引き抜かれた前記消化汚泥であることを特徴とする請求項７に記載の下水処理装置。
9. 低粘度溶液と、下水の処理において発生した余剰汚泥および／または濃縮余剰汚泥から構成される貯留汚泥とを混合して混合汚泥を生成するステップと、
   前記混合汚泥にオゾンガスから生成されたオゾンガス気泡を注入するステップと、
   前記混合汚泥に含まれる前記余剰汚泥および／または前記濃縮余剰汚泥を前記オゾンガス気泡で改質してオゾン処理汚泥を生成するステップと、を有し、
   前記低粘度溶液は前記貯留汚泥よりも粘度が低い溶液であり、
   前記オゾン処理汚泥が前記低粘度溶液として供給され、
   圧力計および流量計の計測値をもとに、前記貯留汚泥の流量、および／または前記オゾン処理汚泥の流量が制御されることを特徴とする下水処理方法。

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