JPH08132100A - 生物汚泥のオゾン処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生物汚泥含有液とオゾン含有ガスの接触効率
を高め、かつ反応槽を加圧状態に保ちオゾンの濃度差を
大きくしてオゾンの吸収効率を高くできるとともに、排
ガス中のオゾンを除去して無害化することができ、低コ
ストで効率よく生物汚泥をオゾン処理してＢＯＤ化する
ことができる生物汚泥のオゾン処理装置を提供する。 【構成】 反応槽１の液相接触域１２にオゾン含有ガス
２８を吹込んで、汚泥を酸化分解するとともに発泡させ
て、液相接触域１２の上部に泡沫接触域１３を形成し、
泡沫接触域１３から排出される排オゾンガス２９を液封
装置２に導入し、散気装置３１から封止液３２中に放出
して、反応槽１を加圧した状態で気液接触を行う生物汚
泥のオゾン処理装置。

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泡沫層を形成して気液接触
させる泡沫接触域と、この泡沫接触域から排出される排
オゾンガスを液封して反応槽内を加圧状態に維持する液
封装置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】本発明の生物汚泥のオゾン処理装置は次の
ように構成すると、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の泡沫層の高さを１ｍ以上と
すると、処理効率が高くなる。 （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、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、例えば反応槽に圧力制御式の弁を用いた槽
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１〜３０ｍ／
ｈｒ、好ましくは５〜２０ｍ／ｈｒとするのが好まし
い。

【００１２】本発明では反応槽内を加圧状態に維持する
ために、反応槽の泡沫接触域から排出される排オゾンガ
スを液封する液封装置を設ける。液封装置としては、生
物汚泥含有液が発生する曝気槽、原液貯槽、処理液貯
槽、余剰汚泥貯槽など、液封に用いる液が入った任意の
液槽を用いることができるが、曝気槽が好ましい。

【００１３】液封装置はこれらの液槽内の液中に排オゾ
ンガスを放出する散気装置を設けたものが好ましい。散
気装置としては、中空パイプに多数の小孔を形成した多
孔管、多孔質材料からなる多孔質中空管のほか、可撓性
の合成樹脂チューブに多数の切目を設け、ガス吹出時に
開口し、ガス停止時に閉じて逆流を防止する形式の散気
管などが使用可能である。このような散気装置などのガ
ス吹出口を設ける液深は１〜５０ｍ、好ましくは３〜１
０ｍとするのが適当である。

【００１４】上記の液封装置によって維持する反応槽の
圧力はゲージ圧０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²、好ましくは
０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ²とするのが望ましい。このよ
うな圧力を維持するためには、オゾン含有ガスをゲージ
圧０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²、好ましくは０．５〜２ｋ
ｇｆ／ｃｍ²で供給し、反応槽から処理液を取出す経路
に圧力弁を設け、所定圧以下のときに弁を閉じ、所定圧
を超えたときに弁を開くように構成するのが好ましい
が、反応槽の液面を一定に保ち、圧力に応じてオゾン含
有ガスの供給量および／または排出量を制御するように
構成してもよい。

【００１５】

【作用】本発明の生物汚泥のオゾン処理装置において
は、反応槽に生物汚泥含有液を導入して液相接触域を形
成する。そして液相接触域にオゾン含有ガスを吹込んで
生物汚泥含有液と接触させると、汚泥はオゾン処理され
る。これと同時に発泡により液相接触域の上部に泡沫層
が形成され、この泡沫層において生物汚泥とオゾンの接
触が起こり、泡沫接触領域が形成される。これにより液
相接触域と泡沫接触域の両方において汚泥とオゾンの接
触が行われ、汚泥がオゾンにより酸化される。

【００１６】反応槽においてオゾンガスが液側に移動す
る際、物質移動の速度は接触面積と濃度差に比例する
が、泡沫接触域から放出される排オゾンガスをそのまま
大気中に排出すると、反応槽内はほほ大気圧に等しくな
るため、濃度差には限界がある。これに対して排オゾン
ガスを液封装置により液封することにより、反応槽内が
加圧され、濃度が増加し、物質移動速度が高くなる。こ
れによりオゾン吸収効率が高くなり、汚泥の酸化効果が
高くなる。

【００１７】これと同時に排オゾンガス中のオゾンが液
中に吸収されて除去され、無害の状態で排出される。特
に液封装置として曝気槽を用いる場合のように、被酸化
性の物質を含む液で液封を行うと、オゾン吸収効率が高
く、排ガス中へのオゾンの漏出が防止される。この場合
でも、反応槽におけるオゾン吸収率が高いため、排オゾ
ンガス中に残留するオゾンの量は通常１ｍｇ／ｌ程度で
少なく、曝気槽の活性汚泥中の微生物に対する影響は小
さい。また液封装置において散気装置を用いて排オゾン
ガスを吹込むと、微細気泡となって放出されるため、オ
ゾンの吸収効率は高くなる。

【００１８】反応槽内の泡沫接触域の上部に液散布装置
を設けて、被処理液、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、被処理液、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】この場合、排オゾンガスを液封装置で液封
して反応槽を加圧することによりオゾンガスの物質移動
速度が速くなり、特に泡沫接触域のように接触面積の大
きい部分では移動速度が大きくなり、オゾン吸収効率が
高くなる。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。

【００２３】

【実施例】次に本発明を図面の実施例により説明する。
図１は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１において、１は反応槽、２は液封装置であ
って曝気槽が用いられている。３は固液分離槽である。
反応槽１は下部に汚泥含有液が槽内液１１として収容さ
れ、液相接触域１２が形成されている。液相接触域１２
の液面の上部は泡沫接触域１３とされ、槽内液１１を発
泡させて泡沫層１４が形成されている。

【００２４】反応槽１には下部の液相接触域１２から槽
内液１１を引抜いて泡沫接触域１３の上部に循環するよ
うに循環路１６が接続し、その中間部には循環ポンプ１
７が設けられ、先端部にはスプレーノズル１８が設けら
れている。循環路１６の途中には、給液ポンプ２０を有
する汚泥含有液導入路２１が接続している。反応槽１下
部の液相接触域１２から、圧力指示器２２および圧力弁
２３を有する槽内液排出路２４が液封装置２に接続して
いる。反応槽１底部には、液相接触域１２にオゾン含有
ガスを吹込む散気装置２６が設けられ、オゾン発生機２
７からオゾン含有ガス導入路２８が接続している。また
反応槽１の頂部から排オゾンガスを排出する排オゾンガ
ス路２９が、液封装置２の底部に設けられた散気装置３
１に接続している。

【００２５】液封装置２には曝気槽が用いられており、
封止液３２としての混合液中に散気装置３１の他に、散
気装置３３が設けられ、ブロア３４から空気供給路３５
が連絡している。液封装置２には被処理液導入路３６お
よび返送汚泥路３７が連絡し、また移送路３８が固液分
離槽３に連絡している。固液分離槽３の上部には分離液
取出路３９が連絡し、底部には汚泥取出路４０が連絡
し、その先端は汚泥含有液導入路２１および返送汚泥路
３７に分岐している。

【００２６】図１の装置により生物汚泥含有液をオゾン
処理するには、給液ポンプ２０を駆動して汚泥含有液導
入路２１から汚泥含有液を供給するとともに、循環ポン
プ１７を駆動して循環路１６から槽内液１１を引抜いて
循環する。こうして循環路１６中で汚泥含有液および引
抜液を混合し、この混合液をスプレーノズル１８から泡
沫層１４に向けて散布する。これにより汚泥含有液を反
応槽１に導入するとともに、泡沫接触域１３が所定の高
さを維持するように泡沫層１４の高さを調節する。

【００２７】一方、オゾン発生機２７からオゾン含有ガ
ス導入路２８を通してオゾン含有ガスを導入し、散気装
置２６で散気して槽内液１１中に吹込み、これにより液
相接触域１２において槽内液１１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１３中に泡沫層１４を形成する。泡沫接触域１３を
上昇するオゾン含有ガスは泡沫層１４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１２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１４に入ってさらに汚泥と反応し、
泡沫層１４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１２に戻り、これが
繰返される。泡沫層１４は表面積が大きくなっており、
また反応槽１内は加圧状態となっているため気液接触効
率は高く、このため発泡または加圧しない場合に比べて
処理効率は高くなる。また泡沫層１４の荷重は小さいた
め、反応槽１の強度は小さくてもよい。

【００２８】泡沫接触域１３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２９から液封装置
２に導入し、散気装置３１から封止液３２中に放出す
る。これにより反応槽１内を加圧状態に保って、反応槽
１におけるオゾン吸収効率を高めるとともに、排オゾン
ガス中に含まれるオゾンを封止液３２に吸収させ、これ
により無害化して大気中に放散させる。

【００２９】反応槽１においてオゾン処理を受け、汚泥
が酸化されてＢＯＤ化した槽内液の一部は槽内液排出路
２４から圧力弁２３を通して液封装置２に導入する。こ
のとき圧力指示器２２により所定圧力に達したときに圧
力弁２３を開閉することにより反応槽１内を所定圧力に
保つ。

【００３０】液封装置２は曝気槽が用いられているの
で、槽内液排出路２４から導入するオゾン処理液と、被
処理液導入路３６から導入する被処理液と、返送汚泥路
３７から導入される返送汚泥とを混合し、ブロア３４か
ら空気供給路３５へ供給して散気装置３３から散気して
曝気を行い、ＢＯＤを除去する。封止液３２としての混
合液は移送路３８から固液分離槽３に導入して固液分離
を行い、分離液は分離液取出路３９から処理液として取
出す。また分離汚泥は汚泥取出路４０から取出し、一部
は返送汚泥として返送汚泥路３７から液封装置２に返送
し、残部は汚泥含有液導入路２１から反応槽１に導入し
てオゾン処理を行う。

【００３１】汚泥含有液を反応槽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。なお汚
泥含有液導入路２１は循環路１６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１２の上部の範囲
で反応槽１に直接接続させてもよい。

【００３２】試験例１ 図１の装置により、ただし反応槽１の内径を１ｍ、泡沫
層１４の高さを３．５ｍ、槽内液１１の深さを１ｍ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。 汚泥含有液中の活性汚泥濃度：１０．０００ｇ／ｍ³ 汚泥含有液の流量：１ｍ³／ｈ オゾン濃度：２０ｇ／ｍ³ オゾン含有ガス流量：２５ｍ³／ｈ オゾンガス供給圧：１．０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）

【００３３】上記の処理において、排オゾンガスを、液
封装置２の下部の液深５ｍの位置に設けられた散気装置
３１から散気させ、液封を行った。そして圧力弁２３は
ゲージ圧０．６ｋｇｆ／ｃｍ²で閉、０．７ｋｇｆ／ｃ
ｍ²で開となるように操作した。その結果反応槽１にお
けるオゾン吸収率は９６重量％となった。

【００３４】比較例１ 試験例１において、液封装置２を使用せず、排オゾンガ
スを大気中に放出してオゾン処理を行い、槽内液の引抜
は反応槽底部から２ｍの高さのオーバフロー管により引
抜いた。その結果、オゾンの吸収率は７０重量％であっ
た。試験例１と同じ９６重量％のオゾン吸収率を得るた
めには、被処理液およびオゾン含有ガスの流量を１／２
に低下させる必要があった。

【００３５】

【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、排
オゾンガスを液封しているので、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、かつ反応
槽を加圧状態に保ちオゾンの濃度差を大きくしてオゾン
吸収効率を高くできるとともに、排オゾンガス中のオゾ
ンを除去して無害化することができ、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。

【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。

【符号の説明】

１ 反応槽 ２ 液封装置 ３ 固液分離槽 １１ 槽内液 １２ 液相接触域 １３ 泡沫接触域 １４ 泡沫層 １６ 循環路 １７ 循環ポンプ １８ スプレーノズル ２０ 給液ポンプ ２１ 汚泥含有液導入路 ２２ 圧力指示器 ２３ 圧力弁 ２４ 槽内液排出路 ２６、３１、３３ 散気装置 ２７ オゾン発生機 ２８ オゾン含有ガス導入路 ２９ 排オゾンガス路 ３２ 封止液 ３４ ブロア ３５ 空気供給路 ３６ 被処理液導入路 ３７ 返送汚泥路 ３８ 移送路 ３９ 分離液取出路 ４０ 汚泥取出路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   に泡沫層を形成して気液接触させる泡沫接触域と、 この泡沫接触域から排出される排オゾンガスを液封して
   反応槽内を加圧状態に維持する液封装置とを備えている
   ことを特徴とする生物汚泥のオゾン処理装置。