WO2017213024A1 - 汚泥処理装置および汚泥処理方法 - Google Patents
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Abstract
汚泥処理装置(100)は、汚泥含有液(X)が供給され、汚泥含有液(X)にオゾンガス(Q)を注入して泡汚泥(A1)を生成するオゾン反応槽(10)と、オゾン反応槽(10)の後段に設けられ、オゾン反応槽(10)から供給される泡汚泥(A1)に対して第1凝集剤(G1)を添加すると共に処理水(Z)を混合して、混合汚泥溶液(B)を生成する添加槽(20)とを備え、オゾンガス(Q)により可溶化した汚泥を凝集して、有機物量が多い凝集された汚泥を生成する。
Description
本発明は、汚泥の処理に用いられる汚泥処理装置および汚泥処理方法に係り、特にオゾンガスにより可溶化した汚泥を処理するものである。
従来より、有機汚泥物質を含有する下水、食品廃水、畜産廃水などの処理方法として、活性汚泥と呼ばれる微生物群を用いた活性汚泥法が広く利用されている。活性汚泥法においては、処理過程中において大量の余剰汚泥と呼ばれる微生物を含む汚泥が発生する。そのため、この大量の余剰汚泥を減容化し、その後に埋め立て又は焼却処分を行っている。
近年、この余剰汚泥を燃料源として有効利用する取り組みが進んでいる。特に、発生した余剰汚泥を嫌気性消化処理することでメタンガスを発生させ、このメタンガスを燃焼、あるいはガス発電に利用することよって熱エネルギ、電気エネルギを回収する取り組みが行われている。
嫌気性消化処理によって余剰汚泥から回収するエネルギ量を増加させるためには、メタンガスの発生量を増加させる必要がある。そのため、余剰汚泥を物理的または化学的な方法で可溶化した後に、嫌気性消化処理を行うことで、メタンガスを効果的に発生させる方法が用いられている。従来の物理的な汚泥の可溶化方法としては、オゾンガスを利用した有機物分解、超音波による低分子化、などがある。化学的な汚泥の可溶化方法としては、酸、アルカリ、酵素などにより溶解させる方法がある。
余剰汚泥を嫌気性消化処理する場合、処理効率を高めるため余剰汚泥を予め濃縮して減容化させる必要がある。嫌気性消化処理には20日から50日程度の滞留時間が必要なため、余剰汚泥の減容化をせずに嫌気性消化処理を行うと、大型の嫌気性消化処理槽が必要となるからである。余剰汚泥を濃縮して減容化する濃縮処理として、浮上分離法や凝集沈殿法などが利用されている。
こうして、余剰汚泥をオゾンガスにて可溶化すると共に減容化を行う以下のような汚泥処理装置および汚泥処理方法が開示されている。
こうして、余剰汚泥をオゾンガスにて可溶化すると共に減容化を行う以下のような汚泥処理装置および汚泥処理方法が開示されている。
下水などの有機性廃液が、貯留槽にいったん貯留された後、曝気槽に導入され、曝気槽において好気性条件にて活性汚泥と接触させられて好気性生物処理される。処理液は沈殿槽にて処理水と余剰汚泥とに固液分離される。清澄処理水は水質調整槽にて水質調整し、処理系外へ放流される。余剰汚泥は、好気性微生物源として必要分を返送経路を介して曝気槽に返送し、他部を遠心分離器などの濃縮装置により濃縮処理する。次いで、濃縮処理した濃縮余剰汚泥はオゾン処理槽に移送してオゾン処理する。オゾン処理槽では、オゾン発生装置で発生させたオゾンを導入し、濃縮余剰汚泥の可溶化処理を行う。次いで、オゾン処理槽にて可溶化処理した余剰汚泥は、好気性生物処理に返送することなく嫌気性消化処理装置に移送し、嫌気性消化処理を行い、発生ガスを回収するとともに余剰汚泥を安定化および減容化を図る(例えば、特許文献1参照)。
下水処理場の最終沈殿池の余剰汚泥を減容処理するため、余剰汚泥配管は、オゾン処理装置に接続されている。オゾン処理装置の後段には汚泥配管を介して泡回収装置が接続される。泡回収装置の泡回収配管には薬液供給装置が接続されている。薬液供給装置の後段には、薬液処理汚泥配管を介して汚泥濃縮処理装置が接続され、汚泥濃縮処理装置には濃縮汚泥配管が配置される。濃縮汚泥配管はリン回収処理装置に接続される。リン回収処理装置はリン除去汚泥配管を介して、消化汚泥配管を備える消化処理装置に接続される。
オゾン処理装置の後段で泡回収配管から回収した泡(汚泥)に対し濃縮処理を行うと、リン回収率と消化ガス発生量が増加し、汚泥発生量を削減できる(例えば、特許文献2参照)。
オゾン処理装置の後段で泡回収配管から回収した泡(汚泥)に対し濃縮処理を行うと、リン回収率と消化ガス発生量が増加し、汚泥発生量を削減できる(例えば、特許文献2参照)。
上記特許文献1のような従来の汚泥処理装置および汚泥処理方法では、余剰汚泥をオゾン処理槽に移送する前に濃縮している。これにより濃縮した余剰汚泥の固形物濃度は20g/Lから50g/Lの範囲になる。このように濃縮された余剰汚泥には流動性がないため、オゾンガスを注入すると、オゾンガスと余剰汚泥とを均一に混合させることが困難である。そのため、オゾンガスは濃縮余剰汚泥中でガス溜まりを形成する。その後注入されるオゾンガスはこのガス溜まりに集まり、ガス溜まりの体積は増加する。
ガス溜まりと濃縮余剰汚泥の表面との間に、汚泥外部にガスが抜ける隙間ができると、ガス溜まりから濃縮汚泥外部へガスが流出する。このような体積の大きいガス溜まり内部では、濃縮余剰汚泥とオゾンガスとの接触効率が悪くなるため、ガス溜まりから抜け出すガスには未反応のオゾンガスが多く含まれる。濃縮余剰汚泥を撹拌することでガス溜まり内部のオゾンガスと濃縮余剰汚泥の接触効率を向上させることもできる。しかしながら、撹拌によってガス溜まりが濃縮余剰汚泥の表面に到達し、濃縮余剰汚泥の表面からガス溜まり内部のオゾンガスが抜け出す可能性も高くなる。このように、濃縮した余剰汚泥にオゾンガスを注入すると未反応のオゾンガスが生じるため、濃縮汚泥の可溶化に要するオゾンガス量が増加し、コストが増加するという問題点があった。
また上記特許文献2のような従来の汚泥処理装置および汚泥処理方法では、オゾン処理により可溶化した高濃度の余剰汚泥に対し、減容化目的の濃縮処理を行っている。このような濃縮処理において用いられる凝集剤は、粘性の高い高分子凝集剤を利用している。そのため、オゾン処理により可溶化した高濃度の余剰汚泥に対して、このような高分子凝集剤を添加すると、余剰汚泥内で凝集剤が拡散せず、濃縮効率が低下する。そのため、余剰汚泥から分離された水に汚泥が多く残留し、濃縮余剰汚泥中の有機物量が減少するという問題点があった。
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、オゾンガスの使用量を少なくして、凝集された汚泥中の有機物量が多い汚泥処理装置および汚泥処理方法を提供することを目的とする。
本発明に係る汚泥処理装置は、
汚泥含有液が供給され、前記汚泥含有液にオゾンガスを注入して第1汚泥を生成する第1処理部と、前記第1処理部の後段に設けられ、前記第1処理部から供給される前記第1汚泥に対して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第2処理部とを備えたものである。
また、本発明に係る汚泥処理方法は、
汚泥保有液に対してオゾンガスを注入して発泡させることにより、前記汚泥保有液を泡状の第1汚泥と残渣液とに分離するオゾン反応工程と、
分離された前記第1汚泥を取り出して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第1添加工程とを備えたものである。
汚泥含有液が供給され、前記汚泥含有液にオゾンガスを注入して第1汚泥を生成する第1処理部と、前記第1処理部の後段に設けられ、前記第1処理部から供給される前記第1汚泥に対して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第2処理部とを備えたものである。
また、本発明に係る汚泥処理方法は、
汚泥保有液に対してオゾンガスを注入して発泡させることにより、前記汚泥保有液を泡状の第1汚泥と残渣液とに分離するオゾン反応工程と、
分離された前記第1汚泥を取り出して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第1添加工程とを備えたものである。
この発明に係る汚泥処理装置および汚泥処理方法によれば、汚泥保有液をオゾンガスで可溶化して生成した第1汚泥に対して、第1凝集剤と処理水とを混合して凝集させるものなので、オゾンガスの使用量を少なくして、凝集された汚泥中の有機物量を多くすることができる。
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法について図を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100を示す概略構成図である。
図2は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法の実施形態手順を示すフロー図である。
図3は、汚泥含有液X内の汚泥が凝集される過程を説明する図である。
図4は、図3の後段の過程を説明する図である。
図5は、図4の後段の過程を説明する図である。
図6は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法を用いて、汚泥の凝集効果を確認した実験内容を示す図である。
図7は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法を用いて、汚泥の凝集効果を確認した実験結果を示す図である。
以下、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法について図を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100を示す概略構成図である。
図2は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法の実施形態手順を示すフロー図である。
図3は、汚泥含有液X内の汚泥が凝集される過程を説明する図である。
図4は、図3の後段の過程を説明する図である。
図5は、図4の後段の過程を説明する図である。
図6は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法を用いて、汚泥の凝集効果を確認した実験内容を示す図である。
図7は、本発明の実施の形態1による汚泥処理装置100および汚泥処理方法を用いて、汚泥の凝集効果を確認した実験結果を示す図である。
図1に示すように、本実施の形態1の汚泥処理装置100は、第1処理部としてのオゾン反応槽10と、このオゾン反応槽10の後段に設けられた第2処理部としての添加槽20とを備える。
オゾン反応槽10は、気泡生成器1に接続されており、この気泡生成器1によりオゾン反応槽10内に貯留する溶液などにオゾンガスQの微細気泡を注入する構成となっている。
気泡生成器1としては、例えば微細孔を設けた散気管や散気板、エジェクタなどが使用できる。また、オゾン反応槽10の上部には流出口2が設けられており、この流出口2に流路3が連通している。また、オゾン反応槽10の下部には流出口4が設けられており、この流出口4に流路5が連通している。
オゾン反応槽10は、気泡生成器1に接続されており、この気泡生成器1によりオゾン反応槽10内に貯留する溶液などにオゾンガスQの微細気泡を注入する構成となっている。
気泡生成器1としては、例えば微細孔を設けた散気管や散気板、エジェクタなどが使用できる。また、オゾン反応槽10の上部には流出口2が設けられており、この流出口2に流路3が連通している。また、オゾン反応槽10の下部には流出口4が設けられており、この流出口4に流路5が連通している。
添加槽20は、流路3に接続された第1槽としての分離槽21と、その後段に設けられた第2槽としての混合槽22とを備えている。分離槽21と混合槽22とは配管23により接続されている。また混合槽22は、流路5に接続されている。
また、無機系凝集剤である第1凝集剤G1を貯蔵する第1貯蔵部25が、分離槽21に接続されており、分離槽21内の溶液などに対して第1凝集剤G1を添加可能な構成となっている。また、分離槽21は脱泡部としての攪拌機24を備えている。
また、無機系凝集剤である第1凝集剤G1を貯蔵する第1貯蔵部25が、分離槽21に接続されており、分離槽21内の溶液などに対して第1凝集剤G1を添加可能な構成となっている。また、分離槽21は脱泡部としての攪拌機24を備えている。
添加槽20の後段には、第3処理部としての濃縮槽30が設けられている。混合槽22と濃縮槽30とは流路26により接続されている。また、有機系の凝集剤である第2凝集剤G2を貯蔵する第2貯蔵部35が、濃縮槽30に接続されており、濃縮槽30内の溶液などに対して第2凝集剤G2を添加可能な構成となっている。
なお、濃縮槽30には、浮上分離装置または凝集沈殿装置などが用いられる。
濃縮槽30の後段には、嫌気性微生物群による嫌気性処理を行う嫌気性消化槽40が設けられている。濃縮槽30と嫌気性消化槽40とは流路31により接続されている。
なお、濃縮槽30には、浮上分離装置または凝集沈殿装置などが用いられる。
濃縮槽30の後段には、嫌気性微生物群による嫌気性処理を行う嫌気性消化槽40が設けられている。濃縮槽30と嫌気性消化槽40とは流路31により接続されている。
以下、上記のように構成された汚泥処理装置100を用いた汚泥の凝集工程について図1、図2を用いて説明する。
汚泥処理装置100の前段において、図1においては図示しない好気性微生物群による好気性処理を行う好気性処理槽が設けられている。この好気性処理槽において生じた余剰汚泥を含む汚泥含有液Xが、本実施の形態の汚泥処理装置100のオゾン反応槽10に供給され、オゾン反応槽10内に貯留される。
汚泥処理装置100の前段において、図1においては図示しない好気性微生物群による好気性処理を行う好気性処理槽が設けられている。この好気性処理槽において生じた余剰汚泥を含む汚泥含有液Xが、本実施の形態の汚泥処理装置100のオゾン反応槽10に供給され、オゾン反応槽10内に貯留される。
次に、オゾン反応槽10は、気泡生成器1により生成したオゾンガスQの微細気泡を、貯留された汚泥含有液Xに対して注入する。注入されたオゾンガスQは、汚泥含有液Xに含まれる有機成分を溶解させる。オゾンガスQは、汚泥含有液XとオゾンガスQの気泡との界面で発泡し、溶解した有機成分である汚泥が泡膜に付着した泡状の第1汚泥としての泡汚泥A1が汚泥含有液Xの上部において生成される。泡汚泥A1は、オゾン反応槽10内に、汚泥含有液XとオゾンガスQとが連続的に供給されることにより汚泥含有液Xの上部に繰り返し発生する。このため、新たに発生した泡汚泥A1が、その前に発生した泡汚泥A1をオゾン反応槽10の上部に押し上げ、泡汚泥A1はオゾン反応槽10の内部を上昇し、オゾン反応槽10内を満たす。
泡汚泥A1がオゾン反応槽10内を上昇する際において、泡汚泥A1の内部に存在するオゾンガスQが、泡汚泥A1の泡膜に付着した汚泥を継続して溶解する。オゾン反応槽10内を上昇した泡汚泥A1は、オゾン反応槽10の上部に到達すると、流出口2から流路3へ流出する。
また、オゾン反応槽10の下部には、泡汚泥A1に付着しなかった汚泥含有液Xの水分からなる残渣液Zが貯留される。
このようにオゾン反応槽10は、汚泥含有液X中の汚泥をオゾンガスQによって可溶化することで、汚泥含有液Xを、可溶化した汚泥が気泡に付着した泡汚泥A1と、残渣液Zとに分離する(オゾン反応工程、ステップS1)。
また、オゾン反応槽10の下部には、泡汚泥A1に付着しなかった汚泥含有液Xの水分からなる残渣液Zが貯留される。
このようにオゾン反応槽10は、汚泥含有液X中の汚泥をオゾンガスQによって可溶化することで、汚泥含有液Xを、可溶化した汚泥が気泡に付着した泡汚泥A1と、残渣液Zとに分離する(オゾン反応工程、ステップS1)。
このようにして汚泥含有液Xから取り出された泡汚泥A1は、流路3を通じて、オゾン反応槽10の後段に設けられた添加槽20の分離槽21に移送される。
分離槽21は、供給された泡汚泥A1に含まれる気泡を攪拌機24により破砕する(脱泡工程、ステップS2)。こうして分離槽21は、泡汚泥A1の気泡を破砕することで、泡汚泥A1を、泡汚泥A1に含まれていた残留ガスを成分とする排ガスHと、可溶化された汚泥を含む第1汚泥としての汚泥溶液A2とに分離する。
分離槽21は、供給された泡汚泥A1に含まれる気泡を攪拌機24により破砕する(脱泡工程、ステップS2)。こうして分離槽21は、泡汚泥A1の気泡を破砕することで、泡汚泥A1を、泡汚泥A1に含まれていた残留ガスを成分とする排ガスHと、可溶化された汚泥を含む第1汚泥としての汚泥溶液A2とに分離する。
次に分離槽21は、第1貯蔵部25内に貯蔵されている無機系凝集剤である第1凝集剤G1を、汚泥溶液A2に対して添加する。
分離槽21は、第1凝集剤G1を汚泥溶液A2に対して均一に混合させるため、攪拌機24で汚泥溶液A2を撹拌しながら第1凝集剤G1を添加する。第1凝集剤G1が添加された汚泥溶液A2は、分離槽21から引き抜かれ、配管23を通じて混合槽22に移送される。
次に混合槽22は、オゾン反応槽10の下部に貯留されている残渣液Zを、処理水として汚泥溶液A2と混合し、第2汚泥としての混合汚泥溶液Bを生成する。
分離槽21は、第1凝集剤G1を汚泥溶液A2に対して均一に混合させるため、攪拌機24で汚泥溶液A2を撹拌しながら第1凝集剤G1を添加する。第1凝集剤G1が添加された汚泥溶液A2は、分離槽21から引き抜かれ、配管23を通じて混合槽22に移送される。
次に混合槽22は、オゾン反応槽10の下部に貯留されている残渣液Zを、処理水として汚泥溶液A2と混合し、第2汚泥としての混合汚泥溶液Bを生成する。
このように添加槽20の分離槽21と混合槽22は、汚泥溶液A2に対して第1凝集剤G1を添加すると共に残渣液Zを混合することで混合汚泥溶液Bを生成している(第1添加工程、ステップS3)。
このように添加槽20において生成された混合汚泥溶液Bは、流路26を通じて、添加槽20の後段に設けられた第3処理部としての濃縮槽30に移送される。
このように添加槽20において生成された混合汚泥溶液Bは、流路26を通じて、添加槽20の後段に設けられた第3処理部としての濃縮槽30に移送される。
次に、濃縮槽30は、添加槽20から供給された混合汚泥溶液Bに対して、第2貯蔵部35内に貯蔵されている有機系の高分子凝集剤である第2凝集剤G2を添加する(第2添加工程、ステップS4)。第2凝集剤G2によって、混合汚泥溶液B中の汚泥成分は凝集され、第3汚泥としての濃縮汚泥Cと分離液Nとに分離される。分離液Nは、流路32を通じて排水される。
生成された濃縮汚泥Cは、流路31を通じて、混合槽22の後段に設けられた嫌気性消化槽40に移送される。
生成された濃縮汚泥Cは、流路31を通じて、混合槽22の後段に設けられた嫌気性消化槽40に移送される。
次に、嫌気性消化槽40は、供給された濃縮汚泥Cに対して、嫌気性微生物群による嫌気性処理を行う(消化工程、ステップS5)。濃縮汚泥Cは嫌気性微生物によって分解され、メタンガスTが発生する。
なお、上記では、添加槽20が、分離槽21と混合槽22との2つの槽を備えたものを示したが、これに限定するものではない。例えば、添加槽20が1つの槽のみを備え、この1つの槽内で第1凝集剤G1の添加と、残渣液Zの混合を行うものでもよい。この場合、汚泥溶液A2に対して先ず残渣液Zを混合し、その後に第1凝集剤G1を添加してもよいし、あるいは、残渣液Zと第1凝集剤G1とを同時に混合するものでもよい。
次に、図3、4、5を用いて、汚泥含有液X内の汚泥が、本実施の形態の汚泥処理装置100および汚泥処理方法によって効率的に凝集される過程について詳細に説明する。
図3(a)に示す汚泥含有液Xに含まれる汚泥と水は、オゾンガスQにより泡汚泥A1(図3(b))と残渣液Z(図3(c))とに分離される。
図3(a)に示す汚泥含有液Xに含まれる汚泥と水は、オゾンガスQにより泡汚泥A1(図3(b))と残渣液Z(図3(c))とに分離される。
図3(b)に示すように、泡汚泥A1の泡膜に付着した汚泥は、オゾンガスQにより可溶化して微小粒子となっている。
汚泥含有液Xに含まれていた汚泥は、大部分が泡汚泥A1の泡膜に付着するため、残渣液Z内には残らない。こうして汚泥含有液X内の水分が残渣液Zとして分離されるため、泡汚泥A1は高濃度の可溶化汚泥溶液となっている。
汚泥含有液Xに含まれていた汚泥は、大部分が泡汚泥A1の泡膜に付着するため、残渣液Z内には残らない。こうして汚泥含有液X内の水分が残渣液Zとして分離されるため、泡汚泥A1は高濃度の可溶化汚泥溶液となっている。
次に、図3(d)に示すように、泡汚泥A1の気泡が破砕されることで、気泡の泡膜を形成していた汚泥溶液が分離槽21の下部に貯留されて、高濃度の汚泥溶液A2が生成される。
次に、図4(e)に示すように、汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加すると、第1凝集剤G1と汚泥溶液A2の汚泥の粒子とが結合して凝集粒子R1が生成される。
次に、図4(e)に示すように、汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加すると、第1凝集剤G1と汚泥溶液A2の汚泥の粒子とが結合して凝集粒子R1が生成される。
この凝集粒子R1の生成効率は、第1凝集剤G1と汚泥溶液A2の汚泥の粒子との接触確率に依存するが、オゾンガスQを用いて可溶化した汚泥は、粒子径が1ミクロン以下となり微粒子化している。そのため、分子が小さい無機系の第1凝集剤G1を用いることで接触効率を向上させている。
微粒子化した汚泥を凝集させる無機系の第1凝集剤G1として、例えば、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウムなどを用いることができる。
微粒子化した汚泥を凝集させる無機系の第1凝集剤G1として、例えば、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウムなどを用いることができる。
また、一般的に無機系凝集剤は正の電荷を持つため、表面に負の電荷を持った微粒子と電気的に引き合うことで大きな凝集核を形成する。本実施の形態で示すような、オゾンガスQによって微細化した汚泥の粒子は表面に負の電荷を持つため、正の電荷を持つ無機系凝集剤と引き合いやすい。このため、無機系凝集剤を添加するほうが、オゾンガスQによって微粒子化した汚泥を効率的に凝集させることができる。
また、泡汚泥A1の気泡を破砕した状態の汚泥溶液A2に対して第1凝集剤G1を添加するため、泡が残っている状態の汚泥に添加するよりも汚泥の粒子と第1凝集剤G1との接触効率が良い。このように凝集粒子R1の生成効率を向上させることで、第1凝集剤G1の使用量を削減することができる。
次に、図4(f)に示すように、第1凝集剤G1を添加した汚泥溶液A2に、残渣液Zを混合して混合汚泥溶液Bを生成する。汚泥溶液A2が残渣液Zにより加水されることで汚泥溶液A2中の凝集粒子R1間の距離が広がる。
次に、図5(g)に示すように、大きな分子構造を有する有機系の高分子凝集剤である第2凝集剤G2を添加する。高分子凝集剤である第2凝集剤G2は非常に粘性が高いが、残渣液Zで加水して粘度が下げられた混合汚泥溶液Bにおいては均一に分散する。
このように混合汚泥溶液B内において、凝集粒子R1間の距離が広がっており、且つ第2凝集剤G2は均一に分散している。そのため、第2凝集剤G2と凝集粒子R1との結合効率が向上する。こうして、第2凝集剤G2は、凝集粒子R1と効率良く結合してさらに大きな凝集粒子R2を形成する。
このように混合汚泥溶液B内において、凝集粒子R1間の距離が広がっており、且つ第2凝集剤G2は均一に分散している。そのため、第2凝集剤G2と凝集粒子R1との結合効率が向上する。こうして、第2凝集剤G2は、凝集粒子R1と効率良く結合してさらに大きな凝集粒子R2を形成する。
次に、図5(h)、(i)に示すように、混合汚泥溶液Bは、凝集粒子R2により形成された濃縮汚泥Cと、混合汚泥溶液B中の水分である分離液Nとに分離される。こうして、汚泥成分が凝集された濃縮汚泥Cを得る。
このように、第2凝集剤G2は効果的に凝集粒子R2を形成する。これにより分離液N内に残存する、2凝集剤G2により凝集されなかった汚泥(有機物)は微少となり、有機物量が多い濃縮汚泥Cが得られる。
このように、第2凝集剤G2は効果的に凝集粒子R2を形成する。これにより分離液N内に残存する、2凝集剤G2により凝集されなかった汚泥(有機物)は微少となり、有機物量が多い濃縮汚泥Cが得られる。
以下、本実施の形態の汚泥処理装置100および汚泥処理方法を用いることで、濃縮槽30から排出される分離液N中に残存する汚泥(有機物量)が減少、即ち凝集剤による汚泥の回収効率が向上することを検証する実験を行った結果を、図6、図7を用いて説明する。
汚泥の凝集性は、濃縮槽30から排出された分離液N中の有機物濃度(TVS濃度)で評価した。分離液Nに含まれる有機物濃度が低いほど、凝集剤による汚泥(有機物)の回収率が良く、濃縮汚泥Cの有機物量が多い。
汚泥の凝集性は、濃縮槽30から排出された分離液N中の有機物濃度(TVS濃度)で評価した。分離液Nに含まれる有機物濃度が低いほど、凝集剤による汚泥(有機物)の回収率が良く、濃縮汚泥Cの有機物量が多い。
実験には浮遊物質濃度(SS濃度)が5g/Lの汚泥含有液Xを使用し、オゾン吸収量が60mgO3/gSSとなるようオゾンガスQを汚泥含有液Xに注入した
第1凝集剤G1としては、ポリ硫酸第二鉄を用いた。
また第2凝集剤としては、ハイモ株式会社のカチオン性粉末状の高分子凝集剤MP-184を用いた。この高分子凝集剤MP-184を水に溶かして0.3wt%溶液を作製し、濃縮槽30における汚泥の濃縮を行った。
また濃縮槽30における第2添加工程においては、凝集した汚泥を濃縮するため、75ミクロンのメッシュでろ過することで濃縮汚泥Cと分離液Nとに分けた。
第1凝集剤G1としては、ポリ硫酸第二鉄を用いた。
また第2凝集剤としては、ハイモ株式会社のカチオン性粉末状の高分子凝集剤MP-184を用いた。この高分子凝集剤MP-184を水に溶かして0.3wt%溶液を作製し、濃縮槽30における汚泥の濃縮を行った。
また濃縮槽30における第2添加工程においては、凝集した汚泥を濃縮するため、75ミクロンのメッシュでろ過することで濃縮汚泥Cと分離液Nとに分けた。
図6において、各条件番号ごとの、凝集処理条件、第1凝集剤G1および第2凝集剤G2の添加濃度を示す。
また図7において、各条件番号ごとの、濃縮槽30から排出された分離液N中の有機物濃度(TVS濃度)を示す。
また図7において、各条件番号ごとの、濃縮槽30から排出された分離液N中の有機物濃度(TVS濃度)を示す。
条件番号1の凝集処理条件は従来技術に相当するものであり、汚泥含有液Xを、第2凝集剤である高分子凝集剤のみを用いて濃縮した場合である。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.6g/Lであった。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.6g/Lであった。
条件番号2の凝集処理条件は従来技術に相当するものであり、オゾンガスQにて可溶化した汚泥と、残渣液とを混合させた混合汚泥を、第2凝集剤である高分子凝集剤のみを用いて濃縮した場合である。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、可溶化汚泥が混入したため約2.7g/Lに上昇した。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、可溶化汚泥が混入したため約2.7g/Lに上昇した。
条件番号3の凝集処理条件は、本実施の形態の汚泥処理装置100および汚泥処理方法に相当するものであり、オゾンガスQにて可溶化した汚泥と、残渣液Zとを混合した混合汚泥に対して、第1凝集剤G1と第2凝集剤G2とを添加して濃縮した場合である。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は約1.2g/L強に低下しており、凝集番号1、2の条件と比較して凝集性が向上している。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は約1.2g/L強に低下しており、凝集番号1、2の条件と比較して凝集性が向上している。
条件番号4の凝集処理条件は、本実施の形態の汚泥処理装置100および汚泥処理方法に相当するものであり、オゾンガスQにて可溶化した汚泥に第1凝集剤G1を添加した後に残渣液Zを混合した混合汚泥に対して、第2凝集剤G2を添加して濃縮した場合である。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.2g/Lに低下しており、条件番号3の条件と比較して凝集性が向上している。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.2g/Lに低下しており、条件番号3の条件と比較して凝集性が向上している。
条件番号5の凝集処理条件は、上記条件番号4と同様の処理方法を用い、第1凝集剤G1の添加量のみを増量した場合である。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.1g/Lに低下しており、条件番号4に比較して凝集性が向上している。
図7に示すように、分離液NのTVS濃度は、約1.1g/Lに低下しており、条件番号4に比較して凝集性が向上している。
この実験結果から、オゾンガスQにて可溶化した汚泥溶液A2に、無機系の第1凝集剤G1を添加すると共に残渣液Zを混合し、さらに有機系高分子の第2凝集剤G2を添加することで、分離液N内の有機物濃度は減少し、凝集剤を効率的に利用できることが分かった。
また、条件番号3と条件番号4との比較結果から、第1凝集剤G1を添加した後に、残渣液Zを混合する条件番号4の方が、分離液N内の有機物濃度が減少することが分かる。
これは、第1凝集剤G1と可溶化汚泥の微小粒子が結合した凝集粒子R1は、その後に残渣液Zと混合されても凝集状態を保つからである。
また、条件番号3と条件番号4との比較結果から、第1凝集剤G1を添加した後に、残渣液Zを混合する条件番号4の方が、分離液N内の有機物濃度が減少することが分かる。
これは、第1凝集剤G1と可溶化汚泥の微小粒子が結合した凝集粒子R1は、その後に残渣液Zと混合されても凝集状態を保つからである。
上記のように構成された本実施の形態の汚泥処理装置100、汚泥処理方法によると、オゾン反応工程S1において汚泥含有液XをオゾンガスQにて可溶化して泡汚泥A1(汚泥溶液A2)を生成する。このように汚泥を可溶化することで、後の嫌気性処理における促進効果を得ることができ、メタンガスTの生成量を増加させることができる。
また、オゾン反応槽10の前段において汚泥の凝集を行わず、オゾン反応槽10の後段において汚泥の凝集を行う。そのため、オゾン反応槽10内の汚泥含有液Xは流動性を有するため、オゾンガスQと汚泥含有液Xとの接触効率がよい。これによりオゾンガスQの使用量を低減することができる。
また、オゾン反応槽10の前段において汚泥の凝集を行わず、オゾン反応槽10の後段において汚泥の凝集を行う。そのため、オゾン反応槽10内の汚泥含有液Xは流動性を有するため、オゾンガスQと汚泥含有液Xとの接触効率がよい。これによりオゾンガスQの使用量を低減することができる。
また、第1添加工程において、オゾンガスQにより微粒子化した泡汚泥A1(汚泥溶液A2)に対して分子が小さい第1凝集剤G1(本実施の形態では無機系凝集剤)を添加して凝集している。これにより、微粒子化した汚泥を効果的に凝集させることができる。
また、この第1添加工程において、泡汚泥A1(汚泥溶液A2)に対して残渣液Zを混合して混合汚泥溶液Bを生成している。このように残渣液Zを加水することで、後に添加される第2凝集剤G2の凝集効率を向上させることができる。
また、この第1添加工程において、泡汚泥A1(汚泥溶液A2)に対して残渣液Zを混合して混合汚泥溶液Bを生成している。このように残渣液Zを加水することで、後に添加される第2凝集剤G2の凝集効率を向上させることができる。
また、添加槽20は、第1凝集剤G1を添加する分離槽21と、その後段に残渣液Zが加水される混合槽22とを備えており、第1凝集剤G1が添加された汚泥溶液A2に対して残渣液Zを混合している。第1凝集剤G1と可溶化汚泥の微小粒子が結合した凝集粒子R1は、その後に残渣液Zと混合されても凝集状態を保つため、有機物量が多い凝集汚泥を得ることができる。
また、オゾン反応槽10から供給される泡汚泥A1の気泡を破砕することで、泡汚泥A1を排ガスHと汚泥溶液A2とに分離している。そして脱泡された状態の汚泥溶液A2に対して第1凝集剤G1を添加している。そのため、汚泥溶液A2と第1凝集剤G1との接触効率が良く、第1凝集剤G1の添加量を低減することができる。
また、混合槽22は、汚泥溶液A2に加水する処理水として、オゾン反応槽10内に貯留された残渣液Zを用いている。このように残渣液Zを利用することで、別途処理水を用意する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
また、濃縮槽30は、残渣液Zが加水されて生成された混合汚泥溶液Bに対して、第2凝集剤G2(本実施の形態では有機系の高分子凝集剤)を添加する。これにより、第2凝集剤G2の凝集効率を向上させることができ、有機物量が多い濃縮汚泥Cを生成することができる。このように濃縮汚泥C中の有機物量が多いため、嫌気性消化槽40におけるメタンガスの発生量を増加させることができ、より大きな熱エネルギ、電気エネルギを取得することができる。
なお、第1凝集剤G1として無機系の凝集剤を用いる例を示したが、ポリマを主成分とする高分子凝集剤を使用してもよい。
また、混合槽22は、オゾン反応槽10の下部に貯留されている残渣液Zを、処理水として汚泥溶液A2と混合したが、水道水などを残渣液Zとして用いてもよい。
また、オゾン反応槽10と添加槽20とを備えたものを汚泥処理装置100として示したが、これらオゾン反応槽10と添加槽20に濃縮槽30を加えたものを汚泥処理装置としてもよいし、さらに嫌気性消化槽40を加えたものを汚泥処理装置としてもよい。
また、混合槽22は、オゾン反応槽10の下部に貯留されている残渣液Zを、処理水として汚泥溶液A2と混合したが、水道水などを残渣液Zとして用いてもよい。
また、オゾン反応槽10と添加槽20とを備えたものを汚泥処理装置100として示したが、これらオゾン反応槽10と添加槽20に濃縮槽30を加えたものを汚泥処理装置としてもよいし、さらに嫌気性消化槽40を加えたものを汚泥処理装置としてもよい。
なお、可溶化した汚泥に対してオゾンガスQを添加し続けると、さらに低分子化が進み有機酸まで分解する。このように分子レベルまで分解した可溶化汚泥は凝集剤で凝集させることが困難になる。凝集剤によって凝集できる可溶化汚泥の微粒子サイズは1ミクロンからサブミクロンの範囲である。このレベルまで可溶化を保つためには汚泥に吸収させるオゾンガスQの量を制御する必要がある。オゾン反応槽10で泡に付着した汚泥が吸収するオゾンガスQの量は汚泥のSS濃度1g/Lに対して30mgから150mgの範囲であり、最適には50mgから100mgの範囲である。
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態2による汚泥処理装置200を示す概略構成図である。
実施の形態1では、無機系凝集剤である第1凝集剤G1を貯蔵する第1貯蔵部25が、分離槽21に接続されていた。本実施の形態では、第1貯蔵部25が、分離槽21と混合槽22とを接続する配管23に接続されている。
また、実施の形態1では、分離槽21は、脱泡部としての攪拌機24を備えていたが、本実施の形態では、脱泡部としての消泡剤添加槽224を備える。
以下、本発明の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態2による汚泥処理装置200を示す概略構成図である。
実施の形態1では、無機系凝集剤である第1凝集剤G1を貯蔵する第1貯蔵部25が、分離槽21に接続されていた。本実施の形態では、第1貯蔵部25が、分離槽21と混合槽22とを接続する配管23に接続されている。
また、実施の形態1では、分離槽21は、脱泡部としての攪拌機24を備えていたが、本実施の形態では、脱泡部としての消泡剤添加槽224を備える。
本実施の形態の分離槽21は、脱泡工程において、消泡剤添加槽224により消泡剤を泡汚泥A1に添加して泡汚泥A1に含まれる気泡を破砕し、汚泥溶液A2を生成する。
そして、本実施の形態の第1添加工程では、第1凝集剤G1が、配管23内を流れている汚泥溶液A2に添加される。このように流れている状態の汚泥溶液A2に第1凝集剤G1が添加されるので、汚泥溶液A2に効率良く第1凝集剤G1を混合することができる。
そして、本実施の形態の第1添加工程では、第1凝集剤G1が、配管23内を流れている汚泥溶液A2に添加される。このように流れている状態の汚泥溶液A2に第1凝集剤G1が添加されるので、汚泥溶液A2に効率良く第1凝集剤G1を混合することができる。
上記のように構成された本実施の形態の汚泥処理装置200、汚泥処理方法によると、上記実施の形態1と同様の効果を奏し、オゾンガスQの使用量を少なくして、凝集された汚泥中の有機物量を多くすることができる。
また、配管23内を流れている汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加するので、効率良く第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合させることができる。そのため、分離槽21において第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合する攪拌機24が不要となり装置コストが安価になる。
また、配管23内を流れている汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加するので、効率良く第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合させることができる。そのため、分離槽21において第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合する攪拌機24が不要となり装置コストが安価になる。
実施の形態3.
以下、本発明の実施の形態3を、上記実施の形態2と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図9は、本発明の実施の形態3による汚泥処理装置300を示す概略構成図である。
本実施の形態では、配管23が、配管23内で汚泥溶液A2と第1凝集剤G1とを混合するための混合器326を備えている。そして、第1貯蔵部25が、この混合器326を介して配管23に接続されている。
以下、本発明の実施の形態3を、上記実施の形態2と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図9は、本発明の実施の形態3による汚泥処理装置300を示す概略構成図である。
本実施の形態では、配管23が、配管23内で汚泥溶液A2と第1凝集剤G1とを混合するための混合器326を備えている。そして、第1貯蔵部25が、この混合器326を介して配管23に接続されている。
混合器326としては、エジェクタ、スタティックミキサなどが使用できる。
エジェクタは流路に絞り部を設け、液体の圧力を加圧、減圧させる構造となっている。液体の圧力が急激に変動する流路に別の液体または気体を注入すると、注入された液体または気体が急激な圧力変動によってエジェクタを流れていた液体と混合される。
スタティックミキサは、流路を分割または混合させる板が設置されており、これらの板によって撹拌効果が生じる。
エジェクタは流路に絞り部を設け、液体の圧力を加圧、減圧させる構造となっている。液体の圧力が急激に変動する流路に別の液体または気体を注入すると、注入された液体または気体が急激な圧力変動によってエジェクタを流れていた液体と混合される。
スタティックミキサは、流路を分割または混合させる板が設置されており、これらの板によって撹拌効果が生じる。
上記のように構成された本実施の形態の汚泥処理装置300、汚泥処理方法によると、上記実施の形態2と同様の効果を奏し、オゾンガスQの使用量を少なくして、凝集された汚泥中の有機物量を多くすることができる。
また、配管23内を流れている汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加するので、効率良く第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合させることができる。
なお、エジェクタやスタティックミキサを用いると、混合に撹拌機などの動力が不要となるため、コストの低減を図ることができる。
また、配管23内を流れている汚泥溶液A2に第1凝集剤G1を添加するので、効率良く第1凝集剤G1と汚泥溶液A2とを混合させることができる。
なお、エジェクタやスタティックミキサを用いると、混合に撹拌機などの動力が不要となるため、コストの低減を図ることができる。
実施の形態4.
以下、本発明の実施の形態4を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図10は、本発明の実施の形態4による汚泥処理装置400を示す概略構成図である。
汚泥処理装置400の前段において設けられる、好気性微生物群による好気性処理を行う好気性処理部50を、汚泥処理装置400と共に図示している。
以下、本発明の実施の形態4を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図10は、本発明の実施の形態4による汚泥処理装置400を示す概略構成図である。
汚泥処理装置400の前段において設けられる、好気性微生物群による好気性処理を行う好気性処理部50を、汚泥処理装置400と共に図示している。
好気性処理部50は、下水などの廃液を貯留し、廃液中の固形物を沈殿させる最初沈殿槽51と、固形物が除去された廃液に対して好気性処理を行う処理槽としての好気性消化槽52と、好気性消化槽52において生成された余剰汚泥を含む汚泥含有液Xを貯留する最終沈殿槽53とを備える。
最終沈殿槽53で生じた余剰汚泥を含む汚泥含有液Xは、実施の形態1と同様にオゾン反応槽10に供給されている。さらにこの汚泥含有液Xまたは最初沈殿槽51で生じた初沈汚泥である汚泥含有液Pは、貯留槽54を介して混合槽22に供給されている。
こうして、混合槽22は、汚泥含有液XをオゾンガスQにて可溶化した汚泥溶液A2と、可溶化していない状態の汚泥含有液X、Pとを、混合槽22において同時に凝集する構成となっている。
最終沈殿槽53で生じた余剰汚泥を含む汚泥含有液Xは、実施の形態1と同様にオゾン反応槽10に供給されている。さらにこの汚泥含有液Xまたは最初沈殿槽51で生じた初沈汚泥である汚泥含有液Pは、貯留槽54を介して混合槽22に供給されている。
こうして、混合槽22は、汚泥含有液XをオゾンガスQにて可溶化した汚泥溶液A2と、可溶化していない状態の汚泥含有液X、Pとを、混合槽22において同時に凝集する構成となっている。
嫌気性消化が必要な汚泥含有液Xが大量にある場合には、好気性処理部50から供給される全ての汚泥含有液Xに対してオゾンガスQによる可溶化処理を行うと、長い処理時間を要し、処理コストが増大する恐れがある。そのような場合に本実施の形態の汚泥処理装置400を適用すると、好気性処理部50から供給される汚泥含有液Xの内、嫌気性消化槽40において所望量のメタンガスが取得可能な量の汚泥含有液Xをオゾン反応槽10に供給して可溶化処理を行い、残りの汚泥含有液Xには可溶化処理を行わないようにすることができる。こうして、処理時間の短縮と処理コストの低減を図ることが可能になる。
実施の形態5.
以下、本発明の実施の形態5を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図11は、本発明の実施の形態5による汚泥処理装置500を示す概略構成図である。
図12は、本発明の実施の形態5による汚泥処理装置500を、オゾン反応槽10および添加槽20によるオゾン反応系、濃縮槽30による濃縮系、嫌気性消化槽40による嫌気性消化系、脱水機60による脱水系、のブロック図で示し、更に各処理系における汚泥の処理量を示したものである。
本実施の形態では、実施の形態1に示した嫌気性消化槽40の後段に、第4処理部としての脱水機60が設けられている。
以下、本発明の実施の形態5を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図11は、本発明の実施の形態5による汚泥処理装置500を示す概略構成図である。
図12は、本発明の実施の形態5による汚泥処理装置500を、オゾン反応槽10および添加槽20によるオゾン反応系、濃縮槽30による濃縮系、嫌気性消化槽40による嫌気性消化系、脱水機60による脱水系、のブロック図で示し、更に各処理系における汚泥の処理量を示したものである。
本実施の形態では、実施の形態1に示した嫌気性消化槽40の後段に、第4処理部としての脱水機60が設けられている。
本実施の形態の汚泥処理装置500は、オゾン反応槽10と、添加槽20と、濃縮槽30と、嫌気性消化槽40と、消化汚泥配管としての消化汚泥引抜配管61と、消化汚泥配管としての消化汚泥返送配管62とを備える。
消化汚泥引抜配管61は、嫌気性消化槽40における嫌気性処理において生じた消化汚泥Yを、嫌気性消化槽40から引き抜くためのものである。消化汚泥引抜配管61の一端は嫌気性消化槽40に接続され、他端は脱水機60に接続されている。消化汚泥引抜配管61の途中には、消化汚泥引抜配管61内を流れる消化汚泥Yを分岐させる消化汚泥返送配管62の一端が接続されている。この消化汚泥返送配管62の他端は、オゾン反応槽10に接続されている。また、消化汚泥返送配管62の途中には、消化汚泥返送配管62内の消化汚泥Yをオゾン反応槽10まで移送するための消化汚泥ポンプ63が設置されている。
このように構成された汚泥処理装置500において、実施の形態1に示した処理と同様の処理を経て、嫌気性消化槽40には濃縮汚泥Cが供給される。そしてこの濃縮汚泥Cに対して嫌気性処理が行われると、嫌気性消化槽40内には、濃縮汚泥Cの消化物と、嫌気性微生物を含む液体とからなる消化汚泥Yが生じる。これにより嫌気性消化槽40内に貯留されている消化汚泥Yの液量が増加する。
嫌気性消化槽40の容積を考慮した上で嫌気性処理を効率的に行うために、嫌気性消化槽40内に貯留される消化汚泥Yの液量を一定に保つ必要がある。そのため、濃縮槽30から嫌気性消化槽40に投入した濃縮汚泥Cと等量の消化汚泥Yを、嫌気性消化槽40から引抜く必要がある。よって、嫌気性消化槽40に投入された濃縮汚泥Cと等量の消化汚泥Yが、嫌気性消化槽40から消化汚泥引抜配管61によって引き抜かれる。引き抜かれた消化汚泥Yの一部は、返送消化汚泥YAとして消化汚泥返送配管62によりオゾン反応槽10に返送される。引き抜かれた残りの消化汚泥Yは、消化汚泥引抜配管61により脱水機60に供給される。
脱水機60に供給された消化汚泥Yは、脱水処理が行われた後に焼却処分される。
また、オゾン反応槽10に返送された返送消化汚泥YAは、以下に説明するようにオゾンガスQにより有機成分が溶解される。
また、オゾン反応槽10に返送された返送消化汚泥YAは、以下に説明するようにオゾンガスQにより有機成分が溶解される。
オゾン反応槽10は、汚泥含有液Xと、返送された返送消化汚泥YAとに対して、オゾンガスQを注入する。注入されたオゾンガスQは、汚泥含有液Xに含まれる有機成分と、返送消化汚泥YAに含まれる有機成分とを溶解させる。
嫌気性消化槽40から引き抜かれた返送消化汚泥YAには、嫌気性微生物によって分解されて微細化された有機物と、この微細化された有機物より粒子の大きい有機物とが含まれる。返送消化汚泥YAに含まれる粒子が大きい方の有機物は、汚泥含有液X内に含まれる有機物と共にオゾンガスQによって溶解された後に、生成された第1汚泥としての泡汚泥A1に付着して更に溶解される。
嫌気性消化槽40から引き抜かれた返送消化汚泥YAには、嫌気性微生物によって分解されて微細化された有機物と、この微細化された有機物より粒子の大きい有機物とが含まれる。返送消化汚泥YAに含まれる粒子が大きい方の有機物は、汚泥含有液X内に含まれる有機物と共にオゾンガスQによって溶解された後に、生成された第1汚泥としての泡汚泥A1に付着して更に溶解される。
こうして、汚泥含有液Xに含まれる有機物と、返送消化汚泥YAに含まれる粒子が大きい有機物は、泡汚泥A1に付着して溶解されながら、添加槽20の分離槽21に移送される。
実施の形態1と同様に、分離槽21は、泡汚泥A1の気泡を破砕して、泡汚泥A1を排ガスHと、可溶化された第1汚泥としての汚泥溶液A2とに分離する。そして分離槽21は、第1凝集剤G1を、汚泥溶液A2に対して添加する。
実施の形態1と同様に、分離槽21は、泡汚泥A1の気泡を破砕して、泡汚泥A1を排ガスHと、可溶化された第1汚泥としての汚泥溶液A2とに分離する。そして分離槽21は、第1凝集剤G1を、汚泥溶液A2に対して添加する。
一方、返送消化汚泥YAに含まれる粒子が微細な方の有機物は、オゾンガスQの注入によって溶解された後は微細であるために泡汚泥A1には付着せず、返送汚泥YBとして残渣液Z内に混入する。返送汚泥YBを含有する残渣液Zは、添加槽20の混合槽22に供給される。そして混合槽22は、この返送汚泥YBが含有された残渣液Zに対して第1凝集剤G1を添加する。そして混合槽22は、返送汚泥YBが含有された残渣液Zを処理水として、分離槽21から供給される汚泥溶液A2と混合して、第2汚泥としての混合汚泥溶液Bを生成する。
濃縮槽30は、実施の形態1と同様に、添加槽20から供給された混合汚泥溶液Bに対して、有機系の高分子凝集剤である第2凝集剤G2を添加する。そして混合汚泥溶液Bは、汚泥成分が凝集された第3汚泥としての濃縮汚泥Cと、分離液Nとに分離される。
こうして、返送消化汚泥YAに含まれる粒子が大きい有機物および粒子が微細な有機物は、共に添加槽20において第1凝集剤G1により凝集されて、濃縮槽30において濃縮汚泥Cに混入する。
生成された濃縮汚泥Cは、嫌気性消化槽40に移送されて、嫌気性微生物群による嫌気性処理が行われる。嫌気性処理により新たに生じた消化汚泥Yは、一部がオゾン反応槽10に返送され、残りは脱水機60に供給される。
こうして、返送消化汚泥YAに含まれる粒子が大きい有機物および粒子が微細な有機物は、共に添加槽20において第1凝集剤G1により凝集されて、濃縮槽30において濃縮汚泥Cに混入する。
生成された濃縮汚泥Cは、嫌気性消化槽40に移送されて、嫌気性微生物群による嫌気性処理が行われる。嫌気性処理により新たに生じた消化汚泥Yは、一部がオゾン反応槽10に返送され、残りは脱水機60に供給される。
なお、オゾン反応槽10に返送された返送消化汚泥YAは、濃縮槽30で濃縮汚泥Cと分離液Nに分離されるため、固形物濃度は消化汚泥Yよりも濃縮汚泥Cの方が高くなる。嫌気性消化槽40における消化汚泥Yの固形物濃度は、15g/Lから25g/Lの範囲である。これに対し、濃縮槽30から得られる濃縮汚泥Cの固形物濃度は30g/Lから60g/Lの範囲である。
以下、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量について、消化汚泥Yをオゾン反応槽10に返送する場合と、返送しない場合とを図12を用いて説明する。
図12において、オゾン反応系に返送する返送消化汚泥YAの液量をV1、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量をV2、汚泥含有液Xの液量を液量X1とする。
また、濃縮系において分離される汚泥含有液Xの分離液量をNX、返送消化汚泥YAの分離液量をNVとする。
また、濃縮系において汚泥含有液Xが濃縮された後に得られる濃縮汚泥量をCX、返送消化汚泥YAの濃縮汚泥量をCVとする。
図12において、オゾン反応系に返送する返送消化汚泥YAの液量をV1、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量をV2、汚泥含有液Xの液量を液量X1とする。
また、濃縮系において分離される汚泥含有液Xの分離液量をNX、返送消化汚泥YAの分離液量をNVとする。
また、濃縮系において汚泥含有液Xが濃縮された後に得られる濃縮汚泥量をCX、返送消化汚泥YAの濃縮汚泥量をCVとする。
前述したように、嫌気性消化槽40内に貯留される消化汚泥Yの液量を一定に保つため、嫌気性消化槽40に投入した濃縮汚泥Cと等量の消化汚泥Yが、嫌気性消化槽40から引抜かれる。
消化汚泥Yをオゾン反応槽10に返送しない場合(V1=0、CV=0)では、嫌気性消化槽40に投入される濃縮汚泥量は、汚泥含有液Xの濃縮汚泥量CXとなる。そのため、嫌気性消化槽40から引き抜かれる消化汚泥Yの液量はCXとなり、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2はCXと等しくなる。
V2=CX (式1、消化汚泥Yを返送しない場合)
V2=CX (式1、消化汚泥Yを返送しない場合)
一方、消化汚泥Yをオゾン反応槽10に返送する場合では、嫌気性消化槽40に投入される濃縮汚泥量はCV+CXとなる。そのため、嫌気性消化槽40から引き抜かれる消化汚泥Yの液量は、CV+CXとなる。
よって、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2は、CV+CX-V1となる。
V2=CV+CX-V1 (式2、消化汚泥Yを返送する場合)
よって、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2は、CV+CX-V1となる。
V2=CV+CX-V1 (式2、消化汚泥Yを返送する場合)
ここで、濃縮系では、返送消化汚泥YAの液量V1が、分離液量NVと濃縮汚泥量CVとに分離されることから、V1=CV+NV (式3)となる。
この式2、式3から、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2は以下のようになる。
V2=CX-NV(式2A、消化汚泥Yを返送する場合)
V1を増加させるとNVも増加し、それにともなってV2が減少する。
但し、CX>NV
V2=CX-NV(式2A、消化汚泥Yを返送する場合)
V1を増加させるとNVも増加し、それにともなってV2が減少する。
但し、CX>NV
上記式1と式2Aとから、嫌気性消化槽40における消化汚泥Yをオゾン反応槽10に返送することで、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量V2が減ることが分かる。
なお、上記条件、CX>NVを満足するような、NV、CXの量を予め決定する必要がある。即ち、濃縮系における濃縮率を予め考慮し、濃縮系における返送消化汚泥YAの分離液量NVよりも、汚泥含有液Xが濃縮された後に得られる濃縮汚泥量CXが大きくなるようにする。
以下、濃縮系における圧縮率が2倍の場合における、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2について説明する。
図13は、本実施の形態5による汚泥処理装置500における返送消化汚泥YAの液量V1と、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2との関係を示す図である。
返送消化汚泥YAの液量V1が、濃縮系で2倍に濃縮され、分離液量NVと濃縮汚泥量CVとが等しくなった場合である。
図13は、本実施の形態5による汚泥処理装置500における返送消化汚泥YAの液量V1と、脱水機60で処理する消化汚泥Yの液量V2との関係を示す図である。
返送消化汚泥YAの液量V1が、濃縮系で2倍に濃縮され、分離液量NVと濃縮汚泥量CVとが等しくなった場合である。
返送消化汚泥YAの分離液量NVと返送消化汚泥YAの濃縮汚泥量CVが等しいことから、返送消化汚泥YAの液量V1はV1=2×NV (式4)となる。
上記式2Aと式4とから、脱水機60に投入される液量V2は、
V2=-V1/2+CX (式2B)となる。
上記式2Aと式4とから、脱水機60に投入される液量V2は、
V2=-V1/2+CX (式2B)となる。
上記式2Bにおいて、V1=0の時、V2=CXとなる。
返送消化汚泥YAの液量V1を濃縮汚泥量CXと同じにすると、V2はV2=CX/2となり、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量V1は半分になる。
返送消化汚泥YAの液量V1を濃縮汚泥量CXと同じにすると、V2はV2=CX/2となり、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量V1は半分になる。
上記のように構成された本実施の形態の汚泥処理装置500、汚泥処理方法によると、嫌気性消化槽40において生じる消化汚泥Yを、返送消化汚泥YAとしてオゾン反応槽10に返送することで、返送消化汚泥YAは、オゾン反応槽10の後段に設けられた濃縮槽30における圧縮処理を得ることになる。
これにより、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量V2を減らすことができる。そのため、脱水機60を小型化して、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
これにより、脱水機60に投入される消化汚泥Yの液量V2を減らすことができる。そのため、脱水機60を小型化して、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
更に、汚泥含有液Xに含まれる有機物に加えて、返送消化汚泥YAに含まれる有機物についてもオゾンガスQで可溶化させた上で嫌気性処理を行う。これにより嫌気性処理においてメタンガスTの生成量を増加させることができる。
更に、消化汚泥Yに含まれる微細な有機物は、オゾンガスQによって溶解された後に返送汚泥YBとして残渣液Zに含有される。そしてこの返送汚泥YBが含有された残渣液Zに第1凝集剤G1を添加することで、微細な有機物を凝集させて、有機物量が多い濃縮汚泥Cを得ることができる。
更に、消化汚泥Yに含まれる微細な有機物は、オゾンガスQによって溶解された後に返送汚泥YBとして残渣液Zに含有される。そしてこの返送汚泥YBが含有された残渣液Zに第1凝集剤G1を添加することで、微細な有機物を凝集させて、有機物量が多い濃縮汚泥Cを得ることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Claims (20)
- 汚泥含有液が供給され、前記汚泥含有液にオゾンガスを注入して第1汚泥を生成する第1処理部と、
前記第1処理部の後段に設けられ、前記第1処理部から供給される前記第1汚泥に対して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第2処理部とを備えた汚泥処理装置。 - 前記第1凝集剤は、無機系凝集剤である、
請求項1に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2処理部は、
前記第1処理部から前記第1汚泥が供給される第1槽と、
前記第1槽の後段に設けられ、前記第1槽から供給される前記第1汚泥に対して前記処理水を混合する第2槽とを備えた、
請求項1または請求項2に記載の汚泥処理装置。 - 前記第1槽は、前記第1汚泥に含まれる気泡を破砕する脱泡部を備えた、
請求項3に記載の汚泥処理装置。 - 前記第1凝集剤を貯蔵する第1貯蔵部を備え、
前記第1貯蔵部は、前記第1槽に接続されて、前記第1槽内の前記第1汚泥に対して前記第1凝集剤を添加する、
請求項3または請求項4に記載の汚泥処理装置。 - 前記第1凝集剤を貯蔵する第1貯蔵部と、
前記第1槽と前記第2槽とを接続する配管とを備え、
前記第1貯蔵部は、前記配管に接続されて、前記配管内の前記第1汚泥に対して前記第1凝集剤を添加する、
請求項3または請求項4に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2処理部は、前記第1処理部内に貯留された残渣液を前記処理水として前記第1汚泥と混合する、
請求項1または請求項2に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2槽は、前記第1処理部内に貯留された残渣液を前記処理水として前記第1汚泥と混合する、
請求項3または請求項4に記載の汚泥処理装置。 - 前記配管は、前記配管内で前記第1汚泥と前記第1凝集剤とを混合する混合器を備えた、
請求項6に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2処理部の後段に設けられ、前記第2処理部から供給される前記第2汚泥に対して第2凝集剤を添加して第3汚泥を生成する第3処理部を備えた、
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2凝集剤は、有機系の高分子凝集剤である、
請求項10に記載の汚泥処理装置。 - 前記第3処理部の後段に設けられ、前記第3処理部から供給される前記第3汚泥に対して、嫌気性微生物群による嫌気性処理を行い、メタンガスを発生させる嫌気性消化槽を備えた、
請求項10または請求項11に記載の汚泥処理装置。 - 前記嫌気性消化槽における前記嫌気性処理により生じた消化汚泥を、前記嫌気性消化槽の後段に設けられた第4処理部に供給すると共に、返送消化汚泥として前記第1処理部に返送する消化汚泥配管を備え、
前記第1処理部は、前記オゾンガスを、前記汚泥含有液と前記返送消化汚泥とに注入して前記第1汚泥と、前記第1処理部内に貯留された残渣液に含有される返送汚泥とを生成する、
請求項12に記載の汚泥処理装置。 - 前記第2処理部は、
前記第1凝集剤を、前記第1処理部から供給される前記第1汚泥と、前記返送汚泥が含有された残渣液とに対して添加すると共に、前記返送汚泥が含有された前記残渣液を前記処理水として前記第1汚泥と混合して前記第2汚泥を生成する、
請求項13に記載の汚泥処理装置。 - 前記汚泥含有液を生成する好気性処理部を備え、
前記好気性処理部は、前記第1処理部と前記第2槽とに、前記汚泥含有液を供給する、
請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の汚泥処理装置。 - 汚泥含有液に対してオゾンガスを注入して発泡させることにより、前記汚泥含有液を泡状の第1汚泥と残渣液とに分離するオゾン反応工程と、
分離された前記第1汚泥を取り出して第1凝集剤を添加すると共に前記第1汚泥と処理水とを混合して、第2汚泥を生成する第1添加工程とを備えた汚泥処理方法。 - 前記第1添加工程は、前記第1凝集剤として無機系凝集剤を添加する、
請求項16に記載の汚泥処理方法。 - 泡状の前記第1汚泥を破砕して脱泡する脱泡工程を備え、
前記第1添加工程は、脱泡された前記第1汚泥に対して前記第1凝集剤を添加する、
請求項16または請求項17に記載の汚泥処理方法。 - 前記第2汚泥に第2凝集剤を添加する第2添加工程を備えた、
請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の汚泥処理方法。 - 前記第1添加工程は、前記残渣液を前記処理水として前記第1汚泥と混合する、
請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の汚泥処理方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Ref document number: 2017555607 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17810202 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17810202 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |