WO2024100831A1 - 可溶化装置及び可溶化方法 - Google Patents

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WO2024100831A1
WO2024100831A1 PCT/JP2022/041858 JP2022041858W WO2024100831A1 WO 2024100831 A1 WO2024100831 A1 WO 2024100831A1 JP 2022041858 W JP2022041858 W JP 2022041858W WO 2024100831 A1 WO2024100831 A1 WO 2024100831A1
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ozone
pressure
reaction tank
excess sludge
organic solution
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洋志 黒木
恭平 明田川
典亮 勝又
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a solubilization device and a solubilization method that decomposes organic matter contained in an organic solution by injecting ozone gas.
  • the activated sludge method using microorganisms has been used as an efficient method of sewage treatment.
  • This method removes organic matter from sewage by utilizing the action of a collection of microorganisms called activated sludge, which decomposes organic matter under aerobic conditions. After the organic matter has been removed, the sewage is discharged into rivers or the sea as treated water.
  • the amount of activated sludge used in sewage treatment increases. If the amount of activated sludge increases, it can become mixed into the treated water, so the proliferated activated sludge must be removed from the water treatment facility. This removed activated sludge is called excess sludge. Excess sludge is disposed of by dehydrating it and then incinerating it, but if the excess sludge is directly dehydrated, a large amount of sludge is incinerated. Therefore, anaerobic digestion is used to reduce the volume of excess sludge and the amount of sludge to be incinerated.
  • anaerobic microorganisms are used.
  • excess sludge is put into an anaerobic digestion tank that stores anaerobic microorganisms
  • the anaerobic microorganisms break down the organic matter in the excess sludge into water, methane gas, and carbon dioxide. This action reduces the volume of excess sludge.
  • the amount of excess sludge to be dehydrated and incinerated can be reduced.
  • Patent Document 1 discloses a method of injecting fine ozone bubbles into excess sludge using an ejector.
  • the present disclosure has been made to solve the problems described above, and aims to provide a solubilization device and a solubilization method that suppresses a decrease in the efficiency of solubilizing an organic solution.
  • the solubilization device includes a reaction tank that stores and reacts an organic solution with ozone gas, an ozone generator that generates ozone gas, an ozone injection device that injects ozone bubbles produced by aerating ozone gas into the organic solution, a circulation pipe that circulates the organic solution between the reaction tank and the ozone injection device, a circulation pump that is provided in the circulation pipe and circulates the organic solution between the reaction tank and the ozone injection device, and a pressure reducing device that reduces the pressure inside the reaction tank.
  • the solubilization method according to the present disclosure also includes the steps of storing an organic solution in a reaction tank, generating ozone gas, circulating the organic solution between the reaction tank and an ozone injection device that injects ozone bubbles produced by bubbling ozone gas into the organic solution flowing through the circulation pipe, injecting ozone bubbles into the organic solution flowing through the circulation pipe, and reducing the pressure inside the reaction tank.
  • the inside of the reaction tank is depressurized.
  • the fine bubbles taken in the organic solution expand as the inside of the reaction tank is depressurized.
  • the expanded bubbles escape from the organic solution to the gas phase in the reaction tank, so the number of fine bubbles from the organic solution decreases.
  • the expansion of the fine bubbles promotes bonding between the bubbles, so that the fine bubbles are more likely to escape to the gas phase in the reaction tank.
  • the fine bubbles escape from the organic solution by depressurizing the inside of the reaction tank, it is possible to circulate the organic solution by applying pressure, and a decrease in the flow rate of the organic solution in the ozone injection device is suppressed. Therefore, according to the solubilization device and solubilization method disclosed herein, a decrease in the efficiency of solubilizing the organic solution can be suppressed.
  • FIG. 11A and 11B are diagrams for explaining a method of injecting gas by an ejector.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a solubilization device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a solubilization device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a hardware configuration diagram showing a configuration example of a control device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a hardware configuration diagram showing a configuration example of a control device according to a third embodiment.
  • 13 is a flowchart showing the operation of the control device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a solubilization device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a solubilization device according to a fifth embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the solubilization apparatus 1 according to the embodiment 1.
  • the solubilization apparatus 1 is for solubilizing an organic solution such as excess sludge and promoting decomposition by anaerobic microorganisms, and as shown in Fig. 1, has a reaction tank 2, a pressure reducing device 3, an ozone injection device 4, a circulation pump 5, an ozone generator 6, and a circulation pump pressure gauge 7.
  • the solubilization apparatus 1 also has a circulation pipe 11, an ozone injection pipe 12, and an exhaust pipe 13.
  • the reaction tank 2 is a container for storing and reacting excess sludge generated in an aeration tank that uses activated sludge to decompose organic matter with ozone gas.
  • the excess sludge is stored inside the reaction tank 2 so that it is separated into a liquid phase and a gas phase.
  • the reaction tank 2 is an airtight container that is sealed except for the connection points of the circulation pipe 11 and the exhaust pipe 13.
  • the pressure reducing device 3 is connected to the reaction tank 2 via an exhaust pipe 13.
  • the pressure reducing device 3 exhausts air from the reaction tank 2 to reduce the pressure inside the reaction tank 2 and create a vacuum state.
  • the degree of vacuum in the vacuum state is, for example, 10 [Pa] to 10 ⁇ 1 [Pa].
  • the pressure reducing device 3 is, for example, a rotary pump.
  • the ozone injector 4 is provided in the circulation pipe 11.
  • the ozone injector 4 turns the ozone gas generated by the ozone generator 6 and circulating through the ozone injection pipe 12 into bubbles, and injects them into the excess sludge flowing through the circulation pipe 11.
  • the ozone injection device 4 is, for example, an ejector.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of injecting gas using an ejector.
  • the flow of excess sludge is indicated by arrows.
  • the ozone injection device 4 is provided with a throttling section 4a that narrows the flow path of the excess sludge. The pressure of the excess sludge increases when it flows through the throttling section 4a.
  • an ozone injection pipe 12 that injects ozone gas is connected to the throttling section 4a.
  • the excess sludge that flows into the ozone injection device 4 is pressurized when it passes through the throttling section 4a, but is suddenly depressurized when it passes through the throttling section 4a and the flow path widens.
  • a high shear force is generated inside the excess sludge.
  • ozone gas is injected into the excess sludge in which shear force is generated, the air bubbles are dispersed by the shear force and are injected into the excess sludge as fine air bubbles.
  • the size of the injected ozone bubbles varies depending on the ratio of the flow rate of excess sludge flowing through the ejector to the flow rate of ozone gas; the larger the flow rate of excess sludge is compared to the flow rate of ozone gas, the smaller the size of the ozone bubbles will be.
  • the flow rate of excess sludge In order to inject fine bubbles of ozone gas using the ozone injector 4, the flow rate of excess sludge must be at least 10 times greater than the flow rate of ozone gas.
  • the circulation pump 5 is provided in the circulation pipe 11.
  • the circulation pump 5 pressurizes the excess sludge flowing through the circulation pipe 11 to make it flow.
  • the ozone generator 6 is a device that generates ozone gas.
  • the ozone generator 6 is connected to an ozone injection pipe 12, and the generated ozone gas flows into the ozone injection device 4.
  • the circulation pump pressure gauge 7 measures the pressure of the excess sludge discharged from the circulation pump 5 and flowing through the circulation piping 11.
  • the circulation pump pressure gauge 7 is provided in the circulation piping 11 at a location downstream of the circulation pump 5.
  • the circulation pipe 11 is a pipe through which an organic solution circulates between the reaction tank 2 and the ozone injection device 4.
  • the circulation pipe 11 is made up of a first circulation pipe 11a and a second circulation pipe 11b.
  • the first circulation pipe 11a connects the reaction tank 2, the circulation pump 5, the circulation pump pressure gauge 7, and the ozone injection device 4 in this order.
  • the second circulation pipe 11b connects the ozone injection device 4 and the reaction tank 2.
  • the excess sludge that flows out of the ozone injection device 4 flows toward the reaction tank 2. Fine ozone gas bubbles injected by the ozone injection device 4 are taken in by this excess sludge.
  • the ozone injection pipe 12 connects the ozone generator 6 and the ozone injection device 4.
  • the ozone gas generated by the ozone generator 6 flows toward the ozone injection device 4.
  • the exhaust pipe 13 connects the reaction tank 2 to the pressure reducing device 3. In the exhaust pipe 13, the air discharged from the reaction tank 2 flows toward the exhaust device, as shown by the dashed line in Figure 1.
  • excess sludge is stored in the reaction tank 2.
  • the ozone generator 6 generates ozone gas.
  • the circulation pump 5 pressurizes the excess sludge flowing through the circulation piping 11.
  • the excess sludge that flows out of the reaction tank 2 is sent back to the reaction tank 2 via the ozone injection device 4 and circulated.
  • the ozone gas generated by the ozone generator 6 is injected into the excess sludge through the ozone injection piping 12.
  • the order in which the ozone generator 6 and the circulation pump 5 operate may be reversed.
  • the excess sludge and the ozone bubbles injected into it flow into the reaction tank 2.
  • the excess sludge contains organic solids, and when the ozone gas comes into contact with the organic solids in the excess sludge, the organic solids are decomposed and the excess sludge is solubilized.
  • the organic solids in the excess sludge are decomposed, viscous substances are produced and the viscosity of the excess sludge increases.
  • the ozone bubbles injected into the excess sludge combine and grow larger inside the reaction tank 2, and flow out from the liquid surface of the excess sludge into the gas. For this reason, ozone bubbles do not accumulate in the excess sludge.
  • the fine bubbles are prevented from bonding together, and so the fine bubbles accumulate in the excess sludge.
  • bubbles that have bonded together and become larger are prevented from breaking down and flowing out into the gas, so foaming occurs in the excess sludge.
  • the fine bubbles shrink when the excess sludge is pressurized inside the circulation pump 5, and the pressure applied to the excess sludge decreases. This reduces the flow rate of the excess sludge flowing out from the circulation pump 5.
  • the flow rate of the excess sludge decreases, and the size of the ozone bubbles injected in the ozone injection device 4 increases.
  • the size of the ozone bubbles increases, the reaction efficiency between the ozone gas and the organic solids contained in the excess sludge decreases.
  • the flow rate of the ozone gas can be reduced, but this method requires a long time for the ozone gas to react with the excess sludge.
  • the ozone injection device 4 injects a sufficient amount of fine ozone bubbles relative to the flow rate of the excess sludge. In this way, in the solubilization method using the solubilization device 1 of the first embodiment, the organic solids contained in the excess sludge can be efficiently decomposed and continued.
  • the inside of the reaction tank 2 is depressurized.
  • the fine bubbles taken in the organic solution expand as the inside of the reaction tank 2 is depressurized.
  • the expanded bubbles escape from the organic solution to the gas phase part in the reaction tank 2, so the number of fine bubbles from the organic solution decreases.
  • the expansion of the fine bubbles promotes the bonding between the bubbles, so that the fine bubbles are more likely to escape to the gas phase part in the reaction tank 2.
  • Embodiment 2 is a schematic diagram showing a solubilization apparatus 1A according to embodiment 2. As shown in Fig. 3, embodiment 2 differs from embodiment 1 in that it has a tank pressure gauge 8 and a piping pressure gauge 9. In embodiment 2, the same parts as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and their explanations are omitted, and the following description will focus on the differences from embodiment 1.
  • the tank pressure gauge 8 is provided in the reaction tank 2 and measures the tank pressure, which indicates the pressure of the gas inside the reaction tank 2.
  • the tank pressure gauge 8 also measures the degree of vacuum inside the reaction tank 2.
  • the piping pressure gauge 9 is provided in the ozone injection piping 12 and measures the piping pressure, which indicates the pressure of the ozone gas flowing through the ozone injection piping 12.
  • the fine ozone bubbles flow through the circulation pipe 11 together with the excess sludge and into the reaction tank 2.
  • the pressure of the ozone gas when injected into the ozone injection device 4 is lower than the pressure of the ozone gas when it flows out of the ozone injection device 4, the ozone gas in the fine bubble state does not expand inside the ozone injection device 4 and inside the circulation pipe 11, and can move inside the circulation pipe 11 while maintaining its fine state.
  • the pipe pressure measured by the pipe pressure gauge 9 is lower than the tank pressure measured by the tank pressure gauge 8, the ozone gas flows through the circulation pipe 11 while maintaining its fine state.
  • the ozone gas flows through the circulation pipe 11 while maintaining its fine state.
  • the user of the solubilization device 1A can determine whether or not a vacuum is being maintained inside the reaction tank 2 by checking the tank pressure using the tank pressure gauge 8. Furthermore, if the user determines that a vacuum is not being maintained inside the reaction tank 2, the user can adjust the exhaust volume of the pressure reducing device 3. Specifically, the user can increase the degree of vacuum inside the reaction tank 2 by increasing the exhaust volume of the pressure reducing device 3.
  • the user can determine whether or not the ozone gas injected from the ozone injection device 4 can flow into the reaction tank 2 in the form of fine bubbles. Furthermore, if the user determines that the piping pressure is equal to or greater than the tank pressure and that the ozone gas injected from the ozone injection device 4 cannot flow into the reaction tank 2 in the form of fine bubbles, the user can adjust the exhaust volume of the pressure reducing device 3 or the flow rate of the circulation pump 5. Specifically, the user can make the piping pressure lower than the tank pressure by reducing the exhaust volume of the pressure reducing device 3 or increasing the flow rate of the circulation pump 5.
  • Fig. 4 is a schematic diagram showing a solubilization apparatus 1B according to embodiment 3. As shown in Fig. 4, embodiment 3 differs from embodiment 2 in that the solubilization apparatus 1B has a control device 10.
  • the same parts as those in embodiment 2 are denoted by the same reference numerals and their description is omitted, and the description will focus on the differences from embodiment 2.
  • the tank pressure gauge 8 and the piping pressure gauge 9 are connected to the control device 10 by wire or wirelessly, and transmit signals indicating the measurement results to the control device 10.
  • the control device 10 takes in as input signals indicating the results measured by the tank pressure gauge 8 and the piping pressure gauge 9. Based on the results measured by the tank pressure gauge 8 and the piping pressure gauge 9, the control device 10 controls the circulation pump 5, the pressure reducing device 3, and the ozone generator 6, which are connected to the control device 10 by wire or wirelessly. The control device 10 controls the operation of the circulation pump 5 to adjust the speed at which the excess sludge circulates. The control device 10 also controls the operation of the ozone generator 6 to adjust the amount of ozone gas generated. Furthermore, based on the tank pressure measured by the tank pressure gauge 8, the control device 10 controls the pressure reducing device 3 so that the reaction tank 2 is maintained in a vacuum state.
  • the control device 10 changes the exhaust volume of the pressure reducing device 3 in stages according to the tank pressure or the degree of vacuum in the reaction tank 2. For example, the lower the tank pressure or the higher the degree of vacuum, the smaller the exhaust volume of the pressure reducing device 3 is set by the control device 10. Note that if the pressure reducing device 3 is not capable of adjusting the exhaust volume, the tank pressure may be adjusted by controlling the start or stop of the operation of the pressure reducing device 3.
  • the control device 10 also controls the pressure reducing device 3, the circulation pump 5, and the ozone generator 6 so that the piping pressure is lower than the tank pressure. Specifically, when the piping pressure indicates a value equal to or higher than the tank pressure, the control device 10 lowers the piping pressure or raises the tank pressure. To explain in more detail, when the control device 10 lowers the piping pressure, it increases the flow rate of the circulation pump 5 or reduces the amount of ozone generated by the ozone generator 6. When the control device 10 raises the tank pressure, it reduces the exhaust volume. Note that whether the control device 10 controls to lower the piping pressure or raise the tank pressure when the piping pressure indicates a value equal to or higher than the tank pressure may be determined within a range in which the inside of the reaction tank 2 is maintained in a vacuum state.
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the control device 10.
  • the control device 10 is configured by a processing circuit 101 as shown in FIG. 5.
  • the processing circuit 101 corresponds to, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these. All functions of the control device 10 may be realized by the processing circuit 101. Also, each function of the control device 10 may be realized by a single processing circuit 101.
  • FIG. 6 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the control device 10.
  • the control device 10 is composed of a processor 102 such as a CPU and a memory 103 as shown in FIG. 6.
  • Each function of the control device 10 is realized by the processor 102 and the memory 103.
  • FIG. 6 shows that the processor 102 and the memory 103 are connected to each other so as to be able to communicate with each other via a bus 104.
  • the memory 103 may store information stored in the storage device.
  • the function of the control device 10 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software and firmware are written as programs and stored in the memory 103.
  • the processor 102 realizes the functions of each means by reading and executing the programs stored in the memory 103.
  • non-volatile semiconductor memory such as ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable and Programmable ROM), and EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM) may be used as memory 103.
  • volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory) may be used as memory 103.
  • removable recording media such as magnetic disks, flexible disks, optical disks, CDs (Compact Discs), MDs (Mini Discs), and DVDs (Digital Versatile Discs) may be used as memory 103.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the control device 10 according to the third embodiment.
  • the control device 10 compares the tank pressure measured by the tank pressure gauge 8 with the piping pressure measured by the piping pressure gauge 9 (step S1). If the piping pressure is lower than the tank pressure (step S1: YES), the control device 10 maintains the operation of the pressure reducing device 3, the circulation pump 5, and the ozone generator 6 (step S2). If the piping pressure is equal to or higher than the tank pressure (step S1: NO), the control device 10 reduces the piping pressure or increases the tank pressure (step S3). The control device 10 repeats the processing of steps S1 to S3 at predetermined time intervals.
  • the solubilization apparatus 1B can control the pressure reducing device 3 based on the tank pressure and maintain a vacuum inside the reaction tank 2. Furthermore, the solubilization apparatus 1B can maintain the piping pressure lower than the tank pressure by controlling the pressure reducing device 3, the circulation pump 5, and the ozone generator 6 based on the tank pressure and the piping pressure. This allows the solubilization apparatus 1B to circulate the ozone gas through the circulation piping 11 while maintaining the ozone gas in a fine state, thereby preventing the accumulation of bubbles in the reaction tank 2.
  • Embodiment 4. 8 is a schematic diagram showing a solubilization apparatus 1C according to embodiment 4.
  • Embodiment 4 differs from embodiment 1 in that the solubilization apparatus 1C has a storage tank 21.
  • the same parts as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the differences from embodiment 1 will be mainly described.
  • the solubilization apparatus 1C has a storage tank 21 and a transfer pump 51.
  • the storage tank 21 is a container for storing excess sludge that has been solubilized. Unlike the reaction tank 2, the storage tank 21 is not a sealed container, and the pressure in the gas phase inside is atmospheric pressure, so no exhaust device can be attached. In addition, the volume of the storage tank 21 is larger than the volume of the reaction tank 2.
  • the transfer pump 51 is provided in the circulation pipe 11, and is a pump that pressurizes the excess sludge flowing through the circulation pipe 11 to cause it to flow.
  • the circulation pipe 11 of the fourth embodiment is composed of a first circulation pipe 11a, a second circulation pipe 11b, and a third circulation pipe 11c.
  • the first circulation pipe 11a connects the storage tank 21, the circulation pump 5, and the ozone injection device 4 in this order.
  • the second circulation pipe 11b connects the ozone injection device 4 and the reaction tank 2.
  • the excess sludge flowing out of the ozone injection device 4 flows toward the reaction tank 2. This excess sludge incorporates ozone gas in the form of fine bubbles injected by the ozone injection device 4.
  • the third circulation pipe 11c connects the reaction tank 2, the transfer pump 51, and the storage tank 21 in this order.
  • the excess sludge flowing out from the reaction tank 2 flows toward the storage tank 21.
  • the solubilization device 1C of embodiment 4 does not have the circulation pump pressure gauge described in embodiment 1, but may have it.
  • the excess sludge and the ozone bubbles injected into the excess sludge flow into the reaction tank 2.
  • the excess sludge contains organic solids, and when the ozone gas comes into contact with the organic solids in the excess sludge, the organic solids are decomposed and the excess sludge is solubilized.
  • the organic solids in the excess sludge are decomposed, viscous substances are generated and the viscosity of the excess sludge increases.
  • the ozone bubbles injected into the excess sludge combine and become larger inside the reaction tank 2, and flow out from the liquid surface of the excess sludge into the gas phase. Therefore, ozone bubbles do not accumulate in the excess sludge.
  • the ozone injector 4 injects fine ozone bubbles without reducing the flow rate of the excess sludge in the ozone injector 4.
  • the solubilization device 1C of embodiment 4 has a storage tank 21 in which excess sludge in the reaction tank 2, in which accumulation of fine bubbles has been suppressed, is stored. This makes it possible to reduce the volume of the reaction tank 2, and the power required for the pressure reduction device 3 can be reduced.
  • the storage tank 21 may be smaller in size than the reaction tank 2. In this case as well, the power required for the pressure reduction device 3 can be reduced.
  • Embodiment 5. 9 is a schematic diagram showing a solubilization apparatus 1D according to embodiment 5.
  • Embodiment 5 differs from embodiment 1 in that the solubilization apparatus 1D has an ozone concentrating device 61.
  • the same parts as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the differences from embodiment 1 will be mainly described.
  • the ozone concentrator 61 is provided downstream of the ozone generator 6.
  • the ozone concentrator 61 is, for example, a silica gel adsorption type device that adsorbs and stores the ozone generated by the ozone generator 6, thereby generating ozone at a higher concentration than that generated by the ozone generator 6.
  • the concentration of ozone gas flowing out from the ozone concentrator 61 is determined by the degree to which the inside of the ozone concentrator 61 is depressurized, and the lower the pressure, the higher the concentration of ozone gas generated.
  • the ozone generator 6 and the ozone concentrator 61 are connected by an ozone concentrating pipe 14.
  • the ozone gas generated by the ozone generator 6 flows toward the ozone concentrator 61.
  • the ozone concentrator 61 and the ozone injector 4 are connected by an ozone injection pipe 12.
  • the ozone gas concentrated by the ozone concentrator 61 flows toward the ozone injector 4.
  • the ozone generator 6 generates ozone gas.
  • the generated ozone gas flows into the ozone concentrator 61 through the ozone concentration pipe 14.
  • the ozone concentrator 61 stores high-density ozone gas by accumulating the injected ozone gas without allowing it to flow out.
  • the supply of ozone gas from the ozone generator 6 to the ozone concentrator 61 is stopped, and the circulation pump 5 is operated to circulate the excess sludge.
  • the ozone injection device 4 which circulates the excess sludge, and the ozone concentrator 61 are connected by the ozone injection pipe 12, the inside of the ozone concentrator 61 is depressurized by the circulation of the excess sludge, and high-concentration ozone gas is extracted.
  • the extracted high-concentration ozone gas is injected into the excess sludge flowing through the ozone injection device 4.
  • the reaction tank 2 is evacuated to a vacuum by the pressure reducing device 3, the inside of the ozone concentrator 61 is also depressurized via the reaction tank 2.
  • the depressurization caused by evacuating the reaction tank 2 to a vacuum by the pressure reducing device 3 is added to the depressurization caused by the excess sludge flowing through the ozone injector 4, so the effect of depressurizing the inside of the ozone concentrator 61 and generating high-concentration ozone gas can be enhanced.
  • the tank pressure gauge 8 and piping pressure gauge 9 of embodiment 2 may be provided, and the pressure reducing device 3, circulation pump 5, or ozone generator 6 may be operated based on the measurement results.
  • the control device 10 shown in embodiment 3 may be provided to automatically control the pressure reducing device 3, circulation pump 5, or ozone generator 6.
  • the ozone concentrator 61 of embodiment 5 may be provided in the solubilization apparatus 1C shown in embodiment 4.
  • the ozone injector 4 is an ejector, but the ozone injector 4 does not have to be an ejector.
  • the ozone injector 4 may be a microbubble generator that generates so-called microbubbles, which have a very small bubble diameter of, for example, several tens of micrometers or less. Note that bubbles generated using an ejector or microbubble generator have a smaller bubble diameter than bubbles generated using a known diffuser such as an air diffuser.
  • the organic solution disclosed herein is not limited to excess sludge generated in sewage treatment.
  • 1, 1A, 1B, 1C, 1D solubilization device
  • 2 reaction tank
  • 3 pressure reducing device
  • 4 ozone injection device
  • 4a throttle section
  • 5 circulation pump
  • 6 ozone generator
  • 7 circulation pump pressure gauge
  • 8 tank pressure gauge
  • 9 pipe pressure gauge
  • 10 control device
  • 11 circulation pipe
  • 11a first circulation pipe
  • 11b second circulation pipe
  • 11c third circulation pipe
  • 12 ozone injection pipe
  • 13 exhaust pipe
  • 14 ozone concentration pipe
  • 21 storage tank
  • 51 transfer pump
  • 61 ozone concentration device
  • 101 processing circuit
  • 102 processor
  • 103 memory
  • 104 bus.

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Abstract

可溶化装置は、有機性溶液とオゾンガスとを貯留して反応させる反応槽と、オゾンガスを生成するオゾン発生装置と、有機性溶液にオゾンガスを気泡化させたオゾン気泡を注入するオゾン注入装置と、反応槽とオゾン注入装置との間で有機性溶液が循環する循環配管と、循環配管に設けられ、有機性溶液を反応槽とオゾン注入装置との間で循環させる循環ポンプと、反応槽の内部を減圧する減圧装置と、を備える。

Description

可溶化装置及び可溶化方法
　本開示は、オゾンガスを注入することで有機性溶液に含まれる有機物を分解する可溶化装置及び可溶化方法に関するものである。
　従来、下水処理を効率的に行う方法として、微生物を用いた活性汚泥法が活用されている。この方法は、活性汚泥とよばれる微生物の集まりが好気状態で有機物を分解する作用を利用して、下水中の有機物を除去するものである。有機物が除去された下水は、処理水として河川又は海に放流される。
　下水中の有機物を分解した微生物は増殖するため、下水処理に使用された活性汚泥の量は増加する。活性汚泥が増加すると処理水に混入するという問題が生じるため、増殖した活性汚泥は水処理設備から引き抜く必要がある。この引き抜かれた活性汚泥は、余剰汚泥と呼ばれる。余剰汚泥は脱水後に焼却することで処分されるが、余剰汚泥を直接脱水すると焼却する汚泥量が多くなる。そこで、余剰汚泥を減容し、焼却する汚泥量を減らすために嫌気性消化法が用いられる。この方法では、嫌気性微生物が利用される。嫌気性微生物を貯留した嫌気性消化槽に余剰汚泥を投入すると、嫌気性微生物が余剰汚泥中の有機物を、水とメタンガスと二酸化炭素とに分解する。この作用により、余剰汚泥が減容される。この嫌気性消化を行うことで脱水及び焼却する余剰汚泥量を減らすことができる。
　ここで、嫌気性消化法においては、余剰汚泥をより多く減容するほど余剰汚泥の焼却に必要なエネルギーが削減される。また、余剰汚泥中の有機物の分解によって生じるメタンガスは、燃焼時にエネルギーとして利用可能である。このため、嫌気性消化槽において余剰汚泥の減容量を増加させ、また発生するメタンガス量を増やすために、余剰汚泥を可溶化する方法が用いられる。可溶化した余剰汚泥は、嫌気性消化槽において嫌気性微生物による分解が行われやすくなるため、汚泥の減容及びメタンガスの増産が促進される。特に、余剰汚泥の可溶化には、高い酸化力を有するオゾンガスが利用される。
　余剰汚泥をオゾンガスで効率的に可溶化するためには、余剰汚泥に微細なオゾン気泡を注入する必要がある。これは、余剰汚泥中に含まれる有機物とオゾンガスとの接触効率を高めるためである。特許文献１には、エジェクタを用いて余剰汚泥に微細なオゾン気泡を注入する方法が開示されている。
特開２００１－１９１０９７号公報
　余剰汚泥をオゾンガスで可溶化すると、余剰汚泥中の有機性の固形成分が分解され、余剰汚泥の粘性が上昇する。粘性を有する余剰汚泥に微細なオゾン気泡を注入すると、微細気泡が有機性溶液中に滞留し発泡を生じる。微細気泡が蓄積すると、余剰汚泥を循環させる循環ポンプ内部で余剰汚泥を加圧する際に微細気泡のみが圧縮され、余剰汚泥の圧力が上がらないことがある。したがって、特許文献１を含め従来の方法では、循環ポンプで循環させる余剰汚泥の流量が不足して、余剰汚泥とオゾンガスとを混合させる能力が低下してしまい、エジェクタにおける余剰汚泥の流量に対するオゾンガスの流量の比率が低下することがある。つまり、従来の方法には、余剰汚泥を可溶化する効率が低下してしまうという課題がある。このような課題は、余剰汚泥に限るものではなく、オゾン処理によって有機性物質が分解されて粘性が高まる有機性溶液全般で生じ得るものである。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、有機性溶液を可溶化する効率の低下を抑制する可溶化装置及び可溶化方法を提供することを目的とするものである。
　本開示に係る可溶化装置は、有機性溶液とオゾンガスとを貯留して反応させる反応槽と、オゾンガスを生成するオゾン発生装置と、有機性溶液にオゾンガスを気泡化させたオゾン気泡を注入するオゾン注入装置と、反応槽とオゾン注入装置との間で有機性溶液が循環する循環配管と、循環配管に設けられ、有機性溶液を反応槽とオゾン注入装置との間で循環させる循環ポンプと、反応槽の内部を減圧する減圧装置と、を備える。
　また、本開示に係る可溶化方法は、有機性溶液を反応槽に貯留するステップと、オゾンガスを生成するステップと、反応槽と循環配管を流れる有機性溶液にオゾンガスを気泡化させたオゾン気泡を注入するオゾン注入装置との間で、有機性溶液を循環させるステップと、循環配管を流れる有機性溶液にオゾン気泡を注入するステップと、反応槽の内部を減圧するステップと、を有する。
　本開示の可溶化装置及び可溶化方法によれば、反応槽の内部が減圧される。ここで、有機性溶液に取り込まれている微細気泡は、反応槽の内部が減圧されることで膨張する。膨張した気泡は有機性溶液から反応槽中の気相部分に抜けるため、有機性溶液から微細気泡の数が減少する。また、微細気泡が膨張することで、気泡同士の結合が促進されるため、更に微細気泡が反応槽中の気相部分に抜けやすくなる。このように、反応槽の内部を減圧することで有機性溶液から微細気泡を抜けるため、有機性溶液に圧力をかけて循環させることが可能になり、オゾン注入装置における有機性溶液の流量の低下が抑制される。したがって、本開示の可溶化装置及び可溶化方法によれば、有機性溶液を可溶化する効率の低下を抑制することができる。
実施の形態１に係る可溶化装置を示す概略構成図である。 エジェクタによる気体の注入方法を説明するための図である。 実施の形態２に係る可溶化装置を示す概略構成図である。 実施の形態３に係る可溶化装置を示す概略構成図である。 実施の形態３に係る制御装置の一構成例を示すハードウェア構成図である。 実施の形態３に係る制御装置の一構成例を示すハードウェア構成図である。 実施の形態３に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態４に係る可溶化装置を示す概略構成図である。 実施の形態５に係る可溶化装置を示す概略構成図である。
　実施の形態１．
　以下、図面を参照して、実施の形態に係る有機性溶液の可溶化装置１及び可溶化方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る可溶化装置１を示す概略構成図である。可溶化装置１は、余剰汚泥等の有機性溶液を可溶化して、嫌気性微生物による分解を促進するためのものであって、図１に示すように、反応槽２、減圧装置３、オゾン注入装置４、循環ポンプ５、オゾン発生装置６及び循環ポンプ圧力計７を有する。また、可溶化装置１は、循環配管１１、オゾン注入配管１２及び排気配管１３を有する。
　反応槽２は、例えば活性汚泥を用いて有機物を分解する曝気槽で生じた余剰汚泥とオゾンガスとを貯留して反応させるための容器である。余剰汚泥は、反応槽２の内部で液相部分と気相部分とに分かれるようにして貯留される。反応槽２は、循環配管１１及び排気配管１３の接続個所を除いて密閉された密閉容器である。
　減圧装置３は、排気配管１３を介して反応槽２に接続している。減圧装置３は、反応槽２から空気を排出して、反応槽２の内部を減圧し、真空状態にする。実施の形態１においては、真空状態の真空度は、例えば、１０［Ｐａ］～１０－１［Ｐａ］である。減圧装置３は、例えば、ロータリーポンプである。
　オゾン注入装置４は、循環配管１１に設けられている。オゾン注入装置４は、オゾン発生装置６によって生成されオゾン注入配管１２を介して流通したオゾンガスを気泡化させて、循環配管１１を流れる余剰汚泥に注入する。
　オゾン注入装置４は、例えば、エジェクタである。図２は、エジェクタによる気体の注入方法を説明するための図である。図２では、余剰汚泥の流れを矢印で示している。図２に示すように、オゾン注入装置４には、余剰汚泥の流路を絞る絞り部４ａが設けられている。余剰汚泥は、絞り部４ａを流通する際に圧力が上昇する。また、絞り部４ａにはオゾンガスを注入するオゾン注入配管１２が接続されている。オゾン注入装置４に流入した余剰汚泥は、絞り部４ａを通過する際に加圧されるが、絞り部４ａを通過して流路が広がると急激に減圧される。加圧状態から減圧状態に変化する際、余剰汚泥の内部には高いせん断力が発生する。せん断力が発生した余剰汚泥にオゾンガスが注入されると、せん断力によって気泡が分散され、微細気泡として余剰汚泥内部に注入される。注入されるオゾン気泡のサイズは、エジェクタを流れる余剰汚泥の流量とオゾンガス流量との比率によって変化し、余剰汚泥の流量がオゾンガスの流量よりも大きいほど、オゾン気泡のサイズは小さくなる。オゾン注入装置４を用いてオゾンガスの微細気泡を注入するためには、余剰汚泥の流量をオゾンガス流量よりも１０倍以上大きくする必要がある。
　循環ポンプ５は、循環配管１１に設けられている。循環ポンプ５は、循環配管１１を流れる余剰汚泥を加圧して流す。
　オゾン発生装置６は、オゾンガスを生成する装置である。オゾン発生装置６には、オゾン注入配管１２が接続され、生成されたオゾンガスがオゾン注入装置４に流入する。
　循環ポンプ圧力計７は、循環ポンプ５から送出され、循環配管１１を流れる余剰汚泥の圧力を測定する。循環ポンプ圧力計７は、循環配管１１のうち、循環ポンプ５の下流側の箇所に設けられている。
　循環配管１１は、図１の実線で示すように、反応槽２とオゾン注入装置４との間で有機性溶液が循環する配管である。つまり、循環配管１１の内部を、反応槽２から流出して再び反応槽２に流入する余剰汚泥が流通する。循環配管１１は、第１循環配管１１ａ及び第２循環配管１１ｂからなる。第１循環配管１１ａは、反応槽２と、循環ポンプ５と、循環ポンプ圧力計７と、オゾン注入装置４とをこの順番で接続している。第１循環配管１１ａでは、反応槽２から流出した余剰汚泥がオゾン注入装置４に向かって流れる。第２循環配管１１ｂは、オゾン注入装置４と反応槽２とを接続している。第２循環配管１１ｂでは、オゾン注入装置４を流出した余剰汚泥が反応槽２に向かって流れる。この余剰汚泥には、オゾン注入装置４によって注入された微細な気泡状態のオゾンガスが取り込まれている。
　オゾン注入配管１２は、オゾン発生装置６とオゾン注入装置４とを接続している。オゾン注入配管１２では、図１の破線で示すように、オゾン発生装置６で発生されたオゾンガスがオゾン注入装置４に向かって流れる。
　排気配管１３は、反応槽２と減圧装置３とを接続している。排気配管１３では、図１の一点鎖線で示すように、反応槽２から排出された空気が排気装置に向かって流れる。
　ここで、可溶化装置１を用いて余剰汚泥をオゾンガスで可溶化する方法を説明する。先ず、余剰汚泥が反応槽２に貯留される。また、オゾン発生装置６は、オゾンガスを生成する。そして、循環ポンプ５は、循環配管１１を流れる余剰汚泥を加圧する。これにより、反応槽２から流出した余剰汚泥は、オゾン注入装置４を介して再び反応槽２に送られて循環する。余剰汚泥がオゾン注入装置４を流通するとき、オゾン発生装置６で生成されたオゾンガスがオゾン注入配管１２を通して余剰汚泥に注入される。なお、オゾン発生装置６及び循環ポンプ５が動作する順番は入れ替わってもよい。
　余剰汚泥、及び余剰汚泥に注入されたオゾン気泡は、反応槽２に流入する。余剰汚泥には有機性の固形物が含まれており、オゾンガスと余剰汚泥中の有機性固形物とが接触すると有機性固形物が分解され、余剰汚泥が可溶化される。余剰汚泥中の有機性固形物が分解されると粘性物質が発生し、余剰汚泥の粘度が上昇する。余剰汚泥に注入されたオゾン気泡は、反応槽２の内部で結合して大型化し、余剰汚泥の液面から気体中に流出する。このため、余剰汚泥中にオゾン気泡が蓄積することはない。
　ここで、従来の方法では、余剰汚泥の粘度が上昇を続けると、微細気泡の結合が妨げられるため、余剰汚泥中に微細気泡が蓄積する。また、結合して大型化した気泡が破泡して気体中へ流出することも妨げられるため、余剰汚泥中には発泡が生じる。余剰汚泥中に微細気泡が蓄積すると、循環ポンプ５の内部で余剰汚泥を加圧する際に微細気泡が収縮するため余剰汚泥に加わる圧力が低下する。これにより、循環ポンプ５から流出する余剰汚泥の流速が低下する。このとき、余剰汚泥の流量が低下して、オゾン注入装置４において注入されるオゾン気泡のサイズが大きくなる。オゾン気泡のサイズが大きくなると、オゾンガスと余剰汚泥に含まれる有機性の固形物との反応効率が低下する。これを改善するためにオゾンガス流量を下げることもできるが、この方法ではオゾンガスと余剰汚泥とを反応させるための時間が長くなってしまう。
　一方で、実施の形態１の可溶化装置１による可溶化方法では、反応槽２から空気を排出し、反応槽２の内部を真空状態にする。反応槽２の内部が真空状態になると、貯留された余剰汚泥に混入したオゾン気泡が膨張し、気相部分に抜けやすくなる。このように余剰汚泥中における微細気泡の蓄積が抑制されるため、循環ポンプ５において微細気泡が収縮することで余剰汚泥の加圧が妨げられる現象が発生し難い。よって、循環ポンプ５によって余剰汚泥が適切に加圧されるため、従来の方法と異なり、循環ポンプ圧力計７が計測した循環ポンプ５から流出する余剰汚泥の圧力を示す値は低下しない。そして、余剰汚泥は、定格にあった適切な流量でオゾン注入装置４を流れる。したがって、オゾン注入装置４は、余剰汚泥の流量に対して、十分な量の微細なオゾン気泡を注入させる。このように、実施の形態１の可溶化装置１による可溶化方法では、余剰汚泥に含まれる有機性の固形物を効率よく分解し続けることができる。
　以上のように、実施の形態１の可溶化装置１及び可溶化方法によれば、反応槽２の内部が減圧される。ここで、有機性溶液に取り込まれている微細気泡は、反応槽２の内部が減圧されることで膨張する。膨張した気泡は有機性溶液から反応槽２中の気相部分に抜けるため、有機性溶液から微細気泡の数が減少する。また、微細気泡が膨張することで、気泡同士の結合が促進されるため、更に微細気泡が反応槽２中の気相部分に抜けやすくなる。このように、反応槽２の内部を減圧することで有機性溶液から微細気泡を抜けるため、有機性溶液に圧力をかけて循環させることが可能になり、オゾン注入装置４における有機性溶液の流量の低下が抑制される。したがって、実施の形態１の可溶化装置１及び可溶化方法によれば、有機性溶液を可溶化する効率の低下を抑制することができる。
　実施の形態２．
　図３は、実施の形態２に係る可溶化装置１Ａを示す概略構成図である。図３に示すように、実施の形態２は、槽圧力計８及び配管圧力計９を有する点で実施の形態１と相違する。実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　槽圧力計８は、反応槽２に設けられ、反応槽２内の気体の圧力を示す槽圧力を計測する。また、槽圧力計８は、反応槽２内の真空度を測定する。配管圧力計９は、オゾン注入配管１２に設けられ、オゾン注入配管１２を流れるオゾンガスの圧力を示す配管圧力を計測する。
　先述のように、微細化されたオゾン気泡は余剰汚泥とともに循環配管１１を流れて反応槽２に流入する。ここで、オゾン注入装置４に注入される際のオゾンガスの圧力がオゾン注入装置４から流出した際のオゾンガスの圧力よりも低い場合、オゾン注入装置４の内部及び循環配管１１の内部で微細気泡状態のオゾンガスが膨張せずに微細な状態を保ったまま、循環配管１１の内部を移動することができる。つまり、配管圧力計９が計測した配管圧力が、槽圧力計８が計測した槽圧力よりも低い場合、オゾンガスは、微細な状態を保ったまま循環配管１１を流通する。更に換言すると、オゾン注入配管１２の内部が反応槽２内よりも高い真空度である場合、オゾンガスは、微細な状態を保ったまま循環配管１１を流通する。オゾンガスが微細な状態を保ったまま循環配管１１を流通することで、反応槽２に気泡が蓄積することを抑制することができる。
　以上のように、実施の形態２によれば、可溶化装置１Ａのユーザは、槽圧力計８を用いて、槽圧力を確認することで、反応槽２内が真空に保たれているか否かを判断することができる。また、ユーザは、反応槽２内が真空に保たれていないと判断した場合は、減圧装置３の排気量を調整することができる。具体的に、ユーザは減圧装置３の排気量を増加させることで、反応槽２内の真空度を高めることができる。
　更に、ユーザは、層圧力計及び配管圧力計９を用いて、槽圧力及び配管圧力を確認することで、オゾン注入装置４から注入されたオゾンガスが微細な気泡の状態のまま反応槽２に流入することができるか否かを判断することができる。また、ユーザは、配管圧力が槽圧力以上の値を示し、オゾン注入装置４から注入されたオゾンガスが微細な気泡の状態のまま反応槽２に流入することができないと判断した場合には、減圧装置３の排気量又は循環ポンプ５の流量を調整することができる。具体的に、ユーザは、減圧装置３の排気量を低下させる、又は循環ポンプ５の流量を増加させることで、配管圧力を槽圧力よりも低くすることができる。
　実施の形態３．
　図４は、実施の形態３に係る可溶化装置１Ｂを示す概略構成図である。図４に示すように、実施の形態３は、可溶化装置１Ｂが制御装置１０を有する点で実施の形態２と相違する。実施の形態３では、実施の形態２と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態２との相違点を中心に説明する。
　槽圧力計８及び配管圧力計９は、制御装置１０と有線又は無線によって接続され、計測した結果を示す信号を制御装置１０に送信する。
　制御装置１０は、槽圧力計８及び配管圧力計９が計測した結果を示す信号を入力として取り込む。制御装置１０は、槽圧力計８及び配管圧力計９が計測した結果に基づいて、制御装置１０と有線又は無線によって接続された、循環ポンプ５、減圧装置３、及びオゾン発生装置６を制御する。制御装置１０は、循環ポンプ５の動作を制御して余剰汚泥が循環する速度等を調整する。また、制御装置１０は、オゾン発生装置６の動作を制御してオゾンガスの発生量を調整する。更に、制御装置１０は、槽圧力計８が計測した槽圧力に基づいて、反応槽２が真空状態に保たれるように減圧装置３を制御する。具体的に、制御装置１０は、槽圧力又は反応槽２内の真空度に応じて、段階的に減圧装置３の排気量を変化させる。例えば、制御装置１０は、槽圧力が低い又は真空度が高いほど、減圧装置３の排気量を小さく設定する。なお、減圧装置３が排気量を調整できるものではない場合、減圧装置３の動作の開始又は停止を制御することで、槽圧力を調整するようにしてよい。
　また、制御装置１０は、配管圧力が槽圧力よりも低くなるように、減圧装置３、循環ポンプ５、及びオゾン発生装置６を制御する。具体的に、制御装置１０は、配管圧力が槽圧力以上の値を示している場合に、配管圧力を低下させる又は槽圧力を上昇させる。より詳しく説明すると、制御装置１０は、配管圧力を低下させる場合、循環ポンプ５の流量を増加させる又はオゾン発生装置６のオゾン生成量を減少させる。制御装置１０は、槽圧力を上昇させる場合、排気量を減少させる。なお、制御装置１０が、配管圧力が槽圧力以上の値を示している場合に、配管圧力の低下又は槽圧力の上昇の生じさせる制御の何れを行うかは、反応槽２内が真空状態に保たれる範囲内で決定されればよい。
　ここで、制御装置１０のハードウェアの一例を説明する。図５は、制御装置１０の一構成例を示すハードウェア構成図である。制御装置１０の各種機能がハードウェアで実行される場合、制御装置１０は、図５に示すように、処理回路１０１で構成される。各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路１０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）又はこれらを組み合わせたものに該当する。制御装置１０の全機能を処理回路１０１で実現してもよい。また、制御装置１０の各機能を１つの処理回路１０１で実現してもよい。
　また、制御装置１０の別のハードウェアの一例を説明する。図６は、制御装置１０の一構成例を示すハードウェア構成図である。制御装置１０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、制御装置１０は、図６に示すように、ＣＰＵ等のプロセッサ１０２及びメモリ１０３で構成される。制御装置１０の各機能は、プロセッサ１０２及びメモリ１０３により実現される。図６は、プロセッサ１０２及びメモリ１０３が互いにバス１０４を介して通信可能に接続されることを示している。この場合、メモリ１０３は、記憶装置が記憶する情報を記憶してもよい。各機能がソフトウェアで実行される場合、制御装置１０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ１０３に格納される。プロセッサ１０２は、メモリ１０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各手段の機能を実現する。
　メモリ１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）及びＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）等の不揮発性の半導体メモリが用いられる。また、メモリ１０３として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）の揮発性の半導体メモリが用いられてもよい。さらに、メモリ１０３として、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ　Ｄｉｓｃ）及びＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
　図７を用いて、制御装置１０の動作について説明する。図７は、実施の形態３に係る制御装置１０の動作を示すフローチャートである。先ず、制御装置１０は、槽圧力計８が計測した槽圧力と配管圧力計９が計測した配管圧力とを比較する（ステップＳ１）。配管圧力が槽圧力よりも低い場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御装置１０は、減圧装置３、循環ポンプ５、及びオゾン発生装置６の動作を維持する（ステップＳ２）。また、配管圧力が槽圧力以上である場合（ステップＳ１：ＮＯ）、制御装置１０は、配管圧力を低下させる、又は槽圧力を増加させる（ステップＳ３）。制御装置１０は、ステップＳ１～Ｓ３の処理を所定の時間ごとに繰り返す。
　以上のように、実施の形態３によれば、可溶化装置１Ｂは、槽圧力に基づいて減圧装置３を制御し、反応槽２内を真空に保つことができる。また、可溶化装置１Ｂは、槽圧力及び配管圧力に基づいて、減圧装置３、循環ポンプ５、及びオゾン発生装置６を制御することで、配管圧力を槽圧力よりも低く保つことができる。これにより、可溶化装置１Ｂは、微細な状態を保ったままオゾンガスを循環配管１１に流通させて、反応槽２に気泡が蓄積することを抑制することができる。
　実施の形態４．
　図８は、実施の形態４に係る可溶化装置１Ｃを示す概略構成図である。実施の形態４は、可溶化装置１Ｃが貯留槽２１を有する点で実施の形態１と相違する。実施の形態４では、実施の形態１と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　可溶化装置１Ｃは、貯留槽２１及び移送ポンプ５１を有する。貯留槽２１は、可溶化処理が行われた余剰汚泥を貯留するための容器である。貯留槽２１は、反応槽２とは異なり密閉容器ではなく、内部の気相部分の圧力が大気圧であって、排気装置は取り付けられない。また、貯留槽２１の容積は、反応槽２の容積よりも大きい。移送ポンプ５１は、循環配管１１に設けられ、循環配管１１を流れる余剰汚泥を加圧して流すポンプである。
　実施の形態４の循環配管１１は、第１循環配管１１ａ、第２循環配管１１ｂ及び第３循環配管１１ｃからなる。第１循環配管１１ａは、貯留槽２１と、循環ポンプ５と、オゾン注入装置４とをこの順番で接続している。第１循環配管１１ａでは、貯留槽２１から流出した余剰汚泥がオゾン注入装置４に向かって流れる。第２循環配管１１ｂは、オゾン注入装置４と反応槽２とを接続している。第２循環配管１１ｂでは、オゾン注入装置４を流出した余剰汚泥が反応槽２に向かって流れる。この余剰汚泥には、オゾン注入装置４によって注入された微細な気泡状態のオゾンガスが取り込まれている。第３循環配管１１ｃは、反応槽２と、移送ポンプ５１と、貯留槽２１とをこの順番で接続している。第３循環配管１１ｃでは、反応槽２から流出した余剰汚泥が貯留槽２１に向かって流れる。なお、実施の形態４の可溶化装置１Ｃは、実施の形態１で説明した循環ポンプ圧力計を有していないが、有していてもよい。
　ここで、可溶化装置１Ｃを用いて余剰汚泥をオゾンガスで可溶化する方法を説明する。先ず、余剰汚泥が反応槽２又は貯留槽２１に貯留され、移送ポンプ５１は、第３循環配管１１ｃを流れる余剰汚泥を加圧する。これにより、反応槽２において微細気泡の蓄積が抑制された余剰汚泥が貯留槽２１に送られる。また、循環ポンプ５は、第１循環配管１１ａを流れる余剰汚泥を加圧する。これにより、貯留槽２１から流出した余剰汚泥は、オゾン注入装置４を介して再び反応槽２に送られて循環する。更に、オゾン発生装置６は、オゾンガスを生成する。これにより、余剰汚泥がオゾン注入装置４を流通するとき、オゾン発生装置６で生成されたオゾンガスがオゾン注入配管１２を通して余剰汚泥に注入される。
　余剰汚泥、及び余剰汚泥に注入されたオゾン気泡は、反応槽２に流入する。余剰汚泥には有機性の固形物が含まれており、オゾンガスと余剰汚泥中の有機性固形物とが接触すると有機性固形物が分解され、余剰汚泥が可溶化される。余剰汚泥中の有機性固形物が分解されると粘性物質が発生し、余剰汚泥の粘度が上昇する。余剰汚泥に注入されたオゾン気泡は、反応槽２の内部で結合して大型化し、余剰汚泥の液面から気相部分中に流出する。このため、余剰汚泥中にオゾン気泡が蓄積することはない。このとき、減圧装置３を用いることで余剰汚泥から微細気泡が抜けているため、余剰汚泥に圧力をかけて循環させることが可能になっている。したがって、オゾン注入装置４は、オゾン注入装置４における余剰汚泥の流量を低下させずに微細なオゾン気泡を注入させる。
　以上のように、オゾン注入装置４によって注入されたオゾン気泡は、反応槽２を真空にすることで、大型化して除去される。ここで、反応槽２の容積が大きくなると、減圧装置３によって反応槽２を真空状態に保つための動力が大きくなるところ、実施の形態４の可溶化装置１Ｃは、貯留槽２１を有し、貯留槽２１に反応槽２において微細気泡の蓄積が抑制された余剰汚泥を貯留している。このため、反応槽２の容積を小さくすることが可能となり、減圧装置３に求められる動力を下げることができる。なお、貯留槽２１は、反応槽２以下の大きさであってもよい。この場合にも、減圧装置３に求められる動力を下げることができる。
　実施の形態５．
　図９は、実施の形態５に係る可溶化装置１Ｄを示す概略構成図である。実施の形態５は、可溶化装置１Ｄがオゾン濃縮装置６１を有する点で実施の形態１と相違する。実施の形態５では、実施の形態１と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　オゾン濃縮装置６１は、オゾン発生装置６の下流に設けられている。オゾン濃縮装置６１は、例えばシリカゲル吸着式の装置であって、オゾン発生装置６によって発生されたオゾンを吸着して貯留することで、オゾン発生装置６によって発生されたオゾンよりも高濃度のオゾンを生成する装置である。オゾン濃縮装置６１から流出するオゾンガス濃度は、オゾン濃縮装置６１の内部がどの程度減圧されるかによって決定され、圧力が低くなるほど高濃度のオゾンガスが発生する。
　オゾン発生装置６とオゾン濃縮装置６１との間は、オゾン濃縮配管１４によって接続されている。オゾン濃縮配管１４では、オゾン発生装置６によって発生されたオゾンガスがオゾン濃縮装置６１に向かって流れる。オゾン濃縮装置６１とオゾン注入装置４とは、オゾン注入配管１２によって接続されている。オゾン注入配管１２では、オゾン濃縮装置６１によって濃縮されたオゾンガスがオゾン注入装置４に向かって流れる。
　ここで、余剰汚泥に対するオゾンガスの供給方法について説明する。先ず、オゾン発生装置６は、オゾンガスを生成する。生成されたオゾンガスは、オゾン濃縮配管１４を通ってオゾン濃縮装置６１に流入する。オゾン濃縮装置６１は、注入されたオゾンガスを流出させず蓄積することで、高密度のオゾンガスを貯留する。ここで、例えば所定の時間ごとに、オゾン発生装置６からオゾン濃縮装置６１へのオゾンガスの供給を停止し、循環ポンプ５を動作させて余剰汚泥を循環させる。このと、余剰汚泥を循環するオゾン注入装置４と、オゾン濃縮装置６１とがオゾン注入配管１２によって接続されているため、余剰汚泥が循環することにより、オゾン濃縮装置６１の内部が減圧されて高濃度オゾンガスを引き出される。引き出された高濃度オゾンガスは、オゾン注入装置４を流通する余剰汚泥に注入される。
　以上のように、実施の形態５によれば、オゾン発生装置６で発生したオゾンガス濃度より高濃度のオゾンガスを発生させることができる。したがって、有機性溶液を可溶化する効率の低下を更に抑制することができる。
　また、反応槽２が減圧装置３によって真空に排気されるため、反応槽２を介してオゾン濃縮装置６１の内部も減圧される。このとき、オゾン注入装置４を余剰汚泥が流れることで生じる減圧に対して、反応槽２を減圧装置３で真空に排気することで生じる減圧が加わるため、オゾン濃縮装置６１の内部を減圧して高濃度オゾンガスを発生させる効果を高めることができる。
　以上が本開示の実施の形態の説明であるが、本開示は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形又は組み合わせが可能である。例えば、実施の形態４又は実施の形態５で示した可溶化装置において、実施の形態２の槽圧力計８及び配管圧力計９を設け、計測結果に基づいて減圧装置３、循環ポンプ５、又はオゾン発生装置６を操作してもよい。また、この際に実施の形態３で示した制御装置１０を設けて、減圧装置３、循環ポンプ５、又はオゾン発生装置６を自動で制御するようにしてもよい。更に、実施の形態４で示した可溶化装置１Ｃにおいて、実施の形態５のオゾン濃縮装置６１を設けるようにしてもよい。
　また、各実施の形態では、オゾン注入装置４がエジェクタである場合を例にして説明したが、オゾン注入装置４は、エジェクタではなくてもよい。オゾン注入装置４は、例えば数十マイクロメートル以下のごく微細な気泡径を有する、所謂マイクロバブルと呼ばれる気泡を発生させるマイクロバブル発生装置であってもよい。なお、エジェクタ又はマイクロバブル発生装置を利用して発生させた気泡は、散気管等の公知の散気装置を利用して発生させた気泡と比較して気泡径が小さくなる。
　各実施の形態では、反応槽２に余剰汚泥を貯留した場合について説明したが、オゾンガスとの反応によって粘度が上昇する有機性溶液であれば同様の効果を得ることができる。したがって、本開示の有機性溶液は、下水処理にて生じる余剰汚泥に限定されるものではない。
　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ　可溶化装置、２　反応槽、３　減圧装置、４　オゾン注入装置、４ａ　絞り部、５　循環ポンプ、６　オゾン発生装置、７　循環ポンプ圧力計、８　槽圧力計、９　配管圧力計、１０　制御装置、１１　循環配管、１１ａ　第１循環配管、１１ｂ　第２循環配管、１１ｃ　第３循環配管、１２　オゾン注入配管、１３　排気配管、１４　オゾン濃縮配管、２１　貯留槽、５１　移送ポンプ、６１　オゾン濃縮装置、１０１　処理回路、１０２　プロセッサ、１０３　メモリ、１０４　バス。

Claims (8)

  1. 　有機性溶液とオゾンガスとを貯留して反応させる反応槽と、
    　前記オゾンガスを生成するオゾン発生装置と、
    　前記有機性溶液に前記オゾンガスを気泡化させたオゾン気泡を注入するオゾン注入装置と、
    　前記反応槽と前記オゾン注入装置との間で前記有機性溶液が循環する循環配管と、
    　前記循環配管に設けられ、前記有機性溶液を前記反応槽と前記オゾン注入装置との間で循環させる循環ポンプと、
    　前記反応槽の内部を減圧する減圧装置と、を備える
    　可溶化装置。
  2. 　前記有機性溶液は、下水処理によって発生する余剰汚泥である
    　請求項１に記載の可溶化装置。
  3. 　前記オゾン注入装置は、エジェクタ又はマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置である
    　請求項１又は２に記載の可溶化装置。
  4. 　前記反応槽に設けられ、前記反応槽内の気体の圧力を示す槽圧力を計測する槽圧力計と、
    　前記オゾン発生装置と前記オゾン注入装置と接続するオゾン注入配管と、
    　前記オゾン注入配管に設けられ、前記オゾン注入配管を流れる前記オゾンガスの圧力を示す配管圧力を計測する配管圧力計と、を更に備える
    　請求項１～３の何れか１項に記載の可溶化装置。
  5. 　制御装置を更に備え、
    　前記制御装置は、
    　前記配管圧力が前記槽圧力よりも低くなるように、前記オゾン発生装置、前記循環ポンプ又は前記減圧装置を制御する
    　請求項４に記載の可溶化装置。
  6. 　前記反応槽と接続され、可溶化処理が行われた前記有機性溶液を貯留する貯留槽を更に有する
    　請求項１～５の何れか１項に記載の可溶化装置。
  7. 　前記オゾン発生装置の下流側に設けられ、高濃度の前記オゾンガスを生成するオゾン濃縮装置を更に有する
    　請求項１～６の何れか１項に記載の可溶化装置。
  8. 　有機性溶液を反応槽に貯留するステップと、
    　オゾンガスを生成するステップと、
    　前記反応槽と循環配管を流れる前記有機性溶液に前記オゾンガスを気泡化させたオゾン気泡を注入するオゾン注入装置との間で、前記有機性溶液を循環させるステップと、
    　前記循環配管を流れる前記有機性溶液に前記オゾン気泡を注入するステップと、
    　前記反応槽の内部を減圧するステップと、を有する
    　可溶化方法。
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