JP6452374B2 - オゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、オゾンガスが汚泥含有液に溶解する速度が遅いため、オゾンガスが汚泥含有液に十分に溶解することなく、気泡として汚泥含有液中から抜け出し易い。また、汚泥含有液に溶解したオゾンガスによって生成したオゾン水の一部は、汚泥と接触する前に分解するため、汚泥との反応効率も低い。このように、上記の方法では、汚泥含有液中におけるオゾンガスの気泡の滞留時間が短く、汚泥との反応効率も低いという問題がある。また、汚泥含有液中を通過したオゾンガスの気泡には汚泥との反応に使用されなかった未反応のオゾンガスが多量に含まれるため、無駄なオゾンガスも多くなるという問題がある。
また、特許文献1の方法で用いられるオゾン処理装置は、オゾン処理によって改質された泡汚泥を汚泥含有液などの散布によって消泡した後、改質された汚泥を溶液として反応槽から回収している。回収される溶液は、水分量が多いため、その後の生物学的処理(例えば、嫌気性消化処理など)に用いる装置を大型化する必要がある。
また、本発明は、前記オゾン処理装置と、前記オゾン処理装置のオゾン反応槽の上部から引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する改質汚泥分離槽と、前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽とを備えることを特徴とする汚泥処理装置である。
さらに、本発明は、前記オゾン処理方法によって形成された改質泡汚泥を破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する工程と、前記改質汚泥を嫌気性消化する工程とを含むことを特徴とする汚泥処理方法である。
図1は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。
図1において、本実施の形態のオゾン処理装置1は、オゾン反応槽2と、汚泥含有液供給手段3と、改質泡汚泥排出手段4とを備えている。汚泥含有液供給手段3は、オゾン反応槽2内の泡汚泥5が形成される領域に設けられており、泡汚泥5の破泡を防止しつつ泡汚泥5に汚泥含有液7を散布する。汚泥含有液供給手段3には汚泥含有液供給配管6が接続されており、汚泥含有液供給源(図示していない)から汚泥含有液供給配管6を介して汚泥含有液供給手段3に汚泥含有液7が供給される。また、改質泡汚泥排出手段4は、オゾン反応槽2の上部に設けられており、オゾン反応槽2内で改質された泡汚泥5を排出する。さらに、オゾン反応槽2の底部には、汚泥含有液7中にオゾンガス8を吹込むための散気手段9及び汚泥濃度が低下した残渣液を引抜くための残渣液排出管10が配置されている。散気手段9にはオゾンガス供給配管11が接続されており、オゾンガス供給源(図示していない)からオゾンガス供給配管11を介して散気手段9にオゾンガス8が供給される。散気手段9としては、特に限定されず、例えば、微細孔が設けられた散気管又は散気シート、ディフューザ、エジェクタなどを用いることができる。
下水処理などから得られる汚泥含有液7は、汚泥12と水13とを一般に含有する。汚泥12は、微生物14とゼラチン状物質15とから一般に構成されるフロック状の有機物質である。汚泥含有液7中にオゾンガス8が連続的に吹込まれると、オゾンガス8の気泡によって汚泥12が浮上し、汚泥含有液7の液面近傍に汚泥12の濃度が高い層が形成される。また、汚泥含有液7中でオゾンガス8の気泡が浮上する際に、オゾンガス8が汚泥含有液7中の水13に溶解し、オゾン水を生成する。このオゾン水と汚泥12とが接触すると、汚泥12中のゼラチン状物質15の表面が溶解すると共にゼラチン状物質15の一部が変質し、この一部が変質したゼラチン状物質16と微生物14とから一般に構成される吸着性の高い汚泥17となる。汚泥含有液7の液面では、吸着性の高い汚泥18がオゾンガス8の気泡の表面に付着するため、オゾンガス8の気泡の周囲が吸着性の高い汚泥17で覆われた泡汚泥5となる。このようにして形成される泡汚泥5の直径は、特に限定されないが、好ましくは0.01mm以上3mm以下である。泡汚泥5の直径が上記範囲であると、破泡し難く、長期間安定して泡の状態を保つことができる。泡汚泥5の直径は、散気手段9から供給するオゾンガス8の供給速度などを調節することによって制御することができる。
なお、汚泥含有液7の液面近傍に汚泥12の濃度が高い層を効率良く形成するためには、オゾン反応槽2に撹拌機などの撹拌手段を設けないことが好ましい。撹拌手段を用いて汚泥含有液7を撹拌すると、汚泥含有液7中の汚泥12の濃度分布が均一化されてしまい、汚泥含有液7の液面近傍に汚泥12の濃度が高い層が形成され難くなってしまうことがある。
なお、汚泥含有液7中の汚泥12は、オゾンガス8によって浮上するため、残渣液排出管10をオゾン反応槽2の底部に設けることにより、汚泥12の濃度が低くなった残渣液を得ることができる。この残渣液は、下水処理場への返流水として水処理系に返すことができる。さらに上述したように汚泥12を高濃度に濃縮できるため、残渣液を水処理系へ返流水として返すときの水質負荷を大幅に低減することができる。
図5は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。なお、本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図5において、本実施の形態のオゾン処理装置1は、汚泥含有液7中にオゾンガス8と補助ガスとの混合ガス33を吹込むための散気手段9がオゾン反応槽2の底部に設けられている点で、実施の形態1のオゾン処理装置と異なる。散気手段9には、混合ガス供給配管30が接続されており、混合ガス供給配管30には、流量調節器31を介してオゾンガス供給配管11及び補助ガス供給配管32が接続されている。
また、汚泥含有液7中での汚泥12とオゾンガス8との反応効率は低いため、オゾンガス8の代わりに混合ガス33を用いても、オゾン処理装置1全体における汚泥12とオゾンガス8との反応効率はほとんど低下しない。そのため、本実施の形態のオゾン処理装置1では、オゾンガス8の代わりにオゾンガス8と補助ガスとの混合ガス33を吹込むことにより、泡汚泥5の形成に影響を与えることなく、オゾンガス8の消費量を低減することができる。
図6は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。なお、本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図6において、本実施の形態のオゾン処理装置1は、汚泥含有液7とオゾンガス8とを接触させるオゾン処理手段34が汚泥含有液供給手段6に接続されている点で、実施の形態1のオゾン処理装置と異なる。オゾン処理手段34には、オゾンガス供給配管11が接続されており、オゾンガス供給源(図示していない)からオゾンガス供給配管11を介してオゾン処理手段34にオゾンガス8が供給される。汚泥含有液供給手段6としては、インジェクタなどの汚泥含有液7中に負圧を与えてオゾンガス8を引き込むタイプ、微細な孔を開けた散気管を汚泥含有液7の流路内に設置するタイプなどがある。
図7は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1〜3のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1〜3のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図7において、本実施の形態のオゾン処理装置1は、実施の形態2及び3のオゾン処理装置1の構成を有している。さらに、本実施の形態のオゾン処理装置1は、1つのオゾンガス供給源(図示していない)に接続されたオゾンガス供給配管11が分岐しており、一方がオゾン処理手段34、他方が流量調節器31に接続されている。このような構成を有するオゾン処理装置1では、オゾンガス8の一部がオゾン処理手段34において汚泥含有液7と接触し、残りのオゾンガス8が混合ガス33の原料として用いられるため、オゾンガス8を有効利用することができる上、オゾンガス供給源の数を増やす必要もない。また、オゾン処理手段34における汚泥12の改質と、混合ガス33による泡汚泥5の上昇速度の増加とを同時に実現することができるため、オゾンガス8の消費量をより一層低減することができる。
図8は、本実施の形態に係るオゾン処理装置を説明するための図である。なお、本実施の形態のオゾン処理装置の基本的な構成は、実施の形態1のオゾン処理装置と同じであるため、相違点のみ説明する。また、実施の形態1のオゾン処理装置と同様の構成については、同一符号が付されている。
図8において、本実施の形態のオゾン処理装置1は、汚泥含有液7が貯留される領域において、底部に近くなるほど横断面積が小さい点で、実施の形態1のオゾン処理装置と異なる。
図9は、本実施の形態に係る汚泥処理装置を説明するための図である。
図9において、本実施の形態の汚泥処理装置40は、オゾン処理装置1と、改質汚泥分離槽41と、嫌気性消化槽43とを備えている。
改質汚泥分離槽41には、改質汚泥分離槽41の内部を攪拌するための攪拌機44が設けられている。改質汚泥分離槽41は、オゾン処理装置1のオゾン反応槽2の上部から改質泡汚泥排出管4を介して引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に、攪拌によって破泡して改質汚泥とオゾンガス8とに分離する。オゾンガス8は、改質汚泥分離槽41の上部に設けられたオゾンガス排出配管45を介してオゾン分解装置(図示せず)に導入され、酸素に分解される。改質汚泥は、改質汚泥分離槽41の底部に設けられた改質汚泥配管46から改質汚泥引抜ポンプ47を用いて引抜き、嫌気性消化槽43に導入される。
図10は、本実施の形態に係る汚泥処理装置を説明するための図である。
図10において、本実施の形態の汚泥処理装置40は、改質汚泥分離槽41と嫌気性消化槽43の間に、改質汚泥溶解槽42を更に備えている。改質汚泥は、改質汚泥分離槽41の底部に設けられた改質汚泥配管46から改質汚泥引抜ポンプ47を用いて引抜き、改質汚泥溶解槽42に導入される。
ここで、汚泥溶解剤としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。汚泥溶解剤の例としては、硫酸、塩酸、硝酸などの酸溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、改質汚泥溶解槽42では、改質汚泥中の有機物を十分に溶解させる観点から、改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することが好ましい。なお、本汚泥溶解剤を注入した場合、改質汚泥中のリンを液中に効率的に溶出させることができるため、当該液のみを分離してリンを回収することも可能である。
溶解された改質汚泥は、改質汚泥溶解槽42の底部に設けられた消化槽供給配管51から消化槽供給ポンプ52を用いて引抜き、嫌気性消化槽43に導入される。
上記のような構成を有する汚泥処理装置40を用いて汚泥処理を行うことにより、オゾンのみでは分解が困難な有機物も分解されるため、嫌気性微生物による有機物分解が促進されるとともに、メタンガス発生効率も向上する。
(実施例1)
図1のオゾン処理装置1を用いて汚泥含有液7のオゾン処理を行った。オゾン処理装置1のオゾン反応槽2は直径2cm、高さ200cmの円筒状とした。
まず、汚泥濃度(SS濃度)が5000mg/Lの汚泥含有液7を汚泥含有液供給手段3から供給して、オゾン反応槽2に汚泥含有液7を貯留した。次に、オゾン反応槽2に貯留した汚泥含有液7中に散気手段9からオゾンガス(オゾン含有量60mg/L)を200mL/分の流量で吹込んで発泡させることによって汚泥含有液7の液面上に泡汚泥5を形成した。このとき、オゾン反応槽2における泡汚泥5の上昇速度は、15cm/分であった。次に、汚泥含有液7の液面上に形成された泡汚泥5に汚泥含有液供給手段3から汚泥含有液7を20mL/分の流量で散布しながらオゾン処理を続けた。そして、オゾン処理装置1の改質泡汚泥排出手段4から改質泡汚泥を回収すると共に、残渣液排出管10から残渣液を回収した。
汚泥含有液供給手段3の代わりに、オゾン反応槽2の汚泥含有液7が貯留される領域の側面に汚泥含有液供給配管を設けたオゾン処理装置(その他の構成は、図1のオゾン処理装置1と同じである)を用い、汚泥含有液供給配管から汚泥含有液を供給して汚泥含有液7のオゾン処理を行った。なお、オゾン処理の条件は、実施例1と同じである。
特許文献1のオゾン処理装置と同じように、循環ポンプを用い、オゾン反応槽2に貯留された汚泥含有液7を汚泥含有液供給手段3に循環させて散布するオゾン処理装置(その他の構成は、図1のオゾン処理装置1と同じである)を用いて汚泥含有液7のオゾン処理を行った。なお、オゾン処理の条件は、汚泥含有液7の循環及び散布時の流量を200mL/分としたこと以外は実施例1と同じである。
汚泥の改質率(%)={SS0[mg/L]×V0[L]−SS1[mg/L]×V1[L])/(SS0[mg/L]×V0[L])}×100
上記の式中、SS0は汚泥含有液7のSS濃度(5000mg/L)、V0は汚泥含有液4の量(10L)、SS1は改質泡汚泥のSS濃度、V1は改質泡汚泥の量を意味する。
汚泥の改質率の結果を図11(a)に示す。図11(a)に示すように、汚泥の改質率は、比較例1が25%、比較例2が10%であったのに対し、実施例1が30%であった。したがって、実施例1のオゾン処理装置を用いてオゾン処理を行うことで、汚泥12とオゾンガス8との反応効率を高めることができた。
次に、実施例1、比較例1及び2で回収された残渣液のSS濃度(汚泥濃度)[mg/L]を測定した。その結果を図11(b)に示す。図11(b)に示すように、残渣液の汚泥濃度は、比較例1が510mg/L、比較例2が2800mg/Lであったのに対し、実施例1が53mg/Lであった。したがって、実施例1のオゾン処理装置を用いてオゾン処理を行うことで、残渣液の汚泥濃度を汚泥含有液7の1/60程度まで低減させることができた。
図10の汚泥処理装置40を用いて汚泥処理を行った。まず、実施例1で得られた改質泡汚泥を改質汚泥分離槽41内で破泡して改質汚泥とオゾンガス8とに分離した後、改質汚泥を改質汚泥溶解槽42に導入し、改質汚泥溶解槽42内で改質汚泥に汚泥溶解剤(6molのNaOH溶液)を注入して改質汚泥を溶解した。溶解された改質汚泥を嫌気性消化槽43に導入し、5Lの嫌気性微生物と20日間混合した。
(比較例3)
比較として、汚泥濃度が5000mg/Lの汚泥含有液7をオゾン処理せずに嫌気性消化槽に導入し、5Lの嫌気性微生物と20日間混合した。
図12に示すように、実施例2では0.4L/gVSのメタンガスが発生したのに対し、比較例3では0.25L/gVSのメタンガスが発生した。したがって、汚泥含有液7を本発明のオゾン処理を行った後に嫌気性消化を行うことにより、メタンガスの発生量を約1.6倍に増加させることができた。
Claims (15)
- オゾン反応槽内に供給された汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで発泡させることにより形成させた泡汚泥を排出するオゾン処理装置において、
前記オゾン反応槽内に配置されており、前記オゾン反応槽内に供給された前記汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで前記汚泥含有液の液面上に前記泡汚泥を形成させる散気手段と、
前記散気手段よりも上方で前記オゾン反応槽内に配置されており、供給される前記汚泥含有液を前記散気手段で形成させた前記泡汚泥に散布する汚泥含有液供給手段と、
前記汚泥含有液供給手段よりも上方で前記オゾン反応槽に接続されており、前記オゾン反応槽内で改質された前記泡汚泥を前記オゾン反応槽から排出する改質泡汚泥排出手段と
を備え、
前記汚泥含有液供給手段は、前記オゾン反応槽の前記泡汚泥が形成される領域中から、前記オゾン反応槽の前記泡汚泥が形成される領域の横断面に対して前記汚泥含有液を均一に散布するとともにその汚泥含有液の流量を前記オゾン反応槽の横断面1cm 2 当たり0.5mL/分以上100mL/分以下とすることを特徴とするオゾン処理装置。 - 前記オゾン反応槽の前記泡汚泥が形成される領域の横断面に対して前記汚泥含有液を均一に散布する前記汚泥含有液供給手段は、スプレー装置であることを特徴とする請求項1に記載のオゾン処理装置。
- 前記汚泥含有液とオゾンガスとを接触させるオゾン処理手段が前記汚泥含有液供給手段に接続されており、前記オゾンガスと接触させた前記汚泥含有液を前記汚泥含有液供給手段から散布することを特徴とする請求項1又は2に記載のオゾン処理装置。
- 前記オゾン反応槽は、前記汚泥含有液が貯留される領域において、底部に近くなるほど横断面積が小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のオゾン処理装置。
- 前記オゾン反応槽において、空気、窒素ガス及び酸素ガスからなる群から選択される少なくとも1種の補助ガスを前記オゾンガスと共に吹き込むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のオゾン処理装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のオゾン処理装置と、
前記オゾン処理装置のオゾン反応槽の上部から引抜いた改質泡汚泥を貯留すると共に破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する改質汚泥分離槽と、
前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と
を備えることを特徴とする汚泥処理装置。 - 前記改質汚泥分離槽と前記嫌気性消化槽との間に、前記改質汚泥分離槽から引抜いた前記改質汚泥に汚泥溶解剤を注入して前記改質汚泥を溶解する改質汚泥溶解槽を更に備えており、前記溶解された改質汚泥が前記嫌気性消化槽に注入されることを特徴とする請求項6に記載の汚泥処理装置。
- 前記改質汚泥溶解槽において、前記改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することを特徴とする請求項7に記載の汚泥処理装置。
- 前記嫌気性消化槽に前記溶解された改質汚泥を注入する前に、前記溶解された改質汚泥のpHを5超過9未満に調整することを特徴とする請求項7又は8に記載の汚泥処理装置。
- オゾン反応槽内に供給された汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで発泡させることにより形成させた泡汚泥を排出するオゾン処理方法において、
前記オゾン反応槽内に供給された前記汚泥含有液中にオゾンガスを吹込んで前記汚泥含有液の液面上に前記泡汚泥を形成させる工程と、
供給される前記汚泥含有液を前記工程で形成させた前記泡汚泥に散布する工程と、
前記オゾン反応槽内で改質された前記泡汚泥を排出する工程と
を含み、
前記汚泥含有液を散布する工程は、前記オゾン反応槽の前記泡汚泥が形成される領域中から、前記オゾン反応槽の前記泡汚泥が形成される領域の横断面に対して前記汚泥含有液を均一に散布するとともにその汚泥含有液の流量を前記オゾン反応槽の横断面1cm 2 当たり0.5mL/分以上100mL/分以下とすることを特徴とするオゾン処理方法。 - 前記泡汚泥を形成する工程において、空気、窒素ガス及び酸素ガスからなる群から選択される少なくとも1種の補助ガスを前記オゾンガスと共に吹き込むことを特徴とする請求項10に記載のオゾン処理方法。
- 請求項10又は11に記載のオゾン処理方法によって形成された改質泡汚泥を破泡して改質汚泥とオゾンガスとに分離する工程と、
前記改質汚泥を嫌気性消化する工程と
を含むことを特徴とする汚泥処理方法。 - 前記分離された改質汚泥に汚泥溶解剤を注入して前記改質汚泥を溶解する工程を更に含み、前記溶解された改質汚泥を嫌気性消化することを特徴とする請求項12に記載の汚泥処理方法。
- 前記改質汚泥を溶解する工程において、前記改質汚泥のpHを5以下又は9以上に調整することを特徴とする請求項13に記載の汚泥処理方法。
- 前記溶解された改質汚泥を嫌気性消化する前に、前記溶解された改質汚泥のpHを5超過9未満に調整することを特徴とする請求項13又は14に記載の汚泥処理方法。
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