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

Description

本発明は、汚泥の処理に用いられるオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法に関する。

有機物質を含有する下水、食品排水、畜産排水などの処理方法として、活性汚泥と呼ばれる微生物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、処理過程中に大量の余剰汚泥と呼ばれる汚泥（微生物を含む）が発生するので、汚泥を沈殿及び脱水した後に埋め立て又は焼却処分する必要がある。そのため、汚泥の処理コストを削減する観点から、物理的又は化学的な汚泥減容化処理を処理過程中に導入することが検討されている。

従来の物理的な汚泥減容化方法としては、オゾンガスを利用して汚泥を改質（微生物を分解）した後、生物学的処理工程に返送して再度分解する方法が提案されている。この方法において、オゾンガスによる汚泥の改質は、汚泥含有液中にオゾンガスを吹き込み、汚泥含有液中で汚泥とオゾンガスとを反応させる方法が一般的である。汚泥含有液中にオゾンガスを吹き込むと、汚泥含有溶液が発泡し、泡沫がオゾン反応槽外にオーバーフローするなどの問題があるため、消泡剤を添加したり、オゾン反応槽の上部に設けたスプレーノズルから水などを散布したりすることで消泡している。

上記の方法では、汚泥含有液中に吹き込まれたオゾンガスは、気泡となって汚泥含有液中を浮上し、オゾンガスの気泡が汚泥含有液中を浮上する間に、オゾンガスが汚泥含有液に溶解してオゾン水を生成する。このオゾン水が汚泥含有液中の汚泥と接触することで汚泥とオゾンとの反応が生じ、汚泥を改質する。
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。

そこで、上記の問題を解決するため、特許文献１には、汚泥含有液中にオゾンガスを吹き込むことで汚泥含有液を発泡させて泡汚泥を形成し、この泡汚泥をオゾンガスによる汚泥改質に利用する方法が提案されている。泡汚泥は、オゾンガスの気泡に汚泥が吸着した状態であり、泡汚泥と泡汚泥の内部のオゾンガスとが反応することで、汚泥を改質することができる。泡汚泥では、破泡するか又は泡汚泥の内部のオゾンガスが消費されるまで汚泥とオゾンガスとの反応が続く。通常、オゾンガスが汚泥含有液中を浮上する時間よりも泡汚泥が破泡する時間及び泡汚泥の内部のオゾンガスが消費される時間の方が長いため、汚泥含有液中に比べて発泡させた汚泥含有液中の方が、汚泥とオゾンガスとの反応効率が高い。

特開平７−２３２１８４号公報

特許文献１の方法で用いられるオゾン処理装置は、反応槽の上部に設けられたスプレーノズルから汚泥含有液などを泡汚泥に散布することにより、過剰な発泡を抑制している。このように泡汚泥を消泡すると、汚泥とオゾンガスとの反応性が低下し、処理時間が長くなったり、オゾン消費量が多くなったりす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。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、汚泥とオゾンガスとの反応効率を高めると共にオゾン消費量を低減し、且つ改質された汚泥を水から分離して回収することが可能なオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、汚泥のオゾン処理方法について鋭意研究した結果、泡汚泥の破泡を防止しつつ泡汚泥に汚泥含有液を散布することで、汚泥とオゾンガスとの反応性の低下を防止することができると共に、改質された汚泥を泡汚泥のまま排出し、改質された汚泥の水分量を低減することができることを見出し本発明に至った。

すなわち、本発明は、汚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って前記汚泥含有液の液面上に泡汚泥を形成するオゾン反応槽と、前記オゾン反応槽内の前記泡汚泥が形成される領域に設けられた汚泥含有液供給手段であって、前記泡汚泥の破泡を防止しつつ前記泡汚泥に前記汚泥含有液を散布する前記汚泥含有液供給手段と、前記オゾン反応槽の上部に設けられた改質泡汚泥排出手段であって、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前記改質泡汚泥排出手段とを備えることを特徴とするオゾン処理装置である。
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。

また、本発明は、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って前記汚泥含有液の液面上に泡汚泥を形成する工程と、前記泡汚泥の破泡を防止しつつ前記泡汚泥に前記汚泥含有液を散布する工程と、改質された前記泡汚泥を排出する工程とを含むことを特徴とするオゾン処理方法である。
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。

本発明によれば、汚泥とオゾンガスとの反応効率を高めると共にオゾン消費量を低減し、且つ改質された汚泥を水から分離して回収することが可能なオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法を提供することができる。

実施の形態１に係るオゾン処理装置を説明するための図である。 オゾン反応槽内の汚泥含有液の液面付近の拡大図である。 円環状のスプレー装置である。 回転式のスプレー装置である。 実施の形態２に係るオゾン処理装置を説明するための図である。 実施の形態３に係るオゾン処理装置を説明するための図である。 実施の形態４に係るオゾン処理装置を説明するための図である。 実施の形態５に係るオゾン処理装置を説明するための図である。 実施の形態６に係る汚泥処理装置を説明するための図である。 実施の形態７に係る汚泥処理装置を説明するための図である。 実施例１、比較例１及び２における汚泥の改質率及び残渣液中の汚泥濃度の結果を示すグラフである。 実施例２及び比較例３における嫌気性消化槽で発生したメタンガスの量の結果を示すグラフである。

以下、本発明のオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
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。

このような構造を有するオゾン処理装置１において汚泥含有液７のオゾン処理を行う場合、まず、汚泥含有液供給手段３から汚泥含有液７をオゾン反応槽２に供給し、オゾン反応槽２の底部に汚泥含有液７を貯留する。次に、オゾン反応槽２に汚泥含有液７が所定量貯留した段階で、オゾン反応槽２内に貯留された汚泥含有液７中に散気手段９からオゾンガス８を吹込む。吹き込まれたオゾンガス８は、微細な気泡となり、汚泥含有液７中を浮上する。オゾンガス８の気泡が汚泥含有液７を浮上する間に汚泥とオゾンガス８との反応が生じ、汚泥含有液７の液面上に泡汚泥５が形成される。

ここで、泡汚泥５の形成過程について図２を用いて説明する。図２は、オゾン反応槽２内の汚泥含有液７の液面付近の拡大図である。
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。

このようにして汚泥含有液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を用いて汚泥含有液７を散布する。汚泥含有液供給手段３としては、泡汚泥５の破泡を防止しつつ汚泥含有液７を散布することが可能な手段であれば特に限定されず、例えば、当該技術分野において公知のスプレー装置などを用いることができる。その中でも汚泥含有液供給手段３は、オゾン反応槽２の泡汚泥５が形成される領域の横断面に対して汚泥含有液７を均一に散布することが可能なスプレー装置であることが好ましい。このようなスプレー装置としては、図３に示すような円環状のスプレー装置、図４に示すような回転式のスプレー装置などが挙げられる。

図３は、オゾン反応槽２内に貯留された汚泥含有液７の液面側から見た円環状のスプレー装置２０の図である。図３において、円環状のスプレー装置２０は、直径が異なる２つの円環状パイプと円環状パイプを連結する連結パイプとから構成されるパイプ２１と、パイプ２１の円周方向及び直径方向に均等間隔で設けられた吐出口２２とを備えている。この円環状のスプレー装置２０は、吐出口２２が汚泥含有液７の液面と対向するようにして配置される。このような構造を有する円環状のスプレー装置２０では、汚泥含有液供給配管６から汚泥含有液７が供給されると、パイプ２１の内部が汚泥含有液７で満たされた後、吐出口２２から汚泥含有液７が散布される。吐出口２２は、パイプ２１の円周方向及び直径方向に均等間隔で設けられているため、オゾン反応槽２の泡汚泥５が形成される領域の横断面に対して汚泥含有液７を均一に散布することができる。

図４（ａ）は、オゾン反応槽２内に貯留された汚泥含有液７の液面側から見た回転式のスプレー装置２３の図であり、図４（ｂ）は、回転式のスプレー装置２３が配置される部分周辺のオゾン反応槽２の縦断面図である。図４（ａ）及び（ｂ）において、回転式のスプレー装置２３は、直線状パイプと支柱パイプとから構成されるパイプ２１と、直線状パイプに均等間隔で設けられた吐出口２２とを備えており、オゾン反応槽２の上部に設けられた回転装置２４によって支柱パイプを回転させることにより、直線状パイプがオゾン反応槽２内で回転する。なお、この回転式のスプレー装置２３では、直線状パイプの代わりに、Ｔ字状パイプ、十字状パイプなどを用いてもよい。このような構造を有する回転式のスプレー装置２３では、汚泥含有液供給配管６から汚泥含有液７が供給され、直線状パイプがオゾン反応槽２内で回転することにより、吐出口２２から汚泥含有液７が同心円状に散布される。吐出口２２は、直線状パイプに均等間隔で設けられているため、オゾン反応槽２の泡汚泥５が形成される領域の横断面に対して汚泥含有液７を均一に散布することができる。

なお、図３及び４では、複数の吐出口２２を有するスプレー装置２０の例を示したが、オゾン反応槽２の径が小さければ、吐出口２２が１つの簡易なスプレー装置２０を用い得ることは言うまでもない。また、図３及び４では、吐出口２２を同一面内に有するスプレー装置の例を示したが、オゾン反応槽２の泡汚泥５が形成される領域の横断面に対して汚泥含有液７を均一に散布することができれば吐出口２２は同一面内に存在しなくてもよい。ただし、吐出口２２を同一面内に有するスプレー装置であれば、オゾン反応槽２内を上昇する泡汚泥５がスプレー装置を通過し易くなる。

スプレー装置２０などの汚泥含有液供給手段３から汚泥含有液７を散布すると、汚泥含有液７に含有される水１３は、泡汚泥５と反応しないため、泡汚泥５の界面を沿ってオゾン反応槽２の下部に貯留された汚泥含有液７に移動する。他方、汚泥含有液７に含有される汚泥１２は、泡汚泥５の界面を沿って流れる際、泡汚泥５の内部のオゾンガス８及びオゾン反応槽２内のオゾンガス８と反応し、汚泥１２の表面が変質する。その結果、汚泥１２は、表面の一部が変質した吸着性の高い汚泥１７となり、泡汚泥５の表面に付着する。泡汚泥５の表面に付着した吸着性の高い汚泥１７は、泡汚泥５と共にオゾン反応槽２内を上昇する。

汚泥含有液供給手段３から散布される汚泥含有液７の流量は、オゾン反応槽２の大きさ、スプレー装置の種類などに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、オゾン反応槽２の単位面積（１ｃｍ^２）当たりの汚泥含有液７の流量が、好ましくは０．５ｍＬ／分以上１００ｍＬ／分以下、より好ましくは１ｍＬ／分以上５０ｍＬ／分以下である。汚泥含有液７の流量が０．５ｍＬ／分未満であると、オゾン処理の効率が低すぎることがある。一方、汚泥含有液７の流量が１００ｍＬ／分を超えると、泡汚泥５が破泡してしまい、汚泥１２とオゾンガス８との反応性が低下してしまうことがある。

汚泥含有液供給手段３から散布される汚泥含有液７中の汚泥濃度は、オゾン反応槽２の大きさ、スプレー装置の種類などに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以上２５０００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは５００ｍｇ／Ｌ以上１５０００ｍｇ／Ｌ以下である。汚泥含有液７中の汚泥濃度が上記範囲であれば、吸着性の高い汚泥１７を泡汚泥５の表面に安定して付着させると共に、汚泥含有液７に含有される水１３を効率良く分離することができ、特に残渣液中の汚泥濃度を汚泥含有液７の１／１０にすることができる。

オゾン反応槽２における泡汚泥５の上昇速度は、オゾン反応槽２の大きさなどに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、好ましくは５ｃｍ／分以上５００ｃｍ／分以下、より好ましくは１０ｃｍ／分以上２００ｃｍ／分以下である。泡汚泥５の上昇速度は、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。泡汚泥５の上昇速度が上記範囲内であれば、吸着性の高い汚泥１７を泡汚泥５の表面に安定して付着させると共に、汚泥含有液７に含有される水１３を効率良く分離することができる。

泡汚泥５及び泡汚泥５の表面に付着した吸着性の高い汚泥１７は、オゾン反応槽２内を上昇する過程で、泡汚泥５の内部に含まれるオゾンガス８及びオゾン反応槽２内のオゾンガス８と長期間接触する。そのため、汚泥含有液７中で汚泥１２とオゾンガス８とを反応させる場合に比べて反応効率が高くなる。そして、オゾンガス８と十分に反応して改質された泡汚泥５及び泡汚泥５の表面に付着した吸着性の高い汚泥１７は、オゾン反応槽２の頂部に設けられた改質泡汚泥排出手段４から排出される。このようにして改質された泡汚泥５及び泡汚泥５の表面に付着した吸着性の高い汚泥１７を改質泡汚泥排出手段４から排出することにより、改質された汚泥１２を水から高効率に分離して回収することが可能となる。

他方、オゾン反応槽２内に貯留された汚泥含有液７では、泡汚泥の界面を沿って流れ込んだ水１３及び泡汚泥５の形成によって汚泥１２の濃度が低下する。特に、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、汚泥含有液７の下層では汚泥１２の濃度が低くなる。汚泥１２の濃度が低くなった汚泥含有液７（残渣液）は、オゾン反応槽２の底部に設けられた残渣液排出管１０から排出される。このようにして残渣液を排出することにより、汚泥１２の濃度が低くなった残渣液を回収することが可能となる。
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。

上記のような構成を有するオゾン処理装置１を用いてオゾン処理を行うことにより、汚泥１２とオゾンガス８との反応効率を高めると共にオゾン消費量を低減し、且つ改質された汚泥１２を水１３から９５〜９９％の範囲まで分離して回収することが可能となる。

改質された汚泥１２は、可溶性であり且つ生分解され易いため、下水処理で一般的に行われている生物学的処理を行うことで、水と二酸化炭素とに分解され、汚泥１２を減容化することが可能となる。また、改質された汚泥１２は、微生物による分解が難しい有機成分が、より低分子に分解されているため、嫌気性消化処理を効率的に行うことができ、各種用途に有用なメタンガスの発生量を増加させることができる。

実施の形態２．
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。

このような構成を有するオゾン処理装置１では、混合ガス３３が混合ガス供給配管３０を介して散気手段９に供給される。混合ガス３３中のオゾンガス８及び補助ガスの流量は、流量調節器３１によって個別に制御される。補助ガスとしては、特に限定されず、例えば、空気、窒素ガス及び酸素ガスなどが挙げられる。散気手段９から混合ガス３３を吹込むと、混合ガス３３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。

オゾン反応槽２における泡汚泥５の上昇速度は、散気手段９に供給されるガスの流量に依存するが、本実施の形態のオゾン処理装置１では、オゾンガス８の流量を一定にした場合であっても、補助ガスの流量を増加させることにより、泡汚泥５の上昇速度を増加させることができる。補助ガスも含めた泡汚泥５の上昇速度は、好ましくは５ｃｍ／分以上５００ｃｍ／分以下、より好ましくは１０ｃｍ／分以上２００ｃｍ／分以下である。
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。

実施の形態３．
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。

このような構成を有するオゾン処理装置１では、汚泥含有液７がオゾン処理手段３４においてオゾンガス８と接触し、汚泥含有液７に含有される汚泥１２の表面が溶解し、吸着性の高い汚泥１７が形成される。そして、吸着性の高い汚泥１７を汚泥含有液供給手段６から泡汚泥５に散布すると、泡汚泥５に効率良く付着する。また、吸着性の高い汚泥１７が泡汚泥５に付着し易くなるため、泡汚泥５の界面を沿ってオゾン反応槽２の下部に貯留された汚泥含有液７に水１３が移動し易くなる。したがって、汚泥１２とオゾンガス８との反応効率をより一層高めることができる上、改質された汚泥１２を水１３から分離し易くなる。

実施の形態４．
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。

実施の形態５．
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。

このような構成を有するオゾン処理装置１では、汚泥含有液７中でオゾンガス８の気泡が上昇する速度を増加させることができるため、オゾンガス８の気泡による汚泥１２の浮上速度が向上する。その結果、泡汚泥５の形成速度を増加させることができると共に、残渣液中の汚泥１２の濃度を迅速に低減することができる。

実施の形態６．
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。

嫌気性消化槽４３には、嫌気性微生物が収容されており、改質汚泥を嫌気性微生物（メタン菌）の働きによって分解する。分解の際、副産物としてメタンガスが生成するため、嫌気性消化槽４３の上部に設けられたメタンガス排出配管５３からメタンガスを排出する。排出されたメタンガスは、燃焼ガスの原料として用いることができる。改質汚泥を嫌気性消化することにより、未処理の汚泥を嫌気性消化する場合に比べて汚泥の分解が短時間で終了すると共に、短時間でメタンガスを得ることができる。そのため、嫌気性消化槽３３のサイズを小さくするなどの効率化を図ることが可能になる。

実施の形態７．
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。

改質汚泥溶解槽４２には、改質汚泥溶解槽４２の内部を攪拌するための攪拌機４４が設けられている。また、改質汚泥溶解槽４２には、汚泥溶解剤供給配管４８を介して汚泥溶解剤タンク４９が接続されている。改質汚泥溶解槽４２は、改質汚泥分離槽４１から導入された改質汚泥を攪拌機４４で攪拌しつつ、汚泥溶解剤供給ポンプ５０を起動させて汚泥溶解剤タンク４９から汚泥溶解剤を供給し、均一に混合することにより、改質汚泥を構成する有機物を溶解する。
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。

改質汚泥溶解槽４２において改質汚泥のｐＨを５以下又は９以上とする場合、この改質汚泥を嫌気性消化槽４３に導入すると、嫌気性微生物が死滅することがある。そこで、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、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が好ましい。具体的には、ｐＨ調整薬液供給ポンプ５４を用い、ｐＨ調整薬液タンク５５からｐＨ調整薬液配管５６を介してｐＨ調整薬液を消化槽供給配管５１に導入し、溶解された改質汚泥のｐＨを５超過９未満に調整すればよい。
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。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例及び比較例に限定されるものではない。
（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。

（比較例１）
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。

（比較例２）
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。

１０Ｌの汚泥含有液７に対し、実施例１、比較例１及び２で回収された改質泡汚泥のＳＳ濃度［ｍｇ／Ｌ］及び量［Ｌ］を測定し、汚泥の改質率を下記式によって求めた。
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。

（実施例２）
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。

実施例２及び比較例３において、嫌気性消化槽で発生したメタンガスの量を測定した。その結果を図１２に示す。図１２において、縦軸のメタンガス発生量とは、汚泥に含まれていた有機物１ｇから発生したメタンガスの量を意味する。
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。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、汚泥１２とオゾンガス８との反応効率を高めると共にオゾン消費量を低減し、且つ改質された汚泥を水から分離して回収することが可能なオゾン処理装置、汚泥処理装置、オゾン処理方法及び汚泥処理方法を提供することができる。

１ オゾン処理装置、２ オゾン反応槽、３ 汚泥含有液供給手段、４ 改質泡汚泥排出手段、５ 泡汚泥、６ 汚泥含有液供給配管、７ 汚泥含有液、８ オゾンガス、９ 散気手段、１０ 残渣液排出管、１１ オゾンガス供給配管、１２ 汚泥、１３ 水、１４ 微生物、１５ ゼラチン状物質、１６ 一部が変質したゼラチン状物質、１７ 吸着性の高い汚泥、２０ 円環状のスプレー装置、２１ パイプ、２２ 吐出口、２３ 回転式のスプレー装置、２４ 回転装置、３０ 混合ガス供給配管、３１ 流量調節器、３２ 補助ガス供給配管、３３ 混合ガス、３４ オゾン処理手段、４０ 汚泥処理装置、４１ 改質汚泥分離槽、４２ 改質汚泥溶解槽、４３ 嫌気性消化槽、４４ 攪拌機、４５ オゾンガス排出配管、４６ 改質汚泥配管、４７ 改質汚泥引抜ポンプ、４８ 汚泥溶解剤供給配管、４９ 汚泥溶解剤タンク、５０ 汚泥溶解剤供給ポンプ、５１ 消化槽供給配管、５２ 消化槽供給ポンプ、５３ メタンガス排出配管、５４ ｐＨ調整薬液供給ポンプ、５５ ｐＨ調整薬液タンク、５６ ｐＨ調整薬液配管。

Claims (15)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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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