汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法
【課題】余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る汚泥処理装置は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、を備えている。
【解決手段】実施形態に係る汚泥処理装置は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物により汚水を浄化処理する技術が知られている。この様な技術においては、微生物処理によって発生した汚泥（以後、余剰汚泥と称する）を脱水し、焼却した後に埋立て処分するようにしている。そのため、多大なエネルギーや経費などを必要としていた。
そこで、余剰汚泥を含む水に超音波を照射し、いわゆる余剰汚泥の可溶化（減容化）を図る技術が提案されている。
しかしながら、余剰汚泥を含む水に超音波を照射するだけでは効率的な余剰汚泥の減容化を行うことが困難であった。そのため、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る汚泥処理装置は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る汚泥処理装置について例示をするための模式図である。
【図２】余剰汚泥を含む水に気体を溶解させる効果を例示するための模式グラフ図である。
【図３】余剰汚泥を含む水における固形分の占める割合の変化を例示するための模式グラフ図である。
【図４】気体の種類とＯＨラジカルの生成量との関係を例示するための模式グラフ図である。
【図５】超音波の周波数が与える影響を例示するための模式グラフ図である。
【図６】汚泥処理装置により処理された余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した場合の効果を例示するための模式グラフ図である。
【図７】第２の実施形態に係る汚水処理システムについて例示をするための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る汚泥処理装置について例示をするための模式図である。 図１に示すように、汚泥処理装置１には、処理槽２、キャビテーション発生部３、反射部４、温度制御部５、気体溶解部６が設けられている。
【０００８】
処理槽２には、余剰汚泥を含む水Ｗａが供給される。処理槽２は、側壁の底部近傍に設けられた流入口２ａと、側壁の天井近傍に設けられた流出口２ｂとを有している。処理槽２の内部には、相互に平行な複数の板状体２ｃが設けられ、板状体２ｃ同士の間が流路２ｄとなっている。そして、上下方向に隣接する２つの流路２ｄは、左右方向のいずれか一方の端部において連通するようになっている。また、最下部の流路２ｄの端部は流入口２ａに開口し、最上部の流路２ｄの端部は流出口２ｂに開口している。すなわち、流入口２ａから流出口２ｂまでを連通する蛇行形状の流路２ｄが処理槽２の内部に設けられている。
【０００９】
キャビテーション発生部３は、処理槽２に供給された余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させる。本実施の形態においては、一例として、キャビテーション発生部３が超音波発生装置である場合を例に挙げて説明する。
キャビテーション発生部３は、処理槽２の内部に向けて超音波を照射する。キャビテーション発生部３は、処理槽２の一方の側壁に設けられている。なお、処理槽２の内部に設けられた流路２ｄの形状が図１に例示をしたもののような場合には、キャビテーション発生部３を処理槽２の側壁に設けることで、流路２ｄ内にある余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射することが容易となる。
【００１０】
この場合、キャビテーション発生部３の配設位置は、流路２ｄの有無や形状などに応じて適宜変更することができる。ただし、処理槽２の底部にキャビテーション発生部３を設けるようにすると、キャビテーション発生部３の照射面３ａに汚泥が堆積して、超音波の照射が阻害されるおそれがある。そのため、キャビテーション発生部３は、処理槽２の側壁または天井部分に設けるようにすることが好ましい。
キャビテーション発生部３に設けられた図示しない超音波振動子は、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料から形成されたものとすることができる。そのため、図示しない超音波振動子は、入力された電気信号に基づいて所望の周波数と出力とを有する超音波を発生させることができる。
この場合、キャビテーション発生部３により照射される超音波の周波数は、１００ｋＨｚ未満とされる。なお、キャビテーション発生部３により照射される超音波の周波数に関する詳細は後述する。
【００１１】
反射部４は、処理槽２のキャビテーション発生部３が設けられた側とは反対側の側壁に設けられている。また、キャビテーション発生部３の照射面３ａと、反射部４の反射面４ａとが対峙するように設けられている。反射部４は、キャビテーション発生部３により照射された超音波を反射させる。そして、キャビテーション発生部３により照射された超音波（進行波）と、反射部４により反射された反射波とを干渉させることで超音波を増幅させる。超音波を増幅させることができればキャビテーションの発生を容易とすることができるので、ＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル、水酸化ラジカル、水酸基ラジカルなどとも称される）の生成効率を向上させることができる。
【００１２】
この場合、照射面３ａと反射面４ａとの間の寸法Ｌがｎ・λ／２となるようにすると増幅率を高めることができる。なお、ｎは正の整数、λは超音波の波長である。
また、ｎは処理槽２の大きさなどに基づいて適宜決定するようにすることができる。ただし、到達距離が長くなると超音波の減衰が大きくなるので、ｎの値が大きくなりすぎると反射部４の効果が低下するおそれがある。そのため、ｎの値がなるべく小さくなるようにすることが好ましい。
【００１３】
なお、図１に例示をしたものは、一対のキャビテーション発生部３、反射部４が設けられた場合であるが、キャビテーション発生部３、反射部４の数は適宜変更することができる。例えば、２つの板状体２ｃにより仕切られた領域毎に一対のキャビテーション発生部３、反射部４を設けるようにすることもできる。
また、キャビテーション発生部３の出力などによっては、反射部４を省略することもできる。ただし、反射部４を設けるようにすれば、キャビテーション発生部３の出力の低減や小型化などを図ることができる。
【００１４】
温度制御部５は、処理槽２内にある余剰汚泥を含む水Ｗａの温度を制御する。余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が所定の範囲内となるようにすれば、加水分解反応や熱分解反応などにより余剰汚泥の処理を行うことができる。この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が１００℃以上、２００℃以下となるようにすることができる。
この様にすれば、キャビテーション発生部３から照射された超音波により生成されたＯＨラジカルによる余剰汚泥の処理と、温度制御部５による余剰汚泥の処理とを併せて行うようにすることができる。
【００１５】
この場合、余り高い温度で余剰汚泥の処理を行うようにすると余剰汚泥の性質が変化し、その後に行われる嫌気性微生物による処理が困難になるおそれがある。また、エネルギー消費量が増大するという問題もある。
そのため、温度制御部５は、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
【００１６】
気体溶解部６は、キャビテーションを発生させる領域に供給される余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させる。
気体溶解部６には、放出部６ａ、気体供給部６ｂ、配管６ｃが設けられている。
放出部６ａは、キャビテーション発生部３により超音波が照射される領域（キャビテーションを発生させる領域）の少なくとも上流側に設けられている。すなわち、余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させ、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａがキャビテーション発生部３により超音波が照射される領域に供給されるようになっている。なお、キャビテーション発生部３により超音波が照射される領域にも放出部６ａが設けられるようにすることもできる。
【００１７】
放出部６ａは、配管６ｃを介して気体供給部６ｂから供給された気体を余剰汚泥を含む水Ｗａの中に放出する。
ここで、放出された気体と余剰汚泥を含む水Ｗａとの接触面積を大きくすれば、気体の溶解量を増加させることができる。そのため、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気体が放出された際に気泡が形成されるようにすることが好ましい。また、形成される気泡の大きさが小さくなるほど気体と余剰汚泥を含む水Ｗａとの接触面積が大きくなるので、気体の溶解を容易とすることができる。
【００１８】
そのため、放出部６ａには図示しない複数の放出孔が設けられ、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気体を放出した際に気泡が形成されるようになっている。この場合、例えば、放出部６ａを多孔質材料から形成するようにしてもよい。そして、図示しない放出孔や多孔質材料の孔などを小さくすることで、小さな気泡（例えば、いわゆるマイクロバルブ）が形成されるようにすることができる。
【００１９】
気体供給部６ｂは、配管６ｃを介して放出部６ａに気体を供給する。気体供給部６ｂは、例えば、供給される気体が収納された圧力ボンベなどとすることができる。また、供給される気体が空気などの場合には、例えば、ブロアなどの送風装置などとすることができる。なお、供給される気体に関する詳細は後述する。
【００２０】
配管６ｃは、放出部６ａと気体供給部６ｂとの間に設けられ、気体供給部６ｂから供給された気体を放出部６ａに導く。配管６ｃは必ずしも必要ではなく、放出部６ａと気体供給部６ｂとの配置関係などに応じて適宜設けるようにすることができる。
なお、気体の供給、供給の停止、供給される気体の流量や圧力などの制御を行う図示しない制御弁などを適宜設けるようにすることもできる。
【００２１】
次に、キャビテーション発生部３の作用、効果に関してさらに例示をする。
キャビテーション発生部３により余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させると、水からＯＨラジカルを生成することができる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっており、好気性微生物の細胞内には多量の水分が蓄えられている。そのため、余剰汚泥は質的に脱水性が悪く、減容化が困難な要因となっている。
この場合、余剰汚泥に含まれる好気性微生物の細胞内から水分を放出させれば余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００２２】
一方、ＯＨラジカルは、タンパク質などの有機物に対する反応性が高く、好気性微生物の細胞膜に損傷を与えることができる。そして、好気性微生物の細胞膜に損傷を与えることができれば、細胞内から水分を放出させることができる。
すなわち、余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射するなどして、ＯＨラジカルを生成すれば余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００２３】
ところが、後述するように、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける気体の溶存量が低くなるとＯＨラジカルの生成量が低下することが判明した。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａには好気性微生物が含まれているため、気体の溶存量が低くなるおそれがある。例えば、余剰汚泥を含む水Ｗａに溶存している気体が好気性微生物により消費され、気体の溶存量が低くなるおそれがある。
そのため、単に、余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させるだけでは充分なＯＨラジカルが得られなくなるおそれがある。
【００２４】
本実施の形態においては、気体溶解部６により余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させ、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａがキャビテーションを発生させる領域に供給されるようになっている。そのため、キャビテーションを発生させる領域においてより多くのＯＨラジカルを生成することができる。
【００２５】
次に、気体溶解部６の作用、効果に関してさらに例示をする。
図２は、余剰汚泥を含む水に気体を溶解させる効果を例示するための模式グラフ図である。
なお、図２は、余剰汚泥を含む水Ｗａに周波数が４５ｋＨｚの超音波を照射した場合である。
また、図２の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積を表している。図２中のＡは酸素の溶存濃度が２ｐｐｍ程度の場合（酸素の溶解を行った場合）、Ｂは酸素の溶存濃度が１ｐｐｍの場合（酸素の溶解を行わなかった場合）である。
図２から分かるように、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、酸素の溶存濃度が低いＢの場合よりも水分が占める体積を多くすることができる。このことは、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける固形分の占める体積を少なくすることができることを意味する。すなわち、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、余剰汚泥の減容化を図ることができることを意味する。
【００２６】
図３は、余剰汚泥を含む水における固形分の占める割合の変化を例示するための模式グラフ図である。
なお、図３は、図２に例示をしたＡの場合における固形分が占める体積の変化を例示するものである。
また、図３の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて固形分が占める体積を表している。
超音波エネルギーを増加させるとＯＨラジカルの生成量を増加させることができるので、好気性微生物の細胞内から水分をより多く放出させることができる。そのため、図３に示すように、酸素の溶存量を多くするとともに、超音波エネルギーを増加させるようにすれば、余剰汚泥の減容化を図ることができる。図３に例示をしたものの場合には、固形分の占める体積を２５％程度少なくすることができた。
【００２７】
図４は、気体の種類とＯＨラジカルの生成量との関係を例示するための模式グラフ図である。
なお、図４は水に水素、酸素、窒素を溶存させ、これに超音波を照射してＯＨラジカルを生成した場合である。
図４中のＣ１は水素、Ｃ２は酸素、Ｃ３は窒素の場合である。
また、図４の横軸は気体の溶存濃度を表し、縦軸はＯＨラジカルの生成量を表している。なお、横軸の０（零）にあるものは脱気水である。
【００２８】
図４から分かるように、気体の種類にかかわらず気体の溶存濃度を高くすれば、ＯＨラジカルの生成量を増加させることができる。
この場合、気体の溶存濃度が１ｐｐｍ（大気圧（１ａｔｍ）、２０℃）を超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
また、水素は水に溶解させにくいがＯＨラジカルの生成量を多くすることができる。
酸素は水に溶解させやすく、酸素と窒素とは、同程度の溶存濃度において同程度のＯＨラジカルを生成することができる。このことは、コストの安い空気を用いても酸素、窒素と同程度のＯＨラジカルを生成することができることを意味する。
ここで、大気圧（１ａｔｍ）、２０℃における水に対する各気体の溶存濃度の上限値を例示すれば、水素が１４．６４ｐｐｍ、窒素が１２．４４ｐｐｍ、空気が１５．０６ｐｐｍ、酸素が２４．９４ｐｐｍなどとすることができる。
【００２９】
図５は、超音波の周波数が与える影響を例示するための模式グラフ図である。
なお、横軸は余剰汚泥を含む水Ｗａに照射する超音波の周波数を表し、左側の縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積を表し、右側の縦軸はＯＨラジカルの生成量を表している。
図５に示すように、超音波の周波数を１００ｋＨｚ以上とすれば、ＯＨラジカルの生成量が大幅に減少する。また、余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積も大幅に減少する。このことより、余剰汚泥を含む水Ｗａに照射する超音波の周波数は、１００ｋＨｚ未満とすることが好ましい。
【００３０】
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっている。そのため、加熱により余剰汚泥を処理し余剰汚泥の減容化を行うと、好気性微生物の細胞が変質してその後に行われる嫌気性微生物による処理が困難になるおそれがある。例えば、余剰汚泥を嫌気性微生物により処理し、メタンガスを生成することが困難になるおそれがある。
図６は、汚泥処理装置１により処理された余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した場合の効果を例示するための模式グラフ図である。
なお、図６は、余剰汚泥を含む水Ｗａに周波数が４５ｋＨｚの超音波を照射した場合である。
また、図６の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸はメタンガスの発生量を表している。
図６から分かるように、余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射してＯＨラジカルを生成し好気性微生物の細胞膜に損傷を与えるようにすれば、余剰汚泥の減容化を図れるだけでなく、嫌気性微生物による余剰汚泥に対する消化効率をも向上させることができる。そして、嫌気性微生物による余剰汚泥に対する消化効率を向上させることでメタンガスの発生量を増加させることができる。そのため、資源の有効利用に資することができるようになる。
【００３１】
次に、汚泥処理装置１の作用について例示をする。
まず、後述する生物処理槽１０２などにおいて発生した余剰汚泥を含む水Ｗａが、流入口２ａを介して流路２ｄ内に供給される。
この際、気体溶解部６により所望の気体が余剰汚泥を含む水Ｗａに溶解される。すなわち、所望の気体が気体供給部６ｂから配管６ｃを介して放出部６ａに供給され、放出部６ａから余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気泡として放出される。そして、気泡として放出された気体は、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に溶解される。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａは、流出口２ｂに向けて蛇行形状の流路２ｄ内を流通する。
【００３２】
一方、キャビテーション発生部３から所定の周波数を有する超音波が気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａに照射される。照射された超音波は、液中を伝播して反射部４により反射される。そして、キャビテーション発生部３により照射された超音波（進行波）と、反射部４により反射された反射波とが干渉することで増幅される。
このようにして増幅された超音波により、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションが発生し、ＯＨラジカルが生成される。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａには気体を溶解させるようにしているので、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができる。そのため、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、後述する嫌気性微生物による処理において、余剰汚泥に対する消化効率を向上させることができるようになる。
【００３３】
また、必要に応じて、温度制御部５により処理槽２内にある気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が制御される。そして、例えば、加水分解反応や熱分解反応などを生じさせることにより余剰汚泥の処理を併せて行うようにすることができる。
処理が終了した余剰汚泥を含む水Ｗａは、流出口２ｂを介して外部に排出される。
【００３４】
なお、一例として、キャビテーション発生部３が超音波発生装置である場合を例示したがこれに限定されるわけではない。液体中にキャビテーションを発生させることができるものを適宜選択することができる。
例えば、液中に設けられた旋回翼などによりキャビテーションを発生させるもの、液中に噴流を生じさせてキャビテーションを発生させるものなどとすることもできる。
【００３５】
また、キャビテーションの発生を容易とするために、処理槽２内部の圧力を減圧させる図示しない減圧部を設けるようにすることもできる。
【００３６】
本実施の形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、嫌気性微生物による処理を行いやすい余剰汚泥とすることもできる。
【００３７】
[第２の実施形態]
図７は、第２の実施形態に係る汚水処理システムについて例示をするための模式図である。
図７に示すように、汚水処理システム１００には、第１の沈降槽１０１、第１の生物処理槽１０２、第２の沈降槽１０３、濃縮槽１０４、貯留槽１０５、汚泥処理装置１、第２の生物処理槽１０６、脱水装置１０７が設けられている。
第１の沈降槽１０１には、有機物などからなる汚泥が含まれた汚水が供給される。第１の沈降槽１０１においては流速が減速されるので、汚泥が第１の沈降槽１０１の下部に沈降する。そして、上方にある汚水が第１の生物処理槽１０２に供給される。すなわち、汚泥のうち沈降させやすいものが除去されるとともに、残余の汚泥が含まれた汚水が第１の生物処理槽１０２に供給される。
【００３８】
第１の生物処理槽１０２は、汚水の微生物処理を行う。
第１の生物処理槽１０２においては、供給された汚水に含まれている汚泥が好気性微生物により処理される。なお、供給された汚水に空気（酸素）を導入して、好気性微生物による処理を促進させる図示しない曝気装置を設けるようにすることもできる。好気性微生物により処理されることで発生した余剰汚泥を含む汚水は第２の沈降槽１０３に供給される。この場合、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となる。
【００３９】
第２の沈降槽１０３においては、好気性微生物により処理されることで発生した余剰汚泥を沈降させて余剰汚泥と上澄水とに分離する。上澄水は、汚水処理された水として汚水処理システム１００の外部に排出される。一方、沈降させた余剰汚泥は濃縮槽１０４に供給される。なお、沈降させた余剰汚泥の一部を第１の生物処理槽１０２に戻すようにすることもできる。
【００４０】
濃縮槽１０４においては、余剰汚泥が濃縮される。濃縮された余剰汚泥は貯留槽１０５に供給される。
貯留槽１０５においては、余剰汚泥が貯留される。そして、余剰汚泥を含む水Ｗａが前述した汚泥処理装置１に供給される。
汚泥処理装置１は、第１の生物処理槽１０２において発生した汚泥（余剰汚泥）を処理する。
すなわち、汚泥処理装置１においては、前述した余剰汚泥の減容化が行われる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっているので、汚泥処理装置１に供給されるまでの間に溶存酸素が消費されてしまうおそれがある。すなわち、汚泥処理装置１に供給される余剰汚泥を含む水Ｗａに溶存している気体の量が少なくなり、ＯＨラジカルの生成効率が低下してしまうおそれがある。
しかしながら、汚泥処理装置１には気体溶解部６が設けられているので、余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶存させることができる。そのため、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができるので、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。
減容化された余剰汚泥は、第２の生物処理槽１０６や脱水装置１０７に供給される。なお、減容化された余剰汚泥の一部を第１の沈降槽１０１に戻すようにすることもできる。
【００４１】
第２の生物処理槽１０６においては、供給された余剰汚泥が嫌気性微生物により処理される。
前述したように、汚泥処理装置１により余剰汚泥の減容化を行うようにすれば、好気性微生物の細胞が変質することを抑制することができる。そのため、嫌気性微生物による処理を容易とすることができる。この場合、余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した際に発生するメタンガスの生成効率などを向上させることができる。
【００４２】
嫌気性微生物により処理された汚泥は脱水装置１０７に供給される。
【００４３】
脱水装置１０７においては、汚泥処理装置１から供給された余剰汚泥が脱水される。また、第２の生物処理槽１０６から供給された汚泥を脱水することもできる。
余剰汚泥や嫌気性微生物により処理された汚泥は、焼却されて埋立て処分されることになる。また、余剰汚泥や嫌気性微生物により処理された汚泥から、窒素やリンなどの資源を回収する場合もある。そのため、焼却、窒素やリンなどの資源回収を行う前に水分の除去が行われる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分を占める好気性微生物やその死骸の細胞内には多量の水分が蓄えられている。そのため、一般的には、余剰汚泥は質的に脱水性が悪くなる。
しかしながら、汚泥処理装置１には気体溶解部６が設けられているので、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができる。そのため、より多くの好気性微生物の細胞を損傷させることができるので、細胞内からより多くの水分を放出させることができる。その結果、脱水装置１０７における脱水が容易となり、また、その後に行われる焼却におけるエネルギー消費を低減させることができる。また、窒素やリンなどの資源回収も容易とすることができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、嫌気性微生物による処理効率の向上、メタンガスなどの副生成物の生産効率の向上、焼却におけるエネルギー消費の低減、窒素やリンなどの資源回収の容易化なども図ることができる。
【００４５】
[第３の実施形態]
次に、本実施の形態に係る汚泥処理方法について例示する。
本実施の形態に係る汚泥処理方法は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理方法であって、発生した汚泥を含む液体（例えば、前述した余剰汚泥を含む水Ｗａ）に気体を溶解させる工程と、気体を溶解させた液体にキャビテーションを発生させる工程と、を備えている。
この場合、発生した汚泥には好気性微生物が含まれたものとすることができる。
また、気体を溶解させる工程において、液体における気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
また、気体を溶解させる工程において、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含む気体を溶解させるようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述した汚泥処理装置や汚水処理システムなどにおいて例示をしたものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【００４６】
以上に例示をした実施形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法を実現することができる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【００４８】
例えば、汚泥処理装置１、汚水処理システム１００が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 汚泥処理装置、２ 処理槽、２ｄ 流路、３ キャビテーション発生部、３ａ 照射面、４ 反射部、５ 温度制御部、６ 気体溶解部、６ａ 放出部、６ｂ 気体供給部、６ｃ 配管、１００ 汚水処理システム、１０１ 第１の沈降槽、１０２ 第１の生物処理槽、１０３ 第２の沈降槽、１０４ 濃縮槽、１０５ 貯留槽、１０６ 第２の生物処理槽、１０７ 脱水装置、Ｗａ 余剰汚泥を含む水
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物により汚水を浄化処理する技術が知られている。この様な技術においては、微生物処理によって発生した汚泥（以後、余剰汚泥と称する）を脱水し、焼却した後に埋立て処分するようにしている。そのため、多大なエネルギーや経費などを必要としていた。
そこで、余剰汚泥を含む水に超音波を照射し、いわゆる余剰汚泥の可溶化（減容化）を図る技術が提案されている。
しかしながら、余剰汚泥を含む水に超音波を照射するだけでは効率的な余剰汚泥の減容化を行うことが困難であった。そのため、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る汚泥処理装置は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る汚泥処理装置について例示をするための模式図である。
【図２】余剰汚泥を含む水に気体を溶解させる効果を例示するための模式グラフ図である。
【図３】余剰汚泥を含む水における固形分の占める割合の変化を例示するための模式グラフ図である。
【図４】気体の種類とＯＨラジカルの生成量との関係を例示するための模式グラフ図である。
【図５】超音波の周波数が与える影響を例示するための模式グラフ図である。
【図６】汚泥処理装置により処理された余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した場合の効果を例示するための模式グラフ図である。
【図７】第２の実施形態に係る汚水処理システムについて例示をするための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る汚泥処理装置について例示をするための模式図である。 図１に示すように、汚泥処理装置１には、処理槽２、キャビテーション発生部３、反射部４、温度制御部５、気体溶解部６が設けられている。
【０００８】
処理槽２には、余剰汚泥を含む水Ｗａが供給される。処理槽２は、側壁の底部近傍に設けられた流入口２ａと、側壁の天井近傍に設けられた流出口２ｂとを有している。処理槽２の内部には、相互に平行な複数の板状体２ｃが設けられ、板状体２ｃ同士の間が流路２ｄとなっている。そして、上下方向に隣接する２つの流路２ｄは、左右方向のいずれか一方の端部において連通するようになっている。また、最下部の流路２ｄの端部は流入口２ａに開口し、最上部の流路２ｄの端部は流出口２ｂに開口している。すなわち、流入口２ａから流出口２ｂまでを連通する蛇行形状の流路２ｄが処理槽２の内部に設けられている。
【０００９】
キャビテーション発生部３は、処理槽２に供給された余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させる。本実施の形態においては、一例として、キャビテーション発生部３が超音波発生装置である場合を例に挙げて説明する。
キャビテーション発生部３は、処理槽２の内部に向けて超音波を照射する。キャビテーション発生部３は、処理槽２の一方の側壁に設けられている。なお、処理槽２の内部に設けられた流路２ｄの形状が図１に例示をしたもののような場合には、キャビテーション発生部３を処理槽２の側壁に設けることで、流路２ｄ内にある余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射することが容易となる。
【００１０】
この場合、キャビテーション発生部３の配設位置は、流路２ｄの有無や形状などに応じて適宜変更することができる。ただし、処理槽２の底部にキャビテーション発生部３を設けるようにすると、キャビテーション発生部３の照射面３ａに汚泥が堆積して、超音波の照射が阻害されるおそれがある。そのため、キャビテーション発生部３は、処理槽２の側壁または天井部分に設けるようにすることが好ましい。
キャビテーション発生部３に設けられた図示しない超音波振動子は、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料から形成されたものとすることができる。そのため、図示しない超音波振動子は、入力された電気信号に基づいて所望の周波数と出力とを有する超音波を発生させることができる。
この場合、キャビテーション発生部３により照射される超音波の周波数は、１００ｋＨｚ未満とされる。なお、キャビテーション発生部３により照射される超音波の周波数に関する詳細は後述する。
【００１１】
反射部４は、処理槽２のキャビテーション発生部３が設けられた側とは反対側の側壁に設けられている。また、キャビテーション発生部３の照射面３ａと、反射部４の反射面４ａとが対峙するように設けられている。反射部４は、キャビテーション発生部３により照射された超音波を反射させる。そして、キャビテーション発生部３により照射された超音波（進行波）と、反射部４により反射された反射波とを干渉させることで超音波を増幅させる。超音波を増幅させることができればキャビテーションの発生を容易とすることができるので、ＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル、水酸化ラジカル、水酸基ラジカルなどとも称される）の生成効率を向上させることができる。
【００１２】
この場合、照射面３ａと反射面４ａとの間の寸法Ｌがｎ・λ／２となるようにすると増幅率を高めることができる。なお、ｎは正の整数、λは超音波の波長である。
また、ｎは処理槽２の大きさなどに基づいて適宜決定するようにすることができる。ただし、到達距離が長くなると超音波の減衰が大きくなるので、ｎの値が大きくなりすぎると反射部４の効果が低下するおそれがある。そのため、ｎの値がなるべく小さくなるようにすることが好ましい。
【００１３】
なお、図１に例示をしたものは、一対のキャビテーション発生部３、反射部４が設けられた場合であるが、キャビテーション発生部３、反射部４の数は適宜変更することができる。例えば、２つの板状体２ｃにより仕切られた領域毎に一対のキャビテーション発生部３、反射部４を設けるようにすることもできる。
また、キャビテーション発生部３の出力などによっては、反射部４を省略することもできる。ただし、反射部４を設けるようにすれば、キャビテーション発生部３の出力の低減や小型化などを図ることができる。
【００１４】
温度制御部５は、処理槽２内にある余剰汚泥を含む水Ｗａの温度を制御する。余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が所定の範囲内となるようにすれば、加水分解反応や熱分解反応などにより余剰汚泥の処理を行うことができる。この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が１００℃以上、２００℃以下となるようにすることができる。
この様にすれば、キャビテーション発生部３から照射された超音波により生成されたＯＨラジカルによる余剰汚泥の処理と、温度制御部５による余剰汚泥の処理とを併せて行うようにすることができる。
【００１５】
この場合、余り高い温度で余剰汚泥の処理を行うようにすると余剰汚泥の性質が変化し、その後に行われる嫌気性微生物による処理が困難になるおそれがある。また、エネルギー消費量が増大するという問題もある。
そのため、温度制御部５は、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
【００１６】
気体溶解部６は、キャビテーションを発生させる領域に供給される余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させる。
気体溶解部６には、放出部６ａ、気体供給部６ｂ、配管６ｃが設けられている。
放出部６ａは、キャビテーション発生部３により超音波が照射される領域（キャビテーションを発生させる領域）の少なくとも上流側に設けられている。すなわち、余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させ、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａがキャビテーション発生部３により超音波が照射される領域に供給されるようになっている。なお、キャビテーション発生部３により超音波が照射される領域にも放出部６ａが設けられるようにすることもできる。
【００１７】
放出部６ａは、配管６ｃを介して気体供給部６ｂから供給された気体を余剰汚泥を含む水Ｗａの中に放出する。
ここで、放出された気体と余剰汚泥を含む水Ｗａとの接触面積を大きくすれば、気体の溶解量を増加させることができる。そのため、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気体が放出された際に気泡が形成されるようにすることが好ましい。また、形成される気泡の大きさが小さくなるほど気体と余剰汚泥を含む水Ｗａとの接触面積が大きくなるので、気体の溶解を容易とすることができる。
【００１８】
そのため、放出部６ａには図示しない複数の放出孔が設けられ、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気体を放出した際に気泡が形成されるようになっている。この場合、例えば、放出部６ａを多孔質材料から形成するようにしてもよい。そして、図示しない放出孔や多孔質材料の孔などを小さくすることで、小さな気泡（例えば、いわゆるマイクロバルブ）が形成されるようにすることができる。
【００１９】
気体供給部６ｂは、配管６ｃを介して放出部６ａに気体を供給する。気体供給部６ｂは、例えば、供給される気体が収納された圧力ボンベなどとすることができる。また、供給される気体が空気などの場合には、例えば、ブロアなどの送風装置などとすることができる。なお、供給される気体に関する詳細は後述する。
【００２０】
配管６ｃは、放出部６ａと気体供給部６ｂとの間に設けられ、気体供給部６ｂから供給された気体を放出部６ａに導く。配管６ｃは必ずしも必要ではなく、放出部６ａと気体供給部６ｂとの配置関係などに応じて適宜設けるようにすることができる。
なお、気体の供給、供給の停止、供給される気体の流量や圧力などの制御を行う図示しない制御弁などを適宜設けるようにすることもできる。
【００２１】
次に、キャビテーション発生部３の作用、効果に関してさらに例示をする。
キャビテーション発生部３により余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させると、水からＯＨラジカルを生成することができる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっており、好気性微生物の細胞内には多量の水分が蓄えられている。そのため、余剰汚泥は質的に脱水性が悪く、減容化が困難な要因となっている。
この場合、余剰汚泥に含まれる好気性微生物の細胞内から水分を放出させれば余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００２２】
一方、ＯＨラジカルは、タンパク質などの有機物に対する反応性が高く、好気性微生物の細胞膜に損傷を与えることができる。そして、好気性微生物の細胞膜に損傷を与えることができれば、細胞内から水分を放出させることができる。
すなわち、余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射するなどして、ＯＨラジカルを生成すれば余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００２３】
ところが、後述するように、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける気体の溶存量が低くなるとＯＨラジカルの生成量が低下することが判明した。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａには好気性微生物が含まれているため、気体の溶存量が低くなるおそれがある。例えば、余剰汚泥を含む水Ｗａに溶存している気体が好気性微生物により消費され、気体の溶存量が低くなるおそれがある。
そのため、単に、余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションを発生させるだけでは充分なＯＨラジカルが得られなくなるおそれがある。
【００２４】
本実施の形態においては、気体溶解部６により余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶解させ、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａがキャビテーションを発生させる領域に供給されるようになっている。そのため、キャビテーションを発生させる領域においてより多くのＯＨラジカルを生成することができる。
【００２５】
次に、気体溶解部６の作用、効果に関してさらに例示をする。
図２は、余剰汚泥を含む水に気体を溶解させる効果を例示するための模式グラフ図である。
なお、図２は、余剰汚泥を含む水Ｗａに周波数が４５ｋＨｚの超音波を照射した場合である。
また、図２の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積を表している。図２中のＡは酸素の溶存濃度が２ｐｐｍ程度の場合（酸素の溶解を行った場合）、Ｂは酸素の溶存濃度が１ｐｐｍの場合（酸素の溶解を行わなかった場合）である。
図２から分かるように、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、酸素の溶存濃度が低いＢの場合よりも水分が占める体積を多くすることができる。このことは、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける固形分の占める体積を少なくすることができることを意味する。すなわち、酸素の溶存濃度が高いＡの場合の方が、余剰汚泥の減容化を図ることができることを意味する。
【００２６】
図３は、余剰汚泥を含む水における固形分の占める割合の変化を例示するための模式グラフ図である。
なお、図３は、図２に例示をしたＡの場合における固形分が占める体積の変化を例示するものである。
また、図３の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて固形分が占める体積を表している。
超音波エネルギーを増加させるとＯＨラジカルの生成量を増加させることができるので、好気性微生物の細胞内から水分をより多く放出させることができる。そのため、図３に示すように、酸素の溶存量を多くするとともに、超音波エネルギーを増加させるようにすれば、余剰汚泥の減容化を図ることができる。図３に例示をしたものの場合には、固形分の占める体積を２５％程度少なくすることができた。
【００２７】
図４は、気体の種類とＯＨラジカルの生成量との関係を例示するための模式グラフ図である。
なお、図４は水に水素、酸素、窒素を溶存させ、これに超音波を照射してＯＨラジカルを生成した場合である。
図４中のＣ１は水素、Ｃ２は酸素、Ｃ３は窒素の場合である。
また、図４の横軸は気体の溶存濃度を表し、縦軸はＯＨラジカルの生成量を表している。なお、横軸の０（零）にあるものは脱気水である。
【００２８】
図４から分かるように、気体の種類にかかわらず気体の溶存濃度を高くすれば、ＯＨラジカルの生成量を増加させることができる。
この場合、気体の溶存濃度が１ｐｐｍ（大気圧（１ａｔｍ）、２０℃）を超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
また、水素は水に溶解させにくいがＯＨラジカルの生成量を多くすることができる。
酸素は水に溶解させやすく、酸素と窒素とは、同程度の溶存濃度において同程度のＯＨラジカルを生成することができる。このことは、コストの安い空気を用いても酸素、窒素と同程度のＯＨラジカルを生成することができることを意味する。
ここで、大気圧（１ａｔｍ）、２０℃における水に対する各気体の溶存濃度の上限値を例示すれば、水素が１４．６４ｐｐｍ、窒素が１２．４４ｐｐｍ、空気が１５．０６ｐｐｍ、酸素が２４．９４ｐｐｍなどとすることができる。
【００２９】
図５は、超音波の周波数が与える影響を例示するための模式グラフ図である。
なお、横軸は余剰汚泥を含む水Ｗａに照射する超音波の周波数を表し、左側の縦軸は余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積を表し、右側の縦軸はＯＨラジカルの生成量を表している。
図５に示すように、超音波の周波数を１００ｋＨｚ以上とすれば、ＯＨラジカルの生成量が大幅に減少する。また、余剰汚泥を含む水Ｗａにおいて水分が占める体積も大幅に減少する。このことより、余剰汚泥を含む水Ｗａに照射する超音波の周波数は、１００ｋＨｚ未満とすることが好ましい。
【００３０】
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっている。そのため、加熱により余剰汚泥を処理し余剰汚泥の減容化を行うと、好気性微生物の細胞が変質してその後に行われる嫌気性微生物による処理が困難になるおそれがある。例えば、余剰汚泥を嫌気性微生物により処理し、メタンガスを生成することが困難になるおそれがある。
図６は、汚泥処理装置１により処理された余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した場合の効果を例示するための模式グラフ図である。
なお、図６は、余剰汚泥を含む水Ｗａに周波数が４５ｋＨｚの超音波を照射した場合である。
また、図６の横軸は超音波エネルギーを表し、縦軸はメタンガスの発生量を表している。
図６から分かるように、余剰汚泥を含む水Ｗａに超音波を照射してＯＨラジカルを生成し好気性微生物の細胞膜に損傷を与えるようにすれば、余剰汚泥の減容化を図れるだけでなく、嫌気性微生物による余剰汚泥に対する消化効率をも向上させることができる。そして、嫌気性微生物による余剰汚泥に対する消化効率を向上させることでメタンガスの発生量を増加させることができる。そのため、資源の有効利用に資することができるようになる。
【００３１】
次に、汚泥処理装置１の作用について例示をする。
まず、後述する生物処理槽１０２などにおいて発生した余剰汚泥を含む水Ｗａが、流入口２ａを介して流路２ｄ内に供給される。
この際、気体溶解部６により所望の気体が余剰汚泥を含む水Ｗａに溶解される。すなわち、所望の気体が気体供給部６ｂから配管６ｃを介して放出部６ａに供給され、放出部６ａから余剰汚泥を含む水Ｗａの中に気泡として放出される。そして、気泡として放出された気体は、余剰汚泥を含む水Ｗａの中に溶解される。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａにおける気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａは、流出口２ｂに向けて蛇行形状の流路２ｄ内を流通する。
【００３２】
一方、キャビテーション発生部３から所定の周波数を有する超音波が気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａに照射される。照射された超音波は、液中を伝播して反射部４により反射される。そして、キャビテーション発生部３により照射された超音波（進行波）と、反射部４により反射された反射波とが干渉することで増幅される。
このようにして増幅された超音波により、気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａにキャビテーションが発生し、ＯＨラジカルが生成される。
この場合、余剰汚泥を含む水Ｗａには気体を溶解させるようにしているので、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができる。そのため、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、後述する嫌気性微生物による処理において、余剰汚泥に対する消化効率を向上させることができるようになる。
【００３３】
また、必要に応じて、温度制御部５により処理槽２内にある気体が溶解された余剰汚泥を含む水Ｗａの温度が制御される。そして、例えば、加水分解反応や熱分解反応などを生じさせることにより余剰汚泥の処理を併せて行うようにすることができる。
処理が終了した余剰汚泥を含む水Ｗａは、流出口２ｂを介して外部に排出される。
【００３４】
なお、一例として、キャビテーション発生部３が超音波発生装置である場合を例示したがこれに限定されるわけではない。液体中にキャビテーションを発生させることができるものを適宜選択することができる。
例えば、液中に設けられた旋回翼などによりキャビテーションを発生させるもの、液中に噴流を生じさせてキャビテーションを発生させるものなどとすることもできる。
【００３５】
また、キャビテーションの発生を容易とするために、処理槽２内部の圧力を減圧させる図示しない減圧部を設けるようにすることもできる。
【００３６】
本実施の形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、嫌気性微生物による処理を行いやすい余剰汚泥とすることもできる。
【００３７】
[第２の実施形態]
図７は、第２の実施形態に係る汚水処理システムについて例示をするための模式図である。
図７に示すように、汚水処理システム１００には、第１の沈降槽１０１、第１の生物処理槽１０２、第２の沈降槽１０３、濃縮槽１０４、貯留槽１０５、汚泥処理装置１、第２の生物処理槽１０６、脱水装置１０７が設けられている。
第１の沈降槽１０１には、有機物などからなる汚泥が含まれた汚水が供給される。第１の沈降槽１０１においては流速が減速されるので、汚泥が第１の沈降槽１０１の下部に沈降する。そして、上方にある汚水が第１の生物処理槽１０２に供給される。すなわち、汚泥のうち沈降させやすいものが除去されるとともに、残余の汚泥が含まれた汚水が第１の生物処理槽１０２に供給される。
【００３８】
第１の生物処理槽１０２は、汚水の微生物処理を行う。
第１の生物処理槽１０２においては、供給された汚水に含まれている汚泥が好気性微生物により処理される。なお、供給された汚水に空気（酸素）を導入して、好気性微生物による処理を促進させる図示しない曝気装置を設けるようにすることもできる。好気性微生物により処理されることで発生した余剰汚泥を含む汚水は第２の沈降槽１０３に供給される。この場合、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となる。
【００３９】
第２の沈降槽１０３においては、好気性微生物により処理されることで発生した余剰汚泥を沈降させて余剰汚泥と上澄水とに分離する。上澄水は、汚水処理された水として汚水処理システム１００の外部に排出される。一方、沈降させた余剰汚泥は濃縮槽１０４に供給される。なお、沈降させた余剰汚泥の一部を第１の生物処理槽１０２に戻すようにすることもできる。
【００４０】
濃縮槽１０４においては、余剰汚泥が濃縮される。濃縮された余剰汚泥は貯留槽１０５に供給される。
貯留槽１０５においては、余剰汚泥が貯留される。そして、余剰汚泥を含む水Ｗａが前述した汚泥処理装置１に供給される。
汚泥処理装置１は、第１の生物処理槽１０２において発生した汚泥（余剰汚泥）を処理する。
すなわち、汚泥処理装置１においては、前述した余剰汚泥の減容化が行われる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分は好気性微生物およびその死骸となっているので、汚泥処理装置１に供給されるまでの間に溶存酸素が消費されてしまうおそれがある。すなわち、汚泥処理装置１に供給される余剰汚泥を含む水Ｗａに溶存している気体の量が少なくなり、ＯＨラジカルの生成効率が低下してしまうおそれがある。
しかしながら、汚泥処理装置１には気体溶解部６が設けられているので、余剰汚泥を含む水Ｗａに気体を溶存させることができる。そのため、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができるので、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。
減容化された余剰汚泥は、第２の生物処理槽１０６や脱水装置１０７に供給される。なお、減容化された余剰汚泥の一部を第１の沈降槽１０１に戻すようにすることもできる。
【００４１】
第２の生物処理槽１０６においては、供給された余剰汚泥が嫌気性微生物により処理される。
前述したように、汚泥処理装置１により余剰汚泥の減容化を行うようにすれば、好気性微生物の細胞が変質することを抑制することができる。そのため、嫌気性微生物による処理を容易とすることができる。この場合、余剰汚泥を嫌気性微生物により処理した際に発生するメタンガスの生成効率などを向上させることができる。
【００４２】
嫌気性微生物により処理された汚泥は脱水装置１０７に供給される。
【００４３】
脱水装置１０７においては、汚泥処理装置１から供給された余剰汚泥が脱水される。また、第２の生物処理槽１０６から供給された汚泥を脱水することもできる。
余剰汚泥や嫌気性微生物により処理された汚泥は、焼却されて埋立て処分されることになる。また、余剰汚泥や嫌気性微生物により処理された汚泥から、窒素やリンなどの資源を回収する場合もある。そのため、焼却、窒素やリンなどの資源回収を行う前に水分の除去が行われる。
ここで、余剰汚泥の成分の大部分を占める好気性微生物やその死骸の細胞内には多量の水分が蓄えられている。そのため、一般的には、余剰汚泥は質的に脱水性が悪くなる。
しかしながら、汚泥処理装置１には気体溶解部６が設けられているので、ＯＨラジカルの生成効率を向上させることができる。そのため、より多くの好気性微生物の細胞を損傷させることができるので、細胞内からより多くの水分を放出させることができる。その結果、脱水装置１０７における脱水が容易となり、また、その後に行われる焼却におけるエネルギー消費を低減させることができる。また、窒素やリンなどの資源回収も容易とすることができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる。また、嫌気性微生物による処理効率の向上、メタンガスなどの副生成物の生産効率の向上、焼却におけるエネルギー消費の低減、窒素やリンなどの資源回収の容易化なども図ることができる。
【００４５】
[第３の実施形態]
次に、本実施の形態に係る汚泥処理方法について例示する。
本実施の形態に係る汚泥処理方法は、微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理方法であって、発生した汚泥を含む液体（例えば、前述した余剰汚泥を含む水Ｗａ）に気体を溶解させる工程と、気体を溶解させた液体にキャビテーションを発生させる工程と、を備えている。
この場合、発生した汚泥には好気性微生物が含まれたものとすることができる。
また、気体を溶解させる工程において、液体における気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように気体を溶解させるようにすることができる。
また、気体を溶解させる工程において、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含む気体を溶解させるようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述した汚泥処理装置や汚水処理システムなどにおいて例示をしたものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【００４６】
以上に例示をした実施形態によれば、余剰汚泥の減容化の向上を図ることができる汚泥処理装置、汚水処理システム、および汚泥処理方法を実現することができる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【００４８】
例えば、汚泥処理装置１、汚水処理システム１００が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 汚泥処理装置、２ 処理槽、２ｄ 流路、３ キャビテーション発生部、３ａ 照射面、４ 反射部、５ 温度制御部、６ 気体溶解部、６ａ 放出部、６ｂ 気体供給部、６ｃ 配管、１００ 汚水処理システム、１０１ 第１の沈降槽、１０２ 第１の生物処理槽、１０３ 第２の沈降槽、１０４ 濃縮槽、１０５ 貯留槽、１０６ 第２の生物処理槽、１０７ 脱水装置、Ｗａ 余剰汚泥を含む水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、
前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、
前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、
前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記汚泥には好気性微生物が含まれることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記気体溶解部は、前記液体における前記気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項１または２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記気体は、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含むこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記キャビテーション発生部は、前記処理槽に供給された前記液体に超音波を照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
汚水の微生物処理を行う生物処理槽と、
前記生物処理槽において発生した汚泥を処理する請求項１〜５のいずれか１つに記載の汚泥処理装置と、
を備えたことを特徴とする汚水処理システム。
【請求項７】
微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理方法であって、
前記汚泥を含む液体に気体を溶解させる工程と、
前記気体を溶解させた液体にキャビテーションを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項８】
前記汚泥には好気性微生物が含まれることを特徴とする請求項７記載の汚泥処理方法。
【請求項９】
前記気体を溶解させる工程において、前記液体における前記気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項７または８に記載の汚泥処理方法。
【請求項１０】
前記気体を溶解させる工程において、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含む前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の汚泥処理方法。
【請求項１】
微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理装置であって、
前記汚泥を含む液体が供給される処理槽と、
前記処理槽に供給された液体にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生部と、
前記キャビテーションを発生させる領域に供給される前記液体に気体を溶解させる気体溶解部と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記汚泥には好気性微生物が含まれることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記気体溶解部は、前記液体における前記気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項１または２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記気体は、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含むこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記キャビテーション発生部は、前記処理槽に供給された前記液体に超音波を照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
汚水の微生物処理を行う生物処理槽と、
前記生物処理槽において発生した汚泥を処理する請求項１〜５のいずれか１つに記載の汚泥処理装置と、
を備えたことを特徴とする汚水処理システム。
【請求項７】
微生物処理によって発生した汚泥を処理する汚泥処理方法であって、
前記汚泥を含む液体に気体を溶解させる工程と、
前記気体を溶解させた液体にキャビテーションを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項８】
前記汚泥には好気性微生物が含まれることを特徴とする請求項７記載の汚泥処理方法。
【請求項９】
前記気体を溶解させる工程において、前記液体における前記気体の濃度が１ｐｐｍを超えるように前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項７または８に記載の汚泥処理方法。
【請求項１０】
前記気体を溶解させる工程において、水素、酸素、窒素、空気からなる群より選択された少なくとも１種を含む前記気体を溶解させること、を特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の汚泥処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４３７０５（Ｐ２０１２−１４３７０５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７５４（Ｐ２０１１−３７５４）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]