特許 6261485 オゾン処理装置及び汚泥処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6261485

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】オゾン処理装置及び汚泥処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/06 20060101AFI20180104BHJP

   C02F 1/78 20060101ALI20180104BHJP

   B01D 19/02 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/06 BZAB

   C02F11/06 A

   C02F1/78

   B01D19/02

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-208836(P2014-208836)

(22)【出願日】2014年10月10日

(65)【公開番号】特開2016-77933(P2016-77933A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2016年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(72)【発明者】

【氏名】小原 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】若村 修

(72)【発明者】

【氏名】臼井 肇

(72)【発明者】

【氏名】大泉 雅伸

(72)【発明者】

【氏名】黒木 洋志

(72)【発明者】

【氏名】古川 誠司

(72)【発明者】

【氏名】安永 望

【審査官】 菊地 寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１３２１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２５９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２３２１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００６４５３４７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２１２８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２６５３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００

Ｃ０２Ｆ １／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、
前記反応槽には、前記泡を含む泡層と、前記泡層の下側に前記ドレンを含む液層と、が形成されており、
前記液層の内部にオゾンを含むガスを供給する第１ガス供給部と、前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する液供給部と、を備え、
前記液供給部は、前記泡層の高さ方向における中央よりも前記液層側の前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する、オゾン処理装置。

【請求項2】

前記反応槽の下流側に撹拌槽を備え、
前記撹拌槽は、前記反応槽の上部から排出される前記泡を撹拌して破泡し、前記泡にそれぞれ含まれる汚泥とオゾンとを反応させる、請求項１に記載のオゾン処理装置。

【請求項3】

汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、
前記反応槽には、前記泡を含む泡層と、前記泡層の下側に前記ドレンを含む液層と、が形成されており、
前記液層の内部にオゾンを含むガスを供給する第１ガス供給部と、前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する液供給部と、を備え、
前記第１ガス供給部は、多孔質材で構成される散気体を有し、前記散気体から前記ガスを供給する、オゾン処理装置。

【請求項4】

汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、
前記反応槽には、前記泡を含む泡層と、前記泡層の下側に前記ドレンを含む液層と、が形成されており、
前記液層の内部にオゾンを含むガスを供給する第１ガス供給部と、前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する液供給部と、
前記反応槽の下流側に撹拌槽と、
前記撹拌槽にオゾンを含むガスを供給する第２ガス供給部と、を備え、
前記撹拌槽は、前記反応槽の上部から排出される前記泡を撹拌して破泡し、前記泡にそれぞれ含まれる汚泥とオゾンとを反応させる、オゾン処理装置。

【請求項5】

前記液供給部は、前記泡層の高さ方向における中央よりも前記液層側の前記泡層の内部に前記汚泥含有液を供給する、請求項３又は４に記載のオゾン処理装置。

【請求項6】

反応槽において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する汚泥処理方法であって、
前記反応槽に形成された前記泡を含む泡層の内部に、前記汚泥含有液を供給する工程と、
前記反応槽に形成された、前記泡層の下側の前記ドレンを含む液層の中に、オゾンを含むガスを供給する工程と、を有し、
前記汚泥含有液は、前記泡層の高さ方向における中央よりも前記液層側の前記泡層の内部に供給される、汚泥処理方法。

【請求項7】

前記反応槽の下流側の撹拌槽において、前記反応槽の上部から排出される前記泡を撹拌して破泡し、前記泡に含まれる汚泥とオゾンとを反応させる工程を有する、請求項６に記載の汚泥処理方法。

【請求項8】

反応槽において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する汚泥処理方法であって、
前記反応槽に形成された前記泡を含む泡層の内部に、前記汚泥含有液を供給する工程と、
前記反応槽に形成された、前記泡層の下側の前記ドレンを含む液層の中に、オゾンを含むガスを供給する工程と、
前記反応槽の下流側の撹拌槽において、前記反応槽の上部から排出される前記泡を撹拌して破泡し、前記泡に含まれる汚泥とオゾンとを反応させる工程と、を有し、当該工程では前記撹拌槽にオゾン含むガスを供給する、汚泥処理方法。

【請求項9】

前記汚泥含有液は、前記泡層の高さ方向における中央よりも前記液層側の前記泡層の内部に供給される、請求項８に記載の汚泥処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オゾン処理装置及び汚泥処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水処理設備において生ずる有機汚泥としては、下水の一次処理の際に生ずる初沈汚泥、下水の二次処理の際に生ずる余剰汚泥、及び、これらの汚泥が消化処理されて生ずる消化汚泥などがある。特許文献１は、汚泥含有液にオゾン処理とアルカリ処理を施す方法を開示している。これにより、汚泥の分解を促進してリンの回収率を向上するとともに、汚泥の減容化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２１９０４３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

汚泥を含む汚泥含有液の処理においては、汚泥を十分に分解すること、並びに、汚泥含有液から汚泥及びその分解物を高い精度で効率よく分離することが求められる。しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の汚泥処理では、汚泥の分解を十分に進行させることが困難であった。このため、汚泥を十分に分解しつつ、効率よく汚泥含有液から汚泥及びその分解物を分離することが可能な技術を確立することが求められている。

【0005】

そこで、本発明は、汚泥含有液に含まれる汚泥を十分に分解しつつ、汚泥含有液から効率よく汚泥及びその分解物を分離することが可能なオゾン処理装置及び汚泥処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、一つの側面において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する反応槽を備えるオゾン処理装置であって、反応槽には、泡を含む泡層と、泡層の下側にドレンを含む液層と、が形成されており、液層の内部にオゾンを含むガスを供給する第１ガス供給部と、泡層の内部に汚泥含有液を供給する液供給部と、を備えるオゾン処理装置を提供する。

【0007】

上述のオゾン処理装置の反応槽では、液供給部が、泡を含む泡層の内部に汚泥含有液を供給する。泡層の内部に供給された汚泥含有液は泡層の泡の表面を伝って下方に流下する。一方、第１ガス供給部から液層の内部に供給されるガスに含まれるオゾンの一部は、液層に含まれる汚泥と反応し、オゾンの他部は液層を上昇して泡層に移動する。このとき、泡層に移動したオゾンの大部分は、泡の本体及びその表面に付着する水に溶存している。泡本体及びその表面上において、この溶存オゾンが、汚泥含有液に含まれる汚泥と効率よく反応して分解物を生成する。このように、泡層の泡本体及びその表面上において、汚泥含有液に含まれる汚泥とオゾンとが効率よく接触できることから、汚泥とオゾンとの反応が十分に進行し、汚泥を効率よく分解できると推察される。

【0008】

また、泡層の中に供給された汚泥含有液に含まれる汚泥、及び汚泥が分解して生成した分解物は、液架橋力等の作用によって汚泥の分解物を含む泡に付着し、泡本体とともに泡層を上昇して反応槽の上部から排出される。一方、汚泥含有液に含まれる水は、比重が大きいうえに泡との付着力も汚泥及びその分解物ほど大きくないことから、下方に流下して液層に入る。このようにして、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することができる。

【0009】

上記液供給部は、泡層の高さ方向における中央よりも液層側の泡層の内部に汚泥含有液を供給するように構成されていてもよい。これによって、泡が反応槽を上昇する間に、泡本体の表面に付着する水が十分に下方に流下して、泡層において汚泥及びその分解物を十分に濃縮することができる。したがって、水と汚泥及びその分解物とを一層高い精度で分離することができる。

【0010】

オゾン処理装置は、反応槽の下流側に撹拌槽を備え、撹拌槽は、反応槽の上部から排出される泡を撹拌して破泡し、泡にそれぞれ含まれる汚泥とオゾンとを反応させるように構成されていてもよい。泡を撹拌して破泡する撹拌槽を備えることによって、反応槽における泡層の専有体積を小さくすることが可能となり、反応槽の小型化を図ることができる。また、汚泥処理の工程を短縮することができる。

【0011】

第１ガス供給部は、多孔質材で構成される散気体を有し、散気体からガスを供給するように構成されていてもよい。これによって、第１ガス供給部から微細な泡状のガスが供給されることとなるため、液層におけるガスと液体との接触面積を大きくすることができる。また、泡層における泡も全体的に小さくなることから、泡全体の表面積が大きくなって、汚泥含有液と溶存オゾンとの接触効率を一層高くすることができる。

【0012】

オゾン処理装置は、撹拌槽にオゾンを含むガスを供給する第２ガス供給部を備えていてもよい。これによって、泡に含まれる汚泥とオゾンとを反応させて、汚泥を十分に低減するとともに、分解物の有効利用を図ることができる。

【0013】

本発明は、別の側面において、反応槽において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する汚泥処理方法であって、反応槽に形成された泡を含む泡層の内部に、汚泥含有液を供給する工程と、反応槽に形成された、泡層の下側のドレンを含む液層の中に、オゾンを含むガスを供給する工程と、を有する、汚泥処理方法を提供する。

【0014】

上述の汚泥処理方法では、泡を含む泡層の内部に汚泥含有液を供給する。泡層の内部に供給された汚泥含有液は泡層の泡の表面を伝って下方に流下する。一方、液層の内部に供給されるオゾンを含むガスは、液層を上昇して泡層に移動する。このとき、泡層に移動したオゾンの大部分は、泡の本体及びその表面に付着する水に溶存している。泡本体及びその表面上において、この溶存オゾンが、汚泥含有液に含まれる汚泥と効率よく反応して分解物を生成する。このように、泡層の泡本体及びその表面上において、汚泥含有液と溶存オゾンとが効率よく接触できることから、汚泥とオゾンとの反応が十分に進行し、汚泥を効率よく分解できると推察される。

【0015】

また、泡層の中に供給された汚泥含有液に含まれる汚泥、及び汚泥が分解して生成した分解物は、液架橋力等の作用によって汚泥の分解物を含む泡に付着し、泡本体とともに泡層を上昇して反応槽の上部から排出される。一方、汚泥含有液に含まれる水は、比重が大きいうえに泡本体との付着力も汚泥及びその分解物ほど大きくないことから、下方に流下して液層に入る。このようにして、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することができる。

【0016】

汚泥含有液は、泡層の高さ方向における中央よりも液層側の泡層の内部に供給されてもよい。これによって、汚泥の分解物を含む泡が反応槽を上昇する間に、泡本体の表面に付着する水が十分に下方に流下して、泡層において汚泥及びその分解物を十分に濃縮することができる。したがって、水と汚泥及びその分解物を一層高い精度で分離することができる。

【0017】

上記汚泥処理方法は、反応槽の下流側の撹拌槽において、反応槽の上部から排出される汚泥の分解物を含む泡を撹拌して破泡し、泡に含まれる汚泥とオゾンとを反応させる工程を有していてもよい。このように、汚泥の分解物を含む泡を機械的に破泡することによって、全体の工程を短縮することができる。また、撹拌槽を備えることによって、反応槽における泡層の専有体積を小さくすることができる。

【0018】

上記撹拌槽にオゾン含むガスを供給してもよい。オゾンは、泡本体及びこれに同伴される水に溶存している。これに加えて、オゾンを含むガスをさらに供給することによって、泡に含まれる汚泥とオゾンの反応が一層促進され、汚泥を十分に低減することができる。これによって、汚泥の分解物の有効利用を一層促進することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、汚泥含有液に含まれる汚泥を十分に分解しつつ、汚泥含有液から効率よく汚泥及びその分解物を分離することが可能なオゾン処理装置及び汚泥処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、オゾン処理装置の一実施形態を示す図である。

【図2】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、泡層に含まれる泡の断面を拡大して示す模式図である。

【図3】図３のオゾン処理装置が適用される汚泥処理システムの一例を示す図である。

【図4】図４は、実施例１及び比較例１における、反応槽の高さと液相中の溶存オゾン濃度との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、実施例１及び比較例１における、反応槽の高さと蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、実施例１及び比較例１における、反応槽の高さと液相の粘度との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、実施例１における、蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度と粘度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、場合により図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

【0022】

図１は、オゾン処理装置の一実施形態を示す図である。オゾン処理装置１００は、反応槽１０と反応槽１０の下流側に設けられる撹拌槽３０とを備える。反応槽１０には、汚泥と水とを含有する汚泥含有液を反応槽１０に供給する液供給部１２が連結されている。反応槽１０の下部には水を含有するドレンからなる液層４０が形成されている。反応槽１０の上部には、複数の泡２１を含む泡層２０が形成されている。

【0023】

反応槽１０の下部には、液層４０の内部にオゾンを含むガスを供給する第１ガス供給部１４が設けられている。汚泥をオゾンで分解して生成する分解物は粘性を有する。このため、第１ガス供給部１４からガスを供給すると、液層４０の上に泡２１が形成される。第１ガス供給部１４は、先端に多孔質材で構成される散気体を有していてもよい。このような散気体からオゾンを含むガスを供給することによって、液層４０に微細な泡状のガスが供給される。これによって、ガスと液層４０のドレンとの接触面積を大きくすることができる。オゾンを含むガスとしては、例えばオゾンを含む酸素ガスが挙げられる。ガス中のオゾンの濃度は、例えば、２０〜１００ｍｇ−Ｏ_３／Ｌである。

【0024】

液層４０にオゾンを含むガスを供給することによって、オゾンと液層４０に含まれる汚泥とを効率よく反応させることができる。第１ガス供給部から供給されるガスの泡を微細にすれば、泡層２０における泡２１も小さくすることができる。これによって、泡２１の全体の表面積が大きくなって、汚泥含有液とオゾンとの接触効率を一層高くすることができる。

【0025】

反応槽１０において、液層４０に対する泡層２０の体積比は、例えば２〜８であってもよく、３〜７であってもよい。この体積割合が小さくなり過ぎると、泡層２０において汚泥の濃縮が十分に進行せず、撹拌槽３０に流出する水分量が増加する傾向にある。一方、この体積割合が大きくなり過ぎると、液層４０において、オゾンと汚泥との反応が十分に進行せず、配管１８から排出されるドレンに同伴する汚泥の量が増加する傾向にある。

【0026】

液供給部１２は、反応槽１０に形成される泡層２０の内部に汚泥含有液が供給可能なように構成される。液供給部１２は、泡層２０の内部に汚泥含有液が供給可能な構造であれば特に限定されない。例えば、液供給部１２は、反応槽１０の側壁に設けられた開口部と、該開口部に連結された配管とから構成されるものであってもよい。別の幾つかの実施形態では、液供給部１２は、先端部と、該先端部に連結され、該先端部に汚泥含有液を供給する配管部とを備え、先端部は撹拌槽３０の径方向中心部に配置されており、先端部に設けられた開口部から汚泥含有液を吐出するような構造であってもよい。

【0027】

液供給部１２は、泡層２０の高さ方向における中央よりも液層４０側の泡層２０の内部に汚泥含有液を供給するように配置されていてもよい。すなわち、泡層２０の高さをＨとしたとき、泡層２０と液層４０との界面の位置と、該界面から高さ０．５Ｈの位置との間の泡層２０の内部に、汚泥含有液を供給するように液供給部１２が設けられていてもよい。これによって、泡２１が反応槽１０を上昇する間に、泡本体に付着していた水を十分に下方に流下させることができる。したがって、泡層２０において汚泥及びその分解物の濃度を高くすることができる。その結果、水と汚泥及びその分解物とを高い精度で分離することができる。

【0028】

液供給部１２は、泡層２０と液層４０との界面から高さ０．１Ｈ〜０．４Ｈの間、好ましくは０．１Ｈ〜０．３Ｈの間の泡層２０の内部に、汚泥含有液を供給するように設けられてもよい。これによって、泡層２０において水を十分に下方に流下させつつ、泡層２０において汚泥と溶存オゾンとの反応を十分に進行させることができる。これによって、水と汚泥及びその分解物とをより一層高い精度で分離することができる。

【0029】

汚泥含有液は、例えば、下水処理場で発生する汚泥水であり、水と汚泥を含有する。汚泥含有液における水及び汚泥の含有量は、例えば、それぞれ３０〜８０重量％及び２０〜７０質量％である。汚泥には、例えば、浮遊物質（ＳＳ）、及び、液体状である有機物（蒸発残留物：ＴＤＳ）が含まれる。浮遊物質（ＳＳ）は、無機物及び揮発性有機物（ＶＳＳ分）を含有する。

【0030】

浮遊物質（ＳＳ）の濃度は、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１３の「１４．１ 懸濁物質」に準拠して測定することができる。具体的には、汚泥含有液を１μｍメッシュのフィルターでろ過し、残留物を１０５〜１１０℃で乾燥して測定される。蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度は、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１３の「１４．２ 全蒸発残留物」に準拠して測定することができる。揮発性有機物（ＶＳＳ）は、浮遊物質（ＳＳ）を６００℃±２５℃で０．５時間加熱したときに消失するもの（消失物）である。揮発性有機物（ＶＳＳ）の濃度は、上述の加熱条件で加熱して得られた試料を用いて、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１３の「１４．懸濁物質及び蒸発残留物」及び「１４．１ 懸濁物質」に準拠して測定することができる。

【0031】

反応槽１０では、汚泥含有液に含まれる揮発性有機物（ＶＳＳ）がオゾンと反応して、汚泥の分解物である蒸発残留物（ＴＤＳ）を生成する。すなわち、揮発性有機物（ＶＳＳ）がオゾンと反応すると、揮発性有機物（ＶＳＳ）である細胞の細胞壁が分解され、蒸発残留物（ＴＤＳ）が生成する。このような反応によって、反応槽１０で、浮遊物質（ＳＳ）を減らして汚泥を減容化することができる。

【0032】

反応槽１０では、汚泥の分解が十分に進行する。具体的には、以下の式（１）で算出されるＴＤＳ溶出率を２０重量％以上、好ましくは２５重量％以上にすることができる。反応槽１０では、汚泥含有液から浮遊物質を効率よく分離することができる。具体的には、以下の式（２）で算出されるＳＳ移送率を９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上にすることができる。

【0033】

TDS溶出率(重量%)=［TDS₁₆−TDS₁₂×泡流量／汚泥含有液の流量）］×100／VSS₁₂ （１）
SS移送率(重量%)＝［SS₁₆＋TDS₁₆−TDS₁₂×泡流量／汚泥含有液の流量］×100／SS₁₂ （２）

【0034】

式（１）及び（２）中、TDS₁₆は反応槽１０の上部から排出される泡に含まれるＴＤＳの単位時間当たりの流量であり、TDS₁₂は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＴＤＳの単位時間当たりの流量である。VSS₁₂は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＶＳＳの単位時間当たりの流量である。SS₁₆は反応槽１０の上部から排出される泡に含まれるＳＳの単位時間当たりの流量であり、SS₁₂は反応槽１０に供給される汚泥含有液に含まれるＳＳの単位時間当たりの流量である。「泡流量」は、反応槽１０の上部から排出される泡の単位時間当たりの流量であり、「汚泥含有液の流量」は、反応槽１０に供給される汚泥含有液の単位時間当たりの流量である。なお、いずれの流量も重量基準の流量である。

【0035】

図２は、泡層２０に含まれる泡２１の断面を拡大して示す模式図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すとおり、泡２１は、泡本体２２と、泡本体２２の周囲に付着する汚泥粒子２４と、汚泥粒子２４が分解して生成する分解物２６と、泡本体２２の周囲に付着する水２８とを有する。泡本体２２は、第１ガス供給部１４から液層４０に供給されたオゾンを含むガスを、汚泥に含まれる液状の有機物及び汚泥の分解物が取り囲んで形成される。汚泥粒子２４は、例えばＳＳであり、分解物２６は例えばＴＤＳである。分解物２６は、オゾンと汚泥粒子２４との反応によって生成するものであり、生成後に泡本体２２と一体化してもよい。

【0036】

泡本体２２の表面上には、水２８が付着している。水２８は、泡本体２２とともに泡層２０内を上昇する。水２８及び泡本体２２中には、オゾンが溶存している。泡２１の表面ンを伝って流下する汚泥含有液に含まれる汚泥粒子２４の少なくとも一部は、泡本体２２の表面上に付着する。反応槽１０の泡層２０では、泡本体２２の表面上において、溶存オゾンと汚泥粒子２４とが効率よく接触できるため、汚泥粒子２４の分解反応が十分に進行する。また、泡本体２２の表面上に付着した汚泥粒子２４は、泡層２０を上昇する間にも、溶存オゾンと反応する。これによって、泡層２０の上方に向かって分解物２６の濃度が増加する。

【0037】

図２（Ａ）は、図２（Ｂ）よりも高い位置における泡層２０の泡２１を示している。泡２１が泡層２０を上昇するにつれて、泡本体２２に付着していた水２８が、重力の作用によって降下する。一方、汚泥粒子２４及び分解物２６は、液架橋力及び表面張力等の作用によって、泡本体２２の表面に付着したまま泡本体２２とともに上昇する。このため、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すとおり、泡層２０の位置が高くなるほど、水２８が減少し、汚泥粒子２４及び分解物２６の濃度が増加する。このようにして泡層２０において、汚泥粒子２４及び分解物２６が濃縮され、汚泥及びその分解物と水とを高い精度で分離することができる。

【0038】

図１に示すとおり、反応槽１０の上部と撹拌槽３０の上部は、配管１６で連結されている。泡２１は、反応槽１０の上部に接続された配管１６によって、反応槽１０から排出され、撹拌槽３０に導入される。撹拌槽３０は、撹拌軸と撹拌軸に取り付けられた撹拌翼とを有し、撹拌軸を中心に回転可能に構成される撹拌器３２を備える。

【0039】

撹拌槽３０では、撹拌器３２を作動させて泡２１を破泡し、濃縮物２９を得る。このような撹拌器３２を備えることによって、泡２１を機械的に破泡していることから、オゾン処理装置１００全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、撹拌によって、泡２１に含まれる汚泥粒子２４と溶存オゾンとの反応を促進することができる。得られた濃縮物２９は図示しない配管等によって外部に排出される。

【0040】

撹拌槽３０には、オゾンを含むガスを供給する第２ガス供給部３４が連結されている。第２ガス供給部３４は、第１ガス供給部１４と同様に先端に多孔質材からなる散気体を有していてもよい。第２ガス供給部３４からオゾンを含むガスを供給しながら、撹拌器３２で泡２１を撹拌することによって、泡２１に含まれる汚泥粒子２４とオゾンとを反応させることができる。

【0041】

オゾン処理装置１００は、泡２１を撹拌して破泡する撹拌槽３０を備えることによって、反応槽１０における泡層２０の専有体積を小さくすることができる。したがって、反応槽１０の小型化を図ることができる。また、汚泥処理の工程を短縮することができる。ただし、撹拌槽３０を設けることは必須ではない。

【0042】

反応槽１０の底部には、ドレンを排出する配管１８が連結されている。汚泥含有液に含まれる水を含有するドレンは、配管１８によって反応槽１０から排出される。反応槽１０では、汚泥及びその分解物を濃縮して上部の配管１６から排出していることから、ドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度を十分に低減することができる。配管１８からのドレンの排出量を調整することによって、反応槽１０の液層４０の高さを制御することができる。ドレンは、例えば、下水処理場の水処理装置に送られてもよい。

【0043】

液層４０は、安定して泡２１を生成する観点から、汚泥及びその分解物を含有することが好ましい。ただし、液層４０における汚泥及びその分解物の濃度が高くなり過ぎると、配管１８から排出されるドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度が上昇する傾向にある。このため、ドレンにおける汚泥及びその分解物の濃度を低減しつつ、安定して泡層２０を形成する観点から、液層４０の粘度を所定の範囲とすることが好ましい。

【0044】

液層４０の粘度は、例えば、１〜１０ｃＰであってもよく、１〜５ｃＰであってもよい。液層４０の粘度を上述の範囲に維持することによって、反応槽１０に供給される汚泥含有液の性状が変動しても、反応槽１０を十分に安定的に継続して稼働させることができる。泡層２０の粘度は、液層４０の粘度よりも高いことが好ましく、例えば５〜８０ｃＰであってもよい。

【0045】

液層４０の粘度は、液供給部１２から供給される汚泥含有液の供給量を調整することによって制御することができる。例えば、液層４０の粘度が目標範囲を下回りそうな場合には、液供給部１２からの汚泥含有液の供給量を増加する。これによって、液層４０に流下する汚泥の量が増加して、液層４０の粘度が上昇する。一方、液層４０の粘度が目標範囲を上回りそうな場合には、液供給部１２からの汚泥含有液の供給量を減少する。これによって、液層４０に流下する汚泥の量が減少して、液層４０の粘度が下降する。

【0046】

液層４０の粘度の測定結果に基づいて、汚泥含有液の供給量を制御する制御部を設けてもよい。このような制御部を設けることによって、汚泥含有液の性状が変動しても、反応槽１０を十分に安定的に継続して稼働させることができる。液層４０に粘度を測定するオンライン分析器を設けて、汚泥含有液の供給量を自動で制御してもよい。また、液層４０のサンプリングを適宜行って、サンプルの粘度測定を行い、測定結果に基づいて、必要に応じて汚泥含有液の供給量を手動で制御してもよい。

【0047】

図３は、オゾン処理装置１００が適用される汚泥処理システムの一例を示す図である。汚泥処理システム１は、例えば下水処理場に適用される。汚泥処理システム１は、下水を処理する水処理装置５０と、水処理装置５０で生じた汚泥含有液を処理して、汚泥を減容化するオゾン処理装置１００及び消化発酵装置７０と、汚泥の脱水及び乾燥を行う汚泥処理装置６０と備える。

【0048】

オゾン処理装置１００において、汚泥含有液に含まれる汚泥を分解しつつ、汚泥及びその分解物と水とを分離することによって、下水から効率よく固体燃料及びリン肥料を生産することができる。オゾン処理装置１００で得られた濃縮物２９は、消化発酵装置７０に供給して、メタンを製造してもよい。オゾン処理装置１００で得られた水を含むドレンは、水処理装置５０に供給してもよい。なお、オゾン処理装置１００の用途は、図３の汚泥処理システム１に限定されるものではなく、汚泥含有液を処理する種々のシステムに適用することができる。

【0049】

次に、汚泥処理方法の一実施形態を以下に説明する。本実施形態の汚泥処理方法は、上述のオゾン処理装置１００を用いて行ってもよい。本実施形態の汚泥処理方法は、反応槽１０において、汚泥含有液をオゾンで処理して汚泥の分解物を含む泡と水を含むドレンとに分離する汚泥処理方法であって、反応槽１０に形成された泡２１を含む泡層２０の内部に、液供給部１２によって汚泥含有液を供給する第１工程と、反応槽１０に形成された、泡層２０の下側のドレンを含む液層４０の中に、第１ガス供給部１４によってオゾンを含むガスを供給する第２工程とを有する。これらの工程に加えて、反応槽１０の下流側の撹拌槽３０において、反応槽１０の上部から排出される泡２１を撹拌して破泡し、泡２１に含まれる汚泥とオゾンとを反応させる第３工程を有していてもよい。第１工程、第２工程及び第３工程は、同時に並行して行うことができる。

【0050】

汚泥含有液は、泡層２０の高さ方向における中央よりも液層４０側の泡層２０の内部に供給されることが好ましい。これによって、反応槽１０の上部から排出される泡に含まれる水の量を十分に低減して、汚泥及びその分解物を十分に濃縮することができる。撹拌槽３０では、泡に含まれる汚泥と泡に含まれるオゾンとを反応させて分解物を得てもよいし、撹拌槽３０に別途オゾンを含むガスを供給し、このオゾンと泡に含まれる汚泥とを反応させて分解物を得てもよい。撹拌槽３０で得られる、未反応の汚泥粒子及びその分解物を含む濃縮物２９は、汚泥処理装置６０で処理してもよいし、固体燃料又はリン肥料の原料として用いてもよい。

【0051】

本実施形態の汚泥処理方法は、上述のオゾン処理装置１００についての説明に基づいて行うことができる。すなわち、オゾン処理装置１００についての説明内容を、汚泥処理方法に適用することが可能であるため、重複する記載を省略する。

【0052】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

【実施例】

【0053】

以下の実施例及び比較例を参照して発明の内容を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0054】

（実施例１）
図１に示すオゾン処理装置１００に、下水の水処理装置から発生した汚泥含有液を供給して、オゾン処理を行った。反応槽１０の高さは２．５ｍであった。液供給部１２によって汚泥含有液を反応槽１０の高さ０．６５ｍの位置から２〜５Ｌ／分の流量で供給するとともに、第１ガス供給部１４からオゾンを含む酸素ガス（オゾン濃度：６０ｍｇ−Ｏ_３／Ｌ）を１０〜６０Ｌ／分の流量で連続的に反応槽１０に供給した。反応槽１０の上部に接続された配管１６から泡を、反応槽１０の下部に接続された配管１８からドレンを連続的に排出した。ドレンの排出量を調整して、液層４０と泡層２０との境界面を反応槽１０の底部から０．５ｍの高さに調整した。

【0055】

反応槽１０が定常運転状態になった後、異なる高さの位置でサンプリングを行い、各サンプルの液相中の溶存オゾン濃度を測定した。溶存オゾン濃度は、パックテスト（登録商標）オゾン［ＷＡＫ−Ｏ_３］（共立理化学研究所）を用いて測定した。測定結果を図４にプロットした。図４中、白丸のプロットが実施例１の測定結果である。なお、図４の一番右側のプロットは、反応槽１０を越流した流体のサンプルの性状を示す。図４に示すとおり、泡層２０においても、０．５〜１．５ｍｇ−Ｏ_３／Ｌの範囲でオゾンが液相に存在していることが確認された。このことから、泡層２０は、オゾンと汚泥との反応が進行できる環境であることが確認された。

【0056】

上述のとおり採取したサンプルの液相における蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度を測定した。測定結果を図５にプロットした。図５中、白丸のプロットが実施例１の測定結果である。なお、図５の一番右側のプロットは、反応槽１０を越流した流体のサンプルの性状を示す。実施例１では、液供給部１２からの汚泥含有液の供給高さ（０．６５ｍ）よりも上方において、蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度が上昇しており、泡層２０において、反応槽１０が高さ方向に向かって蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃縮が進行していることが確認された。そして、反応槽１０の上部からは、０．５重量％の蒸発残留物（ＴＤＳ）を含む泡が排出されることが確認された。

【0057】

上述のとおり採取したサンプルの液相における粘度を市販の粘度計を用いて測定した。測定結果を図６にプロットした。図６中、白丸のプロットが実施例１の測定結果である。なお、図６の一番右側のプロットは、反応槽１０を越流した流体のサンプルの性状を示す。実施例１では、反応槽１０の高さ方向における粘度の変化量（傾き）の変動が小さく、粘度が徐々に上昇していることが確認された。このことは、反応槽１０の全体において、汚泥の分解と濃縮が徐々に進行していることを示しており、反応槽１０の全体が有効に利用されているといえる。

【0058】

図７は、横軸を蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度、縦軸を液相の粘度として、両者の関係をプロットしたデータである。図７中、左側のプロットが液層４０のデータであり、右側のプロットが泡層２０のデータである。図７のデータから、蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度が大きくなると、粘度も増加することが確認された。したがって、サンプリングして液相の粘度を測定することによって、反応槽１０の運転状況、及び、蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度分布を推定することができる。また、粘度を、運転状況を把握する指標として用い、粘度の測定結果に基づく運転管理を行えることが確認された。

【0059】

泡層２０における気相のオゾン濃度を、反応槽１０の底部から高さ０．６ｍ、１．１ｍ、及び２．４ｍの位置で測定した。その結果、いずれの位置においても、オゾン濃度は０〜３ｍｇ−Ｏ_３／Ｌであった。これらの値は、第１ガス供給部１４から供給される酸素ガス中のオゾン濃度よりも大幅に低かった。これは、オゾンが泡層２０の液相中に溶存するとともに、液層４０において汚泥との反応に消費されているためであると考えられる。気相のオゾン濃度は、市販の紫外線吸収方式気相オゾン濃度計（柴田科学株式会社製、装置名：ＯＺＭ−５０００）を用いて測定した。

【0060】

実施例１では、定常運転中におけるＴＤＳ溶出率は２５〜３０重量％、ＳＳ移送率は８５〜１００重量％で推移していた。

【0061】

（比較例１）
反応槽１０の底部からのドレンの排出量を調整して、液層４０と泡層２０との境界面を反応槽１０の底部から１．０ｍの高さとしたこと以外は、実施例１と同様にして反応槽１０の運転を行った。比較例１では、汚泥含有液を反応槽１０の液層４０の中に供給した。

【0062】

実施例１と同様に、異なる高さの位置でサンプリングを行い、各サンプルの液相中の溶存オゾン濃度、蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度、及び粘度を測定した。これらの測定結果を、図４，図５，図６に示す。各図中、黒四角のプロットが比較例１の測定結果である。

【0063】

図４に示すとおり、比較例１では泡層２０の液相における溶存オゾンの量が実施例１よりも少なかった。そして、図５に示すとおり、泡層２０で蒸発残留物（ＴＤＳ）の濃度が殆ど変化していなかった。このことから、比較例１では、汚泥の分解があまり進行していないと考えられる。また、図６に示すとおり、比較例１では、液層４０と泡層２０との界面付近で、液相の粘度が大幅に上昇していた。このことは、反応槽１０において局所的に汚泥の分解反応が進行しており、反応槽１０の全体を有効的に利用できていないことを示している。

【0064】

比較例１では、定常運転中におけるＴＤＳ溶出率は１６〜１８重量％、ＳＳ移送率は８０〜８７重量％で推移していた。ＴＤＳ溶出率及びＳＳ移送率は、どちらも実施例１より低かった。

【符号の説明】

【0065】

１…汚泥処理システム、１０…反応槽、１２…液供給部、１４…第１ガス供給部、１６，１８…配管、２０…泡層、２１…泡、２２…泡本体、２４…汚泥粒子、２６…分解物、２８…水、２９…濃縮物、３０…撹拌槽、３２…撹拌器、３４…第２ガス供給部、４０…液層、５０…水処理装置、６０…汚泥処理装置、７０…消化発酵装置、１００…オゾン処理装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】