特許 6335750 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

(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】6335750

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/78 20060101AFI20180521BHJP

   C02F 11/06 20060101ALI20180521BHJP

   B01D 19/02 20060101ALI20180521BHJP

   B01F 1/00 20060101ALI20180521BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20180521BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/78ZAB

   C02F11/06 B

   B01D19/02

   B01F1/00 A

   B01F3/04 A

   C02F11/04 A

   C02F11/06 A

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-208667(P2014-208667)

(22)【出願日】2014年10月10日

(65)【公開番号】特開2016-77929(P2016-77929A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161115

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 智史

(72)【発明者】

【氏名】黒木 洋志

(72)【発明者】

【氏名】安永 望

(72)【発明者】

【氏名】古川 誠司

(72)【発明者】

【氏名】若村 修

(72)【発明者】

【氏名】小原 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】臼井 肇

(72)【発明者】

【氏名】大泉 雅伸

【審査官】 岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１７６４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４１６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１２８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０５３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７５７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２５９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１４５５７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１８９９８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／７８

Ｂ０１Ｄ １９／０２

Ｂ０１Ｆ １／００

Ｂ０１Ｆ ３／０４

Ｃ０２Ｆ １１／０４

Ｃ０２Ｆ １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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の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、
前記オゾン反応槽に接続されており、前記オゾン反応槽に前記汚泥含有液を供給する汚泥含有液供給配管と、
前記散気手段及び前記汚泥含有液供給配管よりも上方で前記オゾン反応槽に接続されており、前記汚泥含有液の液面上に形成された前記泡汚泥を前記オゾン反応槽から引抜く泡汚泥引抜配管と、
前記泡汚泥引抜配管が引抜いた前記泡汚泥にオゾンガスを供給して微細化泡汚泥を形成するオゾン処理手段と、
前記泡汚泥引抜配管よりも上方で前記オゾン反応槽に接続されており、前記オゾン処理手段が形成した前記微細化泡汚泥を前記オゾン反応槽に導入する微細化泡汚泥供給配管と
を備えることを特徴とするオゾン処理装置。

【請求項2】

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に記載のオゾン処理装置。

【請求項3】

前記オゾン反応槽から引抜いた泡汚泥を破泡する破泡槽を更に備えており、前記破泡槽で生じた汚泥及びオゾンガスを前記オゾン処理手段に供給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。

【請求項4】

請求項１〜３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。

【請求項5】

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４に記載の汚泥処理装置。

【請求項6】

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５に記載の汚泥処理装置。

【請求項7】

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５又は６に記載の汚泥処理装置。

【請求項8】

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の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する工程と、
前記泡汚泥を前記オゾン反応槽から引抜く工程と、
引抜いた前記泡汚泥にオゾンガスを供給して微細化泡汚泥を形成する工程と、
前記オゾン反応槽内の前記泡汚泥が形成された領域に前記微細化泡汚泥を導入する工程と
を含むことを特徴とするオゾン処理方法。

【請求項9】

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８に記載のオゾン処理方法。

【請求項10】

前記微細化泡汚泥を形成する工程において、引抜いた泡汚泥を破泡した後に微細化することを特徴とする請求項８又は９に記載のオゾン処理方法。

【請求項11】

請求項８〜１０のいずれか一項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。

【請求項12】

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が嫌気性消化されることを特徴とする請求項１１に記載の汚泥処理方法。

【請求項13】

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１２に記載の汚泥処理方法。

【請求項14】

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１２又は１３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、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。

【背景技術】

【0002】

有機物質を含有する下水、食品廃水、畜産廃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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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泡汚泥中の方が、汚泥とオゾンガスとの反応効率が高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４５９３１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の方法及びこの方法に用いられるオゾン処理装置では、汚泥含有液の液面上に形成された泡汚泥をオゾン反応槽から取り出す前に泡汚泥が破泡してしまうことがある。泡汚泥が破泡すると、泡汚泥が形成される領域に空隙が生じる結果、隣接する泡汚泥が空隙を埋めるために膨張する。泡汚泥が膨張すると、泡汚泥の内部のオゾンガス濃度が低下すると共に、オゾン処理装置内に存在する泡汚泥とオゾンガスとの接触面積も低下するため、泡汚泥とオゾンガスとの反応効率が低下する。その結果、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。
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、泡汚泥とオゾンガスとの接触面積を増大させることにより、泡汚泥とオゾンガスとの反応効率を高め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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、泡汚泥を引抜いて微細化することによって微細化泡汚泥を形成し、泡汚泥が形成された領域に微細化泡汚泥を導入することで、上記の問題を解決し得ることを見出し本発明に至った。

【0009】

すなわち、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オゾン反応槽と、前記泡汚泥を引抜いて微細化することによって微細化泡汚泥を形成し、前記オゾン反応槽内の前記泡汚泥が形成された領域に前記微細化泡汚泥を導入するオゾン処理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。

【0010】

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、前記泡汚泥を引抜き微細化して微細化泡汚泥を形成する工程と、前記泡汚泥が形成された領域に前記微細化泡汚泥を導入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。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、泡汚泥とオゾンガスとの接触面積を増大させることにより、泡汚泥とオゾンガスとの反応効率を高め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。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】オゾン処理手段が泡汚泥引抜配管及び微細化泡汚泥供給配管を介してオゾン反応槽と接続された部分周辺の拡大部である。

【図4】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

【図5】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。

【図6】実施の形態４に係る汚泥処理装置を説明するための図である。

【図7】実施の形態５に係る汚泥処理装置を説明するための図である。

【図8】実施例１及び比較例１における汚泥の改質率の結果を示すグラフである。

【図9】実施例２及び３並びに比較例２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。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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、オゾン処理装置１は、オゾン反応槽２と、オゾン処理手段３とを備えている。オゾン処理手段３は、オゾン反応槽２内の泡汚泥６が形成される領域に設けられた泡汚泥引抜配管５及び微細化泡汚泥供給配管７を介してオゾン反応槽２と接続されている。

【0015】

泡汚泥引抜配管５は、汚泥含有液４の液面近傍の泡汚泥６が形成される領域に設けられており、泡汚泥引抜配管５の途中に設けられたポンプ（図示していない）などを用いて泡汚泥６を引抜き、オゾン処理手段３に供給する。ポンプとしては、液体及び気体の両方を吸引可能なものであれば特に限定されず、例えば、株式会社ニクニ製の気液移送ニュートンポンプＬＡＳＤ型などを用いることができる。
ここで、本明細書において「汚泥含有液４の液面近傍の泡汚泥６が形成される領域」とは、オゾン反応槽２内の泡汚泥６が形成される領域の高さを基準として、汚泥含有液４の液面から一般に１／３、好ましくは１／５の高さの領域を意味する。
微細化泡汚泥供給配管７は、泡汚泥引抜配管５よりも上方に設けられており、オゾン処理手段３で形成された微細化泡汚泥をオゾン反応槽２内の泡汚泥６が形成された領域に導入する。
オゾン処理手段３には、オゾンガス供給配管８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８を介してオゾン処理手段３にオゾンガス９が供給される。オゾンガス供給源としては、特に限定されず、例えば、オゾン発生装置などを用いることができる。

【0016】

オゾン反応槽２の底部には、汚泥含有液４中にオゾンガス９を吹込むための散気手段１０及び汚泥含有液４から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１１が配置されている。散気手段１０にはオゾンガス供給配管８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８を介して散気手段１０にオゾンガス９が供給される。散気手段１０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。

【0017】

また、オゾン反応槽２には、オゾン反応槽２内の汚泥含有液４の液面よりも低い位置で、汚泥含有液４を供給するための汚泥含有液供給配管１２が接続されており、液送ポンプ（図示していない）などを用いて汚泥含有液供給源（図示していない）から汚泥含有液供給配管１２を介してオゾン反応槽２に汚泥含有液４が供給される。さらに、オゾン反応槽２の頂部には、オゾン反応槽２内で改質された泡汚泥６を排出するための改質泡汚泥排出管１３に接続されている。

【0018】

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４のオゾン処理を行う場合、まず、汚泥含有液４が汚泥含有液供給配管１２からオゾン反応槽２に供給される。次に、オゾン反応槽２内に貯留された汚泥含有液４中に散気手段１０からオゾンガス９が吹込まれる。吹き込まれたオゾンガス９は、微細な気泡となり、汚泥含有液４中を浮上する。オゾンガス９の気泡が汚泥含有液４を浮上する間に汚泥とオゾンガス９との反応が生じ、汚泥含有液４の表面に泡汚泥６が形成される。

【0019】

ここで、泡汚泥６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４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４は、汚泥１４と水１５を一般に含有する。汚泥１４は、微生物１６とゼラチン状物質１７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４中にオゾンガス９が連続的に吹込まれると、オゾンガス９の気泡によって汚泥１４が浮上し、汚泥含有液４の液面近傍に汚泥１４の濃度が高い層が形成される。また、汚泥含有液４中でオゾンガス９の気泡が浮上する際に、オゾンガス９が汚泥含有液４中の水１５に溶解し、オゾン水を生成する。このオゾン水と汚泥１４とが接触すると、汚泥１４中のゼラチン状物質１７の表面が溶解すると共にゼラチン状物質１７の一部が変質し、この一部が変質したゼラチン状物質１８と微生物１６とから一般に構成される吸着性の高い汚泥１９となる。汚泥含有液４の液面では、吸着性の高い汚泥１９がオゾンガス９の気泡の表面に付着するため、オゾンガス９の気泡の周囲が吸着性の高い汚泥１９で覆われた泡汚泥６となる。泡汚泥６は、吸着性の高い汚泥１９で覆われているため、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。
なお、汚泥含有液４の液面近傍に汚泥１４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４を撹拌すると、汚泥含有液４中の汚泥１４の濃度分布が均一化されてしまい、汚泥含有液４の液面近傍に汚泥１４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。

【0020】

このようにして汚泥含有液４の液面上に形成された泡汚泥６を泡汚泥引抜配管５から引抜いてオゾン処理手段３に導入し、オゾンガス供給配管８から導入されるオゾンガス９と接触させつつ微細化して微細化泡汚泥を形成する。
ここで、オゾン処理手段３における処理過程について図３を用いて説明する。図３は、オゾン処理手段３が泡汚泥引抜配管５及び微細化泡汚泥供給配管７を介してオゾン反応槽２と接続された部分周辺の拡大部である。
オゾン反応槽２内に形成された泡汚泥６及び吸着性の高い汚泥１９は、ポンプを用いて泡汚泥引抜配管５から引抜かれ、オゾン処理手段３に導入される。オゾン処理手段３にはオゾンガス供給配管８からオゾンガス９が供給されており、オゾン処理手段３によって泡汚泥６及び吸着性の高い汚泥１９を処理することによって微細化泡汚泥２０が形成される。

【0021】

例えば、オゾン処理手段３としてエジェクタを用いる場合、流路が細く絞られた部分で泡汚泥６が圧縮され、泡汚泥６を構成する吸着性の高い汚泥１９とオゾンガス９との混合流体になると共に、吸着性の高い汚泥１９が微細化されて微細な粒状となる。そして、この混合流体にオゾンガス供給配管８からオゾンガス９が供給されると、オゾンガス９の微細気泡が生成し、流路が広がった部分で、オゾンガス９の微細気泡の周囲が吸着性の高い汚泥１９で覆われた微細化泡汚泥２０となる。微細化泡汚泥２０は、泡汚泥６と比べて径が小さく、破泡し難い。そのため、微細化泡汚泥２０は、オゾンガス９との接触を十分に確保することができる結果、微細化泡汚泥２０を構成する吸着性の高い汚泥１９が十分に改質される。
オゾン処理手段３としては、泡汚泥６をオゾン処理して微細化することが可能な手段であればエジェクタに限定されず、攪拌機、超音波分散装置、散気装置、マイクロバブル発生機などを用いることができる。

【0022】

また、微細化泡汚泥２０は、泡汚泥６に比べて径が小さいため、単位体積当たりに含有される微細化泡汚泥２０の数が多くなる。例えば、直径１ｍｍの泡汚泥６が直径０．１ｍｍの微細化泡汚泥となった場合、１ｃｍ^３の体積に含まれる微細化泡汚泥２０の数が約１００００００個、１ｃｍ^３の体積に含まれる泡汚泥６の数が約１０００個であるため、微細化泡汚泥２０の数が泡汚泥６の数の約１０００倍となる。また、１ｃｍ^３の体積に含まれる微細化泡汚泥２０の表面積は、１ｃｍ^３の体積に含まれる泡汚泥６の表面積の約６倍となる。泡汚泥６又は微細化泡汚泥２０とオゾンガス９との反応効率は、泡汚泥６又は微細化泡汚泥２０とオゾンガス９との接触面積（すなわち、泡汚泥６又は微細化泡汚泥２０の表面積）に比例するため、微細化泡汚泥２０とオゾンガス９との反応効率は、泡汚泥６とオゾンガス９との反応効率の約６倍となる。

【0023】

上記のようにしてオゾン処理手段３で形成された微細化泡汚泥２０は、微細化泡汚泥供給配管７を介してオゾン反応槽２に導入される。微細化泡汚泥供給配管７から導入された微細化泡汚泥２０は、泡汚泥６と共にオゾン反応槽２内を上昇する。
微細化泡汚泥２０を導入すると、汚泥含有液４の液面上には、泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０が存在することになる。泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０の表面積は、泡汚泥６単独の表面積に比べて大きいため、オゾンガス９との接触効率が高くなる結果、オゾンガス９との反応効率が向上する。

【0024】

汚泥含有液４の液面上の泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０は、それらの内部に含まれるオゾンガス９及びオゾン反応槽２内のオゾンガス９によって十分に改質され、改質泡汚泥排出管１３を介して排出される。
他方、オゾン反応槽２内の汚泥含有液４は、上記の各処理を行うことによって汚泥濃度が低下する。特に、汚泥含有液４中の汚泥１４は、オゾンガス９によって浮上するため、汚泥含有液４の下層では汚泥１４の濃度が低くなる。汚泥１４の濃度が低くなった汚泥含有液４（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１１から排出される。

【0025】

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、泡汚泥６とオゾンガス９との接触面積を増大させることにより、泡汚泥６とオゾンガス９との反応効率を向上させることができる。また、改質された泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０は、水１５から分離して回収することができると共に、可溶性であり且つ生分解され易い。そのため、改質された泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０は、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１４を減容化することが可能となる。また、改質された泡汚泥６及び微細化泡汚泥２０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。

【0026】

実施の形態２．
図４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４において、オゾン処理装置１は、オゾン処理手段３に泡汚泥６を導入する前に、泡汚泥６を破泡する破泡槽２１が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。破泡槽２１には、破泡槽２１の内部を攪拌するための攪拌機２２が設けられている。破泡槽２１は、泡汚泥引抜配管５からポンプ（図示していない）などを用いて引抜いた泡汚泥６を貯留すると共に、攪拌によって破泡して吸着性の高い汚泥１９とオゾンガス９とに分離する。吸着性の高い汚泥１９は破泡槽２１の下部に溜り、オゾンガス９は破泡槽２１の上部に溜る。吸着性の高い汚泥１９は、破泡槽２１の底部に設けられた汚泥配管２３から引抜き、オゾン処理手段３に供給される。泡汚泥６の破泡によって生じたオゾンガス９は、破泡槽２１の頂部に設けられたオゾンガス排出配管２４から排出され、オゾンガス供給配管８から供給されるオゾンガス９と共にオゾン処理手段３に導入される。

【0027】

このような構成を有するオゾン処理装置１では、オゾン処理手段３に泡汚泥６を導入する前に、破泡槽２１において泡汚泥６を破泡して吸着性の高い汚泥１９とオゾンガス９とに予め分離し、オゾン処理手段３でオゾン処理することにより、オゾン処理手段３において微細化泡汚泥２０が効率良く生成すると共に、オゾンガス９を有効利用することができる。

【0028】

実施の形態３．
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、オゾン処理装置１は、汚泥含有液４中にオゾンガス９と補助ガスとの混合ガス２８を吹込むための散気手段１０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１０には、混合ガス供給配管２５が接続されており、混合ガス供給配管２５には、流量調節器２６を介してオゾンガス供給配管８及び補助ガス供給配管２７が接続されている。

【0029】

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２５が混合ガス供給配管２７を介して散気手段１０に供給される。混合ガス２８中のオゾンガス９及び補助ガスの流量は、流量調節器２６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１０から混合ガス２８を吹込むと、混合ガス２８の気泡によって汚泥１４が浮上し、汚泥含有液４の液面近傍に汚泥１４の濃度が高い層が形成される結果、泡汚泥６が形成され易くなる。

【0030】

本実施の形態のオゾン処理装置１は、オゾンガス９の代わりにオゾンガス９と補助ガスとの混合ガス２８を吹込むことにより、オゾンガス９の消費量を低減しつつ、汚泥含有液４の液面近傍に汚泥１４の濃度が高い層を形成し、泡汚泥６を効率良く形成することができる。また、汚泥含有液４中での汚泥１４とオゾンガス９との反応効率は低いため、オゾンガス９の代わりに混合ガス２８を用いても、オゾン処理装置１全体における汚泥１４とオゾンガス９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９の代わりにオゾンガス９と補助ガスとの混合ガス２８を吹込むことにより、泡汚泥６の形成に影響を与えることなく、オゾンガス９の消費量を低減することができる。オゾンガス９と補助ガスとの混合ガス２８の流量としては、オゾン処理装置１の内部における混合ガス２８の空塔速度が、好ましくは５ｃｍ／分〜５００ｃｍ／分、より好ましくは１０ｃｍ／分〜２００ｃｍ／分となるように設定する。

【0031】

実施の形態４．
図６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６において、本実施の形態の汚泥処理装置３０は、オゾン処理装置１と、改質汚泥分離槽３１と、嫌気性消化槽３３とを備えている。
改質汚泥分離槽３１には、改質汚泥分離槽３１の内部を攪拌するための攪拌機３４が設けられている。改質汚泥分離槽３１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１３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９とに分離する。オゾンガス９は、改質汚泥分離槽３１の上部に設けられたオゾンガス排出配管３５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３１の底部に設けられた改質汚泥配管３６から改質汚泥引抜ポンプ３７を用いて引抜き、嫌気性消化槽３３に導入される。

【0032】

嫌気性消化槽３３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３３の上部に設けられたメタンガス排出配管４３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。

【0033】

実施の形態５．
図７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７において、本実施の形態の汚泥処理装置３０は、改質汚泥分離槽３１と嫌気性消化槽３３の間に、改質汚泥溶解槽３２を更に備えている。改質汚泥は、改質汚泥分離槽３１の底部に設けられた改質汚泥配管３６から改質汚泥引抜ポンプ３７を用いて引抜き、改質汚泥溶解槽３２に導入される。

【0034】

改質汚泥溶解槽３２には、改質汚泥溶解槽３２の内部を攪拌するための攪拌機３４が設けられている。また、改質汚泥溶解槽３２には、汚泥溶解剤供給配管３８を介して汚泥溶解剤タンク３９が接続されている。改質汚泥溶解槽３２は、改質汚泥分離槽３１から導入された改質汚泥を攪拌機３４で攪拌しつつ、汚泥溶解剤供給ポンプ４０を起動させて汚泥溶解剤タンク３９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３２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３２の底部に設けられた消化槽供給配管４１から消化槽供給ポンプ４２を用いて引抜き、嫌気性消化槽３３に導入される。

【0035】

嫌気性消化槽３３には、嫌気性微生物が収容されており、溶解された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。

【0036】

改質汚泥溶解槽３２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３３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、溶解された改質汚泥を嫌気性消化槽３３に注入する前に、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４４を用い、ｐＨ調整薬液タンク４５からｐＨ調整薬液配管４６を介してｐＨ調整薬液を消化槽供給配管４１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３０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】

【0037】

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４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３０ｃｍ、高さ１５００ｃｍ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４をオゾン反応槽２に貯留し、この汚泥含有液４中に散気手段１０からオゾンガス９（オゾン含有量１００ｍｇ／Ｌ）を５Ｌ／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４の液面上に泡汚泥６を形成した。次に、泡汚泥６が形成された領域から泡汚泥引抜配管５を介して泡汚泥６を５Ｌ／分の流量で引抜き、オゾン処理手段３（エジェクタ）に導入し、オゾンガス９を５Ｌ／分の流量で吹込んで発泡させながら微細化することによって微細化泡汚泥２０を形成した。次に、泡汚泥６が形成された領域に微細化泡汚泥２０を導入した。上記の手順に従うオゾン処理を行い、オゾン処理装置１の改質泡汚泥排出管１３から改質泡汚泥を回収した。

【0038】

（比較例１）
オゾン処理手段を備えていないオゾン処理装置（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４のオゾン処理を行った。なお、オゾン処理の条件は、散気手段１０からのオゾンガスの流量を１０Ｌ／分に変更したこと以外は実施例１と同じである。

【0039】

１０Ｌの汚泥含有液４に対し、実施例１及び比較例１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４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８に示す。図８に示すように、汚泥の改質率は、比較例１が２０％であったのに対し、実施例１が３０％であった。実施例１は、比較例１に比べて散気手段１０からのオゾンガス流量を１／２に低減したにも関わらず、汚泥の改質率を１．５倍に向上させることができた。したがって、本発明のオゾン処理を行うことで、オゾンガス９の消費を低減しつつ、汚泥の改質率を向上させることができた。

【0040】

（実施例２）
実施例１で得られた改質泡汚泥を嫌気性消化槽３３に２５０ｇ導入し、５Ｌの嫌気性微生物と２０日間混合した。
（実施例３）
図７の汚泥処理装置３０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３１内で破泡して改質汚泥とオゾンガス９とに分離した後、改質汚泥を改質汚泥溶解槽３２に導入し、改質汚泥溶解槽３２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２５０ｇの改質汚泥を嫌気性消化槽３３に導入し、５Ｌの嫌気性微生物と２０日間混合した。
（比較例２）
比較として、汚泥濃度が５０００ｍｇ／Ｌの汚泥含有液４をオゾン処理せずに嫌気性消化槽３３に２５０ｇ導入し、５Ｌの嫌気性微生物と２０日間混合した。

【0041】

実施例２及び３、比較例２において、嫌気性消化槽３３で発生したメタンガスの量を測定した。その結果を図９に示す。図９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９に示すように、実施例２では０．３５Ｌ／ｇＶＳ、実施例３では０．４Ｌ／ｇＶＳのメタンガスが発生したのに対し、比較例２では０．２５Ｌ／ｇＶＳのメタンガスが発生した。本発明のオゾン処理を行った後に嫌気性処理を行うことで、メタンガスの発生量を約１．４倍に増加させることができ、また、本発明のオゾン処理を行った後に汚泥溶解剤で処理し、嫌気性処理を行うことで、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。

【0042】

以上の結果からわかるように、本発明によれば、泡汚泥とオゾンガスとの接触面積を増大させることにより、泡汚泥とオゾンガスとの反応効率を高め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。

【符号の説明】

【0043】

１ オゾン処理装置、２ オゾン反応槽、３ オゾン処理手段、４ 汚泥含有液、５ 泡汚泥引抜配管、６ 泡汚泥、７ 微細化泡汚泥供給配管、８ オゾンガス供給配管、９ オゾンガス、１０ 散気手段、１１ 残渣液排出管、１２ 汚泥含有液供給配管、１３ 改質泡汚泥排出管、１４ 汚泥、１５ 水、１６ 微生物、１７ ゼラチン状物質、１８ 一部が変質したゼラチン状物質、１９ 吸着性の高い汚泥、２０ 微細化泡汚泥、２１ 破泡槽、２２ 攪拌機、２３ 汚泥配管、２４ オゾンガス排出配管、２５ 混合ガス供給配管、２６ 流量調節器、２７ 補助ガス供給配管、２８ 混合ガス、３０ 汚泥処理装置、３１ 改質汚泥分離槽、３２ 改質汚泥溶解槽、３３ 嫌気性消化槽、３４ 攪拌機、３５ オゾンガス排出配管、３６ 改質汚泥配管、３７ 改質汚泥引抜ポンプ、３８ 汚泥溶解剤供給配管、３９ 汚泥溶解剤タンク、４０ 汚泥溶解剤供給ポンプ、４１ 消化槽供給配管、４２ 消化槽供給ポンプ、４３ メタンガス排出配管、４４ ｐＨ調整薬液供給ポンプ、４５ ｐＨ調整薬液タンク、４６ ｐＨ調整薬液配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】