(57)【要約】  嫌気性消化装置を小型化するとともにリン、シロキサン等の析出物発生を低減し、廃水処理設備等で発生する汚泥を安定的かつ効率的に嫌気性消化すると共に、バイオガス（特にメタンガス）を効率良く回収することができ、かつ消化汚泥を効率的に脱水することのできる低コスト化が図れる嫌気性処理方法および装置を提供すること。  汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度４〜１２％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、該嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する工程、該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程を含む、嫌気性処理方法、及び前記処理方法を実施するための装置
2012077778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、該嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する工程、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程を含む、嫌気性処理方法。
【請求項２】
前記汚泥は、廃水処理設備の最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とから選択される少なくとも１種である、請求項１の嫌気性処理方法。
【請求項３】
前記凝集汚泥は、汚泥のＳＳに対して０．２〜１．０％の凝集剤の使用により調製される、請求項１又は２の嫌気性処理方法。
【請求項４】
前記嫌気性消化工程は、前記汚泥濃縮物を、処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ１〜３日の条件で可溶化および酸発酵処理する前段消化工程と、該前段消化工程で処理された消化汚泥をメタン発酵処理し、前記嫌気性消化汚泥を調製するメタン発酵工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項の嫌気性処理方法。
【請求項５】
前記メタン発酵工程は、処理温度３０〜６０℃、かつＨＲＴ１２〜２０日で、かつＳＳに対する粗浮遊物含有率が３〜２０％となるように嫌気性消化汚泥が調製される、請求項４の嫌気性処理方法。
【請求項６】
外部から搬入した有機性廃液または廃棄物をスラリーＴＳ濃度１〜１５％に調整し、前記嫌気性消化工程に送り、前記汚泥濃縮物のＴＳに対して１２０％以下のスラリーＴＳ比となる混合条件で嫌気性消化する、請求項１〜５のいずれか１項の嫌気性処理方法。
【請求項７】
前記消化汚泥濃縮物は、凝集剤注入工程とそれに続く固液分離工程からなる工程の内、凝集剤注入工程を少なくとも２回行うことにより調製される、請求項１〜６のいずれか１項の嫌気性処理方法。
【請求項８】
汚泥に凝集剤を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理汚泥濃縮装置、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化装置、該嫌気性消化装置で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する消化汚泥凝集装置、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する装置を含む、嫌気性処理装置。
【請求項９】
前記汚泥は、廃水処理設備の最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とから選択される少なくとも１種であり、汚泥を貯留する汚泥貯留装置を備える、請求項８の嫌気性処理装置。
【請求項１０】
前記汚泥貯留装置から排出される汚泥に凝集剤を供給する機構及び汚泥を送るための配管を備える、請求項９の嫌気性処理装置。
【請求項１１】
前記嫌気性消化装置は、前記汚泥濃縮物を、可溶化および酸発酵処理する装置と、該装置で処理された消化汚泥をメタン発酵処理する装置を含む、請求項９又は１０の嫌気性処理装置。
【請求項１２】
前記酸発酵槽、及び前記メタン発酵槽は、処理温度が３０〜６０℃である、請求項１１の嫌気性処理装置。
【請求項１３】
前記消化汚泥濃縮物を調製する装置は、前記凝集剤により凝集汚泥を調製する汚泥凝集処理装置、該凝集汚泥を固液分離により濃縮凝集汚泥を調製する装置、該濃縮凝集汚泥を凝集剤により再濃縮凝集汚泥を調製する装置を備える、請求項８〜１２のいずれか１項の嫌気性処理装置。
【請求項１４】
外部から搬入した有機性廃液または廃棄物を貯留する外部バイオマス貯留装置と、該外部バイオマス貯留装置から排出されるバイオマスを、前記汚泥貯留装置、可溶化および酸発酵処理する装置、及びメタン発酵装置からなる群から選択される少なくとも１つに導入する機構及び配管を備える請求項１１〜１３のいずれか１項の嫌気性処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥の嫌気性処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚泥の嫌気性消化処理は、好気性処理に比べて汚泥発生量が少なく、病原微生物や寄生虫卵も速やかに死滅して安定化し、酸素の供給が不要なので動力消費量も少なく、メタンガスを主成分とするバイオガスも得られることから、省エネルギー的処理方法として古くから適用されている技術である。一方、嫌気性消化槽設備は大容量を必要とし、消化汚泥の処理では薬品費用が高く、かつ、汚泥が難脱水性で脱水汚泥含水率も下げにくいことから、課題点の多い技術でもある。【０００３】
したがって、現状の汚泥処分方法としては、汚泥を嫌気性消化することなく、脱水して埋立てたり、脱水して焼却処分する事例がまだまだ多い。例えば、従来の汚泥の嫌気性処理として、図６に示すブロックフロー図で示されるものが挙げられる。このフローについて説明する。【０００４】
汚泥１は、貯留装置２に送られ、次いで汚泥１は、固液分離装置６に送られ、汚泥濃縮物７と分離液８とに固液分離され、汚泥濃縮物７は、嫌気性消化装置９に送られ、汚泥の嫌気性消化によりバイオガス１０及び嫌気性消化汚泥１１が生成され、バイオガス１０は、バイオガスタンク１０１に送られ、次いでバイオガス１０は、ガス利用設備１０２（例えば、ガスタービン、バイオガスボイラ、ガス燈、乾燥機熱源等）、あるいは余剰ガス燃焼装置１０３に送られる。嫌気性消化汚泥１１は、消化汚泥凝集物調製装置１２に送られ、分離液１４を分離するとともに消化汚泥凝集物１５が調製され、消化汚泥凝集物１５は、脱水装置１６に送られ、分離液１７を分離するとともに脱水ケーキ１８が調製される。分離液８、分離液１４、及び分離液１７は、廃水処理設備１０４等に送られる。消化汚泥凝集物調製装置１２では、凝集剤が添加されることが多い。【０００５】
一方、特許文献１には、（ａ）汚泥の混在するし尿を固液分離する前処理工程と、（ｂ）処理工程で分離した固形物を脱水せずに直接嫌気性消化する嫌気性消化工程と、（ｃ）動植物残さ及び固形物を含有する厨芥を嫌気性消化する嫌気性消化工程と、（ｄ）嫌気性消化工程流出液を固形物と分離水に脱水分離する脱水工程、（ｅ）前処理工程の分離水、脱水工程からの分離水を生物学的に酸化、脱窒素する生物処理工程とからなる処理方法により、有機性廃水処理施設の汚泥、浄化槽汚泥等の汚泥、し尿、動植物残さを含有する厨芥を省エネルギー的に処理するとともに、し尿、浄化槽汚泥中の非衛生な篩渣を衛生的にコンポスト化又は固形燃料化する、し尿、厨芥、汚泥の処理方法を提案している。【０００６】
特許文献２には、廃水処理設備における最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とを混合して貯留し、この混合汚泥に凝集剤を添加して１次凝集処理を行い、次に１次凝集処理を終えた混合汚泥をその汚泥濃度が６〜８％となるように濃縮処理し、次いで濃縮処理後の混合汚泥に凝集剤を添加して２次凝集処理を行い、さらに２次凝集処理を行った混合汚泥に脱水処理を施す処理方法により、廃水処理により発生する初沈汚泥と余剰汚泥の２種の汚泥を、１系統で濃縮処理するとともに、後続の脱水工程にとって最適な汚泥濃度まで濃縮、維持することにより、これら廃水汚泥の濃縮、脱水プロセスにおけるトータルの効率を最大限に発揮させる汚泥処理方法及びそのシステムを提案している。【０００７】
また、特許文献３には、固液分離装置の搬送能力を上げるとともに、押圧圧搾効果を増大させるスリット型濃縮機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２１６７８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４７５８号公報
【特許文献３】特開２００３−２１１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
廃水処理設備等で発生する汚泥の嫌気性消化処理では、通常はＨＲＴ（水理学的滞留時間：Hydraulic retention time）２０〜３０日とするので大容量の嫌気性消化槽を必要とすることが最大の問題であった。例えば、汚泥ＴＳ（Total Solids）濃度３wt％、処理量１００ｍ３／日の汚泥処理では、通常２０００〜３０００ｍ３もの大型の嫌気性消化槽を設ける必要がある。また、消化汚泥処理では、汚泥凝集や脱水処理に要する薬品費用が高くなり、かつ、汚泥が難脱水性になっていて汚泥含水率も下がりにくいことが問題であった。これは、汚泥の嫌気性消化ではタンパク質が分解されることでアンモニア態窒素が生成され、Ｍアルカリ度（ｐＨ４．８までの酸消費量）も３，０００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ程度以上と高くなり、汚泥凝集の最適ｐＨ条件とされる弱酸性領域から外れていくためである。さらには、汚泥消化によって汚泥中の粗浮遊物（繊維分）も一緒に分解される為、汚泥脱水時の水抜けに大きく寄与する粗浮遊物含率が低下してしまって、脱水ケーキ含水率は高くなってしまう問題もあった。更に、嫌気性消化槽や配管等にリンやカルシウム等の析出物が発生するという問題もある。また、排水中に含まれるケイ素は、通常、シャンプー、リンス、化粧品等に含まれるシリコンオイル等のケイ素化合物に起因するシロキサンの形態である。シロキサンとは、主骨格がＳｉ−Ｏ−で側鎖に炭化水素基を有するケイ素−酸素結合を有する有機化合物を意味する。シロキサンとしては、例えば、ケイ素原子が２〜６で、炭化水素基がメチル基等である線状又は環状のものが挙げられる。シロキサンは水への溶解度が低いことから、下水汚泥を嫌気性消化した場合にはバイオガス中に分配移行するため、バイオガスを発電利用するとガスエンジンなどの発電設備や周辺機器にスケールとなって析出し、発電効率低下や設備メンテナンスに悪影響を及ぼす事例が多く知られ、この防止対策が重要となっている。【００１０】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、嫌気性消化装置を小型化するとともにリン、カルシウム、シロキサン（シロキサン結合を有するケイ素化合物）等を含む析出物の発生を低減し、廃水処理設備等で発生する汚泥を安定的かつ効率的に嫌気性消化すると共に、バイオガス（特にメタンガス）を効率良く回収することができ、かつ消化汚泥を効率的に脱水することのできる低コスト化が図れる嫌気性処理方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、以下の嫌気性処理方法及び嫌気性処理装置が提供される。
１）汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、該嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する工程、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程を含む、嫌気性処理方法。
２）汚泥に凝集剤を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽、該凝集汚泥を汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離して汚泥濃縮物を調製する前処理汚泥濃縮装置、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化装置、該嫌気性消化装置で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する消化汚泥凝集装置、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する脱水装置を含む、嫌気性処理装置。【００１２】
本発明の処理方法において、前処理工程で固液分離されて調製される汚泥濃縮物は、４〜１２wt%と従来方法よりも１．５〜２倍以上高濃度の汚泥を含む。この汚泥濃縮物を嫌気性消化処理するため、本発明における嫌気性消化汚泥は、従来方法における嫌気性消化汚泥よりも高いＭアルカリ度及びアンモニア濃度を有する。そのために、嫌気性消化汚泥にそのまま凝集剤を添加して脱水可能なフロックを得ようとすると、多量の凝集剤が必要となる。そこで本発明では、脱水可能な消化汚泥凝集物を得るために、前処理工程で得られた分離液又は水の少なくとも何れかを嫌気性消化汚泥に混合して嫌気性消化汚泥を希釈し、嫌気性消化汚泥と添加される凝集剤との汚泥凝集反応による消化汚泥凝集物の生成をスムーズに行い、凝集剤注入量の低減を図る。また、本発明の前処理工程では、凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を汚泥濃縮物と分離液とに分離するため、分離液にはリン等の水溶性乃至親水性の有用資源が含有されることになり、効率的に有用資源を回収することができる。さらに、有用資源を回収することができる前処理工程は、嫌気性消化工程の前に行われるため、嫌気性消化工程に送られる汚泥濃縮物中のリン、シロキサン等は低減され、且つ、汚泥濃度が高濃度であるため、嫌気性消化槽でのリン、シロキサン等を含む析出物の発生を低減することができる。【００１３】
本発明において、「％」は、特に言及がない限り、「質量％」を意味する。本発明の嫌気性処理装置は、上記各固有の装置間に汚泥を送るための手段、例えば、配管、ポンプ、バルブ等を適宜、有することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、廃水処理場等での汚泥の嫌気性消化により有機物を分解すると共に、バイオガス（特にメタンガス）を効率良く回収することができ、これよりエネルギー回収効率を著しく向上させることが可能となる。特に、従来の処理方法における大容量の嫌気性消化槽設備を必要とし、消化汚泥処理のための薬品費用が高く、かつ、汚泥が難脱水性で脱水汚泥含水率も下げにくいという技術課題に対し、本発明では低ランニングコストの濃縮装置で汚泥濃度を高く濃縮でき、かつ、嫌気性消化容量も大幅に削減でき、さらには、難脱水性の嫌気性消化汚泥での脱水操作改善も行うことができるため、消化汚泥を効率的に脱水処理することができる低コストの嫌気性消化システムを実現できる。また、本発明は、嫌気性消化槽へのリン、カルシウム、シロキサン等の導入量を従来のほぼ半分に低減でき、ひいては嫌気性消化槽でのリン、カルシウム、シロキサン等を含む析出物の発生を低減でき、嫌気性消化槽及び配管等の維持、管理費用の低減化に寄与するとともにリン等の有用資源を効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る処理装置の構成を表す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る処理装置の構成を表す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る処理装置の構成を表す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る処理装置の構成を表す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る処理装置の構成を表す説明図である。
【図６】従来の処理装置の構成を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。
【００１７】
本発明の嫌気性処理方法は、汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、該嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する工程、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程を含む。
【００１８】
本発明において、「汚泥」とは、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を処理する工程で排出される汚泥を意味する。
【００１９】
本発明で処理される汚泥としては、廃水処理設備の最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とから選択される少なくとも１種であることが好ましく、両者からの混合汚泥であることが更に好ましい。該汚泥は、貯留槽に貯留され、重力濃縮されることが好ましい。
【００２０】
貯留槽から排出された汚泥に凝集剤が添加され、凝集汚泥が調製される。凝集剤の添加量は、汚泥のＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄｓ、懸濁粒子）に対して０．２〜１．０wt％が好ましく、０．３〜０．６wt％が更に好ましい。
【００２１】
凝集剤としては、通常用いられる凝集剤を特に限定せずに用いることができる。例えば、ポリ硫酸第二鉄またはＰＡＣ、硫酸バンド等の無機系凝集剤、及び有機高分子凝集剤（以下、高分子凝集剤ともいう）などが挙げられ、各々、単独または組み合わせて用いることができるが、少なくとも高分子凝集剤を含むことが好ましい。高分子凝集剤としては、カチオン系、アニオン系、両性系、等が挙げられ、例えば、アミジン系凝集剤、アクリルアミド系凝集剤、アクリル酸系凝集剤等が挙げられる。
【００２２】
以下、本発明の嫌気性処理方法を工程別に説明する。
【００２３】
＜前処理工程＞
この前処理工程は、汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と、分離液と、に固液分離する汚泥濃縮工程である。従来の処理方法では、高分子凝集剤を添加して汚泥を濃縮していたため、３〜４wt％、高くても４〜５wt％程度の汚泥濃度に濃縮することが限界であった。本発明では、汚泥濃度４〜１２wt％までの高濃度化が可能である。一方、分離液には、リン、カルシウム、シロキサン等が含まれる。
【００２４】
＜嫌気性消化工程＞
次に、上記汚泥濃縮物は、嫌気性消化工程に送られ、嫌気性消化されるとともに発生するバイオガスが回収される。汚泥濃縮物の消化は、３０〜６０℃、好ましくは３０〜４０℃の中温消化領域または５０〜６０℃の高温消化領域で行うことが好ましい。嫌気性消化時の好適なｐＨはｐＨ６〜８．５、最も好ましくはｐＨ６．５〜８．０である。
【００２５】
油脂成分が多く含まれる後述の有機性廃液または廃棄物を混合消化する場合には、温度が高いほうが中性脂肪や高級脂肪酸の分散性が増すため、５０〜６０℃の高温消化方法を選択することが好ましい。一方、汚泥の嫌気性消化で生成されるアンモニアは高ｐＨと高温域で解離しやすいことから、高温消化ではアンモニア阻害を受けやすくなる点に注意が必要である。消化液中ＮＨ４＋−Ｎ濃度としては、中温消化で３，５００ｍｇ／Ｌ以上、高温消化で２，０００ｍｇ／Ｌ以上となるとメタン生成反応が阻害される。これらの操作条件は、濃縮汚泥の汚泥濃度や汚泥性状、嫌気性消化時の水量変動、目標処理水質を加味した上で決定される。
【００２６】
嫌気性消化工程は、前記汚泥濃縮物を、処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ（水理学的滞留時間：Hydraulic retention time）１〜３日の条件で可溶化および酸発酵処理する前段消化工程と、該前段消化工程で処理された消化汚泥をメタン発酵処理し、嫌気性消化汚泥を調製するメタン発酵工程を含むことがより好ましい。
【００２７】
この前段消化工程は、後段のメタン発酵工程の嫌気性処理を促進する機能を有し、メタン発酵工程でのＨＲＴを低減し、バイオガスの回収を効率化・安定化し、粗浮遊物含有率を高く安定に維持し、発酵液粘度を低減するために寄与する。また、前段消化工程でＳＳ濃度の調整を行っても良い。
【００２８】
メタン発酵工程は、処理温度３０〜６０℃、かつＨＲＴ１２〜２０日の条件で行われることが好ましく、ＳＳに対する粗浮遊物含有率が３〜２０％となるように嫌気性消化汚泥が調製されることが好ましい。上記粗浮遊物含有率の粗浮遊物とは、セルロース等の繊維状物質、粒状物質等を意味する。該ＨＲＴは１２〜１５日が更に好ましく、粗浮遊物含有率は５〜１８％が更に好ましい。粗浮遊物含有率を上記範囲とすることにより、消化汚泥濃縮物の脱水性を改善し、脱水ケーキの含水率低減を図ることができる。
【００２９】
また、本発明の嫌気性消化工程では、外部、すなわち、本発明において実施する廃水処理場の系外から搬入した有機性廃液または廃棄物を汚泥とともに処理することができる。外部からの有機性廃液または廃棄物とは、工場、下水処理場等の設備から排出される有機化合物を少なくとも含み、汚泥、草本類等を含んでもよい。外部からの有機性廃液または廃棄物は、前処理工程、前段消化工程及びメタン発酵工程のいずれに搬入してもよい。外部からの有機性廃液または廃棄物を汚泥と一緒に嫌気性消化する場合には、該有機性廃液又は廃棄物のスラリーＴＳ（Total solids）濃度を１〜１５％（更に好ましくは３〜１０％）に調整し、汚泥濃縮物のＴＳに対して１２０％以下（更に好ましくは５〜１００％）のスラリーＴＳ比となる混合条件で添加することが好ましい。ここで、スラリーＴＳ濃度とは、スラリー中のＴＳ濃度を意味し、スラリーＴＳ比とは、スラリーに含まれる搬入物質のＴＳ比率を意味する。スラリーＴＳ濃度は、有機性廃液または廃棄物の種類、濃度、状態、搬入頻度などを加味して決定される。また、外部から搬入される有機性廃液または廃棄物は、必要に応じて物理的、化学的、生物的分解処理された後に嫌気性消化工程に導入されると消化反応を安定化させることができるので好ましい。処理方式の一例としては、湿式破砕、乾式粉砕、熱処理、高温高圧処理、酸またはアルカリ処理、生物的可溶化または酸発酵処理などを好適に挙げることができる。
【００３０】
＜消化汚泥凝集物調製工程＞
次に、嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に凝集剤と、前処理工程の分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する。
【００３１】
嫌気性消化汚泥に添加する凝集剤としては、高分子凝集剤等が好適である。また、ポリ硫酸第二鉄またはＰＡＣ等の無機系凝集助剤と高分子凝集剤の併用も分離液の清澄度を高めるために有効な場合がある。高分子凝集剤としては、高価なアミジン系凝集剤も使用できるが、比較的安価なカチオンポリマー系凝集剤、例えば、アクリル酸エステル系、メタアクリル酸エステル系、アニオン度よりもカチオン度の高い両性系凝集剤等を用いることができる。アクリル酸エステル系としては、分子量が３００〜６００万のものが沈降分離性の高い消化汚泥凝集物を得る上で好ましい。
【００３２】
凝集剤の添加量は、嫌気性消化汚泥の性状によって変動するが、消化汚泥凝集物の沈降分離性を高めるため、凝集物のフロック径が数ミリ程度になる添加量とすることが好ましい。具体的には、凝集物のフロック径が５〜２０ｍｍの範囲、好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲となるように、凝集剤を嫌気性消化汚泥中のＳＳあたり１．０〜２．５％の範囲、好ましくは１．５〜２．０％の範囲で添加する。
【００３３】
消化汚泥凝集物調製工程で用いる分離液又は水（「希釈水」ともいう）は、嫌気性消化汚泥を希釈する機能を有する。分離液又は水による濃縮汚泥の希釈により、汚泥の電気伝導度を１２００ｍＳ／ｍ以下、好ましくは７５０ｍＳ／ｍ以下、汚泥のＭアルカリ度を４０００ｍｇ／ｌ以下、好ましくは２５００ｍｇ／ｌ以下、汚泥の温度を３５℃以上、好ましくは５０〜７５℃に調整する。希釈された汚泥の温度は、上記範囲の温度の分離液又は水を添加することによって調整してもよく、あるいは添加後に加熱してもよい。希釈水は、前処理工程で得られる分離液、通常の飲用水等の他、溶解成分等の濃度が比較的小さい等の水質条件（電気伝導度５００ｍｇ／Ｌ以下、Ｍアルカリ度１５００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳ１５００ｍｇ／Ｌ以下、ＣＯＤＣｒ１５０００ｍｇ／Ｌ以下）を満たす水であれば処理プラント内のどのプロセス水を使用しても良い。また、活性汚泥処理水、生物脱臭装置廃液といった生物処理水を使用することも可能である。
【００３４】
得られた消化汚泥凝集物を固液分離して消化汚泥濃縮物と分離液とを調製する。消化汚泥濃縮物の濃縮倍率は２．５〜８倍程度が好ましい。ここで、濃縮倍率とは、消化汚泥凝集物の容積を消化汚泥濃縮物の容積で除した値を意味する。
【００３５】
固液分離された消化汚泥濃縮物に、再び、凝集剤及び必要に応じて希釈水を添加して再濃縮凝集汚泥を調製する。この際用いられる凝集剤及び希釈水は、消化汚泥凝集物調製工程で用いる凝集剤及び希釈水でよい。再濃縮凝集汚泥が、十分な脱水性を有する場合（濃縮凝集汚泥のＴＳ濃度として４〜１５ｗｔ％の範囲、好ましくは６〜１０ｗｔ％）は、最終的な消化汚泥凝集物として脱水工程に送る。しかし、該再濃縮凝集汚泥が十分な脱水性を有しない場合、又は当初の設計上必要とされる場合（濃縮凝集汚泥のＴＳ濃度として４ｗｔ％未満の場合）等は、例えば、上記凝集剤再注入とそれに続く固液分離又は固液分離のみを繰り返してもよい。凝集剤再注入に用いる凝集剤は、消化汚泥凝集物調製工程において用いた凝集剤と同じ凝集剤を用いてもよいし、異なる凝集剤を用いてもよい。
【００３６】
最終的な消化汚泥凝集物は、後段の脱水工程におけるせん断力を受けた後もその粒状のフロック形状がわずかに残る程度の強度を持つフロックであることが好ましい。このような消化汚泥凝集物を得るための凝集剤としては、特に限定されるべきものではないが、高分子凝集剤が好ましい。高分子凝集剤としては、上記凝集汚泥調製工程に使用するものが挙げられ、前処理工程の凝集剤と同一でも異なっていてもよい。
【００３７】
＜脱水工程＞
次に、消化汚泥凝集物を脱水して、脱水ケーキと分離液に固液分離す。本発明において、脱水ケーキの濃縮倍率は４〜１０倍程度が好ましい。ここで、濃縮倍率とは、消化汚泥凝集物の容積を脱水ケーキの容積で除した値を意味する。脱水ケーキ調製工程で分離された分離液は、ＳＳ濃度、Ｍアルカリ度、及び電気伝導度が小さいため、消化汚泥凝集物を調製する工程で使用する希釈水として好適である。脱水ケーキは、低含塩かつ低含水率であるため、再資源化が可能であり、コンポスト化、炭化、燃料化などの二次加工等にも好適である。
【００３８】
＜リン及びシロキサン回収＞
前処理工程で得られる分離液には、リン、カルシウム、シロキサン等が含まれている。本発明では、これらを含む分離液のすべて又は一部をリン、カルシウム、シロキサン等を回収乃至除去する工程に送ることができる。リンの回収には、ヒドロキシアパタイトを用いる接触脱リン法、リン酸マグネシウムアンモニウムを用いるＭＡＰ法等が適用できる。
【００３９】
ＭＡＰ法では、反応槽、例えば、上向流槽内に予めＭＡＰの種晶を充填し、また、所望により不足するＭＡＰ成分を補うための薬剤、例えば、ＭｇＣｌ２、Ｍｇ（ＯＨ）２等を分離液に添加し、更に、所望により分離液のｐＨを７．８〜８．５に調整して、分離液を上向流で反応槽に通水し、ＭＡＰの粒径を増大させ、この増大した粒径を有するＭＡＰを適宜、反応槽から抜き出し、分離・回収する方法が挙げられる。反応槽で生成した微細なＭＡＰは槽上部から回収し、反応槽に戻される。
【００４０】
シロキサンの回収は、分離液をガス乃至噴霧状として、又はそのままの状態で、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、ポリマー（例えば、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体等）等の吸着剤により、吸着させる方法により行うことができる。また、所望により窒素ガスを、適宜、加温して、シロキサンを吸着した吸着剤に通すことにより、シロキサンを脱離、回収することもできる。後述のバイオガスに対しても上記と同様の吸着剤を用いてシロキサンを処理することが可能であり、同様の方法でシロキサンを脱離、回収することができる。
【００４１】
本発明は、上述のように分離液と汚泥濃縮物に固液分離する工程を有するため、嫌気性消化装置へのリン、シロキサン等の導入量が従来よりも低減し、ひいては同装置でのリン、シロキサン等を含む析出物の発生が低減し、同装置又は配管等の維持、管理費用の低減化に寄与する効果がある。
【００４２】
＜嫌気性処理装置＞
本発明の嫌気性処理装置は、汚泥に凝集剤を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽、汚泥濃度４〜１２wt％の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理汚泥濃縮装置、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化装置、該嫌気性消化装置で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する消化汚泥凝集装置、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する装置を含む。
【００４３】
凝集槽は、通常用いられる凝集槽でよい。
【００４４】
前処理汚泥濃縮装置は、凝集汚泥を汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する固液分離槽でよい。固液分離槽としては、特に限定されず、重力濃縮法が適用される単なる槽、遠心濃縮法が適用される遠心分離機、浮上濃縮法が適用される分離機、スクリーンを用いた分離機、スリット型濃縮機等が挙げられる。中でも、スリット型濃縮機は好ましく、例えば、前記特開２００３−２１１２９３号公報（特許文献３）に記載の、処理物をスリット板で受け止め、多数のスリットを形成したスリット板上に周面を突出せしめた多数の円板が、処理物排出方向に回転軸により偏心回転することによって、処理物はスリット板上を排出側に送られ、この過程でスリット内の円板との隙間から液体成分が落下して濾過され、処理物中の固体成分は分離捕集され、さらにスリット板の上面に近接して処理物の排出方向に回転し、スリット板上の捕集物を圧搾して脱液するベルトコンベアを上記スリット板上に設けた機械構造が挙げられる。スリット型濃縮機を適用すると、安価なランニングコストで安定して確実に４〜１２wt％の高濃度化が可能である。
【００４５】
嫌気性消化装置は、少なくとも嫌気性消化槽を含む。嫌気性消化槽としては、特に限定されないが、完全混合型消化槽を適用することが好ましい。嫌気性消化槽は、槽内液の均質化や温度分布の均一化とともに、スカムの発生を防止するために攪拌が必須であり、本発明では機械攪拌方式が最も効率的であるが、設備環境や処理条件に応じてポンプ攪拌方式、ガス攪拌方式を付属することも効果的である。さらに、これらの要件を備えた水密かつ気密な構造の消化槽であれば鉄筋コンクリート造りまたは鋼板製のいずれでも良く、既設の嫌気性消化槽を処理条件に合わせて改造・更新することでも適用可能である。また、嫌気性消化装置は、汚泥濃縮物を可溶化および酸発酵処理する可溶化・酸発酵処理槽と、該槽で処理された消化汚泥をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、を含む構成とすることが好ましい。嫌気性消化装置は、外部からの有機性廃液または廃棄物を貯留する外部バイオマス貯留装置と、該外部バイオマス貯留装置から排出されるバイオマスを、前記貯留装置、可溶化および酸発酵処理する装置、及びメタン発酵装置からなる群から選択される少なくとも１つに導入する機構及び配管を含むことが好ましい。
【００４６】
消化汚泥凝集装置は、消化汚泥凝集槽と、適宜、希釈した汚泥を導入する手段、凝集剤添加手段、攪拌手段、加温手段、凝集汚泥の引き抜き手段等を備える。また、別途、希釈のための配管内混合装置を具備していてもよい。
【００４７】
本発明の嫌気性処理装置は、消化汚泥凝集物から消化汚泥濃縮物を調製する装置を具備することが好ましい。
【００４８】
消化汚泥濃縮物を調製する装置は、凝集剤により凝集汚泥を調製する汚泥凝集処理装置、該凝集汚泥を固液分離して濃縮凝集汚泥を調製する凝集汚泥分離濃縮装置、該濃縮凝集汚泥に凝集剤を添加して再濃縮凝集汚泥を調製する装置を備えることが好ましい。
【００４９】
凝集汚泥分離濃縮装置は、凝集汚泥を濃縮凝集汚泥と分離液に固液分離する装置である。凝集汚泥分離濃縮装置は、特に限定されず、重力濃縮法が適用される単なる槽、遠心濃縮法が適用される遠心分離機、浮上濃縮法が適用される分離機、スクリーンを用いた分離機等が挙げられる。中でも、スクリーンを備えた固液分離装置が好ましく、例えば、一定間隔で平行に並ぶ複数のスクリーンと隣り合う該スクリーンの間で回転する複数の円盤により隣り合う該スクリーン間の隙間の凝集汚泥を物理的に排除するとともに濃縮凝集汚泥と分離水とに分別することが可能な固液分離装置が挙げられる。ここで、スクリーンのスリット幅は原理的に消化汚泥凝集物のフロック径未満であり、０.１〜２．５ｍｍが好ましい。
【００５０】
再濃縮凝集汚泥調製装置は、適宜、濃縮凝集汚泥導入手段、凝集剤添加手段、攪拌手段、再濃縮凝集汚泥の引き抜き手段等を備える。
【００５１】
消化汚泥濃縮物を脱水する装置は、特に限定されず、通常、凝集汚泥分離濃縮装置と原理的に同じものを用いることができるが、凝集汚泥分離濃縮装置よりも脱水ケーキを分離するための消化汚泥凝集物への応力は高くすることが一般的であり、公知手段を用いることができる。脱水ケーキ調製装置は、再濃縮凝集汚泥へ応力を付与する手段と分離液を透過し、消化汚泥凝集物を保持するろ過手段から構成されることが好ましい。消化汚泥凝集物へ応力を付与する手段としては、プレス、遠心等が挙げられる。ろ過手段としては、開孔径が０．１〜２．５ｍｍのスクリ−ン等が挙げられる。
【００５２】
次に、本発明の一例を、図を参照して更に説明する。
【００５３】
図１は、本発明の第一の実施形態を示すブロックフロー図で、嫌気性処理装置の構成を表す説明図である。
【００５４】
汚泥１は、貯留装置２に送られる。次いで、汚泥１は、貯留装置２から排出され、配管を介して凝集槽３に送られる。凝集槽３において、汚泥１に凝集剤４が添加されて、凝集汚泥５が調製される。凝集汚泥５は、前処理汚泥濃縮槽６に送られ、汚泥濃度４〜１２％の汚泥濃縮物７と分離液８とに固液分離される。汚泥濃縮物７は、嫌気性消化装置９に送られ、汚泥の嫌気性消化によりバイオガス１０及び嫌気性消化汚泥１１を生成する。バイオガス１０は、バイオガスタンク１０１に送られ、次いでバイオガス１０は、ガス利用設備１０２（例えば、ガスタービン、バイオガスボイラ、ガス燈、乾燥機熱源等）、あるいは余剰ガス燃焼装置１０３に送られる。嫌気性消化汚泥１１は、消化汚泥凝集装置１２に送られる。消化汚泥凝集装置１２には、前処理汚泥濃縮槽６にて形成される分離液８の一部が導入される。消化汚泥凝集装置１２において、嫌気性消化汚泥１１に分離液８と凝集剤１３が添加され、消化汚泥凝集物１５と分離液１４が形成される。消化汚泥凝集装置１２からの消化汚泥凝集物１５は、脱水装置１６に送られ、分離液１７を分離するとともに脱水ケーキ１８が調製される。分離液８の一部、分離液１４、及び分離液１７は、リン回収等の廃水処理設備１０４等に送られる。なお、バイオガスタンクの前にシロキサン除去乃至回収装置を設けても良い。
【００５５】
次に図２は、本発明の第二の実施形態を示すブロックフロー図で、嫌気性処理装置の構成を表す説明図であり、嫌気性消化の前段で可溶化および酸発酵処理を行うものである。
【００５６】
図１のフローにおいて、前処理泥濃縮槽６にて分離された汚泥濃縮物７は、嫌気性消化装置８に送られる前に可溶化および酸発酵処理装置９ａに送られ、可溶化および酸発酵処理が施された消化汚泥７ａが生成される。消化汚泥７ａは、嫌気性消化装置９に送られ、以降は図１のフローに従って、処理される。
【００５７】
次に図３は、本発明の第三の実施形態を示すブロックフロー図で、嫌気性処理装置の構成を表す説明図であり、嫌気性消化汚泥の凝集剤による汚泥凝集処理を２回に分割して行うものである。
【００５８】
本フローでは、図２のフローにおいて、嫌気性消化汚泥１１及び分離液８の一部が、消化汚泥凝集槽１２に送られ、添加される凝集剤１３により分離液１４を分離するとともに消化汚泥凝集物１５が調製される工程を以下のように変更する。
【００５９】
嫌気性消化汚泥１１及び分離液８の一部は、汚泥凝集処理装置１２ａに送られ、添加される凝集剤１３ａにより凝集汚泥１２ｃが調製される。凝集汚泥１２ｃは、凝集汚泥分離濃縮装置１４Ａに導入され、分離液１４と濃縮凝集汚泥１２ｄに固液分離される。次いで、濃縮凝集汚泥１２ｄは、再濃縮凝集汚泥調製装置１２ｂに送られ、添加される凝集剤１３ｂにより再濃縮凝集汚泥が調製され、これを最終的な消化汚泥凝集物１５とする。
【００６０】
次に図４は、本発明の第四の実施形態を示すブロックフロー図で、嫌気性処理装置の構成を表す説明図であり、図３のフローにおいて、汚泥凝集処理装置１２ａに生物処理水１９を添加して汚泥を希釈するものであり、他の処理は、図３と同じである。
【００６１】
この生物処理水としては、活性汚泥処理水、生物脱臭処理水、硝化脱窒処理水等が挙げられる。生物処理水の含有成分の種類、及びその濃度は、凝集剤の種類又は添加量、ひいては費用に影響するため、処理目的に応じて、適宜決定される。
【００６２】
次に図５は、本発明の第五の実施形態を示すブロックフロー図で、嫌気性処理装置の構成を表す説明図であり、図４のフローにおいて、外部から搬入した有機性廃液または廃棄物も嫌気性消化処理を行うものであり、他の処理は、図４と同じである。
【００６３】
本フローでは、有機性廃液または廃棄物２０は、スラリーとしてバイオマス貯槽２１に貯留される。バイオマス貯槽２１からのスラリー２２は、所望によりＴＳ濃度を調整した後、貯留槽２、可溶化および酸発酵処理装置９ａ、及び嫌気性消化装置９の少なくとも何れかに導入され、処理が施される。
【００６４】
上記図１〜５の嫌気性処理装置は、自動制御であってよいし、バッチ処理であってもよいし、その組み合わせであってもよい。また、各種汚泥の温度制御も自動化してもよい。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例を説明する。Ａ下水処理場から発生した下水汚泥について、本発明の嫌気性処理試験を行った。なお、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。【００６６】
試験では汚泥にカチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）を０．４％（対ＳＳ比）添加混合して凝集処理後、背圧板付き機械濃縮機で汚泥濃縮物と分離液とに固液分離した。表１に汚泥、汚泥濃縮物、分離液の性状を示す。【００６７】
表２に嫌気性消化装置における嫌気性消化試験条件を示す。嫌気性処理試験では、耐熱塩化ビニル製の完全混合型消化試験装置（総容積３０Ｌ、有効容積２５Ｌ、ジャケット温水循環式）を用いた。また、可溶化および酸発酵装置では、東京理化器械（株）製ジャーファーメンターＭＤＬを用いた（総容積１０Ｌの完全混合型、４Ｌ水深で運転）。試験では、嫌気性消化装置（消化槽）は３７℃、可溶化及び酸発酵装置（可溶化槽）では４５℃で運転した。なお、比較例２では５５℃の高温嫌気性処理試験を行った。原料投入は、チューブポンプＲＰ−６０型（東京理化器械株式会社製）を用い、１日あたり４〜８回に分けてタイマー制御で投入した。【００６８】
［実施例１］
図１のフローに従って、実施した。【００６９】
［実施例２］
図２のフローに従って、実施した。なお、嫌気消化汚泥の脱水処理については、図３と図４に示す処理方法も併せて行った。【００７０】
［比較例］
図６のフローに従って、実施した。なお、消化汚泥凝集物１５は、高分子凝集剤による汚泥凝集により調製した。【００７１】
【表１】
2012077778.tif 000003
【００７２】
【表２】
2012077778.tif 000004
【００７３】
なお、分析方法は下記の方法で行った。
・TS（Total solids、全蒸発残留物）；105℃蒸発残留物重量（JIS K 0102）
・VTS（Volatile total solids、強熱減量）；600℃強熱減量（JIS K 0102）
・SS（Suspended solids、懸濁粒子）；遠心分離法による回転数3,000rpm,10分間での沈殿物重量（JIS K 0102）
・VSS（Volatile suspended solids、揮発性懸濁粒子）；懸濁粒子の600℃強熱減量（JIS K 0102）
・CODCr（化学的酸素消費量）；重クロム酸カリウム法（JIS K 0102）
・BOD（生物化学的酸素消費量）；ウインクラー・アジ化ナトリウム変法（JIS K 0102）
・タンパク質；（ケルダール窒素−アンモニア性窒素）×6.25
・揮発性有機酸（VFA）；高速液体クロマトグラフ（エルマ光学ERC-8710、検出器 RI、カラムShodex RSpak KC-811、カラム温度60℃、移動相0.1％りん酸）
・メタンガス、炭酸ガス；ガスクロマトグラフ（GLサイエンスGC-323、検出器TCD、TCD電流値120A、分離カラム Active Carbon 30/60、カラム温度 95℃、キャリアガス He）
・消化ガス中のシロキサン：消化ガスを流通速度0.6L／分でヘキサン溶液に通液させてシロキサンを捕集後、濃縮してガスクロマトグラフ質量分析計GC/MSで定量分析。ここでは、下水汚泥消化ガス中に最も多く含まれるとされる環状シロキサンのデカメチルシクロペンタシロキサン（D5）濃度を定量分析により評価。
・溶解性画分；GF/B（1μm）でのろ液
・Ｍアルカリ度；遠心分離機による回転数3,000rpm、3分間での上澄液を0.1mol/Lの塩酸溶液でpH4.8まで滴定（下水試験方法）
・粗浮遊物；呼び寸法７４μｍふるいでの粗浮遊物分析（下水試験方法）【００７４】
【表３】
2012077778.tif 000005
【００７５】
表３の嫌気性処理試験結果に示すように、実施例１及び２による嫌気性処理では従来技術と同等のＴＳ分解率、ＶＴＳ分解率、メタンガス発生率の性能が出ていることがわかる。【００７６】
また、消化ガス中のシロキサンＤ５濃度を比較すると、実施例１と２において含有率が低くなっており、高濃度に保持された消化汚泥ＳＳ分にシロキサン化合物が吸着されることで消化ガス中へのシロキサン濃度が低くなったものと考えられる。【００７７】
さらに、粗浮遊物を比較すると、実施例１と２において含有率が高くなっており、従来の消化汚泥よりも汚泥脱水には有利な汚泥条件となっていることがわかる。【００７８】
なお、比較例、実施例の何れの消化槽でも揮発性有機酸の残留は認められておらず、嫌気性処理反応は問題なく進行していたものと考えられる。【００７９】
上記の比較例１および２、実施例１および２で得られた嫌気性消化汚泥を用いて、汚泥脱水処理性能を検討した。汚泥脱水にはカチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）を用いた。また、脱水機はベルトプレス式脱水機を用い、脱水処理条件は、ろ布緊張力４．９ｋＮ／ｍ、ろ布スピード１．０ｍ／分で行った。【００８０】
先ず、比較例１および２の嫌気性消化汚泥について脱水処理した結果、高分子凝集剤注入率と脱水ケーキ含水率は表４の結果であった。【００８１】
【表４】
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【００８２】
次に、実施例１および２で得られた嫌気性消化汚泥について脱水処理した結果、高分子凝集剤注入率と脱水ケーキ含水率の結果は表５の結果であった。何れの脱水方法でも従来法よりも高性能であったが、中でも、図４に示される凝集剤を２回に分けて注入して生物処理水を併用する処理方式では最も効率的であることが分かる。なお、実施例１で得られた嫌気性消化汚泥を分離水で希釈することなく、そのままの状態で高分子凝集剤を注入して汚泥を凝集・脱水処理した場合は、高分子凝集剤注入率３．８％（対ＳＳ）、脱水ケーキ含水率８３％であった。【００８３】
【表５】
2012077778.tif 000007
【００８４】
［実施例３］
次に、図５に基づいて、下水汚泥と食品製造廃棄物（廃糖液およびデザート系廃製品）と河川敷刈草の嫌気性処理を行った実施例について示す。【００８５】
＜処理条件＞
・下水汚泥量（初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥）  ３０ｍ３／日（ＴＳ濃度３．１％）
・食品製造廃棄物搬入量  １．３５ｔ／日（ＴＳ濃度９．９％）
・河川敷刈草搬入量  ０．１５ｔ／日（含水率７０．０％）
・バイオマス貯槽  ３ｍ３×２槽
＜前処理固液分離装置（下水混合汚泥用）＞
・スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ、背圧板付帯）
・カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）注入率０．４％（対ＳＳ比）
・汚泥濃縮物量  １２ｔ／日（ＴＳ濃度７．９％）
・分離液量  １９．５ｍ３／日（ＳＳ濃度３９５ｍｇ／Ｌ）
・ＳＳ回収率９７％
・刈草用粉砕装置
＜嫌気性消化：可溶化および酸発酵装置（縦型機械式攪拌機）＞
・食品製造廃棄物、河川敷刈草、汚泥濃縮物の混合物の可溶化および酸発酵装置への投入量３ｍ３／日（スラリーＴＳ濃度１０％）
・汚泥濃縮物のＴＳに対する食品製造廃棄物・河川敷刈草のＴＳ比  １９％
・ＨＲＴ  ２日
・有効容積６ｍ３
・水温４５℃
＜嫌気性消化：嫌気性消化装置（縦型機械式攪拌機）＞
・嫌気性消化装置への投入量１３．５ｍ３／日
・ＨＲＴ  １４．８日
・有効容積２００ｍ３
・水温３７℃
＜嫌気性消化汚泥の凝集処理工程＞
・スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ）
・汚泥分離液の混合量  １０．５ｍ３／日（Ｍアルカリ度６９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）
・生物脱臭装置廃液の混合量  ３．５ｍ３／日（Ｍアルカリ度１２５０ｍｇ／Ｌ）
・カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）注入率１．７％（対ＳＳ比）
（注入率内訳；前段凝集槽の注入率１．３％、再凝集槽の注入率０．４％）
＜脱水機＞
・スクリュープレス型脱水機
＜発電機＞
・マイクロガスタービン発電機
＜処理結果＞
・嫌気性消化汚泥性状（ＴＳ濃度３．９％、ＶＴＳ６８％、ＳＳ濃度３．０％、Ｍアルカリ度８９００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、粗浮遊物含有率１６．７％（対ＳＳ比））
・バイオガス発生量  ５７０ｍ３／日（ＮＴＰ）
・メタンガス発生量  ３６５ｍ３／日（ＮＴＰ）
・メタンガス濃度  ６４％
・メタンガス発生率  ０．３７ｍ３／投入ｋｇＶＴＳ（ＮＴＰ）
・バイオガス中のシロキサンＤ５濃度  ２．３ｍｇ／ｍ３
・発電量  ６８６ｋｗｈ／日
・脱水ケーキ発生量  ２．１ｔ／日（含水率７７％）
・廃水量  ３７．６ｍ３／日【００８６】
以上のように、本発明によって従来よりも大幅に小型化した嫌気性消化装置によって汚泥や有機性廃棄物を嫌気性処理して良質なバイオガスを安定的に発生せしめることができ、バイオガス発電できることも明らかとなった。従来法のＨＲＴ２０〜３０日での処理方式では嫌気性消化槽６３０〜９４５ｍ３を設ける必要があったのに対して、本発明では２０６ｍ３の嫌気性消化装置であるので嫌気槽規模は従来の１／３〜１／４に縮小されたシステムで嫌気性処理が可能である。さらには、発生した嫌気性消化汚泥は容易な操作によって低コストで凝集・脱水でき、得られた脱水ケーキ含水率７７％は従来の８２％程度と比較して低含水率であり（表４参照）、外観も従来品と変わりなく、不快臭もなく衛生的であった。【００８７】
［実施例４］
実施例３と同様に、図５に基づいて、下水処理場において下水汚泥と食品製造廃棄物（ジュース用の蜜柑絞り粕）の嫌気性処理を行った。下水汚泥は重力濃縮した初沈濃縮汚泥と余剰汚泥の混合汚泥として、汚泥濃縮を実施した。嫌気性消化は下水汚泥と蜜柑絞り粕の各固形物量をほぼ等量の混合比率で実施した。【００８８】
＜処理条件＞
・下水汚泥量（初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥）  ３５ｍ３／日
（初沈汚泥： ＴＳ濃度３．８８％、余剰汚泥： ＴＳ濃度０．９３％、混合汚泥： TS濃度１．３９％）
・食品製造廃棄物搬入量  ４．０ｔ／日（ＴＳ濃度１２．５％）
・バイオマス貯槽  ３ｍ３×２槽
＜前処理固液分離装置（下水混合汚泥用）＞
・スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ、背圧板付帯）
・カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万、溶液濃度２．０ｇ／L）注入量０．９５ｍ３／日
・高分子凝集剤注入率  ０．４４％（対ＳＳ比）
・汚泥濃縮物量  ６．２ｔ／日（ＴＳ濃度７．５％）
・分離液量  ２９．８ｍ３／日（ＳＳ濃度２３０ｍｇ／Ｌ）
・ＳＳ回収率９８％
＜食品製造廃棄物の可溶化・酸発酵装置＞
・６．０ｍ３×１槽、縦型機械攪拌機、３７℃加温
・汚泥濃縮物のＴＳに対する食品製造廃棄物のＴＳ比  １０２％
＜嫌気性消化装置（縦型機械式攪拌機）＞
・嫌気性消化装置への投入量１０．２ｍ３／日
・ＨＲＴ  １９．６日
・有効容積２００ｍ３
・水温３７℃
＜嫌気性消化汚泥の凝集処理工程＞
・スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ）
・汚泥分離液の混合量  ２．０ｍ３／日（Ｍアルカリ度３２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）
・カチオン性高分子凝集剤（平均分子量３００万）注入率１．６％（対ＳＳ比）
・凝集剤注入工程  1回
＜脱水機＞
・スクリュープレス型脱水機
＜発電機＞
・マイクロガスタービン発電機
＜処理結果＞
・嫌気性消化汚泥性状（ＴＳ濃度３．８％、ＶＴＳ７０％、ＳＳ濃度３．２％、Ｍアルカリ度４４９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、粗浮遊物含有率     １２．１％（対ＳＳ比））
・バイオガス発生量  ５９１ｍ３／日（ＮＴＰ）
・メタンガス発生量  ３４９ｍ３／日（ＮＴＰ）
・メタンガス濃度  ５９％
・メタンガス発生率  ０．３８ｍ３／投入ｋｇＶＴＳ（ＮＴＰ）
・バイオガス中のシロキサンＤ５濃度  １．２ｍｇ／ｍ３
・発電量  ６５６ｋｗｈ／日
・脱水ケーキ発生量  １．６ｔ／日（含水率７８％）
・廃水量  ４１．５ｍ３／日【００８９】
以上のように、本発明による下水汚泥濃縮では、機械濃縮してない重力濃縮のみの初沈濃縮汚泥および余剰汚泥の混合生汚泥に対して（TS濃度１．３９％）、TS濃度７．５％にまで効率的に濃縮処理でき（汚泥濃縮倍率約５．４倍）、従来から多く適用されている各種機械濃縮設備を省略することが可能である。そして、本発明では大幅に小型化した嫌気性消化装置で濃縮汚泥と蜜柑絞り粕の各固形物量をほぼ等量の混合比率で嫌気性消化処理しても良質なバイオガスを安定的に発生せしめることができる。さらには、発生した嫌気性消化汚泥は実施例３と同様に容易な操作によって低コストで凝集・脱水でき、得られた脱水ケーキ含水率７８％は従来と比較して低含水率である。【００９０】
［実施例５］
実施例３及び４で発生した廃液および脱水ケーキについて、有効利用を検討した。本発明の前処理工程にあたる下水汚泥の固液分離から発生した分離液および脱水工程の脱水分離液からはリンの回収、嫌気性消化汚泥濃縮物の脱水工程から発生した脱水ケーキについてはコンポスト化した。【００９１】
＜処理条件＞
（１）汚泥の固液分離廃液のリン回収（MAP法）
・反応時のｐＨ８．３、Ｍｇ濃度を３０ｍｇ／ｌ以上
・１槽式リアクタ（反応部：直径３５ｃｍ×高さ２．２ｍ、沈殿部：直径８０ｃｍ×高さ１．８ｍ、粒径約０．４〜１．０ｍｍの種晶を予め充填）
・リン容積負荷２０ｋｇ−Ｐ／ｍ３・日
（２）脱水ケーキのコンポスト化
・コンポスト化試験装置  １５ｍ３（高速堆肥化縦型発酵槽）
・脱水汚泥の水分調整  汚泥を機械乾燥して含水率４５〜５５％
・副資材添加ナシ
・コンポスト化時の通気速度０．１５ｍ３／ｔ・分
＜処理結果＞【００９２】
【表６】
2012077778.tif 000008
【００９３】
【表７】
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【００９４】
以上のように、本発明において実施例３及び４で発生した廃液からはリン回収され、脱水ケーキについてはコンポスト化できて品質上も従来製品（比較例として生ごみ系中温メタン発酵汚泥のコンポスト性状を列挙）と殆ど変わりないことも明らかとなった。コンポスト化にける有機物分解率は、実施例３の汚泥で２４％、実施例４では２８％だった。なお、脱水ケーキの高位発熱量は、実施例３の汚泥で１７ＭＪ／ｋｇ−ｄｒｙ、実施例４の汚泥では１７．３ＭＪ／ｋｇ−ｄｒｙであることから、この脱水汚泥を機械乾燥して汚泥燃料としても有効活用できる品質である〔燃料化物（造流乾燥化物）の品質基準として、発熱量４０００ｋａｌ／ｋｇ以上（１６．７ＭＪ／ｋｇ以上）とされている〕。
【符号の説明】
【００９５】
１…汚泥、２…貯留槽、３…凝集槽、４…凝集剤、５…凝集汚泥、６…前処理汚泥濃縮槽、７…汚泥濃縮物、７ａ・・・消化汚泥、８…分離液、９…嫌気性消化槽、９ａ…可溶化および酸発酵処理槽、１０…バイオガス、１１…嫌気性消化汚泥、１２…消化汚泥凝集装置、１２ａ…汚泥凝集処理槽、１２ｂ…再濃縮凝集汚泥調製装置、１２ｃ…凝集汚泥、１２ｄ…濃縮凝集汚泥、１４Ａ…凝集汚泥分離濃縮装置、１５…消化汚泥凝集物、１３、１３ａ、１３ｂ…凝集剤、１４…分離液、１５…消化汚泥凝集物、１６…脱水装置、１７…分離液、１８…脱水ケーキ、１９…生物処理水、２０…有機性廃液または廃棄物、２１…バイオマス貯槽、１０１…バイオガスタンク、１０２…ガス利用設備、１０３…余剰ガス燃焼設備、１０４…廃水処理設備。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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