(57)【要約】    【課題】  多大な設備を必要とせず、ランニングコスト高を招来することなく、余剰汚泥を効率よく減容化できるようにした方法を提供する。    【解決手段】  好気性微生物による有機物処理によって発生する余剰汚泥を減容化するにあたり、無機酸、有機酸及びアルコールの群から選ばれる１又は複数の前処理剤を処理すべき余剰汚泥に添加することにより、余剰汚泥中の微生物の粘着力を低下させるとともに、微生物の表皮を薄くし、余剰汚泥のｐＨを低下させることによって余剰汚泥の水分を分離して余剰汚泥を濃縮する前処理工程と、前処理によって濃縮された余剰汚泥に減量処理を行う後処理工程と、を備えた。  余剰汚泥の減容化は亜臨界における水熱反応によって行うのが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性微生物による有機物処理によって発生する余剰汚泥を減容化するにあたり、
無機酸、有機酸及びアルコールの群から選ばれる１又は複数の前処理剤を処理すべき余剰汚泥に添加することにより、余剰汚泥中の微生物の粘着力を低下させるとともに、微生物の表皮を薄くし、余剰汚泥のｐＨを低下させることによって余剰汚泥の水分を分離して余剰汚泥を濃縮する前処理工程と、
前処理によって濃縮された余剰汚泥に減量処理を行う後処理工程と、
を備えたことを特徴とする余剰汚泥の減容化方法。
【請求項２】
上記余剰汚泥の減量処理を水熱反応によって行うようにした請求項１記載の余剰汚泥の減容化方法。
【請求項３】
上記無機酸、有機酸及びアルコールから選ばれる１又は複数の前処理剤を添加する時又は添加した後に余剰汚泥に超音波を照射し又はエアーレーションを行うようにした請求項１記載の余剰汚泥の減容化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は余剰汚泥の減容化方法に関し、特に多大な設備を必要とせず、ランニングコスト高を招来することなく、余剰汚泥を予め濃縮することによって効率よく減量できるようにした方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の処理法としては、生物処理法が最も一般的であり、その中でも好気性微生物を用いる方法が多く採用されている。好気性微生物を用いる処理法の問題点の一つは、微生物による有機物の消化に伴って微生物が増殖し、これが余剰汚泥として新たな廃棄物になるという点である。
【０００３】
余剰汚泥は多量の水分を含有しており、その処分に多くの経費を必要とするため、凝集・脱水・乾燥などの前処理を行い、減容化してから産業廃棄物として焼却や埋立てなどによって処理しているが、この余剰汚泥の減容化と産業廃棄物としての処理に多大の費用を必要とし、さらには新たな環境問題が派生しているのが現状である。
【０００４】
例えば、工場排水を処理する場合、図２に示されるように、曝気槽１０で好気性微生物によって汚濁負荷物質を消化吸収するようにしているが、処理中に好気性微生物が増殖を繰り返して微生物の個体数が増加し、大部分は余剰となる。この余剰微生物は余剰汚泥と称され、多量に発生するため、工程より取り除く必要がある。
【０００５】
従来、曝気槽１０の後に沈殿槽１１を設け、比重差を利用して分離を行い、分離した余剰汚泥の一部を曝気槽１０に戻して工程で再利用するが、大部分は工程より取り除かれて処分される。余剰汚泥の処分は、一般に産業廃棄物として処理されるが、比重分離を行った状態では水分を多量に含んでいるため、量も多く、搬送、貯蔵が困難であり、又処理に要する費用も多大となる。
【０００６】
その為、余剰汚泥を汚泥貯留槽１３に溜め、脱水や減量によって減容化する方法が採られている。例えば、汚泥に凝集剤等の薬剤を用いてフロックを形成させ、比重差を与えることによって水分との分離を図ることが行われている。濃縮槽１３では自然沈降によって分離し、脱水機を用いて濾過し、あるいは遠心分離機を用いて脱水し、得られたケーキを処分することが行われている。
【０００７】
しかし、これらの操作に必要な費用は多大であり、処理コストが高くなるばかりでなく、減容処理の工程や保管中に余剰汚泥の腐敗によって悪臭が発生し、工場環境を悪化させる。
【０００８】
これに対し、コスト高や新たな環境問題を招来することなく、余剰汚泥を脱水し乾燥し減量する方法が種々提案されている。例えば、超臨界又は亜臨界を利用して余剰汚泥を消化減量する方法が知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文５、特許文献６）。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２１８２９５号公報
【特許文献２】特開２００７−１１１６７３号公報
【特許文献３】特開２００２−１５９９９９号公報
【特許文献４】特開２００３−２３６５９２号公報
【特許文献５】特開２００３−１１７５９７号公報
【特許文献６】特開２００３−１９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記特許文献１〜６記載の方法は何れも多大な設備とランニングコストを必要とし、実用化の点で難点があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑み、多大な設備を必要とせず、又ランニングコスト高を招来することなく、余剰汚泥を効率よく減量できるようにした余剰汚泥の減容化方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明に係る余剰汚泥の減容化方法は、好気性微生物による有機物処理によって発生する余剰汚泥を減容化するにあたり、無機酸、有機酸及びアルコールの群から選ばれる１又は複数の前処理剤を処理すべき余剰汚泥に添加することにより、余剰汚泥中の微生物の粘着力を低下させるとともに、微生物の表皮を薄くし、余剰汚泥のｐＨを低下させることによって余剰汚泥の水分を分離して余剰汚泥を濃縮する前処理工程と、前処理によって濃縮された余剰汚泥に減量処理を行う後処理工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の特徴の１つは余剰汚泥を減量する前に、余剰汚泥に無機酸、有機酸及びアルコールの群から選ばれる１又は複数の前処理剤を添加するようにした点にある。これらの前処理剤を余剰汚泥に添加すると、微生物の粘着力が低下するとともに、微生物表皮が酸腐食されて薄膜化する。さらには、余剰汚泥のｐＨが酸性域まで低下するので、微生物と水分の乳化が損なわれ、余剰汚泥に付着し含有される水分が上澄水又は沈澱水として容易に分離され、余剰汚泥を濃縮することができる。
【００１４】
その結果、凝集した余剰汚泥が分散されるとともに、微生物の活性が低下し、さらには水分を容易に分離できるので、余剰汚泥の消化減量、例えば臨界点３７４°Ｃ、２２ＭＰａを超える超臨界又は臨界点以下の亜臨界の高温高圧水の水熱反応による減量を効率よく行うことができる。
【００１５】
また、減量処理の前に、余剰汚泥の水分を予め効率よく分離し濃縮するようにしたので、少ないエネルギーで水熱反応による消化減量を行うことができる。したがって、上述の操作は水熱反応の前処理又は一次処理と呼ぶことができる。
【００１６】
また、分離によって浮上又は沈降された水分は水質汚濁負荷も少なく、原水に戻しても従来の工程で容易に再処理することができる。
【００１７】
さらに、上述の操作で分散した余剰汚泥は前処理を行う前の量に比して１／２〜１／４程度に濃縮することができる結果、この方法により濃縮した余剰汚泥は従来技術である脱水方法によって更に減量することもできる。
【００１８】
また、上述の操作に用いた無機酸、有機酸及び／又はアルコールの作用によって水素イオン濃度（「ｐＨ」）を低下させることができ、酸性域まで低下させると、好気性微生物の増殖を抑制できるとともに、余剰汚泥の腐敗を抑制することができ、悪臭の問題を改善することができる。
【００１９】
また、前処理によって、余剰汚泥の量が１／２〜１／４に濃縮されているので、水熱反応において加熱に要するエネルギーコストを１／２〜１／４と少なくできる。
【００２０】
さらに、以下の理由によって水熱反応温度の低温化を図ることができる。すなわち、同容量の反応装置においては、反応処理時間が２倍〜４倍に延長できるので、水熱反応温度の低温化を図ることができる。
【００２１】
他方、好気性微生物は無機酸、有機酸及び／又はアルコールの作用によってその生体膜だけでなく、殻質自体も弱化しているので、低温・長時間の水熱反応によって余剰汚泥を減量することができるという新規な減容化方法を提供できる。この方法によれば、従来困難とされてきた１４０°Ｃ未満の処理温度による余剰汚泥の減容化が可能となる。
【００２２】
さらに、本発明の方法で処理された処理液は容易に分離し、上澄液の汚濁負荷も少なく、そのまま又は簡単な処理を行ってから原水に戻し、再処理することができる。
【００２３】
具体的には以下の効果を得ることが出来る。
１．水熱反応の汚泥処理量が１／２〜１／４となり、加熱に要するエネルギーコストを低減できる。
２．水熱反応による汚泥処理量の減少により、反応時間の延長が容易となり、処理温度の低温化又は装置の小型化による、エネルギーコスト低減化又は設備コストの削減が図れる。
３．更に、同等の反応温度において、水素イオン濃度が低下しているので、同処理における主反応である加水分解反応を促進させることができる。
４．前処理における無機酸、有機酸及び／又はアルコールの作用と併せ、本発明の方法により得られた濃縮・減量された汚泥は、滅菌又は無菌化されており、以降の脱水工程、保管、処分においても悪臭や汚染等の公害問題の改善が図れる。
５．更に、本発明による方法は従来法による、薬剤による凝集、電気動力による脱水、及び熱による乾燥などのように、多量のエネルギーを必要とせず、環境面に配慮した無機酸、有機酸及び／又はアルコールを用い、余剰汚泥の水分を事前に効率良く分離し余剰汚泥を濃縮することにより、より少ないエネルギーによって余剰汚泥を減容化するようにした方法を提供することができる。
【００２４】
ここで、無機酸としては塩酸、硝酸、リン酸、硫酸などを挙げることができる。また、有機酸としては、蟻酸、蓚酸、酢酸、クエン酸などを挙げることができる。アルコールとしては、エタノール、メタノールなどを挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明に係る余剰汚泥の減容化方法を模式的に示す。図において、２０は有機物を好気性微生物によって処理する曝気槽、２１は比重差によって処理済み液から液と汚泥とを分離する沈澱槽、２２は分離した汚泥を貯留する汚泥貯留槽、２５は余剰汚泥に対して本発明による前処理を行う前処理装置、２６は余剰汚泥を高温高圧水と水反応させて消化減容させる水熱反応処理装置、２３は水熱反応処理後の余剰汚泥を濃縮する濃縮機、２４は脱水機である。以下、前処理装置２５における処理を中心に説明する。
【００２７】
前処理装置２５における処理の効果を、汚泥の溶解性生物化学的酸素要求量（以下、「ＢＯＤ」という）、活性汚泥浮遊物質量（以下、「ＭＬＳＳ」という）及びｐＨを測定することによって評価した。測定は次のように行った。
【００２８】
なお、実施時の各操作における汚泥減量効果の迅速評価方法として、メスシリンダーを用い、一定時間静置後における汚泥量を測定し、操作前の全容量で割り、その比率を濃縮率又は減量率とした。また、臭気に強度の評価方法としては、市販の臭いセンサーを用い強度数値を比較した。
【００２９】
〔ＢＯＤ〕
日本工業規格の規準水質分析法（ＪＩＳＫ  ０１０２−２１．３２．３）に規定されている方法にしたがって測定した。
〔ＭＬＳＳ〕
日本工業規格の規準水質分析法（下水試験法）に規定されている方法にしたがって測定した。
〔ｐＨ〕
日本工業規格の規準水質分析法（ＪＩＳＫ  ０１０２−１２．３）に規定されている方法にしたがって測定した。
〔濃縮率又は減量率〕
濃縮率又は減量率は、次の汚泥沈降部の迅速評価法によって評価した。すなわち、各操作完了後の試料を１００ｍｌのメスシリンダーに１００ｍｌ投入し、常温で２時間静置後の沈降量を測定した。評価表現は、
〔１００ｍｌ−沈降量ｍｌ）＊１００／１００ｍｌ
とし、濃縮率又は減量率％で表現した。
〔臭気〕
市販の『臭いセンサー』新コスモス電機社製ＸＰ−３２９Ｓ（硫化水素測定用）によるセンサー表示数値による差を比較表現した。操作法は蓋付きの５００ｍｌのガラス容器に２００ｍｌの試料を入れ、シャッフル後測定した。ブランクとして、同容器に試料無し品を作成測定し、センサー値を０値に調整した。
【００３０】
処理すべき汚泥として、食品製造工場の排水処理工程における汚泥貯留層の汚泥を採取し、下記特性値の検体を原液試料として用いた。
［ＭＬＳＳ］７．８００ｍｇ／ｌ
［ＢＯＤ］４０ｍｇ／ｌ
［ｐＨ］７
【００３１】
上記の汚泥試料３００ｍｌを、５００ｍｌビーカーに移し、所定の前処理を行った。前処理の方法は、汚泥の撹拌を行いながら下記前処理剤を添加し、ｐＨ４に調整した後、１００ｍｌメスシリンダーに移し、濃縮率を評価した。
1).処理なし（ブランク）   2).硝酸     3).硫酸     4).塩酸     5).蟻酸     6).蓚酸     7).リン酸     8).酢酸
【００３２】
上記前処理後の汚泥試料を、容量１００ｍｌメスシリンダーに移し、２時間経過後の汚泥の沈澱率を測定し、その結果を表１に示した。
【００３３】
【表１】
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【実施例２】
【００３４】
被処理汚泥として実施例１と同様の汚泥を用いた。汚泥試料３００ｍｌを、３００ｍｌビーカーに移し、蟻酸を用い、下記の攪拌方法を採用しながらｐＨ４に調整した後、１００ｍｌメスシリンダーに移し、濃縮率を評価し、その結果を表２に示した。
1). １５°Ｃ（常温）タービン型撹拌機による撹拌（ブランク）    2). ４０°Ｃ（加温）タービン型撹拌機による撹拌    3). ６０°Ｃ（加温）タービン型撹拌機による撹拌    4). １５°Ｃ（常温）超音波照射    5). ４０°Ｃ（加温）超音波照射    6). ６０°Ｃ（加温）超音波照射
【００３５】
【表２】
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【００３６】
現行の排水処理装置から発生する余剰汚泥の濃縮化を図ることができ、最終装置の脱水機による脱水ケーキ量は１／１０程度に減量できることが確認できた。また、水熱反応装置２６は活性汚泥の腐敗を防ぐ処理又は密閉構造により構成されており、活性汚泥の排水処理装置から発生するメタンガス等の有害・臭気物質の低減を図れることができる。さらに、水熱反応装置２６は滅菌又は殺菌条件で操作されるので、本例の前処理装置２５から排出される廃液・汚泥等には有害微生物はほとんど又は全く存在せず、滅菌又は殺菌状態であり、その後の貯蔵、運搬、及び発酵堆肥等への再利用においても、安全であり、臭気もほとんど発生しないので、環境面で効果がある。
【実施例３】
【００３７】
被処理汚泥としては実施例２と同様の汚泥を用いた。汚泥試料１０００ｍｌを、１Ｌビーカーに移し、各々４０°Ｃに温調した後、クエン酸及びアルコールを添加して攪拌・分散を行い、１０００ｍｌメスシリンダーに投入し、下部からエアーレーターによってエアーを注入し、各々１０分のエアーレーションを行い、浮上汚泥を採取除去し、浮上及び沈降した部分を分取し、分離水と汚泥とに分け、各々の減量率の評価と特性値を分析した。濃縮率については原液１０００ｍｌより、得られた分離水（ｍｌ）を差し引き、残りを汚泥とし、以下の式にて求めた。
１０００ｍｌ−分離水（ｍｌ）＝汚泥（ｍｌ）とし、
（１０００ｍｌ−汚泥ｍｌ）＊１００／１０００ｍｌ
を濃縮率％とした。結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
前記の実施例１、２では各種の酸種の性能及び攪拌接触方式の相違による汚泥の沈降分離法による効果を確認したが、一方で、汚泥、スカムの分離方法として加圧浮上分離法は排水処理工程で一般的に用いられている方法であり、この方法による酸種とその効果について検討を加え、クエン酸及びアルコールを用いることにより、より効果的に汚泥と分離水を分離できることが確認できた。
【００４０】
被処理汚泥として食品製造工場の排水処理工場の沈澱槽の沈澱汚泥を採取し、下記の特性値の検体を原液試料として用いた。
［ＭＬＳＳ］７．４００ｍｇ／ｌ
［ＢＯＤ］１０ｍｇ／ｌ
［ｐＨ］７
【００４１】
上記の汚泥試料を３００ｍｌビーカーに移し、蟻酸を用いて４０°Ｃに加温後添加し、ｐＨ４に調整した後、超音波を用いて攪拌を行った。この方法で得た沈降汚泥３００ｍｌを試料とし、ラボ・リアクター（耐圧硝子社製、型式；ＴＶＳ−Ｎ２−５００型）にて水熱反応処理を行った。結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
当該汚泥について前処理によって汚泥の濃縮率６７％が得られ、その濃縮された汚泥を対象とする水熱反応は低温域の温度１３０°Ｃ、反応時間１２０分処理に延ばすことにより、さらに減量でき、トータルでは原液汚泥を約９０％まで減容できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、産業廃棄物を減量できるとともに処理コストを低減でき、さらには設備を小型化できるとともに、エネルギーを削減でき、さらには臭気やＣＯ2の削減などの環境問題に効果を発揮し、その実用性は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る余剰汚泥の減容化方法を模式的に示す図である。
【図２】従来の余剰汚泥の減容化方法を模式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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