(57)【要約】【課題】有機性汚泥を効果的に可溶化できる有機性汚泥の可溶化方法およびその装置を提供する。【解決手段】有機性汚泥にアルカリを添加する工程と、前記アルカリを添加した有機性汚泥に、アニオン性界面活性剤を添加する工程とを有することを特徴とする有機性汚泥の可溶化方法。有機性汚泥を可溶化する可溶化槽２と、有機性汚泥を可溶化槽２に供給する汚泥供給手段３とを有し、汚泥供給手段３には、アルカリを添加する第１添加手段４が設けられ、第１添加手段４より下流側の汚泥供給手段３に、または可溶化槽２に、アニオン性界面活性剤を添加する第２添加手段５が設けられていることを特徴とする有機性汚泥の可溶化装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥にアルカリを添加する工程と、
前記アルカリを添加した有機性汚泥に、アニオン性界面活性剤を添加する工程とを有することを特徴とする有機性汚泥の可溶化方法。
【請求項２】
アルカリを添加して１分以上経過後、アニオン性界面活性剤を添加する請求項１に記載の有機性汚泥の可溶化方法。
【請求項３】
前記有機性汚泥の浮遊物質濃度が１，０００ｍｇ／L〜３０，０００ｍｇ／Ｌの範囲にあり、
アルカリを有機性汚泥に対し０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｏｌ／Ｌ添加し、
アニオン性界面活性剤を有機性汚泥に対し５０ｍｇ／Ｌ〜１，０００ｍｇ／Ｌ添加する請求項１または２に記載の有機性汚泥の可溶化方法。
【請求項４】
前記アニオン性界面活性剤として、ラウリル硫酸ナトリウムを用いる請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機性汚泥の可溶化方法。
【請求項５】
さらに、前記アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥を中和して、生物処理する工程を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機性汚泥の可溶化方法。
【請求項６】
有機性汚泥を可溶化する可溶化槽と、
有機性汚泥を前記可溶化槽に供給する汚泥供給手段とを有し、
前記汚泥供給手段には、アルカリを添加する第１添加手段が設けられ、
前記第１添加手段より下流側の汚泥供給手段に、または前記可溶化槽に、アニオン性界面活性剤を添加する第２添加手段が設けられていることを特徴とする有機性汚泥の可溶化装置。
【請求項７】
さらに、可溶化した汚泥を生物反応槽に供給する可溶化汚泥供給手段を有し、
前記可溶化槽と前記生物反応槽との間に、可溶化した汚泥を中和する中和手段が設けられている請求項６に記載の有機性汚泥の可溶化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性汚泥の可溶化方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の処理方法として、従来、活性汚泥法等の生物処理が広く行われている。しかし、活性汚泥法では、処理に伴い大量の汚泥が発生するため、汚泥の発生量を減らす試みが様々なされている。例えば特許文献１には、ｐＨを１１超とした状態で有機性汚泥とアルカリとを反応させた後、酸を添加して中和して、好気性生物処理する方法が開示されている。また、特許文献２には、界面活性剤を添加した有機性汚泥を加熱して、汚泥を可溶化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９０９８４号公報
【特許文献２】特許第３５９１０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、有機性汚泥にアルカリまたは界面活性剤を添加して、汚泥を減容化または可溶化する技術は既に知られている。しかし、特許文献１，２に開示されるように、有機性汚泥にアルカリのみ、または界面活性剤のみを添加するだけでは、汚泥の可溶化効果には限界がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機性汚泥を効果的に可溶化できる有機性汚泥の可溶化方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することができた本発明の有機性汚泥の可溶化方法とは、有機性汚泥にアルカリを添加する工程と、前記アルカリを添加した有機性汚泥に、アニオン性界面活性剤を添加する工程とを有するところに特徴を有する。本発明では、アルカリとアニオン性界面活性剤とを組み合わせ、しかもアニオン性界面活性剤よりもアルカリを先に加えるようにすることで、汚泥の可溶化効果を効果的に高められることが見出された。すなわち、本発明の有機性汚泥の可溶化方法によれば、汚泥を効果的に可溶化できる。
【０００７】
アニオン性界面活性剤は、アルカリを添加して１分以上経過後に添加することが好ましい。アルカリを添加して１分以上経過後にアニオン性界面活性剤を添加すれば、アルカリが汚泥中に拡散し、汚泥とアルカリとの反応が十分進んだ後、アニオン性界面活性剤が添加されるようになり、その結果、汚泥の可溶化が促進されることとなる。
【０００８】
アルカリおよびアニオン性界面活性剤の有機性汚泥に対する添加率は、有機性汚泥の浮遊物質濃度が１，０００ｍｇ／L〜３０，０００ｍｇ／Ｌの範囲の場合、アルカリを０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｏｌ／Ｌ添加し、アニオン性界面活性剤を５０ｍｇ／Ｌ〜１，０００ｍｇ／Ｌ添加することが好ましい。前記構成によれば、汚泥の可溶化を効率的に行うことができる。
【０００９】
アニオン性界面活性剤としては、ラウリル硫酸ナトリウムを用いることが好ましい。ラウリル硫酸ナトリウムは、細胞膜の脂質二分子膜を容易に破壊し、汚泥の可溶化効果を高めやすいとともに、生物易分解性であり、入手も容易であることから、好ましく用いられる。
【００１０】
本発明の有機性汚泥の可溶化方法は、さらに、アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥を中和して、生物処理する工程を有することが好ましい。前記構成によれば、可溶化処理により増大した汚泥中の溶解性の炭素成分や窒素成分が、生物的に除去されるようになる。従って、その後固液分離して処理水を得ることで、排水基準を満足する処理水を得やすくなる。
【００１１】
本発明の有機性汚泥の可溶化装置は、有機性汚泥を可溶化する可溶化槽と、有機性汚泥を前記可溶化槽に供給する汚泥供給手段とを有し、前記汚泥供給手段には、アルカリを添加する第１添加手段が設けられ、前記第１添加手段より下流側の汚泥供給手段に、または前記可溶化槽に、アニオン性界面活性剤を添加する第２添加手段が設けられているところに特徴を有する。前記可溶化装置によれば、本発明の有機性汚泥の可溶化方法を好適に行うことができる。
【００１２】
本発明の有機性汚泥の可溶化装置は、さらに、可溶化した汚泥を生物反応槽に供給する可溶化汚泥供給手段を有していてもよく、前記可溶化槽と前記生物反応槽との間には、可溶化した汚泥を中和する中和手段が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の有機性汚泥の可溶化方法および装置は、有機性汚泥を効果的に可溶化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機性汚泥の可溶化装置の一例を表す。
【図２】実施例の連続実験で用いた汚泥可溶化装置を表す。
【図３】実施例の連続実験における投入ＢＯＤ量と余剰汚泥排出量との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の有機性汚泥の可溶化方法は、有機性汚泥にアルカリを添加する工程と、前記アルカリを添加した有機性汚泥に、アニオン性界面活性剤を添加する工程とを有する。
【００１６】
本発明で用いられる有機性汚泥とは、有機物を含むものであれば特に制限されず、有機物のほかに無機物を含んでいてもよい。有機性汚泥としては、例えば、下水処理、し尿処理、食品工場や紙パルプ工場、化学工場等から発生する工場排水の処理、家畜糞尿等の畜産廃棄物の処理等により発生する汚泥が挙げられる。これらの汚泥は、単一種であってもよく、２種類以上を混合したものであってもよい。
【００１７】
前記各処理では、処理プロセスに応じて様々な種類の汚泥が発生するが、本発明に用いられる有機性汚泥は処理プロセスに制限を受けるものではなく、例えば、初沈汚泥、余剰汚泥、混合生汚泥、活性汚泥、消化汚泥、濃縮汚泥等を用いることができる。これらの汚泥には凝集剤等の各種薬剤が添加されていてもよい。これらの汚泥は、単一種であってもよく、２種類以上を混合したものであってもよい。
【００１８】
本発明で用いられる有機性汚泥はスラリー状であることが好ましい。前記有機性汚泥は、浮遊物質濃度（ＳＳ濃度）が１，０００ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、３，０００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、５，０００ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましく、また３０，０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、２５，０００ｍｇ／Ｌ以下がより好ましく、２０，０００ｍｇ／Ｌ以下がさらに好ましい。有機性汚泥の浮遊物質濃度が１，０００ｍｇ／Ｌ〜３０，０００ｍｇ／Ｌの範囲にあれば、汚泥の可溶化が好適に行われる。なお、浮遊物質濃度は、下水試験方法に従い求められる。
【００１９】
有機性汚泥に含まれる有機物量は特に限定されないが、有機物量が多いほど汚泥削減効果が高まるため、好ましい。一般に汚泥中に含まれる有機物の割合を表す指標として強熱減量が用いられるが、有機性汚泥の強熱減量は、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。なお、強熱減量は、下水試験方法に従い求められる。
【００２０】
本発明の有機性汚泥の可溶化方法では、有機性汚泥に添加された界面活性剤により、汚泥に含まれる生物の細胞膜（脂質二分子膜）が破壊され、生物すなわち汚泥が可溶化するものと考えられる。しかし、単に有機性汚泥に界面活性剤を添加する場合、汚泥の可溶化率を高めるには限界がある。例えば、細胞壁は、単に界面活性剤を加えるのみでは、破壊することが困難である。
【００２１】
そこで、本発明では、界面活性剤とともにアルカリを有機性汚泥に加えている。アルカリを加えることで、細胞壁の構成成分が変性して結合が弱まり、細胞が破壊されやすくなると考えられる。しかし、この際、アルカリと界面活性剤の添加順序が重要となる。例えば、界面活性剤を先に加える場合、アルカリを先に加える場合と比較して、汚泥の可溶化率が劣る。これは、界面活性剤を先に汚泥に加えると、界面活性剤がミセルを形成するなど会合して、細胞膜に反応する界面活性剤の割合が減るためと考えられる。また、アルカリと界面活性剤を直接混合する場合も、界面活性剤の会合や分解が起こりやすくなり、汚泥の可溶化効果が劣る。従って、本発明では、有機性汚泥にアルカリを添加した後、界面活性剤を添加している。
【００２２】
有機性汚泥に添加されるアルカリとしては、汚泥のｐＨを上げるものであれば特に限定されない。しかし、アルカリとしては、汚泥中での溶解度が高く、沈殿物が生成しにくいものが好ましい。アルカリの添加により、汚泥中の固形分が増えるのは好ましくないからである。また、アンモニアやアミン等の窒素を含むアルカリはあまり好ましくない。窒素を含むアルカリを添加することにより、汚泥中の溶解性窒素（例えば、アンモニア性窒素や硝酸性窒素等）濃度が高くなると、それらを除去するための処理が必要となる場合があるためである。従って、アルカリとしては、アルカリ金属水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムがより好ましく、水酸化ナトリウムがさらに好ましい。アルカリは、１種類のみを用いてもよく、２種類以上を適宜混合して用いてもよい。
【００２３】
アルカリの添加率は、有機性汚泥に対し、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上が好ましく、０．０２ｍｏｌ／Ｌ以上がより好ましく、０．０３ｍｏｌ／Ｌ以上がさらに好ましく、また０．５ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましく、０．４ｍｏｌ／Ｌ以下がより好ましく、０．３ｍｏｌ／Ｌ以下がさらに好ましい。アルカリの添加率が０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、さらにアニオン性界面活性剤を添加することで、汚泥を可溶化しやすくなる。アルカリの添加率が０．５ｍｏｌ／Ｌ以下であれば、アルカリが過剰に添加されることによる汚泥の過剰な変性を防ぎやすくなるとともに、後段で汚泥を中和する場合、中和剤の使用量が抑えられる。
【００２４】
アルカリが添加された有機性汚泥は、ｐＨが１１．０以上になることが好ましく、１１．５以上になることがより好ましく、また１３．０以下になることが好ましく、１２．５以下になることがより好ましい。アルカリが添加された有機性汚泥のｐＨが１１．０〜１３．０の範囲になれば、さらにアニオン性界面活性剤を添加することで、汚泥を可溶化しやすくなるとともに、汚泥の変性を防ぎやすくなる。前記ｐＨ範囲は、少なくともアニオン性界面活性剤が添加されるまで維持されればよく、アニオン性界面活性剤を添加後は、有機性汚泥のｐＨは前記範囲から外れてもよい。なお、ｐＨは、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０２に従い測定される。
【００２５】
アルカリを汚泥に添加する方法は特に制限されないが、アルカリは水溶液として汚泥に添加することが好ましい。アルカリを水溶液として添加すれば、汚泥中にアルカリが速やかに拡散し、汚泥とアルカリとの反応が速やかに進みやすくなる。アルカリが添加された汚泥は、アルカリの拡散を促進するために、公知の混合手段により混合されることが好ましい。例えば、汚泥にアルカリを添加した後、汚泥を撹拌してもよく、管内を流れている汚泥に対しアルカリを添加することで、管内でアルカリと汚泥とが混合されるようにしてもよい。なお、アルカリを添加する際の有機性汚泥の温度は特に制限されない。
【００２６】
アルカリを添加した有機性汚泥には、アニオン性界面活性剤をさらに添加する。界面活性剤としてアニオン性界面活性剤を用いることで、カチオン性界面活性剤やノニオン性界面活性剤や両性界面活性剤を使用する場合と比べ、汚泥の可溶化効果が向上する。
【００２７】
アニオン性界面活性剤としては、親水基部分が電離して負電荷を有する界面活性剤であれば特に限定されないが、疎水基部分に炭素数１０〜１８の直鎖アルキル基を有するアニオン性界面活性剤が好ましい。アニオン性界面活性剤が、疎水基部分に炭素数１０〜１８の直鎖アルキル基を有していれば、脂質二分子膜を破壊しやすくなる。炭素数１０〜１８の直鎖アルキル基の長さは、一般に脂質二分子膜の疎水性部分の厚さの０．５〜１．０倍の範囲の長さに相当するため、そのような長さのアルキル基を有する界面活性剤であれば、脂質二分子膜を容易に破壊できるようになると考えられる。
【００２８】
アニオン性界面活性剤としては、また、生物易分解性のものであることが好ましい。生物易分解性の界面活性剤を用いれば、有機性汚泥を可溶化処理して発生した排水の環境に対する悪影響が低減され、排水処理が容易になる。生物易分解性の界面活性剤としては、ベンゼン環等の芳香環を有さないものが好ましい。
【００２９】
従って、アニオン性界面活性剤としては、炭素数１０〜１８の直鎖アルキル硫酸塩や炭素数１０〜１８の直鎖アルキルスルホン酸塩等を用いることが好ましく、前記塩としてはナトリウム塩が好ましい。とりわけ、入手容易性やコストの点から、アニオン性界面活性剤としてはラウリル硫酸ナトリウムを用いることが好ましい。
【００３０】
アニオン性界面活性剤の添加率は、有機性汚泥に対し、５０ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、また１，０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、７００ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。アニオン性界面活性剤の添加率が５０ｍｇ／Ｌ以上であれば、汚泥を十分可溶化しやすくなる。一方、アニオン性界面活性剤の添加率が１，０００ｍｇ／Ｌを超えても、汚泥の可溶化効果は大きく向上しないため、アニオン性界面活性剤の添加率は１，０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。
【００３１】
アニオン性界面活性剤を添加するタイミングは、アルカリを添加した後であれば特に限定されないが、アルカリを添加して１分以上経過後、アニオン性界面活性剤を添加することが好ましい。アルカリを添加して１分以上経過後にアニオン性界面活性剤を添加すれば、アルカリが汚泥中に拡散し、汚泥とアルカリとの反応が十分進んだ後、アニオン性界面活性剤が添加されるようになりやすい。従って、その結果、アルカリにより細胞壁が破壊された後、アニオン性界面活性剤が細胞膜に反応し、汚泥の可溶化が促進されることとなる。
【００３２】
アニオン性界面活性剤を添加するタイミングは、アルカリを添加した後、より長い時間が経過するほど、可溶化効果が向上するが、アルカリとアニオン性界面活性剤の添加のタイミングの間隔があくほど、可溶化効果の向上の程度は小さくなる。従って、設備を過剰に大きくしないようにする点から、アニオン性界面活性剤の添加は、アルカリを添加して６０分以内が好ましく、３０分以内がより好ましい。
【００３３】
アニオン性界面活性剤を汚泥に添加する方法は特に制限されないが、アニオン性界面活性剤は水溶液として汚泥に添加することが好ましい。アニオン性界面活性剤を水溶液として添加すれば、汚泥中にアニオン性界面活性剤が速やかに拡散し、汚泥とアニオン性界面活性剤との反応が速やかに進みやすくなる。アニオン性界面活性剤が添加された汚泥は、アニオン性界面活性剤の拡散を促進するために、公知の混合手段により混合されることが好ましい。例えば、汚泥にアニオン性界面活性剤を添加した後、汚泥を撹拌してもよく、管内を流れている汚泥に対しアニオン性界面活性剤を添加することで、管内でアニオン性界面活性剤と汚泥とが混合されるようにしてもよい。なお、アニオン性界面活性剤を添加する際の有機性汚泥の温度は特に制限されない。
【００３４】
アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥は、アニオン性界面活性剤と有機性汚泥との反応が十分に進むようにするために、滞留させることが好ましい。この際、汚泥を撹拌しながら滞留させることが好ましい。アニオン性界面活性剤を添加した汚泥の滞留時間は、２時間以上が好ましく、４時間以上がより好ましく、６時間以上がさらに好ましく、また２４時間以下が好ましく、１２時間以下がより好ましい。前記滞留時間が２時間以上であれば、汚泥の可溶化が十分進みやすくなる。一方。前記滞留時間が長くなるほど汚泥の可溶化がより進むが、効率よく汚泥の可溶化を進行させ、設備が過剰に大きくならないようにするために、前記滞留時間は２４時間以内が好ましい。
【００３５】
アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥を滞留させる際の汚泥の温度は特に限定されないが、汚泥の温度は１０℃以上が好ましく、１５℃以上がより好ましく、２０℃以上がさらに好ましく、８０℃以下が好ましく、５０℃以下がより好ましく、４０℃以下がさらに好ましい。汚泥の温度が１０℃以上であれば、汚泥の可溶化反応が速やかに進みやすくなる。汚泥の温度が高くなるほど可溶化率が上がる傾向を示すが、汚泥を加温するエネルギーが必要となる場合がある。従って、汚泥の温度が８０℃以下であれば、過剰なエネルギーをかけることなく、汚泥の可溶化率を向上しやすくなる。しかし、処理コストの点からは、汚泥の加温にエネルギーをかけない方が好ましい。また、可溶化の対象となる有機性汚泥自身が、前記温度範囲の熱を保有していれば、なお好ましい。
【００３６】
アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥を滞留させた場合、時間の経過とともに、汚泥のｐＨが低下する場合がある。例えば、アニオン性界面活性剤を添加した直後の汚泥のｐＨが１２であったものが、汚泥を１２時間滞留させることでｐＨが１０程度やそれ以下まで下がる場合がある。しかし、本発明においては、汚泥を滞留させることによりｐＨが低下しても、必ずしも元のｐＨを維持するように調整しなくてもよい。
【００３７】
アルカリを添加した後、アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥（以下、「可溶化汚泥」と称する場合がある）は、細胞壁や細胞膜が破壊されて細胞内容物が流出し、可溶化した状態となっている。従って、可溶化汚泥には、溶解性の炭素成分や窒素成分等が多く含まれ、可溶化汚泥を固液分離して得られた処理水をそのまま放流すると、排水基準を満足しない処理水を放流する場合が出てくる。このような場合は、可溶化汚泥を中和して、生物処理することが好ましい。
【００３８】
可溶化汚泥の中和は、汚泥のｐＨが６．０以上になるように行うことが好ましく、６．５以上がより好ましく、７．０以上がさらに好ましく、また８．５以下が好ましく、８．０以下がより好ましい。可溶化汚泥のｐＨが６．０〜８．５の範囲に調整されれば、生物処理が好適に行われやすくなる。
【００３９】
可溶化汚泥はアルカリ性である場合が多く、従って、可溶化汚泥の中和には基本的に酸が用いられる。酸としては、可溶化汚泥のｐＨを下げるものであれば特に限定されない。しかし、酸としては、汚泥への溶解度が高く、沈殿物が生成しにくいものが好ましい。酸の添加により、汚泥中の固形分が増えるのは好ましくないからである。また、リン酸や硝酸等のリンや窒素を含む酸はあまり好ましくない。リンや窒素を含む酸を添加することにより、汚泥中の溶解性リン（例えば、リン酸性リン）濃度や溶解性窒素（例えば、アンモニア性窒素や硝酸性窒素等）濃度が高くなると、それらを除去するための処理が必要となる場合があるためである。従って、酸としては、硫酸や塩酸を用いることが好ましい。酸は、１種類のみを用いてもよく、２種類以上を適宜混合して用いてもよい。
【００４０】
酸を汚泥に添加する方法は特に制限されない。酸が添加された汚泥は、酸の拡散を促進するために、公知の混合手段により混合されることが好ましい。例えば、中和槽を設け、中和槽に貯められた可溶化汚泥に酸を添加し、汚泥を撹拌してもよい。また、管内を流れている可溶化汚泥に対し酸を添加することで、管内で酸と汚泥とが混合されるようにしてもよい。
【００４１】
中和された可溶化汚泥は、生物処理することが好ましい。可溶化汚泥は、単独で生物処理されてもよく、他の排水と混合されて生物処理されてもよい。可溶化汚泥は、可溶化の対象とした有機性汚泥の発生元である生物処理工程へ返送されて処理されてもよく、他の生物処理工程により処理されてもよい。可溶化汚泥が生物処理されることにより、可溶化処理により溶出した炭素成分や窒素成分が除去され、その後固液分離して処理水を得ることで、排水基準を満足する処理水を得やすくなる。
【００４２】
生物処理としては好気性処理が好ましく、例えば、標準活性汚泥法、長時間エアレーション法、オキシデーションディッチ（ＯＤ）法、ステップエアレーション法等の浮遊法；回転円板法等の固定法等を採用すればよい。さらに、前記浮遊法には、担体投入活性汚泥法や膜分離活性汚泥法等を組み合わせて用いてもよい。また、前記好気性処理に嫌気性処理を組み合わせてもよい。
【００４３】
本発明の有機性汚泥の可溶化方法では、前記生物処理により発生した汚泥を再び可溶化処理してもよい。すなわち、本発明の有機性汚泥の可溶化方法は、有機性排水を生物処理する工程と；前記生物処理により発生した汚泥にアルカリを添加する工程と；前記アルカリを添加した有機性汚泥に、アニオン性界面活性剤を添加する工程と；前記アニオン性界面活性剤を添加した有機性汚泥を中和して、前記生物処理に返送する工程を有するものであってもよい。
【００４４】
次に、本発明の有機性汚泥の可溶化装置について、図１を参照して説明する。なお、上記説明と重複する部分は、説明を省略する。
【００４５】
本発明の有機性汚泥の可溶化装置１は、有機性汚泥を可溶化する可溶化槽２と、有機性汚泥を可溶化槽２に供給する汚泥供給手段３とを有し、汚泥供給手段３には、アルカリを添加する第１添加手段４が設けられ、第１添加手段４より下流側の汚泥供給手段３に、または可溶化槽２に、アニオン性界面活性剤を添加する第２添加手段５が設けられている。
【００４６】
汚泥供給手段３は、有機性汚泥を可溶化槽２に供給するためのものである。汚泥供給手段３としては、例えば、可溶化槽２に連通した管が挙げられ、前記管には必要に応じて有機性汚泥を可溶化槽２に搬送するためのポンプ１１が設けられる。
【００４７】
汚泥供給手段３には、アルカリを添加する第１添加手段４が設けられる。第１添加手段４は、例えば、一方が汚泥供給手段３に連通し、搬送手段１２（例えば、ポンプ）を有する管と、前記管の他方に連通したアルカリ貯留槽１３とからなる。汚泥供給手段３に第１添加手段４が設けられることにより、撹拌装置等を設けなくとも、汚泥供給手段３において、アルカリが有機性汚泥と混合されるようになる。
【００４８】
汚泥供給手段３には、さらに、第１添加手段４の下流側に、アニオン性界面活性剤を添加する第２添加手段５が設けられてもよい。第２添加手段５は、例えば、一方が汚泥供給手段３に連通し、搬送手段１４（例えば、ポンプ）を有する管と、前記管の他方に連通したアニオン性界面活性剤貯留槽１５とからなる。汚泥供給手段３に第２添加手段５が設けられることにより、撹拌装置等を設けなくとも、汚泥供給手段３において、アニオン性界面活性剤が有機性汚泥と混合されるようになる。汚泥供給手段３に第２添加手段５が設けられない場合、第２添加手段５は可溶化槽２に設けられる。なお、第１添加手段４と第２添加手段５の設置位置は、それらの間の汚泥搬送時間が１分以上となるように、設定されることが好ましく、例えば、配管長を調整したり、第１添加手段４と第２添加手段５との間に滞留槽を設けたり、第１添加手段４を滞留槽に設けることで対応できる。
【００４９】
アニオン性界面活性剤としては、上記説明したように、炭素数１０〜１８の直鎖アルキル硫酸塩や炭素数１０〜１８の直鎖アルキルスルホン酸塩等を用いることが好ましく、ラウリル硫酸ナトリウムを用いることがより好ましい。
【００５０】
可溶化槽２は、アルカリとアニオン性界面活性剤が添加された有機性汚泥を可溶化するための槽である。可溶化槽２には、撹拌装置１６が設けられることが好ましい。可溶化槽２の大きさは、有機性汚泥の水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が２時間〜２４時間となるように設定することが好ましい。なお、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、（可溶化槽２の有効容積）／（時間当たりの可溶化槽２への有機性汚泥流入量）により算出される。
【００５１】
有機性汚泥の可溶化装置１は、さらに、可溶化した汚泥を生物反応槽９に供給する可溶化汚泥供給手段６を有し、可溶化槽２と生物反応槽９との間に、可溶化した汚泥を中和する中和手段７が設けられていることが好ましい。
【００５２】
可溶化汚泥供給手段６は、可溶化汚泥を生物反応槽９に供給するためのものである。可溶化汚泥供給手段６としては、例えば、可溶化槽２と生物反応槽９とに連通した管が挙げられ、前記管には必要に応じて可溶化汚泥を生物反応槽９または後述する中和槽８に搬送するためのポンプ１７が設けられる。
【００５３】
中和手段７は、可溶化した汚泥を中和するためのものである。中和手段７は、可溶化汚泥供給手段６に設けてもよく、可溶化槽２と生物反応槽９との間に中和槽８を設け、中和槽８に中和手段７を設けてもよい。中和手段７としては、例えば、一方が可溶化汚泥供給手段６または中和槽８に連通し、搬送手段１８（例えば、ポンプ）を有する管と、前記管の他方に連通した中和剤貯留槽１９とからなる。
【００５４】
生物反応槽９は、活性汚泥処理等の生物処理が行われる槽である。生物反応槽９には、散気装置２０が設けられることが好ましく、生物反応槽９において膜分離活性汚泥処理が行われる場合には、さらに膜分離装置が設けられることが好ましい。生物反応槽９で膜分離活性汚泥法による処理を行わない場合には、生物反応槽の後段に沈殿槽や沈殿池等の公知の固液分離手段を設けることが好ましい。また、生物反応槽９には、前記汚泥供給手段３が連通していてもよい。
【実施例】
【００５５】
以下に、実施例を示すことにより本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
下記実施例では、汚泥の可溶化の指標として、汚泥の溶解性全窒素濃度（溶解性Ｔ−Ｎ濃度）を用いた。細胞内容物のうち窒素を含有する成分としてタンパク質や核酸が挙げられるが、汚泥中の溶解性Ｔ−Ｎ濃度を測定することにより、細胞が破壊されて内容物が放出された量をみて、それを可溶化の指標とした。また、実施例で窒素を含むアルカリや界面活性剤を用いなかったことも、溶解性Ｔ−Ｎ濃度を可溶化の指標として用いた理由の一つである。なお、可溶化の指標として溶解性Ｔ−Ｎ濃度を用いることは、本発明において、窒素を含むアルカリや界面活性剤を用いることを排除するものではない。
【００５７】
（１）バッチ実験
（１−１）実験１：アルカリとアニオン性界面活性剤の併用効果
表１に示す性状の汚泥（活性汚泥）に、水酸化ナトリウム０．１ｍｏｌ／Ｌおよび／またはラウリル硫酸ナトリウム１００ｍｇ／Ｌを添加した後、またはいずれの薬剤も添加せず、汚泥を３０℃に保持しながら３時間撹拌し、可溶化処理を行った。撹拌後、１５００Ｇで１０分間遠心分離し、得られた上澄みの全窒素濃度（Ｔ−Ｎ濃度）を測定し、それを汚泥の溶解性全窒素濃度（溶解性Ｔ−Ｎ濃度）とした。
【００５８】
前記操作において、水酸化ナトリウムとラウリル硫酸ナトリウムとを添加する場合は、水酸化ナトリウムを添加して１分経過後、ラウリル硫酸ナトリウムを添加した。また、水酸化ナトリウムを添加した場合は、前記３時間撹拌後、硫酸を添加して、ｐＨを７．０に調整した。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
実験条件と結果を表２に示す。有機性汚泥に何も薬剤を添加しない場合の溶解性Ｔ−Ｎ濃度は、３．０ｍｇ／Ｌであった（実験Ｎｏ．１−１）。これに対し、アルカリとして水酸化ナトリウムを添加した後、アニオン性界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムを添加することにより、溶解性Ｔ−Ｎ濃度は１１４．１ｍｇ／Ｌと非常に高い値となり、汚泥が可溶化したことが確認できた（実験Ｎｏ．１−４）。一方、アルカリのみ（実験Ｎｏ．１−２）、またはアニオン性界面活性剤のみ（実験Ｎｏ．１−３）を添加した場合は、アルカリとアニオン性界面活性剤を両方添加した場合（実験Ｎｏ．１−４）と比較して、溶解性Ｔ−Ｎ濃度は低い値となった。アルカリとアニオン性界面活性剤の両方を添加することにより、汚泥の可溶化が促進されたことが分かった。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
（１−２）実験２：アルカリとアニオン性界面活性剤の添加順序の効果
表３に示す性状の汚泥（食品工場の排水処理設備の活性汚泥）に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）０．１ｍｏｌ／Ｌとラウリル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）１，０００ｍｇ／Ｌとを添加した。実験では、水酸化ナトリウムまたはラウリル硫酸ナトリウムのいずれかを先に加え撹拌し、１０分または３０分の間隔をあけてから、もう一方の薬剤を添加し５０分間または３０分間撹拌し、トータルの撹拌時間が６０分になるように調整した。その後、実験１と同じ手順で硫酸により中和後、遠心分離を行い、汚泥の溶解性Ｔ−Ｎ濃度を測定した。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
実験条件と結果を表４に示す。アルカリとして水酸化ナトリウムを先に添加した場合（実験Ｎｏ．２−１，２−３）、アニオン性界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムを先に添加した場合（実験Ｎｏ．２−２，２−４）と比較して、可溶化処理後の溶解性Ｔ−Ｎ濃度は高くなった。アルカリとアニオン性界面活性剤の両方を添加する場合でも、アルカリを先に添加することで、汚泥の可溶化が促進されることが分かった。
【００６５】
【表４】
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【００６６】
（１−３）実験３：界面活性剤の種類の影響
表１に示す性状の汚泥に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）０．１ｍｏｌ／Ｌを添加して１分経過後、界面活性剤１００ｍｇ／Ｌを添加し、汚泥を３０℃に保持しながら３時間撹拌し、可溶化処理を行った。その後、実験１と同じ手順で硫酸により中和後、遠心分離を行い、汚泥の溶解性Ｔ−Ｎ濃度を測定した。界面活性剤として、和光純薬工業株式会社より入手した下記の４種類を用いた。
アニオン性界面活性剤：ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）
カチオン性界面活性剤：trimethylstearylammmonium chloride（ＴＳＡＣ）
ノニオン性界面活性剤：polyoxyethylene sorbitan monolaurate（Ｔｗｅｅｎ２０）
両性界面活性剤：3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]propanesulfonate（ＣＨＡＰＳ）
【００６７】
【表５】
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【００６８】
実験結果を表５に示す。汚泥の溶解性Ｔ−Ｎ濃度は、界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムを用いた場合に最も高くなり、アニオン性界面活性剤が汚泥の可溶化に効果的であることが明らかになった。
【００６９】
（２）連続実験
図２に示す生物反応槽および可溶化槽を有する装置を用いて、連続実験を行った。生物反応槽２１は容量１２Ｌであり、槽内には、膜ろ材２２とその下部に散気装置２３が設けられていた。前記膜ろ材２２としては、膜面積０．１１ｍ2、公称孔径０．４μｍの平板状有機膜（膜材質：ポリオレフィン）を用いた。生物反応槽２１には、表６に示す組成の模擬排水２５を１８Ｌ／日の速度で供給し、生物反応槽２１で膜分離活性汚泥法による好気性処理を行い、膜ろ材２２により槽内水をろ過することにより、膜ろ過水３０を得た。生物反応槽２１内の活性汚泥は２７±２℃に保ち、汚泥２６を２．６Ｌ／日の割合で引き抜いた。生物反応槽２１から引き抜いた汚泥２６には、水酸化ナトリウム２７を０．０３３ｍｏｌ／Ｌの割合でライン注入し、その下流側でラウリル硫酸ナトリウム２８を１６７ｍｇ／Ｌの割合でライン注入した。ラウリル硫酸ナトリウム２８は、水酸化ナトリウム２７を添加して２分経過後に添加するタイミングとなるように、注入位置を設定した。水酸化ナトリウムを添加することで、汚泥のｐＨは１２まで上がった。水酸化ナトリウムとラウリル硫酸ナトリウムを添加した汚泥は、可溶化槽２４で８時間撹拌した。その結果、ｐＨは約１０まで下がった。可溶化槽２４から排出した汚泥は、硫酸２９を添加してｐＨを７に調整してから、生物反応槽２１に返送した。連続実験中、生物反応槽２１内の活性汚泥の浮遊物質濃度が１０，０００ｍｇ／Ｌを維持するように、活性汚泥を定期的に余剰汚泥３１として系外に排出した。生物反応槽２１における水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は１６時間であり、ＢＯＤ−容積負荷は２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／日であり、ＢＯＤ−ＳＳ負荷は０．１８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＳＳ／日であった。
【００７０】
上記処理区に対し、対照区として、図２に示す装置において、可溶化槽およびそれに付随する生物反応槽との循環ラインを有さない装置を用いて、汚泥の可溶化処理を行わなかった以外は、上記と同様に活性汚泥による好気性処理を行った。
【００７１】
【表６】
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【００７２】
連続実験は２ヶ月間行った。処理区において、可溶化槽前後での固形分減少率は３７．５％であった。すなわち、可溶化処理により汚泥は３７．５％可溶化された。
【００７３】
模擬排水の投入ＢＯＤ量と余剰汚泥排出量との相関を求め、その結果を図３に示す。図３における近似直線の傾きは、ＢＯＤ−汚泥転換率を表す。ＢＯＤ−汚泥転換率は、対照区では３９．１％であったのに対し、処理区では５．１％に減少した。すなわち、可溶化処理により、処理区では対照区と比較して、余剰汚泥発生量が８７％減少した。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、下水処理、し尿処理、食品工場や紙パルプ工場、化学工場等から発生する工場排水の処理、家畜糞尿等の畜産廃棄物の処理等により発生する有機性汚泥の処理に用いることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１：  可溶化装置
２：  可溶化槽
３：  汚泥供給手段
４：  第１添加手段
５：  第２添加手段
６：  可溶化汚泥供給手段
７：  中和手段
８：  中和槽
９：  生物反応槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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