(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水を活性汚泥を利用して浄化処理する有機性廃水の浄化処理方法において、有機性廃水を処理槽（曝気槽）に導入して活性汚泥と共に曝気処理した後、該曝気槽内から抜き出した液、或いは、上記曝気槽の下流側に設けられている沈殿槽内から抜き出した沈殿物を導入した汚泥処理装置内にて、浄化処理に用いる活性汚泥を構成している細菌の一部を、処理温度１５０℃〜１８０℃、容器内圧力１．０ＭＰａ〜１．５ＭＰａの加熱加圧下で、酸化剤として過酸化水素を添加することにより５〜１０分酸化分解して（ただし、処理前の活性汚泥をｐＨ５以下にする場合を除く）殺菌又は溶菌し、かつ、該殺菌又は溶菌処理する活性汚泥の処理量を、有機性廃水中の有機物の処理によって増殖する汚泥量の１〜１．５倍量となるように制御し、処理した活性汚泥を上記曝気槽内へと導入することで、浄化処理過程中における活性汚泥中の細菌の増殖を抑制しつつ処理を行うことを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の有機性廃水の処理方法で使用する酸化剤用の薬剤であって、過酸化水素を主成分とすることを特徴とする薬剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水を活性汚泥で処理する場合に、活性汚泥を構成している細菌の増殖を抑制することで、余剰汚泥の減量化を有効に達成した有機性廃水の処理方法及び該方法に用いる薬剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中の汚濁物質は、河川や湖沼等の自然の中で、沈殿、凝集、酸化、還元等の物理化学的、生物学的な作用を受けて分解除去されて浄化される。特に有機物を含んだ汚濁は、微生物によって生物学的な作用で浄化され易い。これを利用した有機性廃水の浄化方法として、好気性微生物を含んだ活性汚泥により有機性廃水を処理する活性汚泥法がある。該方法は、浄化能力が高く、処理経費が比較的少なくて済む等の利点があるため、これを利用した種々の方法が提案されており、下水処理や産業廃水処理等において広く一般に使用されている。
【０００３】
上記活性汚泥法では、調整槽等で廃水のｐＨ調整や均一化等の前処理を行った後、有機性廃水をエアレーションタンク（曝気槽）へと導き、この曝気槽内で、活性汚泥によりＢＯＤで示される廃水中の有機汚濁成分を分解させて浄化処理している。この際、分解したＢＯＤのうちの５０〜７０％は微生物の維持エネルギーとして消費されるが、残りの３０〜５０％は菌体の増殖に使用されるので活性汚泥の量は次第に増加していく。このため、一般的には、図４に示したように、曝気槽で処理された廃水を沈殿槽へと導き、沈殿した活性汚泥の中から有機性廃水の浄化処理に必要な量だけ返送汚泥として曝気槽内へと戻し、それ以外の活性汚泥を余剰汚泥として取り除いている。このように、活性汚泥を利用した有機性廃水の浄化処理では、多量の余剰汚泥が発生する。余剰汚泥は、生物難分解性物質等を含み、粘性が高く、取り扱いにくいこと等の欠点があり、有機性廃水を活性汚泥法によって浄化処理する場合においては、常に余剰汚泥処理が問題となる。
【０００４】
これに対し、活性汚泥処理における余剰汚泥の減量化を目的とした提案が種々なされている（特許文献１〜３参照）。これらの中でも、特許文献３に記載されている、活性汚泥を構成している細菌の一部を殺菌又は溶菌して、処理過程中における活性汚泥の増殖を抑制する技術は、余剰汚泥の発生量を大幅に減量して、余剰汚泥処理にかかるコストの低減を可能とした簡易且つ経済的な方法である。
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−１９７１９号公報
【特許文献２】特開平７−８８４９５号公報
【特許文献３】特開２０００−６１４８８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献３に記載の発明によれば、余剰汚泥の発生量を大幅に減量することができるものの未だ十分とは言えず、一方で、近年、余剰汚泥の処理に対する困難性は増しており、余剰汚泥の減量化については更なる改良の余地があった。現在、一般に行われている余剰汚泥の処理方法としては、下記の方法等がある。例えば、余剰汚泥を脱水して水分を分離し、固形分を焼却するか或いは産業廃棄物として埋め立て処分等する方法や、或いは、余剰汚泥を嫌気性消化処理して、メタンガス、二酸化炭素、水素、硫化水素等に分解して減量化し、その後に分解されなかった余剰汚泥及びその他の固形物を脱水により分離し、固形分を焼却するか或いは産業廃棄物として処分する方法等がある。これに対して、近年、焼却処理や、産業廃棄物として埋め立て処分することは難しくなっており、更なる余剰汚泥の減量化が望まれている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、活性汚泥を利用した有機性廃水の処理方法において、最終段階で放出される処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を、従来にも増して更に大幅に減量し、余剰汚泥処理にかかるコストの低減が可能な有機性廃水の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、有機性廃水を活性汚泥を利用して浄化処理する有機性廃水の浄化処理方法において、有機性廃水を処理槽（曝気槽）に導入して活性汚泥と共に曝気処理した後、該曝気槽内から抜き出した液、或いは、上記曝気槽の下流側に設けられている沈殿槽内から抜き出した沈殿物を導入した汚泥処理装置内にて、浄化処理に用いる活性汚泥を構成している細菌の一部を、処理温度１５０℃〜１８０℃、容器内圧力１．０ＭＰａ〜１．５ＭＰａの加熱加圧下で、酸化剤として過酸化水素を添加することにより５〜１０分酸化分解して（ただし、処理前の活性汚泥をｐＨ５以下にする場合を除く）殺菌又は溶菌し、かつ、該殺菌又は溶菌処理する活性汚泥の処理量を、有機性廃水中の有機物の処理によって増殖する汚泥量の１〜１．５倍量となるように制御し、処理した活性汚泥を上記曝気槽内へと導入することで、浄化処理過程中における活性汚泥中の細菌の増殖を抑制しつつ処理を行うことを特徴とする有機性廃水の処理方法である。又、本発明の別の実施形態は、上記の有機性廃水の処理方法で使用する酸化剤用の薬剤であって、過酸化水素を主成分とすることを特徴とする薬剤である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、最終段階で放出される処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を従来にも増して大幅に減量化することが可能な有機性廃水の処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。本発明者らは、前記した特許文献３に記載されている曝気槽内や沈殿槽から取り出した一部の活性汚泥を殺菌又は溶菌処理する方法について、更なる検討を行った結果、より短時間で、効率よく、活性汚泥を構成する細菌を殺菌又は溶菌処理する手段を見いだして本発明に至ったものである。即ち、浄化処理に用いる処理活性汚泥の一部を取り出して、処理温度１００℃〜２５０℃及び容器内圧力０．１ＭＰａ〜４．０ＭＰａの加熱加圧下で、過酸化水素等の酸化剤を添加して酸化分解処理すれば、上記処理活性汚泥を構成している細菌を迅速且つ容易に殺菌又は溶菌することができ、結果として、従来の技術よりも更に高いレベルでの余剰汚泥の減量化が達成できる。場合によっては余剰汚泥の脱水機を不要とすることも可能となる。更に、上記した条件で処理すれば、処理活性汚泥を構成している細菌を５〜１５分間という極めて短時間に殺菌又は溶菌することができるため、上記した条件を実現する装置の容量は極めて少量で足りる。このため、処理設備の面積や処理時間の拡大を最小限とできる簡易且つ経済的な有機性廃水の処理方法の提供が可能となる。以下、本発明で使用する条件について詳述する。
【００１１】
先ず、本発明にかかる方法では、活性汚泥を構成する細菌に対する殺菌又は溶菌処理を、処理温度１００℃〜２５０℃及び容器内圧力０．１ＭＰａ〜４．０ＭＰａの加熱加圧下で、酸化剤を添加して酸化分解処理して行う。即ち、個の要件で処理すれば、図１に示したように、活性汚泥を構成している細菌の細胞壁（膜）の大部分を分解し、細菌を溶菌させることが容易にできる。この結果、細菌の細胞壁が破壊されて細胞壁内の多糖類や蛋白質等が溶け出て（本明細書では、この状態を溶菌と呼ぶ）、細菌自体がＢＯＤで示される廃水中の有機汚濁成分となって細菌の格好な餌となる。従って、処理したものを再び曝気槽に戻して活性汚泥処理を行えば、従来の場合と比較して最終的な処理水の水質を損なうことなく、余剰汚泥の発生量を僅かとすることができる。
【００１２】
本発明では、活性汚泥を構成する細菌を殺菌又は溶菌処理（以下、溶菌処理と呼ぶ）する要件として、処理温度を１００℃〜２５０℃とし、且つ、容器内圧力を０．１ＭＰａ〜４．０ＭＰａとする。このような加熱加圧下で酸化剤を添加し酸化分解処理すれば、設備の拡大を抑制した状態で、より迅速に細菌を溶菌させることができる。更に、好ましくは、処理温度を１５０℃〜１８０℃とするとよい。又、容器内圧力は、０．５ＭＰａ〜１．５ＭＰａとすることがより好ましい。処理温度や圧力を高くすることはランニングコストの増大を意味するので、経済性の観点からは、できるだけ低くすることが好ましい。又、本発明者らの検討によれば、処理温度や圧力を高くすることは、処理汚泥を着色させることを生じる。このため、最終的に生物処理水の水質に影響を及ぼす可能性があり、これらのことから処理温度及び圧力は、上記範囲で行うことが必要となる。一方、処理する温度及び圧力を低くし過ぎると、溶菌処理に時間がかかり過ぎたり、溶菌処理を完全に行えなかったりして、加熱加圧したことによる十分な効果が得られなくなる。従って、これらの兼ね合いから、上記した範囲とすることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によって、効率よく余剰汚泥の発生量を減量することが可能となるのは、下記のようにして活性汚泥の余分な増殖が抑制されるからであると考えられる。先ず、活性汚泥による有機物の浄化処理は、下記のような微生物の生命活動によってなされている。活性汚泥による生物処理において、被処理水中の有機物は、活性汚泥を構成している細菌によって酸化分解されるが、これに伴って細菌自体は有機物を栄養源として増殖する。従って、細菌処理による現象のみをみれば、廃水中の有機物が細菌に変換したと言うことができる。ここで、有機物の細菌への変換率といった点からみると、その変換率は約４０〜５０％程度であるので、有機物１００質量部は、約４０〜５０質量部の細菌に変換されると言える。一方、この現象を細菌側から見ると、細菌量は、４０〜５０質量部増加したことになる。活性汚泥処理方法では、増殖した細菌が原生動物によって捕食されて、凝集性及び沈降性のよい活性汚泥となって沈殿するので、これを固液分離して除去することで有機性廃水の浄化処理を行っている。そして、この固液分離の結果、大量の余剰汚泥が発生する。
【００１４】
活性汚泥処理において細菌は、上記したように原生動物によって捕食されるが、細菌同士による共食いも行われる。下記に述べるように、この細菌の共食いを助長することができれば、有機物を餌として次第に増殖していく細菌（活性汚泥）の量を減らすことができ、余剰汚泥の発生を減少させることができる。活性汚泥の処理槽のｐＨ又は温度の制御、或いは、アルカリ剤、酸又は廃酸、活性汚泥に対して殺菌作用又は溶菌作用を有する化合物の添加等の手段によって、活性汚泥を構成している細菌の細胞壁を破壊し、細胞壁内の多糖類や蛋白質等を溶け出させ、細菌自体をＢＯＤで示される有機汚濁成分に変化させることができる。細菌が溶菌された場合に出てくる多糖類や蛋白質等は、細菌や原生動物の格好の餌となる。先に述べたように、有機物の細菌への変換率は約４０〜５０％程度であるので、上記のように浄化処理系で使用する細菌の一部を溶菌する構成とすれば、余剰汚泥の発生量を低減することとなる（図１参照）。
【００１５】
本発明の有機性廃水の処理方法は、従来の方法を改良し、実用化するための改良技術に関する。本発明は、本発明で規定する条件で細菌を溶菌処理することで、従来の方法に比べて、余剰汚泥の更なる低減化をより容易に且つ経済的に行うことが可能となる、極めて実用価値の高いものである。即ち、本発明の有機性廃水の処理方法で規定する条件で処理すれば、活性汚泥を構成している細菌は、５〜１５分という極めて短時間で溶菌処理が完了する。このため、従来の活性汚泥処理設備に加えることとなる溶菌処理に使用する装置は小さくてすむので、装置の設置面積の拡大を極めて小さなものとできる。更に、本発明者らの検討によれば、この活性汚泥処理槽（溶菌処理装置）で溶菌処理する活性汚泥の処理量を、有機性廃水中の有機物の処理によって増殖する汚泥量の１〜１．５倍量となるように制御すれば、従来の活性汚泥処理で発生していた余剰汚泥量を、９０％以上減量することができることが確認された。
【００１６】
本発明の方法では、有機性廃水を活性汚泥を利用して浄化処理する系内から活性汚泥の一部を引き抜いて、汚泥処理装置内で溶菌処理を行うが、活性汚泥の一部を引き抜くタイミングは、いずれでもよい。例えば、有機性廃水を活性汚泥と共に曝気処理する曝気槽内から抜き出してもよいし、或いは、上記曝気槽の下流側に設けられている最終沈殿槽内から沈殿物を抜き出してもよい。そして、抜き出した活性汚泥を汚泥処理装置内で溶菌処理した後、処理した活性汚泥を上記曝気槽内へと導入するようにすればよい。尚、本発明によって余剰汚泥量の減量化が進めば、従来の活性汚泥処理設備（図４参照）で必須となっていた余剰汚泥の脱水機（不図示）を不要とすることも可能である。以下、本発明の方法で行う溶菌処理の各条件について、より具体的に述べる。
【００１７】
先ず、本発明では、溶菌処理を行うために、活性汚泥を構成している細菌を溶菌処理する場合に、処理温度１００℃〜２５０℃及び容器内圧力０．１ＭＰａ〜４．０ＭＰａの加熱加圧下で処理する。先に述べたように、処理温度については、１５０℃〜１８０℃、容器内圧力については、０．５ＭＰａ〜１．５ＭＰａとすることがより好ましい。このような加熱加圧下で、酸化剤を添加し酸化分解処理すれば、設備の拡大を抑制した状態で、より迅速に細菌を溶菌させることができる。本発明者らの検討によれば、例えば、図３に示したような加熱加圧容器に導入した活性汚泥を１０〜９０％の割合で充填し、１８０℃、１．５ＭＰａの加熱加圧下で酸化剤を添加して、５〜１０分処理すれば、活性汚泥を構成している細菌を、約８０〜９０％の高い溶菌率で溶菌できる。この際、処理槽内の液は、撹拌しながら処理することがより好ましい。
【００１８】
本発明の有機性廃水の処理方法では、汚泥処理装置内への酸化剤の添加を必要とする。この場合に使用する酸化剤の好ましいものとしては、過酸化水素が挙げられる。過酸化水素により活性汚泥を酸化分解処理すると、活性汚泥を構成している細菌の細胞壁（膜）を溶解して、細菌をより容易に溶菌させることができる。
【００１９】
本発明者らの検討によれば、処理系から引き出した活性汚泥を含む液を、単に処理温度１００℃〜２５０℃及び容器内圧力０．１ＭＰａ〜４．０ＭＰａの加熱加圧下で処理した場合、活性汚泥を構成している細菌の一部が溶菌するが、その可溶化率は十分なものではなかった。具体的には、加熱加圧下で処理する場合に余剰汚泥の十分な減量化を達成するには、溶菌処理の時間を長くしたり、処理するために抜き出す活性汚泥の量を増やす等して、処理系における細菌の可溶化汚泥量を増加させる必要があった。これらの手段は処理効率の低下をもたらすため、実際の有機性廃水の処理に適用した場合に、細菌の溶菌工程が律速となるという実用上の問題が生じることを意味する。これに対して本発明者らは鋭意検討した結果、処理温度１５０℃〜１８０℃及び容器内圧力０．５ＭＰａ〜１．５ＭＰａの加熱加圧下で処理することに加えて、上記したような酸化剤の添加による酸化分解処理することが極めて有効であることを見いだした。即ち、加熱加圧の条件下、且つ、酸化剤を添加注入して処理するためには、耐熱耐圧の特別の処理槽を準備する必要があるが、前記した条件下で処理すれば、先に述べたように、非常に短時間に、単に加熱加圧下で処理する場合には到底達成し得なかった高い溶菌率を得ることができ、従来よりも高い余剰汚泥の減量化が達成できる。この結果、余剰汚泥の処理にかかるコストの削減、及び、迅速な処理によるランニングコストの削減が可能となる。更に、従来よりも高い余剰汚泥の減量化が達成できるので、本発明の方法を実行するシステム構成とすれば、従来の活性汚泥処理設備で必須である余剰汚泥の脱水機を不要とすることも可能になる。
【００２０】
本発明によれば、溶菌処理を行わない従来の有機性廃水の浄化システムに比較して、発生する余剰汚泥の量を、１／１０〜１／１００に減量化することが可能となる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。図２に示す連続通水試験装置によって、以下の実施例１〜３及び比較例１〜３の汚泥処理条件により、汚泥減量効果を検証した。
【００２２】
＜実施例１〜３及び比較例１〜３＞
活性汚泥槽４．５リットルのラボスケールでの通水試験によって、汚泥減量効果を確認した。活性汚泥の運転条件は、通水量を２．７リットル／日とし、ＢＯＤ容積負荷０．６ｋｇ／ｍ3／日とした。処理に使用した有機性模擬廃水には、豆乳を希釈したものを用いた。表１に、原水として使用した有機性模擬廃水の性状を示した。本実施例では、この原水を、図２に示した構成の活性汚泥槽を用い、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）５，０００ｍｇ／ｌで活性汚泥と共に曝気処理した。
【００２３】
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【００２４】
図２に示した有機性模擬廃水の活性汚泥処理試験において、排液中の有機物処理によって増殖する量の汚泥を活性汚泥槽より引き出し、引き出した汚泥を表２に示した様々な溶菌処理条件で処理した。汚泥処理方法として、図３に示した内容積５００ｍｌの回分式オートクレーブを使用して、上記の汚泥を入れて、表２に示す加熱加圧条件下にて、酸化剤処理を行った。過酸化水素を酸化剤として用い、ＭＬＳＳ濃度１％の汚泥に対して、３．５％（ｗ／ｗ）の３５％過酸化水素を添加している。上記の酸化分解処理の結果、表２中に示すＳＳ（固形分）可溶化率の処理汚泥が得られた。そして、溶菌処理後、処理したものを再び活性汚泥槽に導入して処理を継続した。このようにして、それぞれの溶菌処理条件において６０日間以上の通水試験を実施した。
【００２５】
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【００２６】
表３に、各条件で処理した場合におけるＢＯＤで示される有機性物質の汚泥への転換率を示した。又、活性汚泥処理において、溶菌処理を行わない従来の方法（コントロール系、図４参照）の場合の余剰汚泥の量を基準として、各条件で処理した場合の余剰汚泥の減量率を表３に合わせて示した。具体的には、下記のようにして算出した。
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その結果、実施例１〜３の溶菌処理条件に示す、加熱加圧下で酸化剤を添加して処理した条件においては、汚泥発生量が汚泥の溶菌処理を施さないコントロール系に対して、汚泥減量効果９０％以上が確認された。
【００２７】
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【産業上の利用可能性】
【００２８】
上記したように、本発明によれば、活性汚泥法を利用した有機性廃水の処理において、最終段階で放出される処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を大幅に減量化することが可能となり、有機性廃水の浄化処理が簡易且つ経済的になされる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明で行う活性汚泥を構成する細菌に対する溶菌処理による生物活動を模式的に示した図である。
【図２】本発明の有機性廃水の処理方法の一例を示す概略システム図である。
【図３】汚泥処理装置の概略図である。
【図４】従来の有機性廃水の処理方法の処理フローの一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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