(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初固液分離槽、活性汚泥が浮遊する生物反応槽、最終固液分離槽の３種類の槽工程を含む有機性廃水の処理方法において、最初固液分離槽において分離した汚泥を最終固形分離槽において分離した汚泥と混合することなく脱水装置により脱水処理し、脱水ケーキをケーキ燃焼工程において燃焼し、また、最終固液分離槽において分離した汚泥を前記最初固液分離槽において分離した汚泥と混合することなく嫌気性醗酵工程において消化し、前記ケーキ燃焼工程からの熱によって前記嫌気性醗酵工程を加温し、前記嫌気性醗酵工程で生成する消化汚泥から、リン酸マグネシウムアンモニウムの形態でリンと窒素を回収することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
前記有機性廃水が活性汚泥が浮遊する生物反応槽に流入する工程の前に、最初固液分離槽の分離水中に残存する懸濁成分を分離する中間固液分離工程を設け、かつ、前記中間固液分離工程において分離した汚泥を、前記最初固液分離槽において分離した汚泥と混合し、脱水装置により脱水する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
最初固液分離槽、活性汚泥が浮遊する生物反応槽、最終固液分離槽の３種類の槽を含む有機性廃水の処理装置において、最初固液分離槽にそこで分離した汚泥を最終固液分離槽からの汚泥と混合することなく脱水処理する脱水装置を接続して設け、前記脱水装置にその脱水ケーキを燃焼させるケーキ燃焼装置を接続し、最終固液分離槽にそこで分離した汚泥を最初固液分離槽にそこで分離した汚泥と混合することなく消化し、そこで生成する消化汚泥から、リン酸マグネシウムアンモニウムの形態でリンと窒素を回収する、前記ケーキ燃焼装置からの熱によって加温される前記嫌気性醗酵装置を接続して設けたことを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や各種廃水処理施設等において有機性廃水を処理する方法に係わり、更に詳しくは、下水、し尿、産業廃水などの有機物、窒素、リンを含有する廃水を、活性汚泥法に代表される微生物の生物代謝反応を利用した廃水処理方法を介して処理するシステムにおいて、省エネルギー化、有用物質の回収とその資源化を考慮した有機性廃水の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機性廃水の処理方法において、例えば活性汚泥法に嫌気性消化処理、好気性消化処理、硝化脱窒処理、凝集処理、膜分離処理、脱水処理、焼却処理、ＭＡＰ処理、オゾン処理、活性炭処理等を組み合わせた方法では、処理プラントの建設費、ランニングコスト、環境に対する影響等を総合的に考慮したシステムは、非常に少なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の有機性廃水の処理方法においては、非常に大きな建設費を費やして嫌気性消化処理、膜分離処理、焼却処理等を行ったり、非常に大きなエネルギーを消費して好気性消化、オゾン処理、膜分離処理、焼却処理等を行ったり、非常に大きな薬品コストをかけて凝集処理、脱水処理、ＭＡＰ処理、活性炭処理等を行ったりする場合が多かった。
このように、従来の有機性廃水の処理方法は、省エネルギー的にも、ランニングコスト的にも大きな問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決することを目的とする。すなわち、有機性廃水処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水を、活性汚泥法に代表される微生物の生物代謝反応を利用した廃水処理方法を介して処理するシステムにおいて、排水中の処理対象成分の形態とその特性をできるだけ生かした処理フローを構成することで、省エネルギー化、有用物質の回収とその資源化を考慮した廃水処理方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、廃水中の処理対象成分の形態とその特性について検討を行い、最初固液分離槽（最初沈殿池を含む）において分離した初沈汚泥またはその濃縮汚泥（総称して「汚泥」という）は、炭水化物が多く、特に脱水性がよい、すなわち、焼却に適していることを見出した。
また、最終固液分離槽（最終沈殿池を含む）において分離した余剰汚泥またはその濃縮汚泥は、リン、窒素が多く、また、脱水性が悪く、すなわち、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）処理に適していることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、次の構成からなるものである。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では以下に示す基本処理フローからなる有機性廃水の処理方法を提供するものである。
（１）最初固液分離槽、活性汚泥が浮遊する生物反応槽、最終固液分離槽の３種類の槽工程を含む有機性廃水の処理方法において、最初固液分離槽において分離した汚泥を最終固形分離槽において分離した汚泥と混合することなく脱水装置により脱水処理し、脱水ケーキをケーキ燃焼工程において燃焼し、また、最終固液分離槽において分離した汚泥を前記最初固液分離槽において分離した汚泥と混合することなく嫌気性醗酵工程において消化し、前記ケーキ燃焼工程からの熱によって前記嫌気性醗酵工程を加温し、前記嫌気性醗酵工程で生成する消化汚泥から、リン酸マグネシウムアンモニウムの形態でリンと窒素を回収することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【０００７】
（２）前記有機性廃水が活性汚泥が浮遊する生物反応槽に流入する工程の前に、最初固液分離槽の分離水中に残存する懸濁成分を分離する中間固液分離工程を設け、かつ、前記中間固液分離工程において分離した汚泥を、前記最初固液分離槽において分離した汚泥と混合し、脱水装置により脱水する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の処理方法。
【０００８】
（３）最初固液分離槽、活性汚泥が浮遊する生物反応槽、最終固液分離槽の３種類の槽を含む有機性廃水の処理装置において、最初固液分離槽にそこで分離した汚泥を最終固液分離槽からの汚泥と混合することなく脱水処理する脱水装置を接続して設け、前記脱水装置にその脱水ケーキを燃焼させるケーキ燃焼装置を接続し、最終固液分離槽にそこで分離した汚泥を最初固液分離槽にそこで分離した汚泥と混合することなく消化し、そこで生成する消化汚泥から、リン酸マグネシウムアンモニウムの形態でリンと窒素を回収する、前記ケーキ燃焼装置からの熱によって加温される前記嫌気性醗酵装置を接続して設けたことを特徴とする有機性廃水の処理装置。
なお、ここでいう「最初固液分離槽」とは、生物反応前に設置され、また「最終固液分離槽」とは生物反応後に設置されているもののことであり、最初固液分離槽の前後及び最終固液分離槽の前後に補助的な固液分離槽が存在してもよく、例えば最初固液分離槽の後に「中間固液分離槽」を設けることができる。また、「固液分離槽」は槽状のものに限定されず、「沈殿池」のようなものも含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施態様を図面に基づいて詳細に説明する。
すなわち、本発明の第１の態様では、最初固液分離槽１、活性汚泥が浮遊する生物反応槽２、最終固液分離槽３の３種類の槽工程を含む有機性廃水処理システムにおいて、最初固液分離槽１において分離した初沈汚泥またはその濃縮汚泥１１、すなわち脱水性が比較的良く、高カロリーで、窒素とリンの含有率が低いＳＳ成分を、脱水装置４により脱水処理することで、水処理系から多量の有機成分を取り除き、脱水ケーキをケーキ燃焼工程７において燃焼し、また、最終固液分離槽３において分離した余剰汚泥またはその濃縮汚泥３１、すなわち脱水性が比較的悪く、低カロリーで、窒素とリンの含有率が高い成分を、嫌気性醗酵工程５において消化し、嫌気性醗酵工程５で生成する消化汚泥５１、すなわち高濃度の窒素、リン及びアルカリ成分を含有する成分からリン酸マグネシウムアンモニアムの形態でリンと窒素を回収するというものである。
【００１０】
また、第２の態様では、有機性廃水が活性汚泥が浮遊する生物反応槽２に流入する工程の前に、最初固液分離槽１の分離水中に残存する懸濁成分を分離する中間固液分離工程６を設け、かつ、中間固液分離工程６において分離した中間汚泥またはその濃縮汚泥６１を、脱水装置４により脱水する工程を含むことにより、カロリーが高く、脱水性の良いＳＳ性有機物をより多く水処理系外に分離することができる。
また、第３の態様では、中間固液分離工程６において、濾過体の濾過作用を利用する分離方法、または凝集剤添加による凝集沈降分離方法の内、少なくとも１方法を採用することにより、カロリーが高く、脱水性の良いＳＳ性有機物を、更に効率的に水処理系外に分離することができる。
【００１１】
また、第４の態様では、脱水装置４により脱水処理した初沈汚泥またはその濃縮汚泥１１、または中間汚泥またはその濃縮汚泥６１の脱水ケーキを燃焼させるケーキ燃焼工程７、ケーキ燃焼工程７において発生するエネルギーを回収する燃焼エネルギー回収工程８、嫌気性醗酵工程５で生成するメタンガス等を回収するメタンガス回収工程９の内少なくとも１つの工程を含むことにより、プラントのエネルギー消費量の軽減化がより効率的に図るものである。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明を実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の一例について詳細に説明する。ただし、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。
【００１３】
実施例１
図１に実験プラントのフローを示す。この例では、原水として実際の下水処理場に流入する有機性汚水を使用した。ＢＯＤ：２００ｍｇ／リットル、ＳＳ：１８０ｍｇ／リットルの水質の有機性汚水を９００ｍ3 ／ｄの流量で流入させ、最初固液分離槽１で初沈汚泥を沈殿分離して濃縮汚泥１１とし、中間固液分離工程６を通して生物反応槽２に入れて生物的反応を行わせ、その液を最終固液分離槽３に送り活性汚泥を沈殿させ、上澄み水を処理水として取り出し、ＢＯＤ：２０ｍｇ／リットル、ＳＳ：１０ｍｇ／リットルの水質の処理水を得た。
前記の中間固液分離工程６はＦｅ系の凝集剤を使用し、さらに不織布により濾過を行う機能を持つ装置とした。
最初固液分離槽１で、固形物濃度４％の濃縮汚泥１１が２０ｍ3 ／ｄの量で得られ、中間固液分離工程６で、固形物濃度２％の濃縮汚泥６１が４０ｍ3 ／ｄの量で得られ、さらに最終固液分離槽３で、固形物濃度１．５％の濃縮汚泥３１が３．５ｍ3 ／ｄの量で得られた。
【００１４】
脱水装置４はスクリュープレス型の脱水機を使用した。前記濃縮汚泥１１及び濃縮汚泥６１を脱水装置４に送って脱水し、含水率６５％の脱水ケーキ４．５ｍ3 ／ｄ（４．５ｔ／ｄ）を得て、それをケーキ燃焼工程７に送って燃焼させる。この燃焼で発生する熱は燃焼エネルギー回収工程８で回収するが、その熱量は８．４×１０8 Ｊ／ｄ（２００Ｍｃａｌ／ｄ）である。
一方、最終固液分離槽３で沈殿した汚泥を濃縮して得た濃縮汚泥３１は嫌気性醗酵工程５へ送る。嫌気性醗酵工程５では、ケーキ燃焼工程７において発生したエネルギーの一部と嫌気性醗酵工程５から回収したメタンガスの発熱エネルギーを利用して、９０℃に加温して嫌気性消化を行った。メタンガスの発生量は５０ｍ3 ／ｄであり、発生熱は１．８×１０9 Ｊ／ｄ（４３０Ｍｃａｌ／ｄ）である。
また、嫌気性醗酵工程５において、水酸化マグネシウム、及び数種類の添加剤を使用することによりリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）を生成させた。その生成量はＭｇＮＨ4 ＰＯ4 ・６Ｈ2 Ｏとして２５ｋｇ／ｄであった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性廃水処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水を、活性汚泥法に代表される微生物の生物代謝反応を利用した排水処理方法を介して処理するシステムにおいて、最初沈殿で生成する汚泥は、炭水化物が多くて脱水性がよく、焼却に適しているので、汚泥の脱水と焼却が容易に行われ、また最終沈殿で生成する汚泥は、リン、窒素を多く含み、脱水性がよくないので、脱水することなく、嫌気性醗酵工程で消化させ、減量化して、その消化汚泥からリン、窒素を得ているので、リン、窒素の取得が容易になった。
本発明によれば、処理の困難な最終沈殿で生成する汚泥は、嫌気性醗酵工程により減量化することができ、脱水性がよい最初沈殿で生成する汚泥から脱水ケーキを得て、そのケーキの燃焼熱を前記の嫌気性醗酵工程に利用できて、総合的な関係を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  最初固液分離槽
２  生物反応槽
３  最終固液分離槽
４  脱水装置
５  嫌気性醗酵工程
６  中間固液分離工程
７  ケーキ燃焼工程
８  燃焼エネルギー回収工程
９  メタンガス回収工程
１１  濃縮汚泥
３１  濃縮汚泥
５１  消化汚泥
６１  濃縮汚泥
【図１】
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