(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水性の異なる汚泥を混合して脱水することを内容とする汚泥の処理方法において、予め難脱水性汚泥の可溶化率を、難脱水性汚泥が完全可溶化しない限度を以って、高め、次いで、分離されたままの状態の易脱水性汚泥と前記可溶化率を高めた難脱水性汚泥とを混合して脱水し、その際、前記難脱水性汚泥の可溶化率をシステム全体のランニングコストを最小にするように調節し、かつ前記難脱水性汚泥の可溶化率をオゾン注入及び／又は超音波照射によって高めることを特徴とする汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記予め行う難脱水性汚泥の可溶化率を高める可溶化処理が、難脱水性汚泥の一部について行われることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記難脱水性汚泥の可溶化率の調節が、前記混合汚泥の脱水により得た脱水ケーキのケーキ含水率をモニターし、該ケーキ含水率が所定範囲内になるようにする方法により行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥の処理方法。
【請求項４】
前記難脱水性汚泥の可溶化率をＭＬＳＳ換算で８〜１５％にまで高めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥の処理方法。
【請求項５】
脱水性の異なる汚泥を混合して脱水することを内容とする汚泥の処理装置において、予め難脱水性汚泥の可溶化率を難脱水性汚泥が完全可溶化しない限度を以って高める可溶化槽と、分離されたままの状態の易脱水性汚泥と前記可溶化槽可溶化率を高めた難脱水性汚泥とを混合してから脱水する脱水機と、前記難脱水性汚泥の可溶化率を汚泥処理システム全体のランニングコストを最小にするように調節しかつ前記難脱水性汚泥の可溶化率をオゾン注入及び／又は超音波照射によって高める可溶化装置とを有することを特徴とする汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥の処理方法及び装置に関し、更に詳しくは、例えば下水処理場や各種廃水処理施設等で焼却処分などの最終処分に先立ち、中間的になされることが多い汚泥の処理方法及び装置に関する。
更に言えば、発生する２種類以上の汚泥を混合して脱水する汚泥の処理方法及び装置に係わり、特に汚泥の減容化を図るとともに汚泥の脱水性を向上させ、システム全体のランニングコストを軽減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場や各種廃水処理施設等で恒常的に排出される汚泥は、最終的には焼却される場合が多いが、焼却に先行してしばしば汚泥を脱水してケーキ化し、これによって汚泥処分コスト全体の軽減を図ることが多い。
下水処理場や各種廃水処理施設等から発生する汚泥には様々な種類がある。例えば、最初沈殿汚泥、余剰汚泥、凝集沈殿汚泥等がある。汚泥の脱水は、沈殿池、あるいは汚泥貯留槽等でこれらの汚泥を混合した後に行われることが多い。こうした汚泥は互いに脱水性が異なる。つまり、脱水性が良い汚泥（易脱水性汚泥）と脱水性が悪い汚泥（難脱水性汚泥）がある。脱水処理は、脱水性の段階別に行うのではなく、通常はすべて混合して行う。まれに、汚泥の脱水特性に適応した別々の脱水機を使用して分離脱水処理を行なう場合もある。別々に行うと汚泥管理や脱水処理操作が複雑化する上、設備費用が大きくなる等の問題がある。
【０００３】
脱水処理の前に汚泥量を減少させる方法を組み込んだ水処理システムは、種々考案されている。例えば、難脱水性汚泥である活性汚泥の余剰分を可溶化するという方法がある。余剰分を可溶化する方法には、酸、アルカリ、超音波、オゾン、酸化剤等による作用を利用しているものが多い。可溶化した処理水は水処理系に返送する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
難脱水性汚泥の可溶化技術は、いずれも汚泥発生量を減量化することのみを主眼にする。可溶化に必要なエネルギーコストは非常に大きい。可溶化した処理水はほとんどの場合、水処理系に返送することになるため、水処理系のＢＯＤ負荷等が増大し、ＢＯＤ酸化に必要なブロワー動力等の必要エネルギーが大きくなる等の問題もあった。つまり、可溶化処理と水系処理とに膨大なエネルギーを要するという問題があった。
本発明は、従来技術の前記問題点を解決するために、脱水性が異なる２種類以上の汚泥を含んでこれを大量に処理する際、エネルギー効率よく脱水できる汚泥の処理方法及び装置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】
上記の課題は下記の手段で達成される。
（１）脱水性の異なる汚泥を混合して脱水することを内容とする汚泥の処理方法において、予め難脱水性汚泥の可溶化率を、難脱水性汚泥が完全可溶化しない限度を以って、高め、次いで、分離されたままの状態の易脱水性汚泥と前記可溶化率を高めた難脱水性汚泥とを混合して脱水し、その際、前記難脱水性汚泥の可溶化率をシステム全体のランニングコストを最小にするように調節し、かつ前記難脱水性汚泥の可溶化率をオゾン注入及び／又は超音波照射によって高めることを特徴とする汚泥の処理方法。
（２）前記予め行う難脱水性汚泥の可溶化率を高める可溶化処理が、難脱水性汚泥の一部について行われることを特徴とする上記（１）に記載の汚泥の処理方法。
【０００６】
（３）前記難脱水性汚泥の可溶化率の調節が、前記混合汚泥の脱水により得た脱水ケーキのケーキ含水率をモニターし、該ケーキ含水率が所定範囲内になるようにする方法により行われることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の汚泥の処理方法。
（４）前記難脱水性汚泥の可溶化率をＭＬＳＳ換算で８〜１５％にまで高めることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の汚泥の処理方法。
（５）脱水性の異なる汚泥を混合して脱水することを内容とする汚泥の処理装置において、予め難脱水性汚泥の可溶化率を難脱水性汚泥が完全可溶化しない限度を以って高める可溶化槽と、分離されたままの状態の易脱水性汚泥と前記可溶化槽可溶化率を高めた難脱水性汚泥とを混合してから脱水する脱水機と、前記難脱水性汚泥の可溶化率を汚泥処理システム全体のランニングコストを最小にするように調節しかつ前記難脱水性汚泥の可溶化率をオゾン注入及び／又は超音波照射によって高める可溶化装置とを有することを特徴とする汚泥の処理装置。
【０００７】
下水処理場などにおいて易脱水性汚泥の最初沈殿汚泥と難脱水性汚泥の余剰汚泥を混合して脱水する場合、脱水に先行して全ての汚泥を予め完全に可溶化させる完全可溶化処理システムを採用すれば、脱水ケーキ含水率は７０％未満となる場合もある。余剰汚泥を完全消滅または大幅に減容化するため、脱水性が非常に良い初沈汚泥の比率が大きくなるからである。しかしそのためには非常に大きなエネルギーが必要になる。難脱水性の余剰汚泥の細胞壁及び細胞外ポリマーは、液状の細胞内部の細胞質と比較して分解されにくく、これらを完全に可溶化するには大きなエネルギーが必要だからである。一般的に細胞外ポリマーの表面はマイナスの電荷を帯びており、脱水前処理の凝集反応においては、あたかもアニオンポリマーのように凝集を補助する働きをする。すなわち細胞外ポリマーは、汚泥の脱水性を高める作用をもつ。汚泥処理に当たっては脱水に寄与する物質まで可溶化する必要はない。
【０００８】
余剰汚泥を完全可溶化する方式は、細胞外ポリマー等や細胞壁等の可溶化しにくい有機性物質に対して大きなエネルギーを消費しながら可溶化し、可溶化した溶液に対しさらにエネルギーを消費しながら水処理系で酸化分解する。
汚泥を脱水した後に発生する脱水ケーキは、近年は焼却される場合が多い。一般的に下水汚泥等の有機性汚泥の脱水ケーキはカロリーが高くケーキ含水率約７６％以下では自燃する性質がある。必要以上に脱水ケーキの含水率を低下させる必要はない。つまり、必要以上に汚泥水処理系で汚泥を可溶化したり減容化する必要性はないということが言えるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。
本発明は、脱水性の異なる汚泥を混合して脱水することを内容とする汚泥の処理方法及び装置において使用される。下水処理場や各種廃水処理施設等では様々な種類の汚泥が生じる。例えば、高分子凝集剤だけで凝集させ、一般的なベルトプレス型脱水機で脱水処理した場合、ケーキ含水率が８０％以上になる汚泥、あるいはケーキ含水率が８０％未満になる汚泥などがある。かりに、ケーキ含水率が８０％以上になる汚泥を脱水しにくい難脱水性汚泥と言えば、８０％未満になる汚泥は脱水しやすい易脱水性汚泥と言うこともできる。こうした汚泥は近年、最終的には焼却処分されることが多いが、その前にはいったん脱水処理される。脱水処理は、脱水性の異なる汚泥であっても多くの場合、混合して一緒に行われる。
【００１０】
本発明では、混合に先行して、予め難脱水性汚泥の可溶化率を高める。可溶化率を高める具体的方法としては、オゾン注入や、超音波照射が採用される。
オゾン注入は、オゾン発生装置で発生したオゾンを散気板やエジェクタ等により汚泥槽内に注入する方式が一般的である。超音波照射は、超音波発振機で発生する超音波をホーンと称する棒状の発振体を介して汚泥に照射する方法が一般的である。
【００１１】
難脱水性汚泥の可溶化率は、ＭＬＳＳ換算で例えば８〜１５％にまで高めるとよい。ＭＬＳＳ換算とは｛１−（可溶化処理後の汚泥のＭＬＳＳ／可溶化処理前の汚泥のＭＬＳＳ）｝×１００をいう。ただし、設定する可溶化率はかなり変動する場合がある。実際には、該難脱水性汚泥のもともとの可溶化率、混合した後の汚泥の脱水性、水処理系に返流する際のＢＯＤ負荷の増加量、脱水前処理凝集用薬品コスト、脱水ケーキの焼却コスト等の関係をシミュレーションし、経済性にもっとも見合った値を選択するとよい。特に、難脱水性汚泥を可溶化するレベルとその可溶化後の汚泥の脱水成績の関係を把握することが必要である。汚泥性状、可溶化手段、脱水前処理用凝集方法、脱水手段等の諸条件により難脱水性汚泥が可溶化するレベルと脱水成績との関係は変化する。
このようにして可溶化率を高めた難脱水性汚泥は、常法に従って易脱水性汚泥と混合して脱水し、例えば焼却処分などに処する。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例を説明するが本発明はこれに限定されない。
図１は、Ａ食品加工工場の廃水処理施設の処理フローを示す図である。ここでは一日に平均８０ｔの汚泥が生じる。その内、水分は９８．５重量％、固形分は１．５重量％である。以下、図１に沿って説明する。
Ａ食品加工工場の廃水処理施設は、加圧浮上槽１と生物処理槽２と沈殿槽３と凝集混和槽４と凝集沈殿槽５と放流槽６と可溶化槽７と汚泥濃縮貯留槽８と脱水機９とが図に示すようにつながっている。
【００１３】
原水を加圧浮上槽１に導入する。加圧浮上槽１の分離水を生物処理槽２に流し込み、易脱水性の初沈汚泥を汚泥濃縮貯留槽８に入れるようになっている。生物処理槽２で生物処理し、活性汚泥を沈殿槽３に流し込む、沈殿槽３で生じた難脱水性の余剰汚泥１１は可溶化槽７へ送るとともに、一部は返送汚泥１２として生物処理槽２に返送する。沈殿槽３の上澄水は凝集混和槽４に送り込む。次いで、凝集物を凝集沈殿槽５で沈殿させ、ここで生じた易脱水性の沈殿物は汚泥濃縮貯留槽８に流し込む。沈殿物を除去して清澄になった水は放流槽６を経由して放流する。
沈殿槽３から可溶化槽７へ流し込んだ余剰汚泥１１には可溶化槽装置１８からオゾンの注入と超音波照射を行う。オゾンと超音波により可溶化率が高まった可溶化汚泥１３は汚泥濃縮貯留槽８に送り、初沈汚泥１０、凝集沈殿汚泥１４と混合し、得られた混合濃縮汚泥１６は脱水機９に送り、脱離液１５は生物処理槽２に戻す。脱水機９で脱水されたろ液１７は生物処理槽２に戻し、脱水ケーキは焼却処分する。
【００１４】
本施設において発生する汚泥は３種類存在する。そのうち加圧浮上槽１で発生する浮上汚泥１０と凝集沈殿槽５で発生する凝集沈殿汚泥１４は比較的脱水性が良い。しかし、沈殿槽３で発生する余剰汚泥１１は微生物主体であり難脱水性である。脱水機９はベルトプレス型脱水機であり、脱水ケーキは全量工場内で焼却処分される。該余剰汚泥の一部は可溶化槽７において可溶化することで、混合濃縮汚泥１６の脱水性を改善させた。可溶化装置１８は超音波とオゾンを組み合わせたタイプのものを使用した。あらかじめ行なった回分試験とシミュレーションの結果より、余剰汚泥１１の可溶化率（ＭＬＳＳ換算）を８〜１５％にした時に、混合汚泥の脱水性が最も効率的に向上し、システム全体のランニングコストが極小値をとることがわかった。
【００１５】
その時のオゾン注入率は２２〜３６mg- Ｏ3 ／g-SS、超音波周波数と出力はそれぞれ２０kHz 、３５〜４５kw／t-汚泥であった。余剰汚泥１１の可溶化率が常時８〜１５％に維持されるように可溶化装置１８を設定し、約３ケ月の間運転を行なった。また、本システムを採用する前には「可溶化処理なし」の条件と、「余剰汚泥完全可溶化処理」の条件で処理を行なった。表１に、本実施例の処理成績と、「可溶化処理なし」、および「余剰汚泥完全可溶化処理」の処理成績を示す。表１の数値はすべて運転期間中の平均値である。また「余剰汚泥完全可溶化処理」は回分試験とシュミレーション結果により 1日あたりに発生する余剰汚泥量の４倍量の汚泥に対して可溶化率２１％となるように可溶化処理を行うことで余剰汚泥の発生がなくなるという結果が出ている。
【００１６】
表１より、混合濃縮汚泥１６の脱水ケーキ含水率の平均値は、本実施例では７４．７％であった。本脱水ケーキは約７６．５％以下の含水率において自燃するので、脱水ケーキの焼却用燃料は非常に少なくなり、「可溶化なし」と比較して−２９千円／日の経費節約となった。また、汚泥が幾分減容化され、凝集性も改善されたことから脱水処理の前凝集に使用していた凝集剤の必要使用量が減少し、−４２千円／日の節約となった。可溶化処理に必要な動力コストは１３千円／日であった。可溶化処理水に含有するＢＯＤ成分が水処理系に返流することから、生物処理に使用する曝気装置の動力コストは千円／日アップした。システム全体のランニングコストとしては一日あたり５７千円の節約をすることが可能となった。本工場は１年間に約２７０日間稼動していることから、年間にして１５００万円以上の経費を節約できる計算となる。
【００１７】
一方、「余剰汚泥完全可溶化」の運転条件では脱水ケーキ含水率は平均７０．５％で非常に低含水率の脱水結果が得られたが、可溶化動力コストや曝気動力コストのアップ分が大きいために、薬品コストとケーキ焼却用コストの減少分をほぼ相殺したにすぎず、結果的には「可溶化なし」よりも一日あたり約千円のコストダウンにとどまった。また、処理水のＣＯＤ濃度は平均４８．８mg／ｌであり、放流水としては「可溶化なし」の２倍以上の数値となった。汚泥の完全可溶化処理は処理水のＣＯＤの大幅な増加を引き起こす結果となった。
この結果について推論を加えると、本発明システムでの、余剰汚泥可溶化レベルは余剰汚泥を構成する微生物の内、オゾンの影響を受け易いと思われる糸状性細菌を分断することで汚泥の沈降濃縮性を高め、フロックを形成している微生物群の細胞壁に亀裂を与える程度であると思われる。汚泥の脱水性にプラスに働く細胞外ポリマーや細胞壁自体の可溶化レベルは比較的小さく、可溶化処理や可溶化処理水の酸化分解処理に消費するエネルギーを必要最小限にとどめることができたと考えられる。そのため、混合汚泥の脱水性は適度に向上し、脱水ケーキの含水率は、自燃するレベルである約７６％以下を維持することができた。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【発明の効果】
本発明は、予め難脱水性汚泥の可溶化率を高め、次いで、易脱水性汚泥と可溶化率を高めた難脱水性汚泥とを混合して脱水するから、脱水性が異なる２種類以上の汚泥を含んで大量に処理する際、エネルギー効率よく脱水できる。
【００２０】
下水処理場や各種廃水処理施設等において、ランニングコストを最小限にし、さらに、地球環境に配慮するためにも消費されるエネルギーを最小限にすることは非常に重要な課題であるが、本システムは、下水処理場や各種廃水処理施設の水処理系、汚泥脱水系さらに脱水ケーキ焼却系のシステム全体で使われるランニングコストとエネルギー効率を鑑みて、難脱水性汚泥の余剰汚泥を必要十分な可溶化レベルに維持して運転することを特徴としており、非常に効率的且つ有効的な発明である。
可溶化率を維持する脱水システムを採用することにより、必要以上に汚泥の可溶化を行なわず、可溶化処理、水系処理に使用するエネルギーを最小限に抑えることができる上、汚泥の一部減容化が図れ、該混合汚泥の脱水性が向上することから、発生する脱水ケーキ量が減少し、脱水ケーキの処分費用が減少するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ食品加工工場の廃水処理施設の廃水処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１  加圧浮上槽
２  生物処理槽
３  沈殿槽
４  凝集混和槽
５  凝集沈殿槽
６  放流槽
７  可溶化槽
８  汚泥濃縮貯留槽
９  脱水機
１０  初沈汚泥
１１  余剰汚泥
１２  返送汚泥
１３  可溶化汚泥
１４  凝集沈殿汚泥
１５  脱離液
１６  混合濃縮汚泥
１７  脱水ろ液
１８  可溶化装置
【図１】
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