(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する汚泥を加熱容器に連続的に供給し、加熱容器内で８０〜２５０℃で滞留時間３０秒〜２０分で加熱処理した後、汚泥を加熱容器の外部に放出して液状の破砕汚泥とするための汚泥を破砕する方法であって、放出直前の汚泥は１〜２０kgf/cm2の加圧状態であり、汚泥の放出により加熱容器内の内圧が低下した後、放出口に設けられた開閉弁が閉じることにより加熱容器内が設定値まで加圧されることを特徴とする汚泥の破砕方法。
【請求項２】
有機物を含有する汚泥を加熱するための加熱容器と、その汚泥を加熱容器に連続的に供給するための汚泥供給装置と、加熱容器内の汚泥を加熱するための加熱手段とからなる汚泥の破砕装置であって、加熱容器には加熱処理され、１〜２０kgf/cm2の加圧状態である汚泥を放出し液状の破砕汚泥とするための放出口が設けられており、放出口には加熱容器の内圧、内温もしくは時間が設定値に達した際に開き、それ以外では閉じるように制御される開閉弁が設けられてなることを特徴とする汚泥の破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理施設等から発生する有機物を含有する汚泥（以下有機性汚泥という。）の破砕方法及びこれを破砕するための破砕装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場等の排水処理施設からは、排水処理に従って、最終沈殿池由来の生汚泥や生物処理槽由来の余剰汚泥等の有機性汚泥が多量に発生する。従来、これらの有機性汚泥は、濃縮・脱水した後、産業廃棄物として埋立処理されてきた。しかし、近年、埋立地の確保が困難となってきており、これらの有機性汚泥を減量化することが求められている。
【０００３】
汚泥の減量化方法としては、嫌気性消化法や好気性消化法によって処理する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、嫌気性消化法は、嫌気性微生物の働きにより、汚泥中の有機物を最終的にメタンガスと炭酸ガスにまで分解する方法で、有機物を分解するのに酸素を必要としないため曝気が不要であり、また、メタンガスとしてエネルギーを回収できるため、経済的に優れた方法である。しかしながら、嫌気性微生物による汚泥の分解速度が非常に遅く、３０日程度の滞留時間が必要となるため、大型の消化槽が必要となり、さらに、３０日を費やしても減量化率は５０〜６０％に過ぎないという問題点があった。また、好気性消化法は、有機物の分解に酸素を必要とするため、運転費用がかかることに加えて、嫌気性消化法に比べれば短いが、２０日程度の滞留時間が必要であり、同様に減量化率は５０〜６０％に過ぎないという問題点があった。
【０００４】
こうした問題点を解消するために、返送又は嫌気性消化する前に、汚泥を破砕して可溶化し、生分解性を向上させて生物処理における分解速度を高める方法が提案されており、例えば、有機性汚泥を、湿式媒体攪拌式ミルで破砕することが提案されている（特公平４−１５０４０号公報参照）。
【０００５】
しかし、湿式媒体攪拌ミル処理では、破砕可能な汚泥が、濃縮汚泥のようにある程度の流動性をもったものに限られ、脱水汚泥のような流動性の乏しいものは破砕することができないという問題点があった。
また、有機性汚泥を加熱・加圧・膨化することにより汚泥を流状体にすることが提案されている（特開昭５５−７２７１８号公報参照）。
【０００６】
しかし、従来、この方法においては、回分式で処理を行っていたため、大規模な設備が必要となるという問題点があった。さらに、滞留時間が長時間となるため、難分解性の着色成分が発生し、このため、破砕物を生物処理した場合、その処理水質が着色成分によって悪化するという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機性汚泥を、その流動性に関わらず、小規模な設備で、難分解性の着色成分の発生を伴わずに破砕できる汚泥の破砕方法及び破砕装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、加熱して汚泥を破砕する方法において、加熱容器に有機性汚泥を連続的に供給し、短時間で加熱した後、加圧状態の汚泥を外部に放出させることにより、難分解性の着色成分の発生を伴わずに汚泥を破砕することができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、第１の本発明は有機物を含有する汚泥を加熱容器に連続的に供給し、加熱容器内で８０〜２５０℃で滞留時間３０秒〜２０分で加熱処理した後、汚泥を加熱容器の外部に放出して液状の破砕汚泥とするための汚泥を破砕する方法であって、放出直前の汚泥は１〜２０kgf/cm2の加圧状態であり、汚泥の放出により加熱容器内の内圧が低下した後、放出口に設けられた開閉弁が閉じることにより加熱容器内が設定値まで加圧されることを特徴とする汚泥の破砕方法を要旨とするものである。
また、第２の発明は有機物を含有する汚泥を加熱するための加熱容器と、その汚泥を加熱容器に連続的に供給するための汚泥供給装置と、加熱容器内の汚泥を加熱するための加熱手段とからなる汚泥の破砕装置であって、加熱容器には加熱処理され、１〜２０kgf/cm2の加圧状態である汚泥を放出し液状の破砕汚泥とするための放出口が設けられており、放出口には加熱容器の内圧、内温もしくは時間が設定値に達した際に開き、それ以外では閉じるように制御される開閉弁が設けられてなることを特徴とする汚泥の破砕装置を要旨とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の処理対象となる有機性汚泥としては、有機物を含有するものであれば特に限定されるものではなく、排水処理施設より排出される生汚泥、余剰汚泥、消化汚泥の他、それらの混合汚泥、濃縮汚泥及び脱水汚泥等が挙げられる。
【００１１】
本発明においては、有機性汚泥を加熱容器に連続的に供給することが必要であり、連続的に供給することにより小規模な設備で処理を行うことができ、さらに短い滞留時間で汚泥を加熱・加圧するため、着色成分の発生を抑えることができる。
【００１２】
加熱処理の条件としては、加熱容器の内温としては、８０〜２５０℃であることが必要であり、特に１００〜２００℃であることが好ましい。処理槽の内温が８０℃より低いと、有機物の熱変性が十分に進行しないため、十分な破砕効果を得ることができない。また、２５０℃より高いと、運転費用及び設備費が高くなることに加えて、難分解性の着色成分が発生しやすくなる。
【００１３】
加熱容器の内圧としては、１〜２０kgf/cm2であることが必要である。本発明においては、加熱容器に特に圧力を加えなくても加熱により発生する蒸気により加熱容器内は適当な内圧に保たれるが、場合によっては、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等をボンベやコップレッサーなどの装置を用いて加熱容器へ送り込むことによって、加圧してもよい。加熱容器の内圧が１kgf/cm2未満の場合には、汚泥を放出する際に外部装置によって圧力を加えることが必要となるために好ましくない。また、５０kgf/cm2より大きくしても、破砕効果はほとんど変わらず、運転費用及び設備費が高くなるだけであるので好ましくない。
【００１４】
また、滞留時間としては、３０秒〜２０分とすることが必要であり、特に３０秒〜１０分とすることが好ましい。滞留時間は短いほど設備は小型となり望ましいが、３０秒未満とすると有機物の熱変性が十分に進行しないため、十分な破砕効果を得ることができない。また、２０分より長くすると熱変性が過度に進行するため、難分解性の着色成分が発生する。
【００１５】
加熱容器から汚泥を放出する際には、放出直前の汚泥が加圧状態であることが必要であり、加熱処理を加圧状態で行っていない場合には、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等をボンベやコンプレッサーなどの装置を用いて加熱容器へ送り込むことによって加圧すればよい。
【００１６】
このようにして破砕処理した有機性汚泥は、汚泥を構成する微生物や有機性の粒子が破砕されて生分解性が向上しているため、各種の好気性及び嫌気性の生物処理により分解処理することが可能である。また、難分解性の着色成分が発生していないため、破砕汚泥を生物処理してもその処理水質が着色成分によって悪化するという問題はない。また、有機物以外に窒素やリン等も可溶化されているため、固液分離した後の上清から、これらを凝集沈澱や晶析等を行うことにより回収することもできる。
【００１７】
次に、本発明の破砕装置を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の有機性汚泥の破砕装置の一例を示す模式図である。
図１においては、有機性汚泥を加熱処理するための加熱容器２と、加熱容器２に有機性汚泥を連続的に供給するための汚泥供給装置１が設けられており、加熱容器２には加熱処理された有機性汚泥を放出するための放出口３が設けられており、放出口３には、加熱容器内の有機性汚泥の放出を制御する開閉弁４が設けられている。
【００１８】
汚泥供給装置としては、加熱容器に汚泥を連続的に供給できるもの、すなわち、加熱容器で設定した圧力以上の吐出圧をもち、吐出側に逆止弁等の逆流を防ぐ機構を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、排水処理施設において脱水汚泥の輸送用として一般的に使用される一軸ねじポンプ、ピストンポンプ等が挙げられる。脱水汚泥の輸送用の装置は、有機性汚泥の流動性に関わらず、汚泥を輸送することが可能であるので好ましいが、処理する有機性汚泥が、充分に流動性をもつ場合には、流動性の汚泥に適した装置を用いればよく、特に脱水汚泥の輸送用の装置とする必要はない。
【００１９】
加熱容器としては、汚泥を放出するための開閉弁を有する放出口を有するものであれば特に限定されるものではなく、任意の形状のものを使用することができる。加熱容器内の有機性汚泥を加熱するための加熱手段としては、電熱ヒーター、スチームジャケット等の一般的な加熱手段を用いることができる。これらの加熱手段は加熱容器内の汚泥を効率よく加熱できるよう、加熱容器を均一に加熱するように配置されていることが好ましい。また、加熱容器内の汚泥が均一に加熱されるように、加熱容器には、加熱容器内の汚泥を攪拌する攪拌装置を設けることが好ましい。
【００２０】
排出口に設けられた開閉弁としては、加熱容器の内圧、内温もしくは滞留時間が設定値に達した際に開き、それ以外では閉じるように制御されていることが必要であり、このように開放弁を制御することにより、連続的に汚泥を供給しながら処理をすることが可能となる。
【００２１】
また、加熱容器には、加熱容器の内圧及び内温を測定するための内圧計及び内温計を備えておくことが好ましい。これらは特に限定されるものではないが、加熱容器の内部は、加熱及び加圧状態になるため、オートクレーブ等の圧力容器に使用されるものが適している。
【００２２】
【作用】
本発明においては、有機性汚泥を加熱して汚泥を構成する微生物や有機物を適度に熱変性させ、物理的に破砕されやすい状態にした後、加圧状態の汚泥を外部に放出することにより、放出時の圧力差等によって汚泥が破砕される。さらに、汚泥を連続的に供給しているため、汚泥の放出による加熱容器の内温や内圧の低下はわずかであり、すぐに設定値まで回復するため、汚泥を短時間で効率よく熱変性させることができ、着色成分の発生を抑えることができる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、実施例において、破砕汚泥の全有機物あたりの溶解性ＴＯＣ量（ｍｇＴＯＣ／ｇＶＳ）は以下のようにして測定した。
すなわち、破砕処理した汚泥の全有機物量（ＶＳ）と、それぞれの汚泥を３，０００ｒｐｍ×２０分間で遠心分離した後の上清中に含まれるＴＯＣ量（溶解性ＴＯＣ）を測定し、全有機物あたりの溶解性ＴＯＣ量（ｍｇＴＯＣ／ｇＶＳ）を算出した。
【００２４】
実施例１、比較例１〜２
図１は本発明の有機性汚泥の破砕装置の一例を示す図であり、図１において１は汚泥供給装置であり、２は加熱容器であり、加熱容器２の下端には加熱処理した汚泥を外部に放出するための放出口３が設けられており、放出口３には汚泥の放出を制御する開閉弁４が設けられている。また、加熱容器２には、加熱容器内の汚泥を攪拌するための攪拌装置５と、加熱容器の内圧及び内温を測定するための内圧計６及び内温計７が取り付けられており、加熱容器２の加熱は加熱装置８によって行われる。なお、汚泥供給装置１としてはモーノポンプ（兵神装備株式会社製）を、加熱容器２としてはスタチックミキサー付きステンレス配管（容量：１５０ｍｌ）に開閉弁、内温計、内圧計を取り付けたものを、加熱装置８としては電熱ヒーターを用いた。
【００２５】
この有機性汚泥の破砕装置を用いて団地排水の活性汚泥処理施設の余剰汚泥（濃度１．２％）を破砕処理した。
汚泥供給装置から加熱容器に、３７．５ｍｌ／分で汚泥を連続的に供給し、加熱容器の内温１７０℃、内圧８±１kgf/cm2 、滞留時間４分で破砕した（実施例１）。
また、比較として、同じ余剰汚泥を、オートクレーブを用いて破砕処理した。処理は温度１７０℃、圧力８±１kgf/cm2 、滞留時間６０分で行った（比較例１）。また、同じ余剰汚泥を、Willy A. Bachofen 社製の湿式媒体撹拌ミル（DYNO-MILL KDL 型）を用いて破砕処理した。破砕媒体としては、粒径０．５〜０．７５ｍｍφのガラスビーズを用い、ビーズ充填率８５％、ディスク先端周速６．８ｍ／ｓ：滞留時間２分、温度１０±２℃）で破砕処理した（比較例２）。
【００２６】
それぞれの破砕物の破砕状態を確認するため、破砕汚泥の全有機物あたりの溶解性ＴＯＣ量を測定した結果、本発明の破砕装置を用いて破砕したものでは１３６mgTOC/gVS であったのに対し、オートクレーブ破砕したものでは３９５mgTOC/gVS 、湿式媒体撹拌ミル破砕したものでは７７mgTOC/gVS であった。この結果から、本発明の装置を用いて汚泥を破砕すると、オートクレーブ破砕した場合に比べて破砕率は良くないものの、ミル破砕を行った場合より破砕が進んでいることがわかる。
【００２７】
また、それぞれの破砕汚泥を固液分離し、その上清中の溶解性ＴＯＣ量が５００ｍｇ／Ｌとなるように調節した後、回分式の活性汚泥処理（回分槽  ２Ｌ、MLSS  ２，０００ｍｇ／Ｌ、曝気量  ０．７５Ｌ／ｍｉｎ、処理時間  ２４時間）を行った。この間の溶解性ＴＯＣ量の経時変化を測定した。
その結果を図２に示す。図２は、活性汚泥処理による溶解性ＴＯＣ量の経時変化を示す図であり、縦軸に溶解性ＴＯＣの分解率を、横軸に時間を示している。図２から、本発明の破砕装置で汚泥を破砕した場合（実施例１）には溶解性ＴＯＣの８９％が、湿式媒体撹拌ミルを用いて破砕した場合（比較例２）には８５％が分解されるが、オートクレーブで破砕した場合（比較例１）には６９％しか分解されないことがわかる。
また、活性汚泥処理後の上清は、本発明の破砕装置及び湿式媒体撹拌ミルで用いて汚泥を破砕した場合には無色であったが、オートクレーブで破砕した場合は褐色であり、オートクレーブ処理により難分解性の着色成分が生成していることがわかる。
【００２８】
実施例２、比較例３
団地排水の活性汚泥処理施設の脱水汚泥（濃度２０％）を、実施例１と同じように本発明の装置を用いて破砕した。その結果、汚泥は良好に破砕され、溶解性ＴＯＣ量は１２５mgTOC/gVS であった（実施例２）。
また、比較のため、同じ脱水汚泥を比較例２と同様に湿式媒体撹拌ミルでの試みたが、破砕することができなかった（比較例３）。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性汚泥を、その流動性に関わらず、小規模な設備で、難分解性の着色成分の発生を伴わずに破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性汚泥の破砕装置の一例を示す模式図である。
【図２】活性汚泥処理による溶解性ＴＯＣ量の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１  汚泥供給装置
２  加熱容器
３  放出口
４  開閉弁
５  攪拌装置
６  内圧計
７  内温計
８  加熱装置
【図１】
0003695912.tif 000002
【図２】
0003695912.tif 000003