(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を酸発酵処理した後、固液分離し、該固液分離によって得た分離汚泥を可溶化処理し、次いで該可溶化処理で得た可溶化汚泥を嫌気性消化するとともに、前記嫌気性消化において生じた消化汚泥を、前記分離汚泥の可溶化処理に返送消化汚泥として送り、かつ前記酸発酵処理後の固液分離で分離された分離液を有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供給して処理することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法。
【請求項２】
有機性汚泥を導入して酸発酵する酸発酵槽、前記酸発酵槽から酸発酵汚泥を導入して分離汚泥と分離液に分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの分離汚泥を導入して可溶化する可溶化処理槽、前記可溶化処理槽からの可溶化汚泥を導入して嫌気性消化をする嫌気性消化槽を有し、前記嫌気性消化槽からの消化汚泥を可溶化処理槽に返送し、かつ前記の後段の固液分離装置からの分離液を有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供給する配管を有することを特徴とする有機性汚泥減量化装置。
【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、産業排水などの有機性汚水を生物学的に処理する工程から発生する余剰汚泥、下水混合生汚泥などの有機性汚泥を、省エネルギー的かつ高速度で減量できる新規技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、産業排水、し尿、ごみ埋立汚水などの活性汚泥処理施設から、大量の有機性汚泥（余剰汚泥、生汚泥など）が毎日発生しており、その量は日本全体で年間１０００万トンを上回る。余剰汚泥の処理及び処分が、環境問題における最大の問題点になっている。すなわち、この有機性汚泥の中でも余剰汚泥は非常に難脱水性であるため、多量の脱水助剤（ポリマーなど）を添加し、汚泥脱水機で水分８５％程度に脱水し、脱水ケーキを埋立処分するか、又は焼却処分しているが、脱水助剤コスト、脱水ケーキの埋立場所不足、焼却灰の処分場所の不足、焼却設備費、焼却用重油コストの高さなどの多くの問題点を抱えている。
【０００３】
このような問題を解決するため、特許公開公報に「オゾンを利用した余剰汚泥減量化法」が開示されている。この技術は、廃水の活性汚泥処理工程から、余剰汚泥発生量より多い量の活性汚泥を引き抜きオゾン酸化した後、そのまま活性汚泥処理工程に返送する方法である。
【０００４】
その他に、活性汚泥をアルカリ剤で加水分解させて汚泥の生物分解性を向上させる方法、活性汚泥を加熱して細胞を破壊する方法（水環境学会誌、２１巻６号ｐ３６０〜：好熱性微生物を利用した余剰汚泥が発生しない活性汚泥プロセス）、活性汚泥をミルで破砕する方法、汚泥を高圧ポンプ吐出口に設けた内径１〜２ｍｍ程度のノズルから板に対して高速噴射するウォータジェット法（麻生他；汚泥減量化システムの基礎検討；第３７回下水道研究発表会講演集ｐ４８２〜４８４、２０００年）、余剰汚泥にオゾンを添加するか超音波を照射して可溶化した後嫌気性消化する方法（土木学会第４１回年次学術講演会、昭和６１年１１月、ｐ９１５−）などが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、可溶化汚泥を好気性生物によって減量化するために曝気動力を多量に必要とするので、エネルギー消費が多いという問題があり、また可溶化汚泥を嫌気性消化処理によって減量化する場合にも、嫌気性消化処理の処理所要時間が長く、消化できない消化残渣がかなり残るという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、有機性汚水の生物処理工程から発生する余剰汚泥などの有機性汚泥を、高速度かつ省エネルギー的に高い減量効率で減量化できる新技術を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）有機性汚泥を酸発酵処理した後、固液分離し、該固液分離によって得た分離汚泥を可溶化処理し、次いで該可溶化処理で得た可溶化汚泥を嫌気性消化するとともに、前記嫌気性消化において生じた消化汚泥を、前記分離汚泥の可溶化処理に返送消化汚泥として送り、かつ前記酸発酵処理後の固液分離で分離された分離液を有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供給して処理することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法。
【０００７】
（２）有機性汚泥を導入して酸発酵する酸発酵槽、前記酸発酵槽から酸発酵汚泥を導入して分離汚泥と分離液に分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの分離汚泥を導入して可溶化する可溶化処理槽、前記可溶化処理槽からの可溶化汚泥を導入して嫌気性消化をする嫌気性消化槽を有し、前記嫌気性消化槽からの消化汚泥を可溶化処理槽に返送し、かつ前記の後段の固液分離装置からの分離液を有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供給する配管を有することを特徴とする有機性汚泥減量化装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を有機性汚水の活性汚泥処理施設から発生する余剰活性汚泥の減量化に適用した構成例を示すブロック図である。すなわち、図１では、活性汚泥処理施設（図示せず）からの余剰活性汚泥である汚泥１を減量化するための装置を示したもので、酸発酵菌による酸発酵処理をする酸発酵槽２、酸発酵槽２の後段に酸発酵汚泥３を固液分離する固液分離装置４があり、固液分離装置４で分離された分離汚泥５を超音波処理（８は超音波を示す、なお、超音波とは人間の耳の可聴周波数を超える、周波数（約１０ＫＨＺ以上）を持つ音波又は弾性波と定義される。）、オゾン酸化などによる可溶化処理をする可溶化処理槽７により可溶化し、その可溶化汚泥９をさらに後段の嫌気性消化槽１０に入れて消化し、発生する消化ガス１４を槽１０の頂部から系外へ排出するとともに、嫌気性消化槽１０内に設置した膜分離ユニット１１により消化脱離液が膜透過水１２として系外へ流出し、同時に消化されにくい可溶化濃縮汚泥分を消化汚泥１３として取り出し、その一部を返送消化汚泥１５として可溶化処理槽７へ返送する配管を備え、微量の未消化残差だけを廃棄消化汚泥１６として系外へ排出し、一方固液分離装置４から出る分離液６は、上向流嫌気性スラッジブランケット装置（以下「ＵＡＳＢ」という）１７の固定メタン菌によってメタン発酵されて消化ガス１９及び処理水１８として系外へ排出されるように処理するか、有機性汚水の生物処理工程の嫌気部又は無酸素部２０へ配管を経て返送供給するか、あるいは可溶化汚泥９の嫌気性消化槽１０へ供給するように構成されている。
【０００９】
本発明において、汚水を好気性微生物によって浄化する活性汚泥処理工程（生物脱リン法、生物学的硝化脱窒素法のように嫌気部を付帯するものも含む）の沈殿槽における沈殿汚泥の一部を引き抜き、酸発酵菌（通性菌）による酸発酵処理をする酸発酵槽２に供給し、所要時間滞留させる。活性汚泥の細胞壁を構成する主要成分は多糖類、たんぱく質であるが、多糖類は嫌気性消化されにくい。しかし、活性汚泥を酸発酵させると、多糖類は単糖類、低級脂肪酸、酢酸などの有機酸に変化する。また、たんぱく質はペプチド、アミノ酸、脂肪酸に変わる。
【００１０】
次に、酸発酵槽２から流出する酸発酵汚泥３を固液分離する。固液分離装置４は遠心分離、浮上分離、沈殿分離、膜分離などの各種分離手段を適用する。次いで、分離汚泥５を可溶化処理槽７に供給する。
可溶化処理槽における汚泥の可溶化手段としては、超音波処理、オゾン酸化、ミルなどによる汚泥すりつぶし、アルカリ処理、加熱処理など公知の余剰汚泥生物細胞壁の破壊、すなわち可溶化手段が採用できるが、特に超音波８による可溶化手段が最も可溶化コストが少なく、装置も簡単で、小さいものですむので好ましい。
【００１１】
超音波照射槽に供給して、超音波８を照射すると、汚泥細胞壁を効果的に破壊するため汚泥１が可溶化する。適性超音波周波数は、周波数が高すぎると汚泥可溶化効果が悪化することが認められ、１０〜１００ＫＨＺ、より好ましくは１５〜５０ＫＨＺが好適である。汚泥可溶化のための超音波照射エネルギーとしては、２〜１０Ｋｗｈ／ｋｇ・ＳＳが好適である。
超音波８による可溶化法において、固形物濃度には最適範囲が存在し、濃度１．５〜４％の範囲が適正範囲であった。この範囲の汚泥固形物濃度において、同一の超音波出力での汚泥細胞の破壊効果、言い換えると汚泥可溶化効果が向上することが認められた。
【００１２】
濃度が４％を超えると濃度が高くなり過ぎ、汚泥スラリの粘性が高くなりすぎ、流動性が悪化するため、汚泥への超音波照射の効果が不均一になる。また、固形物濃度が１．５％未満であること固形物濃度が少なすぎ、超音波のエネルギーが固形物の可溶化作用以外に無駄に消費される。超音波照射の時間は極めて短時間で充分であり、数分以下で良い。したがって超音波照射槽容積は非常に小さくてすむ。
超音波を照射すると、超音波エネルギーが最終的に熱に変わり、汚泥の温度が上昇するので、温度３５℃程度の液温が好適な中温メタン発酵処理に、超音波照射の温度上昇効果を利用でき好都合になる。
【００１３】
また、オゾンによって余剰汚泥１を可溶化する場合、酸発酵槽２後の分離汚泥５をあらかじめ酸素含有ガスで曝気し、酸化還元電位（ＯＲＰ）を高めてからオゾン酸化すると、汚泥１以外の硫化水素などの還元性物質が減少し、汚泥可溶化のためのオゾン所要量が減少できる。このように、好気性状態にした酸発酵汚泥をオゾンで可溶化する場合のオゾンの注入率は、汚泥固形物重量１ｋｇあたり２０〜６０ｇオゾンで良い。
【００１４】
酸発酵汚泥を可溶化処理すると、酸発酵菌および酸発酵菌によって液化できなかった活性汚泥分の粒子系が微細化し、また細胞壁が破壊されるため、嫌気性消化菌が資化しやすくなる。
次に酸発酵後の分離液６の有機成分は、有機酸が主成分になっているので、ＵＡＳＢ１７などの固定化メタン菌を利用するメタン発酵法によって、きわめて高速度でメタンガス、炭酸ガスに分解される。ＵＡＳＢ法においては、原水中の高濃度のＳＳ分は障害になるが、本発明では、固液分離されたＳＳが少ない分離液を供給できるので、このような障害はない。なお酸発酵汚泥の分離液６を、可溶化汚泥の嫌気性消化槽１０に供給して、一緒に嫌気性消化処理しても当然良い。又は酸発酵槽２のあとの分離液６を、有機性汚水の生物学的処理工程の無酸素部又は嫌気部２０に供給し、生物脱リン菌からのリン吐き出しの促進のための有機炭素源、又は生物学的脱窒素菌のための有機炭素源に利用することも好適な実施態様である。
【００１５】
ＵＡＳＢ装置１７内において、ブランケットを形成しているメタン菌グラニュールの固形物濃度は、７５０００〜９００００ｍｇ／リットルと非常に高濃度であり、このため有機物負荷は、約３０ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ3 という著しく高い負荷を採ることができる。そのため、本発明の余剰汚泥可溶化後の固液分離液１３を処理する場合、ＵＡＳＢ装置１７の滞留時間は、温度３５℃において数時間という短時間で十分なメタン発酵処理が可能である。
【００１６】
固定化メタン菌を利用する方法としては、メタン生成菌の自己固定化（自己造粒）現象を利用するＵＡＳＢ法が最適であるが、粒状セラミック、粒状活性炭、粒状ゼオライトなどの微生物付着担体を用いる嫌気性流動層法、嫌気性固定床法を適用しても良い。図１にはＵＡＳＢ法を例示してある。
【００１７】
またオゾン、超音波８などで可溶化処理された汚泥分は、嫌気性菌による生分解性が増加しているので、嫌気性消化槽１０において高速度かつ高分解効率で嫌気性消化が進む。
図１の嫌気性消化槽１０は攪拌されており、内部に膜分離ユニット１１が設置されている。嫌気性消化槽１０の汚泥はこの膜分離ユニット１１で固液分離され、消化脱離液が膜透過水１２として流出する。
本発明における可溶化汚泥を嫌気性消化する場合の所要滞留日数は、温度３５℃において３日で十分である。この結果、トータルの処理速度は、従来方式に比較して大幅に向上し、全体の処理槽容積も縮小される。
【００１８】
嫌気性消化槽１０には、可溶化濃縮汚泥の嫌気性消化によって消化されにくい分が残渣として蓄積されるので、適宜引き抜き、これを可溶化処理槽７に返送し可溶化すると、再び嫌気性消化可能の性状になり、嫌気性消化槽１０において分解される。この結果、未消化残渣量が減少し、ほとんど未消化残渣が発生しなくなる。本発明者等の実験によれば、余剰活性汚泥を本発明によって減量化処理すると、最終的に系外に廃棄しなければならない汚泥量は、投入余剰活性汚泥１ｋｇあたり０．０７〜０．０９ｋｇに過ぎなかった。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、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。
【００２０】
実施例１
下水の活性汚泥処理施設から排出される余剰活性汚泥を対象に試験した。
試験条件を第１表に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
以上の条件で運転を行った結果、嫌気性消化槽から系外に廃棄しなければならない汚泥量は、固形物基準で４６ｇ・ＳＳ／ｄであった。余剰汚泥処理量は７００ｇ・ＳＳ／ｄであるので、汚泥減量化率は９３％と優秀であった。
ＵＡＳＢ処理水の水質はＢＯＤ１５０ｍｇ／リットル、汚泥嫌気性消化槽の脱離液水質は２３０ｍｇ／リットルと良好であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の（１）〜（３）の効果が得られた。
（１）余剰活性汚泥などの有機性汚泥が、高速度かつ省エネルギー的に高度に減量化できる。
（２）したがって、汚泥脱水・焼却工程が大幅に合理化される。
（３）生成メタンガスを燃料にして発電できるので、得られた電力を汚泥可溶化のための超音波発生用電力、オゾン発生器用電力として利用でき、外部から購入する電力が削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性汚泥の減量化装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  汚泥（余剰活性汚泥）
２  酸発酵槽
３  酸発酵汚泥
４  固液分離装置
５  分離汚泥
６  分離液
７  可溶化手段
８  超音波
９  消化ガス
１０  嫌気性消化槽
１１  膜分離ユニット
１２  膜透過液
１３  消化汚泥
１４  消化ガス
１５  返送消化汚泥
１６  廃棄消化汚泥
１７  ＵＡＳＢ
１８  処理水
１９  消化ガス
２０  有機性汚水の生物処理工程の嫌気部又は無酸素部
【図１】
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