(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬型膜分離装置を備えた好気性消化槽に生物汚泥を含む有機性汚泥を導入し、好気的に生物処理する好気性消化工程と、
好気性消化工程で生物処理した好気性消化汚泥をオゾン処理するオゾン処理工程と、
オゾン処理工程でオゾン処理したオゾン処理汚泥を嫌気性消化槽において嫌気的に生物処理する嫌気性消化工程と、
嫌気性消化工程で生物処理した嫌気性消化汚泥を濃縮汚泥と分離液とに固液分離する固液分離工程と、
固液分離工程で分離した濃縮汚泥の一部を好気性消化槽に返送し、残部を嫌気性消化槽に返送する返送工程と
を含む有機性汚泥の消化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚泥の消化方法、特に難生物分解性の生物汚泥を含む有機性汚泥の生物消化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性排水の好気性処理または嫌気性処理により発生する生物汚泥は、生物処理を経ているため生物学的に安定であって難生物分解性であり，その処理は困難である。このような生物汚泥を含む有機性汚泥の消化方法として、メタン発酵などの嫌気性消化を行う方法があり、通常汚泥の分解率は４０％程度である。汚泥の分解率を向上させる目的で、オゾン処理、ボールミル処理、超音波処理、熱処理などの前処理する方法が提案されているが、これらの前処理を行う方法でも汚泥の分解率は５０〜６０％程度が限界であり、またコストが高いという問題点がある。
前処理する方法以外の方法として、嫌気性消化した汚泥を濃縮し、この濃縮汚泥を嫌気性消化槽に返送し、嫌気性消化槽内の汚泥濃度を増加させる方法も提案されている。しかし、この方法においても汚泥の分解率は６０％程度が限界である。
【０００３】
さらに別の方法として、特開平９−１３６１００号には、嫌気性消化汚泥をオゾン処理し、このオゾン処理汚泥を好気性消化する方法が記載され、原汚泥重量の９０％以上が減量化されることが記載されている。
しかし上記従来の方法では、嫌気性消化汚泥に含まれる多量の硫化水素によりオゾンが多量に消費されるため、コストが高いという問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、生物汚泥を含む有機性汚泥を低コストで、しかも高分解率で消化することができる有機性汚泥の消化方法を提案することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、浸漬型膜分離装置を備えた好気性消化槽に生物汚泥を含む有機性汚泥を導入し、好気的に生物処理する好気性消化工程と、
好気性消化工程で生物処理した好気性消化汚泥をオゾン処理するオゾン処理工程と、
オゾン処理工程でオゾン処理したオゾン処理汚泥を嫌気性消化槽において嫌気的に生物処理する嫌気性消化工程と、
嫌気性消化工程で生物処理した嫌気性消化汚泥を濃縮汚泥と分離液とに固液分離する固液分離工程と、
固液分離工程で分離した濃縮汚泥の一部を好気性消化槽に返送し、残部を嫌気性消化槽に返送する返送工程と
を含む有機性汚泥の消化方法である。
【０００６】
本発明において処理の対象となる有機性汚泥は生物汚泥を含む有機性汚泥であり、生物汚泥を主要成分として含む汚泥が好ましく、生物汚泥のほかに他の有機物および／または無機物を含んでいてもよい。生物汚泥としては下水、し尿、産業排水等の有機性排水の生物処理によって生成する汚泥があげられ、活性汚泥、消化汚泥などがこれに含まれる。有機性汚泥はこのような生物汚泥を含む汚泥であり、生物汚泥のほかに下水等の沈澱汚泥などの他の有機または無機物を含む汚泥との混合汚泥でもよい。このような汚泥には水処理等によって発生するスラリー状の汚泥のほかに、これを脱水処理した脱水ケーキも含まれる。
【０００７】
本発明の好気性消化工程は生物汚泥を含む有機性汚泥および後段の返送工程から返送される濃縮汚泥を好気性消化槽に導入して槽内の生物汚泥と混合し、曝気して好気的に生物処理する工程である。曝気方法としては、通常の空気による曝気法、酸素富化空気よる曝気法などが採用できる。
【０００８】
好気性消化工程では、微生物細胞内の蓄積有機物、汚泥粘物質などが生物的に消化され、汚泥の可溶化、減量化が促進される。この反応は滞留時間が長いほどよいが、あまり長すぎると後段の嫌気性消化工程でのメタンガスの発生量が減少し、資源の回収率が低下するので、好気性消化工程の滞留時間は通常１時間以上、好ましくは６〜４８時間とするのが望ましい。
【０００９】
有機性汚泥は、通常運搬や貯留中に腐敗している場合が多く、このため硫化水素が含まれており、また嫌気性消化汚泥にも多量の硫化水素が含まれている。本発明では硫化水素を含むこれらの汚泥を好気性消化工程において好気的に処理することにより、汚泥中の硫化水素は生物的に硫酸に酸化される。硫化水素の酸化のために必要な滞留時間は通常１時間程度である。また好気性消化により、溶解性の生分解可能な有機物のほとんどが分解される。
【００１０】
好気性消化槽には浸漬型膜分離装置が浸漬配置される。この浸漬型膜分離装置は分離膜を有し、この膜が槽内液に浸漬された状態で槽内液から水を濾過して汚泥と分離する装置である。この浸漬型膜分離装置は好気性消化槽内に設けられた散気装置により引き起こされる曝気による水流を分離膜面に当てることにより、膜面への懸濁物質の濃縮を防止しながら濾過を行うように構成されているのが好ましい。濾過はポンプ等の吸引手段などにより行うことができる。浸漬型膜分離装置で分離された水は処理水として系外へ排出される。好気性消化槽にはバッフル板等の隔壁を設けることができる。
【００１１】
膜分離装置の膜の種類としては、限外濾過（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜などが使用できる。膜の材質としては酢酸セルロース（ＣＡ）膜、ポリアミド（ＰＡ）膜、アラミド膜、ポリスルホン膜、親水性ポリエチレンなど任意の材質の膜が使用できる。また膜の形状としては平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜など任意の形状のものが使用できる。
【００１２】
オゾン処理工程は、好気性消化工程で処理した好気性消化汚泥をオゾンと接触させてオゾン処理する工程である。通常好気性消化槽の槽内液をそのままオゾン処理槽に導入してオゾンと接触させることができる。接触方法としては、オゾン処理槽に好気性消化汚泥を導入してオゾンを吹き込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。オゾン処理により汚泥は易生物分解性の有機物に改質される。
【００１３】
オゾン処理の条件は特に限定されないが、オゾン使用量を０．００２〜０．０５ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．００５〜０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳとして処理を行うのが望ましい。またｐＨが５以下であるのが好ましい。
【００１４】
本発明では、オゾン処理の対象となる好気性消化汚泥中には硫化水素および溶解性の有機物がほとんど含まれていないので、このような好気性消化汚泥をオゾン処理しても硫化水素の酸化などにオゾンが無駄に消費されるということはない。また好気性消化汚泥は浸漬型膜分離装置により濾過されて水が除かれているので、処理する量が少なくなっている。従って、少ないオゾン量で低コストで効率よくオゾン処理することができる。
【００１５】
嫌気性消化工程はオゾン処理工程でオゾン処理したオゾン処理汚泥を嫌気性消化槽において嫌気的に生物処理する工程である。嫌気性消化工程では、オゾン処理汚泥中の易生物分解性有機物およびその他の有機物が有機酸生成およびメタン生成の段階を経て分解され、メタンに変換される。嫌気性消化は有機酸生成とメタン生成を別々の反応槽で行う二相方式で行うこともできるし、１つの反応槽で行う一相方式で行うこともできる。
【００１６】
嫌気性消化としては、通常の嫌気性消化法に用いられる浮遊法が一般に採用できるが、固定床法、流動床法、ＵＡＳＢ法などの高負荷嫌気性生物処理などを採用することもできる。嫌気性消化の処理条件は特に制限されず、通常の嫌気処理の条件が採用できる。例えば、温度は３０〜６０℃とすることができる。３０〜４０℃では中温性のメタン発酵菌が作用し、４５℃〜６０℃では高温性のメタン発酵菌が作用する。滞留時間は５〜３０日、好ましくは１０〜２０日、ｐＨは６〜８．５、好ましくは７〜８とするのが望ましい。
【００１７】
本発明における嫌気性消化では、前記好気性消化工程において浸漬型膜分離装置により水を濾過して分離しているので、嫌気性消化処理する汚泥の容量が少なくなっている。このため嫌気性消化槽を小さくすることができるほか、加温に使用する熱量も少なくなり、低コストで効率的な処理が可能である。
【００１８】
固液分離工程では嫌気性消化汚泥を濃縮汚泥と分離液とに固液分離を行う。固液分離手段としては沈殿分離、加圧浮上、遠心分離、ＭＦ膜およびＵＦ膜など、通常の固液分離手段が採用できる。沈殿分離または加圧浮上などを採用する場合、メタン発酵菌は酸素に弱いため、空気にできるだけ触れないようにするのが好ましい。また遠心分離などを採用する場合、分離液中のＳＳ濃度を低減するため、高分子凝集剤を併用することが好ましい。
【００１９】
固液分離工程で分離した分離液は処理水として系外へ排出し、濃縮汚泥は返送工程として、一部を好気性消化工程の好気性消化槽に返送し、残部を嫌気性消化工程の嫌気性消化槽に返送する。また一部を系外へ引き抜いて脱水などの他の処理を行ってもよい。
【００２０】
濃縮汚泥の返送の割合は、嫌気性消化槽における汚泥濃度および滞留時間などにより変わるが、好気性消化槽に返送する量よりも嫌気性消化槽に返送する量を多くするのが好ましい。例えば、嫌気性消化槽における汚泥濃度１％、滞留時間２０日の場合、濃縮汚泥の１０〜３０％程度を好気性消化槽に返送し、７０〜９０％を嫌気性消化槽に返送するのが望ましい。
【００２１】
本発明の方法では好気性消化汚泥をオゾン処理しているので、オゾンが硫化水素の酸化に無駄に消費されることはなく、このためオゾンの使用量を少なくして低コストで処理することができる。
また本発明の方法では浸漬型膜分離装置により水を好気性消化槽から引き抜いているので、硫黄化合物が硫酸イオンの形で処理水として好気性消化槽から引き抜かれる。これに対して、好気性消化槽から処理水を引き抜かない場合は、硫黄化合物は再び嫌気性消化槽へ流入してＳ2-となり、鉄などの金属イオンと不溶性塩を形成して系内に蓄積してしまう。従って、好気性消化槽から浸漬型膜分離装置により水を引き抜くことにより、汚泥を高分解率で消化することができる。このため、嫌気性消化工程での汚泥の分解率が９０％以上に向上し、汚泥を完全に消化することも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、生物汚泥を含む有機性汚泥を好気性消化したのちオゾン処理し、このオゾン処理汚泥を嫌気性消化したのち固液分離し、濃縮汚泥の一部を好気性消化、残部を嫌気性消化処理に返送しているので、有機性汚泥を低コストで、かつ高分解率で消化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は実施形態の有機性汚泥の消化装置を示す系統図である。図１において、１は好気性消化槽であり、槽内に浸漬型膜分離装置２が浸漬配置されている。３はオゾン処理槽、４は嫌気性消化槽、５は固液分離槽である。
【００２４】
図１の装置で生物汚泥を含む有機性汚泥を処理するには、汚泥導入路１１から生物汚泥を含む有機性汚泥を好気性消化槽１に導入するとともに、返送汚泥路１２から返送される濃縮汚泥を好気性消化槽１に導入して槽内の生物汚泥と混合し、酸素供給路１３から供給される空気を散気装置１４から散気し、好気的に生物処理する。このようにして汚泥を好気性消化するとともに、ポンプ１５を駆動し、分離膜１６を透過させて水を濾過する。濾過水は排水路１７から系外へ排出する。
【００２５】
好気性消化槽１の槽内液は好気性消化汚泥として連絡路２１から取り出し、オゾン処理槽３に導入する。オゾン処理槽３ではオゾン発生器２２で発生させたオゾンをオゾン供給路２３から導入し、連絡路２１から導入される好気性消化汚泥と接触させてオゾン処理する。オゾン排ガスはオゾン排ガス路２４から排出する。オゾン処理汚泥は、連絡路２５から嫌気性消化槽４に導入する。
【００２６】
嫌気性消化槽４では連絡路２５から導入されるオゾン処理汚泥および返送汚泥路２６から返送される濃縮汚泥を導入し、槽内の生物汚泥と混合し、嫌気性を維持して嫌気性消化を行う。嫌気性消化を中温性のメタン発酵菌により行う場合は加熱手段（図示せず）により３０〜４０℃に加温し、高温性のメタン発酵菌により行う場合は４５℃〜６０℃に加温する。生成するメタンガスはメタンガス排出路２７から排出する。
【００２７】
嫌気性消化汚泥は連絡路２８から固液分離槽５に導入し、分離汚泥と分離液とに固液分離する。分離汚泥は濃縮汚泥とし、その一部は返送汚泥路１２から好気性消化槽１に返送し、残部は返送汚泥路２６から嫌気性消化槽４に返送する。余剰汚泥が生じる場合は汚泥排出路２９から排出する。分離液は排水路３０から排出する。
【００２８】
上記のような処理方法では、有機性汚泥および濃縮汚泥に含まれる硫化水素は好気性消化槽１で酸化されて硫酸に変換されるので、オゾン処理槽３に硫化水素が導入されることはなく、このためオゾンが硫化水素の酸化のために無駄に消費されることはなく、オゾンの使用量を少なくして低コストでオゾン処理することができる。また浸漬型膜分離装置２により水を濾過して好気性消化槽１から引き抜いているので、硫黄化合物が硫酸イオンの形で引き抜かれるとともに、嫌気性消化槽４で処理する汚泥の容量が少なくなっており、このため汚泥を高分解率で消化することができるとともに、嫌気性消化槽４を小さくすることができるほか、加温に使用する熱量も少なくなり、低コストで効率的な処理が可能である。
【００２９】
図１では嫌気性消化槽４は１つの反応槽で行っているが、有機酸発酵とメタン発酵とを別々の反応槽で行うこともできる。
【００３０】
【実施例】
比較例１
下水を処理している活性汚泥法の余剰汚泥と最初沈殿池汚泥とを１：１で混合した有機性汚泥を濃度１．５％に調整し、これを被処理汚泥（硫化水素濃度：１２ｍｇ／Ｌ）とした。この被処理汚泥を０．５Ｌ／ｄａｙの流速で１ literの好気性消化槽に連続通水した。曝気量は２Ｌ／ｈｒとした。この好気性消化汚泥（硫化水素濃度：検出限界以下）０．５ literを容積１ literの洗浄びんに取り、濃度２５ｇ／ｍ3のオゾン含有ガスを１０ｍＬ／ｍｉｎの割合で通気した。流入および排出ガス濃度を測定し、オゾン消費量が５０ｇ／ｋｇ−汚泥となった時点でオゾン処理を終了した。
【００３１】
オゾン処理汚泥を取り出し、嫌気性消化槽に投入した。同量を嫌気性消化槽から引き抜き、これを嫌気性消化汚泥とした。また、その嫌気性消化汚泥の一部で汚泥濃度などの分析を行った。嫌気性消化槽は有効容積７．５ literで、種汚泥として下水嫌気性消化槽の汚泥を乾燥重量で７５ｇ投入した。この操作を一日一回、３か月継続した。なおオゾン処理、および嫌気性消化槽へのオゾン処理汚泥の投入は週に５回とした。
【００３２】
また嫌気性消化汚泥を１５０００ｒｐｍで１０分間遠心分離し、上澄みを捨てた。沈殿した汚泥を３等分し、１／３を好気性消化槽へ戻し、残部を嫌気性消化槽に戻した。
その結果、嫌気性消化槽の汚泥濃度は当初１５．２ｇ／Ｌであったが、３か月経過後には２２．２ｇ／Ｌとなり、３か月間で汚泥濃度は約１．５倍に上昇した。
【００３３】
実施例１
比較例１と同じ被処理汚泥を０．５Ｌ／ｄａｙの流速で１ literの好気性消化槽に連続通水した。この好気性消化槽に三菱レーヨン社製の中空糸浸漬膜を浸漬して、２５０ｍＬ／ｄａｙの流速で処理水を引き抜いた。曝気量は５Ｌ／ｈｒとした。好気性消化汚泥は比較例１と同じ方法でオゾン処理および嫌気性消化を行った。
その結果、嫌気性消化槽の汚泥濃度は当初１５．２ｇ／Ｌ、３か月経過した後も１６．０ｇ／Ｌであり、大きな上昇は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の有機性汚泥の消化装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  好気性消化槽
２  浸漬型膜分離装置
３  オゾン処理槽
４  嫌気性消化槽
５  固液分離槽
１１  汚泥導入路
１２、２６  返送汚泥路
１３  酸素供給路
１４  散気装置
１５  ポンプ
１６  分離膜
１７、３０  排水路
２１、２５、２８  連絡路
２２  オゾン発生器
２３  オゾン供給路
２４  オゾン排ガス路
２７  メタンガス排出路
２９  汚泥排出路
【図１】
0003636035.tif 000002