(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水の処理を、活性汚泥処理槽と、返送汚泥及び余剰汚泥を固液分離するための最終沈殿槽とを用いて行う、従来のオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気して処理する長時間曝気方式のいずれかにおいて、下水の流入部分に、下水中の夾雑物を分離するための最初沈殿槽或いは固液分離装置を新たに設け、さらに、前記最終沈殿槽で固液分離された汚泥の一部を可溶化処理するための可溶化処理工程を設け、該可溶化処理工程で処理した汚泥を前記した新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻し、該最初沈殿槽或いは固液分離装置で、前記可溶化処理工程で処理された汚泥を前記下水中の夾雑物とともに固液分離し、且つ、前記夾雑物を含む分離した沈殿物を脱水処理することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。
【請求項２】
前記固液分離装置が、傾斜板沈殿槽であるか、下水に比重１．５以上の粒子を添加し、該粒子をＳＳ粒子に吸着して固液分離する方式のもののいずれかである請求項１に記載の有機性廃水の生物処理方法。
【請求項３】
前記夾雑物を含む分離した沈殿物を、前記最終沈殿槽で固液分離した汚泥から、前記可溶化処理した汚泥と返送汚泥とを除いた余剰汚泥とともに脱水処理する請求項１又は２に記載の有機性廃水の生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に下水の浄化処理に有効な有機性廃水の生物処理方法に関し、更に詳しくは、最初沈殿槽を設けていない、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気して処理する方式による下水の浄化方法の改良であり、余剰汚泥を減量化するために行われている可溶化処理を利用することで、最終的に処理する必要がある汚泥の減量化をするとともに、最終処理物である汚泥ケーキの含水率を減少させることを可能にした実用価値の高い有機性廃水の生物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、好気性微生物を含んだ活性汚泥によって有機性廃水を処理する活性汚泥方法は、浄化能力が高く、処理経費が比較的少なくて済む等の利点があることから、下水処理や産業廃水処理等において広く一般に行われている。
【０００３】
活性汚泥方法には種々の方式があり、例えば、処理量が最大でも１．５万トン／日以下、通常では、５千トン／日程度であるような比較的に中小規模な下水処理施設では、オキシデーションディッチ方式や、長時間曝気処理方式による浄化方法が採用されている。これらの方式は、活性汚泥を用い、好気条件下で微生物処理する点で標準活性汚泥法と同様であるが、いずれの場合も、図３に示したように、設備の簡素化が図られて、最初沈殿槽が設けられておらず、流入下水を直接、活性汚泥処理槽へと送り、ここで活性汚泥処理をし、処理後に処理物を最終沈殿槽へと送って固液分離することで浄化した処理水を得ている。オキシデーションディッチ方式では、特有の構造を有する活性汚泥処理槽が用いられ、長時間曝気処理方式では、標準活性汚泥法の場合よりも大型の曝気槽が用いられているが、いずれの場合も、活性汚泥処理槽における処理時間を標準活性汚泥法よりも長くして運転されている。
【０００４】
標準活性汚泥法の場合と同様に、これらの方式においても、上記した活性汚泥処理槽内では、活性汚泥により、ＢＯＤで示される有機性廃水中の有機汚濁成分が生物分解され、浄化処理されている。この場合、分解したＢＯＤのうちの５０〜７０％は微生物の維持エネルギーとして消費されるが、残りの３０〜５０％は微生物の増殖に使用されるので活性汚泥の量は次第に増加していくことになる。このため、上記したオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式のいずれの生物処理方法においても、標準活性汚泥法と同様に、図２に示したように、活性汚泥処理槽で処理された廃水を最終沈殿槽へと導き、沈殿した活性汚泥の中から有機性廃水の浄化処理に必要な量だけ返送汚泥として活性汚泥処理槽内へと戻し、それ以外の活性汚泥は余剰汚泥として取り除いている。このため、多量の余剰汚泥が発生するが、この余剰汚泥は、生物難分解性物質等を含み、含水率が高いことに加え、粘性も高く、取り扱いにくい等の欠点があり、有機性廃水を活性汚泥法によって浄化処理する場合においては、余剰汚泥の処理が常に大きな問題となっている。
【０００５】
特に、余剰汚泥量は極めて多く、さらに、該余剰汚泥を、嫌気性消化処理する等して脱水機により濃縮したとしても、その含水率は８５〜９０％程度と高いため、これを焼却或いは産業廃棄物として処分する場合の処理コストが著しく嵩むという問題がある。下水処理においては、また、埋め立て処分場の確保の問題や汚泥焼却に伴うエネルギー消費の増加の問題等、地球規模の環境に及ぼす影響も看過できない。
【０００６】
このような従来技術の課題に対し、余剰汚泥を減量化する方法が種々提案されている。例えば、本発明者らは、既に、活性汚泥を利用した有機性廃水の処理過程のいずれかの過程で、活性汚泥を構成している細菌の一部を、酸やアルカリ等で殺菌又は溶菌して処理過程中における活性汚泥の増殖を抑制する方法を提案している（特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法によれば、最終段階で放出される処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を大幅に減量することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６１４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の方法によれば、確かに余剰汚泥の発生量を大幅に減量することができ、極めて有用であるものの、実際の下水の浄化処理に適用した場合、余剰汚泥の量をゼロにするまでには至っておらず、減量化できるとはいえ余剰汚泥の処理が必要となる。また、この場合の余剰汚泥は、可溶化処理工程を設けない通常の処理を行った場合よりも余剰汚泥の脱水性に劣るものとなる傾向が高い。さらに、本発明者らが鋭意検討した結果、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式のいずれの生物処理方法の場合も、標準活性汚泥処理方法で処理した場合と比べて、最終的に処理することが必要となる汚泥の脱水性が劣る傾向があり、このことに起因した下記の課題があり、改善が必要であるとの認識をもつに至った。すなわち、上記した方式で下水を浄化処理した場合は、余剰汚泥の脱水性の悪さから、脱水用薬剤をたくさん必要としたり、また、汚泥の脱水に要する時間がかかったり、或いは、より大きな脱水機が必要となり、処理に多大なエネルギーがかかるといった問題があり、より経済的で、地球環境保護の点からも有用な処理行うためには、さらなる改善をする必要がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、中小規模の下水の浄化処理に多く用いられているオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式のいずれかの生物処理方法に、余剰汚泥の可溶化処理工程を組み入れた余剰汚泥の減量化を達成した有機性廃水の生物処理方法において、従来の可溶化処理工程を設けない方法に比較し、処理水の悪化を生じさせないことは勿論、余剰汚泥の減量化と脱水性をともに向上させることで、汚泥の処理にかかるエネルギーとコストをさらに削減した、より経済で、地球環境保護の点からも有用な有機性廃水の生物処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、下水の処理を、最初沈殿槽を設けることなく、活性汚泥処理槽と最終沈殿槽とを用いて行うオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気して処理する方式において、下水の流入部分に最初沈殿槽或いは固液分離装置を設け、さらに、該最終沈殿槽で固液分離された余剰汚泥の、一部又は全部を可溶化処理するための可溶化処理工程を設け、該可溶化処理工程で処理した汚泥をこの新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻し、該最初沈殿槽或いは固液分離装置で下水中の夾雑物とともに固液分離し、分離した初沈沈殿物を、可溶化処理しない余剰汚泥がある場合は該余剰汚泥とともに脱水処理することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法を提供する。
【００１１】
上記した本発明の有機性廃水の生物処理方法の好ましい形態としては、前記固液分離装置が、傾斜板沈殿槽であるか、下水に比重１．５以上の粒子を添加し、該粒子をＳＳ粒子に吸着して固液分離する方式のもののいずれかであることが挙げられる。また、前記可溶化処理工程で可溶化処理する汚泥量を、従来の処理方式で生物処理を行った時の余剰汚泥量（ｋｇ−ＤｒｙＳＳ）に対して０．２〜４倍とすることも好ましい形態である。さらに、その他の好ましい形態としては、前記可溶化処理工程での処理を、例えば、酸を加えてｐＨ４以下で行うか、或いは、アルカリを加えてｐＨ１０以上で行うことが挙げられる。また、この場合の可溶化処理工程では、例えば、硝酸、硫酸、塩酸のいずれか、これらのいずれかの酸と鉄および／またはアルミニウム等の金属との塩、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかの酸を主体とする薬剤を用いるとよい。また、この場合の可溶化処理工程では、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、アンモニアのいずれか、これらのアルカリとアルミニウムおよび／または亜鉛等の両性金属塩、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかのアルカリを主体とする薬剤を用いるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下水の浄化処理に用いられているオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法に、さらに、最初沈殿槽と、活性汚泥の可溶化処理工程を組み入れることで余剰汚泥の減量化を達成し、従来の方法に比較して処理水の悪化を生じさせないことは勿論、汚泥の脱水性を改善することで、最終的に処理する脱水ケーキの含水率を大幅に低減し、汚泥処理にかかるエネルギー及びコストを大幅に低減することが可能な、より経済性に優れた、地球環境保護の点からも有用な有機性廃水の生物処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の有機性廃水の生物処理方法の一例を示すフロー図である。
【図２】従来の長時間曝気処理方式の生物処理方法のフロー図である。
【図３】図２の従来の長時間曝気処理方式の生物処理方法に、汚泥の可溶化処理を組み入れた従来の有機性廃水の生物処理方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明が対象としているオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法に用いられる装置は、前記したように、生物処理を行う活性汚泥処理槽の形式が異なる以外は同様であるので、以下、活性汚泥処理槽に曝気槽を用いる長時間曝気処理方式による処理を例にとって説明する。
【００１５】
先述したように、余剰汚泥を減量化する方法として、活性汚泥による生物処理方法に、余剰汚泥の一部又は全部を可溶化する可溶化処理工程を組み入れ、該処理工程で、活性汚泥を構成している細菌の一部を酸やアルカリによって殺菌又は溶菌する図３に示す方法が提案されている。そして、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式に適用した場合は、当然のことであるが、可溶化処理により生物分解し易くなった汚泥を曝気槽に戻して、再度、生物分解することで余剰汚泥の減量化を達成している。しかし、本発明者らの検討によれば、特に、上記したこれらの方法によって下水の浄化処理をした場合、余剰汚泥の量を削減することができるものの、生じた余剰汚泥は、可溶化処理工程を設けない通常の処理の場合よりも脱水性に劣るものとなる傾向がある。また、そもそも、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法によって得られる余剰汚泥は、標準活性汚泥法によって処理した場合に最終的に処理する汚泥と比べて、脱水性に劣る傾向があった。このため、可溶化処理工程を設けることで、余剰汚泥を減量化できるものの、余剰汚泥の処理は、従来にも増してより困難になるので、可溶化処理工程を設けることによって得られる汚泥の減量化のメリットを考慮したとしても、実用化するには問題があった。すなわち、汚泥の脱水性の悪化は、そのまま、脱水、焼却、埋立等々の余剰汚泥処理にかかるコストが増大することを意味しており、汚泥の脱水性を向上させることは、より経済的な処理が求められる廃水処理においては極めて重要な事項になる。
【００１６】
そこで、本発明者らは、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法によって下水を浄化処理した場合に生じる余剰汚泥の脱水性を向上させることを目的として鋭意検討を行った。まず、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法によって得られる汚泥ケーキの含水率が、標準活性汚泥法によって処理した場合における最終的に処理した汚泥ケーキと比べて含水率が高い傾向があることについて、検討した。その結果、標準活性汚泥法によって生物処理した場合は、最初沈殿槽で下水の夾雑物（最初沈殿物）を固液分離し、この最初沈殿物と余剰汚泥とを合わせて汚泥処理しているため、処理した汚泥ケーキの含水率を低下させていることがわかった。すなわち、余剰汚泥の含水率は８５〜９０％近いが、最初沈殿物の含水率は６５〜７０％程度であるため、混合することで処理汚泥の含水率を低減させることができる。このことは、従来のオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法では、最初沈殿槽を設けず、簡易な設備構成で処理することを一つの特徴としているが、処理汚泥の脱水性を向上させるという観点からは、最初沈殿槽を設けて下水中の夾雑物を固液分離し、分離した最初沈殿物と余剰汚泥とを混合して処理することが有効であることを意味している。
【００１７】
本発明者らは、上記知見に基づき、余剰汚泥の脱水性を向上させることについて更なる検討を行った。その検討過程の中で、本発明者らは、余剰汚泥の一部を可溶化処理する工程を設けない通常の処理の標準活性汚泥法による処理に、汚泥の可溶化処理工程を設けた場合、従来の方法では可溶化した汚泥を曝気槽に戻して処理を行っているが、この場合に生じる余剰汚泥は、可溶化処理工程を設けないで処理した場合に生じる余剰汚泥よりも脱水性に劣るものであることを見出した。そして、余剰汚泥の一部を可溶化処理する工程を設けた標準活性汚泥法において、生じる余剰汚泥の脱水性を向上させることについて鋭意検討した結果、この場合に、可溶化処理した汚泥を曝気槽に戻すのではなく、最初沈殿槽に戻すことが、最終処理的に処理することが必要となる汚泥の脱水性の向上に極めて有効であるとの知見を得た。これらの知見に基づき、本発明者らは、従来のオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法において、従来、設けられていなかった最初沈殿槽を新たに設け、さらに、余剰汚泥の一部を可溶化処理する工程を設け、その上で、可溶化処理した汚泥を、新たに設けた最初沈殿槽に戻す構成として試験を行った結果、本発明の顕著な効果が得られることを見出して本発明に至った。すなわち、本発明方法によれば、従来の方法に比較して処理水の悪化を生じさせることなく、余剰汚泥の減量化が達成され、最終的に処理した汚泥ケーキの含水率が大幅に低減され、その結果、汚泥処理にかかるエネルギー及びコストを大幅に低減することができ、その経済的な効果は、最初沈殿槽及び汚泥の可溶化工程を新たに設けることによるコストアップを上回り、より経済性に優れた、地球環境保護の点からも有用な有機性廃水の生物処理方法の提供が可能になる。
【００１８】
返送汚泥の一部を殺菌（可溶化）し、可溶化した汚泥を曝気槽に戻すことで余剰汚泥の発生量を削減する方法は、特に標準活性汚泥法において実際の下水の浄化処理に適用され、実施されている。本発明者は、従来の標準活性汚泥法に可溶化処理を組み入れた方法を実施化し、検討していく過程で、広く行われている通常の標準活性汚泥処理方法の場合と比較し、格段に余剰汚泥の発生量を削減できるものの、次のような課題があるとの認識を持つに至った。まず、可溶化した汚泥がＢＯＤに変化するため、曝気槽のＢＯＤ負荷が高くなり、処理水質に悪影響を与えることが懸念される。そして、実際の下水の浄化処理を上記した従来の方法で継続して行った結果、次第に曝気槽内のＭＬＳＳが上昇する傾向があることがわかった。本発明者は、かかる現象が生じる理由について、可溶化した汚泥中の微生物の細胞壁等の難分解性ＳＳが曝気槽内に蓄積した結果、次第にＭＬＳＳが上昇したものと考えている。ＭＬＳＳの上昇が生じると、その原因と考えられる曝気槽内に蓄積した微生物の細胞壁等を排出する必要があるために、余剰汚泥の排出量が増え、また、曝気槽内の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が短くなり、処理水質に影響を与えることがあり、結果的に、余剰汚泥の減量率を期待通りに高めることができない場合があることがわかった。
【００１９】
本発明は、上記した汚泥の可溶化処理を組み入れた標準活性汚泥法における有機性廃水の生物処理方法における検討結果に鑑みて、本発明に至ったものである。すなわち、本発明は、特に、生じる余剰汚泥が脱水性に劣り、その実用化が困難と考えられていた、汚泥の可溶化処理を組み入れたオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法において、余剰汚泥の脱水性を向上させ、余剰汚泥処理にかかるコスト削減を目的とする。下記に述べるように、本発明によれば、かかる目的を達成でき、しかも、従来の処理に比べて余剰汚泥の量を低減できるという顕著な効果が得られる。
【００２０】
本発明の有機性廃水の生物処理方法は、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法において、下水の流入部分に最初沈殿槽或いは固液分離装置を設け、さらに、該最終沈殿槽或いは固液分離装置で固液分離された余剰汚泥の、一部又は全部を可溶化処理するための可溶化処理工程を設け、該可溶化処理工程で処理した汚泥をこの新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻し、該最初沈殿槽或いは固液分離装置で下水中の夾雑物とともに固液分離し、分離した初沈沈殿物を、可溶化処理しない余剰汚泥がある場合は該余剰汚泥とともに脱水処理することを特徴とする。
【００２１】
このようにすること以外は従来のオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法と同様の処理を行えばよい。通常、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法では、図２に示したように、下水を直接、活性汚泥処理槽へと流入させて生物処理を行い、処理後の被処理水を最終沈殿槽で固液分離することで浄化処理を行っている。そして、余剰汚泥は、脱水処理して脱水ケーキにした後、焼却或いは埋立て等の処理がされている。また、先に述べたように、標準活性汚泥処理方法において、最終沈殿槽で固液分離された余剰汚泥の一部を可溶化処理し、処理した汚泥を曝気槽に戻して処理した場合は、得られる脱水ケーキの含水率は、通常広く行われている標準活性汚泥処理方法で処理した脱水ケーキの含水率と比べて低減する。後述するが、その理由は、最初沈殿槽で固液分離された沈殿物の含水率は余剰汚泥に比べて低く、これと一緒に処理される余剰汚泥の発生量が減少したためと考えられる。
【００２２】
そこで、本発明では、図１に示したように、まず、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法における活性汚泥処理槽の上流側の下水の流入部分に、最初沈殿槽或いは固液分離装置を設け、これらによって分離した夾雑物を余剰汚泥とともに処理することで、処理する汚泥の脱水性を向上させ、汚泥の脱水ケーキの含水率を格段に低減させることを可能とした。さらに、本発明では、活性汚泥処理槽の下流側に設けた最終沈殿槽で固液分離された余剰汚泥の一部又は全部を可溶化処理し、処理した汚泥を、新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻して処理することとした。このようにすることで、従来の、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法で下水を処理した場合と比べて、余剰汚泥の減量化が達成でき、さらに、最初沈殿槽或いは固液分離装置によって分離した夾雑物とともに余剰汚泥を処理することで、得られる脱水ケーキの含水率の低減を更に顕著なものにできることがわかった。
【００２３】
詳細については後述するが、本発明の方法によれば、処理後に得られた脱水ケーキの含水率は、従来の、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法で処理した場合と比べて１５％以上も低減でき、その脱水性の向上において顕著な効果が得られることを確認した。本発明者は、その理由を、処理した返送汚泥を、新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻すことで、汚泥を可溶化処理することで増加した返送汚泥中の難分解な微生物の細胞壁等が、最初沈殿槽或いは固液分離装置に流入してくる下水中のＳＳと共に固液分離されてしまい、この結果、これらの細胞壁等が曝気槽に流入しないためと考えている。先に述べたように、従来のオキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法では、汚泥の可溶化処理工程を設けた場合における余剰汚泥の減量化は、標準活性汚泥処理方法に汚泥の可溶化処理工程を組み合わせた場合に比較して劣り、更に、余剰汚泥の脱水性が格段に悪く、その実用化は難しい状態にあった。これに対し、本発明では、新たに最初沈殿槽或いは固液分離装置を設け、更に、可溶化した汚泥をこれらの最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻す構成としたことで、返送汚泥中の難分解な微生物の細胞壁等の流入を抑制でき、この結果、曝気槽のＢＯＤ負荷の上昇、ＭＬＳＳの増加、ＳＲＴの低下が抑制でき、より良好な生物処理ができたことにより、余剰汚泥の減量化と脱水性の向上が達成できたものと考えている。すなわち、良好な生物処理によって余剰汚泥の発生量が低減したことで、脱水ケーキにおける最初沈殿槽或いは固液分離装置で固液分離された沈殿物の比率が高くなるので、単に、従来の方法に、最初沈殿槽或いは固液分離装置を新たに設けた方法とした場合よりも更に含水率が低減された脱水ケーキが得られる。また、本発明の処理方法によれば、余剰汚泥の引き抜き量を極端に少なくでき、場合によっては余剰汚泥の発生量をゼロにすることも可能になると考えられる。なお、本発明に用いる固液分離装置は、傾斜板沈殿槽であるか、下水に比重１．５以上の粒子を添加し、粒子をＳＳ粒子に吸着して固液分離する方式のものであることが好ましい。
【００２４】
上記したように、本発明の有機性廃水の生物処理方法によれば、最終沈殿槽で固液分離された余剰汚泥の一部又は全部を可溶化（殺菌）処理し、かつ、可溶化処理した汚泥を、新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻す構成とすることで、余剰汚泥の発生量を削減でき、余剰汚泥の脱水性が大幅に改善され、含水率が格段に低減された脱水ケーキが得られる。この結果、汚泥処理にかかる下記に挙げるような種々の負荷が低減され、下水の浄化処理にかかるコストを大幅に削減できる。まず、本発明の方法で下水を生物処理すると、最終的に処理する汚泥の脱水速度が向上するため、脱水機の小型化や、脱水機の運転時間の短縮が可能になる。また、得られる脱水ケーキの含水率が低下するため、脱水ケーキ量が削減され、運搬や、焼却や埋立処分等のその後の処理にかかる費用を低減できる。脱水効果を向上させるために脱水機で使用する薬剤量を低減することが可能になるので、薬剤にかかる費用を低減できる。
【００２５】
本発明者は、本発明の有機性廃水の生物処理方法によって上記した顕著な効果が得られる具体的な理由について、以下のように考えている。まず、余剰汚泥の一部又は全部を可溶化（殺菌）処理する可溶化工程を設けることで、余剰汚泥を構成している微生物の細胞壁が破壊され、これを、新たに設けた最初沈殿槽或いは固液分離装置に戻すと、最初沈殿槽或いは固液分離装置に流入してくる下水と混合される際に、微生物の細胞質が下水中に効率よく溶出することとなり、この結果、微生物の体内液が残留することなく外部に出ることで、可溶化処理した汚泥を曝気槽へと戻す従来の方法と比較した場合に、余剰汚泥の発生量が減量化される。この脱水性の悪い余剰汚泥の大幅な減量化を達成することで、最終的に、余剰汚泥に比べて格段に脱水性に優れる最初沈殿槽或いは固液分離装置で固液分離された沈殿物と一緒にして脱水処理して脱水ケーキとした場合に、得られる脱水ケーキの含水率を、更に低下させることができ、脱水ケーキの脱水性が大幅に改善される。また、可溶化処理した汚泥を、最初沈殿槽或いは固液分離装置に流入してくる下水と混合させた際に、微生物の体外を覆っている高分子物質が変成し、洗い流されることで、余剰汚泥の脱水時における凝集性がよくなり、この結果、薬剤量の削減と脱水速度が向上したものと考えられる。
【００２６】
本発明方法では、最終沈殿槽で固液分離された余剰汚泥の一部又は全部を可溶化処理するが、その際に行う可溶化処理の方法は、特に限定されず、例えば、下記に挙げる方法をいずれも用いることができる。例えば、硝酸、硫酸、塩酸のいずれか、これらのいずれかの酸と鉄および／またはアルミニウム等の金属との塩、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかの酸を主体とする薬剤を用いて、余剰汚泥のｐＨ４を以下にして可溶化処理を行うことが挙げられる。また、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、アンモニアのいずれか、これらのアルカリとアルミニウムおよび／または亜鉛等の両性金属塩、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかのアルカリを主体とする薬剤を用いて、余剰汚泥のｐＨ１０以上にして可溶化処理を行うことが挙げられる。しかし、本発明方法はこれらの方法に限定されるものではなく、その他、下記に挙げるような汚泥の可溶化方法を用いることができ、更には、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。例えば、余剰汚泥に、過酸化水素を添加してＯＨラジカルを発生させるフェントン酸化法による方法、オゾンを添加する方法、５０℃以上に加温する方法、ミル、超音波、高圧噴流等、物理的な力で細胞壁を破壊する方法、酵素の添加或いは微生物の生成する酵素を利用する方法等を用いることができる。
【００２７】
本発明方法で行う可溶化処理する汚泥の量は、最終沈殿槽で固液分離された汚泥から、曝気槽へと戻される返送汚泥を除いた余剰汚泥の少なくとも一部であればよい。処理対象の下水に対して理想的な処理条件を選択できれば、余剰汚泥の全部を可溶化処理することで、余剰汚泥の発生量をゼロにすることも可能であるが、処理対象の下水の性状は、産業廃水よりも少ないものの変動があるので、常に余剰汚泥をゼロにすることは現実的ではない。しかし、本発明方法によれば、オキシデーションディッチ方式或いは長時間曝気処理方式の生物処理方法と比べて、余剰汚泥の量を大きく削減でき、しかも、最終的に排出される汚泥ケーキの含水率を格段に低減させることができる。本発明者の検討によれば、効果的な余剰汚泥の減量化を達成するためには、可溶化処理する汚泥量を、従来のオキシデーションディッチ方式あるいは長時間曝気処理方式の生物処理を行った時の余剰汚泥量（ｋｇ−ＤｒｙＳＳ）に対して０．２〜４倍、より好ましくは０．２〜２倍とすることが有効である。本発明者の検討によれば、可溶化処理する被処理汚泥の量が０．２倍よりも少ないと、減量化の効果が十分に得られなくなる。一方、可溶化処理する被処理汚泥の量が４倍よりも多いと、通常の処理系における活性汚泥量が不足して処理水のＣＯＤ値が悪化することになる場合があるので好ましくない。
【実施例】
【００２８】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は本発明の例示であって、本発明の限定を意図するものではない。以下、長時間曝気処理方式の生物処理を例にとって説明する。
【００２９】
従来用いられている長時間曝気処理方式の生物処理方法の試験装置を用い、下水に対して、それぞれ、下記の方法で６３日間にわたって浄化処理を行った。具体的には、２５０Ｌの曝気槽と、２００Ｌの最終沈殿槽とを有する試験装置を用いた。該試験装置は、さらに、余剰汚泥濃縮装置と、余剰汚泥を脱水するための脱水装置を有する（図３参照）。この試験装置への下水の流入水量は、２５０Ｌ／日とした。実施例１、比較例１、比較例２では、それぞれ同一の下水を原水とし、基本的には上記した試験装置を用い、それぞれ下記の処理フローでそれぞれ処理を行った。表１に、各フローの主要件をまとめて示した。
【００３０】
［実施例１］
実施例１では、図１に示したフローにしたがって処理した。すなわち、上記した試験装置に更に、１００Ｌの最初沈殿槽と、余剰汚泥の一部を可溶化処理するための２Ｌの汚泥処理装置を設けたものを用い、該処理装置で余剰汚泥の一部を可溶化処理（殺菌処理）した後、得られた可溶化した汚泥を最初沈殿槽に戻すように構成した。処理汚泥量は、５Ｌ／日とした。可溶化処理は、可溶化処理するための処理装置に導入した汚泥に、苛性ソーダとアルミン酸ソーダを固形物重量で２：１の比率で混合した溶液を加えて、汚泥のｐＨが１１とし、同時に過酸化水素を酸素換算で５００ｍｇ／ｌ添加した。本実施例における処理は、可溶化処理工程で可溶化処理する汚泥量を、比較例１で行った汚泥を可溶化処理しない標準活性汚泥処理方法を行った時の余剰汚泥量（ｋｇ−ＤｒｙＳＳ）に対して１倍としたものである。
【００３１】
［比較例１］
比較例１では、図２に示した従来の長時間曝気処理方式の生物処理方法のフローにしたがって処理した。すなわち、上記した実施例１で用いた試験装置において、最初沈殿槽と汚泥処理装置とを設けない装置を用い、下水処理を行った。
【００３２】
［比較例２］
比較例２では、図３に示したフローにしたがって処理した。すなわち、従来の長時間曝気処理方式の生物処理方法のフローに、上記した実施例１で用いた試験装置と同様の返送汚泥処理装置を設け、該処理装置で余剰汚泥の一部を可溶化処理（殺菌処理）した後、得られた可溶化した汚泥を曝気槽に戻すように構成した。可溶化処理の条件は、実施例１と同様にした。
【００３３】
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【００３４】
［試験方法］
実施例１、比較例１、２では、上記した各フローで、それぞれ６３日間にわたって連続して試験した。いずれの場合も、処理水量は０．２５ｍ3／日であり、この間の積算処理水量は１５．８ｍ3であった。最初沈殿槽及び最終沈殿槽からの排泥は、１日１回手動で所定量を引き抜き、それぞれ汚泥濃度の測定を行い、排泥量を求め、それぞれ表２に示した。さらに、７日分の最初沈殿槽と最終沈殿槽の排泥汚泥を合わせて混合し、該混合汚泥を脱水機で脱水処理した。脱水処理に際しては、脱水助剤としてカチオン系の高分子凝集剤を注入して行った。その際の添加量は、目視判断によって、フロック径が整って、かつ、しっかりした凝集フロックのできる量をそれぞれ注入した。表２に、各フローにおける脱水助剤の添加量および添加率をまとめて示した。また、脱水機は、ベルトプレス型脱水機を用いた。そして、上記した混合汚泥１Ｌに、脱水助剤として上記した凝集剤をそれぞれに加えて凝集フロックを作った混合汚泥を脱水機のろ布上に静かに流下して脱水し、ろ布から剥離した脱水ケーキを採取して、含水率の測定を行った。得られた結果を、表２にまとめて示した。また、各フローでの処理後の処理水の水質について表３にまとめて示した。水質は、６３日間にわたっての試験中、継続的に測定を行ったが、表３では、その間の平均値で示した。表３中に、処理した原水の性状と、曝気槽への流入水の性状についても合して示した。
【００３５】
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【００３６】
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【００３７】
［試験結果］
表２、３に示したように、曝気槽中のＭＬＳＳは、実施例１の処理と、比較例１の処理では、ほぼ同じ値で推移したが、可溶化処理した汚泥を曝気槽に戻して処理を行った比較例２の処理では、高い値となった。さらに、処理水についても、実施例１の処理と、比較例１の処理では、ほぼ同じで、しかも極めて良好な処理水質のものが得られることが確認された。しかし、比較例２の処理では、表２、３に示したように、これらの処理に比較して、処理水のＳＳが若干高い値となった。このように、余剰汚泥の減量化をするために、余剰汚泥の一部を可溶化処理した場合に、可溶化処理した汚泥を曝気槽に戻す比較例２で行った方法では、汚泥の可溶化工程を設けない比較例１の長時間曝気処理方式の生物処理方法と比較して、曝気槽中のＭＬＳＳの値が増加し、また、処理水の水質が若干低下することが確認された。これらのことは、従来の余剰汚泥の減量化のために従来行っている余剰汚泥の一部を可溶化して、可溶化処理した汚泥を曝気槽に戻して処理する方法における課題が、本発明方法によって改善されたことを示している。さらに、表３に示したように、実施例１の処理では、処理水中のリン分の量が比較例で処理した場合に比べて格段に低減できることが確認され、リン分が最終的な処理汚泥へと移行するという新たな効果があることを確認した。
【００３８】
また、余剰汚泥の一部を可溶化することによって得られる余剰汚泥の減量化について、実施例１の処理と比較例２の処理とを比較した場合、表２に示した通り、６３日間の積算量で比較した場合、余剰汚泥の発生量は、実施例１の処理では０．１ｋｇ−ＤＳ（Ｄｒｙ  ＳＳ）であったのに対し、比較例２の処理では１．９ｋｇ−ＤＳであり、減量化率においても優れた効果があることが確認された。なお、汚泥の可溶化処理を行わない比較例１の処理では、２．６ｋｇ−ＤＳであり、曝気槽に可溶化処理した汚泥を返送した比較例２の処理の場合にも減量化の効果があるものの、実施例１の場合に比べると、減量化の効果は少なく、顕著な差があることがわかった。
【００３９】
さらに、表２に示したように、積算の初沈汚泥量と余剰汚泥量とを合算した混合汚泥量では、実施例１の処理では、可溶化処理した汚泥を最初沈殿槽に返送するため、初沈汚泥量が増加するので、余剰汚泥についての減量化ほどの差はないものの、この混合汚泥量においても、実施例１の処理では、比較例１の処理の場合に比べて、ＤＳレベルでの汚泥発生量が少なくなった。また、最終の処理物である脱水ケーキで比べると、表２に示したように、実施例１の処理では、比較例１、２の処理と比べて、脱水ケーキの含水率が大幅に削減され、脱水性が向上したことがわかる。この効果も相まって、脱水ケーキ量では、実施例１の処理では、比較例１の長時間曝気処理方式の生物処理方法による処理に比べて、１９５％脱水ケーキ量が少なくなり、比較例２の処理と比べても、１１０％少なくなった。
【００４０】
また、脱水助剤の添加率を比べた場合、実施例１の処理では、脱水性が良好であるにもかかわらず、比較例の処理の場合よりも脱水助剤の添加率が低くできることがわかった。また、汚泥に対する脱水助剤の添加量では、余剰汚泥のＤＳ量が削減されていることと相まって、大幅に少なく、削減率で見ると、比較例１の処理に対して３１０％削減でき、比較例２の処理に対して２０５％削減された。なお、上記したように、実施例１では、可溶化処理を、汚泥に苛性ソーダとアルミン酸ソーダを固形物重量で２：１の比率で混合した溶液を加えて汚泥のｐＨが１１となるようにし、同時に過酸化水素を酸素換算で５００ｍｇ／ｌ添加して行ったが、汚泥に、硝酸と硝酸第２鉄を固形物重量で１：１の比率で混合した溶液を加えて、汚泥のｐＨが３となるようにし、同時に過酸化水素を酸素換算で５００ｍｇ／ｌ添加して行ったこと以外、実施例１と同様にして下水処理を行ったところ、実施例１と同程度の、余剰汚泥の減量化、汚泥の脱水性の向上効果が得られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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