(57)【要約】【課題】有機固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、可溶化処理装置の寸法や容量を低減し、構成を簡素化した有機固形物の処理装置を提供する。【解決手段】有機性固形物を好熱菌により可溶化するための可溶化処理装置を有する有機性固形物の処理装置において、前記有機性固形物が前記可溶化処理装置に供給される前に、当該有機性固形物を超音波処理する超音波処理装置を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性固形物を好熱菌により可溶化するための可溶化処理装置を有する有機性固形物の処理装置であって、
前記有機性固形物が前記可溶化処理装置に供給される前に、当該有機性固形物を超音波処理する超音波処理装置を具備すること、を特徴とする有機性固形物の処理装置。
【請求項２】
前記超音波処理装置と前記可溶化処理装置との間に、前記有機性固形物を加熱する熱交換器を具備すること、を特徴とする請求項１記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項３】
前記有機性固形物が前記超音波処理装置に供給される前に、当該有機性固形物を加熱する熱交換器を具備すること、を特徴とする請求項１記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項４】
前記熱交換器による加熱を熱源として前記可溶化処理に利用する構成を有すること、を特徴とする請求項２または３記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項５】
前記有機性固形物が前記超音波処理装置に供給される前に、当該有機性固形物を濃縮する濃縮処理装置を具備すること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項６】
前記超音波処理装置が超音波処理を４０〜９０℃の条件で行うこと、を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項７】
前記超音波処理装置が超音波処理を１５〜４０ｋＨｚおよび５〜１２０分の条件で行うこと、を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機性固形物の処理装置。
【請求項８】
有機性固形物を好熱菌により可溶化する可溶化処理工程（１）を有する有機性固形物の処理方法であって、
前記有機性固形物を前記可溶化処理工程（１）において可溶化処理する前に、当該有機性固形物を超音波処理する超音波処理工程（２）を具備すること、を特徴とする有機性固形物の処理方法。
【請求項９】
前記超音波処理工程（２）の後でかつ前記可溶化処理工程（１）の前に、熱交換器を介して、前記可溶化処理工程（１）において得られる可溶化処理液で前記有機性固形物を加熱する工程（３）を具備すること、を特徴とする請求項８記載の有機性固形物の処理方法。
【請求項１０】
前記超音波処理工程（２）の前に、熱交換器を介して、前記可溶化処理工程（１）において得られる可溶化処理液で前記有機性固形物を加熱する工程（３）を具備すること、を特徴とする請求項８記載の有機性固形物の処理方法。
【請求項１１】
前記熱交換器による加熱を熱源として前記可溶化処理に利用すること、を特徴とする請求項９または１０記載の有機性固形物の処理方法。
【請求項１２】
前記超音波処理工程（２）の前に、前記有機性固形物を濃縮する濃縮処理工程（４）を具備すること、を特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の有機性固形物の処理方法。
【請求項１３】
前記超音波処理工程（２）において４０〜９０℃の条件で前記有機性固形物を超音波処理すること、を特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の有機性固形物の処理方法。
【請求項１４】
前記超音波処理工程（２）において１５〜４０ｋＨｚおよび５〜１２０分の条件で前記有機性固形物を超音波処理すること、を特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の有機性固形物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性固形物、例えば、下水処理場および屎尿処理場から生じる汚泥、ならびに食品工場および化学工場などから排出される有機性固形物を、好熱菌を用い生物学的反応を利用して処理する装置およびその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下水廃水などの有機廃水を処理する方法としては、好気性微生物を用いた活性汚泥処理方法が最も一般的に用いられている。この活性汚泥処理方法では、例えば特許文献１に開示されているように、図５に示される活性汚泥処理装置が用いられている。図５は、従来の活性汚泥処理装置の構成を示す概略図である。
【０００３】
従来の活性汚泥処理方法においては、図５に示すように、有機廃水貯留槽１１１に貯留された原廃水である有機廃水ａが、経路１１２を経て曝気処理装置１１３に導入され、好気条件下、微生物による酸化分解反応、すなわち生物酸化による好気性生物処理によって二酸化炭素や水などの無機物に分解される。曝気処理装置１１３で得られた曝気処理液ｂは、経路１１４を経て沈殿装置１１５に導入されて固液分離され、得られた処理水（上澄液）ｃは経路１１６を経て排出される。一方、沈殿装置１１５で分離された汚泥の一部ｄは、第１の返送経路１１８を経て経路１１２に達し、有機廃水ａと合流して曝気処理装置１１３に再導入される。
【０００４】
また、沈殿装置１１５で分離された汚泥の他の一部ｅは、経路１１７および１１９を経て可溶化処理装置１２０に導入される。可溶化処理装置１２０では、高温条件下、好熱菌により嫌気的または好気的に汚泥ｅの可溶化が行われる。そして、可溶化処理装置１２０で得られた可溶化処理液ｆは、経路１２１を経て、経路１１７に設けられた熱交換器１２２を経由し、第２の返送経路１２３を経て経路１１２に達し、有機廃水ａと合流して曝気処理装置１１３に再導入される。
【０００５】
上記のように、特許文献１記載の技術では、曝気処理装置１１３および可溶化処理装置１２０によって繰り返される処理サイクルにおいて、汚泥ｅが可溶化処理装置１２０で可溶化されてその固形分が減少するが、可溶化処理液ｆを曝気処理装置１１３に再導入して好気性生物処理することから、可溶化分が分解されてその一部が再び汚泥となる。そのため、その増殖分も考慮して可溶化処理装置１２０での可溶化処理を行うことにより、余剰汚泥の発生を極力抑えることが意図されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１記載の技術においては、確かに有機廃水ａの活性汚泥処理を好適に行うことが可能ではあるが、可溶化処理装置１２０に供給される汚泥ｅは、通常、活性汚泥微生物（有機性固形物）が出す粘性物質により形成されたフロック状の物質であり、有機性固形物が堅固にフロックを形成している部分が含まれている場合には、すなわち汚泥の状態によっては、必ずしも短時間でかつ十分に可溶化することができないという問題があった。これにより、可溶化処理装置１２０の寸法や容量を低減させること、さらには活性汚泥処理装置の構成を簡素化することが比較的困難であるという問題があった。
【０００７】
ところで、例えば特許文献２には、オゾンによって汚泥を可溶化（酸化分解）する方法を用いた有機性廃水の処理方法および処理装置が開示されており、ここでは、可溶化に先だって前記汚泥を超音波処理によって微細化・液化し、続く可溶化を促進させることを意図した技術が提案されている。
【特許文献１】特開平０９−０１０７９１号公報
【特許文献２】特開２００３−７１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２記載の超音波処理は、好熱菌ではなくオゾンを用いた可溶化方法において利用されており、このようにオゾンを用いた可溶化処理の前処理としての超音波処理では、十分な効果が得られないのが実情である。オゾンを用いた可溶化処理の前処理として超音波を照射した場合も汚泥の可溶化は若干促進されるが、汚泥が破壊された分だけオゾン処理が促進されるだけに過ぎず、微生物である好熱菌を用いた場合のように、好熱菌を増殖させることによって、好熱菌の可溶化酵素が処理し易い性状とし、汚泥を迅速かつ効率的に可溶化するといった効果は期待できない。
【０００９】
そこで、本発明は、好熱菌を用いた有機性固形物の可溶化処理方法および処理装置において、超音波処理を最適な条件で利用することによって、有機性固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化し、可溶化処理装置の寸法や容量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を行った結果、有機性固形物を好熱菌を利用して可溶化処理する有機性固形物の処理方法において、可溶化に先だって有機性固形物を超音波処理すれば、有機性固形物のフロックを効果的に微細化（液化を含む）することができ、微細化された有機性固形物と増殖させた好熱菌とを続く可溶化処理において接触させることにより、前記有機性固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、有機性固形物を好熱菌により可溶化するための可溶化処理装置を有する有機性固形物の処理装置であって、前記有機性固形物が前記可溶化処理装置に供給される前に、当該有機性固形物を超音波処理する超音波処理装置を具備すること、を特徴とする有機性固形物の処理装置を提供する。
本構成によれば、可溶化処理前に有機性固形物のフロックを効果的に微細化することができ、続く可溶化処理において、微細化された有機性固形物と増殖させた好熱菌とを接触させることにより、前記有機性固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、可溶化処理装置の寸法や容量を低減させることができる。
【００１２】
上記有機固形物の処理装置においては、前記超音波処理装置と前記可溶化処理装置との間に、前記有機性固形物を加熱する熱交換器を設けるのが有効である。
また、前記有機性固形物が前記超音波処理装置に供給される前（すなわち前記超音波処理装置の上流側）に、当該有機性固形物を加熱する熱交換器を設けてもよい。
【００１３】
また、上記有機固形物の処理装置は、前記熱交換器による加熱を熱源として前記可溶化処理に利用する構成を有することが有効であり、前記有機性固形物が前記超音波処理装置に供給される前（すなわち前記超音波処理装置の上流側）に、当該有機性固形物を濃縮する濃縮処理装置を設けるのも有効である。
加えて、前記超音波処理装置が超音波処理を４０〜９０℃の条件で行うことが有効であり、また、１５〜４０ｋＨｚおよび５〜１２０分の条件で行うことが有効である。
【００１４】
さらに、本発明は、有機性固形物を好熱菌により可溶化する可溶化処理工程（１）を有する有機性固形物の処理方法であって、前記有機性固形物を前記可溶化処理工程（１）において可溶化処理する前に、当該有機性固形物を超音波処理する超音波処理工程（２）を具備すること、を特徴とする有機性固形物の処理方法を提供する。
本構成によれば、可溶化処理前に有機性固形物のフロックを効果的に微細化することができ、続く可溶化処理において、微細化された有機性固形物と増殖させた好熱菌と接触させることにより、前記有機性固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、可溶化処理工程に用いる可溶化処理装置の寸法や容量を低減させることができる。
【００１５】
上記有機性固形物の処理方法においては、前記超音波処理工程（２）の後でかつ前記可溶化処理工程（１）の前に、熱交換器を介して、前記可溶化処理工程（１）において得られる可溶化処理液で前記有機性固形物を加熱する工程（３）を行うのが有効である。
また、前記超音波処理工程（２）の前に、熱交換器を介して、前記可溶化処理工程（１）において得られる可溶化処理液で前記有機性固形物を加熱する工程（３）を行うのも有効である。
【００１６】
また、前記熱交換器による加熱を熱源として前記可溶化処理に利用することが有効であり、前記超音波処理工程（２）の前に、前記有機性固形物を濃縮する濃縮処理工程（４）を行うことも有効である。
【００１７】
さらに、前記超音波処理工程（２）においては、４０〜９０℃の条件で前記有機性固形物を超音波処理することが有効であり、また、１５〜４０ｋＨｚおよび５〜１２０分の条件で前記有機性固形物を超音波処理することも有効である。
【００１８】
ここで、本発明の有機性固形物処理装置による処理の対象となる「有機性固形物」とは、例えば下水処理場や屎尿処理場などの下水処理プロセス、食品工場や化学工場などの排水処理プロセスなどから排出される生物分解性有機性廃水（原廃水ともいう）を処理した際に発生した汚泥を含むものをいう。
【００１９】
また、「汚泥」とは、有機廃水に本来的に含まれる微生物および有機排水を好気性生物処理又は嫌気性生物処理する過程で発生した微生物を含み、排水処理の目的上必要とされる微生物量（好気性生物処理に必要とされる微生物量）を上回る量の微生物を含むものを意味する。すなわち、「汚泥」とは、有機廃水に含まれる有機物に対する資化能や酸化能の高い種々の好気性細菌、酸素のない状態で含有有機物を分解する嫌気性細菌、さらには嫌気または好気のどちらの状態でも有機物を分解できる通性嫌気性細菌などの微生物、ならびにこの微生物を増殖させて得られる泥状の物質や有機性の懸濁物からなるものであり、微生物を含むものであれば、無機物や多少の未処理状態の有機物を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、好熱菌を用いた可溶化処理方法を採用する有機性固形物処理装置および有機性固形物処理方法において、超音波処理を最適な条件で利用することによって、可溶化処理前に有機性固形物のフロックを効果的に微細化することができ、続く可溶化処理において、微細化された有機性固形物と増殖させた好熱菌とを接触させることにより、前記有機性固形物の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、可溶化処理装置の寸法や容量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。
［第一の実施形態］
図１は、本発明の有機性固形物の処理装置を適用した活性汚泥処理装置の第一の実施形態の構成を示す概略図である。図１に示すように、本発明の活性汚泥処理装置においては、有機廃水貯留槽１１に貯留された原廃水である有機廃水Ａが、経路１２を経て曝気処理装置１３に導入され、好気条件下、微生物による酸化分解反応、すなわち生物酸化による好気性生物処理によって二酸化炭素や水などの無機物に分解される。曝気処理装置１３で得られた曝気処理液Ｂは、経路１４を経て沈殿装置１５に導入されて固液分離され、得られた処理水（上澄液）Ｃは経路１６を経て排出される。一方、沈殿装置１５で分離された汚泥（有機性固形物）の一部Ｄは、第１の返送経路１８を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入される。
【００２２】
また、沈殿装置１５で分離された汚泥の他の一部Ｅ（以下、単に「汚泥Ｅ」ともいう）は、経路１７および１９を経て可溶化処理装置２０に導入される。可溶化処理装置２０では、高温条件下、嫌気的または好気的に汚泥Ｅの可溶化が行われる。可溶化処理装置２０で得られた可溶化処理液Ｆは、第２の返送経路２２を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入される。
【００２３】
ここで、従来の活性汚泥処理装置では、上述のように、曝気処理装置１３および可溶化処理装置２０における処理サイクルの繰り返しだけでは、汚泥の他の一部Ｅの状態によっては必ずしも短時間でかつ十分に可溶化することができないという問題があった。そこで、本発明の活性汚泥処理装置においては、このような問題を解決すべく、可溶化処理装置２０における可溶化処理に先だって、汚泥Ｅを超音波処理によって微細化し、続く可溶化処理をより効果的に行うものである。詳細は後述するが、沈殿装置１５からの汚泥Ｅを、可溶化処理装置２０に導入する前に、経路１９の途中に設けた超音波処理装置２１に導入し、ここで超音波処理を行う。
【００２４】
有機廃水Ａが導入される曝気処理装置１３における「好気性生物処理」とは、活性汚泥微生物である「好気性微生物」を用いた生物酸化によって有機廃水に含まれる有機物を、二酸化炭素や水などの無機物に分解する処理をいう。ここで用いられる「好気性微生物」としては、下水浄化のための活性汚泥法において従来から用いられているグラム陰性またはグラム陽性桿菌、例えばシュードモナス(Pseudomonas) 属およびバチルス(Bacillus)属が挙げられる。これらの接種菌体は、通常の下水浄化処理プラントから得られる。
【００２５】
また、曝気処理装置１３における好気性生物処理は、１０〜５０℃、好ましくは１５〜３５℃の温度条件下で行うが、用いる好気性微生物の種類や量に応じて調整することができる。すなわち、好気性微生物による酸化分解反応が効率よくかつ十分に進行させることができるように、最適な温度条件を選択して処理を行う。一般的には、より効率よく処理するには、高温である方が好ましい。例えば、好気性微生物として下水余剰汚泥から分離した中温菌を用いる場合には、３５〜４５℃の範囲で処理を行うのが好ましい。
【００２６】
曝気処理は、好気性微生物による酸化分解が許容されるよう、好ましくは０．１〜０．５ｖｖｍ（ｖｖｍ＝曝気量／曝気槽容量／min）の通気量で室温下にて実施されるが、負荷によっては、これを上回る通気量で、より高温にて処理してもよい。被処理液は、好ましくは、５．０〜８．０のｐＨに調整するとよい。また、曝気処理装置には、好気性微生物による生物分解を促進するために、酵母などの微生物や、フロック形成を促進するために、酵母等の微生物や、フロック形成を促進するための硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄などの凝集剤を添加しても良い。
【００２７】
曝気処理装置１３としては、特に限定されるものではなく、温度制御装置を具備する従来公知の装置を用いることが可能である。一般的には、散気装置を具備する曝気槽で構成された曝気処理装置を用いることができる。なお、曝気槽としては、バッチ式および連続方式のいずれを使用することも可能である。
【００２８】
つぎに、曝気処理装置１３で得られた曝気処理液Ｂが導入される沈殿装置１５としては、曝気処理液Ｂを処理水Ｃと汚泥とに固液分離できるものであれば特に制限なく用いることができる。本実施形態においては通常水処理に利用される沈殿槽により固液分離を行う沈殿装置を利用したが、これに限定されず、例えば浮上分離装置、遠心分離装置、膜分離装置などを利用できる。
【００２９】
固液分離された上澄液からなる処理水Ｃは、放流先の排出基準にしたがい、必要に応じて硝化脱窒素またはオゾン処理などの三次処理を施し、河川に放流したり、修景用水などとして利用したりすることによって、本発明の活性汚泥処理装置システム内部から外部に排出される。
【００３０】
一方、沈殿装置１５で分離された汚泥の一部Ｄは、第１の返送経路１８を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入されるが、この際の返送量（流量）は、曝気処理装置１３での微生物の保持量に応じて適宜調整することが可能である。具体的には、曝気処理装置１３の微生物量を汚泥濃度計などにより測定し、流量調整弁の開度調整あるいは返送ポンプの運転時間の調整などによって調整すればよい。
【００３１】
また、沈殿装置１５で分離された残りの汚泥Ｅは、経路１７および１９を経て可溶化処理装置２０に導入される前に、超音波処理装置２１に導入される。汚泥Ｅは、上述のように、通常は活性汚泥微生物が粘性を有する有機性固形物で保護されて形成されたフロック状の物質であるため、このまま可溶化処理装置２０に導入すると、汚泥Ｅの状態によっては迅速かつ的確に可溶化を促進できない場合がある。
【００３２】
そこで、本発明における超音波処理装置２１では、可溶化処理に供されるフロック状の汚泥Ｅを解体してあらかじめ微細化し、さらには微生物の細胞壁を少しでも破壊して分解しておくことにより、続く可溶化処理をより効果的に行うことを可能とするものである。したがって、超音波処理装置２１としては、上記の微細化を実現することができるものであれば、特に制限なく種々のものを用いることができる。一般的には、超音波発振子、超音波処理槽、出力制御装置および温度制御装置を具備する超音波処理装置を用いることができる。
【００３３】
超音波処理装置２１においては、特に曝気処理装置１３において中温菌を用いる場合、後述する可溶化処理装置２０においては好熱菌を用いることから、汚泥Ｅが供給される前にあらかじめ超音波処理槽内の温度を４０〜９０℃好ましくは５０〜７０℃に制御しておくことが好ましい。この温度範囲が好ましい理由は以下のとおりである。
【００３４】
すなわち、汚泥Ｅの状態にも若干影響されるが、水による超音波の吸収係数が温度に対する減少関数で表され、上記温度範囲で汚泥中（水中）の音の速度（ｖ）が極大値をとることが分かった。このとき、同一の周波数（ｆ）においては波長（λ）が最大となり、散乱が起こりにくくなる（ｖ＝ｆλ）。その結果として、水による吸収という影響をほとんど受けずに、入射された超音波を汚泥Ｅ内でより遠方に伝播させることができるのである。
【００３５】
超音波処理において、フロックの解体、微生物の細胞壁の破壊に大きく寄与するのは、キャビテーションの生成および消滅であり、超音波が減衰せずに遠方まで伝播するということは、キャビテーションの生成エネルギーを有する超音波を遠方まで伝播させることを意味する。したがって、上記温度範囲においては、超音波処理装置２１における超音波発振子の密度（すなわち個数）を減少させることも可能である。これにより、超音波を汚泥Ｅに照射する際、当該超音波を水平方向に対して平行または斜めの方向に入射させる場合に、複数の超音波発振子を間隔を広げて設置することが可能であり、また、水平方向に対して垂直の方向に入射させる場合には、液面の高さを上げて汚泥Ｅの処理量を増大させることも可能である。
【００３６】
さらには、後述する可溶化処理装置２０に好熱菌を用いるため、汚泥の超音波処理による最適温度と好熱菌による可溶化処理の最適温度が同一または近似することから、非常に効果的に汚泥の可溶化を行うことができる。
【００３７】
一般的に、上記超音波処理におけるキャビテーションの生成には、１５ｋＨｚ〜数ＭＨｚの超音波を用いることができる。ただし、波の減衰は周波数の２乗に比例するため、波を遠方まで伝播させるためには、周波数は低い方が好ましい。このことから、本発明の活性汚泥処理装置および活性汚泥処方法においては、１５ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは１５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの周波数を用いるのが有効である。
【００３８】
また、超音波処理の時間としては、通常、５〜１２０分間が好ましく、更には１０〜６０分間が好ましい。超音波処理時間が５分間以上であると、フロックの解体等が不充分とならず、また、１２０分以下であると処理時間に比べてフロックの解体等の効果が小さくなり過ぎず、エネルギー効率が低下しないためである。
【００３９】
超音波処理装置２１で超音波処理された汚泥Ｅは、経路１９を経て可溶化処理装置２０に導入される。可溶化処理装置２０では、高温条件下、嫌気的または好気的に汚泥Ｅの可溶化を行う。高温条件において用いられる嫌気性または好気性の微生物（好熱菌）としては、例えば、従来の好気性または嫌気性の消化槽から微生物や接種菌体を培養することによって得られる。
【００４０】
ここで、本発明における可溶化は、例えば、プロテアーゼ等の可溶化酵素によってなされる。この可溶化酵素は、好熱菌、例えばバチルス属細菌等の好気性好熱菌によって産生されるものである。このような好熱菌は可溶化処理槽に予め保持されるか、可溶化槽に供給される汚泥にあらかじめ含有されており、もしくは可溶化槽で新たに添加されてもよい。
【００４１】
バチルス属細菌としては、例えばバチルス・ステアロサーモフィラス（Bacillus stearothermophilus）、バチルス・サーモレオボランス（Bacillus thermoleovorans）等を使用することができ、とりわけバチルス（Bacillus）SPT2-1[FERM P-15395]、バチルス（Bacillus）SPT3[FERM P-19226]、ジオバチルス（Geobacillus）SPT4[FERM BP-08452]、ジオバチルス（Geobacillus）SPT5[FERM BP-08453]、ジオバチルス（Geobacillus）SPT6[FERM BP-08454]、ジオバチルス（Geobacillus）SPT7[FERM BP-08455]等を使用するのが好ましい。
【００４２】
可溶化処理装置２０に含まれる可溶化処理槽ではこのように好熱菌によって汚泥の分解が行われるが、電気分解、熱アルカリ分解、酵素分解（例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、グリコシダーゼなどを単独または組み合わせて添加）など、種々の可溶化方法と組み合わせてもよい。
【００４３】
また、可溶化処理装置２０における可溶化処理温度は、５０〜９０℃であるのが好ましいが、汚泥Ｅに含まれる有機性固形物を分解する好熱菌の種類に応じて調整すればよい。例えば、下水余剰汚泥から分離した好熱菌を用いる場合には、微生物（好熱菌）による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解とが同時に効率よく生じるように、高温条件における温度を６０〜８０℃、さらには６０〜７０℃に調整するのが好ましい。
【００４４】
いずれにしても、微生物（好熱菌）による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解の両作用が同時に効率よくかつ十分に進行するように、微生物の種類に応じて、５０〜９０℃の範囲になるように設定するのが好ましい。特に、高熱生好熱菌のバチルス属細菌を用いる場合には、５５〜７０℃の温度範囲に設定するのが好ましく、特に６０〜６５℃の範囲がより好ましい。また、好気性好熱菌のジオバチルス属細菌を用いる場合には５５〜６５℃の温度範囲に設定するのが好ましい。
また、ｐＨとしては５．０〜９．０、さらには７．０〜８．０に調整するのが好ましい。
【００４５】
さらに、可溶化処理装置２０で好気的に微生物分解をするための装置としては、従来の散気装置および可溶化処理槽を具備するものを用いることができる。また、嫌気性で微生物分解をするための装置としては、槽内の液を循環することにより撹拌する手段、生成ガスを循環曝気することにより撹拌する手段、撹拌翼などの撹拌機を設置する手段、活性微生物固定手段を有するなど、活性微生物と処理対象汚泥とを効率的に接触させる手段を具備したものであれば使用可能である。なお、可溶化処理槽としては、バッチ式でも、連続方式のいずれも使用可能である。
【００４６】
可溶化処理装置２０で可溶化により得られた可溶化処理液Ｆは、第２の返送経路２２を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入され、曝気処理装置１３による曝気処理、超音波処理装置２１による超音波処理および可溶化処理装置２０における可溶化処理のサイクルが繰り返されることによって、効率よく汚泥Ｅを処理してその生成を低減することのできる活性汚泥処理を実現することができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態によれば、好熱菌を用いた可溶化処理方法を採用する活性汚泥処理装置および活性汚泥処理方法において、可溶化処理前に超音波処理を採用することによって、余剰汚泥の発生を極力抑えられることができ、汚泥の濃縮、消化、脱水、コンポスト化および焼却などの工程を行う必要がないため、設備の簡素化、コスト低減化が可能となる。特に、汚泥の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、汚泥の処理量が著しく向上することから、可溶化処理装置の寸法や容量を確実に低減させることができる。
【００４８】
特に、前述したように有機性固形物は微生物が出す粘性物質によりフロックを形成しており、このフロック中に可溶化菌の芽胞があると発芽しにくいが、超音波処理によりフロックを解体することにより、芽胞が栄養源と接触しやすくなるので、発芽・増殖しやすくなる。これによって、有機性固形物の可溶化を促進することができる。
【００４９】
また、本実施形態においては、超音波処理装置および可溶化処理装置において、最適な温度を保つために加熱装置を設けるが（図示せず）、超音波装置および可溶化処理装置のそれぞれに加熱装置を設ける構成としてもよく、超音波処理装置および可溶化処理装置のいずれか一方のみに加熱装置を設ける構成としてもよい。
【００５０】
特に超音波処理装置における汚泥の温度を５０〜７０℃に保持する場合、可溶化処理槽における運転温度がほぼ同じである場合には、当該超音波処理装置にて加熱し、後段の可溶化処理装置では加熱しなくとも、十分に可溶化に必要な温度となっていることから、可溶化処理装置における加熱を省略することが可能となる。
なお、本実施形態においては、返送汚泥および可溶化処理液は経路１２を経て曝気処理装置１３に導入するように構成したが、これに限定されず、直接曝気処理装置１３に導入してもよい。
【００５１】
［第二の実施形態］
つぎに、本発明の活性汚泥処理装置の第二の実施形態について説明する。この第二の実施形態の活性汚泥処理装置は、図１に示した第一の実施形態の活性汚泥処理装置における超音波処理装置と可溶化処理装置との間に熱交換器を設けたものであり、熱交換器以外の構成は第一の実施形態の活性汚泥処理装置と同様である。
以下、第二の実施形態の活性汚泥処理装置に備えられる熱交換器を中心に、本実施形態を説明する。図２は、本実施形態の活性汚泥処理装置の構成を示す概略図である。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態の活性汚泥処理装置においては、可溶化処理装置２０で得られた可溶化処理液Ｆが、経路２４を経て、経路１９ａに設けられた熱交換器２３を経由し、第２の返送経路２２を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入される。すなわち、熱交換器２３では、沈殿装置１５で固液分離された汚泥Ｅを、可溶化処理装置２０で可溶化された可溶化処理液Ｆで加熱することにより、熱損失を極力抑えるように構成されている。
【００５３】
このとき、上記第一の実施形態において説明したように、超音波処理装置２１において汚泥Ｅが加熱されているため、熱交換器２３における熱交換量が必ずしも多くなくてもよいが、当該熱交換器２３において可溶化に供される汚泥Ｅを加熱することにより、より確実に可溶化に適した温度に調整することができるとともに、可溶化処理装置で別途加熱する必要が無く、また、加熱する場合であっても熱量が少なくてすむ。
【００５４】
ここで、本実施形態において用いることのできる熱交換器２３としては、従来公知のものを用いることができるが、例えばスパイラル式熱交換器等が挙げられる。
【００５５】
本実施形態によれば、好熱菌を用いた可溶化処理方法を採用する活性汚泥処理装置および活性汚泥処理方法において、可溶化処理前に超音波処理を採用することによって、汚泥の発生を極力抑えることができ、汚泥の濃縮、消化、脱水、コンポスト化および焼却などの工程を行う必要がないため、設備の簡素化、コスト低減化が可能となる。特に、汚泥の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、汚泥の処理量が著しく向上することから、可溶化処理装置の寸法や容量を確実に低減させることができる。
【００５６】
また、超音波処理後に熱交換を行うことにより、可溶化に供される汚泥の温度を、可溶化に適した温度により確実に調整することができ、これにより、熱損失を極力抑えることができるとともに、汚泥の可溶化をより確実に行うことができる。
【００５７】
［第三の実施形態］
つぎに、本発明の活性汚泥処理装置の第三の実施形態について説明する。この第三の実施形態の活性汚泥処理装置は、図２に示した第二の実施形態の活性汚泥処理装置において超音波処理装置と可溶化処理装置との間に設けられた熱交換器を、沈殿装置１５と超音波処理装置２１との間に設けたものであり、熱交換器の位置以外の構成は第二の実施形態の活性汚泥処理装置と同様である。
以下、第三の実施形態の活性汚泥処理装置に備えられる熱交換器を中心に、本実施形態を説明する。図３は、本実施形態の活性汚泥処理装置の構成を示す概略図である。
【００５８】
図３に示すように、本実施形態の活性汚泥処理装置においては、可溶化処理装置２０で得られた可溶化処理液Ｆが、経路２４を経て、経路１９ａに設けられた熱交換器２３を経由し、第２の返送経路２２を経て経路１２に達し、有機廃水Ａと合流して曝気処理装置１３に再導入される。このとき、汚泥Ｅは、超音波処理装置２１に導入される前に、熱交換器２３によって加熱される。すなわち、熱交換器２３では、沈殿装置１５で固液分離された汚泥Ｅを、超音波処理前に可溶化処理装置２４で可溶化された可溶化処理液Ｆで加熱することにより、熱損失を極力抑えるように構成されている。
【００５９】
特に、超音波処理装置２１においては、上記第一の実施形態において説明したように、汚泥Ｅを加熱することが好ましいが、本実施形態においては熱交換器２３で汚泥Ｅが加熱されているため、超音波処理装置２１における加熱量は必ずしも多くなくてもよく、場合によっては超音波処理装置２１において積極的に加熱操作を行わなくでも、汚泥Ｅの温度を超音波処理に適した温度に調整することができる。
【００６０】
本実施形態によれば、好熱菌を用いた可溶化処理方法を採用する活性汚泥処理装置および活性汚泥処理方法において、可溶化処理前に超音波処理を採用することによって、汚泥の発生を極力抑えることができ、汚泥の濃縮、消化、脱水、コンポスト化および焼却などの工程を行う必要がないため、設備の簡素化、コスト低減化が可能となる。特に、汚泥の状態にかかわらず短時間でかつ十分に可溶化することができ、汚泥の処理量が著しく向上することから、可溶化処理装置の寸法や容量を確実に低減させることができる。
【００６１】
また、超音波処理前に熱交換を行うことにより、超音波処理に供される汚泥の温度を、超音波処理に適した温度により確実に調整することができ、これにより、熱損失を極力抑えることができるとともに、汚泥の可溶化をより確実に行うことができる。
【００６２】
［第四の実施形態］
つぎに、本発明の活性汚泥処理装置の第四の実施形態について説明する。この第四の実施形態の活性汚泥処理装置は、図１に示した第一の実施形態の活性汚泥処理装置における超音波処理装置の前に汚泥の濃縮装置を設けたものであり、濃縮装置以外の構成は第一の実施形態の活性汚泥処理装置と同様である。
以下、第四の実施形態の活性汚泥処理装置に備えられる濃縮装置を中心に、本実施形態を説明する。図４は、本実施形態の活性汚泥処理装置の構成を示す概略図である。
【００６３】
図４に示すように、本実施形態の活性汚泥処理装置においては、沈殿装置１５から得られた汚泥の一部を濃縮装置２５で濃縮し、濃縮後の汚泥を超音波処理装置２１で処理し、その後可溶化処理装置２０で可溶化を行うように構成されている。このとき、沈殿装置１５から得られる汚泥は水分を含有しているが、濃縮装置２５で含水率９９％以下（好ましくは９８％以下）まで濃縮することにより、処理すべき汚泥量が低減し、後の超音波処理装置２１および可溶化処理装置２０をコンパクトにすることができる。
【００６４】
ここで、もし汚泥の含水率が高いと処理量が多くなり、超音波処理装置２１および可溶化処理装置２０の設備規模が拡大し、それに起因して加熱等にかかるランニングコストおよび維持費等が増加するという不利益が生じるが、本実施形態においては、汚泥を濃縮処理するため、超音波処理装置２１および可溶化処理装置２０において処理すべき汚泥量を低減し、後段の超音波処理装置２１および可溶化処理装置２０をコンパクトにすることができるのである。
【００６５】
また、濃縮装置２５により濃縮された汚泥は含水率が低いため、粘性が高く、ハンドリングしにくいものとなるおそれがあるが、後段の超音波処理により、フロックが破壊されるため、高濃度にしても粘性が低く、ハンドリング容易となる。
【００６６】
なお、本実施形態においては濃縮装置２５を超音波処理装置２１の前に設ける構成としたが、超音波処理装置２１の後段（すなわち超音波処理装置２１と可溶化処理装置２０との間）に設ける構成としてもよい。濃縮装置２５を超音波処理装置２１の前段に設けた場合、前述したように超音波処理装置２１および可溶化処理装置２０、必要に応じて熱交換器２３等の装置をコンパクトにすることができ、さらに濃縮後に超音波処理を行うことから高濃度に濃縮しても粘性が低くハンドリングし易いという効果が得られる。加えて、濃縮時に得られる処理水は、場合によってはそのまま放流することもできる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。特に活性汚泥処理装置について詳細に説明したが、本発明は有機性固形物処理装置を用いた有機性固形物処理方法にも関する。特に当該有機性固形処理方法を利用した活性汚泥処理方法についても適用できる。
【００６８】
すなわち、本発明の活性汚泥処理方法は、
有機廃水を曝気処理装置において好気性生物処理をする工程（１）と、
前記曝気処理装置において得られた曝気処理液を沈殿装置において処理水と汚泥に固液分離する工程（２）と、
前記沈殿装置で分離された汚泥の一部を第１の返送経路を介して前記曝気処理装置に返送する工程（３）と、
前記沈殿装置で分離された汚泥の他の一部に含まれる汚泥を可溶化処理装置において可溶化する工程（４）と、
前記可溶化処理装置において得られた可溶化処理液を第２の返送経路を介して前記曝気処理装置に返送する工程（３）と、を具備する活性汚泥処理方法であって、
前記工程（４）の前に、前記汚泥の他の一部を超音波処理装置において超音波処理する工程（５）を具備する。
【００６９】
工程（１）〜（４）は、工程（１）〜（４）の順に行なうともに、繰り返し行う。このような処理サイクルを継続することにより、汚泥の発生を極力低減させつつ、有機廃水の活性汚泥処理を連続して実施することができる。
【００７０】
また、上記実施形態においては有機廃水の処理装置として好気性生物を利用した曝気処理を採用したものについて説明したが、有機廃水の処理方法としてはこれに限定されず、好気性生物処理の変わりに嫌気性生物を利用したメタン発酵処理や硝化脱窒処理に適用することもできる。すなわち、メタンガス貯留槽を伴うメタン発酵処理装置を用いた処理方法、ならびに脱窒装置および硝化装置を用いた処理方法にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、下水処理場や屎尿処理場などの下水処理プロセス、食品工場や化学工場などの排水処理プロセスなどから排出される生物分解性有機廃水を処理する有機固形物の処理方法において、有機固形物を処理することの可能な有機固形物の処理装置および処理方法に好適に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の活性汚泥処理装置の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の活性汚泥処理装置の第二の実施形態の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の活性汚泥処理装置の第三の実施形態の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の活性汚泥処理装置の第四の実施形態の構成を示す概略図である。
【図５】従来の活性汚泥処理装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１、１１１・・・有機廃水貯留槽
１２、１１２、１４、１１４、１６、１１６、１７、１１７、１９、１９ａ、１９ｂ、１１９、２４、１２１・・・経路
１３、１１３・・・曝気処理装置
１５、１１５・・・沈殿装置
１８、１１８・・・第１の返送経路
２０、１２０・・・可溶化処理装置
２１・・・超音波処理装置
２２、１２３・・・第２の返送経路
２３、１２２・・・熱交換器
２５・・・濃縮装置
【図１】
2006212487.tif 000003
【図２】
2006212487.tif 000004
【図３】
2006212487.tif 000005
【図４】
2006212487.tif 000006
【図５】
2006212487.tif 000007