(57)【要約】【課題】  可溶化を促進して嫌気性消化の効率を向上させるとともに、ＭＡＰの析出を制御して装置の安定な稼動を行わせることができる有機性廃棄物の処理方法及び装置を提供する。【解決手段】  この有機性廃棄物の処理方法は、汚泥を嫌気性消化槽１０において嫌気性生物により消化する嫌気性消化工程と、嫌気性消化槽１０内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む微粒子を分離する微粒子分離工程と、嫌気性消化槽１０内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を可溶化して嫌気性消化槽１０に戻す可溶化工程とを有する。微粒子分離工程において、微粒子を分離した後の消化汚泥の少なくとも一部を嫌気性消化槽１０に返送する。【選択図】      図１
2006122799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を含む汚泥の処理方法であって、
汚泥を嫌気性消化槽において嫌気性生物により消化する嫌気性消化工程と、
前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む微粒子を分離する微粒子分離工程と、
前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を可溶化して前記嫌気性消化槽に戻す可溶化工程とを有し、
前記微粒子分離工程において微粒子を分離した後の消化汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
さらに、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を減圧してガス成分を分離するガス分離工程を有することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記微粒子分離工程において、物理的作用によって粒子の分別を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
有機性廃棄物を含む汚泥の処理装置であって、
汚泥を収容して嫌気性生物により消化する嫌気性消化槽と、
前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む微粒子を分離する微粒子分離手段と、
前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を可溶化して前記嫌気性消化槽に戻す可溶化手段とを有し、
前記微粒子分離手段において微粒子を分離した後の消化汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する処理経路が設けられていることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項５】
さらに、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を減圧してガス成分を分離するガス分離手段を有することを特徴とする請求項４に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項６】
前記微粒子分離手段は、物理的作用によって粒子の分別を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物を嫌気消化する工程において、りん、窒素、メタンを効率的に回収する方法及び装置にかかわり、特に、りん酸マグネシウムアンモニウム（以下、ＭＡＰと言う。）の効率的な回収、メタン発生量の増加、汚泥の減容化を行うことができ、さらに、従来に比べ消化槽内のスケール問題を減少することができる有機性廃棄物の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水、廃水、し尿等のりん、窒素を含む有機性廃水の処理施設では、まず、沈殿池において生汚泥を固液分離し、該分離された上澄み液を活性汚泥処理して有機物を除去していた。活性汚泥処理で増殖した活性汚泥は余剰汚泥として排出される。このような生汚泥や、余剰汚泥、し尿、生ごみ等の有機性廃棄物を嫌気性消化すると、酸生成細菌やメタン生成細菌の働きによって、廃棄物中の有機物が分解し、汚泥の減量化が図れると共に、メタンガスや二酸化炭素などのガス、窒素及びりん濃度の高い廃水が生成される。そこで、今日、発生したメタンガスの熱源としての利用や、窒素・りん含有廃水から生成したＭＡＰを肥料及び化学原料として利用することなどについての検討が盛んに行われるようになった。
【０００３】
さらに今日では、更なるエネルギー回収や汚泥減量という観点から、嫌気性消化槽の効率化が図られている。例えば、生汚泥、余剰汚泥、あるいは生汚泥と余剰汚泥を混合した混合汚泥を、物理・機械的処理や化学的液化処理、加温処理などを行うことで汚泥の可溶化を促進し、嫌気性消化工程におけるメタンガスの回収率の向上、汚泥の減量化の促進を行っている。このような物理・機械的処理としては、ミルによる破砕処理、超音波処理等が挙げられ、化学的液化処理としては、オゾン、過酸化水素、酸、アルカリによる処理が有り、加温処理としては、好熱菌による処理などが有る。たとえば、特許文献１には、汚泥を超音波処理工程で処理して可溶化する方法が記されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように可溶化を促進して嫌気性消化の効率が上がれば上がるほど、汚泥の分解によって、より窒素・りん濃度が高い廃水が生じる。有機性廃棄物には、窒素・りん、マグネシウム等の元素が含まれており、有機性廃棄物が可溶化するとそれらの元素は溶液中に移行することになる。窒素、りん、マグネシウムはＭＡＰを構成する成分であり、高濃度となること、或いはアルカリが上昇することで、容易にＭＡＰの溶解度積以上の状態となり、ＭＡＰが析出する。したがって、消化槽では、ＭＡＰがドラフトチューブに析出することによって消化汚泥の流動が悪化したり、ポンプ引き抜き時における閉塞等のスケールトラブルが発生することになり、結果的に可溶化の促進を充分に果たすことができなかった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、可溶化を促進して嫌気性消化の効率を向上させるとともに、ＭＡＰの析出を制御して装置の安定な稼動を行わせることができる有機性廃棄物の処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、有機性廃棄物を含む汚泥の処理方法であって、汚泥を嫌気性消化槽において嫌気性生物により消化する嫌気性消化工程と、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む微粒子を分離する微粒子分離工程と、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を可溶化して前記嫌気性消化槽に戻す可溶化工程とを有し、前記微粒子分離工程において微粒子を分離した後の消化汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。可溶化工程とＭＡＰ除去工程とを並行して行うことにより、可溶化を促進して嫌気性消化の効率を向上させつつ、ＭＡＰの生成量を制御することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、さらに、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を減圧してガス成分を分離するガス分離工程を有することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法である。ガス分離工程によって溶液の活性を向上させ、ＭＡＰの析出や嫌気性消化槽での発酵を促進させる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記微粒子分離工程において、物理的作用によって粒子の分別を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法である。これにより、比重や粒径の差を利用して、ＭＡＰ成分を含む粒子を効率的に分離させる。勿論、水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤のような化学的手法を併用してもよい。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、有機性廃棄物を含む汚泥の処理装置であって、汚泥を収容して嫌気性生物により消化する嫌気性消化槽と、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む微粒子を分離する微粒子分離手段と、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を可溶化して前記嫌気性消化槽に戻す可溶化手段とを有し、前記微粒子分離手段において微粒子を分離した後の消化汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性消化槽に返送する処理経路が設けられていることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、さらに、前記嫌気性消化槽内の消化汚泥の一部を抜き出し、抜き出した消化汚泥を減圧してガス成分を分離するガス分離手段を有することを特徴とする請求項４に記載の有機性廃棄物の処理装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記微粒子分離手段は、物理的作用によって粒子の分別を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の有機性廃棄物の処理装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし請求項６に記載の発明によれば、可溶化によりＭＡＰを効率的に回収でき、メタンガスの発生量の増加、汚泥の減量化を促進し、かつ、消化槽内ドラフトチューブのＭＡＰ析出による消化汚泥の流動悪化、ポンプ引き抜き時における機器や配管の閉塞を防止して、安定に稼動させることができる処理方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態および実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。図１は、本発明の処理方式による一例のフローを示す図である。
【００１５】
この実施の形態の有機性廃棄物の処理工程は、汚泥を嫌気性消化槽１０において嫌気性生物により消化するメインプロセスと、嫌気性消化槽１０内の汚泥の一部を抜き出し、これに順次、可溶化工程、ガス分離工程、微粒子分離工程を行い、最終的に残留する処理済み汚泥を再び嫌気性消化槽１０へと戻すサブプロセスとを並行して行う。したがって、この実施の形態の有機性廃棄物の処理装置には、嫌気性消化槽１０を通過するメイン処理経路２０に加え、嫌気性消化槽１０の所定の位置（例えば、下流側の位置）から一部の汚泥を抜き出して可溶化手段に移送し、さらに順次、ガス分離手段、微粒子分離手段を経由して、嫌気性消化槽１０の所定の位置（例えば、上流側の位置）に戻すサブ処理経路３０が、メイン処理経路２０のバイパス循環経路として設けられている。このサブ処理経路３０を構成する配管や流路には、必要に応じて、搬送用のポンプ、弁、ヒータ等の動作機器、あるいは流量計等の計器が設けられている。
【００１６】
嫌気性消化槽１０は、状況や目的に応じて、標準的な単槽式のもの、あるいは多段式のものが適宜に用いられる。多段式のものとしては、後段側で固液分離を図るようにしたものや、前段で酸発酵を、後段でメタン発酵を行うもの等がある。勿論、ＵＡＳＢ法、嫌気性濾床法、流動床法等の既知の方式を採用することもできる。汚泥の抜き出し及び返送の位置は適宜に設定されるが、通常は、汚泥の抜き出しをある程度処理が進んだ後段側で行い、返送を前段側に対して行う。
【００１７】
消化汚泥の可溶化を行う可溶化手段３２には、消化汚泥の可溶化を促進する多種の手段が含まれる。物理的・機械的な可溶化手段３２としては、ミルによる破砕処理と、超音波発生器による超音波処理が代表的に挙げられる。前者では、汚泥粒子を微細化させて可溶化を促進し、後者では、さらなる微細化と、微生物細胞の破砕とを行って可溶化を促進する。一方、化学的な可溶化手段３２は、オゾン、過酸化水素、酸、アルカリによる処理が挙げられる。温度上昇により溶解度や反応速度が上昇することを利用する熱による可溶化処理も重要な手段である。生物学的な可溶化処理としては好熱菌による処理などがある。
【００１８】
汚泥の可溶化は汚泥量の減少、メタン発生量の増加と共に、液中のりん・アンモニウム・マグネシウム濃度を上昇させる。マグネシウムの溶出量は有機性廃棄物の種類で異なるが、下水消化汚泥の場合、りんに対し０．１〜１倍である。
【００１９】
ガス分離工程は、消化汚泥中のガス成分を除去する工程であり、ガス分離手段３４には、汚泥を収容する容器や搬送する経路を減圧する手段が含まれる。また、特開平7−１36406に開示されているような、真空容器内で回転する有底のふるい体を有する装置を用いても良い。この装置によれば、ふるい体の遠心力により被処理対象の汚泥や液体を真空容器内の壁面に衝突させ、汚泥中の気体の除去と微細化を同時に行うことができる。なお、ガス分離処理によって汚泥中の炭酸成分が減少するので、嫌気性消化槽１０における処理において消化ガス中の二酸化炭素の比率が大幅に低下する。
【００２０】
ガス分離工程においては、溶存メタンの除去のほか、脱炭酸や脱硫化水素が行われる。消化汚泥を脱炭酸することによって消化汚泥のｐＨは上昇する。ＭＡＰの析出はｐＨ依存性が高いことが知られており、ｐＨが高いほど多数のＭＡＰが析出する。したがって、ガス分離工程を行ってＭＡＰを析出させた後に微粒子分離工程を行うことで、汚泥中のＭＡＰが配管等へ付着する前に、効率良く除去することができる。また、ガス分離工程によって、液中の炭酸ガス、硫化水素、遊離アンモニア、正リン酸態リン、水酸イオン、アンモニウムイオン等の嫌気性発酵の活性を低下させる物質を減少させるとともに、汚泥中の微生物の一部が減圧に伴うダメージを受けて他の微生物による分解の対象となり、嫌気性発酵工程が進行し易くなっている。したがって、ガス分離された汚泥が嫌気性消化槽１０に戻された時に、嫌気性消化過程において有機物の分解率を向上させることができる。
【００２１】
微粒子分離手段３６は、消化汚泥に含まれている微粒子を主に物理的な手法で選別し、分離するもので、例えば、粒子径差や比重差を利用する。したがって、ＭＡＰのみを選別するものではない。しかしながら、消化工程やガス分離工程において析出したＭＡＰは粒径が適度に肥大化しており、所定径以上の微粒子を分離することによって、汚泥中のＭＡＰをかなり高い比率で分離することができる。分離した微粒子は高い濃度でＭＡＰを含んでいるので、適当な方法でさらに濃縮して資源として再利用することができる。
【００２２】
微粒子と消化汚泥の比重差を利用して分離する微粒子分離手段３６としては、液体サイクロン、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した微粒子分離手段３６としては、振動ふるい、ドラムスクリーン、ろ過層や分級層型分離槽などがある。
【００２３】
液体サイクロンは、下部が逆円錐形の構造となっており、汚泥流入管、微粒子排出管、汚泥排出管を有している。液体サイクロンでは、引き抜きポンプの圧送によって、微粒子を含有した消化汚泥が逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、消化汚泥より比重の重い微粒子が遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された微粒子は連続的にあるいは間欠的に抜き出すことができる。
【００２４】
微粒子分離手段３６においてＭＡＰを含む微粒子を分離した後の汚泥は、その一部または全量が戻り搬送路を経由して嫌気性消化槽１０に戻され、再処理される。分離後の汚泥中のＭＡＰ濃度は低下しており、これを嫌気性消化槽１０に戻すことによって消化槽内のＭＡＰ濃度を低下させるので、消化槽内での堆積を抑制してドラフトチューブ等の詰まりを防止し、安定した嫌気性処理を行わせることができる。また、この戻り汚泥は、可溶化手段３２において可溶化処理を受けているので、嫌気性処理が効率良く行われ、ＭＡＰの回収率の向上や消化汚泥の減容化を図ることができる。
【００２５】
なお、上記の実施の形態では、サブ処理経路３０に、３つの手段、すなわち、可溶化手段３２、ガス分離手段３４、微粒子分離手段３６をこの順で直列配置したが、配置の順序は状況に応じて適宜に変更することができる。また、各工程を行う手段は必ずしも１つではなく、同じまたは異なる構成の手段を複数を配置して協同的に動作させることも可能である。その場合、同一工程の複数の手段を離れて配置してもよい。さらに、
【００２６】
図２は、この発明の他の実施の形態の処理フローを示すものである。この実施の形態においては、サブ処理経路３０には、微粒子分離手段３６と可溶化手段３２のみが設置されている。各手段の構成、作用、効果等は、基本的に前述の通りである。
【００２７】
この実施の形態においては、消化汚泥に含まれている微粒子をサブ処理経路３０の最初に除去するので、微粒子が堆積してサブ処理経路３０中の円滑な流れを阻害することが防止される。また、消化槽内のＭＡＰ濃度を低下させつつ可溶化を行うので、ドラフトチューブ等の詰まりを防止しつつＭＡＰの回収率の向上や消化汚泥の減容化を図るという先の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図３は、この発明のさらに他の実施の形態を示すもので、サブ処理経路３０ａ，３０ｂ，３０ｃを、各工程毎に複数設け、これらを互いに（メイン処理経路２０に対しても）並列に配置したものである。すなわち、可溶化手段３２、ガス分離手段３４、微粒子分離手段３６は、それぞれ嫌気性消化槽１０の外部に設けられた３つのサブ処理経路３０ａ，３０ｂ，３０ｃの途中に配置され、これにより、嫌気性消化槽１０の下流側から抜き出した消化汚泥を個別に可溶化処理、ガス分離処理、微粒子分離処理して嫌気性消化槽１０の上流側に返送するようにしている。
【００２９】
この実施の形態のサブ処理経路３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各手段の構成、作用、効果等は、基本的に前述の通りである。この実施の形態では、３つのサブ処理経路は個別に設けられているので、その配管径、ポンプの能力、温度、出入口の位置等を個別に設定することができる。したがって、各サブ処理経路３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおける処理工程に適合した設定を行って、良好な処理条件を導き出すことができる。また、この実施の形態においても、ドラフトチューブ等の詰まりを防止しつつＭＡＰの回収率の向上や消化汚泥の減容化を図るという先の実施の形態と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００３０】
図４は、この発明のさらに他の実施の形態を示すもので、可溶化手段３２とガス分離手段３４をサブ処理経路３０ｄに、微粒子分離手段３６はこれと並列な他のサブ処理経路３０ｃに、それぞれ配置したものであり、図１の実施の形態と図３の実施の形態の中間的な構成である。この実施の形態では、直列に組み合わせて処理することが効果的な工程を選択的に直列配置している。どの工程を直列配置するかは、適宜に設定することができる。この実施の形態においても、ドラフトチューブ等の詰まりを防止しつつＭＡＰの回収率の向上や消化汚泥の減容化を図るという先の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
以下において、本発明を実施例によりさらに説明する。勿論、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
この実施例では、図２に示す実施の形態の処理フローを用いて処理を行った。対象有機性廃棄物は、嫌気好気法の余剰汚泥を遠心濃縮したものとした。可溶化手段３２として超音波処理装置を、ガス分離手段３４として真空脱気装置を、微粒子分離装置３６として液体サイクロンをそれぞれ用いた。
【００３２】
消化槽に投入する汚泥量は90L/dとした。消化日数は20日、消化温度は35℃とした。消化槽内の消化汚泥は、450L/dで抜き出し、真空脱気、液体サイクロンによるＭＡＰ分離、超音波処理した後、該消化汚泥を嫌気性消化槽１０に返送した。なお、真空脱気工程、ＭＡＰ分離工程、超音波処理工程は半回分的に行なった。また、引抜汚泥として１日に約90L/dを排出した。真空脱気装置の真空度は−93．3kpaとした。超音波発振機の発振周波数は20kHz、消費電力は１kWのものを用いた。超音波強度は消化汚泥量当たリ6kJ/Lとした（１日当たり2700kJ）。
【００３３】
投入汚泥のTSは42g/L、VSは35g/L、T−Pは920mg/Lであった。引抜汚泥の成分は、TSが2１g/L、VSが１7g/L、T−Pが700mg/Lであった。VS分解率は5１％、T−Pの減少率は24％であった。液体サイクロンで回収したＭＡＰは160g/d（りんとして20g−P/d）であった。消化ガスの発生量はVS当たリ0．46Nm3/kgであった。液体サイクロンでＭＡＰを回収したことでT-Pが減少した。
【００３４】
（比較例）
比較例１は、図５に示すように、サブ処理経路３０に超音波発信器からなる可溶化手段３２が設けられており、ガス分離手段３４、微粒子分離手段３６は設けられていない構成とした。
投入汚泥のTSは42g/L、VSは35g/L、T−Pは920mg/Lであった。引抜汚泥の成分は、TSが23g/L、VSが17g/L、T-Pが920mg/Lであった。VS分解率は51％、T-Pの減少率はほぼゼロであった。消化槽内で自然発生的に生成したＭＡＰが引抜汚泥と共に排出されたため、T-Pの減少率がゼロであったと推測される。消化ガスの発生量はVS当たリ0．46Nm3/kgであった。
【００３５】
比較例２は、図６に示すように、サブ処理経路３０が設けられていない、単独の嫌気性消化槽１０である。
投入汚泥のTSは42g/L、VSは35/L、T−Pは920mg/Lであった。引抜汚泥の成分は、TSが25g/L、VSが18g/L、T−Pが920mg/Lであった。VS分解率は49％、T−Pの減少率はほぼゼロであった。消化槽内で自然発生的に生成したＭＡＰが引抜汚泥と共に排出されたため、T−Pの減少率がゼロであったと推測される。消化ガスの発生量はVS当たリ0．42Nm3/kgであった。
実施例と比較例１，２の結果をまとめて表１に示す。この表に見られる通り、実施例と比較例では、ＭＡＰの回収量に大きな差が見られた。
【表１】
2006122799.tif 000003
【００３６】
すなわち、上記実施例においては、一連の操作によりＭＡＰを効率的に回収でき、メタンガスの発生量の増加、汚泥の減量化を促進し、消化槽内ドラフトチューブのＭＡＰ析出による消化汚泥の流動悪化、ポンプ引き抜き時における機器や配管の閉塞等の問題の解決に大きく貢献することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態の有機性廃棄物の処理方法のフローを示す図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態の有機性廃棄物の処理方法のフローを示す図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態の有機性廃棄物の処理方法のフローを示す図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態の有機性廃棄物の処理方法のフローを示す図である。
【図５】従来の有機性廃棄物の処理方法を示す図である。
【図６】従来の有機性廃棄物の処理方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  嫌気性消化槽
２０  メイン処理経路
３０，３０ａ〜３０ｄ  サブ処理経路
３２  可溶化手段
３４  ガス分離手段
３６  微粒子分離手段
【図１】
2006122799.tif 000004
【図２】
2006122799.tif 000005
【図３】
2006122799.tif 000006
【図４】
2006122799.tif 000007
【図５】
2006122799.tif 000008
【図６】
2006122799.tif 000009