(57)【要約】【課題】  余剰汚泥の生物学的消化における処理能力を向上させ、大掛かりな設備を必要とすることなく、ランニングコストの低減化を容易に図る。【解決手段】  有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理装置において、汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理槽２と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化槽３と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理槽５と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化槽６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理装置において、前記汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理槽と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化槽と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより前記好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理槽と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化槽とを備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記アルカリ性消化槽に投入される好アルカリ性微生物は、処理温度が２０〜９０℃で、かつ、ｐＨが９．０〜１２．０の条件下で汚泥を可溶化および分解する汚泥捕食菌である請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記中和処理槽に投入される好アルカリ性微生物は、処理温度が２０〜９０℃で、かつ、ｐＨが８．０〜１２．０の条件下で酸発酵機能を発揮する汚泥捕食菌である請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記中性消化槽に投入される微生物は、処理温度が２０〜４０℃で、かつ、ｐＨが７．０〜８．０の条件下で汚泥を好気性消化する汚泥捕食菌である請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理方法において、前記汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理工程と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化工程と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより前記好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理工程と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化工程とを含むことを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項６】
前記可溶化処理工程、アルカリ性消化工程、中和処理工程および中性消化工程における処理液のｐＨを管理する請求項５に記載の汚泥処理方法。
【請求項７】
前記中性消化工程における処理液のｐＨが７．０〜８．０となるように管理し、そのｐＨ調整は、アルカリ性消化工程から中和処理工程への処理液の注入量を制御することにより行う請求項５に記載の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、産業排水、生活排水などの有機排水を生物学的に処理する汚泥処理装置及び汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、有機排水の処理には、標準活性汚泥法で代表される生物学的処理法が広く利用されている。この活性汚泥法では、曝気槽などの生物処理槽において、有機排水に含まれている有機物を微生物により酸化分解するものであり、その処理工程では微生物が増殖して余剰汚泥が多量に発生する。この余剰汚泥の一部は、濃縮、消化（嫌気性処理）、脱水、コンポスト化などの工程を経て再資源化されているが、大部分は焼却処分あるいは産業廃棄物として埋め立て処分されている。しかし、焼却処分の場合、大量の熱エネルギーが必要なことや有害物質発生が問題視されており、また、埋め立て処分の場合、埋立地の確保が深刻化している等、余剰汚泥の処分方法の開発が大きな課題となっている。
【０００３】
この問題に対して、余剰汚泥を嫌気性消化する方法があり、特に、メタンガスをエネルギーとして利用できるメタン発酵法（例えば、特許文献１参照）がエネルギー回収型の汚泥減量化方法として注目されている。しかしながら、滞留時間が１０〜３０日も要し、装置規模が大きくなるためイニシャルコストが高くなり、メタン発酵後に生じる消化液の処理に用いる薬品などのためにランニングコストも高くなる。また、メタン発酵で生成するガスには約４０％もの炭酸ガスが含まれるため、大規模な処理場でなくてはエネルギーとして利用できるほどのメタンガスを回収できない問題点があり、中小規模の処理施設ではメタン発酵で生じるメタンガスはほとんどエネルギーとして有効に使用されていないのが現状である。
【０００４】
一方、生物処理プロセスで発生する余剰汚泥を減量化するために、生物処理工程から引き抜いた余剰汚泥を可溶化処理して生分解性の高い汚泥に改質し、この改質汚泥を再び生物処理工程に返送して生分解処理させるようにした余剰汚泥減量化の各種処理方式が提案されている。
【０００５】
例えば、オゾンの酸化力で余剰汚泥を生分解し易い有機物に改質し、その改質汚泥を再び生物処理工程に返送して生分解（消化）させる方法（例えば、特許文献２参照）や、アルカリ添加による加水分解作用により汚泥を生分解し易い有機物に変えて、酸により中和し生物処理槽に返送して消化させる方法（例えば、特許文献３参照）がある。そのほかに、水熱反応を利用して余剰汚泥を可溶化する方法（例えば、特許文献４参照）や、高温、高圧、超音波、好熱性細菌、酵素を利用する方法なども知られている。
【０００６】
しかしながら、これらオゾン、超音波、水熱反応、高温、高圧処理などは、設備コストや電気代といったランニングコストが高くなることが問題となる。さらに、酸やアルカリを添加した場合には中和のための薬品コストも必要となる。また、生物学的方法においても好熱菌を利用する場合、加熱のためのコストの上昇が問題となっている。
【０００７】
一方、微生物処理槽を既存の生物処理槽と兼用し前処理汚泥を返送する場合は、汚泥は可溶化されているだけでＢＯＤ負荷自体は処理前とほとんど変わらないため、生物処理槽の負荷を大きく上げてしまい、生物処理槽の処理能力に余裕がある場合にしか適用できない。また、可溶化汚泥を返送することで、処理水の水質が悪くなるという新たな問題も発生する。さらに、可溶化汚泥は汚泥の主成分である微生物を構成している蛋白質、多糖類、脂質などの高栄養分性物質を多量に含むため、貧栄養分性物質を主体に処理している生物処理槽に可溶化汚泥が返送されることにより生態系に悪影響を及ぼす可能性が危惧される。
【０００８】
これらの問題点に対して、可溶化処理工程の後段に好気性消化処理を行った後に生物処理槽へ返送する方法（例えば、特許文献５参照）や、嫌気性消化処理後に生物処理槽へ返送する方法があるが、前述したように生物処理槽へ返送することにより、微生物に少なからず影響を与えることが懸念される。特に、可溶化処理手段として酸やアルカリを用いて中和処理を行わない場合（例えば、特許文献６参照）は、好気性消化もしくは嫌気性消化後に生物処理槽へ返送される汚泥のｐＨが前処理の薬剤の影響を受ける場合があるため、生物処理槽の微生物にとって非常に有害となり、処理効率が悪化する。
【０００９】
また、アルカリ処理後に微好気あるいは好気条件にて好気処理を行い、得られた物質を嫌気条件にて酸発酵させる酸発酵工程から有機酸を回収し、その酸発酵工程による酸発酵前にビタミン類を添加することにより、有機酸の回収率を上げることを目的とした有機物処理方法（例えば、特許文献７参照）や、有機排水をｐＨ調整槽、脱窒槽、生物処理槽、固液分離装置の順に通して生物学的に処理した後、汚泥を分離する方法（例えば、特許文献８参照）、好気的生物処理槽中に浸漬膜を設けて汚泥と処理水との分離を行う方法（例えば、特許文献９参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開平９−１９６９７号公報
【特許文献２】特開平６−２０６０８８号公報
【特許文献３】特開２００３−１９０９８４号公報
【特許文献４】特開２００３−１１７５９７号公報
【特許文献５】特開平９−７５９７５号公報
【特許文献６】特開２００４−１４８１３６号公報
【特許文献７】特開２００３−１６４８９６号公報
【特許文献８】特開２００３−３３４５８９号公報
【特許文献９】特開２００３−３４０４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、有機排水の微生物処理法が効率的かつ経済的に実施できるようにするためには、処理に伴って発生する余剰汚泥の減量化に、長時間の処理や多くの熱エネルギーやコストを要することなく行うことができる技術の開発が必要である。しかしながら、前述した特許文献１〜９に開示された技術の場合、装置の拡大や処理時間の長期化などの問題があり、酸やアルカリ処理は薬剤による中和処理を必要とするため、多くのコストを要する。また、種々の方法で可溶化した汚泥もしくは好気性処理した汚泥を生物処理槽へ返送するシステムは、生物処理槽への負荷を増大する問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、余剰汚泥の生物学的消化における処理能力を向上させ、大掛かりな設備を必要とすることなく、ランニングコストの低減化を容易に図り得る汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る汚泥処理装置は、有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理装置において、前記汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理槽と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化槽と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより前記好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理槽と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化槽とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この汚泥処理装置において、アルカリ性消化槽に投入される好アルカリ性微生物は、処理温度が２０〜９０℃で、かつ、ｐＨが９．０〜１２．０の条件下で汚泥を可溶化および分解する汚泥捕食菌とすることが望ましく、より好ましい条件は、処理温度が３０〜６０℃で、かつ、ｐＨが９．０〜１１．０である。また、中和処理槽に投入される好アルカリ性微生物は、処理温度が２０〜９０℃で、かつ、ｐＨが８．０〜１２．０の条件下で酸発酵機能を発揮する汚泥捕食菌とすることが望ましく、より好ましい条件は、処理温度が３０〜６０℃で、かつ、ｐＨが８．０〜１０．０である。さらに、中性消化槽に投入される微生物は、処理温度が２０〜４０℃で、かつ、ｐＨが７．０〜８．０の条件下で汚泥を好気性消化する汚泥捕食菌とすることが望ましい。なお、前述した処理温度およびｐＨの範囲を逸脱する場合には、汚泥捕食菌としての微生物が生育するには不適な環境となる。
【００１４】
また、本発明に係る汚泥処理方法は、有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理方法において、前記汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理工程と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化工程と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより前記好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理工程と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
この汚泥処理方法において、可溶化処理工程、アルカリ性消化工程、中和処理工程および中性消化工程における処理液のｐＨを管理し、特に、中性消化工程における処理液のｐＨが７．０〜８．０となるように管理し、そのｐＨ調整は、アルカリ性消化工程から中和処理工程への処理液の注入量を制御することにより行うことが望ましい。
【００１６】
本発明では、汚泥にアルカリ溶液を投入することによりその汚泥を可溶化することにより、汚泥の構成成分の分解・低分子化および可溶化を促進させることができ、後段の好気性消化あるいは嫌気性消化での消化が著しく促進される。また、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化し、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することによりその好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和することで、中和用薬剤を使用する必要がなくなるので、薬剤によるランニングコストの削減が図れる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、汚泥にアルカリ溶液を投入することによりその汚泥を可溶化することにより、汚泥の構成成分の分解・低分子化および可溶化を促進させることができ、後段の好気性消化あるいは嫌気性消化での消化が著しく促進される。その結果、難分解性物質の分解が促進されると共に自己消化も促進されるため、汚泥の生物学的消化における処理能力を向上させることができ、汚泥の減量化を容易に実現することができる。
【００１８】
また、可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化し、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することによりその好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和することで、ｐＨ調整が不要となって処理の簡便性が図れ、中和用薬剤を使用する必要がないので、薬剤によるランニングコストの大幅な削減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１および図２は本発明の実施形態を説明するためのもので、図１は、有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程とは別の汚泥処理工程に設置された汚泥処理装置を示し、図２は、その汚泥処理装置の全体構成を示す。ここで、前述した「汚泥」とは、余剰汚泥、生汚泥あるいは混合汚泥の有機物を主体とする固形物を意味する。
【００２０】
図１に示すように、排水処理工程では、排水原水は生物処理槽１へ供給され、その生物処理槽１で処理された排水は排水処理水として放流される。この排水処理工程における排水の浄化に伴って生物処理槽１から発生する汚泥は、排水処理工程とは別の汚泥処理工程に設置された汚泥処理装置１０へ供給される。
【００２１】
この汚泥処理装置１０は、有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化するもので、汚泥にアルカリ溶液を投入することにより汚泥を可溶化する可溶化処理槽２と、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化槽３と、そのアルカリ消化汚泥を好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより好アルカリ性微生物の酸発酵でもって中和する中和処理槽５と、その中性汚泥を微生物により好気性消化する中性消化槽６とを主要部として構成される。
【００２２】
前述した可溶化処理槽２では、汚泥をアルカリ処理することにより、その汚泥の構成成分の分解・低分子化および可溶化を促進させ、後段の好気性消化を著しく促進させるようにしている。この可溶化処理槽２に添加されるアルカリ溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が使用可能であるが、経済性や取り扱いの容易性から水酸化ナトリウムを使用することが好適である。
【００２３】
この可溶化処理槽２内では、処理水のｐＨを１２．０以下にすることが望ましい。ｐＨを１２．０よりも大きくすると、後段の好気性消化で使用できる微生物の種類が限られてしまうことになる。また、必要に応じて、アルカリ処理と併せて熱処理や超音波処理の少なくとも一方を使用することが可能である。これら熱処理や超音波処理のいずれかを使用すれば、汚泥の分解・低分子化および可溶化の効率を上げることができ、処理時間の短縮化が図れる。処理時間、処理温度は、要求される目標可溶化率とランニングコストとの兼ね合いにより決定されるが、熱処理の場合、処理温度は４０〜８０℃が適当である。この可溶化処理工程では、化学的酸素要求量ＣＯＤが３０００以下で、処理時間ＲＴが１０時間以下である。
【００２４】
この汚泥処理装置１０では、二段の好気性消化による処理がなされる。この二段の好気性消化は、一段目のアルカリ性消化槽３と二段目の中性消化槽６で行われる。いずれの好気性消化も、活性汚泥法で行う曝気処理が好ましく、その曝気処理は、好気的分解が許容されるように実施すればよい。また、処理方式もバッチ式あるいは連続式のいずれであってもよい。
【００２５】
一段目の好気性消化を行うアルカリ性消化槽３では、好アルカリ性微生物を用い、アルカリ処理後の可溶化物質を効果的に可溶化、分解および低分子化する。このアルカリ性消化槽３の条件は、好アルカリ性微生物が生育し易い環境に設定する。すなわち、処理温度は、２０〜９０℃（特に３０〜６０℃）の中高温が好ましく、ｐＨは９．０〜１２．０（特に９．０〜１１．０）が好ましい。一方、好アルカリ性微生物は、前述の処理温度やｐＨ条件で生育でき、汚泥成分を栄養源とし、汚泥を可溶化および分解することができ、汚泥減量化効果のある微生物であれば特に限定されるものではない。この微生物の例としては、例えば、Bacillus alkaliphilus、Bacillus pasteurii、Bacillus sp. 2B-2およびBacillus sp. C-11等のBacillus属などが挙げられる。このアルカリ性消化工程では、化学的酸素要求量ＣＯＤが１０００以下で、処理時間ＲＴが２０時間以下である。
【００２６】
このアルカリ性消化槽３の後段には、固液分離槽４を設置している。好アルカリ性微生物による好気性消化後の可溶化物質は非常に溶解性成分濃度が高いため、分離能のよい手段が好ましい。また、固液分離後の液体成分は非常に高いＢＯＤ成分を含むため、後段の好アルカリ性微生物による嫌気性消化で中和する中和処理工程へ移行後、二段目の好気性消化を行う中性消化工程で処理される。一方、分離された固体成分は、前段の好アルカリ性消化槽３に返送される。
【００２７】
前述のようにして固液分離槽４で得られた液体成分は、好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより中和処理槽５にて処理される。この液体成分は、アルカリ性であるため、嫌気性消化の条件下では好アルカリ性微生物により有機酸発酵が起こり、結果的に処理槽内のｐＨが酸性側に傾く。この中和処理槽５内では、処理温度が２０〜９０℃（特に３０〜６０℃）の中高温が好ましく、ｐＨは８．０〜１２．０（特に８．０〜１０．０）が好ましい。この中和処理工程では、化学的酸素要求量ＣＯＤが５００以下で、処理時間ＲＴが５０時間以下である。
【００２８】
前述の中和処理槽５で処理された液体成分は、二段目の好気性消化を行う中性消化槽６にて処理される。固液分離槽４にて分離された液体成分は、非常に高いＢＯＤ成分を含むため、好気性消化により処理水質の改善を行う。この好気性消化を行う中性消化槽６では、処理温度が２０〜４０℃の中温が好ましく、ｐＨを７．０〜８．０の中性付近とし、微生物が生育し易い環境に設定する。この中性消化工程では、化学的酸素要求量ＣＯＤが１００以下で、処理時間ＲＴが２０時間以下である。
【００２９】
なお、可溶化処理工程、アルカリ性消化工程、中和処理工程および中性消化工程の各工程における槽では、処理液のｐＨをセンサ等により管理し、特に、中性消化槽６では、処理液のｐＨが７．０〜８．０となるように管理するため、そのｐＨ調整は、アルカリ性消化槽３から中和処理槽５への処理液の注入量を制御することにより行う。
【００３０】
前述の中性消化槽６の後段には、固液分離槽７を設置している。中性消化槽６で得られた処理液は、固液分離槽７に供給され、固液分離後の液体成分は放流され、その固体成分は中性消化槽６へ返送される。このようにして最終的に得られた処理水については、ｐＨが７．０〜８．０の中性であり、化学的酸素要求量ＣＯＤが１００以下で、固形物濃度ＳＳが１００以下である。
【００３１】
なお、この実施形態の場合、中性消化工程で得られた処理液は、排水処理工程の生物処理槽１へ返送しないようにしているが、排水処理工程の生物処理槽１へ返送するようにしてもよい。この処理水を排水処理工程の生物処理槽１へ返送しないようにすれば、汚泥処理工程のみで処理するワンパス方式となることから、生物処理槽１への負荷をかけることなく、汚泥を効率よく減少させることができる。
【実施例１】
【００３２】
汚泥処理装置１０を構成する可溶化処理槽２、アルカリ性消化槽３、中和処理槽５、中性消化槽６の各槽容量として、１．５Ｌ、１２Ｌ、２５Ｌ、６Ｌのものを使用した。また、汚泥は、ＢＯＤ濃度２０００ｍｇ／Ｌ、固形物濃度１２ｇ／Ｌの食品工場排水であり、１２Ｌ／日の流量で可溶化処理槽２へ供給した。アルカリ添加は水酸化ナトリウムを用いて、初発ｐＨ１２、４０℃の条件で３時間処理を行った結果、固形物濃度は９．５ｇ／Ｌに減少（未処理汚泥の２０．８％減少）した。
【００３３】
次に、アルカリ処理後の汚泥（ｐＨ１０．５）をアルカリ性消化槽３にて、ｐＨ９．０〜１０．５、３５℃の条件で好アルカリ性微生物による好気性消化を２４時間行ったところ、固形物濃度は５．８ｇ／Ｌに減少（未処理汚泥の５１．６％減少）した。この処理汚泥を固液分離し、固形成分はアルカリ性消化槽３へ返送し、高濃度液体成分は、中和処理槽５にて好アルカリ性微生物による嫌気性消化をｐＨ７．８〜９．５、３５℃の条件で５０時間行い、中和処理にてｐＨ８．０以下となった処理水のみが後段の中性消化槽６へ供給する。この中性消化槽６にて、ｐＨ７．０〜８．０、３５℃の条件で好気性消化を１２時間行った結果、処理水のＢＯＤ濃度は５０ｍｇ／Ｌまで減少し、固形物濃度は１０ｍｇ／Ｌまで減少した。最終的な汚泥の引き抜き量は４８ｇ／日であり、未処理汚泥の約３分の１となった。
【００３４】
以上で説明した実施例と比較するための比較例として、前述の可溶化処理槽２を省略し、好アルカリ性微生物により好気性消化するアルカリ性消化槽３の代わりに通常の好気性消化槽とし、また、後段の好アルカリ性微生物により嫌気性消化することにより中和する中和処理槽５の代わりに通常の嫌気性消化槽として、実施例と同様の処理を行った。その結果として、実施例と比較例とのデータを下表に示す。
【００３５】
【表１】
2006326439.tif 000003
【００３６】
上表からも明らかなように、比較例の場合、最終汚泥量が７２．０ｇ／日（未処理汚泥の１／２）であったのに対して、実施例の場合、最終汚泥量が４８．０ｇ／日（未処理汚泥の１／３）となって大幅に減少し、汚泥の減量化が実現されている。この実施例では、全処理時間９０時間（３．７日）以内で汚泥の減量化５０％以上を達成し、処理水質も非常によい低負荷濃度を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態で、有機排水を生物学的処理によって浄化する排水処理工程とは別の汚泥処理工程に設置された汚泥処理装置を示すブロック図である。
【図２】図１の汚泥処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  可溶化処理槽（可溶化処理工程）
３  アルカリ性消化槽（アルカリ性消化工程）
５  中和処理槽（中和処理工程）
６  中性消化槽（中性消化工程）
【図１】
2006326439.tif 000004
【図２】
2006326439.tif 000005