(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、前記汚泥を含有する汚泥混合液を収容してその汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽７の前段に、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行う前処理装置２を配設すると共に、前記汚泥混合液に磁性体を投入することによりその汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離する磁気分離装置８を前記消化槽７に付設する。【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、前記汚泥を含有する汚泥混合液を収容してその汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽の前段に、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行う前処理装置を配設すると共に、前記汚泥混合液に磁性体を投入することによりその汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離する磁気分離装置を前記消化槽に付設したことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記前処理装置は、汚泥をアルカリ溶液により可溶化し、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化する請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記前処理装置は、前記可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化した上で、その消化汚泥を中和する請求項２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記前処理装置は、前記消化汚泥を嫌気性微生物の酸発酵により中和する請求項３に記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記消化槽での生物学的消化は、好気性消化あるいは嫌気性消化のいずれかである請求項１〜４のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
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、前記汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽の前段で、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行い、その後、前記消化槽内の汚泥混合液に磁性体を投入することにより、前記汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に磁気分離することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項７】
前記前処理は、汚泥をアルカリ溶液により可溶化し、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化する請求項６に記載の汚泥処理方法。
【請求項８】
前記前処理は、前記可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化した上で、その消化汚泥を中和する請求項７に記載の汚泥処理方法。
【請求項９】
前記前処理は、前記消化汚泥を嫌気性微生物の酸発酵により中和する請求項８に記載の汚泥処理方法。
【請求項１０】
前記消化槽での生物学的消化は、好気性消化あるいは嫌気性消化のいずれかである請求項６〜９のいずれか一項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。この余剰汚泥は、濃縮後、脱水処理を経て、焼却、廃棄あるいはリサイクル処理されるのが一般的である。また、場合によっては、濃縮後の脱水処理前に、嫌気性あるいは好気性消化により生物学的な減量化処理がなされている。
【０００３】
この有機排水の処理では、例えば、磁気分離を利用することにより汚泥のより一層の減量化を図っている。この磁気分離は以下の要領でもって行われる。まず、汚泥混合液に磁性体を投入することにより、その磁性体を汚泥に付着させて磁化汚泥を生成する。前述の磁気分離装置では、磁気を帯びたローラを回転させ、そのローラによって磁化汚泥のみを磁気吸着して掻取板によってローラから掻き取ることにより汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に分離し、生物処理槽内の汚泥を高濃度にすることにより、自己消化を促し、減量化を実現している（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開昭５７−１３５０９１号公報
【特許文献２】特開平８−５２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した有機排水の処理工程で多量に発生した余剰汚泥を焼却するには、大量の熱エネルギーが必要なことや有害物質の発生が問題視されており、また、余剰汚泥を廃棄するには、埋立地の確保が深刻化している等、近年、余剰汚泥の処理が大きな課題となっている。
【０００５】
また、余剰汚泥を濃縮後に脱水処理する場合には、減量化処理を経た場合に比べて、脱水機に供与する汚泥量が多く、脱水機の運転に要する費用が必然的に多大となっていた。このため、余剰汚泥の濃縮後の脱水処理前に、嫌気性あるいは好気性消化により生物学的な減量化処理を施すことが好ましいが、この場合でも以下のような問題があった。
【０００６】
まず、嫌気性消化による処理では、エネルギー回収は可能であるが、設備の規模が大きくなるという問題があり、また、好気性消化による処理では、曝気が必要となり、そのためのランニングコストが多大になるという問題があった。また、磁気分離により汚泥の減量化を実現しているが、更なる汚泥の大幅な減量化という課題があった。
【０００７】
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】
【０００８】
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、前記汚泥を含有する汚泥混合液を収容してその汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽の前段に、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行う前処理装置を配設すると共に、前記汚泥混合液に磁性体を投入することによりその汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離する磁気分離装置を前記消化槽に付設したことを特徴とする。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、前記汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽の前段で、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行い、その後、前記消化槽内の汚泥混合液に磁性体を投入することにより、前記汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に磁気分離することを特徴とする。なお、前述した消化槽での生物学的消化は、好気性消化あるいは嫌気性消化のいずれであっても適用可能である。
【０００９】
本発明では、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工程において、消化槽に磁気分離装置を付設してその消化槽内の汚泥混合液に磁性体を投入することにより、その汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に磁気分離により固液分離することで汚泥を高濃度に濃縮することができる。このため、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、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る。
【００１０】
また、本発明では、前述した汚泥処理工程において、消化槽の前段に前処理装置を配設し、微生物による汚泥の生物学的消化を補助する前処理を行うことにより、後段の生物学的消化を促進させることができる。この前処理としては、例えば、汚泥をアルカリ溶液により可溶化し、その可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化する処理がある。この消化処理は、好気性雰囲気下あるいは嫌気性雰囲気下のいずれであってもよい。また、場合によっては、可溶化汚泥を好アルカリ性微生物により消化した上でその消化汚泥を中和するようにしてもよい。消化汚泥を中和する場合には、嫌気性微生物の酸発酵を利用することが好ましいが、硫酸や塩酸などの中和用薬剤を使用することも可能である。
【００１１】
前処理として、アルカリ可溶化、好アルカリ性微生物による好気性消化、および嫌気性微生物の酸発酵による中和からなる一連のアルカリ処理を実施した場合、汚泥混合液のｐＨ調整が不要となり、また、中和用薬剤を使用する必要もなくなる。なお、前処理としては、アルカリ処理以外に、加熱、超音波、物理的破砕、酸処理、酵素処理、生物処理またはそれらの組み合わせ処理が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、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工程において、消化槽に磁気分離装置を付設してその消化槽内の汚泥混合液に磁性体を投入することにより、その汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に磁気分離により固液分離することで汚泥を高濃度に濃縮することができるので、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る。その結果、磁性体を投入せず高濃度に濃縮されない微生物による生物学的消化のみに比べて、更なる汚泥の減量化を容易に実現することができ、設備のコンパクト化、ランニングコストの低減が容易に図れる。
【００１３】
また、例えば、汚泥をアルカリ処理により可溶化し、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た上で、その消化汚泥を嫌気性微生物の酸発酵により中和する前処理装置を消化槽の前段に設けた場合、アルカリ可溶化、好アルカリ性微生物による好気性消化、および嫌気性微生物の酸発酵による中和からなる一連の前処理を実施することで、汚泥混合液のｐＨ調整が不要となって処理の簡便性が図れ、また、中和用薬剤を使用しないことから、薬剤などのランニングコストを大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１および図２は本発明に係る汚泥処理装置の実施形態で、この汚泥処理装置は、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工程に設置される。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。
【００１５】
各実施形態における汚泥処理装置では、図１および図２に示すように汚泥を含有する汚泥混合液を収容した消化槽７により、その汚泥を汚泥捕食菌としての微生物により生物学的に消化する。この消化槽７に磁気分離装置８を付設する。磁気分離装置８は、汚泥混合液に磁性体を投入することにより生成された磁化汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離する機能を発揮する。
【００１６】
前述の消化槽７での消化処理には、曝気を行う好気性消化と曝気を行わない嫌気性消化があり、好気性消化の場合、磁気分離装置８により分離された処理液は、後段の沈殿槽１２でさらに沈降分離され、清澄な処理水として排出される。沈殿槽１２で沈降分離された消化汚泥は返送消化汚泥として好気性消化槽７に返送され、一部は余剰消化汚泥として沈殿槽１２から引き抜かれる。また、嫌気性消化の場合、濃縮された汚泥混合液は、脱水機１３へ導入されて脱水処理される。
【００１７】
この汚泥処理装置では、消化槽７に磁気分離装置８を付設したことにより、磁化汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離することで汚泥を高濃度に濃縮する。このように汚泥が高濃度に濃縮されるため、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、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る。
【００１８】
この実施形態における好気性消化法の場合、汚泥濃度が高く維持されるので、従来における好気性消化法よりも消化槽７がコンパクトになる。さらに、消化槽７からの流出汚泥濃度を低く抑えることができる上、磁化汚泥が磁性体を含んでいることから比重が大きくなり沈降速度が向上するため、後段の沈殿槽１２も飛躍的にコンパクトになる。
【００１９】
また、この実施形態における嫌気性消化法の場合、濃縮分離された後の処理液中の固形物濃度が低くなるので、処理液の透視度が増すと共に、後段に何らかの処理プロセスが必要な場合でも、そのプロセスへの固形物負荷を低減することができる。
【００２０】
なお、この汚泥処理工程では、汚泥をアルカリ処理により可溶化し、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た上で、その消化汚泥を嫌気性微生物の酸発酵により中和する前処理装置２を消化槽７の前段に設ける。このようにアルカリ可溶化、好アルカリ性微生物による好気性消化、および嫌気性微生物の酸発酵による中和からなる一連の前処理を実施することにより、汚泥混合液のｐＨ調整が不要となり、また、中和用薬剤を使用する必要もなくなる。
【００２１】
図１は、アルカリ処理による前処理および好気性消化を実施する汚泥処理装置を例示する。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、排水処理工程において生じた汚泥を生物学的に消化する汚泥処理工程に設置された汚泥処理装置へ供給される。
【００２２】
汚泥処理工程では、排水処理工程の生物処理槽１から発生した汚泥が前処理装置２に供給される。前処理装置２は、可溶化槽３、消化槽４、沈殿槽５および中和槽６で構成されている。この前処理装置２では、まず、可溶化槽３で、生物処理槽１から発生した汚泥を水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液を投入することにより可溶化し、その可溶化汚泥を消化槽４にて好アルカリ性微生物により好気性消化する。そして、その消化汚泥を沈殿槽５にて沈殿させ、消化汚泥の一部を消化槽４に返送すると共に余剰汚泥を排出する。消化汚泥の残部は中和槽６にて嫌気性微生物による酸発酵で中和される。
【００２３】
前述の前処理装置２により濃縮化された汚泥は、好気性消化を実行する消化槽７へ供給される。この消化槽７では好気性消化が実行されることから、曝気ブロア１０および散気装置１１が設けられている。消化槽７内の汚泥混合液には、磁性体供給装置９から磁性体が供給され、その磁性体の一部が汚泥に付着して磁化汚泥となる。この消化槽７では、磁気分離装置８により、磁化汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離することで汚泥を高濃度に濃縮する。
【００２４】
このように汚泥が高濃度に濃縮されるため、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、汚泥の生物学的消化における処理能力が向上する。磁気分離装置８は、磁気を帯びたローラを回転させ、そのローラによって磁化汚泥のみを磁気吸着して掻取板によってローラから掻き取ることにより磁化汚泥混合液から分離する。この磁気分離装置８により磁化汚泥混合液から分離された処理液を沈殿槽１２へ供給する。沈殿槽１２では、処理液をさらに沈降分離し、清澄な処理水を排出し、沈降分離された消化汚泥を消化槽７に返送すると共に一部の消化汚泥を余剰汚泥として引き抜く。
【００２５】
この好気性消化での磁気分離の有無による処理性能の比較を下表に示す。この処理性能の比較では、食品工場排水を好気的に生物処理して発生した汚泥（化学的酸素要求量ＣＯＤ＝１２０００［ｍｇ／Ｌ］、固形物濃度ＳＳ＝１２０００［ｍｇ／Ｌ］、処理流量＝１２［Ｌ／日］、固形物負荷＝１４４［ｇ／日］）に対して、前処理〔ＮａＯＨでｐＨ＝１２でアルカリ可溶化（ＨＲＴ＝３［ｈ］、４０℃）、好アルカリ性微生物による好気性消化（水理学的滞留時間ＨＲＴ＝２４［ｈ］、３５℃）、および嫌気性微生物の酸発酵による中和（ＨＲＴ＝５０［ｈ］、３５℃）〕を行ったものについて、磁気分離付き好気性消化（ＳＳ濃度ＭＬＳＳ＝２００００［ｍｇ／Ｌ］、ＨＲＴ＝１２［ｈ］）を行った。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上表からも明らかなように、磁気分離しない場合、発生汚泥量が４８［ｇ／日］であったのに対して、磁気分離した場合、発生汚泥量が２５［ｇ／日］となって大幅に減少し、汚泥の減量化が実現されている。
【００２８】
図２は、アルカリ処理による前処理および嫌気性消化を実施する汚泥処理装置を例示する。前述の好気性消化を実施する汚泥処理装置（図１参照）で説明したように、排水原水が生物処理槽１へ供給され、その生物処理槽１で処理された排水が排水処理水として放流される排水処理工程において、その生物処理槽１から発生する汚泥は、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工程に設置された汚泥処理装置へ供給される。
【００２９】
汚泥処理工程では、排水処理工程の生物処理槽１から発生した汚泥が前処理装置２に供給される。前処理装置２と磁気分離装置８は、前述の好気性消化を実施する汚泥処理装置（図１参照）で説明したものと同様であるため、重複説明は省略する。
【００３０】
前述の前処理装置２により濃縮化された汚泥は、嫌気性消化を実行する消化槽７へ供給される。消化槽７内の汚泥混合液には、磁性体供給装置９から磁性体が供給され、その磁性体の一部が汚泥に付着して磁化汚泥となる。この消化槽７では、磁気分離装置８により、磁化汚泥混合液を磁化汚泥と処理液に固液分離することで汚泥を高濃度に濃縮する。このように汚泥が高濃度に濃縮されるため、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、汚泥の生物学的消化における処理能力が向上する。磁気分離装置８により磁化汚泥混合液から分離された処理液は排出され、濃縮された汚泥混合液は脱水機１３に供給され、脱水処理された磁化汚泥と処理液がそれぞれ排出される。
【００３１】
この嫌気性消化での磁気分離の有無による処理性能の比較を下表に示す。この処理性能の比較では、食品工場排水を好気的に生物処理して発生した汚泥（ＣＯＤ＝１２０００［ｍｇ／Ｌ］、ＳＳ＝１２０００［ｍｇ／Ｌ］、処理流量＝１２［Ｌ／日］、固形物負荷＝１４４［ｇ／日］）に対して、前処理〔ＮａＯＨでｐＨ＝１２でアルカリ可溶化（ＨＲＴ＝３［ｈ］、４０℃）、好アルカリ性微生物による好気性消化（ＨＲＴ＝２４［ｈ］、３５℃）、および嫌気性微生物の酸発酵による中和（ＨＲＴ＝５０［ｈ］、３５℃）〕を行ったものについて、磁気分離付き嫌気性消化（ＭＬＳＳ＝３００００［ｍｇ／Ｌ］、ＨＲＴ＝３０［ｈ］）を行った。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
上表からも明らかなように、磁気分離しない場合、発生汚泥量が２１０［ｇ／日］であったのに対して、磁気分離した場合、発生汚泥量が１０５［ｇ／日］となって大幅に減少し、汚泥の減量化が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る汚泥処理装置の実施形態で、好気性消化を行った場合の概略構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態で、嫌気性消化を行った場合の概略構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
２  前処理装置
７  消化槽
８  磁気分離装置
【図１】
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【図２】
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