(57)【要約】【課題】加熱エネルギーの効率性が良く、かつ含水率の著しい低下が期待できる活性余剰汚泥の減量化処理方法を提供する。【解決手段】生物処理よって排出される活性余剰汚泥を、加熱処理槽に貯留させると共にこの液中に直接的に水蒸気を供給し、所定温度で所定時間の加熱処理を行った後に、該熱処理を行った活性余剰汚泥を脱水して固形化し、更に乾燥させる。なお、加熱処理槽内の活性余剰汚泥の温度は、６０〜７０℃を維持することがより好ましく、乾燥の雰囲気は２０〜４０℃の気体を供給することが望ましい。また、熱処理汚泥の乾燥は、圧縮手法によって脱水した脱水ケーキを細分化して加熱乾燥及び又は自然乾燥させる手法を採っても良い。圧縮手法としては、慣用的な手法が用いられるが機械的圧縮、遠心圧縮、自然圧縮など従来の技術を用いれば良い。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理場、し尿処理場、又は各種生産工場などから生物処理よって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を、槽内部に直接熱媒体を供給する手段を有する加熱処理槽に貯留し、該加熱処理槽内の活性余剰汚泥の液中に直接熱媒体を供給して、所定温度で所定時間の加熱処理を行った後に、該熱処理を行った熱処理汚泥を脱水して脱水ケーキを形成させたこと特徴とする活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項２】
脱水ケーキをさらに乾燥させたことを特徴とする請求項１記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項３】
加熱処理において、活性余剰汚泥内に熱媒体として水蒸気を供給したことを特徴とする請求項１記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項４】
加熱処理槽の加熱処理において、活性余剰汚泥の温度を４０〜９０℃、好ましくは６０〜７０℃に維持することを特徴とした請求項１、２、又は３記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項５】
脱水ケーキの乾燥において、脱水ケーキを小粒状、ひも状、等に細分化して加熱乾燥及び又は自然乾燥をさせたことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項６】
乾燥において、１０〜１２０℃、望ましくは２０〜４０℃の温度雰囲気で行ったことを特徴とする請求項２記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【請求項７】
自然乾燥において、送気流を用いたことを特徴とする請求項５記載の活性余剰汚泥の減量化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、下水処理場、し尿処理場、又は各種生産工場から生物処理によって排出された活性余剰汚泥の処理方法に関し、特に、活性余剰汚泥の減量化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種排水処理工程から排出される有機性の余剰汚泥（以下「活性余剰汚泥」と略称する。）は、脱水して含水率を小さくして、肥料として再資源化を図ったり、又は焼却によって減量化した後、産業廃棄物として埋立て処分が為されている。
【０００３】
しかし、このような活性余剰汚泥は含水分率８０重量％となっているために固形分が少なく全体容量が嵩み、処理地への輸送費や、焼却のための燃料費、などに高額の処分コストを要していた。そのため、活性余剰汚泥の含水率を極力抑えた減量化は、処分コストの低減に繋がるばかりか、減少化しつつある廃棄用地確保の困難性などから強く望まれていた。
【０００４】
この減量化を目的とした技術は、下記に示す幾つかの特許文献によって既に開示されている。
先ず、特許文献１において開示されている技術は、生物酸化槽から余剰汚泥の一部又は全部を抜き出して液化容器に移し、この容器内でｐＨを８〜１４に調整すると共に、１１０℃〜２５０℃で１０秒〜３時間加熱して微生物分解可能な状態に液化した後、処理した汚泥を中和装置でｐＨ５〜８に調整して再び前記の生物酸化槽に返送して、再度生物分解を行わせて減量化する方法である。
【０００５】
また、特許文献２において開示されている技術は、余剰汚泥の生物処理の前処理として、酸を添加して加熱処理により汚泥の粘度を低下させた後に、タンパク質分解酵素又は細胞壁分解酵素の何れか又は両方を加水処理分解酵素として添加して余剰汚泥を可溶化した後に、生物処理槽に返流させ、この生物処理槽で水と炭酸ガスに再処理分解して減量化する処理方法である。
【０００６】
さらに、特許文献３において開示されている技術は、廃水の生物処理で生じる活性余剰汚泥を、超音波処理槽で超音波処理して、物理的に可溶化して分散性を高め、この分散性が高められ酸発酵し易くしたものである。汚泥を酸発酵槽で効率良く酸発酵させて生物反応的による可溶化を行ない、この可溶化された処理物を、酸発酵処理物返送ラインで活性余剰汚泥処理槽に返送することを特徴としたものである。
【特許文献１】特開２００３−２４５６９３
【特許文献２】特開２００４−４１９２５
【特許文献３】特開２００４−３２１８８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これら開示された技術は、減量化を目的とするものではあるが、実際には工程が煩雑であることに加え、処理の効率性に欠けかつ処理コストの低減に繋がるものではなかった。
【０００８】
すなわち、特許文献１の開示技術においては、余剰汚泥の一部又は全部を加熱して微生物分解可能な状態に液化させる工程を行った後、再び生物酸化槽に戻して微生物処理により減量を行うものであり、結局減量化を活性汚泥の生物処理反応に依存し、その効果如何にかかっているものであった。そのため、加熱処理のために一旦別容器に移すという余剰汚泥の戻し移動を行う煩雑さが残ると共に、生物の活性処理に要する時間は活性力如何によるため処理時間の直接制御ができないという問題点があった。
【０００９】
また、特許文献２の開示技術においては、余剰汚泥に酸を添加して加熱処理を行って汚泥の粘度を低下させる前処理を行った後に、これにさらに加水処理分解酵素を添加して可溶化しているが、やはり上記特許文献１の開示技術と同様に前処理を行って再び生物処理槽へ戻して再度生物処理を行わせると言う上記特許文献１の場合と同様の問題が残っていた。
【００１０】
さらに、特許文献３の開示技術における可溶化の手法は、上記特許文献１、２とは異なり前処理槽内に超音波を発生させて行うものであり、やはり減量化はこれら処理液を再度生物処理槽へ戻して、生物分解により行うものであった。
【００１１】
そして、これらの工程を踏んで処理した汚泥の減量化は、先ず脱水して含水率の低下を図るものであり、この水分除去の一般的方法としては、加熱により水分を蒸発させて含水率を下げる手法が採られている。しかし、処理後の汚泥の中には大量の微生物が依然活性の状態で残っており、細胞内に大量の水分を取り込んでいるため、これらを加熱してもその加熱エネルギーは汚泥の温度上昇に使われず、大部分は細胞内の水分を除去するための潜熱として大量に消費されてしまい、エネルギー効率か非常に悪いものである。
【００１２】
すなわち、乾燥した汚泥の賦存する熱量（５，０００〜６，０００ｋｃａｌ／ｋｇ）の利用は、汚泥含水分の蒸発に要する蒸発潜熱の存在が汚泥の賦存熱量を上回る理由でその利用度は低く、僅かにセメント原料や焼却残さを土壌改良剤や溶融加工して土木、建設資材として利用されるのみであった。又、焼却処分する場合、焼却場への運搬費用の増加や灼熱する際の燃焼温度を充分に上げられず、燃焼排ガス中にダイオキシン発生して環境への影響が強く懸念され、その結果、灼熱燃料費用増加の原因になっている。
【００１３】
そこで、本願発明は上記課題に着目して為されたものであり、処理場や工場から排出される活性余剰汚泥処理された排水から発生する余剰汚泥中に存在する微生物の細胞壁を破砕して細胞内部水を外部に引き出すことによって、水分蒸発のために加える加熱エネルギーが蒸発潜熱に奪われることがないため効率良く、かつ含水率の著しい低下が期待できる新規な発明を開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本願発明に係る活性余剰汚泥の減量化処理方法は、以下の様に構成した。
すなわち、下水処理場、し尿処理場、又は各種生産工場などから生物処理よって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を、槽内部に直接熱媒体を供給する手段を設けた加熱処理槽に貯留させ、貯留させた加熱処理槽内の活性余剰汚泥の液中に直接熱媒体を供給し、所定温度で所定時間の加熱処理を行った後に、該熱処理を行った活性余剰汚泥（本明細書においてはこれを、「熱処理汚泥」と称する。）を脱水して固形化した汚泥（これは慣用的に「脱水ケーキ」と言う。）にすること特徴としている。
【００１５】
また、この含水率を低下させた脱水ケーキを、更に乾燥させる。
【００１６】
上記加熱処理槽内に直接供給する熱媒体としては水蒸気が好ましく、加熱処理槽内の活性余剰汚泥の温度は、４０〜９０℃の範囲で適宜に設定されるが、６０〜７０℃を維持することがより好ましい。
【００１７】
また、熱処理汚泥の乾燥は、圧縮手法によって脱水した脱水ケーキを細分化して加熱乾燥及び又は自然乾燥させる手法を採っても良い。圧縮手法としては、慣用的な手法が用いられるが機械的圧縮、遠心圧縮、自然圧縮など従来の技術を用いれば良い。
【００１８】
上記の脱水ケーキの乾燥の雰囲気は、１０〜１２０℃、望ましくは２０〜４０℃の気体を供給するようにする。
【００１９】
自然乾燥は、単純放置の外に、送気手段を用いて送気流の雰囲気を形成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明は、上記した構成を採ることにより、以下に述べる効果を奏する。
加熱処理槽へ直接熱媒体を供給するため、微生物は高温熱水部分と直接接触する機会が多くなり、微生物細胞の細胞膜を効果的に破壊させることができる。また、熱媒体の熱量はほぼ全量が活性余剰汚泥の昇温に消費されるため、効率良く加熱して加温することができ、熱コストを低く抑えることができる。
【００２１】
さらに、熱媒体を直接供給する方式は構造を簡単とすることができるため、管路の錆や付着物による影響はなく、かつ保守管理が極めて容易となり、耐久性、実用性が共に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本願発明に係る活性余剰汚泥の減量化処理方法における最良の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施例の処理方法に用いる装置の概念図である。
【００２３】
図中１は生物処理槽を示すものであり、該生物処理槽１は、下水処理場、し尿処理場、化学工場、食品工場等で微生物活性処理されて排出されて来た有機性廃水Ｗを一旦集積貯留させるためのものである。該槽内ではなお生物処理が進行した状態にある。そして、この生物処理槽１から所定量の有機性廃水Ｗを沈殿槽２に移送し、所定時間の静置によって沈殿分離による固液分離を行う。なお、ここでの沈殿は自然沈殿によっているが、必要により適宜の凝集剤を用いて沈殿を促進させるようにしても良い。
【００２４】
次に、本実施例の主要構成の一つである、沈殿槽２で固液分離させて槽下部に沈殿した活性余剰汚泥Ｓを加熱処理槽３に移送する。このときの活性余剰汚泥Ｓの含水率は通常９０重量％以上となっており、かつ活性微生物は９６〜９９重量％を占める。
【００２５】
加熱処理槽３は、容量１００ｔ程度を有する円筒形状（これに限定するものでない。）を呈し、沈殿槽２からその処理能力に合わせて間欠的に又は連続的に移送された５０〜６０ｔの活性余剰汚泥Ｓを貯留している。この活性余剰汚泥Ｓの移送は、槽の上部よりかつバッチ式（回分式）で行うことが効果的である。該処理槽３の底部には、熱媒体を槽内の活性余剰汚泥Ｓの液層内に直接供給する供給手段として噴出管路４を配設している。
【００２６】
この噴出管路４には、多数の蒸気噴出口４１を形成しており、該管路４には外部の供給源（例えば、貫流ボイラ、図示省略。）から水蒸気Ｍを供給する蒸気供給管５を、開閉弁５１を介して連結させている。加熱処理槽３の内部には液温センサ３１を配設し、該センサ３１からの情報に基づいて開閉弁５１を調節して供給する水蒸気Ｍを調整している。また、必要により加熱処理槽３内の熱対流を促進させるため攪拌機（図示は省略。）の設置も有用である。
【００２７】
係る構成のもと、加熱処理槽３の上部からの供給により該処理槽３内に貯留させた活性余剰汚泥Ｓには、熱媒体としての水蒸気Ｍを噴出管路４の蒸気噴出口４１を介して液層内に直接供給して加熱処理し、活性化した微生物の細胞壁の破壊を積極的に行う。破壊された細胞からは、細胞内の水分が漏出することとなる。なお、水蒸気Ｍにより、活性余剰汚泥Ｓの液温は６０°Ｃ程度となように蒸気加温され、この状態が１８〜２０時間において維持されている。また、水蒸気Ｍは、設定ゲージ圧１ｋｇ／ｃｍ２で、蒸気量は余剰汚泥１ｔ当たり５０ｋｇに設定している。
【００２８】
上述した所定温度で所定時間加熱した後、加熱処理された熱処理汚泥Ｈを、圧搾濾過手段を備えたベルトプレス式の脱水装置６ａに移送し、固液分離する。熱処理汚泥Ｈは、脱水装置６ａによって圧搾濾過して脱水ケーキＣとなるが、必要により無機又は高分子の擬集剤Ｆを添加して固液分離の効率化を図るようにしても良い。この脱水装置６ａは、毎時７．５ｔ、濾布幅１．５ｍで投入される熱処理汚泥Ｈを、毎分０．４５ｍのベルト速度で圧搾濾過して脱水ケーキＣを形成する能力を有している。
【００２９】
脱水ケーキＣは、例えば、毎分５０ｃｍの速度で圧搾濾過して厚さ約２２ｍｍ厚の板状に成形されている。この場合、含水率は６３〜６８重量％を示す。さらにこの脱水ケーキＣを板状のまま室温中で放置（「自然放置」）すると、季節や環境温度にもよるが約４０時間経過後には、含水分率が２０〜２５重量％まで低下することが確認された。
【００３０】
次に、圧搾濾過した脱水ケーキＣを、対向当接型のローラ式の脱水装置６ｂに移送し、周速度１０ｍのローラで１〜３ｍｍに薄板状に加工している。脱水ケーキＣは、薄板化してから約３０分間程度自然放置をした場合には、水分の自然放散により１５重量％以下まで含水率が低下した。さらに、脱水ケーキＣを種々の断面小口で紐状にするなど、体積当りの表面積が大きくなる形状にした場合には、空気との接触面積が増えてより自然放散の効率が高まる。そして、この自然放置による乾燥において通気流通を積極的に行わせれば、より効率的な乾燥を行うことができる。
【００３１】
次に、含水率を限りなく"ゼロ"に近づけるため、上記の脱水工程に加えて、乾燥工程を行う。すなわち、脱水工程を経た脱水ケーキＣを、ドラム回転型乾燥機７に投入して再度の乾燥を行う。この乾燥機７のドラム内には空気を強制通気させても良く、その他にも乾燥空気や温風を用いるようにしても良い。
【００３２】
本実施例で用いる回転ドラム型乾燥機７の仕様は、例えば、ドラム口径φ：０．３８ｍ、ドラム長さ：２．４２ｍ、回転ドラム回転数：１０ｒｐｍ、吹き込み空気温度：２５℃、通気風量：３０（ｍ３／分）、としている。
【００３３】
この条件のもと、１０分間で汚泥を通過させた乾燥機７から排出される脱水ケーキＣの含水分は５重量％以下を示した。なお、この乾燥工程は本件発明では必須のものではなく、脱水工程のみで所望の含水率が達成できる場合は、省略することも可能である。
【００３４】
このように余剰汚泥を加熱処理後、圧搾濾過すると脱水ケーキＣの含水率は短時間で自然に乾燥が進む性状のものに変わる。この原因は上記の余剰汚泥の加熱処理効果による微生物細胞壁の破砕で細胞内部の水が外部に漏出したことに因るものである。このように脱水ケーキＣの水分は簡単な操作により短時間で自然放散して極端に減少することがわかった。
【００３５】
ところで、排水処理後、発生した余剰汚泥の液温は、加熱処理をしなければ、３０〜３５℃である。この条件で得た脱水ケーキＣの含水分率は、脱水装置６ａで水分分離した時点で８２重量％の水分量を示し、脱水装置６ｂで薄厚して脱水ケーキを乾燥機に投入して通気乾燥させて、さらに第２段目の更なる水分分離を行っても含水率は８１．５重量％を示した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
余剰汚泥を加熱する水蒸気熱媒体は重油や都市ガス等の化石燃料の使用が一般的であるが、本処理方法による水分分離処理で加工される汚泥の賦存エネルギーは、その由来上カーボンニュートラルなボイラ燃料として使用できる。従って、地球温暖化ガスの排出を懸念することのない新燃料になる。
【００３７】
このように余剰汚泥は加温、維持と水分分離するだけの容易な方法を採用するだけで汚泥の含水分"ゼロ"化を図ることが可能であり、産業上の利用価値において非常に大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施例の処理方法に用いる装置の概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  生物処理槽
２  沈殿槽
３  加熱処理槽
３１  液温センサ
４  噴出管路
４１  蒸気噴出口
５  蒸気供給管
５１  開閉弁
６ａ  脱水装置（ベルトプレス式）
６ｂ  脱水装置（ローラ式）
７  ドラム回転型乾燥機
Ｗ  有機性廃水
Ｓ  活性余剰汚泥
Ｍ  水蒸気（熱媒体）
Ｈ  熱処理汚泥
Ｃ  脱水ケーキ
Ｆ  凝集剤
【図１】
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