(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る汚泥１を生物学的に消化する汚泥処理装置において、汚泥１を含有する汚泥含有液２を収容し、その汚泥１を微生物３により生物学的に消化する消化槽４を設けると共にその消化槽４と分離した別体の電子受容槽５を設け、微生物代謝により生じる電子６を引き抜く電極７を消化槽４に浸漬すると共に、その消化槽４内の電極７と電気的に接続され、電極７から移送された電子６を受け取る電極８を電子受容槽５に浸漬する。【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る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含有液を収容し、その汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽を設けると共にその消化槽と分離した別体の電子受容槽を設け、前記微生物代謝により生じる電子を引き抜く電極を前記消化槽に浸漬すると共に、その消化槽内の電極と電気的に接続され、前記電極から移送された電子を受け取る電極を前記電子受容槽に浸漬したことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記消化槽の電極により微生物からの電子を引き抜き、その電子を電子受容槽の電極から放出する電子移送作用を助長する補助手段を設けた請求項１に記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記補助手段は、消化槽の電極と電子受容槽の電極との間に接続された直流電源である請求項２に記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記補助手段は、電子受容槽内に充填された酸化剤である請求項２に記載の汚泥処理装置。
【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、嫌気的あるいは好気的消化により生物学的な減量化処理がなされている。
【０００３】
例えば、余剰汚泥の好気自己消化槽を備えた排水処理装置において、余剰汚泥の処理コストを低減することができるようにした排水処理装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−８５７７９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、嫌気的あるいは好気的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。まず、嫌気的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、好気的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。
【０００６】
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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、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る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含有液を収容し、その汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽を設けると共にその消化槽と分離した別体の電子受容槽を設け、前記微生物代謝により生じる電子を引き抜く電極を前記消化槽に浸漬すると共に、その消化槽内の電極と電気的に接続され、前記電極から移送された電子を受け取る電極を前記電子受容槽に浸漬したことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る汚泥処理装置では、消化槽内に収容された微生物が汚泥を捕食するが、この汚泥を捕食する微生物が代謝（呼吸）の際に発生する電子を、消化槽内に浸漬した電極で引き抜く。この消化槽内の電極で引き抜かれた電子は、その電極と導線などにより電気的に接続された電子受容槽内の電極へ移送され、その電極で受け取られる。このように消化槽内にて汚泥を生物学的に消化するに際して、電気的作用を併用することにより、微生物代謝を促進させ、汚泥の生物学的消化における処理能力を向上させる。
【０００９】
なお、微生物による生物学的な消化処理を、電子の授受による電気的な処理で促進させる一般的な手法の場合、二つの処理槽間にイオン交換膜を介在させる必要があるが、本発明の場合、消化槽と電子受容槽とを分離したことにより、イオン交換膜などのような目詰まりし易い部品が不要となり、メンテナンスフリーとなる。
【００１０】
前述の構成において、消化槽の電極により微生物からの電子を強制的に引き抜き、その電子を電子受容槽の電極から放出する電子移送作用を助長する補助手段を設けることが望ましい。その補助手段としては、消化槽の電極と電子受容槽の電極との間に接続された直流電源、あるいは電子受容槽内に充填された酸化剤を用いることが可能である。
【００１１】
このように直流電源や酸化剤を補助手段として用いることにより、直流電源や酸化剤が消化槽と電子受容槽の両電極間での電子移送の駆動力を発生させると共に、消化槽内の電極と微生物間に電位差を発生させることで、消化槽の電極により微生物からの電子を強制的に引き抜くことになり、消化槽内の微生物代謝をより一層促進する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微生物代謝により生じる電子を引き抜く電極を消化槽に浸漬すると共に、その消化槽内の電極と電気的に接続され、その電極から移送された電子を受け取る電極を電子受容槽に浸漬したことにより、消化槽内にて汚泥を生物学的に消化するに際して、消化槽と電子受容槽の両電極間での電子移送による電気的作用を併用することで、微生物代謝を促進させ、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、生物学的処理単独での消化に比べて、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。また、汚泥を微生物により生物学的に消化する消化槽と電子受容槽とを分離したことにより、イオン交換膜などのような目詰まりし易い部品が不要となり、メンテナンス性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は汚泥処理装置の全体的な概略構成を示す。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る汚泥を生物学的に消化するものである。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。
【００１４】
図１に示す実施形態の汚泥処理装置は、例えば余剰汚泥１を含有する汚泥含有液２を収容し、その余剰汚泥１を微生物３により生物学的に消化する消化槽４を設けると共にその消化槽４と分離した別体の電子受容槽５を設け、微生物代謝により生じる電子６を引き抜く電極７を消化槽４に浸漬すると共に、その消化槽４内の電極７と電気的に接続され、その電極７から移送された電子６を受け取る電極８を電子受容槽５に浸漬した構造を具備する。
【００１５】
なお、この汚泥１を消化槽４へ導入する前には、重力分離あるいは遠心分離などの手段を用いて汚泥１を濃縮する。つまり、汚泥含有液２中に含まれる汚泥１を濃縮汚泥とする。また、この消化槽４における汚泥１の生物学的処理は、好気的雰囲気下あるいは嫌気的雰囲気下のいずれであっても可能であるが、ランニングコストを低減する意味から、嫌気的雰囲気下が好適である。
【００１６】
前述した消化槽４では、汚泥含有液２中に含まれた汚泥１を汚泥捕食菌としての微生物３により生物学的に消化させる。この微生物３による汚泥１の消化（汚泥１の自己酸化を含む）により、その汚泥１を捕食する微生物３の代謝により生じる電子６を電極７で引き抜く。ここで、微生物３から電子６を効率よく電極７に到達させるため、メチレンブルーやニュートラルレッド等の電子伝達剤９（メディエター）を汚泥含有液２に添加すればよい。なお、汚泥捕食菌としての微生物３の菌種によっては電子伝達剤９が不要な場合もある。本発明は、微生物３からの電子６を引き抜くことを主目的としているため、消化槽４内の電極７と微生物３間の電位差と共に、消化槽４内の電極７と微生物３の接触頻度が重要となる。
【００１７】
そこで、電極７の構造としては、平板状以外に、電子６を奪い取り易くするため、汚泥１との接触面積を大きくした形状、例えば網状、球状あるいは棒状とすることが好ましい。さらに、汚泥１を捕食する微生物３の代謝により生じるプロトン１０の蓄積を抑制するため、水酸化イオンを添加することで中和するか、あるいはｐＨ緩衝液を添加することでｐＨバランスを維持することが望ましい。前述した水酸化イオンとしては、アルカリイオン水、苛性ソーダ水などのアルカリ溶液が挙げられ、ｐＨ緩衝液としてはリン酸などが挙げられる。
【００１８】
一方、前述した消化槽４と分離した別体の電子受容槽５では、消化槽４に浸漬された電極７と導線１１で接続された電極８が液体１２中に浸漬されている。この電子受容槽５内の液体１２としては、基本的に水を充填すればよいが、酸性水あるいは酸性溶液などを充填してもよい。なお、場合によっては、電子受容槽５内の電極８を直接的に接地するようにしてもよい。消化槽４内の電極７で引き抜かれた電子６は、その電極７と導線１１などにより電気的に接続された電子受容槽５内の電極８へ移送され、その電極８で受け取られて液体１２中に放出される。この電子受容槽５内の電極８についても、消化槽４内の電極７と同様、平板形状以外に、電子６を放出し易くするため、液体１２との接触面積を大きくした形状、例えば網状、球状あるいは棒状とすることが好ましい。なお、電極８を接地する場合には棒状でよい。
【００１９】
この汚泥処理装置では、消化槽４内に収容された微生物３が汚泥１を捕食するが、この汚泥１を捕食する微生物３が代謝（呼吸）の際に発生する電子６を消化槽４内の電極７で引き抜き、この消化槽４内の電極７で引き抜かれた電子６は、導線１１を介して電子受容槽５内の電極８へ移送され、その電極８で受け取られて液体１２中に放出される。このように消化槽４内にて汚泥１を生物学的に消化するに際して、電気的作用を併用することにより、微生物代謝を促進させ、汚泥１の生物学的消化における処理能力を向上させる。
【００２０】
この実施形態では、消化槽４の電極７と電子受容槽５の電極８間に直流電源１３を介挿することにより、消化槽４と電子受容槽５の両電極７，８間での電子移送の駆動力を発生させると共に、消化槽４内の電極７と微生物３間に電位差を発生させることで、消化槽４の電極７により微生物３からの電子６を強制的に引き抜くことになり、消化槽４内の微生物代謝をより一層促進する。消化槽４の電極７により微生物３からの電子６を強制的に引き抜き、その電子６を電子受容槽５の電極８から放出する電子移送作用を助長する補助手段としては、前述の実施形態では、直流電源１３を使用したが、本発明はこれに限定されない。
【００２１】
他の補助手段として、図２に示すように直流電源１３を使用することなく、電子受容槽５内の液体１２に酸化剤を添加するようにしてもよい。この酸化剤を消費することにより、消化槽４と電子受容槽５の両電極７，８間での電子移送の駆動力を発生させると共に、消化槽４内の電極７と微生物３間に電位差を発生させることで、消化槽４の電極７により微生物３からの電子６を強制的に引き抜くことになり、、消化槽４内の微生物代謝をより一層促進することができる。なお、酸化剤としては、過酸化水素、オゾンあるいは次亜塩素酸塩などが挙げられる。
【００２２】
なお、図３に示すように消化槽４内の電極７と電子受容槽５内の電極８との間に電気的負荷１４を接続することで、生物代謝エネルギーを利用した発電が可能である。また、基本的には、消化槽４内で電子６が発生し、電子受容槽５内で電子６を消費することから、消化槽４内の電極７と電子受容槽５内の電極８間に電子６の流れが生じるため〔図４（ａ）参照〕、消化槽４および電子受容槽５は電気的絶縁体でよいが、電子６の流れを円滑化するために消化槽４および電子受容槽５の全体あるいは一部を導電体で構成して導線１５で短絡したり〔図４（ｂ）参照〕、消化槽および電子受容槽の全体あるいは一部を導電体で構成して片方あるいは双方を接地電位に接続したり〔図４（ｃ）〜（ｅ）参照〕することも可能である。また、消化槽４および電子受容槽５を導電体で構成する場合、図３の破線で示すように消化槽４と電子受容槽５との間に電気的負荷１４を接続することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る汚泥処理装置の実施形態で、消化槽の電極と電子受容槽の電極間に直流電源を接続した構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態で、電子受容槽内の液体に酸化剤を添加した構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の応用例を示す概略構成図である。
【図４】（ａ）は消化槽の電極と電子受容槽の電極とを電気的に接続した基本例を示す構成図、（ｂ）は消化槽と電子受容槽とを電気的に接続した変形例を示す構成図、（ｃ）〜（ｅ）は消化槽と電子受容槽の片方あるいは双方を接地した変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  汚泥
２  汚泥含有液
３  微生物（汚泥捕食菌）
４  消化槽
５  電子受容槽
６  電子
７，８  電極
１３  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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