(57)【要約】本発明は、超音波を用いた余剰汚泥処理において、余剰汚泥の可溶化をより促進させることのできる方法及び装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するための手段として、本発明は、生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥の処理方法であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波処理と、酸発酵処理、化学処理及び加温処理の少なくとも一つとの組み合わせによって可溶化処理し、可溶化処理された汚泥を生物処理工程に返送することを特徴とする方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥の処理方法であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波処理と、酸発酵処理、化学処理及び加温処理の少なくとも一つとの組み合わせによって可溶化処理し、可溶化処理された汚泥を生物処理工程に返送することを特徴とする方法。
【請求項２】
汚泥の化学処理が、オゾン、過酸化水素、酸化剤及びアルカリ剤のいずれかによって汚泥を処理するものである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記余剰汚泥の一部又は全量を酸発酵処理し、酸発酵処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に化学処理して、化学処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記余剰汚泥の一部又は全量を化学処理し、化学処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に加温処理し、加温処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記余剰汚泥の一部又は全量を加温処理し、加温処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に加温処理し、加温処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記余剰汚泥の一部又は全量を加温処理し、加温処理汚泥を次に超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に化学処理し、化学処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１２】
前記余剰汚泥の一部又は全量を化学処理し、化学処理汚泥を次に超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１３】
前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波発信機を備えた酸発酵槽において酸発酵しながら超音波処理して、処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波発信機を備えた加温槽において加温しながら超音波処理して、処理された汚泥を生物処理工程に返送する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、酸発酵処理での汚泥の水力学的滞留時間を制御する請求項１，２，３，４，９，１０，１１，１２又は１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、有機性廃水の一部を直接酸発酵処理に供給する請求項１，２，３，４，９，１０，１１，１２又は１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、酸発酵処理された汚泥の一部を超音波処理に返送する請求項１，２，３，９，１０又は１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、超音波処理された汚泥の一部を酸発酵処理に返送する請求項１，２又は４のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
余剰汚泥の一部又は全量を、汚泥濃度で１〜１０重量％に濃縮し、濃縮した汚泥を前記可溶化処理する請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
有機性廃水を生物処理槽で生物処理し、生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して、沈殿汚泥と処理水とを生成させ、前記沈殿汚泥を余剰汚泥としてその一部又は全量を請求項１〜１９のいずれかに規定する可溶化処理にかけて処理汚泥を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２１】
有機性廃水を生物処理槽で生物処理し、生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して、沈殿汚泥と処理水とを生成させ、前記沈殿汚泥を余剰汚泥としてその一部又は全量を汚泥濃度で１〜１０重量％に濃縮し、濃縮した汚泥を請求項１〜１９のいずれかに規定する可溶化処理にかけて処理汚泥を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２２】
生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥を処理するための装置であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を可溶化処理するための装置と、前記可溶化処理装置で処理された汚泥を生物処理工程へ返送するための配管を具備し、前記可溶化処理装置が、超音波処理装置と、酸発酵処理装置、化学処理装置及び加温処理装置の少なくとも一つとの組み合わせによって構成されることを特徴とする装置。
【請求項２３】
汚泥の可溶化処理装置が、オゾン、過酸化水素、酸化剤及びアルカリ剤のいずれかを用いる化学処理装置である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置と、酸発酵処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を化学処理する化学処理装置とにより構成される請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２７】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２８】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を加温処理する加温処理装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項３１】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項３３】
汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項３４】
汚泥の可溶化処理装置が、超音波発信機を備えた酸発酵槽により構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項３５】
汚泥の可溶化処理装置が、超音波発信機を備えた加温槽により構成される請求項２２に記載の装置。
【請求項３６】
余剰汚泥の一部又は全量を受容して汚泥を濃縮する濃縮装置と、濃縮装置から排出される濃縮汚泥を前記可溶化処理装置に供給する配管とを更に具備する請求項２２〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、前記生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して沈殿汚泥と処理水とを生成させる固液分離装置、請求項２２〜３６のいずれかに規定する汚泥可溶化処理装置、前記固液分離装置から排出される沈殿汚泥の一部又は全量を前記汚泥可溶化処理装置に供給する配管、可溶化処理装置から排出される処理汚泥を生物処理槽に返送する配管を、具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【請求項３８】
有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、前記生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して沈殿汚泥と処理水とを生成させる固液分離装置、前記固液分離装置から排出される沈殿汚泥の一部又は全量を受容して汚泥を濃縮する濃縮装置、請求項２２〜３６のいずれかに規定する汚泥可溶化処理装置、濃縮装置から排出される濃縮汚泥を前記可溶化処理装置に供給する配管、可溶化処理装置から排出される処理汚泥を生物処理槽に返送する配管、を具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、下水や有機性の産業排水などの有機性廃水の生物処理に関し、特に余剰汚泥の発生量を削減できる有機性廃水の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】  下水や有機性の産業排水は、通常、好気性生物処理法、硝化脱窒法、嫌気性生物処理法などの種々の生物処理法で処理することができる。有機性廃水の生物処理法は優れた処理方法であるが、その過程で大量の余剰汚泥が発生し、その発生量は、日本全体では年間１０００万ｔ以上となっている。通常、余剰汚泥は、脱水した後、埋め立て処分や焼却処分されているが、その処理コストは年々増加しており、排水全体のコストを上昇させる原因の一つとなっている。そのため近年、余剰汚泥の発生量を抑制する技術が注目されている。例えば、特開昭５７−１９７１９号公報では、余剰汚泥に超音波を照射することにより、余剰汚泥中の微生物の細胞膜を破壊し、内容物を液化有機物に変化させた後、これを生物処理槽に返送して生物処理により無機化することで余剰汚泥を減少させる方法が提案されている。超音波処理の他にも、例えば、ミルなどによって物理的に活性汚泥を微細化する方法や、汚泥を加温状態に保ち好熱細菌により汚泥を可溶化する方法（特開平１１−９０４９３号公報）、オゾンを作用させて汚泥を可溶化する方法（特開平６−２０６０８８号公報）など様々な汚泥の液化方法が発表されている。これら様々な手段により液化した汚泥を再び生物処理槽に戻して生物処理槽内の微生物により無機化することにより、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。
【発明の開示】
しかし、本発明者らが、前記した特開昭５７−１９７１９号公報の記載に基づいて、余剰汚泥に超音波を照射して余剰汚泥中の微生物の細胞膜を破壊して可溶化する方法の実験を行ったところ、超音波処理した汚泥を生物処理槽に返送するだけでは、処理水水質の悪化や活性汚泥の流出が起き、エネルギー的にも、先に挙げた特開平６−２０６０８８号公報に開示されているオゾンを作用させて汚泥を可溶化する方法と比較して約２倍のエネルギーが必要であることが分かった。即ち、超音波処理による汚泥の可溶化は、投入したエネルギー量に比べて汚泥の液化量が少なく、効率が悪いので、実用化が困難であった。
本発明は、上記のような課題の解決法として考案されたものであり、余剰汚泥の排出量を削減することが可能な有機性廃水の処理技術を提供することを目的とするものである。すなわち、本発明は、超音波を用いた余剰汚泥処理において、余剰汚泥の可溶化をより促進させることのできる方法及び装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、余剰汚泥の可溶化処理において、超音波処理と、酸発酵処理、オゾンや過酸化水素或いは酸・アルカリによる化学処理、加温処理の少なくとも一つとを組合わせて用いることにより、汚泥の可溶化（液化）が予想の範囲を超えて格段に向上することを見出し、本発明を完成するに到った。
即ち、本発明は、生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥の処理方法であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波処理と、酸発酵処理、化学処理及び加温処理の少なくとも一つとの組み合わせによって可溶化処理し、可溶化処理された汚泥を生物処理工程に返送することを特徴とする方法に関する。また、本発明は、生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥を処理するための装置であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を可溶化処理するための装置と、前記可溶化処理装置で処理された汚泥を生物処理工程へ返送するための配管を具備し、前記可溶化処理装置が、超音波処理装置と、酸発酵処理装置、化学処理装置及び加温処理装置の少なくとも一つとの組み合わせによって構成されることを特徴とする装置に関する。
更に、本発明は、上記の汚泥可溶化手段を備えた有機性廃水の処理方法及び装置にも関する。即ち、本発明の他の態様は、有機性廃水を生物処理槽で生物処理し、生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して、沈殿汚泥と処理水とを生成させ、前記沈殿汚泥を余剰汚泥としてその一部又は全量を請求項１〜１５に規定するいずれかの可溶化処理にかけて処理汚泥を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法に関する。更に、本発明の他の態様は、有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、前記生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して沈殿汚泥と処理水とを生成させる固液分離装置、請求項１９〜３２に規定するいずれかの汚泥可溶化処理装置、前記固液分離装置から排出される沈殿汚泥の一部又は全量を前記汚泥可溶化処理装置に供給する配管、可溶化処理装置から排出される処理汚泥を生物処理槽に返送する配管を、具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置にも関する。
【図面の簡単な説明】  図１は、有機性廃水の処理プロセスから排出される余剰汚泥を本発明の一態様にかかる方法にしたがって処理する処理フローの概略図である。
図２は、超音波による汚泥処理における超音波強度と汚泥の液化率との関係を示すグラフである。
図３は、本発明によって超音波反応槽に取り付ける超音波ホーンの一形態を示す概略図である。
図４は、有機性廃水の処理プロセスから排出される余剰汚泥を本発明の他の態様にかかる方法にしたがって処理する処理フローの概略図である。
図５は、本発明の一態様にしたがって酸発酵槽内に超音波発振器を設ける場合の構成例を示す概略図である。図５（ａ）は一つの例を示し、図５（ｂ）は他の例を示す。
図６は、有機性廃水の処理プロセスから排出される余剰汚泥を本発明の他の態様にかかる方法にしたがって処理する処理フローの概略図である。
図７は、有機性廃水の処理プロセスから排出される余剰汚泥を本発明の他の態様にかかる方法にしたがって処理する処理フローの概略図である、
図８は、本発明の他の態様にしたがって加温処理槽内に超音波発振器を設ける場合の構成例を示す概略図である。図８（ａ）は一つの例を示し、図８（ｂ）は他の例を示す。
図９は、実施例１で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図１０は、実施例１における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図１１は、比較例１で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図１２は、比較例１における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図１３は、実施例２で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図１４は、実施例２における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図１５は、比較例２における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図１６は、実施例３で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図１７は、実施例３における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図１８は、実施例４で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図１９は、実施例４における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図２０は、実施例５で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図２１は、実施例５における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図２２は、比較例３で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図２３は、比較例３における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図２４は、実施例６で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図２５は、実施例６における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図２６は、実施例８で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
図２７は、実施例８における生物処理槽内の汚泥量の変化を示すグラフである。
図２８は、実施例１０で用いた有機性廃水の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥を可溶化処理するシステムの概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の各種形態を図面を参照しながら説明するが、以下の説明は本発明を限定するものではない。
本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、以下の図面において、同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、生物処理槽８と固液分離槽９で構成される有機性廃水の生物処理プロセスから排出される余剰汚泥を処理するシステムに、汚泥可溶化手段として超音波反応槽１１と酸発酵槽１２とをこの順番で設けた本発明の一態様にかかる処理フローの概略図である。有機性廃水１は生物処理槽８に供給される。生物処理槽８では、有機性廃水１中の有機物が活性汚泥により一部無機化され、余剰汚泥が発生する。ここで生物処理槽８として、標準活性汚泥法、嫌気好気法、嫌気無酸素好気法、硝化脱窒法、生物膜法などの当該技術において用いられる任意の生物処理槽が適用可能である。
生物処理槽８から排出される活性汚泥混合液は、固液分離槽９（例えば沈殿池）に供給され、処理水２と沈殿汚泥（余剰汚泥）３に分離される。沈殿汚泥３は、通常返送汚泥として生物処理槽８に返送されるが、本発明においては沈殿汚泥の一部又は全量を可溶化処理にかける。可溶化処理の前段処理として、沈殿汚泥を汚泥濃縮機１０に供給して濃縮処理することができる。汚泥濃縮機１０では、汚泥が濃縮汚泥４と脱離液７に分離される。脱離液７は生物処理槽８に供給する。一方、濃縮汚泥４は、超音波反応槽１１に供給して、超音波処理する。超音波反応槽１１には、汚泥に超音波を照射するための超音波発振機若しくは超音波ホーンが配されている。ここで、沈殿汚泥３の蒸発残留物濃度が１％以上ある場合には汚泥濃縮機１０を省略して、沈殿汚泥３を直接超音波反応槽１１に供給することもできる。
濃縮汚泥４を超音波処理する場合には、汚泥濃度に関係なく液化率が一定なので、超音波反応槽１１に供給する濃縮汚泥４の濃度を高くすることで液化量が増加し、効率よく液化汚泥を得ることができる。
図２に、超音波反応槽１１における超音波強度と汚泥の液化率との関係を示す。図２は、種々の濃度の汚泥を超音波処理によって液化処理したときの汚泥液化量を示すものであるが、グラフより汚泥濃度が高いほど液化量が高いことが分かる。従って、超音波反応槽１１に供給する濃縮汚泥４の濃度を高くすることで液化量が増加し、効率よく液化汚泥を得ることができる。このため、濃縮汚泥４の濃度を１〜１０重量％、好ましくは４〜８重量％に濃縮することが好ましい。
また、超音波反応槽１１に取り付ける超音波発振機に関しては、消費エネルギー量を被処理液量に対し１０〜４００ｋＪ／Ｌ、超音波ホーン断面積あたりの消費エネルギーを３０ｗ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。
また、図３に示すように、超音波反応槽１１に取り付ける超音波ホーン１３には、被処理汚泥中の超音波波長の長さごとに１波長分の「節」を設けると、超音波の振動エネルギーを物理的により効率よく被処理液に伝達することができるので好ましい。
超音波反応槽１１から排出される超音波処理汚泥５は、酸発酵槽１２に供給される。酸発酵槽１２では、酸発酵反応によって汚泥が液化することに加えて、超音波処理によって汚泥から溶出した酵素により汚泥の液化が進行することが期待できる。酸発酵槽１２での汚泥の滞留時間は、超音波処理による汚泥の液化量や有機酸の生成量によって決定することが望ましい。一般に、酸発酵槽での汚泥の滞留日数としては０．２日〜１０日の任意の期間を設定することが好ましく、また酸発酵槽内のｐＨは４．５以上にすることが好ましい。酸発酵槽１２での好ましいｐＨ維持のために、ＮａＯＨ等のアルカリ薬品を酸発酵槽１２に添加することもできる。なお、酸発酵工程においては、汚泥を加温しながら酸発酵を進行させると汚泥の液化がより進むので好ましい。この場合の加温の温度は、３０〜４０℃が好適である。
また、酸発酵槽１２には、沈殿汚泥３の一部を供給することが可能である。超音波処理汚泥５と沈殿汚泥３とを混合することで、超音波処理汚泥５から溶出した酵素による汚泥の液化が期待できる。また、酸発酵槽１２に、有機性廃水１の一部又は全部を供給することも可能である。有機性廃水１を酸発酵槽１２に供給することで、有機性廃水１中の有機物が酸発酵されて、生物処理されやすくなる効果が期待できる。なお、排水量を調整するための調整槽が設けられている場合には、調整槽が嫌気状態となって酸発酵槽として利用できることもある。
酸発酵槽１２から排出される酸発酵汚泥６は、生物処理槽８に返送される。循環式の硝化脱窒法などのように生物処理槽に脱窒槽が含まれる場合には、酸発酵汚泥６に含まれる溶解性の有機物が脱窒反応の水素供与体として利用できるので、酸発酵汚泥６を脱窒槽に供給することは、有効な有機性廃水の処理方法となる。
また、本発明の他の形態として、図４は、有機性廃水の生物処理プロセスから排出される余剰汚泥を処理するシステムに汚泥可溶化手段として酸発酵槽と超音波反応槽とをこの順番で設けた本発明の他の態様にかかる処理フローの概略図である。有機性廃水１は生物処理槽８に供給され、有機性廃水１中の有機物が活性汚泥により無機化される。生物処理槽８からの活性汚泥混合液は固液分離槽９に供給され、処理水２と沈殿汚泥（余剰汚泥）３に分離される。沈殿汚泥３の一部または全量が酸発酵槽１２に供給され、酸発酵処理されて酸発酵汚泥６となる。酸発酵槽１２は、単純なタンクでよく、酸発酵槽１２での汚泥の滞留時間は液化反応の進行度合いに応じて決定すると良い。なお、必要に応じて酸発酵槽１２の前に汚泥濃縮機を設け、濃縮した汚泥を酸発酵槽１２に供給することも可能である。
酸発酵槽１２から排出される酸発酵汚泥６は、次に超音波反応槽１１に供給して超音波処理し、得られた超音波処理汚泥５を、生物処理槽８に返送する。循環式の硝化脱窒法など脱窒槽がある場合は、超音波処理汚泥５に含まれる溶解性の有機物が脱窒反応の水素供与体として利用できるので、超音波処理汚泥５を脱窒槽に供給することは、有効な処理方法となる。
また、超音波発振器を酸発酵槽内に取り付けて、酸発酵槽内で汚泥の超音波処理と酸発酵処理とを同時に行なうこともできる。酸発酵槽内に超音波発振機を取り付けた本発明の他の形態にかかる汚泥可溶化装置の構成例を図５に示す。図５において、１４は超音波発振器、１５は攪拌機である。図５（ａ）に示すように酸発酵槽１２内に超音波発振器１４を挿入するように配置してもよく、或いは図５（ｂ）に示すように酸発酵槽１２の底部に超音波発振器１４を取り付けてもよい。
超音波発振器１４を備えた酸発酵槽１２から排出される超音波・酸発酵処理汚泥３１は生物処理槽８に供給される。循環式の硝化脱窒法など脱窒槽がある場合は、超音波・酸発酵処理汚泥３１に含まれる溶解性の有機物が脱窒反応の水素供与体として利用できるので、超音波・酸発酵処理汚泥３１を脱窒槽に供給することは、有効な処理方法となる。
なお、上記のように汚泥の可溶化手段として超音波処理と酸発酵処理とを組合わせて行なう場合には、酸発酵槽１２での酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定して、これが−１００ｍＶ以下、好ましくは−２００ｍＶ〜−４００ｍＶになるように酸発酵槽での条件を制御すると、汚泥の過剰な腐敗を抑制すると共に、一部汚泥が生存した状態で汚泥の液化が進むので好ましい。この手段としては、酸発酵槽１２内に酸化還元電位の測定器を配置して、酸化還元電位を測定しながら、これが−１００ｍＶ以下、好ましくは−２００ｍＶ〜−４００ｍＶになるように酸発酵槽１２での汚泥の貯留時間を定めればよい。
また、酸発酵槽での酸化還元電位を調整する方法として、有機性廃水（原水）１の一部を酸発酵槽１２に供給してもよい。更に、図１に示すように処理フローの上流側から超音波処理槽１１−酸発酵槽１２の順に配置されている場合には、原水１の一部を酸発酵槽の上流の超音波処理槽１１に供給したり、或いは、酸発酵処理槽１２から排出される酸発酵処理汚泥６の一部を超音波処理槽１１に返送してもよい。更には、図４に示すように処理フローの上流側から酸発酵槽１２−超音波処理槽１１の順に配置されている場合には、超音波処理汚泥５の一部を酸発酵槽１２に返送してもよい。原水１や超音波処理汚泥５、更には酸発酵処理汚泥６には、溶解性の有機物が含まれ、これが酸発酵を促進させ、ＯＲＰを低下させるのに有効だからである。なお、酸発酵は生物反応であるので、酸発酵槽１２は、加温したり、或いは断熱構造にしておくと、酸発酵を進めるために有効な手段となるので好ましい。
また、図６には、本発明の他の態様として、有機性廃水の生物処理プロセスから排出される余剰汚泥を処理するシステムに、汚泥可溶化手段として超音波反応工程と、化学的処理工程とを設けた本発明による処理フローの概略図を示す。
有機性廃水１は生物処理槽８に供給されて、有機性廃水１中の有機物が活性汚泥により無機化される。生物処理槽８としては、標準活性汚泥法や嫌気好気法、嫌気無酸素好気法，硝化脱窒法、生物膜法など当該技術において用いられる任意の生物処理槽が適用可能である。
生物処理槽８から排出される活性汚泥混合液は、固液分離槽９（例えば沈殿池）に供給され、処理水２と沈殿汚泥（余剰汚泥）３に分離される。沈殿汚泥３の一部又は全量が汚泥濃縮機１０に供給され、濃縮汚泥４と脱離液７に分離される。なお、沈殿汚泥３の汚泥濃度が１重量％以上ある場合には汚泥濃縮機１０を省略し、沈殿汚泥３を直接、超音波反応槽１１に供給することも可能である。脱離液７は生物処理槽８に返送されるが、水質が良好ならそのまま放流することもできる。濃縮汚泥４は、超音波反応槽１１に供給して、超音波処理する。
超音波反応槽１１から流出した超音波処理汚泥５は、汚泥液化槽１３に供給される。汚泥液化槽１３では、化学的処理として、オゾン、過酸化水素などの酸化剤、アルカリ剤の添加により汚泥の液化処理が行われる。超音波処理と化学処理を組み合わせることで汚泥の液化率が格段に向上する。この理由としては、超音波処理で汚泥が微細化するので、化学的処理において汚泥と薬品の接触がより効率的に起きることが考えられる。
汚泥液化槽１３から流出した化学処理汚泥４１は、生物処理槽８に返送される。この時、化学処理汚泥４１を、一旦、貯留槽で一定時間嫌気状態で貯留して酸発酵反応を進行させてのちに、生物処理槽８に返送することも可能である。このように超音波処理及び化学処理を行なった汚泥に対して更に酸発酵処理を行なうことで、汚泥の液化が更に進行する効果が期待できる。酸発酵では汚泥の液化がより進むため、液化量を増やす効果が期待できる。なお、有機性廃水処理装置によっては、有機性廃水１の水量変動を調整するため、生物処理槽８の前段に調整槽が設けられていることがある。このような処理系では調整槽を貯留槽の代わりとして利用することが可能である。この場合には、原水と処理汚泥を嫌気状態に保つことにより、超音波処理汚泥５のほかに有機性廃水１中の有機物の酸発酵も起こることが期待でき、有効な有機性廃水の処理方法となる。
循環式の硝化脱窒法などのように生物処理槽に脱窒槽が含まれる場合には、化学処理汚泥４１に含まれる溶解性の有機物を脱窒反応の水素供与体として利用できるので、化学処理汚泥４１を脱窒槽に供給することは有効な処理方法となる。
なお、図６に示すシステムにおいて、濃縮汚泥４をまず化学的処理１３にかけて、次に超音波処理１１にかけるようにしてもよい。
更に、本発明の他の態様として、図７に、有機性廃水の生物処理プロセスから排出される余剰汚泥を処理するシステムに汚泥可溶化手段として加温工程と超音波反応工程とをこの順番で設けた本発明にかかる処理フローの概略図を示す。
有機性廃水１は、生物処理槽８に供給されて、有機性廃水１中の有機物が活性汚泥により無機化される。ここで、生物処理槽８としては、標準活性汚泥法や嫌気好気法、嫌気無酸素好気法、硝化脱窒法、生物膜法など当該技術において用いられる任意の生物処理槽が適用可能である。
生物処理槽８からの活性汚泥混合液は、固液分離槽９に供給され、処理水２と沈殿汚泥（余剰汚泥）３に分離される。沈殿汚泥３は、一部又は全量が汚泥濃縮機１０に供給され、濃縮汚泥４と脱離液７に分離される。なお、沈殿汚泥３の汚泥濃度が１重量％以上ある場合には汚泥濃縮機１０を省略し、沈殿汚泥３を直接、加温処理槽１７に供給することも可能である。脱離液７は生物処理槽８に返送されるが、水質が良好ならそのまま放流することもできる。濃縮汚泥４は、加温処理槽１７に供給して、加温による汚泥の可溶化処理が行なわれる。加温処理槽１７における槽内の温度は、４０℃以上であれば汚泥の可溶化が促進されるが、加熱に必要なエネルギーを考慮すると５０〜９０℃が現実的である。加温処理槽１７は、加温ができれば熱交換器のように配管の一部として設置することも可能である。また、熱源が豊富な工場などでは、専用のボイラーを設けなくても廃熱を利用できるのでエネルギーをより節約することができる。加温処理槽１７から排出される加温処理汚泥１８は、次に超音波反応槽１１に供給され、超音波処理される。
超音波反応槽１１から排出される超音波処理汚泥５は、生物処理槽８に返送される。この際、超音波処理汚泥５を、貯留槽で一定時間嫌気状態で貯留したのちに生物処理槽８に供給することも可能である。このように嫌気状態に維持した貯留槽に超音波処理汚泥５を貯留すると、酸発酵による汚泥の更なる液化が進行することが期待できる。有機性廃水処理装置によっては、有機性廃水１の水量変動を調整するため、生物処理槽８の前段に調整槽が設けられていることがある。このような処理系では、調整槽を貯留槽の代わりとして利用することが可能である。この際、原水と処理汚泥を嫌気状態に保持することにより、超音波処理汚泥５のほかに有機性廃水１中の有機物の酸発酵が起きることが期待でき、有効な処理方法となる。
循環式の硝化脱窒法などのように生物処理槽８に脱窒槽が含まれる場合には、超音波処理汚泥５に含まれる溶解性の有機物が、脱窒反応の水素供与体として利用できるので、超音波処理汚泥５を脱窒槽に供給することは、有効な処理方法となる。
なお、図７に示すシステムにおいても、汚泥可溶化手段の構成を逆にして、即ち、濃縮汚泥４をまず超音波処理１１にかけて、次に加温処理１７にかけるようにしてもよい。
更に、超音波発振器を加温処理槽１７内に取り付けて、加温処理槽内で汚泥の超音波処理と加温処理とを同時に行なうこともできる。加温処理槽１７内に超音波発振機を取り付けた本発明の他の形態にかかる汚泥可溶化装置の構成例を図８に示す。図８において、１４は超音波発振器、１５は攪拌機である。図８（ａ）に示すように加温処理槽１７内に超音波発振器１４を挿入するように配置してもよく、或いは図８（ｂ）に示すように加温処理槽１７の底部に超音波発振器１４を取り付けてもよい。
超音波発振器１４を備えた加温処理槽１７から排出される超音波・加温処理汚泥３２は生物処理槽８に供給される。循環式の硝化脱窒法など脱窒槽がある場合は、超音波・加温処理汚泥３２に含まれる溶解性の有機物が脱窒反応の水素供与体として利用できるので、超音波・加温処理汚泥３２を脱窒槽に供給することは、有効な処理方法となる。
本発明の各種形態は、以下の通りである。
１．生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥の処理方法であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波処理と、酸発酵処理、化学処理及び加温処理の少なくとも一つとの組み合わせによって可溶化処理し、可溶化処理された汚泥を生物処理工程に返送することを特徴とする方法。
２．汚泥の化学処理が、オゾン、過酸化水素、酸化剤及びアルカリ剤のいずれかによって汚泥を処理するものである上記第１項に記載の方法。
３．前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
４．前記余剰汚泥の一部又は全量を酸発酵処理し、酸発酵処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
５．前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に化学処理して、化学処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項又は第２項に記載の方法。
６．前記余剰汚泥の一部又は全量を化学処理し、化学処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項又は第２項に記載の方法。
７．前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に加温処理し、加温処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
８．前記余剰汚泥の一部又は全量を加温処理し、加温処理汚泥を次に超音波処理して、超音波処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
９．前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に加温処理し、加温処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
１０．前記余剰汚泥の一部又は全量を加温処理し、加温処理汚泥を次に超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
１１．前記余剰汚泥の一部又は全量を超音波処理し、超音波処理汚泥を次に化学処理し、化学処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項又は第２項に記載の方法。
１２．前記余剰汚泥の一部又は全量を化学処理し、化学処理汚泥を次に超音波処理し、超音波処理汚泥を次に酸発酵処理して、酸発酵処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項又は第２項に記載の方法。
１３．前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波発信機を備えた酸発酵槽において酸発酵しながら超音波処理して、処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
１４．前記余剰汚泥の一部又は全量を、超音波発信機を備えた加温槽において加温しながら超音波処理して、処理された汚泥を生物処理工程に返送する上記第１項に記載の方法。
１５．酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、酸発酵処理での汚泥の水力学的滞留時間を制御する上記第１項，第２項，第３項，第４項，第９項，第１０項，第１１項，第１２項又は第１３項のいずれかに記載の方法。
１６．酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、有機性廃水の一部を直接酸発酵処理に供給する上記第１項，第２項，第３項，第４項，第９項，第１０項，第１１項，第１２項又は第１３項のいずれかに記載の方法。
１７．酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、酸発酵処理された汚泥の一部を超音波処理に返送する上記第１項，第２項，第３項，第９項，第１０項又は第１２項のいずれかに記載の方法。
１８．酸発酵処理での汚泥の酸化還元電位が−１００ｍＶ以下になるように、超音波処理された汚泥の一部を酸発酵処理に返送する上記第１項，第２項又は第４項のいずれかに記載の方法。
１９．余剰汚泥の一部又は全量を、汚泥濃度で１〜１０重量％に濃縮し、濃縮した汚泥を前記可溶化処理する上記第１項〜第１８項のいずれかに記載の方法。
２０．有機性廃水を生物処理槽で生物処理し、生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して、沈殿汚泥と処理水とを生成させ、前記沈殿汚泥を余剰汚泥としてその一部又は全量を上記第１項〜第１９項のいずれかに規定する可溶化処理にかけて処理汚泥を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
２１．有機性廃水を生物処理槽で生物処理し、生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して、沈殿汚泥と処理水とを生成させ、前記沈殿汚泥を余剰汚泥としてその一部又は全量を汚泥濃度で１〜１０重量％に濃縮し、濃縮した汚泥を上記第１項〜第１９項のいずれかに規定する可溶化処理にかけて処理汚泥を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
２２．生物処理工程と固液分離工程で構成される有機性廃水の処理プロセスから発生する余剰汚泥を処理するための装置であって、前記余剰汚泥の一部又は全量を可溶化処理するための装置と、前記可溶化処理装置で処理された汚泥を生物処理工程へ返送するための配管を具備し、前記可溶化処理装置が、超音波処理装置と、酸発酵処理装置、化学処理装置及び加温処理装置の少なくとも一つとの組み合わせによって構成されることを特徴とする装置。
２３．汚泥の可溶化処理装置が、オゾン、過酸化水素、酸化剤及びアルカリ剤のいずれかを用いる化学処理装置である上記第２２項に記載の装置。
２４．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
２５．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置と、酸発酵処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
２６．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を化学処理する化学処理装置とにより構成される上記第２２項又は第２３項に記載の装置。
２７．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される上記第２２項又は第２３項に記載の装置。
２８．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を加温処理する加温処理装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
２６．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
３０．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
３１．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を加温処理する加温処理装置と、加温処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される上記第２２項に記載の装置。
３２．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される上記第２２項又は第２３項に記載の装置。
３３．汚泥の可溶化処理装置が、汚泥を化学処理する化学処理装置と、化学処理汚泥を超音波処理する超音波処理装置と、超音波処理汚泥を酸発酵処理する酸発酵装置とにより構成される上記第２２項又は第２３項に記載の装置。
３４．汚泥の可溶化処理装置が、超音波発信機を備えた酸発酵槽により構成される上記第２２項に記載の装置。
３５．汚泥の可溶化処理装置が、超音波発信機を備えた加温槽により構成される上記第２２項に記載の装置。
３６．余剰汚泥の一部又は全量を受容して汚泥を濃縮する濃縮装置と、濃縮装置から排出される濃縮汚泥を前記可溶化処理装置に供給する配管とを更に具備する上記第２２項〜第３５項のいずれかに記載の装置。
３７．有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、前記生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して沈殿汚泥と処理水とを生成させる固液分離装置、上記第２２項〜第３６項のいずれかに規定する汚泥可溶化処理装置、前記固液分離装置から排出される沈殿汚泥の一部又は全量を前記汚泥可溶化処理装置に供給する配管、可溶化処理装置から排出される処理汚泥を生物処理槽に返送する配管を、具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
３８．有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、前記生物処理槽から排出される活性汚泥混合液を固液分離して沈殿汚泥と処理水とを生成させる固液分離装置、前記固液分離装置から排出される沈殿汚泥の一部又は全量を受容して汚泥を濃縮する濃縮装置、上記第２２項〜第３６項のいずれかに規定する汚泥可溶化処理装置、濃縮装置から排出される濃縮汚泥を前記可溶化処理装置に供給する配管、可溶化処理装置から排出される処理汚泥を生物処理槽に返送する配管、を具備することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例は、本発明を具現化するための幾つかの具体例を示したものであり、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。
【実施例１】  図９は、本実施例で用いた、有機性廃水の生物処理プロセスからの余剰汚泥を、汚泥可溶化手段として超音波処理と酸発酵処理との組み合わせにより液化する実験装置である。本実施例では、超音波処理槽１１において用いる超音波発振機として、消費力７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのものを用いた。超音波ホーンの断面積は１９．６ｃｍ２であり、断面積あたりの消費電力は３６Ｗ／ｃｍ２であった。
原水１として下水を用いた。生物処理槽８として、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂとを有する循環式の硝化脱窒槽を用いて原水１の生物処理を行った。原水１を流量１０ｍ３／ｄで生物処理槽８の脱窒槽８ａに供給し、続いて硝化槽８ｂで処理を行なった。生物処理槽８内での活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。生物処理槽８の硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を固液分離槽９に供給した。本実施例では、固液分離槽９として沈殿池方式を用い、ここで活性汚泥混合液を処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。
沈殿汚泥３のうちの１．９ｍ３／ｄを汚泥濃縮機１０に供給して汚泥濃度５重量％まで濃縮した。濃縮汚泥４は超音波反応槽１１に供給して超音波処理を行った。汚泥あたりの超音波強度は１５９ｋＪ／Ｌ、流路あたりの強度は３６Ｗ／ｃｍ２であった。超音波処理により、Ｓ−ＣＯＤＣｒはＣＯＤＣｒの１０％の４７００ｍｇ／Ｌとなった。超音波処理後の汚泥は、酸発酵槽１２に供給し、１日滞留させたのち生物処理槽８の脱窒槽８ａに返送した。
酸発酵槽では、系のｐＨが５．５となるようにｐＨを調整した。酸発酵処理により、Ｓ−ＣＯＤＣｒは９０００ｍｇ／Ｌとなり、うち有機酸が４５００ｍｇ／Ｌを占めた。
表１に、実施例１での超音波処理前の濃縮汚泥４と、超音波処理後の汚泥５、酸発酵処理後の汚泥６の性状を示す。表１より、実施例１では、超音波処理汚泥５、酸発酵汚泥６は、それぞれ処理前の段階よりも溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことが分かる。また、酸発酵汚泥６には有機酸の生成が認められた。なお、以下の表では、ＳＳなどを「−」として数値を示していないところがある。これは、汚泥の液化が進んだことが、溶解性のＣＯＤＣｒやＫｊ−Ｎが増加したことにより判断できたため、汚泥の液化の判断に必要のないＳＳや全ＣＯＤＣｒやＫｊ−Ｎを測定しなかったことによるものである。
2004005199.tif 000002
表２に、実施例１の本発明にかかる余剰汚泥処理を組合わせた場合の有機性廃水の生物処理システムの処理水２の水質を示す。表２から分かるように、実施例１では、ＳＳが５ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができた。
2004005199.tif 000003
図１０に、実施例１による余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける生物処理槽８（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。約６０日間の連続運転の間で生物処理槽８内の汚泥量は約１０ｋｇで安定しており、余剰汚泥の発生量を抑えることができたことが分かる。
比較例１
比較例１として、図１１に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を超音波により液化して生物処理に戻す処理を行なった。比較例１で用いた超音波発振機は実施例１と同じ装置を用いた。原水１として下水を用い、流量１０ｍ３／ｄで生物処理槽８の脱窒槽８ａに供給し、続いて硝化槽８ｂで処理した。生物処理槽８内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。生物処理槽８の硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を固液分離槽９に供給した。
比較例１では固液分離槽９に沈殿池方式を用い、ここで活性汚泥混合液を処理水２と沈殿汚泥３とに分離した。沈殿汚泥３は流量４ｍ３／ｄで、汚泥濃度は約１３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。
比較例１では、沈殿汚泥３の全量を超音波処理槽１１に供給して超音波処理を行なった。実施例１の超音波装置（消費電力７００Ｗ）を用い、汚泥あたりの超音波濃度は１５．２ｋＪ／Ｌとなった。この強度でのＣＯＤＣｒの液化率は１％であった。超音波処理後の汚泥５は生物処理槽８の脱窒槽８ａに返送した。
表３に比較例１での超音波処理前の沈殿汚泥３と超音波処理後の汚泥５の性状を示す。表３より、比較例１では、超音波処理により汚泥が液化したことが示されたが、酸発酵槽がないため実施例１と比較して、溶解性成分が少なくなったことが分かる。
2004005199.tif 000004
表４に、比較例１の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムの処理水２の水質を示す。表４より、比較例１では実施例１よりもＳＳ、ＣＯＤＣｒとも高くなり、水質が悪化したことが分かる。また、処理水のＳＳが実施例１よりも高く、図１２から生物処理槽８内の汚泥量が減少したことから、生物処理槽８内の汚泥も流出したと考えられる。
2004005199.tif 000005
図１２に、比較例１による余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける生物処理槽８（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。比較例１では汚泥の流出が激しく３５日間で運転を打ち切った。比較例１のシステムでは安定した生物処理ができなかった。
【実施例２】  実施例２として、図１３に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、汚泥可溶化手段として酸発酵処理と超音波処理とをこの順番で液化して生物処理槽に戻す処理を行なった。実施例２での酸発酵槽１２の汚泥滞留時間は２日に設定した。超音波反応槽１１に設置する超音波発振器としては、消費電力７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのものを用いた。超音波処理装置は、１日あたり３．１時間運転し、この時の超音波処理装置の消費電力は２．２ｋＷｈであった。
実施例２では、原水１として下水を用いた。生物処理槽としては、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂに分かれた循環式の硝化脱窒槽を用いて原水の生物処理を行った。原水１を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂの活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を沈殿池９に供給して、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。また、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。沈殿汚泥の３．６ｍ３／ｄを返送汚泥として脱窒槽８ａに返送した。沈殿汚泥の残りを汚泥濃縮槽１０に供給し、重力濃縮により２重量％まで濃縮した。濃縮汚泥４は酸発酵槽１２に供給して、実施例１と同様の条件で酸発酵処理を行った。酸発酵汚泥５は次に超音波反応槽１１で超音波処理した後、脱窒槽８ａに返送した。
表５に、実施例２における濃縮汚泥４、酸発酵汚泥６、超音波処理汚泥５の性状を示す。表５より、酸発酵処理と超音波処理を行うことで汚泥の溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことが分かる。
2004005199.tif 000006
表６に、実施例２の本発明にかかる余剰汚泥処理を組合わせた生物処理システムの処理水２の水質を示す。表６より、実施例２では、ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。
2004005199.tif 000007
図１４に、実施例２による余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける生物処理槽（脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ）内の合計汚泥量の経過を示す。余剰汚泥の排出を行なわずに連続運転を約６０日間行ったが、汚泥量は約９ｋｇで安定しており、余剰汚泥の発生量を抑制することができた。沈殿汚泥に対して酸発酵処理と超音波処理を行わない対照系で汚泥の発生量を求めたところ、１日あたり約０．７ｋｇの余剰汚泥が発生しており、酸発酵処理と超音波処理により余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かった。
比較例２
比較例２として、図１１に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を超音波処理により液化して生物処理に戻す実験を行なった。比較例２で用いた超音波発振器は、実施例２と同じ装置を用いた。原水１としては下水を用いた。原水１を流量は１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂの活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を沈殿池９に供給して、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。
本比較例では、沈殿汚泥３を全量、超音波反応槽１１に供給して超音波処理した。超音波処理後の汚泥は、脱窒槽８ａに返送した。超音波発振器の消費電力は２２．２ｋＷ／ｈであった。
表７に、本比較例２での超音波処理前の沈殿汚泥３と超音波処理後の汚泥５の性状を示す。表７より、本比較例２では、超音波処理により汚泥が液化したことが示されたが、汚泥が濃縮されていないので液化量が少なくなったことが分かる。
2004005199.tif 000008
表８に、比較例２の余剰汚泥処理を組合わせた生物処理システムの処理水２の水質を示す。表８より、本比較例２では、実施例２よりもＳＳ、ＣＯＤＣｒとも高くなり水質が悪化したことが分かる。また、また、処理水のＳＳが実施例２よりも高く、図１５から生物処理槽（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量が減少したことから、脱窒槽８ａや硝化槽８ｂ内の汚泥が流出したと考えられる。
2004005199.tif 000009
図１５に、比較例２による余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける生物処理槽（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。比較例２では汚泥の流出が激しく３５日間で運転を打ち切った。比較例２のシステムでは安定した生物処理ができなかった。
【実施例３】  実施例３として、図１６に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、汚泥可溶化手段として超音波処理とオゾン処理との組み合わせにより液化する実験を行なった。本実施例３で用いる超音波発振機としては、消費電力７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのものを用いた。超音波ホーンの断面積は１９．６ｃｍ２であり、断面積あたりの消費電力は３６Ｗ／ｃｍ２であった。
本実施例３では原水１として下水を用いた。生物処理槽として、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂとを有する循環式の硝化脱窒槽により原水の生物処理を行った。原水を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液は、沈殿池９に供給して、ここで処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。なお、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。
沈殿汚泥３のうちの１．９ｍ３／ｄを汚泥濃縮機１０に供給して汚泥濃度５％まで濃縮した沈殿汚泥３の残りは脱窒槽８ａに返送した。汚泥濃縮機１０で得られた濃縮汚泥４を、超音波反応槽１１に供給して超音波処理を行った。超音波処理後の汚泥５を、オゾン反応槽４５に供給した。オゾン反応槽４５から排出されるオゾン処理汚泥４６は、脱窒槽８ａに返送した。表９に、実施例３での濃縮汚泥４、超音波処理後の汚泥５、オゾン処理後の汚泥４６の性状を示す。表９より、本実施例３では、超音波処理汚泥、オゾン処理汚泥は、それぞれ処理前の段階より溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことがわかる。
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表１０に、実施例３の本発明にかかる余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムの処理水２の水質を示す。表１０より、実施例３ではＳＳが９ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも２７ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことがわかる。なお、汚泥の減容化処理を行わない単純な活性汚泥処理での処理水のＣＯＤＣｒは、１０〜３０ｍｇ／Ｌの範囲で推移するので、本実施例での処理水水質は、通常処理と同等の処理水水質であるといえる。汚泥の減容化処理を行った場合には、処理水水質が通常処理の場合より悪化する傾向にあるが、本実施例ではそのような傾向はみられなかった。
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図１７に、実施例３の余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける連続処理試験での生物処理槽（脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂの合計汚泥量は約９ｋｇで安定していた。また、汚泥処理を行わない対照系での汚泥発生量は１日あたり約７００ｇであり、余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。実施例３での汚泥処理の消費電力はオゾン単独処理の約１／２であり、エネルギーを大幅に節約できた。
【実施例４】  実施例４として、図１８に示す装置を用いて有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、超音波処理とアルカリ処理との組み合わせにより液化する実験を行なった。
実施例４では原水１として下水を用いた。生物処理槽としては、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂとを有する循環式の硝化脱窒槽により原水の生物処理を行った。原水１を、流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を沈殿池９に供給して、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。なお、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。
沈殿汚泥３のうちの１．９ｍ３／ｄを汚泥濃縮機１０に供給して汚泥濃度５％まで濃縮した。汚泥濃縮機１０で得られた濃縮汚泥４は、超音波反応槽１１に供給して実施例３と同様の条件で超音波処理を行った。超音波処理後の汚泥５は、アルカリ反応槽４７に供給した。実施例４では、アルカリ反応槽４７において、アルカリとして水酸化ナトリウム溶液を汚泥に添加した。アルカリ処理後の汚泥４８は脱窒槽８ａに返送した。表１１に、実施例４での濃縮汚泥４、超音波処理後の汚泥５、アルカリ処理後の汚泥４８の性状を示す。表１１より、実施例４では、超音波処理汚泥、アルカリ処理汚泥は、それぞれ処理前の段階より溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことがわかる。
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表１２に、実施例４の本発明にかかる余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムの処理水２の水質を示す。表１２より、実施例４では、ＳＳが１１ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことがわかる。
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図１９に、実施例４の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムの連続処理試験における生物処理槽（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ内の合計汚泥量は約９ｋｇで安定していた。また、汚泥処理を行わない対照系での汚泥発生量は１日あたり約７００ｇであり、余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。実施例４での汚泥処理における水酸化ナトリウムの消費量は、アルカリ単独処理の約８０％に減らすことができた。
【実施例５】  実施例５として、図２０に示す装置を用いて有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、超音波処理と加温処理の組み合わせにより液化する実験を行なった。
実施例５では原水１として下水を用いた。生物処理槽としては、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂを有する循環式の硝化脱窒槽により原水の生物処理を行った。原水を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液は、沈殿池９に供給して処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。なお、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。
沈殿汚泥３のうちの１．９ｍ３／ｄを汚泥濃縮機１０に供給して汚泥濃度５％まで濃縮した。濃縮汚泥４は、超音波反応槽１１に供給して実施例３と同様の条件で超音波処理を行った。超音波処理後の汚泥５は、加温槽１７に供給して、約７０℃で３０分間、汚泥を加温した。加温処理された汚泥は脱窒槽１３に返送した。表１３に、実施例５での濃縮汚泥４、超音波処理後の汚泥５、加温処理後の汚泥１８の性状を示す。表１３より、本実施例５では、超音波処理汚泥５、加温処理汚泥１８は、それぞれ処理前の段階より溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことがわかる。
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表１４に、実施例５の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける処理水２の水質を示す。表１４より、実施例５では、ＳＳが８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも２５ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことがわかる。
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図２１に、実施例５の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムの連続処理試験における生物処理槽（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ内の合計汚泥量は約９ｋｇで安定していた。また、汚泥処理を行わない対照系での汚泥発生量は１日あたり約７００ｇであり、余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。
比較例３
比較例３として、図２２に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を超音波処理のみにより液化する実験を行なった。本比較例３で用いた超音波発振機は、実施例３〜５と同じ装置を用いた。原水１として下水を用い、流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液は、沈殿池９に供給し、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。沈殿汚泥３の汚泥濃度は約１３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。なお、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。
本比較例３においては、沈殿汚泥３を全量、超音波反応槽１１に供給して、超音波処理を行なった。超音波処理後の汚泥５は脱窒槽８ａに返送した。
表１５に、本比較例３での沈殿汚泥３と超音波処理後の汚泥５の性状を示す。表１５より、本比較例３では、超音波処理により汚泥が液化したことが示されているが、実施例３〜５と比較して溶解性成分の増加が少なかったことがわかる。
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表１６に、比較例３の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける処理水２の水質を示す。表１６より、比較例４では実施例３〜５よりもＳＳ、ＣＯＤＣｒとも高くなり、水質が悪化したことがわかる。図２３から生物処理槽内の汚泥量が減少したことから、生物処理槽内の汚泥も流出したと考えられる。
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図２３に、比較例３の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける生物処理槽（脱窒槽８ａ及び硝化槽８ｂ）内の汚泥量の経過を示す。比較例３では汚泥の流出が激しく３５日間で運転をうち切った。比較例４のシステムでは安定した生物処理ができなかった。
【実施例６】  実施例６として、図２４に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、加温処理と超音波処理との組み合わせによって可溶化処理して生物処理に返送する処理を行なった。本実施例６での加温処理槽１７の温度は７０℃、滞留時間は３０分に設定した。超音波反応槽１１に取り付ける超音波発振機としては、消費電力７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのもの用いた。超音波処理装置は、１日あたり４８分運転し、この時の超音波処理の消費電力は０．５６ｋＷｈであった。
本実施例６では、原水１として下水を用いた。生物処理槽としては、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂとに分かれた循環式の硝化脱窒槽を用いて原水１の生物処理を行った。原水１を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂの活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液を沈殿池９に供給して処理水２と沈殿汚泥３に分離した。また、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。この沈殿汚泥３のうちの０．５８ｍ３／ｄを汚泥濃縮機１０に供給し、汚泥濃度５重量％まで汚泥を濃縮した。沈殿汚泥の残りは脱窒槽８ａに返送した。濃縮汚泥４を加温処理槽８に供給し、７０℃に加温した後、超音波反応槽１１にて超音波処理を行った。超音波処理を行なった汚泥５は脱窒槽８ａに返送した。
表１７に、本実施例６における濃縮汚泥４、加温処理汚泥１８、超音波処理汚泥５の性状を示す。表１７より、加温処理と超音波処理とを行うことで溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことが分かる。
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表１８に、実施例６の余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける処理水２の水質を示す。表１８より、実施例６では、ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。
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図２５に実施例６による余剰汚泥処理を組合わせた生物処理プロセスにおける生物処理槽（脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ）内の合計汚泥量の経過を示す。本実施例６では、余剰汚泥の排出をせずに連続運転を約６０日間行ったが、汚泥量は約９ｋｇで安定しており、余剰汚泥の発生量を抑制することができた。分離汚泥に対して加温処理と超音波処理を行わない対照系で汚泥発生量を求めたところ、１日あたり約０．７ｋｇの余剰汚泥が発生しており、加温と超音波処理により余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。
【実施例７】  本実施例では、余剰汚泥を超音波処理した後、汚泥貯留槽で嫌気条件下で貯留して酸発酵を行なわせて汚泥を更に可溶化する揚合の、汚泥貯留槽内の酸化還元電位（ＯＲＰ）と汚泥の液化度合との関係について実験を行った。この実験では、下水処理で発生した余剰汚泥（汚泥濃度１．１％）を、超音波処理槽で２００Ｗの超音波発振器で液化処理を行い、その後、汚泥貯留槽（酸発酵槽）内で嫌気状態で汚泥を貯留し、ＯＲＰを測定しながら撹拌した。超音波処理前の余剰汚泥と、超音波処理後の汚泥、並びに貯留槽内で一定時間撹拌した後の汚泥の性状を表１９に示す。
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表１９より、貯留槽内でのＯＲＰが低下するにしたがって溶解性窒素が増加しており、汚泥の液化が進んだことが分かる。ＯＲＰが−１８６ｍＶとなった撹拌１８時間で溶解性ケルダール窒素が９７ｍｇ／Ｌに達しており、未処理汚泥に対する液化率が１４％になった。この結果より、ＯＲＰが、貯留槽（酸発酵槽）での最適の撹拌時間（貯留時間）を決定する目安になると考えらる。なお、本発明において「未処理汚泥に対する液化率」とは、汚泥中の固形分に対して、液化処理によって溶解性成分（孔径１μｍの濾紙を通過できる成分）に変化した割合を意味し、下式で算出されるものである。
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【実施例８】  実施例８として、図２６に示す装置を用いて有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、超音波処理と貯留槽での酸発酵処理の組み合わせにより液化する実験を行なった。本実施例８での汚泥貯留槽５１の汚泥滞留時間は２日に設定した。超音波発振器としては、消費電力が７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのものを用いた。超音波処理装置は１日あたり３．１時間運転したが、この時の超音波処理の消費電力は２．２ｋＷｈであった。
本実施例８では、原水１として下水を用いた。生物処理槽としては、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂを有する循環式の硝化脱窒槽により原水の生物処理を行った。原水１を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ内の活性汚泥濃度は３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液は沈殿池９に供給して、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。なお、硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。沈殿汚泥の一部（０．４ｍ３／ｄ）を汚泥濃縮機１０で重力濃縮により汚泥濃度２％まで濃縮した。沈殿汚泥の残りは脱窒槽８ａに返送した。汚泥濃縮機１０で得られた濃縮汚泥４は、超音波処理槽１１に供給して超音波処理を行なった。超音波処理後の汚泥５は、汚泥貯留槽５１に供給して、嫌気条件下で２日間滞留させた。汚泥貯留槽５１でのＯＲＰを測定したところ、平均で−３１７ｍＶであり、常時−２００ｍＶ以下であった。貯留後の汚泥（貯留汚泥）５２は脱窒槽８ａに返送した。
表２０に、本実施例８における濃縮汚泥４、超音波処理後の汚泥５、貯留後の汚泥５２の性状を示す。表２０より、超音波処理と貯留を行うことで溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことが分かる。また、貯留汚泥の有機酸を分析したところ酢酸の生成が確認された。
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表２１に、実施例８の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける処理水２の水質を示す。表２１より、本実施例８では、ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。
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図２７に、本実施例８の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける生物処理槽（脱窒槽８ａと消化槽８ｂ）内の合計汚泥量の経過を示す。本実施例では、余剰汚泥の排水をせずに連続運転を約６０日間行ったが、汚泥量は約９ｋｇで安定しており、余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。返送汚泥に対して超音波処理／貯留を行わない対照系では、汚泥発生量を求めたところ１日あたり約０．７ｋｇの余剰汚泥が発生しており、超音波処理／貯留により余剰汚泥の発生量を抑制することができたことが分かる。
【実施例９】  余剰汚泥を、汚泥貯留槽で嫌気状態で貯留した後に超音波処理を行なう場合の汚泥貯留槽のＯＲＰと汚泥の液化状態の関係について実験を行った。この実験では、下水処理で発生した余剰汚泥を汚泥濃度２％まで濃縮したのち、汚泥貯留槽内で３５℃に保温してＯＲＰを測定しながら撹拌した。また、撹拌４８時間後の汚泥を２００Ｗの超音波発振器で超音波処理した後、汚泥の溶解性成分窒素を測定した。結果を表２２に示す。
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表２２より、貯留槽内でのＯＲＰが低下するにしたがって溶解性窒素が増加しており汚泥の液化が進んだことが分かる。ＯＲＰが−１９５ｍＶになった撹拌２４時間で溶解性ケルダール窒素が１１０ｍｇ／Ｌであり、未処理汚泥に対する液化率が８．２％になった。さらに撹拌後の汚泥を超音波処理したところ、液化率は約１９％に達した。この結果から、ＯＲＰが貯留槽（酸発酵槽）での撹拌時間（滞留時間）を決定する目安になると考えられる。
【実施例１０】  図２８に示す装置を用いて、有機性廃水の生物処理プロセスより発生した余剰汚泥を、嫌気状態で貯留した後に超音波処理により液化する実験を行なった。本実施例１０では、汚泥貯留槽１５での汚泥滞留時間は２日に設定した。超音波処理槽１１に設ける超音波発振機としては、消費電力が７００Ｗ、発振周波数２０ｋＨｚのものを用いた。超音波処理装置は、１日あたり３．１時間運転し、この時の超音波処理の消費電力は２．２ｋＷｈであった。
実施例１０では原水１として下水を用いた。生物処理槽として、脱窒槽８ａと硝化槽８ｂを有する循環式の硝化脱窒槽により原水の生物処理を行った。原水１を流量１０ｍ３／ｄで脱窒槽８ａに供給し、次に硝化槽８ｂで処理した。脱窒槽８ａと硝化槽８ｂの活性汚泥濃度は、約３０００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液は沈殿池９に供給して、処理水２と沈殿汚泥３に分離した。硝化槽８ｂから排出される活性汚泥混合液の一部（原水水量の２００％）を脱窒槽８ａに返送した。沈殿汚泥３の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／Ｌであった。沈殿汚泥の汚泥の一部（０．４ｍ３／ｄ）を汚泥濃縮機１０で重力濃縮により汚泥濃度２％まで濃縮した。沈殿汚泥の残りは脱窒槽８ａに返送した。汚泥濃縮機１０で得られた濃縮汚泥４を、汚泥貯留槽５１に供給し、嫌気状態で貯留した。汚泥貯留槽５１での汚泥の滞留時間は２日間とした。汚泥貯留槽５１でのＯＲＰを測定したところ、平均で−３１７ｍＶであり、常時−２００ｍＶ以下であった。貯留後の汚泥５２は超音波反応槽１１で超音波処理した後、脱窒槽８ａに返送した。
表２３に、本実施例１０における濃縮汚泥４、貯留汚泥５２、超音波処理汚泥５の性状を示す。表２３より、汚泥の貯留と超音波処理を行うことで溶解性成分が増加しており、汚泥が液化したことが分かる。また、貯留汚泥の有機酸を分析したところ酢酸の生成が確認された。
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表２４に、実施例１０の余剰汚泥処理を組合わせた場合の生物処理システムにおける処理水２の水質を示す。表２４より、本実施例１０では、ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／Ｌの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。
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本実施例１０での生物処理槽（脱窒槽８ａと硝化槽８ｂ）内の合計汚泥量の経過は、実施例８と同様であった。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、有機性廃水の生物処理プロセスにおいて発生する余剰汚泥を可溶化させるにあたって、超音波処理と、酸発酵処理、化学処理及び加温処理の少なくとも一つとの組み合わせによって処理することにより、少ないエネルギー量で格段に液化効率を高めて、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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