(57)【要約】本発明は、余剰汚泥の排出量を削減すると同時に汚泥からのリンの除去が可能な余剰汚泥の処理方法及び装置を提供する。更には、本発明は、かかる汚泥処理システムを備えた有機性廃水の生物処理方法及び装置をも提供する。本発明に係る余剰汚泥の処理方法は、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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させ、生成した脱離液をリン回収処理して生物処理工程に返送するか或いは処理水として系外に放流すると共に、余剰汚泥の濃縮によって生成した濃縮汚泥を超音波処理して生物処理工程に返送することを特徴とするものである。
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【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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させ、生成した脱離液をリン回収処理して生物処理工程に返送するか或いは処理水として系外に放流すると共に、余剰汚泥の濃縮によって生成した濃縮汚泥を超音波処理して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】
前記脱離液のリン回収処理を、前記脱離液に凝集剤を添加してリン酸イオンを凝集沈殿させることによって液からリンを分離除去することによって行なう請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記脱離液からのリン回収処理を、前記脱離液にアンモニウムイオンとマグネシウムを添加するか、又はカルシウムを添加すると共にｐＨを９以上に維持することによって、リンを晶析させることによって液中からリンを分離除去することによって行なう請求項１に記載の方法。
【請求項４】
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、前記沈殿汚泥の一部又は全量を濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させ、生成した脱離液をリン回収処理して生物処理工程に返送するか或いは処理水として系外に放流すると共に、余剰汚泥の濃縮によって生成した濃縮汚泥を超音波処理して生物処理工程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５】
前記脱離液のリン回収処理を、前記脱離液に凝集剤を添加してリン酸イオンを凝集沈殿させることによって液からリンを分離除去することによって行なう請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記脱離液からのリン回収処理を、前記脱離液にアンモニウムイオンとマグネシウムを添加するか、又はカルシウムを添加すると共にｐＨを９以上に維持することによって、リンを晶析させることによって液中からリンを分離除去することによって行なう請求項４に記載の方法。
【請求項７】
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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させる汚泥濃縮機、汚泥濃縮機で生成した脱離液をリン回収処理するリン回収槽、汚泥濃縮機で生成した濃縮汚泥を超音波処理する超音波処理装置、超音波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、を具備することを特徴とする装置。
【請求項８】
リン回収槽で処理された処理液を生物処理工程へ返送するための配管を具備する請求項８に記載の装置。
【請求項９】
有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させる汚泥濃縮機、汚泥濃縮機で生成した脱離液をリン回収処理するリン回収槽、汚泥濃縮機で生成した濃縮汚泥を超音波処理する超音波処理装置、超音波処理装置で処理された汚泥を生物処理槽へ返送するための配管、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１０】
リン回収槽で処理された処理液を生物処理槽へ返送するための配管を具備する請求項９に記載の装置。
【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を生物処理するプロセスから発生する余剰汚泥の発生量を削減する技術に関する。
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される。有機性廃水の生物処理法は優れた処理方法であるが、その処理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、脱水した後に埋立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、排水処理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、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。
しかし、本発明者らが、上記のような超音波による余剰汚泥の処理法について実験を行ったところ、汚泥の液化に伴い有機物の無機化は起きるものの、同時に汚泥中のリンが液化処理で可溶化するため、生物処理槽でリンが除去されず、高濃度のリンが処理水に含まれて系外に流出するという問題点が明らかになった。
本発明は、上記のような問題点を解決するために考案されたものであり、余剰汚泥の排出量を削減すると共に、同時に余剰汚泥中のリンを除去することができる技術を提供することを目的とするものである。
発明の開示
本発明者は、上記課題を解決するための手段として、以下の処理方法及び装置を見いだした。
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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させ、生成した脱離液をリン回収処理して生物処理工程に返送するか或いは処理水として系外に放流すると共に、余剰汚泥の濃縮によって生成した濃縮汚泥を超音波処理して生物処理工程に返送することを特徴とする方法。
２．  前記脱離液のリン回収処理を、前記脱離液に凝集剤を添加してリン酸イオンを凝集沈殿させることによって液からリンを分離除去することによって行なう上記第１項に記載の方法。
３．  前記脱離液からのリン回収処理を、前記脱離液にアンモニウムイオンとマグネシウムを添加するか、又はカルシウムを添加すると共にｐＨを９以上に維持することによって、リンを晶析させることによって液中からリンを分離除去することによって行なう上記第１項に記載の方法。
４．  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、前記沈殿汚泥の一部又は全量を濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させ、生成した脱離液をリン回収処理して生物処理工程に返送するか或いは処理水として系外に放流すると共に、余剰汚泥の濃縮によって生成した濃縮汚泥を超音波処理して生物処理工程に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
５．  前記脱離液のリン回収処理を、前記脱離液に凝集剤を添加してリン酸イオンを凝集沈殿させることによって液からリンを分離除去することによって行なう上記第４項に記載の方法。
６．  前記脱離液からのリン回収処理を、前記脱離液にアンモニウムイオンとマグネシウムを添加するか、又はカルシウムを添加すると共にｐＨを９以上に維持することによって、リンを晶析させることによって液中からリンを分離除去することによって行なう上記第４項に記載の方法。
７．  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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させる汚泥濃縮機、汚泥濃縮機で生成した脱離液をリン回収処理するリン回収槽、汚泥濃縮機で生成した濃縮汚泥を超音波処理する超音波処理装置、超音波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、を具備することを特徴とする装置。
８．  リン回収槽で処理された処理液を生物処理工程へ返送するための配管を具備する上記第８項に記載の装置。
９．  有機性廃水を受容して生物処理を行なう生物処理槽、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濃縮して脱離液及び濃縮汚泥を生成させる汚泥濃縮機、汚泥濃縮機で生成した脱離液をリン回収処理するリン回収槽、汚泥濃縮機で生成した濃縮汚泥を超音波処理する超音波処理装置、超音波処理装置で処理された汚泥を生物処理槽へ返送するための配管、を具備することを特徴とする有機性廃水の処置装置。
１０．  リン回収槽で処理された処理液を生物処理槽へ返送するための配管を具備する上記第９項に記載の装置。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１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超音波反応工程とリン回収工程を設けた、本発明によ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２に供給されて、有機性廃水１中の有機物が活性汚泥による生物処理によって無機化される。ここで、生物処理槽２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２から排出される活性汚泥混合液３は、固液分離装置（例えば沈殿槽）４に供給され、処理水５と沈殿汚泥６に分離される。沈殿汚泥６は返送汚泥７として生物処理槽２に返送されるが、返送汚泥の少なくとも一部８を汚泥濃縮機１１に供給して、濃縮汚泥１２と脱離液１７に分離する。また、汚泥濃縮機１１の前段としてリン放出槽９を設け、例えば嫌気状態で撹拌することによって汚泥中のポリリン酸を放出させ、リン回収工程１８に送られる脱離液１７中のリン濃度を上げることができる。なお、この場合には、有機性廃水１の一部をリン放出槽９に供給することも可能である。このようにリン放出槽９に有機性廃水の一部を供給すると、リンを吸着していた細菌が有機物を取り入れる代わりにリンを放出するので好ましい。
汚泥濃縮機から排出される脱離液１７は、リン回収工程１８に供給される。リン回収工程１８では、凝集剤の添加による溶解性リンの凝集法、アンモニウムイオンとマグネシウムイオンを添加してリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）粒子を形成させるＭＡＰ法、カルシウムイオンを添加してｐＨを９以上に維持することでハイドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」ともいう）粒子を形成させるＨＡＰ法などのような当該技術において周知のリン回収法によって、脱離液１７中の溶解性リンを固定・分離して、リン含有結晶２０などとして回収する。リンが分離回収された処理液１９は、生物処理槽２へ返送される。なお、リン回収済み処理液１９のリン濃度や有機物濃度が十分低くて、放流基準を満たしている場合には、処理水として系外に放流することも可能である。
一方、汚泥濃縮機１１から得られる濃縮汚泥１２は、超音波反応槽１３に供給されて超音波処理される。超音波反応槽１３に供給する濃縮汚泥１２の濃度を高くすることで液化量が増加して、効率よく液化汚泥を得ることができるため、汚泥濃縮機１１において、汚泥の濃度を１〜１０％、好ましくは４〜８％に濃縮することが好ましい。また、超音波反応槽１３において用いる超音波発振機の消費エネルギー量は、被処理液量に対し１０〜４００ｋＪ／リットルであることが望ましく、また、超音波ホーン断面積あたりの消費エネルギーは３０ｗ／ｃｍ２以上であることが望ましい。
超音波反応槽１３から流出した超音波処理汚泥１４は生物処理槽２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、超音波処理汚泥１４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１４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。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
図２に、本実施例で使用した、有機性廃水の生物処理プロセスからの余剰汚泥を本発明方法を用いて処理して、汚泥減容化とリン回収を実施した処理フローを示す。本実施例では、生物処理槽２として脱窒槽３１及び硝化槽３２から構成される硝化脱窒槽を用い、有機性廃水１として下水を用いた。被処理下水を、流量１０ｍ３／ｄで生物処理槽２の脱窒槽３１に供給した。生物処理装置２内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。生物処理装置２の硝化槽３２からの活性汚泥混合液を、固液分離装置４に供給した。本実施例では、固液分離装置４として沈殿池を用いて活性汚泥混合液３を処理水５と沈殿汚泥６に分離した。固液分離装置４から排出される沈殿汚泥６の返送汚泥７の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。このうち、３．３６ｍ３／ｄを返送汚泥７として生物処理槽２に返送し、残りの０．６４ｍ３／ｄを被処理汚泥８としてリン放出槽９に供給して、有機性廃水１の一部０．５ｍ３／ｄと混合した。リン放出槽９では、嫌気状態での撹拌処理を行って、汚泥中のポリリン酸を放出させた。リン放出槽９で処理された汚泥を汚泥濃縮機１１に供給し、脱離液１７と濃縮汚泥１２に分離した。濃縮汚泥１２の汚泥濃度は５％であり、濃縮汚泥量は０．１３ｍ３／ｄであった。
汚泥濃縮機１１で得られた脱離液１７は、リン回収工程１８に供給した。実施例１でのリン回収工程１８は、脱離液１７に凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を添加して、リンを凝集させて液から沈降させることによって除去した。脱離液１７に対してＰＡＣを１．２ｇ／リットル添加したところ、表１に示すようにリン回収済み処理水１９のリン酸イオン濃度は０．５ｍｇ／リットルまで低減した。また、ＳＳも１ｍｇ／リットル以下と良好な処理水が得られたので、このまま系外に放流した。
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汚泥濃縮機１１で得られた濃縮汚泥１２は、超音波反応槽１３に供給して超音波処理した。超音波反応槽１３において用いた超音波発信機の実質消費電力は７００ｗ（電力量：１日あたり１．８ｋｗｈ）であった。また、汚泥量あたりの照射強度は５０ｋＪ／リットルであった。超音波処理後の汚泥１４は、生物処理槽２の脱窒槽３１に返送した。
表２に、実施例１の処理プロセスにおける超音波処理前の濃縮汚泥１２と、超音波処理後の汚泥１４の性状を示す。表１より、本実施例においては、超音波処理汚泥１４は超音波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示されている。
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表３に、実施例１の本発明に係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５の水質を示す。表３より、本実施例では、ＳＳが１０ｍｇ／リットル、ＣＯＤＣｒも３０ｍｇ／リットルの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。また全リンも０．５ｍｇ／リットルと良好な水質を得ることができた。
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図３に、本実施例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２内の汚泥量の経過を示す。約６０日間の連続運転で生物処理槽２内の汚泥量は約１０ｋｇで安定しており、本発明による余剰汚泥処理によって余剰汚泥の発生量を抑えることができたことが分かる。
実施例２
本実施例では、実施例１と同様の図２に示すシステムを用い、リン回収工程１８としてＨＡＰ法によるリンの回収を行なった。有機性廃水１として下水を用い、流量１０ｍ３／ｄで生物処理槽２の脱窒槽３１に供給した。生物処理槽２内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。生物処理槽２の硝化槽３２からの活性汚泥混合液を、固液分離装置４に供給した。本実施例でも、実施例１と同様に固液分離装置４として沈殿池方式を用いて、活性汚泥混合液３を処理水５と沈殿汚泥６に分離した。固液分離装置４から排出される沈殿汚泥６の流量は４ｍ３、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。このうち、３．３６ｍ３／ｄを返送汚泥７として生物処理槽２の脱窒槽３１に返送し、残りの０．６４ｍ３／ｄを被処理汚泥８としてリン放出槽９に供給して、有機性廃水１の一部０．５ｍ３／ｄと混合した。リン放出槽９では、実施例１と同様の処理を行って、汚泥中のポリリン酸を放出させた。リン放出槽９で処理された汚泥を汚泥濃縮機１１に供給し、脱離液１７と濃縮汚泥１２に分離した。濃縮汚泥１２の汚泥濃度は５％であり、濃縮汚泥量は０．１３ｍ３／ｄであった。
汚泥濃縮機１１で得られた脱離液１７は、リン回収工程１８に供給した。実施例２では、リン回収工程１８としてリン鉱石を充填したカラムを用い、脱離液１７に消石灰を添加することでアルカリ調整とカルシウムの供給を行うことにより、リンをＨＡＰ：Ｃａ５ＯＨ（ＰＯ４）３として晶析させて沈降分離除去させるＨＡＰ法によるリン回収を行った。リン回収工程１８での脱離液１７とリン回収済み処理液１９の水質を表４に示す。表４より、リン回収工程１８で、溶解性のリンが脱離液１７から分離除去されたことが分かる。リン回収済み処理液１９は、このまま系外に処理水として放流した。
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汚泥濃縮機１１で得られた濃縮汚泥１２は、全量を超音波反応槽１３に供給して実施例１と同様の条件で超音波処理した。超音波処理後の汚泥１４は、生物処理槽２の脱窒槽３１に返送した。
表５に、実施例２の処理プロセスにおける超音波処理前の濃縮汚泥１２と、超音波処理後の汚泥１４の性状を示す。表５より、本実施例においても、超音波処理汚泥１４は超音波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示されている。
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表６に、実施例２の本発明に係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５の水質を示す。表６より、本実施例では、ＳＳが８ｍｇ／リットル、ＣＯＤＣｒも２４ｍｇ／リットルの良好な処理水水質を得ることができたことが分かる。また全リンも０．４ｍｇ／リットルと良好な水質を得ることができた。
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図４に、本実施例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２内の汚泥量の経過を示す。約６０日間の連続運転で生物処理槽１０内の汚泥量は約１０ｋｇで安定しており、本発明による余剰汚泥処理によって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
比較例として、図５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槽２の脱窒槽３１に戻す処理を行った。有機性廃水１として下水を用い、流量は１０ｍ３／ｄで生物処理槽２の脱窒槽３１に供給した。生物処理槽２内の活性汚泥濃度は約３０００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。生物処理槽２の硝化槽３２からの活性汚泥混合液３を、固液分離装置４に供給した。本比較例では、固液分離装置４として沈殿池方式を用いて、活性汚泥混合液３を処理水５と沈殿汚泥６に分離した。固液分離装置４から排出される沈殿汚泥６の流量は４ｍ３／ｄ、汚泥濃度は約１００００ｍｇ−ＳＳ／リットルであった。
本比較例では、固液分離装置４から排出される沈殿汚泥６の全量を超音波反応槽１３に供給して超音波処理を行った。超音波処理の条件は実施例１及び２と同等とした。超音波処理後の汚泥１４は、生物処理槽２に返送した。
表７に、本比較例の処理プロセスにおける超音波処理前の沈殿汚泥６と超音波処理後の汚泥１４の性状を示す。表７より、本比較例においては、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１、２と比べて溶解性成分が少なかった。
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表８に、本比較例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５の水質を示す。表８より、本比較例では、実施例１、２よりも処理水のＳＳ、ＣＯＤＣｒがいずれも実施例１及び２よりも高くなり、水質が悪化したことが分かる。また、処理水のＳＳが実施例よりも高く、図６より分かるように生物処理槽内の汚泥量が減少したことから、生物処理槽２内の汚泥も処理水５中に流出したと考えられる。更に、処理水５のリンは４．１ｍｇ／リットルとＳＳ由来のリンも加わり、原水より高くなった。
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図６に、本比較例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２内の汚泥量の経過を示す。本比較例では、汚泥の流出が激しく３５日間で運転を打ち切った。本比較例のシステムでは安定した生物処理ができなかった。
産業上の利用の可能性
本発明の余剰汚泥の処理方法によれば、生物処理による有機性廃水の処理プロセスにおいて発生する余剰汚泥の量を著しく削減することができ、しかも同時に汚泥からのリンの除去を良好に行うことができる。しかも、余剰汚泥の発生量の削減のために要する動力量が少なくて済む。即ち、本発明によれば、沈殿汚泥の処理のために超音波処理を採用しているので、動力消費量が少なくて済むのに加えて、処理装置が小型で簡単な装置でよい。
【図面の簡単な説明】
図１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、本発明方法に従って超音波処理及びリン回収処理する処理フローの概略図である。
図２は、本発明の実施例において用いた、本発明による汚泥減容化処理とリン回収処理とを組合わせた有機性廃水の生物処理システムのフロー図である。
図３は、実施例１における生物処理槽内の汚泥量の経過を示すグラフである。
図４は、実施例２における生物処理槽内の汚泥量の経過を示すグラフである。
図５は、比較例において用いた、超音波処理による汚泥減容化を組合わせた有機性廃水の生物処理システムのフロー図である。
図６は、比較例における生物処理槽内の汚泥量の経過を示すグラフである。
各図面において、参照符号は以下の構成要素を指す。
１  有機性廃水；２  生物処理槽；３  活性汚泥混合液；４  固液分離装置；５  処理水；６  沈殿汚泥；７  返送汚泥；８  返送汚泥の一部；９  リン放出槽；１０  処理汚泥；１１  汚泥濃縮機；１２  濃縮汚泥；１３  超音波処理槽；１４  超音波処理汚泥；１７  脱離液；１８  リン回収工程；１９  リン回収済み処理液；２０  リン含有結晶；２１  酸発酵槽；２２  酸発酵汚泥；３１  脱窒槽；３２  硝化槽
【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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【国際調査報告】
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2003097540.tif 000018
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