(57)【要約】【課題】汚泥の脱水性が向上可能な生物学的水処理システム及び汚泥の脱水性向上方法を提供する。【解決手段】生物学的水処理システム１によれば、ＰＱＳ添加手段６０が設けられていることで、脱水機５０よりも前段の反応槽２０内の汚泥に対してＰＱＳが添加される。ＰＱＳが添加されることにより、微生物によるＥＰＳの生産が抑制されるため、汚泥の周辺のＥＰＳの量を減らすことができるため、ＥＰＳに結合又は浸透する水の量を減らすことができる。これにより、脱水機による汚泥の脱水性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を脱水する脱水手段を備えた生物学的水処理システムにおいて、
前記脱水手段より前段でＰＱＳを添加する添加手段を更に備えた生物学的水処理システム。
【請求項２】
前記脱水手段より前段に原水を導入する反応槽を有し、
前記添加手段は反応槽又はそれよりも前段に設けられている請求項１に記載の生物学的水処理システム。
【請求項３】
前記脱水手段より前段に原水を導入する反応槽と、
前記反応槽からの処理水を固液分離する固液分離槽と、
前記固液分離槽から排出された汚泥を前記反応槽へ返送する返送ラインと、を更に有し、
前記添加手段は前記返送ラインに設けられている請求項１に記載の生物学的水処理システム。
【請求項４】
前記脱水手段より前段に前記汚泥を濃縮する濃縮手段を有し、
前記添加手段は前記濃縮手段の後段に設けられている請求項１に記載の生物学的水処理システム。
【請求項５】
汚泥にＰＱＳを添加する汚泥の脱水性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的水処理システム及び汚泥の脱水性向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、微生物による生物学的水処理システムにおいて発生する汚泥は、脱水機により脱水した後に焼却処分される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３２６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、汚泥焼却の燃焼効率を高めるために、汚泥の脱水性の更なる向上が求められている。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、汚泥の脱水性が向上可能な生物学的水処理システム及び脱水性向上方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る生物学的水処理システムは、汚泥を脱水する脱水手段を備えた生物学的水処理システムにおいて、前記脱水手段より前段でＰＱＳを添加する添加手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る汚泥の脱水性向上方法は、汚泥にＰＱＳを添加することを特徴とする。
【０００８】
上記の生物学的水処理システム及び汚泥の脱水性向上方法によれば、汚泥に対してＰＱＳを投入することにより、汚泥中の微生物によるＥＰＳの生産を抑制することができる。微生物により生産されるＥＰＳが汚泥に占める割合が多くなると、汚泥の脱水性が低下するため、ＰＱＳを添加することで汚泥中の微生物によるＥＰＳの生産を抑制することにより、汚泥の脱水性が向上する。
【０００９】
ここで、前記脱水手段より前段に原水を導入する反応槽を有し、前記添加手段は反応槽又はそれよりも前段に設けられている態様とすることができる。
【００１０】
上記のように、反応槽よりも前段に添加手段を設けることで、反応槽の汚泥に含まれる微生物に対してＰＱＳを添加することが可能となる。これにより、反応槽において微生物による生物学的処理が行われる際にＰＱＳを効果的に働かせることができるため、ＥＰＳの生産を抑制することができ、汚泥の脱水性がより向上する。
【００１１】
また、前記脱水手段より前段に原水を導入する反応槽と、前記反応槽からの処理水を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽から排出された汚泥を前記反応槽へ返送する返送ラインと、を更に有し、前記添加手段は前記返送ラインに設けられている態様とすることもできる。
【００１２】
この場合、返送ラインに添加手段を設けることで、反応槽に添加手段を設ける場合と同様に、ＰＱＳと汚泥中の微生物とが混合して存在する時間を長くすることができ、反応槽内で微生物により汚泥を生成する段階から、ＥＰＳの生産を抑制することができる。さらに、返送ラインでは、反応槽内よりも汚泥が濃縮された状態となっているため、添加されたＰＱＳが微生物に対して効率的に届きやすい環境となっている。したがって、ＰＱＳを添加することによる脱水性向上効果をさらに高めることができる。
【００１３】
また、前記脱水手段より前段に汚泥を濃縮する濃縮手段を有し、前記添加手段は前記濃縮手段の後段に設けられている態様とすることもできる。
【００１４】
このように、濃縮手段を設けている場合、濃縮手段よりも後段に添加手段を設ける構成とすることもできる。この場合、濃縮された汚泥に対してＰＱＳを添加することができるため、添加されたＰＱＳが微生物に対して効率的に届きやすい環境となっている。したがって、微生物におけるＥＰＳの生産を効果的に抑制することができ、脱水性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、汚泥の脱水性が向上可能な生物学的水処理システム及び汚泥の脱水性向上方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る汚泥の脱水性向上方法を採用した生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。
【図２】ＰＱＳの添加の有無による脱水率の変化を評価した結果を示す図である。
【図３】変形例に係る生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。
【図４】変形例に係る生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る汚泥の脱水性向上方法を採用した生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。図１に示す生物学的水処理システム１は、例えば下水等の有機性排水が原水として導入ラインＬ１から導入されて、有機性排水中の砂やごみ等を沈殿させる最初沈殿槽１０と、ラインＬ２を介して最初沈殿槽１０から導入される当該有機性排水を生物処理する反応槽２０と、ラインＬ３を介して反応槽２０からの混合水を導入し汚泥と処理水とに固液分離する最終沈殿槽３０（固液分離槽）と、最終沈殿槽３０からの処理水を系外に排出する処理水排出ラインＬ４と、ラインＬ５を介して最終沈殿槽３０からの汚泥を導入して汚泥を濃縮する濃縮槽４０（濃縮手段）と、最終沈殿槽３０からの汚泥の一部を反応槽２０に返送する汚泥返送ラインＬ６（返送ライン）と、ラインＬ７を介して濃縮槽４０で濃縮された濃縮汚泥を導入し脱水する脱水機５０（脱水手段）と、脱水機５０において脱水された濃縮汚泥を脱水ケーキとして系外に排出する排出ラインＬ８と、を含んで構成される。脱水後の脱水ケーキは焼却炉等において焼却処理される。
【００１９】
最初沈殿槽１０は、槽内の有機性排水に含まれる小さな砂やごみ等を沈殿させる機能を有するものである。槽内の下部には汚泥掻き寄せ機等が設けられていてもよい。
【００２０】
反応槽２０は、例えば、円形や矩形形状等に構成されて微生物を収容し、有機性排水である原水を微生物を利用して生物処理するものである。反応槽２０での生物処理としては、嫌気処理、活性汚泥処理等が挙げられる。反応槽２０には、槽内の有機性排水を撹拌するための撹拌装置等が設けられていてもよい。また、嫌気処理槽及び好気処理槽が複数組み合わせられていてもよい。
【００２１】
最終沈殿槽３０は、反応槽２０での生物処理により生じた汚泥を含む処理水を静置することによって、沈降汚泥と上澄水とに分離する固液分離装置として機能する。上澄水は処理水として処理水排出ラインＬ４から系外へ排出される。一方、沈降汚泥は、ラインＬ５を経て濃縮槽４０へ送られると共に、その一部は返送汚泥として汚泥返送ラインＬ６から反応槽２０へ返送される。槽内の下部には汚泥掻き寄せ機等が設けられていてもよい。
【００２２】
濃縮槽４０は、ここでは沈殿槽であり、最終沈殿槽３０で沈殿分離された沈降汚泥をさらに沈殿により濃縮させるものである。濃縮槽４０において濃縮された濃縮汚泥は、ラインＬ７を介して脱水機５０に供給される。なお、濃縮槽４０と脱水機５０との間には、汚泥を減容するための汚泥消化タンクや、汚泥の貯留タンク等が設けられていてもよい。
【００２３】
脱水機５０は、濃縮汚泥を脱水して脱水ケーキを生成するものである。脱水機５０としては、ベルト状のろ布で圧搾するベルトプレス、加圧ろ過するフィルタープレス、スクリューを用いて圧搾するスクリュープレス、高速回転による遠心力を利用した遠心脱水等種々の装置を使用することができる。脱水後の汚泥は脱水ケーキとして排出され、焼却炉にて焼却されることが一般的である。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る生物学的水処理システムでは、反応槽２０に対してＰＱＳ（２−ヘプチル−３−ヒドロキシ−４−キノロン：Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ−Ｑｕｉｎｏｌｏｎｅ−Ｓｉｇｎａｌ）を添加するＰＱＳ添加手段６０が設けられる。
【００２５】
ＰＱＳは、細胞間情報伝達物質（以下、「シグナル物質」）という）の一種であり、反応槽に存在する微生物の活性を調節する機能を有する。具体的には、微生物による細胞外多糖類（ＥＰＳ；Ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ）の生産が抑制可能である。微生物によるＥＰＳの生産を抑制することで、脱水機５０による脱水後の汚泥の脱水性が向上する。
【００２６】
ＰＱＳの添加によるＥＰＳ生産抑制と汚泥の脱水性向上との関係について、説明する。脱水機５０により脱水を行う前の汚泥に含まれる水には、汚泥表面に付着した水、汚泥内部に入り込んだ水、及び、汚泥と化学結合した水が含まれる。このうち、脱水機５０では、主に汚泥表面に付着した水の除去が行われる。しかしながら、脱水機５０では、汚泥内部に入り込んだ水及び汚泥と化学結合した水の除去は困難である。したがって、脱水機５０の機能向上による脱水性の向上には限界があると思われる。
【００２７】
汚泥内部に入り込んだ水及び汚泥と化学結合した水としては、例えば、汚泥中の微生物により分泌されたＥＰＳがバイオフィルムとして汚泥を覆うと共に水を結合することで、結果的にＥＰＳを介して汚泥と結合した水や汚泥に浸透した水等が挙げられる。したがって、汚泥のＥＰＳを減らすことで、汚泥内部に入り込んだ水及び汚泥と化学結合した水を減少させることが可能となる。
【００２８】
ＰＱＳは、シグナル物質の一種として、微生物におけるＥＰＳの生産を抑制させる機能を有する。微生物がＥＰＳの生産を抑制することで、汚泥内部のＥＰＳの量を減らすことができるため、ＥＰＳに結合又は浸透する水の量を減らすことができる。したがって、脱水後の汚泥における脱水性を向上させることができる。
【００２９】
ＰＱＳ添加手段６０によるＰＱＳの添加量は特に限定されないが、１ｎＭ〜１ｍＭであることが好ましい。ＰＱＳの添加量を１ｎＭ以上とすることで、ＰＱＳの添加による脱水性の向上効果が好適に得られる。一方、ＰＱＳの添加による脱水性の向上効果とＰＱＳの価格とのバランスを考慮すると、ＰＱＳの添加量は１ｍＭ以下とすることが好ましい。
【００３０】
また、ＰＱＳ添加手段６０により添加させるＰＱＳは、ＤＭＳＯ等、水と混和性が高い有機溶媒を用いることが好ましい。ＰＱＳ自体疎水性が強い物質であるため、有機性排水に対して直接添加すると、有機性排水と分離してしまう可能性がある。したがって、有機性排水との混和性が高い有機溶媒を用いることによって、有機性排水に対してＰＱＳを好適に混合させることができる。
【００３１】
ここで、ＰＱＳの添加の有無による脱水性の向上について、評価を行った結果について説明する。
【００３２】
まず、５００ｍｌ容積のフラスコを複数準備し、汚泥を洗浄せずに３００ｍｌ投入した。次に、ＰＱＳを添加後の汚泥においてＰＱＳの終濃度が１００μＭとなるように、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）終濃度１％に溶解して添加し、ＰＱＳ添加系（実施例）の汚泥を作製した。併せて、コントロール系（比較例）として、ＤＭＳＯを終濃度１％添加した汚泥を作製した。ＰＱＳ添加系の汚泥及びコントロール系の汚泥（を収容したフラスコ）はそれぞれ２個ずつ作製した。そして、全てのフラスコを８０ｒｐｍで３日間回転振とうすることで、微生物を培養した。
【００３３】
微生物培養後の汚泥に関しては、以下の方法で、脱水性を評価した。まず、純水で吸引ろ過洗浄したろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製：ＧＢ−１４０（φ４７ｍｍ））のＷｅｔ重量を測定した。次に、当該ろ紙を１０５℃に加熱したオーブンで１時間乾燥し、さらにデシケータで１５分放置した後にＤｒｙ重量を測定した。乾燥後のろ紙を用いて、培養後の汚泥３０ｍｌを３０分間吸引ろ過した後、ろ過後（汚泥付着後）のろ紙のＷｅｔ重量を測定した。その後、１０５℃のオーブンで２時間乾燥してデシケータで１５分放置後、ろ過後（汚泥付着後）のろ紙のＤｒｙ重量を測定した。汚泥付着前後のろ紙のＷｅｔ重量の差から脱水後の汚泥の重量が算出できる。また、汚泥付着前後のろ紙のＤｒｙ重量の差から汚泥の乾燥重量が算出できる。これらの算出値から各フラスコの汚泥に関して汚泥含水率を計算し、平均を求めた。その結果を図２に示す。
【００３４】
図２に示すように、コントロール（ＰＱＳ添加せず）系では汚泥含水率が８６．００％であったのに対して、ＰＱＳ添加系では汚泥含水率が８５．１９％となり、汚泥含水率が低下、すなわち、脱水性が向上したことが確認できた。
【００３５】
上記の結果、脱水性が０．８１％分向上したことが確認されたが、この脱水性の向上によって、余剰汚泥に係る燃焼エネルギーを大きく減らすことができる。具体的には、日本国内における年間余剰汚泥発生量が１６５６０００ｔ／年であるのに対して、上記の実施例により得られた割合で脱水性が向上したとすると、上記の余剰汚泥から１３４１３．６ｔ／年だけ脱水量を増やすことができる。汚泥からの脱水量が増加した場合、その脱水量分だけ汚泥の燃焼に必要なエネルギーを低減させることができる。具体的には、上記の１３４１３．６ｔの水を２０℃から１００℃に加熱する燃焼エネルギーは、４５０６９７０ＭＪであるので、本実施形態に係る生物学的水処理システムによる脱水性向上効果を日本国内の余剰汚泥に適用したとすると、余剰汚泥にかかる燃焼エネルギーを日本国内において４５０６９７０ＭＪ／年だけ低減することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る生物学的水処理システム１及び汚泥の脱水性向上方法によれば、ＰＱＳ添加手段６０が設けられていることで、反応槽２０内の汚泥に対してＰＱＳが添加される。ＰＱＳが添加されることにより、汚泥内の微生物によるＥＰＳの生産が抑制されるため、汚泥のＥＰＳの量を減らすことができるため、ＥＰＳに結合又は浸透する水の量を減らすことができる。これにより、脱水機による汚泥の脱水性を向上させることができる。
【００３７】
また、ＰＱＳ添加手段６０が反応槽２０に設けられていることで、ＰＱＳと汚泥（微生物）とが混合して存在する時間を長くすることができる。したがって、微生物によるＥＰＳの生産をＰＱＳが抑制する時間帯を長くすることができる。また、反応槽２０内で微生物により汚泥を生成する段階から、ＥＰＳの生産を抑制することができる。したがって、汚泥の脱水性をさらに向上させることができる。
【００３８】
なお、ＰＱＳ添加手段６０は反応槽２０よりも前段に設けられていてもよい。この場合でも、反応槽２０にＰＱＳを含む原水が導入された段階からＰＱＳが汚泥中の微生物と混合されると共に汚泥生成時にＥＰＳの生産を抑制することができるため、汚泥の脱水性を向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず種々の変更を行うことができる。
【００４０】
例えば、上記実施形態で説明した生物学的水処理システム１に含まれる各装置の構成は適宜変更することができる。生物学的水処理システム１では、少なくとも脱水機５０と、その前段において微生物による生物学的水処理を行い汚泥を生成する手段（本実施形態でいう反応槽２０）と、脱水機５０の前段でＰＱＳを添加するＰＱＳ添加手段６０を備えていればよく、他の装置構成等については上記実施形態に限定されない。
【００４１】
また、ＰＱＳ添加手段６０の設置位置は反応槽２０よりも前段にする必要はなく、少なくとも脱水機５０よりも前段であれば、ＰＱＳ添加手段６０の設置位置は適宜変更できる。ここで、代表的な変形例について、図を参照しながら説明する。
【００４２】
図３は、第１の変形例に係る生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。図３に示す生物学的水処理システム２は、生物学的水処理システム１と比較して、ＰＱＳ添加手段６０の設置位置が汚泥返送ラインＬ６上に変更されている。他の装置構成は、生物学的水処理システム１と同様である。
【００４３】
汚泥返送ラインＬ６は、最終沈殿槽３０からの汚泥の一部を反応槽２０に返送するものであるため。したがって、汚泥返送ラインＬ６にＰＱＳ添加手段６０を設けることで、反応槽２０に設けた場合と同様に、ＰＱＳと汚泥（微生物）とが混合して存在する時間を長くすることができ、反応槽２０内で微生物により汚泥を生成する段階から、ＥＰＳの生産を抑制することができる。
【００４４】
さらに、汚泥返送ラインＬ６では、反応槽２０内よりも汚泥が濃縮された状態となっているため、添加されたＰＱＳが微生物に対して効率的に届きやすい環境となっている。したがって、ＰＱＳを添加することによる脱水性向上効果をさらに高めることができる。
【００４５】
図４は、第２の変形例に係る生物学的水処理システムの概略構成を示す図である。図４に示す生物学的水処理システム３は、生物学的水処理システム１と比較して、ＰＱＳ添加手段６０の設置位置が濃縮槽４０の後段のラインＬ７上に変更されている。他の装置構成は、生物学的水処理システム１と同様である。
【００４６】
このように、生物学的水処理システム３が濃縮槽４０を備えている場合、濃縮槽４０よりも後段にＰＱＳ添加手段６０を設ける構成とすることもできる。この場合、濃縮された汚泥に対してＰＱＳを添加することができるため、添加されたＰＱＳが微生物に対して効率的に届きやすい環境となっている。したがって、微生物におけるＥＰＳの生産を効果的に抑制することができ、脱水性を向上させることができる。
【００４７】
なお、微生物とＰＱＳとが接触している時間が長く、且つ微生物が増殖する環境下にＰＱＳ添加手段を設けることが好ましい。したがって、例えば、濃縮槽４０と脱水機５０との間に貯留タンクが設けられている場合には、貯留タンクよりも前段にＰＱＳ添加手段６０を設けるほうが、微生物のＥＰＳの生産抑制という観点から効果的である。
【符号の説明】
【００４８】
１，２，３…生物学的水処理システム、１０…最初沈殿槽、２０…反応槽、３０…最終沈殿槽、４０…濃縮槽、５０…脱水機、６０…ＰＱＳ添加手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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