(57)【要約】      （修正有）【課題】経済的で環境への負荷が小さく、かつ減容化効率に優れた汚泥の減容化方法を提供する。【解決手段】汚泥貯留槽1に受容された汚泥を汚泥可溶化槽4に導入する際に過酢酸を主成分とする酸化剤を酸化剤添加手段2により管路7に添加し、汚泥可溶化槽内で汚泥を酸化剤の酸化作用により可溶化処理を行う。可溶化した汚泥は酸性を示すが中和の手段を講ずることなく管路8を介して固液分離槽5に送り、微生物により汚泥中に含まれる有機物を分解した後、汚泥と上澄液と分離するシステムであるため経済的で環境負荷の小さい汚泥の減容化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を過酢酸により可溶化処理し、前記可溶化処理後の酸性の可溶化汚泥と微生物とを接触させて汚泥を生物分解する汚泥の減容化方法。
【請求項２】
前記微生物が、酢酸資化能力を有する微生物である請求項１に記載の汚泥の減容化方法。
【請求項３】
前記微生物が、Burkholderia属、Pseudomonas属、Klebsiella属、Bacillus属の少なくとも１つの属の微生物である請求項２に記載の汚泥の減容化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚泥の減容化方法に関し、特に、過酢酸を用いた汚泥の可溶化とそれに続く生物分解を組み合わせることで、中和剤を要せず、経済的で環境への負荷が小さく、かつ減容化効率に優れた汚泥の減容化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、し尿、下水、食品廃水、畜産廃水等の廃水の処理方法としては、活性汚泥法による処理方法が最も広く採用されている。活性汚泥法は、活性汚泥を構成する好気性微生物群の働きを利用して、廃水中の有機物を二酸化炭素、水等の無機物へと酸化分解処理する方法である。
【０００３】
有機物を生物学的に分解処理するに伴って、微生物群が自ら増殖し、汚泥が大量に発生する。汚泥の一部は分解微生物源として生物学的処理に返送循環されるが、残りの汚泥は余剰汚泥として廃水処理システムの系外に引き抜く必要が生ずる。そして、引き抜かれた余剰汚泥は、肥料、コンポストとして、また、焼却溶融後、レンガ、道路のタイル等として再利用する取り組みがなされている。しかし、大部分は、所定の工程を経て濃縮脱水後、焼却、産業廃棄物として埋め立て処理されているのが現状である。尚、上記廃水の処理方法は一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。
【０００４】
しかし、上記従来の方法では、処理コストが嵩む、廃棄処分先の確保が困難である等の理由により、各種産業廃水処理の現場において経済面及び環境面の両面で社会問題となっていた。そのため、汚泥の減容化が大きな課題となっていた。特に、活性汚泥は好気性微生物等の有機物や無機物等からなるゼラチン状のフロックであり、廃水を処理する過程において、増殖した微生物は凝集し、その他の浮遊物、更には各種原生動物なども凝集してフロックが成長する。更に、微生物は増殖しやすい環境を自ら作り出すために、体外に菌体外多糖類等の高分子物質を主成分とする粘性物質を分泌してバイオフィルムを形成し、その内部は外部の影響を受けにくくなる。そのため、原生動物等の捕食を受けにくくなると共に、活性汚泥の自己溶解化が抑制され、生物的に分解できないという問題点もあった。また、汚泥中には、炭酸カルシウム等の無機塩類が10〜50％程度混入している場合があり、装置への付着の要因となっていた。
【０００５】
このような実情に鑑み、汚泥を減容化する方法が様々試みられている。具体的には、余剰汚泥に対し、ＵＶ、オゾン、高温高圧等の物理的処理、酸化還元剤や酸・アルカリ剤による処理等の化学的処理を施して汚泥を可溶化した後、生物分解することにより汚泥を低減させる方法が報告されていた（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１６６２８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５６９８号公報
【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、物理的処理方法は、高価なオゾン発生装置等の設置を必要とし、設備費が高い上にランニングコストが嵩むことから経済性に劣るとの欠点があり、広く実用化されるには至っていない。また、化学的処理方法においては、酸化剤を添加した後に生物分解を行う際に、強力な酸化剤や酸性の液性は生物分解処理を担う微生物に対して殺菌作用や分解活性の低下を招くため中和が必要であった。そのため、中和のための装置、並び工程を付加することが必要であり、設備費及びランニングコストが上昇するとの欠点があった。また、汚泥中に含まれる無機物を除去するためには酸・アルカリ剤等で可溶化する必要があり、中和、及び除去のための装置、並びに工程を付加する必要があった。したがって、依然として、経済面及び環境に対する影響を総合的に勘案した、汚泥の減容化技術の構築が求められていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、経済的で環境への負荷が小さく、かつ減容化効率に優れた汚泥の減容化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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下の〔１〕〜〔３〕に示すものである。
【００１０】
〔１〕汚泥を過酢酸により可溶化処理し、前記可溶化処理後の酸性の可溶化汚泥と微生物とを接触させて汚泥を生物分解する汚泥の減容化方法。
【００１１】
上記〔１〕の構成によれば、過酢酸を主成分とする酸化剤を用いた汚泥の可溶化とそれに続く生物分解を組み合わせることで、酸化剤を速やかに分解してそれに続く生物分解処理に影響を与えない、酸化剤ベースの汚泥の減容化方法を構築できる。通常、可溶化された汚泥は、pH4.9〜6.2の範囲を示す。これにより、酸化剤添加後、生物処理に移行する際にして、酸化剤及び酸性の液性を中和するための中和剤を要せず、経済的で環境への負荷が小さく、かつ優れた減容化効率での汚泥の減容化が達成される。また、汚泥中に含まれる無機物についても酢酸塩として溶解度を高めて系外に排出でき、汚泥の大幅な減容化を図ることができる。
【００１２】
〔２〕前記微生物が、酢酸資化能力を有する微生物である上記〔１〕の汚泥の減容化方法。
【００１３】
上記〔２〕の構成によれば、酢酸資化能力を有する微生物で生物分解処理することにより、酸化剤として添加した過酢酸の影響を最小限に低減できると共に、汚泥の生物分解を促進できることから、汚泥の減容化効率を向上することができる。
【００１４】
〔３〕前記微生物が、Burkholderia属、Pseudomonas属、Klebsiella属、Bacillus属の少なくとも１つの属の微生物である上記〔２〕の汚泥の減容化方法。
【００１５】
上記〔３〕の構成によれば、より一層、生物分解を促進できることから、安定的かつ効率的な汚泥の減容化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る汚泥の減容化方法に用いる汚泥減容化処理システムを示す構成図である。汚泥減容化処理システムは、図１に示すように、汚泥を貯留する汚泥貯留槽１と、汚泥に酸化剤を添加する酸化剤添加手段２と、曝気装置を有し、槽内を曝気する曝気槽３とを備えて構成される。曝気槽３には、前段側に汚泥の可溶化処理を行う汚泥可溶化槽４、後段側に生物分解処理を行う生物反応槽としての固液分離槽５が設けてあり、曝気槽３において、汚泥の可溶化処理及びそれに続く生物分解処理の２段階の処理ができるように構成してある。尚、ここでは、汚泥可溶化槽４と固液分離槽５とは曝気槽３として一体に構成した例を示したが、独立した個別の槽として構成してもよい。
【００１８】
汚泥貯留槽１では、外部からの汚泥が貯留される。活性汚泥による有機性排水の廃水処理過程で発生する余剰汚泥を貯留させるように、廃水処理システム内に組み込んで構成してもよい。このように構成することで廃水処理システムの効率化を図ることができる。ここで、減容化の対象となる汚泥は、有機性廃水の活性汚泥処理過程で発生する余剰汚泥の他、下水汚泥、浄化槽汚泥、食品廃水汚泥、し尿処理汚泥等の有機性汚泥が例示される。また、炭酸カルシウムを多く含有する製紙汚泥等の、無機物含有率の高い汚泥も減容化の対象として好ましく例示される。
【００１９】
汚泥貯留槽１は管路７を介して汚泥可溶化槽４と連結してある。汚泥貯留槽１に受容された汚泥は、管路７に設けたポンプ７ａにより汚泥可溶化槽４に導入される。また、管路７には酸化剤添加手段２が連結してある。酸化剤添加手段２は、汚泥に所定量の酸化剤を添加するものであり、汚泥が汚泥貯留槽１から汚泥可溶化槽４に導入される際に、酸化剤添加手段２により過酢酸を主成分とする酸化剤が汚泥に添加される。
【００２０】
本実施形態においては、酸化剤添加手段２は、酸化剤タンク２ａを設け、酸化剤を酸化剤タンク２ａから送液ポンプ２ｂにより管路２ｃを経て管路７に導入できるように構成してある。酸化剤添加手段２を管路７に連結することにより、管路７の中の汚泥の流れに対して交差する方向に酸化剤を吐出するため、汚泥への酸化剤の接触を促進することができる。但し、酸化剤添加手段２は、酸化剤が汚泥可溶化槽４の中で汚泥と接触できるように構成する限り、その設置箇所ならびに設置形態、設置数等には特に制限はなく、処理対象の汚泥の種類、量等に応じて適宜設定できる。例えば、汚泥可溶化槽４の上部に噴霧ノズルを設け、酸化剤の水溶液を噴霧する方法等、汚泥可溶化槽４の内に設置してもよい。また、酸化剤添加手段２には、更に酸化剤濃度測定計、自動制御装置を適宜組み合わせることができる。
【００２１】
汚泥可溶化槽４では、汚泥を酸化剤と接触させて酸化することにより可溶化する。このとき、汚泥と酸化剤とを充分に接触させて可溶化効率を向上させるため、必要に応じて、汚泥を撹拌する。更に、酸化剤による酸化反応促進のため、反応液を加温するための加温装置を適宜設置してもよい。加温温度は、処理温度が低い場合には処理効率が不十分であり、一方、60℃を超える温度にしてもそれ以上の処理効率を期待できず、また、自己分解により酸化剤の利用効率が低下する。したがって、例えば、４〜40℃の範囲、更に好ましくは、20〜30℃の範囲に設定することが好ましい。
また、汚泥可溶化槽４には、超音波発振器や、ミルやホモジナイザー等のせん断力を利用した破砕装置等を設けることもできる。これにより、酸化剤による可溶化効果と相俟って、汚泥の可溶化効率が向上し、高い汚泥の減容化効果を得ることができる。
【００２２】
酸化剤は、過酢酸を主成分として構成される。過酢酸の強い酸化作用により汚泥は酸化分解され可溶化する。つまり、過酢酸から発生したラジカルにより処理対象となる汚泥を構成している微生物の細胞壁、細胞膜が分解或いは損傷し、細胞の一部が可溶化される。それと共に、高分子の多糖類も単糖に分解される。これにより、汚泥は微生物によって捕食されやすい状態に転換し、再栄養化が可能となる。更に、溶解度の低い炭酸カルシウム、硫酸カルシウム等の無機物に対しても酢酸が作用することにより溶解度の高い酢酸塩となり、流体として系外に排出できることから大幅な汚泥の減容化効果を発揮できる。そして、過酢酸を主成分として構成したことから、速やかに分解され、後段の生物分解処理に用いられる微生物群の生物活性に与える影響を最小限に抑えることができ、汚泥の減容化効果が向上する。そのため、中和剤の添加等、特段の中和を要せず後段の生物分解処理に移行できる。
【００２３】
過酢酸は、以下の数式で示す平衡状態により安定を保持している酢酸と過酸化水素との平衡混合物であり、過酢酸は、酢酸及び過酸化酸素と共存している。
【化１】
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【００２４】
汚泥の酸化反応が進行するにしたがって、上記の平衡状態が右側に移行し、酢酸と過酸化水素に分解され、最終的には微生物により水と二酸化炭素に分解される。したがって、過酢酸は環境に対して悪影響を及ぼす副次産物を産生しない。
【００２５】
酸化剤は、水溶液形態として調製することが、汚泥と均一に接触させるために好ましい。また、酸化剤の添加量は特に制限されない。ただし、酸化剤の添加量が少ない場合には汚泥の可溶化が十分に行われず、また、逆に酸化剤の添加量が大きい場合にはコスト高に加え、後の生物処理環境の悪化が懸念される場合がある。したがって、上記事情を勘案して、処理対象となる汚泥の量や種類に応じて適宜設定するものとする。例えば、汚泥液量に対して、添加率100〜1200ppmの範囲であることが好適である。
【００２６】
固液分離槽５では、汚泥可溶化槽４で酸化剤により処理して可溶化した可溶化汚泥を生物分解する。このとき、可溶化汚泥は酸性を示すが中和等の手段を講じる必要はなく、酸性条件のまま生物分解処理に供することができる。固液分離槽５は管路８を介して汚泥可溶化槽４と連結してあり、汚泥可溶化槽４において可溶化汚泥は、管路８に設けたポンプ８ａによって固液分離槽５へ導入される。固液分離槽５には固液分離手段５ａが設けてあり、生物分解処理後、処理水と固形物（汚泥）とに分離できるように構成してある。固液分離後の固形物は、系外に引き抜くように構成してもよく、また、一部を汚泥返送管を接続して汚泥貯留槽１に返送するように構成してもよい。
【００２７】
ここで、生物分解処理に利用する微生物は、好気性条件下で汚泥を栄養源として効率的に分解資化し得る能力を有する微生物であれば、制限はない。しかしながら、酸化剤による処理により可溶化汚泥は酸性を示すことから好酸性微生物であることが好ましく、更には、過酢酸、及び過酢酸の分解産物である酢酸等の有機酸を炭素源として分解資化し得る微生物であることが好ましい。このように、有機酸の分解資化能力を有する微生物によって有機酸は分解され、固液分離槽中の可溶化汚泥のｐＨ値は酸性側から中性に上昇する。中性側に移行するに伴い、可溶化汚泥中に含まれる有機物に対して活性を有する分解微生物の生物活性が上昇し、汚泥の生物分解が促進される。
【００２８】
これらの微生物は、通常の下水処理設備からの汚泥を好気性かつ酸性条件下で培養して、酸性条件下においても高い分解効率を発揮されるように馴化することによって得られた汚泥微生物を利用することもできる。また、特定の微生物を利用する場合には、Burkholderia属、Pseudomonas属、Klebsiella属、Bacillus属の微生物が好ましく例示される。これらを単独で添加してもよいが、これらを２以上組み合わせて添加することが特に好ましい。このように酸性条件下でもその生物活性を発揮し得る分解微生物を使用することにより更に生物分解処理効率を向上させることができ、汚泥の低減化を図ることが可能となる。固液分離槽５へのこれらの微生物の添加は、生物活性が維持されるようになれば中止してもよい。
【００２９】
固液分離手段５ａは、本実施形態においては膜分離装置の例を示したが、汚泥と処理水を分離できるものであれば特に制限はなく、その他、重力沈殿槽、浮遊分離槽、遠心分離機等を用いることもできる。膜分離装置としては、液中浸漬型の他、公知の何れの膜分離装置をも利用でき、膜分離装置に装備される分離膜の形状等も特に限定されるものではなく、平膜型、中空糸型、スパイラル型等いずれを用いてもよく、材質についても特に限定されるものではなく、公知の材質のいずれをも用いることができる。
【００３０】
固液分離槽５での生物分解処理能力を考慮して、汚泥可溶化槽４と固液分離槽５との容積比は１：３〜１：５程度に設定することが好ましい。
【００３１】
固液分離手段５ａによって分離された処理水はそのまま系外に排出してもよいが、必要に応じて、脱窒、リン除去等の処理を行うように構成してもよい。窒素成分及びリン成分は、富栄養化の要因となり水環境の汚染を招く。そのため、これらを除去することにより環境への影響を更に最小限に低減することができる。
【００３２】
脱窒の手段としては、例えば、生物学的脱窒工程により行うことができ、廃水中に含まれるアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化し、更にこの亜硝酸態窒素を亜硝酸酸化細菌により硝酸態窒素に酸化する硝化工程と、これらの亜硝酸態窒素及び硝酸態窒素を脱窒素細菌により有機物を電子供与体として利用して窒素ガスにまで分解する脱窒工程との２段階の生物反応を経て窒素ガスにまで分解し放出することができる。これにより清澄な処理水として環境中に放出できる。
【００３３】
また、リン除去の手段としては、例えば、凝集剤添加法や、晶析脱リン法、嫌気−好気活性汚泥法等の利用が挙げられる。汚泥を構成する微生物の細胞膜はリン脂質で構成されることから、汚泥の可溶化に伴い高含量でリン成分が可溶化液中に放出される。かかるリン成分を多量に含む処理水の排出は、富栄養化の要因となり水環境の汚染を招き好ましくない。
【００３４】
以上のように構成することで、過酢酸を主成分とする酸化剤を用いた汚泥の可溶化とそれに続く生物分解を組み合わせることで、酸化剤を速やかに分解してそれに続く生物分解処理に影響を与えない、酸化剤ベースの汚泥の減容化方法を構築できる。これにより、酸化剤添加後、生物処理に移行する際にして、酸化剤及び酸性の液性を中和するための中和剤を要せず、経済的で環境への負荷が小さく、かつ優れた減容化効率で汚泥を減容化することができる。また、汚泥中に含まれる無機物についても酢酸塩として溶解度を高めて系外に排出でき、汚泥の大幅な減容化を図ることができる。さらに、酢酸資化能力を有する微生物を利用することにより、酸化剤として添加した過酢酸の影響を速やかに低減できると共に、汚泥の生物分解を促進できることから、汚泥の減容化効率を向上することができる。
【００３５】
次に上述した本実施形態の汚泥減容化処理システムによる汚泥の減容化方法を説明する。まず、汚泥貯留槽１に貯留された汚泥を管路７に流入させ汚泥可溶化槽４に導入する。このとき、汚泥は管路７に介在した酸化剤添加手段２によって過酢酸を主成分とする酸化剤を添加し、酸化剤の酸化作用により汚泥を可溶化する。それと同時に汚泥中に含まれる無機物は過酢酸の分解産物である酢酸と酢酸塩を形成し可溶化液中に溶解する。ここで得られる可溶化汚泥は酸性を示し、かかる酸性の可溶化処理後の汚泥を、管路８を介して固液分離槽５に導入し、固液分離槽５の中の微生物群によって汚泥中に含まれる有機物を分解資化する。このとき、生物分解処理に先立って酸性の可溶化汚泥を中性に中和する等の処理を行わず、酸性の可溶化汚泥を直接、生物分解処理に処するものである。続いて、浄化を受けた処理液を、固液分離手段５ａで上澄液と汚泥に分離して、上澄液を必要であれば、脱窒、リン除去等の処理を施した後、清澄な処理水として汚泥減容化処理システムの系外に管路６を介して排出する。このように過酢酸による汚泥の可溶化とそれに続く生物分解を組み合わせることで中和剤を要せず、経済的で環境への負荷が小さく、かつ優れた減容化効率で汚泥を減容化することができる。また、汚泥中に含まれる無機物についても酢酸塩として溶解度を高めて系外に排出でき、汚泥の大幅な減容化を図ることができる。
【実施例】
【００３６】
［実施例１］
本発明で使用する過酢酸を主体とする酸化剤による、汚泥の可溶化効果を検討した。
【００３７】
（方法）
酸化剤による汚泥の可溶化効果を、可溶化処理後の還元糖の含量を測定することにより検討した。汚泥中の微生物の細胞壁及び細胞膜が破壊されると糖類が溶出し、また、バイオフィルムを構成する多糖類が単糖に分解され溶離する。そのため、試料中の還元糖の値を測定することで、汚泥の可溶化度合いを数値化することができる。
【００３８】
本実施例では、有機性廃水の排水処理施設から発生した余剰汚泥を使用して検討した。ここで、使用した余剰汚泥の性状を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
具体的には、余剰汚泥に対して酸化剤を添加し、25℃にて１時間処理した後、試料中の還元糖の含量をネルソン・ソモギ法に基づいて測定した。酸化剤としては、過酢酸（実施例）と、過酸化水素（比較例）を用いた。更に、コントロールとして酸化剤を添加しない系についても同様に処理を行った。
【００４１】
（結果）
結果を表２に示す。表２には、測定値に基づいて算出したグルコース換算値を示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
表１の結果より、過酢酸を添加した系において、優位な汚泥の可溶化効果が確認された（実施例）。また、過酸化水素を過剰に添加した場合（3000ppm）においても、過酸化水素単独では、低い可溶化効果しか得られなかった（比較例）。
【００４４】
［実施例２］
本発明の汚泥の減容化方法による、汚泥の減溶化効果を検討した。
【００４５】
（方法）
本実施例では、汚泥として浄化槽汚泥を使用した。図１に示す汚泥減容化処理システムにおいて、２Ｌの汚泥可溶化槽４、６Ｌの固液分離槽５を連結させた実験装置を用いて、本発明を実施した。酸化剤としては、過酢酸を使用し、第４日目に添加を開始した。汚泥可溶化槽への汚泥の投入量は1．2L/day（18.0g-DS／day）とし、曝気槽３における汚泥の滞留時間はＨＲＴ＝6.7dayとした。添加微生物は、Burkholderia属、Pseudomonas属、Klebsiella属、Bacillus属のそれぞれ一種、合計４種とした。そして、固液分離槽５中のＳＳを25000mg/Lに維持するよう汚泥を引き抜き、その引き抜き量を計量した。
【００４６】
（結果）
結果を図２に示す。酸化剤添加前は、固液分離槽５からの汚泥の引き抜き量は17.6ｇ-DS/dayであったのに対して、酸化剤添加後は、4.3g-DS/dayに大幅に低減した。また、可溶化汚泥のpHは4.9〜6.2、平均5.4で、生物処理後のpHは5.2〜7.0、平均6.5であった。本発明の過酢酸を主成分とする酸化剤添加とそれに続く生物処理により顕著な汚泥の減容化効果が認められた。したがって、酸化剤の作用を中和するための中和剤の添加を要せずとも速やかに酸化剤を分解でき、後段の生物分解処理を円滑に行うことができることが理解される。これにより、効果的な汚泥の減容化を図れることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る汚泥減容化処理システムの概略図
【図２】本発明の汚泥の減容化方法による汚泥の減容化効果を確認した実施例２の結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００４８】
１  汚泥貯留槽
２  酸化剤添加手段
３  曝気槽
４  汚泥可溶化槽
５  固液分離槽
【図１】
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【図２】
2008149237.tif 000007