(57)【要約】【課題】汚水処理で大量に発生する余剰汚泥の減容化法として、紫外線照射法は、従来のオゾン処理法や好熱性細菌処理法に比べて、付帯設備が少なく維持管理が容易であるが、紫外線照射後に可溶化率が向上するまでの時間が長く、活性汚泥フロック内部の微生物に紫外線が吸収されずに高い可溶化効率が得られにくい。本発明の課題は上記の問題点を解決し短時間で紫外線照射による可溶化率を高めた処理方法を提供することにある。【解決手段】生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜いて、この汚泥を紫外線照射により可溶化処理を行い、再び生物反応処理で汚泥の減容化する汚水処理方法において、紫外線照射の後処理または前処理として、または同時に、超音波照射を行うことで、可溶率を高めることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚水を活性汚泥処理する際に、生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜き、この引き抜き汚泥を紫外線照射により可溶化処理を施し、再び生物反応処理を行って汚泥を減容化する汚水処理方法において、前記紫外線照射に加え、超音波照射により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化処理を施すことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】
有機性汚水を活性汚泥処理する際に、生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜き、この引き抜き汚泥を紫外線照射により可溶化処理を施し、再び生物反応処理を行って汚泥を減容化する汚水処理方法において、紫外線照射の後処理として、超音波照射により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を施すことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項３】
有機性汚水を活性汚泥処理する際に、活性汚泥処理を行う生物反応槽と、活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を行う超音波処理反応槽と、活性汚泥を構成する微生物の増殖能力を失活させる紫外線処理反応槽などを有する汚水処理装置において、生物反応槽またはこの生物反応槽に接続されている沈殿槽からその一部を引き抜いた活性汚泥に、紫外線処理反応槽で紫外線処理を行なった後に、超音波処理反応槽で超音波処理を施して、再び生物反応槽へ返送することを特徴とする汚水処理装置。
【請求項４】
有機性汚水を活性汚泥処理する際に、生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜き、この引き抜き汚泥に紫外線照射による可溶化処理を施し、再び生物反応処理を行って汚泥を減容化する汚水処理方法において、紫外線照射の前処理として、超音波照射により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を施すことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項５】
有機性汚水を活性汚泥処理する際に、活性汚泥処理を行う生物反応槽と、活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を行う超音波処理反応槽と、活性汚泥を構成する微生物の増殖能力を失活させる紫外線処理反応槽などを有する汚水処理装置において、生物反応槽またはこの生物反応槽に接続されている沈殿槽からその一部を引き抜いた活性汚泥に、超音波処理反応槽で超音波処理を行なった後に、紫外線処理反応槽で紫外線処理を施して、再び生物反応槽へ返送することを特徴とする汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水等の有機性汚水を生物（活性汚泥）処理する汚水処理技術に関するものであり、特に、生物反応槽の汚泥を処理して再び生物反応槽へ返送する汚泥減容技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理分野での活性汚泥処理法などのように、微生物を使った汚泥処理では、余剰汚泥が大量に発生する。この余剰汚泥は従来脱水、焼却された後に埋立処分されているが、その処分場の不足が深刻化しており、余剰汚泥の減容化に対するニーズ高まってきている。
【０００３】
余剰汚泥の減容化法の一つとして、特開平６―２０６０８８号公報に、被処理液中のＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い量の活性汚泥を生物処理系から引き抜き、この引き抜き汚泥をオゾン処理した後に、生物処理系へ返送する処理方法の記載がある。
この方法は、生物処理後の活性汚泥の一部をオゾン処理することにより、微生物の細胞壁を破壊し、微生物を生物分解可能な有機物へ変換してから再度生物処理を行うもので、この生物処理によって有機物の分解が促進され汚泥が発生しないことになる。また、オゾン処理以外でも同様な減容化処理法として、好熱性細菌を使い汚泥を可溶化処理し、生物反応槽へ返送して処理する方法などがある。
【０００４】
これらの汚泥減容法は、処理水の悪化などの問題があるにせよ、原理的には発生汚泥を零にすることが可能である。しかし被処理液中のＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い量の活性汚泥を生物処理系から引き抜き、この引き抜き汚泥をオゾンや好熱性細菌で処理する方法では、以下に示す問題が考えられる。即ち、オゾン処理法では、オゾンが人体に有害なために密閉系の反応槽および排オゾンの処理施設などの多くの付帯設備が必要である。またオゾン処理により活性汚泥を可溶化するには、高価なオゾンガスが大量に必要となる。一方、好熱性細菌処理法では、特殊な微生物を用いた処理であるために温度、ｐＨなどの維持、管理が複雑になる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のオゾンや好熱性細菌を用いた処理方法に対し、付帯設備が少なくて維持管理が容易である余剰汚泥の減容化が可能な方法として、紫外線照射により活性汚泥を可溶化する方法がある。
この紫外線照射による可溶化方法は、活性汚泥を構成する微生物のＤＮＡを損傷させ、増殖能力を失活させるという原理であり、直接細胞破壊を起こすものではないので、紫外線照射後に細胞の内容物が溶出して可溶化率が向上するまでに時間がかかるという問題点がある。
【０００６】
また、この可溶化方法は、紫外線照射時に活性汚泥自体が遮蔽物になってしまうために、紫外線光源から離れた位置に存在する活性汚泥には紫外線が届きにくい。その結果、活性汚泥フロック内部に存在する微生物には紫外線が吸収されにくく、高い可溶化効率が得られにくいという問題点がある。
本発明の目的は有機性汚水を好気性生物処理系を利用した汚水処理方法において、上記の問題点を解決し、短時間で紫外線照射による可溶化率を高めた処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、上記の目的を達成させるため、本発明においては、紫外線照射による汚泥の可溶化処理に加え、超音波照射による活性汚泥を構成する汚泥の分散化処理を併用することとする。
さらに本発明においては、有機性汚水を活性汚泥処理する際に、生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜き、この引き抜き汚泥を紫外線照射により可溶化処理を施し、再び生物反応処理を行って汚泥を減容化する汚水処理方法において、紫外線照射の後処理として、超音波照射により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を施すこととする。
【０００８】
この紫外線照射後に超音波照射を行う方法の効果についての本発明者らが得た実験結果を、次の実験例１に示す。
〔実験例１〕
超音波処理による紫外線処理後の活性汚泥の可溶化率向上効果を、回分実験で調査した。この実験に使用した汚泥は、人工下水を用いた連続活性汚泥処理装置（処理量７５Ｌ／日、曝気槽容量２５Ｌ、沈殿槽容量１６．　２Ｌ）の返送汚泥で、濃度が５，０００ｍｇ／Ｌ程度になるように処理水で希釈したものである。この汚泥２５０ｍＬを石英製二重円筒管に入れて常に循環させながら８Ｗ紫外線ランプ２本を用いて３０分間紫外線を照射した。その後、紫外線処理汚泥２５０ｍＬのうち１５０ｍＬを２００ｍＬビーカに移し、超音波発振機の照射エネルギーを調整し、１５０ｍＬの活性汚泥に対して５分間２０ｋＨｚ、　５０Ｗの超音波を照射した。使用した超音波発生装置は、振動数２０ｋＨｚ、出力１５０Ｗの分散、破砕用のものである。可溶化効果の評価には、ＴＯＣ（全有機性炭素）、ＤＯＣ（溶解性有機性炭素）を測定し、式（１）　により可溶化率を計算した。
【０００９】
式（１）：　　可溶化率（％）＝（ＤＯＣｍ　−ＤＯＣ０　）×１００／ＴＯＣ０　
この式で、ＴＯＣ０　：紫外線処理前のＴＯＣ、ＤＯＣ０　：紫外線処理前のＤＯＣ、ＤＯＣｍ　：紫外線処理後のＤＯＣである。
【００１０】
【表１】
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表１には紫外線および超音波処理による活性汚泥の可溶化率向上効果の実験結果を示す。この表から可溶化率は紫外線処理前の２．１％から紫外線処理によって２．９％と０．８％増加し、紫外線処理後５分間の超音波処理によって９．１％に向上した。これは超音波照射により紫外線処理された活性汚泥フロックの分散化が起こり、フロックに付着している溶解性有機物などの剥離や、紫外線によりダメージを受けた細胞が細胞内に所有している内容物の溶出を助けたためと考えられる。
【００１１】
表１の結果から、紫外線だけの汚泥処理に比べて紫外線照射後に５分程度の短時間でも超音波照射を併用することで可溶化率が大幅に向上できることが判る。可溶化された汚泥は、再び生物反応槽へ戻すことにより、微生物に分解され、結果として余剰汚泥が減少することになる。
この発明の第１の手段を実現する装置としては、有機性汚水を活性汚泥処理する際に、活性汚泥処理を行う生物反応槽と、活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を行う超音波処理反応槽と、活性汚泥を構成する微生物の増殖能力を失活させる紫外線処理反応槽などを有する汚水処理装置において、生物反応槽またはこの生物反応槽に接続されている沈殿槽からその一部を引き抜いた活性汚泥に、紫外線処理反応槽で紫外線処理を行なった後に、超音波処理反応槽で超音波処理を施して、再び生物反応槽へ返送することとする。
【００１２】
次に、上記の目的を達成させるための本発明のさらなる解決手段では、有機性汚水を活性汚泥処理する際に、生物反応処理で生成した汚泥の一部を引き抜き、この引き抜き汚泥に紫外線照射による可溶化処理を施し、再び生物反応処理を行って汚泥を減容化する汚水処理方法において、紫外線照射の前処理として、超音波照射により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を施すこととする。
【００１３】
この紫外線照射前に超音波照射を行う方法の効果についての本発明者らが得た実験結果を、次の実験例２に示す。
〔実験例２〕
超音波処理による活性汚泥の分散化効果を、回分実験で調査した。この実験に使用した汚泥は、人工下水を用いた連続活性汚泥処理装置（処理量７５Ｌ／日、曝気槽容量２５Ｌ、沈殿槽容量１６．　２Ｌ）の返送汚泥で、濃度が４，０００ｍｇ／Ｌ程度になるように処理水で希釈したものである。超音波処理条件として振動数２０ｋＨｚ、出力１５０Ｗの超音波発振機の照射エネルギーを変化させ、２００ｍＬの活性汚泥に１分間、２分間、４分間超音波照射した。使用した超音波発生装置は分散、破砕用のものである。図３は単位体積当りの汚泥への超音波投入エネルギーと活性汚泥微生物の呼吸速度との関係を示す図である。この図３から短時間の超音波処理により活性汚泥微生物の呼吸速度が上昇し、０．３Ｗ／ｍＬ程度で呼吸速度上昇は飽和することがわかる。これは、超音波照射により活性汚泥フロックが解体され、フロックを構成する微生物一つ一つがバラバラになって表面積が増えることにより、結果的に呼吸速度が上昇したものと考えられる。したがって超音波照射により活性汚泥の分散化が起き、汚泥を構成する微生物に紫外線の照射される確率が増え、可溶化率を向上できる。
【００１４】
この発明の第２の手段を実現する装置としては、有機性汚水を活性汚泥処理する際に、少なくとも活性汚泥処理を行う生物反応槽と、活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化を行う超音波処理反応槽と、活性汚泥を構成する微生物の増殖能力を失活させる紫外線処理反応槽などを有する汚水処理装置において、生物反応槽またはこの生物反応槽に接続されている沈殿槽からその一部を引き抜いた活性汚泥に、超音波処理反応槽で超音波処理を行なった後に、紫外線処理反応槽で紫外線処理を施して、再び生物反応槽へ返送することとする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施例について、図に基づき説明する。
〔実施例１〕
図１は下水などの有機性汚水処理で、余剰汚泥を減容するために生物処理汚泥を紫外線処理後に超音波処理を行う本発明の第１の手段の実施例を示す汚水処理装置の構成図である。この図において下水１は生物反応槽２内で散気装置３からブロア４で送り込まれた空気５を供給されて活性汚泥で処理され、最終沈殿池６で固液分離がなされる。最終沈殿池６の中の分離された汚泥は、返送汚泥８として返送汚泥ポンプ７により、生物反応槽２へ返送される。また返送汚泥８の一部は、紫外線処理汚泥引抜きポンプ９により紫外線処理反応槽１０に導入され、紫外線ランプ１１により照射された紫外線により汚泥を構成する微生物の細胞が破壊される。紫外線ランプ１１は紫外線処理反応槽内の汚泥に直接接触するよう浸漬して設置させても良いし、汚泥に接触しないように設置しても良い。紫外線処理された汚泥は、紫外線処理汚泥返送ポンプ１２をへて、超音波処理反応槽１３に導入され、超音波発生装置１４により照射された超音波により活性汚泥を構成する微生物フロックの分散化が起こる。超音波処理汚泥は、汚泥返送ポンプ７をへて生物処理可能な有機物として生物反応槽２へ返送され、水や炭酸ガスなどに分解される。以上の原理により余剰汚泥の減量または余剰汚泥を零にすることが可能になる。なお図１では、返送汚泥８の一部を可溶化処理しているが、生物反応槽２の汚泥を直接引き抜いて可溶化処理をしてもよい。返送汚泥は最終沈殿池で固液分離された後の汚泥であるため、生物反応槽２内から引き抜いた汚泥に比べ濃度の高い汚泥であるが、両者について実質的な相違はない。しかし濃縮汚泥を用いると、紫外線処理反応槽１０、超音波処理反応槽１３の容量を小型化できるなどのメリットがある。
【００１６】
超音波処理では、活性汚泥を構成する微生物フロックを分散化するために、強力な超音波を用いる必要はなく、約２０ｋＨｚ程度の分散、破砕用のもので十分である。超音波発生装置１４の出力としては、処理対象である汚泥の濃度や量などに依存するが、好ましくは０．３〜０．５Ｗ／ｍＬの出力である。また超音波による処理時間は５〜２０分の範囲で行えば良く、好熱性細菌などの生物処理に比べ処理時間は短かくてすむ。
【００１７】
紫外線および超音波処理については、オゾン処理と比較し付帯設備が少なくてすみ、生物を用いないため、複雑な管理や制御を必要としない。
本発明は下水に限らずし尿、食品廃水、など有機性汚水全般について、これらの処理法を適用することができる。また本発明で述べている生物処理法としては、活性汚泥法のほか生物膜法など広い範囲にわたって適用が可能である。
また紫外線処理および超音波処理条件等は、生物反応系の運転条件、汚泥の状態、水温などに左右されるためそれらの細かい条件は原水質、汚泥の状態などから総合的に判断すればよい。
〔実施例２〕
図２は下水などの有機性汚水処理で、余剰汚泥を減容するために生物処理汚泥を紫外線処理前に超音波処理を行う本発明の第２の手段の実施例を示す汚水処理装置の構成図である。この図において下水１は生物反応槽２内で散気装置３からブロア４で発生させた空気５を供給されつつ活性汚泥で処理され、最終沈殿池６において固液分離がなされる。また固液分離された汚泥は返送汚泥ポンプ７をへて、返送汚泥８として生物反応槽２へ返送される。返送汚泥の一部は、超音波処理汚泥引抜きポンプ１６により超音波処理反応槽１３に導入され、超音波発生装置１４により発生させた超音波により汚泥を構成する微生物のフロックが分散化される。超音波処理汚泥は、超音波処理汚泥返送ポンプ１７をへて、紫外線処理反応槽１０へ移送され、紫外線処理により可溶化される。以上の原理により余剰汚泥の減量もしくは余剰汚泥を発生させないことが可能となる。なお図２では、返送汚泥の一部を超音波処理しているが、生物反応槽２の汚泥を引き抜いて、超音波処理してもよい。
【００１８】
返送汚泥は最終沈殿池で固液分離された後の汚泥であるため、生物反応槽内から引き抜いた汚泥に比べ濃度の高い汚泥であるが、両者について実質的な相違はない。しかし濃縮汚泥を用いると、超音波処理反応槽１３および紫外線処理反応槽１０の容量を小型化できるなどのメリットがある。
超音波処理時間は５〜２０分で、活性汚泥フロックを構成する微生物の分散化を行なうだけで良く、好熱性細菌などの生物処理に比べ処理時間は短かくてすむ。
【００１９】
超音波および紫外線処理については、オゾン処理と比較し付帯設備が少なくてすみ、好熱細菌などの生物を用いないため、複雑な管理や制御を必要としない。
以上に本発明の２つの実施例を示したが、この汚水処理方法は、下水に限らずし尿、食品廃水、など有機性汚水全般について、これらの処理法を適用することができる。また本発明で述べている生物処理法としては、活性汚泥法のほか生物膜法など広い範囲にわたって適用が可能である。
【００２０】
なお、上記実施例においては、超音波照射は紫外線照射処理の前処理もしくは後処理として実施したが、紫外線照射と同時に超音波照射することとしても良い。
また超音波処理条件等は、生物反応系の運転条件、汚泥の状態、水温などに左右されるため、これらの細かい処理条件は原水質、汚泥の状態などから総合的に判断して決定される。
【００２１】
【発明の効果】
紫外線による有機性汚水の汚泥減容法において、生物処理系で処理をした汚泥に対して、紫外線処理後に超音波処理を行うことにより、比較的容易で効果的に可溶化率を向上できる。
また、生物処理系で処理をした汚泥に対して、紫外線処理前に超音波処理を行うことにより、汚泥フロックを構成する微生物の分散化ができ、効果的に可溶化率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】余剰汚泥を減容するために生物処理汚泥を紫外線処理後に超音波処理を行う本発明の第１の手段の実施例を示す汚水処理装置の構成図。
【図２】余剰汚泥を減容するために生物処理汚泥を紫外線処理前に超音波処理を行う本発明の第２の手段の実施例を示す汚水処理装置の構成図。
【図３】単位体積当りの汚泥への超音波投入エネルギーと活性汚泥微生物の呼吸速度との関係を示す図。
【符号の説明】
１：　　下水
２：　　生物反応槽
３：　　散気装置
４：　　ブロア
５：　　空気
６：　　最終沈殿池
７：　　返送汚泥ポンプ
８：　　返送汚泥
９：　　紫外線処理汚泥引抜きポンプ
１０：　　紫外線処理反応槽
１１：　　紫外線ランプ
１２：　　紫外線処理汚泥返送ポンプ
１３：　　超音波処理反応槽
１４：　　超音波発生装置
１５：　　処理水
１６：　　超音波処理汚泥引抜きポンプ
１７：　　超音波処理汚泥返送ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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