(57)【要約】【課題】簡単な方法で余剰汚泥量を大幅に低減できるとともに、排水処理施設に流入するリンを、少量のリン主体沈殿物として除去し、系外へのリンの流出を防止する汚泥の可溶化並びにリンの回収方法を提供すること。【解決手段】排水処理施設より生じる余剰汚泥に、加水分解酵素添加前に前処理を行い、加水分解酵素による余剰汚泥の分解効率及びリン放出効率を高めるようにする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水処理施設より生じる余剰汚泥に、加水分解酵素添加前に前処理を行い、加水分解酵素による余剰汚泥の分解効率及びリン放出効率を高めるようにしたことを特徴とする汚泥の可溶化並びにリンの回収方法。
【請求項２】
余剰汚泥への前処理後、重力分離にて生じた固形物を含まない上清と、重力分離にて沈殿した汚泥を加水分解酵素を用いて可溶化した後、さらに重力分離し、生じた固形物を含まない上清とを混合し、さらに中和することにより、リンを析出汚泥として沈殿分離するようにしたことを特徴とする請求項１記載の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法。
【請求項３】
前処理として酸を余剰汚泥に添加し、さらに加熱処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法。
【請求項４】
加水分解酵素として、タンパク質分解酵素及び細胞壁分解酵素の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１、２又は３記載の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物処理により排水を処理し、余剰汚泥が発生する下水処理場や産業排水等の排水処理分野において、余剰汚泥の分解効率及びリン放出効率を高めるようにした汚泥の可溶化並びにリンの回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性排水を処理するようにした下水処理場等の排水処理施設から発生する余剰汚泥は、濃縮され、好気性もしくは嫌気性消化を行い、メタンガス等の資源を回収した後、機械式の脱水装置にかけて、所要の含水率以下になるようにしている。
この脱水装置から排出された脱水ケーキは、コンポスト等リサイクルされる場合もあるが、大半は産業廃棄物として直接埋め立てられるか、もしくは焼却した後埋め立てられている。
ところが、近年、国内の産業廃棄物の埋め立て可能地が減少しているため、余剰汚泥の処分は排水処理分野では極めて重大な問題となっている。
そこで、排水処理施設から発生する余剰汚泥を可溶化するため、オゾンや、好熱性細菌等を用いた手法が種々提案されているが、これらの手法は余剰汚泥の可溶化には有益であるが、リンは除去されず系外に流出しているのが現状である。通常、排水処理施設からのリンを除去する方法は、中〜大規模処理施設では、活性汚泥を構成する微生物にリンを過剰に摂取させ、系外に余剰汚泥として排出する方法が主として用いられ、また小規模処理施設では凝集剤を添加し、リンを凝集沈殿させ、系外に余剰汚泥として排出する方法が主として用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の余剰汚泥を可溶化する方法においては、発生汚泥量は軽減されるが、リンの排出ルートが処理水のみに一元化され、処理施設に流入するリンのほぼ全量が放流水として排出されるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の余剰汚泥を可溶化方法の有する問題点に鑑み、簡単な方法で余剰汚泥量を大幅に低減できるとともに、排水処理施設に流入するリンを主体とする沈殿物を除去し、系外へのリンの流出を防止する汚泥の可溶化並びにリンの回収方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法は、排水処理施設より生じる余剰汚泥に、加水分解酵素添加前に前処理を行い、加水分解酵素による余剰汚泥の分解効率及びリン放出効率を高めるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
この汚泥の可溶化並びにリンの回収方法は、排水処理施設から発生する余剰汚泥に、加水分解酵素添加前に前処理を行うことで、簡単な方法で余剰汚泥量を大幅に低減できるとともに、排水処理施設に流入するリンを、少量のリン主体沈殿物として除去し、系外へのリンの流出を防止することができる。
【０００７】
この場合において、余剰汚泥への前処理後、重力分離にて生じた固形物を含まない上清と、重力分離にて沈殿した汚泥を加水分解酵素を用いて可溶化した後、さらに重力分離し、生じた固形物を含まない上清とを混合し、さらに中和することにより、リンを析出汚泥として沈殿分離することができる。
【０００８】
これにより、リンを析出汚泥として沈殿分離するようにしているから、余剰汚泥の大幅な可溶化と、余剰汚泥に含むリンの回収を効率的に行うことができる。
【０００９】
また、前処理として酸を余剰汚泥に添加し、さらに加熱処理を行うようにすることができる。
【００１０】
これにより、余剰汚泥量、性状に応じて、酸の添加量、加熱温度、時間を調整できるので、前処理がどのような余剰汚泥に対しても簡易に、確実に行うことができる。
【００１１】
また、加水分解酵素として、タンパク質分解酵素及び細胞壁分解酵素の少なくとも一方を用いることができる。
【００１２】
これにより、酵素が簡易に入手でき、安価に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法の実施の形態を、図１に示す実施例のシステムフロー図に基づいて説明する。
【００１４】
下水等の有機性排水を処理する排水処理施設、例えば、下水処理場等へ流入する流入水１１は、まず曝気槽１に導かれ、この曝気槽１内では活性汚泥を構成する微生物にその汚濁成分が補食され、活性汚泥を構成する微生物が増殖し、このように好気性菌、嫌気性菌等を用いて所要の生物処理が行われる。汚濁成分が補食された流入水１１は、活性汚泥が懸濁した状態となり、この生物処理をした後の流入水は、曝気槽１と沈殿槽２との間を接続するように配管した移送管１２を経由して次の沈殿槽２へ導かれる。
【００１５】
この沈殿槽２内では、生物処理後の導入された流入水を、固形分としての汚泥と、液体分としての固形物を含まない上清との固液分離が行われる。そしてこの上清は、処理水１３として沈殿槽２より系外に放流排水されるとともに、固液分離された汚泥分は、沈殿槽２と前処理槽３間を接続するように配管された汚泥移送管１４を介して前処理槽３へ導かれる。
この場合、汚泥移送管１４は途中で分岐され、この分岐された返送汚泥管１５を前記曝気槽１に接続するよう配管し、これにより沈殿槽２で固液分離された汚泥分を曝気槽１へ返送するようにし、曝気槽１内での生物反応維持のために使用される。
この曝気槽１への汚泥の返送量は、沈殿槽２より排出される汚泥分の一部で、これは曝気槽１内での生物反応を適正に維持できるようにして決定する。
【００１６】
また、沈殿槽２で固液分離された汚泥分は、可溶化の対象とする余剰汚泥で、微生物体が主体で形成されており、有機化合物の集合体である。
したがって、微生物体中のリンを含有する化合物に、酸を添加して加熱処理することにより、微生物の細胞壁が脱水作用をうけて破壊され、微生物体外に放出することができ、また、他の有機物も同様に放出され、可溶化効率を高めることができる。
そのため、前処理槽３には、加熱装置３１と酸添加装置３２とが備えられる。
【００１７】
この前処理槽３に供給された余剰汚泥に、酸添加装置３２から所要の酸を添加し、加熱装置３１にて加熱して前処理を行う。
この場合、酸の添加と加熱とを個別的に行うこともできるが、同時に行うこともでき、これにより後段の酵素反応を円滑にすることができる。
酸添加装置３２から添加する酸として、特に限定されるものではなく、塩酸や酢酸でもよいが、価格的に安価な濃硫酸が好ましい。
この濃硫酸は加熱により強い酸化作用、すなわち、脱水作用を示し、化合物、特に有機化合物から水素と酸素を２：１の割合で奪う。
濃硫酸の添加量は、沈殿槽２より移送されてくる余剰汚泥の容積に対して一定量添加するもので、例えば、１８〜１０ｍｏｌ／ｌの濃硫酸を、汚泥１ｌに対して１〜１０ｍｌ程度、好ましくは、１〜５ｍｌ程度の容量添加する。
【００１８】
この酸の添加と並行して加熱処理を行うが、加熱温度は６０〜９０℃、時間は３０分〜２時間程度が望ましい。汚泥移送管１４から前処理槽３に流入する汚泥濃度は、５，０００から２０，０００ｍｇ／ｌで前述の酸添加量、加熱温度・時間でほぼ同様の効果が得られる。
【００１９】
この前処理後、沈殿分離した汚泥に酵素剤を添加しなくても、汚泥容量の２〜１０倍の水を添加して１〜２時間攪拌するだけでも余剰汚泥中の全リン量に対し、５０〜７０％のリンが溶解性のリンとして放出されるが、前処理後の余剰汚泥には、未だ前処理前の余剰汚泥の全リンに対し、５０〜３０％のリンが含有している。
【００２０】
また、前処理槽３での前処理を回分運転にし、固液分離も前処理槽３で可能にすることができる。この場合は、第１固液分離槽４は不要になる。
【００２１】
さらに、汚泥の可溶化効果及びリン放出効果を改善するため、酵素剤を添加することが望ましい。
【００２２】
次に、この前処理槽３と第１固液分離槽４間を接続するように配管した移送管１６を経て前処理後の余剰汚泥を第１固液分離槽４に導く。
【００２３】
第１固液分離槽４では、重力により沈殿した前処理汚泥と、固形分を含まない上清とに分離され、この余剰汚泥から放出したリンを含む上清は、第１固液分離槽４とｐＨ調節槽７とを接続するように配管した上清移送管１８を経てｐＨ調節槽７へ移送されるるとともに、この第１固液分離槽４で沈殿した前処理汚泥には、依然として５０〜３０％のリンが存在しているので、これを処理するため、前処理汚泥を第１固液分離槽４と酵素処理槽５間を接続するように配管した移送管１７を経由し、酵素処理槽５に移送する。
【００２４】
この酵素処理槽５には、酵素剤添加装置５１と、攪拌装置５２及びｐＨセンサーとアルカリ剤添加装置からなるｐＨ調節装置５３とを備えている。
【００２５】
この酵素処理槽５に供給された前処理汚泥に、酵素剤添加装置５１から適量の酵素を添加し、攪拌装置５２にて攪拌して酵素による可溶化処理を行うとともに、酵素処理にて加水分解作用が促進され余剰汚泥の構成微生物体から大半のリンが放出され、可溶化した汚泥は、汚泥と固形物を含まない上清に重力分離を行う。
【００２６】
この添加する酵素剤としては、加水分解酵素、特にタンパク質分解酵素や細菌の細胞壁を分解するグルカナーゼ系の酵素が有効で、前処理後の汚泥は、ｐＨ１．５〜３の酸性を有しているため、酵素剤を添加する際、その至適ｐＨに調節する必要がある。このため、必要に応じ、ｐＨセンサーとアルカリ剤添加装置からなるｐＨ調節装置５３からアルカリ剤を添加し、ｐＨ＝７近辺まで中和するようにする。
【００２７】
この場合、添加するアルカリ剤は、特に限定されるものではないが、水酸化ナトリウムを用いるのがよい。
【００２８】
中和に用いる水酸化ナトリウム濃度は、特に規定されるものではないが、１０〜５０％（Ｗ／Ｖ）程度の濃度が望ましい。また、酵素処理槽５では、水を添加し、汚泥粘度を低下させ酵素反応を円滑化し、有機物の低分子化を促すようにする。この場合、水は水道水でもよいが、処理水でもよい。また、添加する水量は、酵素処理槽５に移送される汚泥容量の０．５〜５倍程度が適量である。これにより、２０〜３０％が溶解性のリンとして放出される。
【００２９】
さらに、酵素処理槽５内で添加される酵素の反応に至適温度とするため、酵素処理槽５内に加温装置（図示省略）を設けることも有効であるが、前処理槽３で加温された余剰汚泥の余熱を用いて酵素反応を促進する手段が有効である。
【００３０】
酵素処理槽５で酵素処理により可溶化された汚泥濃度は、第２固液分離槽６を経て最終的には前処理槽３への投入前の余剰汚泥濃度と比較して汚泥濃度が４０〜５０％程度以下に可溶化した後、返流管２１を経由し曝気槽１に戻される。また、この酵素処理槽５で、２０〜３０％が溶解性のリンとして放出される。
【００３１】
酵素処理後の汚泥は、第２固液分離槽６に移送管１９を経由して送られ、この第２固液分離槽６にて分離された２０〜３０％の溶解性のリンを含む上清は、上清移送管２０を介して第１固液分離槽４から上清移送管１８を経て送られる上清と混合され、ｐＨ調整槽７へ供給される。このように、最終的に余剰汚泥の全リンに対し７０％からほぼ全量のリンが溶解性のリンとして汚泥から放出したことになる。
【００３２】
また、酵素処理槽５での酵素処理を回分運転にし、固液分離も酵素処理槽５で可能にすることができる。この場合は、第２固液分離槽６は不要になる。
【００３３】
この余剰汚泥の前処理後、重力分離にて生じた固形物を含まない上清とタンパク質分解酵素及び細胞壁分解酵素の少なくとも一方を用いて汚泥を可溶化した後、重力分離にて生じた固形物を含まない上清の混合液は、ｐＨ調整槽７内で、ｐＨ調整装置７１によりアルカリ剤を添加し、中性付近に調整する。この添加するアルカリ剤は、特に限定されるものではないが、水酸化ナトリウムを用いるのがよい。また水酸化ナトリウム濃度は、特に規定されるものではないが、１０〜５０％（Ｗ／Ｖ）程度の濃度が望ましい。この中和処理によりリン主体の析出汚泥として重力沈殿により排出管２３を介して回収する。この析出汚泥中には余剰汚泥の全リンに対し７０〜ほぼ１００％のリンが含有し系外へ排出されるものとなる。
【００３４】
なお、ｐＨ調整槽７にて固液分離された上清は、上清返送管２２を経て前記曝気槽１へ戻るようにする。
【００３５】
このように、余剰汚泥が含有しているリンに対して前処理を行うことにより、溶解性のリンが５０〜７０％放出され、さらに後段の酵素処理を行うことにより、２０〜３０％が溶解性のリンとして放出され、余剰汚泥の全リンの７０％〜ほぼ１００％（ほぼ全量）のリンが溶解性のリンとして汚泥から放出される。
【００３６】
以上、本発明の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法によれば、排水処理施設から発生する余剰汚泥に、加水分解酵素添加前に前処理を行うことで、簡単な方法で余剰汚泥量を大幅に低減できるとともに、排水処理施設に流入するリンを主体とする沈殿物を除去し、系外へのリンの流出を防止することができる。
【００３８】
また、余剰汚泥への前処理後、重力分離にて生じた固形物を含まない上清と、重力分離にて沈殿した汚泥を加水分解酵素を用いて可溶化した後、さらに重力分離し、生じた固形物を含まない上清とを混合し、さらに中和することにより、余剰汚泥の大幅な可溶化と、余剰汚泥に含むリンの回収を効率的に行うことができる。
【００３９】
また、前処理として酸を余剰汚泥に添加し、さらに加熱処理を行うようにすることにより、余剰汚泥量、性状に応じて、酸の添加量、加熱温度、時間を調整できるので、前処理がどのような余剰汚泥に対しても簡易に、確実に行うことができる。
【００４０】
また、加水分解酵素として、市販の産業用のタンパク質分解酵素及び細胞壁分解酵素の少なくとも一方を用いることにより、酵素が簡易に入手でき、安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥の可溶化並びにリンの回収方法の実施の形態を示すシステムのフロー図である。
【符号の説明】
１　　　曝気槽
２　　　沈殿槽
３　　　前処理槽
３１　　加熱装置
３２　　酸添加装置
４　　　第１固液分離槽
５　　　酵素処理槽
５１　　酵素添加装置
５２　　攪拌装置
５３　　ｐＨ調節装置
６　　　第２固液分離槽
７　　　ｐＨ調整槽
７１　　ｐＨ調節装置
１１　　流入水
１２　　移送管
１３　　処理水
１４　　汚泥移送管
１５　　返送汚泥管
１６　　移送管
１７　　移送管
１８　　上清移送管
１９　　移送管
２０　　上清移送管
２１　　返流管
２２　　上清返送管
２３　　排出管
【図１】
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