(57)【要約】【課題】好熱性好気生物処理において効率の高い汚泥の処理を行うことができ、高温を維持するための熱量を排水処理工程から回収するため、運転経費や設備費などが低廉化でき、更に、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供する。【解決手段】生物処理装置で発生した有機性汚泥に酸素含有気体を吹き込んで好気性雰囲気とし、温度４５〜１００℃の高温条件で好熱性微生物の生物学的作用により有機性汚泥を可溶化処理する汚泥処理槽を設けた汚泥処理装置において、生物処理装置の混合液を接触させる熱量汲み上げ側と汚泥処理槽内の可溶化液を接触させる熱量放出側を具備し、生物処理装置の混合液の熱量で汚泥処理槽内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置を設けたことを特徴とする汚泥処理装置。【選択図】図１
2004041902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理装置で発生した有機性汚泥に酸素含有気体を吹き込んで好気性雰囲気とし、温度４５〜１００℃の高温条件で好熱性微生物の生物学的作用により有機性汚泥を可溶化処理する汚泥処理槽を設けた汚泥処理装置において、前記生物処理装置の混合液を接触させる熱量汲み上げ側と前記汚泥処理槽内の可溶化液を接触させる熱量放出側を具備し、生物処理装置の混合液の熱量で汚泥処理槽内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置を設けたことを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
生物処理装置で発生した有機性汚泥に酸素含有気体を吹き込んで好気性雰囲気とし、温度４５〜１００℃の高温条件で好熱性微生物の生物学的作用により有機性汚泥を可溶化処理する汚泥処理槽を設けた汚泥処理装置において、汚泥処理槽内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置を設け、該ヒートポンプ装置の熱量汲み上げ側に前記生物処理装置の混合液を接触させて混合液が保有する熱量を汲み上げ、熱量放出側に前記汚泥処理槽内の可溶化液を接触させて可溶化液を加熱することを特徴とする汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水の生物処理装置から発生する有機性汚泥を好熱性好気生物処理して汚泥排出量を削減する汚泥処理装置及び汚泥処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、し尿、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの有機性排水を処理する装置としては、活性汚泥処理装置、固定床式生物処理装置又は流動床式処理装置などの好気性生物処理装置が多く用いられている。
【０００３】
前記活性汚泥処理装置にあっては、好気性微生物である汚泥が浮遊する好気性生物処理槽内に有機性排水（以下単に排水という）を供給し、空気で曝気することにより、浮遊汚泥を構成する微生物の生物学的作用で排水中の有機物を酸化分解処理する装置であり、また、固定床式生物処理装置にあっては、処理槽内に生物担体の固定床を設け、空気で曝気することにより微生物を担体の表面に付着増殖させ、付着した微生物の生物学的作用で排水中の有機物を酸化分解処理する装置であり、更に、流動床式処理装置は、好気性生物処理槽内の液中に流動可能に生物担体を充填し、排水を供給して空気で曝気することにより、流動化する生物担体の表面に付着増殖した微生物の生物学的作用で排水中の有機物を酸化分解処理する装置である。
【０００４】
前記好気性生物処理装置では、いずれも有機物を生物学的に分解処理するのに伴い、増殖した微生物が汚泥として大量に発生する。発生した汚泥は沈殿槽などで分離濃縮され、その一部は生物処理工程に循環されるが、残部は余剰汚泥として系外に排出され、余剰汚泥を濃縮、脱水したのち焼却や埋め立てにより処分したり、又は嫌気性消化処理装置と組み合わせて、嫌気性消化により汚泥の減容化を図っている。なお、前記好気性生物処理装置における余剰汚泥発生量は、生物処理工程に導入された排水中の有機物量（ＢＯＤ）の２０〜５０％が発生するといわれている。
【０００５】
更に、発生汚泥をできるだけ減容化する方法として、特表平６−５０９９８６号公報には、中温生物処理槽と好熱性生物処理槽とを組合せ、活性汚泥処理槽などの中温生物処理槽から発生する汚泥を、好熱性生物処理槽により好熱性微生物の生物学的作用で好熱性好気生物処理したのち、中温生物処理槽に返送して好熱性好気生物処理汚泥を排水と共に処理する汚泥の減容化方法が開示されており、また、特許第２９７３７６１号公報には、曝気槽の汚泥を抜き出してオゾン処理で酸化分解処理したのち、曝気槽に返送して処理する汚泥の減容化方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の余剰汚泥の処分方法で、汚泥を濃縮、脱水したのち焼却又は埋め立て処分する方法にあっては、汚泥の濃縮、脱水後においても含水率が７０〜８０ｗｔ％と高いため嵩が大きく、廃棄物業者に処分を依頼する場合には、引き取りコストが高くなり、排水処理全体にかかるコストの多くを占めているのが現状である。
【０００７】
更に、埋め立て処分においては、産業廃棄物埋立処分場の残余年数が少なくなっており、引き取りコストも年々高騰している。また、焼却処分においては、含水率が高いため燃料消費量が多くなり燃料費が嵩み、更に、排出ガスや焼却灰の処理が必要であり、近年はダイオキシン問題等から焼却処理自体が困難になってきている状況である。
【０００８】
また、嫌気性消化法により減容化処理する方法にあっては、メタン菌等の嫌気性微生物が浮遊する処理槽内に汚泥を供給し、嫌気性ガスで曝気攪拌することにより、嫌気性微生物の生物学的作用で汚泥中の有機物をメタンガスや炭酸ガス等に分解処理する方法であり、メタンガスを燃料等に有効活用できる利点はあるが、処理に時間がかかるため、消化槽等の設備が過大となり、また、最終的に発生する汚泥量も多く、その処分が必要となるため、前記焼却や埋め立て処分などにおける問題点を解決することができない。
【０００９】
また、特表平６−５０９９８６号公報に開示された汚泥の減容化方法では、複数のサイクル運転で処理するため、処理工程が複雑となるとともに、処理時間がかかる問題があり、更に、前記公報における好熱性微生物の生物学的作用で好熱性好気生物処理する方法では、多量の空気による曝気であるため、空気の排出に伴なわれて極めて多量の熱量が損失し、また、汚泥自体の臭気が強いため、曝気により極めて強い臭気が放出される。
【００１０】
特許第２９７３７６１号公報に開示された方法では、オゾン製造装置の設備費が高価であり、また、オゾン含有ガス中の酸素が有効に利用されていないため、設備費や運転経費が嵩む問題がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の汚泥処分方法及び減容化処理方法における問題点に鑑みて成されたものであり、好熱性好気生物処理において効率の高い汚泥の処理を行うことができ、また、高温を維持するための熱量を排水処理工程から回収するため、運転経費や設備費などが低廉化でき、更に、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる汚泥処理装置及び汚泥処理方法を提供する目的で成されたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載した発明においては、生物処理装置で発生した有機性汚泥に酸素含有気体を吹き込んで好気性雰囲気とし、温度４５〜１００℃の高温条件で好熱性微生物の生物学的作用により有機性汚泥を可溶化処理する汚泥処理槽を設けた汚泥処理装置において、前記生物処理装置の混合液を接触させる熱量汲み上げ側と前記汚泥処理槽内の可溶化液を接触させる熱量放出側を具備し、生物処理装置の混合液の熱量で汚泥処理槽内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置を設けたことを特徴とする汚泥処理装置である。
【００１３】
また、請求項２に記載した発明においては、生物処理装置で発生した有機性汚泥に酸素含有気体を吹き込んで好気性雰囲気とし、温度４５〜１００℃の高温条件で好熱性微生物の生物学的作用により有機性汚泥を可溶化処理する汚泥処理槽を設けた汚泥処理装置において、汚泥処理槽内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置を設け、該ヒートポンプ装置の熱量汲み上げ側に前記生物処理装置の混合液を接触させて混合液が保有する熱量を汲み上げ、熱量放出側に前記汚泥処理槽内の可溶化液を接触させて可溶化液を加熱することを特徴とする汚泥処理方法である。
【００１４】
従来、高温条件で好熱性好気生物処理する汚泥処理槽は、温度４５〜１００℃で処理操作が行なわれるが、その必要熱量は、スチームなどを用いて加熱している。また、有機性排水を活性汚泥処理槽で処理すると、ＢＯＤ１０００ｍｇ／Ｌ当り４℃程度上昇し、その熱量はそのまま処理水と共に排出されるか、又は冷却されたのち排出されることにより放散されているが、前記、請求項１又は請求項２の構成とすることにより、生物処理装置で発生した熱量を、高温条件で好熱性好気生物処理する汚泥処理槽に必要な熱量として利用されるため、必要エネルギーの低減化が図れ、運転経費を削減することができる。
【００１５】
更に、汚泥処理槽における処理温度は、４５〜１００℃の高温条件で処理するのが好ましく、より好ましくは、５５〜７５℃であり、４５℃よりも低い温度では、好熱性好気生物処理効率が低く、１００℃よりも高い温度では、液の蒸発量が多くなると共に圧力が高くなり過ぎるという問題を生じる。
【００１６】
前記各請求項において、汚泥処理槽（以下単に処理槽ということもある。）を複数の処理槽に区画し、区画された全処理槽の気相部及び液相部を連通して設け、全処理槽又は一部の処理槽に、高濃度酸素や空気などの酸素含有気体を吹き込む散気手段及び／又は気相の気体を循環する気体循環散気手段を設けた構成としてもよい。また、気相の気体を液相中に循環する気体循環経路は、処理槽に内設又は外設してもよく、スクリュウ型攪拌機やパドル型攪拌機など適宜な攪拌手段を付設してもよい。
【００１７】
また、汚泥処理槽で処理する汚泥としては、し尿、浄化槽汚泥、下水、食品排水、厨房排水などの有機性排水を処理する、活性汚泥処理装置、固定床式生物処理装置又は流動床式処理装置などの好気性生物処理装置から発生した汚泥、上向流嫌気性処理装置などの嫌気性生物処理装置などから抜き出した汚泥、前記夫々の生物処理装置で発生した汚泥を沈殿槽、分離膜装置、濾過装置、遠心分離装置など適宜の固液分離装置で濃縮した濃縮汚泥、沈殿槽で濃縮した汚泥を前記と同様な適宜の固液分離装置で濃縮した高濃度汚泥など有機性汚泥、その他の有機物を主体とした流動性のあるスラリー状や液状化された有機性廃棄物などがある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態の排水処理装置の系統図である。
【００１９】
図において、１は、有機性排水（以下、原水という。）の排水供給量及びｐＨ値などを調整する調整槽、２は、底部に散気手段７が内設され、供給された原水を空気などの酸素含有気体で曝気することにより原水中の有機物を好気性で生物学的処理をする好気性生物処理工程である活性汚泥処理槽、３は、生物処理された混合液中の汚泥を沈降分離する固液分離工程である沈殿槽、４は、底部に散気手段３４が内設され、沈降分離された汚泥の少なくとも一部の汚泥を、温度４５〜１００℃の高温条件で、散気手段３４から供給された空気などの酸素含有気体で曝気することにより、好熱性微生物の生物学的作用で有機性汚泥を好熱性好気生物処理する汚泥可溶化工程である汚泥処理槽であり、また、５は、汚泥処理槽で可溶化処理された可溶化液を嫌気性で消化処理する嫌気性消化処理工程である嫌気性消化槽である。
【００２０】
さらに、６は、活性汚泥処理槽２の混合液を接触させる熱量汲み上げ側Ａと前記汚泥処理槽４内の可溶化液を接触させる熱量放出側Ｂを具備し、活性汚泥処理槽２の混合液の熱量で汚泥処理槽４内の可溶化液を加熱するヒートポンプ装置である。
【００２１】
なお、前記実施の形態においては、好気性生物処理工程に、通常の活性汚泥処理槽２が用いられているが、好気性生物処理工程では、通常の活性汚泥処理槽、合成樹脂や繊維状などの生物保持担体を固定して充填した固定床式処理槽や生物保持担体を流動可能に充填した流動床式生物処理槽などでもよい。また、汚泥処理槽４においては、スチームなどの加熱装置を併用することも好ましい。
【００２２】
また、嫌気性消化処理工程では、嫌気性消化槽５による単一槽が用いられているが、酸発酵槽と嫌気性消化槽とを組み合わせた二槽での処理装置や上向流嫌気性処理装置などを用いてもよく、また、固液分離工程では、沈殿槽３が用いられているが、遠心分離装置、濾過膜分離装置又は濾過装置などを用いてもよい。更に、沈殿槽３などで固液分離された濃縮汚泥と汚泥処理槽４で可溶化処理された可溶化液とを熱交換する熱交換器を付設してもよい。
【００２３】
次に図１の構成の排水処理装置により原水を処理する処理方法について以下詳述する。
原水は原水供給流路２０から調整槽１に供給されて一旦貯留され、必要によりｐＨなどが調整されたのち、排水供給量を調整されて調整原水供給流路２１から活性汚泥処理槽２に供給され、散気手段７から供給される空気などの酸素含有気体で曝気されることにより、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で、原水中の有機物が効率的に酸化分解される。なお、活性汚泥処理槽２における処理温度としては、１０〜４５℃が好ましい。
【００２４】
活性汚泥処理槽２での好気性生物処理工程により、増殖した汚泥が混合した混合液は、混合液排出流路２２から沈殿槽３に導入され、静置することにより汚泥が自然沈降して分離され、清浄化された処理水は、処理水排出流路２３から系外に排出される。
【００２５】
また、沈殿槽３での固液分離工程で沈降分離された汚泥は、沈殿槽３の汚泥抜出し流路２４から抜き出され、一部は汚泥返送流路２５から活性汚泥処理槽２に返送される。残部の分離汚泥の一部は、汚泥供給流路２７から汚泥処理槽４に供給され、分離汚泥の更に一部は、余剰汚泥として汚泥排出流路２６から系外に排出され、図示しない汚泥処理装置などで処理される。なお、原水の性状や一連の処理工程によっては、発生汚泥の一部を余剰汚泥として系外に排出する必要がない場合もある。
【００２６】
汚泥処理槽４に供給された汚泥は、温度４５〜１００℃の高温条件で、散気手段３４から供給された空気などの酸素含有気体で曝気することにより、好熱性微生物の生物学的作用で有機性汚泥が低分子化されて可溶化すると共に散気後の気体は排出流路３５から大気中へ放散される。
【００２７】
また、汚泥処理槽４における必要熱量は、以下の工程によりヒートポンプ装置６を介して賄われるが、原水の性状や一連の処理工程によっては、熱量が不足する恐れがあるため、スチームなどの加熱装置が併用される場合もある。
活性汚泥処理槽２の混合液が、混合液循環流路３３を介してヒートポンプ装置の熱量汲み上げ側Ａに供給され、熱量放出側Ｂで冷却された循環熱媒体により混合液のもつ熱量が熱媒体に回収され、温度が低下した混合液は混合液循環流路３４を介して活性汚泥処理槽２に返送される。また、汚泥処理槽４の可溶化液が、可溶化液循環流路３１を介してヒートポンプ装置６の熱量放出側Ｂに供給され、熱量汲み上げ側Ａで加熱された循環熱媒体により加熱され、温度が上昇した可溶化液は可溶化液循環流路３２を介して汚泥処理槽４に返送される。
【００２８】
汚泥処理槽４により可溶化処理された可溶化液は可溶化液供給流路２８から嫌気性処理槽５に供給され、嫌気性消化槽５に供給された可溶化液は、嫌気性雰囲気中で、温度２５〜７５℃、好ましくは４５〜６０℃、滞留時間２４時間〜２週間で処理されることにより、有機物が分解され、メタンを主体とした消化ガスが生成する。生成したメタンを主体とする消化ガスは、生成ガス排出流路２９から系外に排出され、必要により脱硫処理をされたのちガスホルダなどで貯留され、燃料ガスなどとして有効利用される。
【００２９】
嫌気性消化槽５での嫌気性消化処理工程で発生した消化汚泥は、消化汚泥循環流路３０から活性汚泥処理槽２に循環供給され、原水中の有機物と共に、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で効率的に酸化分解される。前記一連の処理工程により、排水の生物処理で発生する汚泥の余剰汚泥としての発生量をゼロ又は少なくとも減容化することができる。
【００３０】
【実施例】
食品工場から排出される有機性排水（ＢＯＤ１１００ｍｇ／Ｌ）を、活性汚泥処理槽により処理し、また、発生した汚泥を汚泥処理槽での好熱性微生物により、温度６５℃、滞留時間２４時間で可溶化処理し、活性汚泥処理槽の混合液と汚泥処理槽の可溶化液とをヒートポンプ装置で熱量回収処理した結果、２５Ｋｊ／ｋｇの熱量が可溶化液により回収され、汚泥処理槽における温度を６５℃に維持することができた。また、可溶化液を５０℃の嫌気性雰囲気で消化処理した結果、消化率は７０〜９０％、メタンガス発生量は、０．４ｍ３／ｋｇ・投入可溶化液であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は好熱性好気生物処理において効率の高い汚泥の処理を行うことができ、また、高温を維持するための熱量を排水処理工程から回収するため、運転経費や設備費などが低廉化でき、更に、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる汚泥処理装置及び汚泥処理方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の排水処理装置の系統図
【符号の説明】
１：調整槽
２：好気性生物処理工程（活性汚泥処理槽）
３：固液分離工程（沈殿槽）
４：汚泥可溶化工程（汚泥処理槽）
５：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化槽）
６：ヒートポンプ装置
【図１】
2004041902.tif 000003