(57)【要約】【課題】既存の廃水処理システムのほとんどを有効活用しながら余剰汚泥の削減を図ることのできる有機物を含む廃水の処理方法を提供する。【解決手段】生物処理槽において、廃水中の有機物を、微生物により分解する工程（ａ）、前記工程（ａ）で発生した活性汚泥の一部を、余剰汚泥として、分離する工程（ｂ）、前記余剰汚泥を、殺菌処理する工程（ｃ）、および殺菌処理後の汚泥を、前記生物処理槽に戻す工程（ｄ）からなり、前記工程（ｃ）が、前記余剰汚泥中に、２種の金属を対向配置した金属対を１組以上含ませ、前記２種の金属の間を前記余剰汚泥の外部で電気的に接続し、前記２種の金属の酸化還元電位の差により金属イオンを前記余剰汚泥中に溶出させ、前記金属イオンにより前記余剰汚泥中の少なくとも一部の微生物を殺菌する工程からなる有機物を含む廃水の処理方法。【選択図】　　　　　　　図２
2004141830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理槽において、廃水中の有機物を、微生物により分解する工程（ａ）、前記工程（ａ）で発生した活性汚泥の一部を、余剰汚泥として、分離する工程（ｂ）、前記余剰汚泥を、殺菌処理する工程（ｃ）、および殺菌処理後の汚泥を、前記生物処理槽に戻す工程（ｄ）からなり、
前記工程（ｃ）が、前記余剰汚泥中に、２種の金属を対向配置した金属対を１組以上含ませ、前記２種の金属の間を前記余剰汚泥の外部で電気的に接続し、前記２種の金属の酸化還元電位の差により金属イオンを前記余剰汚泥中に溶出させ、前記金属イオンにより前記余剰汚泥中の少なくとも一部の微生物を殺菌する工程からなる有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項２】
前記対向配置された２種の金属のそれぞれの対向面において、前記金属イオンを溶出する側の面積が、他方の面積よりも大きい請求項１記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）が、前記余剰汚泥中に、２種の金属を対向配置した金属対を２組以上含ませ、前記２組以上の金属対には３種以上の金属を用いて互いに異なる種類の金属を含ませ、前記余剰汚泥中に２種以上の金属イオンを分散させる工程からなる請求項１記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項４】
前記金属イオンが、ニッケルイオン、亜鉛イオンおよび鉄イオンよりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）を前記余剰汚泥の搬送中に行うことにより、流動している前記余剰汚泥中に前記金属イオンを均一に分散させる請求項１記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項６】
前記対向配置された２種の金属の間を流れる電流量を制御することにより、前記余剰汚泥中に溶出する前記金属イオンの量を制御する請求項１記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【請求項７】
前記対向配置された２種の金属のうち、少なくとも前記金属イオンを溶出する側の前記余剰汚泥で濡れる面積を増減することにより、前記余剰汚泥中に溶出する前記金属イオンの量を制御する請求項６記載の有機物を含む廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を含む廃水の処理方法に関し、生物学的処理過程で生じる余剰汚泥を削減するものである。有機物を含む廃水は、主に、下水処理場、屎尿処理場、食品工場、化学工場等から排出される。
【０００２】
【従来の技術】
水中の汚濁物質は、河川や湖沼等の自然界では、沈殿、凝集、酸化、還元等の物理化学的、生物学的な作用を受けて分解され、浄化される。特に有機物を含んだ汚濁は、微生物によって生物学的な作用で浄化され易い。これを利用した有機物を含む廃水の浄化方法として、好気性微生物を含んだ活性汚泥により、廃水を処理する活性汚泥法がある。活性汚泥法は、浄化能力が高く、比較的、処理経費が少なくて済む等の利点があるため、これを利用した種々の方法が提案されており、下水処理や産業廃水処理等において広く一般に使用されている。
【０００３】
活性汚泥法では、調整槽等で廃水のｐＨ調整や均一化といった前処理を行なった後、廃水は生物処理槽であるエアレーションタンク（曝気槽）へと導かれる。この曝気槽内では、活性汚泥により、廃水中の有機汚濁成分を分解させて浄化処理する。処理された浄水は、下水道や河川などに放流される。この際、分解した有機汚濁成分のうちの５０〜７０％は、微生物の維持エネルギーとして消費される。しかし、残りの３０〜５０％は、微生物の増殖に使用されるので、処理に伴って活性汚泥の量は次第に増加していく。
【０００４】
従来、下水処理場などの活性汚泥法による廃水処理施設から排出される余剰汚泥は、濃縮・脱水後、埋立て、または焼却処分されている。しかし、近年、埋立て処分の受入れ要領の問題や焼却時の費用などの問題が生じており、余剰汚泥の削減が求められている。余剰汚泥は、生物難分解性物質等を含み、粘性が高く、取り扱いにくいものである。従って、有機物を含む廃水を活性汚泥法によって浄化処理する場合には、常に余剰汚泥処理の問題がつきまとう。
【０００５】
そこで、一般的には、曝気槽で処理された廃水を沈澱槽へと導き、沈殿した活性汚泥の中から廃水の浄化処理に必要な量だけを曝気槽内に戻し、残りの汚泥の少なくとも一部を汚泥削減装置で処理することが提案されている。汚泥削減装置では、汚泥を構成する微生物を基質化させて、生物分解されやすい基質化汚泥に変換する。そして、基質化汚泥が曝気槽に戻される。
【０００６】
微生物を基質化する方法として、物理的破砕処理方法が提案されている（特許文献１、２参照。）。この方法では、微生物の機械による破砕処理や超音波による破砕処理が提案されている。また、余剰汚泥の一部をオゾンにより処理した後、処理後の汚泥を、再度、曝気槽に導入して、好気的処理を行う方法が提案されている（特許文献３、４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２４６９８号公報
【特許文献２】
特開２０００−５１８８３号公報
【特許文献３】
特公昭５７−１９７１９号公報
【特許文献４】
特開平７−８８４９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微生物の大きさは数μｍ程度であるため、機械による粉砕は困難である。また、超音波は、基質化能力が比較的低い上、装置が大型になり、これを運転するには多大なエネルギーを必要とする。従って、イニシャルコスト及びランニングコストがかさみ、結果として余剰汚泥の削減によるコストメリットは小さいものとなる。また、余剰汚泥をオゾンにより処理する方法は、オゾンを使用することから、残存オゾンの問題が生じる。また、電気エネルギーをオゾン発生エネルギーに変換する際の効率が悪く、処理コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生物処理槽において、廃水中の有機物を、微生物により分解する工程（ａ）、前記工程（ａ）で発生した活性汚泥の一部を、余剰汚泥として、分離する工程（ｂ）、前記余剰汚泥を、殺菌処理する工程（ｃ）、および殺菌処理後の汚泥を、前記生物処理槽に戻す工程（ｄ）からなり、前記工程（ｃ）が、前記余剰汚泥中に、２種の金属を対向配置した金属対を１組以上含ませ、前記２種の金属の間を前記余剰汚泥の外部で電気的に接続し、前記２種の金属の酸化還元電位の差により金属イオンを前記余剰汚泥中に溶出させ、前記金属イオンにより前記余剰汚泥中の少なくとも一部の微生物を殺菌する工程からなる有機物を含む廃水の処理方法に関する。
【００１０】
前記対向配置された２種の金属のそれぞれの対向面では、前記金属イオンを溶出する側の面積が、他方の面積よりも大きいことが好ましい。
前記余剰汚泥中に、２種の金属を対向配置した金属対を２組以上含ませ、前記２組以上の金属対に３種以上の金属を用いて互いに異なる種類の金属を含ませる場合には、前記余剰汚泥中に２種以上の金属イオンを分散させることができる。前記金属イオンは、ニッケルイオン、亜鉛イオンおよび鉄イオンよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
前記工程（ｃ）を前記余剰汚泥の搬送中に行う場合には、流動している前記余剰汚泥中に前記金属イオンを均一に分散させることができる。
上記廃水の処理方法では、前記対向配置された２種の金属の間を流れる電流量を制御することにより、前記余剰汚泥中に溶出する前記金属イオンの量を制御することができる。
例えば、前記対向配置された２種の金属のうち、少なくとも前記金属イオンを溶出する側の前記余剰汚泥で濡れる面積を増減することにより、前記対向配置された２種の金属の間を流れる電流量を増減し、前記余剰汚泥中に溶出する前記金属イオンの量を制御することができる。
【００１１】
上記のように余剰汚泥に金属イオンを溶出させることにより、汚泥の多くを構成する微生物群が金属イオンを内部に取り込んで死滅・殺菌される。その際、一部の微生物は細胞が破壊されて可溶化し、好気性微生物に分解されやすい物質（基質化汚泥）となる。そして、基質化汚泥は生物処理槽に戻される。生物処理槽内では、有機物を含む廃水によって、基質化汚泥に含まれる金属イオンが希釈されるため、殺菌効果は大きく低減する。従って、生物処理槽内の好気性微生物は、殺菌されることなく、基質化汚泥を餌として利用し、分解する。このように汚泥を改質して循環することにより、系外に排出される余剰汚泥の量を削減もしくは無くすことができる。
上記廃水の処理方法では、しかも、金属イオンを溶出させるために電源を用いることがなく、異種金属間の酸化還元電位の差により生じる起電力で、負極（アノード）となる金属から金属イオンを溶出させるため、廃水処理のランニングコストは極めて小さい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の有機物を含む廃水の処理方法では、余剰汚泥の少なくとも一部を金属イオンで殺菌した後、生物処理槽に再度投入する。そのため、余剰汚泥の発生量を格段に減少させることができる。余剰汚泥に複数の金属イオンを溶出させる場合には、殺菌される微生物の種類が増えるため、汚泥の基質化が促進され易くなる。生物処理槽では、新たに導入される廃水によって金属イオンの濃度が十分に薄まるため、外部に放流される水の水質の安全性は確保される。また、本発明の処理方法は、特別に大規模な装置を必要とすることがなく、金属イオン溶出のためにも電源装置を必要としない。
【００１３】
活性汚泥による廃水の生物的処理においては、廃水中の有機物は、活性汚泥中の微生物によって酸化分解される。しかし、微生物自体は、有機物を栄養源として増殖していく。これらの微生物の一部は、活性汚泥中の原生動物によって捕食されて、凝集性および沈降性のよい活性汚泥となり、沈澱するので、活性汚泥の量は次第に増加する。
【００１４】
従って、本発明の廃水の処理方法では、先ず、沈澱分離された活性汚泥の一部を余剰汚泥として分離する。次いで、余剰汚泥を構成している微生物を殺菌することによって、微生物や原生動物の格好の餌となるように変換（基質化）する。そして、殺菌処理後の基質化汚泥を生物処理することにより、余剰汚泥の増加の抑制する。
【００１５】
余剰汚泥に所定の金属イオンを付与すると、汚泥を構成している微生物の細胞壁が分解されたり、あるいはイオンチャンネルが阻害されたりして、微生物が殺菌される。そして、微生物の一部は可溶化して、細胞壁内の多糖類や蛋白質等が周囲に溶出する。その結果、微生物自体が有機汚濁成分となる。このように処理された汚泥（基質化汚泥）を再び生物処理槽に戻して生物的処理を行うと、微生物自体に由来する有機汚濁成分が生物処理槽内の正常な微生物によって酸化分解される。その結果、余剰汚泥の発生量を格段に減少させることが可能となる。もちろん余剰汚泥に含まれる微生物の全てを基質化する必要はなく、一部を基質化することでも余剰汚泥の削減効果が得られる。
【００１６】
余剰汚泥に金属イオンを付与する方法としては、汚泥中で所定の金属を腐食させる方法が最も簡単である。例えば、亜鉛、鉄、アルミニウム、銅などの金属は腐食が進みやすい。余剰汚泥中にこれらの金属を埋没させることで、簡易に金属イオンを余剰汚泥に付与できるが、それだけでは腐食の進み具合を制御することは困難である。一方、異種金属からなる金属対を余剰汚泥の外部で電気的に導通し、簡易な電池を構成することにより、金属対の酸化還元電位の差により、金属イオンを安定して余剰汚泥中に溶出させることができる。金属イオンの溶出が多すぎると、水質が汚染される可能性が高くなるため、例えばアノードとなる金属の重量減少、余剰汚泥の電導度、金属対間に流れる電流値を制御することにより、金属イオンの溶出を制御することが好ましい。
【００１７】
図１に、本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するためのシステムの一例を示す。
有機物を含む廃水１１は、まず、生物処理槽１２に送られる。生物処理槽１２には、曝気槽が用いられる。生物処理槽１２で処理された廃水１３は、沈澱槽１４へと導かれる。沈澱槽１４では、活性汚泥１５と浄水１６とが分離される。浄水１６は外部へ放流される。沈殿槽１４で沈殿した活性汚泥１５のうち、必要な量は返送汚泥１７として生物処理槽１２に戻される。残りの活性汚泥は、余剰汚泥１８として汚泥削減装置１９に送られる。汚泥削減装置１９では、余剰汚泥１８を構成する微生物を生物分解されやすい状態まで基質化する。得られた基質化汚泥１０は生物処理槽１２に戻される。
【００１８】
図２に、上記システムで用いるのに好適な汚泥削減装置１９の一例の概略断面図を示す。この装置は、余剰汚泥２１を貯留するための余剰汚泥貯留槽２２、カソードとなる金属２３ａとアノードとなる金属２３ｂからなる金属対２３、金属対２３間に余剰汚泥の外部で直列に接続された電流計２４、余剰汚泥２１を攪拌するための気泡２５を発生させる気泡放出棒２６、気泡放出棒２６に空気を送り込むポンプ２７を具備している。余剰汚泥２１は、余剰汚泥供給管２８から余剰汚泥貯留槽２２に送られ、余剰汚泥貯留槽２２で基質化された汚泥は、汚泥排出管２９を通って生物処理槽へ戻される。
【００１９】
金属２３ａと金属２３ｂのそれぞれ少なくとも一部は、余剰汚泥２１に埋没させる。従って、金属２３ａと金属２３ｂの酸化還元電位の差により、電位の低いアノードとなる金属２３ｂからは、金属イオンが溶出する。余剰汚泥２１に含まれる微生物は、溶出した金属イオンで殺菌され、基質化する。
電流計２４には、入力抵抗の小さいものを用いることが好ましく、例えば北斗電工（株）製の無抵抗電流計ＨＭ−１０４を好ましく用いることができる。
殺菌効果が最も高いのは、金属対の近辺であるが、気泡放出棒２６から金属対の近辺に無数の気泡２５を発生させることにより、余剰汚泥２１は攪拌され、殺菌の終わっていない微生物が金属対の近辺に移動する。
【００２０】
攪拌には、スクリューなどの機械的な手段を用いても良いが、上記のように気泡を利用して攪拌する方が好ましい。酸素を含む気体をバブリングすることにより、余剰汚泥貯留槽２２の内部でも有機物を酸化分解させることができるからである。また、余剰汚泥２１の攪拌は、金属対の周辺で行えば十分である。経済的な負担が大きくなるので、余剰汚泥貯留槽２２の全体に気泡を発生させる必要はない。特に、金属対の周辺の余剰汚泥に上下方向の対流を生じさせることが好ましい。
【００２１】
電流計２４で金属対間を流れる電流量を把握することにより、その電流量から溶出イオン量を推測することができる。その値により、電極対を矢印の方向に上下移動させて、余剰汚泥に接触する金属の面積を増減することにより、金属イオンの溶出量を制御することができる。金属イオンの溶出は、余剰汚泥のｐＨや温度にも依存する。金属イオンの溶出量が少ないと判断した場合には、電極対を矢印の下方へ移動させて、余剰汚泥に埋没する金属対の面積を増加させる。反対に、金属イオンの溶出量が多いと判断した場合には、金属対を矢印の上方へ移動させて、余剰汚泥に埋没する金属対の面積を減少させる。金属対の移動はモータ等で自動的に行うこともできるが、人力で行っても良い。なお、金属対を構成する両方の金属を上下に移動させてもよいが、金属イオンを溶出するアノード側だけを上下に移動させてもよい。
【００２２】
所定量の金属イオンが溶出した時点で、余剰汚泥を生物処理槽に搬送することもできるが、金属イオンによる殺菌効果を十分に得るためには、一定時間放置しておくことが望ましい。従って、金属対の上下移動により金属イオンの溶出量を制御しながら、余剰汚泥貯留槽２２で余剰汚泥を一定時間貯留することが好ましい。
【００２３】
金属対間を導通している導線や導線と金属との接合部は、余剰汚泥に埋没させないことが好ましい。導線や導線と金属との接合部が余剰汚泥で濡れると、導線や接合部と金属との酸化還元電位の差により、導線を構成する銅や接合部の半田などから予想しない金属イオンが溶出する可能性がある。また、導線がアノードとして働く場合には、導線からの金属イオンの溶出により、断線する可能性がある。
【００２４】
金属対のアノード側の重量を測定することにより、重量の軽減分から金属イオンの溶出量を見積もることもできる。ただし、その場合には、余剰汚泥の攪拌により、金属対が浮力や沈降力を受けるので、攪拌をとめた状態で重量を測定することが好ましい。浮力などの影響を受けない点では、前述のように電流量の把握により金属イオンの溶出量を制御する方が簡便である。
【００２５】
余剰汚泥の電導度はイオン総量にほぼ比例することから、余剰汚泥の電導度により、金属イオンの溶出量を見積もることもできる。ただし、金属面が酸化されると酸化還元電位が変化して、極性が逆転してしまうため、金属イオンの溶出の停止を把握することが困難である。一方、電流計により電流量を把握する場合には、金属イオンの溶出・停止を容易に判断できる。なお、電流の流れる方向の反転を検知した場合には、管理者に警報したり、余剰汚泥や気質化汚泥の搬送を止めたり、金属対を余剰汚泥から引き上げたりする。
【００２６】
金属対の形状に特に限定はないが、最も簡単な構造の金属対は、同じ大きさの一対の平板からなる。しかし、アノードとなる金属は、金属イオンの溶出により、徐々に小さくなるため、その面積をカソードの面積よりも大きくすることが好ましい。このようにすれば、金属対のメンテナンスが簡単になる。しかも、より大きな面積から金属イオンが溶出するので、金属イオンと微生物との接触の機会を増やすことが可能になる。
【００２７】
図３に、金属対の一例を示す。図３の金属対３０では、アノード３０ａに比べて、カソード３０ｂの面積が、かなり小さくなっている。このような金属対は安価であり、メンテナンスも容易である。
【００２８】
図４に、金属対の別の一例を示す。図４の金属対４０のカソード４０ｂは、攪拌による余剰汚泥の移動が容易になるように、その全面に貫通孔４１を有している。図４では、アノード４０ａには貫通孔が設けられていないが、アノード４０ａに貫通孔を設けることもできる。このような金属対は、図３の金属対に比べて、電界強度の分布がアノード全面にわたって均一になりやすい。従って、金属イオンの溶出がアノード全面で均一となり、電極をより長く使用できるようになる。
【００２９】
図５に、金属対のさらに別の一例を示す。図５の金属対５０は、筒状のアノード５０ａと、そのほぼ中心に位置するカソード５０ｂからなる。このような構造の場合、アノードの全面にわたって完全に均一な電界分布を形成することが可能である。従って、金属イオンの溶出によるアノードの目減りも均一となり、図４の金属対よりもさらに長い電極寿命を期待できる。また、筒状のアノード５０ａの中空部に沿って余剰汚泥を移動させれば、余剰汚泥の移動がアノードやカソードによって妨げられるのを防止できる。
【００３０】
余剰汚泥に含まれる微生物を殺菌するのに有効な金属イオンとしては、銀イオン、銅イオン、ニッケルイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、鉄イオン、鉛イオン、カドミウムイオン、水銀イオン、パラジウムイオンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。ただし、水質汚染を考慮すると、銀イオン、銅イオン、ニッケルイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、鉄イオン、パラジウムイオンなどを用いることが好ましい。なかでも、銀とパラジウムは高価であり、銅は酸化還元電位が高いので効果的に溶出させることが難しいことから、ニッケルイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオンおよび鉄イオンから選択することが好ましい。
【００３１】
余剰汚泥の殺菌処理で鉄イオンを用いると、微生物の殺菌のみならず、水に含まれているリンを燐酸鉄として沈降分離することができる。従って、リンの除去機能を付加することもできる。鉄イオンを余剰汚泥に溶出させるために腐食が進みやすい安価な鉄素材を用いる場合には、イオン濃度の制御が困難となりやすいので、耐食性の鉄合金を用いることが好ましい。ニッケルイオンは、亜鉛イオン、アルミニウムイオンおよび鉄イオンの１／１０程度の少ない濃度でも殺菌効果を期待できるため、特に好ましい。
【００３２】
これらの金属イオンは、余剰汚泥貯留槽では１〜２００ｐｐｍの濃度になるように制御する。金属イオン濃度が１ｐｐｍ未満では、殺菌効果が不足し、十分な基質化が行えない。また、２００ｐｐｍを超えると、浄水の金属イオン濃度を十分に低減させるためには、多くの基質化汚泥を生物処理槽に戻すことができず、汚泥の削減効果が小さくなる。
【００３３】
浄水の放流先が下水道や河川の場合、生物処理槽における金属イオン濃度は、水道法で認められている基準値以下（銅は３ｍｇ／Ｌ、亜鉛は５ｍｇ／Ｌ、鉄は１０ｍｇ／Ｌ）になるように調整する。その結果、本発明の処理方法で得られる浄水の水質は、従来一般に行われている活性汚泥法によって処理された浄水に比べて劣ることがなく、しかも、従来のような廃棄焼却処分が必要となる余剰汚泥の発生を抑制できる。一般的に、生物処理槽に返送された余剰汚泥は、新しい廃水との混合により５０〜２００倍に薄められるので、例えば、金属イオンを１ｐｐｍ程度以下に抑える場合には、余剰汚泥貯留槽での金属イオン濃度を２００ｐｐｍ程度以下に抑える。
【００３４】
できれば、生物処理槽における金属イオン濃度は、水道法で認められている上記基準値の１／１０以下の濃度とすることが望ましい。例えば、生物処理槽での亜鉛濃度は０．５ｐｐｍ以下とすることが好ましく、新しい廃水による希釈が１００倍であれば、余剰汚泥貯留槽における亜鉛イオン濃度は５０ｐｐｍ以下に制御することが好ましい。
【００３５】
生物処理槽で有機物の分解を十分に行うためには、できるだけ生物処理槽内での金属イオン濃度の上昇を抑えることが好ましい。金属イオンが、生物処理槽内の微生物まで殺菌してしまうのを防ぐためである。そのためには、有機物を含む廃水と基質化汚泥とを予め混合してから生物処理槽に戻すか、生物処理槽を２段以上に区切り、生物処理槽内の微生物の全てが一度に基質化汚泥と混合するのを防ぐことが好ましい。
【００３６】
金属対において、アノードとなる金属には、望む金属イオンを溶出させる金属を採用し、カソードとなる金属には、その金属よりも酸化還元電位の高い金属を採用する。カソードには、水溶液に対する耐腐食性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、金、白金などの貴金属、白金めっきチタン電極などを用いることができる。一方、アノードには、前述した金属イオンを溶出する金属、例えば、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、鉄などを用いることが好ましい。特に、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、鉄を６０％以上含む合金を用いることが好ましい。表１に主な金属の酸化還元電位を示す。また、カソードとなる金属に、金メッキ、白金メッキ等を施すことにより、アノード側の金属との電位差を十分に確保できるとともに、金属対のコストが安価となる。
【００３７】
【表１】
2004141830.tif 000003
【００３８】
アノードに用いる金属が一種だけの場合、ある特定の微生物を殺菌できても、他の殆どの微生物を効率よく殺菌することは難しい。従って、複数の種類の金属イオンを余剰汚泥に溶出させることが好ましい。そのためには、互いに異なる少なくとも２組の金属対を用いることが好ましい。２組以上の金属対を用いる場合、イオン種に応じて殺菌効果が異なるので、各金属対の上下移動のペースは必ずしも同じである必要はない。
【００３９】
金属イオンに亜鉛イオンを用いる場合、亜鉛板をそのまま用いると溶解度が大きく、溶出するイオン量の制御が困難となる。また、イオンの溶出が激しいために応力われなどが生じやすい。そこで、アルミニウムを２０重量％以上含む耐食性の亜鉛合金を用いることが好ましい。このような亜鉛合金板は、余剰汚泥に漬けただけでは応力割れを起こしにくい。好ましくは、例えば、日曹金属化学（株）製のＺＡ２７、ＳＰＺなどを用いることができる。
【００４０】
余剰汚泥内で電流を流しやすくするために、余剰汚泥に含まれる水のｐＨを約５〜６．５または７．５〜９に保持することが好ましい。この際に使用するｐＨ調整剤として硝酸を用いれば、嫌気的雰囲気下において硝酸呼吸性微生物を含む活性汚泥で基質化汚泥を処理する際に、硝酸イオンの添加を省くことができる。また、有機物を含む廃水に塩素が含まれている場合には、陰極側から若干の塩素が発生するため、塩素による殺菌効果を期待できる。
【００４１】
図１では、沈澱槽１４で沈殿させた活性汚泥の一部を余剰汚泥１８として取り出すシステムを示したが、本発明の処理方法を実施するためのシステムは、これに限定されない。例えば、沈澱槽を設けない回分式の活性汚泥法を採用する場合には、活性汚泥を含む廃水の一部を生物処理槽内から取り出して、これを余剰汚泥と見なして上記と同様の基質化を行ってもよい。また、生物処理槽に送る前の新しい廃水を溜めておく原水槽がある場合には、気質化汚泥を原水槽に戻して十分に廃水と混合することもできる。また、余剰汚泥貯留槽内に金属対を配置する代わりに、余剰汚泥貯留槽と連通可能な第２の貯留槽に金属対を配置し、余剰汚泥の一部を第２の貯留槽に移動させ、そこで殺菌処理することもできる。このとき、処理した気質化汚泥を生物処理槽に返送するだけでなく、その一部を余剰汚泥貯留槽に戻すことで、汚泥の殺菌効果を高めることが望ましい。
【００４２】
すなわち、現状の廃水処理システムには種々の形態があるが、どのシステムを採用する場合にも、廃水の処理フローに大きな変更を加える必要はない。余剰汚泥中に金属対を配置し、余剰汚泥の外部で金属対を互いに導通させ、金属イオンを余剰汚泥中に分散させることにより、余剰汚泥中の少なくとも一部の微生物を殺菌する工程を既存のシステムに組み込むだけでよい。
【００４３】
上記の基質化方法の他に、本発明においては、例えば余剰汚泥を超音波により基質化する超音波処理工程を併用することができる。超音波発生機により超音波を発生させる場合の出力は、０．１〜１０ｋＷ程度である。また、超音波で余剰汚泥を処理する時間は１〜３０分間、温度は２０℃〜１００℃であることが好ましい。また、超音波処理工程を行う際には、余剰汚泥に含まれる水のｐＨを３〜１０に調整することが好ましい。
【００４４】
その他、余剰汚泥をオゾンやＵＶ照射で処理する工程、次亜塩素酸ナトリウムの添加により処理する工程、機械的に微生物を破壊する工程を併用することもできる。ＵＶ照射処理を行う際には、光酸化触媒を余剰汚泥に添加することが好ましい。また、オゾンにより処理した後、先に挙げた金属イオンを触媒として、酸化剤による余剰汚泥の酸化分解を行ってもよい。
【００４５】
上記の処理工程で使用するｐＨ調整剤として硫酸、硝酸、燐酸等を用いることができるが、窒素やリンの分解負担をできるだけ軽くするためには、硫酸を加えることが好ましい。また、経済性を考慮すると、廃硫酸を用いることが好ましい。硫酸イオンの使用量は、余剰汚泥の種類により異なるが、活性汚泥中の全有機物質に対して、通常、０．２〜５０％程度とすることが好ましく、活性汚泥中の有機汚濁成分の状態に応じて添加量を適宜に調整すればよい。
【００４６】
図２では、金属イオンを溶出させる金属対が余剰汚泥貯留槽内に配置されているが、図６に示すような構造を用いることもできる。図６では、余剰汚泥移動経路の一部となる配管６１の中空部に、余剰汚泥の移動方向に対して垂直に、アノードとなる金属６２ａおよびカソードとなる金属６２ｂからなる一対の金属対６２が設けられている。余剰汚泥６４は、この配管を通過する際に、金属イオンを含んだ余剰汚泥６５となる。金属６２ａおよび金属６２ｂは、例えば、それぞれメッシュ構造を有する。また、金属６２ａおよび金属６２ｂの配置を逆にしてもよい。
【００４７】
図６の配管によれば、例えば、余剰汚泥貯留槽等に余剰汚泥を搬送する経路上で、金属イオンを余剰汚泥に分散させることができる。この場合、余剰汚泥貯留槽に金属対を配置する必要がなくなり、しかも、ほとんど全ての余剰汚泥に金属イオンと接触する機会が与えられる。従って、殺菌が不均一になるのを避けることができる。また、金属イオンの混入を十分に制御をするために、例えばポンプによって余剰汚泥の搬送速度を調節したり、金属対が配設された配管６１を通らない搬送経路に切り替え可能にしたりすることが好ましい。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明について、実施例および比較例を挙げて更に詳細に説明する。
《実施例１》
図１に示したのと同様の廃水処理システムを採用して有機物を含む廃水の浄化と余剰汚泥の処理を行った。建設したパイロットプラントは、１００リットル／日の規模を有する。汚泥削減装置１９には、２０リットルの余剰汚泥貯留槽、金属対、金属対間に直列に接続された電流計、余剰汚泥を攪拌するための気泡を発生させる気泡放出棒、および気泡放出棒に空気を送り込むポンプを具備する図２に示した汚泥削減装置と類似の装置を用いた。
有機物を含む廃水には、食品工場から排出される廃水を用いた。この廃水のＢＯＤ（ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｏｘｙｇｅｎ　ｄｅｍａｎｄ）は１０００ｍｇ／Ｌ、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｏｌｉｄ：浮遊物質量）は１０００ｍｇ／Ｌ、ノルマルヘキサン抽出物質は４００ｍｇ／Ｌであった。ｐＨは約４であった。
【００４９】
図７を参照しながら、ここで用いた金属対について説明する。アノードとなる金属７１ａには、厚さ３ｍｍの亜鉛合金（７８Ｚｎ−２２Ａｌ、酸化還元電位は−０．７〜−０．６Ｖ、サイズ３ｃｍ×５ｃｍ）板を用いた。カソードとなる金属７１ｂには、厚さ１ｍｍの金メッキを施した銅板（酸化還元電位は＋０．９〜＋１．４Ｖ、サイズ３ｃｍ×５ｃｍ）を用いた。アノードとなる金属７１ａとカソードとなる金属７１ｂからなる金属対７１を２組準備した。２組の金属対は、それぞれ金属７１ａと金属７１ｂとを対向させて、電極治具７２に固定した。このような治具を用いれば、大きな面積の電極を必要とせず、メンテナンスも容易である。治具７２には、木材にポリプロピレンをバインダとして配合した人口木材（木材含有量５５重量％、比重１．１以上）を用いた。金属７１ａと金属７１ｂとの間隔は５ｃｍとした。各金属対は、余剰汚泥に濡れないように、銅線で電気的に接続した。
【００５０】
金属対間に直列に接続する電流計には、北斗電工（株）製の無抵抗電流計ＨＭ−１０４を用いた。金属対を余剰汚泥に埋設すると、電流計は金属対間に電流が流れていることを示した。電流方向の反転はなかったことから、常に亜鉛イオンが放出していると考えられた。電流計の電流値が常に１〜数μＡの電流値を示すように、金属対を上下に移動させ、金属対が余剰汚泥で濡れる面積を増減させた。そのため、汚泥貯留槽中の亜鉛イオン濃度は、常に５〜５００ｍｇ／ｌに制御することができた。なお、金属対を引き上げた後も、気泡放出棒に空気を送り込んで、余剰汚泥の攪拌を継続した。
【００５１】
生物処理槽１２で浄化された浄水１６のＢＯＤは１５、ＳＳは２００、ノルマルヘキサンは３．５であった。また、浄水１６には窒素成分（硝酸）が多く含まれており、ｐＨは５．５と酸性であった。ｐＨ調整剤は用いなかった。
余剰汚泥貯留槽内の余剰汚泥中の亜鉛濃度が１ｍｇ／Ｌでは、ＢＯＤ等を上記にまで低減した浄水１６を得るためには、殺菌に５日を要した。２日未満で殺菌を完了するには、余剰汚泥中の亜鉛濃度を３ｍｇ／Ｌ以上に設定することが必要であった。また、亜鉛イオンが５００ｍｇ／Ｌの場合、２１日間の殺菌後の基質化汚泥を、その５０倍量の廃水と混合しても、生物処理槽１２の生物分解能力が半減することがあった。これは、残留亜鉛イオンにより、生物処理槽１２での生物分解に必要な微生物の一部が殺菌されてしまったためと考える。
【００５２】
基質化汚泥を、その３倍量の廃水と混合してから生物処理槽１２に戻す場合、生物処理槽１２の生物分解能力を低減させないためには、余剰汚泥貯留槽内の亜鉛イオン濃度を３０ｍｇ／Ｌ以下に抑えることが必要であった。また、余剰汚泥貯留槽内の亜鉛イオン濃度を３〜１５ｍｇ／Ｌの濃度に制御することで、下水道法の基準（５ｍｇ／Ｌ）に合致する浄水を得ることができ、しかも余剰汚泥の殺菌処理を行わない場合に比べて余剰汚泥量を８割低減することができた。このことから、本発明によれば、水質を低下させずに、余剰汚泥量を大幅に低減することができることが確認できた。
【００５３】
次に、アノードとなる金属にニッケル板を用いたこと以外、上記と同様の方法で廃水処理を行ったところ、ニッケルイオン濃度が０．５ｍｇ／Ｌでも殺菌効果を確認するとともに、余剰汚泥を削減することができた。
また、厚さ３ｍｍの亜鉛合金板の一枚を厚さ３ｍｍの鉄板（酸化還元電位は−０．４〜−０．３Ｖ）に変更したこと以外、上記と同様の方法で廃水処理を行ったところ、亜鉛イオンの溶出速度は約１／２に低下し、イオン濃度が上がるまでに時間を要したが、鉄イオンも１０ｍｇ／Ｌ程度溶出したため、殆ど同じ殺菌効果が得られた。しかも、余剰汚泥にはリンが４０ｍｇ／Ｌ程度含まれていたが、溶出した鉄イオンにより、燐酸鉄として沈殿し、２５ｍｇ／Ｌ以下に低減することができた。このように、生物処理槽２に蓄積されるリンを低減する効果も確認できた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＢＯＤ負荷量の増加を招くことなく、余剰汚泥の削減を行なうことができ、しかも生物処理槽を有する既存の廃水処理システムのほとんどを有効活用することができる。また、最終的に外部に放流される処理水（浄水）の水質も良好である。本発明の好ましい態様によれば、最終的には余剰汚泥の発生を無くすことも可能であり、また、大型の装置を要さず、残存オゾンの問題もなく、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いるシステムの一例を示す工程図である。
【図２】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いる汚泥削減装置の一例の概略構成図である。
【図３】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いる金属対の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いる金属対の別の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いる金属対のさらに別の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の有機物を含む廃水の処理方法を実施するために用いる金属イオンを溶出させるための金属対を配置した配管の一例の概略構成図である。
【図７】本発明の実施例で用いた金属対を固定した治具の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　基質化汚泥
１１　有機物を含む廃水
１２　生物処理槽
１３　生物処理槽で処理された廃水
１４　沈澱槽
１５　活性汚泥
１６　浄水
１７　返送汚泥
１８、２１、６４　余剰汚泥
１９　汚泥削減装置
２２　余剰汚泥貯留槽
２３、３０、４０、５０、６２、７１　金属対
２３ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６２ａ、７１ａ　アノードとなる金属
２３ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ、６２ｂ、７１ｂ　カソードとなる金属
２４、６３　電流計
２５　気泡
２６　気泡放出棒
２７　ポンプ
２８　余剰汚泥供給管
２９　汚泥排出管
４１　貫通孔
６１　配管
６５　金属イオンを含んだ余剰汚泥
７２　治具
【図１】
2004141830.tif 000004
【図２】
2004141830.tif 000005
【図３】
2004141830.tif 000006
【図４】
2004141830.tif 000007
【図５】
2004141830.tif 000008
【図６】
2004141830.tif 000009
【図７】
2004141830.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月28日(2002.10.28)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図６の配管によれば、例えば、余剰汚泥貯留槽等に余剰汚泥を搬送する経路上で、金属イオンを余剰汚泥に分散させることができる。この場合、余剰汚泥貯留槽に金属対を配置する必要がなくなり、しかも、ほとんど全ての余剰汚泥に金属イオンと接触する機会が与えられる。従って、殺菌が不均一になるのを避けることができる。また、金属イオンの混入を十分に制御するために、例えばポンプによって余剰汚泥の搬送速度を調節したり、金属対が配設された配管６１を通らない搬送経路に切り替え可能にしたりすることが好ましい。