(57)【要約】【課題】  嫌気性処理において発生する汚泥の減容化を行うことができ、しかも色度やＣＯＤの上昇等の処理水質の悪化を防止し、かつ低コストで高処理水質を得ることができる有機性排液の嫌気性処理方法および装置を提案する。【解決手段】  嫌気性処理槽１から槽内液１１を引抜いて膜分離装置２で固液分離して処理液を得、濃縮汚泥の一部５を嫌気性処理槽１に返送し、他の一部１７をオゾン処理槽または高圧パルス放電処理槽等の改質槽３に導いて易生物分解性に改質し、嫌気性処理槽１に返送して嫌気性処理を行い、発生する汚泥を減容化する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に有機性排液（汚泥を除く）をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、
嫌気性処理工程において生成する汚泥をオゾン処理または高圧パルス放電処理により改質する改質工程と、
改質汚泥を嫌気性処理工程に返送する返送工程と
を含む嫌気性処理方法。
【請求項２】
嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に有機性排液（汚泥を除く）をメタン発酵させる嫌気性処理槽と、
嫌気性処理槽において生成する汚泥をオゾン処理または高圧パルス放電処理により改質する改質装置と、
改質汚泥を嫌気性処理槽に返送する返送装置と
を備えた嫌気性処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機性排液を嫌気性微生物を含む汚泥の存在下にメタン発酵させて処理する嫌気性処理方法および装置、特に有機性排液を一相式のメタン発酵により処理して減溶化する嫌気性処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性汚泥、し尿、食品排水等のスラリー状の高濃度有機性排液を嫌気性微生物の存在下に、一相式メタン発酵によって処理する嫌気性処理方法は嫌気性消化法とも呼ばれ、古くから行われている方法である。この方法では有機性物質は嫌気槽において、嫌気性微生物により、液化、低分子化、有機酸生成、メタン生成のステップを経てメタンガスに転換される。一相式のメタン発酵は単一相において酸生成相とメタン生成相が並列的に起こるものであり、従来の下水汚泥の嫌気処理のように発酵槽と脱離液分離槽の２槽に分けて２段処理する場合でも、各槽において酸生成相とメタン生成相が並列的に起こる場合は一相式の処理に含まれる。
【０００３】
このような嫌気性処理においては、未分解物質および嫌気性微生物を主体とする大量の汚泥が生成する。この汚泥は生きた菌体を主体とするため、生物学的には安定しており、さらに生物処理を行って大幅に減量化することは困難であり、従来は機械脱水して焼却、埋立等により処理されていた。
【０００４】
嫌気性処理により生成する汚泥量を減容化する方法として、特許文献１には、嫌気性消化した汚泥を１００〜１８０℃で加熱処理した後、この加熱処理汚泥を嫌気消化槽に返送する有機性汚泥の処理方法が記載されている。
しかし、このような従来の方法では汚泥の減容化は可能であるが、可溶化処理の条件が高温で厳しいため、難生物分解性の有機物が生成して処理液の色度やＣＯＤが上昇して処理水質が悪化し、しかも耐熱性、耐圧性の高い装置を必要とし、エネルギー消費量が多く、コスト高になるという問題点がある。
【０００５】
一方、有機性排液の好気性処理（活性汚泥処理）により生成する余剰汚泥を減容化する方法として、特許文献２には、汚泥をオゾン処理して曝気槽に返送する方法が記載されている。
しかしこの方法は好気性処理に関するものであり、嫌気性処理における適用の可能性については開示されていない。
【特許文献１】特開平１−２２４１００号
【特許文献２】特開平６−２０６０８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点を解決するため、処理水質の悪化を抑制し、しかも簡単な装置と操作により低エネルギー消費量かつ低コストで汚泥の減容化を行うことができる有機性排液の嫌気性処理方法および装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は次の有機性排液の処理方法および装置である。
（１）  嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に有機性排液をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、
嫌気性処理工程において生成する汚泥をオゾン処理または高圧パルス放電処理により改質する改質工程と、
改質汚泥を嫌気性処理工程に返送する返送工程と
を含む嫌気性処理方法。
（２）  嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に有機性排液をメタン発酵させる嫌気性処理槽と、
嫌気性処理槽において生成する汚泥をオゾン処理または高圧パルス放電処理により改質する改質装置と、
改質汚泥を嫌気性処理槽に返送する返送装置と
を備えた嫌気性処理装置。
【０００８】
本発明において処理の対象となる有機性排液は、嫌気処理によって処理される有機物を含有する排液（汚泥を含む）である。固形物を含むスラリー状のものが処理に適しているが、固形物を含まない液状のものでもよい。また難生物分解性の有機物、無機物、セルロース、紙、綿、ウール布、し尿中の固形物などが含有されていてもよい。このような有機性排液としては下水、下水初沈汚泥、し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水、ビール廃酵母その他の産業排液、これらの排液を処理した際に生じる余剰汚泥等の汚泥などがあげられる。
【０００９】
嫌気性処理工程は嫌気性処理槽において嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に有機性排液をメタン発酵させる工程であって、酸生成相とメタン生成相とが単一相で起こる一相式のメタン発酵工程であり、発酵槽と脱離液分離槽とを分けてそれぞれにおいて酸生成相とメタン生成相を行う二段階処理を行う場合も含まれる。このため嫌気性微生物を含む汚泥は酸生成菌とメタン生成菌を含む汚泥が用いられる。この工程では有機性物質は、嫌気性処理槽において嫌気性微生物により液化→低分子化→有機酸生成→メタン生成のステップによりメタンガスに転換される。
【００１０】
メタン発酵の条件としては、３５℃付近に最適温度がある中温メタン生成菌、および５５℃付近に最適温度を有する高温メタン生成菌が増殖するいずれの温度条件も可能である。中温メタン生成菌は増殖速度が遅いため滞留時間（ＳＲＴ）が長くなるが、比較的低温での処理が可能であるため加温および保温のための設備が簡単になる。これに対して高温メタン生成菌の場合は加温および保温の設備が必要になるが、増殖速度が速いため滞留時間が短くなり、短時間での処理が可能になる。
【００１１】
中温メタン生成菌を主体とする場合は増殖速度がおそいため、嫌気性処理槽での汚泥の滞留時間は１０日以上、望ましくは１５〜３０日程度が必要である。これに対して高温メタン生成菌を主体とする場合は増殖速度が速いことから、上記範囲よりも短い滞留時間（例えば最小滞留時間として５日以上）とすることも可能である。有機物負荷は０．６〜１．６ｋｇ−ＶＳＳ／ｍ3・日、嫌気性処理槽内のＭＬＳＳ濃度は５，０００〜１００，０００ｍｇ／ｌ、好ましくは３０，０００〜６０，０００ｍｇ／ｌ、嫌気性処理温度は３０〜３８℃または４５〜６０℃の条件で嫌気性処理することができる。
【００１２】
嫌気性処理工程には、膜分離装置、デカンター、ろ過装置などの固液分離装置を用いる固液分離工程を組合わせることができる。固液分離工程では嫌気性処理槽内液の固液分離を行い、分離液を処理液として排出するとともに、濃縮汚泥を嫌気性処理槽に戻すように構成される。膜分離を利用する場合は、中空糸、チューブラー、平膜などの種々の膜形式が利用できる。また膜分離は固形物を分離することが目的であるため、ＭＦ、ＵＦなどの比較的大きなポアサイズを有する膜が好ましい。
【００１３】
改質工程はこのような嫌気性処理工程における処理系から生物汚泥の一部を改質装置において、オゾン処理またはパルス放電処理により易生物分解性に改質する工程である。生物汚泥を引抜く場合、固液分離装置で分離された濃縮汚泥を引抜いて改質処理するのが好ましいが、嫌気性処理槽から混合液の状態で引抜いて処理してもよい。また場合によっては嫌気性処理槽内にこれらの改質装置を設けることもできる。
【００１４】
オゾン処理は、汚泥をオゾンと接触させることにより行う。接触方法としては、オゾン処理槽に消化汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。オゾンの使用量は０．００５〜０．０４ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．０１〜０．０３ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳとするのが望ましい。充填層を用いる場合は充填層のＳＶを１〜１０ｈｒ-1、望ましくは３〜６ｈｒ-1とするのが好ましい。
【００１５】
高電圧のパルス放電処理は、電極間隔３〜１０ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍのタングステン／トリウム合金等の＋極と、ステンレス鋼等の−極間に汚泥を存在させ、印加電圧１０〜５０ｋＶ、好ましくは２０〜４０ｋＶ、パルス間隔２０〜８０Ｈｚ、好ましくは４０〜６０Ｈｚでパルス放電を行い、汚泥は順次循環させながら処理を行うことができる。
【００１６】
嫌気性処理槽から引抜いて改質を行う汚泥量は、汚泥の減容効果を確保するために少なくとも嫌気性処理槽へ投入する固形物量と同等以上、好ましくは２倍以上が良い。例えば１５日滞留の嫌気性処理槽であれば、循環比は１／１５ｄａｙ-1以上、好ましくは２／１５ｄａｙ-1以上とすることができる。循環比の上限値は有効な嫌気性処理の確保の点から、１日あたり嫌気性処理槽の全保有汚泥量の１／１５以下、好ましくは１／１５〜１／５０の量（固形分重量）に相当する量とするのが望ましい。
【００１７】
このように引抜く汚泥の量を投入する固形物量の１倍以上の量とすることにより、処理系全体としての汚泥の減容化を高くすることができ、また嫌気性処理槽の全保有汚泥量の１／１５以下とすることにより、嫌気性処理槽全体としての汚泥活性を高く維持した状態で嫌気性処理を有効に行うことができる。
嫌気性処理槽が発酵槽と脱離液分離槽の２個に分けられた２段処理の場合には、改質処理のための汚泥の引抜は１段目、２段目いずれからでもよい。
【００１８】
返送工程は改質工程で改質された汚泥を嫌気性処理工程に返送する工程であり、嫌気性処理工程から汚泥を引抜く場合はこの引抜と返送を組合せて循環工程とすることができる。嫌気性処理槽内において改質を行う場合は、嫌気性処理槽内の液が循環するように構成する。
【００１９】
本発明の嫌気性処理装置による処理方法は、嫌気性処理工程において、有機性排液を嫌気性処理槽に導入して、嫌気性微生物を含む汚泥と混合して嫌気性処理を行い、メタン発酵を起こさせる。ここでは有機性物質は液化、低分子化、有機酸生成、メタン生成のステップを経てメタンガスに転換される。嫌気性処理槽内の液は固液分離装置において固液分離し、分離液は処理液として排出し、濃縮汚泥は嫌気性処理槽に返送する。
【００２０】
上記嫌気性処理槽内の汚泥を含む液または濃縮汚泥の一部は改質装置において、オゾン処理または高圧パルス放電処理により易生物分解性に改質する。嫌気性処理工程では汚泥中の微生物の増殖により菌体が増加するが、生きている菌体を濃縮して嫌気性処理槽に戻しても消化による減容化には限度がある。
【００２１】
ところが改質装置においてオゾン処理または高圧パルス放電処理等により改質を行うことにより汚泥中の菌体は死滅し、その他の有機物とともに分解されて、低分子の有機物および一部無機物が生成し、易生物分解性に改質される。このような改質汚泥は嫌気性処理槽に循環することにより、嫌気性微生物の基質として利用され分解される。
これにより汚泥は減容化され、余剰汚泥として排出される汚泥量は減少する。
【００２２】
嫌気性処理工程から余剰汚泥として排出される汚泥を全量改質して循環しても、これを資化して汚泥が増殖するため、嫌気性処理槽内の汚泥は増量していき、一部の汚泥を余剰汚泥として排出しなければならず、排出汚泥をゼロに近づけることはできない。そこで余剰汚泥量がゼロとなるように、余剰汚泥として発生する汚泥量より多い汚泥を抜出し、これを改質処理して循環すると、過剰に抜出した汚泥量と増殖した汚泥量がバランスし、見掛上汚泥の増加量がゼロに近づく。この場合でも無機化した汚泥の蓄積を避けるために、最小限の消化汚泥を排出するのが望ましい。
【００２３】
このように過剰の汚泥を改質処理すると、消化効率は低下するが、嫌気性処理槽では通常ＳＲＴを１５日程度と比較的長くとって運転されるため、改質処理によりＳＲＴが短くなっても余裕のある運転が可能であり、効率の低下はそれほど重大ではない。
【００２４】
嫌気性処理工程の処理液はそのまま下水等へ放流することができるが、好気性生物処理その他の後処理を行ったのち放流してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の嫌気性処理方法および装置によれば、嫌気性処理槽における嫌気性処理工程で生成する汚泥をオゾン処理または高圧パルス放電処理により改質して嫌気性処理を行うため、色度やＣＯＤが上昇するなどの処理水質の悪化を抑制して汚泥の減容化を行うことができる。また従来の加熱処理と比べてエネルギー消費量を少なくすることができ、かつ耐熱性および耐圧性の高い装置を使用する必要がなくなり、このため低コストでの処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１および図２はそれぞれ別の実施の形態の嫌気性処理装置を示す系統図であり、図１は嫌気性処理液を固液分離装置により濃縮した濃縮汚泥を改質する例、図２は嫌気性処理槽内の混合液を改質する例を示している。
【００２７】
図１において、１は嫌気性処理槽、２は固液分離装置としての膜分離装置、３は改質槽である。
図１の処理装置では、嫌気性処理槽１は被処理液路４から有機性排液を導入し、返送汚泥路５を通して返送される返送汚泥および嫌気性処理槽１内の嫌気性生物汚泥と混合し、攪拌器６により緩やかに攪拌しながら嫌気性処理を行うように構成されている。ここで行われる嫌気性処理により、被処理液中の有機物は酸生成菌およびメタン生成菌により分解される。生成するメタンガスを含む消化ガスは排ガス路７から排出する。
【００２８】
膜分離装置２は、嫌気性処理槽１内の混合液の一部は連絡路１１から取出し、ポンプ１２で加圧して膜分離装置２に導いて、分離膜１３により膜分離するように構成されている。ここで行われる膜分離により透過液１４と濃縮汚泥１５とに分離される。透過液１４は処理液として処理液路１６から系外に排出される。濃縮汚泥１５の一部は濃縮液取出路１７から取出して改質処理槽３に導入し、残部の一部または全部は返送汚泥路５から嫌気性処理槽１に返送される。余剰汚泥が生じる場合は余剰汚泥排出路１８から系外へ排出される。
【００２９】
改質槽３はオゾン処理槽が用いられており、充填層２１に濃縮汚泥１５を通過させ、オゾン発生器２２からオゾンを吹込んで接触させてオゾン処理することにより汚泥が改質される。改質汚泥は改質汚泥路２３から嫌気性処理槽１に戻し、嫌気処理する。こうして改質により易生物分解性に改質された固形分が嫌気性処理槽１で消化され、処理系から生じる余剰汚泥が減容化する。
【００３０】
図２の処理装置は、嫌気性処理槽１内の混合液の一部を引抜汚泥として汚泥引抜路２４から引抜き、この引抜汚泥を改質槽３に導入して改質処理を行うように構成される。改質槽３は高圧パルス放電処理を行うように構成され、＋極２５および−極２６間に電源装置２７から高圧パルスを印加して放電を行い、汚泥を改質させる。膜分離装置２の濃縮汚泥は嫌気性処理槽１に返送される。
【００３１】
図１および図２では、固液分離装置として膜分離装置２を使用しているが、沈殿装置、遠心分離装置などの他の固液分離装置を採用することもできる。また図１では、返送汚泥路５からの汚泥の返送を省略することもできる。
【実施例１】
【００３２】
実施例１、比較例１
有効容量２ literのジャーファーメンターを用いて、液量１．２ literの嫌気性処理槽とし、下水処理場の余剰汚泥をＴＳとして約２重量％に濃縮した原泥を１日に１回８０ｍｌずつシリンジで供給した。嫌気性処理槽には分画分子量３万、膜面積１７７ｃｍ2の平膜モジュールを有する膜分離装置を接続して、ポンプで循環しながら１日に８０ｍｌずつ槽内液をろ過し、槽内液量が一定になるように循環した。嫌気性処理槽は温度３５℃で制御し、種汚泥としてＵＡＳＢのグラニュールを約５０ｍｌ添加した。
【００３３】
実施例１では改質処理槽として高圧パルス放電装置を用い、１日に１回、原泥供給量と同一量の汚泥８０ｍｌをシリンジで引抜き、容量１５０ｍｌのセル中に導入し、タングステン／トリウム合金製の＋極とステンレス鋼製の−極間に、電極間隔：５ｍｍ、印加電圧：３０ｋＶ、パルス間隔：５０Ｈｚで１０分間高圧パルス放電を行って改質処理した後に嫌気性処理槽に戻した。
【００３４】
比較例１として改質処理を全く行わないものも同時にテストして、槽内の汚泥濃度の変化を比較した。ガス発生量の経日変化を図３に、ＴＳ濃度の経日変化を図４に示す。これらの結果から、実施例１では比較例１に比べて汚泥の分解率が高まり、実質的に余剰汚泥がほとんど出ない程度まで減容化されていることがわかる。
【実施例２】
【００３５】
実施例２
実施例２では実施例１における改質処理槽としてオゾン処理槽を用い、１日に１回、原泥供給量と同一量の汚泥８０ｍｌをシリンジで引抜き、オゾン注入率を０．０５ｇ−Ｏ3／ｇ−ＴＳの条件でオゾン処理して改質処理した後に嫌気性処理槽に戻した。
実施例１と同様にテストして、オゾン処理を全く行わない比較例１と槽内の汚泥濃度の変化を比較した。
【００３６】
その結果、実施例１と同様、オゾン処理を施した実施例２は嫌気性消化槽内の汚泥濃度はＴＳとして１．８重量％で安定していたが、比較例１は継続して上昇し運転開始３０日目には５重量％以上に達した。これらの結果から、実施例１と同様に、実施例２でも比較例１に比べて汚泥の分解率が高まり、実質的に余剰汚泥がほとんどでない程度まで減容化されていることが明かである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の嫌気性処理装置を示す系統図である。
【図２】本発明の他の実施形態の嫌気性処理装置を示す系統図である。
【図３】実施例１および比較例１のガス発生量の経日変化を示すグラフである。
【図４】実施例１および比較例１のＴＳ濃度の経日変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  嫌気性処理槽
２  膜分離装置
３  改質槽
４  被処理液路
５  返送汚泥路
６、２２  攪拌器
７  排ガス路
１１  連絡路
１２  ポンプ
１３  分離膜
１４  透過液
１５  濃縮汚泥
１６  処理液路
１７  濃縮液取出路
１８  余剰汚泥排出路
２１  充填層
２２  オゾン発生器
２３  改質汚泥路
２４  汚泥引抜路
２５  ＋極
２６  −極
【図１】
2004209479.tif 000002
【図２】
2004209479.tif 000003
【図３】
2004209479.tif 000004
【図４】
2004209479.tif 000005