(57)【要約】【課題】汚泥中に存在する微生物細胞中の水分および微生物凝集体中の水分を取り出すことにより、汚泥中の水分分離を容易にさせ、含水率を低減することにより汚泥量を減少させる方法および汚泥処理システムの提供。【解決手段】汚泥を高圧で衝突させたのち脱水することを特徴とする汚泥の脱水方法および汚泥処理システム。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を高圧で衝突させたのち脱水することを特徴とする汚泥の脱水方法。
【請求項２】
汚泥を（１０〜１５０）×１０６パスカル（以下、ＭＰａという。）の高圧で衝突させることを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法。
【請求項３】
汚泥を、１５０〜２００ミクロンの径を持つフィルターを通過させた後、２以上の方向に分岐させ、１０〜１５０ＭＰａの高圧にて互いに衝突させることを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法。
【請求項４】
曝気槽、沈殿槽からなる汚泥処理システムにおいて、汚泥の脱水工程前の何れかの工程中に、汚泥を高圧で衝突させる工程を含むことを特徴とする汚泥の脱水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種製造業から発生する汚泥の含水率を低減し、減量化させる方法に関するものであり、詳しくは汚泥を高圧で衝突させ、汚泥中の微生物の細胞壁を破損させることおよび微生物凝集体を再分散させることにより脱水率を向上させる方法および汚泥処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥処理量は年々増加しており、産業廃棄物としての汚泥量を減少させることは社会的要請である。産業廃棄物としての汚泥量を減少させるために、汚泥中の水分を分離させ汚泥量を減少させるさまざまな研究が行われてきている。
従来、下水や工場排水等の水処理には、活性汚泥法に代表される微生物を利用した生物処理方法が行われている。しかし、従来行われている１つの方法であるベルト脱水機での脱水では約８０％の水分が残存し、廃棄効率を上げるためにも更なる脱水方法が求められている。例えば、特開平７−３１９９９号公報には、スクリーンによる予備濃縮装置を持ったスクリュープレスを用いて有機汚泥の脱水を行うにあたり、高分子凝集剤含水物相を包含した予備濃縮汚泥をスクリュープレスに供給する汚泥脱水法が提案されている。このような方法によってもなお含水率は４６％以上となっている。
また、汚泥削減率を８０％以上とする技術として種種研究開発が進められ、その中には、オゾン法、超音波法、ミル法、アルカリ処理法等がある。
オゾン法は汚泥をオゾン反応槽で反応させた後、曝気槽に返送させる処理方法であるが、長い滞留時間が必要であることや大型化が難しいという問題がある。
超音波法はアルカリと超音波により汚泥を可溶化し曝気槽に返送させる処理方法であるが、大型化が困難であるという問題がある。
ミル法は汚泥をミルにより破砕し曝気槽に返送させる処理方法であるが、ビースと汚泥の分離が困難であると共に冷却の必要がある。
アルカリ処理法は汚泥をアルカリ剤により可溶化し曝気槽に返送させる処理方法であるが、廃ソーダ液の処理の問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、汚泥中に存在する微生物の細胞壁の破損および微生物凝集体を再分散させることにより、汚泥中の水分分離を容易にさせ、汚泥量を減少させる方法およびそのシステムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、汚泥中の水分として、微生物細胞中の水分と、微生物の凝集体間に保持された水分の２種類の水分が含んでいることに着目し、細胞の破壊による方法（細胞膜への作用）と同時に凝集体を再分散させる方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明の第１は、汚泥を高圧で衝突させたのち脱水することを特徴とする汚泥の脱水方法に関する。
本発明の第２は、汚泥を（１０〜１５０）ＭＰａの高圧で衝突させることを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法に関する。
本発明の第３は、汚泥を、１５０〜２００ミクロンの径を持つフィルターを通過させた後、２以上の方向に分岐させ、１０〜１５０ＭＰａの高圧にて互いに衝突させることを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法に関する。
本発明の第４は、曝気槽、沈殿槽からなる汚泥処理システムにおいて、汚泥の脱水工程前の何れかの工程中に、汚泥を高圧で衝撃させる工程を含むことを特徴とする汚泥の脱水処理システムに関する。
【０００６】
本発明の汚泥とは、下水処理や工場廃水処理の過程で発生する水分９９〜９５％程度を含む浮遊性の汚濁物質をいう。廃水中の浮遊物質が沈降分離された沈澱汚泥、生物処理から発生する微生物が沈降分離された余剰汚泥を含む。
本発明の処理方法は、
汚泥中の微生物→高圧衝撃処理→微生物凝集体の分散と汚泥中の微生物細胞膜を破壊し細胞質を溶出（微生物細胞中の脱水が容易になる）→脱水機→脱水汚泥含水率低減→汚泥減容へとつながる。
本発明が適用可能な汚泥の種類としては、各種製造業における製造過程で工場排水を生物処理する際に発生する汚泥ならば処理可能である。たとえば、石油精製プロセスから発生する汚泥、食品産業、製紙産業から発生する汚泥等がある。
また汚泥としては、プラント排水を生物処理後沈殿槽にて沈殿して得られる汚泥に対して処理可能である。
なお、生物処理から発生する微生物が沈降分離したものである余剰汚泥は特に好ましい。
【０００７】
本発明は、汚泥を２以上の方向に分岐させ、１０〜１５０ＭＰａの高圧にて互いに衝突させる。
この方法を用いて、汚泥中の微生物の細胞膜を破壊し細胞質を溶出させ、微生物の凝集体を再分散させることにより、水と固形分をさらに分離させることが容易になる（脱水率が向上）。また同時に汚泥の微細化も実現できるため、曝気槽に返送することで好気的分解が可能になり、汚泥発生量の減少につながる。
また、処理する汚泥中の粒子は、好ましくは２００ミクロン以下、更に好ましくは１５０ミクロン以下が好ましい。このため、汚泥は処理前に１５０〜２００ミクロンの径を持つフィルターを通過させておくことが好ましい。
なお、微細化したい対象物質や微生物の大きさが２００ミクロンを超える場合は、ゴミ取りの（ストレーナー）付帯設備を設ければ問題はない。
２００ミクロン以上の粒子がある場合でも、当該高圧衝突装置は使用できるが、ストレーナーで分離させる方がその経済性から好ましい。
この方法により、脱水機フィード中の微生物を超微粒化、破壊することにより細胞質を溶出させ、更に微生物凝集体を再分散させることにより、脱水汚泥中の水分を大幅に減らすことが出来た。
【０００８】
図１は、本発明において使用される高圧衝突装置の概念図である。
タンク１へ汚泥を供給し、タンク中段に設けられた１５０〜２００ミクロンの径を持つフィルター２を通して高圧室３に送られ高圧ポンプ４により加圧された液は導管５により２以上の方向に分岐せしめ、ジェネラータ６内の衝突部７で衝突せしめることにより、微生物を超微粒化、破壊することにより細胞質を溶出させ、更に微生物凝集体を再分散させることができる。このように処理された汚泥は排出管８を通して次の工程へ移動する。高圧ポンプ４による加圧は、１０〜１５０ＭＰａが好ましい。
１０ＭＰａ以下では汚泥中の微生物を破壊することは難しく、また、１５０ＭＰａ以上では装置コストおよびエネルギーコストの点から好ましくない。
【０００９】
図２は、本発明の汚泥処理法を返送汚泥に実施する場合の説明図である。
工場排水は、導管９により曝気槽１０に搬入される。曝気槽１０は空気導入ポンプ１１による空気泡発生装置を有している。曝気槽１０中で生物処理された工場排水は、次いで沈殿槽１２に送られ、ここで、汚泥１３と処理水１４とに分離される。分離された汚泥１３は、送入管１５を通して脱水装置に送られ、脱水装置分離液と脱水ケーキとに分けられる。沈殿槽１２で分離された汚泥の一部は曝気槽１０の最適汚泥濃度を維持するため、曝気槽１０に返送するための導管１６を有する。この導管を分岐せしめ、返送汚泥の一部は導管１７を通して高圧衝撃装置１８に送り、ここで高圧衝撃処理した後、曝気槽１０に返送もしくは送入管１９を通して脱水装置２０に送られる。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００１１】
実施例１
石油精製工程において生じた工場排水を曝気槽において生物処理し、生物処理工場排水を沈殿槽に送り、沈殿槽下部に沈降した汚泥からその１リットルを取り出し、図１に示した高圧衝突装置のタンク上部に注入し、２００ミクロンの径を持つフィルターを通過せしめた後、高圧室に送り、高圧ポンプにより４０ＭＰａに加圧せしめた後、ジェネレータ内の衝突部で衝突せしめ、排出管を通して取り出した。
得られた汚泥懸濁液をろ紙目開き１．２μｍのろ紙を用いて吸引濾過し、濾過残渣を１００℃のオーブン内で２時間乾燥後、デシケータ内で３０分冷却することにより室温とし、秤量した。乾燥前の吸引濾過残渣の含水率に対し３８％まで含水率を低下することができた。
比較の為に高圧衝撃装置による処理前の汚泥懸濁液を同様に吸引濾過し、含水率を測定したところ７８％の含水率を示した。
図３は、高圧衝突処理前の汚泥懸濁液の顕微鏡写真である。
図４は、高圧衝突処理後の汚泥懸濁液の顕微鏡写真である。
この顕微鏡写真によると、高圧衝突処理前の汚泥懸濁液には、図３に示されるように径５０〜１００μｍの粒子が散見されたが、処理後には図４に示されるように、このような大きさのものは見られず、微生物が破壊され、径が小さくなっていることが判明した。
【００１２】
実施例２
実施例１における高圧ポンプによる加圧を３０ＭＰａとした以外は実施例１と同様の実験を行った。得られた試料に対して遠心分離テストを実施し、試料の状態を確認した。
排出管から得られた試料１００ｃｍ３を回転数１５００ｒｐｍで１５分間処理したところ、汚泥容量は２０ｃｍ３となった。これに対して、高圧衝撃処理前の汚泥容量は３０ｃｍ３であった。図５は、遠心分離法による上澄み液の色および汚泥容量の変化を示す写真である。写真右側は高圧衝突処理前の上澄み液および汚泥容量を示し、写真左側は高圧衝突処理後の上澄み液および汚泥容量を示す。
遠心分離法による上澄み液の色は、高圧衝突処理前は無色透明であったが、処理後は茶色になっていた。このことから、高圧衝突処理により汚泥が破壊され、遠心分離法では分離できない微粒子が生成していたことが分かった。
【００１３】
【発明の効果】
本発明により、汚泥脱水率５０％以上を実現し、かつ迅速大量処理が可能な実用化技術を開発したことにより、汚泥の大幅な削減が可能な方法および汚泥処理システムを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において使用される高圧衝突装置の概念図である。
【図２】本発明の汚泥処理法を返送汚泥に実施する場合の説明図である。
【図３】高圧衝突処理前の汚濁懸濁液の顕微鏡写真である。
【図４】高圧衝突処理後の汚濁懸濁液の顕微鏡写真である。
【図５】遠心分離法による上澄み液の色を示す写真である。
【符号の説明】
１　タンク
２　フィルター
３　高圧室
４　高圧ポンプ
５　導管
６　ジェネラータ
７　衝突部
８　排出管
９　導管
１０　曝気槽
１１　空気導入ポンプ
１２　沈殿槽
１３　汚泥
１４　処理水
１５　送入管
１６　導管
１７　導管
１８　高圧衝突装置
１９　送入管
２０　脱水装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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