(57)【要約】【課題】余剰汚泥発生量を効果的に減少する。【解決手段】沈殿槽１８の沈殿汚泥を機械的撹拌を行う高速撹拌分散機２４に流入し、ここで汚泥を分散処理し汚泥を小径化する。そして、分散処理汚泥を前段反応槽１０に流入し、ここで原水と接触させる。分散処理した汚泥は活性化しており、前段反応槽１０において効率的なＢＯＤ処理が行え、生物処理槽のＢＯＤＳＳ負荷が減少し、汚泥発生量が減少する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を微生物により処理する生物処理手段と、
この生物処理手段からの生物処理水を固液分離処理し、固形分が除去された処理水を排出する固液分離手段と、
この固液分離手段で分離された汚泥を前記生物処理手段へ返送する返送手段と、
前記固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を機械的に撹拌することで汚泥フロックを小径化する分散処理を行う分散処理手段と、
を有し、
分散処理手段で分散処理した汚泥を前記生物処理手段に返送することを特徴とする有機性排水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記生物処理手段の前に前段反応槽を有し、
この前段反応槽に前記分散処理した汚泥を流入し、この前段反応槽で有機性排水と反応させ、この反応処理水を前記生物処理手段に流入することを特徴とする有機性排水処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記前段反応槽における、分散処理した汚泥と前記有機性排水との反応時間は２時間以上であることを特徴とする有機性排水処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の装置において、
前記前段反応槽における溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以上に維持することを特徴とする有機性排水処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置において、
前記分散処理手段は、スタティックミキサであることを特徴とする有機性排水処理装置。
【請求項６】
有機性排水を生物処理手段に流入し、ここで生物処理して得られた生物処理水を固液分離手段に流入しここで固液分離処理して固形分が除去された処理水を排出するとともに、分離された前記生物処理手段へ返送する有機性排水処理方法であって、
前記固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を分散処理手段に流入し、ここで機械的に撹拌することで汚泥フロックを小径化する分散処理を行い分散処理した汚泥を前記生物処理手段に返送することを特徴とする有機性排水処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
前記生物処理手段の前に前段反応槽を有し、
この前段反応槽に前記分散処理した汚泥をこの前段反応槽で有機性排水と混合した後、この反応処理水を前記生物処理手段に流入することを特徴とする有機性排水処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
分散処理した汚泥についての前記前段反応槽への流入を有機性排水の流入が停止したときには停止し、有機性排水の流入が再開したときに再開することを特徴とする有機性排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や工場から流出する有機性排水を活性汚泥などで生物処理する有機性排水処理装置およびその方法、特に汚泥発生量の抑制に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、下水や産業排水等の有機性排水については、活性汚泥法などの生物処理が一般的である。ここで、この生物処理においては、その処理に伴い増殖した微生物を主体とした余剰汚泥が発生する。この余剰汚泥は、産業廃棄物の半分程度を占めるとされているが、埋め立て処分場が逼迫しているなどのことからこの余剰汚泥を減量化することが急務となっている。
【０００３】
図５に、活性汚泥処理の処理フローを示す。このように、原水は、生物処理槽（曝気槽）１４に流入される。この生物処理槽１４には、返送汚泥が供給されるとともに、ブロア１６からの空気により槽内が曝気撹拌され好気的条件下におかれている。そこで、汚泥中の好気性微生物により原水中の有機物が除去される。
【０００４】
生物処理槽１４からの生物処理水は、沈殿槽１８に流入され、ここで汚泥が沈降分離され、上澄みが処理水として排出される。また、沈殿槽１８の沈殿汚泥は、返送汚泥ポンプ２０によって、生物処理槽１４に返送汚泥として返送される。そして、沈殿汚泥の一部が余剰汚泥として排出される。
【０００５】
この余剰汚泥を減量化する方法として、汚泥をオゾン、酸化剤、超音波、機械的破砕などの手段で可溶化し、その後生物処理槽に戻して無機化することで汚泥を減らす手法が実用化されている。
【０００６】
また、この他の手法として、汚泥を高圧ポンプで加圧後、低圧部に噴出することでキャビテーションを生じさせて汚泥を破砕するウォータージェット方式により、汚泥を分散、微細化することで、汚泥の自己酸化・分解を促進することで汚泥を減容化することが提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献】
特開２００１−３１４８８７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、汚泥を可溶化後に生物処理槽で無機化する手法においては、汚泥の可溶化設備費が高いという問題がある。さらに、可溶化した汚泥が生物処理の負荷になるため、既設の生物処理槽の負荷に余裕がないと汚泥減容化処理装置を導入できないという問題や、可溶化処理により生物難分解性の有機物が上昇したり、窒素やリンが溶出するため、生物処理水質におけるＣＯＤ、窒素、リンなどが悪化するなどの問題点があった。
【０００９】
また、ウォータージェット方式を用いた汚泥の減容化では、上記の課題が解消できる原理ではあるが、キャビテーション状態にするために通常少なくとも３ＭＰａ程度の高圧ポンプが必要であり、処理するためのランニングコストが高く経済的に実用的ではないという問題があった。また、高圧を発生するためには、必然的にジェットノズルの孔径が小さくなる。従って、ノズルに汚泥が詰まりやすく、長期間安定した連続運転ができないということも問題であった。
【００１０】
本発明は、比較的経済的な手法で、余剰汚泥の発生が少ない生物処理を安定して実現する有機性排水処理装置および方法に関する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機性排水を微生物により処理する生物処理手段と、この生物処理手段からの生物処理水を固液分離処理し、固形分が除去された処理水を排出する固液分離手段と、この固液分離手段で分離された汚泥を前記生物処理手段へ返送する返送手段と、前記固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を機械的に撹拌することで汚泥フロックを小径化する分散処理を行う分散処理手段と、を有し、分散処理手段で分散処理した汚泥を前記生物処理手段に返送することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、有機性排水を生物処理手段に流入し、ここで生物処理して得られた生物処理水を固液分離手段に流入しここで固液分離処理して固形分が除去された処理水を排出するとともに、分離された前記生物処理手段へ返送する有機性排水処理方法であって、前記固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を分散処理手段に流入し、ここで機械的に撹拌することで汚泥フロックを小径化する分散処理を行い分散処理した汚泥を前記生物処理手段に返送することを特徴とする。
【００１３】
このように、本発明では、機械的に撹拌することで汚泥フロックを小径化する分散処理を行い、この分散処理によって微生物を活性化する。従って、この活性化された汚泥が原水と接触されることで、生物処理の処理能力が増大し、汚泥（菌体）の増殖が抑制される。分散化されている汚泥は、生物処理手段で原生生物に捕食されやすく、これによって汚泥の増殖量が抑制されるという効果も得られる。
【００１４】
ここで、本発明における分散処理は、機械的な撹拌であり、ウォータージェットのようにキャビテーションを発生させる処理ではない。従って、高圧のポンプや小径のノズルを必要としない。
【００１５】
本発明は、前記生物処理手段の前に前段反応槽を有し、この前段反応槽に前記分散処理した汚泥を流入し、この前段反応槽で有機性排水と反応させ、この反応処理水を前記生物処理手段に流入することが好適である。この構成によって、分散活性化した汚泥が効率よく原水中の有機物を処理し、従って生物処理手段における有機物負荷が小さくなり、汚泥の減量化を効果的に行うことができる。
【００１６】
なお、前記前段反応槽としては既存の原水調整槽を利用することが好ましい。
【００１７】
また、前記前段反応槽における、分散処理した汚泥と前記有機性排水との反応時間は２時間以上であることが好適である。
【００１８】
また、前記前段反応槽における溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以上に維持することが好適である。
【００１９】
また、前記分散処理手段は、スタティックミキサであることが好適である。
【００２０】
また、分散処理した汚泥についての前記前段反応槽への流入を有機性排水の流入が停止したときには停止し、有機性排水の流入が再開したときに再開することが好適である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００２２】
下水や産業排水などの有機性排水が原水として流入してくる。この原水は、前段反応槽１０に流入する。なお、スクリーン、最初沈殿池などの前処理設備は必要に応じて適宜設けられるが、ここでは省略する。
【００２３】
前段反応槽１０には、自給式水中エアレータ１２が設置されている。この水中エアレータ１２は、ポンプとエアレータとを兼ねているもので、槽内の原水を吸い込み噴出することで槽内を撹拌すると共に、噴出の際にエアーを混合することで、槽内の曝気も行う。これによって、前段反応槽１０内は好気的条件に維持される。ここで、この前段反応槽１０には、後述する分散処理された汚泥が供給される。そこで、この前段反応槽１０内において、原水と分散処理された汚泥が好気的条件下で混合接触される。なお、前段反応槽１０の曝気撹拌手段は、水中エアレータに限定されることはなく、ブロアからの空気を送る通常の曝気設備でもよい。
【００２４】
このようにして、前段反応槽１０において分散された汚泥と接触された原水は生物処理槽１４に流入される。この生物処理槽１４は、通常の活性汚泥法の曝気槽である。この生物処理槽１４には、返送汚泥が供給されており、槽内の微生物濃度が所定の濃度に維持されている。そして、ブロア１６からの空気が槽内の底部に設置された散気装置から噴出されることで、槽内が曝気撹拌されている。従って、生物処理槽１４内は、好気的条件下におかれ、汚泥中の好気性微生物により原水中の有機物が除去される。
【００２５】
なお、生物処理槽１４において、板状の接触材を設置し、接触材に微生物の一部を付着生育させてもよい。
【００２６】
生物処理槽１４からの汚泥が含まれる生物処理水は、固液分離装置としての沈殿槽１８に流入される。この沈殿槽１８においては、固形物である汚泥が沈降分離され、上澄みが処理水として排出される。
【００２７】
一方、沈殿槽１８において分離された沈殿汚泥は、返送汚泥ポンプ２０によって、生物処理槽１４に返送汚泥として返送される。また、沈殿汚泥の一部は、余剰汚泥として排出される。
【００２８】
ここで、原水中の有機物を生物処理する際に、汚泥微生物が増殖するため、余剰汚泥が発生する。そこで、通常、返送汚泥の一部を余剰汚泥として引き抜き、生物処理槽１４内の汚泥濃度を一定になるように調整している。
【００２９】
本実施形態では、沈澱汚泥の少なくとも一部を、ポンプ２２によって高速撹拌分散機２４に導入し、ここで機械的な高速撹拌による分散処理を行う。本発明における分散処理は、機械的な撹拌であり、ウォータージェットのようにキャビテーションを発生させる処理ではない。
【００３０】
この高速撹拌分散機２４としては、ラインミキサなどのスタティックミキサ、ライン分散機、高速分散混合機、乳化分散機などが使用できる。特に、汚泥送泥ラインに直接設置できるラインミキサが好適である。例えば、汚泥が流れる管内に羽根（各種形状が採用可能である）を多数設けたタイプのものなどを採用することができる。そして、いずれの場合も、ポンプ２２の吐出圧は２ＭＰａ以下（好適には０．５〜１ＭＰａ）、例えば０．７ＭＰａ程度とする。従って、ポンプ２２としては、通常の送泥ポンプ（ワーマンポンプ、モーノポンプなど）を利用することが可能であり、高圧ポンプを使用する必要がない。また、キャビテーション発生装置のような１〜２ｍｍ程度の孔径の小さい噴出ノズルを有していないため、汚泥がすぐにつまるよう懸念もない。
【００３１】
そして、この高速分散処理によって、沈殿汚泥のフロックが分散小径化され、汚泥の生物活性が高められる。例えば、１００〜１０００μｍ程度の径のフロックを、１００μｍ未満、好ましくは数１０μｍに分散する。
【００３２】
この分散した汚泥は、上述のように、前段反応槽１０に返送され、ここで原水と好気的条件下で接触される。
【００３３】
この前段反応槽１０において、原水中のＢＯＤが５０〜９０％程度除去される。このため、生物処理槽１４のＢＯＤ−ＳＳ負荷が大幅に減少し、汚泥（菌体）の増殖が抑制される。また、前段反応槽１０から流出する汚泥は分散化されているため、後段の生物処理槽１４で原生生物に捕食されやすい。そこで汚泥の増殖量が抑制されるという効果も得られる。なお、特許文献１（特開２００１−３１４８８７号公報）では、ウォータージェットで処理した汚泥を自己酸化を促進する減容化処理槽に供給しており、本実施形態のような作用効果は得られない。
【００３４】
ここで、、前段反応槽１０として、既存の原水調整槽を利用することが経済的に好ましい。このときの前段反応槽１０の曝気装置としては、槽内水を引き抜くことなく工事が可能な装置であるブロワーを伴うエアレータ、自給式の攪拌装置、自給式の水中エアレータなどを使用することが望ましい。
【００３５】
また、前段反応槽１０は新たに設けても構わない。これにより、適切な容量曝気能力に調整することができる。また、既設の生物処理槽内を分けて原水と分散処理した汚泥を反応させる槽としても構わない。
【００３６】
また、前段反応槽１０での汚泥と原水の反応時間が２時間以上、好ましくは４時間から１２時間であることが好ましい。原水中の有機物の種類などにもよるが、２時間程度の反応時間がなければ、前段反応槽１０における有機物処理が十分行えず、従って汚泥減量化の効果が十分でないことが確かめられている。また、１２時間以上としても、処理効果のそれ以上の向上は得られない。
【００３７】
また、前段反応槽１０の溶酸素濃度が０．１〜３ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは０．５〜２ｍｇ／Ｌであることが好適である。前段反応槽１０は、分散活性化された汚泥と、原水中の有機物を反応させる槽であり、好気的条件に維持しなければ、効果的な処理を行うことができない。十分な好気的処理を維持するためには、溶存酸素濃度として、０．５ｍｇ／Ｌ以上とすることが好適であり、最低限０．１ｍｇ／Ｌ以上に維持することが必須である。なお、溶存酸素濃度をあまり高くするのは経済的に好ましくない。
【００３８】
前段反応槽１０の汚泥濃度が原水ＢＯＤの０．５〜１倍程度のＳＳ濃度になるように調整することが、効果的な処理のために好適である。この程度のＢＯＤ−ＳＳ負荷に維持することで、活性化した汚泥による高効率のＢＯＤ除去を行うことができる。
【００３９】
また、原水流入が停止したときには、汚泥の供給を停止し自己酸化を抑制することが好ましい。すなわち、原水の流入量を検知しておき、流入量が０（所定の少量）であった場合には、沈殿汚泥を全量生物処理槽１４に返送するよう制御することが好適である。これによって、分散処理した汚泥のＢＯＤ資化能力を維持することができる。
【００４０】
さらに、図において破線で示したように、高速撹拌分散機２４において分散処理した汚泥の一部または全量を直接生物処理槽１４に導入してもよい。これによって、分散活性化した汚泥の処理作用を生物処理槽１４内で利用できる。
【００４１】
本実施形態では、汚泥を機械的に撹拌し汚泥フロックを小径化する分散処理を行うことで、汚泥のＢＯＤ処理能力を上昇し、これによって生物処理能力を上げて汚泥を減量する。従って、従来の汚泥可溶化処理で課題であった既設の生物処理槽の負荷に余裕がないと装置を導入できない、生物処理水質（ＣＯＤ、窒素など）が悪化するなどの問題が解決し、処理水質もより良好にできる。従って、既存の処理施設における発生汚泥量の減量化に非常に好適である。
【００４２】
図２に、沈降汚泥（約１０，０００ｍｇ／Ｌ）を高性能なスタティックミキサで攪拌分散処理した際の汚泥の呼吸活性を示す。呼吸活性の測定方法は、分散処理前後の汚泥２００ｍＬにエアレーションを行い溶存酸素濃度を充分に高めておき、肉エキス、ペプトン溶液を各汚泥にＢＯＤとして約１，０００ｍｇ／Ｌになるように添加し、溶存酸素計で溶存酸素濃度を経時的に測定し、酸素消費速度（呼吸活性）を求めるという方法とした。
【００４３】
この実験結果から、本実施形態による分散処理実施後に溶存酸素消費速度が早くなることを確認した。これは、汚泥のフロックが分散化することで、個々の菌体がＢＯＤを消費するため呼吸速度が早まり、有機物が処理されることを示している。
【００４４】
図３に、原水中のＢＯＤ（８００ｍｇ／Ｌ、２０００ｍｇ／Ｌ）を、分散処理汚泥で分解するのに必要な反応時間を検討した結果を示す。本テストにおいて使用した汚泥量は、ＳＳとして各ＢＯＤ濃度の１／２程度（４００，１０００ｍｇ／Ｌ）になるように調整して実験を行った。この結果から、反応時間が２時間有ればＢＯＤが低減し、４時間以上あればＢＯＤが５０〜９０％程度分解できることが明らかとなった。また、この実験の際には好気的に生物処理するのに充分に必要な溶存酸素濃度として１．０ｍｇ／Ｌ程度になるようにして実験を行った。
【００４５】
図４に、本実施形態の生物処理と従来の生物処理における汚泥発生量を比較した結果を示す。横軸は、投入した原水のＢＯＤの累積を示し、縦軸に系内で増加した汚泥量（活性汚泥槽内の汚泥保持量と沈澱槽の汚泥保持量と処理水中に流出した汚泥量を含む）を示す。１ヶ月運転した結果、従来のＢＯＤ−ＳＳ転換率が０．３５に対し、本実施形態では０．１５であり、約５７％の余剰汚泥の発生抑制が達成されることが分かった。
【００４６】
表１に、本実験での原水、処理水のＣＯＤ結果を示す。本実施形態では、従来の汚泥可溶化手法による汚泥の減量とは異なり、処理水質が悪化しないことも明らかとなった。これは、従来法では汚泥を可溶化することで、菌体の細胞壁などに由来する難分解性物質が生成することが知られており、処理水ＣＯＤが１〜２割程度上昇するが、本発明の汚泥減量の原理では汚泥を無理に可溶化することなく、逆に生物処理機能を補充して汚泥に対するＢＯＤ負荷を低減しているため、処理水質は逆に向上することが期待される。
【表１】
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【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本実施形態では、従来の汚泥減量で課題となっていた様々な課題（処理水質の悪化、生物処理の負荷上昇、イニシャルコスト・ランニングコストが高い）を解消することが可能となる。特に、比較的小規模な工場において、汚泥を減らしたいが設備費用が高く装置を導入できないケース、ＣＯＤ総量規制があり装置が導入できなかったケース、既設の生物処理のＢＯＤ負荷に余裕がなく装置を導入できなかったケースに対して、有効な汚泥減量手法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】汚泥の酸素消費速度を示す図である。
【図３】ＢＯＤ除去率に及ぼす反応時間の影響を示す図である。
【図４】連続テストにおける汚泥発生量を示す図である。
【図５】活性汚泥処理の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１０  前段反応槽、１２  自給式水中エアレータ、１４  生物処理槽、１６  ブロア、１８  沈殿槽、２０  返送汚泥ポンプ、２２  ポンプ、２４  高速撹拌分散機。
【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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