(57)【要約】【課題】余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、処理水の水質が向上する汚水の処理方法およびその処理装置を提供すること。【解決手段】汚水の処理装置は、汚水を生物処理する生物処理槽である曝気槽１０と、曝気槽１０から排出された汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置１１と、前記返送汚泥の一部をｐＨ９〜１２．５でアルカリ処理するアルカリ処理槽２１と、アルカリ処理槽２１に連設され、アルカリ処理槽２１から排出された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽２２と、生物学的可溶化槽２２から排出された汚泥を生物処理槽である曝気槽１０に返送する汚泥返送手段とを具備している。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を生物処理する工程と、前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部をｐＨ９〜１２．５でアルカリ処理する工程と、前記アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備することを特徴とする汚水の処理方法。
【請求項２】
前記アルカリ処理する工程の前段に、汚泥を濃縮する工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
【請求項３】
汚水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽から排出された汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部をｐＨ９〜１２．５でアルカリ処理するアルカリ処理槽と、前記アルカリ処理槽に連設され、前記アルカリ処理槽から排出された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、前記生物学的可溶化槽から排出された汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする汚水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚水の処理方法およびその処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などの有機性汚水を処理する施設においては、活性汚泥法などの生物学的処理法が採用されており、例えば、活性汚泥法による場合、曝気槽で汚水中の有機物質を微生物により分解させ、この汚水を沈殿槽へ送って処理水と汚泥に分離する処理が行われる。分離された汚泥は曝気槽へ返送されるが、その一部は余剰汚泥として系外へ抜き出され、脱水処理される。
【０００３】
抜き出される余剰汚泥は、その発生量が大量である上に、脱水処理をした汚泥であっても、８０％以上にも及ぶ含水率を有するものであるので、ごく一部が有効利用されているだけであって、大部分は廃棄物として処分されている。このため、余剰汚泥の処分方法が有機性汚水処理技術における大きな課題になっている。
【０００４】
すなわち、汚泥の処分に際しては、脱水汚泥のまま、あるいは脱水汚泥を焼却処理した後に埋立て処分されているが、近年、廃棄物を処分する敷地を確保することが非常に困難になっており、汚泥をたやすく埋立て処分することができない状況になっている。このため、余剰汚泥の処分費用が高騰し、汚水処理費全体に対する余剰汚泥の処分費が非常に大きな割合を占めるようになっている。また、汚泥を焼却処理すれば、大幅に減容化され、埋立処分がしやすくなるが、新たに焼却設備を設置しなければならず、その設備の建設費と運転に関わる費用の負担が非常に大きく、特に小規模の水処理施設においては、上記費用の負担率は極めて大きくなる。
【０００５】
上記の問題に対処し、余剰汚泥の発生量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示された汚水の処理技術においては、返送汚泥の一部を抜き出し、この汚泥にアルカリを加えてアルカリ処理し、次いで、アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で生物学的に処理した後、曝気槽などの生物処理工程へ返送する処理が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４７２９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術によれば、抜き出された返送汚泥がアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階で処理され、汚泥中の有機物が分解して可溶化する反応が進行し、この可溶化処理された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送するので、余剰汚泥の発生量が著しく減少する。
【０００８】
しかし、特許文献１の技術により汚水の処理を行った場合、余剰汚泥の発生量が著しく減少すると言う効果が得られるが、返送汚泥を分解する処理を行わない場合に比べて、処理水のＣＯＤ値が高くなり、水質が悪くなるという新たな問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、処理水の水質が向上する汚水の処理方法およびその処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る汚水の処理方法は、汚水を生物処理する工程と、前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部をｐＨ９〜１２．５でアルカリ処理する工程と、前記アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備することを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項２に係る汚水の処理方法は、請求項１の発明において、前記アルカリ処理する工程の前段に、汚泥を濃縮する工程を具備することを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項３に係る汚水の処理装置は、汚水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽から排出された汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部をｐＨ９〜１２．５でアルカリ処理するアルカリ処理槽と、前記アルカリ処理槽に連設され、前記アルカリ処理槽から排出された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、前記生物学的可溶化槽から排出された汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴としている。
【００１３】
汚水を生物処理する方法としては、活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
本発明者らは、従来技術によると、処理水のＣＯＤ値が高くなると言う問題について、検討と実験を重ねた結果、従来技術における汚泥の処理条件が良好な水質の処理水を得るための条件としては、必ずしも適正であったとは言えないとの結論を得た。すなわち、処理水のＣＯＤ値が高くなると言うことは、汚水を処理する曝気槽などの生物処理工程における有機物の分解が、十分に行われていないと言うことになる。分解処理した汚泥を返送した場合、汚水を処理する生物処理工程では、可溶化された汚泥が返送されてきた分だけ可溶性のＢＯＤ負荷が大きくなるが、その可溶化された成分が十分に低分子化され、易分解性物質になっていれば、その大部分は容易に分解されて消失する筈である。
【００１５】
返送汚泥を可溶化させるために行うアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階の処理は、まず、汚泥をアルカリ処理することによって汚泥の組織を破壊して溶解させ、次いで、生物学的処理でさらに分解して、低分子量の有機酸類などにまで分解させる処理を行うものである。そして、上記のように低分子化されたものを汚水の生物処理工程へ返送すれば、それらは容易に分解処理される。しかし、上記２段階の処理において、アルカリ処理が不十分であれは、汚泥の溶解が進んでいても、生成した化合物には次の生物学的処理での低分子化が十分に行われない物質が存在するので、汚水の生物処理工程には難分解性の高分子物質が返送される。
【００１６】
上記のように、十分に低分子化された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送するためには、汚泥のアルカリ処理を十分に行う必要がある。このため、本発明においては、実験結果に基づいて、汚泥をアルカリ処理する際のｐＨを従来よりも高くして、９〜１２．５程度にし、汚泥の分解を十分に行わせる。
【００１７】
アルカリ処理槽のｐＨを９〜１２．５に限定した理由は、ｐＨ９未満であれば、返送汚泥の分解が不十分になり、良好な処理水が得られない。また、ｐＨ１２．５を超えると、アルカリ薬剤費が嵩み、ランニングコストの点で問題が生ずる。なお、上記ｐＨ９〜１２．５の範囲のうち、特に好ましい範囲はｐＨ９．５〜１１である。ｐＨがｐＨ９．５〜１１であれば、汚泥の分解と低分子化が十分に行われるとともに、アルカリの消費量が適度の範囲に抑えられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る実施の形態の一例を示す図である。この汚水処理装置は、汚水処理系統と汚泥処理系統からなる。汚水処理系統には、汚水を好気的条件で処理する生物処理槽である曝気槽１０と、曝気槽１０から排出された汚水を受け入れて汚泥を沈降させ、処理水と返送汚泥に固液分離する固液分離装置１１が設けられている。１２は曝気槽１０内に設けられ、微細空気を吹き込む散気装置である。また、１３は固液分離された汚泥を曝気槽１０へ返送する返送汚泥配管である。
【００１９】
汚泥処理系統には、固液分離装置１１から排出された汚泥を濃縮する汚泥濃縮装置２０、汚泥濃縮装置２０から排出された濃縮汚泥にアルカリ剤を添加して汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽２１、アルカリ処理槽２１から排出された汚泥を生物学的に処理して可溶化分解する可溶化槽２２が設けられている。この可溶化槽２２は緩やかに攪拌されながら、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。２３はアルカリ剤供給装置、２４はｐＨ測定装置である。また、２５は可溶化処理した汚泥を曝気槽１０へ返送する可溶化汚泥返送配管である。
【００２０】
なお、本発明に係る装置の構成は図１に示す装置の組合せに限定されるものではない。例えば、汚水処理系統には、生物処理槽として活性汚泥法を想定して曝気槽１０が設けられているが、本法以外にも、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などで汚水処理を行う装置を使用してもよい。
【００２１】
アルカリ処理槽２１へ供給するアルカリ剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのような溶解度の大きなものが望ましい。
【００２２】
上記構成の装置による汚水処理は、次のように行われる。大きな固形物や砂などの比重の大きい固形分が除去された汚水が、曝気槽１０へ流入し、生物処理される。この際、返送汚泥配管１３から多量の返送汚泥が導入される。生物処理されて浄化された水は汚泥と共に固液分離装置１１へ送られる。固液分離装置１１では、上澄水の層と汚泥の層からなる２層が形成され、上澄水は処理水として排出される。一方、沈降した汚泥は返送汚泥配管１３を経由して曝気槽１０へ返送される。
【００２３】
そして、返送汚泥配管１３から返送汚泥の一部が抜き出されて汚泥濃縮装置２０へ導入され、濃縮処理される。濃縮された汚泥はアルカリ処理槽２１へ送られる。アルカリ処理槽２１においては、アルカリ剤供給装置２３からアルカリ剤が添加され、汚泥のｐＨが９〜１２．５、好ましくは９．５〜１１の範囲内の所定値になるように調節される。アルカリ剤が添加された汚泥は３〜２４時間程度の間攪拌されてアルカリ処理される。このアルカリ処理によって、汚泥の組織が破壊され、溶解性の物質が生成する。
【００２４】
アルカリ処理槽２１から排出された汚泥は可溶化槽２２へ送られ、１日〜３日程度の間、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。この可溶化槽２２における処理によって、アルカリ処理槽２１で生成した溶解性の物質が生物学的処理でさらに分解され、有機酸類などのような化合物にまで低分子化される。そして、通常、汚泥のｐＨが７〜８程度まで低下する。
【００２５】
可溶化槽２２から排出された汚泥は可溶化汚泥返送配管２５を経て曝気槽１０へ返送される。可溶化汚泥が返送された曝気槽１０においては、流入汚水中のＢＯＤ成分が分解されると共に、低分子化された可溶化汚泥中のＢＯＤ成分が分解される。この時、可溶化汚泥中に高分子物質（難分解性物質）が存在していれば、その難分解性物質が分解しきれずに処理水と共に放流され、処理水の水質が悪化する。しかし、汚泥の処理が上記の条件に従って行われていれば、汚泥の低分子化が十分に進行し、可溶化汚泥中の殆どの成分が二酸化炭素と水（および脱窒処理能力を有している処理場では窒素）にまで完全分解される。このため、処理水と共に流出する可溶化汚泥成分が著しく減少し、処理水の水質の悪化を最小限に抑えることができる。
【００２６】
上記のように、汚泥処理系統における可溶化分解処理が十分に行われるので、余剰汚泥が殆ど発生しないか、発生してもその量はごく僅かにとどめられると共に、汚水処理系統におけるＢＯＤ成分の分解が促進されるため、従来の汚泥減容化技術と比較して処理水の水質が大幅に向上する。
【００２７】
（実施例）
図１に示す装置と同様の構成による汚水処理装置を使用し、下水処理場から採取した下水の処理を行った。処理した汚水は水温が２０〜２５℃、流入ＳＳが９０〜１１０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ１５０〜１８５ｍｇ／Ｌの下水であった。なお、アルカリ処理槽と可溶化槽は密閉構造で、曝気せずに機械攪拌だけを行うものにした。
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上記の条件で実施した結果は表１に示す。
【００２８】
（比較例）
実施例の場合と同じ汚水処理装置を使用し、アルカリ処理槽のｐＨを９よりも低い値に設定した処理を行った。処理条件はアルカリ処理槽のｐＨ設定値を８．５にしたこと以外は、実施例と同じにした。この結果は実施例の結果と共に表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に記載のランニングコスト比は、電力費と薬剤費を合計した費用の比較値で、比較例の装置のコストを１とした場合の値である。実施例におけるランニングコストの増加は、汚泥処理系統で消費される薬剤費（アルカリ剤など）と可溶化汚泥の返送による曝気槽負荷の上昇に対する曝気用動力費の増加によるものである。
【００３１】
表１によれば、アルカリ処理槽のｐＨが９を超える辺りから汚泥の可溶化率が上昇する度合いが大きくなると共に、可溶化汚泥中の溶解性ＢＯＤの上昇および処理水のＣＯＤが低下する度合いが大きくなっている。従って、余剰汚泥の発生を抑制しつつ、処理水の水質を、汚泥を可溶化処理する汚泥処理系統が設けられていない汚水処理装置から排出される処理水の水質に近づけるためには、アルカリ処理槽のｐＨを９よりも高くする必要がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、処理水の水質が向上し、汚泥処理系統が設けられていない汚水処理装置から排出される処理水の水質に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  曝気槽
１１  固液分離装置
１２  散気装置
１３  返送汚泥配管
２０  汚泥濃縮装置
２１  アルカリ処理槽
２２  可溶化槽
２３  アルカリ剤供給装置
２４  ｐＨ測定装置
２５  可溶化汚泥返送配管
【図１】
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