(57)【要約】【課題】有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができ、かつ、きわめて少ないエネルギーの供給によって可能とする新規な有機性廃水の処理装置または処理方法を提供する。【解決手段】有機性排水を常温で微生物処理する生物反応槽と、生物反応槽で発生した汚泥を中高温で可溶化処理する可溶化処理槽とを有する有機性排水の処理装置であって、可溶化処理槽は、汚泥を空気を含む気液混合流により強制撹拌する撹拌機構を有して好気的微生物処理を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を常温で微生物処理する生物反応槽と、前記生物反応槽で発生した汚泥を中高温で可溶化処理する可溶化処理槽とを有する有機性排水の処理装置であって、前記可溶化処理槽は、前記汚泥を空気を含む気液混合流により強制撹拌する撹拌機構を有して好気的微生物処理を行うものである有機性排水の処理装置。
【請求項２】
気液混合流への空気の流入量を調整する調整機構を有する請求項１記載の有機性排水の処理装置。
【請求項３】
空気の流入量が、０．００１ｖｖｍ以上０．０５ｖｖｍ以下である請求項２に記載の有機性排水の処理装置。
【請求項４】
撹拌機構がエアレータである請求項１に記載の有機性排水の処理装置。
【請求項５】
有機性排水を常温で生物処理し、前記生物処理により発生する汚泥を可溶化処理する有機性排水の処理方法であって、前記の可溶化処理は、中高温における好気的微生物処理で、かつ前記汚泥が空気を含む気液混合流により強制撹拌された状態で行われるものである有機性排水の処理方法。
【請求項６】
気液混合流への空気の流入量を調整することにより、汚泥の温度を調整する請求項５に記載の有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場やし尿処理場において用いることができ、食品工場、化学工場等から排出される有機性排水の生物処理にも使用できる処理装置または処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水や屎尿、または食品工場、化学工場等から排出される有機性排水を処理する方法としては、活性汚泥法と呼ばれる好気性生物処理法が一般的に実施されている。この方法による処理装置の一例を図３に示す。この装置では、下水などの有機性廃水２０は、いったん貯留された有機性排水貯留槽１から生物反応槽３に導入され、生物反応槽３において、好気性条件下の微生物による酸化分解反応である生物酸化によって、二酸化炭素や水などの無機物にまで分解される。そして、生物反応槽３にて処理された有機性排水は、続いて固液分離槽５にて処理水３０１と汚泥３０２に固液分離され、汚泥３０２の一部は微生物源として生物反応槽３に返送され、残りの汚泥は余剰汚泥３０３として廃棄等処理される。
【０００３】
この活性汚泥法では汚泥が大量に発生し、余剰汚泥の廃棄処理はかなりの負担となる。そのため、できるだけ余剰汚泥を排出しない処理方法として、余剰汚泥を中高温下で生物処理することにより可溶化して、この可溶化した汚泥を生物反応槽にもどして再び生物処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、加温のための熱媒を循環させるジャケット方式の可溶化処理槽を用い、通気量０．１ｖｖｍの高温好気状態で好熱菌を用いて汚泥を可溶化し、その液を生物反応槽に戻すことで、活性汚泥法における余剰汚泥を減溶化している。その際、熱効率が低いために熱交換器を用いている。しかし、未だ熱効率が低いという問題点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０７９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消し、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができ、かつ、それをきわめて少ないエネルギーの供給によって可能とする新規な有機性廃水の処理装置または処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、有機性排水を常温で微生物処理する生物反応槽と、前記生物反応槽で発生した汚泥を中高温で可溶化処理する可溶化処理槽とを有する有機性排水の処理装置であって、前記可溶化処理槽は、前記汚泥を空気を含む気液混合流により強制撹拌する撹拌機構を有して好気的微生物処理を行うものである有機性排水の処理装置である。この構成により、廃棄物となる余剰汚泥の発生量を、熱効率よく減少せしめることが可能となる。
【０００７】
ここで、前記気液混合流への空気の流入量を調整する調整機構を有する有機性排水の処理装置とすることは望ましい。これにより、可溶化反応処理槽の温度を制御できるようになり、最適な条件で可溶化処理を行うことが可能となる。
【０００８】
また、前記の空気の流入量が、０．００１ｖｖｍ以上０．０５ｖｖｍ以下である有機性排水の処理装置とすることは望ましい。また、前記の撹拌機構がエアレータである有機性排水の処理装置とすることは望ましい。
【０００９】
発明の第２は、有機性排水を常温で生物処理し、前記生物処理により発生する汚泥を可溶化処理する有機性排水の処理方法であって、前記の可溶化処理は、中高温における好気的微生物処理で、かつ前記汚泥が空気を含む気液混合流により強制撹拌された状態で行われるものである有機性排水の処理方法である。ここで、前記気液混合流への前記空気の流入量を調整することにより、前記汚泥の温度を調整する有機性排水の処理方法とすることは望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１つの実施形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態若しくは実施例に記載された具体的態様に限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の処理装置の１例の概略構成を記載した模式図である。下水や屎尿、または食品工場、化学工場等から排出された有機性の排水２０は、いったん有機性排水貯留槽１に貯留される。しかるのち有機性排水は、生物反応槽３に移送され、常法に従い、通常の活性汚泥法による生物処理を受ける。生物処理では、下水などの廃水中の汚濁物質である有機物は、各種の微生物を用いた生物学的作用により分解、安定化される。具体的には、有機物は生物反応槽３内の微生物に補食され、酸素呼吸・硝酸呼吸・発酵過程などで分解され、一部は二酸化炭素と水になり、一部は微生物の体内に取り込まれて微生物増殖の栄養となる。このような生物処理は、好気性処理と嫌気性処理とに分類されるが、この例における生物反応槽３では、生物反応槽３に設けられた吸入口３１と散気管３０とエアポンプ３２からなる散気装置により空気が常に槽内に送り込まれて、好気性処理が行われている。さらにこれに嫌気性処理を加えても良いが、排水基準を満たす観点から好気性処理を含めておくことが好適である。
【００１２】
また、生物反応槽３の生物処理では、有機性排水は特に加熱されることなく、５℃以上３５℃以下程度の常温の範囲内で、通常の生物処理が行われる。これにより有機性排水中の溶解性有機物がほぼ消費される。
【００１３】
次に、生物反応槽３で処理された有機性排水は、排水中に分散している不溶性の有機物や微生物の菌体と一緒に固液分離槽５に移送される。ここで固液分離が行われ、不溶性の有機物や微生物の菌体は槽内下部に沈殿して汚泥３０２となる。一方、汚泥３０２が沈殿分離された後の処理水３０１はＢＯＤが低下しており、さらに排水基準に合わせて必要なオゾン処理や濾過処理を加えられて、一般河川等に放出される。
【００１４】
固液分離槽５に沈殿した汚泥３０２は、固液分離槽５の下部から随時取り出され、一部はポンプ４１により移送配管５１を経由して生物反応槽３に返送され、微生物源として機能する。返送量は、生物反応槽３中の微生物量が一定となるように定める。また、汚泥３０２の残りはポンプ４２により移送配管５２を経由して可溶化反応処理槽８に送られる。
【００１５】
可溶化反応処理槽８では、汚泥を可溶化処理する。ここにいう可溶化とは、水不溶物であった有機物が、微生物による分解や熱処理による熱分解等を受け、低分子化等の変化の結果、水に溶けうる状態になることをいう。
【００１６】
可溶化反応処理槽８では、比較的高い温度を好む好熱菌により、中高温の温度がかかっている状態で上記の可溶化が行われる。ここにいう中高温の温度としては、好ましくは４０℃以上７０℃以下である。さらに好ましくは４５℃以上６５℃以下である。
【００１７】
可溶化反応処理槽８は、内部の汚泥を、空気を含む気液混合流により撹拌する強制撹拌機構を有する。この例ではエアレータ８３が撹拌機構として槽内底部に設けられている。エアレーター８３は、液中に設けられたモーターの駆動力により回転する回転翼、空気吸入管８１が接続した空気吸入部、液吸入部８２を有し、それぞれの吸入部から吸入した空気と液とを混合して、気液噴出口８４より吐出する装置である。強制撹拌機構の例としては、水中ポンプの吐出口にエジェクターを取り付け、空気吸入管を接続した形式のものでも良い。いずれにせよ、気液混合流を生ぜしめることができ、そのための駆動部が汚泥中にあって廃熱を汚泥に供給するものであればよい。ここで、強制撹拌とは、重力等による自然な上昇流や下降流のごとき対流による撹拌だけではなく、強制力をもって水平方向にも合わせて撹拌することを言う。
【００１８】
なお、エアレータ８３は、通常仕様のものを使用することもできるが、図１の装置では、中高温で運転してもある程度の耐久性を有する高温仕様のものを選択している。また、エアレータ８３の設置台数は、可溶化処理槽の形状や大きさとエアレータの仕様能力により、エアレータの強制撹拌力が及ばない範囲が槽内に生じないように適宜定めればよい。
【００１９】
このように、エアレータ８３を可溶化処理槽８内に設けることにより、汚泥中に空気を含む気液混合流を強制的に生ぜしめることができる。つまり、汚泥を撹拌しながら空気を供給することが可能となる。
【００２０】
また、動力部であるモーターが液中にあるため、運転によって消費される電気エネルギーの大きな部分が排熱となって汚泥中に放出される。この排熱は、可溶化処理槽８内の汚泥の加温に用いることができるから、可溶化反応処理槽８の適当な保温機構と必要により組み合わせることにより、微生物が発する熱量と合わせて、加温のための外部のエネルギー源を必要としない構成が可能となる。これにより、可溶化反応処理槽８の構造が簡単になり、きわめて少ないエネルギーの供給によって中高温を維持できる効率の良い運転が可能となる。
【００２１】
エアレータの空気吸入管８１には、空気の通気量を調整する調整機構としてのバルブ８４が設けられている。バルブ８４を設けずに運転することも可能であるが、バルブ８４を設けることにより可溶化処理の制御がより容易になる。なぜなら、空気の吸入量により汚泥の温度が変化し、この調整が槽の熱効率に大きく影響することが判明したからである。
【００２２】
具体的には、空気の通気量が少なすぎると好気性雰囲気が失われやすく、好気性微生物の活動量が小さくなり、汚泥の可溶化が生じにくくなる。また、微生物が発生する熱量も小さいから可溶化反応処理槽８の温度を中高温に維持しにくくなる。一方、通気量が多すぎると、微生物が発する熱量は大きくなるものの、意外にも多量の排気により多量の熱が奪われる作用の方が支配的となり、その結果、やはり可溶化反応処理槽８の温度を中高温に維持しにくくなることが判明した。その結果、熱効率が低下すると考えられる。
【００２３】
つまり、空気の通気量は、一定範囲内にあることが好ましく、具体的には、汚泥１立方メートルあたりで１分間あたりに１リットル以上５０リットル以下（０．００１ｖｖｍ以上０．０５ｖｖｍ以下）であることが望ましい。この範囲で好気性雰囲気を実現することができ、また、排気のために奪われる熱量を比較的小さい範囲に留めることが可能となる。より望ましくは２リットル以上４０リットル以下（０．００２ｖｖｍ以上０．０４ｖｖｍ以下）、さらに望ましくは４リットル以上２０リットル以下（０．００４ｖｖｍ以上０．０２ｖｖｍ以下）である。
【００２４】
可溶化反応処理槽８は、環境温度との関係で保温しなくとも中高温を維持できるのであれば保温しなくとも良い。しかし、季節変動なども考慮すれば保温されていることが望ましい。発生する熱を損失しにくい構造とすることによって、エアレーターの熱エネルギーと生物反応による発熱とが加わって、汚泥の温度を４０℃〜７０℃の中高温状態に加温し、その温度を維持しやすくなる。図１の処理装置では、可溶化反応処理槽８は約５ｃｍ厚みのグラスウールの保温材により覆われている。
【００２５】
可溶化反応処理槽８で可溶化された汚泥は、ポンプ４３により移送配管５３を経由して生物反応槽３に移送される。このようにすることにより、廃棄処分すべき余剰汚泥を著しく減少させることができ、かつ使用するエネルギーを極力少なくして熱効率の高い処理装置とすることが可能となる。
【００２６】
なお、図１の処理槽はバッチ処理により処理を行っているが、これを連続的に行うようにしても良いことは言うまでもない。また、移送配管５２と移送配管５３の間で熱交換が生じるように、配管を互いに平面で接するようにして設けたり、また、特別に熱交換器を設けるようにしても良い。以下、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００２７】
【実施例１】
図１に示した装置と同様の装置を用いて実験を行った。生物反応槽３に流入する有機性排水は、食品工場の排水処理装置で処理する前の流量調整槽から採取して使用した。試料のＢＯＤ濃度は２００ｍｇ／リットル〜２５０ｍｇ／リットルで、平均２２０ｍｇ／リットルであった。なお、ＢＯＤ濃度は、１リットルの水中の有機物が微生物の働きによって分解されるときに消費される酸素の量で定義され、河川の有機物汚濁を測る代表的な指標として日本工業規格工場排水試験方法Ｋ０１０２−２１に定められている。
【００２８】
有機性排水は、流入量３０００リットル／日で生物反応槽３に供給した。生物反応槽３の容量は１０００リットルであった。生物反応槽３から流出した液は、固液分離槽５に送られる。固液分離槽では沈降分離法による固液分離を行い、上澄み液３０１と汚泥３０２に分けた。
【００２９】
固液分離槽５で沈降分離した汚泥は、一部を返送汚泥として生物反応槽３に返送した。また、一部の汚泥は送液ライン５２を通り、浮遊物質（ＳＳ）１重量％で１００リットル／日の流量で可溶化反応処理槽８に送られる。浮遊物質（ＳＳ）濃度とは、液中に存在する固形物を濾紙によって分離乾燥したとき、元の液１リットルに対する乾燥固形物重量をｍｇで表した数値である。
【００３０】
可溶化反応処理槽８は直径７００ｍｍ高さ９００ｍｍの円筒形で、処理液容量は２５０リットルであり、槽の周囲は約５ｃｍ厚みのグラスウールの保温材で保温されている。また、槽底部には（株）ツルミ製作所製型式４ＢＥ２−０．４ｋｗの水中ポンプの吐出部に（株）北斗製エジェクター型式２ＰＳ−Ｗ−ＳＳを取り付けたエアレーター８３を１台設置した。
【００３１】
エアレータ８３は、内部のモーターにより回転する回転翼、エジェクターに空気吸入管８１が接続した空気吸入部、液吸入部８２を有し、それぞれの吸入部から吸入した気液を混合して気液噴出部８８より可溶化処理槽８内に水平方向に吐出し、可溶化処理槽８内の液を強制撹拌すると共に液中に空気を供給出来る機能を有している。
【００３２】
エアレーター８３の空気吸入管８１にはバルブ８４を設けてあり、これを調整して、通気量を２．５リットル／分（０．０１ｖｖｍ）に保って汚泥を可溶化運転した。その他の加熱源は設けなかった。
【００３３】
運転開始から５日経過後の定常状態において、可溶化処理槽は、外部からエネルギーを加えなくても、液温が５８℃〜６２℃の範囲で安定した可溶化運転が行われていた。また、エアレータの運転に要するエネルギーは２４ｋｗｈであった。定常状態での可溶化処理槽にはいる液の浮遊物質（ＳＳ）は、９，３４０ｍｇ／リットル、可溶化反応後の液のＳＳは平均２，５５０ｍｇ／リットルであった。これから計算した汚泥の可溶化率は７２．７％であった。これらの結果を表１に記載した。
【００３４】
なお、ＳＳは、日本工業規格、工場排水試験方法Ｋ１０２．１４．１により測定した。また、ＢＯＤは、日本工業規格、工場排水試験方法Ｋ０１０２−２１によって測定した。なお、いずれの測定値も、定常状態下において複数回の測定を行ったものの平均値で表示している。
【００３５】
【表１】
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【比較例１】
用いた装置の概略図を図２に示す。なお、実施例１で用いた装置と共通する部分には同じ番号を付している。実施例１で用いた装置と異なる部分を主として説明する。図２の装置では、可溶化処理槽８は、二重槽構造になっており、外周のジャケット部８５には加温用の温水を循環することができる。加温用の温水は、１ｋｗの電熱ヒーターを備えた加温装置９で所定温度に加熱されてから、温水配管１０を経由してジャケット部８５に供給され、温水配管１０を経由して加温装置９に戻る。このようにして加温装置９とジャケット部８５を循環する。槽の周囲は約５ｃｍ厚みのグラスウールの保温材により保温されている（図示していない）。
【００３６】
可溶化反応処理槽８には、散気管３０と給気配管８１とエアポンプ８６とからなる散気装置が設けられており、空気を可溶化処理反応槽８内に供給する。散気管３０は、ＡＢＳ樹脂製の多孔性の管（ダイセンメンブレンシステムズ（株）製、型式名ＢＰＦ−５−３０／１８−３００Ｌ）を用いた。その他の部分は実施例１で用いた装置と同様である。
【００３７】
実施例１で用いた有機性排水と同様の排水を用い、実施例１と同様の条件で生物反応槽３に供給し、実施例１と同様の処理を経由して排水を可溶化反応処理槽８に供給した。
【００３８】
可溶化処理反応槽８のエアポンプの吸気量を調整して、通気量を２０リットル／分（０．０８ｖｖｍ）に保って汚泥を可溶化運転したところ、液温が５８℃〜６２℃の範囲で、実施例１と同様の処理能力で安定した可溶化運転が可能であった。
【００３９】
定常状態での可溶化処理槽にはいる排水の浮遊物質（ＳＳ）量は、９，２５０ｍｇ／リットル、可溶化反応後の排水のＳＳ分は平均２，６００ｍｇ／リットルであった。これらから計算して汚泥の可溶化率として約７１．９％を得た。なお、ＳＳおよびＢＯＤは、実施例１と同様にして測定した。
【００４０】
定常状態において、可溶化反応処理槽８の加温装置に供給した電気エネルギーは５０ｋｗｈであり、散気装置のエアポンプに要したエネルギーは６ｋｗｈであった。これらの結果を表１に記載した。実験例１と比較すると、５０ｋｗｈ＋６ｋｗｈ−２４ｋｗｈ＝３２ｋｗｈを余分に必要としていることがわかった。
【００４１】
【発明の効果】
高い熱効率で、従来法と同様の処理能力を有する装置が得られる。加温装置が必要ないことから可溶化処理槽の構造も簡単になり、設備コストが削減できる。また、特段の管理技術も必要なく運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置全体の概要を示した模式図である。
【図２】比較例１で使用した処理装置全体の概要を示した模式図である。
【図３】従来の処理装置全体の概要を示した模式図である。
【符号の説明】
１      有機性排水貯留槽
２      移送配管
３      生物反応槽
４      移送配管
５      固液分離槽
８      可溶化反応処理槽
９      加温装置
１０    温水配管
２０    有機性排水
３０    散気管
３１    給気配管
３２    エアポンプ
４０〜４２  ポンプ
５１〜５３  移送配管
８１    給気配管
８２    取水口
８３    エアレーター
８４    バルブ
８５    ジャケット
８６    エアポンプ
８７    保温材
８８    噴出口
３０１  処理水
３０２  汚泥
３０３  余剰汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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