(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収容された処理槽を用意すると共に、エアーレーションを施す曝気槽を前記処理槽とは別に用意し、まず、有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理する第１の工程を行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間で循環させ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を処理槽に循環させるようにした第２の工程を行なう、有機性汚泥の処理方法であって、
前記担体は多孔質性担体であり、
前記多孔質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性担体と、第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数の第２多孔質性担体とで構成され、
前記処理槽への有機性汚泥の供給は、脈動ポンプを用いて有機性汚泥に脈動を持たせて行われ、
前記処理槽は上下に縦長であり、前記有機性汚泥の供給は処理槽の底部から行われることを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項２】
有機性汚泥を分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収容された処理槽を用意すると共に、エアーレーションを施す曝気槽を前記処理槽とは別に用意し、まず、有機性汚泥を微細化する第１の工程を行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間で循環させ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を処理槽に循環させるようにした第２の工程を行なう、有機性汚泥の処理方法であって、
前記担体は多孔質性担体であり、
前記多孔質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性担体と、第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数の第２多孔質性担体とで構成され、
前記処理槽への有機性汚泥の供給は、脈動ポンプを用いて有機性汚泥に脈動を持たせて行われ、
前記処理槽は上下に縦長であり、前記有機性汚泥の供給は処理槽の底部から行われることを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記微細化は、湿式粉砕機により粉砕されることで行われ、あるいは、超音波処理により粉砕されることで行われることを特徴とする請求項２記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項４】
表面に微生物が付着した多孔質性担体が多数収容された処理槽に有機性汚泥を循環させ、微生物により有機性汚泥を分解処理するようにした有機性汚泥の処理方法であって、前記多孔質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性担体と、前記第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数の第２多孔質性担体とで構成され、
前記処理槽への有機性汚泥の供給は、脈動ポンプを用いて有機性汚泥に脈動を持たせて行われ、
前記処理槽は上下に縦長であり、前記有機性汚泥の供給は処理槽の底部から行われることを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項５】
前記処理槽とは別に曝気槽が設けられ、有機性汚泥は前記処理槽および曝気槽に循環され、曝気槽において有機性汚泥にエアーレーションが施されることを特徴とする請求項４記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項６】
前記比重の大きい第１多孔質性担体は多孔質性セラミックであり、前記第１多孔質性担体よりも比重の小さい第２多孔質性担体はカーボンであることを特徴とする請求項４または５記載の有機性汚泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は食品工場などで出る排水や、下水処理場の汚泥などのような有機性汚泥を処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品工場などで出る排水や、下水処理場の汚泥などのような有機性汚泥を処理する場合には、従来、嫌気性汚泥処理(メタン醗酵)が施されている。
嫌気性汚泥処理は、大型のタンクに有機性汚泥を１ヶ月程度収容させ、嫌気性微生物により有機物を分解処理させる方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、大型のタンクを要するため設備が大型化してコストが嵩み、また、有機性汚泥を確実に処理しがたく、さらに、時間も掛かるといった不具合があった。
本発明者は、微生物により有機性汚泥が効率良く分解されない原因を鋭意研究したところ、有機性汚泥の主成分は数ミクロン程度の菌体であり、菌体は細胞膜で強固に保護されており、そのため破壊されにくく分解されにくいためであると究明するに至った。
本発明はこのような有機性汚泥の主成分をなす菌体に着目して案出されたものであって、本発明の目的は、大型の設備を要せずに有機性汚泥を短時間で効率良く処理できる有機性汚泥の処理方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、有機性汚泥を効率良く分解できるようにした有機性汚泥の処理方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は有機性汚泥の処理方法であって、有機性汚泥を分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収容された処理槽を用意すると共に、エアーレーションを施す曝気槽を前記処理槽とは別に用意し、まず、有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理する第１の工程を行ない、あるいは、有機性汚泥を微細化する第１の工程を行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間で循環させ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を処理槽に循環させるようにした第２の工程を行なうことを特徴とする。
また、本発明は表面に微生物が付着した多孔質性担体が多数収容された処理槽に有機性汚泥を循環させ、微生物により有機性汚泥を分解処理するようにした有機性汚泥の処理方法であって、前記多孔質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性担体と、前記第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数の第２多孔質性担体とで構成されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、第１の工程において、有機性汚泥を加熱処理することで、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体が死滅し、有機性汚泥は分解され易くなる。あるいは、加熱処理に代え有機性汚泥を微細化処理することによっても、菌体の細胞膜が破壊され、有機性汚泥は分解され易くなる。
また、第２の工程において、このように分解され易くなった有機性汚泥を処理槽に循環させることで、担体に付着した微生物により有機性汚泥が効率良く分解処理される。さらに、曝気槽でエアーレーションを施した有機性汚泥を処理槽に循環させるようにしたので、担体に付着する好気性微生物と嫌気性微生物のバランスが保たれ、微生物による分解機能がより効率良く発揮され、有機性汚泥がより効率良く分解処理される。
また、本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、比重の異なった２種類の多孔質性担体を用いることで、有機性汚泥が担体表面の微生物により効率良く接触し、また、有機性汚泥が効率良く担体に衝突して物理的に破砕され、これらにより有機性汚泥が効率良く分解処理される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有機性汚泥の処理方法を添付図面にしたがって説明する。
図１は本発明方法を説明するための概略説明図、図２は微生物固定反応装置を構成する処理槽の概略説明図を示す。
まず、食品工場などで出る排水(原水)や、下水処理場の汚泥などのような有機性汚泥(原水)を６０〜１００°Ｃで加熱処理し、あるいは、有機性汚泥を微細化する(特許請求の範囲の第１の工程)。
【０００７】
有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理することで、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体は、細胞膜で強固に保護されているものの死滅し、これにより有機性汚泥は分解され易くなる。
前記加熱処理を行なう場合には、汚泥を６０〜１００°Ｃで数秒から１０分程度加熱処理すると、菌体が死滅する。７０〜９５°Ｃの範囲で加熱処理を行なえば、菌体を確実に死滅させる上でより好ましい。
これは、６０°Ｃ未満で加熱すると、菌体が死滅する割合が顕著に少なくる不具合が生じ、また、１００°Ｃ以上で加熱しても６０〜１００°Ｃの加熱処理に比べて菌体の死滅状態に変化は見られず、熱エネルギーコストが嵩むのみとなるためである。
【０００８】
また、前記の加熱処理に代え有機性汚泥を微細化処理することによっても、菌体の細胞膜が破壊され、これにより有機性汚泥は分解され易くなる。
有機性汚泥の微細化処理は、湿式粉砕機により粉砕してもよいし、あるいは、超音波により粉砕してもよい。
湿式粉砕機には、市販の湿式粉砕機が用いられ、数ミクロン程度の菌体が粉砕される。湿式粉砕機は液中に混在する物質を粉砕するもので、例えば、アシザワ株式会社のビーズミルなどを用いることができる。
また、超音波処理により粉砕する場合には、市販の超音波発生機を用い、超音波を与えることで数ミクロン程度の菌体が粉砕される。
【０００９】
次に、上述のように加熱処理あるいは微細化処理された有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させる(特許請求の範囲の第２の工程)。
微生物固定反応装置１２は、処理槽１４と曝気槽１６とを備えている。
前記処理槽１４には、微生物が付着した多数の担体１８が収容(充填)されている。
前記担体１８としては多孔質セラミックや軽石、寒天などが挙げられ、多孔質セラミックや軽石の場合には微生物が表面に付着しており、寒天の場合には微生物が内部に封じ込まれている。
前記担体１８に付着される微生物としては活性汚泥菌やメタン醗酵菌などが挙げられ、これらの菌は好機性微生物と嫌気性微生物の双方を含んでいる。
処理槽１４は、図２に示すように、上下に縦長で、有機性汚泥が多数の担体１８の表面により効率良く接触するように、直径に比べ高さが２倍以上に設定された円筒状に形成されている。
前記曝気槽１６は、有機性汚泥に、ブロア２４を用いて酸素を供給する、所謂エアレーションを施すものであり、微生物による有機性汚泥の分解機能をより効率良く発揮させるようにしたものである。
【００１０】
このような処理槽１４と曝気槽１６を用いた第２の工程では、有機性汚泥が処理槽１４の底部に供給され、多数の担体１８に接触しつつ処理槽１４の上方に送り出され、処理槽１４の上部から曝気槽１６に供給され、曝気槽１６でエアレーションが施され、その後、曝気槽１６から処理槽１４の底部へ供給され、このような循環が繰り返して行われる。
そして、第１の工程において、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体は死滅しており、あるいは、その細胞膜が破壊されているので、処理槽１４において、担体１８に付着した微生物による有機性汚泥の分解処理が効率良くなされる。
ここで、微生物による有機性汚泥の分解処理とは、有機物が微生物に消化されたり、あるいは有機物が微生物の体内に取り込まれることで、有機物が微生物の繁殖材となり、生物的な反応を経て最終的にＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２などに分解され、有機物が取り除かれることを言う。
【００１１】
また、有機性汚泥を処理槽１４と曝気槽１６との間で循環させ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を処理槽１４に循環させるようにしたので、微生物による有機性汚泥の分解がより効率良くなされる。
これは、処理槽１４に直接エアレーションを施すと、多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂに付着する好気性微生物が嫌気性微生物に比べて活発になり過ぎてしまうが、処理槽１４に直接エアレーションを施さずに、エアレーションが施された有機性汚泥を処理槽１４に供給することで、多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂに付着する好気性微生物と嫌気性微生物のバランスが保たれ、微生物による分解機能がより効率良く発揮されるものと考えられる。
【００１２】
上述のように加熱処理(８０°Ｃ前後で５分間加熱)を行なったのち微生物固定反応装置１２に循環させた場合(加熱処理)と、湿式粉砕機(アシザワ株式会社のビーズミル)により微細化処理を行なったのち微生物固定反応装置１２に循環させた場合(微細化処理)と、加熱処理や微細化処理の前処理を行なわずに微生物固定反応装置１２に循環させた場合(前処理無し)とについて、それぞれ処理槽１４でエアレーションを施した場合(処理槽)と、曝気槽１６でエアレーションを施した場合(曝気槽)とに分けて実験を行なった。
この実験では、ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。排水の種類は、下水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)である。
そして、それぞれの場合において、有機性濃度であるＢＯＤ(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯＤ(ｐｐｍ)と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)について測定し、その結果を表１に示す。なお、以下の表１乃至表３において原水とは何ら処理が施されていない実験の対象となる有機性汚泥である。
【００１３】
【表１】
0004730871.tif 000002
【００１４】
実験条件
微生物固定反応装置の滞留時間：２４時間(１０分間に１回の割合で循環させ
、合計２４時間滞留とした)
処理槽に収容(充填)した担体：比重が均一な粒径３〜５ｍｍのカーボン
曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍
微生物リアクター温度：２０°Ｃ
馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果)
【００１５】
表１からも明らかなように、加熱処理を行なったのち微生物固定反応装置１２に循環させた場合、および微細化処理を行なったのち微生物固定反応装置１２に循環させた場合には、単に微生物固定反応装置１２に循環させる場合に比べ効率の良い処理結果となり、さらに、処理槽１４でエアレーションを施した場合と、曝気槽１６でエアレーションを施した場合とでは、曝気槽１６でエアレーションを施した場合の方がより効率の良い処理結果が得られた。
【００１６】
したがって、本実施の形態によれば、有機性汚泥を効率良く処理することが可能となる。
さらに、従来の嫌気性汚泥処理(メタン醗酵)では１ヶ月程度要するに比べ、本発明では１日程度で済み、したがって、有機性汚泥を短時間で処理する上で極めて有利となる。
また、有機性汚泥を加熱処理し、あるいは微細化処理したのち処理槽１４と曝気槽１６に循環させる方法であるので、従来のような大型のタンクを要せず、コストダウンを図る上でも有利となる。
【００１７】
また、本発明では、微生物を付着させる担体１８として多孔質性担体を用い、しかも比重の大きな第１多孔質性担体１８Ａ(図２の白円)と、第１多孔質性担体１８Ａよりも比重の小さな第２多孔質性担体１８Ｂ(図２の斜線を施した円)との２種類の担体を用いることができる。
このような第１多孔質性担体１８Ａとして、例えば、多孔質性セラミックを用いることができ、また、第２多孔質性担体１８Ｂとしては、例えば、多孔質性セラミックよりも比重の軽い材料であるカーボンを用いることができる。
そして、処理槽１４の底部のセパレータ２０の上に多数の第１多孔質性担体１８Ａが収容(充填)され、それらの上に多数の第２多孔質性担体１８Ｂが収容(充填)される。
【００１８】
このように、微生物を付着させる担体１８として比重の大きな第１多孔質性担体１８Ａと比重の小さな第２多孔質性担体１８Ｂを用いると、有機性汚泥はセパレータ２０の下方の処理槽１４に供給されたのち、多数の第１多孔質性担体１８Ａに接触し、次に、多数の第２多孔質性担体１８Ｂに接触していく。
この場合、比重の異なった２種類の多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂを用いることで、有機性汚泥が循環する際の抵抗により第１多孔質性担体１８Ａと第２多孔質性担体１８Ｂとの動きが微妙に異なり、これにより有機性汚泥が担体１８Ａ、１８Ｂ表面の微生物により効率良く接触し、また、有機性汚泥が効率良く担体１８Ａ、１８Ｂに衝突して物理的にも破砕され、これらにより有機物が効率良く分解される。
【００１９】
微生物を付着させる担体１８として比重の均一な多孔質性担体(単一種類の多孔質性セラミックス)を用いた場合と、比重の大きな多孔質性セラミック(第１多孔質性担体１８Ａ)および多孔質性セラミックよりも比重の小さなカーボン(第２多孔質性担体１８Ｂ)との２種類の担体を用いた場合について実験を行なった。
この実験では、ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。
排水の種類は、下水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)を８０°Ｃ前後で５分間加熱処理した汚泥である。
このように加熱処理した有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させるに際して、曝気槽１６でエアレーションを施した。
そして、それぞれの場合について、有機性濃度であるＢＯＤ(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯＤ(ｐｐｍ)と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)について測定し、その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
0004730871.tif 000003
【００２１】
実験条件
微生物固定反応装置の滞留時間：１２時間(１０分間に１回の割合で循環させ、合計１２時間滞留とした)
曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍
微生物リアクター温度：２０°Ｃ
馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果)
表２からも明らかなように、有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させる場合に比重の均一な多孔質性担体を用いるよりも、比重の大きな多孔質性セラミックおよび多孔質性セラミックよりも比重の小さなカーボンの２種類の担体を用いた場合の方が、より効率のよい処理結果が得られた。特に、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)の除去率が向上した。
これは上述のように、比重の異なった２種類の多孔質性担体を用いることで、有機性汚泥が担体表面の微生物により効率良く接触し、また、有機性汚泥が効率良く担体に衝突して物理的にも破砕され、これらにより有機物が効率良く分解されるためである。
【００２２】
また、本発明では、有機性汚泥を処理槽１４の底部に供給するに際して、脈流ポンプ２２を用いて有機性汚泥に脈動(脈流)を持たせて処理槽１４に供給することができる。
このように有機性汚泥に脈動を持たせて供給することで、処理槽１４内に収容(充填)された多数の担体１８に対して有機性汚泥が強制的に繰り返して衝突され、これにより有機性汚泥が担体１８表面の微生物により効率良く接触し、また、物理的にも破砕され、微生物による有機性汚泥の分解がより効率良く行なわれる。
【００２３】
加熱処理した有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させる場合に、脈動を持たせずに処理槽１４に供給する場合と、脈動を持たせて処理槽１４に供給する場合についての実験を行なった。
この実験では、ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。
排水の種類は、下水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)を８０°Ｃ前後で５分間加熱処理した汚泥である。
このように加熱処理した有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させるに際して、曝気槽１６でエアレーションを施した。
そして、それぞれの場合について、有機性濃度であるＢＯＤ(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯＤ(ｐｐｍ)と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)について測定し、その結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】
0004730871.tif 000004
【００２５】
実験条件
微生物固定反応装置の滞留時間：１２時間(１０分間に１回の割合で循環させ循環の際に脈動を持たせないで供給した場合と、脈動を持たせて供給した場合とについて実験を行ない、双方の場合、何れも合計１２時間滞留とした)
処理槽に収容(充填)した担体：比重が均一な粒径３〜５ｍｍのカーボン
脈動ポンプの周期：１回／秒
曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍
微生物リアクター温度：２０°Ｃ
馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果)
表３からも明らかなように、有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させる場合に、有機性汚泥に脈動を持たせずに処理槽１４に供給する場合と、脈動を持たせて処理槽１４に供給する場合とでは、脈動を持たせて処理槽１４に供給する場合の方が、より効率のよい処理結果が得られた。
これは上述のように有機性汚泥に脈動を持たせて処理槽１４に供給することで、多数の担体１８に対して有機性汚泥が繰り返して衝突し、これにより有機性汚泥が担体表面の微生物により効率良く接触し、また、有機性汚泥が物理的にも破砕され、微生物による有機性汚泥の分解がより効率良く行なわれるためである。
【００２６】
なお、有機性汚泥を処理槽１４に循環させ、担体１８に付着した微生物により有機物を分解させる処理方法において、微生物を付着させる担体１８として比重の大きな第１多孔質性担体１８Ａと、第１多孔質性担体１８Ａよりも比重の小さな第２多孔質性担体１８Ｂとの２種類の担体を用いる方法は、その原理からしてその他の有機性汚泥を処理槽１４に循環させ分解する場合にも有効である。
また、有機性汚泥を処理槽１４に供給するに際して、有機性汚泥に脈動を持たせて処理槽１４に供給する方法も、その原理からしてその他の有機性汚泥を処理槽１４に循環させ分解する場合にも有効である。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、大型の設備を要せずに有機性汚泥を短時間で効率良く分解処理することが可能となる。
また、本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、有機性汚泥を効率良く分解処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を説明するための概略説明図である。
【図２】微生物固定反応装置を構成する処理槽の概略説明図である。
【符号の説明】
１２  微生物固定反応装置
１４  処理槽
１６  曝気槽
１８  担体
２２  脈流ポンプ
【図１】
0004730871.tif 000005
【図２】
0004730871.tif 000006