(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵させる第１の嫌気性消化工程と、
該第１の嫌気性消化工程から排出される消化汚泥に空気よりも酸化力の強い酸化剤を添加して該消化汚泥中の還元性物質を酸化する酸化工程と、
該酸化工程から排出される汚泥を酸化剤と接触させて可溶化する可溶化工程と、
該可溶化汚泥をメタン発酵させる第２の嫌気性消化工程と
を有し、
前記可溶化工程の酸化剤はオゾンであり、前記酸化工程で添加される酸化剤は、該可溶化工程から排出される廃オゾンである有機性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水、化学工場排水などの高濃度有機性汚水、生物処理工程からの有機性汚泥、食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミなどの有機性廃棄物の処理方法に係り、特に、これらの有機性廃棄物をメタン発酵させた後酸化剤を添加して可溶化し、更にメタン発酵させることにより減容化する方法において、可溶化のための酸化剤添加量を削減して処理コストを低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥法などのように、有機性排水を好気性微生物の作用で処理する好気性生物処理では、有機物の分解に伴って増殖する菌体が余剰汚泥として大量に排出される。このような余剰汚泥は、脱水、焼却などの処理を施した後投棄処分されており、そのための汚泥処理コストや処分場の確保が問題となっている。また、し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水、化学工場排水などの高濃度有機性汚水や食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミなども、近年、増々その発生量が増加する傾向にある。このようなことから、これらの有機性廃棄物を減容化するための技術が望まれる。
【０００３】
従来、有機性汚泥の減容化手段として、有機性汚泥をメタン発酵させ、メタン発酵槽からの消化汚泥にオゾンや過酸化水素等の酸化剤を添加して可溶化した後、可溶化汚泥を更にメタン発酵させる方法がある。この方法であれば、有機性汚泥をまずメタン発酵させて有機性汚泥中の嫌気性分解され易い成分を分解して減量した後可溶化し、可溶化汚泥を更にメタン発酵させることにより、有機性汚泥に直接酸化剤を添加して可溶化する場合に比べて、可溶化に必要な酸化剤量を少なくすると共に、有機性汚泥の減容化を促進することができる。
【０００４】
しかしながら、上記従来の減容化法でも、消化汚泥の可溶化に必要とされる酸化剤量がなお多く、酸化剤コストが高くつくという不具合があった。
【０００５】
即ち、メタン発酵槽から引き抜いた消化汚泥中には硫化水素等の硫化物に代表される還元性物質が多く含まれている。一方で、有機汚泥の可溶化のためには、オゾンや過酸化水素などの強い酸化剤が必要であり、消化汚泥中の還元性物質は、本来、消化汚泥の可溶化のために添加された酸化力の強いオゾンや過酸化水素などの酸化剤により容易に酸化され、酸化剤を直ちに消費させる。このため、消化汚泥の可溶化工程では、可溶化のために必要な酸化剤量以上の酸化剤を添加しなければならなかった。
【０００６】
このような課題を解決するための有機性廃棄物の処理方法として、特開２０００−２４６２２４号公報に、有機性廃棄物をメタン発酵させる第１の嫌気性消化工程と、該第１の嫌気性消化工程から排出される消化汚泥を曝気する曝気工程と、該曝気工程を経た汚泥を酸化剤と接触させて可溶化する可溶化工程と、該可溶化汚泥をメタン発酵させる第２の嫌気性消化工程とを有する方法が提案されている。
【０００７】
同号公報の有機性廃棄物の処理方法によれば、消化汚泥に酸化剤を添加して可溶化するに先立ち、消化汚泥を曝気することにより消化汚泥中の硫化水素等の還元性物質を酸化分解又は脱気により除去するため、可溶化工程で添加された酸化剤がこれらの還元性物質により消費されることが防止され、少ない酸化剤添加量で有機性廃棄物を効率的に減容化することができるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２０００−２４６２２４号公報の有機性廃棄物の処理方法にあっては、消化汚泥を空気曝気して還元性物質を酸化するため、槽容量の大きい曝気槽が必要である。また、消化汚泥中の還元性物質を空気曝気により酸化するには、曝気量が大きくなり、このため、曝気によって汚泥温度が低下するが、これは高温嫌気消化を行う場合には、曝気後に汚泥を加温するためのエネルギー消費量を増大させることになる。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、有機性廃棄物をメタン発酵処理した後酸化剤を添加して可溶化し、更にメタン発酵処理することにより減容化する方法において、可溶化のための酸化剤添加量を大幅に削減して処理コストを低減する有機性廃棄物の処理方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
本発明は、この消化汚泥の可溶化工程の前段の還元性物質の酸化のための設備を小容量化することを第２の目的とする。
【００１１】
さらに、本発明は、この還元性物質の酸化による消化汚泥の降温を著しく少なくすることを第３の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物をメタン発酵させる第１の嫌気性消化工程と、該第１の嫌気性消化工程から排出される消化汚泥に空気よりも酸化力の強い酸化剤を添加して該消化汚泥中の還元性物質を酸化する酸化工程と、該酸化工程から排出される汚泥を酸化剤と接触させて可溶化する可溶化工程と、該可溶化汚泥をメタン発酵させる第２の嫌気性消化工程とを有し、前記可溶化工程の酸化剤はオゾンであり、前記酸化工程で添加される酸化剤は、該可溶化工程から排出される廃オゾンであるものである。
【００１３】
かかる有機性廃棄物の処理方法によれば、消化汚泥に酸化剤を添加して可溶化するに先立ち、消化汚泥に酸素を含んだ空気よりも強力な酸化剤を添加して消化汚泥中の還元性物質を酸化分解するため、可溶化工程での酸化剤がすべて又は殆ど汚泥の可溶化に寄与するようになり、汚泥の可溶化効率が著しく向上する。
【００１４】
また、このように還元性物質の酸化分解に際して廃オゾンを用い、空気を用いる場合に比して曝気量が少ないので消化汚泥の降温は全く生じないか又はきわめて少ない。さらに、曝気槽が不要もしくは小さくできるので、設備もコンパクト化される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は参考例に係る有機性廃棄物の処理装置を示す系統図である。図中、１はメタン発酵槽（嫌気処理槽）、２は消化汚泥中の還元性物質をＨ２Ｏ２等の空気よりも酸化力の強い酸化剤によって酸化するためのプレ酸化槽、３は消化汚泥をオゾン酸化して可溶化するための改質槽、４はオゾン発生器、５は汚泥濃縮装置である。
【００１７】
有機性廃棄物は、まず、被処理物導入路１１より嫌気処理槽１に導入されてメタン発酵処理される。この嫌気処理槽１では、有機性廃棄物は、後述の汚泥濃縮装置５から返送される濃縮汚泥及び改質槽３から返送される可溶化汚泥と混合され、撹拌機などによる撹拌下、メタン発酵処理が行われる。このメタン発酵処理により、混合汚泥中の有機物は酸生成菌及びメタン生成菌により分解される。このメタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガスはガス取出路１２より系外へ排出される。
【００１８】
この嫌気処理槽１からは、汚泥移送路１３を経て混合汚泥の一部が取り出され、汚泥濃縮装置５に送給されて濃縮された後、汚泥返送路１４より嫌気処理槽１に戻される。この濃縮汚泥の一部は必要に応じて余剰汚泥として余剰汚泥路１５より系外へ排出される。この汚泥濃縮装置５の分離水は処理水路１６より系外へ排出される。
【００１９】
この汚泥濃縮装置５としては、沈殿槽、膜分離装置、遠心濃縮機等を採用することができる。
【００２０】
また、嫌気処理槽１の混合汚泥の一部もしくは汚泥濃縮装置５の濃縮汚泥の一部は、汚泥引抜路１７を経てプレ酸化槽２に送給され、空気よりも酸化力の強い酸化剤が添加されることにより、消化汚泥中の硫化水素などの還元性物質が酸化される。
【００２１】
この酸化剤としては、過酸化水素や次亜塩素酸塩等が好適である。この過酸化水素及び／又は次亜塩素酸塩の添加量は消化汚泥中の還元性物質量に応じて実験的に決定すればよいが、過酸化水素の場合、還元性物質の酸化に必要な理論量の１．０〜１．５倍程度とするのが好ましい。次亜塩素酸塩例えば次亜塩素酸ソーダの場合は、還元性物質の酸化に必要な理論量の０．８〜１．０倍程度とするのが好ましい。
【００２２】
また、後述の図２のようにプレ酸化槽にオゾンを添加する場合、オゾンの添加量は還元性物質の酸化に必要な理論量の０．５〜１．５倍程度とするのが好ましい。なお、本発明でいうオゾンにはオゾン酸素或いは空気の一部（１〜１０％）を放電などによりオゾン化したものも含まれる。
【００２３】
プレ酸化槽に添加する酸化剤として酸素を用いる場合は、還元性物質の酸化に必要な理論量の１．０〜２．０倍程度の添加量とすることが好ましい。還元性物質としては硫化水素のほかに硫化鉄、第一鉄イオン（Ｆｅ２＋）、フミン質等が挙げられる。このプレ酸化槽では、過酸化水素、次亜塩素酸塩及びオゾン、酸素などの酸化剤を２種以上組み合わせて添加してもよい。
【００２４】
このプレ酸化槽２で還元性物質が酸化された汚泥は、汚泥移送路１８より改質槽３に送給されて可溶化処理される。図１の装置では、改質槽３としてオゾン処理槽が採用されており、この改質槽３の下部には、オゾン発生器４からのオゾンを注入するオゾン注入路１９が設けられている。この改質槽３では、オゾン注入路１９からオゾンを吹き込んで汚泥と接触させることにより、汚泥中の固形成分を酸化分解して生分解性を高める。このオゾン処理で可溶化された汚泥は、汚泥返送路２１より嫌気処理槽１に返送され、オゾン処理で生物易分解性に改質された有機成分が消化分解される。
【００２５】
なお、改質槽３から排出される余剰の廃オゾンは、改質槽３に接続された、活性炭などが充填された活性炭塔などの廃オゾン処理装置（図示せず）により処理された後、大気放散される。
【００２６】
このように、メタン発酵処理した消化汚泥を可溶化して再度メタン発酵することにより、系外へ排出される余剰汚泥量を大幅に低減することができる。
【００２７】
この実施の形態では、予め消化汚泥をプレ酸化槽２に導入し、過酸化水素、次亜塩素酸ソーダ等の酸化剤を添加して汚泥中の還元性物質を除去するため、改質槽３においてオゾンが無駄に消費されることがなく、オゾンは汚泥の可溶化のために有効に利用されるようになる。このため、所望の余剰汚泥発生量とするためのオゾン使用量を従来に比べて大幅に低減することができる。また、従来と同等のオゾン使用量で余剰汚泥発生量を大幅に低減することができる。
【００２８】
さらに、プレ酸化槽２は空気曝気槽に比べて著しく容量の小さいもので足りる。また、空気曝気しないから、汚泥引抜路１７から導入された汚泥の温度を全く又は殆ど低下させることなく汚泥移送路１８へ送り出すことができる。
【００２９】
図２は本発明の有機性廃棄物の処理方法を実施するための処理装置の系統図である。
【００３０】
この処理装置にあっては、プレ酸化槽２’としてオゾン散気管２Ａを備えたものが用いられており、改質槽３から排出される廃オゾンが配管２０を介して該オゾン散気管２Ａに供給されるよう構成されている。この廃オゾンにより、プレ酸化槽２’中において硫化水素等の還元性物質が酸化分解される。このオゾンは、空気に比べて酸化力がきわめて強いので、プレ酸化槽２’の容量も空気曝気槽に比べて著しく小さなもので足りる。また、空気曝気に比べて曝気量が著しく少ないので、プレ酸化槽２’中での汚泥の降温も極めて小さい。さらに、廃オゾンの有効利用も可能であり、さらに廃オゾンの大気放散前の処理を低減することができ、場合によっては廃オゾン処理装置を不要とすることもできる。
【００３１】
なお、図示していないが、図２の装置において廃オゾン処理装置を設置する場合は改質槽３ではなく、プレ酸化槽２Ａに接続するようにする。
【００３２】
なお、改質槽３からの廃オゾン量が不足するときには、オゾン発生器４からのオゾンを補給してもよく、過酸化水素や次亜塩素酸ソーダ、酸素等を併用してもよい。
【００３３】
なお、図２に示す装置は、本発明の実施に好適な装置の一例を示すものであって、本発明の方法は何ら図２に示す装置によって実施される方法に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、図２では、嫌気処理槽１から引き抜いた消化汚泥をプレ酸化処理及び可溶化処理した後、再びこの嫌気処理槽１に循環することで第１の嫌気性消化工程と第２の嫌気性消化工程とを同一の嫌気処理槽で行っているが、別途嫌気処理槽を設けて、第１の嫌気性消化工程と第２の嫌気性消化工程とを別々の嫌気処理槽で行っても良い。この場合には、第２の嫌気性消化工程の消化汚泥を固液分離して余剰汚泥と液分とに分離する。
【００３５】
図２では、嫌気処理槽１の汚泥を抜き出し、汚泥濃縮装置５で濃縮し、濃縮汚泥を嫌気処理槽１に返送しているが、このように汚泥を濃縮することにより、曝気及び可溶化処理の反応効率、装置稼動効率が向上し、処理効率が向上する。このように消化汚泥の濃縮を行う場合、図２に示す如く、嫌気処理槽１の汚泥を引き抜いて濃縮後戻すようにする他、嫌気処理槽１に注入する有機性廃棄物を濃縮してもよく、また、プレ酸化及び可溶化処理に供する嫌気処理槽１の引き抜き汚泥を固液分離して濃縮し、濃縮汚泥をプレ酸化及び可溶化処理しても良い。
【００３６】
このような汚泥の濃縮処理で分離された液分は、系外に排出され、活性汚泥処理等の任意の方法で処理される。
【００３７】
【実施例】
以下に参考例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
参考例１
図１に示す装置で有機性汚泥の処理を行った。
【００３９】
有効容量２Ｌのジャーファーメンターを用い、これを液量１．５Ｌの嫌気処理槽１とし、温度５３℃に制御した。種汚泥としては下水処理場の高温嫌気性汚泥を用いた。この嫌気処理槽１にし尿処理場の余剰汚泥をＴＳとして約５重量％に濃縮した原泥を、被処理物として１日に１３０ｍＬずつ供給した。プレ酸化槽２へは過酸化水素を添加した。汚泥濃縮装置５としては、遠心濃縮機を用い、嫌気処理槽１内の汚泥濃度を５００００ｍｇ−ＴＳ／Ｌに保つように、適宜余剰汚泥を引き抜いた。嫌気処理槽１の消化汚泥を１日に１回１３０ｍＬ引き抜き、プレ酸化槽２を経由して改質槽３へ導入し、プレ酸化処理及びオゾン処理による可溶化処理を行った後、嫌気処理槽１に戻した。
【００４０】
プレ酸化槽２へは３５％濃度の過酸化水素を１．３ｍＬ／Ｌ−汚泥の割合で添加した。このときの過酸化水素の添加量は、還元性物質の酸化に必要な理論量の１．０倍であった。改質槽３におけるオゾン添加量は０．０３ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳとした。改質槽３からの排出ガスは廃オゾン処理装置としての、活性炭１００ｇを充填した１Ｌの活性炭塔で処理した。
【００４１】
このような処理を４０日間行ったときの、汚泥の消化率は８０％であった。
【００４２】
参考例２
参考例１において、過酸化水素の代わりに次亜塩素酸素ソーダ（濃度１０％）を５ｍＬ／Ｌ−汚泥の割合で添加した。この次亜塩素酸ソーダの添加量は、還元性物質の酸化に必要な理論量の１．０倍である。この結果、汚泥の消化率は８０％となった。
【００４３】
比較例１
参考例１において、過酸化水素の添加を全く行わなかったこと以外は同一条件にて運転を行ったところ、汚泥の消化率は６５％と低いものであった。
【００４４】
実施例１
図２の装置において、容量０．１Ｌのプレ酸化槽２’へのオゾン吹込量を０．１Ｌ／分（還元性物質の酸化に必要な理論量の１．０倍）とした他は参考例１と同様にして運転を行った。その結果、汚泥の消化率は８０％であった。なお、このプレ酸化の結果、汚泥のＯＲＰは−３００ｍＶから＋２５ｍＶとなった。プレ酸化により汚泥の温度は５３℃から４５℃まで降温した。なお、プレ酸化槽から排出されるガスは参考例１の場合と同様、活性炭塔で処理したが、このときの活性炭の充填量を１０ｇに減らしても処理することができた。
【００４５】
比較例２
図２の装置において、プレ酸化槽を容量０．１Ｌの空気曝気槽とし、プレ酸化槽によって汚泥のＯＲＰが−３００ｍＶから＋２５ｍＶに上昇するように曝気空気量を選定した。その他の条件は実施例１と同様である。
【００４６】
その結果、空気曝気量は２Ｌ／分必要であった。なお、汚泥の消化率は７５％であった。空気曝気によるプレ酸化によって汚泥の温度は５３℃から２５℃まで降温した。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄物の処理方法によれば、有機性廃棄物をメタン発酵した後酸化剤を添加して可溶化し、更にメタン発酵することにより減容化する方法において、可溶化のための酸化剤添加量を大幅に削減して処理コストを低減することができる。また、きわめてコンパクトな装置によって有機性廃棄物を処理することができる。さらに、処理途中での汚泥の温度低下も少ないので、処理に要するエネルギーの低減も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係る有機性廃棄物の処理装置を示す系統図である。
【図２】  本発明の有機性廃棄物の処理方法の実施に好適な処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  嫌気処理槽
２，２’  プレ酸化槽
３  改質槽
４  オゾン発生器
５  汚泥濃縮装置
【図１】
0004631162.tif 000002
【図２】
0004631162.tif 000003