(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を削減する方法であって、活性汚泥槽からの活性汚泥含有液を濃縮汚泥と上澄液とに分離し、その濃縮汚泥の一部を活性汚泥槽に返送する第一工程と、前記余剰汚泥を電解槽内で直流電流を通電する、材料が陰極、陽極ともグラファイトであり、そのカーボン純度が９５％以上である電極を用いて電解処理を施す第二工程と、処理した余剰汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程とを有し、前記第二工程において行う電解処理時に電極の極性反転の時間比率が５０％となるように周期１０分ごとに極性の反転を行い、電極の極性反転時に０．１秒から１分の停止時間を設け、かつ、電極の極性反転時の電流を０％から１００％まで増加または１００％から０％まで減少するのに要する時間を０．０１秒から１分とするように電極の極性を反転させることにより、電極への不導体化物の析出を防止しつつ、余剰汚泥の削減を行うことを特徴とする余剰汚泥の削減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰汚泥の削減システムに関し、さらに詳しくは、有機性汚水の微生物処理によって生じる余剰汚泥を電解（「電気分解」を簡略化して「電解」で表す）により削減する方法であって、電解時の電極への不導体化物の析出を防止して、効率よく余剰汚泥を削減することができる、余剰汚泥の削減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性汚水の微生物処理では、汚水中に存在する可溶性有機物を微生物が消化処理する一方で微生物の増殖を引き起こす。この増殖した微生物を含む汚泥はいわゆる余剰汚泥として排出する必要がある。この余剰汚泥は脱水処理した後にそのまま埋立処分されるか、または焼却処分されているが、余剰汚泥が難脱水性であるため、脱水処理した後でも７０〜８０質量％の水分を有するのが通常である。従って、これをそのまま埋立処分するにしても固形分２０〜３０質量％程度のものを運搬し埋め立てることになり、その質量および体積の大半が大部分を占める水分の搬送費および埋立費として費やされているのが現状である。また、焼却処分するにしても同様で余剰汚泥中に多量に存在する水分のためにその乾燥および蒸発潜熱にエネルギーの大半が費やされているのが現状であって、その費用は高額なものとなっている。
【０００３】
これら余剰汚泥の量は年々増加の一途をたどっており、前記埋立処分するにしても焼却処分にしてもいずれも処理費用の占める割合が高く、また埋立場所の確保や焼却残さの処理など、経済面および環境面の両面において問題が顕在化している。
【０００４】
こうした背景の下で、この余剰汚泥の処理に微生物処理を有効に活用することが検討されている。余剰汚泥はその中に含まれている微生物を一旦死滅させて可溶性の有機物にすれば有機物の消化処理同様に活性汚泥により消化処理されることはよく知られている。可溶性有機物の消化処理により増殖した余剰汚泥を死滅させて可溶性有機物にした後、活性汚泥槽に返送することで微生物が可溶性有機物の消化処理を行い、余剰汚泥を減量化（または減容化）する。すなわち、余剰汚泥中の可溶性有機物を微生物に消化処理させることによって、余剰汚泥中の微生物は可溶性有機物を経てＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解されて減量化される。
【０００５】
余剰汚泥を減量化させる手段としては、種々の方法が提案されており、例えば、余剰汚泥に塩化物を添加して電解（電気分解）することによって余剰汚泥中の微生物を死滅させ、それを活性汚泥槽に返送することで余剰汚泥を減量化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２６７８２号公報
【０００６】
この方法によれば、電解処理時に電極で次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を発生させ、その電極で発生した次亜塩素酸による酸化力を利用して余剰汚泥中の微生物を死滅させ、死滅した微生物を活性汚泥槽中に戻すことにより、微生物を可溶性の有機物として消化処理させることができる。
【０００７】
しかしながら、上記電解処理で余剰汚泥を直接電解処理した場合、余剰汚泥中に存在するミネラル成分含有物が酸化物や水酸化物などの化合物となってアノード（負極）に析出し、電極を不導体化させて導電率を低下させたり、あるいは電極を絶縁化して電解時の電流を流れにくくさせるという問題があった。
【０００８】
この問題を解決するための方法としては、機械的なメンテナンスによる不導体化析出物の除去や電極の極性反転による不導体化析出物の除去方法が考えられる。後者の電極の極性反転による不導体化析出物の除去方法は一般に浄水器などのアルカリ成分を作るための機器に用いられており、この用途で用いる場合において、極性反転はおよそ６０秒間に１秒の割合で行われるなど周期的に反転するのが一般的であり、これはアルカリ、酸などを各電極で作り出してそれぞれの配管から流すためである。
【０００９】
しかしながら、上記電極の極性反転による方法を余剰汚泥の電解処理に用いた場合、余剰汚泥は水道水よりはるかに多いミネラル成分を含有しているため、定期的な極性反転では電極への不導体化析出物を充分に除去することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のように従来の余剰汚泥の削減にあたっての電解処理時における問題点を解決し、電解処理時に電極に不導体化物が析出するのを防止して、電解処理により、余剰汚泥中の微生物を効率的に死滅化させ、余剰汚泥を効率よく削減することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を削減するにあたり、活性汚泥槽からの活性汚泥含有液を濃縮汚泥と上澄液とに分離し、濃縮汚泥の一部を活性汚泥槽に返送する第一工程と、前記余剰汚泥を電解槽内で直流電流を通電する、材料が陰極、陽極ともグラファイトであり、そのカーボン純度が９５％以上である電極を用いて電解処理を施す第二工程と、処理した余剰汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程とを有し、前記第二工程において行う電解処理時に電極の極性反転の時間比率が５０％となるように周期１０分ごとに極性の反転を行い、電極の極性反転時に０．１秒から１分の停止時間を設け、かつ、電極の極性反転時の電流を０％から１００％まで増加または１００％から０％まで減少するのに要する時間を０．０１秒から１分とするように電極の極性を一定の周期で反転させることにより、電極への不導体化物の析出を防止しつつ、余剰汚泥を削減することによって、前記課題を解決したものである。
【００１２】
すなわち、本発明においては、前記第二工程の電解処理時に、例えば、電源にスイッチ素子を設け、交互に切り替えて電極への印加電圧を逆転させるなどの方法を用いて電極を反転させることにより、余剰汚泥中に含まれるカルシウム、マグネシウムなどのミネラル成分が不導体化物として電極に析出するのを防止し、それによって、電極への不導体化析出物による電極の導電率の低下やそれに基づく電解効率の低下を防止することができる。従って、本発明によれば、電解時に生じる電極への不導体化析出物によって妨げられることなく、余剰汚泥を効率よく削減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を効率よく削減することができる。
【００１４】
すなわち、本発明においては、前記のように、活性汚泥槽からの活性汚泥含有液を濃縮汚泥と上澄液とに分離し、濃縮汚泥の一部を活性汚泥槽に返送する第一工程と、前記余剰汚泥を電解槽内で直流電流を通電する、材料が陰極、陽極ともグラファイトであり、そのカーボン純度が９５％以上である電極を用いて電気分解処理を施す第二工程と、処理した余剰汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程を有する電解処理による余剰汚泥の削減システムにおいて、前記第二工程において行う電解処理時に電極の極性反転の時間比率が５０％となるように周期１０分ごとに極性の反転を行い、電極の極性反転時に０．１秒から１分の停止時間を設け、かつ、電極の極性反転時の電流を０％から１００％まで増加または１００％から０％まで減少するのに要する時間を０．０１秒から１分とするように電極の極性を反転させることにより、電極への不導体化物の析出を防止して、電極への不導体化析出物によって余剰汚泥の電解処理が妨げられることなく、効率的な電解処理が行えるようにして、余剰汚泥を効率よく削減することができるようにしたのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明において、前記第二工程の電解処理に用いる電極の材料は、陰極、陽極ともにグラファイトを使用することができる。その他の材料を用いた場合、反転を周期的に行うことによって電極が溶解するか、あるいは、不導体化するなどの問題が生じるようになる。また、前記グラファイトのカーボン純度は９５％以上であることが好ましい。カーボン純度が低い場合、電位が安定しないことや、消耗が激しいなどの問題が生じるようになる。
【００１６】
電極の極性反転の時間比率（すなわち、一方の電極を陰極としているときと陽極としているときとの時間比率）は、電極への不導体化物の析出除去と電極の消耗を考え合わせると、５０％が好ましい。これを詳しく説明すると、陽極は電解時に酸化されるため、電極材料としてグラファイトなどの炭素を用いていると、炭素が二酸化炭素になる反応が生じ陽極が消耗する。そのため、対となって存在する陽極と陰極を均一に消耗させるには電極の極性反転の時間比率は、５０％が好ましい。極性反転の時間比率を５０％に近付けることで、電極への不導体化物の析出を防止することができるとともに、電極の消耗の均一化も図れるのである。また、この電極の極性反転の切替時には０．０１秒から１分間の電解の休止時間を設けることが好ましい。すなわち、極性反転時に過渡的に電極にストレスが加わり消耗が加速するが、休止を設けることにより、極性反転の際に生じるストレスを緩和することができ消耗を抑えることができるからである。
【００１７】
また、極性反転時の電流は０％から１００％まで増加または１００％から０％まで減少するのに要する時間は０．１秒から１分間とすることが好ましい。そうすることによって、極性反転時に過渡的に電極に与えられるストレスを緩和できる。
【００１８】
次に、本発明の有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の削減方法の実施の形態を図１および図２を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の削減方法を実施するための処理プロセスの概要を示す図であり、図２はその要部と電解処理に用いる電解装置を示す図である。
【００２０】
上記処理プロセスにおいて、まず、有機性汚水１は活性汚泥槽（曝気槽）２に導入され、その活性汚泥槽２中で微生物によって消化処理される。そして、その活性汚泥槽２から排出された活性汚泥含有液３は沈殿槽４に導入され、その沈殿槽４中で重力沈降法により活性汚泥を沈殿させ、濃縮汚泥と上澄液とに分離される。沈殿槽４中の上澄液は処理済水５として沈殿槽４から排出され、この処理済水５は殺菌して処理プロセス系外に放出される。
【００２１】
そして、沈殿槽４の底部に沈殿して濃度が高くなった活性汚泥は濃縮汚泥６として沈殿槽４から取り出され、そのうちの一部が返送汚泥７として前記活性汚泥槽２に戻される。ここまでのプロセスは従来の有機性汚水の微生物処理の場合と同様であるが、本発明では、この従来プロセスにおける濃縮汚泥の一部を余剰汚泥として引き抜き、後記のように、その余剰汚泥に特定の態様で電解を施し、余剰汚泥中の微生物を死滅させ、溶解性有機物に変えて微生物による消化処理を容易にさせる。
【００２２】
そして、前記残りの濃縮汚泥６は余剰汚泥８として薬剤混合槽９に送られ、通常、その薬剤混合槽９中で上記余剰汚泥８に塩化物が添加され、かつ酸が添加されてｐＨが２〜６に調整されるとともに固形分濃度が０．２〜３質量％に調整される。
【００２３】
上記塩化物としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなどが好ましい。これは、それらの塩化物が後の電解処理工程において殺菌作用の高い次亜塩素酸を発生させやすいからである。そして、この余剰汚泥８への塩化物の添加量は０．１〜３．５質量％が好ましい。
【００２４】
薬剤混合槽９において、余剰汚泥８に添加する酸は、殺菌作用（微生物の死滅化作用）を高めるために添加するものであるが、この酸としては、例えば、塩酸や硫酸などの強酸が好ましく、特に塩酸は次亜塩素酸の供給源にもなることから好ましい。
【００２５】
本発明においては、上記のように余剰汚泥に酸を添加してｐＨ２〜６に調整することによって、電解時に上記塩化物から効率よく次亜塩素酸を発生させ、殺菌作用を向上させることができるが、このｐＨとしては特にｐＨ４〜６が好ましい。ｐＨが２より低い場合は有害な塩素ガスが発生し、ｐＨが６より高い場合は殺菌作用が低下するおそれがある。また、アルカリ性にすると、殺菌作用が低下するだけでなく、微生物の細胞壁が傷つけられやすく、プロテアーゼにより微生物内部から細胞壁を溶解させることができなくなり、不溶解性有機物を溶解性有機物に効率よく変えることができなくなるおそれがある。ただし、前記のような塩化物の添加や酸化によるｐＨ調整、余剰汚泥の固形分濃度などは必ずしも上記例示の場合のみに限られることはない。
【００２６】
本発明の第二工程においては、薬剤混合槽９で薬剤（すなわち、塩化物と酸）が混合された余剰汚泥は薬剤混合汚泥１０として電解槽１１に導入され、その電解槽１１において電解されることで、電極表面で生じる次亜塩素酸による殺菌（微生物の死滅化）が行われる。上記電解時の電流密度は大きいほど、電解時間が短くて済むが、電極間の電圧が上昇して水の分解も起こり殺菌効率を低下させるため、電流密度は１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 が好ましく、特に２〜５０ｍＡ／ｃｍ2 が好ましい。
【００２７】
ここで、この電解処理の詳細およびその電解処理における電極の極性反転を図２を参照しつつ説明する。まず、図２中の参照符号とその対象物について説明すると、２１は電解槽であって、図１の電解槽１１に対応するものである。２２は塩化ナトリウムと塩酸が添加された余剰汚泥で、図１の薬液混合汚泥１０に相当するものであり、電解処理では、いわば電解液に相当するものである。そして、２３と２４はそれぞれ電極Ａと電極Ｂであって、これらの電極Ａ、Ｂはその表面がいずれもカーボン純度９５％以上のグラファイトで構成され、図２では１枚ずつしか示していないものの、実際には、それぞれ複数枚が並列に接続されている。２５は電解用の電源であって、この電源２５はタイミング発回路２６からの指令で出力のオン・オフ、１秒から１分の漸増、漸減の立ち上がり、立下りができる特性を有している。２７はスイッチの駆動回路であり、４個のスイッチ（スイッチング素子）２８〜３１は図２中においてＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４で表示されている。電解処理のための動作は、タイミング発回路２６の作り出すタイミングで進行する。例えば、休止時間から説明を始めると、電源２５の出力は最初はオフで、２８〜３１のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）のいずれも開放である。この期間が１秒から１分持続した後、次の期間は、２８のスイッチ（ＳＷ１）と３１のスイッチ（ＳＷ４）が閉じ、電源２５の出力は１秒から１分で０％から１００％に立ち上がり、次の期間は１００％の出力が電極Ａ、Ｂに印加され続け、電解処理が行われる。この期間が１秒から１０時間続いた後、電源２５は１秒から１分で１００％から０％に立ち下がる。                                      
【００２８】
電源２５がオフの後、２８〜３１のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）はすべて開放で、この状態が０．０１秒から１分続き、その後、２９のスイッチ（ＳＷ２）との３０のスイッチ（ＳＷ３）が閉じ、これで電極Ａ、Ｂのアノードとカソードが入れ替わる。ついで電源２５の出力は１秒から１分で０％から１００％に立ち上がる、次の期間は１００％の出力が電極に印加され続け、逆方向の電解が行われる。
【実施例】
【００２９】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
図１に示す処理プロセスに基づき、次の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の条件で余剰汚泥の電解処理による削減を行った。なお、以下において、濃度を示す％は、特に基準を付記しないかぎり、質量％である。
（ｉ）  余剰汚泥８として固形分濃度が０. ９５％の余剰汚泥２００ｍｌを準備し、薬剤混合槽９としての２００ｍｌビーカーに投入した。なお、この余剰汚泥は、図２に示すように、有機性汚水１を活性汚泥槽２に導入し、その活性汚泥槽２で微生物により消化処理させ、その活性汚泥槽２から活性汚泥含有液３として排出し、その活性汚泥含有液３を沈殿槽４に導入し、その沈殿槽４で活性汚泥を沈殿させ、上澄液を処理済水５として沈殿槽４から放出し（この処理済水５は殺菌処理して処理系外に放出される）、沈殿して濃度が高くなった汚泥を濃縮汚泥６として沈殿槽４から取り出し、その濃縮汚泥６の一部を返送汚泥７として活性汚泥槽２に戻し、その際に残ったものを余剰汚泥８としたものである。      
【００３１】
（ｉｉ）  薬剤としては１．０ｇの塩化ナトリウムと、ｐＨ調整のための塩酸を用い、余剰汚泥８中に添加してｐＨ約５に調整して薬剤混合汚泥１０とした。この薬剤混合汚泥１０中の塩化ナトリウムの濃度は０．５％であった。
【００３２】
（ｉｉｉ）  この薬剤混合汚泥１０が入ったビーカーを電解槽１１とし、電解用の正極および負極としてそれぞれ有効電極面積が２５ｃｍ2 のアモルファスカーボン電極（乾燥時の質量：８．０ｇ）を電極間距離１５ｍｍで薬剤混合汚泥中に差し込み、攪拌を行いながら図２に示す電解装置を用いて直流電流１００ｍＡで、周期１０分ごとに極性の反転を行い、その際の停止（休止）時間は１秒とし、０ｍＡから１００ｍＡおよび１００ｍＡから０ｍＡまでの電流変化時間をそれぞれ０. ５秒として１時間通電した。このときの電圧は４．２Ｖで、汚泥の温度は２５℃であった。
【００３３】
上記処理の結果、薬剤混合時には多量の微生物が生存していたが、それに続く電解処理により殺菌され（殺菌率を溶存酸素の減少率から求めたところ９５％であった。）、電解後の電極表面には析出物が見られなかった。
【００３４】
上記殺菌率（微生物の死滅率）は、次のようにして求めた。すなわち、電解処理後の余剰汚泥に空気を１０分間バブリングを行った後、溶存酸素の減少率を測定した。その溶存酸素の減少率の測定に先立ち、原液（固形分濃度が０. ９５％の余剰汚泥）の溶存酸素の減少率から求めた殺菌率を０％とし、蒸留水の溶存酸素の減少率から求めた殺菌率を１００％とし、上記原液に対して、その２０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を２０％とし、５０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を５０％とし、７０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を７０％として検量線を引き、この検量線を用いて溶存酸素の減少率の測定結果を殺菌率（微生物の死滅率）として求めた。その結果、前記のように、殺菌率（微生物の死滅率）は９５％であった。また、前記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程を１０回繰り返した後の電解処理時の電位は４．２Ｖであり、電極の不導体化が生じていないことを示していた。また、電極の乾燥質量を測定したところ、電極の乾燥質量は７．７ｇと７．６ｇであって、もとより、不導体化析出物による電極の質量増加はなく、電極の質量減少はほぼ均等であり、かつ電極の消耗が少ないことを示していた。
【００３５】
比較例１
通常の直流電源を用いて直流電流１００ｍＡで、極性反転および停止（休止）を行わずに１時間通電した以外は、実施例１と同様に処理し、それらの場合における電解後の電極への析出物の付着状態および殺菌率を調べた。その結果、殺菌率は６４％で、電解後のカソードの表面全体が白色析出物で覆われた状態になっていた。この白色析出物を分析した結果、表１に示すように余剰汚泥中に含まれている、カルシウムなどのミネラルを主成分とする析出物であった。また、（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程（ただし、極性反転を行わない）を１０回繰り返した後の電解処理時の電位は５．２Ｖとなり、電極の不導体化が生じていることを示していた。また、電極の乾燥重量を測定したところ、陽極が７．１ｇであるのに対して陰極が８．１ｇになっていて、陽極は質量減少を起こし、陰極は不導体化物の析出により質量増加を起こしていた。
【００３６】
【表１】
0004712297.tif 000002
【００３７】
上記実施例１と比較例１との対比から明らかなように、電解処理時に電極の表面への不導体化物の析出を防止して、効率的な電解処理を行い、かつ電極の消耗を防止するためには、電解処理時に電極の極性反転を行うことが必要であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の削減方法を実施するための処理プロセスの概要を示す図である。
【図２】図１の要部と電解処理に用いる電解装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    有機性汚水
２    活性汚泥槽
３    活性汚泥含有液
４    沈殿槽
５    処理済水
６    濃縮汚泥
７    返送汚泥
８    余剰汚泥
９    薬剤混合槽
１０  薬剤混合汚泥
１１  電解槽
２１  電解槽
２２  余剰汚泥（薬剤混合汚泥）
２３  電極Ａ
２４  電極Ｂ
２５  電源
２６  タイミング発回路
２７  スイッチの駆動回路
２８  スイッチ（ＳＷ１）
２９  スイッチ（ＳＷ２）
３０  スイッチ（ＳＷ３）
３１  スイッチ（ＳＷ４）
【図１】
0004712297.tif 000003
【図２】
0004712297.tif 000004