(57)【要約】【課題】  有機性廃水を生物処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の発生量を減少させることのできる経済的かつ汎用性のある有機性廃水の処理方法と、その方法に使用する処理装置を提供する。【解決手段】  有機性廃水（１）を生物処理槽（２）で生物処理した後、処理液（３）を固液分離して分離水は処理水（５）として放流させ、分離汚泥（６）は前記生物処理槽（２）に返送する有機性廃水の処理方法において、生物処理槽（２）からの汚泥の一部又は全部をアルカリ処理（９）及び加熱加圧処理（１７）し、前記生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水を生物処理槽で生物処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記生物処理槽に返送する有機性廃水の処理方法において、生物処理槽からの汚泥の一部又は全部をアルカリ処理及び加熱加圧処理し、前記生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のアルカリ処理が、ｐＨ１２以上で行われることを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の加熱加圧処理が、８０〜２５０℃で３０秒〜２０分間滞留させ、加圧状態にして放出することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の処理方法。
【請求項４】
有機性廃水を処理する生物処理槽と、処理液を固液分離する固液分離手段と、生物処理槽からの汚泥又は加熱加圧処理液をアルカリ処理するアルカリ処理装置と、生物処理槽からの汚泥又はアルカリ処理液を加熱加圧処理する加熱加圧処理装置を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水を生物処理して浄化する有機性廃水の処理方法及び処理装置に関するものであり、生物処理により発生する余剰汚泥の発生量を減少させることができる経済的な有機性廃水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理施設などの廃水処理施設から大量に発生する生汚泥や生物処理槽由来の余剰汚泥は脱水後、産業廃棄物として埋め立て処分したり、焼却処分している。しかし、近年、埋め立て地の確保が困難になるとともに、大量の余剰汚泥を焼却処分すると設備費、維持管理費が高くなるため、余剰汚泥の減量化が求められている。
【０００３】
余剰汚泥の生物的な減量化法としては、好気性消化法や嫌気性消化法によって処理する方法が知られている。しかしながら、好気性消化法や嫌気性消化法は、１０日間以上という長時間の滞留時間を必要とする割に、減量化率が低いという問題点があり、近年はほとんど用いられていない。
【０００４】
また、余剰汚泥を可溶化することにより、生分解性を向上させて生物処理による分解速度を高め、可溶化した余剰汚泥を廃水の生物処理槽に返送して生物的に分解し、余剰汚泥の発生量を減らす方法が提案されており、生物処理槽からの汚泥の一部又は全部を、加熱容器にて８０〜２５０℃、滞留時間３０秒〜２０分で加熱した後、加圧状態の汚泥を加熱容器の外部に放出して可溶化処理し、生物処理槽に返送して分解することで、余剰汚泥発生量を減少させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他にも同様の余剰汚泥の発生量を減らす方法として湿式媒体撹拌式ミル処理を用いた方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
その他にも同様の余剰汚泥の発生量を減らす方法としてオゾン処理を用いた方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
一方、アルカリ剤を用いる方法としては、汚泥をｐＨ１０、５０℃で４時間滞留させてアルカリ処理及び加熱処理する方法（例えば、特許文献４参照）が、また、分離された活性汚泥をアルカリ剤の添加により可溶化するステップと所定圧力下に酸素を含むガスを供給して酸化分解するステップとを組み合わせた処理方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５４８８６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５９８３号公報
【特許文献３】特許第２９７３７６１号公報
【特許文献４】特許第３１６７０２１号公報（第１３頁、第３表）
【特許文献５】特開２００２−２８２８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１乃至３に記載された方法では、可溶化処理した汚泥の約１／３が生物処理にて無機化されるため、余剰汚泥発生量をゼロに近づけるには、余剰汚泥量の約３倍を可溶化処理しなければならず、可溶化処理する汚泥が多いために大規模な可溶化処理装置が必要になることが問題であった。
【０００９】
また余剰汚泥量の約３倍を可溶化処理すると、１倍の余剰汚泥を系外に引き抜いているときに比べて固形物滞留時間が１／３になるため、固形物滞留時間が短い廃水処理では未分解の汚泥が蓄積するという問題点があった。
【００１０】
また、アルカリ剤を使用した処理方法（特許文献４）では、余剰汚泥量の２．５倍を可溶化処理しなければならず、可溶化処理する汚泥量が多く問題であった。さらに、特許文献５に記載された方法では、アルカリ剤の添加による可溶化の条件がｐＨ８〜１１とｐＨが低いため可溶化が不十分であった。
【００１１】
本発明は、有機性廃水を生物処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の発生量を減少させることのできる経済的かつ汎用性のある有機性廃水の処理方法と、その方法に使用する処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等はこのような課題を解決するために鋭意検討した結果、有機性廃水を生物処理工程で処理する際に発生する汚泥をアルカリ処理及び加熱加圧処理することにより汚泥を可溶化し、生物処理槽に返送することにより、有機性廃水を生物処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の発生量を大幅に減少でき、さらに可溶化処理する汚泥量を従来よりも少なくできることを見出し、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、第１の発明は、有機性廃水を生物処理槽で生物処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記生物処理槽に返送する有機性廃水の処理方法において、生物処理槽からの汚泥の一部又は全部をアルカリ処理及び加熱加圧処理し、前記生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法を要旨とするものである。
【００１４】
好ましくは第１の発明におけるアルカリ処理が、ｐＨ１２以上で行われることを特徴とする有機性廃水の処理方法であり、また好ましくは第１の発明における加熱加圧処理が、８０〜２５０℃で３０秒〜２０分間滞留させ、加圧状態にして放出することを特徴とする有機性廃水の処理方法である。
【００１５】
第２の発明は、有機性廃水を処理する生物処理槽と、処理液を固液分離する固液分離手段と、生物処理槽からの汚泥又は加熱加圧処理液をアルカリ処理するアルカリ処理装置と、生物処理槽からの汚泥又はアルカリ処理液を加熱加圧処理する加熱加圧処理装置を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明者によれば、有機性廃水を生物処理工程で処理する際に発生する余剰汚泥を経済的に減量することができ、汚泥埋め立てコスト低減が図れる。また可溶化処理する汚泥量が従来よりも少なくてすむため、装置をコンパクトにでき、さらに固形物汚泥滞留時間が短い廃水処理においても余剰汚泥を減量することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の処理対象となる有機性廃水としては、通常の生物処理法により処理される有機物を含有するものであれば特に限定されるものではなく、家庭排水、し尿、産業廃水、汚泥などが挙げられる。
【００１８】
本発明における生物処理としては、このような廃水中の有機物を微生物の作用によって分解・安定化する処理方法であれば特に限定されるものではなく、曝気槽で活性汚泥の存在下で曝気する好気的処理や、嫌気的処理などが挙げられる。
【００１９】
生物処理槽から排出される処理液を固液分離する方法としては、膜による分離や沈殿槽による分離があげられる。固液分離後の分離水は処理水として放流される。また、分離汚泥は、必要に応じて一部を余剰汚泥として引き抜き、大部分は返送汚泥として生物処理槽に返送される。
【００２０】
本発明においては、生物処理槽に返送する汚泥の一部又は全部をアルカリ処理及び加熱加圧処理してから生物処理槽に返送する。なお、アルカリ処理及び加熱加圧処理する汚泥については、処理液そのものや固液分離後の分離汚泥でもよいが、通常、処理液の汚泥濃度は、０．１〜１重量％程度であり、分離汚泥の汚泥濃度でも０．２〜２重量％と低いため、これらの汚泥を濃縮しておくことが好ましい。汚泥の濃縮装置としては、通常の汚泥の濃縮に用いられる遠心濃縮機、浮上濃縮機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、加圧脱水機などが挙げられる。濃縮後の汚泥濃度としては、汚泥をアルカリ処理装置及び加熱加圧処理装置に供給できれば特に限定されるものではないが、通常２〜５重量％が好ましい。
【００２１】
アルカリ処理は、汚泥に水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ剤を添加してｐＨ８以上にすればよく、特にｐＨ１２以上にすれば可溶化が大幅に進行する。滞留時間は、特に限定されないが、可溶化を十分に行うためには１時間以上滞留させることが好ましい。また必要であれば、硫酸などの酸を添加して中和しても良い。中和は生物処理槽に返送する直前に行えば良いが、アルカリ処理の直後に行っても良い。なお酸の添加により汚泥を酸性にしても、汚泥の可溶化は進行するため、アルカリ処理した汚泥の中和に、分離汚泥を酸処理した汚泥を用いてもよい。
【００２２】
なおアルカリ処理は、加熱加圧処理の前後のどちらで行っても良いが、加熱加圧処理の前に行う方が可溶化の効果が高いため、加熱加圧処理の前に行う方が好ましい。
【００２３】
アルカリ処理装置は特に限定されるものではなく、汚泥供給装置、アルカリ処理槽、アルカリ処理槽を攪拌する攪拌機、アルカリ槽及びアルカリ添加装置で構成される。アルカリ処理槽内のｐＨは炭酸の溶解や汚泥による緩衝作用により変化するため、ｐＨ制御して運転することが好ましく、その際にはｐＨ測定器が必要になる。
【００２４】
加熱加圧処理の加熱の条件としては、８０〜２５０℃であり、特に８０〜２００℃であることが好ましい。８０℃より低いと有機物の熱変性が十分に進行しないため、十分な可溶化が行えない。また、２５０℃より高いと、運転費用及び設備費が高くなることに加えて、難分解性の着色成分が発生しやすくなる。また、滞留時間としては３０秒〜２０分であり、特に３０秒〜１０分であることが好ましい。滞留時間は短いほど設備は小型となり望ましいが、３０秒未満とすると有機物の熱変性が十分に進行しないため、十分に可溶化しない。また、２０分より長くすると熱変性が過度に進行するため、難分解性の着色成分が発生する。
【００２５】
加圧の条件としては、０．０１〜５ＭＰａであることが好ましく、特に０．０１〜１ＭＰａであることが好ましい。０．０１ＭＰａ以下だと汚泥の細胞を破壊するには不十分であり、可溶化が進行しない。また１ＭＰａより大きくしても、運転費用及び設備費が高くなるだけであり好ましくない。
【００２６】
加熱加圧処理装置は、汚泥供給装置、加熱装置、加圧装置から構成されるが、加圧を加熱装置内で行う場合は加圧装置は不要になる。
【００２７】
加熱装置は、汚泥を加熱できるものであれば特に限定されるものではなく、プレート式熱交換器、スパイラル式熱交換器などの各種熱交換器、蒸気吹き込みによる直接加熱、電熱ヒーターなどが挙げられるが、熱交換器を用いることが好ましい。また加熱装置には、内温を測定するための内温計を備えておくことが好ましい。加圧を加熱装置内で行う場合は、さらに内圧を測定するための内圧計を備えておくことが好ましく、加熱処理された汚泥を放出するための放出口を設け、放出口には内圧、内温もしくは時間によって制御される開閉弁を設ける。開閉弁は加熱装置の内圧又は内温が設定値に達した際に開き、それ以外では閉じるように制御されているか、又は時間で開閉が制御されていることが必要である。
【００２８】
加圧装置は汚泥を加圧できるものでれば特に限定されるものではなく、任意の形状のものを使用できる。加圧装置には、内圧を測定するための内圧計を備えておくことが好ましく、汚泥を放出するための放出口を設け、放出口には内圧もしくは時間によって制御される開閉弁を設ける。開閉弁は加圧装置の内圧が設定値に達した際に開き、それ以外では閉じるように制御されているか、又は時間で開閉が制御されていることが必要である。
【００２９】
次に、本発明の有機性廃水の処理装置について、図面を参照しながら、説明する。図１、図２は本発明の有機性廃水の処理装置の一例を示す概略図である。
【００３０】
本発明の有機性廃水の処理装置は、生物処理槽、固液分離手段、アルカリ処理装置、加熱加圧処理装置からなる。
【００３１】
図１において、家庭排水、し尿、食料品製造業廃水などの産業廃水などの有機性廃水１は生物処理槽２に供給されて生物処理される。生物処理された処理液３は固液分離装置４へ送られ、処理水５と分離汚泥６に分離される。分離汚泥６の一部はアルカリ処理装置９へ供給され、分離汚泥６の大部分は返送汚泥７として生物処理槽２に返送されるが、生物処理槽２においては、通常、効率的な生物処理のために汚泥濃度をほぼ一定に維持するために、汚泥濃度が高くなると、余剰な汚泥は引き抜き汚泥８として引き抜かれる。アルカリ処理装置９へ供給された分離汚泥６は、汚泥供給装置１０を用いてアルカリ処理槽１１に供給される。アルカリ処理槽１１にはアルカリ槽１２からアルカリ供給装置１３を用いてアルカリ剤を添加し、アルカリ処理槽１１は攪拌機１４で攪拌する。なおアルカリ処理槽１１のｐＨはｐＨ測定器１５で測定し、設定のｐＨになるようにアルカリ剤を添加する。アルカリ処理されたアルカリ処理液１６は加熱加圧処理装置１７に供給され、汚泥供給装置１８を用いて加熱装置１９に供給される。加熱装置１９にて加熱された汚泥は一定時間滞留後、加圧状態にして装置出口に設けられた放出口２１より放出される。なお放出口２１には汚泥の放出を制御する開閉弁２０が設けられている。放出された加熱加圧処理汚泥２４は生物処理槽２に返送される。図２は図１の加熱装置１９の後に加圧装置２６を設置したものである。図３は図１のアルカリ処理装置９と加熱加圧処理装置１７を逆に設置したものである。図４は図２のアルカリ処理装置９と加熱加圧処理装置１７を逆に設置したものである。
【００３２】
本発明においては、有機性廃水を生物処理して浄化する際に発生する汚泥をアルカリ処理及び加熱加圧処理し、さらに生物処理工程で処理することにより、汚泥は炭酸ガスと水などに分解され余剰汚泥の大幅な減量化が実現する。
【実施例１】
【００３３】
化学工場廃水処理施設の返送汚泥をビーカーに２００ｍＬとり、水酸化ナトリウムを添加してそれぞれｐＨ９、１０、１１および１２に調整し、シリコンオイルバスで８０℃に加熱し４分間滞留させ、冷却後、水酸化ナトリウムの添加から１時間後に硫酸で中和したものを、３，０００ｒｐｍで１０分間遠心分離し、上清のＴＯＣ濃度を測定し図５に示した。図５からＴＯＣ濃度は、ｐＨ１２に調整して処理したものがｐＨ９〜１１に比べて大幅に高い結果となった。よって充分な可溶化を行うにはｐＨ１２以上のアルカリ処理が必要であることがわかる。
【実施例２】
【００３４】
図１に示すような処理フローの化学工場廃水処理施設にて、５ｍ3／日の有機性廃水１を５ｍ3の生物処理槽２に流入し、処理液３を固液分離装置４に供給し、処理水５と分離汚泥６に分離し、処理水５は系外に放出し、分離汚泥６（汚泥濃度８．０ｇ／Ｌ）は一部をアルカリ処理装置９に供給し、大部分を返送汚泥７として生物処理槽２に返送した。アルカリ処理装置９に供給された分離汚泥６は、汚泥供給装置１０を用いて固形物汚泥発生量（０．７５ｋｇ／日）の２倍の１８７．５Ｌ／日（固形物汚泥量 １．５ｋｇ／日）で８Ｌのアルカリ処理槽１１に連続して供給した。アルカリ処理槽１１ではｐＨ１２になるように制御し、アルカリ槽１２より５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液を添加した。アルカリ処理液１６は加熱加圧処理装置１７に供給し、汚泥供給装置１８を用いて加熱装置１９に連続して供給した。加熱装置１９では電熱ヒーターにより８０℃に加熱し、４分間滞留させた後、内圧計２３が０．４ＭＰａを超えると開閉弁２０が開き、放出口２１より汚泥が放出するように設定した。放出した加熱加圧処理液２４は生物処理槽２に返送した。
比較例１
実施例２の処理方法において、分離汚泥６の大部分を返送汚泥として生物処理槽２に返送し、一部の９３．８L／日（固形物汚泥発生量 ０．７５ｋｇ／日）を余剰汚泥８として引き抜きいた。
比較例２
実施例２の処理方法において、分離汚泥６の一部をアルカリ処理装置９に供給せず、直接、加熱加圧処理装置１７に固形物汚泥発生量（０．７５ｋｇ／日）の２倍の１８７．５Ｌ／日（固形物汚泥量 １．５ｋｇ／日）を供給し、実施例２と同様の加熱加圧処理条件で処理した後、生物処理槽２に返送した。
比較例３
実施例２の処理方法において、分離汚泥６の一部をアルカリ処理装置９に供給せず、直接、加熱加圧処理装置１７に固形物汚泥発生量（０．７５ｋｇ／日）の３．３倍の３０９．４L／日（固形物汚泥量 ２．４８ｋｇ／日）を供給し、実施例２と同様の加熱加圧処理条件で処理した後、生物処理槽２に返送した。
【００３５】
図６は固形物汚泥発生量を示す図である。比較例１は０．７５ｋｇ／日の固形物汚泥が発生しているのに対し、その２倍を加熱加圧処理装置１７で処理した比較例２では０．２６３ｋｇ／日、３倍を加熱加圧処理装置１７で処理した比較例３では０．００８ｋｇ／日、２倍をアルカリ処理装置９で処理し、さらに加熱加圧処理装置１７で処理した実施例２では０．０２３ｋｇ／日であり、比較例１に対して固形物汚泥発生量はそれぞれ６５％、９９％、９７％減量した。実施例２では比較例２と同量の固形物汚泥発生量の２倍を可溶化処理しているが、加熱加圧処理とアルカリ処理を併用することで、３倍を加熱加圧処理している比較例３と同等に固形物汚泥発生量を減量させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法の工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の有機性廃水の処理方法の工程の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の有機性廃水の処理方法の工程の他の例を示す概略図である。
【図４】本発明の有機性廃水の処理方法の工程の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明の有機性廃水の処理方法におけるアルカリ処理の比較図である。
【図６】本発明の有機性廃水の処理を行った場合と行わない場合の固形物汚泥発生量の比較図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  有機性廃水
２  生物処理槽
３  処理液
４  固液分離装置
５  処理水
６  分離汚泥
７  返送汚泥
８  余剰引き抜き汚泥
９  アルカリ処理装置
１０  汚泥供給装置
１１  アルカリ処理槽
１２  アルカリ槽
１３  アルカリ供給装置
１４  攪拌機
１５  ｐＨ測定器
１６  アルカリ処理液
１７  加熱加圧処理装置
１８  汚泥供給装置
１９  加熱装置
２０  開閉弁
２１  放出口
２２  内温計
２３  内圧計
２４  加熱加圧処理液
２５  加熱処理液
２６  加圧装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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