(57)【要約】【課題】本発明は、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、アルカリ処理を効率化して汚泥減容能力を向上、安定化させることを課題とする。【解決手段】汚水１を生物処理する曝気槽２と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水４と返送汚泥５とを得る沈殿槽３と、返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、前記引き抜き汚泥を２段以上のアルカリ処理をする複数のアルカリ処理槽８，９と、前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽１０と、前記可溶化された汚泥を前記曝気槽２に返送する汚泥返送手段とを具備する汚水の処理装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を生物処理する工程と、生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程と、アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備する汚水の処理方法において、
アルカリ処理する工程を２段階以上に分割し、多段アルカリ処理することを特徴とする汚水の処理方法。
【請求項２】
前記引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程に先だって、汚泥を濃縮することを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
【請求項３】
汚水を生物処理する生物処理槽と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、引き抜き汚泥を２段以上のアルカリ処理をする複数のアルカリ処理槽と、アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、可溶化された汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする汚水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性汚水を処理する汚水の処理方法およびその処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水などの有機性汚水を処理する施設においては、活性汚泥法などの生物学的処理法が採用されている。例えば、活性汚泥法による場合、曝気槽で汚水中の有機物質を微生物により分解させ、この汚水を沈殿槽へ送って処理水と汚泥に分離する処理が行われる。分離された汚泥は曝気槽へ返送されるが、その一部は余剰汚泥として系外へ抜き出され、脱水処理される。
【０００３】
抜き出される余剰汚泥は、その発生量が大量である上に、脱水処理をした汚泥であっても、８０％以上にも及ぶ含水率を有する。従って、前記余剰汚泥はごく一部が有効利用されているだけであって、大部分は廃棄物として処分されている。このため、余剰汚泥の処分方法が有機性汚水処理技術における大きな課題になっている。
【０００４】
即ち、汚泥の処分に際しては、脱水汚泥のまま、あるいは脱水汚泥を焼却処理した後に埋立て処分されている。近年、廃棄物処分場を新設する敷地を確保することが非常に困難になっており、汚泥をたやすく埋立て処分することができない状況になっている。
【０００５】
このため、余剰汚泥の処分費用が高騰し、汚水処理費全体に対する余剰汚泥の処分費が非常に大きな割合を占めるようになっている。また、汚泥を焼却処理すれば、大幅に減容化され、埋立処分がしやすくなるが、新たに焼却設備を設置しなければならず、その設備の建設費と運転に関わる費用の負担が非常に大きい。特に、小規模の水処理施設においては、上記費用の負担率は極めて大きくなる。
【０００６】
従来、上記の問題に対処して余剰汚泥の発生量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、返送汚泥の一部を抜き出し、この汚泥にアルカリを加えてアルカリ処理し、次いで、アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素または好気条件下で生物学的に処理した後、曝気槽などの生物処理工程へ返送する処理を行う汚水の処理技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４７２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、抜き出された返送汚泥がアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階で処理され、汚泥中の有機物が分解して可溶化する反応が進行し、この可溶化処理された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送している。従って、特許文献１の技術によれば、余剰汚泥の発生量が著しく減少できる。
【０００８】
しかし、特許文献１の技術により汚水の処理を行った場合、余剰汚泥の発生量が著しく減少すると言う効果が得られるが、アルカリ処理時に、攪拌、混合状態によって処理が変動し、アルカリ効率が低くなって処理が不安定になるという新たな問題が発生することが分かってきた。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、アルカリ処理を効率化して汚泥減容能力を向上、安定化させる汚水の処理方法およびその処理装置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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る汚水の処理方法は、汚水を生物処理する工程と、生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程と、アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備する汚水の処理方法において、アルカリ処理する工程を２段階以上に分割し、多段アルカリ処理することを特徴としている。
【００１１】
更に、本発明に係る汚水の処理装置は、汚水を生物処理する生物処理槽と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、引き抜き汚泥を２段以上のアルカリ処理をする複数のアルカリ処理槽と、アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、可溶化された汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アルカリ処理を２段階にして無駄を無くし、アルカリ添加量を最低限に抑えられる。従って、高効率な汚泥の可溶化処理が可能になり、ランニングコストの更なる低減が図れる。このため、下水など汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について更に詳しく説明する。  
本発明において、汚水を生物処理する方法としては、例えば活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法があるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
本発明者らは、従来技術によれば、アルカリ処理が不安定になるという問題について、検討と実験を重ねた結果、従来技術における汚泥の処理条件が、必ずしも適正であったとは言えないとの結論を得た。即ち、単一のアルカリ処理槽では、アルカリと汚泥の接触が十分ではなく、撹拝、混合状態の微小な変化によって接触効率が大きく変動し、結果として処理が不安定になる。解決策の一つとして滞留時間を十分にとる方法が考えられるが、処理槽容積が巨大になり、現実的とは言えない。また、アルカリ添加量を増やすことも解決策の一つであると考えられるが、そのためには多量のアルカリ剤が必要となり、ランニングコストの著しい増大を招く。
【００１５】
そこで、本発明者らは、アルカリ処理として、２段階以上の多段処理で行うという処理方法を採用するに至った。アルカリ処理は高ｐＨにて行われるが、現実的に完全混合槽を考えると、装置出口の汚泥ｐＨは処理槽内ｐＨと同一の、高いｐＨを保っている。換言すれば、これは、まだ汚泥分解に消費されていない水酸化物イオンが多量に残存していることを示している。従って、そのまま生物処理槽に投入して生物が産出する有機酸を中和する為にアルカリが消費されてしまってはアルカリに無駄が生ずる。そこで、アルカリ処理槽から排出される高ｐＨの汚泥をそのまま再度アルカリ処理することにより、アルカリ剤の無駄な消費が抑えられ、高効率な汚泥の可溶化処理が達成される。
【００１６】
本発明においては、引き抜き汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽として2つのアルカリ処理槽を用いた場合、その作用は次のようになる。まず、実験結果に基づいて、汚泥をアルカリ処理する際の、第１のアルカリ処理槽におけるｐＨは９〜１２．５程度にし、汚泥構成物質の分解を行わせる。
【００１７】
第１のアルカリ処理槽において、ｐＨが９未満であれば、汚泥の分解が不十分になり、良好な処理が行えない。また、ｐＨが１２．５を超えると、アルカリ薬剤費が嵩み、ランニングコストの点で問題が生ずる。また、このとき第２のアルカリ処理槽では、新規なアルカリの添加は行わないため、処理ｐＨは８〜１１程度になるように、滞留時間を設定する。
【００１８】
なお、上記第１のアルカリ処理槽ｐＨ９〜１２．５のうち、特に好ましい範囲はｐＨ９〜１１である。ｐＨが９〜１１であれば、汚泥の分解が十分に行われて効率的な可溶化処理が行われるとともに、アルカリの消費量が適度の範囲に抑えられる。
【００１９】
本発明において、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程に先だって、汚泥を濃縮することが好ましい。これにより、アルカリ効率が上がり、使用アルカリを減らすことができる（少ないアルカリで同等の効果が得られる）。また、装置の小型化が図れる。
【００２０】
図１は、本発明に係る汚水の処理装置の一例を示す図である。この汚水処理装置は、汚水を処理するラインＬ１と汚泥を処理するラインＬ２とを具備している。前記ラインＬ１には、流入する汚水１を好気的条件で処理する生物処理槽としての曝気槽２と、この曝気槽２の下流側に配置された固液分離装置としての沈殿槽３が設けられている。ここで、沈殿槽３は、前記曝気槽２から排出された汚水を受け入れて汚泥を沈降させ、処理水４と返送汚泥５に分離する機能を有している。なお、図1中の符番６は、返送汚泥５を曝気槽２へ返送する返送汚泥配管である。
【００２１】
前記ラインＬ２には、沈殿槽３から排出された汚泥の一部７に、アルカリ剤を添加して汚泥をアルカリ処理する第１のアルカリ処理槽８、さらにこの処理槽８で消費されなかったアルカリを利用してアルカリ処理を連続的に行う第2のアルカリ処理槽９が設けられている。また、ラインＬ２には、前記第２のアルカリ処理槽９から排出される汚泥を生物学的に処理して可溶化分解する生物学的可溶化槽１０が設けられている。
【００２２】
このとき、生物学的可溶化槽１０は緩やかに撹拝されながら、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。なお、図中の符番１１は第1のアルカリ処理槽８へアルカリ剤を供給するアルカリ剤供給装置、符番１２は可溶化処理した汚泥を曝気槽２へ返送する可溶化汚泥返送配管（汚泥返送手段）である。前記アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのような溶解度の大きなものが望ましい。
【００２３】
上述したように、図１に係る汚水の処理装置は、汚水を生物処理する生物処理槽２と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水４と返送汚泥５とを得る沈殿槽３と、前記返送汚泥４の一部から引き抜き汚泥を得る汚泥返送配管６と、前記引き抜き汚泥を２段以上のアルカリ処理をする第１、第2のアルカリ処理槽８，９と、前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽１０と、前記可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する可溶化汚泥返送配管１２とを具備した構成となっている。なお、請求項３における「搬送汚泥の一部を引き抜き汚泥を得る手段」とは、図1の汚泥４の一部７を得る手段を示す。
【００２４】
なお、本発明に係る装置の構成は図１に示す装置の組合せに限定されるものではない。例えば、汚水処理工程には、生物処理槽として活性汚泥法を想定して曝気槽５が設けられているが、本法以外にも、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などで汚水処理を行う装置を使用してもよい。
【００２５】
上記構成の装置による汚水処理は、次のように行われる。  
まず、大きな固形物や砂などの比重の大きい固形分が除去された汚水１が、曝気槽２へ流入し、生物処理される。この際、返送汚泥配管６から多量の返送汚泥が曝気槽２に導入される。次に、生物処理されて浄化された水は、汚泥と共に沈殿槽３へ送られる。沈殿槽３では上澄水の層と汚泥の層からなる２層が形成され、上澄水は処理水４として排出される。一方、沈降した汚泥は、返送汚泥配管６を経由して曝気槽２へ返送される。
【００２６】
そして、返送汚泥配管６から返送汚泥５の一部（汚泥７）が抜き出されて、第１のアルカリ処理槽８へ投入され、アルカリ剤供給装置１１からアルカリ剤が添加され、汚泥のｐＨが９〜１２．５、好ましくは９〜１１の範囲内の所定値になるように調節される。アルカリ剤が添加された汚泥は、３〜２４時間程度の間攪拌されてアルカリ処理される。その後、処理汚泥は第２のアルカリ処理槽９に送られ、ｐＨ８〜１１にて３〜２４時間程度の間攪拌され、残存アルカリによるさらなる汚泥の可溶化を進行させる。この２段階のアルカリ処理によりアルカリ消費に無駄のない効率的な処理が行われ、従来よりも少ないアルカリ添加量で、これまでと同等の効果を得ることができる。
【００２７】
第２のアルカリ処理槽９から排出された汚泥は、生物学的可溶化槽１０へ送られ、１日〜３日程度の間、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。この生物学的可溶化槽１０における処理によって、アルカリによって破壊された汚泥の更なる分解が進行し、有機酸類などのような化合物にまで低分子化される。生物学的可溶化槽１０から排出された汚泥は可溶化汚泥返送配管１２を経て曝気槽２へ返送される。可溶化汚泥が返送された曝気槽２においては、流入汚水中のＢＯＤ成分が分解されると共に、低分子化された可溶化汚泥中のＢＯＤ成分が分解される。
【００２８】
このように、本発明に係る汚水の処理方法は、汚水を生物処理する工程と、前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水４と返送汚泥５とを得る工程と、前記返送汚泥５の一部から引き抜き汚泥７を得る工程と、前記引き抜き汚泥７をアルカリ処理する工程と、前記アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、前記可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備する汚水の処理方法において、前記アルカリ処理する工程を２段階以上に分割し、多段アルカリ処理することを特徴とする。
【００２９】
次に、具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。  
（実施例）  
余剰汚泥を対象に図２の工程に従って本発明の連続処理試験を行った。本実施例では、容積４００ｍｌの円筒型のアルカリ処理槽８，９、及び同型同容積の生物学的可溶化槽１０を用いて、いずれの処理槽も、常温、常圧条件下で曝気は行わず機械的攪拌のみを行った。供試汚泥は下水処理場から採取した余剰汚泥を用い、４℃で保存した。この汚泥を汚泥輸送ポンプ（図示せず）にて生物学的可溶化装置１０へ一定期間毎、連続的に供給した。
【００３０】
第1のアルカリ処理槽８は、ｐＨコントローラによってｐＨ９．０に保たれるように水酸化ナトリウムを用いて制御した。第1のアルカリ処理槽８で処理された汚泥は、第2のアルカリ処理槽９ヘオーバーフローさせて、アルカリ処理を行った。両アルカリ処理槽８，９とも滞留時間は３時間とし、計６時間のアルカリ処理を行った。このとき、ｐＨ調整を行わない第２のアルカリ処理槽９のｐＨは、約８．２程度であった。
【００３１】
第２のアルカリ処理槽９で処理された汚泥は汚泥輸送ポンプによって引き抜き、生物学的可溶化槽１０に流入させた。生物学的可溶化槽１０は、滞留時間を３日間に設定して運転を行った。最終的に流出した汚泥のＭＬＳＳ（mixed  liquor  suspended  Solid）を供試汚泥のＭＬＳＳと比較することにより本システム全体の汚泥可溶化率を求めた。
【００３２】
比較例として、図３のように従来の１槽のみのアルカリ処理槽２１と、生物学的可溶化槽２２とを組み合わせた実験を行った。アルカリ処理槽２１の滞留時間は６時間とし、アルカリ処理の総時間は実施例と同様になるように調整した。設定ｐＨも９とし、実施例に合わせた。生物学的可溶化槽２２の滞留時間も実施例に合わせて３日間とした。実験条件及び結果を下記表１に示す。
【表１】
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【００３３】
表１より、上記実施例によれば、比較例に比べてＮａＯＨ総添加量を少なくすることができると共に、最終的に流出した汚泥のＭＬＳＳを少なくすることができる。
【００３４】
このように、本発明によれば、余剰汚泥の発生量を著しく減少させる技術において、アルカリ処理を２段階にして無駄を無くし、アルカリ添加量を最低限に抑えられる。従って、高効率な汚泥の可溶化処理が可能になり、ランニングコストの更なる低減が図れることから、下水など汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る汚泥の処理装置の説明図。
【図２】本発明の連続試験の一例を説明するための図。
【図３】本発明に対する比較となる連続試験の一例を説明するための図。
【符号の説明】
【００３６】
２…曝気槽、３…沈殿槽、６…返送汚泥配管、８…第1のアルカリ処理槽、９…第2のアルカリ処理槽、１０…生物学的可溶化槽、１１…アルカリ剤供給装置、１２…可溶化汚泥返送配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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