(57)【要約】【課題】  下水処理場および排水処理場において、廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥を減量化する方法であって、従来型処理法の種々の欠点を克服し、多量の酸化剤を用いることなく、比較的温和な条件で、従って、設備費と処理コストの低減できる方法を提供する。【解決手段】  廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥の懸濁液に、高圧状態の二酸化炭素を微小気泡として溶解させ、該高圧状態の二酸化炭素を生物性汚泥の懸濁液と接触させ、次いで高圧状態の二酸化炭素を除去した懸濁液を再度活性汚泥処理することを特徴とする、生物性汚泥の減量化方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥の懸濁液に、高圧状態の二酸化炭素を微小気泡として溶解させ、該高圧状態の二酸化炭素を生物性汚泥の懸濁液と接触させ、次いで高圧状態の二酸化炭素を除去した懸濁液を再度活性汚泥処理することを特徴とする、生物性汚泥の減量化方法。
【請求項２】
廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥の減量化装置であって、生物性汚泥の懸濁液に高圧状態の二酸化炭素を微小気泡状にして導入して溶解させる手段、それを所定時間維持するための手段、及び高圧状態の二酸化炭素を除去した生物性汚泥の懸濁液を活性汚泥処理する手段を備えることを特徴とする、生物性汚泥の減量化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理場や排水処理場において、廃水を活性汚泥処理することにより発生した返送汚泥、余剰汚泥等の生物性汚泥を、生物分解し易い形態に変換した後、再び活性汚泥処理して、生物性汚泥の減量化を行うための方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周年に亘り、下水処理場及び排水処理場での活性汚泥処理により、多量に生じ排出される生物性汚泥は、資源として有効利用することが望ましいが、現時点では、技術的にもコスト的にも有効利用するためのシステムが構築されているとはいい難い。そこで、これら生物性汚泥を脱水して燃焼処理や、埋め立て処分しているのが現状である。しかしながら、それらの処分方法は、燃焼処理ではコスト的に、埋め立て処分法では埋め立て用地の確保の面から、困難な状況になっている。そこで、生物性汚泥を易生物分解物質に変換し、再度生物処理を行うことにより汚泥の発生量を減量化するための方法が種々考案されている。
【０００３】
これまでに研究開発されている活性汚泥を易生物分解物質に変換する方法には、機械的方法、生物的方法、化学的方法、物理的方法、さらにはこれらを併用した様々な方法が考案されている。
機械的方法としては、重ね合わせた２枚のディスクの隙間に汚泥を通し、該ディスクを高速回転させて汚泥を摩砕する高速回転ディスクを用いる方法や、粒径の細かいガラス又はジルコニアのビーズを充填したミルを回転させ、汚泥を投入して破砕するビーズミルを用いる方法などが挙げられる。
生物的方法としては、好熱菌による汚泥の可溶化法がある。これは、細胞外分泌酵素を生産する高熱菌を利用して、高温下で汚泥を酵素分解処理する方法である。
化学的方法としては、強力な酸化剤による汚泥の酸化分解法がある。酸化剤としては、オゾンが代表的であり、種々の方法が提案されている（特許文献１等）。オゾンより酸化力の強い酸化剤を用いる方法も提案されている。
物理的方法としては、高温高圧状態で汚泥を分解する水熱処理法がある。
【特許文献１】特開平６−２０６０８８号公報
【０００４】
これらの従来型処理法では、汚泥を機械的、生物的、化学的、物理的に可溶化することにより、易生物分解物質に変換しようとするものであるが、機械的方法では処理コストが高くなること、生物的方法は処理速度が低いために大型の処理槽が必要となること、化学的方法においてはオゾンなど多量の酸化剤を発生させる必要があり処理コストならびに処理設備に多大な費用を要し、処理された廃水の品質を低下させる恐れがある。物理的方法においては、効果的な熱エネルギーの回収システムを構築することにより処理コストをある程度抑えることが可能であるが、高温高圧処理（例えば、３７４℃、２２ＭＰａ程度）が可能な装置の設備費に膨大な費用を要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、下水処理場や排水処理場において、廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥を減量化する方法であって、上記従来型処理法の種々の欠点を克服し、多量の酸化剤を用いることなく、比較的温和な条件で、従って、設備費と処理コストの低減できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った結果、廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥を、高圧状態の二酸化炭素と接触させることにより、生物性汚泥を構成する微生物を効率よく死滅させることができ、これを再度活性汚泥処理することにより、死滅細胞内の残存酵素の働きで生物性汚泥が効率的に自己消化され、生物性汚泥が効率よく減量化されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の［１］及び［２］に記載した事項により特定される。
［１］廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥の懸濁液に、高圧状態の二酸化炭素を微小気泡として溶解させ、該高圧状態の二酸化炭素を生物性汚泥の懸濁液と接触させ、次いで高圧状態の二酸化炭素を除去した懸濁液を再度活性汚泥処理することを特徴とする、生物性汚泥の減量化方法。
［２］廃水を活性汚泥処理することにより発生した生物性汚泥の減量化装置であって、生物性汚泥の懸濁液に高圧状態の二酸化炭素を微小気泡状にして導入して溶解させる手段、それを所定時間維持するための手段、及び高圧状態の二酸化炭素を除去した生物性汚泥の懸濁液を活性汚泥処理する手段を備えることを特徴とする、生物性汚泥の減量化装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来技術を克服し、多量の酸化剤を用いることなく、比較的温和な条件で、従って、低設備費と低処理コストで、廃水を活性汚泥処理することにより下水処理場や廃水処理場から多量に発生する生物性汚泥を、処理された廃水の品質を損なうことなく、効率的に減量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る方法は、廃水を活性汚泥処理して発生した生物性汚泥の懸濁液に高圧状態の二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素を生物性汚泥と充分接触させて処理した後、再度活性汚泥処理を行って、生物性汚泥の減量化を行うものである。その際、高圧状態の二酸化炭素を微小泡状にして懸濁液に接触させることが重要である。ここで、高圧状態の二酸化炭素とは、圧力０．２ＭＰａ以上の二酸化炭素をいい、好ましくは０．５〜１０ＭＰａ、より好ましくは１〜８ＭＰａの二酸化炭素である。１０ＭＰａより高くなると生物性汚泥中の微生物の細胞膜や細胞壁の破壊のみならず、酵素の失活を引き起こすことになり、後の活性汚泥処理において、生物性汚泥の自己消化能力が低減する可能性がある。高圧状態の二酸化炭素を微小泡状にして懸濁液に充分接触させるには、攪拌機を備えた二酸化炭素溶解槽を用いてもよいし、スタティックミキサーによる方法でもよく、また高圧状態の二酸化炭素をミクロフィルターを通して供給する方法、又はそれらを複合した方法でもよく、高圧状態の二酸化炭素の粒径が１０００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の微小泡状で懸濁液に接触できればどのような方法でもよく、特に限定されない。
【００１０】
高圧状態の二酸化炭素を生物性汚泥の懸濁液に溶解した状態を維持するには、回分式の処理槽、あるいは連続式の処理カラム（処理槽）を用いる方法でもよい。連続式の場合、二酸化炭素を溶解させる部分は連続処理カラム（処理槽）の一部分であっても、あるいは独立した二酸化炭素溶解部分（二酸化炭素溶解槽）から構成されていてもよい。高圧状態の二酸化炭素を生物性汚泥の懸濁液に接触させると、汚泥を構成する微生物は容易に死滅するが、このとき、処理に関する諸条件（温度、圧力、処理時間、懸濁液と二酸化炭素の供給比率等）を適切に設定することにより、細胞内酵素活性を残した状態で汚泥を失活させることができる。この場合、二酸化炭素の圧力については上述のとおりであるが、処理温度も重要である。処理温度が高くなると、細胞内酵素が失活する恐れがあり、高くても５０℃以下であり、好ましくは５〜３０℃である。しかしながら、処理温度は他の諸条件との関係で変化しうる。このような処理圧力（二酸化炭素の圧力）と処理温度のもとでは、２〜６０分の処理時間で、汚泥を充分失活させることができる。生物性汚泥の懸濁液を高圧状態の二酸化炭素で処理した後、大気圧への減圧により二酸化炭素を懸濁液から分離する。分離した二酸化炭素は、加圧することにより再利用することができる。
得られた生物性汚泥の懸濁液は、必要ならば、ｐＨ調整等必要な処理が行われ、再度活性汚泥処理が行われる。この活性汚泥処理は、廃水の活性汚泥処理槽に戻して行うのが好ましいが、処理された生物性汚泥の懸濁液を単独で曝気して処理してもよい。
【００１１】
次に、本発明の装置について図面により説明する。
図１は、本発明に係る生物性汚泥の高圧二酸化炭素による処理装置を廃水の活性汚泥処理設備に組み込んだ模式図である。図１において、廃水１は、活性汚泥処理槽２で廃水１中の有機物が曝気処理により分解され、処理された廃水は沈殿槽３で上澄み液（処理水）と固形分（汚泥）に分離され、処理された水は必要ならばさらなるｐＨ調整等のその後の処理が行われ、河川等に放流される。一方、分離された活性汚泥処理により増殖した汚泥を含む汚泥の一部は返送汚泥４として活性汚泥処理槽２に戻され、活性汚泥処理槽２で増殖した余分の汚泥即ち余剰汚泥５は、本発明に係る生物性汚泥の高圧二酸化炭素による処理装置６で処理されて、処理汚泥７として返送汚泥４とともに活性汚泥処理槽２に戻される。処理汚泥７は活性汚泥処理槽２で、死滅細胞内の残存酵素の働きにより生物性汚泥が効率的に自己消化されて、効率よく減量化される。
【００１２】
図２は、本発明に係る生物性汚泥の高圧二酸化炭素による処理装置（図１における高圧状態の二酸化炭素処理装置６）の一実施形態を示す図である。図２において、生物性汚泥の懸濁液は、該汚泥の懸濁液タンク１６からポンプ１７を介して攪拌機２０を備えた高圧状態の二酸化炭素溶解槽１８に装入される。一方、液化二酸化炭素ボンベ１１からバルブ１２、冷却器１３、液化二酸化炭素用ポンプ１４、差圧バルブ１５を経由して、高圧状態の二酸化炭素が二酸化炭素溶解槽１８に装入され、攪拌機２０により微小気泡として生物性汚泥の懸濁液に溶解される。二酸化炭素溶解槽１８で高圧状態の二酸化炭素を溶解した生物性汚泥の懸濁液は、処理槽２１で、所定の圧力、温度で、一定時間保持され、生物性汚泥を高圧状態の二酸化炭素と充分接触させた後、圧力制御弁２２を介して二酸化炭素分離槽２３に排出され、処理汚泥と回収二酸化炭素に分離され、処理汚泥は活性汚泥処理槽（図示せず）に戻されるか、又は単独で活性汚泥処理される。回収二酸化炭素は、加圧することにより再利用することができる。
本発明に係る生物性汚泥の高圧二酸化炭素による処理装置により、生物性汚泥中の微生物を効率よく死滅させることができるが、死滅細胞内の酵素は失活せず、後の活性汚泥処理工程において、処理汚泥の自己消化がおこり、処理汚泥の減量化が行われる。このことは、処理汚泥のＢＯＤの測定による酸素消費量が、未処理汚泥と比較して、著しく増加し、被生物分解性が向上することによって知ることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。
生物性汚泥の作成
福岡市東部下水処理センターから分与された返送汚泥を遠心分離し、その上清と沈降物（汚泥）を分離した。得られた汚泥を蒸留水で洗浄し、再度遠心分離した。それを３回繰り返した後、汚泥を沈降物として回収し以下の実験に使用した。
【００１４】
実施例１
生物性汚泥を蒸留水を用いて、その固形物含量（ＭＬＳＳ）７６００ｍｇ／Ｌ（ＭＬＶＳＳ値：５８００ｍｇ／Ｌ）の原料汚泥懸濁液を調整し、図２の装置を用いて、処理圧力５．０ＭＰａ、処理温度１０℃、２０℃及び３０℃、平均滞留時間２０分、二酸化炭素／懸濁液供給比率０．０４〜０．０６（重量比率）で、汚泥懸濁液の高圧二酸化炭素処理を行った。処理後、急激除圧を行いサンプルを回収した。直ちにＢＯＤ  Ｔｒａｃｋ（（株）飯島電子工業社製）自動測定装置に処理された汚泥懸濁液に未処理汚泥（図１の返送汚泥に相当する）を添加した試験液をセットして、２０℃で５日間酸素消費量をモニターした。比較のために、未処理汚泥懸濁液を８０℃、１０分間加熱することにより微生物を死滅させた熱処理汚泥と、ビーズミルとして、MULTI-BEADS SHOCKER MB-100（YASUI KIKAI 社製）を用い、５分間破砕（３５００ｒｐｍ）し、３分間氷冷する操作を４回繰り返した完全破砕汚泥のＢＯＤ測定を行った。また、未処理の原料汚泥懸濁液のＢＯＤも測定した。
以上の実験結果を図３に示す。図３は生物分解率の指標として縦軸に酸素消費量（ｍｇ／Ｌ）を、横軸に経過日数をプロットしたものである。
図３より、未処理の汚泥が最も生物分解を受け難いことが明らかである。次いで、熱処理汚泥が生物分解を受け難かった。これは汚泥を構成する微生物の死滅と同時に細胞内酵素も失活するために汚泥の自己消化が起こりにくいことに起因すると推察される。高圧状態の二酸化炭素処理を行った汚泥については、処理温度が低いほど処理汚泥の被生物分解能が向上することが明らかとなった。なお、１０℃で処理された汚泥の生物分解活性はビーズミルによる完全破砕汚泥の被生物分解能に比べて約８５％程度の被生物分解活性を示した。
【００１５】
実施例２
被生物分解能に及ぼす処理圧の効果を検討したものである。実施例１と同様にして、１５℃、平均滞留時間２０分間の条件で、汚泥懸濁液（ＭＬＳＳ：７６００ｍｇ／L）を、処理圧力を変えて二酸化炭素で処理した。結果を表１（表１）に示す。２．５ＭＰａ及び５．０ＭＰａの処理により、被生物分解能の向上が顕著であった。
【００１６】
【表１】
2005246287.tif 000003
【００１７】
実施例３
被生物分解能に及ぼす処理温度の効果を検討したものである。実施例１と同様にして、処理圧力５．０ＭＰａ、平均滞留時間２０分間の条件で、汚泥懸濁液（ＭＬＳＳ：７６００ｍｇ／L）を、処理温度を変えて二酸化炭素で処理した。結果を表２（表２）に示す。１０〜２０℃で、被生物分解能の向上が顕著であった。
【００１８】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る生物性汚泥の高圧二酸化炭素による処理装置を廃水の活性汚泥処理設備に組み込んだ模式図である。
【図２】図２は、本発明に係る生物性汚泥の高圧状態の二酸化炭素による処理装置の一実施形態を示す図である。
【図３】図３は、生物性汚泥を高圧状態の二酸化炭素で処理した汚泥を活性汚泥処理したときの酸素消費量の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１．廃水
２．活性汚泥処理槽
３．沈殿槽
４．返送汚泥
５．余剰汚泥
６．高圧状態の二酸化炭素処理装置
７．処理装置６で処理された汚泥（処理汚泥）
１１．液化二酸化炭素ボンベ
１２．バルブ
１３．冷却器
１４．液化二酸化炭素用ポンプ
１５．差圧バルブ
１６．生物性汚泥の懸濁液タンク
１７．生物性汚泥懸濁液用ポンプ
１８．二酸化炭素溶解槽
１９．モーター
２０．撹拌機
２１．高圧状態の二酸化炭素処理槽
２２．圧力制御弁
２３．二酸化炭素分離槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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