(57)【要約】【課題】有機性排水の生物処理に関し、従来手法における、処理水質の悪化、生物処理槽の負荷上昇、設備費が高いといった問題を伴うことなく、効果的にかつ安価に実施できる余剰汚泥の発生抑制方法を提供する。【解決手段】有機性排水を好気性生物処理槽で処理する方法において、好気性生物処理槽内あるいは沈殿槽内の汚泥に対して生分解性プラスチックを接触させることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を好気性生物処理槽で処理する方法において、好気性生物処理槽内に存在する汚泥に対して生分解性プラスチックを接触させることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項２】
前記好気性生物処理槽内の溶存酸素濃度が３ｍｇ／Ｌ以下の好気性条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させる、請求項１の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項３】
前記好気性生物処理槽内の汚泥含有有機性排水の一部を反応槽に循環させ、該反応槽内で生分解性プラスチックと汚泥を接触させる、請求項１の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項４】
前記反応槽内の溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させる、請求項３の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項５】
有機性排水を好気性生物処理槽と沈澱槽で処理する方法において、沈殿槽で固液分離された汚泥の少なくとも一部を生分解性プラスチックと接触させることを特徴とする余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項６】
溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させる、請求項５の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項７】
沈殿槽で固液分離された汚泥の少なくとも一部を反応槽に引き抜き、該反応槽内で生分解性プラスチックと汚泥を接触させる、請求項５または６の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項８】
生分解性プラスチックと接触された汚泥を前記好気性生物処理槽に戻す、請求項１〜７のいずれかに記載の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項９】
生分解性プラスチックと汚泥が接触される槽内のｐＨを６〜９とする、請求項１〜８のいずれかに記載の余剰汚泥の発生抑制方法。
【請求項１０】
生分解性プラスチックの素材として、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシブチレートとポリヒドロキシバリレートの共重合体、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸のいずれかを用いる、請求項１〜９のいずれかに記載の余剰汚泥の発生抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や工場から流出する有機性排水を活性汚泥などで生物処理する方法における、余剰汚泥の発生を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や産業排水の有機性排水は、活性汚泥などの生物処理により処理されるが、その際に増殖した微生物を主体とした余剰汚泥が発生する。この余剰汚泥は、産業廃棄物の半分程度を占めるとされているが、埋め立て処分場が逼迫していることから汚泥を減量化することが急務となっている。
【０００３】
近年、生物処理から発生する余剰汚泥を減量化する方法として、汚泥をオゾン、酸化剤、超音波、機械的破砕などの手段で可溶化後に、生物処理槽に戻して無機化することで汚泥を減らす手法が実用化されている。
【０００４】
しかしながら、汚泥を可溶化後に生物処理槽で無機化する手法においては、汚泥の可溶化設備費が高くランニングコストも高い、既設の生物処理槽の負荷に余裕がないと汚泥減量化処理装置を導入できない、生物処理水質（ＣＯＤ、窒素、リンなど）が悪化するなどの問題点があった。
【０００５】
一方、最近、窒素含有排水の水素供与体として、メタノールなどの代わりに生分解性固形材料が利用できることが明らかになっており、窒素含有排水の脱窒素処理の水素供与体としての報告例がいくつかある。たとえば特許文献１には、窒素を含む有機性排水を嫌気性処理及び好気性処理で脱窒素処理する際の水素供与体として生分解性プラスチックを利用できることが記載されている。
【０００６】
また、脱窒素処理に関しては、特許文献２に、炭素数６以上のカルボン酸を主成分とする固体の脱窒素促進剤を有機系排水の好気性生物処理で利用できることが記載されている。
【０００７】
しかし上記特許文献１、特許文献２は、いずれも窒素含有排水の脱窒素処理についての技術を記載したものである。従来、有機性排水を好気性生物処理で処理する方法において、好気性生物処理槽内の汚泥、または沈殿槽で固液分離した汚泥に生分解性プラスチックを接触させることで、生物処理で発生する余剰汚泥を抑制することを示唆した報告は見当たらない。
【特許文献１】特開２０００−１５３２９３号公報
【特許文献２】特許第３２９８５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、とくに有機性排水の生物処理における余剰汚泥の抑制に着目し、上記のような汚泥を可溶化後に生物処理槽で無機化する従来の手法における、処理水質の悪化、生物処理槽の負荷上昇、イニシャルコスト、ランニングコストが高いといった問題を伴うことなく、効果的にかつ安価に実施できる余剰汚泥の発生抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、好気性生物処理に関する検討、実験を進めるに際し、従来手法のように脱窒素処理に着目するのではなく、余剰汚泥の減量に着目して、生分解性プラスチックを投入した活性汚泥の実験を進めた結果、生分解性プラスチックを投入した系においては汚泥発生量を非常に少なくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。前述の如く、従来、生分解性プラスチックを脱窒素の水素供与体として用いることは行われていたが、生分解性プラスチックを用いることで余剰汚泥の発生を減少、抑制できることに関する示唆や報告はない。したがって、本発明は生分解性プラスチックの新たな用途としても非常に価値の高い発明である。
【００１０】
すなわち、前記課題を解決するために、本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法は、有機性排水を好気性生物処理槽で処理する方法において、好気性生物処理槽内に存在する汚泥に対して生分解性プラスチックを接触させることを特徴とする方法からなる。
【００１１】
好気性生物処理としては、活性汚泥、接触酸化、固定床式、流動床式生物処理のいずれも適用可能である。このとき、上記好気性生物処理槽内の溶存酸素濃度が３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５〜２．５ｍｇ／Ｌの好気性条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させることが好ましい。このような好気性条件は、ばっ気を行うことによってコントロール可能である。
【００１２】
また、生分解性プラスチックと汚泥の接触は、上記好気性生物処理槽内に生分解性プラスチックを投入し、該好気性生物処理槽自身の内部で行うことは勿論のこと、上記好気性生物処理槽内の汚泥含有有機性排水の一部を反応槽に循環させ、該反応槽内で生分解性プラスチックと汚泥を接触させるようにすることもできる。後者の場合には、反応槽内の溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させることが好ましく、該反応槽内の条件は、好気性、嫌気性のいずれも可能である。なお、一般に、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であれば好気性条件になるとされている。
【００１３】
また、本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法は、有機性排水を好気性生物処理槽と沈殿槽で処理する方法において、沈殿槽で固液分離された汚泥の少なくとも一部を生分解性プラスチックと接触させることを特徴とする方法からなる。すなわち、沈殿槽で固液分離された汚泥に生分解性プラスチックを接触させる方が、より溶存酸素濃度がより低い条件で汚泥と生分解性プラスチックを反応させることが可能なため、汚泥の発生をより効率よく抑制することが可能になる。
【００１４】
この場合にも、溶存酸素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の条件下で生分解性プラスチックと汚泥を接触させることが好ましく、接触反応させる条件は、好気性、嫌気性のいずれも可能である。
【００１５】
また、生分解性プラスチックと汚泥の接触は、上記沈殿槽内に生分解性プラスチックを投入し、該沈殿槽自身の内部で行うこともできるし、沈殿槽で固液分離された汚泥の少なくとも一部を反応槽に引き抜き、該反応槽内で生分解性プラスチックと汚泥を接触させるようにすることもできる。
【００１６】
上記のような本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法においては、生分解性プラスチックと接触された汚泥を前記好気性生物処理槽に戻すことができる。したがって、たとえば上記沈殿槽を設ける態様にあっては、沈殿槽内で生分解性プラスチックと接触反応された汚泥を前記好気性生物処理槽に戻すか、その返送ラインに沈殿槽で固液分離された汚泥の少なくとも一部を引き抜く反応槽を設けておき、該反応槽内で生分解性プラスチックと接触反応された汚泥を前記好気性生物処理槽に戻すようにすることができる。
【００１７】
また、生分解性プラスチックと汚泥が接触される槽内のｐＨは６〜９の範囲内、好ましくは６．５〜８の範囲内とすることが望ましい。とくに、ｐＨが５以下の場合、著しい効果が確認されなくなるおそれがある。
【００１８】
また、生分解性プラスチックと汚泥の接触時の水温はとくに限定されないが、余剰汚泥の発生抑制効果をより確実に得るためには、水温が１５〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃で生分解性プラスチックと汚泥を接触させることが望ましい。
【００１９】
なお、本発明において用いる生分解性プラスチックもとくに限定されないが、コストや効率の点から、生分解性プラスチックの素材として、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシブチレートとポリヒドロキシバリレートの共重合体、ポリブチレンサクシネート、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸のいずれかを用いることが好ましい。
【００２０】
このような本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法において、余剰汚泥の発生を抑制するための詳細なメカニズムは、まだ未解明であるが、生分解性プラスチック添加により菌体転換率の低い菌相に推移すること、または、脱窒率の向上に伴う異化反応や自己酸化の促進することなどの作用で効果が出るものと想定される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法によれば、適切な場所に生分解性プラスチックを投入して適切な条件下で汚泥と接触させるだけで余剰汚泥の発生を抑制でき、したがって、実質的に既設の生物処理装置に生分解性プラスチックを投入するだけで汚泥を減量することができ、従来の汚泥可溶化処理における導入設備費（イニシャルコスト）およびランニングコストが高いこと、生物処理槽の負荷が上昇するため既設の生物処理槽の負荷に余裕がないと装置を導入できないこと、生物処理水質（ＣＯＤ、窒素など）が悪化することなどの問題を伴うことなく、効果的にかつ安価に余剰汚泥の発生を抑制できる。特に、比較的小規模な工場等において、汚泥を減らしたいが設備費用が高く装置を導入できないケース、ＣＯＤ総量規制があり装置が導入できなかったケース、既設の生物処理のＢＯＤ負荷に余裕がなく装置を導入できなかったケース等に対して、有効な汚泥減量手法を提供することが可能となり、本発明の実用性は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法を実施するための汚泥処理システムの概略構成を示している。本実施態様に係る汚泥処理システム１においては、原水としての有機性排水がポンプ２により好気性生物処理槽３に送られ、好気性生物処理槽３では、ブロワ４からの給気によりばっ気手段５を用いてばっ気が行われて生物処理される。好気性生物処理槽３からの汚泥含有排水は、沈殿槽６に送られて固液分離され、分離された水は処理水として、放流されるか、あるいは所定の行き先に送られる。固液分離された汚泥は、ポンプ７を介して好気性生物処理槽３に返送される。通常、沈殿槽６で固液分離された沈殿汚泥（活性汚泥の濃度：ＭＬＳＳとして６，０００〜１５，０００ｍｇ／Ｌ程度）は生物処理槽３に返送され、生物処理槽３内の汚泥濃度はＭＬＳＳとして２，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持される。しかし、原水中の有機物を生物処理する際に、菌体が増殖することで余剰汚泥が発生し、汚泥引き抜きを行いながら濃度を一定になるように調整を行っている。ここまでの構成は従来方法と変わらない。したがって、従来方法に係る汚泥処理システム１００は、図７に示すようになる。
【００２３】
本発明の一実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法による汚泥処理システム１では、図１に示すように、沈殿槽６で固液分離された沈殿汚泥の少なくとも一部が、ポンプ８を介して反応槽９に送られ、該反応槽９内で生分解性プラスチック１０（たとえば、ポリカプロラクタン）と接触された後に、ばっ気槽としての好気性生物処理槽３に返送される。この生分解性プラスチック反応槽９には、汚泥と生分解性プラスチック１０との接触を促進するために、攪拌機１１が設けられている。汚泥と生分解性プラスチック１０の反応時間は５分以上、好ましくは３０分〜６時間程度とされる。また、反応ｐＨは６〜９、好ましくは６．５〜８．５とされる。また、反応槽９内での溶存酸素濃度は１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下とする。また、生分解性プラスチック１０の投入量は反応槽９中のＭＬＳＳ濃度に対して０．５〜２倍程度とすることが好ましい。
【００２４】
図１に示した本発明による汚泥処理システム１での処理における実験データを示す。生物処理槽３の条件は、ＭＬＳＳは３，０００ｍｇ／Ｌ、溶存酸素濃度は１．５ｍｇ／Ｌ、ｐＨは７とした。容量２５Ｌの生物処理槽３に、ＢＯＤが４００ｍｇ／Ｌの有機性排水からなる原水を１．３Ｌ／ｈｒの流量で供給した。また、生分解性プラスチック反応槽９の条件は、汚泥濃度１２ｇ／Ｌに対しポリカプロラクタン投入量を２４ｇ／Ｌ、反応時間を４時間、溶存酸素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ、ｐＨを７〜８とした。脱窒素反応を確認するために、図２に、生分解性プラスチック反応槽９での硝酸濃度変化を示した。本テストをスタートしてから、徐々に脱窒素活性が認められ、３０日後には反応槽９の出口での硝酸は０．５ｍｇ／Ｌ以下となり、生分解性プラスチック１０を炭素源として脱窒素反応が進行していることがわかる。しかし、この脱窒素反応の進行と、本発明で着目している汚泥の低減の進行度合とは、タイミングがずれる。図３に、従来法と上記テストによる本発明実施時における汚泥発生量の変化を示す。本発明においては、通水開始３週間後から汚泥の増加割合が減少し始め、その後においては５割程度の汚泥が減量する効果が得られることを確認できた。この差が、系外に排出される余剰汚泥の減少量となるので、本発明により余剰汚泥の発生量が大幅に抑制されていることを確認できた。この抑制効果に関する詳細なメカニズムは解明できていないが、生分解性プラスチック添加により菌体転換率が低い菌相に推移、脱窒率の向上に伴う異化反応や自己酸化の促進作用で効果が出たものと推定される。ただし、上述の如く、本発明による余剰汚泥の発生抑制は、脱窒素反応そのものとは異なるものであり、発生量抑制のタイミングは脱窒素反応に対してかなりずれた（かなり遅れた）ものとなる。したがって、たとえ脱窒素反応が汚泥発生量抑制に寄与しているとしても、それは複合的要因の中の一要因にすぎないと推定される。
【００２５】
本発明においては、生分解性プラスチックの投入場所に関して、種々の態様を採り得る。図４に、本発明の別の実施形態を示す。本実施態様は、沈殿槽６内に生分解性プラスチック１０を吊るして配置し、固液分離された沈殿槽６内の濃縮汚泥に、生分解性プラスチック１０が接触するようにして、本発明を実施する構成を示している。
【００２６】
図５に、本発明のさらに別の実施形態を示す。ばっき槽としての好気性生物処理槽３内に生分解性プラスチック１０を投入し、溶存酸素濃度を３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５〜１ｍｇ／Ｌに調整し、本発明を実施することもできる。
【００２７】
図６に、本発明のさらに別の実施形態を示す。ばっき槽としての好気性生物処理槽３内から汚泥の一部を引き抜き、反応槽１２内に導入してそこに投入した生分解性プラスチック１０と汚泥を反応させた後に、ばっき槽に返送するようにして本発明を実施することもできる。この際、生分解性プラスチック反応槽１２の溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．５ｍｇ／Ｌ以下に調整し、本発明を実施することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る余剰汚泥の発生抑制方法は、有機性排水を生物処理するあらゆる用途に適用でき、系外への排出汚泥の量を大幅に低減して、処理費用の低減は元より、環境負荷の低減に対しても多大に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法による汚泥処理システムの概略構成図である。
【図２】図１のシステムによる硝酸濃度変化の一例を示す特性図である。
【図３】図１のシステムによる汚泥発生量と従来方法による汚泥発生量との比較特性図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法による汚泥処理システムの概略構成図である。
【図５】本発明のさらに別の実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法による汚泥処理システムの概略構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施態様に係る余剰汚泥の発生抑制方法による汚泥処理システムの概略構成図である。
【図７】従来方法による汚泥処理システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  汚泥処理システム
２、７、８  ポンプ
３  好気性生物処理槽
４  ブロワ
５  ばっ気手段
６  沈殿槽
９、１２  生分解性プラスチック反応槽
１０  生分解性プラスチック
１１  攪拌機
【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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【図７】
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