(57)【要約】【課題】  極めて簡単に、効率良く余剰汚泥などの生物性汚泥を可溶化し、生物汚泥処分量の低減を図る。【解決手段】  汚水の生物学的処理で発生する生物汚泥を減量化する方法において、導電性ダイヤモンド被覆電極を用いて、水の電気分解を起こすことなく生物汚泥含有液を流動させながら通電処理したのち、該通電処理汚泥を生物処理することを特徴とする生物汚泥の減量化方法。その装置。前記導電性ダイヤモンド被覆電極による生物汚泥の通電処理を、汚泥ｐＨ５以下の酸性領域で行うことが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水の生物学的処理で発生する生物汚泥を減量化する方法において、導電性ダイヤモンド被覆電極を用いて、水の電気分解を起こすことなく生物汚泥含有液を流動させながら通電処理したのち、該通電処理汚泥を生物処理することを特徴とする生物汚泥の減量化方法。
【請求項２】
前記導電性ダイヤモンド被覆電極による生物汚泥の通電処理を、ｐＨ５以下の酸性領域で行うことを特徴とする請求項１記載の減量化方法。
【請求項３】
汚水の生物学的処理装置で発生する生物汚泥を減量化する装置において、導電性ダイヤモンド被覆電極を有し、水の電気分解を起こすことなく生物汚泥含有液を流動させながら通電処理する電気化学処理槽、及び該電気化学処理槽からの通電処理汚泥を導入し生物処理する生物処理槽を有することを特徴とする生物汚泥の減量化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水の生物学的処理で発生する生物汚泥を減量化する方法及び装置、特に有機性汚水を浄化するための生物学的処理で発生する生物汚泥を減量化する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水，特に有機性汚水を浄化するための生物学的処理では大量の生物汚泥が発生する。すなわち、従来の下水処理場等における汚泥処理にあっては、最終沈殿池から引抜かれた汚泥を返送汚泥と余剰汚泥とに分け、その余剰汚泥を排出するが、その有機性汚水の処理量が非常に大量のため、余剰汚泥が大量に発生することになる。この大量の生物汚泥を処分するために、従来、脱水後、廃棄されていたが、処分場が無くなってきたとか、悪臭ガスを出すなどのため、焼却処分もされていたが、燃料費がかかるなど、その処分費用も高くつく点から、その他の手段で汚泥を減量化する手段が種々考えられている。
【０００３】
特許文献１には、電気分解を利用した汚泥減量化技術として、「廃水の生物学的処理工程を有する水処理プロセスの汚泥処理方法において、生物学的処理工程で発生した生物性汚泥に交流の電気分解と過酸化水素の添加を施す工程を備えたことを特徴とする汚泥処理方法」が開示されているが、電極として鉄などの金属電極を用いて、水の電気分解を起こす方法であるためため、水の電気分解による酸素の発生が主体になり、目的とする汚泥の可溶化が十分起きず、そのため過酸化水素などの強力な酸化剤の併用が必要になるという問題があり、処理コストの増加をもたらす。
【０００４】
また特許文献２には、「余剰汚泥に塩化物を添加して電解槽にて前記余剰汚泥を電気分解処理する第１工程と、前記第１工程で電気分解処理した余剰汚泥を前記生物学的汚水処理手段に返送する第２工程とよりなることを特徴とする電解法を用いた有機性汚水の浄化方法」が開示されている。
この技術もやはり、通常の電極（金属電極、炭素など）を用いて塩化ナトリウムなどの塩化物水溶液の電気分解を行い、塩素を発生させて塩素の酸化力によって汚泥を酸化する技術であるため、塩化物を多量に必要とするという問題があった。また塩素による酸化であるため、有毒な有機塩素化合物が生成しやすいという問題もあった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４９９９８号公報
【特許文献２】特開２００２−１２６７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、従来の下水処理場等における汚泥処理にあっては、最終沈殿池から引抜かれた汚泥を返送汚泥と余剰汚泥とに分け、余剰汚泥を脱水、焼却等して処分するため、余剰汚泥が大量に発生し、その汚泥処理の設備費、運転費が高くつき、しかも、脱水、焼却後の廃棄物量が多く、その処分費用も高くつく等の問題点がある。さらに、前記したように、発生した余剰汚泥を減量化する方法においても、処理効果が良くないものであったので、より処理効果が良い技術を開発することが望まれている。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、極めて簡単に、効率良く余剰汚泥などの生物性汚泥を可溶化し、生物汚泥処分量の低減を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の従来技術の問題点を解決するために検討を進めた結果、本発明者等は、導電性ダイヤモンド被覆電極を用いた電気化学的処理を行うと、塩化物水溶液あるいは化学酸化剤を使用することなく、生物汚泥の酸化反応による可溶化を効果的に進行できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、生物汚泥に対し水の電気分解を起こすことなく通電処理したのち、生物処理して、汚泥を減量化する技術である。
従って、本発明は前記の課題を解決するため下記の構成を有する。
【００１０】
（１）汚水の生物学的処理で発生する生物汚泥を減量化する方法において、導電性ダイヤモンド被覆電極を用いて、水の電気分解を起こすことなく生物汚泥含有液を流動させながら通電処理したのち、該通電処理汚泥を生物処理することを特徴とする生物汚泥の減量化方法。
（２）前記導電性ダイヤモンド被覆電極による生物汚泥の通電処理を、ｐＨ５以下の酸性領域で行うことを特徴とする前記（１）記載の減量化方法。
（３）汚水の生物学的処理装置で発生する生物汚泥を減量化する装置において、導電性ダイヤモンド被覆電極を有し、水の電気分解を起こすことなく生物汚泥含有液を流動させながら通電処理する電気化学処理槽、及び該電気化学処理槽からの通電処理汚泥を導入し生物処理する生物処理槽を有することを特徴とする生物汚泥の減量化装置。
【００１１】
通常ダイヤモンドは通電性がないため、電極として利用することはできないが、ダイヤモンドに窒素やホウ素をドープ（含有）させることによって、通電性を持つようになる。導電性ダイヤモンドで電極全体を形成することもできるが、製造上の容易性、コスト、リード体との接合、強度等の諸観点から、他の導電性基体上に形成させるのが良く、窒素やホウ素を含んだダイヤモンドをシリコンやチタンなどに被覆し、電極としての利用を図ったものが導電性ダイヤモンド被覆電極である。
【００１２】
導電性ダイヤモンド被覆電極は、広い電位窓を有し、極めて高い酸素発生電位、水素発生電位を持つのみならず、優れた機械的、化学的安定性を有している。ダイヤモンド被覆電極においては、電位窓は３〜５ボルトである。
なお「電位窓」とは次のような意味を有するものである。すなわち、水に二本の電極を挿入して直流電流を流すと、所定条件で一方の電極（陽極）から酸素ガスが、他方の電極（陰極）から水素ガスが発生するが、この水の電気分解を起こすために必要な理論分解電圧は約１．２ボルトである。しかし、実際にはこの電圧では電気分解できず、１．２ボルト以上の電圧を必要とし、この電圧以下では電気分解は進行しない。この電圧は用いる電極の種類によって異なり、白金被覆電極や貴金属被覆チタン電極などの電極では約２ボルトである。この水の電気分解反応が実質的には進行しない電圧範囲を電位窓と呼ぶ。
【００１３】
このため、陽極陰極いずれにもダイヤモンド被覆電極を用いると、電位窓は３〜５ボルトまで広がる。このため、水の電気分解反応を起こすことなく、大きな酸化力を持つことができる。それにより、本発明では、電位窓は３〜５ボルトまで広がっており、大きな酸化力を持つている。ただ、電位窓が広いということは、電解電圧がその分だけ高くなり、消費電力が大きくなるが、大きな酸化力を与えることができる点や、水の電気分解反応が実質的には進行しない利点の方がはるかに大きい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、下記の優れた効果が得られる。
（１）オゾン、過酸化水素などの高価な酸化剤、塩類を用いることなく、簡単な設備で生物汚泥を効果的に減量化できる。
（２）オゾンが不要なので、オゾン酸化槽の発泡、排オゾンガスの処理が不要である。オゾン吹き込み用のブロワが不要である。
（３）水の電気分解によって水素が発生しないので、水素ガスの処分設備が不要である。
（４）塩素イオン含有水溶液の電気分解によって、塩素を発生させ、塩素によって、生物汚泥を酸化する方法でないため、有毒な有機塩素化合物が生成しない。猛毒な塩素ガスのリークもなく、安全である。
（５）従来の電気分解による汚泥可溶化法のような過酸化水素の併用が不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を、図１を参照して説明する。
図１においては、汚水の活性汚泥処理施設の最終沈殿池（図示省略）から引抜かれた活性汚泥、嫌気性消化槽から流出する嫌気性消化汚泥などの生物汚泥１を本発明の電気化学的処理槽２に送る。
【００１６】
そして、電気化学的処理槽２においては、槽内の生物汚泥中に１対の導電性ダイヤモンド被覆電極（図示省略）が設けられ、汚泥を激しく撹拌しながら両ダイヤモンド電極間に電源が印加され、水の電気分解を起こさないような条件下で通電が行われる。
【００１７】
この結果、ダイヤモンド被覆電極界面でヒドロキシラジカルなどの強力な酸化剤が発生し、汚泥は酸化され、汚泥細胞表層の多糖類が低分子化され生分解性が向上する（これを「可溶化」と呼ぶ）。この状態の汚泥を、消化処理槽３で好気性又は嫌気性消化処理すると、可溶化汚泥が無機化され減量する。消化処理槽流出汚泥は固液分離槽４で分離汚泥５と分離液６に固液分離され、分離汚泥５が消化処理槽３及び電気化学的処理槽２に返送される。この結果、生物汚泥を大幅に減量することができる。
【００１８】
なお、図１に示す態様のほかの実施態様として、汚水の生物処理設備から生物汚泥を引き抜き、導電性ダイヤモンド被覆電極によって通電処理してから、前記汚水の生物処理槽に返送する方法が挙げられる。この場合、通電処理後の生物処理槽として、前の生物処理槽で兼用させたものである。
【００１９】
なお、その他に、有効な理由は明らかでないが、汚泥を予め酸発酵させるか、又は鉱酸を添加してｐＨ５以下の酸性条件で本発明の通電処理すると、可溶化効果が向上する効果が認められた。これは酸性ｐＨのほうが、通電処理によって生成したラジカルの寿命が長くなるのかも知れないと考えられる。
以上の作用によって、汚泥脱水機を介して焼却処分される余剰汚泥の減容化、減量化が実現し、焼却処分が必要になる余剰汚泥の大幅な低減が図られる。
【００２０】
なお、従来、余剰汚泥減容化の代表的技術に、オゾンによって汚泥を酸化する方法があるが、本発明は、反応効率が悪いためにコストが高いオゾンを製造する必要がなく、オゾン酸化槽の発泡トラブルもなく、排オゾン処理も不要であり、簡単に効率よく余剰汚泥の減量化ができる。
【００２１】
本発明で使用する導電性ダイヤモンド被覆電極は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ等の導電性金属材料を基板とし、これら基板の表面に導電性ダイヤモンド薄膜を析出させたものや、シリコンウエハ等の半導体材料を基板とし、このウエハ表面に導電性ダイヤモンド薄膜を合成させたもの、あるいは基板を用いない条件で、板状に析出合成した導電性多結晶ダイヤモンド素材を挙げることができる。
本発明において、導電性ダイヤモンド電極は、一般には板状のものを使用するが、網目構造を板状にしたもの等をも使用することができる。
【００２２】
この導電性ダイヤモンド被覆電極を使用する電気化学的処理は、導電性ダイヤモンド被覆電極表面の電流密度を１０〜１００，０００Ａ／ｍ２とし、前記の生物汚泥含有スラリを撹拌しながら、導電性ダイヤモンド電極面と接触させることが好ましい。
電流密度が上記した１０Ａ／ｍ２未満であると、電流効率の良い導電性ダイヤモンド電極を使用しても、生物汚泥の十分な電気化学的処理を行うための必要電極面積を大きくする必要が生じ、コンパクトな装置での汚泥可溶化処理が達成できなくなる。逆に、上記した１００，０００Ａ／ｍ２を超えると、極間抵抗が増大し、熱エネルギーに消費されてしまうため、不経済となる。
【００２３】
電気化学的処理における電解電圧は、生物汚泥自体の導電性、陽極と陰極との間隔、陽極と陰極の表面状態、前記の電流密度などにより決まるものである。
なお、電解反応槽内の温度は、常温でよく、特に限定しないが、低温過ぎると、排水の電気分解が良好に進行せず、逆に高温過ぎると、ガスの生成が多くなり、汚泥と電極表面との接触阻害が増大するのみならず、電解質物質による装置構成材料の腐食の懸念があるため、１５〜１００℃程度とする。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定されるものでない。
【００２５】
実施例１
ボロンドープ法を用いてＣＶＤ合成した積層状の多結晶ダイヤモンド被覆電極板（電極面積４０ｃｍ２、ドイツ国コンデアス社製製品）２枚を、極間距離１０ｍｍとなるように、ガラス製容器（容積５００ミリリットル）内に設置して電解反応槽とした。
この処理装置に、下水処理場から採取したＳＳ：１５０００ｍｇ／リットル、ｐＨ７．３の活性汚泥（原汚泥）を流量１リットル／日、及び図１の固液分離汚泥を流量１リットル／日にて供給し、電流密度２５０〜４２０ｍＡ／ｃｍ２に設定し、電極間をポンプで循環流動させながら電圧１００Ｖの交流で３０分間通電処理した。
【００２６】
この汚泥２リットルを、ＭＬＳＳ：４０００ｍｇ／リットル、容積：２０リットルの滞留時間４日の好気性消化槽に供給し、空気曝気し、好気性消化槽流出汚泥を沈殿分離し、分離汚泥を電気化学的処理槽に返送する運転を２ヶ月間行い、原汚泥のＳＳ減少率を測定した結果、原汚泥ＳＳの７５〜８６％が減少した。
【００２７】
実施例２
次に上記原汚泥に硫酸を添加し、ｐＨ５に下げた汚泥を実施例１と同様の条件で実験した結果、原汚泥ＳＳの減少率は８６〜９２％であった。
【００２８】
比較例１
実施例１のダイヤモンド被覆電極の代わりに、鉄電極を用いた以外は、実施例１と全く同様に試験した結果、原汚泥のＳＳ減少率は、５４％であった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による電解法を用いる生物汚泥の減量化方法のプロセスを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  生物汚泥
２  電気化学的処理槽
３  消化処理槽
４  固液分離槽
５  分離汚泥
６  分離液
【図１】
2005118695.tif 000003