(57)【要約】【課題】余剰汚泥の発生量を低減できるとともに、エネルギーとして有用なバイオガスを多く発生させて回収できる排水処理方法及び装置を提供する。【解決手段】排水処理装置１０において、生物処理槽１４の上流に設置した凝集沈殿槽１２で微粒子状の有機物汚泥をも凝集分離しているため、生物処理槽１４に流入する排水中の有機物の濃度を抑制して、余剰汚泥の発生量を低減できる。また、凝集沈殿槽１２で分離した有機性汚泥は、沈殿槽１６で分離された余剰汚泥とともに微細化処理装置１８で粒子が微細化されてから、嫌気性消化処理槽２０で効率よく消化処理される。このため、汚泥排出管４４から系外へ排出される排出汚泥を減少できるとともに、メタンガスを多く発生させてバイオガス発生管４２から回収することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を好気的に生物処理するとともに、該生物処理で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気性消化処理する排水処理方法において、
前記生物処理の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離して、
分離された有機性汚泥を、前記嫌気性消化処理することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記有機性汚泥の分離を、前記有機性排水に凝集剤を添加して行なうことを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記凝集剤は、生物分解性を有することを特徴とする請求項２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記分離された有機性汚泥は、物理化学的又は機械的に微細化する微細化処理を行なった後に、前記嫌気性消化処理されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記嫌気性消化処理から汚泥の一部を引き抜いて微細化処理し、再び嫌気性消化処理することを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の排水処理方法。
【請求項６】
生物処理槽で有機性排水を好気的に生物処理し、嫌気性消化処理手段で前記生物処理槽で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気的に消化処理する排水処理装置において、
前記生物処理槽の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離する固液分離手段と、  前記有機性汚泥を物理化学的又は機械的に微細化処理する微細化処理手段と、
前記微細化処理手段で微細化された有機性汚泥を前記嫌気性消化手段に移送する送泥経路と、
を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項７】
生物処理槽で有機性排水を好気的に生物処理し、嫌気性消化処理手段で前記生物処理槽で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気的に消化処理する排水処理装置において、
前記生物処理槽の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離する固液分離手段と、  前記固液分離手段で分離された有機性汚泥を前記嫌気性消化処理手段へ移送する移送経路と、
前記嫌気性消化処理手段から有機性汚泥及び余剰汚泥の一部を引き抜いて、物理化学的又は機械的に微細化処理する微細化処理手段と、
前記微細化処理手段で微細化された有機性汚泥及び余剰汚泥を前記嫌気性消化処理手段へ返送する返送経路と、
を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項８】
前記固液分離手段は、前記有機性排水に生物分解性を有する凝集剤を添加する凝集剤投入機を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理方法及び装置に係り、特に排水処理で発生する汚泥を嫌気性消化処理して、エネルギーとして有用なバイオガスを発生させて回収する排水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水などの有機性排水（以下、排水と記す）を処理する方法としては、好気的に生物処理する活性汚泥処理法が多く採用されているが、余剰汚泥の発生という問題があった。
【０００３】
この問題に対処するために様々な余剰汚泥の減容方法が検討されており、特に余剰汚泥を嫌気性微生物を用いて嫌気的に消化処理する嫌気性消化処理は、処理コストが比較的安価で汚泥発生量が少ないこと、さらにはエネルギーとして有用なバイオガスを発生させて回収することができるなどの利点があるため、余剰汚泥の有効な処理として採用されている。
【０００４】
余剰汚泥の嫌気性消化処理を効率よく行なうためには余剰汚泥を可溶化してから嫌気性消化処理することが好ましく、特許文献１では、余剰汚泥をまず物理的・化学的・若しくは機械的に破砕処理し、超音波処理したものを嫌気性消化処理する方法が開示されている。また、特許文献２では、嫌気性消化処理した余剰汚泥を物理化学的及び／又は機械的に分解処理した後、再び嫌気性消化処理を行なう方法が開示されている。さらに、特許文献３では、生物学的に液化処理する工程と、物理化学的及び／又は機械的に液化処理する工程とを循環させた余剰汚泥に対して嫌気性消化処理を行なう方法も開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３６８９８号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２８９６号公報
【特許文献３】特開２００３−１９０９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、余剰汚泥は元々消化性が悪いので、嫌気性消化処理での消化率を大幅に向上させるには大きなエネルギーを要する可溶化が必要である。そのため、嫌気性消化処理を行なう従来の排水処理装置では、省エネルギーや創エネルギー（バイオガスの発生）という観点から必ずしも満足のいく装置とはなっていないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、余剰汚泥の発生量を低減できるとともに、エネルギーとして有用なバイオガスを多く発生させて回収できる排水処理方法及び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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、有機性排水を好気的に生物処理するとともに、該生物処理で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気性消化処理する排水処理方法において、前記生物処理の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離して、分離された有機性汚泥を、前記嫌気性消化処理することを特徴とする。
【０００８】
なお、ここで述べる有機性汚泥とは、排水中に微粒子状に含有され、重力沈降分離のみでは回収が難しい有機性汚泥も含まれる。
【０００９】
請求項１によれば、排水中に混在し、有機物で構成された有機性汚泥を固液分離することにより、有機性汚泥の少ない排水が生物処理されるため、生物処理における有機物の負荷によって発生する余剰汚泥を大幅に低減することができる。
【００１０】
また、分離された有機性汚泥は生分解性が高いため、そのまま嫌気性消化処理することにより、効率よく分解してエネルギーとして有用なバイオガスを発生させて回収することができる上、系外へ排出される排出汚泥量を低減することができる。
【００１１】
なお、有機性汚泥の分離は、生物分解性を有する凝集剤を用いて行なうことが好ましい。排水中の有機性汚泥は微粒子状で懸濁した状態で存在するものもあるため、生物分解性を有する凝集剤を用いることにより、微粒子状の有機性汚泥を凝集させて効率よく回収することができる。その上、有機性汚泥に含まれる凝集剤を嫌気性消化処理で生物分解できるため、系外へ排出する排出汚泥の量を大幅に低減することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１に記載の分離された有機性汚泥は、物理化学的又は機械的に微細化する微細化処理を行なった後に、前記嫌気性消化処理されることを特徴とする。これにより、有機性汚泥をより効率よく消化できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１に記載の嫌気性消化処理から汚泥の一部を引き抜いて微細化処理し、再び嫌気性消化処理することを特徴とする。これにより、嫌気性消化処理において未消化の汚泥を微細化して再度嫌気性消化処理されるので、系外へ排出される排出汚泥量を更に低減できるとともに、発生するバイオガス量を増加させることができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は前記目的を達成するために、生物処理槽で有機性排水を好気的に生物処理し、嫌気性消化処理手段で前記生物処理槽で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気的に消化処理する排水処理装置において、前記生物処理槽の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離する固液分離手段と、前記有機性汚泥を物理化学的又は機械的に微細化処理する微細化処理手段と、前記微細化処理手段で微細化された有機性汚泥を前記嫌気性消化手段に移送する送泥経路と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６によれば、排水は固液分離手段により有機性汚泥が分離されてから生物処理槽へ流入するため、生物処理における有機物の負荷を低減することができる。これにより、生物処理槽で発生する余剰汚泥量を低減できる。固液分離手段で分離された有機性汚泥は、送泥経路を介して微細化処理手段へ供給され、粒子が微細化されてから嫌気性消化処理手段へ流入するため、効率よく消化処理することができる。これにより、エネルギーとして有用なバイオガスを回収できるとともに、排出汚泥の発生量を大幅に低減できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は前記目的を達成するために、生物処理槽で有機性排水を好気的に生物処理し、嫌気性消化処理手段で前記生物処理槽で発生した余剰汚泥の一部又は全部を嫌気的に消化処理する排水処理装置において、前記生物処理槽の上流で、前記有機性排水から有機性汚泥を分離する固液分離手段と、前記固液分離手段で分離された有機性汚泥を前記嫌気性消化処理手段へ移送する移送経路と、前記嫌気性消化処理手段から有機性汚泥及び余剰汚泥の一部を引き抜いて、物理化学的又は機械的に微細化処理する微細化処理手段と、前記微細化処理手段で微細化された有機性汚泥及び余剰汚泥を前記嫌気性消化処理手段へ返送する返送経路と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７によれば、嫌気性消化処理手段で未消化の有機性汚泥及び余剰汚泥を引き抜いて微細化処理手段で微細化されてから、返送経路により嫌気性消化処理手段へ返送されて再び嫌気性消化処理される。これにより、嫌気性消化処理手段では微細化された汚泥を消化処理されるため、系外へ排出される排出汚泥の量を更に低減できるとともに、発生するバイオガスの量を増加させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項６及び７に記載の固液分離手段は、前記有機性排水に生物分解性を有する凝集剤を添加する凝集剤投入機を備えたことを特徴とする。
【００１９】
固液分離手段において、排水に対して生物分解性を有する凝集剤を添加することにより、有機性汚泥を多く回収して余剰汚泥の発生量をより低減できる。添加された凝集剤は生物分解性を有しているため嫌気性消化処理手段で消化されるので、凝集剤添加による排出汚泥の増加を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明に係る排水処理方法及び装置によれば、排水に含まれる有機性汚泥を生物処理する前に分離することにより、生物処理による余剰汚泥の発生量を低減できるとともに、嫌気性消化処理におけるバイオガスの発生量を増加させることができる。これにより、省エネルギー、創エネルギー、及び環境の面から有用な排水処理を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下添付図面に従って本発明に係る排水処理方法及び装置における好ましい実施の形態について詳説する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態である排水処理装置１０の構成を示したブロック図であり、嫌気性消化処理手段の上流に微細化処理手段を設けた一例である。
【００２３】
同図の如く、排水処理装置１０は、主に固液分離手段である凝集沈殿槽１２と、生物処理槽１４と、沈殿槽１６と、微細化処理手段である微細化処理槽１８と、嫌気性消化処理手段である嫌気性消化処理槽２０とから構成される。
【００２４】
凝集沈殿槽１２は、流入管２２から流入した排水に凝集剤投入機２４から凝集剤を投入して混合することにより、排水に含まれる低濃度の有機性汚泥が凝集して排水から分離される。投入される凝集剤としては、生物分解性を有するとともに凝集性を有する物質であり、例えばキトサンやポリグルタミン酸を使用することが好ましい。また、凝集させた有機性汚泥を分離する方法としては図１の重力沈降分離に限定するものではなく、遠心分離、浮上分離、膜分離などの固液分離でもよい。分離された上澄液は排水移送管２６を介して生物処理槽１４へ移送され、凝集分離された有機性汚泥は送泥経路である有機性汚泥引抜管２８から引き抜かれて微細化処理槽１８へ移送される。
【００２５】
生物処理槽１４は、凝集沈殿槽１２で固液分離された排水が活性汚泥と混合した状態で、底部に設けられた曝気装置３０でエアを曝気されることにより、生物学的に分解処理されて処理水移送管３２から沈殿槽１６へ移送される。
【００２６】
沈殿槽１６は、活性汚泥が混在した状態の処理水を固液分離して、分離された上澄液を処理水として流出管３４から流出させる。一方、分離された活性汚泥は汚泥引抜管３６から引き抜かれ、活性汚泥の一部が返送汚泥として汚泥返送管３８で生物処理槽１４へ返送され、残りが余剰汚泥として微細化処理槽１８へ移送される。
【００２７】
微細化処理槽１８は、有機性汚泥引抜管２８と汚泥引抜管３６とが合流した後に設けられ、有機性汚泥及び余剰汚泥に対して物理化学的処理又は機械的処理することにより大きな粒子を微細化し、微細化汚泥移送管４０を介して嫌気性消化処理槽２０へ移送される。物理化学的処理としては、アルカリ処理、酸処理、オゾン処理、パルス放電処理、次亜塩素酸処理、熱処理などが挙げられる。また、機械的処理としては、超音波処理、ホモジナイザー処理、ジェットミル処理、ボールミル処理などが挙げられる。なお、微細化処理は、これらの処理を単独で行なってもよいし、組み合わせて行なってもよい。また、図１では微細化処理槽１８を有機性汚泥引抜管２８に汚泥引抜管３６を合流させた後に設けたが、合流前の有機性汚泥引抜管２８に設けてもよい。
【００２８】
嫌気性消化処理槽２０では、微細化処理槽１８で微細化された有機性汚泥及び余剰汚泥に対して嫌気下で嫌気性微生物による生物処理が行なわれ、有機性汚泥及び余剰汚泥の消化が行なわれるとともに、その分解過程でバイオガスを発生させる。発生したバイオガスは上部に設けられたバイオガス回収管４２から回収され、消化された有機汚泥及び余剰汚泥は排出汚泥として汚泥排出管４４から系外へ排出される。なお、嫌気性微生物としては、嫌気的に有機物を分解してメタンを発酵させる微生物を使用することが好ましい。これにより、エネルギーとして有用なメタンガスを発生させて回収することができる。
【００２９】
次に、上記の如く構成された本発明の第１の実施の形態である排水処理装置１０の作用について説明する。
【００３０】
本発明において着目すべき点は、発生した余剰汚泥を減容するだけでなく、排水中に微粒子状に存在する有機性汚泥をも生物処理する前に分離させる点にある。
【００３１】
本発明の排水処理装置１０では、生物処理槽１４の上流に設置した凝集沈殿槽１２で排水から微粒子状の有機物汚泥を分離しているため、生物処理槽１４に流入する排水中の有機物の濃度を抑制することができる。したがって、生物処理槽１４における有機物の負荷が低減されるので、活性汚泥中に存在する微生物の増殖を抑制し、余剰汚泥の発生量を低減できる。また、凝集沈殿槽１２で分離した有機性汚泥は、余剰汚泥と比較して生物分解し易いので、嫌気性消化処理槽２０で効率よく消化処理される。このため、汚泥排出管４４から系外へ排出される排出汚泥を減少できるとともに、メタンガス（バイオガス）を多く発生させてバイオガス回収管４２から回収することができる。
【００３２】
したがって、本発明の排水処理装置１０は、余剰汚泥の発生を積極的に抑制し、かつエネルギーとして有用なバイオガス発生量を増加させることができるので、省エネルギー及び創エネルギーの面で優れた排水処理を行なうことができる。また、排水中の有機物濃度によっては余剰汚泥の発生量と消化量とが釣り合って、余剰汚泥をゼロとすることが可能であるため、環境面からも有用な排水処理を行なうことができる。
【００３３】
また、凝集沈殿槽１２において、排水に対して凝集剤を添加することにより、排水中に低濃度に存在する有機性汚泥、特に微粒子状の有機性汚泥を凝集させるので、排水から分離・回収できる有機性汚泥量を増加させることができる。その上、凝集剤として生物分解性の高いキトサンやポリグルタミン酸を使用しているため、嫌気性消化処理槽２０の嫌気性微生物により消化分解できるので、凝集剤添加による排出汚泥の増加を抑制できる。
【００３４】
凝集沈殿槽１２で分離された有機性汚泥は、凝集剤の凝集により粒子が大きく形成されるため、微細化処理槽１８で粒子を微細化することにより、嫌気性消化処理槽２０でより効率よく消化できる。また、余剰汚泥は生物分解性が低いため、微細化処理槽１８で微細化処理することにより、余剰汚泥に対する可溶化を促進して嫌気性消化処理槽２０における余剰汚泥の消化効率を向上させることができる。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施の形態である排水処理装置５０の構成を示したブロック図であり、嫌気性消化処理手段に微細化処理手段を設けた一例である。なお、本発明の第１の実施の形態である排水処理装置１０と同様の装置及び部材は同符合で記すとともに、その説明は省略する。
【００３６】
排水処理装置５０では、凝集沈殿槽１２の底部に設けられた有機性汚泥引抜管２８が移送経路として嫌気性消化処理槽２０に直結されるとともに、嫌気性消化処理槽２０の近傍に微細化処理槽１８が配置される。嫌気性消化処理槽２０の底部には嫌気性消化処理槽２０から引き抜かれた汚泥を微細化処理槽１８へ搬送する嫌気性汚泥引抜管５２が設置されるとともに、微細化処理槽１８には微細化した汚泥を嫌気性消化処理槽２０へ返送する返送経路である微細化汚泥返送管５４が設置される。
【００３７】
したがって、有機性汚泥及び余剰汚泥は直接嫌気性消化処理槽２０へ流入するが、嫌気性汚泥引抜管５２から定期的に引き抜かれた未消化の汚泥は、微細化処理槽１８で微細化処理されてから嫌気性消化処理槽２０へ返送される。これにより、嫌気性消化処理槽２０の汚泥は効率よく消化処理されるので、汚泥排出管４４から系外へ排出される排出汚泥量を低減できるとともに、バイオガス回収管４２から回収されるメタンガス（バイオガス）量を増大させることができる。
【００３８】
なお、上述した排水処理装置１０，５０において、各部材及び装置の個数、形状、材質などは、特に限定するものではない。
【００３９】
微細化処理槽１８において、第１の実施例である排水処理装置１０では凝集沈澱槽１２と嫌気性消化処理槽２０との間に設け、第２の実施例である排水処理装置５０では嫌気性消化処理槽２０の近傍に設けたが、特に限定するものではない。微細化処理槽１８を両方に設置してもよい。
【実施例】
【００４０】
実施例として、図１に示した本発明の排水処理装置１０を使用して、排水処理試験を行なった。
【００４１】
また、比較例として、図３の排水処理装置７０を使用して、実施例と同様に排水処理試験を行なった。排水処理装置７０では、大きな粒子の有機性汚泥を重力沈降させる最初沈殿池７２が生物処理槽１４の上流に設置され、最初沈殿池７２及び沈殿槽１６から回収された汚泥を嫌気性消化処理槽２０で消化処理する。
【００４２】
なお、供試される排水は、ＢＯＤが２００ｍｇ／Ｌ、ＳＳが２００ｍｇ／Ｌの下水を使用した。
【００４３】
その結果、実施例では凝集沈殿槽１２で排水中のＢＯＤを除去率で６０％、ＳＳを除去率で８０％まで除去することができた。一方、比較例では、最初沈殿池７２においてＢＯＤを除去率で３０％、ＳＳを除去率で５０％しか除去できなかった。また、実施例では０．５６Ｎｍ3 ／ｋｇのメタンガス量を発生させることができたが、比較例では０．３１Ｎｍ3 ／ｋｇのメタンガス量しか発生できなかった。なお、発生したメタンガスのメタン濃度は、実施例及び比較例ともに約６０％であった。
【００４４】
比較例では、最初沈殿池７２において排水中に含有される微粒子状の有機物汚泥まで分離・回収することができない。このため、生物処理槽１４で有機物の負荷が高い状態で生物処理されるので、余剰汚泥の発生量が増加する。余剰汚泥は難分解性の細胞膜を有する微生物で構成されるため、嫌気性消化処理槽２０で効率よく消化処理することができない。したがって、嫌気性消化処理槽２０におけるバイオガスの発生量が減少する。
【００４５】
一方、実施例では、凝集沈殿槽１２において排水中に存在する微粒子状の有機性汚泥をも凝集剤により分離・回収することができるので、生物処理槽１４で発生する余剰汚泥量を低減することができる。凝集沈殿槽１２で回収された有機性汚泥は余剰汚泥よりも生分解性が高いため、嫌気性消化処理槽２０におけるメタンガスの発生量を増加させることができる。
【００４６】
このことから、本発明の排水処理方法及び装置では、余剰汚泥の発生量を低減できるとともに、エネルギーとして有用なメタンガス（バイオガス）を多く発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態である排水処理装置の構成を示したブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態である排水処理装置の構成を示したブロック図
【図３】比較例である排水処理装置の構成を示したブロック図
【符号の説明】
【００４８】
１０，５０，７０…排水処理装置、１２…凝集沈殿槽、１４…生物処理槽、１６…沈殿槽、１８…微細化処理槽、２０…嫌気性消化処理槽、２２…流入管、２４…凝集剤投入機、２６…排水移送管、２８…有機性汚泥引抜管、３０…曝気装置、３２…処理水移送管、３４…流出管、３６…汚泥引抜管、３８…汚泥返送管、４０…微細化汚泥移送管、４２…バイオガス回収管、４４…汚泥排出管、７２…最初沈殿池
【図１】
2005254199.tif 000003
【図２】
2005254199.tif 000004
【図３】
2005254199.tif 000005