(57)【要約】【解決手段】有機性汚水の生物処理工程で発生する余剰汚泥を削減するにあたり、生物処理工程より活性の高い状態の汚泥を分離して引抜を行い、し尿や浄化槽汚泥などの原水及び生物活性を高める有機物を投入し、微生物の代謝を促進させ、自己発熱を生起させる。続いて更にし尿などの原水及び生物活性を高める有機物を投入し、活性汚泥の死滅域の温度にすることにより汚泥を可溶化する。可溶化した汚泥は生物処理工程へ循環させることによって汚泥を減量化する技術及び生物処理方法。【効果】活性汚泥の高負荷による自己発熱を利用し、汚泥温度を上昇させ、更に高負荷状態を継続し死滅温度域にすることにより汚泥を可溶化させ、余剰汚泥発生量を抑制し減量化することができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高負荷条件下で活性汚泥を増殖せしめ、自己発熱によって汚泥温度を上昇させ、死滅温度域に維持すること、を特徴とする汚泥の可溶化方法。
【請求項２】
高負荷条件下で活性汚泥を増殖せしめ、自己発熱によって汚泥温度を上昇させ、更に高負荷状態を継続し死滅温度域にすること、を特徴とする汚泥の可溶化方法。
【請求項３】
有機性汚水原水又は生物活性を高める有機物を用いて高負荷条件とすること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
高負荷がＢＯＤ負荷で１〜１０ｋｇ／ｍ３／日であること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
死滅温度域が４０〜４４℃であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
有機性汚水の生物処理工程より汚泥を分離し、引抜いた後、その汚泥についてこれを攪拌曝気槽に投入し、し尿などの原水及び／又は生物活性を高めるものを投入することにより、活性汚泥の自己発熱を促進させ、しかる後、し尿や浄化槽汚泥などの原水及び／又は生物活性を高めるものを再投入し、高負荷の状態にしながら攪拌曝気槽の内部温度を活性汚泥の死滅する温度まで高めることによってその汚泥について汚泥を変性及び可溶化させること、を特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載した方法によって汚泥を可溶化した後、生物処理工程に戻すことにより汚泥を減量すること、を特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項の方法で処理した汚泥に対し、更に、オゾンによる物理化学的処理を施すことにより汚泥を可溶化し、次いで生物処理工程に戻すことにより、減量化すること、を特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７による減量化を行うと同時に、生物処理工程より分離、引抜いた汚泥をオゾン処理し、生物処理工程にて減量化を行うこと、を特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項の方法で得られた汚泥を分離する場合の固液分離液に対し、ＭｇまたはＣａイオンを添加しリンを回収すること、を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項の方法で処理した汚泥に対し、メタン発酵処理を行うことにより、メタン発酵を促進させ、ガス発生量を増加させること、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿、浄化槽汚泥、下水、産業排水などの有機性汚水を生物学的に処理する工程由来の余剰汚泥、下水汚泥、厨芥、その他有機性廃棄物を生物利用した簡単な方法及び装置で、可溶化や減量化及び再資源化できる新規技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、生物処理後に残留する汚泥などの有機性廃棄物の処理は、脱水及び焼却によって処分されてきた。しかし、近年、最終処分場の用地確保が困難な状況や有機性廃棄物を処理する際のポリマーなどの薬品費、電気代、運搬費、焼却の際の燃料費や排ガス処理費など膨大な費用面が問題となっており、汚泥や有機性廃棄物を低コストで且つ安全に減量化する方法が切望されている。
【０００３】
汚泥を可溶化して減量化するための処理としては、従来より、汚泥を例えば５０〜９０℃といった高温に加熱する高温処理（例えば、特許文献１参照）；超音波処理、擦り潰し処理といった機械的処理；オゾン、過酸化水素といった酸化剤を用いる化学的処理（機械的処理及び化学的処理については、例えば、特許文献２参照）；が知られており、一部実用化されている。
【０００４】
これら既知の方法は、すぐれた方法であるが、必ずしも充分に満足できるものとはいえず、未だ改良の余地が残されている。例えば、高温処理や機械的処理にあっては、加熱するためのエネルギーや動力用エネルギー等の外部エネルギーが必要であってコストがかかるし、化学的処理にあっては、酸化剤の使用は取扱いに危険性が伴い労務安全上の問題が不可避である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−７５９７５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００３−１５４３９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術が外部エネルギーを必要としてコストがかかるだけでなく、また、この点を無視して、たとえこれら既知の処理を行っても、死滅しない微生物が残存し、可溶化が充分に行われない点に鑑み、これらの欠点のない汚泥処理、すなわち、効率的にして安全性の高い省エネルギー処理を新たに開発する目的でなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであって、本発明者らは、分離引抜汚泥をタンクに投入し、このタンクにし尿を希釈することなくそのまま投入して高負荷処理を行ったところ、汚泥中の微生物が増殖し、その結果、自己発熱して品温が上昇する現象を見出し、そして更にこれを継続すると更に温度が上昇して微生物の死滅域に達することを確認し、そしてこの死滅温度域に１日滞留せしめたところ、溶菌するという新規現象をはじめて見出した。
【０００９】
すなわち、し尿を投入して高負荷処理した後は、汚泥自体が自己発熱して自己の発熱によって高温となり、自己が溶菌して可溶化することをはじめて見出したものである。この新知見は、高負荷処理のみに人手をかけてやれば、他は汚泥中の微生物自体がいわば勝手に行うことをはじめて見出したことであり、従来の高熱処理のように５０〜９０℃といった非常に高い高温にする必要がなくしかも外部からエネルギーを付与して加熱する必要がないため、省エネルギー、低コストで処理が行われ、装置も簡素化され、操作も安全である点できわめて特徴的である。
【００１０】
本発明は、上記した有用新知見に基づき更に検討の結果、遂に完成されたものであって、汚泥を可溶化するに際して、高負荷処理と汚泥菌の自己発熱とを有機的に結合し、外部から高温に加熱する処理を排除し、省エネルギー、低コストでの処理をはじめて可能にしたものである。また、人手を要する作業は高負荷処理のみであって、他は人手を要することなくいわば自動的に行われる点でも特徴的である。
【００１１】
有機汚水の処理は、大規模に実施される場合が多いため、省エネルギー化、低コスト化が非常に要望されているところであるし、不潔で非衛生的な汚水をしかも大量に処理するため、その取扱いについては出来る限り人手を避けたいことも要望されているが、本発明によれば、当業界に特有且つ重大な要望をいずれもクリアーすることができ、特に当技術分野に大きな貢献がなされるという著効が奏される。また、可溶化された溶菌汚泥は生物処理工程等において分解されるためその処理が問題であった余剰汚泥の減量化も図られる。
以下、本発明について詳述する。
【００１２】
本発明を実施するには、汚泥にし尿等を加えて高負荷処理して汚泥中の微生物等各種生物を増殖せしめ、もって自己発熱により品温を上昇せしめ、そして該生物の死滅域にまで達せしめ、必要な時間（例えば６時間〜６日間、処理対象汚水にもよるが、通常１日〜２日）滞留せしめることにより該生物を変性及び／又は溶菌せしめ、もって汚泥を減量化するものである。そして、本発明に係る処理方法は、１回に限定されることなく、必要あれば、２回以上実施することも可能である。
【００１３】
このようにして汚泥を可溶化した後、所望するのであれば、各種処理することが可能であって、例えば生物処理工程へ戻し、可溶化した汚泥を活性汚泥の栄養源として消費させ、汚泥の減量化を行う。また必要あれば、可溶化した汚泥はオゾン処理等既知の可溶化処理によって更に可溶化し、生物処理工程へ戻して減量化することも可能である。なお、この再可溶化処理は、高負荷処理と自己発熱処理によっては充分に可溶化ができなかった場合、必要に応じて行えばよい。
【００１４】
また、可溶化した汚泥は、メタン発酵槽に投入し、メタン発酵を促進させることにより、ガス発生量を増加させ、エネルギー回収を行うことができる。更にまた、可溶化した汚泥は、固液分離した後、液体部にカルシウム及び／又はマグネシウムイオン等のリン固定剤を添加して、液中のリンをリン酸カルシウム化合物及び／又はリン酸マグネシウム化合物として沈殿させることにより、リンを回収することもできる。
【００１５】
したがって、本発明の実施態様を例示すると、次のとおりである。
【００１６】
（１）有機性汚水の生物処理工程より汚泥を分離し、引抜いた後、その汚泥について攪拌曝気槽に投入し、し尿や浄化槽汚泥などの原水及び／又は生物活性を高めるもの（エタノール、メタノールなど）を投入することにより、活性汚泥の自己発熱を促進させることができる。その後の工程でし尿や浄化槽汚泥などの原水及び／又は生物活性を高めるものを再投入し、高負荷の状態にしながら攪拌曝気槽の内部温度を活性汚泥の死滅する温度まで高めることによってその汚泥について汚泥を変性及び可溶化させることを特徴とする処理方法。
（２）前記条件で処理した汚泥に対し、必要とあればオゾン処理を施した後、生物処理工程へ戻すことにより汚泥を減量化する処理方法。
（３）前記条件で得られた汚泥を分離する場合の固液分離液に対し、ＭｇまたはＣａイオンを添加しリンを回収することを特徴とする処理方法。
（４）前記条件で処理した汚泥に対し、メタン発酵槽に投入することにより、メタン発酵を促進させ、ガス発生量を増加させる処理方法。
（５）上記（２）と並行して、生物処理工程より分離した汚泥をオゾン処理し、生物工程へ戻すことにより、汚泥減量化を行う処理方法。
【００１７】
本発明を実施するのに好適な装置の１例（図１に示す）にしたがい、本発明を以下に詳細に説明する。本発明は活性汚泥中の生物を利用して栄養源を投入し高負荷にし、自己発熱する工程と更に栄養源を投入し温度を上昇させ活性汚泥を死滅させる工程を組み合わせた可溶化及び減量化技術を開発するのに成功したものである。
【００１８】
先ずはじめに、原水１は生物処理工程２で生物処理する。処理対象原水１としては、し尿、浄化槽汚泥、下水、生活廃水、廃油、厨房廃水、厨芥（廃水）、産業廃水等各種の有機性汚水がすべて包含される。生物処理工程２は好気性の反応槽及び／又は通性嫌気性の反応槽からなり、汚水及び活性汚泥を空気と共に又は空気なしで充分に攪拌、接触せしめて、汚泥は、代謝作用により汚水中の有機物や窒素化合物を炭酸ガス、窒素ガス、水や炭酸ガスに分解する一方、同化作用により汚水中の有機物を利用して、汚泥自体が増殖する。
【００１９】
このようにして、原水１を生物処理工程２で処理して、汚水処理するが、その一方で汚泥が増殖してくるので、その一部を生物処理工程２から引抜いて可溶化する。このようにして引抜いた分離引抜汚泥７又は１２は、活性化槽（活性化槽１）１０に投入する。活性化槽１０には、原水及び／又は有機物１１を投入して汚泥微生物の活性を高め、自己発熱を促すため、高負荷の状態に設定する。活性化槽１０では、空気（ばっ気ブロワＢ）９及び／又は攪拌装置（攪拌機Ｍ）１８などで攪拌し、好気的な条件になっている。また、１３は加温ヒータであって、所望に応じて設ければよい。
【００２０】
活性化槽１  １０からの汚泥は、活性化槽２  １４へ投入し、原水及び／又は有機物１１を再投入して高負荷状態を保ち、活性汚泥が死滅する温度域で活性汚泥を死滅させることにより、汚泥を可溶化する。活性化槽２  １４は、活性化槽１  １０と同様に、空気（ばっ気ブロワＢ）９及び攪拌装置（攪拌機Ｍ）１８により攪拌され、そして所望に応じてヒーター１３を設け、好気的な条件となっている。必要に応じて、更に、第３、第４又はそれ以上の活性化槽も設置することができる。
【００２１】
原水としては、先に述べた有機性汚水の少なくともひとつを指し、しかも濃度が高い程好適であるので、例えば、生し尿を希釈することなく使用することができるので、コスト、設備、装置、作業性のいずれの面からみてもきわめて有利である。また、有機物としては、メタノール等が使用される。
【００２２】
本発明においては、汚泥菌の増殖を促進するために高負荷をかけるが、ＢＯＤ負荷として、１ｋｇ／ｍ３／日〜１０ｋｇ／ｍ３／日が好適であり、更に好適には３．５ｋｇ／ｍ３／日以上であり、通常は４ｋｇ／ｍ３／日前後である。１０ｋｇ／ｍ３／日よりも高い負荷も排除するものではないが、無駄になってしまう。本発明において、通常高負荷は処理対象汚水をそのまま利用することによって達成されるので、外部から基質を別途添加する必要がなく、低コスト化が図られ、この点からもすぐれている。
【００２３】
このように、原水等を投入して高負荷にすると、汚泥の増殖が促進され、汚泥菌自体の発酵熱により加温槽内の温度が上昇し、やがて汚泥菌が死滅しはじめると、可溶化が開始され、この死滅温度域に一定時間維持することにより汚泥菌の溶菌が行われる。すなわち、本発明においては、高負荷で汚泥を増殖させながら、汚泥の自己発熱により槽内温度を上昇せしめ、汚泥自身の熱によって汚泥自身を死滅させ、この死滅温度域を維持することによって汚泥菌体を溶菌するものである。
【００２４】
このように、本発明においては、高負荷条件下、汚泥が死滅しはじめる温度〜死滅する温度域（死滅域ないし死滅温度域）に一定時間滞留せしめることにより、効率的に汚泥菌体を可溶化し、汚泥菌体を溶菌するものであって、高負荷条件下において汚泥を死滅域に維持することにより溶菌することを特徴とするものである。
【００２５】
したがって、汚泥の種類や組成に応じて死滅域をコントロールすることができ、例えば３７〜３８℃程度で死滅する汚泥の場合は、この温度範囲に維持すれば汚泥は溶菌されるが、通常の場合、４０℃以上、４２〜４３℃程度で汚泥は死滅しはじめるので、約４０〜４４℃の温度域、好ましくは４２〜４４℃程度に維持すればよい。
【００２６】
なお、高負荷条件とすることなく、単に死滅温度域に維持しても、汚泥は死滅するものの可溶化することはわずかであって、溶菌現象は生じない。可溶化、溶菌は、４０〜４４℃といった死滅温度域では発生せず、更に加熱して６０〜７０℃といった高温域に維持することによりはじめて可能となるものであり、それには加熱ヒーター等エネルギーの供給が必須となり、汚泥の自己発熱では効率的溶菌は達成できない。汚泥は死滅しても溶菌はしないのであり、溶菌せしめるためには非常な高温にしなければならず、それには外部から加熱してやらねばならないのである。
【００２７】
これに対して本発明においては、高負荷条件という新しい条件を採用したことにより、汚泥の死滅温度域（例えば４３℃前後）といった低温で汚泥を充分に可溶化、溶菌することがはじめて可能になったという点で特徴的であり、しかも更に、この温度域は汚泥自体が自己の発酵熱によって形成されるものであり、そのうえ、死滅温度域の温度コントロールは、自己発熱の結果で、成行に任せればよく、格別の操作を必要とせず、外部エネルギーも要しない点で特徴的である。
【００２８】
活性化槽２  １４で処理して可溶化した汚泥は、生物処理工程２に戻し、汚泥を減量化させる。また、活性化槽２  １４で処理した後、更に未分解の汚泥が残っているような場合には、所望によりオゾン反応槽１５で更に可溶化し、生物処理工程２に戻し、汚泥を減量化させる。オゾン処理は、分離汚泥７や濃縮汚泥１２を直接対象としてもよい。
【００２９】
オゾン処理は常法にしたがって行うことができ、例えば次のようにして行えばよい。
すなわち、オゾン処理は、生物汚泥とオゾンを例えば常温で接触させることにより行うことができる。接触方法としては、オゾン処理槽に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法などが採用できる。オゾンとしてはオゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。このオゾン処理においては、オゾンを生物汚泥に対して０．５〜１５重量％、好ましくは生物汚泥に対して２〜１０重量％の範囲内で反応させるのが好ましい。こうしてオゾン処理された汚泥は、対汚泥あたりのオゾン注入率が０．０２ｍｇ−Ｏ３／ｍｇ−ＳＳ、好ましくは０．０５ｍｇ−Ｏ３／ｍｇ−ＳＳ以上とするのがよく、このような注入率では、生物汚泥の細胞壁の糖鎖長が小さくなって生分解性が非常に向上する。
【００３０】
また、活性化槽１４で処理した後、固液分離し、ＭｇまたはＣａイオンを添加してリン回収工程１６へ導入しリンを回収することも選択できる。また活性化槽１４後、メタン発酵工程１７へ導入することにより、メタン発酵を促進させ、ガス発生量を増加させ、安定した処理ができることも選択できる。なお、他の工程は、一般の廃水処理と同様であって、実施例（図１）において、各数字はそれぞれ次のことを表わす。３：固液分離装置、４：物理化学的処理工程、５：処理水、６：脱水工程、８：返送汚泥、１９：オゾン発生装置。
【００３１】
（処理例）
実施例として示した図１の汚水処理フローにしたがい、以下により汚泥可溶化処理を行った。
【００３２】
汚泥可溶化の操作
（１）活性の高い汚泥に対して原水（し尿やメタノールなどの生物活性を高めるもの）を高負荷で投入し、４４℃まで温度を上昇させる（０．５時間程で上昇）。
（２）一定時間後、（実験では１８時間後）更に原水（し尿やメタノールなどの生物活性を高めるもの）を高負荷で投入し、一定時間滞留させる（実験では２４時間）。
（３）実験終了後汚泥は可溶化し、汚泥が分散し、沈降しない状態になった。
【００３３】
なお、本例において、生し尿を投入した活性化槽１で４４℃に１２時間処理した活性の高い汚泥を用い、これを活性化槽２に導入し、原水（本例では生し尿を使用）を１日目及び２日目と高負荷（４００ｍｌ／４Ｌ）条件で投入した。得られた結果を下記表１に示す。
【００３４】
（表１）
2005058827.tif 000002
【００３５】
上記結果から明らかなように、ＤＯＣ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）濃度が１１４ｍｇ／Ｌ→９４３ｍｇ／Ｌと大幅に増加しており、本処理によって汚泥が大量に可溶化していることが立証されている。
【００３６】
なお対照として、高負荷条件にかえて低負荷条件（１００ｍｌ／４Ｌ）とした場合、下記表２の結果が得られた。
【００３７】
（表２）
2005058827.tif 000003
【００３８】
上記結果から明らかなように、低負荷で行なった場合、臭気が活性汚泥臭であり、高負荷時のような有機酸発酵臭のような甘い臭気がない。２日目終了時の汚泥は沈降しており、汚泥の分散が見られないことやＤＯＣの上昇があまり見られないことから可溶化が進んでいないことが分かった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、有機性汚水の活性汚泥処理工程から排出される余剰汚泥を別の活性化槽を用い、有機物を設定した高負荷の条件で投入することによって菌体を最大限に活性させ、その活性状態を維持しながら更に有機物を設定した高負荷の条件で投入し、活性汚泥の死滅温度域で汚泥を可溶化する効果を有している。その可溶化された汚泥を生物処理工程へ戻すことにより減量化することができ、本発明は、省エネルギー、低コスト、且つ省力的に汚泥を可溶化して、減量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための汚水処理システムのフローの１例を示す。
【図１】
2005058827.tif 000004