(57)【要約】【課題】  有機性廃水の好気的生物処理において、汚泥を嫌気性消化後に好気処理工程に戻す方法よりも、廃棄する汚泥発生量を大きく削減できる技術を提供する。【解決手段】  有機性廃水処理において、好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥及び／又は最初沈澱工程で発生した有機性汚泥を濃縮して濃縮汚泥とし、次いで該濃縮汚泥を超音波処理により可溶化処理した後、嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部或いは全量を好気的生物処理工程に返送するか、或いは、該濃縮汚泥を嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部を超音波処理により可溶化して嫌気性消化工程に返送し、該消化汚泥の残余分の一部又は全量を好気的生物処理工程に返送し、消化汚泥の残余分を廃棄することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。その装置。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水処理において、好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥及び／又は最初沈澱工程で発生した有機性汚泥を濃縮して濃縮汚泥とし、次いで該濃縮汚泥を超音波処理により可溶化処理した後、嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部或いは全量を好気的生物処理工程に返送し、消化汚泥の残余分を廃棄することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。
【請求項２】
有機性廃水の処理において、好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥及び／又は最初沈澱工程で発生した有機性汚泥を濃縮して濃縮汚泥とし、次いで該濃縮汚泥を嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部を超音波処理により可溶化して嫌気性消化工程に返送し、該消化汚泥の残余分の一部又は全量を好気的生物処理工程に返送し、さらに該消化汚泥の残余分を廃棄することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。
【請求項３】
前記好気的生物処理工程がオキシデーションディッチ法又は長時間エアレーション法等の低負荷運転を行う活性汚泥法であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の生物処理方法。
【請求項４】
有機性廃水を好気的に生物処理する生物処理槽、生物処理槽からの汚泥混合液を固液分離する固液分離装置、固液分離装置からの汚泥を濃縮する汚泥濃縮機、汚泥濃縮機からの濃縮汚泥を超音波処理する超音波装置、超音波装置からの可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽、嫌気性消化槽からの消化汚泥の一部又は全部を生物処理槽へ返送する配管、及び消化汚泥の系外への排出機を具えたことを特徴とする有機性廃水の生物処理装置。
【請求項５】
有機性廃水を好気的に生物処理する生物処理槽、生物処理槽からの汚泥混合液を固液分離する固液分離装置、固液分離装置からの汚泥を濃縮する汚泥濃縮機、汚泥濃縮機からの濃縮汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽、嫌気性消化槽からの消化汚泥を超音波処理し、可溶化汚泥を嫌気性消化槽へ送る超音波装置、嫌気性消化槽からの消化汚泥の一部又は全部を生物処理槽へ返送する配管、及び消化汚泥の系外への排出機を具えたことを特徴とする有機性廃水の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や有機性の産業排水などの有機性廃水の生物処理に関し、特に廃棄する汚泥発生量を削減することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や有機性の産業排水は、生物処理法で処理される。有機性廃水の生物処理法は優れた処理方法であるが、その過程で大量の余剰汚泥が発生し、日本全体では年間１０００万ｔ以上となっている。通常、余剰汚泥は脱水後埋め立てや焼却処分されているが、その処理コストは年々増加しており、排水処理全体のコストを上昇させる原因の一つとなっており、このため余剰汚泥の低減が課題となっている。この状況の下、汚泥を嫌気性消化し、余剰汚泥発生量を低減すると共に、メタンガスを回収する技術が注目されている。嫌気性消化では、メタン生成菌の働きにより汚泥や廃棄物中の有機物をメタンガスとして回収するため、不要な余剰汚泥を減量化可能であると共に、資源として利用できる可能性があるため、様々な研究が進められている。
【０００３】
また、余剰汚泥を微細化又は可溶化した後に嫌気性消化槽に投入することで、余剰汚泥中の有機物をメタンガスに転換する率を向上させ、通常嫌気性消化で減量化される余剰汚泥発生量から更に減量化させる試みが行われている。そのための汚泥を微細化する方法としては、ミルによる破砕、好熱菌による可溶化、オゾンによる可溶化等がある（例えば特許文献１：「余剰汚泥の処理方法」）。また、各々の処理を組み合わせた可溶化処理を行った後、嫌気性消化する方法も試みられている（例えば特許文献２：「汚泥のメタン発酵処理方法と装置」）。また、（特許文献３）「有機性汚水の処理方法」には、活性汚泥から引き抜いた汚泥を嫌気性消化した後、再度活性汚泥処理槽に投入することによる汚泥の減量化方法も記載されている。さらに、（特許文献４）「有機性排液の生物処理方法」には、活性汚泥から引き抜いた固液分離汚泥の一部にオゾン処理を行った後嫌気性消化を行い、嫌気性消化処理汚泥を活性汚泥処理槽に返送する方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１９７１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６８９８号公報
【特許文献３】特開平９−２５３６８４号公報
【特許文献４】特開平１１−３３３４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の（特許文献１）「余剰汚泥の処理方法」に基づき、汚泥の可溶化処理を行ったところ、従来の嫌気性消化法と比較して、消化汚泥発生量が１０％程度減少し、メタンの回収率が約２割程度向上することを見出した。しかし、この方法では９０％の汚泥が残るため、依然として汚泥の処分のために多大な費用が必要となる。さらに、（特許文献２）「汚泥のメタン発酵処理方法と装置」の方法では、汚泥の可溶化処理に超音波処理と他の方法を組み合わせて行うことによって、可溶化処理のエネルギー消費量を低減でき、消化汚泥発生量が従来法と比較して１０〜３０％程度低減した。しかし、依然として７０〜９０％の消化汚泥が残った。
【０００６】
また、（特許文献３）「有機性汚水の処理方法」では、活性汚泥から引き抜いた汚泥を嫌気処理したのち、再度活性汚泥処理槽に投入する方法が記載されている。しかし、この方法には汚泥の分解を促進させる可溶化処理が組み合わされていない。可溶化手段を組み合わせることで、さらに汚泥発生量を低減できる可能性がある。
なお、（特許文献４）「有機性排液の生物処理方法」では、嫌気性消化槽に投入する前の余剰汚泥をオゾン処理するが、余剰汚泥には可溶化処理を行わなくとも嫌気性処理が可能な成分が含有されており、余剰汚泥にオゾン処理を行うことは、可溶化以外に酸化力が無駄に消費される。また、嫌気性消化汚泥をオゾンで処理する場合、嫌気性消化汚泥中には、Ｓ２−、Ｆｅ２−など還元性の物質が多量に含まれるため、オゾンはこれらによって還元され、酸化力が無駄に消費される。
【０００７】
そのうえに、特開２００３−７１４１１号公報「有機性廃棄物の処理方法」では、嫌気性消化処理工程で処理された消化汚泥を好熱性細菌や超音波処理によって可溶化した後、好気性生物処理工程に返送する方法が提案されている。この方法では、廃棄すべき汚泥を大幅に減少させることが可能である。しかし、可溶化処理された消化汚泥が好気処理工程において分解されるため、消化ガスの発生量が増大せず、エネルギー回収の観点から見ると、効果が期待できない。
【０００８】
本発明は、このような実情によりなされたものであり、下水や有機性の産業排水などの生物処理において発生する消化汚泥を、単に好気処理工程に戻す方法と比較して、廃棄する汚泥発生量を大きく削減できる技術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】
【０００９】
嫌気性消化汚泥には、有機分が７０％程度含まれている。これらの有機物は消化槽内で、一旦安定化すると、その後嫌気性消化を継続しても分解の進行が極めて遅い。本発明者らは、不要な余剰汚泥の減量化について鋭意研究を行い、消化汚泥が好気的生物処理法によって分解されること、さらに消化汚泥に対して超音波による可溶化処理を行った後に好気的生物処理を行うと、分解が促進されることを回分試験によって見出した。この回分試験では、第１表に示すようにＳＳ：３．４２ｇ／リットルの活性汚泥０．９リットルに対して、ＳＳ：１８．６ｇ／リットルの消化汚泥を０．１リットル添加した系（無処理系）、同活性汚泥０．９リットルに対し同消化汚泥を超音波強度７０ｋＪ／リットルにて処理した汚泥を０．１リットル添加した系（超音波系）、及び同活性汚泥１．０リットル（水道水０．１リットル添加）の系を用意し、三者を２日間曝気した。図１に示すように、投入した消化汚泥ＳＳに対する２日間曝気後の汚泥の発生割合は無処理系では９４％、超音波系では８５％となった。
ただし、この試験は消化汚泥に対する可溶化処理を好気処理槽への投入の直前で実施した。このフローは前述のように汚泥を低減させる効果が上がるものの消化ガスの発生量が増大しない。従って、エネルギー回収の観点から見ると、可溶化処理は嫌気性消化工程の直前及び／又は嫌気性消化工程と平行して実施すべきである。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
また、超音波処理では物理的な作用によって汚泥に損傷を与えるため、還元性物質の存在はなんら妨げとならない。本発明者らは、これらのことを着眼点として、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は上記の目的を達成するために、以下の構成からなる有機性廃水の生物処理方法及び装置から成るものである。
（１）有機性廃水処理において、好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥及び／又は最初沈澱工程で発生した有機性汚泥を濃縮して濃縮汚泥とし、次いで該濃縮汚泥を超音波処理により可溶化処理した後、嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部或いは全量を好気的生物処理工程に返送し、消化汚泥の残余分を廃棄することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。
（２）有機性廃水の処理において、好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥及び／又は最初沈澱工程で発生した有機性汚泥を濃縮して濃縮汚泥とし、次いで該濃縮汚泥を嫌気性消化工程によって分解し、嫌気性消化工程から出る消化汚泥の一部を超音波処理により可溶化して嫌気性消化工程に返送し、該消化汚泥の残余分の一部又は全量を好気的生物処理工程に返送し、さらに該消化汚泥の残余分を廃棄することを特徴とする有機性廃水の生物処理方法。
（３）前記好気的生物処理工程がオキシデーションディッチ法又は長時間エアレーション法等の低負荷運転を行う活性汚泥法であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の生物処理方法。
（４）有機性廃水を好気的に生物処理する生物処理槽、生物処理槽からの汚泥混合液を固液分離する固液分離装置、固液分離装置からの汚泥を濃縮する汚泥濃縮機、汚泥濃縮機からの濃縮汚泥を超音波処理する超音波装置、超音波装置からの可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽、嫌気性消化槽からの消化汚泥の一部又は全部を生物処理槽へ返送する配管、及び消化汚泥の系外への排出機を具えたことを特徴とする有機性廃水の生物処理装置。
（５）有機性廃水を好気的に生物処理する生物処理槽、生物処理槽からの汚泥混合液を固液分離する固液分離装置、固液分離装置からの汚泥を濃縮する汚泥濃縮機、汚泥濃縮機からの濃縮汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽、嫌気性消化槽からの消化汚泥を超音波処理し、可溶化汚泥を嫌気性消化槽へ送る超音波装置、嫌気性消化槽からの消化汚泥の一部又は全部を生物処理槽へ返送する配管、及び消化汚泥の系外への排出機を具えたことを特徴とする有機性廃水の生物処理装置。
【００１３】
超音波処理は、（１）のように好気的生物処理工程で発生した有機性汚泥に対して、嫌気性消化工程の前処理法として行うことが可能であり、（２）に示したように嫌気性消化により発生した消化汚泥に対して、嫌気性消化工程と並行して行うこともできる。
【００１４】
有機性廃水の生物処理では、あらかじめ最初沈澱池によって流入水中のＳＳを分離する場合と分離しない場合があり、前者では初沈汚泥が発生する。一方、好気的生物処理工程では余剰汚泥が発生し、嫌気性消化工程には一般に初沈汚泥と余剰汚泥が同時に投入される。初沈汚泥と余剰汚泥の嫌気性消化工程における分解率は、一般に余剰汚泥の方が低い。従って、嫌気性消化工程の前処理法として超音波処理する場合、余剰汚泥に対してのみ処理を行う方が効果的である。
【００１５】
本発明は、好気的生物処理工程に返送する消化汚泥によって水処理工程の負荷が増大するため、標準活性汚泥法など比較的高負荷運転を行う活性汚泥法の場合、処理水水質が悪化し、目標とする処理水水質を得られない場合がある。一方、オキシデーションディッチ法及び長時間エアレーション法などの様に低負荷運転の場合、負荷の増大による処理水への影響が小さく、本発明に好適である。なお、低負荷運転を行う活性汚泥法から発生する余剰汚泥は、通常嫌気性で分解される率が低いが、嫌気性消化槽に投入する汚泥に前もって可溶化処理を行うか、または嫌気性消化汚泥に可溶化処理を行い嫌気性消化槽に再び投入すると、嫌気性消化工程での分解率が向上することより、低負荷運転を行う活性汚泥法の余剰汚泥の嫌気性消化処理を行い、余剰汚泥の発生率を減少させることが可能となる。同様に、嫌気性消化汚泥に対して、可溶化処理を行った後に好気性処理工程に返送すると、好気性処理工程での分解率が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、下水及び排水処理において発生する消化汚泥を単に好気処理工程に戻す方法と比較して、さらに廃棄すべき汚泥量を削減することができる。同時に、消化ガス発生量が増大するため、ボイラー、マイクロガスタービン及び燃料電池などを組み合わせたときのエネルギー回収率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、発明を実施するための最良の形態及び実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用いて示す。
【００１８】
図２及び図３は本発明の処理フローである。先ず、図２について説明する。下水又は排水などの流入水１を好気的生物処理工程３によって処理する。その際、該好気的生物処理工程３は、オキシデーションディッチ法又は長時間エアレーション法等の、低負荷運転を行なう活性汚泥処理槽３である方が、水質への影響が少ない。
【００１９】
該好気的生物処理工程３で発生した余剰汚泥７を汚泥濃縮機８で濃縮し、可溶化工程１０で可溶化処理した後、嫌気性消化槽１２で処理する。続いて消化汚泥１４の一部或いは全量を、返送消化汚泥１５として好気的生物処理工程３に返送し、再度好気性処理する。
この際、返送消化汚泥１５は脱水する必要がなく、スラリー状のまま送られる。返送消化汚泥１５はコンポストとして利用するものではなく、脱水しても分離液を好気的生物処理工程３に送ることになるから、脱水する必要がなく、
【００２０】
可溶化処理は、必ずしも嫌気性消化の前に行う必要はなく、図３のように消化汚泥１４に対して行うことが可能である。
可溶化処理の前処理として、汚泥の濃縮は必ずしも必要ではない。ただし、可溶化処理工程１０において、超音波処理は汚泥が高濃度であれば、それだけ効率よく処理できる。汚泥濃度は１〜１０％程度とすることが可能であるが、好ましくは４〜８％である。汚泥の濃縮は、嫌気性消化の前処理として濃縮された余剰汚泥に超音波処理する場合に限らず、消化汚泥１４に対して超音波処理する場合にも有効である。
【００２１】
可溶化処理は、超音波処理の他に、熱処理、破砕、オゾン処理、アルカリ処理などが知られているが、本発明は超音波処理を単独で用いる。嫌気性消化法は、３５℃付近の中温法及び５５℃付近の高温法に適応できる。
【００２２】
本発明では、消化汚泥１４の一部を廃棄汚泥１６として廃棄するが、好気性処理工程３の有機性汚泥である余剰汚泥７、濃縮汚泥９、あるいは活性汚泥処理槽３から直接廃棄汚泥１６として廃棄することも可能である。なお廃棄汚泥１６は、さらに脱水処理してケーキ状で廃棄したり、脱水ケーキを焼却するなど、各種の廃棄方法が適応できる。本発明は、消化汚泥を好気的生物処理工程３に返送し、好気的生物処理と嫌気性消化を繰り返し行う処理法に、超音波処理を組み合わせることによって、さらに分解率を向上させ、廃棄汚泥１６の量を低減すると共に、メタンガス（消化ガス）１３の発生量を向上させることができる。ただし、難分解性物質や無機物の系内への蓄積を防ぐため、上記いずれかの方法によって余剰汚泥７の引抜を適切に管理する必要がある。消化汚泥は、通常脱水することなく、好気的生物処理工程３に返送するが、脱水又は濃縮した後、返送することも可能である。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
以下に実施例１について説明する。第２表に流入負荷条件、第３表に実験条件、第４表に試験結果を示す。処理フローを図２〜図５に示す。好気的生物処理工程３は、前段部を無酸素槽とした長時間エアレーション法の反応槽とし、流入水量１５０リットル／ｄ、ＨＲＴ（滞留時間）を４８時間とした。流入水のＢＯＤ、ＣＯＤ及びＳＳがそれぞれ、１５８、８０及び９５ｍｇ／リットルの団地下水を好気的生物処理工程によって処理した。流入水のＳＳ負荷は１４ｇ／ｄであった。活性汚泥槽内のＭＬＳＳを３．０〜４．０ｇ／リットル、返送汚泥のＭＬＳＳを１２〜１５ｇ／リットルとした。
【００２５】
試験系１は、返送汚泥６を２６〜３１ｇ／リットルに濃縮して、濃縮汚泥９、０．５リットル／ｄを可溶化処理工程で超音波処理した後、嫌気性消化槽１２で分解した。超音波処理は余剰汚泥容積当り、消費電力量が７０ｋＪ／リットルの条件で行った。嫌気性消化槽の有効容積を１０リットル、消化温度を３５℃とした。嫌気性消化槽から消化汚泥１４を０．５リットル／ｄ引抜き、そのうち５０％、０．２５リットル／ｄを好気的生物処理工程３に返送し、０．２５リットル／ｄを廃棄汚泥１６とした。その結果、廃棄汚泥中のＳＳ量は４．１ｇ／ｄ、消化ガス発生量は３．７リットル／ｄであった。
【００２６】
試験系２は、試験系１と同様に濃縮した濃縮汚泥９、０．５リットル／ｄを嫌気性消化槽１２にそのまま投入した。嫌気性消化槽１２の消化汚泥１４を１．０リットル／ｄ引抜き、そのうち０．５リットル／ｄを可溶化工程１０で超音波処理して嫌気性消化槽１２に戻し、０．２５リットル／ｄを好気的生物処理工程３に返送し、０．２５リットル／ｄを廃棄汚泥１６とした。廃棄汚泥中のＳＳ量は４．０ｇ／ｄ、消化ガス発生量は３．７リットル／ｄであった。
【００２７】
対照系１は、試験系１と同様に濃縮した濃縮汚泥９、０．５リットル／ｄをそのまま嫌気性消化槽１２に投入した。消化汚泥１４、０．５０リットル／ｄを引抜き、そのうち０．２５リットル／ｄを可溶化工程にて超音波処理による可溶化を行った後、好気的生物処理工程に返送し、０．２５リットル／ｄを廃棄汚泥１６とした。廃棄汚泥中のＳＳ量は４．５ｇ／ｄ、消化ガス発生量が３．１リットルであった。
【００２８】
対照系２は、試験系１と同様に濃縮した濃縮汚泥９、０．５リットル／ｄをそのまま嫌気性消化槽１２に投入した。消化汚泥１４、０．５０リットル／ｄを引抜き、そのうち０．２５リットル／ｄを好気的生物処理工程に返送し、０．２５リットル／ｄを廃棄汚泥１６とした。廃棄汚泥中のＳＳ量は４．９ｇ／ｄ、消化ガス発生量が３．１リットル／ｄであった。
なお、消化ガス中にはいずれの試験系及び対照系とも、６１〜６３％のメタンガスが含まれていた。
【００２９】
対照系２の廃棄汚泥１６のＳＳ量を１００％として各試験系のＳＳ量を表すと、試験系１、試験系２及び対照系１がそれぞれ、８４、８３及び９３％となった。従って、１６、１７及び７％低減した。同様に、対照系の消化ガス発生量を１００％として各試験系の消化ガス発生量を表すと、それぞれ１１９、１２１及び１００％であった。このように、試験系１及び試験系２では対照系２と比較して廃棄汚泥量が低減し、同時に消化ガス発生量が増大した。対照系１は廃棄汚泥の低減効果が認められたものの、消化ガス発生量が増大しなかった。
また、処理水質は第４表に示したように、いずれの系とも、対照系２と比較してほとんど変化が無かった。
【００３０】
【表２】
2005103486.tif 000004
【００３１】
【表３】
2005103486.tif 000005
【００３２】
【表４】
2005103486.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、下水や有機性の産業排水などの有機性廃水の生物処理において、濃縮汚泥を超音波処理により可溶化させた後、又は濃縮汚泥を嫌気性消化法により分解してから、消化汚泥を超音波処理により可溶化した後、嫌気性消化により分解した消化汚泥を好気的生物処理することにより、廃棄すべき汚泥量を低減すると共に、消化ガス発生量が増大するため、ボイラーなどを組み合わせたときのエネルギ回収率が向上するので、下水処理や食品排水処理等に有効に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】２日間の好気分解による消化汚泥のＭＬＳＳ変化を示す棒グラフ。
【図２】本発明の排水処理装置の一実施態様及び実施例１の試験系１を説明するブロック図。
【図３】本発明の排水処理装置の別の実施態様及び実施例１の試験系２を説明するブロック図。
【図４】実施例１の対照系１に使用した排水処理装置のブロック図。
【図５】実施例１の対照系２に使用した排水処理装置のブロック図。
【符号の説明】
【００３５】
１  流入水
２  処理水
３  好気的生物処理工程
４  最終沈澱池
５  沈澱汚泥
６  返送汚泥
７  余剰汚泥
８  汚泥濃縮機
９  濃縮汚泥
１０  可溶化工程
１１  可溶化汚泥
１２  嫌気性消化槽
１３  消化ガス
１４  消化汚泥
１５  返送消化汚泥
１６  廃棄物
１７  可溶化返送汚泥
【図１】
2005103486.tif 000007
【図２】
2005103486.tif 000008
【図３】
2005103486.tif 000009
【図４】
2005103486.tif 000010
【図５】
2005103486.tif 000011