(57)【要約】  【課題】生物処理系から引き抜いた汚泥（余剰汚泥）に可溶化処理を施して有機酸発酵又はガス発酵による資源化を伴い汚泥を減量する廃水処理装置に組み込み、汚泥処理時の資源化効果を定量的に評価する。  【解決手段】廃水処理系１の原水と処理水の各々の水質及び水流量に基き、汚泥処理系２が存在しない場合の想定余剰汚泥量を推算する手段１０と、汚泥処理系２で処理されなかった実際の余剰汚泥量を計量する手段１１と、汚泥処理系２で生成される有機酸及びガスを定量する手段１２、３２と、汚泥処理系２で消費される消費電力及び消耗材を計量する手段１３、３３と、想定余剰汚泥量と実際の余剰汚泥量との差に対する汚泥処分に要する金額換算値、生成される有機酸及びガスの定量値に対し得られる金額換算値、汚泥処理系２の消費電力及び消耗材消費量に要する金額換算値、を算出する手段３１と、これらの金額換算値から資源化効果を算出する手段３１とを備えた。【選択図】図１
2005211838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性または嫌気性の微生物を含む生物処理槽を用いる廃水処理系と、前記廃水処理系から引き抜いた汚泥を可溶化処理後、嫌気性の微生物による有機酸発酵および／またはガス発酵による前記汚泥の資源化を伴って前記汚泥の減量化を行う汚泥処理系とを備えた廃水処理装置に組み込まれる汚泥資源化評価システムにおいて、
前記廃水処理系に流入する原水の水質および水流量を測定する原水情報測定手段と、
前記廃水処理系から流出する処理後の水の、水質および水流量を測定する処理水情報測定手段と、
前記原水の水質および水流量と、前記処理後の水の水質および水流量とに基づいて、前記汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量を推算する想定余剰汚泥量算出手段と、
前記廃水処理系から引き抜かれた汚泥のうちの、前記汚泥処理系で処理されなかった余剰汚泥の量を計量する余剰汚泥計量手段と、
前記汚泥処理系によって生成される有機酸および／またはガスを定量する、有機酸／ガス定量手段と、
前記汚泥処理系で消費される、消費電力および／または消耗材の消費量を計量する、消費電力／消耗材消費量計量手段と、
前記想定余剰汚泥量と前記汚泥処理系で処理されなかった前記余剰汚泥の量との汚泥量の差に対する汚泥処分に要する汚泥処分改善金額換算値と、生成される前記有機酸および／または前記ガスの定量値に対して得られる生成有機酸／ガス金額換算値と、前記汚泥処理系の前記消費電力および／または前記消耗材消費量に対して要する消費電力／消耗材消費量金額換算値と、を算出する金額換算手段と、
前記汚泥処分改善金額換算値と前記生成有機酸／ガス金額換算値との金額合計値と、前記消費電力／消耗材消費量金額換算値との差から、資源化効果を算出する資源化効果算出手段とを備えた、汚泥資源化評価システム。
【請求項２】
前記資源化効果算出手段は、数式（１）により前記資源化効果ＥRを算出する、請求項１に記載の汚泥資源化評価システム。
ＥR＝ＵTS × （ＳE−ＳSR） ＋ Ｘ − Ｙ                  …………（１）
Ｘ＝ＵR1×ＰG1  または  ＵR2×ＰG2  または  ＵR1×ＰG1＋ＵR2×ＰG2
Ｙ＝ＵU1×ＰSR1  または  ＵU2×ＰSR2  または  ＵU1×ＰSR1＋ＵU2×ＰSR2
但し、ＥR：資源化効果
ＵTS：汚泥処分費単価
ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
ＳSR：余剰汚泥計量値
ＵR1：有機酸の単価
ＰG1：有機酸の生成量
ＵR2：ガスの単価
ＰG2：ガスの生成量
ＵU1：電力単価
ＰSR1：汚泥処理系の消費電力
ＵU2：消耗材単価
ＰSR2：汚泥処理系の消耗材消費量
【請求項３】
前記想定余剰汚泥量算出手段は、数式（２）により前記想定余剰汚泥量ＳEを推算する、請求項２に記載の汚泥資源化評価システム。
ＳE＝Ａ× （ＣB×Ｖ）B                      …………（２）
但し、ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
Ａ：比例定数
ＣB：廃水処理系の処理による水質差（ＢＯＤまたはＣＯＤまたはＴＯＣ
濃度差）
Ｖ：廃水処理系の処理後の水の水流量
Ｂ：指数定数
【請求項４】
前記可溶化処理は、キャビテーション発生処理である、請求項１乃至３のいずれかに記載の汚泥資源化評価システム。
【請求項５】
前記廃水処理系は、嫌気的脱窒処理と好気的硝化処理とを組み合わせた生物脱窒処理であり、
前記汚泥処理系は、有機酸発酵の後にガス発酵を行なう２段処理であり、前記有機酸発酵後の処理液の一部を、水素供与源として前記嫌気的脱窒処理に供給する、請求項１乃至４のいずれかに記載の汚泥資源化評価システム。
【請求項６】
好気性または嫌気性の微生物を含む生物処理槽を用いる廃水処理系と、前記廃水処理系から引き抜いた汚泥を可溶化処理後、嫌気性の微生物による有機酸発酵および／またはガス発酵による前記汚泥の資源化を伴って前記汚泥の減量化を行う汚泥処理系とを備えた廃水処理装置の汚泥資源化評価方法において、
前記廃水処理系に流入する原水の水質および水流量を測定するステップと、
前記廃水処理系から流出する処理後の水の、水質および水流量を測定するステップと、
前記原水の水質および水流量と、前記処理後の水の水質および水流量とに基づいて、前記汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量を推算するステップと、
前記廃水処理系から引き抜かれた汚泥のうちの、前記汚泥処理系で処理されなかった余剰汚泥の量を計量するステップと、
前記汚泥処理系によって生成される有機酸および／またはガスを定量するステップと、
前記汚泥処理系で消費される、消費電力および／または消耗材の消費量を計量するステップと、
前記想定余剰汚泥量と前記汚泥処理系で処理されなかった前記余剰汚泥の量との汚泥量の差に対する汚泥処分に要する汚泥処分改善金額換算値と、生成される前記有機酸および／または前記ガスの定量値に対して得られる生成有機酸／ガス金額換算値と、前記汚泥処理系の前記消費電力および／または前記消耗材消費量に対して要する消費電力／消耗材消費量金額換算値と、を算出するステップと、
前記汚泥処分改善金額換算値と前記生成有機酸／ガス金額換算値との金額合計値と、前記消費電力／消耗材消費量金額換算値との差から、資源化効果を算出するステップとを備えた、汚泥資源化評価方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の汚泥資源化評価システムの、前記想定余剰汚泥量算出手段と、前記金額換算手段と、前記資源化効果算出手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理系から引き抜いた汚泥に可溶化処理を施したのちに、有機酸発酵および／またはガス発酵により資源化を伴った汚泥の減量化を行う廃水処理装置に組み込まれる汚泥資源化評価システム、および汚泥資源化評価方法に関する。
【０００２】
例えば、生物処理系から引き抜いた汚泥（余剰汚泥）の可溶化処理を、超音波照射処理や薬剤処理等によって行なった後に、有機酸発酵またはガス発酵により汚泥の処理を行う上での資源化効果を定量的に確認することのできる汚泥資源化評価システム、および汚泥資源化評価方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の汚泥の可溶化処理としては、超音波を照射する方法（例えば、特許文献１参照）やオゾンを接触させる方法（例えば、特許文献２参照）、あるいは汚泥を加圧状態より急激に解放し、急激な圧力低下により細胞壁を破壊する方法（例えば、特許文献３参照）などがあった。
【０００４】
また、従来の汚泥の資源化処理としては、湿式ミル処理、超音波処理、熱処理等による可溶化処理を施した後、嫌気性消化槽へ導入しメタン発酵を行わせ、汚泥固形物を減量化し、燃料として利用可能なメタンガスを得るものがあった（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
また、余剰汚泥の減容化を図るとともに、余剰汚泥のメタンガスとしての再資源化も可能とした廃水処理装置があった（例えば、特許文献５参照）。
【０００６】
図４は、特許文献５に記載されている廃水処理装置の系統図である。
【０００７】
原水は、原水供給流路６０から調整層４１に供給されて一旦貯留される。調整層４１では、必要によりｐＨ値などが調整された後、廃水供給量を調整されて調整原水供給流路６１から活性汚泥処理槽４２に供給される。活性汚泥処理槽４２では、散気手段４８から供給される空気などの酸素含有気体で曝気されることにより、原水中の有機物が効率的に酸化分解される。
【０００８】
活性汚泥処理槽４２で増殖した汚泥が混合した混合液は、混合液排出流路６２から沈殿槽４３に導入され、静置されることにより汚泥が自然沈降して分離され、清浄化された処理水が処理水排出流路６３から系外に排出される。また、沈殿槽４３で沈降分離された汚泥は、汚泥抜出し流路６４から抜き出され、一部は汚泥返送流路６５から活性汚泥処理槽４２に返送される。残部の分離汚泥は余剰汚泥とし、その一部は、汚泥排出流路６６から系外に排出され、図示しない汚泥処理装置などで処理される。残部の余剰汚泥の更に一部は、可溶化用余剰汚泥供給流路６７から可溶化処理槽４５に供給され、他部の余剰汚泥は消火用余剰汚泥供給流路６８から嫌気性消化槽４４に供給される。
【０００９】
嫌気性消化槽４４に供給された余剰汚泥は、温度２５〜７５℃、滞留時間２４時間〜２週間で処理され、発生したメタンガスを主体とするガスはガス排出流路７１から系外に排出され、必要により脱硫処理されたのちガスホルダなどで貯留され、燃料ガスとして使用される。また、嫌気性で消化処理された余剰汚泥は、消化汚泥として可溶化用消化汚泥供給流路６９から可溶化処理槽４５に供給される。
【００１０】
可溶化処理槽４５に供給された余剰汚泥及び消化汚泥は、温度４５〜７５℃、滞留時間１０〜１００時間で、散気手段４９から供給される空気などの酸素含有気体で曝気されることにより、汚泥中の微生物が効率的に死滅・分解して低分子化した有機物となって可溶化される。
【００１１】
そして、可溶化処理槽４５で可溶化処理された汚泥は、汚泥循環流路７０から活性汚泥処理槽４２に循環供給され、原水中の有機物と共に、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で効率的に酸化分解されることにより、発生汚泥の減容化を図ることができ、余剰汚泥としての発生量を減容化することができる。
【特許文献１】特開昭５２−９０１６９号公報（例えば、第１頁）
【特許文献２】特許第２９７３７６１号公報（例えば、第２頁、第１図）
【特許文献３】特開平２−９９１９７号公報（例えば、第１頁）
【特許文献４】特開平２−２１１２９９号公報（例えば、第１頁）
【特許文献５】特開２００３−３３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の資源化処理を伴う汚泥の減容化を図る廃水処理においては、その汚泥処理にかかわる経済的な価値を定量化して評価できるものは無かった。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、資源化を伴う汚泥処理にかかわる経済的な価値を定量化して評価できる、汚泥資源化評価システム、汚泥資源化評価方法、プログラムおよび記録媒体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】
【００１４】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
好気性または嫌気性の微生物を含む生物処理槽を用いる廃水処理系と、前記廃水処理系から引き抜いた汚泥を可溶化処理後、嫌気性の微生物による有機酸発酵および／またはガス発酵による前記汚泥の資源化を伴って前記汚泥の減量化を行う汚泥処理系とを備えた廃水処理装置に組み込まれる汚泥資源化評価システムにおいて、
前記廃水処理系に流入する原水の水質および水流量を測定する原水情報測定手段と、
前記廃水処理系から流出する処理後の水の、水質および水流量を測定する処理水情報測定手段と、
前記原水の水質および水流量と、前記処理後の水の水質および水流量とに基づいて、前記汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量を推算する想定余剰汚泥量算出手段と、
前記廃水処理系から引き抜かれた汚泥のうちの、前記汚泥処理系で処理されなかった余剰汚泥の量を計量する余剰汚泥計量手段と、
前記汚泥処理系によって生成される有機酸および／またはガスを定量する、有機酸／ガス定量手段と、
前記汚泥処理系で消費される、消費電力および／または消耗材の消費量を計量する、消費電力／消耗材消費量計量手段と、
前記想定余剰汚泥量と前記汚泥処理系で処理されなかった前記余剰汚泥の量との汚泥量の差に対する汚泥処分に要する汚泥処分改善金額換算値と、生成される前記有機酸および／または前記ガスの定量値に対して得られる生成有機酸／ガス金額換算値と、前記汚泥処理系の前記消費電力および／または前記消耗材消費量に対して要する消費電力／消耗材消費量金額換算値と、を算出する金額換算手段と、
前記汚泥処分改善金額換算値と前記生成有機酸／ガス金額換算値との金額合計値と、前記消費電力／消耗材消費量金額換算値との差から、資源化効果を算出する資源化効果算出手段とを備えた、汚泥資源化評価システムである。
【００１５】
第２の本発明は、
前記資源化効果算出手段は、数式（１）により前記資源化効果ＥRを算出する、第１の本発明の汚泥資源化評価システムである。
【００１６】
ＥR＝ＵTS × （ＳE−ＳSR） ＋ Ｘ − Ｙ                  …………（１）
Ｘ＝ＵR1×ＰG1  または  ＵR2×ＰG2  または  ＵR1×ＰG1＋ＵR2×ＰG2
Ｙ＝ＵU1×ＰSR1  または  ＵU2×ＰSR2  または  ＵU1×ＰSR1＋ＵU2×ＰSR2
但し、ＥR：資源化効果
ＵTS：汚泥処分費単価
ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
ＳSR：余剰汚泥計量値
ＵR1：有機酸の単価
ＰG1：有機酸の生成量
ＵR2：ガスの単価
ＰG2：ガスの生成量
ＵU1：電力単価
ＰSR1：汚泥処理系の消費電力
ＵU2：消耗材単価
ＰSR2：汚泥処理系の消耗材消費量
第３の本発明は、
前記想定余剰汚泥量算出手段は、数式（２）により前記想定余剰汚泥量ＳEを推算する、第２の本発明の汚泥資源化評価システムである。
【００１７】
ＳE＝Ａ × （ＣB×Ｖ）B                          …………（２）
但し、ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
Ａ：比例定数
ＣB：廃水処理系の処理による水質差（ＢＯＤまたはＣＯＤまたはＴＯＣ
濃度差）
Ｖ：廃水処理系の処理後の水の水流量
Ｂ：指数定数
第４の本発明は、
前記可溶化処理は、キャビテーション発生処理である、第１乃至第３のいずれかの本発明の汚泥資源化評価システムである。
【００１８】
第５の本発明は、
前記廃水処理系は、嫌気的脱窒処理と好気的硝化処理とを組み合わせた生物脱窒処理であり、
前記汚泥処理系は、有機酸発酵の後にガス発酵を行なう２段処理であり、前記有機酸発酵後の処理液の一部を、水素供与源として前記嫌気的脱窒処理に供給する、第１乃至第４のいずれかの本発明の汚泥資源化評価システムである。
【００１９】
第６の本発明は、
好気性または嫌気性の微生物を含む生物処理槽を用いる廃水処理系と、前記廃水処理系から引き抜いた汚泥を可溶化処理後、嫌気性の微生物による有機酸発酵および／またはガス発酵による前記汚泥の資源化を伴って前記汚泥の減量化を行う汚泥処理系とを備えた廃水処理装置の汚泥資源化評価方法において、
前記廃水処理系に流入する原水の水質および水流量を測定するステップと、
前記廃水処理系から流出する処理後の水の、水質および水流量を測定するステップと、
前記原水の水質および水流量と、前記処理後の水の水質および水流量とに基づいて、前記汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量を推算するステップと、
前記廃水処理系から引き抜かれた汚泥のうちの、前記汚泥処理系で処理されなかった余剰汚泥の量を計量するステップと、
前記汚泥処理系によって生成される有機酸および／またはガスを定量するステップと、
前記汚泥処理系で消費される、消費電力および／または消耗材の消費量を計量するステップと、
前記想定余剰汚泥量と前記汚泥処理系で処理されなかった前記余剰汚泥の量との汚泥量の差に対する汚泥処分に要する汚泥処分改善金額換算値と、生成される前記有機酸および／または前記ガスの定量値に対して得られる生成有機酸／ガス金額換算値と、前記汚泥処理系の前記消費電力および／または前記消耗材消費量に対して要する消費電力／消耗材消費量金額換算値と、を算出するステップと、
前記汚泥処分改善金額換算値と前記生成有機酸／ガス金額換算値との金額合計値と、前記消費電力／消耗材消費量金額換算値との差から、資源化効果を算出するステップとを備えた、汚泥資源化評価方法である。
【００２０】
第７の本発明は、
第１乃至第５のいずれかの本発明の汚泥資源化評価システムの、前記想定余剰汚泥量算出手段と、前記金額換算手段と、前記資源化効果算出手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００２１】
第８の本発明は、
第７の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、資源化を伴う汚泥処理にかかわる経済的な価値を定量化して評価できる、汚泥資源化評価システム、汚泥資源化評価方法、プログラムおよび記録媒体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成概略図である。
【００２５】
本実施の形態１の廃水処理装置は、好気性または嫌気性の微生物による生物処理槽を用いる廃水処理系１と、汚泥の減量化を行う汚泥処理系２とを備えており、汚泥処理系２は、廃水処理系１から引き抜いた汚泥を可溶化処理した後、嫌気性の微生物による有機酸発酵およびガス発酵による資源化を伴うものである。
【００２６】
図１を用いて、本実施の形態１の汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成と共に動作について説明する。
【００２７】
流入水は、廃水処理系１に流入して生物処理がなされ、重力沈降により汚泥成分の沈殿分離を行う沈殿分離槽３により汚泥が分離され引き抜かれる。その引き抜かれた汚泥の一部は、返送ライン４を通じて廃水処理系１へ返送される。また、引き抜かれた汚泥の別の一部は汚泥処理系２に流入する。
【００２８】
汚泥処理系２に流入した汚泥は、嫌気発酵などにより一部は有機酸や水素あるいはメタンガスに変換されて、有機酸供給ライン５やガス排出ライン６から汚泥処理系２外へ排出される。そして、汚泥処理系２で残った汚泥成分は処理汚泥返送ライン７を通じて廃水処理系１へ返送される。
【００２９】
さらに、沈殿分離槽３から引き抜かれた汚泥の残りは、汚泥貯留槽８に貯留される。貯留された汚泥の処分は、施設毎に異なるが、そのままバキューム車により搬出されたり、脱水機により脱水された後に搬出されたり、また場合によっては脱水後に焼却処分やコンポスト化処分されたりする。
【００３０】
廃水処理系１の上流側には、廃水処理系１に流入する原水の水質および水流量を測定する原水情報測定手段９が設置されている。原水の水質は、一般的にはＢＯＤ計（生物学的酸素要求量計）、ＣＯＤ計（化学的酸素要求量計）、ＴＯＣ計（全有機炭素計）あるいはＳＳ濃度計によって計測することができるが、原水水質成分が限定される場合には各種分光学的手段によって計測を行っても良い。また、原水の水流量は、枡形水流量計や超音波式水流量計、電磁流量計、オーバル流量計、ペルチェ式非接触流量計などを用いて計測することができる。
【００３１】
また、廃水処理系１から流出する処理後の水の水質および水流量を測定する処理水情報測定手段１４が、廃水処理系１の下流側に設置されており、原水情報測定手段９と同様の手段により測定を行うことができるようになっている。
【００３２】
そして、コンピュータ３０は、想定余剰汚泥量算出手段１０と資源化効果金額算出手段３１が、プログラムにより動作するようになっている。
【００３３】
想定余剰汚泥量算出手段１０は、原水情報測定手段９で測定された情報と処理水情報測定手段１４で測定された情報とに基づいて、汚泥処理系２が存在しない場合に発生すると見込まれる汚泥量（以降、想定余剰汚泥量と記載する）を推算する。なお、図１の一点鎖線で示す部分は、情報の流れを示しており、これらは有線で接続されていてもよいし、無線で電信されてもよい。
【００３４】
なお、本実施の形態１の原水情報測定手段９及び処理水情報測定手段１４は、それぞれ、水質および水流量の計測値をコンピュータ３０に電信する装置を一体として有しており、コンピュータ３０は、想定余剰汚泥量を自動的に算出できるようになっている。このように、想定余剰汚泥量を自動的に算出させるために、原水情報測定手段９及び処理水情報測定手段１４は、それらの計測値を電信する装置を一体として有していることが好ましい。
【００３５】
想定余剰汚泥量は、原水に含まれる有機成分濃度などにより示される水質と水流量の積により求められる流入有機成分量に対して、廃水処理系１に特徴的な演算を行うことにより求めることができる。
【００３６】
その一例として、ＢＯＤ汚泥転換率で算出する方法がある。ＢＯＤ汚泥転換率は、廃水処理系１における曝気処理時間などによって変動するが、一般的に４０〜６０％の範囲のＢＯＤ汚泥転換率が与えられており、これにより想定余剰汚泥量を算出することができる。
【００３７】
より具体的には、次の関係式により、想定余剰汚泥量（推算値）を算出することができる。
【００３８】
想定余剰汚泥量＝除去BOD量×BOD汚泥転換率×100／(汚泥固形分濃度(％))
＝除去BOD濃度×原水水流量×BOD汚泥転換率×100／(汚泥固形分濃度(％)）
図２は、我々が平成１４年度下水道統計のデータを解析して得た、除去BOD量と固形換算汚泥量との関係を示すグラフである。この関係から、想定余剰汚泥量（推算値）は、統計的には、次の関係式で与えられると解析できる。
【００３９】
想定余剰汚泥量＝0.4451×（除去BOD量）1.125× 100／(汚泥固形分濃度(％))
そして、一般的には、比例定数をＡ、廃水処理系１の処理による水質差（ＢＯＤまたはＣＯＤまたはＴＯＣ濃度差）をＣB、廃水処理系１で処理されて流出する水の水流量をＶ、指数定数をＢとした場合に、汚泥処理系２が存在しない場合の想定余剰汚泥量（推算値）ＳEは、数式（２）で与えられることを見いだした。
【００４０】
ＳE ＝ Ａ × （ＣB×Ｖ）B                            …………（２）
このように、汚泥転換率が処理量に対して一定でなくなるのは、ＢＯＤなど汚水の処理負荷が増大すると、消化率が低下し、汚泥転換率が増大するためと考えられる。これは、汚水の処理負荷が増大すると、廃水処理系１における滞留時間が短くなり、微生物処理の時間が短くなって汚濁成分やこれによって増殖する微生物が微生物により消化される比率が下がり、汚泥転換率が高くなる傾向があるからである。
【００４１】
数式（２）において、好ましくは、比例定数Ａは、０．４〜０．６、指数定数Ｂは、１より大きい数である。処理槽の容積が限られているので、処理水流量Ｖが大きくなると生物処理がなされる滞留時間が短くなり、その結果汚泥に変換される比率が高くなってしまうと考えられるので、指定定数Ｂは、１より大きい数が好ましいと考えられる。
【００４２】
数式（２）を用いることにより、汚水の処理負荷によらず、想定余剰汚泥量（推算値）をより精度良く求めることができる。
【００４３】
また、さらに下水道業界では、廃水処理装置で排出される汚泥量に関して、除去ＳＳあたり汚泥発生率として定義されている（たとえば標準活性汚泥法などでは１００％である）ので、想定余剰汚泥量（推算値）について以下のように記述できる。
【００４４】
想定余剰汚泥量＝除去SSあたり汚泥発生率×除去SS量×100／(汚泥固形分濃度(％)）
想定余剰汚泥量算出手段１０は、原水情報測定手段９および処理水情報測定手段１４で測定された情報を用いて、上記のような関係式に適用することで、想定余剰汚泥量を推算することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態１では、原水情報測定手段９と処理水情報測定手段１４の計測結果をコンピュータ３０に電信し、想定余剰汚泥量をコンピュータ３０によって自動で演算させることとしているが、これらの構成に限るものではない。例えば、原水情報測定手段９と処理水情報測定手段１４の計測結果を、キーボードによりコンピュータ３０に入力し、演算させるような構成でもよい。
【００４６】
また、本実施の形態１では水質としてＢＯＤを用いて説明したが、他の水質を示す計測値を用いても想定余剰汚泥量を算出することは可能である。
【００４７】
実際の余剰汚泥量を計測する余剰汚泥計量手段１１が、汚泥貯留槽８への流入配管または汚泥貯留槽８自体に設けられている。余剰汚泥計量手段１１は、各種流量計を用いて汚泥貯留槽８への流入汚泥流量を計測したり、各種の液量計などを用いて汚泥貯留槽８内の汚泥の貯留量を計量することによって実現できる。
【００４８】
なお、本実施の形態１のように、実際に計測された余剰汚泥計量値から資源化効果をコンピュータ３０によって自動的に算出させるために、余剰汚泥計量手段１１は、余剰汚泥計量値を電信する装置を一体として有する構成にすることが好ましい。
【００４９】
発酵により生成した有機酸含有液が汚泥処理系２から系外へ排出される有機酸供給ライン５上に、有機酸の定量手段１２が設置されている。また、発酵により生成したガス
が、汚泥処理系２から系外へ排出されるガス排出ライン６上に、ガスの定量手段３２が設置されている。なお、有機酸の定量手段１２とガスの定量手段３２が、本発明の有機酸／ガス定量手段の一例である。
【００５０】
有機酸の定量手段１２としては、有機酸含有液に含まれる有機酸濃度と有機酸含有液排出流量を計測する手段から構成することができ、これらによって計測された有機酸濃度と有機酸含有液排出流量の積から有機酸の定量を行うことができる。
【００５１】
有機酸濃度の測定方法としてはイオンクロマトグラフを含む液体クロマトグラフを利用することもできるが、簡便にはｐＨ計を用いて、予めｐＨと液体クロマトグラフ測定結果から校正することにより有機酸濃度を得ることができる。
【００５２】
ガスの定量手段３２としては、排出ガスに含まれるガス成分濃度と排出ガス流量を計測する手段から構成することができ、これらによって計測されたガス濃度と排出ガス流量の積からガスの定量を行うことができる。
【００５３】
排出ガスに含まれるガス成分濃度の計測には、ガスクロマトグラフの他、ガスの可燃性や赤外線吸収能を利用した各種のガス濃度計を利用することができる。そして、排出ガス流量の計測には、熱伝導や超音波のドプラー効果を利用した各種の流量計を用いることができる。
【００５４】
しかし、排出ガスに含まれるガス成分は、発酵の対象である汚泥の成分が大きく変わらない限り、換言すれば廃水の種類が大きく変わらない限り、大差がない。したがって、ガス濃度を既知として扱い、排出ガス流量だけを常時計測し、ガスの定量手段３２としても良い。
【００５５】
また、汚泥処理系２における処理で消費される電力量を計量する消費電力計量手段１３と、汚泥処理系２における処理で消費される消耗材の量を計量する消耗材消費量計量手段３３が設けられている。なお、消費電力計量手段１３と消耗材消費量計量手段３３が、本発明の消費電力／消耗材消費量計量手段の一例である。
【００５６】
消費電力計量手段１３としては、一般的な電力量計などが利用でき、消耗材消費量計量手段３３としては、薬液など消耗材の定量ポンプへの注液指令の積分値などを利用できる。
【００５７】
資源化効果金額算出手段３１は、想定余剰汚泥量算出手段１０で算出された想定余剰汚泥量、余剰汚泥計量手段１１で計量された実際の余剰汚泥量、有機酸の定量手段１２で定量された有機酸の量、ガスの定量手段で定量されたガスの量、消費電力計量手段１３で計量された消費電力量、消耗材消費量計量手段３３で計測された消耗材の量とに基づいて、汚泥処理系２が存在することによる資源化効果を金額換算値として算出する。
【００５８】
なお、資源化効果金額算出手段３１は、本発明の金額換算手段と資源化効果算出手段の機能を併せ持つ手段の一例である。
【００５９】
汚泥処理系２が存在しない場合の汚泥量の推算値（想定余剰汚泥量）と実際の余剰汚泥計量値の差異に対する金額換算値は、想定余剰汚泥量と実際の余剰汚泥計量値の差異、すなわち汚泥処理系２の存在によって削減できた余剰汚泥量に対して単位重量あたりの汚泥処分費を乗じることによって算出することができる。なお、ここで算出される、想定余剰汚泥量と実際の余剰汚泥計量値の差異に対する金額換算値は、本発明の汚泥処分改善金額換算値の一例である。
【００６０】
汚泥処理系２で生成される有機酸の定量値の金額換算値は、生成される有機酸の定量値、すなわち汚泥処理系２の運転によって発生した有機酸という資源量に対して、有機酸の単位重量単価を乗じることによって算出することができる。より具体的には、酢酸水溶液などの単価を乗じることにより算出できる。また、品位を考慮して単価を割り引いてもよい。
【００６１】
また、汚泥処理系２で生成されるガスの定量値の金額換算値は、生成されるガスの定量値、すなわち汚泥処理系２の運転によって発生したガスという資源量に対して、ガスの単位重量単価を乗じることによって算出することができる。より具体的には、メタンガスあるいは都市ガスなどの単価を乗じることにより算出できる。また、品位を考慮して単価を割り引いてもよい。
【００６２】
なお、ここで算出される、有機酸の定量値の金額換算値とガスの定量値の金額換算値は、本発明の生成有機酸／ガス金額換算値の一例である。
【００６３】
汚泥処理系２で消費される電力の金額換算値は、汚泥処理系２の運転によって消費した電力という資源消費量に対して、電力の単位単価を乗じることによって算出することができる。また、汚泥処理系２で消費される消耗材消費量の金額換算値は、汚泥処理系２の運転によって消費した消耗材という資源消費量に対して、消耗材の単位単価を乗じることによって算出することができる。
【００６４】
なお、ここで算出される、電力の金額換算値と消耗材消費量の金額換算値は、本発明の消費電力／消耗材消費量金額換算値の一例である。
【００６５】
以上のようにして算出した、想定余剰汚泥量と実際の余剰汚泥計量値の差異に対する金額換算値と、汚泥処理系２で生成される有機酸およびガスの定量値に対する金額換算値と、汚泥処理系２における消費電力および消耗材消費量に対する金額換算値とを用いて、汚泥処理系２による資源化効果を算出することができる。すなわち、次の関係式で算出できる。
【００６６】
汚泥処理系２による資源化効果
＝（想定余剰汚泥量と実際の余剰汚泥計量値の差異に対する金額換算値）
＋（汚泥処理系２で生成される有機酸およびガスに対する定量値の金額換算値）
−（汚泥処理系２の消費電力および消耗材消費量に対する金額換算値）
資源化効果金額算出手段３１は、この関係式を用いて、汚泥処理系２による資源化効果として金額換算値の合計値を算出する。
【００６７】
この関係式の項目以外に、汚泥処理系２の運転による得失が存在する場合には、それらの金額換算値を、さらにこの関係式に加減して資源化効果としてもよい。
【００６８】
なお、本実施の形態１のように、資源化効果をコンピュータ３０によって自動的に算出させるために、余剰汚泥計量手段１１、有機酸の定量手段１２、ガスの定量手段３２、消費電力計量手段１３、消耗材消費量計量手段３３は、それぞれ、取得した情報を電信する装置を一体として有する構成にすることが好ましい。
【００６９】
また、本実施の形態１では、想定余剰汚泥量算出手段１０および資源化効果金額算出手段３１は、コンピュータ３０上のプログラムにより実行される構成としたが、その他の、単独で演算し結果を提示する装置を用いる構成にしてもよい。
【００７０】
また、本実施の形態１の廃水処理装置の汚泥処理系２は、有機酸およびガスが生成される構成としたが、有機酸またはガスの一方のみが生成される構成であってもよい。
【００７１】
本実施の形態１の汚泥資源化評価システムを、汚泥を減容・資源化する汚泥処理系を有する廃水処理設備に組み込むことにより、汚泥を減容・資源化する汚泥処理系を有する廃水処理設備の運用と同時に資源化効果の定量提示が可能となり、汚泥処理にかかわる経済的な価値を定量化することができる。
【００７２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２にかかる汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成概略図である。
【００７３】
本実施の形態２の廃水処理装置は、廃水処理系１が、嫌気的脱窒処理と好気的硝化処理を組み合わせた生物脱窒処理であり、汚泥処理系２が、可溶化処理としてキャビテーション発生処理を装備し、有機酸発酵とガス発酵の２段処理とするものである。
【００７４】
図３を用いて、本実施の形態２の汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成と共に動作について説明する。なお、図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、図１と同様に、図３の一点鎖線で示す部分は、情報の流れを示しており、これらは有線で接続されていてもよいし、無線で電信されてもよい。
【００７５】
廃水処理系１は、嫌気的脱窒を行う嫌気槽１５と、無酸素槽１６と、好気的硝化を行う好気槽１７から構成されている。汚泥処理系２は、キャビテーション発生処理による可溶化処理部１８と、有機酸発酵部１９と、メタンガス発酵部２０から構成されている。
【００７６】
キャビテーション発生処理としては、超音波照射処理や、高圧に圧縮した液体を小径のノズルから噴射させる高圧噴流処理を挙げることができる。液体の速度を高めて液体の蒸気圧程度までに低圧状態にすることにより、瞬時に沸騰状態による気泡を生成させ、その後に高圧状態にすることで気泡が破壊する場合に巨大なエネルギーが発生し、液体に含まれる汚泥である微生物細胞組織を破壊することができる。
【００７７】
汚泥の可溶化処理としては、キャビテーション発生処理以外に、ビーズを用いた粉砕方法やオゾンを曝露する方法、過酸化水素などの酸化剤を接触させる方法、あるいは好熱菌を接触させる方法などが提案されているが、キャビテーション発生処理は、部材や薬剤といった消耗材のコストや光熱費が少ないという利点があり、汚泥の資源化効果がもっとも出やすい方法であり好ましい。
【００７８】
有機酸発酵部１９は、汚泥に対する嫌気性発酵を酸性条件で行うことにより実現できる。本発酵により生成した有機酸を含む処理液は、次のメタンガス発酵部２０へ送られるとともに、一部は脱窒反応を行う無酸素槽１６へ送り、水素供与源として利用することができる。通常、脱窒処理においては水素供与体として比較的安価なメタノールを用いるが、安価とはいえ費用がかかるものであり、汚泥の有機酸発酵により得られる有機酸を水素供与源として利用することができればさらなる低コスト化が実現できるので有用な方法である。
【００７９】
有機酸発酵部１９で発酵により生成した有機酸含有液が、無酸素槽１６へ送出される有機酸供給ライン５上に、有機酸の定量手段２１が設置されている。また、メタンガス発酵部２０で発酵により生成したガスが、汚泥処理系２から系外へ排出されるガス排出ライン６上に、ガスの定量手段２２が設置されている。なお、有機酸の定量手段２１とガスの定量手段２２が、本発明の有機酸／ガス定量手段の一例である。
【００８０】
メタンガス発酵部２０では、中性から弱塩基性条件での嫌気性発酵によりメタンガスを得ることができる。
【００８１】
このような本実施の形態２の廃水処理装置に組み込まれた汚泥資源化評価システムの資源化効果金額算出手段３１は、数式（３）の計算を実施し資源化効果ＥRを算出する。
【００８２】
ＥR＝ＵTS×（ＳE−ＳSR）＋ＵR1×ＰG1＋ＵR2×ＰG2−ＵU1×ＰSR1−ＵU2×ＰSR2  ……（３）
但し、ＥR：資源化効果
ＵTS：汚泥処分費単価
ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
ＳSR：余剰汚泥計量値
ＵR1：有機酸の単価
ＰG1：有機酸の生成量
ＵR2：ガスの単価
ＰG2：ガスの生成量
ＵU1：電力単価
ＰSR1：汚泥処理系の消費電力
ＵU2：消耗材単価
ＰSR2：汚泥処理系の消耗材消費量
資源化効果金額算出手段３１は、まず、原水情報測定手段９により得られた廃水処理系１に流入する原水の水質および水流量と、処理水情報測定手段１４により得られた処理後の水の水質および水流量から、実施の形態１で説明したような方法により、汚泥処理系２が存在しない場合の汚泥量の推算値（想定余剰汚泥量ＳE）を求める。そして、余剰汚泥計量手段１１により得られた実際の余剰汚泥計量値ＳSRと想定余剰汚泥量SＥとの差異から、汚泥処理系２の存在による汚泥削減量（ＳE−ＳSR）を推算値として得、これに汚泥処理費単価ＵTSを乗じることにより排出汚泥の削減による項（ＵTS×（ＳE−ＳSR））を算出する。
【００８３】
有機酸発酵部１９で生成される有機酸のうち廃水処理系１の無酸素槽１６へ供給される有機酸の量が、有機酸の定量手段２１によって定量される。有機酸の定量手段２１によって得られる有機酸の定量値ＰG1に、有機酸の単価ＵR1を乗じることにより汚泥の資源化により生成される有機酸の金額換算値の項（ＵR1×ＰG1）を算出する。
【００８４】
また、メタンガス発酵部２０で生成されるガスの量が、ガスの定量手段２２によって定量される。ガスの定量手段２２によって得られるガスの定量値ＰG2にガスの単価ＵR2を乗じることにより汚泥の資源化により生成されるガスの金額換算値の項（ＵR2×ＰG2）を算出する。これらの、有機酸およびガスの金額換算値は、生成資源に関する項である。
【００８５】
ついで、可溶化処理部１８、有機酸発酵部１９およびガス発酵部２０により構成される汚泥処理系２に投入される電力および消耗材に対する汚泥処理系２の運転負荷の項を算出する。
【００８６】
消費電力計量手段１３で計量された消費電力量ＰSR1に電力の単価ＵU1を乗じて、消費電力の金額換算値の項（ＵU1×ＰSR1）を算出する。また、消耗材消費量計量手段３３で計量された消耗材量ＰSR2に消耗材の単価ＵU2を乗じて、消耗材の金額換算値の項（ＵU2×ＰSR2）を算出する。
【００８７】
そして、これらの金額換算値の各項を加減することにより、汚泥の資源化処理に関する経済的資源化効果の算出を行う。
【００８８】
本実施の形態２にかかる構成によれば、汚泥の発酵により有機酸やガスといった複数の資源を獲得し、利用する場合の資源化効果の定量提示が可能となり、資源化を伴う汚泥処理にかかわる経済的な価値を定量化することができる。
【００８９】
特に可溶化処理が、超音波照射処理、高圧噴流処理などキャビテーション発生処理である場合には、汚泥処理系の運転負荷の項は小さくなるので、廃水処理装置の経済的有用性が高くなり、結果、その汚泥資源化評価システムは利便性が高い。
【００９０】
なお、本実施の形態２の廃水処理装置は、汚泥処理系２が、有機酸発酵とガス発酵の２段処理とするものとしたが、有機酸発酵のみ、またはガス発酵のみの構成においても本発明を適用できる。これらの場合も含めて、数式（３）は、数式（１）のように表すことができる。
【００９１】
ＥR＝ＵTS × （ＳE−ＳSR） ＋ Ｘ − Ｙ                    …………（１）
Ｘ＝ＵR1×ＰG1  または  ＵR2×ＰG2  または  ＵR1×ＰG1＋ＵR2×ＰG2
Ｙ＝ＵU1×ＰSR1  または  ＵU2×ＰSR2  または  ＵU1×ＰSR1＋ＵU2×ＰSR2
但し、ＥR：資源化効果
ＵTS：汚泥処分費単価
ＳE：汚泥処理系が存在しない場合に発生すると見込まれる想定余剰汚泥量
ＳSR：余剰汚泥計量値
ＵR1：有機酸の単価
ＰG1：有機酸の生成量
ＵR2：ガスの単価
ＰG2：ガスの生成量
ＵU1：電力単価
ＰSR1：汚泥処理系の消費電力
ＵU2：消耗材単価
ＰSR2：汚泥処理系の消耗材消費量
なお、本実施の形態２の汚泥資源化評価システムでは、消費電力および消耗材量は、それぞれ、消費電力計量手段１３および消耗材消費量計量手段３３で計量されて、自動的にコンピュータ３０に電信される構成としたが、これらの計量値を自動的に電信させるのではなく、これらの値をキーボード等から入力するような構成であってもよい。
【００９２】
なお、各実施の形態では、原水情報測定手段９が原水の水質および水流量を、処理水情報測定手段１４が廃水処理系１の処理後の水の水質および水流量を、それぞれ測定し、コンピュータ３０に電信する構成としたが、システムに応じて、これらの情報のうち不要な情報がある場合には、その情報については、測定、電信しなくてもよい。
【００９３】
例えば、原水の水流量と処理後の水の水流量が等しいと仮定できるシステムの場合には、原水の水流量または処理後の水の水流量の一方のみの情報が得られればよい。また、原水の水質または水流量が安定する必然性のあるシステムの場合には、原水に関する安定する情報については一定値で代用し、その情報を取得する必要は無い。また、処理後の水質または水流量が安定する必然性のあるシステムの場合には、処理後の水に関する安定する情報については一定値で代用し、その情報を情報を取得する必要は無い。例えば、処理後の水の水質が安定するようにフィードバックループで廃水処理系の処理条件を制御する制御系が存在するシステムの場合には、処理後の水の水質の情報を取得する必要は無い。
【００９４】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の汚泥資源化評価システムの想定余剰汚泥量算出手段、金額換算手段、資源化効果算出手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【００９５】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の汚泥資源化評価システムの想定余剰汚泥量算出手段、金額換算手段、資源化効果算出手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。
【００９６】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００９７】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【００９８】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【００９９】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明にかかる汚泥資源化評価システムは、汚泥の可溶化処理にかかるエネルギー消費や薬剤消費などを差し引いて資源化効果を評価する機能を有し、下水処理設備維持管理受託サービスの支援システム等として有用である。また下水や産業廃水の処理により生成する汚泥処理ばかりでなく、し尿や畜産糞尿等の資源化処理用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１における汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成概略図
【図２】平成１４年度下水道統計データに基づく、除去ＢＯＤ量と固形換算汚泥量との関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における汚泥資源化評価システムが組み込まれた廃水処理装置の構成概略図
【図４】従来の、メタンガスの再資源化を可能とする廃水処理装置の系統図
【符号の説明】
【０１０２】
１  廃水処理系
２  汚泥処理系
３  沈殿分離槽
４  返送ライン
５  有機酸供給ライン
６  ガス排出ライン
７  処理汚泥返送ライン
８  汚泥貯留槽
９  原水情報測定手段
１０  想定余剰汚泥量算出手段
１１  余剰汚泥計量手段
１２  有機酸の定量手段
１３  消費電力計量手段
１４  処理水情報測定手段
１５  嫌気槽
１６  無酸素槽
１７  好気的硝化を行う好気槽
１８  可溶化処理部
１９  有機酸発酵部
２０  メタンガス発酵部
２１  有機酸の定量手段
２２  ガスの定量手段
３０  コンピュータ
３１  資源化効果金額算出手段
３２  ガスの定量手段
３３  消耗材消費量計量手段
【図１】
2005211838.tif 000003
【図２】
2005211838.tif 000004
【図３】
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【図４】
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