(57)【要約】【課題】  有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を電解処理によって処理するにあたり、その電解処理に伴うムース状の泡の発生を抑制して、余剰汚泥を効率よく処理して余剰汚泥を減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる余剰汚泥の処理方法を提供する。【解決手段】  有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を処理する方法において、活性汚泥槽で微生物処理により生じる余剰汚泥中に塩化物および酸またはそれらを含むものを添加し、ｐＨ２〜６に調整すると共に余剰汚泥中の固形分濃度を０．２〜３質量％の濃度とする第一工程と、前記余剰汚泥に１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電解処理を施して余剰汚泥中の微生物の２０〜６０％を死滅させる第二工程と、前記電解処理した処理汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程とを経て余剰汚泥を処理する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を処理する方法であって、活性汚泥槽で微生物処理により生じる余剰汚泥中に塩化物および酸またはそれらを含むものを添加し、ｐＨ２〜６に調整すると共に余剰汚泥中の固形分濃度を０．２〜３質量％の濃度とする第一工程と、前記余剰汚泥に１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電解処理を施して余剰汚泥中の微生物の２０〜６０％を死滅させる第二工程と、前記電解処理した処理汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程を有することを特徴とする余剰汚泥の処理方法。
【請求項２】
第二行程における電解処理時の電気量をａ（ｍＡｈ）、電解処理槽の容量をｗ（ｋｇ）、処理汚泥の濃度をｄ（％）とした場合、電解処理条件として、１５０≦ａ／ｗ×ｄ≦４００の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の余剰汚泥の処理方法。
【請求項３】
電解処理で用いる電極の表面が炭素系材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の余剰汚泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰汚泥の処理方法に関するものであり、さらに詳しくは、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を効率よく処理して余剰汚泥を減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる余剰汚泥の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性汚水の微生物処理では、汚水中に存在する可溶性有機物を微生物が消化処理する一方で微生物の増殖を引き起こす。この増殖した微生物を含む汚泥はいわゆる余剰汚泥として排出する必要がある。この余剰汚泥は脱水処理した後にそのまま埋立処分されるか、または焼却処分されているが、余剰汚泥が難脱水性であるため、脱水処理した後でも７０〜８０質量％の水分を有するのが通常である。従って、これをそのまま埋立処分するにしても固形分２０〜３０質量％程度のものを運搬し埋め立てることになり、その質量および体積の大半が大部分を占める水分の搬送費および埋立費として費やされているのが現状である。また、焼却処分するにしても同様で余剰汚泥中に多量に存在する水分のためにその乾燥および蒸発潜熱にエネルギーの大半が費やされているのが現状であって、その費用は高額なものとなっている。
【０００３】
これら余剰汚泥の量は年々増加の一途をたどっており、前記埋立処分するにしても焼却処分にしてもいずれも処理費用の占める割合が高く、また埋立場所の確保や焼却残さの処理など、経済面および環境面の両面において問題が顕在化している。
【０００４】
こうした背景の下で、この余剰汚泥の処理に微生物処理を有効に活用することが検討されている。余剰汚泥はその中に含まれている微生物を一旦死滅させて可溶性の有機物にすれば有機物の消化処理同様に活性汚泥により消化処理されることはよく知られている。可溶性有機物の消化処理により増殖した余剰汚泥を死滅させて可溶性有機物にした後、活性汚泥槽に返送することで微生物が可溶性有機物の消化処理を行い、余剰汚泥を減量化（または減容化）する。すなわち、余剰汚泥中の可溶性有機物を微生物に消化処理させることによって、余剰汚泥中の微生物は可溶性有機物を経てＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解されて減量化される。
【０００５】
余剰汚泥を減量化させる手段としては、種々の方法が提案されており、例えば、余剰汚泥に塩化物を添加して電解（電気分解）することによって余剰汚泥中の微生物を死滅させ、それを活性汚泥槽に返送することで余剰汚泥を減量化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２６７８２号公報
【０００６】
しかしながら、上記方法によって余剰汚泥を処理する場合、電解処理時に次式の反応により次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を発生させて効率よく殺菌を行うことができる反面、正極側からＣｌ2 およびＯ2 が微細な気泡となって発生し、また、負極側からＨ2 が微細な気泡となって発生する。この発生ガス（Ｃｌ2 、Ｏ2 、Ｈ2 ）は細かい気泡であるため、死滅した余剰汚泥と絡んでムース状の泡となり、このムース状の泡が電解槽では電極間に入り込み、電極面積を減少させて殺菌効率を低下させたり、電解槽からのムース状となった余剰汚泥が溢れ出すことによって電極端子の腐食や端子ショートを引き起こしたり、電解処理した汚泥を活性汚泥槽へ送る際にポンプ内に入りポンプの効率の低下および故障に原因になるという問題があった。また、活性汚泥槽（曝気槽）では流れ込んだ泡が液上に堆積して余剰汚泥の減量化効率を低下させ、減量化の目的を充分に果たすことができないという問題があった。
【０００７】
２ＮａＣｌ＋２Ｈ2 Ｏ  →  ２ＮａＯＨ＋Ｈ 2＋Ｃｌ2     ・・・・・・・・（１）
Ｃｌ2 ＋Ｈ2 Ｏ  →  ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ                  ・・・・・・・・（２）
２Ｈ2 Ｏ  →  ２Ｈ2 ＋Ｏ2                             ・・・・・・・・（３）
【０００８】
そして、上記問題は、特に連続処理を行う際に顕著になるが、それを防ぐためには、電解処理時に発生する微細気泡を集める装置またはムース状の泡を消す装置が新たに必要となり、その結果、処理コストが上昇するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決し、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の電解処理に伴うムース状の泡の発生を抑制して、余剰汚泥を効率よく処理して余剰汚泥を減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる余剰汚泥の処理方法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】
【００１０】
本発明は、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を処理する方法において、活性汚泥槽（曝気槽）で微生物処理により生じる余剰汚泥中に塩化物および酸またはそれらを含むものを添加し、ｐＨ２〜６に調整すると共に余剰汚泥中の固形分濃度を０．２〜３質量％の濃度とする第一工程と、前記余剰汚泥に１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電解処理を施して余剰汚泥中の微生物の２０〜６０％を死滅させる第二工程と、前記電解処理した処理汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程を経て余剰汚泥を処理することにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を電解によって処理する際に、その電解処理に伴うムース状の泡の発生を抑制して、余剰汚泥を効率よく処理して余剰汚泥を減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる。
【００１２】
すなわち、本発明においては、有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥を処理するにあたり、前記余剰汚泥中に塩化物および酸またはそれらを含むものを添加し、ｐＨ２〜６に調整すると共に余剰汚泥中の固形分濃度を０．２〜３質量％の濃度とする第一工程と、前記余剰汚泥に１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電解処理を施して余剰汚泥中の微生物の２０〜６０％を死滅させる第二工程、前記電解処理した処理汚泥を再び活性汚泥槽に返送する第三工程とを経て処理するが、その第二工程において特に余剰汚泥中の微生物の死滅率（殺菌率）を２０〜６０％に制御することによって、処理効率を低下させることなく、電解処理に伴うムース状の泡の発生を抑制し、それによって、余剰汚泥を効率よく処理して余剰汚泥を減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の処理方法の最良の実施形態を図１を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の有機性汚水の微生物処理により生じる余剰汚泥の処理方法を実施するための処理プロセスの概要を示す図である。
【００１５】
上記処理プロセスにおいて、まず、有機性汚水１は活性汚泥槽（曝気槽）２に導入され、その活性汚泥槽２中で微生物によって消化処理される。そして、その活性汚泥槽２から排出された活性汚泥含有液３は沈殿槽４に導入され、その沈殿槽４中で重力沈降法により活性汚泥を沈殿させ、濃縮汚泥と上澄液とに分離される。沈殿槽４中の上澄液は処理済水５として沈殿槽４から排出され、この処理済水５は殺菌してシステム系外に放出される。      
【００１６】
そして、沈殿槽４の底部に沈殿して濃度が高くなった活性汚泥は濃縮汚泥６として沈殿槽４から取り出され、そのうちの一部が返送汚泥７として前記活性汚泥槽２に戻される。ここまでのプロセスは従来の有機性汚水の微生物処理の場合と同様であるが、本発明では、この従来プロセスにおける濃縮汚泥の一部を余剰汚泥として引き抜き、後記のように、その余剰汚泥に特定の態様で電解を施し、余剰汚泥中の微生物の２０〜６０％を死滅させ、溶解性有機物に変えて微生物による消化処理を容易にさせ、電解処理に伴うムース状の泡の発生を抑制して、余剰汚泥を効率よく減量化し、余剰汚泥の処理に要するコストを低減することができる。
【００１７】
以下、本発明において要部となる残りのプロセスを順次説明すると、前記残りの濃縮汚泥６は余剰汚泥８として薬剤混合槽９に送られ、その薬剤混合槽９中で上記余剰汚泥８に塩化物が添加され、かつ酸が添加されてｐＨが２〜６に調整されるとともに固形分濃度が０．２〜３質量％に調整される。前記沈殿槽４での沈殿により生じる濃縮汚泥６は、通常、その固形分濃度が０．２〜３質量％である場合が多いが、さらに高い濃度になることもあり得る。従って、この薬液混合槽９に入ってくる余剰汚泥、つまり、本発明の第一工程に入ってくる余剰汚泥の固形分濃度が０．２〜３質量％の場合は、そのまま使用可能であるが、濃度が高い場合はここで濃度を０．２〜３質量％に調整して、次の電解処理をスムーズに行わせ、余剰汚泥中の微生物を死滅（殺菌）させやすくする。
【００１８】
上記塩化物としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなどが好ましい。これは、それらの塩化物が後の電解処理工程において殺菌作用の高い次亜塩素酸を発生させやすいからである。そして、この余剰汚泥８への塩化物の添加量は０．１〜３．５質量％が好ましい。
【００１９】
薬剤混合槽９において、余剰汚泥８に添加する酸は、殺菌作用（微生物の死滅作用）を高めるために添加するものであるが、この酸としては、例えば、塩酸や硫酸などの強酸が好ましく、特に塩酸は次亜塩素酸の供給源にもなることから好ましい。
【００２０】
本発明においては、上記のように余剰汚泥に酸を添加してｐＨ２〜６に調整することによって発生した次亜塩素酸を効率よく存在させ、殺菌作用を向上させるが、このｐＨとしては特にｐＨ４〜６が好ましい。ｐＨが２より低い場合は有害な塩素ガスが発生し、ｐＨが６より高い場合は殺菌作用が低下する。また、アルカリ性にすると、殺菌作用が低下するだけでなく、微生物の細胞壁が傷つけられやすく、プロテアーゼにより微生物内部から細胞壁を溶解させることができなくなり、不溶解性有機物を溶解性有機物に効率よく変えることができなくなる。
【００２１】
本発明の第二工程においては、薬剤混合槽９で薬剤（すなわち、塩化物と酸）が混合された余剰汚泥は薬剤混合汚泥１０として電解槽１１に導入され、その電解槽１１において電解されることで、電極表面で生じる次亜塩素酸による殺菌（微生物の死滅化）が行われる。上記電解時の電流密度は大きいほど、電解時間が短くて済むが、電極間の電圧が上昇して水の分解も起こり殺菌効率を低下させるため、電流密度は前記のように１〜１００ｍＡ／ｃｍ2 にするが、特に２〜５０ｍＡ／ｃｍ2 にすることが好ましい。
【００２２】
また、第二行程で行う電解処理による殺菌は、殺菌率（微生物の死滅率）を２０％以上６０％以下にする。殺菌率が２０％より低い場合は、余剰汚泥の発生量が減量化する量よりも多くなって、余剰汚泥の減量化処理が充分に行われなくなり、殺菌率が６０％より高い場合は、電解処理により一部可溶化した汚泥からタンパク質の成分が溶出するため、電解処理時の汚泥の粘度が高まり微細気泡が処理液から抜けにくくなり、結果的にムース状の泡を形成することとなり、前記したムース状の泡による問題を引き起こしてしまう。この殺菌率としては特に４０％以上５０％以下にすることがより好ましい。
【００２３】
そして、電解処理時の電気量をａ（ｍＡｈ）、電解処理槽の容量をｗ（ｋｇ）、処理汚泥の濃度をｄ（％）とした場合、電解処理条件として、１５０≦ａ／ｗ×ｄ≦４００の範囲にあることが好ましい。上記範囲に設定することにより、汚泥濃度の影響を受けることなくムース状の泡が発生することのない安定した電解処理を行うことができる。ここで記載したムース状の泡とは、1 分間以上放置した場合においても消えることがなく、その発生と共に蓄積される泡をいう。
【００２４】
また、電解に用いる電極の表面はアモルファスカーボン、グラファイトなどの炭素系材料で構成されていることが好ましい。電極の表面が炭素系材料で構成さていることで、殺菌効率が向上し、かつ電極の消耗を少なくすることができる。
【００２５】
ただし、炭素系材料のみで電極を作製すると割れやすいため、チタン板やステンレス鋼板などの金属板に上記アモルファスカーボン、グラファイトなどの炭素系材料をコーティングしたり、ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンなどの炭素系材料をコーティングして少なくとも表面が炭素系材料で構成されている電極にすればよい。
【００２６】
電解用の電源としては、直流電源を採用するが、その直流はそのまま用いてもよいし、また、その直流に一定時間毎に逆電圧を印加して用いてもよい。また、電解時の汚泥の温度は１０〜４０℃が好ましい。
【実施例】
【００２７】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
図１に示す処理プロセスに基づき、次の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の条件で余剰汚泥の電解による処理を行った。なお、以下において、濃度を示す％は、特に基準を付記しないかぎり、質量％である。
【００２９】
（ｉ）  余剰汚泥８として固形分濃度が１．０１％の余剰汚泥２００ｍｌを準備し、薬剤混合槽９としての２００ｍｌビーカーに投入した。なお、この余剰汚泥は、図１に示すように、有機性汚水１を活性汚泥槽２に導入し、その活性汚泥槽２で微生物により消化処理させ、その活性汚泥槽２から活性汚泥含有液３として排出し、その活性汚泥含有液３を沈殿槽４に導入し、その沈殿槽４で活性汚泥を沈殿させ、上澄液を処理済水５として沈殿槽４から放出し（この処理済水５は殺菌処理して処理系外に放出される）、沈殿して濃度が高くなった汚泥を濃縮汚泥６として沈殿槽４から取り出し、その濃縮汚泥６の一部を返送汚泥７として活性汚泥槽２に戻し、その際に残ったものを余剰汚泥８としたものである。      
【００３０】
（ｉｉ）  薬剤としては１．０ｇの塩化ナトリウムと、ｐＨ調整のための塩酸を用い、余剰汚泥８中に添加してｐＨ約５に調整して薬剤混合汚泥１０とした。この薬剤混合汚泥１０中の塩化ナトリウムの濃度は０．５％であった。
【００３１】
（ｉｉｉ）  この薬剤混合汚泥１０が入ったビーカーを電解槽１１とし、電解用の正極および負極としてそれぞれ有効電極面積が２５ｃｍ2 のアモルファスカーボン電極を電極間距離１５ｍｍで薬剤混合汚泥中に差し込み、攪拌を行いながら直流電流０．２Ａで１５分間通電した。このときの汚泥の温度は２５℃であり、電流密度は８ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００３２】
（ｉｖ）  この電解処理後の汚泥を電解処理済汚泥１２として、再び活性汚泥槽２へ返送した。
【００３３】
上記処理の結果、薬剤混合時には多量の微生物が生存していたが、それに続く電解処理により殺菌され（殺菌率を溶存酸素の減少率から求めたところ３６％であった。）、電解によるムース状の泡の発生は見られなかった。
【００３４】
上記殺菌率（微生物の死滅率）は、次のようにして求めた。すなわち、電解処理後の余剰汚泥に空気を１０分間バブリングを行った後、溶存酸素の減少率を測定した。その溶存酸素の減少率の測定に先立ち、原液（固形分濃度が１．０１％の余剰汚泥）の溶存酸素の減少率から求めた殺菌率を０％とし、蒸留水の溶存酸素の減少率から求めた殺菌率を１００％とし、上記原液に対して、その２０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を２０％とし、５０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を５０％とし、７０％を蒸留水で希釈した余剰汚泥（活性汚泥）の殺菌率を７０％として検量線を引き、この検量線を用いて溶存酸素の減少率の測定結果を殺菌率（微生物の死滅率）として求めた。その結果、前記のように、殺菌率（微生物の死滅率）は３６％であった。また、電解処理後の汚泥を活性汚泥槽としての役割を果たす固形分濃度０. ３５％の活性汚泥８００ｍｌ投入済みの１０００ｍｌビーカーに投入して、２４時間曝気を行い、活性汚泥槽中の固形分濃度を測定したところ０. ３９％であった。処理前の固形分濃度が１. ０１％の余剰汚泥２００ｍｌの固形分は２０２０ｍｇであり、上記の固形分濃度が０. ３５％の活性汚泥８００ｍｌの固形分は２９６０ｍｇであることから、処理を行わなかった場合の固形分は４９８０ｍｇとなり、固形分濃度は０．４９８％となるが、上記のような電解処理などを行うことにより固形分濃度が０. ３９％に減少していて、余剰汚泥が効率よく減量化されていることが明らかであった。
【００３５】
実施例２〜３および比較例１〜４
電解処理後の余剰汚泥の殺菌率を調整すべく電解処理時間を５分（比較例１）、１０分（実施例２）、２０分（実施例３）、３０分（比較例２）、４５分（比較例３）に変化させた以外は、実施例１と同様に処理し、それらの場合における殺菌率およびムース状の泡の発生の有無を調べた。その結果を表１に電解時間および電解処理時の電気量をａ（ｍＡｈ）、処理槽の容量をｗ（ｋｇ）、処理汚泥の濃度をｄ（％）としたときのａ／ｗ×ｄ値と共に示す。また、それら電解処理後の汚泥を活性汚泥槽としての役割を果たす固形分濃度が０．３５％の活性汚泥８００ｍｌ投入済みの１０００ｍｌビーカーに投入し、２４時間曝気を行い、活性汚泥槽中の固形分濃度を測定した。その結果を殺菌率と共に表２に示す。
【００３６】
【表１】
2005169251.tif 000003
【００３７】
【表２】
2005169251.tif 000004
【００３８】
表１に示す結果から明らかなように、電解処理による殺菌率を２０〜６０％の範囲内にした実施例２〜３と殺菌率が１６％にした比較例１では、電解処理によるムース状の泡の発生はなく、その後、活性汚泥と混合した場合も、そのムース状の泡が浮上することがなかった。
【００３９】
これに対して、殺菌率を７０％にした比較例２では、汚泥の死滅により電解処理汚泥の粘度が大きくなったため、電解処理時に発生した気泡が抜けきらずに、ムース状の泡が発生した。また、殺菌率をさらに高めて９０％にした比較例３も、比較例２と同様にムース状の泡が発生した。
【００４０】
また、表２に示す結果から明らかなように、電解処理による殺菌率を２０〜６０％の範囲内にした実施例２〜３では、２４時間曝気後の活性汚泥槽中の固形分濃度が０．３７〜０．４１％となり、処理をしなかった場合の固形分濃度０．４９８％に比べて、固形分濃度が減少していて、余剰汚泥の減量化につながった。これに対して、殺菌率を７４〜９５％にした比較例２〜３では、活性汚泥槽中の固形分濃度が０．４４〜０．４６％となり、殺菌率が高すぎるため、ムース状の泡が発生して、余剰汚泥の削減処理に対して妨げとなり、実施例１〜３のようには余剰汚泥の減量化につながらなかった。
【００４１】
また、殺菌率を１６％にした比較例１では、２４時間曝気後の活性汚泥槽中の固形分濃度が０．４８％となり、余剰汚泥の減量化にはつながらなかった。
【００４２】
これらの結果から、ムース状の泡の発生を抑制して余剰汚泥の減量化を達成するには殺菌率（すなわち、微生物の死滅率）を２０〜６０％の範囲内に制御して電解処理を行うことが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の余剰汚泥の処理方法を実施するための処理プロセスを含む有機性汚水の処理プロセスの概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    有機性汚水
２    活性汚泥槽
３    活性汚泥含有液
４    沈殿槽
５    処理済水
６    濃縮汚泥
７    返送汚泥
８    余剰汚泥
９    薬剤混合槽
１０  薬剤混合汚泥
１１  電解槽
１２  電解処理済汚泥
【図１】
2005169251.tif 000005