(57)【要約】【課題】  有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、脱水分離液を生物処理により浄化することができる有機性汚泥処理方法および有機性汚泥処理装置を提供する。【解決手段】  (1) 有機性汚泥を熱処理する工程と、該工程で熱処理された有機性汚泥を脱水する工程と、該工程で発生する脱水分離液を生物処理により浄化する工程とを有する有機性汚泥処理方法であって、前記有機性汚泥を熱処理する前にそのpHをpH 7.5以上に調整することを特徴とする有機性汚泥処理方法、(2) アルカリ溶液貯留槽３、アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpH測定手段６、前記有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽２、熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機８、前記脱水機８で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽11を有することを特徴とする有機性汚泥処理装置等。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理された有機性汚泥を脱水する脱水工程と、前記脱水工程で発生する脱水分離液を生物処理により浄化する浄化工程とを有する有機性汚泥処理方法であって、前記熱処理工程で熱処理する前に有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整することを特徴とする有機性汚泥処理方法。
【請求項２】
前記熱処理工程での熱処理温度が120 〜250 ℃である請求項１記載の有機性汚泥処理方法。
【請求項３】
前記生物処理の方法として活性汚泥法を用いる請求項１または２記載の有機性汚泥処理方法。
【請求項４】
アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置。
【請求項５】
アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液を有機性汚泥に添加し混合する混合槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性汚泥処理方法および有機性汚泥処理装置に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水や有機性工場廃水等の汚水は、活性汚泥法に代表される生物処理により浄化されるが、その過程で有機性の余剰汚泥が大量に発生し、その処分が問題となっている。
【０００３】
これらの余剰汚泥を減量化するための方法として、脱水汚泥の含水率を下げる方法がある。すなわち、汚泥からできるだけ余分な水分を除去できれば、その分処分すべき汚泥は減量化される。汚泥の脱水率を上げる方法として、120 〜250 ℃程度の湿式熱処理で汚泥を処理することにより脱水しやすい状態にした後、脱水する方法がよく知られている。
【０００４】
しかし、熱処理汚泥の脱水分離液には、メラノイジン（難分解性着色高分子）を始めとする難分解性物質が多量に含まれており、その廃水処理が問題となっていた。活性汚泥処理等の生物を用いた廃水処理では、これらの難分解性成分の処理が困難である。
【０００５】
これらの難分解性成分を分解および／または除去する方法として、酸化薬剤添加、オゾン処理、凝集剤添加等が提案されているが、これらの方法で処理効果を得るためには、いずれも多量の薬品や電力が必要であるため、生物処理と比較してランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、特開平９−２０６７９６号公報には、有機性汚泥の湿式酸化処理（熱処理）において、熱処理時に汚泥に直流電圧を印加することにより処理液の着色を抑える方法が提案されている。しかし、この方法は電力費がかかり、また、電圧印加により電極が消耗されるため、メンテナンスコストがかかるなどの問題があった。
【特許文献１】特開平９−２０６７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、脱水分離液を生物処理により浄化することができる有機性汚泥処理方法および有機性汚泥処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。
【０００９】
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、有機性汚泥処理方法および有機性汚泥処理装置に係わり、特許請求の範囲の請求項１〜３記載の有機性汚泥処理方法（第１〜３発明に係る有機性汚泥処理方法）、請求項４〜５記載の有機性汚泥処理装置（第４〜５発明に係る有機性汚泥処理装置）であり、それは次のような構成としたものである。
【００１０】
即ち、請求項１記載の有機性汚泥処理方法は、有機性汚泥を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理された有機性汚泥を脱水する脱水工程と、前記脱水工程で発生する脱水分離液を生物処理により浄化する浄化工程とを有する有機性汚泥処理方法であって、前記熱処理工程で熱処理する前に有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整することを特徴とする有機性汚泥処理方法である〔第１発明〕。
【００１１】
請求項２記載の有機性汚泥処理方法は、前記熱処理工程での熱処理温度が120 〜250 ℃である請求項１記載の有機性汚泥処理方法である〔第２発明〕。
【００１２】
請求項３記載の有機性汚泥処理方法は、前記生物処理の方法として活性汚泥法を用いる請求項１または２記載の有機性汚泥処理方法である〔第３発明〕。
【００１３】
請求項４記載の有機性汚泥処理装置は、アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置である〔第４発明〕。
【００１４】
請求項５記載の有機性汚泥処理装置は、アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液を有機性汚泥に添加し混合する混合槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置である〔第５発明〕。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る有機性汚泥処理方法によれば、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、脱水分離液を生物処理により浄化することができる。
【００１６】
本発明に係る有機性汚泥処理装置によれば、上記のような本発明に係る有機性汚泥処理方法を遂行することができ、ひいては、上記のような作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者らは、pH7.5 以上のアルカリ条件下で有機性汚泥の熱処理を行った場合に、脱水分離液を生物処理で効果的に浄化処理することができることを見出した。このように脱水分離液を生物処理で効果的に浄化できるのは、脱水分離液に含まれるメラノイジンが生物による処理を受けやすいものになっているためであると考えられる。この詳細を、以下説明する。
【００１８】
有機性汚泥を単に（そのまま）熱処理し、脱水すると、脱水分離液には、メラノイジンを始めとする難分解性物質が多量に含まれる。なお、メラノイジンとは、糖類とタンパク質またはアミノ酸が熱処理時に重合して生成する高分子化合物の総称であり、難分解性の着色成分である。
【００１９】
通常の酸性〜中性の条件では、有機性汚泥（以下、汚泥ともいう）の熱処理工程で生成するメラノイジンは環状構造を基本骨格とするが、pH7.5 以上、特にpH８以上のアルカリ条件では、生成するメラノイジンは直鎖状構造が中心となる。環状構造より直鎖状構造の方が生物による処理を受けやすいと考えられるため、酸性〜中性条件で熱処理した汚泥の脱水分離液は生物処理が困難であり、生物処理によりメラノイジンを分解することは困難であるが、アルカリ条件で熱処理した汚泥の脱水分離液は生物処理が容易となり、生物処理によりメラノイジンをも分解することができる。
【００２０】
従って、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、有機性汚泥をpH 7.5以上のアルカリ条件で熱処理するようにすると、脱水分離液を生物処理により浄化することができる。即ち、脱水分離液の生物処理に際し、メラノイジンをも処理することができる。
【００２１】
本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、本発明に係る有機性汚泥処理方法は、有機性汚泥を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理された有機性汚泥を脱水する脱水工程と、前記脱水工程で発生する脱水分離液を生物処理により浄化する浄化工程とを有する有機性汚泥処理方法であって、前記熱処理工程で熱処理する前に有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整することを特徴とするものとしている。つまり、有機性汚泥をpH 7.5以上のアルカリ条件で熱処理し、脱水し、脱水分離液を生物処理するようにしている。
【００２２】
従って、本発明に係る有機性汚泥処理方法によれば、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、脱水分離液を生物処理により浄化することができる。すなわち、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を生物処理するに際し、メラノイジン等の難分解成分も生物処理でき、脱水分離液を全体的に浄化できる。
【００２３】
本発明において、有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整するための薬剤としては、特には限定されず、種々のアルカリ剤を用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等、安価に入手できる一般的なアルカリ剤を用いればよい。      
【００２４】
上記有機性汚泥のpH調整のためのアルカリ剤の添加は、熱処理する前に行う必要があるが、熱処理装置に投入する前に行ってもよいし、熱処理装置内で行ってもよい。
【００２５】
有機性汚泥のpHはpH 7.5以上にする必要があるが、pH 7.5以上を満たせばpHは特には限定されず、種々のpHとすることができるが、pH８以上にすることが更に好ましい。pH８以上にすると、有機性汚泥の熱処理、脱水後の脱水分離液を生物処理するに際し、より確実に、メラノイジン等の難分解成分も生物処理でき、脱水分離液を全体的に浄化できる。pH９以上にしてもよいが、pH９以上では効果にほとんど差が見られないため、pH９以上にすることに特には利点はない。また、pH９以上では後段の生物処理に悪影響を与える可能性があるため、pH９までが現実的なpHである。
【００２６】
脱水分離液の生物処理法としては、標準活性汚泥法に代表されるような活性汚泥を用いた一般的な生物処理法を適用すればよい。即ち、活性汚泥法を適用できる〔第３発明〕。また、白色腐朽菌、酵母など特殊な菌を用いた生物処理を用いることもできる。
【００２７】
前記熱処理工程での熱処理温度としては、特には限定されず、種々の温度を採用でき、例えば、下水汚泥等の有機性汚泥の熱処理において一般的に用いられる120 〜250 ℃で問題ないので、この120 〜250 ℃を熱処理温度として採用することができる〔第２発明〕。なお、温度が低すぎると熱処理の効果が低く、また、温度が高すぎると難分解性物質が大量に生成する。この点から、熱処理温度は150 〜200 ℃とすることが好ましい。
【００２８】
本発明の第４発明に係る有機性汚泥処理装置は、前述の如く、アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置である。
【００２９】
この有機性汚泥処理装置によれば、熱処理反応槽において有機性汚泥を熱処理する前に有機性汚泥にアルカリ溶液を添加することができ、このアルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHをpH測定手段により測定することができるので、有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整することができる。よって、このpHをpH 7.5以上に調整した有機性汚泥を熱処理反応槽において熱処理することができる。そして、この熱処理された有機性汚泥を汚泥脱水機で脱水し、この脱水により発生した脱水分離液を生物処理槽で生物処理して浄化することができる。
【００３０】
従って、第４発明に係る有機性汚泥処理装置によれば、本発明に係る有機性汚泥処理方法を遂行することができ、ひいては、上記有機性汚泥処理方法の場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００３１】
上記熱処理反応槽としては、熱処理する機能を有する必要があるが、その他に有機性汚泥と添加されたアルカリ溶液とを撹拌し混合する機能を有することが望ましい。
【００３２】
上記pH測定手段としては通常のpH計を用いることができる。上記汚泥脱水機としては、通常の汚泥脱水用脱水機を用いることができる。上記生物処理槽としては、通常の生物処理槽を用いることができる。
【００３３】
本発明の第５発明に係る有機性汚泥処理装置は、前述の如く、アルカリ溶液貯留槽と、前記アルカリ溶液貯留槽から供給されるアルカリ溶液を有機性汚泥に添加し混合する混合槽と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHを測定するpH測定手段と、前記アルカリ溶液が添加された有機性汚泥を熱処理する熱処理反応槽と、前記熱処理反応槽で熱処理された有機性汚泥を脱水する汚泥脱水機と、前記汚泥脱水機で発生する脱水分離液を生物処理する生物処理槽とを有することを特徴とする有機性汚泥処理装置である。
【００３４】
この有機性汚泥処理装置によれば、熱処理反応槽において有機性汚泥を熱処理する前に混合槽において有機性汚泥にアルカリ溶液を添加することができ、このアルカリ溶液が添加された有機性汚泥のpHをpH測定手段により測定することができるので、有機性汚泥のpHをpH 7.5以上に調整することができる。このpHをpH 7.5以上に調整した有機性汚泥を熱処理反応槽に供給して熱処理することにより、pH 7.5以上の条件で有機性汚泥を熱処理することができる。そして、この熱処理された有機性汚泥を汚泥脱水機で脱水し、この脱水により発生した脱水分離液を生物処理槽で生物処理して浄化することができる。
【００３５】
従って、第５発明に係る有機性汚泥処理装置によれば、本発明に係る有機性汚泥処理方法を遂行することができ、ひいては、上記有機性汚泥処理方法の場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
上記混合槽としては、有機性汚泥と添加されたアルカリ溶液とを混合するための撹拌機能を有することが望ましい。
【００３７】
本発明の実施の形態例１〜２を図１〜２に示す。なお、図１は、本発明の第４発明に係る有機性汚泥処理装置の例を示す模式図である。図２は、本発明の第５発明に係る有機性汚泥処理装置の例を示す模式図である。
【００３８】
図１に示す装置によれば、本発明に係る有機性汚泥処理方法を遂行でき、これは例えば次のようにして行うことができる。
【００３９】
有機性汚泥がライン１を通って熱処理反応槽２に供給され、一方、アルカリ溶液貯留槽３からアルカリ溶液がライン４を通って熱処理反応槽２に供給され、攪拌機５で汚泥と混合される。このとき、アルカリ溶液の供給量は、熱処理反応槽２に設置されたpH計６で制御する。即ち、アルカリ溶液が混合された汚泥のpHが 7.5以上になるようにアルカリ溶液を添加する。
【００４０】
このようにして汚泥のpHを 7.5以上に調整した後、この汚泥を熱処理反応槽２で熱処理する。この熱処理の後、汚泥はライン７を通って汚泥脱水機８に送られ脱水される。脱水された汚泥はライン９から排出され、脱水分離液はライン10を通って生物処理槽11に送られる。この脱水分離液は生物処理槽11で生物処理により浄化され、この後、ライン12を通って排水される。
【００４１】
図２に示す装置によれば、例えば次のようにして本発明に係る有機性汚泥処理方法を遂行することができる。
【００４２】
有機性汚泥がライン1Aを通って混合槽2Aに供給される。一方、アルカリ溶液貯留槽3Aからアルカリ溶液がライン4Aを通って混合槽2Aに供給され、攪拌機5Aで汚泥と混合される。このとき、アルカリ溶液の供給量は、混合槽2Aに設置されたpH計6Aで制御する。即ち、アルカリ溶液が混合された汚泥のpHが 7.5以上になるようにアルカリ溶液を添加する。
【００４３】
このようにして汚泥のpHを 7.5以上に調整した後、この汚泥はライン7Aを通って熱処理反応槽8Aに供給され、熱処理される。この熱処理の後、汚泥はライン9Aを通って汚泥脱水機10A に送られ脱水される。脱水された汚泥はライン11A から排出され、脱水分離液はライン12A を通って生物処理槽13A に送られる。この脱水分離液は生物処理槽13A で生物処理により浄化され、この後、ライン14A を通って排水される。
【実施例】
【００４４】
本発明の実施例および比較例について、以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４５】
図３に、実施例および比較例に用いた熱処理反応槽を示す。この図３において1Bは槽本体（以下、槽という）であり、この槽1Bの容量は２リットル（以下、Ｌという）である。有機性汚泥としては、一般的な下水処理場の余剰汚泥（MLSS濃度：20,000mg／Ｌ）を用いた。この汚泥に水酸化ナトリウムを添加して、この汚泥のpHをpH 7.0、pH 7.5、pH 8.0、pH 9.0、pH 9.5にそれぞれ調整した。
【００４６】
上記のようにしてpH調整された汚泥2B（１Ｌ）を前記槽1Bに入れた後、ふたをし、電気ヒーター3Bで加熱して熱処理した。熱処理温度は160 ℃、熱処理時間は30分間とした。
【００４７】
また、上記余剰汚泥（１Ｌ）をそのまま（pH調整せずに）前記槽1Bに入れ、ふたをした後、上記と同様の条件で熱処理した。なお、このpH調整していない汚泥のpHは、5.9 である。
【００４８】
上記熱処理により得られた汚泥（熱処理汚泥）を一般的なベルトプレス式脱水機で脱水し、脱水分離液を図４に示す生物処理槽で生物処理した。この図４において1Cは槽本体（以下、槽という）であり、この槽1Cの容量は1.5 Ｌである。このとき、詳細には、950ml の脱水分離液と50mlの活性汚泥（MLSS濃度：100,000mg ／Ｌ）の混合液2Cを槽に入れ、空気3Cでエアレーションすることにより96時間生物処理を行った。
【００４９】
上記生物処理後の水（生物処理水）の上澄みのCOD-Mn（化学的酸素要求量）と色度を下水試験方法に従って分析した。なお、前記脱水により得られた脱水分離液についても、その上澄みのCOD-Mn（化学的酸素要求量）と色度を上記と同様の方法により分析した。
【００５０】
この結果を表１に示す。熱処理前に汚泥のpHを 7.5以上に調整した場合（pH 7.5以上の条件で熱処理した場合）に、脱水分離液のCOD 除去率および脱色率が高いことがわかる。pH８以上の条件で熱処理した場合は、COD 除去率および脱色率が更に高くなっている。pH９以上の条件で熱処理した場合は、pH８以上の条件で熱処理した場合と、ほとんど差は見られない。なお、脱色率は、脱水分離液の色度に対する、脱水分離液・生物処理水の色度差（脱水分離液の色度と生物処理水の色度の差）の割合（％）である。生物処理水の色度が小さいほど、メラノイジン等の色素成分の濃度が低いことを意味する。脱色率が高いほど、生物処理によりメラノイジン等の色素成分が分解および／または除去されて処理される度合が高いことを意味する。COD 除去率は、脱水分離液のCOD 濃度に対する、脱水分離液・生物処理水のCOD 濃度差（脱水分離液のCOD 濃度と生物処理水のCOD 濃度の差）の割合（％）である。
【００５１】
なお、上記実施例および比較例においては熱処理条件を温度：160 ℃、時間：30分間としたが、これに代えて他の熱処理条件とした場合においても、上記実施例および比較例の場合と同様の傾向の結果が得られる。
【００５２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る有機性汚泥処理方法、有機性汚泥処理装置によれば、有機性汚泥を熱処理し、脱水し、脱水分離液を浄化するに際し、脱水分離液を生物処理により浄化することができる（即ち、メラノイジン等の難分解成分も生物処理でき、脱水分離液を全体的に浄化できる）ので、有機性汚泥処理方法および有機性汚泥処理装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態例２に係る装置を示す模式図である。
【図３】実施例および比較例に係る熱処理反応槽を示す模式図である。
【図４】実施例および比較例に係る生物処理槽を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１--ライン、２--熱処理反応槽、３--アルカリ溶液貯留槽、４--ライン、５--攪拌機、６--pH計、  ７--ライン、８--汚泥脱水機、９--ライン、10--ライン、11--生物処理槽、12--ライン。
【００５６】
1A--ライン、2A--混合槽、  3A--アルカリ溶液貯留槽、  4A--ライン、5A--攪拌機、  6A--pH計、  7A--ライン、  8A--熱処理反応槽、  9A--ライン、  10A --汚泥脱水機、  11A --ライン、12A --ライン、13A --生物処理槽、14A --ライン。
【００５７】
1B--槽本体、2B--汚泥、3B--電気ヒーター。
【００５８】
1C--槽本体、2C--混合液、3C--空気。
【図１】
2005169284.tif 000004
【図２】
2005169284.tif 000005
【図３】
2005169284.tif 000006
【図４】
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