(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を生物処理する排水処理装置において、供給された有機性排水を曝気することにより好気性生物処理する第一生物処理工程と、生物処理された混合液中の汚泥を固液分離する固液分離工程と、分離された汚泥を曝気することにより好気性生物処理する第二生物処理工程と、第二生物処理槽内の汚泥を循環流路を介して循環しながら温度４０〜１００℃、好ましくは、５５〜７５℃であり、ＭＬＳＳ濃度は５０００〜６００００ｍｇ／ｌ、好ましくは１００００〜４００００ｍｇ／ｌ、であり、滞留時間は１０〜１００時間、好ましくは１８〜５０時間で曝気することにより好気性生物処理する汚泥処理工程とを設け、第二生物処理工程で処理された汚泥を第一生物処理工程に循環流路を介して循環し、
前記第二生物処理槽内のＭＬＳＳ濃度を５０００〜２００００ｍｇ／ｌ、溶存酸素濃度を０．５〜６ｍｇ／ｌとして処理することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水を好気性処理する排水処理装置とその排水処理方法に関し、更に詳しくは、有機性排水を好気性処理する工程で発生する余剰汚泥の排出量を、従来の排水処理装置よりも削減することのできる排水処理装置とその装置を用いた排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの有機性排水（以下原水ということもある。）を処理する装置としては、活性汚泥処理装置、固定床式生物処理装置又は流動床式処理装置などが用いられている。
【０００３】
前記活性汚泥処理装置にあっては、好気性微生物である汚泥の浮遊する処理槽内に排水を供給し、空気で曝気することにより、汚泥の生物学的作用で原水中の有機物を生物的に酸化分解処理する装置であり、また、固定床式生物処理装置にあっては、処理槽内に生物担体の固定床を設け、空気で曝気することにより微生物を担体の表面に付着増殖させ、付着した微生物の生物学的作用で原水中の有機物を生物的に酸化分解処理する装置であり、更に、流動床式処理装置は、好気性生物処理槽内の液中に流動可能に生物担体を充填し、原水を供給して空気で曝気することにより、流動化する生物担体の表面に付着増殖した微生物の生物学的作用で原水中の有機物を生物的に酸化分解処理する装置である。
【０００４】
前記生物処理装置では、いずれも有機物を生物学的に分解処理するのに伴い、増殖した微生物が汚泥として大量に発生する。発生した汚泥は沈殿槽などで分離濃縮され、その一部は生物処理工程に循環されるが、残部は余剰汚泥として系外に排出され、余剰汚泥を濃縮、脱水したのち焼却や埋め立てにより処分したり、又は嫌気性消化処理により減容化されている。なお、前記余剰汚泥量は生物処理工程に導入された原水中の有機物量（ＢＯＤ）の２０〜５０％が発生するといわれている。
【０００５】
更に、発生汚泥をできるだけ減容化する方法として、特表平６−５０９９８６号公報には、中温生物処理槽と好熱性生物処理槽とを組合せ、中温生物処理槽から発生する汚泥を好熱性生物処理槽で可溶化したのち、中温生物処理槽に返送して可溶化汚泥を原水と共に処理する汚泥の減容化方法が開示されており、また、特許第２９７３７６１号公報には、曝気槽の汚泥を抜き出してオゾン処理で可溶化したのち、曝気槽に返送して処理する汚泥の減容化方法が開示されている。
なお、汚泥の可溶化とは、汚泥を構成する微生物を分解して低分子化した有機物とすることを意味し、汚泥の減容化とは、余剰汚泥として排出される汚泥の容量を低減することを意味する。また、本発明における汚泥とは、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの有機性排水を処理したのち、沈殿槽、膜分離装置、遠心分離機又はそれらの組合せ装置などで濃縮されて排出される余剰汚泥、生物処理槽に返送される返送汚泥やその他の有機物を主体とした流動性のある、スラリー状や液状化された有機性廃棄物などをいう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の余剰汚泥の処分方法で、汚泥を濃縮、脱水したのち焼却又は埋め立て処分する方法にあっては、汚泥の濃縮、脱水後においても含水率が７０〜９０ｗｔ％と高いため嵩が大きく、廃棄物業者に処分を依頼する場合には、引き取りコストが高くなり、排水処理全体にかかるコストの多くを占めているのが現状である。更に、埋め立て処分においては、産業廃棄物埋立処分場の残余年数が少なくなっており、引き取りコストも年々高騰している。また、焼却処分においては、含水率が高いため燃料消費量が多くなり燃料費が嵩み、更に、排出ガスや焼却灰の処理が必要であり、近年はダイオキシン問題等から焼却処理自体が困難になってきている状況である。
【０００７】
また、嫌気性消化法により減容化処理する方法にあっては、メタン菌等の嫌気性微生物が浮遊する処理槽内に汚泥を供給し、嫌気性ガスで曝気攪拌することにより、嫌気性微生物の生物学的作用で汚泥中の有機物をメタンガスや炭酸ガス等に分解処理する方法であり、メタンガスを燃料等に有効活用できる利点はあるが、処理に時間がかかるため、消化槽等の設備が過大となり、また、最終的に発生する汚泥量も多く、その処分には前記の問題点が解決できない。
【０００８】
また、特表平６−５０９９８６号公報に開示された汚泥の減容化方法では、複数のサイクル運転で処理するため、処理工程が複雑となるとともに、処理時間がかかる問題があり、更に、好熱性生物処理槽における可溶化処理では、多量の空気による曝気であるため、空気の排出に伴なわれて極めて多量の熱量が損失し、また、汚泥自体の臭気が強いため、曝気により極めて強い臭気が放出される。特許第２９７３７６１号公報に開示された方法では、オゾン製造装置の設備費が高価であり、また、オゾン含有ガス中の酸素が有効に利用されていないため、設備費や運転経費が嵩む問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来の汚泥処分及び減容化処理における問題点に鑑みて成されたものであり、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる排水処理装置及び排水処理方法における設備の小型化を図り、運転経費や設備費などが低廉化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供する目的で成されたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載した発明においては、有機性排水を生物処理する排水処理装置において、供給された有機性排水を曝気することにより好気性生物処理する第一生物処理工程と、生物処理された混合液中の汚泥を固液分離する固液分離工程と、分離された汚泥を曝気することにより好気性生物処理する第二生物処理工程と、第二生物処理槽内の汚泥を循環流路を介して循環しながら温度４０〜１００℃、好ましくは、５５〜７５℃であり、ＭＬＳＳ濃度は５０００〜６００００ｍｇ／ｌ、好ましくは１００００〜４００００ｍｇ／ｌ、であり、滞留時間は１０〜１００時間、好ましくは１８〜５０時間で曝気することにより好気性生物処理する汚泥処理工程とを設け、第二生物処理工程で処理された汚泥を第一生物処理工程に循環流路を介して循環し、
前記第二生物処理槽内のＭＬＳＳ濃度を５０００〜２００００ｍｇ／ｌ、溶存酸素濃度を０．５〜６ｍｇ／ｌとして処理することを特徴とする排水処理方法である。
【００１６】
前記請求項１の構成とすることにより、汚泥処理槽における汚泥の好熱性微生物による生物学的作用での可溶化処理においては、沈殿槽などで長時間滞留させて固液分離された腐敗しかけの汚泥ではなく、再曝気により、易分解性有機物及び微生物細胞内栄養分を枯渇させた汚泥であるため、易分解性有機物の分解に酸素を消費することなく可溶化処理することができる。従って、酸素消費量を低減することができ、それにより、曝気で損失する熱量も低減化することができる。また、汚泥処理槽における温度は、生物処理作用と熱処理作用とが相乗効果を発揮する４０〜１００℃が好ましく、更に好ましくは、５５〜７５℃であり、ＭＬＳＳ濃度は５０００〜６００００ｍｇ／ｌ、好ましくは１００００〜４００００ｍｇ／ｌ、であり、滞留時間は１０〜１００時間、好ましくは１８〜５０時間である。ＭＬＳＳ濃度が５０００ｍｇ／ｌよりも薄いと加熱する熱量が多く必要であり、６００００ｍｇ／ｌよりも濃いと汚泥の流動性が少なくなり酸素の供給が困難である。また、滞留時間が１０時間よりも短いと好熱性微生物が繁殖し難くなり処理槽外に流出し易くなり、１００時間よりも長いと汚泥の分解が殆ど停止し、好熱性微生物の活性が低下する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態である排水処理装置の系統図、図２は本発明の他の実施の形態である排水処理装置の系統図である。なお、両図において、相当する作用を有する部材については同一の符号を付与した。
【００１８】
１は、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの原水の排水供給量及びｐＨ値などを調整する調整槽、２は底部に散気手段６が内設され、供給された原水を空気などの酸素含有気体で曝気することにより原水中の有機物を好気性微生物の生物学的作用により生物処理する第一生物処理槽、３は生物処理された混合液中の汚泥を沈降分離する固液分離装置の沈殿槽、４は底部に散気手段６が内設され、沈降分離された汚泥を空気などの酸素含有気体で曝気することにより、汚泥を形成する有機物を好気性微生物の生物学的作用により生物処理する第二生物処理槽、５は底部に散気手段６が内設され、第二生物処理槽４と循環流路１８，１９を介して連通し、第二生物処理槽４内の汚泥を循環流路１８，１９を介して循環しながら、温度４０〜１００℃の高温条件で、空気などの酸素含有気体で曝気することにより汚泥を形成する有機物を、好熱性微生物の生物学的作用により可溶化する汚泥処理槽である。なお、汚泥処理槽５には処理槽内の汚泥を加熱するスチームなどの図示しない加熱手段が配置されている。
【００１９】
図１においては、第一生物処理槽２と第二生物処理槽４が別置された構成となっているが、図２に示すように、第一生物処理槽２を隔壁で区画し、隔壁の上端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃで連通する複数の槽４、６ａ、６ｂ、６ｃとして設け、最前段の槽４を第二生物処理槽とした構成であってもよく、また、第一生物処理槽２、第二生物処理槽４及び汚泥処理槽５は、合成樹脂や繊維状などの生物担体を固定して充填した固定床式処理槽や生物担体を流動可能に充填した流動床式生物処理槽などでもよい。
【００２０】
また、前記においては、固液分離装置として沈殿槽３を設けているが、沈殿槽３以外に膜分離装置などを用いることができ、また、循環流路１８に汚泥を更に濃縮する遠心分離装置、膜分離装置又は濾過装置などの汚泥濃縮装置を設けてもよく、更に、必要により、循環流路１８を流通する汚泥や濃縮された濃縮汚泥と汚泥処理槽５で可溶化処理された汚泥とを熱交換する熱交換器を設けてもよい。
【００２１】
前記構成の排水処理装置により有機性排水を処理する方法について以下詳述する。
図１においては、原水は原水供給流路１０から調整槽１に供給されて一旦貯留されｐＨ値などが調整され、調整原水は、排水供給量を調整されて調整原水供給流路１１から、第一生物処理工程が行われる第一生物処理槽２に供給され、散気手段６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、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で、原水中の有機物が効率的に酸化分解される。
なお、第一生物処理槽２における処理温度としては、１０〜４５℃が好ましい。
【００２２】
図２において、調整槽１でｐＨ値などが調整された調整原水は、調整原水供給流路１１から第一生物処理槽２の前段の槽２ａ、２ｂに夫々の槽毎に供給流量を調整されて供給され、散気手段６ａ、６ｂ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、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で、原水中の有機物が効率的に酸化分解される。
なお、調整原水の供給は、前段の槽２ａのみに供給したり、また、第二生物処理槽４へも供給する場合もあり、第一生物処理槽２の形状や区画状況によって、適宜に行うことができる。
【００２３】
第一生物処理槽２で増殖した汚泥が混合した混合液は、混合液排出流路１３から固液分離工程が行われる沈殿槽３に導入され、静置す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は、処理水排出流路１４から系外に排出される。また、沈降分離された汚泥は、沈殿槽３の汚泥抜出し流路１５から抜き出され、一部は余剰汚泥として汚泥排出流路１７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。残部の汚泥は、減容化処理するため、汚泥返送流路１６から汚泥処理工程が行われる第二生物処理槽４に供給される。
【００２４】
第二生物処理槽４に供給された汚泥は、散気手段７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、好気性微生物である汚泥が生物学的自己消化作用で、効率的に酸化分解し、易分解性有機物及び微生物細胞内栄養分が枯渇される。
なお、第二生物処理槽４における処理温度としては、１０〜４５℃が好ましく、また、ＭＬＳＳ濃度を５０００〜２００００ｍｇ／ｌ、溶存酸素濃度を０．５〜６ｍｇ／ｌで行うのが、効率的に酸素の供給が行われ、生物学的自己消化を促進させることができるため好ましい。
【００２５】
第二生物処理槽４内の汚泥は、自己消化処理されると共に、循環流路１８，１９を介して汚泥処理工程が行われる汚泥処理槽５との間で循環され、汚泥処理槽５において、温度４０〜１００℃の高温条件で、散気手段８から供給される空気などの酸素含有気体で曝気され、好熱性微生物の生物学的作用により、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。
なお、汚泥処理槽５に供給される汚泥は、再曝気により、易分解性有機物及び微生物細胞内栄養分を枯渇させた汚泥であるため、易分解性有機物の分解に酸素を消費することなく可溶化処理することができる。また、汚泥処理槽１で高濃度酸素含有気体を使用することにより、酸素の溶解効率が極めて高くなるため好ましい。
【００２６】
第二生物処理槽４及び汚泥処理槽５で自己消化及び可溶化処理された汚泥は、汚泥循環流路１２から第一生物処理槽２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ゼロ又は少なくとも減容化することができる。
なお、図２においては、第二生物処理槽４及び汚泥処理槽５で自己消化及び可溶化処理された汚泥は、隔壁の上端部１２ａから隣接する生物処理槽２ａに流入供給されて処理され、隔壁の上端部１２ｂ、１２ｃを介して生物処理槽２ｂ、２ｃに流入し、夫々の槽内に設けられた散気手段６ａ、６ｂにより酸素含有気体で曝気処理され、混合液排出流路１３から沈殿槽３に導入される。
【００２７】
第二生物処理槽４から第一生物処理槽２へ循環される汚泥は、再曝気処理され有機物濃度が低下されているため、第一生物処理槽２での有機物負荷を低減することができ、処理水排出流路１４から排出する処理水の水質を良好に保つことができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、効率の高い有機性排水の処理を行うことができ、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる排水処理装置及び排水処理方法における設備の小型化を図り、運転経費や設備費などが低廉化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である排水処理装置の系統図
【図２】本発明の他の実施の形態である排水処理装置の系統図
【符号の説明】
１：調整槽
２：第一生物処理槽
３：固液分離装置（沈殿槽）
４：第二生物処理槽
５：汚泥処理槽
６、７、８：散気手段
【図１】
0005197901.tif 000002
【図２】
0005197901.tif 000003