(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥の嫌気性消化工程中にシャボンの木の抽出液を添加する場合において、消化に供する汚泥のＢＯＤ濃度が５０００〜1.５万ppm の場合はシャボンの木の抽出液（天然サポニンとして４％含有）を１０ppm 〜２０ppm 、汚泥のＢＯＤ濃度が1.５万ppm 〜4.０５万ppm の場合はシャボンの木の抽出液を２０ppm 〜２５ppm を添加することを特徴とする、汚泥の嫌気性消化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や屎尿処理場等で発生する汚泥や、屎尿処理場へ搬入される生屎尿の消化を促進させる方法に係わり、濃縮汚泥を嫌気性消化処理する場合に、シャボンの木の抽出液、或いはシャボンの木の抽出液とスギナ抽出液濃度を濃縮度に応じて増加させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場や屎尿処理場等に流入する排水や屎尿は、最終的に処理水と汚泥に分離され、処理水は河川等に放流される。一方汚泥は、脱水後焼却や埋め立て処分されることもあるが、未だ多くの有機物を含有しているので脱水後の容積を減少させるために、汚泥消化槽等で嫌気性細菌により分解してＢＯＤ成分を減少させ、その後に脱水して焼却や埋め立てされる場合が多い。これに対し、生屎尿の場合は、ＢＯＤ成分が１万ppm 以上も含まれているので、これを嫌気性消化してＢＯＤ成分を減少させてから曝気槽に送ることが一部で行なわれている。
【０００３】
以下、主として下水処理場で発生する汚泥の消化について説明する。嫌気性消化とは、上記したように汚泥或いは生屎尿中の有機物を嫌気性細菌や微生物の働きによって、酵素を触媒として、▲１▼酸性発酵期、▲２▼酸性減退期、▲３▼アルカリ性発酵期の３段階を経て分解することを言う。この有機物分解を消化と言い、▲１▼は主として糖類、溶解性澱粉、繊維素、溶解性窒素化合物が分解し、有機酸、硫化水素、大量の炭酸ガス、窒素及び重炭酸塩を生成し、ｐＨは6.８〜5.１程度まで低下する。▲２▼の段階では、窒素化合物が分解し、酸度が減少するとともにアンモニア性窒素が増加し、ｐＨが6.６〜6.８程度まで上昇する。▲３▼の段階では、主として蛋白質、アミノ酸、油脂等の難分解質が分解し、ｐＨが上昇して7.０〜7.４程度に達し、ガス中のメタン含有量が多くなり、汚泥は安定した粗粒となる。最終ガス発生量の９０％のガスが発生するまでの汚泥消化に要する日数は、消化温度によって異なる。消化温度が４０℃以下を中温消化帯、４０℃以上を高温消化帯と言い、両者の差異は主として消化に与かる嫌気性菌や微生物の違いによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、嫌気性細菌は好気性細菌と異なり有機物分解速度が極めて遅く、消化には数十日（設計では５０日、現実は３５日程度）を要する。一方、発生する汚泥量は極めて多く、下水道の場合、１万人規模の町で１０〜２０ｍ3 ／日、１００万人規模の都市では２０００〜４０００ｍ3 ／日も発生すると言われている。従って、汚泥を完全に消化するには、極めて大型の消化槽を多数必要とする。現在、消化効率の良い卵型消化槽が開発され、また４０℃以上に加温する高温消化法が採用されるなど種々改良が加えられているが、改良は頭打ちの状態にある。
【０００５】
この問題に対して、本発明者らは、シャボンの木の抽出液を汚泥等に添加することにより、嫌気性細菌や微生物の活性を向上させて消化効率を向上させることに成功した。ただ、シャボンの木の抽出液は添加濃度によっては反応を逆に阻害する傾向にある。また、その添加によっても汚泥の物性はあまり変化は見られなかいばかりが、逆に粘度が増大して攪拌に要する動力のコスト増をもたらした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは更に研究を続け、消化効率を向上させるための適性なシャボンの木の抽出液の添加濃度を明らかにするとともに、スギナ抽出液を加えることにより汚泥の物性を変化させて汚泥の攪拌に要する動力の低減を図ることに成功した。
【０００７】
キラヤサポニンは、トルペノイドサポニンの一種で、シャボンの木をアルコールで抽出したものに約２％（天然サポニンとして約４％）含まれている。この抽出液には、２０％程度の糖類と１％強の粗蛋白が含まれている。キラヤサポニンは、その生理活性により、微生物の反応促進作用やストレス緩和作用を示すとともに、油脂分解作用や酸素溶解効率の向上効果をもたらす。尚、好気処理では、排水の２％程度の添加で十分な効果が生じている。これは、好気処理には極めて重要なことである。一方、嫌気処理では、酸素溶解は不要であるし、汚泥中には油脂分も少ない。結局、キラヤサポニンの生理活性作用が重要と思われる。しかし、サポニンは抗菌作用を有している。従って、あまり高濃度だと、逆に細菌の活性を削ぐおそれがある。
【０００８】
本発明者らの研究の結果、通常の汚泥（ＢＯＤが約5,０００〜1.５万ppm ）の場合には、シャボンの木の抽出液（キラヤサポニン２％含有物、以下同じ）を２０ppm 以上加えると阻害効果が発現し、１０ppm 程度が最も望ましいが、汚泥濃度が2.７倍程度の濃縮汚泥では、２０ppm 程度が最も望ましく、２５ppm になると阻害効果が現出してくる。
【０００９】
ここで、望ましいとは、ガス発生量がピークになることを言い、濃度が必要以上に高くなると、ガス発生量は無添加の場合と同様或いはそれ以下になる。汚泥の性状や微ＢＯＤ濃度に応じたシャボンの木の抽出液の添加が望まれる。
【００１０】
このように、濃縮汚泥が問題になるのは、大量に流入する汚泥の処理に対応するために、予め下水汚泥を遠心濃縮機によって高濃度に濃縮したものを使用する施設があることによる。
【００１１】
一方、スギナを水、アルコール或いはその混合物で抽出した液を、シャボンの木の抽出液とともに少量添加したところ、消化時に発生するガス量が更に増加した。スギナは、トクサ科の夏緑性シダの一種の栄養茎（土筆はその胞子茎）であり、各地の原野や道端に普通に見られるありふれた植物であり、又ずば抜けた繁殖力を示す。このスギナは、無水珪酸の他、エキセトニン（サポニンの一種）、エキセチン（アルカロイドの一種）、フラノボイド、ビタミンＣ、脂肪、フィトステリンを含み、煎じて民間薬として広く利用されている。
【００１２】
本発明では、スギナをアルコールと水の混合溶媒で加熱抽出した抽出液を使用した。このスギナ抽出液（全量中、アルコール9.８％、水約６２％）には、スギナサポニン（エキセトニン）が約0.５％（天然サポニンとして約１％）、粗蛋白1.３％、糖分が4.１％、灰分が4.３％含まれている。灰分の大部分は、シリカである。スギナの場合、サポニンや糖分の含有率はシャボンの木に比べて低いが、粗蛋白は同等以上含まれている。従って、スギナの抽出液は、シャボンの木の抽出液とほぼ同等の消化促進効果を示す。
【００１３】
このスギナ抽出液は、ガス発生量の増大とともに、各種の物性値、殊に粘度の低減に大きな効果を示す。即ち、汚泥にシャボンの木の抽出液を添加すると、特に濃縮汚泥の場合には、嫌気処理後の汚泥濃度がシャボンの木抽出液が無添加の場合に比べて大幅に増大し、攪拌の動力コストを増大させる。ところが、スギナを加えると、シャボンの木の抽出液無添加の場合よりも粘度が低くなる。
【００１４】
【実施例】
（実施例  １）
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。容量５Ｌ（リットル、以下同じ）の実験用嫌気性消化槽に、下水処理場から採取した生汚泥を2.７倍に濃縮した濃縮汚泥0.８Ｌと消化槽から採取した消化汚泥3.２Ｌを投入し、３７℃に保って時々攪拌した。尚、これに上記のシャボンの木の抽出液を、汚泥全量に対してそれぞれ１０ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌ加えたものと無添加のものについて、発生するガス発生量を２８日間測定し、加積量を求めた。その結果、図１に示すように、２０ｍｇ／Ｌのものは２日程度で加積量が１５Ｌを越え、約１０日で２０Ｌを越え、２２Ｌ程度で増加が見られなくなった。また、１０ｍｇ／Ｌの場合、３日目に１０Ｌを越えその後余り増加せずに１２Ｌ程度で増加しなくなった。これに対し、無添加の場合と２５ｍｇ／Ｌの場合には、ガス発生量は約４割程度にすぎなかった。２５ｍｇ／Ｌ添加の場合、サポニン濃度が高すぎて、ガス発生を阻害したものと考えられる。即ち、2.７倍の濃縮汚泥の場合には、ガス発生量がピークになる濃度が、約２倍になっている。尚、この場合１０ｍｇ／Ｌ添加の加積量は２０ｍｇ／Ｌ添加の加積量に追いつかない。このことは、サポニンの役割が嫌気性消化速度を早めるのではなく、分解できる範囲を広げていると見ることができる。
【００１５】
尚、上記消化汚泥からのガス発生量は０である。従って、生汚泥の濃縮度が1.５倍の時は、シャボンの木の抽出液を１５ppm 前後、濃縮度が２倍の時はシャボンの木の抽出液を約１７ppm 前後の添加で、ガス発生量がピークになることになる。また、発生ガス中のメタンガスの割合は、無添加の場合は約６０％であるが、シャボンの木の抽出液を添加した場合は約７０％になる。従って、回収した発生ガスを燃料にした場合の総発熱量は、シャボンの木の抽出液を添加した場合の方が遙かに大きくなる。
【００１６】
一方、２８日経過後に各処理汚泥の粘度（ｍＰａ・秒）を測定したところ、１０ｍｇ／Ｌ添加で１6,２００、２０ｍｇ／Ｌ添加で１3,０００、２５ｍｇ／Ｌ添加で１4,４００に対し、無添加では2,８００と大きな差がでた。この原因は今のところ不明である。尚、本例で使用した濃縮汚泥の性状は、以下の表１の通りである。
表  １
分析項目        濃縮汚泥      消化汚泥
ｐＨ              5.５２        7.２９
総アルカリ        ６４０         4,390
ＴＳ    (%)       4.８９        2.４０
ＶＴＳ  (%)       0.８５        0.８７
ＳＳ  (mg/L)      50,350        24,100
ＶＳＳ(mg/L)       8,750         8,500
ＢＯＤ(mg/L)      24,000        10,400
ＣＯＤ(mg/L)      11,000         7,000
ＴＯＣ(mg/L)       1,580        ６３０
Ｔ−Ｐ(mg/L)        ６０        １１０
Ｔ−Ｎ(mg/L)      ２００        ７１０
ＣＳＴ(mg/L)       1,895         3,238
【００１７】
（実施例  ２）
実施例１と同様に、容量５Ｌの実験用嫌気性消化槽を２組用意し、これに、下水処理場から採取した生汚泥を2.７倍に濃縮した濃縮汚泥0.７２Ｌと消化槽から採取した消化汚泥2.８８Ｌの合計3.６Ｌを投入し、３７℃に保って時々攪拌した。尚、一方の消化槽には、シャボンの木の抽出液とスギナ抽出液を２対１の割合で混合した添加物を、１０ｍｇ／Ｌの割合で添加し、他の消化槽には何も加えなかった。１０ｍｇ／Ｌ添加のものは、ガス加積量が１０日で９Ｌ、１５日で１２Ｌ、２５日で１４Ｌになったのに対し、無添加では１０日で２Ｌ：２０日で2.５Ｌ３０日で約４Ｌに過ぎなかった。この結果を、実施例１の場合と比較すると、使用した濃縮汚泥の量は実施例２の方が少なく、またシャボンの木の抽出液の添加量も少ないのにガス加積量は多くなっている。しかも、本例の場合、消化終了後の処理汚泥の粘度は、１０ｍｇ／Ｌ添加が９６０ｍＰａ・秒であるのに対し、無添加では９８０と僅かながらも添加の方が低い値となった。
【００１８】
尚、本例で使用した濃縮汚泥の性状は、以下の表２の通りである。
表  ２
分析項目        濃縮汚泥      消化汚泥
ｐＨ              5.２４        7.２７
総アルカリ        ２００         4,820
ＴＳ    (%)       4.５９        2.８３
ＶＴＳ  (%)       1.０７        1.５２
ＳＳ  (mg/L)      45,100        26,700
ＶＳＳ(mg/L)       7,700         9,500
ＢＯＤ(mg/L)      26,910         9,230
ＣＯＤ(mg/L)      25,000        12,150
ＴＯＣ(mg/L)       2,100        ６３９
Ｔ−Ｐ(mg/L)        ６０        １１０
Ｔ−Ｎ(mg/L)      ２３０        ９００
ＣＳＴ(mg/L)       1,730         3,900
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の汚泥の嫌気性消化方法は、汚泥を濃縮した状態で嫌気性消化する場合において、シャボンの木の抽出液、或いはシャボンの木の抽出液とスギナ抽出液の濃度を、濃縮度に応じて増加させるものである。
【００２０】
そのため、消化時に発生するメタンガス量が無添加の場合に比べて倍以上も増加し、消化が大幅に促進されたことが判る。また、スギナを添加したものにあっては、シャボンの木の抽出液が少なくて済むしシャボンの木の抽出液添加による処理汚泥の粘度の低下不足も解消され、攪拌の運転エネルギーの低減が図れる。しかも、消化槽その他の装置及び処理操作は従来と全く同じであり、コストは添加剤のみであり、トータル処理費用は大幅に減少するなど、多くの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャボンの木の抽出液添加量の違いによる、ガス発生の変化を示すグラフである。
【図１】
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