(57)【要約】【課題】本発明は汚泥処理装置に関し、特に汚泥を分散化処理する汚泥分解手段を設けた汚泥処理槽において、固着性原生動物を優占化させることによって汚泥削減効果を高め、高速で汚泥を分解することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、汚泥を生物処理する汚泥処理槽１２と、前記汚泥処理槽１２から膜分離水を得る分離膜１９と、前記分離膜１９の下方に散気管１３と、超音波処理装置１７とを設け、前記汚泥処理槽１２内の汚泥を循環処理することにより遊泳性原生動物を死滅化し、固着性原生動物を優占化させることで汚泥削減効果を高めるようにした。【選択図】図１
2007152310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を生物処理する汚泥処理槽と、
前記汚泥処理槽内に設けられ膜分離水を得る分離膜と、
前記分離膜の下方に設けられた散気装置と、
前記汚泥処理槽に担体とを備えてなる汚泥処理装置において、
前記汚泥処理槽における前記汚泥の中間粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理して前記担体上に保持された固着性原生動物に捕食させると共に、前記固着性原生動物以外の微小生物を死滅化処理し、前記汚泥処理槽に返送して循環処理する汚泥分解手段を備えてなることを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
前記汚泥分解手段は超音波処理装置であることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項３】
前記汚泥は前記汚泥分解手段により中間粒子サイズが１〜１０μｍとなるように分散化処理されることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項４】
前記担体は揺動床であることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項５】
前記固着性原生動物は、繊毛虫亜門における貧膜口網周毛亜網ツリガネムシ目、異毛網異毛目、層状咽頭網吸管虫亜網に属する固着性の原生動物のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
【請求項６】
有機性排水を活性汚泥により生物処理する生物処理槽と、
前記生物処理槽から流出する処理水と前記活性汚泥との混合液とを固液分離して汚泥を得る固液分離手段と請求項１から５いずれか１項に記載の汚泥処理装置を備え、
前記汚泥処理装置は、前記固液分離手段から得られる汚泥を処理する排水処理装置。
【請求項７】
前記膜分離水を前記生物処理槽に返送する分離水返送管を有してなることを特徴とする請求項６記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記膜分離水を前記生物処理槽の前記処理水と混合して放流する分離水混合管を有してなることを特徴とした請求項６記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を生物処理する際に生じる余剰汚泥の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水の処理方法として、細菌、原生動物、藻類、後生動物等の微生物を用いることにより排水中の汚濁物質を分解・除去する、活性汚泥が知られている。しかし、このような生物学的処理方法では、大量の汚泥、すなわち余剰汚泥が発生するため、その処分が問題となっている。一般的には、発生した余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋立処分や焼却処分されているが、近年、処分場の残余容量の逼迫や、処分時の費用等の問題が生じているために、余剰汚泥の削減が求められている。
【０００３】
余剰汚泥を削減する方法の一つとして、余剰汚泥を生物処理槽に移送し、その余剰汚泥を微生物死滅化処理工程と膜分離槽と前記生物処理槽との間で循環処理することにより汚泥削減を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
即ち、図５を用いて説明すると、第一生物処理槽５１において有機性排水を処理する第一工程より生じた余剰汚泥を第二生物処理槽５３に移送し、この余剰汚泥を前記第二生物処理槽５３、膜分離槽５４、微生物死滅化処理工程５５間を循環させて、前記第二生物処理槽５３において生物処理して汚泥を削減する。さらに、前記膜分離槽５８より膜透過水を得て、リン除去工程５７を経て第一生物処理槽５１に返送する。
【特許文献１】特開２００３−８０２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１にあるような従来の汚泥処理方法においては、汚泥を削減するのに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そもそも余剰汚泥は、排水処理工程において有機性汚濁物質を浄化する過程で増殖した細菌、原生動物、藻類、後生動物等の微生物が凝集して形成されたものである。例えば余剰汚泥を構成する微生物のうち大部分を占める細菌を例に挙げると、その細胞壁はペプチドグリカンを主成分とする難分解性の物質により大部分が構成されているために生物処理に時間がかかり、例えば微生物死滅化処理工程に超音波を使用した場合には、ＳＲＴ（Ｓｌｕｄｇｅ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ：固形物滞留時間）が数十日必要になることが知られている。
【０００７】
したがって、汚泥を削減するために大きな容量の生物処理槽を設ける必要があるため、設置スペースに余裕のある場合にしか、このような汚泥削減方法を用いることができなかった。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を解決して、汚泥削減に係る生物処理速度が高速の汚泥処理装置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】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、上記目的を達成するために、汚泥を生物処理する汚泥処理槽と、前記汚泥処理槽内に設けられ膜分離水を得る分離膜と、前記分離膜の下方に設けられた散気装置と、前記汚泥処理槽に担体とを有し、前記汚泥処理槽における前記汚泥の中間粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理して前記担体上に保持された固着性原生動物に捕食させると共に、前記固着性原生動物以外の微小生物を死滅化処理し、前記汚泥処理槽に返送して循環処理することを特徴とするものである。
【００１０】
この手段により、前記汚泥処理槽を固着性原生動物の優占する生物相に改変することができ、汚泥分解速度を速めることができる。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記汚泥分解手段を超音波処理装置とすることを特徴とするものである。この手段により、汚泥フロックを微細な粒子に分散化処理することと、固着性原生動物以外の微小生物を死滅化することとを同時に効率よく行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の本発明は、前記汚泥を前記汚泥分解手段により中間粒子サイズが１〜１０μｍとなるように分散化処理することを特徴とするものである。このサイズにまで分散化処理されることにより、固着性原生動物が摂食し易くなり、汚泥分解速度を速めることができる。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、前記担体を揺動床とすることを特徴とするものである。そうすることにより、汚泥が閉塞することのない安定した環境を維持することができ、固着性原生動物を増殖させることができ、汚泥分解速度を速めることができる。
【００１４】
請求項５に記載の本発明は、前記固着性原生動物が、繊毛虫亜門における貧膜口網周毛亜網ツリガネムシ目、異毛網異毛目、層状咽頭網吸管虫亜網に属する固着性の原生動物のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とするものである。これらを特に増殖させることにより、汚泥分解速度を速めることができる。
【００１５】
請求項６に記載の本発明は、有機性排水を活性汚泥により生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽から流出する処理水と前記活性汚泥との混合液とを固液分離して汚泥を得る固液分離手段と請求項１から５いずれか１項に記載の汚泥処理装置を備え、前記汚泥処理装置は、前記固液分離手段から得られる汚泥を処理する排水処理装置である。
【００１６】
請求項７に記載の本発明は、前記膜分離水を前記生物処理槽に返送する分離水返送管を有してなることを特徴とする。そうすることにより、前記膜分離水中に含まれた汚濁物質を十分に浄化した後に、処理水を系外に排出することができる。
【００１７】
請求項８に記載の本発明は、前記膜分離水を前記生物処理槽の前記処理水と混合して放流する分離水混合管を有してなることを特徴とする。そうすることにより、前記生物処理槽に負荷をかけることなく前記処理水を系外に排出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、固着性原生動物の優占する汚泥処理槽において汚泥削減に係る生物処理を行うため、高速で汚泥を削減することができる。
【００１９】
したがって、汚泥削減条件としてのＳＲＴが短くなるために、従来の方法に比べ、より小型の汚泥処理槽で汚泥を削減することができ、小規模・小設置スペースの排水処理設備においてもオンサイトで汚泥削減を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、余剰汚泥を構成する細菌、原生動物、藻類、後生動物等の微生物を固着性原生動物により捕食及び摂食させることによって高速で汚泥を削減するものである。まず原生動物による細菌の摂食について説明する。
【００２１】
原生動物は細菌を摂食して生活する単細胞生物であり、細胞内に分化した器官を幾つか持ち、摂食に関係するものとしては細胞口、咽頭、食胞といった器官を有している。例えば原生動物の１種であるツリガネムシを例に挙げると、餌となる細菌を細胞口より取り込み、それを咽頭を通して食胞に導入し、食胞内部で消化液と混ぜ合わせることにより分解及び低分子化して栄養物質に変換する。こうして得られた栄養物質は原形質流動によって細胞内を移動するミトコンドリアに移送され、一部は呼吸の材料としてエネルギー生産に使い、残りは新細胞の合成に使われる。したがって、その摂食速度は非常に速く、例えばツリガネムシとして知られているＶｏｒｔｉｃｅｌｌａを例として挙げると、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｆａｅｃａｌｉｓを餌として増殖させたところ、平均摂食速度が２０〜３０個／分であったことが実験的に確認されている。摂食の後の消化時間は原生動物の種にもよるが数時間以内であるため、非常に短い時間で細菌を分解することができる。例えば、活性汚泥中に増殖させたツリガネムシの１種であるＥｐｉｓｔｙｌｉｓに対し、超音波処理を施して粒子サイズが１〜１０μｍとなった汚泥を餌として与えたところ、６時間以内で消化し、続いて未消化物を排泄する様子を実験により確認することができた。
【００２２】
一方、細菌は原生動物のような摂食に関わる大型の器官を体内に有しておらず、代わりに細胞膜及び栄養素取り込みを担うタンパク質を経由して体内に移送するシステムを有している。そのため細胞膜を透過する程度の低分子の栄養素しか摂取することができず、それよりも大きな物質を摂取する場合には、まず酵素を体外に放出することでその物質を低分子化し、摂取することになる。したがって、このような分解メカニズムにおいては、汚泥を構成している細菌の分解速度は、酵素の拡散速度もしくは被摂食物（細菌）との位置関係に大きく依存するため、原生動物よりも遅くなる。
【００２３】
汚泥削減においては、その大部分を占める細菌をいかにして効率よく他の生物に摂食させ、また、食物連鎖を経る過程で生物分解させるかが重要となる。上記に説明したとおり、細菌を生物分解するには細菌よりも原生動物を用いた方が明らかに高効率である。
【００２４】
また、原生動物の中でもツリガネムシ等の大型の固着性原生動物は、活性汚泥中の分散状細菌を捕食して余剰汚泥の発生を抑制する働きを持つことが従来よく知られており、そうした原生動物の優占の度合いを指標として調べることによって活性汚泥の運転管理を行うことが従来からよくなされている。したがって、固着性原生動物を人為的に増殖させ、優占化させることができれば、分散状細菌に変換した活性汚泥を効率よく捕食・分解させることができ、汚泥の削減を図ることができる。
【００２５】
さらに、原生動物にはツリガネムシ等の固着性原生動物の他、遊泳性の原生動物がある。多くの遊泳性原生動物は固着性原生動物よりも小型であるため、摂食した細菌に対する新細胞合成の収率は高い。そのため、遊泳性原生動物が多いほど汚泥を構成する細菌を摂食することにより遊泳性原生動物自体が増殖するため、汚泥削減率は低くなる。また、遊泳性原生動物は固着性原生動物の細胞口に衝突することにより細菌の摂食を妨げるため、固着性原生動物による汚泥の捕食効果を低下させる原因となる。以上のことから、固着性原生動物を利用して汚泥を分解・削減する場合、固着性原生動物を優占させると共に、遊泳性原生動物をできるだけ減少させることが望ましい。
【００２６】
以下、本発明による実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態の排水処理装置の構成図である。排水処理装置は、有機性の排水を生物処理して浄化する排水処理部と、前記排水処理部より発生した汚泥を固着性原生動物の優占する汚泥処理槽を用いて分解処理する汚泥処理装置により構成されている。
【００２８】
図１において、排水処理部は有機性の排水を導入する輸送管１と、排水の流量を調整する調整槽２と、排水を生物処理する生物処理槽４と、生物処理槽４より得られた処理水を固液分離する沈殿分離槽６と、処理水を系外に放流する輸送管７と、沈殿分離槽６で分離された余剰汚泥を生物処理槽４に返送する輸送管８とで構成されている。
【００２９】
有機性の排水を生物処理槽４において浄化する過程で生じた余剰汚泥は沈殿分離槽６により固液分離され、その大部分は生物処理槽４内の汚泥量を一定に保持するために返送汚泥として輸送管８を経て生物処理槽４に返送され、残りは余剰汚泥として輸送管１０を経て汚泥処理槽１２に移送される。この返送汚泥量と余剰汚泥量との比は排水処理部における負荷条件や運転条件により開閉器９及び開閉器１１を調整することにより変化させて管理するが、その詳細は省略する。
【００３０】
次に汚泥処理装置について説明する。汚泥処理槽１２内は散気管１３により曝気され、排水処理部より移送された余剰汚泥を好気処理する（以下、余剰汚泥を汚泥と言い換える）。散気管１３にはブロワー１４が接続されており、酸素を含む空気が供給される。汚泥処理槽１２内には微生物担体である揺動床１５が設けられている。
【００３１】
揺動床１５は撥水性の繊維で成型された幹と、親水性の繊維で成型された複数の枝とにより構成されたもので、水流により枝を揺動させることにより一定量の汚泥を枝に付着させることができるものであり、その詳細は省略する。なお、汚泥処理槽１２に設ける担体は前記揺動床に限定されるものではなく、固定床、流動床等のいずれを用いてもよい。また、汚泥フロックやグラニュール汚泥を担体として固着性原生動物を増殖させてもよい。
【００３２】
揺動床１５には汚泥が付着すると共に、その表面に固着性原生動物が増殖し易い環境を作る。揺動床に付着した汚泥は、その付着量が過剰になると水流により剥離されるため、担体表面を汚泥により閉塞させることなく、微生物に対して常に安定した床を設けることができる。すなわち、原生動物の中でも体のいずれか一端を固定して生活する性質をもつ、繊毛虫亜門における貧膜口網周毛亜網ツリガネムシ目（いわゆるツリガネムシ）、異毛網異毛目（いわゆるラッパムシ）、層状咽頭網吸管虫亜網のうちいずれかの固着性原生動物の増殖を促すことができる。
【００３３】
汚泥処理槽１２内の汚泥は輸送管１６を経て超音波処理装置１７により分散化処理される。この処理により、汚泥の大部分を占める細菌は上記に挙げた固着性原生動物の摂食し易い大きさ、すなわち中間粒子サイズが１〜４０μｍ、さらに望ましくは１〜１０μｍの大きさのフロックもしくは分散状細菌に分散化される。固着性原生動物の細胞口は数十μｍ程度であるが、細胞口の周囲に生えた繊毛により水流を起こすことにより水中の分散状細菌を捕食するため、分散状細菌のサイズが小さければ小さいほど捕食し易い。しかし、汚泥を構成する細菌自体の大きさ、例えば１μｍ以下にまで破砕してしまうと、処理水中に有機性汚濁物質を再溶解させてしまうことになり、水処理系として好ましくない。また、汚泥中に含まれるその他の微生物、すなわち揺動床１５に固定化されない遊泳性原生動物や藻類等は超音波処理によるキャビテーションによって細胞が破壊され、死滅化もしくは弱体化する。
【００３４】
図３は有殻性アメーバの１種であるＣｒｙｐｔｏｄｉｆｆｌｕｇｉａが優占化した汚泥を４００倍の顕微鏡により観察したものである。球形の殻と、アメーバ状の体細胞の存在が確認できる。この汚泥を、２８ｋＨｚ、１００Ｗのホーン型超音波振動子により１０分間処理した結果を図４に示す。殻はかろうじて原型を留めているものの、体細胞は明らかに破壊されており、その形状を明確に判別することができない。すなわち原生動物は超音波処理により死滅化していると言える。
【００３５】
このようにして超音波処理した汚泥は輸送管１８を経て汚泥処理槽１２に返送し、循環処理する。こうすることによって、汚泥中の遊泳性原生動物の増殖は抑制され、揺動床１５に増殖した固着性原生動物は、汚泥中の分散化処理された汚泥フロックもしくは分散状細菌を摂食して優占化し、汚泥の削減に寄与する。
【００３６】
例えば、スキムミルクと砂糖をベースとして作成した人工下水により得られた活性汚泥を、２８ｋＨｚ、１００Ｗのホーン型超音波振動子により２０分間処理して、１〜１０μｍの大きさに分散化処理したものを餌として、別の容器で活性汚泥を馴養した結果、ツリガネムシの１種であるＥｐｉｓｔｙｌｉｓを５０，０００ｃｅｌｌ／ｍＬまで増殖させ、優占化させることができた。
【００３７】
なお、汚泥分解手段は、超音波処理装置の他には高圧噴流、爆砕装置（減圧装置）、攪拌機（ホモジナイザー）、ビーズミル破砕装置等があり、いずれを用いてもよいし、もしくは組み合わせて使用してもよい。しかし、これらの中でも超音波処理の際のキャビテーションに伴う物理的せん断力はμｍオーダーで効果的に作用させることができるため、汚泥フロックの分散化と、遊泳性原生動物の死滅化とを同時に効率よく行うことができ、他の方法に比べ優位である。
【００３８】
汚泥を好気処理すると、上記に挙げた原生動物による捕食作用のような生物分解の他、自己酸化が起こる。自己酸化は内生呼吸による有機物の消費であり、次式の反応により二酸化炭素、水、アンモニア、エネルギーを生じる。
【００３９】
（Ｃ5Ｈ7ＮＯ2）＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ＮＨ3＋エネルギー
このアンモニアは、さらに硝酸菌・亜硝酸菌により次式のような硝化反応が起き、硝酸や亜硝酸を生じる。
【００４０】
ＮＨ4+＋３／２Ｏ2→ＮＯ2-＋Ｈ2Ｏ＋２Ｈ+
ＮＯ2-＋１／２Ｏ2→ＮＯ3-
硝化反応が進行するとｐＨの低下を生じる。原生動物の至適ｐＨは６．８〜７．５であり、これを下回ると増殖速度が低下する。好気処理によりｐＨが低下するような場合には散気管１３による曝気を間欠に行い、嫌気状態下で脱窒反応を進行させればよい。
【００４１】
汚泥処理槽１２内には分離膜１９が設けられており、その透過水はポンプ２０と分離水返送管２１を経て生物処理槽４に返送される。分離膜の種類については特に限定されるものではなく、平膜型、中空糸型、スパイラル型のいずれを用いてもよい。また、分離膜１９の下方には散気管１３が設けられており、膜表面に堆積した汚泥を洗浄して膜の目詰まりを防止する。
【００４２】
（実施の形態２）
図２は本発明の他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
前述の実施の形態１と異なるのは、分離膜１９より得られた透過水はポンプ２０と分離水混合管２３を経て輸送管７に移送され、排水処理部における処理水と混合して放流する。そうすることによって生物処理槽４に新たな負荷を与えることなく、透過水を排出できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明における排水処理装置は、汚泥を高速で分解することができるため、余剰汚泥発生に伴う環境負荷の増大に対し、大きく貢献するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態の排水処理装置の構成図
【図２】本発明の他の実施形態の排水処理装置の構成図
【図３】超音波処理前の微小生物の顕微鏡写真
【図４】超音波処理後の微小生物の顕微鏡写真
【図５】従来の排水処理装置の構成図
【符号の説明】
【００４６】
１、３、５、７、８、１０、１６、１８  輸送管
２    調整槽
４    生物処理槽
６    沈殿分離槽
９、１１、２２  開閉器
１２  汚泥処理槽
１３  散気管
１４  ブロワー
１５  揺動床
１７  超音波処理装置
１９  分離膜
２０  ポンプ
２１  分離水返送管
２３  分離水混合管
【図１】
2007152310.tif 000003
【図２】
2007152310.tif 000004
【図３】
2007152310.tif 000005
【図４】
2007152310.tif 000006
【図５】
2007152310.tif 000007