(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を嫌気的に生物分解してメタンガスを生成させる嫌気性生物処理工程と、
嫌気性生物処理工程からの流出水を好気的に生物処理する好気性生物処理工程と、
好気性生物処理工程からの流出水を、処理水と汚泥とに分離する第１の固液分離工程と、
第１の固液分離工程で分離された汚泥の一部を加熱する汚泥加熱工程と、
加熱された汚泥を固形物含量の多い汚泥分と、固形物含量の少ない液分とに分離する第２の固液分離工程と、
第２の固液分離工程で分離された液分を該嫌気性生物処理工程に返送する液分返送工程とを有する有機性排水の処理方法であって、
有機性排水を前記嫌気性生物処理工程の前段で固液分離し、固液分離された液分を前記嫌気性生物処理工程に送給し、固液分離された分離汚泥を前記汚泥加熱工程に送給し、
該嫌気性生物処理工程で発生したメタンガスを該汚泥加熱工程の熱源として使用することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、し尿、産業排水、下水などの有機性排水の処理方法に係り、特に、副産物である余剰汚泥の発生を減少させ、且つエネルギー効率良く生物処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性排水の処理方法として好気性微生物を用いる活性汚泥法などの好気性生物処理法と、メタン生成菌などの嫌気性微生物による嫌気性生物処理法とがある。このうち、好気性生物処理では、有機物分解に伴って増殖する余剰菌体（汚泥）の処理・処分が大きな課題となっている。一方、メタン生成細菌などの嫌気性微生物による嫌気性生物処理であれば、有機物の菌体への転換効率が好気性生物処理と比較して小さいことから、余剰汚泥の発生量が少ないという利点があり、この方法は濃厚スラリー処理や食品排水、化学排水などの処理に利用されている。
【０００３】
しかし、嫌気性生物処理の単独処理では、放流水の水質基準を達成できないため、通常は、好気性生物処理を後段に付加するかたちで処理が行われている。この方法であれば、好気性生物処理工程からの余剰汚泥の発生量は、好気性生物処理の単独処理の場合と比較すると１／３程度に減少される。
【０００４】
図４は、このように嫌気性生物処理と好気性生物処理とを組み合せた従来の生物処理法を示す系統図である。原水槽２１の原水は嫌気槽２２で嫌気性生物処理された後、好気槽２３で好気性生物処理される。この処理液は沈殿槽２４で固液分離され、上澄水は処理水として系外へ排出され、放流されるか或いは高度処理される。沈殿槽２４で分離された汚泥は、一部が返送汚泥として好気槽２３に返送され、残部の余剰汚泥は脱水機２５にて脱水処理され、脱水ケーキは系外へ排出される。脱離液は好気槽２３（又は嫌気槽２２）に返送される。なお、嫌気槽２２で生成したメタンガスは、嫌気槽２２の加熱用ボイラ２６の熱源として利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、嫌気性生物処理と好気性生物処理とを併用することにより、余剰汚泥の発生量を低減した上で良好な水質の処理水を得ることができるが、この場合においても依然として多量の余剰汚泥が排出され、このことが、排水処理コストの高騰の原因となっている。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、嫌気性生物処理した後好気性生物処理する生物処理システムにおいて、余剰汚泥の発生量を更に低減すると共に、エネルギーの有効利用を図る有機性排水の処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性排水の処理方法は、有機性排水を嫌気的に生物分解してメタンガスを生成させる嫌気性生物処理工程と、嫌気性生物処理工程からの流出水を好気的に生物処理する好気性生物処理工程と、好気性生物処理工程からの流出水を、処理水と汚泥とに分離する第１の固液分離工程と、第１の固液分離工程で分離された汚泥の一部を加熱する汚泥加熱工程と、加熱された汚泥を固形物含量の多い汚泥分と、固形物含量の少ない液分とに分離する第２の固液分離工程と、第２の固液分離工程で分離された液分を該嫌気性生物処理工程に返送する液分返送工程とを有する有機性排水の処理方法であって、有機性排水を前記嫌気性生物処理工程の前段で固液分離し、固液分離された液分を前記嫌気性生物処理工程に送給し、固液分離された分離汚泥を前記汚泥加熱工程に送給し、該嫌気性生物処理工程で発生したメタンガスを該汚泥加熱工程の熱源として使用することを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明においては、好気性生物処理工程で発生する汚泥が加熱処理されることにより、その脱水性が改善される。このため、この加熱された汚泥を固液分離して得られる汚泥分は含水率が低く、かつその容量は大幅に低減される。
【０００９】
また、汚泥の加熱により、汚泥中の有機物の一部は加水分解作用等で可溶化する。この加熱による汚泥の可溶化と、この可溶化した有機物を含む液分、即ち、加熱された汚泥を固液分離して得られる液分の好気性生物処理を繰り返すことで汚泥容量はより一層減容化される。本発明では、この可溶化した有機物を含む液分を嫌気性生物処理工程に戻すため、嫌気槽における有機物量が増え、メタン生成量を増加させることができる。
【００１０】
また、本発明では、この汚泥の加熱処理の熱源として嫌気性生物処理工程で生成したメタンガスを利用するため、エネルギーの有効利用が図れる。しかも、加熱は分離された汚泥に対して行うことから、原水を加熱する場合に比べて、加熱対象の水容量が著しく少ないため、加熱効率が良く、嫌気性生物処理工程で生成したメタンガスで容易に所望の温度に加熱することが可能となる。
【００１１】
しかも、加熱された汚泥を固液分離して得られる温度の高い液分を嫌気性生物処理工程に戻すことで嫌気槽を加温することができ、この点からも熱の有効利用を図ることができる。この加熱効率は、図４に示す如く直接嫌気槽を加熱する従来法よりも良く、メタンガスを有効活用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、参考例を示す系統図であり、図２は本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１４】
図１に示す方法では、原水はまず嫌気槽２で嫌気性生物処理され、含有される有機物の８０〜９０％がメタンに分解される。嫌気処理水は次いで好気槽３で好気性生物処理され、残留有機物が分解される。好気処理水は第１固液分離手段４で固液分離され、上澄水は処理水として系外へ排出され、放流されるか、或いは、必要に応じて窒素、リン、色度、ＣＯＤ等を除去するための高度処理が施される。
【００１５】
第１固液分離手段４の分離汚泥の一部は返送汚泥として好気槽３の入口側に返送され、残部は加熱手段５に送給され、加熱される。この加熱手段５は、嫌気槽２で発生するメタンガスを燃料とする熱変換器７で生成した温水又はスチームで加熱が行われる。
【００１６】
加熱された汚泥は、第２固液分離手段６で固液分離され、液分は嫌気槽２の入口側に返送される。一方、汚泥分の一部は好気槽３に返送され、残部は余剰汚泥（脱水ケーキ）として系外へ排出される。
【００１７】
本発明において、嫌気処理方式は図１に示す一相式であっても良く、後掲の図３に示すような酸生成とメタン生成の二相式であっても良い。また、汚泥の保持方式もＵＡＳＢ(Upflow  Anaerobic  Sludge  Blanket；上向流嫌気性汚泥床）方式、浮遊方式等のいずれでも良い。
【００１８】
好気槽３についても、浮遊方式、固定床式、流動床式、生物膜式のいずれでも良い。好気槽が生物膜式の場合、余剰汚泥は常時排出されないが、間欠的に行う濾材層の洗浄時に洗浄排水中に汚泥が排出されるため、この汚泥に対して、本発明の汚泥加熱及び固液分離を適用することができる。
【００１９】
第１固液分離手段４としては、沈殿槽又は膜分離装置などを用いることができる。
【００２０】
加熱手段５による加熱方式は、スチーム吹込み或いはスチーム又は温水との熱交換等を採用することができる。
【００２１】
なお、この加熱手段５に熱源を供給する熱変換器７としては、嫌気槽２で発生したメタンガスを燃焼させてスチーム又は温水を製造するボイラ又はガスエンジン等を用いることができる。
【００２２】
なお、処理する原水の有機物濃度によっては、この熱変換器７において、嫌気槽２のメタンガスのみでは、加熱手段５での汚泥の加熱に必要な熱源を賄えない場合もある。この場合には、別途補助燃料を補給する。ただし、本発明では、通常の処理では、殆どの場合、嫌気槽２からのメタンガスのみで十分に汚泥の加熱を行える。
【００２３】
この加熱手段５における汚泥の加熱温度は、汚泥の脱水性の向上及び汚泥の有機物の可溶化のためには高い方が好ましい。この加熱温度が５０〜７０℃程度であれば、汚泥の脱水性を向上させる（脱水後の汚泥の含水率を低減させる）ことができる。また、加熱温度が５０℃以上であれば汚泥の有機物を可溶化することができ、８０〜１００℃であれば、この可溶化を一層促進して、生物的に易分解性の汚泥に改質することができる。従って、この加熱手段５での加熱温度は汚泥の処理目的及び加熱コスト等に応じて上記温度範囲で適宜決定する。
【００２４】
前述の如く、加熱により可溶化された汚泥の有機物は好気性生物処理により分解されるが、加熱手段５では、必ずしも汚泥の有機物をすべて可溶化する必要はなく、汚泥表面を可溶化する加熱工程と、可溶化した有機物を分解する好気性生物処理工程とを循環させることにより、汚泥の大部分或いはほぼ全量を分解することができる。特に、加熱温度を８０〜１００℃とした場合には、汚泥を循環処理することで汚泥を完全に分解し、余剰汚泥として固液分離後の汚泥分を全く排出しなくても良いようにすることもできる。
【００２５】
なお、汚泥の有機物の可溶化の程度は加熱手段５の滞留時間が長い程進行する。汚泥の循環による有機物の可溶化及び分解を効率的に行うためには、加熱手段５の滞留時間は３０分〜５時間程度とするのが好ましい。
【００２６】
加熱手段５で加熱された汚泥を固液分離する第２固液分離手段６としては、スクリュープレス、デカンター、凝集加圧浮上槽、造粒凝集槽等の汚泥の濃縮、脱水装置を用いることができる。
【００２７】
図２に示す有機排水の処理方法は、原水中に有機性ＳＳが比較的多量に含まれている場合に採用される方法であり、原水はまず、沈殿槽、浮上分離槽又はデカンター等の固液分離手段８で固液分離され、固液分離された液分について嫌気性生物処理及び好気性生物処理がなされ、分離汚泥が加熱及び固液分離処理される点が、図１に示す方法と異なり、その他は同様の構成とされている。
【００２８】
即ち、この方法において、固液分離手段８で分離された液分は、嫌気槽２、好気槽３及び第１固液分離手段４で処理され、処理水は系外へ排出される。
【００２９】
一方、固液分離手段８で分離された汚泥は加熱手段５に送給され、第１固液分離手段４の分離汚泥と共に加熱される。これにより、この汚泥についても脱水性の向上及び有機物の可溶化による減容化がなされる。
【００３０】
図２に示す方法では、排出汚泥量の減容化と共に、原水を予め固液分離して、嫌気性生物処理工程における処理を主として溶存有機物を対象とするものとすることで、処理効率の向上を図ることもできる。
【００３１】
なお、この図２に示す方法において、固液分離手段８で分離された汚泥は、好気性生物処理を施した後、加熱処理しても良い。
【００３２】
図２に示す方法は、本発明の有機排水の処理方法の実施の形態の一例であって、本発明は図示の方法に限定されるものではない。
【００３３】
例えば、原水はその全量を嫌気槽に送給せず、一部のみを嫌気槽に送給し、残部は直接好気槽に導入しても良い。
【００３４】
また、余剰汚泥の引き抜きは、後掲の図３に示す如く、好気槽から行っても良い。
【００３５】
また、汚泥の加熱時に酸を加えて汚泥の分解効率を促進することもできる。
【００３６】
このような本発明の有機排水の処理方法によれば、外部から熱源を必要とすることなく、系内で発生する熱源を有効利用して汚泥の減容化を図ることができ、条件設定によっては、系外への汚泥排出量をゼロにすることも可能である。
【００３７】
【実施例】
以下に実験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
実験例１〜３
図３に示す実験装置により、下記水質のビール工場の総合排水（水温２４〜２９℃）を原水として１０００Ｌ／ｄａｙの処理水量で処理を行った。
【００３９】
なお、実験例１〜３では同一の実験装置を用いて、後述の如く、加熱手段の加熱条件のみ変えて、各々約２ケ月ずつ処理を行った。
【００４０】
原水水質
ＣＯＤCr：１，８８０〜３，９２０ｍｇ／Ｌ
ｓＣＯＤCr：１，３１０〜３，３８０ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ5  ：９２０〜２，９２０ｍｇ／Ｌ
ＳＳ    ：１９０〜９８０ｍｇ／Ｌ
なお、熱変換器７としてはメタンガスボイラを用い、スチームを加熱手段５に供給した。嫌気槽２，好気槽３，第１固液分離手段４，加熱手段５及び第２固液分離手段６の仕様は次の通りである。
【００４１】
装置仕様
嫌気槽(UASB型メタン生成槽):300Ｌ容量（φ40cm×250cmH，ＰＶＣ製，種汚泥として
ビール排水を処理している実機から採取した汚泥約120Ｌ
を使用）
好気槽（活性汚泥曝気槽）：600Ｌ容量（□80cm×120cmH，ＰＶＣ製）
第１固液分離手段（沈殿槽）：200Ｌ容量（φ60cm×80cmＨ，ＰＶＣ製）
加熱手段（加熱槽）：100Ｌ容量（SUS製，１日１回の回分処理）
第２固液分離手段（デカンター）：スクリューデカンター(0.5〜１m3/hr)
原水を調整槽９から酸生成槽１０に定量的に送り、ここで３５℃に加温すると共に、ｐＨを６．５〜８．５に調整した後、嫌気槽（ＵＡＳＢ型メタン生成槽）２に通液した。嫌気槽１の処理水は次いで好気槽（活性汚泥曝気槽）３で嫌気性処理した後、第１固液分離手段（沈殿槽）４で固液分離し、上澄水を処理水として抜き出した。沈殿槽４の分離汚泥のうち一部（１Ｑ：原水量と等量）は嫌気槽３に返送した。第１固液分離手段４から加熱手段（加熱槽）５への汚泥引き抜き量は１日１００Ｌとし、回分操作で引き抜いた。
【００４２】
なお、この汚泥濃度は０．８％であった。
【００４３】
加熱手段５では汚泥を表１に示す温度に加熱して１時間保持し（ただし、比較例１では加熱なし）、加熱した汚泥は第２固液分離手段（デカンター）６で遠心分離により固液分離した。第２固液分離手段６で分離された液分は酸生成槽１０に返送し、固形分は好気槽３に返送した。液分と固形分との返送比は液分：固形分＝８：２（液分：８０Ｌ／ｄａｙ，固形分：２０Ｌ／ｄａｙ）であった。
【００４４】
好気槽３からは、槽内のＭＬＳＳを概ね４０００ｍｇ／Ｌに維持するように余剰汚泥の引き抜きを行った。
【００４５】
原水（調整槽出口水）、嫌気処理水（嫌気槽出口水）及び好気処理水（沈殿槽上澄水）の水質を表１に示す。
【００４６】
また、実験期間中の好気槽の条件及び余剰汚泥発生量を表２に示す。
【００４７】
更に、嫌気槽で発生したガス量及びメタンガス含有率から計算により回収可能な熱量を求めると共に、加熱手段での加熱に必要な熱量を求め、その比較結果を表３に示した。
【００４８】
【表１】
0003893654.tif 000002
【００４９】
表１より明らかなように、実験例１〜３では、嫌気処理水、好気処理水いずれも顕著な差は無い。実験例２では、ＣＯＤCr値が他の場合と比較してやや高くなっているが、ＢＯＤ5 では差がない。従って、生物分解性の有機物の分解状況はいずれの場合も同等と判断される。
【００５０】
【表２】
0003893654.tif 000003
【００５１】
表２より明らかなように、実験例３と比較して、実験例１，２は共に、好気槽内のＭＬＳＳを一定に保つために必要な引き抜き汚泥量は少なく、特に、汚泥を９０℃で加熱した実験例２では、殆ど余剰汚泥の系外への引き抜きを行わずに好気槽内のＭＬＳＳを一定に維持することができた。
【００５２】
【表３】
0003893654.tif 000004
【００５３】
表３より、嫌気槽で発生するメタンガスからの熱量で十分に汚泥の加熱を行えることが明らかである。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機排水の処理方法によれば、嫌気性生物処理と好気性生物処理とを併用する有機性排水の処理において、次の効果が奏される。
【００５５】
(1)  余剰汚泥の発生量を大幅に低減できる。
(2)  余剰汚泥或いはこれを脱水して得られる脱水ケーキの含水率を大幅に低減できる。
(3) (1)，(2)より汚泥処理コストが大幅に低減される。
(4)  嫌気性生物処理工程で発生したメタンガスを汚泥の加熱熱源とすることによりエネルギーの有効利用を図ることができ、運転コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例を示す系統図である。
【図２】  本発明の有機排水の処理方法の別の実施の形態を示す系統図である。
【図３】  実験例で用いた実験装置を示す系統図である。
【図４】  従来法を示す系統図である。
【符号の説明】
１  原水槽
２  嫌気槽
３  好気槽
４  第１固液分離手段
５  加熱手段
６  第２固液分離手段
７  熱交換器
８  固液分離手段
９  調整槽
１０  酸生成槽
【図１】
0003893654.tif 000005
【図２】
0003893654.tif 000006
【図３】
0003893654.tif 000007
【図４】
0003893654.tif 000008