(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性微生物の代謝を利用した生物反応工程、生物反応工程の後段に設ける微生物固液分離工程、および微生物固液分離工程において分離した汚泥の一部または全部に対して減容化処理を施す汚泥減容化処理工程の３種の工程を含む有機性排水の処理システムにおいて、
前記汚泥減容化処理工程を経た減容化汚泥中に含まれる有機性成分を、主にＣＨ４ガスの形態で系外に取り出す燃焼性ガス回収工程を前記汚泥減容化処理工程の後段に設け、
該減容化汚泥の一部を脱水処理工程に導入し脱水処理し、
該脱水処理により分離される脱水ろ液を燃焼性ガス回収工程に導入するとともに、
残りの該減容化汚泥を燃焼性ガス回収工程に直接導入し、
さらに燃焼性ガス回収工程において燃焼性ガスを回収した後に発生する消化汚泥を濃縮工程に導入し、
該濃縮工程により分離した分離水を該生物反応工程に導入するとともに、
該濃縮工程により濃縮した汚泥を該汚泥減容化処理工程に返送することを特徴とする汚泥の減容化処理システム。
【請求項２】
好気性微生物の代謝を利用した生物反応槽、生物反応槽の後段に設ける微生物固液分離槽、および微生物固液分離槽において分離した汚泥の一部または全部に対して減容化処理を施す汚泥減容化処理槽を有する有機性排水の処理装置において、
前記汚泥減容化処理槽を経た減容化汚泥中に含まれる有機性成分を、主にＣＨ４ガスの形態で系外に取り出す燃焼性ガス回収装置を前記汚泥減容化処理槽の後段に設け、
該汚泥減容化処理槽からの排出汚泥の一部を脱水処理するための脱水処理装置を設け、
該脱水処理装置で汚泥から分離した脱水ろ液を該燃焼性ガス回収装置に導入する配管と、
残りの排出汚泥を該燃焼性ガス回収装置に導入する配管と、
該燃焼性ガス回収装置の後段に、燃焼性ガスを回収した後に発生する消化汚泥を濃縮する濃縮機を具備し、
該濃縮機により分離した分離水を該生物反応槽に導入する配管と、
該濃縮機により濃縮した濃縮汚泥を前記汚泥減容化処理槽に導入する配管を設けたことを特徴とする汚泥の減容化処理装置。
【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、し尿処理場、または各種廃水処理施設等において、活性汚泥法に代表される微生物処理を介して有機性廃水を処理するシステムに係り、更に詳しくは有機性廃水の処理システムの処理過程において発生した余剰汚泥を減容化することにより、余剰汚泥の処理および処分に伴うコストを軽減させると共に、省エネルギー化、有用物質の回収とその効率的活用を考慮した汚泥の減容化処理システムおよび減容化処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機性廃水の処理システムにおける汚泥の減容化処理方法において、処理システム全体に対する建設費、ランニングコストおよび環境に対する影響等を総合的に考慮したシステムは非常に少なかった。
例えば、活性汚泥法において発生する余剰汚泥を減容化する手段として、嫌気性消化処理を採用する方式（ケース▲１▼、図２）では、汚泥が固形物比として約半分に減量化するものの、嫌気性消化処理により発生する消化汚泥は難脱水性で、ケーキ含水率は約８３％程度と比較的高く（嫌気性消化を行わない混合生汚泥を脱水した場合の一般的なケーキ含水率は約７５％程度である場合が多い）、湿潤ベースでのケーキ発生量が大きく、ケーキの処分費用が大きくなる。なお、図２において、４は具体的には嫌気性消化処理からなる燃焼性ガス回収工程である。
また、消化汚泥の脱水処理の前処理で添加する凝集剤の添加率は、混合生汚泥の場合と比較して２倍以上になる場合（例えば、凝集剤添加率として、混合生汚泥のＳＳに対して０．７％、消化汚泥のＳＳに対して２．０％）が多く、処理プラントのランニングコストと比較した場合に、嫌気性消化を行う場合と行わない場合の差が殆ど無いケースが多かった。
【０００３】
また、汚泥減容化の手段として、余剰汚泥に対してオゾン処理を施す方式（ケース▲２▼）では、発生する余剰汚泥量が大幅に減少し、時には余剰汚泥が発生しなかったとの報告もなされているが、オゾン製造に伴うランニングコストが非常に大きく、可溶化した汚泥中の有機成分をすべて生物反応槽において、好気性条件下において処理しているために、好気性生物反応槽におけるブロワーの動力を大幅に増加させる必要があり、コスト高となる。
その上、前記ケース▲２▼にあっては、汚泥中に含まれている有機性成分からエネルギー回収を全く行うことなく、ＣＯ2 やＨ2 Ｏの形態まで好気的分解を行うことから、ケース▲１▼の場合よりもエネルギーの消費を大きくしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の方法では処理システム全体に対する建設費、ランニングコストおよび環境に対する影響を総合的に考慮した有機性廃水の処理システムは、極めて少なかったと言うことができる。
本発明は、前項において縷々説明したように、従来の技術において採り上げられた種々の問題点を解決することを目的とする。
即ち、有機性廃水処理システムの中で発生する汚泥の減容化処理プロセスにおいて、有機性廃水中の処理対象成分の形態とその特性をできるだけ生かし、処理システム全体に対する建設費、ランニングコスト、環境に対する影響等を総合的に考慮したシステムを提案することで、汚泥減容化処理システム、延いては有機性廃水処理システム全体の高効率化、省エネルギー化、ならびに、有用物質の回収とその資源化を考慮した廃水処理システムおよび処理装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明においては以下に示す基本処理フローからなる汚泥の減容化処理システム及びこれを実施する処理装置を提示する。
（１）好気性微生物の代謝を利用した生物反応工程、生物反応工程の後段に設ける微生物固液分離工程、および微生物固液分離工程において分離した汚泥の一部または全部に対して減容化処理を施す汚泥減容化処理工程の３種の工程を含む有機性排水の処理システムにおいて、
前記汚泥減容化処理工程を経た減容化汚泥中に含まれる有機性成分を、主にＣＨ４ガスの形態で系外に取り出す燃焼性ガス回収工程を前記汚泥減容化処理工程の後段に設け、
該減容化汚泥の一部を脱水処理工程に導入し脱水処理し、
該脱水処理により分離される脱水ろ液を燃焼性ガス回収工程に導入するとともに、
残りの該減容化汚泥を燃焼性ガス回収工程に直接導入し、
さらに燃焼性ガス回収工程において燃焼性ガスを回収した後に発生する消化汚泥を濃縮工程に導入し、
該濃縮工程により分離した分離水を該生物反応工程に導入するとともに、
該濃縮工程により濃縮した汚泥を該汚泥減容化処理工程に返送することを特徴とする汚泥の減容化処理システム。
【０００６】
（２）好気性微生物の代謝を利用した生物反応槽、生物反応槽の後段に設ける微生物固液分離槽、および微生物固液分離槽において分離した汚泥の一部または全部に対して減容化処理を施す汚泥減容化処理槽を有する有機性排水の処理装置において、
前記汚泥減容化処理槽を経た減容化汚泥中に含まれる有機性成分を、主にＣＨ４ガスの形態で系外に取り出す燃焼性ガス回収装置を前記汚泥減容化処理槽の後段に設け、
該汚泥減容化処理槽からの排出汚泥の一部を脱水処理するための脱水処理装置を設け、
該脱水処理装置で汚泥から分離した脱水ろ液を該燃焼性ガス回収装置に導入する配管と、
残りの排出汚泥を該燃焼性ガス回収装置に導入する配管と、
該燃焼性ガス回収装置の後段に、燃焼性ガスを回収した後に発生する消化汚泥を濃縮する濃縮機を具備し、
該濃縮機により分離した分離水を該生物反応槽に導入する配管と、
該濃縮機により濃縮した濃縮汚泥を前記汚泥減容化処理槽に導入する配管を設けたことを特徴とする汚泥の減容化処理装置。
【０００８】
即ち、前記汚泥減容化処理工程を経た減容化汚泥中に含まれる有機性成分を主にＣＨ4 ガスの形態で系外に取り出す燃焼性ガス回収工程を、前記汚泥減容化処理工程の後段に設けて、可溶化された汚泥中からＣＨ4 ガス等の有用な燃焼性ガスを回収し、該ガスの燃焼エネルギーを活用することにより、前記汚泥減容化処理工程において使用する熱源及び／又は動力源の一部または全部とし、熱源及び／又は動力コストの軽減、および汚泥発生量の軽減を同時に行うシステムを提供するものである。
【０００９】
また、前記燃焼性ガス回収工程において、ＣＨ4 ガスを回収した後の残渣汚泥の一部または全部を汚泥減容化処理工程に返送することにより、さらにシステム全体から発生する汚泥量を軽減、または発生させないことが可能となる。
前記汚泥減容化処理工程の方式としては、酸化剤、酸性剤またはアルカリ剤等の添加、または、オゾン処理、破砕処理、加熱処理、加圧処理の内、少なくとも１種の処理を使用することにより、効率よく汚泥の減容化が進行する。破砕処理ではボールミルを用いるのが好ましい。
これらの減容化処理方式の組み合わせは、処理対象成分、目標水質レベルおよび処理施設の環境条件により、最も適した方式を選択することが望ましい。
また、燃焼性ガス回収工程の方式としては、前記減容化汚泥を嫌気的条件下に置くことにより、酸発酵およびメタン発酵を行う汚泥中の嫌気性微生物の代謝を作用を促進させて、ＣＨ４ガス等を発生させ、ＣＨ４ガス等を回収する方法が簡単かつ効果的な方式として望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に基づく実験装置を組み込んだ全体の流れを示す。燃焼性ガス回収工程は、前記減容化汚泥を嫌気的条件下に置くことにより、酸発酵およびメタン発酵を行う汚泥中の嫌気性微生物の代謝を作用を促進させて、ＣＨ4 ガス等を発生させる装置を使用し、ＣＨ4 ガス等を回収する手段を採用した。
【００１１】
【実施例】
実施例
次に、本発明を実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の一例（「本発明法」という）について詳細に説明する。図１に実験プラントのフローを示す。
本発明法では、実際の下水処理場に流入する汚水の一部を実験プラントに流入させて連続的に３ケ月運転を行った。実験プラントは設計処理量５００リットル／ｄとした。好気性微生物の代謝を利用した生物反応工程１は、最初沈殿池を持たない滞留時間８時間の活性汚泥処理法を採用した。微生物固液分離工程２は、一般的な重力沈降分離方式の沈殿槽を使用した。本処理場の原水と活性汚泥の性状分析結果及び事前に行った減容化回分試験結果から判断して、実験プラントの汚泥減容化処理フローを以下のようにした。
【００１２】
余剰汚泥２１を遠心濃縮機８により約４％まで濃縮し、濃縮余剰汚泥８１の９０％を加熱・加圧処理機３に送り可溶化し、その可溶化汚泥３１を燃焼性ガス回収工程４に送る。濃縮余剰汚泥８１の残り１０％は可溶化しないでバイパス管を通じて燃焼性ガス回収工程４に送る。加熱・加圧処理機３により可溶化した汚泥の一部３１は、遠心分離型脱水装置５により無薬注で脱水処理し、脱水ケーキ５１を系外に排出する。
燃焼性ガス回収工程４は嫌気性微生物の代謝利用した方式を採用しており、酸発酵槽、メタン発酵槽、及び燃焼性ガス濃縮装置の３つで構成されている（図示しない）。燃焼性ガス回収工程４において処理された消化汚泥４１は全量加圧浮上濃縮機６により濃縮された後、濃縮消化汚泥６１は加熱・加圧処理機３に返送され、消化汚泥分離水６２は、生物反応工程１に戻る。また、燃焼性ガス回収工程４において回収されたＣＨ4 ガス等は、ガス発電装置７により熱エネルギーと電気エネルギーに変換してエネルギーを回収し、加熱・加圧処理機３と加圧浮上濃縮機６の熱源及び動力源として利用した。
一方、対照系として、従来法である嫌気性消化による汚泥の減容化処理方式を採用した実験プラントにおいて、本発明法で使用した原水と同一のものを使用して連続実験を行った。従来法の水処理系は本発明法と同一のものを使用した。
【００１３】
（実験結果）
第１表に、本発明法と従来法の処理性能を示す。表中の数値は、３ケ月の運転成績の平均値として表記した。
一般的に、汚泥処理プラントのランニングコストの内、汚泥処理費、凝集剤、プラント運転用電力費の３つで全体の８０％を占める場合が大きい。本発明法は、従来法と比較して、発生余剰汚泥量としてはほとんど差がないものの、脱水ケーキ発生量は乾燥重量ベースで２７．１ｇ−ＤＳ／ｄと、従来法の５７．４ｇ−ＤＳ／ｄより３０．３ｇ−ＤＳ／ｄ小さい。これは、本発明法が加熱・加圧処理と嫌気性消化処理を組み合わせて効率良く汚泥を減量化することができるためである。
汚泥減容化率は、従来法４５．５％に対して本発明法７５．６％であり、本発明法の方が３０．６ポイント高くなった。脱水ケーキ含水率は、従来法８３．８％に対して本発明法６８．６％と１５．２ポイント本発明法の方が低く、その分ウエットベースでのケーキ発生量は少なくなった。ウエットベースのケーキ発生量は、従来法が３５４ｇ／ｄであるのに対して、本発明法が１２８ｇ／ｄで、ほぼ１／４に減量化できた。
【００１４】
凝集剤は、従来法０．７８ｇ／ｄに対して、本発明法０．１６ｇ／ｄで、本発明法は従来法の１／５以下となった。本発明法での脱水ケーキ含水率が非常に低く、凝集剤使用量が非常に少ない理由は、加熱加圧処理により、汚泥中の蛋白質やコロイド成分が変化したことによるものと考えられる。ＣＨ4 発生量は、従来法が２１．７リットル／ｄで、本発明法が３５．０リットル／ｄで、本発明法の方が１３．３リットル／ｄ大きかった。これは、本発明法のプロセスにおいて、汚泥の減容化効率が高い分汚泥中の有機成分の多くがＣＨ4 に変換されたためである。
以上の結果から、本発明法の方が従来法よりもはるかに汚泥の減容化効率が高く、ランニングコストが大幅に低下することがわかる。
【００１５】
【表１】
0003958504.tif 000002
【００１６】
【発明の効果】
本発明においては、燃焼ガス回収工程において回収したＣＨ4 ガス等を燃焼させることによりエネルギーを回収して、加熱・加圧処理機の熱源やボールミル破砕機等の動力源として利用できるので、省エネルギー化をもたらし、また、余剰汚泥の減容化を可能にすることから、これが処分に要するコストを軽減するので、この種処理にあって極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実験装置を組み込んだ全体の流れを示す。
【図２】従来の汚泥減容化処理の全体の流れを示す。
【符号の説明】
１    生物反応工程
２    微生物固液分離工程
２１  余剰汚泥
２２  返送汚泥
３    加熱・加圧処理機
３１  可溶化汚泥
４    燃焼性ガス回収工程
４１  消化汚泥
４２  燃焼性ガス
５    遠心分離型脱水装置
５１  脱水ケーキ
５２  脱水ろ液
６    加圧浮上濃縮機
６１  濃縮消化汚泥
６２  消化汚泥分離水
７    ガス発電装置
７１  回収エネルギー
８    遠心濃縮機
８１  濃縮余剰汚泥
８２  余剰汚泥分離水
【図１】
0003958504.tif 000003
【図２】
0003958504.tif 000004