(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排液を、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下にメタン発酵処理する嫌気性処理手段を備える嫌気性処理装置であって、該嫌気性処理手段は、有機性排液が導入される第１の嫌気性消化槽と、該第１の嫌気性消化槽の流出液が導入される第２の嫌気性消化槽と、該第２の嫌気性消化槽の流出液を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で分離された汚泥を前記第１の嫌気性消化槽に返送する汚泥返送手段とを備える有機性排液の嫌気性処理装置において、
該第２の嫌気性消化槽から消化汚泥を引き抜いて易生物分解性に改質する改質手段と、該改質手段で改質した消化汚泥を、前記第１の嫌気性消化槽に返送する返送手段とを備えることを特徴とする有機性排液の嫌気性処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記固液分離手段に流入する前記第２の嫌気性消化槽の流出液に凝集剤を添加する手段を備えることを特徴とする有機性排液の嫌気性処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性排液の嫌気性処理装置に係り、特に、有機性汚泥、し尿等の有機性排液を、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下でメタン発酵により処理するに当たり、発生する嫌気性消化汚泥を効果的に減容化することができる嫌気性処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性汚泥、し尿、食品排水等のスラリー状の高濃度有機性排液を嫌気性微生物の存在下にメタン発酵することにより処理する嫌気性処理方法は、嫌気性消化法とも呼ばれ、古くから行われている方法である。
【０００３】
このような嫌気性消化処理においては、未分解物質及び嫌気性微生物を主体とする汚泥（消化汚泥）が生成する。従来、この消化汚泥は、機械脱水した後、焼却、埋立等により処理されている。
【０００４】
嫌気性消化処理により生成する汚泥を減容化する装置として、特開平９−２０６７８５号公報には、消化汚泥をオゾン処理により改質した後、この改質汚泥を嫌気性処理槽に返送する嫌気性処理装置が記載されている。この装置は、消化汚泥をオゾン処理して易生物分解性に改質した後、嫌気性処理槽に戻して嫌気性微生物の基質として更に分解するものであり、汚泥の減容化に有効な装置である。
【０００５】
ところで、下水汚泥等の嫌気性処理においては、嫌気性処理槽を発酵槽と脱離液分離槽との二槽に分けて、各槽において酸生成相とメタン生成相を並列的に生起させる一相式で二段処理する方法（二槽一相式）があるが、この方法において、消化汚泥を効果的に改質して減容化する技術については検討がなされていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、嫌気性処理槽を発酵槽と脱離液分離槽との二槽に分けて、各槽において、酸生成相とメタン生成相を並列的に生起させる二槽一相式の嫌気性処理装置において、改質に要するオゾンの必要量を削減した上で、消化汚泥を効率的に改質して大幅に減容化することができる有機性排液の嫌気性処理装置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】
本発明の有機性排液の嫌気性処理装置は、有機性排液を、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下にメタン発酵処理する嫌気性処理手段を備える嫌気性処理装置であって、該嫌気性処理手段は、有機性排液が導入される第１の嫌気性消化槽と、該第１の嫌気性消化槽の流出液が導入される第２の嫌気性消化槽と、該第２の嫌気性消化槽の流出液を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で分離された汚泥を前記第１の嫌気性消化槽に返送する汚泥返送手段とを備える有機性排液の嫌気性処理装置において、該第２の嫌気性消化槽から消化汚泥を引き抜いて易生物分解性に改質する改質手段と、該改質手段で改質した消化汚泥を、前記第１の嫌気性消化槽に返送する返送手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、嫌気性処理槽を第１の嫌気性消化槽と第２の嫌気性消化槽との二槽に分けて二段処理する場合に、後段の第２の嫌気性消化槽から引き抜いた汚泥を改質して、前段の第１の嫌気性消化槽に返送するため、有機性排液及び改質汚泥中の有機成分の嫌気性微生物による分解に要する時間を長くすることができ、これにより改質すべき固形物量を低減することができる。このため、改質手段の負荷が軽減され、例えばオゾン処理により改質を行う場合、改質に要するオゾンの必要量を少なくすることができる。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１は本発明の有機性排液の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１１】
この嫌気性処理装置は、第１の嫌気性消化槽としての発酵槽１と、第２の嫌気性消化槽としての脱離液分離槽２と、固液分離手段としての遠心分離装置３と、凝集剤添加用の凝集剤溶解槽４と、改質手段としてのオゾン処理槽５と、該オゾン処理槽５にオゾンを供給するオゾン発生器６等を備えている。１Ａ，４Ａ，５Ａは撹拌機である。
【００１２】
この嫌気性処理装置では、発酵槽１に被処理液路１１から有機性排液（原水）を導入する。そして、返送汚泥路１２を通して遠心分離装置３から返送される返送汚泥、オゾン処理槽５から改質汚泥返送路１３を通して返送される改質汚泥及び発酵槽１内の嫌気性微生物を含む汚泥と該原水とを撹拌機１Ａにより緩やかに攪拌混合しながら嫌気性消化処理を行う。ここで行われる嫌気性消化処理により、原水中の有機物は酸生成菌及びメタン生成菌により分解される。生成するメタンガスを含む消化ガスは排ガス路１４から排出される。
【００１３】
発酵槽１内の嫌気性処理汚泥（消化汚泥）は移送路１５から第２の嫌気性処理槽としての脱離液分離槽２に導入され、更に嫌気性消化処理され、有機物は酸生成菌及びメタン生成菌により分解され、生成するメタンガスを含む消化ガスは排ガス路１６から排出される。
【００１４】
脱離液分離槽２内の消化汚泥はポンプ等の移送手段（図示せず）により移送路１７から遠心分離装置３に導入されるが、その間に凝集剤注入管１８を介して凝集剤溶解槽４から導入される凝集剤（有機高分子凝集剤）と混合され、凝集処理される。脱離液分離槽２の脱離液は排出路１７Ａよりオーバーフローで排出される。
【００１５】
遠心分離装置３では、移送路１７から導入された凝集汚泥が固形分（分離汚泥）と分離液とに固液分離され、分離液は処理液として処理液路１９から系外に排出される。固形分（分離汚泥）は、必要に応じて一部が余剰汚泥取出路２０から系外へ排出され、残部は返送汚泥として返送汚泥路１２より発酵槽１に返送される。
【００１６】
本発明では、第２の嫌気性消化槽である脱離液分離槽２から汚泥引抜路２１を通して消化汚泥を引き抜き、引き抜いた汚泥をオゾン処理槽５に導入する。
【００１７】
オゾン処理槽５は、脱離液分離槽２からの消化汚泥に、オゾン注入管２２よりオゾン発生器６のオゾンを吹き込んで撹拌機５Ａで撹拌混合することにより接触させてオゾン処理するように構成されている。ここで行われるオゾン処理により、消化汚泥中の有機物は易生物分解性に改質される。改質汚泥は改質汚泥返送路１３から発酵槽１に送られる。この改質汚泥中にはオゾン処理槽５で改質された易生物分解性の固形分が含まれているため、この固形分が発酵槽１及び脱離液分離槽２で消化され、処理系から生じる余剰汚泥量が減容化される。
【００１８】
本発明において処理対象となる有機性排液は、嫌気性処理によって処理される有機物を含有する排液（汚泥を含む）であり、固形分を含むスラリー状のものでも、固形分を含まない液状のものでもよい。また、難生物分解性の有機物、無機物、セルロース、紙、綿、ウール、布、し尿中の固形物などが含有されていてもよい。このような有機性排液としては下水、下水初沈汚泥、し尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿、食品工場排水、ビール廃酵母、その他の産業排液、これらの排液を処理した際に生じる余剰汚泥等の汚泥が挙げられる。
【００１９】
第１の嫌気性消化槽としての発酵槽１及び第２の嫌気性消化槽としての脱離液分離槽２は、嫌気性微生物を含む汚泥の存在下に、このような有機性排液をメタン発酵させる槽である。即ち、本発明の嫌気性処理装置では、嫌気性処理槽を直列の二槽で構成している。発酵槽１では槽内の撹拌、加温を行い、前記有機性排液と嫌気性微生物を含む汚泥とを効率良く接触させ、有機成分を液化→低分子化→有機酸生成→メタン生成のステップによりメタンガスに転換する。発酵槽１の後段の脱離液分離槽２は必ずしも槽内の撹拌、加温の必要はない。有機性排液と嫌気性微生物を含む汚泥は前記発酵槽１において充分に混合されており、また、発酵槽１で加温された温度の高い状態で流入するため、脱離液分離槽２においても充分にメタン発酵は進み、発酵槽１において除去されなかった有機成分が液化→低分子化→有機酸生成→メタン生成のステップによりメタンガスに転換される。
【００２０】
なお、第２の嫌気性消化槽は、脱離液を分離することなく、発酵槽１と同様に槽内の撹拌を行うものであっても良い。
【００２１】
メタン発酵の条件としては、３５℃付近に最適温度がある中温メタン生成菌、及び５５℃付近に最適温度を有する高温メタン生成菌が増殖するいずれの温度条件も採用可能である。中温メタン生成菌は増殖が遅いため滞留時間（ＳＲＴ）を長くする、即ち、嫌気性処理槽（発酵槽１及び脱離液分離槽２）の容量を大きくする必要があるが、比較的低温での処理が可能なため加温及び保温のための設備が簡単になる。これに対し高温メタン生成菌の場合は加温及び保温の設備が必要になるが、増殖が速いため滞留時間が短くてよく、嫌気性処理槽の容量を小さくすることができるという利点がある。
【００２２】
中温メタン生成菌を主体とする場合は嫌気性処理槽での汚泥の滞留時間は、発酵槽１及び脱離液分離槽２の各々について５日以上、好ましくは１０〜２０日程度必要である。これに対して高温メタン生成菌を主体とする場合は上記範囲よりも短い滞留時間（例えば発酵槽１及び脱離液分離槽２の各々について２日以上）とすることが可能である。
【００２３】
嫌気性処理槽の有機物負荷は０．５〜２．０ｋｇ−ＶＳＳ／ｍ３・日、嫌気性処理槽内のＭＬＳＳ濃度は５，０００〜１００，０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは２０，０００〜６０，０００ｍｇ／Ｌ、温度は３０〜３８℃又は４５〜６０℃の条件とすることが好ましい。
【００２４】
嫌気性処理槽には固液分離手段を設けて、消化汚泥を固液分離し、分離液を処理液として排出すると共に、分離された濃縮汚泥を嫌気性処理槽に返送する。この固液分離手段としては図１に示す遠心分離装置の他、浮上分離装置、沈殿槽、膜分離装置などを用いることができる。
【００２５】
この固液分離手段による固液分離に際しては、凝集剤を添加して消化汚泥を凝集させることによって良好な固液分離が行われ、清澄な分離液が得られると共に、固形分の系外流出を抑えて汚泥の減容化効果を高めることができる。
【００２６】
凝集剤としては、有機系、無機系のいずれのものを用いてもよいが、添加量が少なくてよいことから有機系の有機高分子凝集剤、特に両性有機高分子凝集剤（両性ポリマー）が好ましい。
【００２７】
両性ポリマーであれば、カチオン部とアニオン部が共存しており、カチオン部が汚泥粘質物の荷電中和を行い、アニオン部はカチオン部と反応して見掛けの高分子鎖を大きくして汚泥粒子を結びつける働きを強化するため、消化汚泥のように無機成分の多い汚泥に特に有効に働き、良好な固液分離が行われる。
【００２８】
使用する両性ポリマーは、カチオン性モノマーとアニオン性モノマーとの共重合により、或いは、必要に応じて、更にノニオン性モノマーを共重合させることにより製造することができる。
【００２９】
ここで、カチオン性モノマーとしては、例えばジメチルアミノメチルアクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノ−２−ヒドロキシプロピルアクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノメチルアクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノプロピルアクリレート又はメタクリレート、ジエチルアミノ−２−ヒドロキシアクリレート又はメタクリレート、ジメチルアミノメチルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジメチルアミノ−２−ヒドロキシプロピルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノメチルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノエチルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノプロピルアクリルアミド又はメタクリルアミド、ジエチルアミノ−２−ヒドロキシプロピルアクリルアミド又はメタクリルアミドなどの第三級塩や四級化物などが挙げられる。第三級塩に用いられる酸としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、酢酸などが挙げられ、一方、四級化剤としては、例えば塩化メチル、ヨウ化メチル、塩化ベンジル、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸、塩化エチル、ヨウ化エチルなどが挙げられる。これらのカチオン性モノマーは１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
また、アニオン性モノマーとしては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸（α−エチルアクリル酸）などの不飽和カルボン酸及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、さらにはビニルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びそのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられる。これらのアニオン性モノマーは１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
また、ノニオン性モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジメチルメタクリルアミドなどのビニル基含有アミド類、アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどのシアン化ビニル系化合物、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどの（メタ）アクリル酸のアルキルエステル類、酢酸ビニルなどのカルボン酸のビニルエステル類、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物などが挙げられる。これらのノニオン性モノマーは１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
両性ポリマーは０．０５〜０．５重量％、特に０．２重量％程度の濃度に溶解して添加するのが好ましく、その添加量は、脱離液分離槽２の流出液のＳＳに対して、０．２〜１．５重量％、特に０．４〜１．０重量％とするのが好ましい。
【００３３】
両性ポリマー等の凝集剤は、図１に示す如く、脱離液分離槽２から遠心分離装置３等の固液分離手段に流出液を移送する移送路１７に供給して混合してもよく、遠心分離装置３その他の固液分離手段に供給して装置内部で混合しても良い。また、脱離液分離槽２と遠心分離装置３等の固液分離手段との間に脱離液分離槽２の流出液と凝集剤とを混合して凝集させる混合槽を設けても良い。
【００３４】
遠心分離装置３で固液分離して得られる分離液は処理液としてそのまま下水等へ放流することもできるが、好気性生物処理、その他の後処理を行った後放流してもよい。また、分離汚泥の一部は、嫌気性処理槽での無機成分や難生物分解性有機成分の蓄積を防ぐために図１に示す如く、余剰汚泥として系外へ排出し、脱水、焼却、埋立等の処分を行っても良い。
【００３５】
オゾン処理槽５は、脱離液分離槽２から引き抜いた消化汚泥をオゾン処理によって改質する槽である。オゾン処理はこの消化汚泥をオゾンと接触させることにより行う。
【００３６】
オゾンとの接触方法としては、オゾン処理槽５に消化汚泥を導入してオゾンを吹き込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。
【００３７】
オゾンとしてはオゾン含有ガスの他、オゾン含有水などが使用でき、オゾンの使用量は通常０．０１〜０．０８ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．０２〜０．０５ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳである。
【００３８】
このようなオゾン処理を行うことにより、消化汚泥中の菌体は死滅し、その他の有機物と共に易生物分解性に改質される。このようにして易生物分解性に改質された汚泥を発酵槽１に返送することによって、これら易生物分解成分が発酵槽１及び脱離液分離槽２で消化され、処理系から生じる余剰汚泥が減容化する。
【００３９】
脱離液分離槽２から引き抜いてオゾン処理等により改質する消化汚泥の量は汚泥の減容効果を確保するため、消化汚泥中に含まれる固形物（ＶＳＳ）の量として、発酵槽１へ導入される固形物（ＶＳＳ）量の１／３〜５倍、好ましくは１／２〜３倍に相当する量とするのが好ましい。また、一日当たりにオゾン処理等で改質する消化汚泥の量は嫌気性処理槽（即ち、発酵槽１と脱離液分離槽２）の全保有汚泥量の１／５〜１／５０に相当する量とするのが好ましい。一日当たりのオゾン処理等の改質量を上記の量にすることにより、嫌気性消化処理に必要な微生物量を嫌気性処理槽内に保持することができ、嫌気性消化処理の効率を高く保つことができる。
【００４０】
なお、汚泥の改質手段としては、オゾン処理槽の他、過酸化水素等の酸化力の強い酸化剤や、酸、アルカリなどによる化学的処理、ミルによる磨砕のような物理的処理、熱的処理のいずれであっても良い。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４２】
実施例１
下水処理場より採取した消化汚泥（ＶＳＳ濃度１５，０００ｍｇ／Ｌ）を種汚泥として、下水処理場より採取した混合生汚泥（ＶＳＳ濃度２８，０００ｍｇ／Ｌ）を図１の嫌気性処理装置により２０Ｌ／ｄａｙの処理量で６ヶ月間処理を行った。
【００４３】
嫌気性処理槽の処理条件は次の通りとした。
【００４４】
［嫌気性処理槽の処理条件］
嫌気性処理槽容量：発酵槽及び脱離液分離槽各々３００Ｌ、合計６００Ｌ
有機物負荷量：０．９３ｋｇ−ＶＳＳ／ｍ３・ｄａｙ
水理学的滞留時間：発酵槽及び脱離液分離槽各々１５日、合計３０日
温度：発酵槽及び脱離液分離槽ともに３５℃
【００４５】
脱離液分離槽２からは２０Ｌ／ｄａｙの割合で消化汚泥を引き抜き、オゾン処理槽で改質処理した後発酵槽に返送した。オゾン使用量は０．０４ｋｇ−Ｏ３／ｇ−ＴＳＳとした。１日あたりのこの汚泥引抜量は、嫌気性処理槽の全保有汚泥量の１／３０に相当する量である。
【００４６】
脱離液分離槽２の流出液には、両性ポリマー（ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド四級塩とシメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド四級塩とアクリルアミドとアクリル酸とのモル比２５：５：６０：１０の共重合物）を流出液のＳＳあたり０．８％となるように添加した後、遠心分離装置３で固液分離して、分離液２８Ｌ／ｄａｙを処理水として系外へ排出した。一方、遠心分離装置３の分離汚泥は発酵槽１に返送した。
【００４７】
処理開始後３ヶ月以降、嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度はほぼ一定となり、約９８％のＶＳＳ減量率が得られた。このときの嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度、改質に要したオゾン使用量と処理液水質を表１に示す。
【００４８】
比較例１
図２に示す如く、発酵槽１から引き抜いた汚泥をオゾン処理して改質した後発酵槽１に戻したこと以外は実施例１と同様の条件で同様に６ヶ月間処理を行った。
【００４９】
この比較例１でも、処理開始後３ヶ月以降、嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度はほぼ一定となり、約９８％のＶＳＳ減量率が得られた。このときの嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度、改質に要したオゾン使用量と処理液水質を表１に示す。
【００５０】
なお、図２において、図１に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００５１】
比較例２
図３に示す如く、発酵槽１から引き抜いた汚泥をオゾン処理して改質した後脱離液分離槽２に送給したこと以外は実施例１と同様の条件で同様に６ヶ月間処理を行った。
【００５２】
この比較例２でも、処理開始後３ヶ月以降、嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度はほぼ一定となり、約９８％のＶＳＳ減量率が得られた。このときの嫌気性処理槽内のＶＳＳ濃度、改質に要したオゾン使用量と処理水水質を表１に示す。
【００５３】
なお、図３において、図１に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００５４】
【表１】
0003963110.tif 000002
【００５５】
表１より、実施例１では、比較例１，２と等しいＶＳＳ減量率９８％と処理水水質を得ながら、オゾン使用量を比較例１の６３％、比較例２の７８％に削減できることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、発酵槽と脱離液分離槽の二槽に分けて二段嫌気性処理する嫌気性処理装置において、汚泥を効果的に改質し、汚泥の改質に要する負荷、例えばオゾンの必要量を削減した上で汚泥を大幅に減容化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性排液の嫌気性処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】比較例１で用いた嫌気性処理装置を示す系統図である。
【図３】比較例２で用いた嫌気性処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  発酵槽
２  脱離液分離槽
３  遠心分離装置
４  凝集剤溶解槽
５  オゾン処理槽
６  オゾン発生器
【図１】
0003963110.tif 000003
【図２】
0003963110.tif 000004
【図３】
0003963110.tif 000005