(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈殿工程、濃縮工程及び消化工程を備えてなる下水処理方法において、濃縮工程の際又はその前に硫酸系鉄塩を添加して、その際、消化工程前の濃縮汚泥中で上記鉄塩添加により増加した３価鉄の濃度と硫酸根濃度の比が１．３以上となるように調整されることを特徴とする下水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理施設等で発生する硫化水素の量を抑制し、実質的に硫化水素の発生を抑え込む方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排水処理施設等において、硫化水素による不快な臭気の発生や機械設備等の腐食が問題となっている。特に腐食については、施設機能に支障が生じ、また補修にも多大な費用を生じるため、その対策が排水処理施設等では重要な課題となっている。
【０００３】
排水処理施設における硫化水素の発生原因には、家庭汚水に硫黄を含有する界面活性剤や硫酸等を高濃度に含む事業場排水が流入したり、ポンプの定水位運転、流入過少及びポンプ場経由の汚水圧送等により、施設の構造上汚泥が溜りやすい場所ができ、嫌気状態となることなどが考えられる。
【０００４】
このような硫化水素の発生を抑制するにあたり、鉄塩を硫化水素と反応させて硫化鉄を形成させ、もって硫化水素を除去する公知技術が考慮される。鉄塩としては、塩化第１鉄、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２鉄等が知られているが、２価の鉄を含む鉄塩は溶解度が大きく排水中に溶出してしまうので、硫化水素除去に利用されない。また塩化第２鉄は、ｐＨ低下が大きくまた腐食性も大きいために設備等を痛めやすいことから、最近では硫酸系の鉄塩を用いるケースが多くなっている。
【０００５】
硫酸系鉄塩の中でも例えば特公昭５１−１７５１６号公報などで製法の知られたポリ硫酸第２鉄は、主に脱水の助剤や凝集剤として硫化水素発生の抑制に用いられているが、水酸基を含みｐＨ低下が少なく、塩素を含まず腐食性の危惧も少ないので、流入下水や汚泥処理返流水に添加して用いられている。例えば下水道協会誌 Vol.31、No.374、1994/9 で報告された例では、ポリ硫酸第２鉄を各ポンプ場、流入分配槽及び濃縮タンクのいずれかで添加することを検討し、消化ガス等の硫化水素の発生を抑制でき、添加のための設備が容易にできることを考慮して、最初沈殿池前の流入分配槽に添加することが述べられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排水処理施設における硫化水素発生の効率的な抑制効果を考えると、濃縮工程での、あるいはその前での添加が適当である。また硫酸系の鉄塩を用いる場合、無酸素な状態、即ち、嫌気性になると硫酸還元菌の作用によって硫酸イオンが分解して逆に硫化水素を発生してしまうが、どの程度の硫酸根が混入した場合に硫化水素の発生が助長されるのか、または抑制されるのかは不明である。また硫酸根及び鉄分が消化槽に混入することにより、どの程度消化工程へ影響を及ぼすのか不明であり、安心して硫酸系鉄塩を用いることができない。
【０００７】
そこで本発明は、下水処理施設において硫化水素発生抑制剤として硫酸系鉄塩を用いる場合に硫化水素の発生が効果的に抑制され、汚泥消化工程に悪影響を及ぼすことのない、下水処理方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明にしたがい、沈殿工程、濃縮工程及び消化工程を備えてなる下水処理方法において、濃縮工程の際又はその前に硫酸系鉄塩を添加して、その際、消化工程前の濃縮汚泥中で上記鉄塩添加により増加した３価鉄濃度と硫酸根濃度の比が１．３以上となるように調整されることで解決する。硫酸系鉄塩としては、硫酸第２鉄の他、ポリ硫酸第２鉄がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
一般的な汚水処理は、集められた下水を最初沈殿池で沈殿汚泥と上澄み液に分け、上澄み液に対してエアレーションと沈殿を繰り返すことで余剰汚泥を取り出し、余剰汚泥取り出し後の液を放流する一方、最初沈殿汚泥及び余剰汚泥を濃縮し、その濃縮汚泥や余剰汚泥を消化し、しかる後に脱水し、脱水ケーキを取り出し、脱水ろ液を濃縮分離液や消化脱離液と共に返流水として処理プロセスの始めに戻すようになっている。
【００１０】
硫酸系鉄塩を用いて消化工程における硫化水素の発生を抑制する場合、その添加位置や濃縮の程度によって効果が異なることが予想される。これは、硫酸系鉄塩を添加することで増加する全鉄と硫酸根との量の比が添加位置や濃縮の程度によって異なるからである。例えば濃縮済み汚泥に、硫酸根濃度３６０ｇ／リットル、全鉄濃度１６０ｇ／リットルのポリ硫酸第２鉄溶液を直接添加すると、添加によって増加した全鉄と硫酸根の比は、単純に当該溶液中の全鉄と硫酸根の濃度比たる０．４４となる。なお、ポリ硫酸第２鉄は
【００１１】
【化１】
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【００１２】
の一般式で表され、鉄イオンは全て３価鉄であるため、添加により増加する全鉄量は３価鉄の増加量と同一である。一方、濃縮工程の際又はその前に硫酸系鉄塩を添加すると、濃縮工程において全鉄は濃縮汚泥に蓄積するのに対して、硫酸根は濃縮分離液中に溶在して上澄液として返流水に逃げるので、濃縮を行えば行うほど、硫酸系鉄塩を添加することで増加する全鉄と硫酸根の濃度比の値は大きくなる。本発明では、この値に注目し、当該値が１．３以上であれば消化工程での硫化水素の発生を抑制する効果が高いことを見出した。また濃縮工程の際又はその前に硫酸系鉄塩を添加すると濃縮槽越流水の硫化水素の抑制も可能となる。
【００１３】
消化工程の前後においてＶＳＳ、ｐＨの変化を調査した結果、硫酸系鉄塩を添加しても消化工程に悪影響を及ぼさないことが明らかになった。即ち、消化工程が順調に行われ、ＶＳＳの値が低下した。本発明において、消化前の汚泥に硫酸系鉄塩を添加して増加した全鉄と硫酸根の濃度の比を変え、消化してもＶＳＳの低下に違いが認められなかった。
【００１４】
消化が順調に行なわれるとｐＨは８．０前後になるが、本発明において、消化前の汚泥に硫酸系鉄塩を添加し増加する全鉄と硫酸根の濃度の比を変えて消化しても、消化後のｐＨに変化は認められなかった。
【００１５】
【実施例】
実施例 １
宮城県仙塩流域下水道の下水処理場の最初沈殿引抜汚泥、即ち、生汚泥をメスシリンダーに１リットル採取し、そこにポリ硫酸第２鉄溶液（硫酸根濃度３６０ｇ／リットル、全鉄濃度１６０ｇ／リットル）を５００ｍｇ添加し、２４時間静置した。その結果、汚泥の懸濁物質（以下ＳＳという）は、メスシリンダー１００ｍｌの目盛以下に沈殿した。上澄みの９００ｍｌを捨て、残りの１００ｍｌを濃縮汚泥▲１▼とした。即ち、この濃縮汚泥▲１▼は、ポリ硫酸第２鉄溶液を５００ｍｇ／リットル添加した生汚泥を１／１０量に濃縮したものである。
【００１６】
同様の操作をして、上澄みの７００ｍｌを捨て、残りの３００ｍｌを撹拌して均等に混ぜたものを濃縮汚泥▲２▼とした。即ち、濃縮汚泥▲２▼は、ポリ硫酸第２鉄溶液を５００ｍｇ／リットル添加した生汚泥を３／１０量に濃縮したものである。同様の操作をして、上澄みの５００ｍｌを捨て、残りの５００ｍｌを撹拌して均等に混ぜたものを濃縮汚泥▲３▼とした。即ち、濃縮汚泥▲３▼は、ポリ硫酸第２鉄溶液を５００ｍｇ／リットル添加した生汚泥を１／２量に濃縮したものである。
【００１７】
ポリ硫酸第２鉄を添加しない他は、濃縮汚泥▲１▼の調製と同様の操作をして得た汚泥を濃縮汚泥▲４▼とした。即ち、濃縮汚泥▲４▼は、生汚泥を１／１０量に濃縮したものである。また濃縮汚泥▲４▼にポリ硫酸第２鉄溶液を１０００ｍｇ／リットル添加したものを濃縮汚泥▲５▼とした。即ち、濃縮汚泥▲５▼は、生汚泥を１／１０量に濃縮後、ポリ硫酸第２鉄溶液を１０００ｍｇ／リットル添加したものである。
【００１８】
これら濃縮汚泥各１００ｍｌに、上記生汚泥と同じ出所たる下水処理場の消化汚泥１００ｍｌを混合し、５００ｍｌの三角フラスコに入れた。その時の汚泥中の硫酸根濃度、全鉄濃度及び汚泥の性状を表１に示す。またポリ硫酸第２鉄溶液起因の全鉄と硫酸根の濃度比も同表に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
図１に示されるように、汚泥を収容する三角フラスコ１を密閉し、この汚泥中に窒素を導入可能なようにガラス管２を導き、また当該フラスコ中からガスを引き抜くための別のガラス管３を配設してなる装置において、当該フラスコ１を恒温水槽（図示せず）に浸し、３０日間３７℃の温度で一定に保った。その間、窒素導入管２から窒素ガスを１５ｍｌ／秒で流し続けた。３０日後、即ち、消化後の汚泥の性状は表１に示す通りであった。また３７℃で一定に保ち始めてから数時間毎に導出管３ににおける分岐部のゴムキャップからガスタイトシリンジを打ち込み、ガスを採取してガスクロマトグラフィーで硫化水素の測定を行った。その結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
恒温槽に３０日間浸す前と後の汚泥の性状を比較すると、表１から理解されるように、どの汚泥ともＶＳＳ（汚泥を濾過して得た固形分中の有機物の割合）に関しては百分率で約１２ポイント減少し、ｐＨに関しても３０日経過後約８．０になっている。これらから、硫酸根及び全鉄濃度が異なるにもかかわらず、各汚泥とも順調に消化が行われたことが判る。
【００２３】
また表２より、硫化水素は３７℃に保ってから２２時間後に最も濃度が高くなっており、ポリ硫酸第２鉄不添加の濃縮汚泥▲４▼を用いた場合で、２２ｐｐｍの値を示した。濃縮前にポリ硫酸第２鉄溶液を添加した汚泥の場合には、３７℃に保ってから２２時間経過後において、濃縮汚泥▲１▼で１ｐｐｍ、濃縮汚泥▲２▼で５ｐｐｍ、濃縮汚泥▲３▼で１０ｐｐｍとなっており、濃縮の程度によって発生する硫化水素の濃度が異なったが、全鉄濃度と硫酸イオン濃度の比が１．３を越えるこれら濃縮汚泥▲１▼〜▲３▼は、ポリ硫酸第２鉄不添加の濃縮汚泥▲４▼に比べ、明らかに硫化水素の発生を著しく抑制している。また濃縮後にポリ硫酸第２鉄溶液を添加した濃縮汚泥▲５▼では、１２０ｐｐｍであった。これにより、消化工程での硫化水素の発生を抑制する場合は、汚泥を濃縮した後に硫酸系鉄塩を添加するのではなく、濃縮工程の際又はその前に添加し、しかも全鉄濃度と硫酸根濃度の比を適切に調整すべきであることが判る。
【００２４】
実施例 ２
処理フローを図２に示した消化設備を有する実際の下水処理場において、初期沈殿引抜汚泥に対してポリ硫酸第２鉄溶液を汚泥量に対して２００〜１０００ｍｇ／リットル添加した。この時、ポリ硫酸第２鉄溶液の添加濃度における添加により増加した全鉄濃度と硫酸イオン濃度との比を表３に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
ポリ硫酸第２鉄の添加濃度と消化ガス中の硫化水素の濃度の経時変化を図３に示す。硫化水素の濃度は検知管により測定した。これにより、ポリ硫酸第２鉄溶液を添加する前は消化ガス中の硫化水素濃度が１６００ｐｐｍ程度であったのが、ポリ硫酸第２鉄を添加すると、汚泥量に対して４００〜６００ｍｇ／リットルの添加で約１００ｐｐｍに、汚泥量に対して２００〜３００ｍｇ／リットル添加で約２００ｐｐｍに抑制されることが判明した。
【００２７】
濃縮槽越流水の硫化水素濃度はヘッドスペース法で測定した。ヘッドスペース法は、試料１００ｍｌを３００ｍｌの三角フラスコに取り、塩酸（１＋１）１ｍｌを添加して密栓撹拌後、静置し、気相中の硫化水素を検知管で測定するものである。ポリ硫酸第２鉄添加前は４００〜９００ｐｐｍであったものが添加後は２００ｐｐｍ以下となった。また脱水機ケース内の気相中の硫化水素の濃度もポリ硫酸第２鉄溶液無添加時で２０ｐｐｍ程度であったものが、添加時で１ｐｐｍ以下に低下した。
【００２８】
ポリ硫酸第２鉄溶液添加による消化槽中の汚泥の性状を表４に示す。ポリ硫酸第２鉄溶液を添加した期間の平均値と無添加時の値を表しているが、ｐＨ値、ＶＴＳ（汚泥を蒸発乾燥して得た固形分中の有機物の割合，(％)）、消化率（％）、Ｍアルカリ度（ｍｇ／リットル）ともに変化は見られず、ポリ硫酸第２鉄の添加により消化槽に悪影響を与えないことが判る。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
【効果】
本発明によれば、消化槽前の濃縮工程で、ポリ硫酸第２鉄溶液を注入することにより、消化槽に影響なく硫化水素の発生を抑制することが可能となり、施設の維持管理及び作業環境の改善対策として価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を行うための実験装置の概略図である。
【図２】第２実施例に係る下水処理場における処理フローを示す図である。
【図３】ポリ硫酸第２鉄の添加濃度と消化ガス中の硫化水素の濃度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  三角フラスコ
２  ガラス管
３  ガラス管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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