(57)【要約】【課題】嫌気性消化の処理時間を短縮して低コストで嫌気性消化を行うことができる有機性汚泥の処理方法及び有機性汚泥の処理装置を提供する。【解決手段】本発明の有機性汚泥の処理方法は、有機性汚泥を微生物によって処理をして、一部を水に可溶とする可溶化工程と、一部が水に可溶となった有機性汚泥を濾過する濾過工程と、濾別した液体成分に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理工程とを含み、前記濾過工程では、一部が水に可溶となった有機性汚泥にガスを吹き込んでフィルターの表面に前記ガスの気泡を当てることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥の処理方法であって、
有機性汚泥を微生物によって処理をして、一部を水に可溶とする可溶化工程と、
一部が水に可溶となった有機性汚泥を濾過する濾過工程と、
濾別した液体成分に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理工程と
を含み、
前記濾過工程では、一部が水に可溶となった有機性汚泥にガスを吹き込んでフィルターの表面に前記ガスの気泡を当てることを特徴とする、有機性汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記ガスにおける酸素の含有量が１０％未満である、請求項１に記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記ガスが、前記嫌気性処理工程から発生したガスである、請求項２に記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項４】
前記可溶化工程は、０℃以上３０℃以下、４０℃以上５０℃以下、又は６０℃以上１２０℃以下のいずれかの温度範囲にて行う、請求項２又は３に記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項５】
前記温度範囲は、６０℃以上１２０℃以下である、請求項４に記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項６】
前記可溶化工程および前記濾過工程は同じ槽内で行い、当該槽内において濾圧に基づいて有機性汚泥の固形分の濃度の調節を行う、請求項１から５のいずれか一つに記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項７】
前記嫌気性処理工程はＵＡＳＢ法によって行われる、請求項１から６のいずれか一つに記載されている有機性汚泥の処理方法。
【請求項８】
有機性汚泥の処理装置であって、
第１の槽と、第２の槽と、第１の槽から第２の槽へ液体成分を送るポンプとを備え、
前記第１の槽はフィルターとガス吹き込み装置とを備えており、
前記第２の槽はＵＡＳＢ法による嫌気性処理を行う槽であり、
前記第１の槽では、投入された有機性汚泥の一部が微生物によって水に可溶化されて、前記フィルターにより濾別されるとともに、前記フィルターにガスの気泡が当たるように前記フィルターと前記ガス吹き込み装置とが配置されている、有機性汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性汚泥の処理方法及び有機性汚泥の処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機物を含む工場排水や下水等の排水は、排水処理を行うことにより含まれている有機物を排水基準値以下にまで処理することが必要である。例えば下水処理においては、微生物を利用する生物学的処理を利用して含まれている有機物を処理している。
【０００３】
生物学的処理では水に溶解している有機性物質が微生物により分解されるが、同時に有機性物質を消費して微生物は増殖していき、増殖した微生物は余剰汚泥となる。すなわち、水に溶解している有機性物質の一部が固形物である汚泥になる。
【０００４】
図１は従来の下水処理のフローの一例を示したものである。このフローは、標準活性汚泥法と呼ばれる下水処理のフローである。下水処理場に入ってきた下水Ａは、まず沈砂池８０に投入されて、スクリーンによりごみが取り除かれて、砂などの比重の大きい無機物は沈殿物として分離される。次に下水は最初沈殿池８１に送られる。下水中に含まれる有機性の汚濁物質（浮遊性物質と溶解性物質）のうち、浮遊性物質の多くは最初沈殿池８１で沈殿除去される。沈殿除去された汚泥を生汚泥という。
【０００５】
最初沈殿池８１で除去されなかった溶解性物質や残存浮遊性物質は、生物反応槽（エアレーションタンク）８２で微生物（活性汚泥）によって消化分解される。生物反応槽８２にはポンプ８７によって空気が送り込まれ、微生物の活動を活発にさせている。
【０００６】
有機性物質が微生物によって分解されたら、生物反応槽８２から最終沈殿池８３に送られて、増殖した微生物は余剰汚泥として沈殿除去され、上澄みが塩素混和池８４に送られて塩素により処理されて処理水として放流される。除去された余剰汚泥８５は、一部が生物反応槽８２に返送汚泥８６として戻され、残りは生汚泥と共に混合汚泥Ｓとして汚泥処理施設に送られる。
【０００７】
混合汚泥Ｓは、投入された下水Ａの１〜３％の量となるため大量に発生することになり、この汚泥をいかに処理するかが重要になる。混合汚泥Ｓの固形分は１％程度しかなく、最終的には水分を除去してから焼却等を行うのであるが、混合汚泥全てをそのまま水分除去しようとすると、巨大な設備と膨大なエネルギーが必要となる。そこで混合汚泥に何らかの処理を行うことにより、汚泥の量を減らして（減容処理）最終的な水分除去処理の負担を軽減することが行われている。
【０００８】
例えば、図２に示すように嫌気性消化と言われるプロセスを利用して、汚泥の固形物量を半減させると共に、メタンガスを回収する処理が行われている。この処理は、混合汚泥Ｓを可溶化槽１７に投入して微生物により混合汚泥Ｓの一部を消化させて有機酸を生成させ、それをポンプ３７により嫌気性消化槽２７に送り、嫌気性条件下でメタン菌により有機酸をメタンガスに変換し、大量のメタンガスを含むバイオガスＦを回収し、処理水Ｅは排出処理工程に送るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３２８６９３号公報
【特許文献２】特表２００６−５００１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２に示す嫌気性消化を行うと、固形分を５０〜６０％減量化することが可能であり、かつ処理後の汚泥が混合汚泥Ｓから変質して脱水乾燥が容易になると共に肥料として利用することができ、さらにエネルギー源となるバイオガスを得られるというメリットがある。
【００１１】
しかしながら、嫌気性消化槽２７での処理時間が２５日から３０日程度必要となり、そのため巨大な嫌気性消化槽２７が必要となり、設備コストが大きくなって、処理時間も長いという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、嫌気性消化の処理時間を短縮して低コストで嫌気性消化を行うことができる有機性汚泥の処理方法及び有機性汚泥の処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明の有機性汚泥の処理方法は、有機性汚泥を微生物によって処理をして、一部を水に可溶とする可溶化工程と、一部が水に可溶となった有機性汚泥を濾過する濾過工程と、濾別した液体成分に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理工程とを含み、前記濾過工程では、一部が水に可溶となった有機性汚泥にガスを吹き込んでフィルターの表面に前記ガスの気泡を当てることを特徴とする。有機性汚泥には、下水処理により得られる余剰汚泥や、生汚泥、食品工場の排水から得られる汚泥など、何らかの有機物を含む汚泥が含まれる。
【００１４】
前記ガスにおける酸素の含有量が１０％未満であることが好ましい。さらに、前記ガスが、前記嫌気性処理工程から発生したガスであることが好ましい。
【００１５】
前記可溶化工程は、０℃以上３０℃以下、４０℃以上５０℃以下、又は６０℃以上１２０℃以下のいずれかの温度範囲にて行うことが好ましい。さらに前記温度範囲は、６０℃以上１２０℃以下であることがより好ましい。
【００１６】
前記可溶化工程および前記濾過工程は同じ槽内で行い、当該槽内において濾圧に基づいて有機性汚泥の固形分の濃度の調節を行うことが好ましい。
【００１７】
前記嫌気性処理工程はＵＡＳＢ法によって行われることが好ましい。
【００１８】
本発明の有機性汚泥の処理装置は、第１の槽と、第２の槽と、第１の槽から第２の槽へ液体成分を送るポンプとを備え、前記第１の槽はフィルターとガス吹き込み装置とを備えており、前記第２の槽はＵＡＳＢ法による嫌気性処理を行う槽であり、前記第１の槽では、投入された有機性汚泥の一部が微生物によって水に可溶化されて、前記フィルターにより濾別されるとともに、前記フィルターにガスの気泡が当たるように前記フィルターと前記ガス吹き込み装置とが配置されている構成を備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の有機性汚泥の処理方法では、有機性汚泥を一部水に可溶化する処理を行って、それを濾別して液体のみを嫌気性処理工程に送る際に、濾別するフィルターの表面にガスを当てて表面の汚泥を落とすので濾過効率が低下せず、かつ液体のみで嫌気性処理工程を行うので嫌気性処理時間を短縮することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】下水の処理フローの一例を示す模式的な断面図である。
【図２】嫌気性消化の一例を示す模式的な図である。
【図３】実施形態の有機性汚泥の処理フローを示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態に係る有機性汚泥の処理のフローを図３に示す。本実施形態では有機性汚泥として下水処理における混合汚泥Ｓを使用している。本実施形態では、第１の槽である可溶化槽１０と第２の槽であるＵＡＳＢ槽２０の２つの槽が使われている。
【００２３】
まず、混合汚泥Ｓを可溶化槽１０に投入する。可溶化槽１０では、加水分解菌や酸生成菌により混合汚泥Ｓを構成している有機性物質を分解して有機酸、例えば酢酸にする。すなわち、固形物である有機物を水に可溶である有機酸等に分解させる（可溶化工程）。本実施形態では可溶化槽１０を３０℃に保ち、後述するバイオガスをポンプ４０とバブリングノズル４２と備えたガス吹き込み装置を用いて可溶化槽１０内に吹き込むことにより、１．５日で混合汚泥Ｓを分解して固形分を元の混合汚泥Ｓの約５０％にまで減量させる。
【００２４】
一方、有機酸が溶け込んだ液体成分は、可溶化槽１０内に設置されたフィルター（精密ろ過膜）１２により濾過されて、ポンプ３０によって液体輸送ライン３５を通ってＵＡＳＢ槽２０に送られる（濾過工程）。精密ろ過膜（ＭＦ膜）は、数μｍ〜０．１μｍ程度の孔径の孔を有する多孔膜であって、液体中に含まれる懸濁質、コロイド粒子を精度良くかつ効率的に分離・精製するために使用される膜であり、細菌は通過させない。また、可溶化槽１０内には、ＵＡＳＢ槽２０からガスライン２５を通って送られてくるバイオガスが吹き込まれている。バイオガスを吹き込むバブリングノズル４２はフィルター１２の直下に置かれているので、バイオガスの気泡がフィルター１２の表面に当たって、フィルター１２表面に付着した固形物をフィルター１２から分離させる。これによりフィルター１２の目詰まりを防ぎ、長時間安定して液体成分の一定量をＵＡＳＢ槽２０へ送ることができる。バイオガスはその後、可溶化槽１０で発生したガスと共に、生成ガスＤとして可溶化槽１０の上部から取り出される。生成ガスＤはメタンガスを多く含み、エネルギー源として使用可能である。
【００２５】
バイオガスの気泡がフィルター１２表面の固形物をフィルター１２から分離させるが、液体成分を濾過により抜き出し続けると可溶化槽１０内の固形分比率が増加し、それに伴い濾圧が増加して濾過効率が低下してくる。従って濾圧をモニタリングして、所定の濾圧に到達したら可溶化槽１０の底に溜まった可溶化処理済みの汚泥を取り出し、混合汚泥Ｓを加えて固形分比率を下げる。混合汚泥Ｓの固形分比率は約１〜２％であり、可溶化槽１０内の固形分比率が２〜４％の範囲に収まるように、濾圧のモニタリングを通じて可溶化槽１０内の固形分比率をコントロールする。すなわち、濾圧と固形分比率との関係のデータを予め採取しておいて、そのデータを用いて可溶化槽１０内の固形分比率をコントロールする。
【００２６】
ＵＡＳＢ槽２０では、可溶化槽１０から送られてきた液体成分に対して嫌気性処理を施す。嫌気性処理は、メタン菌が有機酸を分解してメタンと二酸化炭素とにする処理である。メタン菌から発生するガスがバイオガスである。バイオガスは酸素が０．０１％未満しか含まれておらず、実質的に無酸素のガスである。
【００２７】
ＵＡＳＢ槽２０はＵＡＳＢ法(up-flow anaerobic sludge blanket)を利用して嫌気性処理を行う槽である。ＵＡＳＢ法とは嫌気性微生物の自己集塊作用を利用して、活性の高いメタン菌体を沈降性に優れたグラニュール（粒状汚泥：granule）２２として反応槽に保持して嫌気性処理を行う方法である。
【００２８】
図２に示す嫌気性消化槽２７では、メタン菌がグラニュールの状態では無く液中に分散した状態で存在しているため、メタン菌の数・濃度が小さく、そのため嫌気性消化に非常に時間が長く（２５〜３０日）かかってしまう。そして嫌気性消化が終了した後に処理水Ｅを取り出す際に、メタン菌が一緒に流出してしまうため、次のバッチにおいてもメタン菌の増殖からスタートするので、次のバッチでも非常に長時間の処理が必要になる。しかしながら本実施形態のＵＡＳＢ槽２０では、メタン菌がグラニュール２２の状態となっているため、槽内のメタン菌の数・濃度が非常に大きく、３５℃の温度で０．５日以下という短時間で嫌気性消化が終了する。
【００２９】
ＵＡＳＢ法を利用するためには固形物を含まない液を使用する必要がある。固形物が含まれていると、その固形物を抜き出す際にグラニュールも一緒に抜き出されてしまって、嫌気性消化の速度が低下してしまうからである。本実施形態では可溶化槽１０からフィルター１２を通って液体成分のみがＵＡＳＢ槽２０に流入するため、ＵＡＳＢ槽２０から固形分を抜き出す必要がなく、嫌気性消化の速度を高く保つことが可能である。
【００３０】
さらには、可溶化槽１０にバイオガスをポンプ４０で送り込んでいるので、可溶化槽１０中も嫌気性の雰囲気になり、その嫌気性雰囲気に保たれた液体成分がＵＡＳＢ槽２０に供給されるため、ＵＡＳＢ槽２０内での処理速度を高く保つことが可能である。一方、可溶化槽１０内の温度を３０℃とすることで、可溶化槽１０におけるメタン菌の増殖を抑えて有機酸の消費量を抑えている。従って、バイオガスはもっぱらＵＡＳＢ槽２０で発生することになる。
【００３１】
本実施形態では、投入された混合汚泥Ｓの嫌気性処理が２日で終了し、図２に示す処理フローの１／１２未満の時間で処理が行われる。一方、混合汚泥Ｓの固形物の減容率は本実施形態では約５０％であって図２に示す処理フローとほぼ同等であり、バイオガスの発生量もほぼ同等である。
【００３２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００３３】
処理される有機性汚泥は、下水処理における混合汚泥に限定されず、生汚泥や余剰汚泥をそれぞれ単独で使用してもよいし、一般下水以外の産業排水から生成される汚泥を使用してもよく、有機物質が主である汚泥であればどのような汚泥であってもよい。
【００３４】
可溶化槽に吹き込むガスは、酸素の含有量が１０％未満であるガスであればどのようなガスでも構わない。ＵＡＳＢ槽で発生したバイオガスを可溶化槽に吹き込まずに、別の酸素の含有量が１０％未満であるガスを吹き込んでもよい。また、平時はＵＡＳＢ槽で発生したバイオガスなどの酸素含有量が１０％未満のガスを吹き込むが、一時的に酸素の含有量が１０％以上のガスを吹き込んでメタン菌の活動を抑制してもよい。
【００３５】
可溶化工程を行う温度は、０℃以上３０℃以下、４０℃以上５０℃以下、又は６０℃以上１２０℃以下のいずれかの温度範囲から選ばれた温度であると、メタン菌の活動が抑制されるため好ましく、温度が高いほど可溶化工程の処理速度が大きくなるので好ましいが、設備コストとの兼ね合いでどのような温度で行っても構わない。さらに可溶化工程では、加圧処理、超音波処理、破砕処理、又は、２種類以上の温度を用いるなど、物理的な可溶化促進反応や、薬液を用いた化学的な可溶化促進反応を組み合わせてもよい。例えば温度の組み合わせでは、６０℃以上１２０℃以下の温度で処理した汚泥を、４０℃以上５０℃以下の温度で管理する可溶化槽に投入してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０        可溶化槽（第１の槽）
１２        フィルター
２０        ＵＡＳＢ槽
３０        ポンプ
４０        ポンプ
４２        バブリングノズル
【図１】
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【図２】
2017006880.tif 000004
【図３】
2017006880.tif 000005