(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽から排出される消化汚泥を脱水する脱水機と、該脱水機からの脱水汚泥を細分化する細分化手段と、該細分化手段で細分化された汚泥を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段とを有する有機性廃棄物の処理装置であって、
前記細分化手段で細分化される脱水汚泥の汚泥濃度を調整するための水分供給手段を有することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記嫌気性消化槽に返送される汚泥及び／又は嫌気性消化槽の消化汚泥を改質するための汚泥改質手段を有することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項３】
有機性廃棄物を嫌気性消化する嫌気性消化工程と、
該嫌気性消化工程からの消化汚泥を脱水機で脱水する脱水工程と、
該脱水工程からの脱水汚泥に水分を供給して濃度調整した後、細分化する細分化工程と、
該細分化工程で細分化された汚泥を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程と
を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【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、浄化槽汚泥、下水汚泥、食品工場排水、化学工場排水などの高濃度有機性汚水、生物処理工程からの余剰汚泥、食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミ等の固形廃棄物などの有機性廃棄物を嫌気性消化する処理装置及び処理方法に係り、特に、有機性廃棄物の嫌気性消化効率を高めて消化汚泥の減容化の促進と、メタンガス発生量の増加を図る有機性廃棄物の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物の処理方法として、有機性廃棄物を嫌気性細菌の存在下にメタン発酵する嫌気性消化法がある。有機廃棄物を嫌気性消化する場合、主成分が易生物分解性であれば、短い滞留時間で分解することができ、発生するメタンガス量も多くなる。一方、下水汚泥や固形廃棄物のように難生物分解性で分解速度が遅いものでは、高い減容化率やメタン生成量を得るためには、長い滞留時間が必要になり、消化槽容積は大きくなる。
【０００３】
消化槽容積の増大を抑えて長い滞留時間を確保する方法として、消化槽から消化汚泥を引き抜き、これを固液分離することにより濃縮し、濃縮汚泥を消化槽に返送する方法が提案されている。このように濃縮汚泥を消化槽に返送することにより、ＨＲＴ(水理学的滞留時間)はそのままで、ＳＲＴ（固形物滞留時間）を長く設定することができ、有機性廃棄物中の分解速度が遅い固形分をも分解することが可能となり、高い減容化率とメタン生成量を得ることができる。
【０００４】
従来、この消化汚泥の濃縮方法としては、沈殿法や膜分離法、遠心法によるものが一般的な方法とされている。しかしながら、これらの方法が適用されるのは、消化汚泥の濃度（固形物（ＳＳ）濃度）が低い場合に限られており、難分解性であるため、汚泥を返送することによりＳＲＴを長くすることが必要とされ、このため、槽内で汚泥が高濃度化される下水汚泥等の嫌気性消化には適用し得ない。
【０００５】
即ち、沈殿法や膜分離等による固液分離では、消化汚泥濃度が３％を超えると良好な固液分離は行えず、ＳＳ濃度５％以上の消化汚泥では実質的に固液分離不可能である。特に、膜分離の場合には、消化汚泥濃度が高いと、膜の閉塞のために頻繁に膜洗浄を行うことが必要になり、現実的には使用不可能である。
【０００６】
このようなことから、従来の固液分離法では消化槽内の汚泥濃度を３％以上に高めることはできず、また膜分離においても殆ど濃縮倍率を上げることはできず、固液分離手段で消化汚泥を殆ど濃縮することなく消化槽に返送することになり、大容量の消化槽が必要となる。
【０００７】
また、沈殿法や遠心法は、消化汚泥中のＳＳ分を可能な限り回収し得るものではなく、一部のＳＳは分離水と共に、或いは汚泥残渣として系外へ排出されてしまうため、十分な汚泥の減容化を図ることはできないという欠点もある。
【０００８】
このようなことから、汚泥の減容化とメタンガスの生成を促進すべく、消化汚泥を高度に濃縮してＳＳ分を可能な限り回収し、これを再度消化槽に戻して嫌気性消化するためには、消化汚泥を脱水機で脱水することが最も有効であると考えられる。脱水機であれば、高濃度の消化汚泥であっても確実に高濃縮化することが可能であり、また、分離水中へのＳＳ分の流出も防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの検討により、消化汚泥を脱水機で脱水して得られた脱水汚泥を消化槽に返送した場合には、この脱水汚泥の消化効率が悪く、このために、汚泥の減容化及びメタンガスの生成効率の向上を達成し得ないことが判明した。
【００１０】
本発明は、消化汚泥を脱水機で脱水して消化槽に返送する有機性廃棄物の嫌気性処理において、消化槽に返送される脱水汚泥の消化効率を高め、汚泥の減容化とメタンガス生成の促進を図る有機性廃棄物の処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の処理装置は、有機性廃棄物を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽から排出される消化汚泥を脱水する脱水機と、該脱水機からの脱水汚泥を細分化する細分化手段と、該細分化手段で細分化された汚泥を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段とを有する有機性廃棄物の処理装置であって、前記細分化手段で細分化される脱水汚泥の汚泥濃度を調整するための水分供給手段を有することを特徴とする。
【００１２】
高濃度の消化汚泥を脱水した場合、得られる脱水汚泥はケーキ状塊となり、消化槽内の汚泥に比べて大きいものとなる。特に、この脱水に当たり、凝集剤を用いた場合には、汚泥中のＳＳ粒子は凝集剤により結合して非常に大きな塊状の脱水汚泥となる。
【００１３】
一方、嫌気性細菌による固形有機物の分解は、酸生成細菌の一部が細胞外酵素である加水分解酵素を作り、この加水分解酵素により行われる。従って、加水分解を促進させるためには、有機物粒子とこれらの細菌や酵素との接触効率を上げることが必要となる。
【００１４】
しかし、上述の如く、脱水後の汚泥は大きな塊となっており、表面積も小さく、細菌や酵素との接触効率が悪いため、脱水前の汚泥に比べて分解し難い。従って、単に消化汚泥を脱水して消化槽に返送するのみでは、ＳＲＴは長くなるが、消化効率の向上を達成することはできない。また、このような大きな塊状の脱水汚泥を返送すると、消化槽内でのＳＳ濃度が高くなり、撹拌が不十分となって汚泥が消化槽内に十分に分散せず、この結果、有効容積の減少を引き起こすことによっても、消化効率が低下する場合がある。
【００１５】
本発明では、脱水汚泥を細分化して消化槽に返送するため、返送された汚泥は、消化槽内に均一に分散すると共に、酸生成細菌や加水分解酵素と効率的に接触し、槽内の汚泥と同等の消化効率で分解されるようになる。このため、汚泥を返送することによるＳＲＴの増大が汚泥の消化効率に有効に機能するようになり、汚泥の減容化の促進及びメタンガス生成量の増大を図ることができるようになる。
【００１６】
本発明において、消化汚泥の濃度が高く、脱水汚泥も高濃度であった場合には、汚泥の流動性が悪く、移送が困難であったり、細分化が困難であったり、また、細分化エネルギーが多大になるなどの不具合を生じる場合がある。従って、細分化前の脱水汚泥に水分を供給して汚泥濃度を調整し、容易に移送又は細分化することができるようにすることが好ましい。
【００１７】
また、消化槽における汚泥の消化効率をより一層高めるために、返送汚泥及び／又は消化汚泥を改質しても良い。
【００１８】
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物を嫌気性消化する嫌気性消化工程と、該嫌気性消化工程からの消化汚泥を脱水機で脱水する脱水工程と、該脱水工程からの脱水汚泥に水分を供給して濃度調整した後、細分化する細分化工程と、該細分化工程で細分化された汚泥を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程とを備えることを特徴とするものであり、消化汚泥を脱水し、脱水汚泥を濃度調整して細分化した後消化槽に返送することにより、従来のＨＲＴで、即ち、消化槽容積を増大させることなく、ＳＲＴを長くして、汚泥の減容化とメタンガス生成を促進させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の有機性廃棄物の処理装置及び処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の有機性廃棄物の処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
有機性廃棄物は消化槽１に導入され嫌気性消化処理される。消化槽１の消化汚泥の一部を引き抜き、脱水機２で脱水する。脱水機２の脱水汚泥は細分化槽３に送給して細分化し、細分化汚泥を消化槽１に返送する。
【００２２】
消化汚泥を脱水する脱水機２としては特に制限はなく、濾布型脱水機、圧搾脱水機、フィルタープレス、遠心分離機などを用いることができる。
【００２３】
脱水機２における脱水に際しては、凝集剤、好ましくは高分子凝集剤を添加して消化汚泥中のＳＳ分を凝集させることにより、ＳＳ回収率を高めることができ好ましい。このような高分子凝集剤としてはノニオン性、カチオン性、両性高分子凝集剤等を用いることができ、その添加量は汚泥のＳＳに対して０．５〜１．０重量％程度とするのが好ましい。消化汚泥に凝集剤を添加する場合、凝集剤は消化汚泥の移送ラインに注入しても良く、脱水機に添加しても良く、また、別途凝集槽を設けて凝集処理しても良い。
【００２４】
下水汚泥等の難分解性の有機性廃棄物を嫌気性消化処理する場合、消化槽の汚泥濃度は、４〜８％程度に高めることが好ましく、従って、脱水機２では、消化槽１から引き抜いたＳＳ濃度４〜８％程度の消化汚泥を脱水して１５〜２５％程度の脱水汚泥を得ることが好ましい。
【００２５】
細分化槽３としては、ミキサー（回転刃）、噴射ノズルを備えるもの、或いは、強撹拌可能な攪拌機を備えるものなどを用いることができる。脱水汚泥の細分化手段としては、このような細分化槽の他、破砕ポンプ等を用いることもできる。
【００２６】
この細分化手段には、汚泥粒子を破壊するほどの強い破砕力は必要とされず、脱水汚泥の塊を細分化して、消化槽１に返送した際に塊状ではなく、槽内液中に均一に分散されるような程度で良い。
【００２７】
脱水機２で得られる脱水汚泥は通常、１〜５０ｃｍ程度の塊状であるが、細分化槽３等の細分化手段により、このような塊状の脱水汚泥を粒子径２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下程度に細分化することが好ましい。
【００２８】
ところで、脱水機２で得られる高濃度の脱水汚泥は、そのままでは流動性が低く、移送が困難であったり、また細分化が困難であるか或いは細分化に多大なエネルギーを必要としたりする場合が多いため、細分化に当っては、脱水汚泥に水分を供給して流動性のある汚泥濃度、好ましくは５〜１０％程度のＳＳ濃度に調整することが好ましい。
【００２９】
この濃度調整のために脱水汚泥に供給する水分としては、脱水機２の脱離液であっても良く、消化汚泥であっても良い。また、処理する有機性廃棄物であっても良い。濃度調整に脱離液を用いる場合には、図１の(1)の系路で脱水機２から排出される脱離液の一部を分取して細分化槽３に供給する。また、消化汚泥を用いる場合には、図１の(2)の系路で消化槽１から引き抜いた消化汚泥の一部を細分化槽３に供給する。この汚泥濃度の調整のための水分は、系外から工水、市水、その他のプロセスの処理水等を供給しても良い。
【００３０】
なお、図１では、細分化槽３に水分を直接供給して、汚泥濃度の調整と細分化とをほぼ同時に行っているが、脱水機２と細分化槽３との間で脱水汚泥に水分を供給して濃度調整を行っても良い。この場合において、水分は脱水汚泥の移送ラインに供給しても良く、別途汚泥濃度調整のための調整槽を設けても良い。
【００３１】
細分化槽３等の細分化手段で細分化された汚泥は、消化槽１に返送されるが、本発明では細分化槽３と消化槽１との間に汚泥改質手段を設け、細分化汚泥を改質した後消化槽１に返送することにより、より一層汚泥の消化効率を高めることができ、好ましい。
【００３２】
汚泥の改質とは、汚泥細胞を変性、破壊して微生物によって資化されやすい形態にするものであり、通常汚泥改質方法として知られている任意の方法を採用することができ、例えばオゾン処理、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、超音波処理、ミルによる磨砕のような物理的処理、熱的処理等の各種の方法を単独で或いは２種以上を組み合わせて採用することができる。
【００３３】
汚泥改質手段としてオゾン処理手段を採用する場合、細分化槽３と消化槽１との間にオゾン処理槽を設け、細分化汚泥をオゾン処理槽に導入してオゾンと接触させれば良い。オゾンとの接触方法としては、オゾン処理槽に細分化汚泥を導入してオゾンを吹き込む方法、機械撹拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。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０．０１〜０．３ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．０３〜０．２ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳである。
【００３４】
上述の例では、汚泥改質手段を細分化槽３と消化槽１との間に設けているが、汚泥改質手段を細分化層３に設けて、汚泥の細分化とオゾン等による改質を同時に行うようにしても良い。また、汚泥の改質は返送汚泥に対して行うのでなく、消化槽１の消化汚泥に対して行うようにしても良い。この場合、消化槽と汚泥改質手段とを、消化汚泥を改質手段に送る供給路と改質汚泥を消化槽に戻す返送路とで連絡し、消化槽内の消化汚泥の一部を改質手段に送って改質した後消化槽に戻すことにより消化し易くすることができる。
【００３５】
このように消化槽１内の消化汚泥の一部を引き抜いて脱水機２で脱水し、脱水汚泥を細分化して消化槽１に返送することにより、ＨＲＴを変えることなくＳＲＴを長くすることができる。
【００３６】
消化槽１からの消化汚泥の引き抜き量は特に制限はないが、消化槽１内の保有汚泥の１／３０〜１／１０程度を引き抜いて、脱水、細分化した後循環させることにより、ＳＲＴを、このような汚泥循環を行わない場合の少なくとも３倍程度以上に延長することができ、難生物分解性の有機性廃棄物であっても、汚泥の減容化を促進させると共に、メタンガス生成量を増大させることができる。
【００３７】
また、本発明においては、脱水機や細分化槽を大気と遮断した状態で運転するのが好ましく、例えば、脱水機を密閉状態にして脱水することにより、汚泥と酸素との接触を制限すると、嫌気性菌を生かしたまま消化槽に返送でき、消化槽の生菌数保持、増加が容易となり、消化効率を向上させることができる。
【００３８】
【実施例】
以下に実験例、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。
【００３９】
実験例１
下水処理場の余剰汚泥（ＳＳ分４％）を嫌気性消化して排出されたＶＳＳ濃度２８，０００ｍｇ／Ｌの消化汚泥を遠心脱水機で脱水してＳＳ濃度１８％の脱水汚泥を得た。この脱水汚泥に水道水を添加してＳＳ濃度７％に調整した。この汚泥塊の径は１０〜５０ｍｍであった。
【００４０】
また、このＳＳ濃度７％に調整した汚泥の一部についてはミキサーで細分化して粒子径１ｍｍ以下とした。
【００４１】
この細分化汚泥の一部については、オゾン使用量０．０３ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳでオゾン処理した。
【００４２】
消化汚泥を脱水した後濃度調整したＳＳ濃度７％の汚泥（７％脱水汚泥）と、この汚泥を細分化した汚泥（脱水，細分化汚泥）と、更にオゾン処理した汚泥（脱水，細分化，オゾン処理汚泥）を各々消化槽に投入し、メタンガス生成量の経時増加より、汚泥の分解性を調べ、結果を図２に示した。
【００４３】
図２より明らかなように、細分化していない７％脱水汚泥に比べて、脱水，細分化汚泥は約２倍汚泥分解性が向上しており、また、脱水，細分化，オゾン処理汚泥は約４倍汚泥分解性が向上している。
【００４４】
このことから、消化汚泥を脱水して、そのまま消化槽に返送すると、分解性が低下するため、脱水汚泥を細分化して本来の消化汚泥の分解性を回復させてから消化槽に返送すること、更に、細分化汚泥をオゾン処理して消化槽に返送することが好ましく、これにより、消化効率を高めることができることがわかる。
【００４５】
実施例１
図１に示す有機性廃棄物の処理装置により、下水処理場の混合汚泥（ＳＳ分４％）の嫌気性消化処理を処理量２．４ｇ／日（ＳＳ換算）、ＨＲＴ＝３０日で行った。脱水機２としては遠心脱水機を用い、細分化槽３としては家庭用ミキサーを用いた。
【００４６】
消化槽１からのＶＳＳ濃度２８，０００ｍｇ／Ｌの消化汚泥を３．２ｇ（ＳＳ換算）引き抜いて脱水機２で脱水してＳＳ濃度１８％の脱水ケーキを得た。なお、脱水に当っては消化汚泥に凝集剤としてカチオン性高分子凝集剤を０．５重量％対ＳＳ添加した。脱水機２の脱離液はＳＳ：０．５％であり、系外へ排出した。
【００４７】
脱水汚泥は次いで細分化槽３で粒子径１ｍｍ以下に細分化した。この細分化に当たり、水分として消化汚泥を供給して細分化される汚泥の濃度を７％とした。細分化汚泥は消化槽１に返送した。
【００４８】
このようにして、消化汚泥を脱水した後細分化して消化槽に返送することにより、ＳＲＴ１２０日以上を確保することができた。
【００４９】
このときの消化槽におけるＴＶＳ除去率及びメタン生成量を調べ、結果を表１に示した。
【００５０】
実施例２
実施例１において、細分化汚泥をオゾン処理した後消化槽に返送したこと以外は同様にして下水汚泥の嫌気性消化を行い、ＴＶＳ除去率及びメタン生成量を調べ、結果を表１に示した。なお、オゾン処理は、０．０３ｇ−Ｏ３／ｇ−ＶＳＳのオゾン使用量で行った。
【００５１】
比較例１
実施例１において、消化汚泥の脱水、細分化及び返送を行わず、ＨＲＴ＝ＳＲＴ＝３０日としたこと以外は同様にして処理を行い、ＴＶＳ除去率及びメタン生成量を調べ、結果を表１に示した。
【００５２】
比較例２
実施例１において、消化汚泥を脱水した後、細分化せずにそのまま消化槽に返送したこと以外は同様にして処理を行い、ＴＶＳ除去率及びメタン生成量を調べ、結果を表１に示した。
【００５３】
【表１】
0004192491.tif 000002
【００５４】
表１より明らかなように、実施例１では、消化汚泥を脱水した後細分化して消化槽に返送することによるＳＲＴの延長で、比較例１に比べてＴＶＳ除去率及びメタンガス生成量は１．３倍に増加した。また、細分化汚泥をオゾン処理して消化槽に返送した実施例２によれば、ＴＶＳ除去率及びメタンガス生成量は更に向上し、比較例１の場合の１．５倍になった。
【００５５】
なお、脱水汚泥の返送を行っても、脱水汚泥を細分化することなくそのまま返送する比較例２では、ＴＶＳ除去率及びメタン生成量は向上しない。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性廃棄物の処理装置及び処理方法によれば、有機性廃棄物の嫌気性消化処理において、有機性廃棄物を効率的に処理して汚泥のより一層の減容化とメタンガス生成量の増大を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃棄物の処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実験例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  消化槽
２  脱水機
３  細分化槽
【図１】
0004192491.tif 000003
【図２】
0004192491.tif 000004