(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥をオゾン処理した後嫌気性消化処理する方法において、
オゾン処理に先立ち、有機性汚泥をｐＨ１〜５の酸性下に曝気することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機性汚泥の嫌気性消化処理方法に係り、特に、有機性汚泥をオゾン処理した後嫌気性消化処理する方法において、オゾン処理に先立ち特定の条件下で曝気を行うことにより、オゾン処理におけるオゾン使用量の低減、処理効率の向上を図り、有機性汚泥を効率的に分解する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性汚泥の嫌気性消化処理方法として、メタン醗酵等の嫌気性消化処理を行う方法が知られており、このような処理方法において、汚泥分解効率を向上させる目的で嫌気性消化処理の前処理として、ボールミルや超音波による粉砕ないし破砕、或いはオゾン処理による酸化分解又は熱処理による加熱分解等を行うことが検討されている。
【０００３】
例えば、特公昭５９−１０５８９７号公報には、廃水の生物処理で発生する余剰汚泥をオゾン処理した後嫌気性消化処理する方法が提案されている。このように、前処理としてオゾン処理を行うことにより、有機性汚泥中の難生物分解性物質が酸化分解されて生物分解可能な物質に変換されるため、後段の嫌気性消化処理における汚泥の分解効率が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、前処理のためのコストが高いわりには嫌気性消化処理での汚泥の分解率の向上効果が低く、一般的には前処理を行わない場合の嫌気性消化処理による汚泥の分解率は４０％程度であるのに対し、オゾン処理等の前処理を行っても、汚泥の分解率は高々５０〜６０％程度にしかならなかった。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、有機性汚泥を低コストで効率的に分解処理する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法は、有機性汚泥をオゾン処理した後嫌気性消化処理する方法において、オゾン処理に先立ち、有機性汚泥をｐＨ１〜５の酸性下にて曝気することを特徴とする。
【０００７】
有機性汚泥は、通常、運搬、貯留等により腐敗していることが多いため、硫化水素が含まれている。このため、このような硫化水素を含む有機性汚泥を直接オゾン処理に供すると、硫化水素の分解のために多量のオゾンを消費することとなるため、オゾン処理効率が悪い。また、有機性汚泥中の微生物細胞壁や粘質物の存在も、オゾン処理効率を低減する要因となっている。
【０００８】
これに対して、ｐＨ１〜５の酸性の曝気槽では、汚泥中に含まれる硫化水素が気散して除去される。また、酸性下で汚泥を混合、撹拌することによって汚泥中の粘質物や細胞壁中の多糖類が加水分解される。即ち、酸性下では微生物細胞壁や汚泥粘質物の主成分である多糖類が加水分解され、汚泥の可溶化が促進される。
【０００９】
また、４０〜９０℃の高温の曝気槽では、汚泥中に含まれる硫化水素が高温菌により酸化されて硫酸になる。また、高温下で汚泥を混合、撹拌することによって中温菌が死滅し、中温菌の汚泥粘質物や細胞壁中の有機物が一部加水分解される。
【００１０】
本発明では、このような硫化水素の除去効果により後段のオゾン処理における、汚泥分解へのオゾンの利用効率を高めると共に、粘質物や細胞壁等の加水分解効果でオゾン処理効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明では、このように特定の条件下で曝気処理した後、オゾン処理し、次いで嫌気性消化処理することにより、汚泥の分解率を７０％以上に向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１４】
本発明において、処理対象となる有機性汚泥は、好気性処理、嫌気性処理又はこれらを組み合わせて各種の有機性排液を処理する際に固液分離により生じる分離汚泥（余剰汚泥）が挙げられるが、これに限らず、固液分離する前の混合液の状態の生物汚泥、或いはこれらの混合汚泥であっても良い。
【００１５】
図１（ａ）の方法では、まず、このような有機性汚泥を曝気槽１に導入して次の(1)、或いは(1)及び(2)の条件下で曝気処理する。
(1)  ｐＨ１〜５の酸性下
(2)  温度４０〜９０℃の高温下
(1)の酸性条件下での曝気処理において、ｐＨが５を超えると酸性としたことによる前述の硫化水素の気散効果や多糖類等の加水分解効果が十分に得られない。このｐＨは低い程上記効果が高いが、ｐＨ１未満の強酸性条件とすることは、コスト的に不利である。従って、調整ｐＨは１〜５、好ましくは２〜３．５とする。なお、有機性汚泥のｐＨ調整は有機性汚泥に塩酸、硫酸等の酸を添加して行うことができ、このｐＨ調整は曝気槽１内で行っても、曝気槽１の前段で行っても良い。
【００１６】
このときの曝気処理時間は長い程効果的であり、硫化水素の気散のためには、通常ｐＨ３．５で１時間程度必要である。曝気処理時間はｐＨ条件によっても異なるが、１時間以上好ましくは３〜２４時間の曝気時間が確保されるように汚泥の曝気槽１内の滞留時間を調整する。なお、この酸性下の曝気処理において、４０〜９０℃程度に加温することにより更に加水分解反応を促進することができる。
【００１７】
(2)の高温条件下での曝気処理において、槽内温度が４０℃未満であると中性菌を死滅させることができず、中性菌の粘質物や細胞壁中の有機物の加水分解がなされない。また、槽内温度が過度に高いと水が沸騰してしまうことから、槽内温度は９０℃以下とする。曝気槽１内における高温菌の活性を維持して硫化水素の生物酸化、中性菌に由来する有機物の加水分解を円滑に進行させる点からは、槽内温度は４５〜６５℃とするのが好ましい。なお、曝気は高温菌が十分に好気性に維持されるように行うことが好ましく、そのためにはＤＯ（溶存酸素）が検出されることが目安となる。このＤＯが検出されるための通気量は通常の活性汚泥法での計算式がそのまま使用可能である。
【００１８】
このときの曝気処理時間は汚泥濃度や曝気槽内温度によっても異なるが、一般的には３時間以上、特に６〜２４時間程度となるように汚泥の曝気槽１内の滞留時間を調整する。
【００１９】
なお、上記(1)及び(2)の条件は、両方を採用してｐＨ１〜５、温度４０〜９０℃で曝気処理しても良い。
【００２０】
曝気槽１で曝気処理することにより、有機物の一部を加水分解すると共に硫化水素を除去した汚泥は、次いでオゾン処理槽２に導入してオゾン処理する。このオゾン処理は汚泥をオゾンと接触させることにより行う。接触方法としては、図示の如く、オゾン処理槽２に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、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、オゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などが使用できる。
【００２１】
曝気処理において、前記(1)の酸性下での曝気処理を行った場合には、このオゾン処理は酸性下でのオゾン処理となり、オゾンの反応効率が高められ、オゾン使用量の低減を図ることができる。この場合のオゾン使用量は、１０〜１００ｇ−Ｏ3／ｋｇ−汚泥、特に１５〜５０ｇ−Ｏ3／ｋｇ−汚泥とするのが好ましい。オゾン吹込みの場合は、ＳＶを０．２５〜４ｈｒ-1、特に０．５〜２ｈｒ-1とするのが好ましい。
【００２２】
オゾン処理により酸化分解を行ったオゾン処理汚泥は、次いで嫌気性消化槽３に導入して嫌気性消化処理する。この嫌気性消化処理においては、汚泥の有機酸醗酵、メタン醗酵で汚泥が可溶化ないし分解される。この嫌気性消化処理温度は３０〜６０℃とするのが好ましい。このうち、３０〜４０℃では中温性のメタン醗酵菌が、また４５〜６０℃では高温性のメタン醗酵菌が働いて有機酸醗酵の結果、生成した酢酸、水素をメタンに変換する。この嫌気性消化処理は、有機酸醗酵とメタン醗酵とを別の反応槽で行う２相方式であっても良く、またこれらの両反応を同じ槽内で行う１相方式であっても良い。また、この嫌気性消化槽３の滞留時間は５〜４０日、特に１０〜２０日とするのが好ましい。
【００２３】
なお、嫌気性消化処理においてはｐＨ６〜８の範囲に維持するのが好ましく、従って、曝気処理において前記(1)の酸性下の曝気処理を行った場合のように、汚泥のｐＨが低い場合には、適宜水酸化ナトリウム、石灰、炭酸ナトリウム等のアルカリを添加することによりｐＨ調整を行う。
【００２４】
嫌気性消化槽３からの嫌気性消化処理水は、通常の場合、沈殿槽や加圧浮上槽、精密濾過膜分離装置、限外濾過膜分離装置等の固液分離装置４で固液分離され、分離液が処理水として系外へ排出される。
【００２５】
なお、図１（ａ）に示す方法は、有機性汚泥を順次曝気処理、オゾン処理及び嫌気性消化処理するものであるが、本発明の方法は、嫌気性消化処理に供される汚泥が、曝気処理及びオゾン処理されていれば良く、例えば、図１（ｂ）に示す如く、嫌気性消化槽３の汚泥の一部を抜き出し、前述の(1)の条件下で曝気槽１にて曝気処理し、その後オゾン処理槽２でオゾン処理した後嫌気性消化槽３に戻すものであっても良い。
【００２６】
【実施例】
以下に比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
比較例１
下水を処理している活性汚泥法の余剰汚泥と最初沈殿池汚泥を１：１で混合した有機性汚泥を濃度１．５％に調整した汚泥（ｐＨ６．１，温度２２℃）を原泥としてオゾン処理及び嫌気性消化処理を行った。
【００２８】
まず、原泥０．５Ｌを容積１Ｌの洗浄びんにとり、濃度２５ｇ/ｍ3のオゾン含有ガスを１０ｍＬ/ｍｉｎ通気した。流入及び排出オゾン濃度を測定し、オゾン消費量が５０ｇ/ｋｇ−原泥となった時点でオゾン処理を終了し、オゾン処理汚泥を取り出して嫌気性消化槽に投入し、同量の液を嫌気性消化槽から引き抜き、これを嫌気性消化処理水とし、その一部で汚泥濃度の分析を行った。なお、嫌気性消化槽（メタン発酵槽）としては、有効容積７．５Ｌで、種汚泥として下水嫌気性消化槽の汚泥を乾燥重量で７５ｇ投入したものを用いた。
【００２９】
上記操作を１日１回で週に５回、３ヶ月間継続した。なお、嫌気性消化槽のｐＨは７．２、温度は３７℃、滞留時間は２０日である。
【００３０】
その結果、オゾン処理前の有機性汚泥の濃度は１．５％であったが、嫌気性消化処理水の汚泥濃度（平均値）は０．７１％に低減した。
【００３１】
実施例１
オゾン処理に先立ち、原泥に塩酸を添加してｐＨ３．０に調整した後、原泥０．５Ｌに対して１Ｌ／ｈｒの曝気量で１ｈｒ曝気したこと以外は、比較例１と同様にしてオゾン処理及び嫌気性消化処理を行った。なお、嫌気性消化に先立って、オゾン処理汚泥に水酸化ナトリウムを添加してｐＨ調整を行った。
【００３２】
この結果、３ヶ月経過後の嫌気性消化処理水の汚泥濃度（平均値）は０．３３ｇ／Ｌで、比較例１の場合に比べて１／２以下となった。
【００３３】
比較例２
実施例１において、ｐＨ調整を行わず、ｐＨ６．１の原泥をそのまま２２℃で曝気したこと以外は同様にして曝気処理、オゾン処理及び嫌気性消化処理を行った。
【００３４】
この結果、３ヶ月経過後の嫌気性消化処理水の汚泥濃度（平均値）は０．６８ｇ／Ｌであり、単なる曝気のみでは汚泥分解率の向上効果は認められないことが判明した。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法によれば、有機性汚泥をオゾン処理した後嫌気性消化処理して分解する方法において、オゾン処理に先立ち特定の条件下で曝気を行うことにより、オゾン処理におけるオゾン使用量の低減、処理効率の向上を図り、有機性汚泥を低コストで効率的に分解することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１  曝気槽
２  オゾン処理槽
３  嫌気性消化槽
４  固液分離装置
【図１】
0004200600.tif 000002