(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、有機性汚泥を曝気する工程を有する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法であって、
嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥の一部を嫌気性消化処理工程に返送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。
【請求項２】
請求項１において、嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥の一部を曝気工程に返送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。
【請求項３】
請求項２において、分離汚泥のうちの５〜９０％を曝気工程に返送し、残部を嫌気性消化処理工程へ返送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】
また、前処理を行うほか、嫌気性消化槽内の汚泥濃度を増加させるために、嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥を消化槽へ返送する方法が知られているが、この方法においても、汚泥の分解率は６０％程度が限界であった。
【０００６】
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。
【０００７】
【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、有機性汚泥を曝気する工程を有する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法であって、嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥の一部を嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、特に嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥の一部を曝気工程及び嫌気性消化処理工程に返送するのが望ましい。
【０００９】
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。また、嫌気性消化処理後の汚泥にも多量の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や嫌気性消化処理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。
【００１０】
本発明では、曝気により、汚泥中に含まれる硫化水素が生物反応により硫酸に酸化されると共に、有機性汚泥及び嫌気性消化を経て処理された残留汚泥の一部が好気的に消化され、微生物細胞内の蓄積有機物や汚泥粘質物が生物的に分解され、汚泥の可溶化、減量化が促進される。
【００１１】
また、嫌気性消化処理工程に汚泥を返送することにより、嫌気性消化処理工程の汚泥濃度を高めて嫌気性消化処理効率を高めることができる。
【００１２】
本発明では、曝気による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、汚泥の好気的消化による分解効果でオゾン処理効率及び消化処理効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明では、曝気処理した後、オゾン処理し、次いで嫌気性消化処理し、嫌気性消化処理汚泥を固液分離し、分離汚泥を曝気工程及び嫌気性消化処理工程に返送することにより、汚泥の分解率を８０％以上に向上させることができ、特に曝気工程へ返送する汚泥量と嫌気性消化処理工程へ返送する汚泥量を調整することにより、長期に亘り、系外への汚泥の引き抜きを行うことなく処理を継続することが可能である。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１（ａ）及び図２（ａ）は参考例に係る有機性汚泥の嫌気性消化処理方法を示す系統図であり、図１（ｂ）及び図２（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。図１，２において、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００１６】
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。
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）の方法では、まず、このような有機性汚泥を曝気槽１に導入して曝気処理する。曝気処理により、有機性汚泥中の硫化水素が生物反応により硫酸に酸化されて除去されると共に、汚泥の一部が好気的に消化される。
【００１８】
曝気槽１における硫化水素の酸化のためには、通常、曝気槽滞留時間は１時間程度以上で良いが、好気性消化反応には、曝気槽１内の滞留時間は長い程効果的であり、１時間以上好ましくは１２〜７２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、この曝気処理において、４０〜９０℃程度に加温することにより高温細菌の作用で反応が著しく促進されるため、より汚泥の分解効率を高めることができる。
【００１９】
曝気槽１で曝気処理することにより、汚泥の一部を生物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。
【００２０】
このオゾン処理は、ｐＨ５以下の酸性下のオゾン処理であっても、オゾン単独処理であっても良い。
【００２１】
酸性下でのオゾン処理では、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】
一方、オゾン単独処理の場合のオゾン使用量は２０〜２５０ｇ−Ｏ3／ｋｇ−汚泥、特に３０〜１００ｇ−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。
【００２３】
酸性下でオゾン処理を行う場合には、塩酸、硫酸等の酸を添加して曝気処理汚泥をｐＨ調整すれば良い。
【００２４】
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。
【００２５】
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、オゾン処理において酸オゾン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。
【００２６】
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、遠心分離機、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。この固液分離に当り、特に、図１（ｂ）に示す如く、分離汚泥の返送を行う場合、メタン醗酵菌が酸素に弱いため加圧浮上や沈殿分離等では汚泥が空気に触れないことが好ましい。また、遠心分離では分離液中のＳＳの低減のため、高分子凝集剤を併用することが好ましい。
【００２７】
本発明においては、特に、固液分離装置４で分離した分離汚泥の一部を図１（ｂ）に示す如く、曝気槽１と嫌気性消化槽３に返送するのが好ましい。
【００２８】
このように、分離汚泥の返送を行う場合、分離汚泥のうちの一部をそれぞれ曝気槽１及び嫌気性消化槽３へ返送し、残部を系外へ引き抜いて脱水等の処理工程へ送給しても良く、また、一部を曝気槽１へ返送し、残部を嫌気性消化槽３に返送して、汚泥の引き抜きなしで処理を行っても良い。いずれの場合においても、分離汚泥の大部分を嫌気性消化槽３へ送給し、少量を曝気槽１へ返送することが好ましい。この返送割合は、嫌気性消化槽３の滞留時間や汚泥濃度によっても異なるが、この汚泥濃度が１％で滞留時間が２０日の場合、分離汚泥のうちの約１０〜３０％を曝気槽１へ、残部を嫌気性消化槽３へ返送することが好ましい。
【００２９】
なお、図１（ａ），（ｂ）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２（ａ）に示す如く、嫌気性消化槽３の汚泥の一部を抜き出し、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に戻し、この場合において、図２（ｂ）に示す如く、固液分離装置４の分離汚泥を曝気槽１及び嫌気性消化槽３に返送するようにしても良い。
【００３０】
【実施例】
以下に比較例、参考例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
参考例１
オゾン処理に先立ち、原泥を内容積１Ｌの曝気槽（２５℃）に０．５Ｌ／ｄａｙの流速で連続通水した（滞留時間４８ｈｒ）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、曝気槽の曝気量は２Ｌ／ｍｉｎとした。
【００３６】
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０．４１ｇ／Ｌで、比較例１の場合に比べて約１／２となった。
【００３７】
実施例１
参考例１において、嫌気性消化槽からの流出液を１５０００ｒｐｍで１０分間遠心分離し、得られた分離汚泥のうちの１／３を曝気槽に、残り２／３を嫌気性消化槽へ戻したこと以外は、同様にして処理を行った。
【００３８】
その結果、３ヶ月経過後の嫌気性消化槽中の汚泥濃度は１６．２ｇ／Ｌとなり、３ヶ月間汚泥の引き抜きなしで運転したにもかかわらず、殆ど汚泥濃度の上昇はなかった。なお、遠心分離により得られた分離水の汚泥濃度は５７ｍｇ／Ｌと著しく低かった。
【００３９】
参考例２
実施例１において、遠心分離により得られた分離汚泥のうちの１／１０を曝気槽に返送し、残部を系外へ引き抜いたこと以外は同様にして処理を行った。
【００４０】
その結果、３ヶ月経過後の嫌気性消化槽中の汚泥濃度は１９ｇ／Ｌとなり、遠心分離により得られた分離水の汚泥濃度は８９ｍｇ／Ｌと著しく低かった。
【００４１】
実施例２
実施例１において、遠心分離により得られた分離汚泥のうちの１／２０を嫌気性消化槽に返送し、残部を系外へ引き抜いたこと以外は同様にして処理を行った。
【００４２】
その結果、３ヶ月経過後の嫌気性消化槽中の汚泥濃度は６．４ｇ／Ｌとなり、遠心分離により得られた分離水の汚泥濃度は４４ｍｇ／Ｌと著しく低かった。
【００４３】
【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】  （ａ）図は参考例に係る有機性汚泥の嫌気性消化処理方法を示す系統図であり、（ｂ）図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。
【図２】  （ａ）図は参考例に係る有機性汚泥の嫌気性消化処理方法を示す系統図であり、（ｂ）図は本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法の別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】
0004200601.tif 000002
【図２】
0004200601.tif 000003