(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸をメタン発酵汚泥の共存下で７５〜８５℃の温度条件で加熱することにより得られるポリ乳酸の分解物を汚泥に添加することによって、固液分離時の汚泥の沈降性を促進させることを特徴とする、汚泥の沈降性の改善方法。
【請求項２】
汚泥が、嫌気発酵により生じる汚泥である、請求項１に記載の改善方法。
【請求項３】
固液分離が遠心分離である、請求項１又は２に記載の改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥（特に生物学的処理により生じた汚泥）の固液分離を効率的に行うことを可能とする、汚泥の沈降性の改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥処理やメタン発酵処理等の生物学的処理によって有機物を処理した際に生じる汚泥は、固液分離に供して含水率を下げた後に焼却等によって処理されている。
汚泥の処理に要するエネルギー量の低減のためには、固液分離に要するエネルギー量を削減するだけでなく、固液分離後の汚泥の含水率を極力低減させることも求められる。そのため、汚泥の処理エネルギー量を減じるには、如何に効率よく汚泥を固液分離するかが重要である。
【０００３】
従来、汚泥の固液分離には、ベルトプレスや遠心分離等の手段が用いられている。このような汚泥の固液分離において、汚泥の沈降性を改善して固液分離効率を向上させるために、無機又は有機系の凝集沈殿剤が使用されている。しかしながら、経済的観点及び環境的観点の双方から、凝集沈殿剤の使用量の削減が望まれている。また、汚泥の固液分離を効率化する手段として、固液分離前の汚泥を加熱して汚泥中の高分子を変性させる方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、このように加熱処理を要する方法では、トータルエネルギーがさほど削減できないという欠点がある。
【０００４】
一方、ポリ乳酸は、トウモロコシ等の植物を材料として製造される生分解性素材であり、次世代のプラスチックとして種々の用途開発が進められている。その反面、使用後のポリ乳酸の効率的な分解や再利用については、未だ有効な方法が見出されていないという現状もある。
【０００５】
そこで、生物学的処理により生じた汚泥の固液分離の効率化と、及び使用後のポリ乳酸の有効利用方法とを両立できれば、経済的にも、また環境的にも、社会に対して多大なる貢献が可能になる。
【特許文献１】特開２００３−１９０９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、生物学的処理により生じた汚泥の固液分離を効率的に行うことを可能とする、汚泥の沈降性の改善方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、ポリ乳酸の分解物を汚泥に添加することによって、固液分離時の汚泥の分離効率を向上させることができ、汚泥の沈降性を改善し得ることを見出した。特に、ポリ乳酸の分解物として、ポリ乳酸をメタン発酵汚泥の共存下で６５．５℃以上の温度条件で加熱することにより得られるものを使用することによって、汚泥の沈降性をより一層促進させ得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることによって完成したものである。
【０００８】
即ち、本発明は、下記に掲げる汚泥の分離効率の改善方法を提供する。
項１．  ポリ乳酸の分解物を汚泥に添加することによって、固液分離時の汚泥の沈降性を促進させることを特徴とする、汚泥の沈降性の改善方法。
項２．  ポリ乳酸の分解物が、ポリ乳酸をメタン発酵汚泥の共存下で６５．５℃以上の温度条件で加熱することにより得られるものである、項１に記載の改善方法。
項３．  汚泥が、嫌気発酵により生じる汚泥である、項１又は２に記載の改善方法。
項４．  固液分離が遠心分離である、項１乃至３のいずれかに記載の改善方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、汚泥の沈降性を促進させることによって、汚泥の固液分離効率を高めることができるので、汚泥の処理に要するエネルギー量を削減することが可能になる。
【００１０】
更に、本発明によれば、ポリ乳酸の分解物を利用することにより、汚泥の沈降性を促進させているので、使用後のポリ乳酸の有効利用という観点からも、経済的且つ環境的メリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、汚泥の固液分離時の分離効率を改善する方法である。本発明において対象となる汚泥については、特に制限されないが、活性汚泥処理、メタン発酵処理等の生物学的処理によって有機物を処理した際に生じる汚泥が挙げられる。これらの中でも、メタン発酵等の嫌気発酵処理により生じる汚泥が沈降性の促進対象として好適である。本発明において対象となる汚泥としては、通常、水分含量が６０重量％以上、好ましくは８０〜９９重量％のものが好適に例示される。
【００１２】
また、本発明で使用されるポリ乳酸の分解物とは、低分子化されたポリ乳酸（以下、低分子化ポリ乳酸と表記することもある）を含むものである。ポリ乳酸の分解物としては、低分子化ポリ乳酸が精製された状態で存在しているものであってもよいが、調製簡便性の観点から、ポリ乳酸の分解物と他成分が混合された状態のものであってもよい。
【００１３】
ここで、ポリ乳酸とは、ポリマーの主要な構成単位として乳酸を有するポリマーである。ポリ乳酸の分解物の原料として使用されるポリ乳酸（以下、原料ポリ乳酸と表記することもある）の種類については、特に制限されないが、例えば、ポリL-乳酸やポリD-乳酸等の乳酸ホモポリマー；L-乳酸及びD-乳酸の少なくとも１種と、アラニン、グリコール酸、グリコリド、グリシン、ε−カプロラクトン、グルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、糖類、多価アルコールの少なくとも１種との乳酸コポリマー；ポリD,L-乳酸等が例示される。
【００１４】
ポリ乳酸の分解物に含まれる低分子化ポリ乳酸の分子量としては、汚泥の沈降性を促進可能である限り特に制限されない。
【００１５】
本発明で使用されるポリ乳酸の分解物の調製において、上記原料ポリ乳酸１種単独で使用してもよく、また２種以上の上記原料ポリ乳酸を組み合わせて使用してもよい。
【００１６】
更に、原料ポリ乳酸は、ポリ乳酸以外の成分を含有する樹脂組成物であってもよい。原料ポリ乳酸として、ポリ乳酸及び他の成分を含有する樹脂組成物を使用する場合、該樹脂組成物中のポリ乳酸の配合割合については、特に制限されないが、例えば、該樹脂組成物の総量当たり、ポリ乳酸が５〜９９重量％、好ましくは２０〜９９重量％、更に好ましくは５０〜９９重量％が挙げられる。
【００１７】
また、原料ポリ乳酸の形態については、特に制限されない。例えば、粉末、フィルム、不織布、シート、板体、発泡体、射出成型体等の各種形状の原料ポリ乳酸を使用することができる。なお、ポリ乳酸の分解物の調製に際して、フィルム、不織布、シート、板体、発泡体、射出成型体等形態の原料ポリ乳酸については、粉末状又は小片形状にするために、粉砕や裁断等の前処理に供しておいてもよい。
【００１８】
本発明で使用されるポリ乳酸の分解物の調製において、原料ポリ乳酸を低分子化させる方法については特に制限されないが、好ましくは、原料ポリ乳酸をメタン発酵汚泥の共存下で６０℃以上の温度条件で加熱する方法が例示される。
【００１９】
ここで、メタン発酵汚泥とは、有機物をメタン発酵することにより得られる汚泥成分のことである。また、メタン発酵とは、有機物とメタン発酵菌の共存下で嫌気性雰囲気にて行われる発酵であり、最終的な代謝産物としてメタンの生成が認められる。メタン発酵汚泥の調製において、使用されるメタン発酵菌の種類、基質となる有機物の種類等については特に制限されない。本発明の可溶化方法により可溶化したポリ乳酸を更にメタン発酵に供して連続的に処理する場合には、システムの効率化という観点から、当該メタン発酵によって生じる汚泥をポリ乳酸の可溶化に使用することが望ましい。
【００２０】
ポリ乳酸の分解物の調製において使用されるメタン発酵汚泥は、有機物をメタン発酵処理に供して得られる発酵物そのものであってもよく、該発酵物から分離された固形分であってもよい。更に、本発明では、メタン発酵汚泥として、該発酵物をスクリュープレスフィルター等によって比較的大きな固形分を除去したものであってもよい。好ましくは、有機物をメタン発酵処理に供して得られる発酵物そのものである。
【００２１】
メタン発酵汚泥を用いた原料ポリ乳酸の分解において、温度条件は６５．５℃以上であれば、特に制限されないが、好ましくは６５．５〜１００℃程度、更に好ましくは６８〜９０℃程度、特に好ましくは７５〜８５℃程度である。上記温度範囲であれば、効率的にポリ乳酸の低分子化を行うことができ、汚泥の固液分離効率を一層顕著ならしめるポリ乳酸の分解物を得ることができる。
【００２２】
メタン発酵汚泥を用いた原料ポリ乳酸の低分子化は、上記原料ポリ乳酸と上記メタン発酵汚泥とを共存させ、上記温度条件下で静置又は撹拌しながら行われる。
【００２３】
メタン発酵汚泥を用いた原料ポリ乳酸の低分子化において、上記ポリ乳酸に対して添加されるメタン発酵汚泥の割合については、使用するメタン発酵汚泥の種類、ポリ乳酸の種類、その他の条件等に応じて適宜設定すればよい。具体的には、原料ポリ乳酸（原料ポリ乳酸以外の成分を含有する樹脂組成物の場合は、それに含まれる原料ポリ乳酸重量に換算）１重量部に対して、メタン発酵汚泥（固形分換算）を０．０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜１重量部となる割合が例示される。
【００２４】
メタン発酵汚泥を用いた原料ポリ乳酸の分解処理の時間は、使用するメタン発酵汚泥の種類や量、処理対象のポリ乳酸の種類や量によって異なり一律に規定することはできないが、通常１〜１９２時間、好ましくは１０〜９６時間、更に好ましくは２４〜４８時間が例示される。
【００２５】
メタン発酵汚泥を用いた原料ポリ乳酸の分解処理は、嫌気性雰囲気で行うことが好ましいが、好気性雰囲気でも嫌気性雰囲気の場合と同等の原料ポリ乳酸の分解効果が得られる場合もある。
【００２６】
本発明の方法では、上記ポリ乳酸の分解物を、固液分離の対象となる上記汚泥に添加、混合することによって、固液分離時の汚泥の沈降性を促進させることが可能になる。
【００２７】
本発明の方法では、上記ポリ乳酸の分解物は、固液分離しない状態の全画分使用してもよいが、固液分離した上清画分又は沈殿画分のいずれかを使用してもく、使用するポリ乳酸の分解物の画分については、処理全体における経済性、環境性等に基づいて適宜選択すればよい。
【００２８】
本発明において、上記汚泥に対して、上記ポリ乳酸の分解物を添加する割合については、汚泥の種類やポリ乳酸の分解物の種類に応じて適宜設定すればよい。
【００２９】
斯くして上記汚泥に上記ポリ乳酸の分解物を添加することにより、汚泥の沈降性が促進され、汚泥の固液分離による分離効率の改善が図られる。それ故、沈降性が促進された汚泥（即ち、上記汚泥と上記ポリ乳酸の分解物との混合物）を固液分離することによって、効率的に汚泥の含水率を低減させることができる。
【００３０】
本発明によって沈降性が促進された汚泥は、固液分離処理に供されることによって、含水率が低減された汚泥が効率的に回収される。固液分離処理としては、特に制限されないが、例えば、ベルトプレス、フィルタープレス等の濾過；遠心分離；自然沈降等が挙げられる。これらの中でも、遠心分離は、沈降性が促進された汚泥に対して適用される好適な固液分離手段である。
【００３１】
固液分離され含水率が低減された汚泥は、そのまま焼却等の処理に供してもよいが、再度、活性汚泥やメタン発酵等の生物学的処理に供してもよい。
【００３２】
本発明の汚泥の分離効率の改善方法は、有機物の生物学的処理における一工程として組み込まれて実施される。有機物の生物学的処理が生ごみのメタン発酵処理である場合について、本発明の汚泥の分離効率の改善方法の実施態様例を図１のフロー１〜４に示す。
フロー１：生ごみと原料ポリ乳酸の混合物をメタン発酵に供して生ごみを分解する（工程１）。次いで、工程１によって得られたメタン発酵汚泥に残存する原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を生じさせる（工程２）。このような工程２によって、メタン発酵汚泥とポリ乳酸の分解物が混在している汚泥が得られるので、これを固液分離する（工程３）。
フロー２：生ごみと原料ポリ乳酸の混合物をメタン発酵に供して生ごみを分解する（工程１）。次いで、工程１によって得られたメタン発酵汚泥の一部を抜き出して該汚泥に残存する原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を生じさせる（工程２）。その後、工程１で得られたメタン発酵汚泥の残部と、工程２で得られた処理物とを混合して、固液分離する（工程３）。
フロー３：生ごみと原料ポリ乳酸の混合物を、原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を生じさせる（工程１）。次いで、工程１で得られた処理の一部をメタン発酵処理に供して生ごみを分解する（工程２）。その後、工程２で得られたメタン発酵汚泥を固液分離する（工程３）。本フロー３では、工程１で生じたポリ乳酸の分解物の一部が、工程２のメタン発酵処理において処理されずに残存するために、工程３の固液分離において汚泥の沈降性が改善される。
フロー４：生ごみと原料ポリ乳酸の混合物を、原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を生じさせる（工程１）。次いで、工程１で得られた処理の一部をメタン発酵処理に供して生ごみを分解する（工程２）。その後、工程１で得られた処理物の残部と、工程２で得られたメタン発酵汚泥とを混合して、固液分離する（工程３）。
フロー５：生ごみをメタン発酵処理に供して分解する（工程１）。また、別途、原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を生じさせる（工程２）。次いで、工程１で得られたメタン発酵汚泥と、工程２で得られた処理物とを混合し、固液分離する（工程３）。
【００３３】
更に、有機物の生物学的処理が汚水の活性汚泥処理である場合について、本発明の汚泥の分離効率の改善方法の実施態様例を図１のフロー６に示す。
フロー６：汚水を活性汚泥処理に供して浄化処理する（工程１）。また、別途、原料ポリ乳酸を分解させる処理を行い、ポリ乳酸の分解物を得る（工程２）。次いで、工程１で得られた汚泥と、工程２で得られたポリ乳酸の分解物とを混合し、固液分離する（工程３）。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例等を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
試験例１
１．試験材料
本試験では、１ｃｍ角に裁断したシート状ポリ乳酸（ポリL-乳酸；ネイチャーワークス社製ポリ乳酸をシート成型したもの）を使用した。また、発酵温度が５５℃で運転されているメタン発酵施設の発酵槽内から採取された汚泥（固形分濃度：２重量％）を、メタン発酵汚泥として本試験に使用した。
【００３６】
２．ポリ乳酸の分解物の調製
１．５ｍL容の試験管に収容した上記メタン発酵汚泥０．８ｍＬにポリ乳酸０．１６ｇを添加して、試験管内雰囲気を窒素に置換して密閉した。これを８０℃の温度条件下で２０ｒｐｍで２日間撹拌を行うことにより、ポリ乳酸を低分子化させて、ポリ乳酸の分解物を得た。
【００３７】
３．固液分離時の汚泥の沈降性の評価
上記メタン発酵汚泥０．８ｍＬと、上記２で得られたポリ乳酸の分解物（ポリ乳酸０．１６ｇとメタン発酵汚泥０．８ｍＬの加熱処理物）とを混合した後に、１５００ｇで１又は２分間遠心分離を行い、固形汚泥と上清とを分離した。分離した上清に対して、更に１５０００ｇで１０分間の遠心分離を行い、上清に含まれるSS（Suspended Solid；浮遊物質）を完全に回収し、回収されたSS量を科学的酸素要求量(COD)として測定した。なお、別途、１５０００ｇでの遠心分離を行う前の上清に含まれるSSのCODを測定しておいた。斯くして測定されたCODを用いて、下記算出式に基づいて、SS分減少率（％）を算出した。
【００３８】
【数１】
0004931792.tif 000002
【００３９】
また、比較のために、５５℃の温度条件を採用すること以外は、上記２の項と同じ条件で処理を行うことにより加熱処理物を調製し、この加熱処理物をポリ乳酸の分解物の代わりに用いて、上記と同条件にて固液分離時の汚泥の沈降性を評価した（比較例１）。この比較例１で使用した加熱処理物中では、ポリ乳酸は低分子化されていないことが確認されている。更に、ポリ乳酸を添加しないこと以外は、上記２の項と同じ条件で処理を行うことにより加熱処理物を調製し、この加熱処理物をポリ乳酸の分解物の代わりに用いて、上記と同条件にて固液分離時の汚泥の沈降性を評価した（比較例２）。
【００４０】
４．結果
結果を図２に示す。この結果から、ポリ乳酸の分解物が添加されて遠心分離されたもの（実施例１）では、ポリ乳酸の分解物が添加されていない場合（比較例１及び２）に比べて、遠心分離後の上清においてSS分減少率が顕著に低いことが確認された。また、目視の結果からも、実施例１では、比較例１及び２に比べて、固液分離の分離率が高いことも確認された。本結果から、ポリ乳酸の分解物を汚泥に添加することによって、固液分離時の汚泥の沈降性を促進させることができ、汚泥の分離効率を向上できることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の汚泥の沈降性の改善方法が有機物の生物学的処理における一工程として組み込まれて実施される場合の具体的態様例を示す図である。
【図２】試験例１において、固液分離時の汚泥の沈降性を評価した結果を示す図である。
【図１】
0004931792.tif 000003
【図２】
0004931792.tif 000004