(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程より発生する汚泥の少なくとも一部をアルカリ処理するアルカリ処理工程と、前記アルカリ処理工程でアルカリ処理した汚泥を前記生物処理工程に返送する工程とを少なくとも設けた有機性汚水の処理方法において、
前記アルカリ処理工程で処理した汚泥の前記生物処理工程への返送量を前記生物処理工程のｐＨ値に基づいて制御することを特徴とするアルカリを用いた有機性汚水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリを用いた有機性汚水の処理方法に関し、更に詳しくは、有機性汚水を微生物により浄化する生物処理方法における余剰汚泥の発生量を削減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機性汚水を微生物により浄化する生物処理方法においては、汚水中の有機物を摂取して微生物が増殖するため、下水等の汚水処理施設より多量の余剰汚泥が発生し産業廃棄物となって問題となっている。ちなみに、通常の活性汚泥法による下水処理では有機性汚水中の有機物は、その約５０％が炭酸ガスとして排気され、残りの約５０％が微生物の増殖分となり余剰汚泥として発生している。
【０００３】
そのため、最近、有機性汚水を微生物により浄化する、いわゆる、有機性汚水の生物処理方法においては、余剰汚泥の発生量を削減したり、あるいは余剰汚泥がほとんど発生しない処理方法が採用されるようになっている。
この方法は、生物処理工程の汚泥混合液あるいは濃縮汚泥を抜き取り、この抜き取った余剰汚泥を機械的、生物的、化学的、又は物理的手法、もしくは、これらを組み合わせた手法により処理して前記生物処理工程へ返送し、同工程内の微生物群により、全てあるいはその一部を分解消滅させる方法であり、今日までに発明あるいは研究されている余剰汚泥の処理方法は、その手法の形態により第１表のように分類される。
【０００４】
【表１】
0004938934.tif 000002
【０００５】
すなわち、ミル、回転ディスク、あるいは超音波等を用いて細胞を破砕する破砕法による第１従来例、分解酵素、好熱細菌で分解したり、あるいは腐植土等を用いて増殖を抑制する生物処理法による第２従来例、薬剤、オゾン、塩素、電解による細胞を殺傷したり、酸又はアルカリ等を用いて加水分解する化学法の第３従来例、加温して細胞を殺傷したり、爆砕して細胞を破砕したり、あるいは高温高圧水で低分子化する等の物理法による第４従来例がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生物処理工程より発生する余剰汚泥の処理に関する従来技術には、次のような課題が存在している。
【０００７】
破砕法による第１従来列においては、ミル法（例えば、特開平１１−３００３９号公報参照）又は回転ディスク法（例えば、論文：環境技術ｖｏｌ．２８，  ｐｐ．５５６−５６１参照）は、汚泥細菌の機械的破砕であるが、ミル及びディスクの摩耗、砂・髪等の異物による目詰まり等に加えて、摩擦による発熱が激しくエネルギー効率が低くなり、更に、超音波法（例えば、特開平２０００−１１７２８０号公報参照）は、電気から振動への変換効率が低いこと及び水媒体による振動エネルギーの減衰が起こることにより、細胞破砕の処理コストが高くなるという問題がある。そこで、汚泥の濃縮、あるいは加熱や酸・アルカリ等（特開平２００１−３８３９７号公報参照）の併用により照射時間を短縮して消費電力を削減しているが、総合的には処理コストが高いという問題を解決するに至っていない。
【０００８】
生物処理法による第２従来列においては、酵素法（例えば、特開平１１−２０６０８号公報参照）は、分解酵素剤が高価であり、好熱細菌法（例えば、特開平１０−３３７５９３号公報参照）は、同菌体が分泌する分解酵素による汚泥細胞を溶菌する方法であるが、溶菌効率が低く、好熱細菌の管理に熟練を要し、腐植土法（例えば、論文：環境技術ｖｏｌ．２８，ｐｐ．５４７−５５１参照）は、増殖速度の低い細菌類を優先的に培養して余剰汚泥の発生量を抑制する方法であるが、細菌類の制御方法が難しく、更に余剰汚泥の削減化率が低くなるという問題がある。
【０００９】
化学法の第３従来列においては、オゾン法（例えば、特開平０６−２０６０８号公報参照）は、純酸素又は空気中の酸素から放電によるオゾンへの物質変換、オゾンの汚泥液への溶解の各工程よりなり、酸素からオゾンへの変換率が低いことに加えて、オゾンの水への溶解度が低いため、原理的に低効率で、設備及び運転コストが高くなるとともに、オゾン曝気による発泡も大きな課題であり、塩素法（例えば、特開昭６２−２３９９８２号公報参照）は、塩素の水への吸収効率及び高濃度菌体の処理効率がともに低く、酸・アルカリ法（例えば、特開平０２−２９３０９５号公報参照）は、汚泥細胞の可溶化を目的としているため、細胞、特に難分解性の細胞壁を可溶化するために多量のアルカリ添加と長い処理時間が必要となり、過剰のアルカリ添加のため、汚泥処理液を中和するための酸の添加が必要となるなど薬品代が高コストであり、また、電解法は処理コストが安価であるが食塩又は海水の添加が必要であり（水環境学会第３５回年会要旨集、ｐ．２８８，  ２００１）、高温高圧水法（水熱法、例えば、特開平２０００−２１８２９５号公報参照）は、汚泥の可溶化率が極めて高く、リン回収等が可能で多機能であるが、装置化の技術レベルが高く、加熱に要するエネルギーが必要で運転コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
物理法による第４従来列においては、爆砕法（例えば、特開昭５４−０２４４５７号公報参照）は、高温高圧状態の汚泥を急激に減圧して汚泥細胞を破砕する方法であるが、装置化の技術レベルが高く、並びに、運転コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記した従来の処理方法における問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、汚泥処理に不必要なエネルギーの投入やアルカリの過剰添加をせずに、低コストでかつ効率的に余剰汚泥の削減を図ることができるアルカリを用いた有機性汚水の処理方法を提供する目的で成されたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
汚泥削減化に関する従来技術の原理（作用・機構）について、発明者らは文献調査及び室内実験により検証したところ、図３（ａ）に示す余剰汚泥処理法（削減法）の原理と分類に分けられることを見いだした。
【００１３】
すなわち、汚泥の大部分を占める細菌類の細胞は、図３（ｂ）に示すように、難分解性の高分子物質（ペプチドグリカン）から構成される細胞壁と流動性の細胞質（顆粒状・繊維状の高分子物質を含む）より構成されていて、この細胞の外側は粘性物質で覆われている。従来技術を汚泥細胞への作用から分類すると、図３（ａ）に示す、細胞殺傷（以下、Ａ法ともいう）、細胞質漏出（以下、Ｂ法ともいう）、細胞低分子化（以下、Ｃ法ともいう）であることを見いだした。
【００１４】
細胞殺傷は単に汚泥細菌を死滅させるか又は致死傷を負わせるだけで、細胞を可溶化する割合は極めて低い。この方法に属する技術は薬剤法、オゾン法、塩素法等である。
【００１５】
細胞質漏出は、機械的に細胞壁を破砕して細胞質を漏出・溶解させるので、細胞を可溶化する割合はかなり高いが、細胞壁はそのまま残存する。この方法に属する技術はミル法、回転ディスク法、超音波法等である。
【００１６】
細胞低分子化は、細胞を構成する高分子物質を加水分解により低分子化して溶解化するもので、細胞壁及び細胞質内顆粒・繊維等の各高分子物質を低分子化して水へ溶解させるので、細胞を可溶化する割合は極めて高い。この方法に属する技術は高温高圧水法（２００℃、１．６ＭＰａ（ゲージ圧）以上）である。
【００１７】
また、Ｂ法とＣ法の中間の機能を有する技術は、酵素法、好熱細菌法、酸・アルカリ法、１００〜２００℃での加圧・加温法、１００〜２００℃での爆砕法等である。
【００１８】
ここで、従来法では、汚泥細胞への機能・作用を明確に解明せず、ただ、汚泥の可溶化と定義していた。言い換えると、細胞は死滅又は不活性化するが細胞の形態はそのままであるものから、細胞を構成する高分子物質を低分子化して細胞を完全に溶解化するものまで、可溶化という曖昧な用語で表現していた（本発明では、生物細胞を構成する高分子物質を低分子化して水に溶解することを可溶化と定義し、この作用により汚泥が可溶化する割合のことを可溶化率とする）。
【００１９】
更に、殺傷された細胞、細胞質漏出された細胞、低分子化された細胞、すなわち、Ａ法、Ｂ法、Ｃ法により余剰汚泥をそれぞれ処理した後、処理された余剰汚泥を生物処理槽へ移送した場合において、生物処理槽における処理余剰汚泥の消化の程度及び処理水質への影響を実験的に調べた。
【００２０】
Ａ法として電解塩素法（例えば、第３５回日本水環境学会年会講演要集、２００１、ｐ．２８８参照）、Ｂ法として超音波法（例えば、特開平２０００−１１７２８０号公報参照）、Ｃ法として高温高圧水法（水熱法、特開平２０００−２１８２９５号公報参照）を適用し、活性汚泥処理装置により実験的に検証したところ、次のような事実が明らかになった。なお、この検証実験では、余剰汚泥は前記方法により処理して曝気槽へ返送するのみで、余剰汚泥は全く系外へ排出しなかった。比較実験（以下、対照系という）では、活性汚泥処理装置により汚水を処理するのみで、余剰汚泥を抜き取り系外へ排出した。
【００２１】
細胞殺傷法及び細胞質漏出法の結果はほとんど同じ結果となった。曝気槽内の活性汚泥のＳＶＩ（汚泥容量指標）は電解塩素法及び超音波法を採用したいずれの系でも、ＳＶＩは２００前後で一定であったのに対し、対照系は１００〜２００と変動した。ＭＬＳＳはいずれも対照系よりも１．４倍高い値であった（対照系のＭＬＳＳ  ２，５００ｍｇ／ｌ）。処理水質について、ＢＯＤ（生化学的酸素要求量）はいずれも対照系とほぼ同じ値であった（対照系のＢＯＤ５ｍｇ／ｌ以下）。ＣＯＤ（化学的酸素要求量）及びＴＯＣ（全有機炭素）はいずれも対照系より１〜１．５倍程度高い値であった（対照系のＣＯＤ、ＴＯＣいずれも５〜１０ｍｇ／ｌ）。曝気量はいずれも対照系より約２０％増加した。
【００２２】
水熱法では、ＳＶＩは対照系とほぼ同じ値で、ＭＬＳＳは１．２倍の値であった。処理水質は対照系とほぼ同じ値であった。負荷量の増加は約２０％であった。
【００２３】
以上の実験結果から次の結論が導かれた。
余剰汚泥を細胞殺傷法又は細胞質漏出法いずれの方法によって処理して生物処理槽へ返送しても、微生物により消化されて消滅する。これは、殺傷細胞は生物処理槽内の微生物により溶菌されて細胞質漏出が起こり、結果として、細胞質漏出法と同じ経路により消化されることによる。また、細胞質成分は微生物により短時間で消化され、細胞壁成分は長時間（汚泥滞留時間程度の期間）かけて消化されるが、細胞壁成分は沈降性がよいので、沈降槽で活性汚泥とともに固液分離されて生物処理槽へ返送されるので、処理水に含まれて系外へ流出することはない。このようにして、難分解性の細胞壁成分は生物処理系内に長期間滞留することにより微生物群により徐々に消化される。
【００２４】
細胞壁成分の処理系内における長期間の滞留はＳＶＩ及びＭＬＳＳの値を上昇させる。
ただ、細胞壁高分子物質や細胞質内高分子物質の消化過程で生じる浮遊性あるいは溶解性の中間物質の極一部は、沈殿槽での分離が困難で、上澄み液に混入して処理水のＣＯＤ及びＴＯＣの値を若干増加させる。この成分は難分解性であるので、５日間でのＢＯＤ測定では検出されない。
【００２５】
細胞殺傷法及び細胞質漏出法は、汚泥処理法は異なるが、生物処理工程での消化過程は同じ挙動となる。これらの方法により余剰汚泥を処理して生物処理工程へ返送した場合には、死滅細胞や細胞壁成分が長期間滞留しＭＬＳＳが上昇するので、通常の生物処理法と同じＭＬＳＳを維持するために、通常法における余剰汚泥量の数倍量の生物汚泥を抜き取り、生物処理工程へ返送している事例（特開平０６−２０６０８８号公報参照）がある。
【００２６】
細胞低分子化法では、処理汚泥の返送分だけ生物処理工程への負荷量が増加するが、汚泥細胞はほぼ完全に可溶化されるので、負荷量の増加分だけＭＬＳＳを増加させるが、細胞殺傷法及び細胞質漏出法と比較すると、ＭＬＳＳの増加分は少なく、ＳＶＩの変化は小さい。
ただし、細胞低分子化法は、細胞を低分子化する為に、高温高圧の装置が必要で、装置化の技術レベルが高く、加熱に要するエネルギーが必要で運転コストが高くなるという問題がある。
【００２７】
以上のような実験的検証の結論を踏まえて、余剰汚泥の処理方法として細胞殺傷法を導入し、余剰汚泥細菌を低コストで効率的に殺傷する手法としてアルカリを採用する本発明に至ったものであり、本発明の請求項１に記載のアルカリを用いた有機性汚水の処理方法は、有機性汚水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程より発生する汚泥の少なくとも一部をアルカリ処理するアルカリ処理工程と、前記アルカリ処理工程でアルカリ処理した汚泥を前記生物処理工程に返送する工程とを少なくとも設けた有機性汚水の処理方法において、前記アルカリ処理工程で処理した汚泥の前記生物処理工程への返送量を前記生物処理工程のｐＨ値に基づいて制御することを特徴とするアルカリを用いた有機性汚水の処理方法である。
【００２８】
また、参考のアルカリを用いた有機性汚水の処理方法は、有機性汚水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程より発生する汚泥の少なくとも一部をアルカリ処理するアルカリ処理工程と、前記アルカリ処理工程でアルカリ処理した汚泥を前記生物処理工程に返送する工程とを少なくとも設けた有機性汚水の処理方法において、前記アルカリ処理工程でのアルカリ溶液の添加量を前記生物処理工程のｐＨ値に基づいて制御することを特徴とするアルカリを用いた有機性汚水の処理方法である。
【００２９】
前記各アルカリを用いた有機性汚水の処理方法にあっては、生物処理工程のｐＨ値に基づいてアルカリ処理した汚泥の生物処理工程への返送量やアルカリ処理工程でのアルカリ溶液の添加量を制御するため、細胞殺傷に必要なだけのアルカリ使用量に制御することができ、汚泥処理に不必要なエネルギーの投入やアルカリの過剰添加をせずに、低コストでかつ効率的に余剰汚泥の削減を図ることができる。
【００３０】
即ち、従来のアルカリによる余剰汚泥の処理においては、汚泥細胞の可溶化を目的としているため、細胞、特に難分解性の細胞壁を可溶化するために多量のアルカリ添加と長い処理時間が必要となり、過剰のアルカリ添加のため、汚泥処理液を中和するための酸の添加が必要となる。また、短時間で処理するためには、加熱を併用しており（例えば、米国特許第３６２２５０７号）、エネルギーを消費するなどの問題があったのに対して、本発明では、可溶化よりも少ないアルカリ量でかつ細胞殺傷に必要なだけのアルカリ使用量に制御することができ、また、過剰なアルカリも生物処理工程のｐＨ調整に使用されるため、アルカリ使用量を大幅に削減することができる。
【００３１】
前記各アルカリを用いた有機性汚水の処理方法におけるアルカリ処理工程でのｐＨ値は、ｐＨ９．５〜１２．５が好ましく、ｐＨ９．５未満だと細胞殺傷力が弱く処理時間が長くなる問題があり、ｐＨ１２．５を超えると生物処理工程のｐＨ調整にはアルカリ量が過剰となり、酸による中和が必要となる問題がある。また、アルカリ処理工程での汚泥の滞留時間は、３０分〜５時間が好ましく、３０分未満だと細胞殺傷が不十分となる可能性があり、５時間を超えるとアルカリ処理槽が過大となる問題がある。
【００３２】
前記各アルカリを用いた有機性汚水の処理方法における生物処理工程でのｐＨ値は、ｐＨ７．５〜８．５が好ましく、ｐＨ７．５未満、又は、ｐＨ８．５を超えると生物処理活性も低下し、有機性汚水中の有機物の生物分解が十分に行われなくなる問題がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態であるアルカリを用いた有機性汚水の処理方法に用いられる活性汚泥処理装置の系統図、図２は本発明の他の実施の形態であるアルカリを用いた有機性汚水の処理方法に用いられる活性汚泥処理装置の系統図、図３（ａ）は余剰汚泥処理法の原理と分類を示す説明図、図３（ｂ）は汚泥の大部分を占める細菌類の細胞構造を示す図である。また、図４はアルカリ処理テストにおける酸素消費速度測定装置の系統図であり、図５はアルカリ処理テストにおけるアルカリ処理時間と汚泥の殺傷率の関係を示すグラフ、図６はアルカリ処理テストにおけるｐＨ値と汚泥の殺傷率の関係を示すグラフである。
【００３４】
図１及び図２において、符号１１は生物処理槽である曝気槽、符号１２は曝気槽１１で生物処理された汚泥混合液を固液分離する固液分離装置の沈殿槽、符号２０は沈殿槽１２で分離された汚泥の少なくとも一部を滞留させ、アルカリ溶液を添加してアルカリによる汚泥の殺傷処理を行うアルカリ処理槽であり、符号２３は水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどのアルカリ溶液を貯留するアルカリ貯留槽である。
【００３５】
なお、生物処理槽としては、上記活性汚泥処理装置における曝気槽１１以外に、深層曝気処理装置、固定床式生物処理装置又は流動床式処理装置などを用いることができる。また、固液分離装置は、沈殿槽１２以外に、膜分離装置、遠心分離装置、濾過装置又はこれらの装置の組合せ装置などであってもよい。
【００３６】
符号２１は、沈殿槽１２で沈降濃縮された汚泥をアルカリ処理槽２０に供給する汚泥導入ポンプ、符号２４はアルカリ貯留槽２３からアルカリ溶液をアルカリ処理槽２０に供給するアルカリ添加ポンプ、符号２６はアルカリ処理槽２０からアルカリ処理汚泥を曝気槽１１に返送する処理汚泥返送ポンプであり、図１における符号２２はアルカリ処理槽２０内のｐＨ値を所定の値に制御するためにアルカリ添加量を調整するｐＨ制御器、符号２７は曝気槽１１内のｐＨ値に基づいてアルカリ処理した汚泥の返送量を制御するｐＨ制御器、符号２８はアルカリ処理槽２０内の水位を検知し、水位が所定水位よりも過剰又は不足の場合に汚泥導入ポンプ２１及び／又は処理汚泥返送ポンプ２６を制御する水位制御器である。更に図２における符号２９は曝気槽１１内のｐＨ値に基づいてアルカリ処理槽２０へのアルカリ添加量を調整するｐＨ制御器である。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態の有機性汚水の処理方法について説明する。
【００３８】
図１において、活性汚泥処理工程１における生物処理槽である曝気槽１１に有機性汚水１０と沈殿槽１２からの返送汚泥１５を流入させ、図示しない散気装置により曝気し、有機性汚水１０を微生物により好気性生物処理し、ついで、沈殿槽１２により活性汚泥を上澄水と沈殿汚泥とに固液分離し、上澄水は処理水１３として系外に排出し、沈殿汚泥は分離汚泥１４として沈殿槽１２から抜き出し、曝気槽１１における汚泥濃度保持のための返送汚泥１５として曝気槽１１へ返送するとともに、一部をアルカリ処理するため、余剰汚泥１６として汚泥導入ポンプ２１により、余剰汚泥処理工程２のアルカリ処理槽２０へ導入する。
【００３９】
アルカリ処理槽２０へ導入された余剰汚泥１６には、ｐＨ制御器２２に連動したアルカリ添加ポンプ２４によりアルカリ貯留槽２３から抜き出されたアルカリ溶液が添加され、余剰汚泥１６は所定のｐＨ値に維持されて一定時間アルカリ処理槽２０内に滞留し、アルカリの作用により汚泥細菌が殺傷処理される。
【００４０】
アルカリ処理されて汚泥細菌が殺傷された処理汚泥は、曝気槽１１内のｐＨ値に基づいてアルカリ処理汚泥の返送量を制御するｐＨ制御器２７に連動した処理汚泥返送ポンプ２６により流量制御されて曝気槽１１に返送され、曝気槽１１に返送された処理汚泥２５は、活性汚泥処理系内に長期間滞留することにより、同系内の微生物により溶菌・分解されて消滅する。
【００４１】
なお、アルカリ処理工程でのｐＨ値は、汚泥の滞留時間などの条件からｐＨ９．５〜１２．５の間で適宜に設定される。また、アルカリ処理工程での汚泥の滞留時間は、３０分〜５時間が好ましい。更に、通常の活性汚泥処理工程１においては、生物処理工程でのｐＨ値は、ｐＨ７．５〜８．５に維持される。
【００４２】
前記においてアルカリ処理槽２０に供給する余剰汚泥量と曝気槽１１に返送するアルカリ処理した汚泥の返送量とのバランスが崩れ、大きく水位が所定水位よりも過剰又は不足となる場合には、水位制御器２８で汚泥導入ポンプ２１及び／又は処理汚泥返送ポンプ２６を制御して、アルカリ処理槽２０に供給する余剰汚泥量及び／又はアルカリ処理した汚泥の返送量を調整する。
【００４３】
図２においては、アルカリ処理槽２０へ導入された余剰汚泥１６には、曝気槽１１内のｐＨ値に基づいてアルカリ処理槽２０へのアルカリ添加量を調整するｐＨ制御器２９に連動したアルカリ添加ポンプ２４によりアルカリ貯留槽２３から抜き出されたアルカリ溶液が添加され、余剰汚泥１６は所定のｐＨ値に維持されて一定時間アルカリ処理槽２０内に滞留し、アルカリの作用により汚泥細菌が殺傷処理される。
【００４４】
また、アルカリ処理され汚泥細菌が殺傷された処理汚泥２５は、処理汚泥返送ポンプ２６により曝気槽１１に返送され、曝気槽１１に返送された処理汚泥２５は、活性汚泥処理系内に長期間滞留することにより、同系内の微生物により溶菌・分解されて消滅する。
なお、図２においては、アルカリ処理槽２０に供給する余剰汚泥量と曝気槽１１に返送するアルカリ処理した汚泥の返送量とのバランスが崩れる恐れはない。
【００４５】
【実施例】
次に、本出願人は、人工的に製造した下水を用いて汚水の浄化実験を次のように行った。
人工下水（有機性汚水）１０を用いた図１の活性汚泥処理装置の曝気槽１１から余剰汚泥を抜き取り、該余剰汚泥をアルカリ処理して曝気槽１１へ投入した実施例と、全く同じ活性汚泥処理装置及び運転条件で、沈殿槽１２から分離汚泥１４を引き抜いて曝気槽１１内のＭＬＳＳを一定に保つように排出した比較例の実験を行った。また、実施例及び比較例の実験に先立ち、アルカリ処理テストにおけるアルカリ処理時間と汚泥の殺傷率の関係及びｐＨ値と汚泥の殺傷率の関係について実験により確認した。
【００４６】
（人工下水について）
なお、人工下水は、水道水１０ｌ中に脱脂粉乳６ｇ、硫酸アンモニウム２．８２ｇ、リン酸２水素カリウム０．２７ｇ、炭酸水素ナトリウム０．７５ｇ及び炭酸ナトリウム０．３７５ｇを加えてＢＯＤ３００ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ３００ｍｇ／ｌ、ＴＯＣ２６０ｍｇ／ｌとなるように調製した。
【００４７】
（アルカリ処理の最適化）
有効容積４０ｌの曝気槽に、フィルアンドドロー法により上記人工下水３０ｌを１日１回投入して、供試用汚泥を培養した。ＳＶＩが増加して汚泥の沈降性が悪化し３０ｌの排水が困難であった場合には、排水量分の水道水を補給して上記人工下水３０ｌ分のスキムミルク及び塩類を添加した。ＳＲＴ（汚泥滞留時間）を２０日とし、一日一回余剰汚泥として２ｌ抜き取り、この汚泥をアルカリ処理の最適化実験に使用した。ＭＬＳＳは３，０００ｍｇ／ｌ前後であった。
【００４８】
上記余剰汚泥２ｌを図４に示す酸素消費速度測定装置へ移した。なお、余剰汚泥は人工下水を投入する直前に採取し、基質がすべて消費され、自己呼吸のみの状態とした。
空気ポンプ３１及び散気球３２を用いて２ｌの曝気容器３０の汚泥に酸素を補給し、この汚泥を循環ポンプ４１により１ｌの酸素濃度測定容器４０内へ循環した。該酸素濃度測定容器４０内に残留する空気は空気抜き４６により抜き取った。酸素濃度測定容器４０内の汚泥を磁気攪拌機４２及び磁気回転子４４を用いて攪拌した。該酸素濃度測定容器４０内の酸素濃度が所定の値に達したら、循環ポンプ４１を停止して、攪拌しながら一定の時間間隔で溶存酸素濃度を酸素センサ４５を用いて測定し、溶存酸素濃度の減少速度を汚泥の呼吸速度とした。
【００４９】
採取した余剰汚泥の呼吸速度に対するアリカリ処理汚泥の呼吸速度の比を求め、次式により殺傷率を求めた。
殺傷率［％］＝（１―アルカリ処理汚泥の呼吸速度／余剰汚泥の呼吸速度）×１００
余剰汚泥のアルカリ処理として、余剰汚泥を攪拌しながら、１Ｎ水酸化ナトリムを添加して所定のｐＨとし、所定時間攪拌した。
【００５０】
各ｐＨにおけるアルカリ処理時間と汚泥の殺傷率の関係を図５に示す。また、１時間のアルカリ処理条件におけるｐＨと殺傷率の関係を図６に示した。図６に示すように、ｐＨ９．５から殺菌効果が現れ、ｐＨ１２以上では１時間以内で１００％殺傷されている。
【００５１】
（活性汚泥実験）
曝気槽１１の有効容積は１０ｌ、沈澱槽１２の有効容積は３ｌで上記人工下水を曝気槽１１に１０ｌ／日の流量で連続投入した。ＳＲＴ（汚泥滞留時間）を２０日となるように、１日１回、５００ｍｌの混合液を曝気槽１１より引き抜いた。なお、曝気槽１１内の温度は室温とし、冬季はヒーターにより曝気槽１１内の温度を２０℃に保った。実施例では、前記余剰汚泥を沈降濃縮して汚泥濃度を約１０，０００ｍｇ／ｌとして、ガラスビーカーに移し、アルカリを加えてｐＨ１２に設定し、２時間攪拌しながらアリカリ処理した。アルカリ処理した汚泥は、ｐＨ制御器２８に連動した処理汚泥返送ポンプ２６により曝気槽１１へ投入した。ｐＨ制御器２８では、曝気槽１１のｐＨが７．５になるように設定した。また、比較例では引きぬいた汚泥をそのまま系外に排出した。
【００５２】
（活性汚泥性状）
ＭＬＳＳは比較例では平均２，５００ｍｇ／ｌであったが、実験例では平均３，５００ｍｇ／ｌであった。ＭＬＶＳＳ（活性汚泥有機性浮遊物質）／ＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）は比較例では平均０．９５、実施例では平均０．９５であった。
曝気槽１１内の混合液を３０分間静置し、沈降濃縮したときの汚泥容積の割合ＳＶＩ（汚泥容量指標）を調べた結果、比較例は平均１５０であったが、実施例では平均２００であった。実施例ではＳＶＩの値が高いにも関わらず、汚泥フロックと上澄み液の界面は明確で、沈殿槽１２による固液分離は良好（沈降汚泥の高さは三角錐分離槽の有効高さの１／３以内）で、貯留タンク内の処理水の透明度は比較例と変わらず、また、流出した汚泥は目視観察では認められず、固液分離性能には異常が認められなかった。
【００５３】
（処理水）
実験例と比較例の処理水水質に顕著な差異は認められず、ＢＯＤについてはいずれの処理水も５ｍｇ／ｌ以下で、ＣＯＤ、ＴＯＣについては比較例ではそれぞれ１０、１０ｍｇ／ｌ以下であるのに対し、実施例ではそれぞれ１２，１２ｍｇ／ｌ以下でほぼ同等な値で、処理水は良好に維持された。この説明として、オゾン法、酸・アルカリ法（可溶化法）、塩素法のような化学法での余剰汚泥の処理では、化学反応により微生物で代謝分解できない副生成物が生成するのに対して、本発明でのアルカリ処理では細胞膜及び細胞膜内外の酵素（タンパク質）、あるいは細胞膜を通過したアルカリによる細胞質内の生理活性物質等の損傷による細胞殺傷であり、曝気槽１１内の微生物による分解が困難な物質の生成が起こらないことが一つの理由として考えられる。
【００５４】
このように生物処理工程のｐＨ値に基づいてアルカリ処理した汚泥の生物処理工程への返送量やアルカリ処理工程でのアルカリ溶液の添加量を制御するため、細胞殺傷に必要なだけのアルカリ使用量に制御することができ、汚泥処理に不必要なエネルギーの投入やアルカリの過剰添加をせずに、低コストでかつ効率的に余剰汚泥の削減を図ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
１．請求項１の発明によれば、生物処理工程のｐＨ値に基づいてアルカリ処理した汚泥の生物処理工程への返送量を制御するため、細胞殺傷に必要なだけのアルカリ使用量に制御することができ、汚泥処理に不必要なエネルギーの投入やアルカリの過剰添加をせずに、低コストでかつ効率的に余剰汚泥の削減を図ることができる。
２．請求項２の発明によれば、生物処理工程のｐＨ値に基づいてアルカリ処理工程でのアルカリ溶液の添加量を制御するため、細胞殺傷に必要なだけのアルカリ使用量に制御することができ、汚泥処理に不必要なエネルギーの投入やアルカリの過剰添加をせずに、低コストでかつ効率的に余剰汚泥の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるアルカリを用いた有機性汚水の処理方法に用いられる活性汚泥処理装置の系統図である。
【図２】本発明の他の実施の形態であるアルカリを用いた有機性汚水の処理方法に用いられる活性汚泥処理装置の系統図である。
【図３】（ａ）余剰汚泥処理法の原理と分類を示す説明図である。
（ｂ）汚泥の大部分を占める細菌類の細胞構造を示す図である。
【図４】アルカリ処理テストにおける酸素消費速度測定装置の系統図である。
【図５】アルカリ処理テストにおけるアルカリ処理時間と汚泥の殺傷率の関係を示すグラフである。
【図６】アルカリ処理テストにおけるｐＨ値と汚泥の殺傷率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    活性汚泥処理工程
２    余剰汚泥処理工程
１０    有機性汚水
１１    曝気槽
１２    沈殿槽
１３    処理水
１４    分離汚泥
１５    返送汚泥
１６    余剰汚泥
２０    アルカリ処理槽
２１    汚泥導入ポンプ
２２    ｐＨ制御器
２３    アルカリ貯留槽
２４    アルカリ添加ポンプ
２５    処理汚泥
２６    処理汚泥返送ポンプ
２７    ｐＨ制御器
２８    水位制御器
２９    ｐＨ制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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