(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気手段を備えた曝気槽と沈降分離槽を有し、該沈降分離槽で固液分離した汚泥の少なくとも一部を前工程に返送する汚泥返送工程を有し、該曝気槽以前の該汚泥返送工程を含む前工程中に、活性汚泥処理を促進する薬剤投与手段を有し、該曝気槽から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、多価水酸基を有する化合物と混合後に該曝気槽に返送する被処理物循環混合手段を有し、沈降分離槽の沈降汚泥を引き抜き、凝集剤を添加せずに直接脱水するフィルタープレス型脱水機を具有する水処理施設において、
曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段により投与される活性汚泥処理を促進する薬剤と前記多価水酸基を有する化合物の組み合わせが、タンパク質源である活性汚泥の菌体を加水分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質、タンパク質源である活性汚泥の菌体を酸化分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質であり、
前記フィルタープレス型脱水機により脱水された脱水汚泥の含水率の測定結果に基づき、（１）曝気量の調節、（２）薬剤投与手段により投与される薬剤投与量の調節、又は（３）汚泥の引き抜き、被処理物循環混合手段における混合、返送手段への循環量の調節のいずれかの１つの手段により、前記含水率を制御することを特徴とする水処理施設。
【請求項２】
前記曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段から活性汚泥処理を促進する薬剤が投与される調整槽、曝気槽、沈降分離槽である汚泥沈降池、及び脱水機が連続されて配置され、該各槽と機器間に凝集剤を添加する手段を持たないことを特徴とする請求項１記載の水処理施設。
【請求項３】
被処理物循環混合手段において、多価水酸基を有する化合物と共に、オキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物、アルカリ土類金属塩またはケイ酸化合物から選ばれる少なくとも１種を併用することを特徴とする請求項１又は２記載の水処理施設。
【請求項４】
曝気手段を備えた曝気槽と沈降分離槽を有し、該沈降分離槽で固液分離した汚泥の少なくとも一部を前工程に返送する汚泥返送工程を含む該曝気槽以前の前工程中に活性汚泥処理を促進する薬剤投与手段を有し、該曝気槽から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、多価水酸基を有する化合物と混合後に該曝気槽に返送する被処理物循環混合手段を有し、前記水処理施設から発生する汚泥に凝集剤を添加せずに直接脱水するフィルタープレス型脱水機を具有する汚泥処理施設において、
曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段により投与される活性汚泥処理を促進する薬剤と前記多価水酸基を有する化合物の組み合わせが、タンパク質源である活性汚泥の菌体を加水分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質、タンパク質源である活性汚泥の菌体を酸化分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質であり、
前記フィルタープレス型脱水機により脱水された脱水汚泥の含水率の測定結果に基づき、（１）曝気量の調節、（２）薬剤投与手段により投与される薬剤投与量の調節、又は（３）汚泥の引き抜き、被処理物循環混合手段における混合、返送手段への循環量の調節のいずれかの１つの手段により、前記含水率を制御することを特徴とする汚泥処理施設。
【請求項５】
被処理物循環混合手段において、多価水酸基を有する化合物と共に、オキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物、アルカリ土類金属塩またはケイ酸化合物から選ばれる少なくとも１種を併用することを特徴とする請求項４記載の汚泥処理施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理施設及び汚泥処理施設に関し、詳しくは卓越した経済効果を有し、脱水汚泥を堆肥化する場合に特に顕著な効果を発揮する水処理施設及び汚泥処理施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥処理までを含む生物学的な水処理システムは、砂やゴミなどの夾雑物を予め分離除去する初沈池等の工程、排水の流量を調整する（有機物濃度の調整にもなる）調整槽、生物学的な処理を行うための曝気手段を備えた曝気槽と、最終沈殿池などからなる沈降分離槽、沈降分離した汚泥の少なくとも一部を前工程に返送する工程等を有しており、最終沈殿池から引き抜かれた汚泥は脱水される場合、高分子凝集剤等を投与し、目的に応じた各種の脱水機にて含水率８５％程度から場合によっては６０％程度まで脱水されている。
【０００３】
脱水時に使用する凝集剤は、以前、鉄やカルシウム系の無機化合物が主流であったが、現在は高分子系凝集剤が多く用いられている。
【０００４】
有機性排水や下水の処理で発生する余剰汚泥（微生物の増殖によって排水の有機物が汚泥に転換される処理系の汚泥濃度を一定に保つ上で余分となる汚泥）は、浄水処理の場合などと比較して水との親和性が大きい有機成分が多く、従来、凝集剤の添加は不可避とされていた。しかし、凝集剤の種類によっては脱水汚泥を堆肥化する際に、凝集剤成分自体が障害になり、凝集剤コストが処理施設の維持管理費に占める割合も少なくなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、凝集剤を使用しない脱水システムの確立を図るべく鋭意研究の結果、汚泥返送工程を含む曝気槽（エアレーションタンク）の前工程に薬剤投与手段を設け、曝気槽に薬剤混合汚泥循環手段を設けて、汚泥の改質を図り、無薬注脱水の技術を完成し、本発明に至った。
【０００６】
更に本発明者らは、汚泥の脱水性に関して、含水率等の面で一様の特性が維持できるよう、検出および調節機能を持たせることができることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００７】
そこで、本発明は卓越した経済効果を有し、脱水汚泥の堆肥化などの有効利用を行う場合に特に顕著な効果を発揮する水処理施設及び汚泥処理施設を提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明の他の課題は、含水率等の面で一様の特性が維持できるよう、検出および調節機能を持たせることができる水処理施設及び汚泥処理施設を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１０】
（請求項１）曝気手段を備えた曝気槽と沈降分離槽を有し、該沈降分離槽で固液分離した汚泥の少なくとも一部を前工程に返送する汚泥返送工程を有し、該曝気槽以前の該汚泥返送工程を含む前工程中に、活性汚泥処理を促進する薬剤投与手段を有し、該曝気槽から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、多価水酸基を有する化合物と混合後に該曝気槽に返送する被処理物循環混合手段を有し、沈降分離槽の沈降汚泥を引き抜き、凝集剤を添加せずに直接脱水するフィルタープレス型脱水機を具有する水処理施設において、
曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段により投与される活性汚泥処理を促進する薬剤と前記多価水酸基を有する化合物の組み合わせが、タンパク質源である活性汚泥の菌体を加水分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質、タンパク質源である活性汚泥の菌体を酸化分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質であり、
前記フィルタープレス型脱水機により脱水された脱水汚泥の含水率の測定結果に基づき、（１）曝気量の調節、（２）薬剤投与手段により投与される薬剤投与量の調節、又は（３）汚泥の引き抜き、被処理物循環混合手段における混合、返送手段への循環量の調節のいずれかの１つの手段により、前記含水率を制御することを特徴とする水処理施設。
【００１１】
（請求項２）前記曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段から活性汚泥処理を促進する薬剤が投与される調整槽、曝気槽、沈降分離槽である汚泥沈降池、及び脱水機が連続されて配置され、該各槽と機器間に凝集剤を添加する手段を持たないことを特徴とする請求項１記載の水処理施設。
【００１２】
（請求項３）被処理物循環混合手段において、多価水酸基を有する化合物と共に、オキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物、アルカリ土類金属塩またはケイ酸化合物から選ばれる少なくとも１種を併用することを特徴とする請求項１又は２記載の水処理施設。
【００１３】
（請求項４）曝気手段を備えた曝気槽と沈降分離槽を有し、該沈降分離槽で固液分離した汚泥の少なくとも一部を前工程に返送する汚泥返送工程を含む該曝気槽以前の前工程中に活性汚泥処理を促進する薬剤投与手段を有し、該曝気槽から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、多価水酸基を有する化合物と混合後に該曝気槽に返送する被処理物循環混合手段を有し、前記水処理施設から発生する汚泥に凝集剤を添加せずに直接脱水するフィルタープレス型脱水機を具有する汚泥処理施設において、
曝気槽以前の汚泥返送工程を含む前工程中に有する薬剤投与手段により投与される活性汚泥処理を促進する薬剤と前記多価水酸基を有する化合物の組み合わせが、タンパク質源である活性汚泥の菌体を加水分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質、タンパク質源である活性汚泥の菌体を酸化分解したタンパク質懸濁液と腐植質物質であり、
前記フィルタープレス型脱水機により脱水された脱水汚泥の含水率の測定結果に基づき、（１）曝気量の調節、（２）薬剤投与手段により投与される薬剤投与量の調節、又は（３）汚泥の引き抜き、被処理物循環混合手段における混合、返送手段への循環量の調節のいずれかの１つの手段により、前記含水率を制御することを特徴とする汚泥処理施設。
【００１４】
（請求項５）被処理物循環混合手段において、多価水酸基を有する化合物と共に、オキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物、アルカリ土類金属塩またはケイ酸化合物から選ばれる少なくとも１種を併用することを特徴とする請求項４記載の汚泥処理施設。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態を示す図であり、同図において、１は流入する排水中の夾雑物を除去するスクリーンであり、粗目スクリーンや細目スクリーン等が挙げられ、これらを単独であるいは組み合わせて使用できる。スクリーンは固定式でもよいが、ドラムスクリーンのような回転タイプのものを使用することも好ましい。２は初沈池であり、スクリーン１を通過した砂等を沈降分離する。３は調整槽であり、排水量や排水濃度の日間変動がある場合にそれらを調整する役割を果たす槽である。４は曝気槽であり、槽内には活性汚泥が生息しており、図示しない曝気手段を備えている。５は沈降分離槽である最終沈殿池であり、曝気槽４から送られる汚泥と排水の混合液あるいは懸濁液を処理水と汚泥に分離する。
【００２２】
本発明では、曝気槽４よりも返送汚泥工程を含む前工程に位置する調整槽３などに薬剤投与手段３０から薬剤が投与される。薬剤投与手段３０は、主として図示しない投与薬剤タンクと薬剤投与ポンプもしくは粉体用のフィーダー等によって構成される。
【００２３】
投与される薬剤は、活性汚泥処理を促進する薬剤であり、かかる薬剤は、例えば芽胞性従属栄養細菌（バチルス属細菌）を発芽させ、栄養細胞化を促進する機能を有する。
【００２４】
かかる薬剤としては、例えばオキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物、アルカリ土類金属塩および／もしくはケイ酸化合物であることが好ましい。炭水化物としては、微生物が分解容易な単糖類、二糖類、一部の多糖類などの炭水化物が挙げられる。
【００２５】
またタンパク質を含有する物質を加水分解するなどした懸濁液も良好な投与薬剤となり得る。
【００２６】
更に、アルカリ土類金属塩としては、カルシウム塩、マグネシウム塩等の何れでもよいが、上述のバチルス属細菌の活性化を図る観点からはマグネシウム塩が好ましい。
【００２７】
ケイ酸化合物は、いわゆる活性シリカなどのように投入時点では比較的水溶性の状態であるものが好ましい。
【００２８】
薬剤の投与量は無水物としての各成分濃度として０．１〜１０mg/lの濃度になるように投与するのが好ましい。
【００２９】
本発明において、薬剤投与に際しては、オキシカルボン酸類、炭水化物、アミノ酸類を含む含窒素有機化合物のような有機化合物と、アルカリ土類金属塩および／もしくはケイ酸化合物のような無機化合物の両方を同時に使用し投与することも好ましいが、一方の投与のみでも効果は発現可能である。
【００３０】
またアルカリ土類金属塩とケイ酸化合物を併用することも好ましいが、いずれか一方でもよい。
【００３１】
薬剤投与手段３０からの薬剤投与は汚泥返送ラインや調整槽３の他には初沈池２等に添加することもできる。但し、薬剤の分散性、拡散性を考慮すると汚泥返送ライン、調整槽３等に投与することが好ましい。
【００３２】
曝気槽４には、該曝気槽４から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、多価水酸基を有する化合物と混合後に該曝気槽４に返送する被処理物循環混合手段４０が備えられている。
【００３３】
被処理物循環混合手段４０は、被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出しライン（抜き出し動力源を含んでもよい）、薬剤の混合槽、混合後に混合液を曝気槽に戻す返送ライン（返送動力源を含んでもよい）からなる。
【００３４】
混合槽の滞留時間は１秒以上であればよいが、好ましくは５秒以上である。被処理物循環混合手段４０において、多価水酸基を有する化合物を混合する場合、該化合物は混合槽に充填（装填）しておくことが処理の便宜上好ましい。装填量は混合槽の容量の１０％以上であることが良好な物理的な接触効率を維持する上で好ましい。混合槽への抜き出し量は全処理量の０．１〜３０％の範囲であり、処理の規模や処理対象により変動する。
【００３５】
被処理物循環混合手段４０に用いる多価水酸基を有する化合物としては、フェノール系化合物の多量化体、キノン系化合物の単体あるいは多量化体等が挙げられ、いわゆるポリフェノール類、腐植質物質、フミン質化合物（フミン酸、フルボ酸類を含む）等も含む。
【００３６】
多価水酸基を有する化合物が循環する汚泥と接触する量的割合は０．１〜１００mg/l（対循環汚泥）が好ましい。
【００３７】
本発明では、被処理物循環混合手段４０において、多価水酸基を有する化合物と前述の活性汚泥処理を促進する薬剤を併用できる。かかる薬剤としては上記の薬剤投与手段３０に用いた薬剤と同様のものを使用できる。
【００３８】
し尿排水の場合は、既にある程度の栄養物質を含んでいるため、上述の有機性薬剤である、アミノ酸類、多糖類、オキシカルボン酸類、タンパク質含有物質等の添加を省略できる。
【００３９】
被処理物循環混合手段４０を用いて、曝気槽４に多価水酸基を有する化合物が混入されると、いわゆる腐敗性の細菌の活性が低下し、その後の工程においても汚泥の腐敗が進行しにくくなると共に、それに対応して有機成分を分解する効果は向上するというように汚泥が改質される。具体的には、バチルス属細菌を結果として活性化できる。
【００４０】
かかる改質された活性汚泥は、最終沈殿池５で汚泥と処理水に分離され、沈降した汚泥はその大部分が曝気槽４に返送され、一部は余剰汚泥として引き抜かれ、必要により濃縮槽で濃縮され、薬剤を添加せずに脱水機６で直接脱水される。
【００４１】
本発明は、上記のようないわゆる無薬注脱水を実現することが特徴であり、かかる無薬注脱水を可能にするのは、上記の水処理施設において、活性汚泥処理を促進する薬剤（発芽促進薬剤）投与手段３０を設け、また多価水酸基を有する化合物を混入する被処理物循環混合手段４０を設けることによって、汚泥の活性化、改質化を図り、汚泥中の親水性物質の減少、最終的には汚泥の無機化が進行したことによるものと推定される。
【００４２】
本発明の水処理施設は、調整槽、曝気槽、汚泥沈降池、及び脱水機が連続されて配置されている態様において、該脱水機の運転に関する薬剤を添加する手段を持たないことを特徴とする。ここで、連続的に配置されているというのは、処理系列が連続的であればよく、設置位置が連続的に並設されていることまで意味するものでない。
【００４３】
次に、本発明の汚泥処理施設は、曝気手段を備えた曝気槽４と沈降分離槽５を有し、該曝気槽４以前の該汚泥返送工程を含む工程中に活性汚泥処理を促進する薬剤投与手段３０を有し、該曝気槽４から被処理水および／もしくは被処理汚泥の一部を抜き出し、活性汚泥処理を促進する薬剤および／もしくは抗菌性を有する薬剤と混合後に該曝気槽４に返送する被処理物循環混合手段４０を有する生物学的水処理施設から発生する汚泥を処理する汚泥処理施設において、前記水処理施設から発生する汚泥に薬剤を添加せずに直接脱水する脱水機を具有することを特徴とする。
【００４４】
本発明に用いられる脱水機６は、フィルタープレス型脱水機を好ましく使用できるが、他の脱水機を使用することもできる。
【００４５】
かかる汚泥処理施設で使用する薬剤あるいは多価水酸基を有する化合物については前述のものと同様のものを使用できる。
【００４６】
次に、本発明の水処理施設および汚泥処理施設を良好に稼働させるための好適な制御手段を説明する。
【００４７】
第１の制御手段は、沈降分離槽５からの引き抜き汚泥および／もしくは脱水機６により脱水された脱水汚泥の脱水性、乾燥性、含水率の少なくとも１つの特性の測定結果に基づき、曝気手段、薬剤投与手段３０および／もしくは該汚泥の引き抜き、必要により被処理物循環混合手段４０における混合、返送を制御する態様が挙げられる。
【００４８】
ここで、特性の測定においては、測定と監視を含む。また曝気手段の制御には曝気量の調節を含み、薬剤投与手段３０の制御には薬剤の投与量の調節を含み、汚泥の引き抜きの制御には引き抜き量の調節を含み、被処理物循環混合手段４０における混合の制御には多価水酸基を有する化合物の混合量および循環量の調節を含み、返送の制御には返送量の調節や返送濃度の調節を含む。
【００４９】
即ち、例えば、施設を良好に稼動させるため、汚泥の脱水性、乾燥性、含水率の項目から少なくとも１つの測定、監視を適時行い、その結果から本発明の水処理施設あるいは汚泥処理施設の制御を行うものである。
【００５０】
脱水性の測定および監視については、通常のヌッチェテスト、キャピラリー・サクション・テスト、熱分析法などの直接的な測定の他に脱水機６の駆動部分のトルクの測定等によって行うことができる。熱分析法は昇温に伴う水分蒸発の差異から、親水性成分、疎水性成分量比等を把握できるので、本プロセス制御用の監視手段として適している。
【００５１】
上述したように、含水率は脱水機６の特性値（軸トルクなど）から、その相関性によって求めることもできるが、水分計を取り付けることも可能である。
【００５２】
これらの測定、監視結果から、引き抜き汚泥の脱水性が不充分（親水性が大きすぎる）であると判断されたときは、薬剤投与量や抜き出し・混合・返送量を調節する。また上記の量は一定にして曝気量を調整する方法も好ましく行われる。
【００５３】
次に第２の制御手段は、曝気槽４内の溶存酸素量の測定結果に基づき、上記の第１の制御手段と同様の制御を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、無臭化、余剰汚泥発生量の低減を実現できるほか、著しい脱水性向上とその特性の安定した維持が可能となり、下水の濃縮汚泥等が脱水機により無薬注脱水が可能になる。凝集剤を使わず脱臭できることの経済効果は大きく、また脱水汚泥を堆肥化する場合には発酵を阻害する場合のある凝集剤を混入しないことの意義は大きい。
【００５５】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。
【００５６】
実施例１
定格で約８ないし９ｍ3／日の処理能力を持つ標準活性汚泥法試験装置を使用した水処理プロセスにて以下の実験を行った。本プロセスには汚泥返送部に薬剤投与手段を設け、曝気槽には混合槽を有する被処理物循環混合手段を設けた。
【００５７】
調整槽に設けた薬剤投与手段でタンパク質含有物質として濃縮汚泥の一部を酸化分解したものを、乾燥重量あたり１０mg/lの割合で添加した。
【００５８】
また、被処理物循環混合手段では多価水酸基含有物質として、腐植質物質を使用した。これを混合槽内に約５０％充填し、混合槽への抜き出し量は（循環量）は全処理量の約５％とした。
【００５９】
本水処理プロセスの汚泥濃縮タンク下部より引き抜いた濃縮汚泥は併設したベルトプレス型脱水機（１０室、濾過面積２m2）によって無薬注脱水した。
【００６０】
定常時（安定時）の脱水汚泥含水率は６０％より若干小さい状態であった。
【００６１】
脱水汚泥含水率は赤外線吸収式の含水率計で測定した。含水率の変動が２〜３日にわたり一様に上昇し、６０％を越えた時点で、次の手段によってその含水率を回復させるように試みた。
【００６２】
（１）曝気量の調節：曝気量を１０〜５０％の範囲で増加させた。
（２）薬剤投与量の調節：投与量を１０mg/l〜１mg/lの割合で増加させた。
（３）抜き出し、混合、返送手段への循環量の調節：循環量を５％〜１％の割合で増加させた。
【００６３】
以上３つの手段のうち、１つの手段だけを用いても、その増加量を大きくすれば、再度６０％以下の含水率に誘導できることを確認した。
【００６４】
また複数の手段を併用すれば各手段の増加量はどのような組合せでも単独の場合と比べて小さくすることができることも確認した。
【００６５】
しかし、薬剤投与や循環混合を全く行わずに、曝気量の調節のみで汚泥の含水率を６０％以下にすることは不可能であった。この時は、脱水前の汚泥に高分子凝集剤の投与が必要であった。
【００６６】
実施例２
実施例１における実験において、曝気槽に溶存酸素計を取り付け、その測定値から、曝気量および薬剤投与量と循環量とを制御した。
【００６７】
このとき曝気量の調節は曝気槽中の溶存酸素濃度が所定の範囲（本プロセスの場合、１．２〜３．０mg/l）にあることを優先した。この他は実施例１と同様の検討を行った。
【００６８】
本実施例では曝気槽中の溶存酸素濃度を最適値（約１．５mg/l）に設定できたので、ＣＯＤなどをより効率的に処理することができた。処理水はＣＯＤとして２５％低下した。
【００６９】
実施例３
実施例１の（１）、（２）、（３）の調節を行う試験において、該プロセスの投与する薬剤および混合する物質を次の組み合わせで行った。
【００７０】
実施例１の初期条件において、比較した脱水汚泥の含水率は次の通りであった。なお、本投与、混合を行わない場合は高分子凝集剤を加えることにより得た含水率値であり、凝集剤を加えない場合は、脱水機にかけて脱水汚泥（含水率８５％以下の汚泥）を得ることは困難であった。
【００７１】
含水率が６５％以下の汚泥は高度に脱水された状態であり、堆肥化する場合、副資材の添加のみで良好に発酵が進行した。含水率が６５％を越え７０％までの脱水汚泥はコンポストヤードにて若干の乾燥処理が必要であった。７０％を越えるものは乾燥機により、まず乾燥しなければ、発酵時に十分高い温度（７０℃）までの昇温はできなかった。
【００７２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図
【符号の説明】
１：スクリーン
２：初沈池
３：調整槽
４：曝気槽
５：沈降分離槽
６：脱水機
３０：薬剤投与手段
４０：被処理物循環手段
【図１】
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