JP2002361281A - 有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化方法及び装置 - Google Patents

有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥の減量化をはかる上で、アルカリなどの
薬剤を使用せず、また大きな機械的エネルギーが必要で
なく、超音波を用いてエネルギー必要量が少なく、処理
効率がよい方法及び装置を提供する。 【解決手段】 有機性汚水を好気性生物処理により浄化
する方法において、該好気性生物処理から出る活性汚泥
の一部にカチオン界面活性剤を添加したものを曝気し
て、活性汚泥に気泡を付着させて浮上分離し、浮上した
活性汚泥に超音波を照射し、該照射汚泥を前記の好気性
生物処理工程又は別個の好気性生物処理工程もしくは嫌
気性消化処理工程に供給して生物学的に分解する余剰汚
泥の減量化方法。活性汚泥の一部に化学酸化剤の共存状
態で超音波を照射する余剰汚泥の減量化方法。並びにそ
の装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、下水、産業排水な
どの有機性汚水を生物学的に処理する技術に関し、特に
有機性汚水を生物学的に処理する工程から発生する余剰
汚泥量をほぼゼロにできる新規な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】下水、産業排水、屎尿、ごみ埋め立て汚
水などの有機性汚水を活性汚泥法で生物学的に処理する
活性汚泥法装置から大量の有機性汚泥(余剰汚泥、生汚
泥など)が毎日発生しており、その量は日本全体で年間
1000万トンを上回る。有機性汚水の活性汚泥法では
この余剰汚泥の処理、処分が最大の問題となっている。
この余剰汚泥のような有機性汚泥は難脱水性であるた
め、多量の脱水助剤(ポリマーなど)を添加し、汚泥脱
水機で水分85%程度に脱水し、この脱水ケーキを埋め
立て処分するか、又は焼却処分しているが、脱水助剤使
用のコスト、脱水ケーキの埋め立て場所不足、焼却灰の
処分場所の不足、焼却設備費用、焼却用重油コストの高
さなど、多くの問題点を抱えている。このような問題を
解決するための方法として、有機性汚泥にオゾンを作用
させて有機性汚泥の酸化分解による可溶化を行う「オゾ
ンを利用した汚泥減量化法」が提案されている。この技
術は、排水の活性汚泥処理工程から余剰汚泥発生量より
も多い量の活性汚泥を引き抜き、それをオゾン酸化した
後、酸化したものをそのまま活性汚泥処理工程に返送す
る方法である。
【0003】その他に活性汚泥をアルカリ剤で加水分解
させて汚泥の生分解性を向上させる方法、活性汚泥を加
熱して細胞を破壊する方法(水環境学会誌、21巻6
号、360頁―:好熱性微生物を利用した活性汚泥プロ
セス)、活性汚泥をミルで破砕する方法、活性汚泥を高
圧ポンプ吐出口に設けた内径1〜2mm程度のノズルか
ら板に対して高速噴射するウオータージェット法(麻生
ほか;汚泥減量化システムの基礎検討;第37回下水道
研究発表会講演集、第482〜484頁、2000
年)、汚泥に超音波を照射して可溶化した後、嫌気性消
化する方法(土木学会第41回年次学術講演会、昭和6
1年11月、第915頁〜)、汚泥に超音波を照射して
好気性生物処理して汚泥を分解減量化する技術などが知
られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記した汚泥の減量化
するための各種方法においては、実用上種々の問題があ
り、例えばオゾンを利用する方法ではオゾンの生成効率
がかなり低いためにコスト高となる欠点があり、アルカ
リ剤で加水分解する方法では多量のアルカリ剤を必要と
し、処理後の中和の問題があり、ミルや高圧ポンプを用
いる方法ではきわめて大きな機械的エネルギーが必要で
あり、騒音発生の問題もある。これに比して、超音波を
用いる方法は、小型な装置でよく、エネルギー効率もよ
いが、処理効率が悪いという欠点があった。本発明は、
汚泥の減量化をはかる上で、エネルギー必要量が少ない
という点で優れている超音波を用いる方法を採用した場
合においてさらに処理効率がよい方法を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の手段に
より前記の課題を解決した。 (1)有機性汚水を好気性生物処理により浄化する方法
において、該好気性生物処理から出る活性汚泥の一部に
カチオン界面活性剤を添加したものを曝気して、活性汚
泥に気泡を付着させて浮上分離し、浮上した活性汚泥に
超音波を照射し、該照射汚泥を前記の好気性生物処理工
程又は別個の好気性生物処理工程もしくは嫌気性消化処
理工程に供給して生物学的に分解することを特徴とする
有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化方法。 (2)有機性汚水を好気性生物処理により浄化する方法
において、該好気性生物処理から出る活性汚泥の一部に
化学酸化剤の共存状態で超音波を照射し、該照射汚泥を
前記の好気性生物処理工程又は別個の好気性生物処理工
程もしくは嫌気性消化処理工程に供給して生物学的に分
解することを特徴とする有機性汚水の生物処理における
余剰汚泥の減量化方法。
【0006】(3)有機性汚水を好気性生物処理により
浄化する装置において、有機性汚水を好気性生物処理す
る好気性生物処理槽、該好気性生物処理槽から出る活性
汚泥の一部にカチオン界面活性剤を添加したものを導入
して、曝気により活性汚泥に気泡を付着させて浮上分離
する浮上分離装置、該浮上分離装置からの浮上活性汚泥
に超音波を照射する超音波照射装置、及び該超音波照射
装置からの照射汚泥を生物学的に分解するために前記好
気性生物処理槽又は別個の好気性生物処理槽もしくは嫌
気性消化処理槽に供給する供給管を有することを特徴と
する有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化装
置。 (4)有機性汚水を好気性生物処理により浄化する装置
において、有機性汚水を好気性生物処理する好気性生物
処理槽、該好気性生物処理槽から出る活性汚泥の一部に
化学的酸化剤を添加したものを導入して、超音波を照射
する超音波照射装置、及び該超音波照射装置からの照射
汚泥を生物学的に分解するために前記好気性生物処理槽
又は別個の好気性生物処理槽もしくは嫌気性消化処理槽
に供給する供給管を有することを特徴とする有機性汚水
の生物処理における余剰汚泥の減量化装置。
【0007】本発明は、前記した従来技術のうち超音波
照射法の改良技術であり、超音波とは、人間の耳の可聴
周波数(約10KHZ以上)を持つ音波又は弾性波と定
義される。本発明は、従来の超音波照射法による汚泥減
量化法の欠点(超音波照射のための所要エネルギーが多
い)を解決できる技術を提供するもので、超音波処理対
象汚泥の固形物濃度に適正範囲が存在すること、及び超
音波と過酸化水素などの化学酸化剤の酸化力を複合的に
利用すると省エネルギー的に汚泥を可溶化できることを
見いだして完成された新規な余剰汚泥減量化システムを
提供する。
【0008】すなわち、本発明者の研究によれば、図1
に示すように、有機性汚水の活性汚泥による処理におい
て、沈殿槽から沈殿汚泥(固形物濃度1以下)の一部を
分岐して、カチオン界面活性剤を添加して常圧で曝気
し、汚泥に気泡を付着させ浮上濃縮し、汚泥の固形物濃
度を高めたのち、気泡が付着した汚泥に対し超音波を照
射すると、同一の超音波出力において汚泥細胞の破壊効
果、言い換えると汚泥可溶化効果が向上することを見い
だした。その際の汚泥固形物濃度には適正範囲が存在
し、濃度1〜5%が適正範囲であり、更に好ましい範囲
は2〜3%であった。濃度が5%を超えると濃度が高く
なりすぎ、汚泥スラリの粘度が高くなり、流動性が悪化
するために、汚泥への超音波照射の効果が不均一にな
る。また、固形物濃度が1%未満であると、固形物濃度
が低くすぎ、超音波のエネルギーが固形物の可溶化作用
以外に無駄に消費される。また、過酸化水素、塩素、次
亜塩素酸、過硫酸イオン、過炭酸、オゾンなどの化学酸
化剤を少量添加してから超音波照射すると、超音波照射
電力消費量が大幅に減少し、省エネルギー化ができるこ
とを実験的に見いだした。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を具体
的に説明する。図1に本発明を有機性汚水の活性汚泥処
理施設に適用した例を示す。図1では、有機性汚水1を
好気性微生物によって浄化する活性汚泥処理工程(生物
脱リン法、生物学的硝化脱窒素法のように嫌気部を付帯
するものも含む意味)の活性汚泥曝気槽2に入れて処理
し、同槽2から活性汚泥混合液3を沈殿槽4に導いて活
性汚泥を沈殿させ、沈殿槽4の上澄み水を処理水5とし
て取り出しており、沈殿槽4の沈殿汚泥6の大部分を返
送汚泥7として前記曝気槽2に返送している。本発明に
より、前記沈殿槽4の沈殿汚泥の一部を分岐汚泥8とし
て引き抜き、これにカチオン界面活性剤(カチオン系高
分子凝集剤も広義のカチオン界面活性剤である)9を添
加して浮上濃縮槽10で沈殿汚泥を浮上分離し、汚泥固
形物濃度を1%以上に高める。浮上濃縮槽10で浮上分
離した浮上濃縮汚泥11は次に超音波照射槽13で超音
波を照射する。また、浮上濃縮槽10の底に溜まる分離
液12は前記曝気槽2に送る。
【0010】この方法は、加圧溶解空気浮上法、遠心濃
縮法よりも動力消費量が少ないという利点があるほか、
浮上スカムには気泡が付着しているので、これを超音波
照射槽に供給して超音波を照射すると、気泡が超音波を
反射して汚泥細胞を効果的に破壊するため汚泥可溶化効
果が向上することが認められた。また、カチオン界面活
性剤が汚泥に吸着し、汚泥のゼータ電位が低下し凝集し
た状態で超音波照射すると、汚泥に対する超音波作用が
効果的に働き、可溶化効果が向上することが認められ
た。適正超音波周波数は、周波数が高すぎると汚泥可溶
化効果が悪化することが認められ、10〜100KH
Z、より好ましくは15〜50KHZが好適である。超
音波照射の時間は極めて短時間で充分であり、数分程度
でよい。したがって超音波照射槽は非常に小さくてよ
い。
【0011】次に、本発明の酸化剤と超音波とを併用す
る技術について、図2により説明する。図2において、
沈殿槽4からの沈殿汚泥6の一部8は、酸化剤14が添
加されて超音波照射槽13に入り、超音波が照射され
る。その後照射されて可溶化された汚泥は曝気槽2に戻
される。なお、曝気槽2から直接ポンプ吸引して過酸化
水素、過硫酸イオンなどの酸化剤を添加して超音波照射
してもよい。ただし、曝気槽2の沈殿汚泥よりも希薄で
あるので、ポンプ吸引流量を増加させる必要がある。
【0012】活性汚泥に少量の化学酸化剤を添加してか
ら超音波を照射すると、少ない超音波出力でも活性汚泥
の可溶化率、言い換えれば生分解性が顕著に向上する効
果が起きるメカニズムの詳細は明らかでないが、次のよ
うに推定される。すなわち、過酸化水素、過硫酸イオン
などの酸化剤が共存した状態で超音波を照射すると、超
音波振動は水に対してある瞬間は減圧力、次の瞬間には
圧縮力として働きかけ、超音波振動を加えている間この
作用を繰り返す。この繰り返しの中で水に減圧力が作用
すると、水中にほとんど真空の空洞が発生し、水に溶け
込んでいる気体(酸素、二酸化炭素等)を吸着してキャ
ビテーション気泡が発生する。次の瞬間、水には圧縮力
が作用しその気泡は大きな力で圧縮される。この時気泡
は断熱圧縮状態になり、気泡内は高温高圧になり、つい
には押しつぶされてもとの分子状に砕け散ってしまう。
この時、過酸化水素などの酸化剤分子及び水分子から強
力な酸化力を持ったヒドキシラジカルが多量に発生する
のではないか。さらに、その気泡が消滅する際に、今ま
で気泡を囲んでいた酸化剤分子、水分子が気泡が消えた
跡に突進し互いに衝突するので、ラジカルを含んだ強衝
撃性音波を水中に発生するのではないか。この強力な衝
撃波とラジカルの強力な酸化作用が複合的に作用して、
活性汚泥細胞壁が効果的に破壊され活性汚泥が可溶化さ
れるのではないかと推定される。
【0013】図1及び図2の超音波処理後の汚泥を、活
性汚泥曝気槽に流入させ、BOD活性を有する活性汚泥
の存在下で好気性生物処理すると、該改質処理汚泥が曝
気槽内の既存の活性汚泥(好気性微生物)によって炭酸
ガスと水に分解することが認められた。なお、図1では
改質汚泥を有機性汚水の浄化を行う活性汚泥曝気槽に返
送する例を示したが、超音波処理汚泥を汚水の生物処理
工程とは別個に設けた好気性微生物が存在する曝気槽に
供給して原水の浄化工程とは切り離して、改質汚泥の生
物分解・減容化を行うようにしても当然よい。または、
改質処理汚泥を嫌気性消化槽(図示せず)に供給して、
嫌気性菌によって生物分解してもかまわないことは言う
までもない。
【0014】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし本発明はこの実施例のみに限定されるもので
はない。
【0015】実施例1 図1に示す本発明の工程にしたがって団地下水を対象に
して処理し、本発明の実証試験を行った。前記団地下水
の水質を第1表に示す。また、その処理における実験条
件を第2表に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】上記仕様の装置において、濃縮方法、濃縮
汚泥濃度を変化させた後、超音波を照射し余剰汚泥発生
量の減少効果を比較した。図1のフローシートに示す工
程にしたがって6ヶ月間の実験の結果、上記(1)〜
(4)の汚泥について超音波処理を行った結果、余剰活
性汚泥の発生量について調べてその結果を第3表に示し
た。
【0019】
【表3】
【0020】第3表によれば、(1)の方法で濃縮した
汚泥が最も余剰汚泥発生量が少なかった。なお、本発明
を適用しない通常の活性汚泥法における余剰汚泥発生量
は、下水1m3 当たり105〜110g・ssであっ
た。 実施例2 実施例1の方法で沈殿汚泥を濃縮せずに、それに過酸化
水素を0.3gH22/kg・汚泥ss添加した後、第
4表に示す条件で超音波を照射した。
【0021】
【表4】
【0022】この条件での余剰汚泥発生量は下水1m3
当たり7.9g・ssであり、過酸化水素の添加によっ
て超音波発生エネルギーを大きく減少できることが認め
られた。 比較例1 実施例1において過酸化水素だけを添加し、超音波処理
を行わない場合の余剰汚泥発生量は、下水1m3 当たり
92〜98g・ssであり、通常の活性汚泥法の余剰汚
泥発生量と有意な違いは認められなかった。つまり過酸
化水素単独の汚泥減容化効果はほとんどなかった。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を得る
ことができる。 (1)活性汚泥をカチオン界面活性剤添加の浮上濃縮法
で濃縮した後、超音波照射することによって、汚泥減容
化効果が向上する。 (2)活性汚泥に過酸化水素などの酸化剤を添加した状
態で超音波処理することによって、少ない超音波エネル
ギーで余剰汚泥発生量を減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカチオン界面活性剤添加の浮上濃縮
後、超音波照射の手段を活性汚泥処理施設へ適用した場
合の概略説明図を示す。
【図2】本発明の化学酸化剤添加後、超音波照射の手段
を活性汚泥処理施設へ適用した場合の概略説明図を示
す。
【符号の説明】
1 有機性汚水 2 活性汚泥曝気槽 3 活性汚泥混合液 4 沈殿槽 5 処理水 6 沈殿汚泥 7 返送汚泥 8 分岐汚泥 9 カチオン界面活性剤 10 浮上濃縮槽 11 浮上濃縮汚泥 12 分離液 13 超音波照射槽 14 酸化剤
フロントページの続き (72)発明者 荒川 清美 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 小林 琢也 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 4D028 BC18 BC28 BD06 BD11 BD16 BE04 BE08 4D059 AA03 BA01 BA11 BC02 BE41 BE53 BK12 BK22 CA28 DA43 DA44 DA45 DA46

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性汚水を好気性生物処理により浄化
    する方法において、該好気性生物処理から出る活性汚泥
    の一部にカチオン界面活性剤を添加したものを曝気し
    て、活性汚泥に気泡を付着させて浮上分離し、浮上した
    活性汚泥に超音波を照射し、該照射汚泥を前記の好気性
    生物処理工程又は別個の好気性生物処理工程もしくは嫌
    気性消化処理工程に供給して生物学的に分解することを
    特徴とする有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減
    量化方法。
  2. 【請求項2】 有機性汚水を好気性生物処理により浄化
    する方法において、該好気性生物処理から出る活性汚泥
    の一部に化学酸化剤の共存状態で超音波を照射し、該照
    射汚泥を前記の好気性生物処理工程又は別個の好気性生
    物処理工程もしくは嫌気性消化処理工程に供給して生物
    学的に分解することを特徴とする有機性汚水の生物処理
    における余剰汚泥の減量化方法。
  3. 【請求項3】 有機性汚水を好気性生物処理により浄化
    する装置において、有機性汚水を好気性生物処理する好
    気性生物処理槽、該好気性生物処理槽から出る活性汚泥
    の一部にカチオン界面活性剤を添加したものを導入し
    て、曝気により活性汚泥に気泡を付着させて浮上分離す
    る浮上分離装置、該浮上分離装置からの浮上活性汚泥に
    超音波を照射する超音波照射装置、及び該超音波照射装
    置からの照射汚泥を生物学的に分解するために前記好気
    性生物処理槽又は別個の好気性生物処理槽もしくは嫌気
    性消化処理槽に供給する供給管を有することを特徴とす
    る有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化装
    置。
  4. 【請求項4】 有機性汚水を好気性生物処理により浄化
    する装置において、有機性汚水を好気性生物処理する好
    気性生物処理槽、該好気性生物処理槽から出る活性汚泥
    の一部に化学的酸化剤を添加したものを導入して、超音
    波を照射する超音波照射装置、及び該超音波照射装置か
    らの照射汚泥を生物学的に分解するために前記好気性生
    物処理槽又は別個の好気性生物処理槽もしくは嫌気性消
    化処理槽に供給する供給管を有することを特徴とする有
    機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化装置。
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