JP2002361294A - 汚泥の可溶化方法および可溶化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可溶化処理の安定性および達成汚泥可溶化率
のさらなる向上が可能な生物学的汚泥の可溶化装置を提
供する。 【解決手段】 汚泥のアルカリ処理槽（１）と、アルカ
リ処理後の汚泥を嫌気、無酸素、あるいは微好気条件下
で生物学的に可溶化処理する生物学的可溶化槽（３）
と、汚泥を分解する能力を有する微生物を前記生物学的
可溶化槽へ供給する手段（７）とを具備することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚泥の可溶化方法
および可溶化装置にかかり、特に、下水などの有機性汚
水の処理に伴なって生成する有機性固形物質、例えば余
剰活性汚泥などの可溶化率を高めること、および安定し
た汚泥処理を行なうための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水などの有機性汚水の活性汚泥法など
生物処理工程からは、多量の汚泥が発生しており、この
汚泥の処理処分が現在最大の問題となりつつある。従
来、これらの汚泥は脱水された後、あるいは脱水および
焼却後に、陸地または海洋に投棄されてきた。しかしな
がら、海洋投棄は、環境上の配慮から禁止されるように
なり、また陸地に投棄するに当たって埋め立ては処分地
の確保が困難となり、処理費の高騰を招いている。

【０００３】そこで、こうした汚泥を物理的、化学的も
しくは生物学的に可溶化し、その後、好気あるいは嫌気
的に消化処理を行なうことで汚泥の発生量を削減するこ
とが試みられてきた。通常、このような場合、汚泥を可
溶化するために可溶化槽を別途設け、そこに汚泥を導入
して処理が行なわれる。

【０００４】この可溶化槽における汚泥の可溶化法につ
いて、種々の方法が提案されており、例えば、特開平９
−２５３６８４号公報には、引き抜き汚泥を嫌気性発酵
工程にて可溶化する方法が記載されている。また、特開
平１１−９０４９３号公報には、高温好気性細菌の産出
する酵素による消化と、熱変性との双方を促進し得る温
度に可溶化槽内を設定し、その中で汚泥を可溶化する方
法が記載されている。

【０００５】さらに、特開平７−１１６６８５号公報に
記載されているのは、オゾンを添加することにより汚泥
の細胞壁を破壊して可溶化する方法であり、特許２１３
２６２２号公報では、熱アルカリ処理を施すことにより
汚泥の可溶化を狙っている。

【０００６】しかしながら、上述した従来の方法は、設
備費などのイニシャルコスト、薬剤費などのランニング
コストや処理時間、操作の煩雑さなど、実用化には好ま
しくない方法であった。

【０００７】かかる問題に対して、本発明者らは有機性
汚泥を少量のアルカリで前処理後、常温・常圧・嫌気、
無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化すると
いう非常にシンプルで低ランニングコストな汚泥処理方
法を開発したが、このとき生物学的可溶化槽において汚
泥分解に関与しない微生物、いわゆる雑菌が大量に存在
するため、場合によっては汚泥分解微生物が独占種とな
り得ず、十分な汚泥可溶化率が得られないという問題が
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、有機性汚
水の処理に伴なって生成される汚泥の可溶化技術におい
ては、経済性、安定性、簡便性などすべての要求を満た
す可溶化方法が求められている。

【０００９】本発明は、かかる現状を鑑みてなされたも
のであり、可溶化処理の安定性および達成汚泥可溶化率
のさらなる向上が可能な汚泥の可溶化方法および可溶化
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、有機性汚水の生物処理工程にて発生する
汚泥をアルカリ処理する工程と、前記アルカリ処理後の
汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で生物学的に
可溶化する工程とを具備し、汚泥を分解する能力を有す
る微生物を、生物学的可溶化処理の開始時および／また
は処理中に前記アルカリ処理後の汚泥に添加することを
特徴とする汚泥の可溶化方法を提供する。

【００１１】本発明の方法において、前記汚泥を分解す
る能力を有する微生物は、通性嫌気性菌または絶対嫌気
性菌であることが好ましい。

【００１２】前記汚泥をアルカリ処理する工程は、９未
満のｐＨで行なわれることが好ましい。

【００１３】前記汚泥を分解する能力を有する微生物
は、生物学的可溶化処理中に連続的に、あるいは間欠的
に汚泥に添加されることが好ましい。

【００１４】前記汚泥を分解する能力を有する微生物
は、高温加圧減菌した汚泥を培地として培養されること
が好ましい。

【００１５】また本発明は、汚泥のアルカリ処理槽と、
アルカリ処理後の汚泥を嫌気、無酸素、あるいは微好気
条件下で生物学的に可溶化処理する生物学的可溶化槽
と、汚泥を分解する能力を有する微生物を前記生物学的
可溶化槽へ供給する手段とを具備した汚泥の可溶化装置
を提供する。

【００１６】本発明の装置においては、前記アルカリ処
理槽は、汚泥のｐＨ調整手段を有することが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の汚
泥の可溶化方法および装置を説明する。

【００１８】本発明にかかる汚泥可溶化装置の一例を、
図１に示す。本発明において対象となる汚泥は、例えば
下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排
出される生汚泥、余剰汚泥および生物性汚泥、食品工場
や化学工場などの製造プロセスまたは廃水処理プロセス
から排出される有機性汚泥である。

【００１９】このような有機性汚泥の可溶化処理工程に
おいては、汚泥は、図示するように、まずアルカリ処理
槽１に導入される。アルカリ処理槽１内では、アルカリ
剤２を微量添加することにより汚泥にアルカリ処理を施
して、所定時間滞留させる。この処理によって、活性汚
泥を構成する種々の微生物の細胞構成成分などが生物学
的分解を受けやすい形に改質される。処理後の汚泥は、
引き続いて生物学的汚泥可溶化槽３に導かれ、常温、常
圧、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で、汚泥を分解
する能力を有する微生物の働きにより可溶化が進行す
る。

【００２０】生物学的可溶化槽３での生物学的可溶化処
理の開始時および／または処理中には、汚泥を分解する
能力を有する微生物が添加される。この微生物は、別個
に設置した培養槽７にて培養されたものであることが好
ましく、これによって、汚泥に含まれる有機性固形物質
の可溶化率を高めることができる。

【００２１】ここで汚泥を分解する能力を有する微生物
としては、汚泥の主要構成成分であるタンパク質や炭水
化物を分解するプロテアーゼやアミラーゼなどの酵素を
常温、常圧、嫌気あるいは微好気条件下で分泌し、なお
かつ可溶化した汚泥成分を栄養源として増殖することの
できる微生物が好適であるが、これに限定されるもので
はない。

【００２２】かかる微生物は、例えば前出の汚泥を常
温、常圧、嫌気あるいは微好気条件下で長時間培養して
得られる培養液から微生物を単離し、スクリーニングを
行なうことによって取得することができる。単離された
微生物のスクリーニングは、汚泥を含む寒天培地に接種
し培養後、汚泥溶解斑の有無を調べることなどによって
実施できる。

【００２３】こうして得られた汚泥を分解する能力を有
する微生物を生物学的可溶化槽３に添加するに当たって
は、培養液をそのまま添加することができる。培養液を
濃縮、あるいは凍結乾燥した後に接種した場合には、添
加量を減らすことが可能となり、ハンドリングも容易に
なる。

【００２４】微生物を添加して汚泥の可溶化処理を行な
う際には、添加微生物の生育速度、酵素生成の双方の点
からみて適した条件に設定することが好ましい。これに
より、生物学的可溶化槽３内で添加微生物が良好に生育
し、汚泥を可溶化する効果も高く保たれることが期待で
きる。しかしながら、このような汚泥の生物学的可溶化
工程においては、添加微生物の他にも可溶化に関与しな
い多量の微生物、すなわち雑菌が存在している。条件に
よっては、添加微生物と雑菌との基質競合などの問題か
ら、添加微生物が処理系内で優占種となり得ず、添加微
生物の大幅な減少、それに伴なう可溶化率の低下が起こ
ることが予想される。また、添加微生物が処理系内に
て、ある濃度で一定になることができたとしても、その
添加微生物が生育条件などの点に関して非常に特異な性
質を有していない限り、他の雑菌との存在比率はかなり
低くなる場合がほとんどである。

【００２５】図１に示されるように、別個に設置した培
養槽７にて上記微生物を培養しておき、連続的あるいは
間欠的に添加を行なうことによって、生物学的可溶化槽
内で添加微生物を常に高濃度に維持することが可能とな
る。したがって、上述した問題を回避して、可溶化率の
向上、安定した可溶化処理を達成することが可能とな
る。

【００２６】このとき、上述したような微生物の添加
量、添加間隔は、汚泥中の添加微生物数の経時変化を遺
伝子解析等により追跡して、その際の汚泥可溶化率との
関係を鑑みて適切な値に設定することが望まれる。微生
物が低濃度の場合には可溶化率が低下し、必要以上に高
濃度にしたところで効果を著しく高めることができずコ
ストのみが上昇するおそれがある。

【００２７】汚泥は、アルカリで前処理することにより
汚泥中菌体の破壊および細胞内液の溶出が生じていると
考えられ、生物学的可溶化槽３における添加微生物によ
る汚泥の分解反応率は、アルカリ無処理時に比べて飛躍
的に向上する。その結果、上述したような微生物の添加
によって、可溶化率の大幅な向上が見込める。

【００２８】本発明におけるアルカリ処理は、水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化
マグネシウム、炭酸ナトリウム、および炭酸水素ナトリ
ウム等などのアルカリ剤を添加することによって行なう
ことができるが、これらに限定されるものではない。

【００２９】ここで必要とされるアルカリ剤の量は、汚
泥の種類、濃度、および状態等によって異なるが、アル
カリ処理槽内のｐＨは９未満で十分である。しかしなが
ら、効率的な可溶化のためには、ｐＨ８以上は必要であ
り、中性付近のｐＨでは効果はあまり期待できない。し
たがって本発明におけるアルカリ処理は、ｐＨ８以上９
未満で行なわれることが好ましい。

【００３０】生物学的可溶化槽３における汚泥の可溶化
は、嫌気、無酸素あるいは微好気下で行なわれるため曝
気を必要としない。したがって、汚泥は何らの付加施設
なしに処理を行なうこともできるが、反応性を高めるた
めに簡単な攪拌機を設置してもよい。さらに本発明にお
いては、常温でも充分な効果が得られるために加熱も必
要とせず、従来の方法と比較して、非常にシンプルで低
ランニングコストのプロセスの構築が可能となる。

【００３１】汚泥を分解する能力を有する微生物を、別
個に設置した培養槽７にて培養するためには、市販の標
準培地を用いることができる。あるいは、汚泥可溶化プ
ロセスに流入する汚泥の一部４を引き抜いて、高温加圧
減菌器５にて処理したものを培地として用いることも可
能である。高温加圧減菌汚泥６は、多量の溶解性有機性
炭素を含み、減菌処理してあるために雑菌の混入による
生育阻害も生じないため、上述したような微生物を培養
するための培地となり得る。しかしながら、高温加圧減
菌のための付加施設や加熱コストが必要とされる。ま
た、減菌汚泥にて、市販の培地と比較して所望の微生物
がどの程度増殖するのかは、目的とする微生物が有して
いる性質に依存して変化すると考えられる。したがっ
て、市販の標準培地および高温加圧減菌汚泥のいずれを
使用するかについては、上記微生物の増殖、コスト、お
よびハンドリング等を鑑みて好ましい方法を選択すれば
よい。

【００３２】

【実施例】以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３３】図２に示した構成の装置を用いて、余剰汚
泥を対象に本発明の連続処理試験を行なった。容積４０
０ｍｌの円筒型のアルカリ処理槽１および同型同容積の
生物学的可溶化槽３は、いずれも密閉状態を保った。こ
れらの処理槽においては、常温、常圧条件下で曝気は行
なわず、機械的攪拌のみを行なった。供試汚泥としては
下水処理場から採取した余剰汚泥８を用い、ＭＬＳＳが
約１０ｇ／Ｌになるように調整して、４℃で保存した。
この汚泥を滞留時間６時間となるように汚泥輸送ポンプ
９にてアルカリ処理槽１へ一定期間毎、連続的に供給し
た。

【００３４】アルカリ処理槽１は、ｐＨコントローラー
１０によってｐＨ８．５に保たれるように水酸化ナトリ
ウム２を用いて制御した。アルカリ処理槽１で処理され
た汚泥の一部は、汚泥輸送ポンプ１５によって引き抜い
て生物学的可溶化槽３に流入させ、残りの汚泥はオーバ
ーフローさせた。

【００３５】生物学的可溶化槽３はｐＨの調整は行なわ
ず、滞留時間を３日間に設定して運転を行なった。生物
学的可溶化槽３には汚泥を分解する能力を有する微生物
の培養濃縮液５ｍｌを添加した。生物学的可溶化槽３も
アルカリ処理槽と同様に、汚泥をオーバーフローさせて
水位を保った。

【００３６】比較例として、生物学的可溶化槽３に汚泥
可溶化菌を接種しなかった系においても同様の実験を行
なった。

【００３７】この際の生物学的可溶化槽汚泥可溶化率
を、アルカリ処理槽設定ｐＨとともに下記表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示されるように、汚泥可溶化微生物
を生物学的可溶化槽に添加した実施例では、無添加の比
較例に対して３倍近い可溶化率が得られ、微生物添加の
効果が裏付けられた。

【００４０】しかしながら、長時間実験を継続したとこ
ろ、実施例の生物学的可溶化槽における汚泥可溶化率は
次第に減少して比較例と同等の値となった。生物学的可
溶化槽内汚泥の遺伝子解析を行なった結果、実験初期に
は検出可能であった汚泥可溶化微生物の遺伝子が、検出
限界以下の濃度に減少していた。こうして、添加された
汚泥可溶化微生物の濃度が、その他の雑菌と比較して低
下していることが示唆された。そこで、実施例の生物学
的可溶化槽のみに、上述した微生物の培養濃縮液５ｍｌ
を再び添加する試験を行なった。

【００４１】添加後の生物学的可溶化槽内ＳＳ残存率の
経時変化を図３に示す。微生物の培養濃縮液を再び添加
しなかった比較例の場合には、ＳＳ残存率、すなわち汚
泥の可溶化率に変動は見られない。これに対して実施例
では、微生物接種後、一旦約５０％程度までＳＳ残存率
が大幅に低下し、顕著な可溶化が生じていることが示さ
れた。その後、可溶化率は約２０％程度になって、その
値が保たれた。

【００４２】こうした結果から、汚泥可溶化微生物を間
欠的あるいは連続的に生物学的可溶化層に添加すること
によって、可溶化率を向上させて、安定した可溶化処理
がなされることが示唆された。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
溶化処理の安定性および達成汚泥可溶化率のさらなる向
上が可能な汚泥の可溶化方法および可溶化装置が提供さ
れる。

【００４４】本発明は、下水など有機性汚水の生物処理
工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その
工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる汚泥可溶化装置の一例を説明す
るための図。

【図２】本発明の連続試験の一例を説明するための図。

【図３】本発明の可溶化法により達成される生物学的可
溶化槽における可溶化率を経時的に示すグラフ図。

【符号の説明】

１…アルカリ処理槽 ２…アルカリ剤 ３…生物学的可溶化槽 ４…引き抜き汚泥 ５…高温加圧減菌器 ６…高温加圧減菌汚泥 ７…微生物培養槽 ８…供試汚泥 ９…汚泥輸送ポンプ １０…ｐＨコントローラー １１…ｐＨセンサー １２…アルカリ液送ポンプ １３…アルカリ処理槽電磁弁 １４…アルカリ処理槽流出汚泥 １５…汚泥輸送ポンプ １６…生物学的可溶化槽電磁弁 １７…生物学的可溶化槽流出汚泥

フロントページの続き (72)発明者 宮澤 邦夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 局 俊明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 宮田 純 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4D059 AA03 BA11 BF14 DA02 DA05 DA08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚水の生物処理工程にて発生する
   汚泥をアルカリ処理する工程と、 前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素または微好
   気条件下で生物学的に可溶化する工程とを具備し、 汚泥を分解する能力を有する微生物を、生物学的可溶化
   処理の開始時および／または処理中に前記アルカリ処理
   後の汚泥に添加することを特徴とする汚泥の可溶化方
   法。
2. 【請求項２】 前記汚泥を分解する能力を有する微生物
   は、通性嫌気性菌または絶対嫌気性菌であることを特徴
   とする請求項１に記載の汚泥の可溶化方法。
3. 【請求項３】 前記汚泥をアルカリ処理する工程は、９
   未満のｐＨで行なわれることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の汚泥の可溶化方法。
4. 【請求項４】 前記汚泥を分解する能力を有する微生物
   は、生物学的可溶化処理中に連続的に、あるいは間欠的
   に汚泥に添加されることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれか１項に記載の汚泥の可溶化方法。
5. 【請求項５】 前記汚泥を分解する能力を有する微生物
   は、高温加圧減菌した汚泥を培地として培養されたこと
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   汚泥の可溶化方法。
6. 【請求項６】 汚泥のアルカリ処理槽と、 アルカリ処理後の汚泥を嫌気、無酸素、あるいは微好気
   条件下で生物学的に可溶化処理する生物学的可溶化槽
   と、 汚泥を分解する能力を有する微生物を前記生物学的可溶
   化槽へ供給する手段とを具備した汚泥の可溶化装置。
7. 【請求項７】 前記汚泥を分解する能力を有する微生物
   が、通性嫌気性菌または絶対嫌気性菌であることを特徴
   とする請求項６に記載の汚泥の可溶化装置。
8. 【請求項８】 前記アルカリ処理槽は、汚泥のｐＨ調整
   手段を有することを特徴とする請求項６または７に記載
   の汚泥の可溶化装置。