JP2003047928A - 有機性廃棄物の処理方法及び装置 - Google Patents
有機性廃棄物の処理方法及び装置Info
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Abstract
ギ的に、かつ短時間で汚泥などの有機性廃棄物を減量化
でき、アンモニア性窒素も除去できる新技術を提供す
る。 【解決手段】 有機性廃棄物を機械攪拌型多段式好気性
消化槽に供給するにあたり、人為的加熱を行うことなく
生物酸化熱だけで槽内温度を供給物温度に対し40℃以
上昇温できる有機物固形物濃度以上とした有機性廃棄物
を供給して、好気性消化およびアンモニアの亜硝酸化を
行う工程、該有機性廃棄物の処理物の一部を第1槽に循
環し、生物学的脱窒素を行うことを特徴とする有機性廃
棄物の処理方法、及びその装置。厨芥などの固形状有機
性廃棄物を、有機性汚泥とともに前記多段式好気性消化
槽の第1槽に供給するようにしてもよい。
Description
の有機性汚水を生物学的に処理する工程における余剰汚
泥、下水生汚泥、厨芥などの生分解性有機性廃棄物を、
きわめて簡単な装置で、省エネ的に大幅に減少できる新
規技術に関する。
理施設から、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、日本全体で年間1000万ト
ンを上回る。この余剰汚泥の処理処分が、環境問題にお
ける最大の問題点になっている。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、脱水ケーキ
を埋立処分するか、又は焼却処分しているが、脱水助剤
コスト、脱水ケーキの埋立場所不足、焼却灰の処分場所
の不足、焼却設備費、焼却用重油コストの高さなどの多
くの問題点を抱えている。
うな、人為的加熱と好熱菌による可溶化手段を適用す
る、汚泥可溶化技術などが種々提案されている。図3に
おいては、汚水20を活性汚泥曝気槽21で生物処理
し、その活性汚泥混合液22を沈殿槽23で活性汚泥を
沈殿させて処理水24を取り出し、沈殿汚泥25の一部
である引き抜き汚泥27に別に培養好熱菌28の接種を
行い、それを可溶化装置29に入れ、スチームのような
加熱源30で加熱して可溶化を行い、可溶化汚泥31を
活性汚泥曝気槽21に戻すようにしている。好熱菌によ
る汚泥可溶化技術は、該技術の発明者である長谷川ら
が、次の文献にその詳細を報告している。 文献名 1)桂、長谷川、三浦:好熱性微生物を利用した余剰汚
泥が発生しない活性汚泥プロセス:水環境学会誌、第2
1巻第6号、360−366(1998) 2)長谷川:好熱性細菌による汚泥削減化技術:工業技
術会主催「汚泥の無発生化、減容化、削減化技術の最先
端」講習会資料。2000年5月16日開催
程から、余剰汚泥発生量より多い量の活性汚泥を引き抜
き、別個に培養した好熱菌を添加し、スチームなどで温
度を65℃程度に加熱し、好熱菌の作用により汚泥を可
溶化し、溶解性BOD成分を汚泥細胞から溶出させた
後、活性汚泥処理工程に返送する方法である。この文献
によれば、活性汚泥を好熱菌によって可溶化するには、
別個に培養した好熱菌を汚泥に添加し、かつ汚泥温度を
好熱菌の活動に適した温度に(65℃程度)に加温する
ための、スチームなどの外部熱源が不可欠であることが
明記されている。
汚泥減量化技術は、スチームなどによる汚泥加熱コスト
が高く、そのためにボイラが必要で、加温した汚泥から
熱回収するための熱交換器を設けたりしなければなら
ず、設備費がアップすること、熱交換器のスケールトラ
ブルなどの欠点もあった。従来周知の有機性汚泥の「好
気性消化法」は、汚泥を単一槽の曝気槽に供給し、常温
下において酸素含有ガスで15〜20日間程度ときわめ
て長時間曝気して、汚泥の生物酸化分解と微生物の内生
呼吸が起きるようにして、汚泥を減量化する方法であ
る。好気性消化法において、汚泥は機械的濃縮をされず
に重力沈殿濃縮した汚泥を供給するため、生物酸化によ
る昇温効果は非常に少ない状態で運転されている。酸素
含有ガスの供給量は、溶存酸素が1〜2mg/リットル
程度の好気状態になるように大量に提供される。
気でも、分解されない汚泥が大量に残り、汚泥減量化率
が最大でも50%程度しか得られないこと、冬期は水温
が低くなり、大幅に消化率が悪化するという欠点がある
こと、さらに大きな曝気槽容積と、多量の曝気動力が必
要である、アンモニア性窒素が除去できないという致命
的欠点があるため、日本の下水処理場ではほとんど実用
例が無く、見捨てられた方法になっている。したがっ
て、日本の下水処理場では、曝気が不要でメタンガスが
回収できる嫌気性消化法が採用されるのが通常である。
た「高温好気発酵法」による生ごみ、有機性汚泥の分
解、無機化方法が知られている。この方法は、槽内に木
材チップ、籾殻などを充填しておき、これを緩やかに攪
拌しながら空気を供給し、水分が少ない生ごみ、有機性
汚泥を少しずつ供給し、生物酸化して無機化し、かつ生
物酸化熱によって、投入有機性固形物中の水分を蒸発さ
せる技術である。(たとえば、第32回日本水環境学会
年講演集p461−(平成10年度):李、千葉、高温
好気発酵法による豚舎廃棄物の長期運転時の処理特
性)。
の水分を蒸発させて乾燥することが不可欠であるので、
投入した有機物のほぼすべてを生物酸化して酸化熱を発
生させないと、水分蒸発潜熱をまかなうことができな
い。そのため、投入する有機性廃棄物の水分量を極力少
なくする必要があり、汚泥の水分が多い場合は、機械脱
水機で脱水したケーキを供給するか、又は水分が95%
以上の汚泥をそのまま供給する場合は、汚泥量を非常に
少なくし、かつ廃油(植物性油など)を補給しなければ
酸化熱が不足し、水分を蒸発させることができないとい
う欠点があった。しかも高温好気発酵槽からの排ガスの
アンモニア臭が強烈であり、脱臭装置が不可欠である難
点があった。
し、一切人為的加熱手段を用いることなく、省エネルギ
的に、かつ短時間で汚泥などの有機性廃棄物を減量化で
き、アンモニア性窒素も除去できる新技術を提供するこ
とを課題とする。
泥の酸素含有ガスによる曝気処理を新規な態様で適用す
ることにより、上記課題を達成できることを見いだし
た。すなわち、本発明は下記の構成からなるものであ
る。
気性消化槽に供給するにあたり、人為的加熱を行うこと
なく生物酸化熱だけで槽内温度を供給物温度に対し40
℃以上昇温できる有機物固形物濃度以上とした有機性廃
棄物を供給して、好気性消化およびアンモニアの亜硝酸
化を行う工程、該有機性廃棄物の処理物の一部を第1槽
に循環し、生物学的脱窒素を行うことを特徴とする有機
性廃棄物の処理方法。 (2)厨芥などの固形状有機性廃棄物を、有機性汚泥と
ともに前記多段式好気性消化槽の第1槽に供給すること
を特徴とする前記(1)記載の有機性廃棄物の処理方
法。
高める装置、酸素含有ガス供給手段を備え、前記有機性
固形物濃度を高める装置からの有機性廃棄物を消化する
機械攪拌型多段式好気性消化槽、前記機械攪拌型多段式
好気消化槽からの液を固液分離する固液分離装置、及び
前記固液分離装置からの処理物を前記好気性消化槽へ返
送する返送配管を有することを特徴とする有機性廃棄物
の処理装置。 (4)有機性汚泥を濃縮する濃縮装置、酸素含有ガス供
給手段を備え、前記濃縮装置からの濃縮有機性汚泥を消
化する機械攪拌型多段式好気性消化槽、前記機械攪拌型
多段式好気消化槽からの液を固液分離する固液分離装
置、及び前記固液分離装置からの分離汚泥を前記好気性
消化槽へ返送する返送配管を有することを特徴とする有
機性廃棄物の処理装置。 (5)前記機械攪拌型多段式好気性消化槽の前段に嫌気
性処理槽、及び前記分離汚泥の嫌気性処理槽への返送配
管を有することを特徴とする前記(3)又は(4)記載
の有機性廃棄物の処理装置。 (6)厨芥などの固形状有機性廃棄物の前記好気性消化
槽への供給管を有することを特徴とする前記(4)記載
の有機性廃棄物の処理装置。
離、その他の機械的手段で有機物固形物濃度2%以上に
濃縮した余剰活性汚泥のような、有機物固形物濃度の高
い有機性廃棄物を、機械攪拌機を備えた多段式好気性消
化槽に供給し、槽内を機械的に攪拌しながら酸素含有ガ
スを少量供給し、溶存酸素が存在する条件で4〜7日程
度攪拌し、生物酸化熱によって供給汚泥を40℃以上昇
温させて好気性消化及びアンモニア性窒素の亜硝酸化を
行い、後段の処理物を前段に循環し、亜硝酸性窒素が第
1槽に高濃度に存在するBODを水素供与体として生物
学的に脱窒素することにある。
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
る全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
けて説明する。汚水生物処理施設から発生する余剰活性
汚泥を対象物にして、図1に本発明の第1実施態様を示
す。遠心分離、浮上濃縮、スクリーン分離などの機械的
手段(図示省略)で、余剰活性汚泥を有機物固形物濃度
2%以上(好ましくは3%以上)に濃縮した濃縮有機汚
泥1を、機械攪拌機を備えた機械攪拌型多段式好気性消
化槽2に供給し、槽内を機械的に攪拌しながら酸素含有
ガス3(空気、酸素富化空気、純酸素)を少量供給し、
溶存酸素が存在する条件で4〜7日程度攪拌する。
たような、別個に培養した好熱菌を添加する手段、スチ
ームなどによる人為的加熱を一切使用することなく、槽
2内温度が汚泥の自己酸化熱によって、容易に50〜7
0℃以上に上昇することを見出した。外部から別個に培
養した好熱菌を添加するという煩雑な操作は本発明にお
いて必要ない。
としては空気で良いが、酸素富化ガス、純酸素を使用す
ると、排出ガスの持ち去る熱量が減少し、消化槽(以下
「攪拌槽」ともいう)2の温度を上昇させやすいので、
さらに好ましい。攪拌槽2の温度は非常に重要であり、
温度が50℃未満であると、消化率(処理汚泥SS/供
給有機物SS)が大きく悪化してしまうが、本発明者等
は、流入汚泥固形物濃度が2〜4%の場合、この攪拌槽
2(滞留日数3日)に滞留する過程で、槽2内温度が人
為的加熱を行うことなく、生物酸化熱だけで温度が40
℃以上上昇し、50〜75℃以上になり、有機性汚泥1
が酸化分解されてSSが減少し、最終段の好気性消化槽
2流出汚泥の固形物濃度は0.5%程度と顕著に減少す
ること、またアンモニア性窒素が、亜硝酸菌(ニトロゾ
モナス)によって亜硝酸性窒素に酸化されること、硝酸
性窒素は生成しないことを実験的に確認した。この結
果、硝酸菌(ニトロバクター)は温度が50℃以上で失
活するが、驚くべきことに亜硝酸菌は温度が50〜60
℃でも、十分な活性を維持することが見出された。
で粘性が高く、流動性が悪いので嫌気槽13(図2参
照)および好気性消化槽2で、機械的に汚泥を強く攪拌
することが重要である。攪拌は攪拌翼による攪拌以外に
ポンプ循環法でも良い。特にモータ部4が水中に浸漬さ
れる水中攪拌機が、モータ発熱を液温上昇に使えるので
最適である。
の温度が20℃程度の常温でも、濃縮汚泥1の濃度が2
%以上の場合、好気性消化槽2内温度が外部からヒータ
ー、スチームなどで一切加温することなく、有機物の生
物酸化熱だけの効果によって槽2内温度が40℃以上昇
温して、50℃以上の温度まで著しく上昇(供給濃縮汚
泥1濃度が3%の場合は、槽2内温度が70℃以上に上
昇)することを見出した。この原因は、本発明は「高温
好気発酵法」と異なり、水分を蒸発させる必要は全くな
いので水分蒸発潜熱は不要であり、液温を上昇させるた
めの顕熱だけでよいので、槽2内温度を容易に上昇でき
るためである。
機性廃棄物である厨芥粉砕物6を、嫌気槽13又は好気
性消化槽2に供給することによって生物酸化熱発生量が
大きく向上し、さらに昇温効果が向上するのでさらに好
ましい。厨芥は粉砕後そのまま投入してよい。この結
果、汚泥、厨芥などの厨芥粉砕物6は、高温状態で効果
的に生物学的に酸化分解し、SSの大部分が液化して消
滅する。また同時に、アンモニアが亜硝酸に酸化され
る。曝気する酸素含有ガス3としては、空気以外に酸素
富化空気、純酸素を使用しても良い。攪拌槽2からの放
熱を極力少なくするために、保温工事を施工しておくこ
とが好ましい。
%以上に高めた状態で多段式好気性消化槽2に供給し、
その後好気性消化槽2において、生物酸化熱によって温
度を40℃以上昇温させて、好気性消化およびアンモニ
ア性窒素の亜硝酸化を行い、後段の汚泥を前段に循環す
る点である。汚泥1の濃度が2%未満の希薄な余剰汚泥
を、本発明の消化槽2に供給しても生物酸化熱発生量が
少なく、温度上昇効果が非常に少なく、人為的加熱を行
わないと汚泥分解・液化効果が減少してしまう。
て、後段でアンモニアの亜硝酸化が効果的に進むことが
判った。単段にすると、アンモニアの亜硝酸化があまり
進まない。この原因は、単段では亜硝酸菌が増殖しにく
いためである。段数は3段から5段で十分であり、これ
以上段数を増やしても効果の向上は少ない。後段の好気
性消化槽2から汚泥を第1槽に循環させると、亜硝酸性
窒素が第1槽に高濃度に存在するBODを水素供与体と
して、生物学的に脱窒素される。第1槽では、酸素含有
ガス3で曝気下状態でも溶存酸素が少ないので、好気的
脱窒素が効果的に進む。また後段の好気性消化槽2ほど
汚泥SSが減少しているので、前段槽の汚泥SS濃度が
減少し、粘性が下がるので機械攪拌動力が削減できる。
して液側に溶出するので、好気性消化槽2流出液にMg
イオンを添加すると、リン酸マグネシウムアンモニウム
(MAP)沈殿が析出するので、これを固液分離し、リ
ンを肥料として有価なリン資源として回収できる。
離などの固液分離装置8でSSが分離され、分離汚泥9
の大部分は、返送汚泥11の返送配管により嫌気槽13
又は好気性消化槽2に返送される。分離汚泥の残部は、 イ)凝集剤を添加して汚泥脱水機で脱水する、 ロ)超音波、オゾンなどの汚泥可溶化処理を行い、嫌気
槽13又は好気性消化槽2の前段に返送し、可溶化汚泥
を生物学的脱窒素のBOD源として利用する、などの処
置をとる。なお、図1において、10は固液分離装置8
からの流出液である。
前段に嫌気槽13を設け、ここに後段の好気性消化槽2
から汚泥を返送し、嫌気的な条件で脱窒素を行うように
しても当然良い。前記ロ)の方法を適用すると供給有機
物を100%消滅できる。すなわち、好気性消化槽2で
分解されなかった汚泥を引き抜き、生物酸化熱によって
高温度になっている汚泥を、超音波処理、オゾン酸化、
過酸化水素酸化などの物理化学的汚泥可溶化処理(図示
省略)を行うと、汚泥の細胞壁が破壊され、汚泥の生分
解性非常に向上する。この可溶化処理汚泥を嫌気槽13
又は第1好気性消化槽2に循環返送すると、可溶化汚泥
が生物分解を受け、SSが減少する。従って、供給した
有機物をすべて分解できる。
温度が60℃程度と高温になっているので、脱水性が非
常によく、効果的に脱水できる。好気性消化によってS
Sが生物学的に分解し減少しているので、脱水ケーキの
発生量も少ない。脱水機としてはスクリュウプレスが好
適である。
るが、本発明はこの実施例により何等制限されるもので
はない。
図1の工程に基づいて本発明の実証試験を行った。第1
表に試験条件を示す。
果、10日後から、系は安定し、定常状態になった。定
常状態での消化槽温度は、第1槽71℃、第2槽75
℃、第3槽78℃であり、生物酸化熱だけで消化槽温度
を高温度に維持できた。最終段槽流出汚泥のSS濃度は
4800mg/リットルであり、供給汚泥SS濃度40
000mg/リットルの88%が減少した。最終段槽か
らの流出汚泥を膜分離した分離液の水質は、SSゼロ、
BOD60mg/リットル、アンモニア性窒素68mg
/リットル、全窒素155mg/リットルであった。
を行わなかった以外は、同一条件にして運転した場合の
処理水質は、SSゼロ、BOD120mg/リットル、
アンモニア性窒素560mg/リットル、全窒素857
mg/リットルであった。
設定した以外は、同一条件にして運転した。この結果、
攪拌槽流出汚泥のSSは9800mg/リットルであ
り、SS減少率は75.5%であった。
給した以外は、同一条件にして運転した結果、攪拌槽の
温度は3槽いずれも40℃以下(38〜40℃)であっ
た。最終段消化槽流出汚泥のSS濃度は5600mg/
リットルであり、汚泥減少率は30%に過ぎなかった。
うな優れた効果が得られる。 1.有機物の生物酸化熱だけを利用して、人為的加熱手
段を一切使用することなく、温度50℃以上の高温度で
生物酸化を進ませることができるので、SS減少効果が
非常に優秀で、かつ汚泥減量化のための設備費、運転費
がきわめて安価になり、汚泥減量化処理を実施したいユ
ーザーにとって、非常に有益な技術である。 2.好気性消化槽を多段化したので、亜硝酸化反応が効
果的に進む。また、好気性消化の前段に嫌気槽を設ける
ようにすれば、亜硝酸が生物学的に脱窒素できる。
大きく減少した汚泥だけを、オゾン、超音波照射などの
物理化学的可溶化処理をすればよいので、可溶化処理コ
スト(処理対象SS量に比例して可溶化コストが増加す
る)が大きく減少する。 4.生物酸化熱によって高温度にした汚泥を、物理化学
的可溶化処理工程に供給できるので、可溶化効果が大き
い。(温度が高いほど、超音波、オゾンなどによる可溶
化効果が向上する)。
の構成を示すブロック図である。
様の構成を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 有機性廃棄物を機械攪拌型多段式好気性
消化槽に供給するにあたり、人為的加熱を行うことなく
生物酸化熱だけで槽内温度を供給物温度に対し40℃以
上昇温できる有機物固形物濃度以上とした有機性廃棄物
を供給して、好気性消化およびアンモニアの亜硝酸化を
行う工程、該有機性廃棄物の処理物の一部を第1槽に循
環し、生物学的脱窒素を行うことを特徴とする有機性廃
棄物の処理方法。 - 【請求項2】 厨芥などの固形状有機性廃棄物を、有機
性汚泥とともに前記多段式好気性消化槽の第1槽に供給
することを特徴とする請求項1記載の有機性廃棄物の処
理方法。 - 【請求項3】 有機性廃棄物の有機性固形物濃度を高め
る装置、酸素含有ガス供給手段を備え、前記有機性固形
物濃度を高める装置からの有機性廃棄物を消化する機械
攪拌型多段式好気性消化槽、前記機械攪拌型多段式好気
消化槽からの液を固液分離する固液分離装置、及び前記
固液分離装置からの処理物を前記好気性消化槽へ返送す
る返送配管を有することを特徴とする有機性廃棄物の処
理装置。 - 【請求項4】 有機性汚泥を濃縮する濃縮装置、酸素含
有ガス供給手段を備え、前記濃縮装置からの濃縮有機性
汚泥を消化する機械攪拌型多段式好気性消化槽、前記機
械攪拌型多段式好気消化槽からの液を固液分離する固液
分離装置、及び前記固液分離装置からの分離汚泥を前記
好気性消化槽へ返送する返送配管を有することを特徴と
する有機性廃棄物の処理装置。 - 【請求項5】 前記機械攪拌型多段式好気性消化槽の前
段に嫌気性処理槽、及び前記分離汚泥の嫌気性処理槽へ
の返送配管を有することを特徴とする請求項3記載の有
機性廃棄物の処理装置。
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