JP2003053392A - 有機性汚泥の可溶化方法およびこれに使用する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機性排水を生物処理する施設から発生する
余剰汚泥等の有機性汚泥の細胞壁を簡便な設備で破砕・
可溶化する可溶化方法およびこれに使用する装置を提供
することである。 【解決手段】 加圧容器２中で有機性汚泥を大気圧より
も高い圧力で加圧した後、大気圧よりも低い圧力条件下
に保持した減圧容器５中に急激に圧力を解放して、前記
有機性汚泥を前記容器中に放出させる有機性汚泥の可溶
化方法である。可溶化装置は、前記加圧容器２と、減圧
容器５と、加圧容器２内の圧力を減圧容器５内に急激に
解放して有機性汚泥を減圧容器５中に放出させるための
開閉弁４（放出手段）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性排水を生物
処理する際に発生する余剰汚泥等の有機性汚泥の細胞壁
を破砕・可溶化する可溶化方法およびこれに使用する装
置に関する。

【従来の技術】

【０００２】排水の生物処理の代表的な方法に、好気的
条件下でＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）成分等を微生
物分解させる活性汚泥化法がある。この方法では、排水
の汚泥処理に付随して発生した汚泥は、生物処理槽の後
段で沈降分離させ、一部は曝気槽へ返送し、一部は固液
分離した後に余剰汚泥として外部へ排出される。排出さ
れた余剰汚泥は土壌改良材、コンポスト材料などとして
再利用が進められているが、大部分は産業廃棄物として
処理されているため、環境への配慮のために廃棄処理以
外の汚泥処理手段が求められている。

【０００３】このような汚泥処理手段としては、生物に
よる嫌気的消化法や好気的消化法が知られている。嫌気
的消化法は、嫌気性微生物によって汚泥中の有機物成分
を分解して、メタンと二酸化炭素を生成する方法であ
る。この方法は汚泥の減量化とエネルギー資源の回収を
同時に行えるという利点があるが、汚泥の分解速度が非
常に遅く、３０日程度の滞留時間が必要であるために、
施設の大型化を招く等の問題を抱えている。一方、好気
的消化法も滞留時間を長期間にしても汚泥の減量率が低
いという問題がある。

【０００４】上記のような問題を解消するために、汚泥
を化学的もしくは物理的に破壊・可溶化し、生分解性を
向上させた後、嫌気的あるいは好気的に微生物処理して
汚泥を減量する方法が提案されている。例えば、オゾン
を用いて汚泥の細胞壁を破壊する方法（特開平７−１１
６６８５号公報）、超音波で汚泥の細胞壁を破壊する方
法（特開平１１−１２８９７５号公報）、余剰汚泥を約
１００〜５００ＭＰａの圧力で加圧した後、圧力を急激
に解放する方法（特開平７−１２４５９６号公報）、汚
泥を加熱容器で８０〜２５０℃に加熱処理した後、加熱
容器の外部に放出する方法（特開平１１−１２３３９６
号公報）等が知られている。

【０００５】しかし、上記のようなオゾンを用いた化学
的方法や超音波照射、高圧処理および高温処理等の物理
的方法で汚泥を破壊する方法では、処理設備の建設費が
高くなったり、ランニングコストが高くつくなどの欠点
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
性排水を生物処理する施設から発生する余剰汚泥等の有
機性汚泥の細胞壁を簡便な設備で破砕・可溶化する可溶
化方法およびこれに使用する装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る有機性汚泥の可溶化方法は、有機性汚泥
を大気圧よりも高い圧力で加圧した後、大気圧よりも低
い圧力条件下に保持した容器中に急激に圧力を解放し
て、前記有機性汚泥を前記容器中に放出させることを特
徴とする。

【０００８】かかる本発明によれば、有機性汚泥を加圧
状態に保持した後、大気圧よりも低い圧力条件下に保持
した容器中に急激に加圧圧力を解放することによって、
有機性汚泥に急激な圧力変動が加えられ、その結果、汚
泥の細胞壁が破壊し、細胞内成分が溶出して、汚泥を可
溶化することができる。特に，本発明では、加圧圧力を
大気圧よりも低い圧力条件下に保持した容器中に解放す
るので、高い加圧圧力を必要としない。従って、処理設
備の建設費やランニングコストを削減できる。

【０００９】具体的には，前記加圧状態の圧力は０．１
〜１ＭＰａの範囲であるのが好ましい。また、有機性汚
泥は、あらかじめアルカリで処理した後、大気圧よりも
高い圧力で加圧するのが、有機性汚泥の可溶化を促進す
るうえで好ましい。

【００１０】また、有機性汚泥の可溶化方法を実施する
ために使用する本発明に係る有機性汚泥の可溶化装置
は、上記大気圧よりも高い圧力条件下に保持された加圧
容器と、大気圧よりも低い圧力条件下に保持された減圧
容器と、前記加圧容器内の圧力を前記減圧容器内に急激
に解放して、前記有機性汚泥を減圧容器中に放出させる
ための放出手段とを備えたことを特徴とする。前記放出
手段は、前記加圧容器と減圧容器とを直列に連結した配
管と、この配管に設けられた開閉弁とからなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、処理対象になる
有機性汚泥とは、下水処理場、し尿処理場、工場排水処
理場、その他排水処理場における返送汚泥および汚泥中
に菌体が高濃度で含まれるような性状のスラリー等が該
当する。

【００１２】本発明方法では、大気圧よりも高い加圧状
態に保持された有機性汚泥を、大気圧よりも低い圧力条
件下に保持した容器中に急激に加圧圧力を解放すること
により、急激な圧力変動を与え、汚泥の細胞壁を破壊
し、細胞内成分を溶出させる。大気圧よりも高い圧力と
しては、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲が好ましく用い
られる。０．１ＭＰａより低い圧力では、十分な有機性
汚泥の細胞壁を破砕・可溶化する効果が得られないおそ
れがあり、また１ＭＰａを越える圧力では、設備費用及
び運転費用が高くなるおそれがある。一方、大気圧より
低い圧力条件とは、実質的に大気圧より低い圧力に保持
されているだけでよく、一般には−５ｋＰａ〜−１００
ｋＰａの範囲である。

【００１３】加圧方法は、前記有機性汚泥をポンプなど
で加圧容器に供給しながら圧縮・加圧し、適宜加圧容器
の排出口に設けられた開放弁を開閉することにより圧力
を制御することができる。あるいは、加圧容器に有機性
汚泥を充填した後、圧縮空気、窒素ガス等を充填して加
圧してもよい。一方、減圧方法は、容器内を大気圧より
低い圧力に保持できるものであれば特に制限されるもの
ではなく、一般には真空ポンプ、エジェクターなどの減
圧装置、あるいは汚泥排出ポンプの吸引力や重力作用で
流下する際に形成される減圧作用を利用することができ
る。

【００１４】大気圧より高い圧力で有機性汚泥を保持す
る時間については特に制限しないが、一般には１秒〜３
０分の範囲が採用されるが、保持時間が短いほど設備を
小型化できるので、１秒〜１０分の範囲がより好まし
い。また、有機性汚泥の加圧処理に際しては、特に加熱
する必要はなく、約１５〜４５℃の範囲である通常の活
性汚泥処理温度条件下で処理することができる。

【００１５】有機性汚泥を、加圧容器から大気圧よりも
低い圧力条件下に保持した容器中へ放出させる放出速度
も、特に制限されるものではなく、加圧容器から放出さ
れる前の加圧圧力、減圧条件および有機性汚泥の性状や
処理条件によって汚泥の可溶化率が異なるので、一義的
に決めることはできず、適宜、予備実験を行って放出速
度を決定する必要がある。一般には、放出口での有機性
汚泥の放出速度は０．５〜５００ｃｍ／秒、好ましくは
０．５〜２００ｃｍ／秒程度とするのがよい。放出速度
は放出口の断面積（ｃｍ²）、有機性汚泥の放出量（ｇ
／秒）および有機性汚泥の比重（ｇ/ｃｃ）から求める
ことができる。

【００１６】本発明に係る有機性汚泥の可溶化方法の実
施に際して、有機性汚泥は、通常の活性汚泥処理条件下
でも実施することはできるが、アルカリ条件下で有機性
汚泥をあらかじめ処理しておくのが好ましい。これによ
り、有機性汚泥の可溶化が促進して、細胞壁の破壊や可
溶化が一層容易になる。アルカリ処理は、一般には中性
からｐＨ１２程度のアルカリ条件下で行うのが望まし
い。酸性条件下では、活性汚泥処理設備材料の腐食が起
きるおそれがあり、またｐＨ１２を超える条件下では運
転費用が高くなるおそれがあるので、いずれも好ましく
ない。

【００１７】アルカリ条件の調整方法は、特に制限され
るものではなく、一般には水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、炭酸ナトリウムなどを固形状あるいは水溶液の
状態で添加する。添加量については、有機性汚泥の性状
や処理条件によって汚泥の可溶化率が異なるので、適
宜、予備実験を行って決定すればよい。

【００１８】このようにして有機性汚泥の細胞壁を破壊
・可溶化し、生分解性の向上した処理液は、活性汚泥処
理設備に返送されるなどして、嫌気性および好気性の微
生物によって容易に分解処理され、汚泥を減量すること
が可能である。

【００１９】次に、本発明にかかる有機性汚泥の可溶化
装置について図面を参照して説明する。図１は本発明の
一実施形態にかかる有機性汚泥の可溶化装置の模式図で
ある。図１に示すように、有機性汚泥の可溶化装置は、
有機性汚泥の加圧容器２と減圧容器５とが配管９によっ
て直列に連結されている。加圧容器２には、連続的に有
機性汚泥を供給するための汚泥供給装置１と、加圧処理
された有機性汚泥を放出するための放出口３が設けられ
ており、放出口３には、有機性汚泥の放出を制御するた
めの開閉弁４を設けた配管９の一端が接続される。減圧
容器５には、配管９の他端が接続されると共に、真空装
置６と、可溶化処理された有機性汚泥を排出するための
排出ポンプ７が設けられている。

【００２０】前記汚泥供給装置１としては、前記圧力容
器２で設定した以上の放出圧力を有し、かつ逆流防止機
能を有するポンプであれば特に限定されるものではな
く、例えばスネークポンプ、ダイヤフラムポンプ、プラ
ンジャポンプ等が挙げられる。

【００２１】前記加圧容器２としては、汚泥供給装置１
が接続される汚泥供給口１０と放出口３とを有するもの
であれば任意の形状のものを使用することができ、図１
の模式図に示したような円筒形のものの他、有機性汚泥
の供給配管だけでも本発明方法の趣旨を逸脱するもので
はない。この加圧容器２には、内圧を測定するための圧
力計と、有機性汚泥の放出口３などが閉鎖した場合に、
加圧容器内圧が高くなりすぎ、加圧装置２や汚泥供給装
置１が破損するのを防止するための圧力放出弁を設けて
おくことが望ましい。

【００２２】前記減圧装置５は、内圧を測定するための
圧力計と、開閉弁４より放出された有機性汚泥が直接減
圧装置６に流入しないように、遮蔽板（図示せず）を設
けておくことが望ましい。

【００２３】開閉弁４は、加圧容器２内の圧力が設定値
に到達した際に開き、それ以外では閉じているように制
御される。このように開閉弁４を制御することにより、
連続的に有機性汚泥を処理することが可能となる。一
方、有機性汚泥をバッチ処理する場合には、手動にて開
閉操作を行ってもよい。

【００２４】前記真空装置６は、前記減圧容器５内を大
気圧より低い圧力に保持できるもので、かつ逆流防止機
能を有するものであれば特に限定されるものではない。
一般には、真空ポンプ、エジェクターなどの減圧装置、
排出ポンプの吸引力や重力作用で流下する際に形成され
る減圧作用なども利用することができる。

【００２５】排出ポンプ７は、減圧容器５で可溶化処理
された有機性汚泥を排出するためのものである。このよ
うな排出ポンプ７としては、減圧容器５で設定した圧力
以上の吸引力を有し、かつ逆流防止機能を有するポンプ
であれば特に限定されるものではなく、一般には例えば
スネークポンプ、ダイヤフラムポンプ、プランジャポン
プ等が挙げられる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００２７】実施例１、２および比較例１、２ 図２に示すような試験装置を用いて有機性汚泥の可溶化
処理を行った。すなわち、内径５０ｍｍ、高さ２００ｍ
ｍの円筒型加圧容器１１と、約２０００ｍｌの減圧容器
１４とを使用し、加圧容器１１の上部には、圧縮空気注
入口８を設け、前記加圧容器１１と前記減圧容器１４と
の間は内径６ｍｍのパイプで直列に連結した。パイプに
設けた開閉弁１３にて手動で開閉操作を行い、加圧処理
された有機性汚泥を、真空ポンプ１５で吸引されて大気
圧より低い圧力に保持された減圧容器１４中に放出され
た。化学工場廃水処理設備より採取した返送汚泥（ｐＨ
８．０）３００ｍＬを加圧容器１１に注入し、圧縮空気
を注入して０．６３ＭＰａに保持した。ついで開閉弁４
を開け、真空ポンプ１５で−６６.０ｋＰａに保持され
た減圧容器１４中に汚泥を放出した。汚泥の放出速度
は、実施例１は16g/秒、実施例２では0.4g/秒とした。
減圧容器５中の汚泥を採取して、ＭＬＳＳ濃度（活性汚
泥浮遊物質濃度、以下同じ）と有機性炭素濃度(ＴＯＣ)
を測定した。その結果を表１に示す。また、処理する圧
力を変えた以外は、実施例１と同様の操作を行い、処理
汚泥のＭＬＳＳ濃度と有機性炭素濃度を測定した結果を
表１に併せて示した。なお、可溶化率はＭＬＳＳ濃度の
減少率で示した。

【表１】

【００２８】実施例３ 炭酸ソーダを加え、有機性汚泥のｐＨを１１.３にした
以外は、実施例１と同様の操作を行い、有機性汚泥の処
理を行った。その結果、ＭＬＳＳ濃度が１１４２０ｍｇ
／Ｌから８７１０ｍｇ／Ｌに低下しており、可溶化率は
２４％であった。また、ＴＯＣ濃度は１１０ｍｇ／Ｌか
ら２７３０ｍｇ／Ｌに増加していた。これにより、アル
カリ条件にすることにより、可溶化率が増加することが
確認できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、有機性排水を生物処理
する際に発生する余剰汚泥等の有機性汚泥を、大気圧よ
りも高い圧力で加圧した後、大気圧よりも低い圧力条件
下に保持した容器中に急激に圧力を解放して、前記有機
性汚泥を前記容器中に放出させるという簡便な方法と装
置で、有機性汚泥の細胞壁を破砕・可溶化することがで
きるので、排水の生物処理設備等からの余剰汚泥の発生
量を削減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる有機性汚泥の可溶
化装置を示した模式図である。

【図２】実施例で使用した有機性汚泥の可溶化装置を示
した模式図である。

【符号の説明】

１ 汚泥供給装置 ２ 加圧容器 ３ 放出口 ４ 開閉弁 ５ 減圧容器 ６ 真空装置 ７ 排出ポンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機性汚泥を大気圧よりも高い圧力で加圧
   した後、大気圧よりも低い圧力条件下に保持した容器中
   に急激に圧力を解放して、前記有機性汚泥を前記容器中
   に放出させることを特徴とする有機性汚泥の可溶化方
   法。
2. 【請求項２】加圧状態の圧力が０．１〜１ＭＰａの範囲
   であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】有機性汚泥を、あらかじめアルカリで処理
   した後、大気圧よりも高い圧力で加圧する請求項１また
   は２記載の方法。
4. 【請求項４】大気圧よりも高い圧力条件下に保持された
   加圧容器と、大気圧よりも低い圧力条件下に保持された
   減圧容器と、前記加圧容器内の圧力を前記減圧容器内に
   急激に解放して、前記有機性汚泥を減圧容器中に放出さ
   せるための放出手段とを備えたことを特徴とする有機性
   汚泥の可溶化装置。
5. 【請求項５】前記放出手段が、前記加圧容器と減圧容器
   とを直列に連結した配管と、この配管に設けられた開閉
   弁とからなる請求項４記載の装置。