JP2003103298A

JP2003103298A - 有機性汚泥の処理方法

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Publication number: JP2003103298A
Application number: JP2001298889A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nonoyama; 登野々山
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-08
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP4730871B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大型の設備を要せずに有機性汚泥を短時間で
効率良く処理できる有機性汚泥の処理方法を提供するこ
と。【解決手段】有機性汚泥を微生物により分解処理する
に際して、有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理す
る第１の工程を行ない、あるいは、有機性汚泥を微細化
する第１の工程を行なう。加熱処理することで、有機性
汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体が死滅し、有
機性汚泥は分解され易くなる。あるいは、有機性汚泥を
微細化処理することによっても、菌体の細胞膜が破壊さ
れ、有機性汚泥は分解され易くなる。次に、微生物が付
着した担体が多数収容された処理槽１４と、曝気槽１６
との間で有機性汚泥を循環させ、この場合、曝気槽１６
でエアーレーションが施された有機性汚泥を処理槽１４
に循環させる。第２の工程では、分解され易くなった有
機性汚泥が微生物により効率良く分解処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は食品工場などで出る
排水や、下水処理場の汚泥などのような有機性汚泥を処
理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品工場などで出る排水や、下水処理場
の汚泥などのような有機性汚泥を処理する場合には、従
来、嫌気性汚泥処理(メタン醗酵)が施されている。嫌気
性汚泥処理は、大型のタンクに有機性汚泥を１ヶ月程度
収容させ、嫌気性微生物により有機物を分解処理させる
方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、大型のタンクを要するため設備が
大型化してコストが嵩み、また、有機性汚泥を確実に処
理しがたく、さらに、時間も掛かるといった不具合があ
った。本発明者は、微生物により有機性汚泥が効率良く
分解されない原因を鋭意研究したところ、有機性汚泥の
主成分は数ミクロン程度の菌体であり、菌体は細胞膜で
強固に保護されており、そのため破壊されにくく分解さ
れにくいためであると究明するに至った。本発明はこの
ような有機性汚泥の主成分をなす菌体に着目して案出さ
れたものであって、本発明の目的は、大型の設備を要せ
ずに有機性汚泥を短時間で効率良く処理できる有機性汚
泥の処理方法を提供することにある。また、本発明の目
的は、有機性汚泥を効率良く分解できるようにした有機
性汚泥の処理方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は有機性汚泥の処理方法であって、有機性汚泥を
分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収
容された処理槽を用意すると共に、エアーレーションを
施す曝気槽を前記処理槽とは別に用意し、まず、有機性
汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理する第１の工程を行
ない、あるいは、有機性汚泥を微細化する第１の工程を
行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間
で循環させ、これによりエアーレーションを施した有機
性汚泥を処理槽に循環させるようにした第２の工程を行
なうことを特徴とする。また、本発明は表面に微生物が
付着した多孔質性担体が多数収容された処理槽に有機性
汚泥を循環させ、微生物により有機性汚泥を分解処理す
るようにした有機性汚泥の処理方法であって、前記多孔
質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性担体と、
前記第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数の第２多
孔質性担体とで構成されていることを特徴とする。

【０００５】本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、
第１の工程において、有機性汚泥を加熱処理すること
で、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体が
死滅し、有機性汚泥は分解され易くなる。あるいは、加
熱処理に代え有機性汚泥を微細化処理することによって
も、菌体の細胞膜が破壊され、有機性汚泥は分解され易
くなる。また、第２の工程において、このように分解さ
れ易くなった有機性汚泥を処理槽に循環させることで、
担体に付着した微生物により有機性汚泥が効率良く分解
処理される。さらに、曝気槽でエアーレーションを施し
た有機性汚泥を処理槽に循環させるようにしたので、担
体に付着する好気性微生物と嫌気性微生物のバランスが
保たれ、微生物による分解機能がより効率良く発揮さ
れ、有機性汚泥がより効率良く分解処理される。また、
本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、比重の異なっ
た２種類の多孔質性担体を用いることで、有機性汚泥が
担体表面の微生物により効率良く接触し、また、有機性
汚泥が効率良く担体に衝突して物理的に破砕され、これ
らにより有機性汚泥が効率良く分解処理される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の有機性汚泥の処理
方法を添付図面にしたがって説明する。図１は本発明方
法を説明するための概略説明図、図２は微生物固定反応
装置を構成する処理槽の概略説明図を示す。まず、食品
工場などで出る排水(原水)や、下水処理場の汚泥などの
ような有機性汚泥(原水)を６０〜１００°Ｃで加熱処理
し、あるいは、有機性汚泥を微細化する(特許請求の範
囲の第１の工程)。

【０００７】有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理
することで、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度
の菌体は、細胞膜で強固に保護されているものの死滅
し、これにより有機性汚泥は分解され易くなる。前記加
熱処理を行なう場合には、汚泥を６０〜１００°Ｃで数
秒から１０分程度加熱処理すると、菌体が死滅する。７
０〜９５°Ｃの範囲で加熱処理を行なえば、菌体を確実
に死滅させる上でより好ましい。これは、６０°Ｃ未満
で加熱すると、菌体が死滅する割合が顕著に少なくる不
具合が生じ、また、１００°Ｃ以上で加熱しても６０〜
１００°Ｃの加熱処理に比べて菌体の死滅状態に変化は
見られず、熱エネルギーコストが嵩むのみとなるためで
ある。

【０００８】また、前記の加熱処理に代え有機性汚泥を
微細化処理することによっても、菌体の細胞膜が破壊さ
れ、これにより有機性汚泥は分解され易くなる。有機性
汚泥の微細化処理は、湿式粉砕機により粉砕してもよい
し、あるいは、超音波により粉砕してもよい。湿式粉砕
機には、市販の湿式粉砕機が用いられ、数ミクロン程度
の菌体が粉砕される。湿式粉砕機は液中に混在する物質
を粉砕するもので、例えば、アシザワ株式会社のビーズ
ミルなどを用いることができる。また、超音波処理によ
り粉砕する場合には、市販の超音波発生機を用い、超音
波を与えることで数ミクロン程度の菌体が粉砕される。

【０００９】次に、上述のように加熱処理あるいは微細
化処理された有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循
環させる(特許請求の範囲の第２の工程)。微生物固定反
応装置１２は、処理槽１４と曝気槽１６とを備えてい
る。前記処理槽１４には、微生物が付着した多数の担体
１８が収容(充填)されている。前記担体１８としては多
孔質セラミックや軽石、寒天などが挙げられ、多孔質セ
ラミックや軽石の場合には微生物が表面に付着してお
り、寒天の場合には微生物が内部に封じ込まれている。
前記担体１８に付着される微生物としては活性汚泥菌や
メタン醗酵菌などが挙げられ、これらの菌は好機性微生
物と嫌気性微生物の双方を含んでいる。処理槽１４は、
図２に示すように、上下に縦長で、有機性汚泥が多数の
担体１８の表面により効率良く接触するように、直径に
比べ高さが２倍以上に設定された円筒状に形成されてい
る。前記曝気槽１６は、有機性汚泥に、ブロア２４を用
いて酸素を供給する、所謂エアレーションを施すもので
あり、微生物による有機性汚泥の分解機能をより効率良
く発揮させるようにしたものである。

【００１０】このような処理槽１４と曝気槽１６を用い
た第２の工程では、有機性汚泥が処理槽１４の底部に供
給され、多数の担体１８に接触しつつ処理槽１４の上方
に送り出され、処理槽１４の上部から曝気槽１６に供給
され、曝気槽１６でエアレーションが施され、その後、
曝気槽１６から処理槽１４の底部へ供給され、このよう
な循環が繰り返して行われる。そして、第１の工程にお
いて、有機性汚泥の主成分である数ミクロン程度の菌体
は死滅しており、あるいは、その細胞膜が破壊されてい
るので、処理槽１４において、担体１８に付着した微生
物による有機性汚泥の分解処理が効率良くなされる。こ
こで、微生物による有機性汚泥の分解処理とは、有機物
が微生物に消化されたり、あるいは有機物が微生物の体
内に取り込まれることで、有機物が微生物の繁殖材とな
り、生物的な反応を経て最終的にＨ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２
などに分解され、有機物が取り除かれることを言う。

【００１１】また、有機性汚泥を処理槽１４と曝気槽１
６との間で循環させ、これによりエアーレーションを施
した有機性汚泥を処理槽１４に循環させるようにしたの
で、微生物による有機性汚泥の分解がより効率良くなさ
れる。これは、処理槽１４に直接エアレーションを施す
と、多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂに付着する好気性微生
物が嫌気性微生物に比べて活発になり過ぎてしまうが、
処理槽１４に直接エアレーションを施さずに、エアレー
ションが施された有機性汚泥を処理槽１４に供給するこ
とで、多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂに付着する好気性微
生物と嫌気性微生物のバランスが保たれ、微生物による
分解機能がより効率良く発揮されるものと考えられる。

【００１２】上述のように加熱処理(８０°Ｃ前後で５
分間加熱)を行なったのち微生物固定反応装置１２に循
環させた場合(加熱処理)と、湿式粉砕機(アシザワ株式
会社のビーズミル)により微細化処理を行なったのち微
生物固定反応装置１２に循環させた場合(微細化処理)
と、加熱処理や微細化処理の前処理を行なわずに微生物
固定反応装置１２に循環させた場合(前処理無し)とにつ
いて、それぞれ処理槽１４でエアレーションを施した場
合(処理槽)と、曝気槽１６でエアレーションを施した場
合(曝気槽)とに分けて実験を行なった。この実験では、
ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。排水の種類は、下
水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)である。そし
て、それぞれの場合において、有機性濃度であるＢＯＤ
(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯＤ(ｐｐｍ)
と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)につい
て測定し、その結果を表１に示す。なお、以下の表１乃
至表３において原水とは何ら処理が施されていない実験
の対象となる有機性汚泥である。

【００１３】

【表１】

【００１４】実験条件微生物固定反応装置の滞留時間：２４時間(１０分間に
１回の割合で循環させ、合計２４時間滞留とした) 処理槽に収容(充填)した担体：比重が均一な粒径３〜５
ｍｍのカーボン曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍微生物リアクター温度：２０°Ｃ馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果)

【００１５】表１からも明らかなように、加熱処理を行
なったのち微生物固定反応装置１２に循環させた場合、
および微細化処理を行なったのち微生物固定反応装置１
２に循環させた場合には、単に微生物固定反応装置１２
に循環させる場合に比べ効率の良い処理結果となり、さ
らに、処理槽１４でエアレーションを施した場合と、曝
気槽１６でエアレーションを施した場合とでは、曝気槽
１６でエアレーションを施した場合の方がより効率の良
い処理結果が得られた。

【００１６】したがって、本実施の形態によれば、有機
性汚泥を効率良く処理することが可能となる。さらに、
従来の嫌気性汚泥処理(メタン醗酵)では１ヶ月程度要す
るに比べ、本発明では１日程度で済み、したがって、有
機性汚泥を短時間で処理する上で極めて有利となる。ま
た、有機性汚泥を加熱処理し、あるいは微細化処理した
のち処理槽１４と曝気槽１６に循環させる方法であるの
で、従来のような大型のタンクを要せず、コストダウン
を図る上でも有利となる。

【００１７】また、本発明では、微生物を付着させる担
体１８として多孔質性担体を用い、しかも比重の大きな
第１多孔質性担体１８Ａ(図２の白円)と、第１多孔質性
担体１８Ａよりも比重の小さな第２多孔質性担体１８Ｂ
(図２の斜線を施した円)との２種類の担体を用いること
ができる。このような第１多孔質性担体１８Ａとして、
例えば、多孔質性セラミックを用いることができ、ま
た、第２多孔質性担体１８Ｂとしては、例えば、多孔質
性セラミックよりも比重の軽い材料であるカーボンを用
いることができる。そして、処理槽１４の底部のセパレ
ータ２０の上に多数の第１多孔質性担体１８Ａが収容
(充填)され、それらの上に多数の第２多孔質性担体１８
Ｂが収容(充填)される。

【００１８】このように、微生物を付着させる担体１８
として比重の大きな第１多孔質性担体１８Ａと比重の小
さな第２多孔質性担体１８Ｂを用いると、有機性汚泥は
セパレータ２０の下方の処理槽１４に供給されたのち、
多数の第１多孔質性担体１８Ａに接触し、次に、多数の
第２多孔質性担体１８Ｂに接触していく。この場合、比
重の異なった２種類の多孔質性担体１８Ａ、１８Ｂを用
いることで、有機性汚泥が循環する際の抵抗により第１
多孔質性担体１８Ａと第２多孔質性担体１８Ｂとの動き
が微妙に異なり、これにより有機性汚泥が担体１８Ａ、
１８Ｂ表面の微生物により効率良く接触し、また、有機
性汚泥が効率良く担体１８Ａ、１８Ｂに衝突して物理的
にも破砕され、これらにより有機物が効率良く分解され
る。

【００１９】微生物を付着させる担体１８として比重の
均一な多孔質性担体(単一種類の多孔質性セラミックス)
を用いた場合と、比重の大きな多孔質性セラミック(第
１多孔質性担体１８Ａ)および多孔質性セラミックより
も比重の小さなカーボン(第２多孔質性担体１８Ｂ)との
２種類の担体を用いた場合について実験を行なった。こ
の実験では、ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。排水
の種類は、下水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)を
８０°Ｃ前後で５分間加熱処理した汚泥である。このよ
うに加熱処理した有機性汚泥を微生物固定反応装置１２
に循環させるに際して、曝気槽１６でエアレーションを
施した。そして、それぞれの場合について、有機性濃度
であるＢＯＤ(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯ
Ｄ(ｐｐｍ)と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐ
ｐｍ)について測定し、その結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】実験条件微生物固定反応装置の滞留時間：１２時間(１０分間に
１回の割合で循環させ、合計１２時間滞留とした) 曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍微生物リアクター温度：２０°Ｃ馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果) 表２からも明らかなように、有機性汚泥を微生物固定反
応装置１２に循環させる場合に比重の均一な多孔質性担
体を用いるよりも、比重の大きな多孔質性セラミックお
よび多孔質性セラミックよりも比重の小さなカーボンの
２種類の担体を用いた場合の方が、より効率のよい処理
結果が得られた。特に、浮遊物質(懸濁物質)濃度である
ＳＳ(ｐｐｍ)の除去率が向上した。これは上述のよう
に、比重の異なった２種類の多孔質性担体を用いること
で、有機性汚泥が担体表面の微生物により効率良く接触
し、また、有機性汚泥が効率良く担体に衝突して物理的
にも破砕され、これらにより有機物が効率良く分解され
るためである。

【００２２】また、本発明では、有機性汚泥を処理槽１
４の底部に供給するに際して、脈流ポンプ２２を用いて
有機性汚泥に脈動(脈流)を持たせて処理槽１４に供給す
ることができる。このように有機性汚泥に脈動を持たせ
て供給することで、処理槽１４内に収容(充填)された多
数の担体１８に対して有機性汚泥が強制的に繰り返して
衝突され、これにより有機性汚泥が担体１８表面の微生
物により効率良く接触し、また、物理的にも破砕され、
微生物による有機性汚泥の分解がより効率良く行なわれ
る。

【００２３】加熱処理した有機性汚泥を微生物固定反応
装置１２に循環させる場合に、脈動を持たせずに処理槽
１４に供給する場合と、脈動を持たせて処理槽１４に供
給する場合についての実験を行なった。この実験では、
ＢＯＤ約１％の高濃度排水を用いた。排水の種類は、下
水の余剰濃縮排水(二次沈殿池より採取)を８０°Ｃ前後
で５分間加熱処理した汚泥である。このように加熱処理
した有機性汚泥を微生物固定反応装置１２に循環させる
に際して、曝気槽１６でエアレーションを施した。そし
て、それぞれの場合について、有機性濃度であるＢＯＤ
(ｐｐｍ)と、化学的酸素要求量であるＣＯＤ(ｐｐｍ)
と、浮遊物質(懸濁物質)濃度であるＳＳ(ｐｐｍ)につい
て測定し、その結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】実験条件微生物固定反応装置の滞留時間：１２時間(１０分間に
１回の割合で循環させ循環の際に脈動を持たせないで供
給した場合と、脈動を持たせて供給した場合とについて
実験を行ない、双方の場合、何れも合計１２時間滞留と
した) 処理槽に収容(充填)した担体：比重が均一な粒径３〜５
ｍｍのカーボン脈動ポンプの周期：１回／秒曝気空気量：ＢＯＤ流入量の０．３倍微生物リアクター温度：２０°Ｃ馴用期間：１０日(１０日以降の処理結果) 表３からも明らかなように、有機性汚泥を微生物固定反
応装置１２に循環させる場合に、有機性汚泥に脈動を持
たせずに処理槽１４に供給する場合と、脈動を持たせて
処理槽１４に供給する場合とでは、脈動を持たせて処理
槽１４に供給する場合の方が、より効率のよい処理結果
が得られた。これは上述のように有機性汚泥に脈動を持
たせて処理槽１４に供給することで、多数の担体１８に
対して有機性汚泥が繰り返して衝突し、これにより有機
性汚泥が担体表面の微生物により効率良く接触し、ま
た、有機性汚泥が物理的にも破砕され、微生物による有
機性汚泥の分解がより効率良く行なわれるためである。

【００２６】なお、有機性汚泥を処理槽１４に循環さ
せ、担体１８に付着した微生物により有機物を分解させ
る処理方法において、微生物を付着させる担体１８とし
て比重の大きな第１多孔質性担体１８Ａと、第１多孔質
性担体１８Ａよりも比重の小さな第２多孔質性担体１８
Ｂとの２種類の担体を用いる方法は、その原理からして
その他の有機性汚泥を処理槽１４に循環させ分解する場
合にも有効である。また、有機性汚泥を処理槽１４に供
給するに際して、有機性汚泥に脈動を持たせて処理槽１
４に供給する方法も、その原理からしてその他の有機性
汚泥を処理槽１４に循環させ分解する場合にも有効であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明の有
機性汚泥の処理方法によれば、大型の設備を要せずに有
機性汚泥を短時間で効率良く分解処理することが可能と
なる。また、本発明の有機性汚泥の処理方法によれば、
有機性汚泥を効率良く分解処理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するための概略説明図であ
る。

【図２】微生物固定反応装置を構成する処理槽の概略説
明図である。

【符号の説明】

１２微生物固定反応装置１４処理槽１６曝気槽１８担体２２脈流ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚泥を分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収容された処理槽を用意す
ると共に、エアーレーションを施す曝気槽を前記処理槽
とは別に用意し、まず、有機性汚泥を６０〜１００°Ｃで加熱処理する第
１の工程を行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間で循環さ
せ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を
処理槽に循環させるようにした第２の工程を行なう、ことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項２】有機性汚泥を分解処理するに際して、微生物が付着した担体が多数収容された処理槽を用意す
ると共に、エアーレーションを施す曝気槽を前記処理槽
とは別に用意し、まず、有機性汚泥を微細化する第１の工程を行ない、次に、有機性汚泥を前記処理槽と曝気槽との間で循環さ
せ、これによりエアーレーションを施した有機性汚泥を
処理槽に循環させるようにした第２の工程を行なう、ことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項３】前記微細化は、湿式粉砕機により粉砕さ
れることで行われ、あるいは、超音波処理により粉砕さ
れることで行われることを特徴とする請求項２記載の有
機性汚泥の処理方法。
【請求項４】前記担体は多孔質性担体であることを特
徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の有機性汚泥
の処理方法。
【請求項５】前記多孔質性担体は、比重の大きい多数
の第１多孔質性担体と、第１多孔質性担体よりも比重の
小さい多数の第２多孔質性担体とで構成されていること
を特徴とする請求項４記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項６】前記処理槽への有機性汚泥の供給は、有
機性汚泥に脈動を持たせて行われることを特徴とする請
求項１乃至５に何れか１項記載の有機性汚泥の処理方
法。
【請求項７】前記処理槽は上下に縦長であり、前記有
機性汚泥の供給は処理槽の底部から行われることを特徴
とする請求項６記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項８】表面に微生物が付着した多孔質性担体が
多数収容された処理槽に有機性汚泥を循環させ、微生物
により有機性汚泥を分解処理するようにした有機性汚泥
の処理方法であって、前記多孔質性担体は、比重の大きい多数の第１多孔質性
担体と、前記第１多孔質性担体よりも比重の小さい多数
の第２多孔質性担体とで構成されている、ことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【請求項９】前記処理槽とは別に曝気槽が設けられ、
有機性汚泥は前記処理槽および曝気槽に循環され、曝気
槽において有機性汚泥にエアーレーションが施されるこ
とを特徴とする請求項８記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項１０】前記処理槽への有機性汚泥の供給は、
有機性汚泥に脈動を持たせて行われることを特徴とする
請求項８または９記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項１１】前記処理槽は上下に縦長であり、前記
有機性汚泥の供給は処理槽の底部から行われることを特
徴とする請求項１０記載の有機性汚泥の処理方法。
【請求項１２】前記比重の大きい第１多孔質性担体は
多孔質性セラミックであり、前記第１多孔質性担体より
も比重の小さい第２多孔質性担体はカーボンであること
を特徴とする請求項５または８記載の有機性汚泥の処理
方法。