JP2003238278A - 下水汚泥のコンポスト化方法 - Google Patents
下水汚泥のコンポスト化方法Info
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Abstract
やすくし、発酵処理を施すことにより、コンポスト肥料
を製造する。 【解決手段】 含水率90質量%以上の下水汚泥に対
し、その質量に基づき0.1〜10質量%の活性再生セ
ルロースを添加し、少なくとも1分間かきまぜたのち、
さらに0.01〜10.0質量%の有機高分子凝集剤を
加えて、十分にフロックを形成させ、次いで搾液して含
水率65質量%以下の汚泥脱水ケーキを調製し、これを
発酵処理して肥料を製造する下水汚泥のコンポスト化方
法である。
Description
スト化方法、さらに詳しくいえば、下水汚泥をコンポス
ト化可能の含水率まで脱水処理してコンポスト化処理に
付し、ファインコンポスト肥料を得る方法に関するもの
である。
うる成分が多量に含まれているため、これをコンポスト
肥料の製造原料として利用する試みは、これまでにも多
くなされてきた。しかしながら、コンポスト化に際して
は、原料の含水率が70質量%以上では通気性がほとん
ど無く、嫌気発酵して著しい悪臭を発し、堆肥を生成す
るのに必要な発酵が進行しないため、含水率を65質量
%以下にする必要があるが、下水汚泥の含水率は、通常
90質量%以上であるため、そのままでは、コンポスト
化の原料としては使用することができなかった。
には、わら、もみ殻、おが屑などを2〜3倍量加え、含
水率を低下させる必要があるが、このようにすると大量
に発生する下水汚泥の処理に際し、処理体積が益々増大
し、発酵タンクを大型化しなければならない上に、発酵
の進行が速い下水汚泥と未発酵のわら、もみ殻、おが屑
などの間で完熟度のアンバランスを生じ、未完熟状態の
ものが施肥される結果、土壌中での酸素欠乏や脱リン現
象をもたらし、農作障害をひき起すのを避けられなかっ
た。
料化を容易にしたり、或は焼却処理の際のエネルギー消
費を低減するために、下水汚泥に有機高分子凝集剤又は
これと無機凝集剤とを組み合わせて加えて凝集処理した
のち、プレスして脱水することにより(特開昭64−8
5200号公報、特開平4−371300号公報、特開
平7−185599号公報)、産業廃水や下水処理で生
じる汚泥にセルロース系物質、糖類及びその誘導体の中
から選ばれた処理剤を加えて脱水することにより(特開
昭49−19653号公報)、有機性汚泥にカチオン系
高分子凝集剤及び木質繊維質を添加したのち脱水処理す
ることにより(特開昭54−31960号公報)、汚泥
中の含水率を減少させることも提案されているが、これ
らの方法ではいずれもその脱水により低下させうる含水
率に限度があり、75質量%以下にすることはできなか
った。
水汚泥に加え、スクリュープレスなどで加圧脱水するこ
とも検討されたが[「月間下水道」,第21巻,第13
号,第80〜85ページ、「資源環境対策」,第34
巻,第9号(1998),第25〜33ページ]、この
方法によると含水率を70質量%以下にするには、故紙
を40質量%以上という多量に添加する必要があるた
め、前述したわらやもみ殻を加えた場合と同様にコンポ
スト化の際、完熟することが困難になり、未完熟のまま
施肥することによる弊害を避けることができなかった。
事情のもとで、下水汚泥を効率よく脱水してコンポスト
化しやすくし、発酵処理を施すことにより、前記した欠
点のないコンポスト肥料を製造することを目的としてな
されたものである。
高い下水汚泥を効率よく脱水して、コンポスト原料とし
て好適な、含水率65質量%又はそれ以下の状態にする
ことについて鋭意研究を重ねた結果、下水汚泥に活性再
生セルロース(以下リセルロースファイバーという)と
有機高分子凝集剤及び場合によりさらに無機凝集剤を添
加してフロックを形成させたのちプレス脱水することに
より、その目的を達成しうることを見出し、この知見に
基づいて本発明をなすに至った。
上の下水汚泥に対し、その質量に基づき0.1〜10質
量%の活性再生セルロースを添加し、少なくとも1分間
かきまぜたのち、さらに0.01〜10.0質量%の有
機高分子凝集剤を加えて、十分にフロックを形成させ、
次いで搾液して含水率65質量%以下の汚泥脱水ケーキ
を調製し、これを発酵処理して肥料を製造することを特
徴とする下水汚泥のコンポスト化方法を提供するもので
ある。
ンポスト化法を説明する。図1は、本発明方法の1例を
示すシステムフロー図であって、汚泥槽1からポンプ2
により混合槽3に送られた下水汚泥は、この混合槽3に
おいてリセルロースファイバータンク4から供給される
リセルロースファイバー、第1薬液タンク5からポンプ
6により供給される有機高分子凝集剤及び所望により第
2薬液タンク7からポンプ8により供給される無機高分
子凝集剤と混合され、汚泥供給ポンプ9により脱水機、
例えばスクリュープレス10に送られ、脱水される。次
にこのようにして得られた脱水ケーキは、コンポスト化
発酵槽11においてコンポスト化され、コンポストすな
わち堆肥として取り出される。また、コンポスト化発酵
槽11にはポンプ12を介して脱臭機13が付設され、
ここで外部から給気される空気と混合、脱臭され排気さ
れる。このようにして、原料の下水汚泥から固形分換算
80〜100質量%の収率でコンポストを製造すること
ができる。また、この際、脱水機10において生成する
脱離液は原液に比べBOD及びSSが著しく低下してい
る上、窒素含有量及びリン含有量の低下も認められ、リ
セルロースファイバーによる脱水処理は、脱窒、脱リン
作用を伴うことも分った。
ァイバーは、故紙を先ず常法に従ってシュレッダーなど
を用いて粗粉砕し、次いで解繊用摩砕機のような微粉砕
機を用いて完全に繊維化することにより得られる淡かっ
色綿状物質である。
粉砕後に脱墨する必要があるが、この脱墨処理は、通常
の再生紙を脱墨する場合と同様の方法、例えばアルカリ
を加えて蒸煮する方法によって行うことができる。この
際、脱墨を促進するために、セッケン、スルホン化油、
ベントナイト、メタケイ酸ナトリウムや界面活性剤のよ
うな分散剤を併用することもできる。
ーを必要に応じ水洗後、乾燥すれば、リセルロースファ
イバーが淡かっ色綿状物質として得られる。このもの
は、太さ、長さの異なったセルロース繊維が三次元的に
絡み合った構造を有している。図2は、この組織構造を
示す100倍拡大顕微鏡写真である。このリセルロース
ファイバーは、燃えやすい、吸湿、吸水性が高い、放
湿、放水性が高いという特徴を有し、脱水能力が非常に
高く、95質量%以上という高含水率の下水汚泥原液に
対し、0.5〜3質量%添加し、搾液するだけで、65
質量%若しくはそれ以下の含水率まで脱水することがで
きる。このリセルロースファイバーの原料としては、故
紙以外に割り箸、廃材、古材チップ、間伐材チップ、わ
らなどの繊維物質を用いることができる。
子凝集剤としては、ノニオン系、カチオン系又は両性の
合成高分子凝集剤を用いるのが好ましい。このノニオン
系合成高分子凝集剤としては、例えばポリアクリルアミ
ド、ポリエチレンオキシド、尿素−ホルマリン樹脂を挙
げることができるし、カチオン系合成高分子凝集剤とし
ては、例えばポリアミノメチルアクリルアミド、ポリビ
ニルイミダゾリン、キトサン、アイオネン系共重合体、
エポキシアミン系共重合体を、また両性合成高分子凝集
剤としては、例えば、レシチン系両性界面活性剤、カゼ
イン分解物系両性界面活性剤などを挙げることができ
る。これらの合成高分子凝集剤の分子量は、通常、数万
ないし数百万の範囲にある。
例えば液状高分子凝集剤「E−513」及び「E−55
5」(いずれもハイモ社製)として市販されている。こ
れらの有機高分子凝集剤は、通常0.1〜0.5質量%
濃度の水溶液として下水汚泥に添加される。
集剤と併用される無機高分子凝集剤としては、例えばポ
リ硫酸鉄(III)、ポリ塩化鉄(III)、ポリ塩化
アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウムなどがある。これ
らの無機高分子凝集剤は、通常5〜15質量%濃度の水
溶液として下水汚泥に添加される。
ーの使用量は、下水汚泥原液に対し、0.1〜10質量
%の範囲内で選ばれるが、この量は下水汚泥の組成によ
って変動する。すなわち、下水汚泥中の繊維量が多い場
合には、リセルロースファイバーの使用量は少なくても
よいし、また繊維量が少ない場合にはリセルロースファ
イバーの使用量を多くする必要がある。
汚泥原液の質量に基づき、通常0.01〜10.0質量
%の範囲内で選ばれる。この使用量も下水汚泥の組成に
より変動するが、従来の下水汚泥の脱水処理の場合に比
べ、1/4〜1/5とかなり少なくすることができる。
変動するので、この組成に応じリセルロースファイバー
及び有機高分子凝集剤の使用量を、上記範囲内において
適宜増減することが必要である。
イバーと有機高分子凝集剤の添加順序が重要であり、先
ずリセルロースファイバーを加えてかきまぜ、スラリー
を形成させたのち、有機高分子凝集剤を添加させる。こ
の添加順序を逆にすると、所望の脱水効果は得られな
い。このスラリーを形成させるには、少なくとも1分
間、好ましくは3〜5分間激しくかきまぜることが必要
である。
に、有機高分子凝集剤を添加し、かきまぜると、次第に
フロックが形成してくるので、十分にフロックが形成さ
れたならば搾液処理を行う。このフロック形成に要する
時間は少なくとも2分、通常は3〜7分間である。
処理物を、例えばスクリュープレス方式、ベルトプレス
方式、加圧ろ過方式により搾液する。この際のプレス圧
力としては、通常30〜100kPa、好ましくは50
kPa又はそれ以上の範囲内で選ばれる。これよりも低
い圧力を用いる方式、例えば真空脱水方式を用いること
もできるが、リセルロースファイバーの脱水性能は、圧
力が高ければ高いほど発揮されるので、できるだけ高い
プレス圧力の搾液機を用いて行うのが好ましい。
とともに、無機高分子凝集剤を併用すると、より低い含
水率の脱水ケーキを得ることができる。この際の無機高
分子凝集剤の使用量は、併用する有機高分子凝集剤の2
〜20倍量、好ましくは1.0〜5.0倍量の範囲で選
ばれる。
られるが、この搾出液には、下水汚泥の種類等によって
異なるが、窒素分10〜20質量%、リン酸成分3〜1
0質量%及びカリウム成分5〜15質量%を含んでいる
ので、カンキツ類、リンゴ、ブドウ、ナシ、モモ、カ
キ、クリなどの農作物用の液肥として用いることができ
る。
上では通気性がほとんど無いため、そのまま放置すれば
嫌気発酵して著しい悪臭を発生し、堆肥を生成するのに
必要な発酵が進行しない。そして、含水率が65質量%
以下になると通気性がよくなり、好気発酵が進行するの
で、臭気も激減し、コンポスト化が円滑に行われ、短時
間で堆肥が得られる。したがって、本発明方法において
は、下水汚泥を含水率65質量%以下になるまで十分に
脱水することが必要である。
られる含水率65質量%以下の下水汚泥処理物をコンポ
スト化処理することにより、コンポスト肥料を製造する
が、このコンポスト化処理では、微生物の働きを利用し
て好気的条件下で、できるだけ短時間に貯蔵可能で悪臭
を発生しないコンポストにすることが必要である。この
際使用される微生物は、複数の微生物が混合した微生物
群であり、これらは空気中、下水汚泥中に存在するの
で、特に供給する必要はないが、所望ならば市販されて
いる微生物製剤を添加して増殖を助長することもでき
る。
物は、最初は原料中に生息する常温性菌であり、温度が
上昇するとともに、50〜60℃に至適温度をもつ好熱
性菌に移行する。すなわち、室温から60℃までの温度
では細菌や糸状菌が活発に働き、60℃に達すると放線
菌が活発に働くようになる。
生物群には、30〜40℃を至適温度とする中温細菌群
や45〜70℃を至適温度とする高温菌群が含まれてい
るが、後者を利用する方が発酵は著しく速く進行するの
で、温度条件としては、60℃以上に保つのが好まし
い。
水分の調整が重要であり、前記したように、水分が70
質量%以上になると、好気性菌に起因して二酸化炭素が
発生して植物の根の呼吸困難をもたらしたり、硫化水
素、アンモニア、メルカプタンなどの有害ガスを発生し
て農作障害をひき起す。したがって、水分としては65
質量%以下、好ましくは30〜60質量%の範囲を保つ
必要がある。この点において、本発明方法は、含水率6
5質量%以下の下水汚泥処理物を用いるので、最適の水
分を保つことができ、効率よくコンポスト化処理を行う
ことができる。
いては、原料として用いる下水汚泥処理物の内部を好気
的に維持し、コンポスト化速度を高めるために、発酵層
内の通気を良好に保つことが必要である。通常は、処理
の間、微生物群の活動に要求される酸素供給量の10倍
以上の通気量を保つために、50〜200リットル/分
/m2の範囲で強制通気が行われる。
て強制通気される空気がコンポスト原料の内部を円滑に
通し、かつ分解によって発生した熱を発散させないため
に、固形化したコンポスト原料を用いる場合は、粒度2
〜50mmに破砕して用いるのが好ましい。
を適正に保つことが必要であるが、下水汚泥処理物は一
般に窒素に比して炭素が多いので、必要に応じ窒素の多
い材料を混合してCN比を当初50〜150程度、処理
後16〜20になるように調整するのが望ましい。
始するには、コンポスト原料中のpHが中性付近にある
のが好ましく、酸性又はアルカリ性になると発酵開始の
誘導期間が長くなる傾向がみられるが、反応が活発に行
われているときは、その間に発生する二酸化炭素やアン
モニアによりpHは8付近の最適条件に維持されるので
特に調整する必要はない。
所望に応じ発酵促進剤を用いることができる。この発酵
促進剤としては、好気的に活発に作用するセルロース分
解細菌、例えば粘液細菌(Polyangium)、シ
ュウドモナス菌(Pseudomonas)、ビブリオ
菌(Vibrio)、バチルス菌(Bacillu
s)、エルビニア菌(Eruvinia)やストレプト
マイセス菌(Streptomyces)、ミクロモノ
スポラ菌(Micromonospora)、ストレプ
トスポランジューム菌(Streptosporang
ium)及びノカルジア菌(Nocardia)のよう
な好気的放線菌などが用いられる。特に好ましいのは、
クルチア・カテナホルマ菌(Kurthia cate
naforma)のような栄養要求変異株である。
料として用いる下水汚泥処理物の種類、施肥する農作物
の種類などにより異なり、一概にはいえないが、通常、
1000〜50000unit/gのものを、コンポス
ト原料1kg当り0.1〜10gの割合で使用する。こ
の発酵促進剤は、発酵処理の際に添加してもよいが、あ
らかじめリセルロースファイバーに配合して添加してお
くのが、事後の操作が簡単になるので有利である。
ための発酵処理は、発酵装置を用いて行われるが、この
発酵装置としては、従来コンポスト化に際し、通常使用
されていたもの、好ましくは撹拌手段、通気手段又は切
り返し手段を備えて通気促進が可能なものの中から使用
目的に最も適ったものを適宜選んで使用することができ
る。
えば回転円筒掻上げ板型、回転円筒回転軸併用型、通気
単槽型、固定縦軸回転多段型、固定縦軸回転通気槽型、
固定横軸回転通気槽型、移動縦軸回転型、移動横軸回転
型、移動回転バケット型、移動ショベル撹拌型など多種
多様のものが知られている。
完熟するまで発酵処理を続行することが必要であるが、
これが完熟したか否かの判定は、例えばコンポスト化過
程において、固相物サンプルを適宜抜き取り、水で抽出
し、その抽出液をゲルクロマトグラフィー処理し、その
パターンを観察することによって行うことができる。す
なわち、コンポスト化物のクロマトグラムは、その原料
が種類により多種多様のパターンを示すのとは異なり、
だいたい類似したパターンを示すことが知られている。
そして、完熟した段階では、原料においてみられた低分
子成分のピークはほとんど消失し、分子量数千程度の高
いピークをもつ単純なパターンになるので、このような
パターンに到達した段階で完熟したと判定すればよい。
3〜6か月の期間を要したのに対し、本発明方法による
と、わずか1〜3週間でコンポスト化を終了させること
ができる。このようにして得られたコンポスト肥料は、
田や畑あるいは果樹園の農作物に対して有効に施すこと
ができる。
する。
細片に粗粉砕したのち、微粉砕用解繊機[(株)山本百
馬製作所製、故紙微粉砕装置]により、完全に繊維状化
し、水分10質量%に乾燥することによりリセルロース
ファイバーを調製した。
1)から入手した含水率96質量%の下水汚泥10リッ
トルに参考例1で得たリセルロースファイバー40g又
は50g及び高分子凝集剤(浅田化学工業社製,商品名
「パラロック410K101」)の0.2%水溶液を表
1に示す量で添加し、かきまぜたのち静置し、スクリュ
ープレス式汚泥脱水機により脱水した。このようにして
得た原液及び脱水脱離液のBOD、SS、窒素含有量、
リン含有量を表1に示す。なお、上記の定量は以下の方
法により行った。 BOD;JIS K0102による SS ;昭和46年環境庁告示第59号付表8による 窒素含有量;JIS K012による リン含有量;JIS K012による
イバー及び高分子凝集剤を加えて脱水処理することによ
り、下水汚泥からの脱離水中のBOD、SS、窒素含有
量及びリン含有量は原液に比べ著しく減少する。
水率96質量%)20リットルに参考例1で得たリセル
ロースファイバー80g(下水汚泥に対し0.5質量%
に相当)を添加し、2分間かきまぜてスラリー化したの
ち、高分子凝集剤(浅田化学工業社製,商品名「パラロ
ック410K101」)の0.2%水溶液を1200m
l(下水汚泥に対し0.012質量%に相当)を加え、
3分間かきまぜたところ、汚泥中にフロックが形成し
た。次いで、このようにして得た処理物を、汚泥脱水機
(新明和スクリュープレス式汚泥脱水機SSP−100
0)を用いてスクリューの回転速度毎分2.4(圧力3
0kPaに相当)で脱水し、含水率56.1質量%の脱
水ケーキを得た。次に、この脱水ケーキを、固定縦軸回
転通気型発酵槽に移し、10日間発酵処理したところ、
完熟したコンポスト肥料10kgを得た。この際の発酵
温度は60℃、pHは約8.0であった。
らかじめ発酵促進剤として、クルチア・カテナホルマ菌
(Kurthia catenaforma)MH3変
異株3gを添加したセルロースを同量用いる以外は同様
に実施したところ、7日間でコンポスト化することがで
きた。
み殻を加え、含水率を61質量%に調整したものをコン
ポスト原料として用い、実施例1と同様にして発酵処理
したところ、3か月後においても低分子成分は消失せず
未完熟であった。
から、短期間で農作障害を起すことのない良質のコンポ
スト肥料を製造することができる。
微鏡拡大写真図。
Claims (4)
- 【請求項1】 含水率90質量%以上の下水汚泥に対
し、その質量に基づき0.1〜10質量%の活性再生セ
ルロースを添加し、少なくとも1分間かきまぜたのち、
さらに0.01〜10.0質量%の有機高分子凝集剤を
加えて、十分にフロックを形成させ、次いで搾液して含
水率65質量%以下の汚泥脱水ケーキを調製し、これを
発酵処理して肥料を製造することを特徴とする下水汚泥
のコンポスト化方法。 - 【請求項2】 有機高分子凝集剤とともに、その添加量
の2〜20倍量の無機高分子凝集剤を添加する請求項1
記載のコンポスト肥料の製造方法。 - 【請求項3】 無機高分子凝集剤が、ポリ硫酸鉄(II
I)、ポリ塩化鉄(III)、ポリ塩化アルミニウム及
びポリ硫酸アルミニウムの中から選ばれた少なくとも1
種である請求項2記載のコンポスト肥料の製造方法。 - 【請求項4】 活性再生セルロースとともに発酵促進剤
を添加する請求項1、2又は3記載のコンポスト肥料の
製造方法。
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