JP2004249213A - Excess sludge treatment apparatus and activated sludge treatment system using the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性汚泥法によって生じる余剰汚泥の処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、有機廃水の処理方法には化学的処理、電気的処理等の物理化学的処理及び生物学的処理があり、環境問題が数多く取り上げられている現在では生物学的処理が好まれている。この生物学的処理には活性汚泥法等の酸素を必要とする好気性処理とメタン発酵法等の酸素を必要としない嫌気性処理、好気性処理と嫌気性処理とを併用する処理の方法がある。このうち、好気性処理の一つである活性汚泥法は主に下水処理に使用される方法で、活性汚泥中の微生物の代謝作用を利用して廃水中の有機物を酸化分解・凝集・吸着・沈殿分離するもので有機物を含んだ廃水を活性汚泥に接触させて曝気攪拌し、廃水を活性汚泥と処理水、最終的には水と二酸化炭素とに変える方法である。また、嫌気性処理の一つであるメタン発酵法は食品排水や生ゴミ、家畜糞尿などの高濃度の有機物を分解するのに適しており、酸素不在下で有機物を含んだ廃水を嫌気性細菌、すなわち、メタン生成細菌と接触させることで分解し、メタンガス及び炭酸ガスへと変換する。また、発生したメタンガスはクリーンガスとして再利用される。
【0003】しかしながら、好気性処理、嫌気性処理のいずれにおいても汚濁物質を浄化する段階で微生物が増殖するため、処理プロセスのバランスを保つのに不要となる余剰汚泥が発生してしまう。そのため、反応槽中に発生した余剰汚泥はポンプで引き抜き濃縮・脱水後、焼却、埋立あるいはコンポスト(堆肥)や建設資材等として利用することで処理しているが、余剰汚泥を処理するにあたってポンプ引き抜き・濃縮・脱水・焼却等の処理という複数の段階を踏まなければならず、処理作業に多くの手間とコストが必要とされるという課題があった。
また、焼却処理においてはダイオキシン等の有害物質が発生する可能性があるという課題があった。さらに、埋立処理においても広大な埋立地を確保しなければならないとともに、埋立による環境への影響が生じる可能性があるという課題があった。
【0004】このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。
例えば、特許文献1には、「活性汚泥法で生じた余剰汚泥の減量化方法、同余剰汚泥減量化装置及び汚泥微粉砕用破砕機」という名称で、活性汚泥法処理装置で生じた余剰汚泥を剪断破砕及び磨砕することで削減する方法及びそれに用いる装置に関する発明が開示されている。
【0005】以下、図6を参照しながら、特許文献1に開示された技術について説明する。
特許文献1に開示された余剰汚泥の減量化装置は、図6(a)に示すように汚水を活性汚泥と反応させる活性汚泥法処理装置32と、これに接続され活性汚泥法処理装置32内で生じた余剰汚泥を貯留する余剰汚泥貯留槽33と、余剰汚泥貯留槽33に一時貯留された汚泥を受け取る汚泥タンク34と、この汚泥タンク34から供給された汚泥を剪断破砕及び磨砕する破砕機31と、これに接続され破砕機31で微粉砕された汚泥を再び汚泥タンク34へ送り込むためのホッパー35及びポンプ39と、ホッパー35と汚泥タンク34の間に設けられ微粉砕された汚泥を冷却する冷却機36と、破砕機31から汚泥タンク34へ返送される汚泥の流量を測定する流量計37とから構成されている。
【0006】また、図6(b)は破砕機31の詳しい構造を示す概要図であり、汚泥タンク34に貯留された余剰汚泥はポンプ38によって引き抜かれ外套部46上部の汚泥導入部40から破砕機31へと送り込まれ、上部ディスク42の開口部から上部ディスク42と下部ディスク43の隙間に流れ込む。上部ディスク42は固定されていて回転していないが、下部ディスク43は高速回転モーター45に連結した駆動力伝達部44に固着されているため、高速回転を行うことができる。このため、上部ディスク42と下部ディスク43の隙間に流れ込んだ余剰汚泥はこの2枚のディスク、上部ディスク42と下部ディスク43の高速回転によって剪断破砕及び磨砕される。そして、剪断破砕及び磨砕された余剰汚泥は排出部41を通ってホッパー35へと送り込まれ、ポンプ39によって再び汚泥タンク34へと返送される。余剰汚泥は剪断破砕及び磨砕されることによって微粉砕化されるため、汚泥の塊が潰され死滅微生物から構成される高分子有機物の表面積が増加する。また同時に、汚泥中の微生物も磨り潰されるので磨り潰された微生物の内部から有機物分解酵素が引き出される。これによって、大きな表面積で有機分解酵素と高分子有機物が接触し反応するため、高分子有機物の低分子化、すなわち、余剰汚泥の可溶化を促進することができる。さらに、汚泥タンク34に貯留された余剰汚泥は破砕機31、ホッパー35、冷却機36、流量計37、汚泥タンク34、破砕機31の順に循環されて繰り返し剪断破砕及び磨砕処理が行われ、汚泥タンク34内の一部の余剰汚泥は活性汚泥法処理槽32へと返送されるので、余剰汚泥の生成量を削減することができる。
【0007】また、特許文献2には、「有機性廃水の活性汚泥処理方法」という名称で余剰汚泥処理方法として特許文献1に開示された磨砕による処理に加えてオゾンや過酸化水素等の酸化性気体、水酸化ナトリウム等のアルカリ薬品、塩酸等の鉱酸、酸醗酵等の嫌気性処理、熱処理、パルス放電処理や超音波処理等を用いる余剰汚泥の処理方法に関する発明が開示されている。
活性汚泥処理において生成する余剰汚泥は活性汚泥よりも活性が劣っている、つまり、高分子有機物が多く含まれているため、余剰汚泥に酸化力の強い酸化性気体を添加したり、パルス波や超音波等のエネルギーを与えることによって汚泥中の微生物の細胞壁、すなわち、高分子有機物を破壊して可溶化することで分解を促し、余剰汚泥の生成量を削減することができる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−70993号公報
【特許文献2】
特開2001−96290号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、例えば特許文献1に開示された発明においては、余剰汚泥を微粉砕化することで余剰汚泥中の高分子有機物の分解を促し余剰汚泥を削減することができるものの、生物による分解速度は一般に遅いため活性汚泥処理速度に余剰汚泥の処理速度が追いつかないという課題があった。また、破砕機の他にホッパーや冷却機も設けなければならず、汚泥処理システム全体が大掛かりな装置になるという課題があった。
【0010】また、特許文献2に開示された発明においては、分解能力の高いオゾン処理、薬品処理、熱処理、パルス放電処理や超音波処理等を用いることで余剰汚泥の処理能力を向上させることができるものの、オゾン処理においてはコストがかかるという課題が、薬品処理においては使用後の薬品の処理に手間がかかるとともに環境への配慮とそれに対応する装置等が必要となるという課題が、熱処理においては汚泥中の微生物までも死滅させる可能性があるという課題が、パルス放電処理及び超音波処理においては装置が大型化するという課題があった。
【0011】本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、簡易でしかも環境に害を与えずに余剰汚泥の生成量を削減することのできる余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明である余剰汚泥処理装置は、活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、余剰汚泥処理槽内の余剰汚泥を抽出し空気を混入させて磨砕部に送出する第1の循環部と、余剰汚泥処理槽内の余剰汚泥を抽出し活性汚泥処理装置に送出する第2の循環部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出信号によって余剰汚泥処理槽への余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有するものである。
上記構成の余剰汚泥処理装置は、磨砕部において空気と余剰汚泥の混合物を微粉砕化することで余剰汚泥の塊を細かくして余剰汚泥と微生物との接触面積を増加させつつ、しかも好気性の微生物に空気を供給することで余剰汚泥の活性を向上させるという作用を有する。また、第1の循環部は余剰汚泥を余剰汚泥処理槽内で磨砕部に循環させることで余剰汚泥をより活性化するという作用を有する。さらに、流量制御部によって活性汚泥処理装置から余剰汚泥処理槽への余剰汚泥の導入量を制御することで余剰汚泥処理装置内の温度の上昇を制御するという作用を有する。
【0013】また、請求項2に記載の発明である余剰汚泥処理装置は、活性汚泥処理装置から余剰汚泥を導入する余剰汚泥処理槽と、この余剰汚泥処理槽内に設けられ余剰汚泥を磨砕して活性化する磨砕部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥を抽出し磨砕部に送出する第1の循環部と、磨砕部に空気を供給する給気部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥を活性汚泥処理装置に送出する第2の循環部と、余剰汚泥処理槽中の余剰汚泥の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出信号によって余剰汚泥処理装置への磨砕余剰汚泥の導入量を調節する流量制御部とを有するものである。
上記構成の余剰汚泥処理装置は、請求項1に記載の発明の作用に加えて、空気と余剰汚泥を混合せずに別々に磨砕部に送り込むことで第1の循環部では、空気の混入による余剰汚泥の循環速度の低下を防止するという作用を有し、循環させる余剰汚泥とは別個独立に給気制御を行うことができるという作用を有する。
【0014】最後に、請求項3記載の発明である活性汚泥処理システムは、曝気しながら汚水を活性汚泥と反応させる活性汚泥槽と、この活性汚泥槽と接続され活性汚泥槽内での生成物を処理水と活性汚泥に分離し余剰の活性汚泥を余剰汚泥として蓄積する余剰汚泥貯留槽とを有する活性汚泥処理装置と、余剰汚泥貯留槽内の一部の活性汚泥を活性汚泥槽へ送出する循環部と、活性汚泥処理装置に接続され余剰汚泥を処理する請求項1または請求項2記載の余剰汚泥処理装置とを有するものである。
上記構成の活性汚泥処理システムにおいては、請求項1または請求項2記載の余剰汚泥処理装置を用いて余剰汚泥を処理し、再び活性汚泥処理装置へと循環させることによって活性汚泥処理によって生じる余剰汚泥の生成量を低下させるという作用を有する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムの実施の形態を図1乃至図5に基づき説明する。
【0016】はじめに、本発明に係る余剰汚泥処理装置とそれを用いた活性汚泥処理システムの実施の形態を図1及び図2に基づき説明する。(請求項1乃至請求項3に対応)
【0017】図1(a)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置とこれを含む活性汚泥処理システムの概念図であり、活性汚泥処理システムは汚水を活性汚泥処理する活性汚泥槽1と、活性汚泥槽1内における生成物を処理水4と活性汚泥5に分離及び蓄積する余剰汚泥貯留槽3とからなる活性汚泥処理装置と、活性汚泥処理によって生じた不要な活性汚泥、すなわち、余剰汚泥を処理する余剰汚泥処理装置8aとから構成されている。そして、微生物によって分解されにくい余剰汚泥にさらなる処理を施しながら活性汚泥処理システム内を活性汚泥槽1、余剰汚泥貯留槽3、余剰汚泥処理装置8a、活性汚泥槽1の順に繰り返し循環及び処理することによって最終的に二酸化炭素と水へと変換し、余剰汚泥の発生を削減する。
【0018】ここで、図1(a)を用いて活性汚泥処理システムを用いた汚水処理方法について説明する。
まずはじめに、家庭や工場などから排出された有機廃水を配管19から活性汚泥槽1へと送入する。活性汚泥槽1内にはあらかじめ活性汚泥2が入っており、曝気しながら汚水を活性汚泥2と反応させることで汚水中の有機物を二酸化炭素、処理水4及び活性汚泥5へと分解し、さらに、配管21を介して余剰汚泥貯留槽3へと送り込み、処理水4と活性汚泥5に分離する。曝気用の空気は配管20から送入する。また、分離された処理水4は配管22からそのまま外部へと排水されるが、活性汚泥5の一部は配管23bを通って活性汚泥槽1へと返送されて活性汚泥として再度使用され、残りは余剰汚泥として配管23aを介して余剰汚泥処理装置8aへとポンプ6によって引き抜かれ、さらに処理が施されて活性汚泥槽1へと再び返送される。
【0019】次に、活性汚泥処理システムにおける余剰汚泥処理装置について説明する。
【0020】図1(a)において、ポンプ6によって余剰汚泥貯留槽3から引き抜かれた余剰汚泥は余剰汚泥処理槽9へと送出され、余剰汚泥処理槽9下部に貯留される。
余剰汚泥処理槽9内上部には下部ディスク13が固定されており、下部ディスク13とわずかな間隙を形成しながら上部ディスク12が回転モーター11によって高速回転している。
余剰汚泥処理槽9下部へ貯留された余剰汚泥10は、配管24aを介してポンプ14によって抽出され、配管26から送入される空気と混合しながら上部ディスク12と下部ディスク13によって形成される間隙へと供給される。この間隙へ送り込まれた余剰汚泥10は上部ディスク12と下部ディスク13によって磨砕され微細化される。しかも、混合された空気も上部ディスク12と下部ディスク13の間で遠心力によって余剰汚泥10や水と共に微細化される。
このように、余剰汚泥貯留槽3の底部で固化して活性汚泥としての活性が衰えてしまっていた余剰汚泥を磨砕して細かい微粒子とすることで余剰汚泥10中に存在している微生物と余剰汚泥中の有機物との接触面積を増加させることができる。しかも、空気と混合させて磨砕し空気も微細化することで余剰汚泥と空気の接触面積を拡大し豊富な酸素を供給することができる。すなわち、酸素の溶解速度を上昇させ、余剰汚泥において常に溶存酸素濃度を飽和状態として維持させることも可能である。したがって、微生物による酸化分解を活発にして、余剰汚泥10をより活性化することができる。
【0021】図1(b)は(a)におけるA−A線矢視断面図であり、上部ディスク12と下部ディスク13の磨砕によって活性化された余剰汚泥10は下部ディスク13と余剰汚泥処理槽9との間に設けられた隙間から余剰汚泥処理槽9の内壁面を流動するなどして余剰汚泥処理槽9内に再び貯留される。
さらに、余剰汚泥処理槽9内に貯留された活性化された余剰汚泥10の一部は、上部ディスク12と下部ディスク13との間隙へ導かれ余剰汚泥処理槽9との間で循環する。
余剰汚泥10の循環流量及び余剰汚泥10と空気との混合比はそれぞれバルブ15,16で調節可能であり、以上のような循環よって、常に活性化された余剰汚泥10中の微生物に必要な酸素、すなわち、BOD(生物化学的酸素要求量)を余剰汚泥10に与えることができる。これにより、余剰汚泥処理槽9では余剰汚泥10中に含まれる好気性の微生物が溶解した酸素の供給を受けて活発に活動することで二酸化炭素と水への酸化分解を促進するため、単に磨砕した場合よりも余剰汚泥の減量化をより促進することができる。また、活性化された余剰汚泥10の一部は配管24bを通って活性汚泥槽1へと返送され、再び活性汚泥処理に使用される。したがって、システム全体としては、活性汚泥処理によって生じた余剰汚泥に空気を混合しながら繰り返し磨砕するという処理を施しながら活性汚泥処理システム内を循環させることで、失活した余剰汚泥を活性化して減量化をより促進させることができる。
【0022】さらに、余剰汚泥処理装置8aには余剰汚泥処理槽9内の余剰汚泥10の温度を検出する温度計17が備えられており、この温度計17は余剰汚泥処理槽9内への余剰汚泥の導入量を調節するバルブ7と余剰汚泥処理槽9内の活性化された余剰汚泥10の活性汚泥槽1への返送量を調節するバルブ18とに接続されている。そのため、磨砕処理で発生した摩擦熱によって余剰汚泥10の温度が上昇しても、バルブ7によって余剰汚泥処理槽9への余剰汚泥の導入量を増加させることで余剰汚泥10を冷却し余剰汚泥10の温度上昇を抑制することができるので、余剰汚泥10の温度を微生物の死滅しない温度あるいは微生物が活発に活動する温度を保つことができ、余剰汚泥処理槽9内で微生物による有機物の酸化分解、すなわち、余剰汚泥の減量化をより促進させることができるとともに、従来技術のように磨砕装置の他に冷却機を設ける必要がなく、システム全体のコンパクト化を図ることもできる。また、バルブ18によって活性化された余剰汚泥10の排出量を調節することもできるため、温度調節のためにバルブ7を開いて余剰汚泥の導入量を増加させた場合にも余剰汚泥処理槽9内の余剰汚泥10量が増加しすぎないように調節することができる。
なお、図1(a)の活性汚泥処理システムにおいては曝気手段及び第1の循環部の酸素供給源として空気を導入したが、酸素を直接導入してもよい。
【0023】本発明の第2の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置を用いた余剰汚泥の処理方法について図2を用いて説明する。
【0024】図2は本発明の第2の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置の概念図であり、図1(a)の余剰汚泥処理装置8aでは余剰汚泥処理槽9内の余剰汚泥10と空気を混合して循環させ磨砕する方法で余剰汚泥の処理を行っていたが、図2の余剰汚泥処理装置8bにおいては余剰汚泥10と空気をそれぞれ別個に上部ディスク12と下部ディスク13の間隙へと供給し余剰汚泥を磨砕・循環させる方法で余剰汚泥を処理している。図2において、図1に示された部分と同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
【0025】図2に示すように、上部ディスク12と下部ディスク13で磨砕され活性化された余剰汚泥10は空気を混入することなくポンプ28によって引き抜かれ、配管24aを経由して上部ディスク12と下部ディスク13により磨砕されるとともに、活性化された余剰汚泥10中の微生物の酸化分解に必要な空気や酸素は配管29により上部ディスク12と下部ディスク13の間に直接送入される。図1(a)の余剰汚泥処理装置8aでは活性化された余剰汚泥10と空気を一緒に循環させる配管25中で余剰汚泥10と空気が分離して二相流となり、余剰汚泥10の配管24a,25中での循環速度が低下して余剰汚泥の処理能力を下げてしまう可能性があったが、余剰汚泥処理装置8bでは余剰汚泥10と空気を別々に上部ディスク12と下部ディスク13の間に供給することで余剰汚泥10の循環速度を上げることができ、同時に余剰汚泥の処理能力をより向上させることが可能となる。また、余剰汚泥10の流量はバルブ27で調節可能であり、配管29によって供給される空気や酸素は図示していないがバルブ等によって独立に調節可能である。
なお、本実施の形態あるいは先の第1の実施の形態においては、空気または酸素を配管などによって局所的に供給している。これは、例えば余剰汚泥処理槽9内を酸素雰囲気などにしてもよいが、余剰汚泥に空気や酸素を効率的に供給するという観点から直接余剰汚泥と混合させる方が好適である。
【0026】最後に、余剰汚泥処理装置やこれを用いた活性汚泥処理システムにおいて空気を導入する場合と空気を導入しない場合との処理能力について実験を実施して検討したので、その結果について説明する。
【0027】はじめに、活性汚泥処理をはじめとする好気性処理では微生物が汚染物質である有機物の酸化分解を行うためには酸素が必須であり、微生物の処理能力は溶液中の溶存酸素量に関連があると考えられることから余剰汚泥10中に空気を導入した場合と空気を導入しない場合とで溶存酸素量がどのように異なるのか検討した。
図3はバルブ16から空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合の任意の温度における余剰汚泥10中の溶存酸素濃度を示したグラフである。液温が低いほど溶液中に溶存酸素が多く溶け込むのは当然のことであるが、空気を導入した場合には空気を導入しなかった場合に比べて各温度において約1mg/L多く溶存酸素が活性化された余剰汚泥10中に溶け込んでいることが図3よりわかる。これは空気を導入した場合では溶存酸素濃度がほぼ飽和状態にあるのに対して、空気を導入しなかった場合には活性化された余剰汚泥10中の溶存酸素濃度が飽和状態に達しておらず未飽和状態にあるということを示している。すなわち、空気を導入した場合には微生物による分解に必要な酸素は十分に与えられており微生物の処理能力が最大限に引き出されているのに対して、空気を導入しなかった場合には微生物に十分な酸素が与えられておらず微生物の処理能力が低下しているということが言える。したがって、空気を導入する場合としない場合では空気を導入する場合の方が微生物は高い処理能力を発揮することが可能であると考えられる。
【0028】次に、余剰汚泥10中に空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合とで余剰汚泥処理装置8a内の溶存酸素濃度、BOD及びMLSS(活性汚泥浮遊物質)量を測定し、余剰汚泥の処理能力について比較検討した。
【0029】実験では余剰汚泥処理槽9に余剰汚泥5リットルを投入した後、上部ディスク12と下部ディスク13で磨砕して余剰汚泥を活性化し、空気を混入しながらあるいは空気を混入せずに余剰汚泥10をポンプ14で循環させて上部ディスク12と下部ディスク13で磨砕するという操作を繰り返し行い、一定時間における余剰汚泥処理槽9内の溶存酸素濃度、BOD、MLSS及び温度の測定を行った。また、このときの上部ディスク12の回転数は1600rpmとし、ポンプ14の循環量、すなわち、余剰汚泥10の流速を24L/min、バルブ16からの空気導入量を20cc/minとした。
【0030】図4(a)を用いて余剰汚泥処理槽9内の溶存酸素濃度の測定結果について説明する。図3で示したとおり、空気を導入した場合と導入しなかった場合では空気を導入した場合のほうが溶存酸素濃度が高いことがわかっており、図4(a)においても測定1時間後の溶存酸素濃度は空気を導入した場合のほうが約1mg/L濃度が高くなっていることが確認できる。また、図4(a)より溶存酸素濃度は空気の導入の有無にかかわらず、測定開始後1〜3時間は急激に減少している。これは磨砕によって活性化された余剰汚泥が酸素を急激に消費しているためだと考えられる。そして、相方とも4時間後に再び溶存酸素濃度が増加するものの、4時間以降の溶存酸素濃度は空気を導入した場合には測定1時間後とほぼ同濃度まで増加しているのに対し、空気を導入しなかった場合には測定1時間後の濃度まで達していないことがわかる。これより、測定1時間後のそれぞれの溶存酸素濃度を飽和状態の溶存酸素濃度であるとした場合、空気を導入した場合には余剰汚泥10中に常に一定量の酸素が供給されて飽和状態を保っているのに対して、酸素を供給しなかった場合には余剰汚泥10中の溶存酸素濃度が未飽和状態であることがわかる。
【0031】また、図4(b)は余剰汚泥処理槽9内のBODの測定結果を示したグラフであり、このBODは余剰汚泥10中の微生物が分解に必要とする酸素量を示しているとともに、余剰汚泥10中の微生物の分解能力に対応している。上述で説明したように、測定1時間後は磨砕によって活性化された余剰汚泥10が酸素を大量に必要とするため、酸素を導入した場合もしなかった場合もBODが急激に増加している。そしてその後、空気を導入しなかった場合にはBODが急激に減少した後に徐々に減少して初期値に近づいているものの、空気を導入した場合にはBODは64時間後もほとんど減少していないことがわかる。これより、空気を導入した場合には活性化された余剰汚泥10中の微生物が消費する酸素量を十分供給できているため、余剰汚泥10中の微生物の分解能力が最大限に引き出されており、微生物が常に一定量の余剰汚泥を分解していると考えられる。また、空気を導入しなかった場合には活性化された余剰汚泥10中の微生物が消費する酸素量を十分供給できていないため、余剰汚泥をコンスタントに処理することができず余剰汚泥10中の微生物の分解能力が徐々に低下していることがわかる。
【0032】さらに、図4(c)は余剰汚泥処理槽9内のMLSSの測定結果を示したグラフであり、ここで示したMLSSとは余剰汚泥処理槽9内の有機物の量、すなわち、分解されていない余剰汚泥の量を示すものである。したがって、余剰汚泥が分解されて減少するとMLSSもそれに伴って減少するものと考えられる。また、MLSS量は空気を導入した場合には1時間後の9600mg/Lから64時間後の8000mg/Lへとゆっくりとではあるが徐々に減少しており、余剰汚泥が分解されているのがわかる。それに対して、空気を導入しなかった場合には40時間後まで順調に減少していたものの、再びMLSS量が増加し、そして、また減少していることがわかる。これはおそらく、循環によって余剰汚泥処理槽9内のMLSSが不均一になっているからであると考えられる。
【0033】図4(d)は反応中の余剰汚泥処理槽9内の温度の測定結果を示したグラフであり、空気を導入した場合と空気を導入しなかった場合のいずれにおいても余剰汚泥を磨砕し始めた1時間後、2時間後は摩擦によって余剰汚泥処理槽9内の温度が上昇するものの、その後は徐々に温度が降下していることがわかる。これは、初めの2時間で余剰汚泥中の大きな塊が潰されて余剰汚泥中の粒子が均一化され、磨砕による摩擦熱がほとんど発生しなくなったためと考えられる。
【0034】最後に、図4と同様の実験(空気を導入した場合)を時間の単位を時間から日数に変えて行い、余剰汚泥処理槽9内のMLSS、BOD、COD(化学的酸素要求量)及び溶存酸素濃度を測定して比較検討を行った。
【0035】図5(a)は余剰汚泥処理槽9内のMLSSの測定結果を示すグラフであり、図4(c)の測定結果と同様に2日目頃まではMLSS量の減少、すなわち、余剰汚泥がほんのわずかしか減少していないものの、2.5日以降は顕著な現象が見られる。このことより、磨砕処理を施すことによって時間はかかるものの確実に余剰汚泥が減少していることがわかる。
図5(b)は余剰汚泥処理槽9内のBOD及びCODの測定結果を示すものである。BODについては図4(b)とは少しグラフの形が異なっているが、一旦、BODが上昇した後に減少し一定値を示すという点においては類似した挙動であると考えられ、これは図4で説明したとおり、磨砕によって活性化された余剰汚泥10が酸素を大量に必要とすることによって反応直後はBODが急激に増加し、その後徐々に減少していることを示している。また、余剰汚泥10中ではCODもBODと同じような挙動を示しており、生物化学的分解だけでなく、化学的分解、つまり、酸化剤を用いた酸化も行われていることがわかる。
また、図5(c)は余剰汚泥処理槽9内の溶存酸素の測定結果を示すものであり、測定12時間以内はグラフ上に記載されていないものの、図4(a)より、一度急激に減少した後、再び急激に上昇するという挙動を示すものと考えられる。また、図4(a)と同様にその後はほぼ一定値を保っていることがわかる。
なお、実験中の温度は16〜48℃の範囲内であった。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1又は2に記載の余剰汚泥処理装置においては、磨砕処理に空気あるいは酸素を導入することで磨砕処理のみのときよりも余剰汚泥の減量化を促進することができる。また、温度検出部の検出信号により余剰汚泥処理槽内の温度を制御することで、余剰汚泥中の微生物が活発に活動できる温度を保つことでき、微生物の分解能力、すなわち、余剰汚泥の処理能力を向上させることができる。
【0037】特に、請求項2に記載の余剰汚泥処理装置においては、余剰汚泥と空気を別個独立に供給することで余剰汚泥の循環速度を速め、これにより、余剰汚泥の処理能力を向上させることができる。
【0038】また、本発明の請求項3に活性汚泥処理システムにおいては、請求項1又は2に記載の余剰汚泥処理装置で余剰汚泥を処理しながら繰り返し循環させることで、システム全体の余剰汚泥発生量を削減することができる。さらに、余剰汚泥処理装置内に温度検出部と流量制御部を設けることで、冷却機の必要性を排除し、システム全体のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置を含む活性汚泥処理システムの概念図であり、(b)は(a)におけるA−A線矢視断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置の概念図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の液温(磨砕余剰汚泥の温度)の変化に対する溶存酸素濃度の変化を示すグラフである。
【図4】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の溶存酸素濃度の時間的変化を示すグラフであり、(b)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のBODの時間的変化を示すグラフであり、(c)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のMLSS量の時間的変化を示すグラフであり、(d)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の液温の時間的変化を示すグラフである。
【図5】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のMLSSの時間的変化を示すグラフであり、(b)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内のBOD及びCODの時間的変化を示すグラフであり、(c)は本発明の第1の実施の形態に係る余剰汚泥処理装置内の溶存酸素の時間的変化を示すグラフである。
【図6】(a)は従来技術に係る余剰汚泥減量化装置の概要図であり、(b)は汚泥微分砕用破砕機の概要図である。
【符号の説明】
1…活性汚泥槽 2…活性汚泥 3…余剰汚泥貯留槽 4…処理水 5…活性汚泥 6…ポンプ 7…バルブ 8…余剰汚泥処理槽 9a,9b…余剰汚泥処理装置 10…余剰汚泥 11…回転モーター 12…上部ディスク 13…下部ディスク 14…ポンプ 15…バルブ 16…バルブ 17…温度計 18…バルブ 19…配管 20…配管 21…配管 22…配管 23a,23b…配管 24a,24b…配管 25…配管 26…配管 27…バルブ 28…ポンプ 29…配管 30…減量化装置 31…破砕機 32…活性汚泥法処理装置 33…余剰汚泥貯留槽 34…汚泥タンク 35…ホッパー 36…冷却機 37…流量計 38…ポンプ 39…ポンプ 40…汚泥導入部 41…排出部 42…上部ディスク 43…下部ディスク 44…駆動力伝達部 45…高速回転モーター 46…外套部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for treating excess sludge generated by an activated sludge method.
[0002]
[Prior art]
In general, organic wastewater treatment methods include chemical treatment, physicochemical treatment such as electric treatment, and biological treatment. Biological treatment is now preferred because many environmental issues are taken up. For this biological treatment, there are aerobic treatment that requires oxygen such as activated sludge method, anaerobic treatment that does not require oxygen such as methane fermentation method, and a treatment method that uses both aerobic treatment and anaerobic treatment. is there. Among them, the activated sludge method, which is one of the aerobic treatments, is mainly used for sewage treatment. In this method, wastewater containing organic matter is brought into contact with activated sludge and subjected to aeration and stirring to convert the wastewater into activated sludge and treated water, and finally to water and carbon dioxide. In addition, the methane fermentation method, which is one of the anaerobic treatments, is suitable for decomposing high-concentration organic substances such as food wastewater, garbage, and livestock manure.In the absence of oxygen, wastewater containing organic substances is converted to anaerobic bacteria. That is, it is decomposed by being brought into contact with methanogens and converted into methane gas and carbon dioxide gas. The generated methane gas is reused as clean gas.
However, in both the aerobic treatment and the anaerobic treatment, microorganisms grow at the stage of purifying pollutants, so that excess sludge that is unnecessary to maintain the balance of the treatment process is generated. For this reason, excess sludge generated in the reactor is drawn out with a pump, concentrated and dehydrated, and then treated by incineration, landfilling, or use as compost (compost) or construction material. -A plurality of steps, such as concentration, dehydration, and incineration, must be performed, and there is a problem that the processing requires a lot of labor and cost.
In addition, there is a problem that harmful substances such as dioxin may be generated in the incineration treatment. In addition, there is a problem that a large landfill must be secured in the landfill process, and the landfill may have an adverse effect on the environment.
[0004] In order to address such problems, several inventions and ideas have been disclosed.
For example, Patent Literature 1 has a name of “method of reducing excess sludge generated by activated sludge method, excess sludge reduction apparatus and crusher for sludge pulverization”, and includes excess sludge generated by activated sludge treatment apparatus. The invention which discloses a method for reducing crushing and grinding by shearing and grinding and an apparatus used therefor is disclosed.
Hereinafter, the technique disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
The apparatus for reducing excess sludge disclosed in Patent Document 1 includes an activated
FIG. 6B is a schematic view showing the detailed structure of the
[0007] Further,
The excess sludge generated in the activated sludge treatment is inferior in activity to the activated sludge. By applying energy such as ultrasonic waves to destroy and solubilize the cell walls of microorganisms in sludge, that is, high-molecular organic matter, decomposition is promoted, and the amount of excess sludge generated can be reduced.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-70993 A
[Patent Document 2]
JP 2001-96290 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, for example, in the invention disclosed in Patent Document 1, the excess sludge can be reduced by pulverizing the excess sludge to promote the decomposition of the high-molecular organic matter in the excess sludge. However, there is a problem that the processing rate of surplus sludge cannot catch up with the activated sludge processing rate because the biological decomposition rate is generally slow. In addition, a hopper and a cooler must be provided in addition to the crusher, and there is a problem that the entire sludge treatment system becomes a large-scale device.
[0010] In the invention disclosed in
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional situation, and has an excess sludge treatment apparatus which is simple and can reduce the amount of excess sludge generated without harming the environment. An object of the present invention is to provide an activated sludge treatment system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a surplus sludge treatment apparatus according to the first aspect of the present invention includes a surplus sludge treatment tank for introducing surplus sludge from an activated sludge treatment apparatus, and a surplus sludge provided in the surplus sludge treatment tank. A grinding unit that crushes and activates, a first circulation unit that extracts surplus sludge in the excess sludge treatment tank, mixes air, and sends the mixture to the grinding unit, and extracts excess sludge in the excess sludge treatment tank. A second circulating section for sending out to the activated sludge treatment apparatus, a temperature detecting section for detecting the temperature of the excess sludge in the excess sludge treatment tank, and introduction of the excess sludge into the excess sludge treatment tank based on a detection signal of the temperature detecting section. And a flow control unit for adjusting the amount.
The excess sludge treatment apparatus having the above-described structure is configured to finely pulverize a mixture of air and excess sludge in the grinding section, thereby reducing the amount of excess sludge and increasing the contact area between the excess sludge and the microorganisms. It has the effect of improving the activity of surplus sludge by supplying air to the microorganisms. Further, the first circulating section has an effect of activating the excess sludge by circulating the excess sludge to the grinding section in the excess sludge treatment tank. Further, by controlling the amount of surplus sludge introduced from the activated sludge treatment device to the surplus sludge treatment tank by the flow rate control unit, the temperature of the surplus sludge treatment device is controlled to rise.
[0013] The surplus sludge treatment apparatus according to the second aspect of the present invention includes a surplus sludge treatment tank for introducing surplus sludge from the activated sludge treatment apparatus, and a surplus sludge provided in the surplus sludge treatment tank for grinding excess sludge. A crushing unit for activating the excess sludge, a first circulating unit for extracting excess sludge in the excess sludge treatment tank and sending it to the grinding unit, an air supply unit for supplying air to the grinding unit, and an excess sludge treatment. A second circulating section for sending the excess sludge in the tank to the activated sludge treatment apparatus, a temperature detection section for detecting the temperature of the excess sludge in the excess sludge treatment tank, and a detection signal from the temperature detection section to the excess sludge treatment apparatus. And a flow control unit for adjusting the amount of surplus sludge introduced.
In the surplus sludge treatment apparatus having the above structure, in addition to the operation of the invention described in claim 1, air is mixed with the surplus sludge into the grinding section separately without mixing, so that air is mixed in the first circulation section. Has the effect of preventing a decrease in the circulation speed of excess sludge, and has the effect that air supply control can be performed independently of the excess sludge to be circulated.
Finally, an activated sludge treatment system according to a third aspect of the present invention comprises an activated sludge tank for reacting wastewater with activated sludge while aerating, and a product in the activated sludge tank connected to the activated sludge tank. Activated sludge treatment apparatus having an excess sludge storage tank that separates activated sludge into treated water and activated sludge and accumulates excess activated sludge as excess sludge, and sends some activated sludge in the excess sludge storage tank to the activated sludge tank It has a circulation part and an excess sludge treatment device according to
In the activated sludge treatment system having the above configuration, the excess sludge is treated by using the excess sludge treatment device according to
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a surplus sludge treatment apparatus and an activated sludge treatment system using the same according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, an embodiment of a surplus sludge treatment apparatus and an activated sludge treatment system using the same according to the present invention will be described with reference to FIGS. (Corresponding to claims 1 to 3)
FIG. 1 (a) is a conceptual diagram of a surplus sludge treatment apparatus and an activated sludge treatment system including the same according to a first embodiment of the present invention. An activated sludge treatment apparatus including a sludge tank 1, an excess
Here, a sewage treatment method using an activated sludge treatment system will be described with reference to FIG.
First, organic wastewater discharged from a home, a factory, or the like is fed into the activated sludge tank 1 from a
Next, an excess sludge treatment apparatus in the activated sludge treatment system will be described.
In FIG. 1A, the excess sludge drawn from the excess
A
The
As described above, the excess sludge which has been solidified at the bottom of the excess
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A. The
Further, a part of the activated
The circulation flow rate of the
Further, the excess sludge treatment device 8a is provided with a
In the activated sludge treatment system shown in FIG. 1A, air is introduced as an aeration unit and an oxygen supply source of the first circulation unit, but oxygen may be introduced directly.
A method for treating excess sludge using the apparatus for treating excess sludge according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a conceptual diagram of an excess sludge treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the excess sludge treatment apparatus 8a shown in FIG. The excess sludge is treated by mixing and circulating and grinding the air. However, in the excess
As shown in FIG. 2, the
In this embodiment or the first embodiment, air or oxygen is locally supplied by a pipe or the like. For example, the excess
Finally, in the surplus sludge treatment apparatus and the activated sludge treatment system using the same, an experiment was conducted to examine the treatment capacity when air was introduced and when air was not introduced, and the results are described. .
First, in aerobic treatment such as activated sludge treatment, oxygen is essential for microorganisms to oxidatively decompose organic substances as contaminants, and the treatment capacity of microorganisms is related to the amount of dissolved oxygen in the solution. It was considered that the amount of dissolved oxygen was different between the case where air was introduced into the
FIG. 3 is a graph showing the dissolved oxygen concentration in the
Next, the dissolved oxygen concentration, BOD and MLSS (active sludge suspended matter) amount in the excess sludge treatment apparatus 8a were measured when air was introduced into the
In the experiment, after adding 5 liters of excess sludge to the excess
The measurement result of the dissolved oxygen concentration in the excess
FIG. 4B is a graph showing the measurement results of the BOD in the excess
FIG. 4 (c) is a graph showing the measurement results of MLSS in the excess
FIG. 4D is a graph showing the measurement results of the temperature in the excess
Finally, an experiment similar to that shown in FIG. 4 (when air was introduced) was carried out by changing the unit of time from hours to days, and the MLSS, BOD, COD (chemical oxygen demand) in the excess
FIG. 5A is a graph showing the measurement results of the MLSS in the excess
FIG. 5B shows the measurement results of BOD and COD in the excess
FIG. 5 (c) shows the measurement results of the dissolved oxygen in the excess
The temperature during the experiment was in the range of 16 to 48 ° C.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the excess sludge treatment apparatus according to
In particular, in the excess sludge treatment apparatus according to the second aspect, the excess sludge and the air are separately supplied to increase the circulation rate of the excess sludge, thereby improving the treatment capacity of the excess sludge. Can be.
In the activated sludge treatment system according to the third aspect of the present invention, the excess sludge is repeatedly circulated while the excess sludge is being treated by the excess sludge treatment apparatus according to the first or second aspect, thereby generating excess sludge in the entire system. The amount can be reduced. Further, by providing the temperature detection unit and the flow rate control unit in the excess sludge treatment apparatus, the necessity of a cooler can be eliminated, and the whole system can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a conceptual diagram of an activated sludge treatment system including a surplus sludge treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a surplus sludge treatment device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a change in dissolved oxygen concentration with respect to a change in liquid temperature (temperature of grinding excess sludge) in the excess sludge treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a graph showing a temporal change of a dissolved oxygen concentration in the excess sludge treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a graph showing the change over time in the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the temporal change of the BOD in the excess sludge processing apparatus which concerns on embodiment, and (c) is a graph which shows the temporal change of the MLSS amount in the excess sludge processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. (D) is a graph showing a temporal change of the liquid temperature in the excess sludge treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a graph showing a time change of the MLSS in the excess sludge treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a graph showing the change over time in the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the temporal change of BOD and COD in such an excess sludge processing apparatus, and (c) is a graph which shows the temporal change of the dissolved oxygen in the excess sludge processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is.
FIG. 6 (a) is a schematic diagram of a device for reducing excess sludge according to the related art, and FIG. 6 (b) is a schematic diagram of a crusher for sludge differential crushing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
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