JP2005125249A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 活性汚泥法、好気性消化、嫌気性消化等の生物処理プロセスで発生する余剰汚泥を効率よく分解処理することができる汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】 磁性粉を添加した磁性粉含有汚泥に曝気処理を行う曝気槽１３と、該曝気槽内の汚泥懸濁液中の磁性粉含有汚泥と処理液とを分離する磁気分離手段１１と、該磁気分離手段で分離した処理液を曝気槽から抜き出す経路１７と、外部から供給される汚泥に物理化学的な処理を施す処理槽１４と、該処理槽で処理した汚泥を前記曝気槽に供給する経路１６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚泥処理装置に関し、詳しくは、下水や産業排水を生物処理する際に発生する余剰微生物（以下、余剰汚泥と言う）を処理するための汚泥処理装置に関する。

一般に、下水、産業排水、畜産排水等の有機排水の水処理には生物処理が用いられており、生物学的なＢＯＤ成分の除去に伴って多量の余剰汚泥が排出されるが、余剰汚泥処理費用の高騰及び最終処分場の不足等から、この余剰汚泥の処理が大きな問題となっている。このため、オゾン酸化処理と曝気処理とを組み合わせて余剰汚泥を減量化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−３１４１９４号公報

しかし、従来の余剰汚泥の減量化は、比較的低濃度の排水処理の一環として行われるものであり、活性汚泥法、好気性消化、嫌気性消化等の生物処理プロセスから発生する余剰汚泥そのものを処理するものではなかった。また、生物処理プロセスで発生する余剰汚泥は微生物そのものであり、強固な細胞膜によって覆われているため、分解率が悪いという問題がある。一般に、従来の余剰汚泥の処理では、消化率が２０〜４０％程度と低いものであり、曝気処理で分解されなかったの余剰汚泥は、再びオゾン処理を行って循環させたり、生物処理プロセスに返送するようにしている。再びオゾン処理を行う場合は、オゾン処理に要する設備コストや運転コストが上昇するという問題があり、生物処理プロセスに返送する場合は、該プロセスの負荷が上昇するという問題がある。

さらに、高濃度の余剰汚泥を処理しようとする場合、従来の活性汚泥法においては、最終的な固液分離を最終沈殿池と呼ばれる重力沈降によって行うため、活性汚泥濃度を５０００ｍｇ／Ｌ程度以下にする必要があることから、非常に大きな処理施設を必要とし、かつ、十分な処理水質が得られなくなるおそれもあった。

そこで本発明は、活性汚泥法、好気性消化、嫌気性消化等の生物処理プロセスで発生する余剰汚泥を効率よく分解処理することができる汚泥処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の汚泥処理装置は、磁性粉を添加した磁性粉含有汚泥に曝気処理を行う曝気槽と、該曝気槽内の汚泥懸濁液中の磁性粉含有汚泥と処理液とを分離する磁気分離手段と、該磁気分離手段で分離した処理液を曝気槽から抜き出す経路と、外部から供給される汚泥に物理化学的な処理を施す処理槽と、該処理槽で処理した汚泥を前記曝気槽に供給する経路とを備えていることを特徴とし、前記物理化学的な処理が、機械的処理、オゾン処理、超音波処理、熱処理、アルカリ処理の少なくともいずれか一つであることを特徴としている。

さらに、本発明の汚泥処理装置は、前記外部から供給される汚泥が、有機性排水又は有機性汚泥を、活性汚泥法、好気性消化法又は嫌気性消化法等の生物処理プロセスで処理した際に発生する難生物分解性の余剰汚泥であることを特徴とし、このとき、前記曝気槽から抜き出した処理液を、前記生物処理プロセスに返送する経路を備えていることを特徴としている。

本発明の汚泥処理装置によれば、曝気槽で処理する汚泥に磁性粉を添加して磁性粉含有汚泥とし、この磁性粉含有汚泥と処理液とを磁気分離手段で分離するようにしたので、曝気槽内の汚泥濃度を５０００〜２００００ｍｇ／Ｌの高濃度に維持することができ、効率的な汚泥処理が可能となる。さらに、そのままでは生物分解が困難である好気性消化や嫌気性消化からの余剰汚泥に対して機械的処理、オゾン処理、超音波処理、熱処理、アルカリ処理の少なくともいずれか一つの物理化学的な処理を施すことによって生物分解性を向上させることができるので、曝気槽に供給する余剰汚泥を磁性粉含有汚泥の基質として有効に処理することができ、略完全に消滅させることが可能となる。

図１は本発明の一形態例を示す汚泥処理装置の系統図、図２は磁気分離手段の一例を示す断面図である。本形態例に示す汚泥処理装置は、磁気分離手段１１及び曝気手段１２を備えた曝気槽１３と、汚泥に対して物理化学的な処理を施す処理槽１４とを有している。処理槽１４には、外部からの余剰汚泥を受け入れる余剰汚泥流入経路１５と、該処理槽１４で物理化学的な処理を施した処理汚泥を曝気槽１３に供給する処理汚泥供給経路１６とが設けられており、磁気分離手段１１には、該磁気分離手段１１で分離した処理液を抜き出す処理液抜出経路１７が設けられている。

図２に示すように、前記磁気分離手段１１は、汚泥懸濁液の流入部２１及び処理液の流出部２２を有する磁気分離槽２３と、外周面に磁石を配置した回転ドラム２４と、回転ドラム２４に付着した磁性粉含有汚泥２５を掻き落とすスクレーパー２６と、スクレーパー２６で掻き落とした磁性粉含有汚泥２５を回収する汚泥回収トラフ２７と、汚泥回収トラフ２７に回収した磁性粉含有汚泥を曝気槽１３内に戻すための経路２８とを備えた磁気分離装置を使用することができる。なお、前記回転ドラム２４には、図示しない駆動用のモーター等が接続されている。また、処理液の流出部２２は、前記処理液抜出経路１７に接続されている。さらに、このような磁気分離手段１１が曝気槽１３の上部に設けられ、スクレーパー２６で掻き落とした磁性粉含有汚泥２５をそのまま曝気槽内に落下させることができる場合は、前記汚泥回収トラフ２７及び経路２８を省略することができる。

前記回転ドラム２４に設けられる磁石は、超電導磁石や電磁石等の特殊な磁石を採用することもできるが、一般的で、安価に入手が可能な永久磁石、例えばフェライト磁石を用いることができる。ドラム周面における磁極の配列は、２〜２０ｍｍの着磁間隔でＮ極とＳ極とを交互に配列した状態とすることが好ましい。この着磁間隔が狭くなると磁性粉含有汚泥の飽和付着量が減少し、着磁間隔が広くなると磁性粉含有汚泥の付着力が弱くなる。回転ドラム２４の大きさ（直径及び長さ）や磁気分離処理時の回転数は任意であり、処理量に応じて選定することが可能で、設置スペースや製造コスト、運転コスト等を考慮して設定すればよい。

磁力により懸濁液から分離した磁性粉含有汚泥の回収は、磁石の構造や形状に応じて任意の方法で行うことができ、板状、円盤状、棒状等の様々な形状の磁石と、これらの磁石の形状等に合わせた汚泥回収手段とを組み合わせることができるが、前記回転ドラム２４とスクレーパー２６との組み合わせにより、磁気分離した磁性粉含有汚泥２５を連続状態で容易に回収することができる。また、回転ドラム形状の磁石を使用することにより、装置構成も単純化でき、磁気分離装置の製作コストが削減できるだけでなく、保守点検も容易に行うことができる。

この磁気分離手段１１で処理液を分離するためには、あらかじめ汚泥に磁性粉を結合させて磁性粉含有汚泥の状態にしておく必要がある。使用する磁性粉には、適当なものを選定できるが、１０μｍ以上の大きさの磁性粉は活性汚泥に対して重すぎるため、重力によって活性汚泥から分離してしまうことが多いので、これよりも小さなものが好ましく、通常は０．０５〜２μｍの範囲のものが最適である。超微粒子状の磁性粉を使用することも可能であるが、磁性粉のコストが上昇するので好ましくない。

また、磁性粉の保磁力は、０〜２００Ｏｅが適当であり、保磁力が大き過ぎる磁性粉は、自身の磁力によって凝集し、活性汚泥から分離して沈降してしまう欠点がある。さらに、長期の使用を考慮すると、常温の水中で溶解したり、変質したりすることがほとんどない酸化物系の磁性粉を使用することが好ましく、特に、コスト等を考慮すると、粒径が０．１〜１．０μｍ、例えば０．４μｍ程度の四三酸化鉄粉が最適である。

磁性粉の濃度（添加量）は、低すぎると活性汚泥を分離するために超電導磁石のような強力な磁石（磁性体）が必要となり、逆に濃度が高すぎると磁性粉のコストが上昇することになるので、活性汚泥のＭＬＶＳＳが１に対して０．０１から１０の濃度範囲になるようにすることが好ましく、通常は、活性汚泥のＭＬＶＳＳと同程度の濃度となるように設定すればよい。

このような磁性粉を曝気槽１３に投入すると、直ちに汚泥に吸着保持された状態となり、磁性体に引き寄せられる磁性粉含有汚泥を生成する。この磁性粉含有汚泥は、磁気分離手段１１により処理液から分離して曝気槽１３に戻されるので、曝気槽１３内への磁性粉の添加混合は、通常は、運転開始前に１回だけ行えばよいが、処理状況に応じて適宜追加することもできる。また、磁性粉を添加する際には、曝気槽１３内の汚泥全体に満遍なく磁性粉が吸着するように、曝気手段１２を運転しながら適当な量の磁性粉を適当な間隔で添加することが好ましい。

また、前記曝気手段１２は、曝気槽１３内の汚泥濃度を高濃度にすることから、汚泥の自己酸化を促すために必要となる酸素供給量が増大するため、微細な気泡を発生させることが可能な酸素供給能力の高い散気装置、例えば、メンブレン方式の散気板を採用することが望ましい。なお、曝気手段１２からの散気ガスは、通常は空気を使用するが、必要に応じて高酸素濃度のガスを用いることもできる。

前記処理槽１４で余剰汚泥に対して行う物理化学的な処理は、余剰汚泥の細胞膜を破壊して生物分解性を向上させることができれば各種方式を採用することができ、例えば、カッターを備えた粉砕器やボールミル等による機械的処理、オゾン処理、超音波処理、熱処理、アルカリ処理、アルカリと超音波の併用処理、アルカリと熱の併用処理等の汚泥可溶化処理を採用することができる。なかでも、超音波処理は、汚泥濃度に対して、超音波の周波数や強度を適当に選択することにより、余剰汚泥の略全量を効果的に処理できるので、処理槽１４での物理化学的な処理として最適である。

このように、曝気槽１３内の汚泥に磁性粉を添加して磁性粉含有汚泥を形成するとともに、前述のような磁気分離手段１１で処理液と汚泥とを分離するようにしたことにより、曝気槽１３内の磁性粉含有汚泥の濃度が高くなっても、処理液と磁性粉含有汚泥とを確実に分離することができる。これにより、曝気槽１３内の汚泥濃度を、汚泥の増殖分と自己酸化とがバランスする５０００〜２００００ｍｇ／Ｌの範囲、例えば１００００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度に維持することが可能となる。

すなわち、一般の重力沈降では、汚泥濃度が５０００ｍｇ／Ｌを超えると、汚泥と処理液とを十分に分離するために非常に大きな処理施設を必要とし、処理液中に汚泥が漏れ出すことがあるから、曝気槽１３内の汚泥濃度を高めることが極めて困難であり、また、膜分離では、目詰まりの発生を防止するために頻繁な膜の洗浄を行う必要があって運転コストが高くなる問題があるのに対し、磁気分離手段１１では、前述のように低コストで確実な固液分離を行うことができるので、曝気槽１３内の汚泥濃度を安定した状態で高濃度に維持することができ、汚泥の増殖分と自己酸化とをバランスさせて余剰汚泥がほとんど発生しない状態に保てる。

そして、外部で発生した余剰汚泥に対して前述のような物理化学的処理を行い、可溶化させた状態で曝気槽１３に供給することにより、磁性粉含有汚泥の基質として処理することができるので、曝気槽１３から新たな余剰汚泥を発生させることなく、外部から供給された余剰汚泥を効率よく処理することができる。

また、曝気槽１３内の磁性粉含有汚泥の一部を抜き出して前記処理槽１４に戻す経路１８を設けておくことにより、曝気槽１３内の汚泥濃度が異常に上昇した場合、例えば、汚泥濃度が１５０００〜２００００ｍｇ／Ｌに達しても増加傾向を示す場合は、この経路１８によって磁性粉含有汚泥の一部を処理槽１４に返送し、処理槽１４で物理化学的な処理を行うことにより、この磁性粉含有汚泥の一部も曝気槽１３内の汚泥の基質として処理することができ、曝気槽１３内の汚泥濃度を所定濃度範囲に確実に下げることができる。

図３は、本発明の汚泥処理装置を、生物処理プロセスのひとつである活性汚泥法による排水処理装置に組み込んだ例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記形態例で示した汚泥処理装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

まず、ここに示す排水処理装置は、流入排水や流入下水（原水）中の懸濁成分等を分離除去するための最初沈殿地３１と、活性汚泥によって好気性水処理を行う生物反応槽３２と、該生物反応槽３２から流出する活性汚泥懸濁液中に含まれる活性汚泥を重力沈降により分離する最終沈殿池３３とを備えている。最終沈殿池３３には、処理水を抜き出す処理水抜出経路３４と、沈降分離した活性汚泥を生物反応槽３２に返送する汚泥返送経路３５とが設けられている。また、最初沈殿地３１には、沈降分離した沈殿物をメタン発酵手段３６に抜き出す経路３７が設けられている。

原水流入経路３８から最初沈殿地３１に流入し、懸濁成分等が分離除去された原水は、経路３９を通って生物反応槽３２に流入する。原水中の有機物は、生物反応槽３２で曝気手段４０から散気された状態で活性汚泥と接触することによって浄化処理される。生物反応槽３２内の活性汚泥懸濁液は、経路４１を通って最終沈殿池３３に流入し、活性汚泥から分離した処理水が処理水抜出経路３４から抜き出される。

最終沈殿池３３で沈殿した活性汚泥は、汚泥返送経路３５を通って生物反応槽３２に返送され、その一部の余剰分が、前記汚泥処理装置の余剰汚泥流入経路１５に分岐して処理槽１４に導入される。また、最初沈殿地３１からメタン発酵手段３６に導入された沈殿物（余剰汚泥）は、ここでメタン発酵処理が行われた後、経路４２を通って処理槽１４に導入される。

処理槽１４に導入された余剰汚泥は、前述のようにして物理化学的な処理を施されて可溶化された後、曝気槽１３に導入されて磁性粉含有汚泥の基質として処理される。また、磁気分離手段１１で磁性粉含有汚泥から分離した処理液は、処理液抜出経路１７を通って生物反応槽３２に返送される。このとき、曝気槽１３内の汚泥濃度が必要以上に高くなった場合には、前記経路１８によって磁性粉含有汚泥の一部を処理槽１４に戻して再処理したり、また、処理槽１４で物理化学的な処理を施して可溶化した状態の余剰汚泥の一部を経路１９に分岐させて生物反応槽３２に返送したりすることにより、曝気槽１３内の汚泥濃度を所定濃度範囲に維持することができる。

なお、曝気槽１３内の汚泥を経路１８から処理槽１４に送って再処理する量を多くすれば、経路４２あるいは経路１５の汚泥の一部又は全量を処理槽１４を経由させないで、直接、曝気槽１３に投入しても略同様な処理効果が得られる。

また、高濃度の汚泥のみを処理し続けると、曝気槽１３内の塩類濃度が高くなり、生物活性を阻害することがある。このようなときには、塩類濃度の低い水、例えば、経路３９や経路４１あるいは経路３４を流れる水（原水、処理水）の一部を分岐して処理槽１４又は曝気槽１３に導入することで、曝気槽１３内の塩類濃度の上昇を抑制することができる。さらに、必要に応じてｐＨ調整や、窒素、リン、ミネラル成分を添加するなどして基質バランスを調整することにより、生物活性を高く維持することができる。

さらに、最初沈殿地３１で分離した懸濁成分等をそのまま処理槽１４に導入せずに、メタン発酵手段３６に導入してメタン発酵処理を行うことにより、発酵性のよい初沈汚泥を原料とすることができるので、メタン発酵の効率を向上できるとともに、メタン発酵後の余剰汚泥量も減量できるので、汚泥処理装置の負担を軽減することができる。このように、最初沈殿地３１の余剰汚泥も汚泥処理装置に送って処理することにより、最初沈殿地３１からの余剰汚泥の発生もなくすことができる。また、最初沈殿地３１だけでなく、最終沈殿地３３からの余剰汚泥に対しても、メタン発酵のような嫌気性消化法等の消費エネルギーが少なくエネルギー回収も可能な処理を行ってから汚泥処理装置に供給することにより、消費エネルギーの削減や汚泥処理装置の負担軽減が図れる。

また、磁気分離手段１１で分離した処理液を生物反応槽３２に返送することにより、磁気分離手段１１で磁性粉含有汚泥の全量を確実に分離する必要がないので、磁性粉や磁石に安価なものを使用できるとともに、極めて短時間で所要量の磁性粉含有汚泥を分離することができ、例えば、磁性粉含有汚泥の分離除去率が９９．５％の場合でも、数秒から数十秒で磁気分離処理ができるから、重力沈降によって磁性粉含有汚泥を分離する場合に比べて１／１００〜１／１００００程度の容積で処理可能となる。

このとき、磁気分離手段１１から生物反応槽３２に返送する処理液とともに磁性粉含有汚泥も生物反応槽３２に送られて曝気槽１３内の磁性粉濃度が低下することになるが、この磁性粉は、排水処理装置の系外にはほとんど排出されないので、ある程度の量の磁性粉が系内に蓄積された状態で汚泥処理装置及び排水処理装置の系内の磁性粉量が安定した状態になり、磁気分離手段１１での磁性粉含有汚泥の磁気分離に支障を来すことはない。また、処理液抜出経路１７の途中に、磁性粉を処理液や汚泥から分離可能な液体サイクロン等の磁性粉分離手段を設けておき、ここで分離した磁性粉を曝気槽１３に戻すように形成しておくことにより、曝気槽１３内の磁性粉濃度を一定範囲に確実に維持することができる。

本発明の汚泥処理装置は、各種水処理工程で発生する余剰汚泥を効率よく処理することができるので、単独での汚泥処理だけでなく、既存の排水処理装置に付設することより、該排水処理装置からの余剰汚泥の発生をなくすことができる。

本発明の一形態例を示す汚泥処理装置の系統図である。 磁気分離手段の一例を示す断面図である。 本発明の汚泥処理装置を排水処理装置に組み込んだ例を示す系統図である。

符号の説明

１１…磁気分離手段、１２…曝気手段、１３…曝気槽、１４…処理槽、１５…余剰汚泥流入経路、１６…処理汚泥供給経路、１７…処理液抜出経路、２１…流入部、２２…流出部、２３…磁気分離槽、２４…回転ドラム、２５…磁性粉含有汚泥、２６…スクレーパー、２７…汚泥回収トラフ、３１…最初沈殿地、３２…生物反応槽、３３…最終沈殿池、３４…処理水抜出経路、３５…汚泥返送経路、３６…メタン発酵手段、３８…原水流入経路、４０…曝気手段

Claims (4)

1. 磁性粉を添加した磁性粉含有汚泥に曝気処理を行う曝気槽と、該曝気槽内の汚泥懸濁液中の磁性粉含有汚泥と処理液とを分離する磁気分離手段と、該磁気分離手段で分離した処理液を曝気槽から抜き出す経路と、外部から供給される汚泥に物理化学的な処理を施す処理槽と、該処理槽で処理した汚泥を前記曝気槽に供給する経路とを備えていることを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記物理化学的な処理は、機械的処理、オゾン処理、超音波処理、熱処理、アルカリ処理の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
3. 前記外部から供給される汚泥は、有機性排水又は有機性汚泥を生物処理プロセスで処理した際に発生する難生物分解性の余剰汚泥であることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
4. 前記曝気槽から抜き出した処理液を、前記生物処理プロセスに返送する経路を備えていることを特徴とする請求項３記載の汚泥処理装置。

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