JP2005137968A - 汚泥可溶化装置及び有機性排水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活性汚泥処理水の水質の悪化を招くことなく、少ないアルカリ剤の使用により、短時間に、かつ簡便に余剰汚泥の可溶化処理ができる汚泥可溶化装置、及び安定して余剰汚泥が削減できる、当該可溶化装置を備えた有機性排水処理装置を提供すること。
【解決手段】生物処理槽において有機性排水を生物処理して得られる余剰汚泥を可溶化反応槽及び汚泥摩砕機によって可溶化する汚泥可溶化処理手段、当該余剰汚泥を当該反応槽に供給するライン、アルカリ剤添加ライン、汚泥摩砕機及び可溶化処理後の汚泥可溶化液を生物処理槽に返送するラインを備え、かつ当該反応槽と汚泥摩砕機とが循環ラインによって接続されることを特徴とする汚泥可溶化装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機性排水を好気的に活性汚泥で処理する活性汚泥法等において、有機性排水を生物処理する際に発生する余剰汚泥量を減少させるための、汚泥可溶化装置及び当該汚泥可溶化装置を備えた有機性排水処理装置に関する。

活性汚泥法等の生物学的酸化処理は、余剰汚泥発生量が、一般に、除去されるＢＯＤ１ｋｇ当たり、０．６〜０．８ｋｇ・ｓｓ（汚泥）と非常に多いのが最大の問題点である。従来、これらの汚泥は、脱水、乾燥、焼却等によって処理されていたが、その処理には多大な費用がかかる。しかも、余剰汚泥は難脱水性であるため、その処理方法が問題となっている。

余剰汚泥の発生を減少させる方法としては、余剰汚泥にアルカリ剤を添加する方法（例えば、特許文献１及び２参照）が知られているが、中和処理に大量の酸を必要とし、またアルカリ剤による可溶化処理に長時間を要し好ましくなかった。アルカリ剤の使用による問題点を解決する方法として、余剰汚泥を超音波、ホモジナイザー、ミキサー、急激な圧力変動による破壊、オゾンガスによる酸化分解等によって処理する方法（特許文献３参照）が提案されているが、汚泥の細胞壁や細胞膜の破壊によって生じる汚泥の死骸は、高分子量で、水に難溶性のうえ、活性汚泥に対して難分解性であるため、活性汚泥処理水の水質の悪化という問題がある。

そこで、余剰汚泥をまず湿式ミルにて破砕処理し、次いでアルカリ処理槽にてアルカリ剤による処理をする方法（特許文献４参照）が提案されている。しかし、この方法では、湿式ミルを用いる処理槽とアルカリ処理槽の２つの反応槽を必要とすることに加え、各々の反応槽での滞留時間も必要となり、全体の処理時間が長くなるという問題点があった。

更に、余剰汚泥の可溶化処理を１つの反応槽にてアルカリ剤による処理にホモジナイザー、ミキサー等による処理を組み合わせて行う方法（特許文献５参照）も提案されている。しかし、アルカリ剤使用量のさらなる低減が求められていた。

特公昭４９−１１８１３号公報 特公平６−６１５５０号公報 特公昭５７−１９７１９号公報 特開２００１−１４９９７９号公報 特開２００２−１１３４８７号公報

従って、本発明は、活性汚泥処理水の水質の悪化を招くことなく、少ないアルカリ剤の使用により、短時間に、かつ簡便に余剰汚泥の可溶化処理ができる汚泥可溶化装置、及び安定して余剰汚泥が削減できる、当該可溶化装置を備えた有機性排水処理装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、効率よく余剰汚泥を削減することが可能な余剰汚泥の可溶化処理装置及び有機性排水処理装置について鋭意検討した結果、可溶化反応槽と余剰汚泥を物理的破砕処理する汚泥摩砕機とが循環ラインによって接続された汚泥可溶化装置及びこれを備えた有機性排水処理装置が、アルカリ剤の使用量を低減させると共に、短時間で簡便に余剰汚泥を可溶化して余剰汚泥を削減できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、生物処理槽において有機性排水を生物処理して得られる余剰汚泥を可溶化反応槽及び汚泥摩砕機によって可溶化する汚泥可溶化処理手段、当該余剰汚泥を当該反応槽に供給するライン、アルカリ剤添加ライン、汚泥摩砕機及び可溶化処理後の汚泥可溶化液を生物処理槽に返送するラインを備え、かつ当該反応槽と汚泥摩砕機とが循環ラインによって接続されることを特徴とする汚泥可溶化装置を提供する。

また、本発明は、生物処理槽において有機性排水を生物処理し、発生する余剰汚泥を可溶化処理した後、生物処理槽に返送する排水処理装置において、上記汚泥可溶化装置を備えたことを特徴とする有機性排水処理装置を提供する。

本発明によれば、余剰汚泥の可溶化反応槽の数及び容量を削減できると共に、アルカリ剤の使用量を抑え、かつより短時間の可溶化処理によって安定して高い可溶化率を得ることができる。また、本発明によれば、単位当たりの汚泥削減費用を低減できる。

本発明の有機性排水処理装置は、余剰汚泥を発生する各種の有機性排水の生物処理に適用することができる。生物処理としては、好気性生物処理、嫌気性生物処理のいずれでもよい。好気性生物処理としては、活性汚泥法が挙げられる。活性汚泥法は、有機性排水を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排水を曝気槽で混合しながら曝気し、その混合液を濃縮装置で濃縮し、濃縮汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形したものでもよい。嫌気性生物処理としては、嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法等が挙げられる。これらの生物処理のうちで、有機性排水の処理に多用されている活性汚泥法が好ましい。以下、図２〜７を用いて本発明を詳述する。

従来の標準的な有機排水処理装置を用いる処理フローを図１に示す。まず、有機性排水がライン１から曝気槽２に供給される。有機性排水は、曝気槽２で曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、ライン３を経て汚泥沈殿槽４に送られる。そして、汚泥沈殿槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出される。一方、汚泥沈殿槽４のうちの一部が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。この際、残りは余剰汚泥としてライン７を経て必要に応じて汚泥濃縮工程８で濃縮され、ライン９を経て汚泥脱水工程１０で脱水された後、脱水余剰汚泥１１として系外に排出される。

本明細書において余剰汚泥とは、汚泥沈殿槽４で沈降分離された沈降汚泥のうち曝気槽２に戻される汚泥を除いた汚泥をいう。

本発明の有機性排水処理装置を用いる代表的な処理フローを図２に示す。まず、汚泥沈殿槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出され、当該槽内の沈殿汚泥が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される工程、及び上記返送汚泥の一部が汚泥濃縮工程８と汚泥脱水工程１０を経て脱水余剰汚泥１１として系外に排出される工程は、従来法と同様である。この汚泥濃縮工程８での汚泥の濃縮は本発明では必須ではないが、濃縮されることが好ましい。ライン７に送られる余剰汚泥のうちの全部又は一部が濃縮又は非濃縮された後、汚泥可溶化処理工程１３に供給される。汚泥可溶化処理工程１３は、余剰汚泥を可溶化反応槽及び汚泥摩砕機によって可溶化する手段をいい、具体的にはアルカリ剤を投入する可溶化反応槽及び汚泥摩砕機を含む。汚泥沈殿槽４で沈降分離された沈降汚泥の濃度又は汚泥濃縮工程８で濃縮された汚泥の濃度は、通常、０．５〜５重量％、好ましくは０．７〜３．０重量％、特に好ましくは１．０〜２．５重量％である。次いで、ライン１２を経て、汚泥可溶化処理工程１３に供給されて可溶化処理を受ける。可溶化処理後の水溶液（即ち、汚泥可溶化液であるが、以下「可溶化液」とする）はライン１４を経て、必要に応じて中和槽１５にて中和処理又は酸化剤による脱色処理を受けた後、ライン１６を経て曝気槽２に戻される。

本発明の汚泥可溶化装置は、上記汚泥可溶化処理工程１３、余剰汚泥を可溶化反応槽に供給するライン１２、アルカリ剤添加ライン、汚泥摩砕機、及び可溶化液を生物処理槽に返送するライン１４を備える。そして、この可溶化反応槽には、汚泥摩砕機に送液するラインと汚泥摩砕機の吐出口から当該反応槽に戻ってくるラインとが接続され、更にこれらは循環するように接続される。

本発明の汚泥可溶化装置において、余剰汚泥を可溶化反応槽に供給するライン１２は、可溶化反応槽の上部から又は当該反応槽と汚泥摩砕機の吸入口との間から当該反応槽内に引き込むことが好ましい。

アルカリ剤添加ラインは、例えば、図３〜６に記載の態様で接続されることが好ましい。具体的には、ライン１２を可溶化反応槽の上部から引き込む場合には、アルカリ剤添加ラインは、通常、余剰汚泥を可溶化反応槽に供給するライン１２とは別個独立に当該反応槽の上部より当該反応槽に直接接続される（図３）。また、アルカリ剤添加ラインは、ライン１２の中途に接続されてもよい（図４）。当該接続によって、アルカリ剤と余剰汚泥の接触率がより高まり、安定して高い可溶化率が得られる。更に、当該反応槽と汚泥摩砕機の吸入口との間に接続されてもよい（図５）。当該接続によって、余剰汚泥が局部的に高いアルカリ濃度の状態で汚泥摩砕機と接触するため、より少ないアルカリ剤の使用で安定して高い可溶化率を達成できる。更にまた、ライン１２を当該反応槽と汚泥摩砕機の吸入口との間から引き込む場合には、アルカリ剤添加ラインは、ライン１２の中途に接続されてもよい（図６）。当該接続によって、より少ないアルカリ剤の使用で安定して高い可溶化率が得られる。

可溶化液を生物処理槽に返送するライン１４は、汚泥可溶化装置を構成する当該反応槽、ラインなどの何れに接続されていてもよいが、当該反応槽と汚泥摩砕機の吐出口とを接続する循環ラインの中途から分岐するように接続されることが好ましい。具体的には、図７に記載の接続方法が挙げられる。これにより、汚泥摩砕機によって確実に物理的破砕処理を受けた可溶化液を生物処理槽に返送することができるため、安定して高い汚泥可溶化率が得られる。更に、可溶化液を生物処理槽に返送するための新たなポンプ等が不要で操作がより簡便になる。

上記ライン１４は、当該反応槽の側面又は上部に接続してもよい。この際、可溶化液は、当該反応槽の側面において液面より低い位置からポンプによって抜き出してもよく、可溶化液の排出ラインを当該反応槽の側面に液面に合わせるように接続し、オバーフローさせて抜き出してもよい。

汚泥摩砕機による処理は、アルカリ条件下で実施する。従って、アルカリ条件下ならば、アルカリ剤を添加しながらでも、添加終了後でもよいが、処理効率の点からアルカリ剤を添加しながら行うことが好ましい。アルカリ剤による処理に汚泥摩砕機による処理を併用することにより、アルカリ剤の使用量を低減できる。更に、可溶化反応槽と汚泥摩砕機とが循環ラインにより接続されることにより、効率よく余剰汚泥を可溶化することができ、その結果、安定して高い可溶化率が得られる。

アルカリ剤による処理に用いるアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム等が挙げられ、水酸化ナトリウム又は酸化カルシウムが好ましい。アルカリ剤の添加量は、可溶化処理する余剰汚泥に対して０．００５〜０．１Ｎが好ましく、特に好ましくは０．０１〜０．０５Ｎである。

汚泥摩砕機としては、汚泥を構成する微生物体の細胞に機械的なせん断応力や摩砕力を加えることができ、該細胞の細胞膜、細胞壁を破壊できるものであれば、公知のものを適宜使用できる。具体的には、配管に邪魔板を入れたものに高速でアルカリ剤の添加された余剰汚泥を通過させたり、フードミキサーのように鋭利な刃先をアルカリ剤の添加された余剰汚泥中で高速で回転させたり、食物を粉にするミルのように高速で回転する２枚の円盤の狭い間を通過させるものなどが挙げられる。可溶化反応槽との循環を考慮すると、吐出力を有するミキサーが好ましい。

アルカリ剤による処理と汚泥摩砕機による処理を組み合わせた可溶化処理の処理時間は、一般に１分〜５時間、好ましくは１分〜３時間、特に好ましくは２分〜２時間である。アルカリ剤による処理のみの可溶化処理に比べて格段に可溶化処理時間を短縮できる。

可溶化処理後の可溶化液は、必要に応じて中和処理又は酸化剤による脱色処理を行ってもよい。脱色処理を行うことによって、余剰汚泥の減容化を行う際に発生する可溶化処理物の着色、それに起因する処理水の色相への悪影響を削減することができる。この脱色処理と中和処理とは併用できるが、その場合、中和処理を行う前に脱色処理を行うことが好ましい。中和処理には、硫酸等の鉱酸、使用済みの廃酸などを使用できる。酸化剤としては、酸化力が強く、そのものが分解後、活性汚泥にとって無害なものに変化する過酸化水素、過酸化ナトリウム、過炭酸ナトリウム等が好ましく、過酸化水素が特に好ましい。

本発明の有機性排水処理装置においては、汚泥沈殿槽に代えて、処理水と沈降汚泥とが分離できる他の如何なる方法も使用することができる。例えば、加圧浮上分離法が挙げられる。

また、曝気槽からポンプなどを用いて強制的に一定量の汚泥を引き抜く膜分離法、曝気槽の底部に増殖し自然沈降した汚泥を定期的に引抜く生物膜法（固定接触曝気法）、浸漬ろ床のようなろ材が曝気槽内に設置され、定期的にそのろ材を逆洗浄して汚泥を剥離させ回収する浸漬ろ床型法、担体表面に汚泥を付着させ、曝気槽内にて流動させ排水処理し、その担体から剥離した汚泥を固液分離する担体流動型法などが挙げられる。

以下、実施例および比較例により本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
工場排水（BOD７００〜８００mg/L）を曝気時間４８hr、活性汚泥MLSS１００００〜１２０００mg/Lの曝気槽１００Lに供給したのち、曝気槽から流出する処理水を５０L沈殿槽において、活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度１．５〜２．０％の濃縮汚泥（沈降汚泥）を得た。工場排水処理量を０．０５m³/dayとし、濃縮汚泥を４６ml/hの流量で汚泥可溶化装置に入れ、残りの濃縮汚泥は曝気槽に返送した。この濃縮汚泥の可溶化反応槽での滞留時間は６０分とした。添加を行う水酸化ナトリウム量としては、可溶化反応槽内の液が、常に０．０２５N濃度（pH１１〜１２）になる量とした。また、水酸化ナトリウムの添加は、図３に示すように可溶化反応槽上部から行った。この条件の中で、インラインタイプのミキサーにより高速撹拌（１２０００rpm）しながら汚泥の可溶化を行った。その結果、汚泥可溶化率は４８〜６０％であった。次いで、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD３〜６であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約３２０g-ssであった。

実施例２
図４に示すように、水酸化ナトリウムの添加を可溶化反応槽に濃縮汚泥を入れるラインに行う以外は実施例１と同様にして、汚泥の可溶化を行った。その結果、汚泥可溶化率は５２〜６０％であった。次いで、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD４〜６であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約３１０g-ssであった。

実施例３
図５に示すように、水酸化ナトリウムの添加を可溶化反応槽とインラインミキサーを繋ぐラインの途中で行う以外は実施例１と同様にして、汚泥の可溶化を行った。その結果、汚泥可溶化率は５０〜６２％であった。その後、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD４〜６であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約３００g-ssであった。

実施例４
実施例１と同様の条件により、濃縮汚泥を汚泥可溶化装置に入れ、残りの濃縮汚泥を曝気槽に返送した。この時、濃縮汚泥の可溶化装置への供給は、可溶化反応槽とインラインミキサーを繋ぐラインより行った。この濃縮汚泥の可溶化反応槽での滞留時間は６０分とした。水酸化ナトリウムは、可溶化反応槽内の液が常に０．０２５N濃度（pH１１〜１２）になるように添加した。また、水酸化ナトリウムの添加は、図６に示すように可溶化反応槽とインラインミキサーを繋ぐラインであって、濃縮汚泥を供給しているラインに行った。この条件の中で、インラインタイプのミキサーにより高速撹拌（１２０００rpm）しながら汚泥の可溶化を行った。その結果、汚泥可溶化率は、５２〜６１％であった。次いで、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD３〜７であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約３００g-ssであった。

実施例５
実施例１と同様にして汚泥の可溶化を行い、次いで、図７に示すように、可溶化液の抜き出しをインラインタイプのミキサーを通過してから、可溶化反応槽に戻すラインの途中から行った。その結果、汚泥可溶化率は５２〜６２％であった。その後、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD３〜７であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約３１０g-ssであった。

比較例１
濃縮汚泥の可溶化を行わない以外は実施例１と同様にして、濃縮汚泥を曝気槽に返送した。約１ヶ月、当該条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD２〜５であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約６５０g-ssであった。

比較例２
図８に記載の可溶化装置を使用する以外は実施例１と同様にして、汚泥の可溶化を行った。すなわち、図８に示すように、第一可溶化反応槽でインラインタイプのミキサーにより３０分間高速撹拌（１２０００rpm）を行い、その後、水酸化ナトリウム濃度で常に０．０２５N濃度（pH１１〜１２）になるようにした第二可溶化反応槽で３０分保持して可溶化を行い、可溶化に要する時間として１時間とした。その結果、汚泥可溶化率は２０〜３５％であった。次いで、２N硫酸を加えpH８に中和した後、曝気槽に添加して、好気的な生物処理を行った。約１ヶ月、上記条件に従って運転を続けた結果、処理水の水質はBOD３〜７であった。また、その間に曝気槽のMLSSを一定に保つために引き抜いた全余剰汚泥量は約４９０g-ssであった。

以上より、本発明の汚泥可溶化装置を使用すると、いずれの場合も余剰汚泥の発生量を削減することができ、しかも、このときの処理水の水質は、比較例１の方法と比べて特に悪化しないことが判明した。

従来の標準的な有機性排水処理装置を示す図である。 本発明の代表的な有機性排水処理装置を示す図である。 本発明の汚泥可溶化装置において、アルカリ剤の添加方法の一態様（実施例１）を示す図である。 本発明の汚泥可溶化装置において、アルカリ剤の添加方法の一態様（実施例２）を示す図である。 本発明の汚泥可溶化装置において、アルカリ剤の添加方法の一態様（実施例３）を示す図である。 本発明の汚泥可溶化装置において、アルカリ剤の添加方法の一態様（実施例４）を示す図である。 本発明の汚泥可溶化装置において、可溶化液を循環ラインから分岐させる方法を示す図である。 比較例２の汚泥可溶化装置を示す図である。

符号の説明

１ 排水ライン
２ 曝気槽
３ ライン
４ 汚泥沈殿槽
５ 処理水ライン
６ ライン
７ ライン
８ 汚泥濃縮工程
９ ライン
１０ 汚泥脱水工程
１１ 脱水余剰汚泥
１２ ライン
１３ 汚泥可溶化工程
１４ ライン
１５ 中和槽
１６ ライン

Claims (7)

1. 生物処理槽において有機性排水を生物処理して得られる余剰汚泥を可溶化反応槽及び汚泥摩砕機によって可溶化する汚泥可溶化処理手段、当該余剰汚泥を当該反応槽に供給するライン、アルカリ剤添加ライン、汚泥摩砕機及び可溶化処理後の汚泥可溶化液を生物処理槽に返送するラインを備え、かつ当該反応槽と汚泥摩砕機とが循環ラインによって接続されることを特徴とする汚泥可溶化装置。
2. アルカリ剤添加ラインが、前記余剰汚泥を前記反応槽に供給するラインとは独立して前記反応槽上部に接続されることを特徴とする請求項１記載の汚泥可溶化装置。
3. アルカリ剤添加ラインが、前記余剰汚泥を前記反応槽に供給するラインの中途に接続されることを特徴とする請求項１記載の汚泥可溶化装置。
4. アルカリ剤添加ラインが、前記反応槽と汚泥摩砕機の吸入口との間に接続されることを特徴とする請求項１記載の汚泥可溶化装置。
5. アルカリ剤添加ラインが、前記余剰汚泥を前記反応槽に供給するラインの中途に接続され、かつ当該供給ラインが前記反応槽と汚泥摩砕機の吸入口との間に接続されることを特徴とする請求項１記載の汚泥可溶化装置。
6. 可溶化処理後の汚泥可溶化液を生物処理槽に返送するラインが、前記反応槽と汚泥摩砕機の吐出口とを接続する循環ラインの中途から分岐することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の汚泥可溶化装置。
7. 生物処理槽において有機性排水を生物処理し、発生する余剰汚泥を可溶化処理した後、生物処理槽に返送する排水処理装置において、請求項１〜６のいずれか１項記載の汚泥可溶化装置を備えたことを特徴とする有機性排水処理装置。

Images