JP2005219027A - 汚泥処理装置、および汚泥処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機排水処理において、最終的に得られる汚泥改質物の有機物濃度を目的に応じて調製できる汚泥処理装置の提供である。
【解決手段】 有機性排水に曝気処理する第１曝気槽、曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離手段、固液分離による回収汚泥の一部を曝気処理する第２曝気槽、汚泥を凝集させる凝集槽、凝集汚泥を脱水する脱水手段、脱水汚泥を発酵させる発酵槽を含む汚泥処理装置とする。そして、有機物濃度に応じて、回収汚泥と第２曝気槽で処理した汚泥と混合した混合汚泥を凝集槽に移送することによって、最終的に得られる改質汚泥の有機物濃度を調製する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性排水から回収される汚泥の処理装置ならびに処理方法に関する。

従来、し尿、生活雑排水、都市下水、農業集落排水、畜産排水等をはじめとする有機性排水（有機性汚水）を処理する様々な方法が提案されている。特に、活性汚泥法や生物膜方法等は広く採用されており、近年においては、有機性排水からの汚泥を、凝集剤により凝集させ、さらに脱水、乾燥、発酵等の処理を行うことによって、有用な汚泥改質物として自然界に還元する方法も実用化されている。排水の安全な処理や汚泥の有効利用に関しては、この他にも、汚泥を閉鎖循環系で処理して良質な処理水を得る方法（例えば、特許文献１参照）や、汚泥の脱水効率を向上させる方法（例えば、特許文献２参照）、汚泥の含水率を調整する方法（例えば、特許文献３参照）、排水の浄化時に生じる余剰汚泥にさらに曝気処理を施して、再度膜分離を行い、得られた透過水を排水処理に返送する方法（例えば、特許文献４）等が提案されている。
特開２０００−２８８５７２号公報 特開平１１−１９６９７号公報 特開２００２−３６１２９９号公報 特開２００３−８０２９８号公報

しかしながら、従来の方法によって得られる汚泥改質物は、再利用にあたって、その目的に沿った組成に調製することができなかった。例えば、あまりに有機物濃度が高いために用途が限定されたり、一方、所望の有機物濃度に調製するために、得られた汚泥改質物に、おが屑等の媒体を混入させる等、労力やコストの面で問題があった。

そこで、本発明の目的は、有機排水から生じる汚泥の処理において、最終的に得られる汚泥改質物の有機物濃度を目的に応じて調製できる汚泥処理装置ならびに汚泥処理方法の提供である。

前記目的を達成するために、本発明の汚泥処理装置は、有機性排水に曝気処理する第１の曝気処理槽（以下、第１曝気槽）、曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離手段、固液分離により回収した汚泥を凝集させる凝集槽、凝集処理した汚泥を脱水する脱水手段、脱水した汚泥を発酵させる発酵槽を含む汚泥処理装置であって、さらに、固液分離により回収した汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２の曝気処理槽（以下、第２曝気槽）、前記固液分離により回収した汚泥と前記第２曝気槽で処理された汚泥とを混合する手段を含むことを特徴とする。

また、本発明の汚泥処理方法は、有機性排水に曝気処理する第１の曝気処理工程（以下、第１曝気工程）、曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離工程、固液分離により回収した汚泥を凝集させる凝集工程、凝集処理した汚泥を脱水する脱水工程、および、脱水した汚泥を発酵させる発酵工程を含む汚泥処理方法であって、さらに、前記凝集工程に先立って、前記固液分離工程により回収した汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２の曝気処理工程（以下、第２曝気工程）、および、前記固液分離工程により回収した汚泥と前記第２曝気工程において処理された汚泥とを混合する混合工程を含み、前記凝集工程において、前記混合工程で調製した混合汚泥を凝集させることを特徴とする。

このように、本発明の汚泥処理装置によれば、第２曝気槽を有するため、例えば、有機性排水や固液分離により回収された汚泥等の有機物濃度が高い場合であっても、前記第２曝気槽で処理することによってその有機物濃度を低減できる。つまり、第２曝気槽を介することによって、最終的に得られる汚泥改質物の有機物濃度を調整することができるのである。したがって、汚泥改質物を種々の用途において再利用する際に、従来のように、おが屑を混入させる等の手間をかけることなく、その用途に応じた有機物濃度の設定が可能となる。このため、有機排水ひいては汚泥の有効利用の途をより一層向上することができるのである。なお、本発明の汚泥処理方法も同様である。

なお、以上のような効果から、本発明の汚泥処理装置は、すなわち土壌改良剤、土壌脱臭剤、肥料等として再利用できる汚泥改質物の製造装置、本発明の汚泥処理方法は、前記汚泥改質物の製造方法とも言える。

本発明の汚泥処理装置は、前述のように、有機性排水に曝気処理する第１曝気槽、曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離手段、固液分離により回収した汚泥（回収汚泥）を凝集させる凝集槽、凝集処理した汚泥（凝集汚泥）を脱水する脱水手段、脱水した汚泥（脱水汚泥）を発酵させる発酵槽を含み、さらに、回収汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２曝気槽、前記回収汚泥と前記第２曝気槽で処理された汚泥とを混合する手段を含むことを特徴とする。なお、本発明において「回収汚泥」とは、固液分離により回収した汚泥であって、特に示さない限り、第２曝気槽で処理されていない汚泥を意味する。また、本発明において「固液分離」とは、完全に固体と液体を分離することを意味するものではない。

本発明の汚泥処理装置は、前述のように、最終的に所望の汚泥改質物を調製するための装置である。そして、所望の有機物濃度を示す汚泥改質物を調製するために、前記所望の有機物濃度に応じて、回収汚泥の有機物濃度を設定すべく、例えば、（１）回収汚泥の少なくとも一部を第２曝気槽において処理し、その有機濃度を低減させた上で、未処理の回収汚泥と混合したり、（２）全回収汚泥を第２の曝気槽で処理したり、（３）第２曝気槽を経ずに全回収汚泥を凝集槽に移送すること等によって、汚泥改質物を調製する装置である。

前記第１曝気槽、第２曝気槽および固液分離手段の少なくとも一つが、さらに有機物濃度を感知するセンサを備えることが好ましい。このようなセンサを備えることによって、有機性排水や汚泥の有機物濃度を容易に検知できるため、例えば、第２曝気槽への移送の要否、第２曝気槽に移送する回収汚泥の割合、前記第２曝気槽で処理された汚泥と前記回収汚泥との混合比等の設定が容易になる。また、これらの槽や手段には制限されず、他の槽や手段、後述するような各槽を連通するラインが、同様のセンサを備えてもよい。

また、前記混合比の調整は、手動で行ってもよいが、混合処理がより一層簡略化されるため、前記混合比を調整する調整手段を有することが好ましい。この混合比の調整手段は、前記センサが感知した有機物濃度に応じて前記混合比を調整する手段であることが好ましい。

以下に、本発明の汚泥処理装置について例をあげて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本発明の汚泥処理装置を使用することによって、本発明の汚泥処理方法が実施できる。

（実施形態１）
本発明の汚泥処理装置の一例を、図１の概略図に示す。図１に示すように、汚泥処理装置は、有機性排水に曝気処理する第１曝気槽１、曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離手段２、固液分離による回収汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２曝気槽３、回収汚泥を凝集させる凝集槽４、凝集汚泥を脱水する脱水手段５、脱水汚泥を発酵させる発酵槽６を含む。そして、第１曝気槽１と固液分離手段２はライン１ａで連通されており、固液分離手段２と凝集槽４はライン２ａ（第１ライン）、凝集槽４と脱水手段５はライン４ａ、脱水手段５と発酵槽６はライン５ａでそれぞれ連通されており、ライン２ａには、さらに第２曝気槽３と連通するライン３ａ（第２ライン）およびライン３ｂ（第３ライン）が連通されている。ライン３ａは、回収汚泥を第２曝気槽に移送するためのラインであり、ライン３ｂは、第２曝気槽３で処理された汚泥をライン２ａに返送するラインである。

ライン２ａ、３ａおよび３ｂは、それぞれ開閉手段としてバルブ２１、３１、３２を備え、ライン２ａについては、ライン３ａの連通部とライン３ｂの連通部との間にバルブ２１が配置されている。また、ライン２ａおよびライン３ｂは、それぞれ汚泥の供給手段としてポンプ２２、３３を有し、ポンプ２２は、ライン２ａにおける、固液分離手段２との連通部とライン３ａとの連通部との間に、備えられている。

第１曝気槽１および第２曝気槽３としては、特に限定されず、従来公知の曝気槽が使用でき、例えば、散気筒や散気板、エアレーターを備えた構成があげられる。また、これには限られず、例えば、表面曝気方式を利用した曝気槽等も使用できる。

固液分離手段としては、特に限定されず、通常の沈殿槽であってもよいし、半透膜、逆浸透膜、限外ろ過膜等の各種分離膜等も使用できる。また、脱水手段５は、凝集汚泥の脱水処理を実現できるものであれば特に制限されず、例えば、フィルタプレス、ロールプレス、スクリュープレス等のプレス式脱水機、スクリーン式脱水機、遠心脱水機、真空ろ過機、加圧ろ過機等、従来公知のものが使用できる。

各ラインに備えられた開閉手段は、バルブ以外でも、ラインの開閉手段であれば特に制限されず、その開閉は、手動であっても、自動（例えば、電動式バルブ等）であってもよい。

汚泥処理装置に備えられた供給手段は、ポンプ以外でも、汚泥を供給できるものであれば特に制限されず、その駆動方法は、手動であっても、自動であってもよい。また、原料となる有機性排水や、汚泥を移送させるために、前記ライン２ａおよびライン３ｂ以外にも、ポンプ等の供給手段を適宜備えてもよい。

第１曝気槽、第２曝気槽および固液分離手段は、前述のように有機物質濃度を感知するセンサを備えることが好ましい。センサは、いずれか一つの槽や手段のみに配置されてもよいが、例えば、第１曝気槽および固液分離手段の少なくともいずれかと、第２曝気槽とが、それぞれセンサを備えることが好ましい。これは、例えば、回収汚泥の有機物濃度と所望の汚泥改質物の有機物濃度（汚泥改質物の種類）との関係から、第２曝気槽への移送割合を決定したり、また、曝気処理された汚泥の有機物濃度の減少程度から、前記混合比を決定することができるためである。センサの配置部位は、各槽内の有機性排水や汚泥の有機物濃度が測定できれば特に制限されないが、第１曝気槽１については、例えば、ライン１ａが連通している付近、固液分離手段２については、ライン２ａが連通している付近に配置することが好ましい。

前記センサとしては、例えば、ＴＯＣ（Total organic carbon；全有機炭素）計、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）計、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ計（測定試料全体における懸濁浮物質）計等があげられ、いずれか一種類でもよいし２種類以上を併用してもよい。前記センサの中でもＳＳ計が好ましく、複数のセンサを使用する場合には、ＳＳ計と、ＴＯＣ計、ＢＯＤ計およびＣＯＤ計のいずれかとの組合せが好ましい。

なお、後述するが、バルブ等の開閉手段の開閉ならびにポンプ等の供給手段の駆動を自動にする際には、開閉を制御する制御手段、駆動を制御する制御手段を有することが好ましく、これらの制御手段は、センサが感知した有機物濃度に応じて制御を行う手段であることが好ましい。

本実施形態の汚泥処理装置は、例えば、以下に示すように使用できる。まず、第１曝気槽１内に有機性排水を供給する。通常、前記有機性排水は、曝気槽に連通されたライン（図１において７ａ）を通じて供給される。そして、この第１の曝気槽１内を曝気して、前記有機性排水に曝気処理（好気性生物処理）を施す（第１曝気工程）。曝気処理の条件は、特に制限されないが、曝気方式は、例えば、連続曝気でも間欠曝気でもよく、曝気による有機性排水の溶存酸素濃度を０．１〜５ｍｇ／Ｌに設定することが好ましく（より好ましくは１〜２ｍｇ／Ｌ）、曝気強度、すなわち曝気槽容積あたりの送風量は、例えば、０．５〜５ｍ³／（ｍ³・時）であり、ｐＨは、例えば、５〜８、好ましくは６〜７である。

つぎに、曝気処理済みの有機性排水を、ライン１ａを通じて固液分離手段２に移送し、溶液相と汚泥相とに固液分離する（固液分離工程）。ここで分離された汚泥が回収汚泥となり、凝集槽４に通じるライン２ａから、固液分離手段２外へ導出される。なお、この回収汚泥は、全部をライン２ａから導出して汚泥改質物の調製に使用してもよいが、大部分を第１の曝気槽１に返送して、この循環によって重ねて浄化処理（曝気処理および固液分離処理）を施し、残りの回収汚泥のみを汚泥改質物としての再利用に供することが好ましい。ここで得られる回収汚泥の含水率は、通常、９８．５〜９９．５％程度である。

続いて、ライン２ａを通る回収汚泥の一部または全部を、ライン３ａを通じて第２曝気槽３に供給し、第２曝気槽３内を曝気する（第２曝気工程）。この第２曝気槽３内の曝気により、前記回収汚泥に好気性生物処理を施して有機物分解を行い、前記回収汚泥の有機物濃度を低減できるのである。

本発明の汚泥処理装置においては、例えば、有機性排水や回収汚泥の有機物濃度、所望の汚泥改質物の有機物濃度等に応じて、第２曝気槽３での曝気処理の有無、その処理程度、曝気処理済み汚泥と回収汚泥との混合比等が設定できる。したがって、回収汚泥の有機物濃度が、所望の汚泥改質物の調製に適している場合には、前記回収汚泥をライン３ａに移送することなく、ライン２ａを通じてそのまま凝集槽４へ移送すればよい。反対に、回収汚泥の有機物濃度が、前記所望の汚泥改質物を得るには高い値を示す場合には、有機物濃度を軽減するために、回収汚泥の一部または全部を第２曝気槽３に移送すればよく、好ましくは一部を第２曝気槽３に供給する。

回収汚泥の移送は、例えば、ポンプ等の供給手段を駆動させ、且つ、汚泥を移送したいラインのバルブを開き、移送させないラインのバルブを閉じればよい。具体的には、例えば、回収汚泥を全て、固液分離手段２から凝集槽４に直接移送する場合には、ライン３ａのバルブ３１を閉め、ライン２ａのバルブ２１を開き、ライン２ａのポンプを駆動させればよく、第２曝気槽３に回収汚泥を全て移送する場合には、ライン３ａのバルブ３１を開き、ライン２ａのバルブ２１を閉め、ポンプ２２を駆動させればよい。また、回収汚泥の一部を第２曝気槽３に移送する場合には、例えば、ライン３ａのバルブ３１およびライン２ａのバルブ２１の両方を開き、ポンプ２２を駆動させればよく、また、例えば、両バルブ３１、２１の開閉程度によって、移送割合を調整することができる。

一方、第２曝気槽３において曝気処理された汚泥（曝気処理済み汚泥）は、ライン３ｂのバルブ３２を開き、ポンプ３３を駆動させることによって、ライン２ａに再度導入することができる。このように曝気処理済み汚泥がライン３ｂを通じてライン２ａに導入されることによって、ライン２ａを通過してきた未処理の回収汚泥（第２曝気処理がされていない回収汚泥）と混合できるのである。すなわち、本実施形態においては、ライン２ａをライン３ｂとが連通することによって、前記回収汚泥と前記曝気処理済汚泥とを混合する手段を形成しているといえる。

前記ライン２ａのみを通過する回収汚泥と、ライン３ｂからの曝気処理済み汚泥との混合比は、例えば、バルブ３１、３２、２１の開閉程度や、ポンプの駆動力の強弱等によって調整できる。この開閉程度や駆動力の調節は、例えば、手動で行ってもよいし、制御手段により自動で行ってもよい。そして、前記両者の混合比は、例えば、有機性排水や各工程における汚泥の有機物濃度に応じて決定できることから、前述のようなセンサの感知結果に基づいて決定することができる。

さらに、前述のようにセンサを備える場合、前述のように、センサが感知した有機物濃度に応じて、各開閉手段（バルブ３１、３２、２１）の開閉や供給手段（ポンプ２２、３３）の駆動を制御する制御手段を備えることが好ましい。このようにセンサの感知結果（有機物濃度）に基づいて、バルブの開閉やポンプの駆動を自動制御すれば、より一層汚泥処理を簡便にできる。このような制御手段としては，公知のコンピューター等を利用できる。なお、具体的な制御方法については後述する。一方、センサを備えていない場合であっても、例えば、センサを使用せずに有機濃度、例えば、ＶＳＳ（強熱減量）等を測定し、この結果を制御手段に入力することによって、制御を行うこともできる。

第２曝気工程においては、前述のような有機物分解によって、例えば、タンパク質やアミノ酸等からアンモニア窒素等の窒素成分が溶出され、硝化反応が起こり、結果的に汚泥のｐＨが低下する場合がある。この際、ｐＨが極端に低下すると、曝気処理（好気性生物処理）の効率低下が懸念されるため、例えば、間欠的に曝気を行うことが好ましい。このように間欠的に曝気を行えば、嫌気状態の間に脱窒反応を進行させて窒素成分を低減し、極端なｐＨ低下を十分に防止することができる。また、脱窒反応の効率を上げるために、さらに第２曝気槽内に攪拌機を備えることが好ましい。

続いて、曝気処理済汚泥と回収汚泥との混合汚泥を、ライン２ａを通じて凝集槽４に供給し、さらに凝集剤を添加して前記混合汚泥を凝集させる（凝集工程）。この凝集剤は、手動で添加してもよいし、前記凝集槽に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備え、自動的に行ってもよい。

凝集の程度は、特に制限されないが、例えば、凝集後の汚泥の沈降速度が、例えば、１〜１０ｃｍ／分の範囲であることが好ましい。

前記凝集剤としては、汚泥を凝集できるものであれば特に制限されず、従来公知のものが使用できるが、凝集効率に優れ、安全性が高く、また、後述する発酵処理において消化され易いことから、例えば、特開２００１−１２９３１０号公報に記載のポリリジンとキトサンとを凝集剤として使用することが好ましい。ポリリジンとキトサンの添加順序は特に制限されず、例えば、両者を混合した凝集剤としてもよいし、処理対象物に対して両者を同時に添加してもよく、また、ポリリジンを添加してからキトサン、またはキトサンを添加してからポリリジンを添加してもよい。なお、前記ポリリジンとキトサンとの添加割合は、例えば、重量比１：９〜９：１の範囲である。前記混合汚泥に前記凝集剤を添加する際には、例えば、前記汚泥のｐＨを、例えば、５〜８の範囲に調整しておくことが好ましい。

前記ポリリジンとしては、例えば、α−ポリリジン、ε−ポリリジンがあげられるが、コストの点からε−ポリリジンが好ましく、具体的には、ストレプトマイセス（Streptomyces）属の放線菌が生産するε−ポリリジン等があげられる。前記放線菌としては、例えば、工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託されている（寄託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１６８１０号）ストレプトマイセスsp.（Streptomyces sp.）ＳＰ−７２株、ストレプトマイセス アルブラス（Streptomyces albulus）ＩＦＯ１４１４７株（微工研菌寄 第３８３４号）、それらの変異株等があげられる。なお、前記ε−ポリリジン生産菌由来のε−ポリリジンは、前記生産菌から培養液中に分泌されるが、前記培養液から分離精製したものを使用してもよいし、培養液の状態で使用してもよい。一方、キトサンとしては、キチンの脱アセチル化率が８０％以上であるキトサン水溶液が好ましい。前記脱アセチル化率が８０％以上のキトサンとしては、例えば、商品名フローナック♯２５０（脱アセチル化率８０％以上；株式会社共和テクノス社製）、商品名コーヨーキトサン ＳＫ−１０（脱アセチル化率８５％以上）、ＳＫ−５０（脱アセチル化率８０％以上）、ＳＫ−２００（脱アセチル化率８０％以上）、ＳＫ−４００（（脱アセチル化率８０％以上；全て甲陽ケミカル株式会社社製）等があげられる。なお、キトサンは、基本的には水に難溶であるため、酢酸水溶液等の弱酸性溶液に溶解した状態で使用することが好ましい。

続いて、凝集汚泥をライン４ａを通じて脱水手段５に移送し、脱水処理を施す（脱水工程）。この脱水手段５は、凝集汚泥の脱水処理を実現できるものであれば特に制限されず、例えば、フィルタプレス、ロールプレス、スクリュープレス等のプレス式脱水機、スクリーン式脱水機、遠心脱水機、真空ろ過機、加圧ろ過機等、従来公知のものが使用できる。なお、この脱水処理において、脱水後の汚泥の含水率を、例えば、９５重量％以下、好ましくは７５〜９０重量％の範囲、より好ましくは７５〜８５重量％に設定することが好ましい。

さらに、脱水後の汚泥をライン５ａを通じて発酵槽６に移送し、前記脱水汚泥に発酵処理を施す（発酵工程）。このような処理によって、汚泥改質物が得られ、得られた汚泥改質物は、例えば、ライン６ａを通じて外部に出される。

この工程においては、前記脱水汚泥に発酵処理のみを施してもよいし、乾燥処理と発酵処理とを施してもよく、例えば、１つの条件で両処理を行ってもよいし、条件を変化させて両処理を別個に行ってもよい。別個に処理する場合には、一般に、乾燥処理を行ってから発酵処理が行なわれる。

発酵槽６は、前記脱水汚泥を乾燥するための条件や発酵条件を維持できるものであればよく、例えば、ヒーターを備えるものや、加熱後の温度を維持できるものが好ましい。また、均一に処理できることから、発酵槽６は、例えば、攪拌機を備えてもよい。

この発酵槽６における処理は、特に制限されないが、例えば、発酵槽６内の汚泥を攪拌しながら、好気性条件下、温度４０〜７０℃の範囲で平均２週間程度処理することが好ましい。なお、この発酵処理によって、発酵槽６内に投入した脱水汚泥の体積を、例えば、１／２〜１／１５程度、好ましくは１／１０程度に減量することが好ましい。発酵処理にあたっては、例えば、バチルス属等の細菌、サッカロマイセス属やトルラ属等の酵母菌、アスペルギルス属やリゾプス属等の糸状菌等、種々の微生物の存在下で処理を行うことが好ましく、前記微生物の種類は１種類でもよいし、２種類以上であってもよい。これらの微生物は、予め発酵槽６に添加しておいてもよいし、汚泥に含まれるものであってもよい。

以上のようにして、汚泥処理装置を用いて汚泥処理を行うことによって、その有機物を適した濃度に調整した汚泥改質物を得ることができる。この汚泥改質物は、例えば、その有機物濃度に応じて、土壌改良剤、土壌脱臭剤、肥料等として使用することができる。この汚泥改質物は、例えば、含水率５０重量％以下、好ましくは３０〜４０重量％の範囲である。

前記汚泥改質物は、その有機物濃度に応じて、例えば、前述のように土壌改良剤、土壌脱臭剤、肥料として使用できる。

（実施形態２）
本発明の汚泥処理装置の他の例について、図２を用いて説明する。なお、特に示さない限り、本実施形態の汚泥処理装置は、前記実施形態１と同様であり、図２において、図１と同一箇所には同一符号を付している。

本実施形態の汚泥処理装置は、第２曝気槽がさらに固液分離手段を備え、前記第２の曝気槽に、前記固液分離手段で分離された分離液を有機性排水に返送するラインが連通されている形態である。この汚泥処理装置を図２の概略図に示す。汚泥処理装置は、第２曝気槽３に、さらに２本のライン９ａ、９ｂを介して固液分離手段９が連結されている以外は、前記実施形態１の装置と同様の構成である。固液分離手段９を備える場合、第２の曝気槽３に供給された回収汚泥は、固液分離手段９に導入された一方のライン９ａを通じて固液分離手段９に移送され、そこで固液分離される。そして、固液分離によって得られた分離液は、固液分離手段９からライン７ａに導出されるライン９ｃを通じて、第１曝気槽１に供給される有機性排水との混合により再利用される。一方、固液分離によって残存した、分離液が除去された汚泥は、再度、他方のライン９ｂを通じて第２曝気槽３に返送され、ここで曝気処理が施される。固液分離手段への回収汚泥の移送は、前記回収汚泥が第２の曝気槽３で曝気処理された後であってもよいし、前記処理前であってもよい。

固液分離手段９は、本形態のように第２曝気槽の外部に連結させてもよいが、この形態には限られず、例えば、第２曝気槽３内に分離膜等の固液分離手段を備えていてもよい（図示せず）。つまり、例えば、第２曝気槽内に分離膜を備える場合、前記処理槽内で曝気処理を行いながら、回収汚泥の膜分離を並行して行うことができる。

このように固液分離を行えば、分離された分離液が除去されるため、例えば、第２曝気槽内の汚泥濃度（有機物濃度、固形分量）を高めることができ、前記第２曝基槽内の汚泥あたりの微生物量が増加するため、有機物濃度の低減をより効果的に行うことができるという効果が得られる。また、この固液分離によって得られる前記分離液（例えば、膜透過水）は、特に、前述のように有機性排水と混合する前に脱リン処理を施すことが好ましい。その理由は、例えば、膜分離によれば、得られる膜透過水のｐＨは酸性域（例えば、約４〜７、好ましくは５〜７）になるため、例えば、ｐＨ調整剤を使用することなく、リン吸着剤によりリンの除去を容易に行うことができるからである。

固液分離手段９としては、例えば、前述と同様のものがあげられるが、中でも膜分離手段が好ましい。前記膜分離手段としては、特に制限されず、例えば、平膜型フィルタ、中空子型フィルタ、スパイラル型フィルタ等の各種分離膜が使用でき、その膜処理方法も、例えば、精密ろ過膜法、限外ろ過膜法、ナノろ過膜法、逆浸透膜法等、様々な方法が適用できることから、例えば、半透膜、逆浸透膜、限外ろ過膜等の各種分離膜等が使用できる。

（実施形態３）
本発明の汚泥処理装置の他の例について、図３を用いて説明する。なお、特に示さない限り、本実施形態の汚泥処理装置は、前記実施形態１と同様であり、図３において、図１および図２と同一箇所には同一符号を付している。

本実施形態の汚泥処理装置は、さらに、汚泥再基質化手段を有し、前記汚泥再基質化手段が、２本のラインを介して第２曝気槽に連通され、一方のラインが、前記曝気処理された汚泥を前記汚泥再基質化手段に移送させるラインとなり、他方のラインが、汚泥再基質化手段で処理された汚泥を前記第２の曝気槽に返送するラインとなる形態である。この汚泥処理装置を、図３の概略図に示す。汚泥処理装置は、第２曝気槽３に、さらに２本のライン１０ａ、１０ｂを介して汚泥再基質化処理槽１０が連結されている以外は、前記実施形態１の装置と同様の構成である。

第２曝気槽３は、前記実施形態２で述べたように、その内部に固液分離手段（図示せず）を備えてもよいため、本実施形態においては固液分離手段で分離された分離液（例えば、膜透過液）をライン７ａに導入するライン３ｃを示している。なお、これには限定されず、第２の実施形態と同様に、固液分離手段が第２曝気槽と連結してもよく、その場合、汚泥の移送順序は、例えば、第２曝気槽から、汚泥再基質化処理槽を経て固液分離手段に供給され、固液分離された分離液が外部へ、分離液を除去した余剰の汚泥が第２曝気槽に返送されてもよいし、固液分離手段を経て、余剰の汚泥が汚泥再基質化処理槽に移送されてもよい。

本発明においては、汚泥再基質化処理とは、例えば、微生物が吸着・同化等により分解できるような状態に汚泥（例えば、汚泥に含まれる有機物）を処理すること、微生物の基質（栄養源）となるように汚泥を分解（例えば、低分子化）する処理を意味する。

前記汚泥再基質化処理槽１０は、前述のように汚泥を再基質化できる手段であれば、その構成は特に制限されない。例えば、超音波処理、オゾン処理、アルカリ処理、酸処理、酸化剤処理、高温処理、高圧処理、高温高圧処理、物理的破砕処理、微生物処理、酵素処理、界面活性剤処理等を行える手段があげられる。

中でも汚泥再基質化処理槽１０により汚泥の超音波処理を行うと、以下のような理由により、前記汚泥の再基質化ができる。すなわち、超音波処理を行うと、汚泥中に存在する気体分子に正の圧力と負の圧力とが交互に掛かるため、気体分子は、正の圧力により圧縮され、瞬時に負の圧力によって膨張する。この圧縮と膨張との繰り返しにより、気体分子は非常に高い圧力を有し、結果にはその圧力の限界で崩壊する（これをキャビテーションという）。このキャビテーションにより高温・高圧の反応場が形成されるため、例えば、汚泥を破砕し、微生物の基質として利用できるのである。なお、超音波処理以外の汚泥再基質化手段についても同様である。

前記超音波処理の条件は特に制限されないが、例えば、１０〜１００ｋＨｚの範囲で、１〜１００分程度が好ましい。

（実施形態４）
次に、最終的に製造したい汚泥改質物の有機物濃度に応じて、第２曝気槽への回収汚泥の移送の要否を決定したり、回収汚泥と第２曝気処理済み汚泥との混合比（混合割合）等を制御する方法について説明する。

この移送の要否、ならびに混合比は、例えば、予め準備した、回収汚泥の有機物濃度とそれから製造される汚泥改質物の有機物濃度との関係を示すデータ（例えば、演算式）から、決定することができる。例えば、前記データから、調製する汚泥改質物の有機物濃度とそれに対応する回収汚泥の有機物濃度（以下、「基準値」という）を設定しておき、実際に固液分離手段で得られた回収汚泥が前記「対応する回収汚泥の基準値」よりも高い場合には、第２曝気槽への移送が必要と決定でき、さらに、「対応する回収汚泥の基準値」に設定するための前記混合比の決定は、第２曝気槽で処理された処理済み汚泥の有機物濃度と回収汚泥の有機物濃度とから、算出することができる。また、「対応する回収汚泥の基準値」を満たす場合には、第２曝気槽への移送は不要であり、且つ、そのまま凝集槽への移送を行うとの決定ができる。

具体的には、制御手段すなわち制御部は、入力された汚泥改質物の所望の有機物濃度と基準値ならびにセンサからの信号（例えば、回収汚泥の有機物濃度）に基づいて演算処理を行う。この演算処理によって、第２曝気槽への移送の有無や混合比を決定し、この演算処理結果をデジタル信号に変換して、この信号を各種バルブやポンプ等に送信し、これによって、バルブの開閉や、ポンプの駆動・停止を調節する。このような制御部としては、特に制限されないが、例えば、通常のコンピューターが使用できる。なお、前記制御部は、通常、バルブ等の開閉手段ならびにポンプ等の供給手段と、制御信号を送受信する回路とにより接続されている。

予め準備する前述の「基準値」としては、対応する回収汚泥の有機物濃度には限られず、例えば、有機性排水の有機物濃度、第１曝気槽における有機性排水の有機物濃度等のいずれであってもよい。

なお、ここで言う有機物濃度とは、例えば、手動または前述のようなセンサで検知されるいずれか一つの結果（例えば、ＳＳ値）であってもよいし、複数のセンサによる結果や、それらの比であってもよい。有機物濃度の比としては、例えば、ＴＯＣ値／ＳＳ値、ＢＯＤ値／ＳＳ値、ＶＳＳ値／ＳＳ値、ＣＯＤ値／ＳＳ値等があげられる。

このような移送の要否の決定、混合比の決定を自動的に行う場合には、例えば、前記データに基づく演算部、データ入力部、出力部、比較検定部、記憶部、設定部等を備えることにより行うことができる。

つぎに、汚泥処理装置の制御方法の一例を、図１に示す汚泥処理装置に基づいて、図４のフローチャートを用いて説明する。

図４に示すように、固液分離手段から回収された回収汚泥の有機物濃度が各種センサによって測定され、基準値より大きいか否かが決定される。そして、基準値を満たす場合には、制御手段によって、ライン２ａのバルブ２１が開き、且つ、ポンプ２２が駆動され、回収汚泥は凝集槽４に移送されて凝集処理が行われる。続いて脱水手段の駆動により脱水処理、発酵槽の駆動により発酵処理が行われる。これによって、最終的に所望の有機物濃度である汚泥改質物が製造される。

一方、基準値より大きい場合には、制御手段によって、バルブ３１が開き、且つ、ポンプ２２が駆動され、回収汚泥は第２曝気槽に移送される。そして、第２曝気槽の駆動により、曝気処理が施される。

つぎに、曝気処理後の汚泥について有機物濃度が測定され、基準値に合致する場合には、制御手段によりバルブ３２が開き、ポンプ３３が駆動され、続く凝集槽４に移送されて凝集処理が施され、続いて脱水処理等が行われることによって所望の汚泥改質物が製造される。他方、曝気処理後の汚泥の有機物濃度が基準値より低い場合には、その有機物濃度と回収汚泥の有機物濃度とから、両者の混合比が演算部において演算され、制御手段によりバルブ２１、３２が開き、ポンプ２２、３３が駆動されて、前記両者が混合される。そして、この混合汚泥が凝集槽４に移送され、各処理が施されて所望の汚泥改質物が製造される。

以上のように、本発明の汚泥処理装置ならびに汚泥処理方法によれば、回収汚泥を第２曝気槽において曝気処理することにより、前記回収汚泥の有機物濃度を低減することができる。このため、回収汚泥を曝気処理することにより、用途に応じた有機物濃度である汚泥改質物を容易に調製することができる。したがって、本発明の汚泥処理装置や汚泥処理方法を用いて汚泥改質物を調製すれば、より一層、汚泥改質物の用途を広げることができる。

図１は、本発明の汚泥処理装置の一例を示す概略図である。 図２は、本発明の汚泥処理装置のその他の例を示す概略図である。 図３は、本発明の汚泥処理装置のさらにその他の例を示す概略図である。 図４は、本発明の汚泥処理装置における制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１：第１曝気槽
２：固液分離手段
３：第２曝気槽
４：凝集槽
５：脱水手段
６：発酵槽
１ａ、２ａ、３ａ、３ｂ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ：ライン
９：固液分離手段
１０：汚泥再基質化槽

Claims (27)

1. 有機性排水に曝気処理する第１の曝気処理槽、
   曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離手段、
   固液分離により回収した汚泥を凝集させる凝集槽、
   凝集処理した汚泥を脱水する脱水手段、
   脱水した汚泥を発酵させる発酵槽を含む汚泥処理装置であって、
   さらに、
   固液分離により回収した汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２の曝気処理槽と、前記固液分離により回収した汚泥と前記第２の曝気処理槽で処理された汚泥とを混合する手段とを含むことを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記固液分離により回収した汚泥と前記第２の曝気処理槽で処理された汚泥との混合比を調整する調整手段を有する請求項１記載の汚泥処理装置。
3. 前記第１の曝気処理槽、第２の曝気処理槽および固液分離手段からなる群から選択された少なくとも一つが、有機物濃度を感知するセンサをさらに備える請求項１または２記載の汚泥処理装置。
4. 前記固液分離により回収した汚泥と前記第２の曝気処理槽で処理された汚泥との混合比を調整する調整手段を有し、前記調整手段が、センサが感知した有機物濃度に応じて前記混合比を調整する手段である請求項３記載の汚泥処理装置。
5. 前記固液分離手段と前記凝集槽とを連通するライン（第１ライン）、ならびに前記第１ラインと第２の曝気処理槽とを連通する２本のライン（第２ライン、第３ライン）を有し、前記第２ラインが、前記固液分離により回収した汚泥を第２の曝気処理槽に移送させるラインであり、第３ラインが、第２の曝気処理槽で処理された汚泥を前記第１ラインに返送するラインである請求項１〜４のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
6. 第１ライン、第２ラインおよび第３ラインがそれぞれ開閉手段を有し、前記第１ラインは、第２ラインの連通部と第３ラインの連通部との間に前記開閉手段を有している請求項５記載の汚泥処理装置。
7. 前記第１の曝気処理槽、第２の曝気処理槽および固液分離手段からなる群から選択された少なくとも一つが、さらに有機物濃度を感知するセンサを備え、前記センサが感知した有機物濃度に応じて、前記各開閉手段の開閉を制御する制御手段を備える請求項６記載の汚泥処理装置。
8. 第１ラインおよび第３ラインが、それぞれ汚泥の供給手段を有し、前記第１ラインは、固液分離手段との連通部と第２ラインとの連通部との間に、前記汚泥の供給手段を備えている請求項６または７記載の汚泥処理装置。
9. 前記第１の曝気処理槽、第２の曝気処理槽および固液分離手段からなる群から選択された少なくとも一つが、さらに有機物濃度を感知するセンサを備え、前記センサが感知した有機物濃度に応じて、前記各供給手段の駆動を制御する制御手段を備える請求項８記載の汚泥処理装置。
10. 前記供給手段が、ポンプである請求項８または９記載の汚泥処理装置。
11. 前記センサが、ＴＯＣ計、ＢＯＤ計、ＣＯＤ計およびＳＳ計からなる群から選択された少なくとも一つのセンサである請求項７または９記載の汚泥処理装置。
12. 第２の曝気処理槽が、さらに固液分離手段を備え、前記第２の曝気処理槽に、前記固液分離手段で分離された分離液を有機性排水に返送するラインが連通されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
13. さらに、固液分離手段を備え、前記固液分離手段が、２本のラインを介して前記第２の曝気処理槽に連通され、一方のラインが、第２の曝気処理槽から前記固液分離手段に汚泥を移送させるラインであり、他方のラインが、前記固液分離手段により分離液が除去された汚泥を前記第２の曝気処理槽に返送するラインである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
14. 前記固液分離手段が、膜分離手段である請求項１２または１３記載の汚泥処理装置。
15. さらに、汚泥再基質化手段を有し、前記汚泥再基質化手段が、２本のラインを介して第２の曝気処理槽に連通され、一方のラインが、第２の曝気処理槽から前記汚泥再基質化手段に汚泥を移送させるラインであり、他方のラインが、前記汚泥再基質化手段で処理された汚泥を前記第２の曝気処理槽に返送するラインである請求項１〜１４のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
16. 前記汚泥再基質化手段が、超音波処理、オゾン処理、アルカリ処理、酸処理、酸化剤処理、高温処理、高圧処理、高温高圧処理、物理的破砕処理および微生物処理からなる群から選択された少なくとも一つの処理手段である請求項１５記載の汚泥処理装置。
17. さらに、前記凝集槽に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備える請求項１〜１６のいずれか一項に記載の汚泥処理装置。
18. 有機性排水に曝気処理する第１の曝気処理工程、
    曝気処理した有機性排水を固液分離する固液分離工程、
    固液分離により回収した汚泥を凝集させる凝集工程、
    凝集処理した汚泥を脱水する脱水工程、および
    脱水した汚泥を発酵させる発酵工程を含む汚泥処理方法であって、
    さらに、
    前記凝集工程に先立って、
    前記固液分離工程により回収した汚泥の少なくとも一部を曝気処理する第２の曝気処理工程、および、
    前記固液分離工程により回収した汚泥と前記第２の曝気処理工程において処理された汚泥を混合する混合工程とを含み、
    前記凝集工程において、前記混合工程で調製した混合汚泥を凝集させることを特徴とする汚泥処理方法。
19. 第１の曝気処理工程、第２の曝気処理工程および凝集工程からなる群から選択された少なくとも一つの工程における汚泥の有機物濃度に応じて、前記固液分離工程において回収した汚泥と前記第２の曝気処理槽で処理された汚泥との混合比を調整する請求項１８記載の汚泥処理方法。
20. 第２の曝気処理工程において、第２の曝気処理を行った汚泥を膜分離し、膜透過液を前記有機性排水に添加する請求項１８または１９記載の汚泥処理方法。
21. 第２の曝気処理工程において、第２の曝気処理を行った汚泥に、さらに汚泥再基質化処理を施す請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の汚泥処理方法。
22. 前記汚泥再基質化処理が、超音波処理、オゾン処理、アルカリ処理、酸処理、酸化剤処理、高温処理、高圧処理、高温高圧処理、物理的破砕処理、微生物処理、酵素処理および界面活性剤処理からなる群から選択された少なくとも一つの処理である請求項２１記載の汚泥処理方法。
23. 前記凝集工程において、汚泥に凝集剤を添加する請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の汚泥処理方法。
24. 前記凝集剤が、ポリリジンとキトサンとを含み請求項２３記載の汚泥処理方法。
25. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の汚泥処理装置を用いた汚泥処理方法。
26. 請求項１８〜２５のいずれか一項に記載の汚泥処理方法を用いた汚泥改質物の製造方法。
27. 請求項２６記載の汚泥改質物の製造方法によって製造された汚泥改質物。

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