JP2005246347A - 汚水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、処理水の水質には影響を及ぼさない汚水の処理方法及びその処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】汚水を生物処理する曝気槽２と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る沈殿槽３と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、引き抜き汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽８と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する可溶化処理槽９と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽１０と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する汚泥返送配管１２とを具備することを特徴とする汚水の処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性汚水の処理方法およびその処理装置に関する。

従来、下水などの有機性汚水を処理する施設においては、活性汚泥法などの生物学的処理法が採用されている。例えば、活性汚泥法による場合、曝気槽で汚水中の有機物質を微生物により分解させ、この汚水を沈殿槽へ送って処理水と汚泥に分離する処理が行われる。分離された汚泥は曝気槽へ返送されるが、その一部は余剰汚泥として系外へ抜き出され、脱水処理される。

抜き出される余剰汚泥は、その発生量が大量である上に、脱水処理をした汚泥であっても、８０％以上にも及ぶ含水率を有する。従って、前記余剰汚泥はごく一部が有効利用されているだけであって、大部分は廃棄物として処分されている。このため、余剰汚泥の処分方法が有機性汚水処理技術における大きな課題になっている。

即ち、汚泥の処分に際しては、脱水汚泥のまま、あるいは脱水汚泥を焼却処理した後に埋立て処分されている。近年、廃棄物処分場を新設する敷地を確保することが非常に困難になっており、汚泥をたやすく埋立て処分することができない状況になっている。

このため、余剰汚泥の処分費用が高騰し、汚水処理費全体に対する余剰汚泥の処分費が非常に大きな割合を占めるようになっている。また、汚泥を焼却処理すれば、大幅に減容化され、埋立処分がしやすくなるが、新たに焼却設備を設置しなければならず、その設備の建設費と運転に関わる費用の負担が非常に大きい。特に、小規模の水処理施設においては、上記費用の負担率は極めて大きくなる。

従来、上記の問題に対処して余剰汚泥の発生量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示された汚水の処理技術においては、返送汚泥の一部を抜き出し、この汚泥にアルカリを加えてアルカリ処理し、次いで、アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素または好気条件下で生物学的に処理した後、曝気槽などの生物処理工程へ返送する処理が行われる。
特開２００１−３４７２９６号公報

特許文献１の技術では、抜き出された返送汚泥がアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階で処理され、汚泥中の有機物が分解して可溶化する反応が進行し、この可溶化処理された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送している。従って、特許文献１の技術によれば、余剰汚泥の発生量が著しく減少できる。

しかし、特許文献１の技術により汚水の処理を行った場合、余剰汚泥の発生量が著しく減少すると言う効果が得られるが、汚泥中の難分解性物質などの分解が十分に行われないために、返送汚泥を分解する処理を行わない場合に比べて、処理水のＳＳやＣＯＤ値が高くなり、水質が悪化するという問題が発生することが分かった。

本発明は、上記の問題を解決し、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、処理水の水質には影響を及ぼさない汚水の処理方法およびその処理装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る汚水の処理方法及び処理装置は、以下のとおりである。

（１）汚水を生物処理する工程と、生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する工程と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を生物処理する系に返送する工程とを具備することを特徴とする汚水の処理方法。

（２）前記第２の可溶化処理工程が、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理好気性消化処理、のいずれかであることを特徴とする上記（１）に記載の汚水の処理方法。

（３）引き抜き汚泥のアルカリ処理に先だって、汚泥を濃縮することを特徴とする上記（１）に記載の汚水の処理方法。

（４）汚水を生物処理する生物処理系と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、引き抜き汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する処理装置と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする汚水の処理装置。

（５）前記第２の可溶化処理装置が、酸処理装置、オゾン処理装置、熱処理装置、ビーズミル処理装置、溶菌剤処理装置、超音波処理装置、好気性消化処理装置、のいずれかであることを特徴とする上記（４）に記載の汚水の処理装置。

本発明によれば、余剰汚泥の発生量が著しく減少するとともに、汚泥中の難分解性物質の分解も進行させることにより、処理水の水質が向上し、汚泥可溶化工程が設けられていない汚水処理装置から排出される処理水の水質に近づけることが可能となる。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、汚水を生物処理する方法としては、例えば活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法があるが、これらに限定されるものではない。

本発明者らは、従来技術によれば、汚泥中の難分解性物質が分解されずに残存し、放流水とともに系外に流出するという問題について、検討と実験を重ねた結果、従来技術における汚泥の可溶化条件が、必ずしも必要かつ十分であるとは言えないとの結論を得た。即ち、難分解性の物質が残存し処理水の水質が悪くなると言うことは、汚水を処理する曝気槽などの生物処理工程における有機物の分解が、十分に進行していないと言うことになる。可溶化処理した汚泥を返送した場合、汚水を処理する生物処理工程では、可溶化された汚泥が返送されてきた分だけ可溶性のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）負荷が大きくなるが、その可溶化された成分が十分に低分子化され、易分解性物質になっていれば、その大部分は容易に分解されて消失する筈である。

返送汚泥を可溶化させるために行うアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階の処理は、まず、汚泥をアルカリ処理することによって汚泥の組織を破壊して溶解させ、次いで、生物学的処理でさらに分解して、低分子量の有機酸類などにまで分解させる処理を行うものである。そして、上記のように低分子化されたものを汚水の生物処理工程へ返送すれば、それらは容易に分解処理される。しかし、上記２段階の処理において、汚泥の可溶化処理が不十分であれは、汚水の生物処理工程には難分解性の高分子物質が返送される。

上記のような状態を避け、十分に低分子化された易分解性の汚泥を汚水の生物処理工程へ返送するためには、更なる汚泥の可溶化処理を行う必要がある。そこで、本発明においては、アルカリ処理と生物学的処理の問に、もう１つの汚泥可溶化処理工程を設け、汚泥の分解を十分に行わせる。この第２の可溶化処理工程は、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、好気性消化処理、のいずれかにて行う。この方法によって、難分解性物質生成の極めて少ない、十分な汚泥の可溶化処理が達成される。

本発明において、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程に先立って、汚泥を濃縮することが好ましい。これにより、アルカリ効率が上がり、少ないアルカリ添加で同等の効果が得られる。また、装置を小型化できるという利点がある。

図１は、本発明に係る汚水の処理装置の一例を示す図である。この汚水処理装置は、汚水を処理するラインＬ_１と汚泥を処理するラインＬ_２とを具備している。前記ラインＬ_１には、流入する汚水１を好気的条件で処理する生物処理系としての曝気槽２と、この曝気槽２の下流側に配置された固液分離装置としての沈殿槽３が設けられている。ここで、沈殿槽３は、前記曝気槽２から排出された汚水１を受け入れて汚泥を沈降させ、処理水４と返送汚泥５に分離する機能を有している。なお、図1中の符番６は、返送汚泥５を曝気槽２へ返送する返送汚泥配管である。

前記ラインＬ_２には、沈殿槽３から排出された汚泥の一部７に、アルカリ剤を添加して汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽８、このアルカリ処理槽８から排出された汚泥を汚泥を可溶化する汚泥可溶化槽（処理装置）９、この汚泥可溶化槽９から排出された汚泥を生物学的に処理して可溶化分解する生物学的可溶化槽１０が順に設けられている。

このとき、汚泥可溶化槽９では、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、好気性消化処理、のいずれかの処理を行う。また、生物学的可溶化槽１０は、緩やかに攪拌されながら、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。なお、図中の符番１１はアルカリ処理槽８へアルカリ剤を供給するアルカリ剤供給装置、符番１２は可溶化処理した汚泥を曝気槽２へ返送する可溶化汚泥返送配管である。ここで、可溶化汚泥返送配管１２は、汚泥返送手段の一部をなしている。前記アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのような溶解度の大きなものが望ましい。

上述したように、図１に係る汚水の処理装置は、汚水１を生物処理する曝気槽２と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水４と返送汚泥５とを得る沈殿槽３と、前記返送汚泥５の一部から引き抜き汚泥を得る汚泥返送配管６と、引き抜き汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽８と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する汚泥可溶化槽９と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽１０と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する可溶化汚泥返送配管１２とを具備した構成となっている。なお、請求項４において、返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段とは、図1では汚泥の一部7を得る手段（即ち、汚泥をバイパスさせる手段）を示す。

なお、本発明に係る装置の構成は図１に示す装置の組合せに限定されるものではない。例えば、汚水処理工程には、生物処理槽として活性汚泥法を想定して曝気槽２が設けられているが、本法以外にも、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などで汚水処理を行う装置を使用してもよい。

アルカリ処理槽８へ供給するアルカリ剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのような溶解度の大きなものが望ましい。

上記構成の装置による汚水処理は、次のように行われる。
まず、大きな固形物や砂などの比重の大きい固形分が除去された汚水１が、曝気槽２へ流入し、生物処理される。この際、返送汚泥配管６から多量の返送汚泥が曝気槽２に導入される。生物処理されて浄化された水は、汚泥と共に沈殿槽３へ送られる。沈殿槽３では、上澄水の層と汚泥の層からなる２層が形成され、上澄水は処理水として排出される。一方、沈降した汚泥は返送汚泥配管６を経由して曝気槽２へ返送される。

そして、返送汚泥配管６から返送汚泥５の一部が抜き出されて、アルカリ処理槽８へ投入され、アルカリ剤供給装置１２からアルカリ剤が添加され、汚泥のｐＨが８〜１２．５、好ましくは９〜１１の範囲内の所定値になるように調節される。アルカリ剤が添加された汚泥は３〜２４時間程度の間攪拌されてアルカリ処理される。その後、処理汚泥は汚泥可溶化槽９に送られ可溶化を進行させる。汚泥可溶化槽９としては、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、好気性消化処理、のいずれかにて行われ、処理時間等の条件は各処理方法に適した値に設定する。

汚泥可溶化槽９から排出された汚泥は、生物学的可溶化槽１０へ送られ、１日〜３日程度の間、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。この生物学的可溶化槽１０における処理によって、前段のアルカリ及び可溶化処理によって破壊された汚泥の更なる分解が進行し、有機酸類などのような化合物にまで低分子化され、難分解性物質の残存量は極めて低減される。

アルカリ処理槽８から排出された汚泥は、可溶化汚泥返送配管１２を経て曝気槽２へ返送される。可溶化汚泥が返送された曝気槽２においては、流入汚水中のＢＯＤ成分が分解されると共に、低分子化された可溶化汚泥中のＢＯＤ成分が分解される。

このように、本発明に係る汚水の処理方法は、汚水１を生物処理する工程と、生物処理後の汚水を固液分離して処理水４と返送汚泥５とを得る工程と、前記返送汚泥５の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、引き抜き汚泥をアルカリ処理槽８でアルカリ処理する工程と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて汚泥可溶化層９で可溶化処理する工程と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的可溶化槽１０で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を生物処理する系に返送する工程とを具備することを特徴としている。

本発明法のように低分子化が十分に進行していれば、殆どの可溶化汚泥中の成分が二酸化炭素と水（および脱窒処理能力を有している処理場では窒素）にまで完全分解されるため、処理水と共に流出する可溶化汚泥成分が著しく減少し、処理水質の悪化を最小限に抑えることができる。

次に、具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示す装置と同様の構成による汚水処理装置を使用し、下水処理場から採取した下水の処理を行った。なお、アルカリ処理槽と生物学的可溶化槽は密閉構造で、曝気せずに機械攪拌だけを行うものにした。本実施例では、アルカリ処理と生物学的処理の間の可溶化処理法として、オゾン処理を実施した。

比較例としては、図２に示すようにアルカリ−生物処理のみの２段階処理とした。なお、図１と同部材は同符番を付して説明は省略する。実験条件を下記表１に示す。また、実験結果を下記表２に示す。

表１より、本実施例の場合、比較例と比べて、可溶化率が大きく、かつ処理水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）が共に小さく、比較例と比べて優れた処理水質が得られることが確認できた。

図１本発明の一例を説明するための図。 図２本発明に対する比較となる一例を説明するための図。

符号の説明

２…曝気槽、３…沈殿槽、６…返送汚泥配管、８…アルカリ処理槽、９…汚泥可溶化槽、１０…生物学的可溶化槽、１１…アルカリ剤供給装置、１２…可溶化汚泥返送配管。

Claims (5)

1. 汚水を生物処理する工程と、生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、引き抜き汚泥をアルカリ処理する工程と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する工程と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化分解する工程と、可溶化された汚泥を生物処理する系に返送する工程とを具備することを特徴とする汚水の処理方法。
2. 前記第２の可溶化処理工程が、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理好気性消化処理、のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
3. 引き抜き汚泥のアルカリ処理に先だって、汚泥を濃縮することを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
4. 汚水を生物処理する生物処理系と、生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、引き抜き汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽と、アルカリ処理後の汚泥を、第２の可溶化処理工程にて可溶化処理する処理装置と、可溶化処理後の汚泥を、さらに第３の可溶化工程にて嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする汚水の処理装置。
5. 前記第２の可溶化処理装置が、酸処理装置、オゾン処理装置、熱処理装置、ビーズミル処理装置、溶菌剤処理装置、超音波処理装置、好気性消化処理装置、のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の汚水の処理装置。

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