JP2005305222A - 有機質汚泥処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機性汚水の活性汚泥処理施設から排出される余剰活性汚泥を大幅に減量化して系外への廃棄を微量にする。
【解決手段】 適宜な微生物ヘッド及び曝気機構１６を備えて好気性消化処理を行う生物処理曝気槽１４と、生物処理曝気槽１４内の処理液を取り出し固液分離する沈殿槽２１と、沈殿槽内の沈殿汚泥を引き抜き紫外線殺菌機構及びオゾン供給機構と生物処理曝気槽１４への戻し機構を備えた酸化処理槽４１とを備え、余剰汚泥を可溶化して再度微生物消化処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性汚水の活性汚泥処理施設から排出される余剰活性汚泥を大幅に減量化する有機質汚泥処理方法及び処理装置に関する。

下水や食品工場からの排水処理手段として、汚水の微生物による好気性消化処理が知られているが、これらの処理施設から大量の余剰活性汚泥が発生する。これらの汚泥は、脱水処理した後、再度発酵処理を施して肥料化したり、焼却処分を行っている。しかしこれらの汚泥処理はコスト高となるので、従前より余剰汚泥の減容化が提案されている。

具体的には、特開平６−２０６８８号公報（特許文献１）に、好気性消化槽（生物処理槽）から直接汚泥含有の処理液を引き抜き、オゾン添加による酸化処理を行う汚泥減容化技術が開示されている。

また特開平９−７５９７８号公報（特許文献２）には、好気性消化槽（生物処理槽）からの処理水と余剰活性汚泥を、沈殿槽で固液分離した後汚泥を引き抜き、高温処理後にオゾン酸化処理を行う汚泥減容化技術が開示されている。

また特開平１１−３３５９８号公報（特許文献３）には、好気性消化槽（生物処理槽）からの処理水と余剰活性汚泥を、沈殿槽で固液分離した後汚泥を引き抜き、オゾン酸化処理を行った後、汚泥の曝気処理を行い、固液分離した処理水のみを好気性消化槽（生物処理槽）に戻す汚泥減容化技術が開示されている。

更に特開２００１−３１４８８６号公報（特許文献４）には、好気性消化槽（生物処理槽）から直接汚泥含有の処理液を引き抜き、オゾン添加による酸化処理及び紫外線照射による汚泥減容化技術が開示されている。

特開平６−２０６８８号公報。 特開平９−７５９７８号公報。 特開平１１−３３５９８号公報。 特開２００１−３１４８８６号公報。

しかし前記の各手法は必ずしも効率的な汚泥減容化手段とはいえない。即ち特許文献１，４に記載されているように、好気性消化槽（生物処理槽）から直接処理水と余剰汚泥を引き抜いた場合には、多量の処理水を含むので酸化（オゾン処理）や紫外線照射による汚泥減容効率が悪く、また処理水を多量に含む処理工程となり、システム全体の運用効率（ポンプ稼動効率）が悪くなる。

また特許文献２，３に記載されたように、好気性消化槽（生物処理槽）からの処理水と余剰活性汚泥を、沈殿槽で一旦固液分離した後、汚泥を引き抜き減容処理する場合には、前記の好気性消化槽（生物処理槽）から直接引き抜く手段より効率的であるといえるが、オゾン処理のみによる汚泥減容化には限界がある。

更に特許文献２に開示されているような加熱装置（熱交換装置）の組み込みが必要である場合には、省エネの点から問題がある。

そこで本発明は、簡易な設備で効果的な余剰汚泥の減容化を実現する新規な有機質汚泥処理手段を提案したものである。

本発明に係る有機質汚泥処理方法は、所定の曝気槽での微生物による汚水の好気性消化処理を行い、前記生物処理曝気槽から引き抜いた処理液を所定の沈殿槽で固液分離し、得られた有機質余剰汚泥を、紫外線殺菌と同時にオゾン添加処理を施して可溶化する汚泥減容化処理を行った後、再度好気性生物消化処理系に戻して再処理を行ってなることを特徴とするものである。

また前記の汚泥減容化処理に際して、更に酸化剤添加処理を同時に行ったことを特徴とするものである。

また本発明に係る有機質汚泥処理装置は、適宜な微生物ヘッド及び曝気機構を備えて好気性消化処理を行う生物処理曝気槽と、生物処理曝気槽内の処理液を取り出し固液分離する沈殿槽と、沈殿槽内の沈殿汚泥を引き抜き紫外線殺菌機構及びオゾン供給機構並びに処理済液を好気性消化処理系に戻す経路を備えた酸化処理槽とを備えてなることを特徴とするものであり、また酸化処理槽に酸化剤添加機構を付設してなることを特徴とするものである。

従って通常の生物処理曝気槽での好気性消化処理を行って、生物処理曝気槽から汚泥含有の処理液を取り出し、沈殿槽による固液分離を行い、処理水は通常通り減菌処理して廃棄し、沈殿した汚泥は沈殿槽から引き抜き、この引き抜き汚泥を酸化処理槽に収納し、紫外線殺菌及びオゾン酸化、更には酸化剤による処理を同時に施すと、これらの相乗効果で酸化が促進され汚泥が可溶化する。そして再度生物処理曝気槽に戻して分解処理することで、処理系全体からの廃棄汚泥を激減させる。

その裏づけとして、図４に例示したとおりの実験装置によって汚泥減容の確認を行った。実験装置は、直径５００ｍｍ、高さ１７００ｍｍ、有効容量２２０Ｌの反応槽（酸化処理槽４１）の中央に、紫外線ランプ及び紫外線ランプによってオゾンを生成する紫外線オゾン発生装置（光酸化機構４２：紫外線ランプ１００Ｗ）を立て込み、前記紫外線オゾン発生装置にコンプレッサー（オゾン空気供給部４２６：６０Ｌ／ｍｉｎ）を接続し、更に次亜塩素酸ソーダの添加機構（酸化剤供給機構４３）を付設したものである。

この実験装置によって、図５に示した成分の処理対象液に対して、紫外線照射とエアー攪拌、紫外線照射とオゾン供給、紫外線照射及びオゾン供給に更に次亜塩素酸ソーダの添加を行って、１０時間後の汚泥減容化率を測定した結果が図６の表の通りである。尚汚泥の減容化の指標として活性汚泥浮遊物量ＭＬＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を採用した。

即ち紫外線照射とオゾン供給による効果的な汚泥減容化が実現すること、更に次亜塩素酸ソーダの添加を行うと、著しい減容効果が認められることが確認できた。

また酸化剤の投入量については、図５の成分の汚泥を使用し、次亜塩素酸ソーダの添加量を３Ｌ，５Ｌ，１０Ｌ，１５Ｌと変えて測定した結果が図７の表の通りである。尚この結果から、添加量については減容の程度とは比例しないこと、即ち汚泥によって効率的な限界値が存在することが確認でき、実施に際して最適量以下を採用することが必要である。また上澄み液のＣＯＤ値が高くなっている点並びに、遊離塩素を含んでいるので、生物処理曝気槽へ戻した場合の微生物への影響を考慮する必要がある。

以上のように本発明は、汚水の好気性消化処理で生ずる有機質余剰汚泥を、固液分離した後紫外線殺菌と同時にオゾン添加処理更には酸化剤添加を施して汚泥を効率的に可溶化し、再度好気性生物消化処理を行う有機質汚泥処理の手段で、系外への余剰汚泥を減量化でき、汚泥脱水ケーキの廃棄処理に関わる繁雑さを激減させたものである。

次に本発明の実施の形態について説明する。実施形態は、本発明方法を実現する本発明装置の例について説明する。

実施形態に示した処理装置は、基本的には従前の汚水処理施設と同様に、生物消化槽部１と、沈殿槽部２と、放水処理部３と、酸化処理槽部４とで構成される。

生物消化槽部１は、処理対象汚水Ａから固形物を除去するためのスクリーン１１、汚水溜めとなる原水槽１２、生物消化に不適切な状態とならないようにｐＨや濃度等の調整を行う曝気機構を有する調整槽１３と、生物消化を実施する生物処理曝気槽１４を流路順に設けている。

また生物処理曝気槽１４は、曝気機構１６を内装してなる。また必要に応じて微生物の育成床となる微生物ヘッド１５を組み込んでも良い。但し本実施形態では、微生物へッド１５は採用しなかった。

沈殿槽部２は、沈殿槽２１と、前記沈殿槽２１に付設した生物処理曝気槽１４からの導入経路２２、及び放水経路２３、及び沈殿物の引き抜き経路２４とを備えてなる。

また放水処理部３は、放水経路２３の放水先に設けた減菌槽３１と放水路３２からなる。

酸化処理槽部４は、酸化処理（汚泥減容化処理）を行う酸化処理槽４１と、酸化処理槽４１内に設置した光酸化機構４２と、酸化剤添加機構４３を備え、酸化処理前の汚泥濃縮を実現する汚泥槽（汚泥曝気槽）４４とを備えている。

経路順に説明すると、沈殿槽部２の引き抜き経路２４に汚泥槽４４を接続する。この汚泥槽４４は、曝気機構を付設してなる。これは、汚泥減容化は生物濃度が高いほど効率的であるので、余剰汚泥の好気性を維持する必要から設けたものである。尚一部の余剰汚泥の微生物を生物処理曝気槽１４に戻す返還路４４１を付設しておく。

酸化処理槽４１は、前記汚泥槽４４から処理対象汚泥を取り入れ、処理後に再基質化槽４５に送り出すもので、排出経路４１１には、開閉弁４１２を介設してなる。排出経路４１１は、生物消化槽部１の原水槽１２又は調整槽１３に戻すようにしてなる。

光酸化機構４２は、石英管４２１内に紫外線灯（波長２５３．７ｎｍ，１８４．９ｎｍ）４２２を内装し、更に石英管４２１の上部に空気供給管（オゾン空気供給部となるポンプ４２６と連結）４２３を連結し、石英管４２１の内底に一端を開口したオゾン取出管４２４を内装し、オゾン取出管４２４の先端を、石英管４２１の下方に配置したオゾン放出部４２５に連結してなる。

酸化剤供給機構４３は、所定時間に所定量の次亜塩素酸ソーダを酸化処理層４１内に供給するようにしたものである。

しかして前記実施形態の具体的な実証プラント処理対象汚水Ａは、適宜調整されて生物処理曝気槽１４に導入され、有機質を多量に含有した汚水は、好気性生物消化によって炭酸ガスと水に分解される。そして有機物の一部は、微生物死骸と共に汚泥となる。更に汚泥も自己消化によって一部が分解されるが、大部分は長期間曝気を続けてもそのままである。

そして生物処理曝気槽１４内の余剰液体Ｂは次の沈殿槽２１に導入され、所定時間放置することで固形分の汚泥Ｃを沈殿させ、上澄み水Ｄは次の放水処理部３で減菌処理して廃棄される。

引き抜き汚泥Ｃは、汚泥槽４４に送られ、曝気処理により好気性を維持し、次の酸化処理槽４１に送られる。

酸化処理槽４１では、所定の酸化処理がなされる。即ち光酸化機構４２の石英管４２１内を通過する空気は、紫外線でオゾンとなり、放出部４２５から酸化処理槽４１内に放出されるので、汚泥Ｃに含まれる固形成分である汚濁物質を酸化し、可溶化して液体化する。同時に紫外線灯４２２からの紫外線で汚泥Ｃ内の汚濁物質を活性化して、高い酸化還元電位をもたせ、酸化反応を促進させる。同時に次亜塩素酸ソーダが添加され、酸化を促進させる。

そして酸化処理を終えた処理済液Ｅは、原水槽１２又は調整槽１３に戻され、戻された可溶化した汚泥は、生物処理曝気槽１４で更に生物消化作用で分解する。

従って生物消化作用で汚水処理を行う際に生ずる余剰活性汚泥は、酸化処理槽部４で可溶化して、再度分解処理するサイクルとなるので、システム外に廃棄すべき余剰汚泥を激減させることができたものである。

前記実施形態を具体的な実証プラントに採用した結果について以下に説明する。処理対象汚水Ａは、排水量１２０ｍ^３／日，ＢＯＤ７００ｍｇ／Ｌ，ＳＳ２８０ｍｇ／Ｌの豆腐・弁当製造排水で、生物処理曝気槽１４は、ＢＯＤ負荷が０．６ｋｇ・ＢＯＤ／ｍ^３・日であり、沈殿槽での沈殿時間は４時間とした。

酸化処理槽４１は、直径１，２００ｍｍで高さが１，８００ｍｍの有効容量１．６ｍ^３のもので、紫外線ランプ４２２が１１０Ｗ×３本、オゾン濃度３ｍｇ／Ｌ、吹き込み量４〜１０Ｌ／ｍｉｎ、次亜塩素酸ソーダの添加量を１０ｃｃ／ｍｉｎとし、一回の可溶化を１０時間とし、処理量を１日当たり３．２ｍ^３としたものである。

前記の条件下で一定期間稼動させて、各部所の処理状態を計測すると、次の結果が認められた。

ｐＨ値は、生物処理曝気槽１４で６．８３〜７．４５、汚泥槽４４では６．７〜７．２５と安定し、微生物への影響は認められなかった。

生物相当量となるＭＬＳＳ値は、汚泥槽４４（引き抜き汚泥Ｃ）で３，０００〜５，３５０ｍｇ／Ｌ、処理済液Ｅでは２，７００〜３，７００ｍｇ／Ｌで、酸化処理で減容化がなされたことが裏付けられる。また生物処理曝気槽１４では、１，８５０〜２，８５０ｍｇ／Ｌで変動しており、生物処理に最適な状態が維持されていた。

また沈殿槽２１における水面からのＭＬＳＳ値が５，０００ｍｇ／Ｌの位置を汚泥界面とすると、汚泥界面は水面下３．２７〜３．５３ｍの範囲に安定しており、汚泥の減容化が安定して行われている事が裏付けられた。

尚酸化剤として次亜塩素酸ソーダ以外にも過酸化水素水他の適宜な薬剤を採用しても良い。

本発明の実施形態の全体のシステム説明図。 同光酸化機構の外観図。 同機能説明図。 同実験装置の説明図。 同実験に使用した有機質汚泥の成分表。 同実験結果の対比表（酸化処理対比）。 同実験結果の対比表（酸化剤使用量対比）。

符号の説明

１ 生物消化槽部
１１ スクリーン
１２ 原水槽
１３ 調整槽
１４ 生物処理曝気槽
１５ 微生物ヘッド
１６ 曝気機構
２ 沈殿槽部
２１ 沈殿槽
２２ 導入経路
２３ 放水経路
２４ 引き抜き経路
３ 放水処理部
３１ 減菌槽
３２ 放水路
４ 酸化処理槽部
４１ 酸化処理槽
４１１ 排出経路
４１２ 開閉弁
４２ 光酸化機構
４２１ 石英管
４２２ 紫外線灯
４２３ 空気供給管
４２４ オゾン取出管
４２５ オゾン放出部
４２６ オゾン空気供給部
４３ 酸化剤供給機構
４４ 汚泥槽
４４１ 返還路

Claims (8)

1. 所定の曝気槽での微生物による汚水の好気性消化処理を行い、前記生物処理曝気槽から引き抜いた処理液を所定の沈殿槽で固液分離し、得られた有機質余剰汚泥を、紫外線殺菌と同時にオゾン添加処理を施して可溶化する汚泥減容化処理を行った後、好気性生物消化処理系に戻して再処理を行ってなることを特徴とする有機質汚泥処理方法。
2. 所定の曝気槽での微生物による汚水の好気性消化処理を行い、前記生物処理曝気槽から引き抜いた処理液を所定の沈殿槽で固液分離し、得られた有機質余剰汚泥を、紫外線殺菌、オゾン添加処理、酸化剤添加処理を同時に行って可溶化する汚泥減容化処理を行った後、好気性生物消化処理系に戻して再処理を行ってなることを特徴とする有機質汚泥処理方法。
3. 汚泥減容化処理の前に、一旦曝気処理を行ってなる請求項１又は２記載の有機質汚泥処理方法。
4. 酸化剤として次亜塩素酸ソーダを使用してなる請求項２記載の有機質汚泥処理方法。
5. 適宜な微生物ヘッド及び曝気機構を備えて好気性消化処理を行う生物処理曝気槽と、生物処理曝気槽内の処理液を取り出して固液分離する沈殿槽と、沈殿槽内の沈殿汚泥を引き抜いて酸化処理する紫外線殺菌機構及びオゾン供給機構並びに処理後の処理済液を好気性消化処理系に戻す経路を備えた酸化処理槽とを備えてなることを特徴とする有機質汚泥処理装置。
6. 酸化処理槽に酸化剤添加機構を付設してなる請求項５記載の有機質汚泥処理装置。
7. 沈殿槽と酸化処理槽の間に汚泥曝気槽を介設してなる請求項５又は６記載の有機質汚泥処理装置。
8. 酸化処理槽に紫外線ランプを使用したオゾン発生機構を配置してなる請求項５乃至７記載のいずれかの有機質汚泥処理装置。
   

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