JP2007021285A - 余剰汚泥減容化方法及び余剰汚泥減容化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 破砕効率及びエネルギー効率が高く、安定に余剰汚泥を破砕して可溶化することができ、余剰汚泥の減容化率が高い上に、有機性排水中の窒素含有量を低減できる余剰汚泥減容化方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の余剰汚泥減容化方法は、有機性排水を脱窒槽及び硝化槽にて生物学的硝化・脱窒処理をし、その生物学的硝化・脱窒処理により生成した汚泥の少なくとも一部を破砕し、破砕した汚泥を前記脱窒槽及び／又は硝化槽に返送して再び生物学的硝化・脱窒処理する余剰汚泥減容化方法において、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍の体積の汚泥を、回転羽根４６により攪拌し、その回転羽根４６の周囲に配置したスクリーン４５に形成された貫通孔４５ａを通過させることにより剪断して破砕する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、有機性排水の生物学的硝化・脱窒処理により生成した汚泥を減容化する余剰汚泥減容化方法及び余剰汚泥減容化装置に関する。

従来、下水処理場等の排水処理施設から発生した生汚泥や、有機物を生物学的処理して生成した余剰汚泥は、濃縮及び／又は脱水処理後、産業廃棄物として焼却や埋立て等により処分されてきた。しかし、産業廃棄物として焼却するには、汚泥を燃焼する過程で水分を蒸発させなければならないため、多くの熱量が必要であり経済的でなかった。また、産業廃棄物の埋立てでは、埋立地の確保が困難であった。これらのことから、余剰汚泥の減容化が求められていた。

近年、排水処理設備等から発生する余剰汚泥の処理方法として可溶化処理が開発され、注目されている。この汚泥の可溶化処理は、余剰汚泥を機械的、物理的、化学的、生物学的な手法により余剰汚泥（微生物）の細胞壁を破砕又は傷つけて可溶化（液状化）する処理である。
ここで、機械的手法としては、湿式媒体攪拌式ミル（特許文献１参照）、回転刃（特許文献２参照）、回転ディスク（特許文献３参照）、ホモジナイズ装置（特許文献４参照）などを用いて汚泥を破砕する方法が挙げられる。
物理的手法としては、オゾン処理（特許文献５参照）、加圧部・狭窄部・低圧部による噴出処理（特許文献６参照）、超音波処理（特許文献７参照）などが挙げられる。
化学的手法としては、アルカリ処理（特許文献８参照）、酸処理（特許文献９参照）、ラジカル反応処理（特許文献１０参照）、殺菌処理（特許文献１１参照）、パルス放電処理（特許文献１２参照）、高温処理（特許文献１３参照）などが挙げられる。
生物学的手法としては、可溶化酵素処理などが挙げられる（特許文献１４，１５参照）。
このような手法により可溶化処理した余剰汚泥を再び生物学的に処理すれば、排水処理設備等から排出される余剰汚泥量をゼロ、又は極端に少なくできる。
特開平１１−３００３９３号公報 特開２０００−３４３０９８号公報 特開２００１−７０９９３号公報 特開２０００−２４６９８号公報 特許第２９７３７６１号公報 特開２００１−３１４８８７号公報 特許第３２１２９６９号公報 特開平１１−１８８３９９号公報 特開２００３−１３００号公報 特開２００１−９６２９１号公報 特開平１１−２７７０８７号公報 特開平１１−１７９３９１号公報 特開平９−２７６８８７号公報 特許第３１７６５６３号公報 特許第３２６７９３５号公報

しかしながら、上記汚泥の可溶化処理のうち、物理的手法、特にオゾン処理では、設備費が高く、中小規模の設備ではコストメリットが小さいという問題があった。化学的手法では、薬品を継続的に添加するため処理が煩雑になる傾向にあった。生物学的手法では充分に可溶化処理できない上に、生物学的に処理するのに必要な空気量の増大や温調が必要になるためランニングコストがかかり、生物処理槽をこれまでより厳しく管理しなければならなかった。よって、いずれの手法も実用的ではなかった。

機械的手法では他の手法と比較して安価な設備で余剰汚泥を可溶化できるという利点がある。しかし、ボールミルや湿式媒体攪拌式ミルによる破砕では、それら装置内に発生したキャビテーションにより余剰汚泥の破砕効率が著しく低下するばかりでなく、発生したキャビテーションを系外に除去することが難しかった。また、装置の磨耗により破砕効率が経時的に低下した。したがって、余剰汚泥を高い効率で安定に破砕して可溶化することが難しいため、余剰汚泥の減容化率が低かった。
また、超音波による破砕では、装置自体から発生する微振動による騒音や、超音波発生装置の寿命が短い、大容量の破砕装置の製作が難しい等の問題があり実用的ではなかった。
ホモジナイザ又はミキサによる破砕では、微細粒子（５μｍ未満）までの破砕が困難であり、余剰汚泥の可溶化処理として実用的ではなかった。
さらに、機械的手法はエネルギー効率が低いという問題もあった。

また、近年、排水基準、特に閉鎖系水域の排水基準が厳しくなっており、化学的酸素要求量（以下、ＣＯＤという。）以外にも窒素含有量の規制が強化され、窒素含有量の削減が求められている。そこで、排水を通常の生物学的処理した後、生物学的硝化・脱窒処理することがある。ところが、従来の生物学的硝化・脱窒処理においては、余剰汚泥の減容化を考慮されていなかった。すなわち、余剰汚泥を減容化できる上に、実用的に窒素含有量を削減できる余剰汚泥減容化方法及び装置は知られていないのが実情である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、破砕効率及びエネルギー効率が高く、安定に余剰汚泥を破砕して可溶化することができ、余剰汚泥の減容化率が高い上に、有機性排水中の窒素含有量を低減できる余剰汚泥減容化方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の余剰汚泥減容化方法は、有機性排水を脱窒槽及び硝化槽にて生物学的硝化・脱窒処理をし、その生物学的硝化・脱窒処理により生成した汚泥の少なくとも一部を破砕し、破砕した汚泥を前記脱窒槽及び／又は硝化槽に返送して再び生物学的硝化・脱窒処理する余剰汚泥減容化方法において、
有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍の体積の汚泥を、回転羽根により攪拌し、その回転羽根の周囲に配置したスクリーンに形成された貫通孔を通過させることにより剪断して破砕することを特徴とする。
本発明の余剰汚泥減容化装置は、有機性排水を生物学的硝化・脱窒処理する脱窒槽及び硝化槽と、脱窒槽及び硝化槽にて生成した汚泥の少なくとも一部を破砕する汚泥破砕機と、汚泥破砕機で破砕された汚泥を前記脱窒槽及び／又は硝化槽に返送する破砕汚泥返送管とを具備する余剰汚泥減容化装置において、
汚泥破砕機が、回転軸と、回転軸に取り付けられ、汚泥を攪拌する回転羽根と、回転羽根の近傍に配置され、貫通孔が多数形成されたスクリーンと、回転軸を回転駆動させる駆動手段とを具備することを特徴とする。
なお、ここでいう汚泥とは、沈殿槽での沈降分離により得られた汚泥及び／又は硝化槽から排出された硝化液に含まれる汚泥のことである。また、硝化液とは、硝化槽での生物学的処理により得られる汚泥と水とを含む液のことである。

本発明の余剰汚泥減容化方法及び余剰汚泥減容化装置では、破砕効率及びエネルギー効率が高く、安定に余剰汚泥を破砕して可溶化することができ、余剰汚泥の減容化率が高い上に、有機性排水中の窒素含有量を低減できる。

（第１の実施形態例）
本発明の余剰汚泥減容化方法及び余剰汚泥減容化装置の第１の実施形態例について説明する。
図１に、第１の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す。この余剰汚泥減容化装置１は、排水供給管１１を介して供給された有機性排水を無酸素状態で生物学的処理して脱窒する脱窒槽１０と、第１の移送管２１を介して脱窒槽１０から移送された排水を好気性状態で生物学的処理して硝化する硝化槽２０と、第２の移送管３１を介して硝化槽２０から移送された硝化液中の汚泥を沈降分離させる沈殿槽３０と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を粉砕する汚泥破砕機４０とを具備している。
また、余剰汚泥減容化装置１は、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を汚泥破砕機４０に移送するための移送手段５０である汚泥移送ポンプ５１ａ及び汚泥移送管５２ａと、汚泥破砕機４０により破砕した破砕汚泥を脱窒槽１０に移送する破砕汚泥移送管６１と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を脱窒槽１０に直接返送する返送汚泥管７１と、沈殿槽３０の上澄み液（処理水ともいう。）を放流先へ移送する処理水移送管８１と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の残部を余剰汚泥減容化装置１外に排出する余剰汚泥排出管９１とを具備している。

この余剰汚泥減容化装置における脱窒槽１０には、脱窒作用を有する活性汚泥があらかじめ仕込まれている。また、脱窒槽１０には、槽内の液及び活性汚泥を攪拌するための攪拌手段１２が備え付けられている。攪拌手段１２としては、液及び活性汚泥を攪拌できるものであれば特に制限されないが、空気を脱窒槽１０内へ取り込ませないものが好ましい。
硝化槽２０には、槽内に空気を供給する空気供給手段２２が備え付けられている。また、硝化槽２０中の硝化液を脱窒槽１０に戻すための循環硝化液移送管２３と循環硝化液移送ポンプ２４が設けられている。

汚泥破砕機４０は、図２及び図３に示すように、回転軸４３と、回転軸４３に取り付けられた回転羽根４６と、回転羽根４６の周囲の近傍に配置され、貫通孔４５ａ，４５ａ・・・が多数形成された円錐形状のスクリーン４５と、先端にスクリーン４５が取り付けられると共に、汚泥の流路になる円筒状のケーシング４２と、回転軸４３を回転駆動させる駆動手段４１とを具備するものである。また、回転羽根４６は、スクリーン４５の形状に沿って縮径する形状になっている。さらに、スクリーン４５の貫通孔４５ａは、開口部を有するケーシング４２側からスクリーン４５の先端に向かう方向に沿って細長に開口している。

上記余剰汚泥減容化装置１を用いた余剰汚泥減容化方法について、図１及び図４を参照して説明する。なお、以下の方法は、循環式硝化脱窒法と呼ばれる方法である。
本実施形態例の余剰汚泥減容化方法では、排水供給管１１から有機性排水を、脱窒作用を有する活性汚泥を含む脱窒槽１０に連続的に供給する。ここで、有機性排水とは、有機物を含有する排水のことであり、例えば、下水、農村集落排水、有機系の産業排水等が挙げられる。有機性排水は水で希釈されていてもよい。
そして、活性汚泥の沈降防止のために攪拌手段１２により攪拌しながら、脱窒槽１０に有機性排水を所定時間滞留させて、無酸素状態で生物学的脱窒処理を施す。次いで、脱窒槽１０にて生物学的脱窒処理された排水を、第１の移送管２１を介して硝化槽２０に連続的に供給する。

次いで、硝化槽２０にて、空気供給手段２２により下部から空気を供給して、活性汚泥を活性化すると共に有機性排水を攪拌する。そして、硝化槽２０に所定時間滞留させて、好気性状態で生物学的硝化処理を施す。この生物学的硝化処理では、排水中の窒素化合物を亜硝酸塩或いは硝酸塩に酸化分解し、さらに、脱窒槽１０にて亜硝酸塩或いは硝酸塩を脱窒作用のある汚泥により還元して窒素ガスに変換して排出する。
次いで、硝化液の一部（循環硝化液）を循環硝化液移送管２３と循環硝化液移送ポンプ２４により脱窒槽１０に連続的に返送する。この際、脱窒槽１０に戻される循環量は、脱窒効率を考慮して、排水供給管１１から脱窒槽１０に供給される有機性排水の単位時間当たりの量に対して、０．５〜４倍にすることが好ましい。

次いで、硝化液の残部を、第２の移送管３１を介して沈殿槽３０に連続的に供給する。次いで、沈殿槽３０にて硝化液中の汚泥を、比重差を利用して沈降分離させる。これにより得られた上澄み水である処理水を、処理水移送管８１を介して、余剰汚泥減容化装置１外に連続的に排出する。
それとともに、沈降分離された汚泥の一部を、返送汚泥管７１を介して脱窒槽１０に連続的に直接返送し、また、汚泥の残りの一部を、汚泥移送管５２ａを介して、汚泥移送ポンプ５１ａにより汚泥破砕機４０に連続的に移送し、また、汚泥の残部を、余剰汚泥排出管９１を介して余剰汚泥減容化装置１外に連続的に排出する。
その際、汚泥の脱窒槽１０への返送汚泥量が、脱窒槽１０内の汚泥量（ＭＬＳＳ）が所定の値になるように調整する。

汚泥破砕機４０では、汚泥を、開口部を有するケーシング４２内を通して回転羽根４６近傍に送り、駆動手段４１で回転駆動する回転羽根４６で攪拌する。その攪拌により汚泥に外側方向に向いた運動エネルギーを付与し、汚泥を、回転羽根４６の周囲の近傍に配置されたスクリーン４５の貫通孔４５ａに高速で通す。そして、その際に生じる剪断力により汚泥を破砕するのと同時に汚泥破砕機４０から排出させる（図２及び図３参照）。
次いで、破砕された汚泥（破砕汚泥）を、破砕汚泥移送管６１を介して脱窒槽１０に返送する。そして、脱窒槽１０に返送した破砕汚泥を、新たに供給された有機性排水と返送汚泥と共に、再度生物学的脱窒処理する。

上記余剰汚泥破砕方法では、破砕する汚泥の体積量を、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍にする。破砕する汚泥体積量を、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２倍未満にすると、破砕汚泥を生物学的硝化・脱窒処理する量が少なくなり、余剰汚泥の減容化効果が低くなるので実用的ではなく、３．８倍より多くすると、脱窒槽１０及び硝化槽２０内の活性汚泥の負荷が増大し、かつ、活性な微生物（汚泥）量が減少するため、生物学的硝化・脱窒処理の能力が低下して、処理水の水質低下を引き起こすことがある。

また、この余剰汚泥破砕方法において、沈殿槽３０から排出する汚泥の濃度は流動する程度であればよいが、８質量％以下であることが好ましく、０．２〜７質量％であることがより好ましく、０．４〜６質量％であることが特に好ましい。汚泥濃度が８質量％を超える場合、汚泥の流動性が殆ど無いため実用性が低い。一方、汚泥濃度が０．２質量％未満の場合、汚泥の処理量に対して運転費、設備費が高くなり不経済になる傾向にある。ただし、汚泥が流動性しない濃度の場合でも、処理水等で希釈すれば流動させることが可能になる。

以上説明した第１の実施形態例では、沈殿槽３０にて分離した汚泥を、汚泥破砕機４０の回転羽根４６により攪拌して、運動エネルギーを付与し、回転羽根４６の周囲に配置したスクリーン４５の貫通孔４５ａに通す。その際、汚泥の移動速度が増加して剪断力が生じ、その剪断力により汚泥を破砕し、汚泥中の微生物を細胞壁ごと微破砕する。この方法では、他の機械的手法と比較して、回転羽根４６が汚泥以外のものに接触しないため、破砕効率及び破砕のエネルギー効率の低下を防止できる。また、他の機械的手法と比較して、汚泥破砕機４０の摩耗を防止できるため、長時間にわたって汚泥を破砕しても破砕効率が低下しにくく、安定である。すなわち、高い効率で安定に汚泥を破砕してより可溶化させることができる。しかも、動力費を抑えることができるため、エネルギー効率が高く、ランニングコストが安い。

また、上記余剰汚泥減容化方法では、機械的手法により汚泥を破砕するため、汚泥濃度によらず充分な微破砕効果が得られ、処理時間が短く、小規模な設備で経済的に余剰汚泥を減容化できる。また、難分解成分の発生を伴わない汚泥の破砕方法であるため、破砕汚泥を生物処理した処理水の水質は良好である。
さらに、上記余剰汚泥減容化方法では、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍の体積の汚泥を破砕して可溶化するので、生物学的処理の速度を速くすることができ、余剰汚泥の減容化効果が高く実用的である。その上、脱窒槽１０及び硝化槽２０における生物学的処理の能力低下を防止できるため、安価で効率的に窒素分を除去できる。すなわち、実用的に窒素含有量を低減させることができる。

なお、上記第１の実施形態例では、破砕汚泥を脱窒槽１０のみに返送したが、硝化槽２０にも返送しても構わないし、硝化槽２０のみに返送しても構わない。

（第２の実施形態例）
図５に、第２の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す。この余剰汚泥減容化装置２は、排水供給管１１を介して供給された有機性排水を無酸素状態で生物学的処理して脱窒する脱窒槽１０と、第１の移送管２１を介して脱窒槽１０から移送された排水を好気性状態で生物学的処理して硝化する硝化槽２０と、第２の移送管３１を介して硝化槽２０から移送された硝化液中の汚泥を沈降分離する沈殿槽３０と、硝化槽２０中の硝化液の一部に含まれる汚泥を粉砕する汚泥破砕機４０とを具備している。
また、余剰汚泥減容化装置２は、硝化槽２０中の硝化液の一部を汚泥破砕機４０に移送するための汚泥移送ポンプ５１ｂ及び汚泥移送管５２ｂと、汚泥破砕機４０により破砕した破砕汚泥を脱窒槽１０及び硝化槽２０に移送する破砕汚泥移送管６２，６３と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を脱窒槽１０に直接返送する返送汚泥管７１と、沈殿槽３０の上澄み液（処理水ともいう。）を放流先へ移送する処理水移送管８１と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の残部を余剰汚泥減容化装置２外に排出する余剰汚泥排出管９１とを具備している。

上記余剰汚泥減容化装置２を用いた余剰汚泥減容化方法について図５及び図６を参照して説明する。
本実施形態例の余剰汚泥減容化方法では、まず、第１の実施形態例と同様にして、脱窒槽１０及び硝化槽２０にて有機性排水に生物学的硝化・脱窒処理を施す。
次いで、硝化槽２０中の硝化液の一部（循環硝化液）を循環硝化液移送管２３と循環硝化液移送ポンプ２４により脱窒槽１０に連続的に返送する。また、硝化液の残りの一部を、汚泥移送ポンプ５１ｂ及び汚泥移送管５２ｂにより汚泥破砕機４０に移送し、第１の実施形態例と同様にして硝化液中の汚泥を破砕する。そして、破砕した汚泥を、破砕汚泥移送管６２，６３を介して、脱窒槽１０及び硝化槽２０に移送する。
また、硝化液の残部を、第２の移送管３１を介して沈殿槽３０に連続的に供給し、第１の実施形態例と同様にして、沈殿槽３０にて硝化液中の汚泥を沈降分離させ、処理水を余剰汚泥減容化装置２外に連続的に排出する。それとともに、沈降分離された汚泥の一部を、返送汚泥管７１を介して脱窒槽１０に連続的に直接返送し、汚泥の残部を余剰汚泥として余剰汚泥排出管９１を介して余剰汚泥減容化装置２外に連続的に排出する。

（第３の実施形態例）
図７に、第３の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す。この余剰汚泥減容化装置３は、排水供給管１１を介して供給された有機性排水を無酸素状態で生物学的処理して脱窒する脱窒槽１０と、第１の移送管２１を介して脱窒槽１０から移送された排水を好気性状態で生物学的処理して硝化する硝化槽２０と、第２の移送管３１を介して硝化槽２０から移送された硝化液中の汚泥を沈降分離する沈殿槽３０と、硝化槽２０中の硝化液の一部に含まれる汚泥及び沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を粉砕する汚泥破砕機４０とを具備している。
また、余剰汚泥減容化装置３は、硝化槽２０中の硝化液の一部および沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を汚泥破砕機４０に移送するための汚泥移送ポンプ５１ａ及び汚泥移送管５２ａ，５２ｂと、汚泥破砕機４０により破砕した破砕汚泥を脱窒槽１０及び硝化槽２０に移送する破砕汚泥移送管６１，６３と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の一部を脱窒槽１０に直接返送する返送汚泥管７１と、沈殿槽３０の上澄み液（処理水ともいう。）を放流先へ移送する処理水移送管８１と、沈殿槽３０にて沈降分離された汚泥の残部を余剰汚泥減容化装置２外に排出する余剰汚泥排出管９１とを具備している。

上記余剰汚泥減容化装置３を用いた余剰汚泥減容化方法について図７及び図８を参照して説明する。
本実施形態例の余剰汚泥減容化方法では、まず、第１の実施形態例と同様にして、脱窒槽１０及び硝化槽２０にて有機性排水に生物学的硝化・脱窒処理を施す。
次いで、硝化液の一部（循環硝化液）を循環硝化液移送管２３と循環硝化液移送ポンプ２４により脱窒槽１０に連続的に返送する。また、硝化液の残りの一部を、汚泥移送ポンプ５１ｂ及び汚泥移送管５２ｂにより汚泥破砕機４０に移送し、第１の実施形態例と同様にして、硝化液中の汚泥を破砕する。そして、破砕した汚泥を、破砕汚泥移送管６２，６３を介して、脱窒槽１０及び硝化槽２０に移送する。
また、硝化液の残部を、第２の移送管３１を介して沈殿槽３０に連続的に供給し、第１の実施形態例と同様にして、沈殿槽３０にて硝化液中の汚泥を沈降分離させ、処理水及び余剰汚泥を余剰汚泥減容化装置３外に連続的に排出する。それとともに、沈降分離された汚泥の一部を、返送汚泥管７１を介して脱窒槽１０に連続的に直接返送し、汚泥の残りの一部を、汚泥移送ポンプ５１ａ及び汚泥移送管５２ａによって汚泥破砕機４０に連続的に移送する。

（第４の実施形態例）
図９に、第４の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す。この余剰汚泥減容化装置４は、排水供給管１１を介して供給された有機性排水を無酸素状態で生物学的処理して脱窒する脱窒槽１０と、第１の移送管２１を介して脱窒槽１０から移送された排水を好気性状態で生物学的処理して硝化する硝化槽２０と、硝化槽２０内に設置され、硝化液をろ過する分離膜１００と、硝化槽２０にて生成した硝化液の一部に含まれる汚泥を粉砕する汚泥破砕機４０とを具備している。
また、余剰汚泥減容化装置４は、硝化槽２０中の硝化液の一部を汚泥破砕機４０に移送するための移送手段５０である汚泥移送ポンプ５１ｂ及び汚泥移送管５２ｂと、汚泥破砕機４０により破砕した破砕汚泥を脱窒槽１０に移送する破砕汚泥移送管６１と、分離膜１００にて得られた処理水を余剰汚泥減容化装置４外に排出するための処理水移送管８２及び処理水移送ポンプ８３と、硝化槽２０から残りの一部の硝化液を脱窒槽１０に直接返送するための循環硝化液移送管２３と、硝化槽２０から残部の硝化液を余剰汚泥減容化装置４外に排出するための余剰汚泥排出管９２と、硝化槽２０中の硝化液を循環硝化液移送管２３及び余剰汚泥排出管９２に移送する硝化液移送ポンプ１１０とを具備している。

分離膜１００は、膜の口径が０．０１〜５．０μｍであることが好ましい。膜の口径が０．０１μｍ未満の場合、処理水移送ポンプ８３の動力費が高くなり不経済である。また膜の口径が５．０μｍを超えた場合、汚泥流出の危険性が高くなり処理水水質が悪化するおそれがある。
処理水移送ポンプ８３としては、分離膜１００より硝化液をろ過できれば特に制限はないが、経済的・実用的であることから、自吸式ポンプが好ましい。

上記余剰汚泥減容化装置４を用いた余剰汚泥減容化方法について図９及び図１０を参照して説明する。
本実施形態例の余剰汚泥減容化方法では、まず、第１の実施形態例と同様にして、脱窒槽１０及び硝化槽２０にて有機性排水に生物学的硝化・脱窒処理を施す。
次いで、分離膜１００と処理水移送管８２と処理水移送ポンプ８３により硝化槽２０中の硝化液から処理水を分離して、余剰汚泥減容化装置４外に連続的に移送する。
それとともに、硝化槽２０中の硝化液の一部を循環硝化液移送管２３と硝化液移送ポンプ１１０により脱窒槽１０に連続的に返送し、硝化液の残りの一部を、汚泥移送ポンプ５１ｂ及び汚泥移送管５２ｂにより汚泥破砕機４０に移送し、第１の実施形態例と同様にして、硝化液中の汚泥を破砕する。そして、破砕した汚泥を、破砕汚泥移送管６１を介して、脱窒槽１０に移送する。また、硝化液の残部を、余剰汚泥排出管９２を介して、余剰汚泥減容化装置４外に連続的に排出する。
なお、第４の実施形態例においては、汚泥破砕機４０により破砕された破砕汚泥を脱窒槽１０だけでなく、硝化槽２０にも返送しても構わないし、硝化槽２０のみに返送しても構わない。

以上説明した第２〜第４の実施形態例においても、沈殿槽３０にて分離した汚泥及び／又は硝化槽２０内の硝化液の一部に含まれる汚泥を、第１の実施形態例と同様にして汚泥破砕機４０により破砕し、破砕した汚泥を脱窒槽１０に返送するから、第１の実施形態例と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態例に限定されない。上述した実施形態例では、循環式硝化脱窒法により生物学的処理をしたが、その他の脱窒法、例えば、硝化内生脱窒法、ステップ流入式多段硝化脱窒法等による生物学的処理を行ってもよい。
また、硝化槽２０では、好気状態で生物学的処理したが、嫌気状態であっても構わない。ただし、好気状態で生物学的処理することが好ましく、具体的には、活性汚泥法又は生物膜法により処理することが好ましい。ここで、活性汚泥法としては、標準活性汚泥法以外には、例えば、酸素活性汚泥法、長時間曝気法、酸化溝法（オキシデーションデッチ法）、回分式活性汚泥法、膜分離活性汚泥法等が挙げられる。また、生物膜法としては、例えば、散水ろ床法、回転接触体（回転円板）法、接触曝気法、生物ろ過法、担体法等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示す余剰汚泥減容化装置１を用い、まず、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を５００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を３００ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量を１００ｍｇ／Ｌ、窒素含有量（Ｔ−Ｎ）６０ｍｇ／Ｌに調整した有機性排水を１，０００Ｌ／日で脱窒槽１０（有効容積；１，０００Ｌ）に定量供給した。脱窒槽１０にて生物学的脱窒処理を施した後、脱窒槽１０から排水を硝化槽２０（有効容量；１，０００Ｌ）に連続的に移送した。ここで、脱窒槽１０及び硝化槽２０では共に、生物学的処理するための滞留時間を２４時間とした。
硝化槽２０においては、空気供給手段２２により硝化槽２０内を曝気攪拌して、活性汚泥を充分に攪拌しつつ溶存酸素濃度を２．０ｍｇ／Ｌ以上に調整して、硝化槽２０におけるＭＬＳＳが３，０００ｍｇ／Ｌになるように生物学的処理を実施した。
次いで、硝化槽２０内の硝化液の一部を循環硝化液移送管２３及び循環硝化液移送ポンプ２４により脱窒槽１０に連続的に戻した。この際の循環量は２，０００Ｌ／日とした。
次いで、硝化槽２０から硝化液の残部を、第２の移送管３１を介して沈殿槽３０に連続的に移送し、比重差により沈殿槽３０にて汚泥と水とに分離した。そして、上澄み水である処理水を、処理水移送管８１を介して余剰汚泥減容化装置１から連続的に排出した。
一方、沈殿槽３０で分離した汚泥の一部を、そのまま返送汚泥管７１を介して脱窒槽１０に連続的に返送し、汚泥の残りの一部を汚泥移送手段５０により図２及び図３に示す汚泥破砕機４０（エム・テクニック株式会社製のＣＬＭ−０．８Ｓ）に連続的に移送した。また、汚泥の残部を余剰汚泥として、余剰汚泥排出管９１を介して余剰汚泥減容化装置１から連続的に排出した。

ここで、返送汚泥の返送率を１００％とした際に、沈殿槽３０での汚泥濃度は６，０００ｍｇ／Ｌになった。この条件にて、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥は、乾燥質量として２３０ｇ／日であり、体積としては３８．６Ｌ／日であった。
汚泥破砕機４０に移送して破砕する汚泥量は、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量（３８．６Ｌ／日）に対して１．６倍、すなわち、６１．７６Ｌ／日とした。

そして、破砕した汚泥を、破砕汚泥移送管６１を介して脱窒槽１０に戻し、新たに供給された有機性排水及び返送汚泥と共に、再び生物学的脱窒処理を施した。この際の脱窒槽１０内のＭＬＳＳも３，０００ｍｇ／Ｌとした。
このように、汚泥を破砕処理しつつ生物学的処理したところ、沈殿槽３０からの処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが１２ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが２５ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が９ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２３ｍｇ／Ｌとなった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置１から排出された余剰汚泥は乾燥質量として４１４ｇであり、余剰汚泥の減容化率は９４．０％であった（ただし、破砕しない場合に発生する余剰汚泥の量を１００％とする）。

（実施例２）
実施例１において、破砕する汚泥の体積量を、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して２．９倍、すなわち、１１１．９４Ｌ／日とした点以外は実施例１と同様にして有機性排水の生物学的処理をした。その結果、沈殿槽３０からの処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが１０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが２１ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が１１ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２４ｍｇ／Ｌとなった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置１から排出された余剰汚泥は乾燥質量として２０７ｇであり、余剰汚泥の減容化率は９７．０％であった。

（実施例３）
図９に示す余剰汚泥減容化装置４を用い、硝化槽２０における処理方法として膜分離活性汚泥法を採用した。その際に用いた分離膜は三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社製の公称孔径０．４μｍ中空糸膜であり、膜濾過流束を０．４ｍ^３／（ｍ^２・日）とした。
そして、硝化槽２０内のＭＬＳＳを６，０００ｍｇ／Ｌとし、沈殿槽３０を用いずに硝化槽２０から硝化液の一部を汚泥破砕機４０に連続的に供給し、汚泥破砕機４０により硝化液中の汚泥を破砕し、破砕した汚泥を脱窒槽１０に戻した。それらのこと以外は実施例１と同様に有機性排水の生物学的処理をしたところ、処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが９ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが１９ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２２ｍｇ／Ｌとなった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置４から排出された余剰汚泥は乾燥質量として２０７ｇであり、余剰汚泥の減容化率は９７．０％であった。

（比較例１）
実施例１にて、汚泥破砕機として、スクリーンを具備していない特殊機化工業株式会社製のホモジナイザＭＡＲＫ ２０型IIを使用した点以外は、実施例１と同様にして有機性排水の生物学的処理をした。
その結果、沈殿槽３０からの処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが１９ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが３２ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が１６ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２８ｍｇ／Ｌであった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置から排出された余剰汚泥は乾燥質量として６，６２４ｇであり、余剰汚泥の減容化率は４．０％であった。

（比較例２）
実施例１において、破砕する汚泥の体積量を、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して０．６倍とした点以外は実施例１と同様にして有機性排水の生物学的処理をした。その結果、沈殿槽３０からの処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが１７ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが２９ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が１４ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２４ｍｇ／Ｌとなった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置から排出された余剰汚泥は乾燥質量として５，２７９ｇであり、余剰汚泥の減容化率は２３．５％であった。

（比較例３）
実施例１において、破砕する余剰汚泥の体積量を、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して４．０倍とした点以外は実施例１と同様にして有機性排水の生物学的処理をした。その結果、沈殿槽３０からの処理水の水質は、表１に示すように、ＢＯＤが３６ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが４５ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量が２９ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが３６ｍｇ／Ｌとなった。その後、同一条件にて生物学的処理、汚泥破砕を３０日間継続したところ、処理水水質に変化は見られなかった。また、３０日間で余剰汚泥減容化装置から排出された余剰汚泥は乾燥質量として１，９８７ｇであり、余剰汚泥の減容化率は７１．２％であった。

実施例１〜３では、循環式硝化脱窒法において、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍の体積の余剰汚泥を、回転羽根により攪拌し、その回転羽根の周囲に配置されたスクリーンに形成された貫通孔に通過させることにより剪断して破砕した。そのため、処理水が充分に浄化されている上に、余剰汚泥減容化率が高かった。
これに対し、比較例１では、ホモジナイザで余剰汚泥を破砕したので破砕が不充分であり、余剰汚泥減容化率が低かった。
比較例２では、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２倍未満の体積の余剰汚泥を、回転羽根により攪拌し、その回転羽根の周囲に配置されたスクリーンに形成された貫通孔に通過させることにより剪断して破砕したため、余剰汚泥減容化率が低かった。
比較例３では、有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して３．８倍より多い体積の余剰汚泥を、回転羽根により攪拌し、その回転羽根の周囲に配置されたスクリーンに形成された貫通孔に通過させることにより剪断して破砕したため、活性な微生物（汚泥）量が減少し生物学的処理の能力が低下し、処理水水質が悪化した。

本発明に係る第１の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す模式図である。 図１の余剰汚泥減容化装置における汚泥破砕機の概略構成図である。 図２の汚泥破砕機の先端を拡大した図である。 図１の余剰汚泥減容化装置を用いた余剰汚泥減容化方法を説明する図である。 本発明に係る第２の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す模式図である。 図５の余剰汚泥減容化装置を用いた余剰汚泥減容化方法を説明する図である。 本発明に係る第３の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す模式図である。 図７の余剰汚泥減容化装置を用いた余剰汚泥減容化方法を説明する図である。 本発明に係る第４の実施形態例の余剰汚泥減容化装置を示す模式図である。 図９の余剰汚泥減容化装置を用いた余剰汚泥減容化方法を説明する図である。

符号の説明

１，２，３，４ 余剰汚泥減容化装置
１０ 脱窒槽
１１ 排水供給管
１２ 攪拌手段
２０ 硝化槽
２１ 第１の移送管
２２ 空気供給手段
２３ 循環硝化液移送管
２４ 循環硝化液移送ポンプ
３０ 沈殿槽
３１ 第２の移送管
４０ 汚泥破砕機
４１ 駆動手段
４２ ケーシング
４３ 回転軸
４５ スクリーン
４５ａ 貫通孔
４６ 回転羽根
５０ 移送手段
５１ａ，５１ｂ 汚泥移送ポンプ
５２ａ，５２ｂ 汚泥移送管
６１，６２，６３ 破砕汚泥移送管
７１ 返送汚泥管
８１，８２ 処理水移送管
８３ 処理水移送ポンプ
９１，９２ 余剰汚泥排出管
１００ 分離膜
１１０ 硝化液移送ポンプ

Claims (2)

1. 有機性排水を脱窒槽及び硝化槽にて生物学的硝化脱窒処理をし、その生物学的硝化脱窒処理により生成した汚泥の少なくとも一部を破砕し、破砕した汚泥を前記脱窒槽及び／又は硝化槽に返送して再び生物学的硝化脱窒処理する余剰汚泥減容化方法において、
   有機性排水に起因して発生する余剰汚泥量に対して１．２〜３．８倍の体積の汚泥を、回転羽根により攪拌し、その回転羽根の周囲に配置したスクリーンに形成された貫通孔を通過させることにより剪断して破砕することを特徴とする余剰汚泥減容化方法。
2. 有機性排水を生物学的硝化脱窒処理する脱窒槽及び硝化槽と、脱窒槽及び硝化槽にて生成した汚泥の少なくとも一部を破砕する汚泥破砕機と、汚泥破砕機で破砕された汚泥を前記脱窒槽及び／又は硝化槽に返送する破砕汚泥返送管とを具備する余剰汚泥減容化装置において、
   汚泥破砕機が、回転軸と、回転軸に取り付けられ、汚泥を攪拌する回転羽根と、回転羽根の近傍に配置され、貫通孔が多数形成されたスクリーンと、回転軸を回転駆動させる駆動手段とを具備することを特徴とする余剰汚泥減容化装置。
   
   

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