JP2007021367A - 有機汚泥の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の好熱菌による可溶化の問題に着目し、有機汚泥の減容化を効果的に促進させことによって余剰汚泥の発生量を減少せしめ、且つ工程全体としてエネルギー効率の高い有機汚泥の処理方法を提供すること。
【解決手段】 有機性廃水を浄化するに当たって発生する有機汚泥を処理する方法において、
（Ａ）生物処理槽で発生した汚泥の一部を好熱菌により可溶化する汚泥可溶化工程、
（Ｂ）可溶化汚泥を生物処理槽に返送する可溶化汚泥返送工程、
（Ｃ）生物処理槽で発生した汚泥の一部と初沈汚泥を高濃度に濃縮する高濃度汚泥濃縮工程、
（Ｄ）濃縮汚泥を前記可溶化工程よりも高い温度で熱処理する汚泥熱処理工程、
（Ｅ）熱処理汚泥を嫌気性消化処理する汚泥消化工程、
を含むことを特徴とする有機汚泥の処理方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物を含む下水、廃水等の有機性廃水の浄化処理方法に関し、特に廃水処理設備の生物処理槽から発生する有機汚泥の処理方法及び処理装置に関する。

有機性廃水の処理法として、有機性廃水を生物処理槽（例えば、活性汚泥処理槽）にて生物学的処理し、生物処理により発生した汚泥を好熱菌より可溶化し、可溶化液を曝気槽に返送し無機化することにより、余剰汚泥の発生を低減できる方法（特許文献１など）がある。

また、下水等の有機性固形物を含む廃水の場合は、予め最初沈殿池にて廃水中の固形物を沈降分離し初沈汚泥と上澄み液に分離し、その上澄み液を曝気槽にて生物学的処理し、初沈汚泥は別途処理する方法がとられている。

そこで、本発明者等はかかる従来法による汚泥の可溶化について種々検討を重ねたところ、先ず初沈汚泥の好熱菌による可溶化においては、初沈汚泥は生物処理により発生した汚泥とは成分・性状が異なり、好熱菌による可溶化がされにくいことを突き止めた。また、活性汚泥処理槽での生物処理により発生した汚泥の好熱菌による可溶化の場合でも、好熱菌でも分解しない難分解物が残存し、余剰汚泥が生じる場合があることを究明した。
特開２００２−１６６２８９号公報

本発明はこうした従来の好熱菌による可溶化の問題に着目し、有機汚泥の減容化を効果的に促進させことによって余剰汚泥の発生量を減少せしめ、且つ工程全体としてエネルギー効率の高い有機汚泥の処理方法を提供することを課題としてなされたものである。

そして、上記課題の達成のために完成された本発明の要旨とする特徴は以下の通りである。

１．有機性廃水を浄化するに当たって発生する有機汚泥を処理する方法において、
（Ａ）生物処理槽で発生した汚泥の一部を好熱菌により可溶化する汚泥可溶化工程、
（Ｂ）可溶化汚泥を生物処理槽に返送する可溶化汚泥返送工程、
（Ｃ）生物処理槽で発生した汚泥の一部と初沈汚泥を高濃度に濃縮する高濃度汚泥濃縮工程、
（Ｄ）濃縮汚泥を前記可溶化工程よりも高い温度で熱処理する汚泥熱処理工程、
（Ｅ）熱処理汚泥を嫌気性消化処理する汚泥消化工程、
を含むことを特徴とする有機汚泥の処理方法。
２．（Ａ）の汚泥可溶化工程において、汚泥を予め濃縮した後に可溶化する上記１に記載の有機汚泥の処理方法。
３．（Ｂ）の可溶化汚泥返送工程において、さらに返送汚泥の一部を初沈汚泥に合流させる上記１又は２に記載の有機汚泥の処理方法。
４．（Ａ）の汚泥可溶化工程における可溶化温度を５０〜７０℃とし、（Ｄ）の汚泥熱処理工程における熱処理温度を１２０〜２２０℃とする上記１〜３に記載の有機汚泥の処理方法。
５．有機性廃水が下水である上記１〜４のいずれかに記載の有機汚泥の処理方法。
６．有機性廃水を浄化するに当たって発生する有機汚泥を処理する装置において、
（Ａ）生物処理槽で発生した汚泥の一部を好熱菌により可溶化する汚泥可溶化装置、
（Ｂ）可溶化汚泥を生物処理槽に返送する可溶化汚泥返送経路、
（Ｃ）生物処理槽で発生した汚泥の一部と初沈汚泥を高濃度に濃縮する高濃度汚泥濃縮装置、
（Ｄ）濃縮汚泥を前記可溶化工程よりも高い温度で熱処理する汚泥熱処理装置、
（Ｅ）熱処理汚泥を嫌気性消化処理する汚泥消化装置、
を含むことを特徴とする有機汚泥の処理装置。
７．（Ａ）の汚泥可溶化装置の前段に、汚泥を予め濃縮するための濃縮装置を設けたことを特徴とする上記６に記載の有機汚泥の処理装置。
８．可溶化汚泥返送経路に返送汚泥の一部を初沈汚泥に合流させる経路を設けたことを特徴とする上記６又は７に記載の有機汚泥の処理装置。
９．（Ａ）の汚泥可溶化装置における可溶化温度を５０〜９０℃とし、（Ｄ）の汚泥熱処理装置における熱処理温度を１２０〜２２０℃とするように、温度制御装置を設置したことを特徴とする上記６〜８のいずれかに記載の有機汚泥の処理装置。

本発明によれば、有機汚泥の減容化を効果的に促進させことによって余剰汚泥の発生量を極めて減少せしめ、且つ工程全体としてエネルギー効率の高い有機汚泥の処理方法及び処理装置を提供することができる。

以下、本発明について図１〜３に示した実施形態を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１において、各種有機物などを含む廃水は原水Ａは、最初沈殿槽、生物処理槽（活性汚泥処理槽）及び最終沈殿槽からなる廃水処理設備に順次、導入され、これらで浄化処理されて、活性汚泥処理槽で発生した有機汚泥（以下、単に汚泥ということがある。）清浄な処理水として系外に放出される。

生物処理槽では活性汚泥を用いて好気条件下に生物処理がなされ、この結果、多量の汚泥が発生し、この汚泥は最終沈殿槽で固液分離してから取り出された後、その一部はそのまま再び生物処理槽に戻される。

そして、一部の汚泥は、好熱菌（微生物）による可溶化処理槽に供給され、この可溶化処理槽にて好気又は嫌気条件下で生物処理がなされ、汚泥は好熱菌の酵素の働きにより可溶化される（汚泥可溶化工程）。可溶化の温度は好熱菌の生物作用（汚泥可溶化酵素の分泌及び当該酵素による汚泥の可溶化効果）を考慮して５０〜９０℃が好ましく、６０〜７０℃が特に好ましい。また、可溶化処理に当たっては、可溶化を効率的に行うために可溶化処理槽に嫌気条件の場合はインペラー（攪拌翼）等の汚泥を攪拌するための装置を設け、好気条件の場合は汚泥に酸素を供給するために散気装置などの酸素供給装置を設け、槽内の汚泥を攪拌することが良い。可溶化処理時間は１〜２日で十分である。好熱菌としては、好熱性のバチルス属細菌、好熱性のジオバチルス属細菌を用いることができ、具体的には、バチルス・ステアロサーモフィラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）ＳＰＴ２−１ [ＦＥＲＭ Ｐ−１５３９５]、バチルス・エスピー（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）ＳＰＴ３ [ＦＥＲＭ Ｐ−１９２２６]、ジオバチルス・エスピー（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）ＳＰＴ４ [ＦＥＲＭ ＢＰ−０８４５２]、ジオバチルス・エスピー（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）ＳＰＴ５ [ＦＥＲＭ ＢＰ−０８４５３]、ジオバチルス・エスピー（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）ＳＰＴ６ [ＦＥＲＭ ＢＰ−０８４５４]及びジオバチルス・エスピー（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）ＳＰＴ７[ＦＥＲＭ ＢＰ−０８４５５]等の好熱菌を用いるのが好ましい。

このような条件で可溶化処理された汚泥、すなわち可溶化処理液は、可溶化装置に供給される終沈汚泥と間接的に熱交換された後、可溶化処理液中の有機物を無機化するために生物処理槽に返送される（可溶化汚泥返送工程）。

つぎに、最終沈殿槽から取り出された汚泥の残部は濃縮装置に供給されて、その固形分濃度が１〜５％に濃縮処理（一次濃縮）される。これらの濃縮装置としては、重力濃縮装置、浮上濃縮装置、ベルト濃縮装置、膜濃縮装置などの一般的に使用されている装置で良い。一方、最初沈殿槽から取り出された初沈汚泥も濃縮装置により同様な濃度に濃縮処理される。これらの生物処理槽から発生した残部の汚泥と最初沈殿槽から取り出された初沈汚泥は一緒に合流されて、高濃度濃縮装置に送られ、さらにその固形分濃度が５〜２０％、好ましくは１０〜１５％の高濃度に濃縮処理（二次濃縮）される（高濃度汚泥濃縮工程）。この濃縮装置としては、遠心濃縮機やスクリュープレス、回転式加圧脱水機、フィルタープレスなどの比較的強力な高濃度濃縮に適した濃縮装置が用いられる。

このようにして高濃度濃縮装置により濃縮された汚泥は、次に、熱処理槽に送られ、ここで前記可溶化処理槽の可溶化温度よりも高い温度条件で熱処理がなされる（汚泥熱処理工程）。この熱処理のための熱源としては次工程の消化処理のよって発生するメタンガスの燃焼熱を利用する。熱処理温度としては１２０〜２２０℃が望ましい。１２０℃未満の低温では、汚泥の更なる分解、減容化が不十分となり、また、熱処理後の汚泥の顕熱を可溶化処理槽の熱源として十分に利用できなくなる。２２０℃を超える温度では、汚泥の分解、減容化に対する効果がさほど向上しない一方で、可溶化処理槽の回収熱源として必要な温度を上回る顕熱を汚泥に与えることになり全体としてのエネルギー効率が低下する。熱処理槽での汚泥の滞留時間としては、０．２〜２時間、好ましくは、０．５〜１時間とする。また、熱処理槽の圧力は、０．２〜１．５ＭＰａが望ましい。

次いで、高温熱処理が施され、減容化された熱処理汚泥は、消化槽に供給され、ここで中温（約３７℃）または高温（約５３℃）で嫌気条件のもとに消化処理が施され、さらに減容化がなされた消化汚泥となると共に、メタンガスを発生させる（消化処理工程）。このメタンガスは回収された後、前述の汚泥熱処理工程のための燃料（熱源）として利用される。また、汚泥熱処理工程から回収された熱量が、前述の好熱菌による汚泥可溶化工程における可溶化温度を維持するために必要な熱量より少ない場合は、メタンの一部を燃料（熱源）として利用することも可能である。

こうして、消化槽より排出された消化汚泥は脱水装置に送られ、ここで脱水処理がなされ、含水率が６０〜８５％の脱水ケーキと脱水分離液に固液分離される（脱水処理工程）。この脱水分離液は、前記汚泥濃縮工程で生成した濃縮分離水と共に最初沈殿槽に返送される。汚泥脱水装置としては、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレス、遠心脱水機、回転式加圧脱水機などの一般的な脱水装置を用いれば良い。

以上述べた本発明の実施形態１によれば、好熱菌による汚泥可溶化工程と高温の汚泥熱処理工程を組み合わせて採用することにより、余剰汚泥の減容化を効果的に行なうことが可能であると共に、嫌気性消化工程により発生するメタンガスを上記高温の汚泥熱処理工程での熱源として利用でき、さらにこの結果、同汚泥熱処理工程で排出される汚泥の顕熱を上記汚泥可溶化工程における熱源として利用することができるなど各工程で必要な熱エネルギーを循環的に有効利用でき、全体としてエネルギー効率を高く維持できる。
（実施形態２）
前記実施形態１と共通する構成については説明を省略し、特に異なった構成を中心にして以下に図２に基づいて説明を行う。

すなわち、本実施形態においては、最終沈殿槽から取り出された汚泥のうち、生物処理槽に直接返送する一部の汚泥を除いた汚泥の残部の処理において、その残部の汚泥は先ず濃縮装置に供給されて、ここで固形分濃度が１〜５％に濃縮処理が予めなされる。そして濃縮処理がなされた汚泥の一部は可溶化処理槽である可溶化処理槽に供給され、前記実施形態１と同様に好熱菌による汚泥可溶化処理がなされ、可溶化処理がなされた可溶化汚泥は同様にして生物処理槽に返送される。

また、固形分濃度が１〜５重量％に濃縮処理がなされた汚泥の一部（残部）は、最初沈殿槽から取り出され、やはり同濃度範囲に濃縮処理された初沈汚泥と合流されて高濃度濃縮装置に送られ、ここでさらに固形分濃度が５〜２０重量％の高濃度に濃縮処理されてから、次の熱処理槽の供給される。

このように、本実施形態では、前記実施形態１の作用効果に加えて、最終沈殿槽から取り出された汚泥、すなわち生物処理槽で発生した汚泥の一部を予め濃縮した後に、好熱菌で可溶化する方法を採用することにより、汚泥の可溶化が促進され、余剰汚泥の減容化をさらに効果的に実施できると共に、可溶化槽での処理負担が小さくなるためその槽容積を低減できる。

（実施形態３）
前記実施形態１及び２と共通する構成については説明を省略し、特に異なった構成を中心にして以下に図３に基づいて説明を行う。

実施形態２と同様に、最終沈殿槽から取り出された汚泥のうち、生物処理槽に直接返送する一部の汚泥を除いた汚泥の残部の処理において、その残部の汚泥は先ず濃縮装置に供給されて、濃縮処理が予めなされる。

次に、本実施形態にあっては、この濃縮処理がなされた汚泥の全部が可溶化処理槽である可溶化処理槽に供給され、好熱菌による汚泥可溶化処理がなされる。

可溶化処理がなされた可溶化汚泥は、前形態と同様に生物処理槽に返送されるが、本実施形態では、その全てが生物処理槽に返送されるのでは一部が返送される。そしてその可溶化汚泥の残りの一部（残部）は、最初沈殿槽から取り出された濃縮処理後の初沈汚泥と合流され、さらに高濃度濃縮装置に送られて高濃度に濃縮処理されてから、次の熱処理槽の供給されるのである。

このように、本実施形態では、前記実施形態１及び２の作用効果に加えて、高濃度濃縮される汚泥の一部が可溶化処理されているので、高濃度に濃縮しやすく、その結果、その後工程における熱処理槽、消化槽での処理負担が小さくなるためそれらの槽容積を低減できる。

以上の実施形態１〜３においては、好熱菌による汚泥可溶化処理は、活性汚泥処理槽で発生した汚泥を最終沈殿槽に導びき、この最終沈殿槽で固液分離してから取り出された汚泥の一部をその処理対象としたが、この最終沈殿槽の代わりに、活性汚泥処理槽に中空糸膜モジュールや平膜モジュールなどの膜分離装置を付設し、この膜分離装置によって固液分離することによって処理水と汚泥を分離し、活性汚泥処理槽の底部に発生、残存する汚泥を槽外に取り出したものを可溶化処理の対象として、最終沈殿槽からの汚泥を対照としてその処理を示した前記各実施形態と同様な要領で行うことも可能である。

また、以上の実施形態１〜３においては、生物処理槽では、活性汚泥を用いた好気処理であったがこれに限定されず、生物を保持した担体を流動させて生物処理する流動床式処理槽等、種々の処理方式が採用できる。また、嫌気槽及び好気槽をそれぞれ一つあるいは複数の槽を組み合わせた嫌気好気法等も採用可能である。

さらに、実施形態１〜３において、脱水装置によって分離された脱水分離液を、別途設けた生物処理装置や、オゾン等の酸化剤をもちいた物理化学処理装置等によって処理してさらに浄化した分離水として最初沈殿槽に返送する工程を付け加えても良い。

本発明の有機汚泥処理方法にかかる実施形態１を説明する工程概要図である。 本発明の有機汚泥処理方法にかかる実施形態２を説明する工程概要図である。 本発明の有機汚泥処理方法にかかる実施形態３を説明する工程概要図である。

Claims (9)

1. 有機性廃水を浄化するに当たって発生する有機汚泥を処理する方法において、
   （Ａ）生物処理槽で発生した汚泥の一部を好熱菌により可溶化する汚泥可溶化工程、
   （Ｂ）可溶化汚泥を生物処理槽に返送する可溶化汚泥返送工程、
   （Ｃ）生物処理槽で発生した汚泥の一部と初沈汚泥を高濃度に濃縮する高濃度汚泥濃縮工程、
   （Ｄ）濃縮汚泥を前記可溶化工程よりも高い温度で熱処理する汚泥熱処理工程、
   （Ｅ）熱処理汚泥を嫌気性消化処理する汚泥消化工程、
   を含むことを特徴とする有機汚泥の処理方法。
2. （Ａ）の汚泥可溶化工程において、汚泥を予め濃縮した後に可溶化する請求項１に記載の有機汚泥の処理方法。
3. （Ｂ）の可溶化汚泥返送工程において、さらに返送汚泥の一部を初沈汚泥に合流させる請求項１又は２に記載の有機汚泥の処理方法。
4. （Ａ）の汚泥可溶化工程における可溶化温度を５０〜９０℃とし、（Ｄ）の汚泥熱処理工程における熱処理温度を１２０〜２２０℃とする請求項１又２に記載の有機汚泥の処理方法。
5. 有機性廃水が下水である請求項１〜４のいずれかに記載の有機汚泥の処理方法。
6. 有機性廃水を浄化するに当たって発生する有機汚泥を処理する装置において、
   （Ａ）生物処理槽で発生した汚泥の一部を好熱菌により可溶化する汚泥可溶化装置、
   （Ｂ）可溶化汚泥を生物処理槽に返送する可溶化汚泥返送経路、
   （Ｃ）生物処理槽で発生した汚泥の一部と初沈汚泥を高濃度に濃縮する高濃度汚泥濃縮装置、
   （Ｄ）濃縮汚泥を前記可溶化工程よりも高い温度で熱処理する汚泥熱処理装置、
   （Ｅ）熱処理汚泥を嫌気性消化処理する汚泥消化装置、
   を含むことを特徴とする有機汚泥の処理装置。
7. （Ａ）の汚泥可溶化装置の前段に、汚泥を予め濃縮するための濃縮装置を設けたことを特徴とする請求項６に記載の有機汚泥の処理装置。
8. 可溶化汚泥返送経路に返送汚泥の一部を初沈汚泥に合流させる経路を設けたことを特徴とする請求項６又は７に記載の有機汚泥の処理装置。
9. （Ａ）の汚泥可溶化装置における可溶化温度を５０〜９０℃とし、（Ｄ）の汚泥熱処理装置における熱処理温度を１２０〜２２０℃とするように、温度制御装置を設置したことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の有機汚泥の処理装置。