JP2007021431A - 汚泥の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌後の難分解成分を易分解化する工程を汚泥処理フローに加えることにより、水処理系への負荷を低減し、水処理性能の悪化を防ぎ、汚泥を減量化して、ランニングコストを削減することができる汚泥の処理方法を提供すること。
【解決手段】有機性汚水Ａを生物反応槽２に保持した活性汚泥によって生物学的に処理する汚水処理施設における汚泥の処理方法において、発生した余剰汚泥Ｄを殺菌処理し、殺菌処理汚泥Ｆに対し、細胞壁溶解酵素及び／又は細胞壁溶解酵素生成菌を主体とする可溶化菌により細菌細胞壁の易分解化を行った後、易分解化した可溶化汚泥Ｇを生物反応槽２に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥の処理方法に関し、特に、下水等の有機性の汚水を、活性汚泥により生物学的に処理した後、系外に引き抜く汚泥の汚泥量を最小にする処理システムに適用することができる汚泥の処理方法に関するものである。

従来、下水処理場等に流入する汚水を処理するために、生物反応槽に汚水を流入し、これを曝気、攪拌して生物処理を行う活性汚泥法が用いられている。
水処理工程で発生する余剰汚泥は、通常、脱水を行った後、埋立処分されているが、処分地が次第になくなりつつあり、汚泥の処理処分にはランニングコストがかかることから、余剰汚泥に対し、オゾン等の薬品処理や超音波処理を行って汚泥を殺菌及び可溶化し、生物反応槽に返送して生物分解することにより、汚泥発生量をほぼゼロにする方法が試みられている。

しかしながら、従来の汚泥可溶化技術では、汚泥固形物が液状化する割合は小さく、可溶化汚泥をそのまま生物反応槽に返送するために、生物反応槽において分解するまでに要する時間が長く、負荷が増大して、曝気装置に能力不足を生じたり、水質が悪化したり、沈殿槽の汚泥界面が上昇して管理が難しくなるなどの問題がある。

本発明は、上記従来の汚泥の処理方法が有する問題点に鑑み、殺菌後の難分解成分を易分解化する工程を汚泥処理フローに加えることにより、水処理系への負荷を低減し、水処理性能の悪化を防ぎ、汚泥を減量化して、ランニングコストを削減することができる汚泥の処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の処理方法は、有機性汚水を生物反応槽に保持した活性汚泥によって生物学的に処理する汚水処理施設における汚泥の処理方法において、発生した余剰汚泥を殺菌処理し、該殺菌処理汚泥に対し、細胞壁溶解酵素及び／又は細胞壁溶解酵素生成菌を主体とする可溶化菌により難分解な細菌細胞壁の易分解化を行った後、該易分解化した可溶化汚泥を生物反応槽に返送することを特徴とする。

この場合において、汚泥の殺菌処理手段として、電気分解を用いることができる。

また、細胞壁溶解酵素として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼを用いることができる。

また、可溶化菌として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼ分泌菌、セルロサイマイクロビウム・セルランス及び／又はその変異株を使用することができる。

また、可溶化菌を担体に固定して、菌体の濃度を高めることができる。

本発明の処理方法によれば、活性汚泥法において発生した余剰汚泥を殺菌処理し、該殺菌処理汚泥に対し、細胞壁溶解酵素及び／又は細胞壁溶解酵素生成菌を主体とする可溶化菌により難分解な細菌細胞壁の易分解化を行った後、該易分解化した可溶化汚泥を生物反応槽に返送することから、可溶化酵素又は可溶化菌の作用により殺菌後の汚泥固形物に残留する有機物を低分子化することができ、これにより、返送する水処理系の負荷を低減し、水処理性能の悪化を防止するとともに、系外に排出していた汚泥量の大部分を消滅させることができる。

この場合、汚泥の殺菌処理手段として電気分解を用いることにより、安価に殺菌処理を行うことができる。

また、細胞壁溶解酵素として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼを用いることにより、難分解な細菌細胞壁を効果的に易分解化することができる。

また、可溶化菌として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼ分泌菌、セルロサイマイクロビウム・セルランス及び／又はその変異株を使用することにより、難分解な細菌細胞壁を効果的に易分解化することができる。

また、可溶化菌を担体に固定することにより、菌体の濃度を高めた状態で保持することができる。

以下、本発明の汚泥の処理方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

本発明の汚泥の処理方法は、活性汚泥法において発生した余剰汚泥の所定量を殺菌処理槽に導き、電気分解等の処理費用の安価な殺菌技術を用いて汚泥微生物を殺菌する。
このとき、汚泥微生物は殺菌されても微生物を構成する細胞壁は大部分が残存しており、汚泥固形物はほとんど減少していない。
所定の反応時間の後、殺菌処理汚泥を可溶化処理槽に導き、細胞壁を溶解する酵素及び／又は細胞壁を溶解する酵素を生成する菌を主体とした可溶化菌を用いて汚泥微生物の難分解な細胞壁等の固形物を可溶化し、易分解化する。
このとき、可溶化菌としては、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼ分泌菌、セルロサイマイクロビウム・セルランス（Cellulosimicrobium cellulans）及び／又はその変異株を使用するのが効果的であり、また、このような細胞壁溶解酵素生成菌を包括型あるいは結合型の担体に固定して、高濃度に保持するとより効果的である。

このように、本発明の処理方法は、活性汚泥法において、最終沈殿槽から汚泥を引き抜いて殺菌処理槽に導き、電解等の殺菌処理を行い、さらに可溶化処理槽において可溶化酵素又は可溶化菌の作用で汚泥固形物を易分解化させた後、生物反応槽に返送し、活性汚泥により水と炭酸ガスに分解する。
このとき、可溶化処理後の汚泥固形物に残留する有機物は易分解化、すなわち低分子化されているため、水処理系の負荷を低減し、水処理性能の悪化を防止することができ、系外に排出していた汚泥量の大部分を消滅させることができる。

図１に、本発明の汚泥の処理方法の一実施例を示す。
下水処理場のような汚水処理施設に流入した汚水Ａは、前処理設備１で砂分やし渣を除去した後、生物反応槽２へと送水され、活性汚泥により生物的に処理される。
生物反応槽２で処理された汚水は、汚泥混合液として、最終沈殿槽３へと送水され、固液分離されて処理水Ｂとしてオーバーフローする。
沈殿した汚泥の大部分は、汚泥移送ポンプ４により間欠的又は連続的に引き抜かれ、返送汚泥Ｃとして生物反応槽２へと返送される。

最終沈殿槽３から引き抜かれる沈殿汚泥の一部は、余剰汚泥Ｄとして、バルブの切替え等により汚泥濃縮槽５に投入される。
重力濃縮により汚泥濃度を高められた濃縮汚泥Ｅは、以後の汚泥処理フローに移送する汚泥容量を減少させた後、汚泥供給ポンプ６により、殺菌処理槽７に送泥するのが望ましいが、余剰汚泥Ｄを直接殺菌処理槽７に送泥することも可能である。
殺菌処理槽７は、汚泥固形物を可溶化する必要はなく、汚泥微生物を殺菌できる技術で安価な方法であれば、特に限定されるものではないが、以下に示す電解法が簡便である。
すなわち、殺菌処理槽７には、食塩添加装置８により食塩又は食塩水を添加して汚泥と十分混合し、槽内に設けられた電気分解装置を作動させ、電解処理を行って、汚泥微生物を殺菌処理する。

続いて、殺菌処理汚泥Ｆを可溶化処理槽９へと導く。可溶化処理槽９には酵素及び／又は可溶化菌の添加装置１０が設けられている。
可溶化処理槽９で酵素及び／又は可溶化菌により、汚泥固形物を易分解化させた後、可溶化汚泥Ｇを生物反応槽２に返送し、活性汚泥により水と炭酸ガスに分解する。
本減量化システムにより系外へ排出する汚泥量は激減するが、系内の汚泥濃度を一定に保つため最小限の引抜汚泥Ｈを貯留槽１１で一定期間貯留した後、排出汚泥Ｉを系外に排出できるように配管を設けるものとする。

次に、本発明の作用について説明する。
汚泥供給ポンプ６により、殺菌処理槽７に投入された濃縮汚泥Ｅは、水処理微生物で構成されている。
この濃縮汚泥Ｅに食塩又は食塩水を添加し、殺菌処理槽７に設けられた電気分解装置の電極間に直流電流を流すと、溶解している塩素イオンが次亜塩素酸又は次亜塩素酸イオンに転換され、これらの作用で、汚泥微生物が殺菌される。
特に、次亜塩素酸の殺菌力は大きいため、次亜塩素酸を最も生成できる５前後のｐＨで電気分解するのが最適で、食塩に加えて微量の酸を注入するのがより望ましい。
殺菌処理の段階では、殺菌することが主眼であるため、強力な酸化力で微生物の細胞壁を溶解したり、破砕して細胞内部の細胞質を溶出させる必要はなく、安価な費用で殺菌する方法として電解処理が適切であるが、電解処理に限定されるものではない。

殺菌処理汚泥Ｆは、可溶化処理槽９に送泥され、殺菌された汚泥微生物の細胞壁を溶解する酵素及び／又は細胞壁を溶解する酵素を分泌する菌を主体とした可溶化菌と混合されるが、この酵素及び／又は可溶化菌は別途生産され、添加装置１０により、可溶化処理槽９に所定濃度になるよう添加される。
添加装置１０により添加される酵素は、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼを用いることが望ましく、特に有効な酵素を出す起源微生物として、タンパク質分解酵素ではAspergillus niger、Aspergillus saitoi、Aspergillus niger、Aspergillus oryzae、Aspergillus melleus、Penicillium duponti、Rhizopus niveus、Rhizopus delemar、Bacillus subtilis、Bacillus stearothermophilus、Bacillus lichenifomis、Bacillus thermoproteolyticus、Streptomyces griseus、Papaya carica、糸状菌などがある。
また、有効なグルカナーゼ系の酵素を出す起源微生物として、Pseudomonas sp.、Aspergillus niger、Aspergillus sp.、Rhizoctonia salani、Humicola insolens、Trichoderma、Arthrobacter sp.などがある。

これら起源の酵素剤及び／又は菌自体を用いることが有効であり、産業用に用いられる市販のタンパク質分解酵素では、洛東化成工業（株）のエンチロンＦＡ ＣＯＮＣ、大和化成（株）のプロチンＰ、プロチンＡＹ、三共（株）のコクラーゼＰ、エイチビーアイ（株）のオリエンターゼ２０Ａ、オリエンターゼ９０Ｎ、新日本化学工業（株）のスミチームＡＰ、スミチームＬＰＬ、スミチームＬＰ、スミチームＭＰ、スミチームＣＰ、ヤクルト薬品工（株）のアロアーゼＡＰ−１０（いずれも商品名）などがあげられる。
また、市販のグルカナーゼ系酵素では、大和化成（株）のツニカーゼＦＭ、ノボザイム社のビスコザイム、天野エンザイム（株）のＹＬ−ＮＬアマノ（いずれも商品名）などがあげられ、これらの製品及びその成分が類似しているものを用いることが有効である。

可溶化菌は、細胞壁溶解酵素を生成する細菌を主体とした菌群で、これらの菌鮮が生成した酵素の作用で、殺菌された汚泥微生物の難分解の細胞壁を溶解させ易分解化するのに併せて、細胞内部の細胞質を溶出させる。
上記の酵素を分泌する細菌を使用するのも有効であるが、細胞壁溶解酵素を生成する細菌としては、発明者らが特許生物寄託センターに寄託（番号：ＦＥＲＭ Ｐ−１９５４７）しているセルロサイマイクロビウム・セルランス（Cellulosimicrobium cellulans）やその突然変異株を利用することができる。
可溶化菌を可溶化処理槽９に添加する場合は、可溶化処理槽９の水理学的滞留時間が２４時間以上の場合、殺菌処理汚泥を栄養源に可溶化菌が優先種として増殖するため、連続的に添加する必要はない。
また、このような細胞壁溶解酵素生成菌を高濃度に保持するために、包括型あるいは結合型の担体に固定することも有効である。

細胞壁溶解酵素及び／又は細胞壁溶解酵素生成菌を主体とする可溶化菌の作用により、細胞壁や細胞内部の固形物が易分解化された可溶化汚泥Ｇは、生物反応槽２に返送されるが、可溶化汚泥Ｇに含まれる有機物は易分解化、すなわち低分子化された炭水化物や糖質、タンパク質やペプチド、アミノ酸であるため、生物反応槽２内の汚泥微生物により、比較的短時間で炭酸ガスと水に分解することができる。

以上により、本発明の汚泥の処理方法は、余剰汚泥を殺菌処理槽７に導き、電解等の殺菌処理を行い、さらに可溶化処理槽９において酵素及び／又は可溶化菌の作用で汚泥固形物を溶解させた後、固液分離槽において可溶化液を分離して、生物反応槽に返送することから、可溶化液中に残留する有機物は易分解化、低分子化されており、生物反応槽２の負荷を増大させることはないため、水処理性能の悪化を防止することができ、汚泥を減量化させて、汚泥処理、処分に要する費用を大幅に低減できるという効果を有する。

以上、本発明の汚泥の処理方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の汚泥の処理方法は、殺菌後の難分解成分を易分解化することにより、水処理系への負荷を低減し、水処理性能の悪化を防ぎ、汚泥を減量化して、ランニングコストを削減するという特性を有していることから、下水の処理に限定されることなく、有機物を含有する汚水を活性汚泥微生物により生物分解させる汚水処理において、余剰汚泥を減量化させる場合に広く適用することができる。

本発明の汚泥の処理方法の一実施例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 前処理設備
２ 生物反応槽
３ 最終沈殿槽
４ 汚泥移送ポンプ
５ 汚泥濃縮槽
６ 汚泥供給ポンプ
７ 殺菌処理槽
８ 食塩添加装置
９ 可溶化処理槽
１０ 添加装置
１１ 貯留槽
Ａ 汚水
Ｂ 処理水
Ｃ 返送汚泥
Ｄ 余剰汚泥
Ｅ 濃縮汚泥
Ｆ 殺菌処理汚泥
Ｇ 可溶化汚泥
Ｈ 引抜汚泥
Ｉ 排出汚泥

Claims (5)

1. 有機性汚水を生物反応槽に保持した活性汚泥によって生物学的に処理する汚水処理施設における汚泥の処理方法において、発生した余剰汚泥を殺菌処理し、該殺菌処理汚泥に対し、細胞壁溶解酵素及び／又は細胞壁溶解酵素生成菌を主体とする可溶化菌により細菌細胞壁の易分解化を行った後、該易分解化した可溶化汚泥を生物反応槽に返送することを特徴とする汚泥の処理方法。
2. 汚泥の殺菌処理手段として、電気分解を用いることを特徴とする請求項１記載の汚泥の処理方法。
3. 細胞壁溶解酵素として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の処理方法。
4. 可溶化菌として、タンパク質分解酵素及び／又はグルカナーゼ分泌菌、セルロサイマイクロビウム・セルランス及び／又はその変異株を使用することを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の処理方法。
5. 可溶化菌を担体に固定して、菌体の濃度を高めることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の汚泥の処理方法。

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