JP2007069053A

JP2007069053A - 有機汚泥の処理方法及び有機汚泥処理設備

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Publication number: JP2007069053A
Application number: JP2005255463A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Tatemitsu; 伸行立光; Akira Saito; 彰斉藤; Koji Murakoshi; 浩二村越; Tomohiro Sato; 朋弘佐藤
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP5020490B2

Abstract

【課題】この発明は廃水処理設備からの有機汚泥を消化処理した後の脱水分離液中に残存する生物難分解性物質等の汚濁物質を効率的に低減し、廃水処理系から放出される処理水の良好な水質を安定して維持することが可能な有機汚泥の処理方法及び処理設備を提供することを課題としたものである。
【解決手段】有機汚泥を嫌気性消化処理し、次いで前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理し、さらに前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は下水処理等の廃水処理設備から発生した有機汚泥の処理技術に関するものである。

一般に、この種の有機汚泥の処理方法としては、有機物質を含む下水等の廃水（原水）は最初沈殿池（最初沈殿槽）、生物処理槽及び最終沈殿池（最終沈殿槽）からなる廃水処理設備により処理し、最終沈殿池で発生した余剰汚泥、及び最初沈殿池で発生した生汚泥を嫌気性消化処理して、そしてこの汚泥消化液を脱水処理して分離した脱水分離液（以下、脱離液ということがある）をさらに生物学的処理して前記廃水処理設備の入り側に戻す処理方法が採用されている。

この脱離液の生物学的処理方法として、最初沈殿池での汚泥濃縮分離液の処理槽と前記脱離液の処理槽とを別個に設けて、それぞれ好気性生物処理を行うことによりＣＯＤ成分等を除去した後、その処理水を最初沈殿池に返流する処理方法が提案（特許文献１参照）されている。

しかし、この方法では、脱離液に生物難分解性物質が含まれているため、この脱離液を生物学的処理した場合においても上記生物難分解性物質は残存することになる。従って、脱離液に生物学的処理を施した分離水を廃水処理設備に返流すると、廃水処理設備の最終沈殿池から放流される処理水の水質を良好に維持できない恐れがある。特に嫌気性消化処理の前に熱処理等の可溶化処理を行った場合には、生物難分解性物質の量が増加するため、良好な処理水を確保することが困難となる。
特開平２００４−９７９０３号公報

本発明は、このような従来の問題点を解消し、廃水処理設備からの有機汚泥を消化処理した後の脱水分離液中に残存する生物難分解性物質等の汚濁物質を効率的に低減し、廃水処理系から放出される処理水の良好な水質を安定して維持することが可能な有機汚泥の処理方法及び処理設備を提供することを課題としたものである。

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構成は以下の通りである。

（１）有機汚泥を嫌気性消化処理し、次いで前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理し、さらに前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理することを特徴とする有機汚泥の処理方法（請求項１）。

（２）前記嫌気性消化処理の前に可溶化処理を行うことを特徴とする上記（１）記載の有機汚泥の処理方法（請求項２）。

（３）前記可溶化処理が熱処理であることを特徴とする上記（２）に記載の有機汚泥の処理方法（請求項３）。

（４）前記熱処理の温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする上記（３）に記載の有機汚泥の処理方法（請求項４）。

（５）前記触媒湿式酸化処理の温度が２００〜３００℃であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の有機汚泥の処理方法（請求項５）。

（６）前記可溶化処理における熱源として、前記触媒湿式酸化処理で発生した廃熱を利用することを特徴とする上記（３）〜（５）に記載の有機汚泥の処理方法（請求項６）。

（７）前記触媒湿式酸化処理の前にリン成分、金属成分、懸濁物質の少なくともいずれか一つを除去することを特徴とする上記（１）〜（６）に記載の有機汚泥の処理方法（請求項７）。

（８）前記触媒湿式酸化処理の前にリン成分、金属成分及び懸濁物質を除去することを特徴とする上記（１）〜（６）に記載の有機汚泥の処理方法（請求項８）。

（９）有機汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理する触媒湿式酸化装置とを含むことを特徴とする有機汚泥処理設備（請求項９）。

（１０）有機汚泥を可溶化処理する可溶化処理槽と、前記可溶化処理により得られた可溶化汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理する触媒湿式酸化装置とを含むことを特徴とする有機汚泥処理設備（請求項１０）。

（１１）前記可溶化処理槽が熱処理によるものであることを特徴とする上記（１０）に記載の有機汚泥処理設備（請求項１１）。

（１２）前記熱処理の温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする上記（１１）に記載の有機汚泥処理設備（請求項１２）。

（１３）前記触媒湿式酸化装置における処理温度が２００〜３００℃であることを特徴とする上記（９）〜（１２）に記載の有機汚泥処理設備（請求項１３）。

（１４）脱水装置と触媒湿式酸化装置との間に、リン成分除去装置、金属成分除去装置または懸濁物質除去装置の少なくともいずれか一つを設けたことを特徴とする上記（９）〜（１３）記載の有機汚泥処理設備（請求項１４）。

（１５）脱水装置と触媒湿式酸化装置との間に、リン成分除去装置、金属成分除去装置及び懸濁物質除去装置を順次設けたことを特徴とする上記（９）〜（１３）記載の有機汚泥処理設備（請求項１５）。

このような本発明によれば、有機汚泥の処理プロセスに触媒湿式酸化処理を有効に組み込むことによって、廃水処理設備からの有機汚泥を消化処理した後の脱水分離液中に残存する生物難分解性物質等の汚濁物質を効率的に低減することができ、この清浄化された処理液を廃水処理設備に返流させることにより廃水処理系から放出される処理水の良好な水質を安定して維持することが可能となり、さらに設備的にもその設置面積を小さくできるなどの優れた効果が得られる。

また、可溶化処理を熱で行う場合は、脱水分離液に含まれる生物難分解性物質等の量が増加するが、特に問題なく分解処理されるとともに、触媒湿式酸化により発生した熱を回収して、その回収熱の一部を可溶化処理の一部に用いることができ、プロセス全体のエネルギー効率を高めることができる。

さらに、脱水分離液に含まれるリン成分、金属成分及び／または懸濁物質を触媒湿式酸化処理の前に除去することにより、触媒酸化の効率や触媒の寿命を向上させることができ、安定且つ経済的に生物難分解性物質等を低減できる。

以下、本発明についてその実施形態を中心に図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態を示した処理フロー図である、同図において、各種有機物を含む下水等の廃水は原水Ａとして、最初沈殿槽１、生物処理槽２及び最終沈殿槽３からなる廃水処理設備に導入、処理され、浄化された処理水Ｂとして放出される。

一方、最終沈殿槽３で処理水Ｂと固液分離された汚泥は、その一部が生物処理槽２の微生物濃度を所定範囲に維持するために返送汚泥Ｃとして生物処理槽２に戻される。そして、他の一部は、余剰汚泥Ｄとして濃縮装置４に送られ所定の濃度（固形濃度で２〜５重量％）に濃縮処理される。また、最初沈殿槽１から排出された初沈汚泥（生汚泥）Ｅは濃縮装置５に送られ、やはり所定濃度（固形濃度で２〜５重量％）に濃縮処理される。濃縮装置４、５としては重力式沈降濃縮装置、浮上濃縮装置、膜分離装置等が用いられる。

濃縮装置４及び５によりそれぞれ濃縮、減容化された汚泥は、混合された濃縮汚泥Ｆとして消化槽６に送られ、嫌気条件下で消化処理が施され、さらに減容化されると共にメタンガスを主成分とする消化ガスに転化される。発生した消化ガスＧは消化槽６の頂部より回収され、ボイラー用の燃料等に利用される。

次いで、消化槽６で処理された汚泥消化液Ｈは、ベルトプレス、スクリュープレス等の脱水装置７に送られ、ここで脱水汚泥（ケーキ）Ｉと脱離液（脱水分離液）Ｊに固液分離される。脱水装置７としてはベルトプレス、フィルタープレス、スクリュープレス、遠心脱水機、回転式加圧脱水機等が用いられる。

そして、脱水装置７から排出されたこの脱離液Ｊは、通常はそのまま廃水処理設備の最初沈殿槽１に戻され、原水Ａと共に処理されるが、本発明においては直接返流させず、触媒湿式酸化装置８に供給され、さらに処理がなされる。

この触媒湿式酸化装置８による脱離液Ｊの具体的な処理について、その装置一例を示した図３に基づいて説明する。

脱離液Ｊは昇圧ポンプ１１により昇圧されて、脱離液配管１２により熱交換器１７を通して加熱された後、配管１３によって触媒反応器１４の下部に供給される。また、同時にコンプレッサー１５によって昇圧された空気が空気配管１６により脱離液配管１２に導入されて、脱離液Ｊと共に同触媒反応器１４に供給され、反応器の中を酸化雰囲気に維持する。

触媒反応器１４の内部には固体の酸化触媒が充填され、高温、高圧条件で運転される。脱離液Ｊは反応器１４内を上向きに通流して、充填された触媒層を通過する過程で、液中に含まれる通常の生物的処理では分解が困難なＣＯＤや窒素化合物等の生物難分解性物質が酸化分解され、浄化処理される。

浄化処理された気液混合物は触媒反応器１４の上部より排出され、気液配管１８により熱交換器１７に戻されて常温に冷却された後、配管１９により気液分離器２０に送られる。そして、気液分離器２０においては気液混合物を一定量貯留させながら液面制御及び気体の圧力制御を行い、気体と処理液を順次分離排出させる。

上記酸化触媒としては、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト、銅、白金、ロジウム、ルテニウムあるいはこれら金属の酸化物等が好ましく、勿論これ以外の周知の酸化触媒も使用することができる。

触媒反応器における反応温度は高温で運転することが脱離液の生物難分解性物質を効率的に分解、低減させる上で重要であり、具体的には２００〜３００℃で実施することが好ましい。２００℃未満では上記難分解性物質の酸化分解が不十分となり処理液の清浄度が低下するし、一方、３００℃を超える高温ではエネルギー効率の低下や酸化処理装置系に対する熱負荷の増大等実施上の不利を伴う。また、反応圧力は１.５〜１０ＭＰａの高圧で実施することが好ましい。１.５ＭＰａ未満の低圧では反応器内の液相維持が困難となるし、逆に１０ＭＰａを超える高圧では運転コストが嵩むと共に耐圧強度が著しく高い反応器が必要となり装置コストも高くなる。

このようにして脱離液Ｊを触媒湿式酸化装置８により酸化処理して得られた処理液Ｋは廃水処理設備の最初沈殿槽１の入り側に返流され、原水Ａと同様に、最初沈殿槽１、生物処理槽２及び最終沈殿槽３の順番に処理され、沈降した有機汚泥と上澄水に分離されながら、最後に最終沈殿槽３より浄化された処理水Ｂとして放出される。

この実施形態によれば、最初沈殿槽１、生物処理槽２及び最終沈殿槽３からなる廃水処理設備において発生する余剰汚泥Ｄ及び初沈汚泥Ｅ等の有機汚泥は濃縮装置４及び５より濃縮された後、消化槽６により嫌気性消化処理がなされ、次いで嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液Ｈは脱水装置７により脱水処理され、さらに前記脱水処理により得られた脱離液Ｊは触媒湿式酸化装置８により酸化処理され、そして酸化処理された処理液Ｋは最初沈殿槽１に返流される。

従って、前記消化処理により得られた汚泥消化液Ｈの脱水処理後の脱離液Ｊは、触媒湿式酸化処理によってこの液中に残存する生物難分解性物質等の汚濁物質を効率的に分解、除去され、浄化された処理液Ｋとして廃水処理設備に戻されることになる。このため廃水処理設備から放出される処理水Ｂは良好な水質を安定して維持することが可能となる。

次に、図２は本発明の他の実施形態を示した処理フロー図である。同図におい図１と共通する符号及びその名称は同じであり、本実施形態の以下の説明に当っては図１のものと異なった部分を中心として重複する部分は割愛する。

この実施形態においては、濃縮装置４、５によって濃縮され、混合された濃縮汚泥Ｆは、前記実施形態の如く、消化槽６に直接送られるのではなく、さらに濃縮され、可溶化処理がなされた後に送られる。すなわち、まず、濃縮汚泥Ｆは高濃度濃縮装置９に送られ、一層高濃度（固形分で８〜１５重量％）に濃縮され且つ減容化されて、高濃縮汚泥Ｌとなる。高濃度濃縮装置９としては遠心分離機，スクリュープレス濃縮機，ベルトプレス濃縮機、回転式加圧濃縮機等が用いられる。

そして、同濃縮装置９によってさらに濃縮処理がなされて得られた高濃縮汚泥Ｌは次に可溶化槽１０に送られ、ここで可溶化処理が施される。

一方、高濃度濃縮装置９による固液分離によって発生した分離液Ｍも処理液Ｋと合流して最初沈殿槽１に返流される。

ところで、上記可溶化処理としては種々の方法があるが、本発明では熱処理による方法が推奨される。熱処理タイプの可溶化槽１０としては例えば、高温・高圧用の円筒状反応容器が用いられる。

この熱処理による可溶化の条件としては、供給される高濃縮汚泥Ｌの濃度、温度、圧力及び処理時間等が重要となる。

汚泥の濃度は８〜１５％の範囲とすることが好ましい。この濃度が８％未満では、可溶化槽１０が大型化し、装置コストが嵩むこと、また１５％を超えると次工程の消化槽６でのアンモニア濃度が高くなるため、同工程における消化槽６による消化機能を阻害する恐れがある。

また、可溶化槽１０における汚泥の熱処理温度すなわち加熱温度は１２０から２００℃の範囲とすることが好ましい。この加熱温度が１２０℃未満では汚泥中の有機物の可溶化のが不足し、十分な有機物分解率が得られなくなったり、次工程の消化処理におけるメタン発生量が少なくなるし、また後工程での脱水汚泥の量が増大し、その含水率を効果的に減少させることが困難となる場合が生じる。逆に、２００℃を超える高温では可溶化率の増加の割合に比べて全体のエネルギー効率が低くなり、また可溶化装置の熱負荷も大きくなる。

可溶化槽１０における圧力は０.２〜１.５ＭＰａの範囲とすることが好ましい。この圧力が０.２ＭＰａ未満では汚泥中の有機物の分解が不足し、十分な可溶化率が得られなくなり、従ってメタン発生量が減少し、また脱水汚泥の含水率を効果的に減少させることができなくなる。逆に、１.５ＭＰａを超える高圧では可溶化率の増加の割合に比べて全体のエネルギー効率が悪くなり、また可溶化装置本体を頑強にしなければならないほか、精密なシール構造を必要とし装置コストが嵩み、さらに頻繁な装置点検、メンテナンスを要する等の不利を伴う。

可溶化槽１０における可溶化処理時間は３０から９０分の範囲とするこが望ましい。３０分未満では十分な可溶化が促進されず、消化工程でのメタンの発生量が不足し、脱水汚泥の含水率も不十分となる。一方、９０分を越える長時間では、生産性が低下する割に可溶化率の増加も殆ど望めない。

可溶化槽１０によって上記の如き好ましい条件で可溶化処理された高濃縮汚泥Ｌは可溶化汚泥Ｎとなって同可溶化槽１０から排出される。

この可溶化汚泥Ｎは、消化槽６に送られて、嫌気条件下で消化処理がなされ、さらに減容化されると共にメタンガスを主成分とする消化ガスＧに転化される。ここにおける消化ガスＧの生成は、前記のような可溶化処理が施された汚泥Ｎを消化対象としているため、活発にその反応が進行し、この結果、多量のメタンガスを回収することか可能となる。

そして、消化槽６で回収されたメタンガスはボイラーを介して高温の水蒸気に転換され、可溶化処理に必要な熱源Ｑ１として可溶化槽１０に供給される。

なお、消化処理後の汚泥消化液Ｈの脱水装置７による脱水処理、脱離液Ｊの触媒湿式酸化装置８による酸化処理および酸化処理後の処理液Ｋの最初沈殿槽１への返流等の処理については前記実施形態と同様である。

この実施形態によれば、最初沈殿槽１、生物処理槽２及び最終沈殿槽３からなる廃水処理設備において発生する余剰汚泥Ｄ及び初沈汚泥Ｅ等の有機汚泥は濃縮装置４及び５により濃縮された後、消化槽６により嫌気性消化処理がなされ、次いで嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液Ｈは脱水装置７により脱水処理され、さらに前記脱水処理により得られた脱離液Ｊは触媒湿式酸化装置８により酸化処理され、そして酸化処理された処理液Ｋは最初沈殿槽１に返流される。また、高濃度濃縮装置９より濃縮された分離液Ｍの一部は、最初沈殿槽１に返流される上記酸化処理された処理液Ｋと合流される。なお、触媒湿式酸化処理を可溶化処理の温度より高い温度とした場合、酸化反応により発熱するため、熱交換器１７により熱を回収し、その回収熱の一部Ｑ２を可溶化処理の加熱源の一部に利用することができるので好ましい。

従って、本発明実施形態によると、前述の実施形態の作用効果、すなわち廃水処理設備から放出される処理水Ｂを良好な水質を安定して維持できる点、に加えて、有機汚泥の消化効率、減容化率、脱水性を一層高めることができ、さらに大量のメタンガスを効率的に回収することができるため触媒湿式酸化装置８等の系内に必要な熱源として有効利用することが可能となり、全体のエネルギー効率を良くすることができる。また、高濃度濃縮装置９より濃縮された分離液Ｍの一部は、最初沈殿槽１に返流される上記酸化処理された処理液Ｋと合流される。なお、実施形態にあっては、可溶化槽１０による汚泥の可溶化によって生物難分解性物質がより多く脱離液Ｊに移行することになるが、触媒湿式酸化処理８によってこれを有効に分解、除去できるので処理水Ｂの良好な水質を十分に確保できる。

他の実施形態としては、脱水装置７と触媒湿式酸化処理８の間に、図示しないが、リン成分除去装置、金属成分除去装置及び懸濁物質除去装置を順次設け、脱離液（脱水分離液）Ｊに含まれるリン成分、金属成分及び懸濁物質を触媒湿式酸化に先立って除去することが好ましい。ここで、リン成分除去装置としてはＭＡＰ法やアルミニウム、鉄を用いた凝集沈殿法等によってリン成分の除去を行う装置等が、また金属成分除去装置としてはキレート剤やイオン交換膜等を用いて各種金属成分の除去を行う装置等が、さらに懸濁物質除去装置としてはＵＦ、ＭＦ等の膜を用いて懸濁物質の除去を行う装置等を挙げることができる。勿論、この場合、脱離液Ｊに含まれる成分によってはこれらの各装置を全て設ける必要は必ずしもなく、除去する成分に応じて必要な除去装置を選択的に設置しても良いものである。

かかる実施形態の採用によって、脱離液Ｊに含まれるリン成分、金属成分及び／または懸濁物質を触媒湿式酸化処理の前に除去することにより、触媒酸化の効率や触媒の寿命を向上させることができ、安定且つ経済的に生物難分解性物質等を低減できる。

なお、生物処理槽２における処理には通常の活性汚泥法、ＡＯ法（嫌気-好気法）Ａ２Ｏ法（嫌気-無酸素-好気法）採用されるが、脱離液にはアンモニアが含まれ、触媒湿式酸化により硝酸や亜硝酸まで酸化される場合があるので、脱窒処理できるＡＯ法やＡ２Ｏ法等の嫌気（無酸素系）と好気を組み合わせた方法を採用するのが好ましい。

本発明の実施形態を説明するフロー図である。本発明の他の実施形態を説明するフロー図である。本発明に適用される触媒湿式酸化装置の一例を示した説明図である。

符号の説明

１：最初沈殿槽２：生物処理槽３：最終沈殿槽４，５：濃縮装置
６：消化槽７：脱水装置８：触媒湿式酸化装置９：高濃度濃縮装置
１０：可溶化槽
１１：昇圧ポンプ１２、１３：脱離液配管１４：触媒反応器
１５：コンプレッサ− １６：空気配管１７：熱交換器
１８、１９：気液配管２０：気液分離器
Ａ：原水（有機性廃水）Ｂ：処理水Ｃ：返送汚泥Ｄ：余剰汚泥
Ｅ：初沈汚泥Ｆ；濃縮汚泥Ｇ：消化ガスＨ：汚泥消化液Ｉ：脱水汚泥
Ｊ：脱水分離液（脱離液）Ｋ：処理液Ｌ：高濃縮汚泥Ｍ；分離液
Ｑ１、Ｑ２、：熱源

Claims

有機汚泥を嫌気性消化処理し、次いで前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理し、さらに前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理することを特徴とする有機汚泥の処理方法。
前記嫌気性消化処理の前に可溶化処理を行うことを特徴とする請求項１記載にの有機汚泥の処理方法。
前記可溶化処理が熱処理であることを特徴とする請求項２に記載の有機汚泥の処理方法。
前記熱処理の温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする請求項３に記載の有機汚泥の処理方法。
前記触媒湿式酸化処理の温度が２００〜３００℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機汚泥の処理方法。
前記可溶化処理における熱源として、前記触媒湿式酸化処理で発生した廃熱を利用することを特徴とする請求項３〜５に記載の有機汚泥の処理方法。
前記触媒湿式酸化処理の前にリン成分、金属成分、懸濁物質の少なくともいずれか一つを除去することを特徴とする請求項１〜６に記載の有機汚泥の処理方法。
前記触媒湿式酸化処理の前にリン成分、金属成分及び懸濁物質を除去することを特徴とする請求項１〜６に記載の有機汚泥の処理方法。
有機汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理する触媒湿式酸化装置とを含むことを特徴とする有機汚泥処理設備。
有機汚泥を可溶化処理する可溶化処理槽と、前記可溶化処理により得られた可溶化汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記嫌気性消化処理により得られた汚泥消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水処理により得られた脱水分離液を触媒湿式酸化処理する触媒湿式酸化装置とを含むことを特徴とする有機汚泥処理設備。
前記可溶化処理槽が熱処理によるものであることを特徴とする請求項１０に記載の有機汚泥処理設備。
前記熱処理の温度が１２０〜２００℃であることを特徴とする請求項１１に記載の有機汚泥処理設備。
前記触媒湿式酸化装置における処理温度が２００〜３００℃であることを特徴とする請求項９〜１２に記載の有機汚泥処理設備。
脱水装置と触媒湿式酸化装置との間に、リン成分除去装置、金属成分除去装置または懸濁物質除去装置の少なくともいずれか一つを設けたことを特徴とする請求項９〜１３に記載の有機汚泥処理設備。
脱水装置と触媒湿式酸化装置との間に、リン成分除去装置、金属成分除去装置及び懸濁物質除去装置を順次設けたことを特徴とする請求項９〜１３に記載の有機汚泥処理設備。