JP2007275782A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は汚泥処理装置に関し、特に汚泥を分散化処理する汚泥分解手段を設けた汚泥処理槽において、水生ミミズを優占化させることによって汚泥削減効果を高め、高速で汚泥を分解することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、汚泥を生物処理する汚泥処理槽１２と、前記汚泥処理槽１２から膜分離水を得る分離膜２０と、前記分離膜２０の下方に散気管１３と、超音波処理装置１７とを設け、前記汚泥処理槽１２内に繊維状物質により形成された空隙を有する揺動床１５を設けることにより水生ミミズを安定して優占化させることで汚泥削減効果を高めるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水を生物処理する際に生じる余剰汚泥の処理装置に関する。

従来、排水の処理方法として、細菌、原生動物、藻類、後生動物等の微生物を用いることにより排水中の汚濁物質を分解・除去する、活性汚泥法が知られている。しかし、このような生物学的処理方法では、大量の汚泥、すなわち余剰汚泥が発生するため、その処分が問題となっている。一般的には、発生した余剰汚泥は濃縮・脱水後、埋立処分や焼却処分されているが、近年、処分場の残余容量の逼迫や、処分時の費用等の問題が生じているために、余剰汚泥の削減が求められている。

汚泥を削減する方法の一つとして、汚泥を生物処理槽に移送し、原生動物や後生動物等の高級微生物により前記汚泥を分解する方法が提案されており、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているような汚泥処理装置が知られている。

特許文献１について汚泥処理装置を、図２を用いて説明する。有機性排水は曝気槽５１において生物処理され、微生物の接触酸化作用により浄化される。さらに沈殿槽５２において上澄水と汚泥とに固液分離され、前記上澄水は有機性汚濁物質の除去された処理水として系外に放流される。一方、分離された前記汚泥の一部は曝気槽５１に返送されて、有機性排水の浄化に再利用される。

残りの前記汚泥の一部は、担体が設けられた汚泥消化槽５３に移送されて、前記担体上に付着して生息する原生動物や後生動物により捕食され、食物連鎖を経る過程で炭酸ガスと水とに分解されるようになっている。

なお、沈殿槽５２において分離された前記汚泥の残りは余剰汚泥として系外に排出される。

一般に食物連鎖を利用した汚泥削減方法は、高次捕食動物になるほど同化率が低いことを利用して、汚泥を構成する微生物を生分解し、炭酸ガスと水とに分解するものである。そのため同化率の低い微生物を利用することにより、新たに汚泥を発生させることなく、効率良く汚泥を分解することができる。

生物は食物を摂取すると、同化反応と異化反応とを進行させる。生存に必要な栄養素を取り込み、細胞の合成を行うのが同化反応であり、それらの反応に必要なエネルギーを獲得するために有機物を分解し、炭酸ガスと水とに分解するのが異化反応である。汚泥を生分解することによって、そのうちのどれだけが新細胞の合成・増殖に費やされたかを示すのが同化率である。

細菌捕食生物として知られる原生動物の同化率は概ね０．５であるのに対し、水生ミミズの同化率は概ね０．１程度であることが知られている。すなわち汚泥削減を行う際には水生ミミズを用いた方が効率の良いことは公知であり、特許文献２のように利用した方法も考案されている。

水生ミミズは環形動物門に属する微小動物の一種であり、排水処理系には主に貧毛網原始生殖目に属するアブラミミズ科、原始貧毛目に属するミズミミズ科、イトミミズ科に属する水生ミミズが出現する。一般的な排水処理系においては汚泥の堆積する死領域や生物膜上に生息する。このように特殊な領域に好んで生息するため、水生ミミズを安定的に優占化させるのは難しく、特許文献２のように大型の処理槽と複雑な制御が必要となる。
特開２００２−１４３８９５号公報 特開２００４−１４１８０２号公報

しかし、特許文献１にあるような従来の汚泥処理方法においては、担体表面への汚泥の付着が進行し過ぎると前記汚泥による閉塞が生じる。そのため、曝気により供される酸素の行き渡らない死領域が形成され、嫌気化することにより原生動物、後生動物、水生ミミズ等の増殖が妨げられ、汚泥分解能力が低下するという課題があった。

また、特許文献２にあるような汚泥処理方法においては、担体が設けられていないために、水生ミミズは曝気による水流に直接さらされることとなり、前記水流によるせん断力により体細胞が切断されてしまう。

したがって、曝気による攪拌力が過剰になると水生ミミズの生育が阻害される。また、汚泥濃度に対して曝気量が不足する場合においても、汚泥が腐敗し水生ミミズの生育が阻害される。そのため、曝気量と汚泥濃度とを適度な範囲内に制御する必要があり、運転管理が難しいという課題があった。

さらに、上記のいずれの方法においても生物相を一定に制御することができず、特定の原生動物や後生動物を安定して増殖させることができない。したがって、生物相の変化により汚泥分解能力も変動するため、運転管理が非常に難しいという課題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決して、汚泥削減に係る特定の微生物を容易に優占化させて維持することにより、汚泥分解能力の高い汚泥処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、上記目的を達成するために、汚泥を生物処理する汚泥処理槽と、前記汚泥処理槽内に設けられ膜分離水を得る分離膜と、前記分離膜の下方に設けられた散気装置と、前記汚泥処理槽に空隙を有する担体と前記汚泥処理槽における前記汚泥の粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理する汚泥分解手段とを有し、前記汚泥分解手段により分散化処理された前記汚泥を、前記担体上に保持された水生ミミズに捕食させることを特徴とするものである。

これにより、前記担体上に水生ミミズを安定して優占化させることができるため、汚泥分解能力を高めることができる。

請求項２に記載の本発明は、前記汚泥分解手段を超音波処理装置とすることを特徴とするものである。

これにより、汚泥の分散化処理を低エネルギーで効率よく行うことができる。

請求項３に記載の本発明は、前記担体を親水性の繊維状物質により形成することを特徴とするものである。

これにより、前記担体上に水生ミミズを特に安定して優占化させることができる。

請求項４に記載の本発明は、前記担体を揺動床とすることを特徴とするものである。

これにより、担体に汚泥が閉塞することのない状態を維持することができ、前記担体上の生物相の制御を容易にすることができる。

請求項５に記載の本発明は、前記水生ミミズが、環形動物門貧毛網の原始生殖目又は原始貧毛目に属する水生ミミズのうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とするものである。

これらを特に増殖させることにより、汚泥分解速度を速めることができる。

請求項６に記載の本発明は、前記汚泥処理槽にｐＨ制御手段を備えてなることを特徴とするものである。

これにより、担体上に安定して水生ミミズを増殖させることができる。

請求項７に記載の本発明は、汚泥を、水生ミミズを保持するための空隙を有する担体を備えた汚泥処理槽内で好気処理する汚泥処理工程と、前記汚泥処理槽内の前記汚泥の粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理する汚泥分解工程と、前記汚泥処理槽内から膜分離水を得る膜分離工程とを有し、前記汚泥分解工程により分散化処理された前記汚泥を、前記担体上に保持された前記水生ミミズに捕食させるようにしたことを特徴とする。

これにより、前記担体上に水生ミミズを安定して優占化させることができるため、汚泥分解能力を高めることができる。

請求項８に記載の本発明は、前記汚泥処理槽内のｐＨを５〜８．５に制御することを特徴とする。

これにより、担体上に安定して水生ミミズを増殖させることができる。

請求項９に記載の本発明は、前記汚泥処理槽内の溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように制御して好気処理することを特徴とする。

これにより、担体上に安定して水生ミミズを増殖させることができる。

本発明は、水生ミミズが安定して優占化させる汚泥処理槽において汚泥削減に係る生物処理を行えるため、汚泥分解能力の高い汚泥処理装置を実現することができる。

したがって、従来の方法に比べ、より小型の汚泥処理槽で汚泥を削減することができ、小規模・小設置スペースの排水処理設備においてもオンサイトで汚泥削減を実現することが可能になる。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態の排水処理装置の構成図である。排水処理装置は、有機性の排水を生物処理して浄化する排水処理部と、前記排水処理部より発生した汚泥を水生ミミズの優占する汚泥処理槽を用いて分解処理する汚泥処理装置とにより構成されている。

図１において、排水処理部は有機性の排水を導入する輸送管１と、排水の流量を調整する調整槽２と、排水を生物処理する生物処理槽４と、生物処理槽４より得られた処理水を固液分離する沈殿槽６と、処理水を系外に放流する輸送管７と、沈殿槽６で分離された余剰汚泥を生物処理槽４に返送する輸送管８とで構成されている。

有機性の排水を生物処理槽４において浄化する過程で生じた余剰汚泥は沈殿槽６により固液分離され、その大部分は生物処理槽４内の汚泥量を一定に保持するために返送汚泥として輸送管８を経て生物処理槽４に返送され、残りは余剰汚泥として輸送管１０を経て汚泥処理槽１２に移送される。

この返送汚泥量と余剰汚泥量との比は排水処理部における負荷条件や運転条件により開閉器９及び開閉器１１を調整することにより変化させて管理するが、その詳細は省略する。

次に汚泥処理装置について説明する。汚泥処理槽１２内は散気管１３により曝気され、排水処理部より移送された余剰汚泥を好気処理する（以下、余剰汚泥を汚泥と言い換える）。散気管１３にはブロワー１４が接続されており、酸素を含む空気が供給され、汚泥処理槽１２内の溶存酸素濃度が約０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように曝気するようになっている。

汚泥処理槽１２内には微生物担体である揺動床１５が設けられている。揺動床１５は撥水性の繊維で形成された幹と、親水性の繊維で形成された複数の枝とにより構成されたもので、水流により前記枝部分を揺動させることにより一定量の汚泥を前記枝部分に付着させることができる。

前記撥水性の繊維はポリエステル繊維であり、撥水性であるために微生物が付着しにくく、汚泥付着による幹部分の閉塞を防ぐことができる。なお、前記撥水性の繊維はポリエステル繊維に限定するものではなく、撥水性を有する繊維ならばいずれを用いてもよく、親水性の繊維に撥水加工を施してもよい。

また前記親水性の繊維はアクリル繊維であり、親水性であるために微生物が付着し易い。図３に揺動床の枝部分の顕微鏡写真およびそのトレースを示す。前記枝部分は、アクリル繊維をより合わせて形成し、空隙の多い粗い表面に仕上げてある。なお、前記親水性の繊維はアクリル繊維に限定するものではなく、親水性を有する繊維ならばいずれを用いてもよく、撥水性の繊維に親水加工を施してもよい。

汚泥処理槽１２に設ける担体の形状は揺動床に限定されるものではなく、繊維状物質により形成されることにより空隙のある形状をしていれば固定床、流動床等のいずれの使用形態であってもよいが、担体表面には水生ミミズが生息することのできる程度の空隙を設ける必要がある。

次に、汚泥処理槽１２内の汚泥は輸送管１６を経て超音波処理装置１７により分散化処理される。この処理により、前記汚泥は水生ミミズの摂食し易く、かつ前記揺動床に付着し易い大きさ、すなわち粒子サイズが１〜４０μｍの大きさに分散化される。

汚泥フロックは一般に球形ではなく、様々な形状をしているため、ここではその長径をもって粒子サイズとする。すなわち、粒子サイズが４０μｍの汚泥は、目開き４０μｍのふるいを通過することができる。

そうすることにより、分散化処理された前記汚泥はまず揺動床の枝部分を構成する親水性の繊維の表面に付着し、次に前記揺動床の枝部分に増殖させた水生ミミズが捕食して生分解する。

図４に、水生ミミズの増殖した前記揺動床の枝部分の顕微鏡写真およびそのトレースを示す。水生ミミズの生息できる空隙を有する親水性繊維を担体として用いることにより、同じく繊維のように細長い形状をしている水生ミミズが、前記繊維の隙間にからみつくように生育している様子が確認できる。なお、図に示す例では、親水性繊維は、水生ミミズに対し細いものを使用し、図中の細い繊維がつくる空隙にからみつきながら突出して見える親水性繊維よりも太い形状のものが水生ミミズである。

このように、水生ミミズの体細胞があたかも繊維の一部分であるかのように前記揺動床の枝部分にからみついて生育するため、水流による揺動では剥離できないほどの強固な接着力を持たせることができる。最終的には担体表面上に生育する原生動物や後生動物の中でも、特に水生ミミズを安定して優占化させることができる。

また、通常、圧密性の良好な汚泥フロックは数１００μｍ程度の大きさを有するため、水生ミミズが増殖して至る所から突き出ているような状態の担体に接触したとしても跳ね返されてしまい、前記担体表面に付着することができない。

しかし、担体表面上に設けられた空隙に挟まる程度の大きさ、望ましくは粒子サイズが１〜４０μｍの大きさであれば、担体表面の至る所から突き出た水生ミミズの間を縫って、担体表面に付着することができる。

そうすることにより、担体表面に付着した汚泥を水生ミミズが捕食することができる。水生ミミズは凝集性の微生物塊を好んで捕食し、水中に分散して存在する細菌はあまり捕食しない。したがって、ある程度のサイズを有した塊として、担体表面に付着させてやると、水生ミミズが捕食し易い。

本実施の形態１においては汚泥分解手段として超音波処理装置を用いたが、汚泥を分散化処理できるものであればいずれを用いてもよく、攪拌翼、ビーズミル等を用いてもよいが、水生ミミズが捕食できるよう１μｍを下回らない程度に処理できることが望ましく、可溶化にまでは至らないことが好ましい。

このようにして超音波処理した汚泥は輸送管１８を経て汚泥処理槽１２に返送し、循環処理する。こうすることによって、汚泥処理槽１２内の汚泥を効率良く分散化処理することができる。

例えば、食品工場より得られた活性汚泥を２８ｋＨｚ、４００Ｗの超音波振動子により１〜４０μｍの大きさに分散化処理したものを餌として、幹部分の長さが約２ｍ分の揺動床を設けた生物処理槽で活性汚泥を馴養した結果、水生ミミズの１種であるＮａｉｓ（ミズミミズ）を約２０ｇ（乾燥重量）増殖させ、安定して優占化させることができた。この水生ミミズにより、１日あたり約６ｇ（乾燥重量）の汚泥を分解することができた。

汚泥処理槽１２内にはｐＨ制御手段１９が設けられており、汚泥処理槽１２内のｐＨを検知して、ｐＨが常にｐＨ５〜８．５、好ましくはｐＨ６〜８．５になるように制御する。こうすることにより水生ミミズを安定して増殖させることができる。

本実施の形態１においては、水酸化ナトリウムを添加することによりｐＨを制御するようにしたが、ｐＨを調整できる手段であればいずれを用いてもよく、他の薬剤を用いるか、脱窒工程を新たに設けるか、希釈水によりｐＨを調整する方法を用いてもよい。

汚泥処理槽１２内には分離膜２０が設けられており、その透過水はポンプ２１と輸送管２２と開閉器２３を経て生物処理槽４に返送される。分離膜の種類については特に限定されるものではなく、平膜型、中空糸型、スパイラル型のいずれを用いてもよい。また、分離膜２０の下方には散気管１３が設けられており、膜表面に堆積した汚泥を洗浄して膜の目詰まりを防止する。

以上のように、本発明における排水処理装置は、汚泥を高速で分解することができるため、余剰汚泥発生に伴う環境負荷の増大に対し、大きく貢献するものとなる。

本発明の一実施形態の排水処理装置の構成図 従来の排水処理装置の構成図 揺動床の枝部分の図（（ａ）顕微鏡写真、（ｂ）顕微鏡写真のトレース図） 水生ミミズの増殖した揺動床の枝部分の図（（ａ）顕微鏡写真、（ｂ）顕微鏡写真のトレース図）

符号の説明

１、３、５、７、８、１０、１６、１８、２２ 輸送管
２ 調整槽
４ 生物処理槽
６ 沈殿槽
９、１１、２３ 開閉器
１２ 汚泥処理槽
１３ 散気管
１４ ブロワー
１５ 揺動床
１７ 超音波処理装置
１９ ｐＨ制御手段
２０ 分離膜
２１ ポンプ
５１ 曝気槽
５２ 沈殿槽
５３ 汚泥消化槽

Claims (9)

1. 汚泥を生物処理する汚泥処理槽と、前記汚泥処理槽内に設けられ膜分離水を得る分離膜と、前記分離膜の下方に設けられた散気装置と、前記汚泥処理槽に水生ミミズを保持するための空隙を有する担体と前記汚泥処理槽における前記汚泥の粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理する汚泥分解手段とを備え、前記汚泥分解手段により分散化処理された前記汚泥を、前記担体上に保持された前記水生ミミズに捕食させるようにしたことを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記汚泥分解手段は超音波処理装置であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
3. 前記担体は親水性の繊維状物質により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理装置。
4. 前記担体は揺動床であることを特徴とする請求項３記載の汚泥処理装置。
5. 前記水生ミミズは、環形動物門貧毛網の原始生殖目又は原始貧毛目に属する水生ミミズのうち少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の汚泥処理装置。
6. 前記汚泥処理槽は、ｐＨ制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の汚泥処理装置。
7. 水生ミミズを保持するための空隙を有する担体を備えた汚泥処理槽内で、汚泥を好気処理する汚泥処理工程と、前記汚泥処理槽内の前記汚泥の粒子サイズを１〜４０μｍに分散化処理する汚泥分解工程と、前記汚泥処理槽内から膜分離水を得る膜分離工程とを有し、前記汚泥分解工程により分散化処理された前記汚泥を、前記担体上に保持された前記水生ミミズに捕食させるようにしたことを特徴とする汚泥処理方法。
8. 前記汚泥処理槽内のｐＨを５〜８．５に制御することを特徴とする請求項７に記載の汚泥処理方法。
9. 前記汚泥処理槽内の溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように制御して好気処理することを特徴とする請求項７又は８に記載の汚泥処理方法。