JP2007283254A - 汚泥減容方法および汚泥減容剤 - Google Patents

Abstract

【課題】活性汚泥法における最終廃棄物である脱水汚泥を減容化するための汚泥処理方法およびそれに用いる汚泥処理剤の提供。
【解決手段】汚水処理設備において脱水工程前の有機性汚泥に、静菌剤を有機性汚泥の脱水工程より汚泥滞留時間の少なくとも８分の１倍以上の時間前に添加する脱水汚泥減容方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、下水、排水、廃水等の汚水を処理する際に生じる有機性汚泥を脱水する手段に関するものであって、有機性汚泥に静菌剤を添加する脱水汚泥減容方法および汚泥減容剤に関するものである。

従来、家庭排水・し尿などの一般排水、工場・事業場排水、農業・畜産業排水といった、下水、排水、廃水などの汚水（原水）の処理には、活性汚泥法による生物学的処理が広く行われている。この生物学的処理工程において、原水中の浮遊物を沈殿させてなる生汚泥および活性汚泥処理により発生する余剰汚泥は、それぞれあるいは混合後、凝集・脱水し、脱水汚泥としてそのほとんどが廃棄される。脱水汚泥は産業廃棄物であり、環境、コストなどの面からさらなる減容化が求められている。

汚泥の減容化については、「汚泥の減量化と発生防止技術 −脱水技術による減量化から余剰汚泥の発生しないゼロエミッション水処理技術−」（（株）エヌ・ティー・エス ２０００年刊）に記載されているような、脱水技術の開発や汚泥を発生させない排水の処理技術が提案されている。しかし、例えば、新しい脱水機の導入や、汚泥を可溶化したり発生量を抑える技術の導入のためには新たに大がかりな設備が必要となり、廃棄物となる汚泥の減容化は早急に求められているにもかかわらず、導入は容易ではない。

また、脱水技術の一環として、汚泥を凝集して沈降性を高め脱水効率を上げるための薬剤である凝集剤の検討も古くから行われている。これらは無機凝集剤やカチオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤、アミジン系高分子凝集剤など多く検討され効果を上げているが、汚泥の性状によっては十分な効果が得られず、未だ十分とは言えない。また、凝集反応の効率をあげるための試みとして、特開２００１−１７０６９４号公報（特許文献１）では汚泥の脱気も試みられているが、脱気に必要な薄膜真空脱気装置といった新たな装置が必要となり実用的でない。

脱水操作前の汚泥に静菌剤を添加して脱水汚泥を脱臭する方法について特開２００１―３８３９５（特許文献２）や特開２０００−２８８５９２（特許文献３）などで示されているが、これらは悪臭の発生を抑えるためのものであり、静菌剤による脱水汚泥の減容方法を示す物ではないため、その使用方法において異なる物である。
特開２００１−１７０６９４号公報 特開２００１―３８３９５号公報 特開２０００−２８８５９２号公報

本発明は前述したような従来の活性汚泥処理における汚泥減容問題において、静菌剤を含む汚泥減容剤を継続的に添加してプラント内の環境を改善して脱水汚泥の含水率を継続して下げる汚泥減容方法と、汚泥の腐敗を抑制し含水率を下げ汚泥を減容できる静菌剤を含む汚泥減容剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために、広く静菌効果を有することが知られている化合物について脱水汚泥の含水率低減効果を調べた結果、静菌剤を含む汚泥減容剤に脱水汚泥の含水率低減効果を見出し、新たに大がかりな装置を用いることなくより効率的に汚泥を脱水するための手段として、静菌剤を有機性汚泥に添加して脱水汚泥を減容する方法と、静菌剤を含有した汚泥減容剤を発明するに至った。本発明による汚泥減容方法および汚泥減容剤は、その静菌効果により有機性汚泥中の微生物環境を改善することにより、汚泥の脱水性を高めて脱水汚泥を減容するものである。

有機性汚泥中には非常に多くの種類と数の微生物が生息している。これら微生物は増殖を続ける中で特に利用できる栄養源が不足した場合に周囲の微生物を栄養源とするために消化する。菌が消化される時にはタンパク質やDNAのような親水性で粘着性の高い物質が汚泥内に放出される。また、微生物の中には生育に伴い、バイオポリマーと呼ばれる親水性が高い粘着性物質を生産するものも多い。有機性汚泥がプラント内に滞留する間にこれら粘着性物質が増加し、汚泥全体の粘性および保水性が高まって汚泥の脱水性が悪化しているのが現状である。

本発明者等は、これら汚泥の脱水性を悪化させる有機性汚泥中の微生物全般の活動（汚泥の腐敗）を抑えることで、汚泥の脱水性を高めて脱水汚泥を減容する本汚泥減容方法および汚泥減容剤を発明した。さらに静菌剤を１週間以上継続的に添加することによりプラント内の環境が改善されて脱水効率がより向上するという優れた脱水汚泥減容効果を得た。また我々は、静菌剤の添加を一時中断してもプラント内の環境改善効果が維持される期間を見出した。これはこれまで汚泥に添加されていた静菌剤は脱水汚泥とともに系外に運ばれて汚泥の廃棄とともに静菌効果はプラント内からは消滅するとされてきた静菌剤使用方法に対する常識を覆すものである。

すなわち本発明は以下の通りである。
１．汚水処理設備において脱水工程前の有機性汚泥に、静菌剤を有機性汚泥の脱水工程より汚泥滞留時間の少なくとも８分の１倍以上の時間前に添加する脱水汚泥減容方法。
２．静菌剤を少なくとも１週間以上継続して添加する１．に記載の脱水汚泥減容方法。
３．静菌剤を継続的に添加する期間と、静菌剤の添加を中断する期間と、その後再び静菌剤を継続的に添加する期間を繰り返す１．又は２．に記載の脱水汚泥減容方法。
４．静菌剤がピリチオン系化合物を含む１．に記載の脱水汚泥減容方法。
５．ピリチオン系化合物を含む静菌剤に１種または２種以上の化合物を組み合わせて用いる４．に記載の脱水汚泥減容方法。
６．ピリチオン系化合物を含む静菌剤を亜硝酸塩と組み合わせて用いる４．又は５．に記載の脱水汚泥減容方法。
７．ピリチオン系化合物を含む汚泥減容剤。
８．さらに亜硝酸塩を含む７．に記載の汚泥減容剤。

本発明の汚泥減容方法および汚泥減容剤によれば、特別な装置を必要とすることなく脱水汚泥の含水率を低減し、汚泥発生量を減ずることができる。

汚水処理設備とは、家庭排水、し尿などの一般排水、工場・事業場排水、農業・畜産業排水といった、下水、排水、廃水、汚水などの原水を活性汚泥法などの汚水処理方法により処理する設備をいう。
有機性汚泥とは、家庭排水、し尿などの一般排水、工場・事業場排水、農業・畜産業排水といった、下水、排水、廃水などの汚水よりなる原水を活性汚泥法などにより処理した際に生じる汚泥全般をいい、生汚泥、余剰汚泥や返送汚泥およびこれらの混合物がこれに含まれる。
脱水汚泥とは、原水の活性汚泥法等による生物学的処理工程において、これら原水から最初に浮遊物を沈降させて回収する最初沈殿池から重力濃縮槽へと引き抜かれる生汚泥と活性汚泥処理により発生した余剰汚泥を単独あるいは混合して脱水した後に生じる汚泥で、脱水汚泥ケーキとも呼ばれる。

汚泥滞留時間とは、一般に汚水処理施設において処理水または処理によって生じた汚泥が各層に流入してから次の槽へと流出するまでの平均時間をいい、本願では特に有機性汚泥が濃縮槽および／または貯留槽に流入してから脱水工程に到達するまでの時間をさす。 例えば汚泥が濃縮槽から貯留槽を経て脱水工程に到達するまでに２４時間かかるプラントの場合はその汚泥滞留時間の８分の１倍は３時間となる。

本発明である汚泥減容方法によれば、静菌剤を脱水前の有機性汚泥に添加する必要がある。
本発明における汚泥減容方法は、プラント内の微生物環境を静菌剤の効果によって整えることにより、汚泥内の微生物活動により生じる粘着性の物質を減じることが目的であるので、静菌剤の添加から脱水工程までの時間（静菌剤の反応時間）は長い方が好ましく、脱水工程直前では、汚泥内の腐敗が進み、微生物活動により生じる粘着性の物質の量が多くなるため、汚泥減容の効果が減退する。静菌剤の添加は脱水工程前に、汚泥滞留時間の８分の１以上の反応時間が得られるように添加することが必要であり、汚泥滞留時間の２分の１以上の反応時間が得られるように添加することが好ましい。撹拌効率およびより長い反応時間を確保できる観点から、濃縮槽および／または貯留槽に汚泥を移送する直前の配管または槽に流入する汚泥と同時に添静菌剤を添加することがさらに好ましい。

また、濃縮槽および／または貯留槽だけでなく、プラント内の汚泥を移送するための配管や重力濃縮槽など複数箇所においても静菌剤を添加することは、静菌剤の作用時間が延びるだけでなく、プラント全体の環境改善が促進される観点からさらに好ましい。添加の手段は独立のポンプを用いても、各汚泥を移送するポンプと連動させても良い。
また、本汚泥減容方法は、静菌剤を１週間以上継続して添加するのが好ましく、１ヶ月以上継続して有機性汚泥に添加することが効果の安定性の観点からより好ましい。プラントの環境改善がなされ汚泥減容効果が得られた後は、その後引き続き静菌剤添加を継続することもでき、一方、再び環境が悪化するまでは脱水汚泥減容効果が持続するため添加を一時中断することもできる。添加を一旦中断しその後再び継続的な添加を行うという繰り返しによる添加方法はコストダウンの観点から有効である。添加の中断期間は、添加期間と同程度以下が好ましく、添加期間の２分の１以下がより好ましい。

本汚泥減容方法は有機性汚泥の脱水工程前の工程に関するものであり、脱水工程における汚泥の凝集および脱水の方法にはなんら制限を受けない。本汚泥減容方法は、静菌剤により微生物の活動を抑え、汚泥の粘性および保水性の増加を抑えて汚泥の脱水性を向上させるものであるので、一般的な無機凝集剤や、高分子凝集剤と呼ばれる両性高分子凝集剤やカチオン性高分子凝集剤、アミジン系高分子凝集剤といった凝集剤と組み合わせて使用することでより良好な凝集結果が得られる。また脱水の方法にも特に制限はなく、ベルトプレスやフィルタープレス、スクリュープレス、ロータリープレス、遠心分離などの固形物と水分を分離する操作と併用することができ、特にベルトプレスやフィルタープレスでは、汚泥の粘性の低下から濾布の剥離性も向上し、より良い脱水効率が得られる。

本発明に用いる静菌剤は、静菌剤として公知のものを使用することができ、有機系静菌剤であっても無機系静菌剤であっても良い。
有機系静菌剤としては、4,5-ジクロル-1,2-ジチオール-3-オン、2,2-ジブロモ-2-シアノアセトアミド、ホスホニウム系化合物、トリアジン系化合物、ピリチオン系化合物等が挙げられ、中でも静菌効果に優れるためコスト面で有利であり、取り扱いの容易さの観点からピリチオン系化合物を含むことが好ましい。
ピリチオン系静菌剤としては、例えば、ナトリウムピリチオン、カリウムピリチオン、ジンクピリチオン、銅ピリチオン等が挙げられる。

ホスホニウム系化合物としては、例えば、トリ-ｎ-ブチルヘキサデシルホスホニウムクロリド、トリ-ｎ-ブチルテトラデシルホスホニウムクロリド、トリ-ｎ-ブチルヘキサデシルホスホニウムクロリド等の第４級ホスホニウム塩、スルホイソフタル酸テトラアルキルホスホニウム塩またはそのジエステル等が挙げられる。
トリアジン系化合物としては、例えば、ヘキサヒドロ−１，３，５−トリス（２−ヒドロキシエチル）−Ｓ−トリアジン（ヘキサミン）、ヘイキサヒドロ−１，３，５−トリエチル−Ｓ−トリアジン等が挙げられる。
無機系静菌剤としては、安息香酸、安息香酸ナトリウム、アジ化ナトリウム、過酸化水素等が挙げられる。これらの有機系および無機系静菌剤はこれら一群の中から選ばれた化合物単独でも２種類以上を任意の比率で組み合わせても用いることができる。

静菌剤と組み合わせる化合物に特に制限はなく、例えば、本願における静菌剤を除いて消臭剤として一般に用いられている化合物が好ましく、特に亜硝酸塩がコスト、効果の面からより好ましい。
亜硝酸塩としては、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸アンモニウム、亜硝酸カルシウム、亜硝酸マグネシウム等が挙げられる。
静菌剤と組み合わせる化合物は単独でも２種類以上を任意の比率で組み合わせても用いることができ、静菌剤との組み合わせの比率も任意である。

使用する静菌剤含有量は、化合物含有量として任意の濃度の物を用いることができ、例えばナトリウムピリチオンは、２．５ないし４０重量％溶液を用いることが好ましい。各静菌剤は、有機性汚泥容積１Lあたり固形物量として１ｍｇないし１０００ｍｇの使用が好ましく、例えばナトリウムピリチオンの場合は固形物量として有機性汚泥容積１Ｌあたり１ｍｇないし２０ｍｇの使用がより好ましい。静菌剤を組み合わせる場合には任意の固形物重量比で用いることができ、例えばナトリウムピリチオンと亜硝酸ナトリウムを組み合わせる場合には、それぞれの固形物重量比が１：２０ないし１：５０の範囲で使用することがより好ましい。

また、本汚泥減容剤の形態としては、汚泥との混合効率から液状またはスラリー状であることが好ましいが粒体や粉末でもかまわない。その他、濃度や粘度の調整剤、品質保持のための添加剤などに特に制限はなく、添加場所や汚泥の状態にあわせて使用することができる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

［実施例］
下水処理場から入手した流入水を用いて図１に示したフローよりなる下水処理標準活性汚泥法パイロットプラントにおいて汚泥減容率の指標となる脱水汚泥含水率の変化を測定した。含水率の測定方法は「下水試験法 上巻」（社団法人 日本下水道協会 １９９７年版）記載の方法に従った。

パイロットプラントでは貯留槽から脱水工程に移った汚泥は、カチオン系高分子凝集剤にて凝集後、ベルトプレス式脱水法によって脱水した。脱水工程を経て得られた脱水汚泥を一部測りとり、水分を蒸発させた後さらに１０５〜１１０℃で２時間加熱乾燥して減少した全重量より脱水汚泥中の水の重量を求め、含水率を算出した。含水率は毎日測定し、１ヶ月毎の平均値として図２に示した。本パイロットプラントでは常時亜硝酸ナトリウムを貯留槽汚泥容積１Ｌあたり固形物として１６０ｍｇになるように添加しており、貯留槽での平均滞留時間は２４時間で、濃縮槽からの合計は３０時間である。１ヶ月間ナトリウムピリチオン（ＮａＰｔ）の添加なしの条件で含水率を求めた後、２，３，４ヶ月目の３ヶ月間継続して、汚泥容積１Ｌあたり固形物量として５ｍｇになるように、２．５重量％溶液のナトリウムピリチオンを貯留槽への流入と同時に汚泥に添加した。３ヶ月間の添加期間の後もプラントの稼働および含水率の測定を継続した。図２は計７ヶ月間の含水率変化である。

図２に示すように、継続的なナトリウムピリチオンの添加によって、含水率は経時的に減少した。これは、プラント内の微生物環境が徐々に改善されていったことを示す結果である。また、３ヶ月間の添加により微生物環境が改善された後、ナトリウムピリチオンの添加を中断しても２ヶ月間は改善効果を維持することができた。
以上により、有機性汚泥への静菌剤の添加は脱水汚泥の減容化に有効な方法であり、また、静菌剤によって改善された微生物環境は薬剤の添加を一時中断しても維持でき、微生物環境の改善による汚泥減容方法の経済上の有効性をさらに示すことができた。

下水処理の分野において、汚泥の含水率が１％減少することは、最終廃棄物処理コスト削減および埋め立て処分場不足などによる環境問題、脱水処理の作業性の点で効果的である。処理コスト削減の観点から言えば、最終廃棄物である脱水汚泥の処理コストは汚泥容積によって決まり、脱水汚泥の多くはその７５％ないし８０％またはそれ以上が水分である。例えば汚泥の水分量すなわち含水率を８０％から７９％に１％下げると、汚泥容積は約５％減少し、処理にかかるコストを５％削減することができる。

［比較例］
パイロットプラントにおいて得られた、本汚泥減容剤を添加しない汚泥を一部貯留槽より引き抜き、微生物の活動を高めるために２５℃恒温条件下に移し、この汚泥を凝集・脱水して脱水汚泥の含水率の経時変化を測定した。引き抜き直後の含水率を０％としてその後の増減％を図３に示した。凝集・脱水は、一部測りとった汚泥をジャーテスターで撹拌しながら凝集剤を添加した後、加圧脱水機によって脱水した。含水率の測定方法は前記の方法と同様である。
この結果から、汚泥が滞留している条件下では微生物活動による腐敗の進行とともに粘着性物質などが増加して汚泥の脱水性が悪化し、含水率が増加してしまうことが分かる。

本発明は、下水、排水、廃水、汚水等を処理する際に生じる汚泥の脱水濃縮手段に関する分野で好適に使用される。

標準活性汚泥法パイロットプラントフロー図 含水率月平均値変化 滞留時間による脱水汚泥の含水率変化

符号の説明

１．流入水
２．沈さ池
３．最初沈殿池
４．曝気槽
５．最終沈殿池
６．返送汚泥
７．余剰汚泥
８．初沈汚泥
９．返流水
１０．濃縮槽
１１．貯留槽
１２．ベルト脱水機
１３．放流水
１４．脱水ケーキ

Claims (8)

1. 汚水処理設備において脱水工程前の有機性汚泥に、静菌剤を有機性汚泥の脱水工程より汚泥滞留時間の少なくとも８分の１倍以上の時間前に添加する脱水汚泥減容方法。
2. 静菌剤を少なくとも１週間以上継続して添加する請求項１に記載の脱水汚泥減容方法。
3. 静菌剤を継続的に添加する期間と、静菌剤の添加を中断する期間と、その後再び静菌剤を継続的に添加する期間を繰り返す請求項１又は２に記載の脱水汚泥減容方法。
4. 静菌剤がピリチオン系化合物を含む請求項１に記載の脱水汚泥減容方法。
5. ピリチオン系化合物を含む静菌剤に１種または２種以上の化合物を組み合わせて用いる請求項４に記載の脱水汚泥減容方法。
6. ピリチオン系化合物を含む静菌剤を亜硝酸塩と組み合わせて用いる請求項４又は５に記載の脱水汚泥減容方法。
7. ピリチオン系化合物を含む汚泥減容剤。
8. さらに亜硝酸塩を含む請求項７に記載の汚泥減容剤。

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