JP2009154127A - 余剰汚泥処理装置および余剰汚泥処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集剤を使用せずに活性汚泥を効率的に濃縮して、処理後の活性汚泥を、肥料や家畜の飼料として使用することのできる排水処理設備における余剰汚泥処理方法および装置を提供する。
【解決手段】余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な複数の濾過ユニット１で構成し、各濾過ユニット１は、濾過ユニット１の外周を形成する基枠２と、その基枠２の下部開口部に固定された網体３と、その網体３の上に配置された濾過材４と、その濾過材４の上に敷かれた薄い分離砂層５とを有するものとした。網体３の上に濾過材４と分離砂層５を薄く敷き、濃縮分離した余剰汚泥を注ぎ込み脱水処理を行う。このとき、凝集剤を使用せずに活性汚泥を濾過ユニット１で効率的に濃縮し、処理後の余剰汚泥を、濾過材４上部の分離砂層５を分離材として濾過材４と分離して濾過ユニット１から汚泥ケーキ６として取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、活性汚泥処理法の排水処理設備における余剰汚泥処理装置および余剰汚泥処理方法に関する。

例えば畜産農家から出る家畜糞等の有機物を含む排水は、そのまま川や海に放流すると環境を汚染し、また悪臭による空気汚染の原因となる。

このような有機物を含む排水の浄化方法としては、バクテリアや原生動物の働きにより有機物を分解除去する活性汚泥法が広く採用されている。

活性汚泥の余剰汚泥ケーキは土壌菌の集団で特に、バチルス菌等は植物の病原菌に対抗する働きがあり、畑地、水田に施せば健全な土壌を育成できる。
一般的な活性汚泥法に用いられる設備は、およそ次の通りである。

１．沈砂池
排水管により集められた排水を沈砂池で砂、砂利などを沈殿させ、粗大ゴミはスクリーンで除去する。

２．最初沈殿槽
排水をゆっくり流し、排水中に浮遊している固形物を沈める。
ここまでが一次処理である。

３．曝気槽
一次処理を終えた排水と活性汚泥を混ぜ、空気を吹き込んで曝気する。これにより、活性汚泥中の好気性微生物が繁殖し、排水に含まれる有機物成分を炭酸ガスと水に分解する。

４．最終沈殿槽
排水中の有機物を分解する役割を果たした活性汚泥は静置すると非常に沈みやすくなり、排水と活性汚泥が沈降分離する。沈殿した活性汚泥は曝気槽に返送され、再利用される。活性汚泥の余剰分は汚泥として処理される。
ここまでが二次処理である。

５．後処理
最終沈殿池の上澄み液は塩素で消毒して川や海へ放流する。活性汚泥の余剰分は、脱水機で脱水して固形分として処理する。

前記の沈殿槽においては、処理時間を短縮するために、有機、無機の凝集剤が使用されることが多い。無機凝集剤は、硫酸鉄、消石灰等のマイクロサンドを核として排水中のＳＳ（懸濁物質）を凝集させて比重を大きくし、沈降時間を加速させるものである。有機凝集剤は、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤等があり、無機凝集剤と併用することにより凝集物の粗大化を助長し、凝集分離の高速化、分離汚泥の濃縮に能力を発揮する。

この種の余剰汚泥処理方法としては、特許文献１〜３に開示されたものがある。
特許文献１には、汚水を曝気槽で活性汚泥の存在下に曝気し、ここから流出する処理水を沈降槽に流入させて活性汚泥を沈降させ、沈降槽から活性汚泥と上澄水とを抜出し、前者は曝気槽に循環し、後者は少なくとも砂濾過層を通過させて浮遊物を除去したのち放流する汚水の処理方法において、沈降槽から曝気槽に循環される活性汚泥の余剰分に凝集剤を添加したのち脱水装置で脱水し、排水は沈降槽の上澄水と一緒にして砂濾過層を通過させるようになし、かつこの排水の濁度を測定し、その測定結果に基いて脱水装置に供する活性汚泥への凝集剤の添加量を調節する自動制御機構により凝集剤の添加量を制御する方法が記載されている。

特許文献２には、排水発生場所の排水を溜める排水貯槽と、該排水貯槽の排水を微生物により処理する生物処理装置と、該生物処理装置で生成された汚泥を濾過する膜分離装置とで構成された懸濁粒子生物膜法による排水処理装置において、前記膜分離装置にはフイルターエレメントの目詰り物脱落手段が設けられ、脱落手段で得た汚泥排水を曝気槽で減量し、曝気槽で減量された余剰汚泥を排水貯槽へ戻す排水処理装置が記載されている。

特許文献３には、第一生物処理槽において有機質排水を浄化処理する第一工程において生じた余剰汚泥を第二生物処理槽に移送し、この余剰汚泥を前記第二生物処理槽、膜分離槽、微生物死滅化処理工程間を循環させて膜分離及び微生物死滅化処理の第二工程の生物処理を行ない、前記膜分離槽内のフィルタを経た膜透過水を前記第一工程の前記第一生物処理槽に返送する排水処理工程における余剰汚泥の処理方法が記載されている。

特開２０００−０９３９９０号公報 特開２００１−１９１０７２号公報 特開２００３−０８０２９８号公報

しかしながら、排水と活性汚泥の分離に凝集剤を使用すると、凝集剤は固形物であるので、凝集剤を溶解させて汚泥に添加する装置が必要であるため設備が大型化する。また、凝集剤を大量に使用するために、自然分離に比べてランニングコストがかかる。このような排水処理を行うのは畜産農家であることが多いため、農家にとって広い面積を要することとコストが掛かりすぎることで負担が大きい。

さらに、凝集剤を使って沈降させた分離汚泥は、乾燥した後は土木材料や舗装材にしか使用できず、大量に発生すると処分に困窮する。特に、活性汚泥中のバクテリアとしては、土中に存在する菌が多い。これを土に返してやるのは自然で一番いいが、凝集剤という人工的なものを使用すると、そのままでは土に戻しても培地としては適合しない。

そこで本発明は、凝集剤を使用せずに活性汚泥を効率的に濃縮して、処理後の活性汚泥を、肥料や家畜の飼料として使用することのできる排水処理設備における余剰汚泥処理方法および装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、有機性排水を微生物により処理した後の余剰汚泥を濾過して排出する余剰汚泥処理装置であって、前記余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な複数の濾過ユニットで構成し、前記各濾過ユニットは、当該濾過ユニットの外周を形成する基枠と、その基枠の下部開口部に固定された網体と、その網体の上に配置された濾過材と、その濾過材の上に敷かれた薄い分離砂層とを有するものとした余剰汚泥処理装置である。

また、本発明の第２の構成は、有機性排水を微生物により処理した後の余剰汚泥を濾過して排出する余剰汚泥処理方法において、前記余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な濾過ユニットで構成し、前記各濾過ユニットは、当該濾過ユニットの外周を形成する基枠と、その基枠の下部開口部に固定された網体と、その網体の上に配置された濾過材と、その濾過材の上に敷かれた薄い分離砂層とを有するものとし、前記濾過ユニットに余剰汚泥を入れて濾過脱水した後、前記濾過ユニットを反転して、前記分離砂層から分離した汚泥ケーキを取り出すことを特徴とする余剰汚泥処理方法である。

本発明においては、微生物による廃水処理法の後段で濃縮分離した余剰汚泥を、微生物や原生動物の食物連鎖を利用して消化分解することにより、余剰汚泥を濃縮減少させる。
基枠の底部に金網もしくは濾布からなる網体を貼り、上に濾過材と分離砂層を薄く敷き、濃縮分離した余剰汚泥を注ぎ込み脱水処理を行う。このとき、凝集剤を使用せずに活性汚泥を濾過ユニットで効率的に濃縮し、処理後の余剰汚泥を、濾過材上部の分離砂層を分離材として濾過材と分離して濾過ユニットから汚泥ケーキとして取り出す。

前記濾過ユニットの分離砂層の上方から余剰汚泥を散布する投入器を、周壁に排出穴を設けた箱状器体と、その箱状器体に余剰汚泥を供給する供給パイプと、前記箱状器体の下部に付設され、前記周壁の排出穴から排出する余剰汚泥を前記濾過ユニットの前記分離砂層上に均等に供給するための多孔板とから構成することができる。このような投入器を使用することで、余剰汚泥が分離砂層上に均等に供給され、板状の汚泥ケーキとして取り出すことができる。

前記排水を微生物により処理する際に、酵素を添加し、汚泥の活性化を図ることで食物連鎖を促進利用して消化分解力を高めることができる。
濾過ユニットの濾過材の目詰まりは分離砂層で防げる。
薬剤を使用しないので、固形物は自然堆肥として活用しやすい。
濾過ユニットは浄化槽の上に設置するので濾過液は浄化槽に落ちるため、濾過液処理装置が不要で既設の浄化槽にも簡単に設置できる。

本発明によれば、有機性排水を微生物により処理した後の余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な濾過ユニットで構成し、各濾過ユニットは、当該濾過ユニットの外周を形成する基枠と、その基枠の下部開口部に固定された網体と、その網体の上に配置された濾過材と、その濾過材の上に敷かれた薄い分離砂層とを有するものとし、濾過ユニットに余剰汚泥を入れて濾過脱水した後、濾過ユニットを反転して、前記分離砂層から分離した汚泥ケーキを取り出すことにより、凝集剤を使用せずに活性汚泥を効率的に濃縮して、処理後の活性汚泥を、肥料や家畜の飼料として再使用することができる。

また、濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される濾過ユニットで構成したことにより、余剰汚泥処理にかかる設備スペース及び設備コストを低減することができる。
さらに、微生物による廃水処理法の後段で濃縮分離した余剰汚泥を、微生物や原生動物の食物連鎖を利用して消化分解することにより、余剰汚泥を効率的に濃縮減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る濾過ユニットの構成を示す分解斜視図である。図１において、濾過ユニット１は、濾過ユニット１の外周を形成する基枠２と、その基枠２の底部開口に固定された網体３と、その網体３の上に配置された濾過材４と、その濾過材４の上に敷かれた薄い分離砂層５とを有する。６は、分離砂層５の上に固液分離されて堆積した濃縮汚泥（汚泥ケーキ）、７は濾過ユニット１の反転用パイプである。基枠２は、たとえば縦横高さの寸法が１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×２００ｍｍ程度であり、この基枠２の底部に、例えば網目３０ｍｍの金網からなる網体３を貼る。濾過材４は、網目４０メッシュ（０．３５ｍｍ）の濾布を用いて、分離砂層５の砂を保持する。濾過材４の上に、砂、石炭ガラ、戻し堆肥等からなる分離砂層５を薄く（１０ｍｍ〜３０ｍｍ）敷く。この分離砂層５は、その上に沈積する粘着性の高い濃縮汚泥６が、下の濾過材４に付着しないようにするためのものである。

図２は、濾過ユニット１の分離砂層５の上方から余剰汚泥を散布する投入器１０を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は余剰汚泥供給パイプ系統を取り付けた正面図である。

図２に示されているように、投入器１０は、周壁１１に排出穴１２および溢流用凹凸１３を設けた箱状器体１４と、その箱状器体１４に余剰汚泥を供給する供給パイプ１５と、箱状器体１４の下部に付設され、周壁１１の排出穴１２から排出する余剰汚泥を濾過ユニット１の分離砂層５上に均等に供給するための多孔板１６とから構成されている。多孔板１６はパンチングメタルで形成することができ、孔のサイズは例えば１０ｍｍ程度、ピッチは例えば１５ｍｍ程度とする。供給パイプ１５は、箱状器体１４に溶接などで固定されたパイプ取付部材１７に固定されている。供給パイプ１５には、Ｔ字管１９の枝管１９ｂの先端が接続される。Ｔ字管１９の主管１９ａには、入力側に余剰汚泥供給ホース１８が、出力側に排出ホース２０が接続される。枝管１９ｂには第１のバルブ２１が設けられ、主管１９ａの出力側には第２のバルブ２２が設けられている。

以下、濾過ユニット１と投入器１０を用いた余剰汚泥処理方法について工程順に説明する。

１．分離砂の敷き詰め
使用時においては、分離砂層５として、粒径２ｍｍ以下の砂を１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度、平らに敷き詰める。砂以外に、石炭ガラ、戻し堆肥を混ぜることもある。

本発明者は、砂濾過で余剰汚泥の処理実験を繰り返してきたが、砂濾床の場合、砂が大量に必要で、逆洗浄処理等コスト高になり、また手間がかかりすぎるという問題があった。これらの実験の結果、観察できたのは、汚泥の糊状のミクロの固形分は砂の表面１ｍｍ〜３ｍｍのところで付着していたということである。そこで、砂を濾過層として使用する場合、層の厚みを３ｍｍより十分厚い、１０ｍｍ以上とすることが好ましいという知見を得た。

そこで、４０メッシュ（０．３５ｍｍ目明き）の濾過材４の上に、砂１０ｍｍを均等に敷き詰める。その後、基枠２を軽くたたく程度で砂は均等な厚みとなる。

２．余剰汚泥の注入
分離砂層５の上に、有機性排水を微生物により処理した後の濃縮余剰汚泥を注ぎ込む。微生物により処理する際に、酵素を添加し、汚泥の活性化を図ることで食物連鎖を促進利用して消化分解力を高めることができる。余剰汚泥を分離砂層５に注ぎ込むとき、分離砂層５の砂が除かれ直接汚泥が濾過材４から漏れると濾過にならず、また濃縮余剰汚泥のミクロの糊粘分によって濾過材４が目詰まりし、濾過はできない。
ここで、最も重要なのは、砂の厚みが薄くならないように、注ぎ始めは全体に均等に静かに注がなければならないことである。
そこで、投入器１０を用いて、濾過ユニット１の分離砂層５の上に、余剰汚泥を約１００ｋｇ／ｍ²の密度で流入させる。余剰汚泥は、まず投入器１０の箱状器体１４に供給され、周壁１１の排出穴１２から多孔板１６上に排出され、多孔板１６の網目を通して濾過ユニット１の分離砂層５上に静かに、かつ均等に供給される。余剰汚泥供給後、静置する。

濾過材４の網部分ではストレン濾過で、分離砂層５の砂粒子間の狭いところでは、毛細管現象的に濾過が起きていると考えられる。そして、その間隙に堆積した固形分粒子のミクロな層では、ケーキ濾過が起きて、小さな固形分粒子が液とともに流れ、固形分の粒径より大きな間隙に捉えられ、結果として清澄濾過になり、濾液は脱色までされ無色透明になる。分離砂層の上層に生物膜が形成され、それと砂粒子との表面相互作用により、固形分の堆積が始まり、汚染も著しいが、分離砂層の深層は汚染されにくい。依って、後の砂の入れ替えは、上層部の１ｍｍ〜３ｍｍの砂で済むと考えられる。

３．脱水ケーキ固形物の集積
余剰汚泥中の水分は２４時間以内で濾過、脱水し、余剰汚泥中の固形物は厚み１０ｍｍ程度のケーキ状になるが、この状態では固形物は絶乾ではない。
図１に示した濾過槽１の高さ方向の重心を支え、反転用パイプ７を支軸として上下を反転すると、ケーキ状の濃縮汚泥６は含水率が高くても、濾過材４上の分離砂層５の砂と共に簡単に落下する。

４．濾過材および容器の洗浄逆洗
分離後の基枠２は濾過材４と共に水および圧縮空気で洗浄する。
以上の１〜４の工程を繰り返す。

基枠２は浄化槽（図示せず）の能力余剰発生量に対して、その数量を準備する。
上記のように余剰汚泥処理ができると、カートリッジ式に基枠２を準備することで、機械的に固定した場所で簡単に処理ができる。

ケーキ濾過の物質収支は、原液中の固形分粒子は濾過によりその１００％がケーキを形成し、濾液へ漏れる粒子は無いと考えられる。これが純粋にケーキ濾過のみにおける濾過である。
ケーキ濾過は完全な固液分離であり、ケーキ濾過は固液分離の限界を達成するもので、それ以上の脱水分離は乾燥等で行う。

本発明は、凝集剤を使用せずに活性汚泥を効率的に濃縮して、処理後の活性汚泥を、肥料や家畜の飼料として使用することのできる余剰汚泥処理方法および装置として、畜産農家や食品工場等から排出される有機廃棄物の排水処理設備に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る濾過ユニットの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る投入器を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は余剰汚泥供給パイプ系統を取り付けた正面図である。

符号の説明

１ 濾過ユニット
２ 基枠
３ 網体
４ 濾過材
５ 分離砂層
６ 濃縮汚泥（汚泥ケーキ）
７ 反転用パイプ
１０ 投入器
１１ 周壁
１２ 排出穴
１３ 溢流用凹凸
１４ 箱状器体
１５ 供給パイプ
１６ 多孔板
１７ パイプ取付部材
１８ 余剰汚泥供給ホース
１９ Ｔ字管
１９ａ 主管
１９ｂ 枝管
２０ 排出ホース
２１ 第１のバルブ
２２ 第２のバルブ

Claims (4)

1. 有機性排水を微生物により処理した後の余剰汚泥を濾過して排出する余剰汚泥処理装置であって、
   前記余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な複数の濾過ユニットで構成し、
   前記各濾過ユニットは、当該濾過ユニットの外周を形成する基枠と、その基枠の下部開口部に固定された網体と、その網体の上に配置された濾過材と、その濾過材の上に敷かれた薄い分離砂層とを有するものとした余剰汚泥処理装置。
2. 前記濾過ユニットの分離砂層の上方から余剰汚泥を散布する投入器を、周壁に排出穴を設けた箱状器体と、その箱状器体に余剰汚泥を供給する供給パイプと、前記箱状器体の下部に付設され、前記周壁の排出穴から排出する余剰汚泥を前記濾過ユニットの前記分離砂層上に均等に供給するための多孔板とから構成した、請求項１記載の余剰汚泥処理装置。
3. 有機性排水を微生物により処理した後の余剰汚泥を濾過して排出する余剰汚泥処理方法において、
   前記余剰汚泥を濾過する濾過設備を、複数の浄化槽の上にそれぞれ設置される移動可能な濾過ユニットで構成し、前記各濾過ユニットは、当該濾過ユニットの外周を形成する基枠と、その基枠の下部開口部に固定された網体と、その網体の上に配置された濾過材と、その濾過材の上に敷かれた薄い分離砂層とを有するものとし、前記濾過ユニットに余剰汚泥を入れて濾過脱水した後、前記濾過ユニットを反転して、前記分離砂層から分離した汚泥ケーキを取り出すことを特徴とする余剰汚泥処理方法。
4. 前記排水を微生物により処理する際に、酵素を添加し、汚泥の活性化を図ることで食物連鎖を促進利用して消化分解力を高めることを特徴とする請求項３記載の余剰汚泥処理方法。

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