JP2013220378A

JP2013220378A - 余剰汚泥の減量化方法

Info

Publication number: JP2013220378A
Application number: JP2012093070A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Yoshida; 歩吉田; Mikio Iwata; 幹生岩田
Original assignee: Shikoku Chemicals Corp
Current assignee: Shikoku Chemicals Corp
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: JP5950668B2

Abstract

【課題】余剰汚泥を低コストで且つ効率良く減量化する方法を提供する。
【解決手段】活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、酸を添加してｐＨ３．５〜５に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取ったｐＨ３．５〜５の活性汚泥スラリーに、活性塩素を発生する物質を添加した後、該スラリーを曝気槽に返送する。
【選択図】なし

Description

本発明は、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥の減量化方法に関する。

下水、し尿、産業排水等の有機性排水（以下、排水と云う）を浄化する方法として、活性汚泥法が広く採用されている。この方法は、一般に排水と微生物の集合体である活性汚泥とを接触させて排水を浄化する曝気操作と、処理水と活性汚泥を分離する沈殿操作から成っているが、負荷をかけて処理効率を高めているために、微生物が増殖して曝気槽内に収容できる以上の活性汚泥、即ち余剰汚泥が発生する。

この余剰汚泥は、脱水あるいは脱水の後に焼却されて廃棄されているが、保管や運搬の費用も含めてその処分には多大なコストを要している。また、脱水汚泥や焼却灰を埋め立てる最終処分場の確保が困難になりつつあり、余剰汚泥の減量化が求められている。

このような余剰汚泥を減量化する方法として、種々の処理方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、曝気槽から活性汚泥スラリーを抜き出し、活性塩素源として次亜塩素酸塩を添加して、微生物が消化（分解）可能な状態に基質化（有機物化）し、曝気槽に戻す方法が開示されている。
特許文献２には、活性塩素源としてトリクロロイソシアヌル酸成形物を利用する方法が開示されている。
特許文献３には、活性塩素源として、余剰汚泥に塩化物を添加して電気分解により発生させた塩素を利用する方法が開示されている。
これらの方法は、処理コストが比較的安価である点において実用的と云えるものの、余剰汚泥の減量効果化は、未だ満足すべきものではなかった。
なお、特許文献４には、活性塩素源としてトリクロロイソシアヌル酸成形物を利用する糸状性バルキングの抑制方法が開示されているが、余剰汚泥の減量化については言及されていない。

特開２００２−１２６７９５号公報特開２００８−８６９４９号公報特開２００２−１２６７８２号公報特開２００６−２７２２５８号公報

本発明は、余剰汚泥を低コストで且つ効率良く減量化する方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、前記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ｐＨが３．５〜５である活性汚泥スラリーに、活性塩素を発生する物質を添加することにより、所期の目的を達成することを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、第１の発明は、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、酸を添加してｐＨ３．５〜５に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取ったｐＨ３．５〜５の活性汚泥スラリーに、活性塩素を発生する物質を添加した後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法である。
第２の発明は、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、酸を添加してｐＨ３．５〜５に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取ったｐＨ３．５〜５の活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対して活性塩素を発生する物質を有効塩素換算にて０．１〜２０重量％の割合で添加し、６０秒以上滞留させた後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法である。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、酸が硝酸であることを特徴とする余剰汚泥の減量化方法である。

本発明によれば、活性汚泥を用いて排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥を低コストで且つ効率良く減量化することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
なお本願の明細書中に表れる記号は、以下のとおりである。
・ＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand）：生物化学的酸素要求量
・ＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）：活性汚泥スラリー中の活性汚泥濃度
・ＤＳ（Dry Sludge）：乾燥固形物量（活性汚泥スラリー中の固形分）

図１〜４は、本発明を標準的な活性汚泥法に適用した場合の処理工程を示すフロー図である。まず図１について説明する。
曝気槽２には排水１が流入し活性汚泥と混合され、活性汚泥スラリー３が調製される。また、空気ブロワー７から供給された空気が曝気槽２の底部に設けられた散気管８から噴出されて、活性汚泥スラリー３を曝気・撹拌する。このような好気性の条件下において、活性汚泥は排水中に含まれる有機物を消化する。
この曝気槽２からは活性汚泥スラリーが抜き取られて沈殿槽５に供給される。沈殿槽５においては、活性汚泥スラリーが静置されることにより、処理水４（上澄み水）と濃縮汚泥スラリー６に分離され、処理水４は中和槽１４での中和処理を経て系外へ放流される。また、濃縮汚泥スラリー６はポンプ９により抜き取られ、一部が余剰汚泥スラリー１１として系外へ排出され、残りは返送汚泥スラリー１０として溶解槽１２へ送られる。
溶解槽１２では返送汚泥スラリー１０のｐＨが３．５〜５に調整されるように、溶解槽１２または上流側の配管中に酸が添加される。なお、溶解槽１２にｐＨ計を設置して、測定したｐＨにより酸の供給量を制御することが好ましい。
続いて、溶解槽１２では、返送汚泥スラリーに活性塩素を発生する物質（以下、活性塩素源と云う）を添加して、返送汚泥スラリー中の活性汚泥を殺傷することにより、返送先の曝気槽において消化可能な状態に基質化される。そして、基質化された活性汚泥スラリーは、曝気槽２へ返送される。なお、溶解槽１２内に攪拌装置を設置することが好ましい。

図２について説明する。図２のフロー図で示される処理工程においては、返送汚泥スラリー１０が沈殿槽５からではなく、曝気槽２から抜き取られている点において、図１の場合と異なっているが、その他は図１の場合と同様である。
図１および図２に示されるフロー図は、活性汚泥法を採用するほぼ全ての排水処理に適用可能である。また、活性汚泥スラリーを、ドーナツ状の水路内で循環させながら曝気するオキシデーションディッチ（酸化槽）法の場合にも適用される。加えて、活性汚泥法の変法として、沈殿槽を設置せず、一定時間曝気の後曝気を停止し、曝気槽内で活性汚泥スラリーを静置することにより、処理水と濃縮汚泥スラリーに分離する回分法や、曝気槽内に膜を水没し、ろ過により処理水を分離する膜分離活性汚泥法においても、図２のフロー図を応用して適用することが可能である。

図３および図４について説明するが、図１および図２について行った説明と重複する説明は省略する。
図３および図４は、酸の添加によるｐＨ調整を特に必要としない場合の処理工程を示すフロー図である。
曝気槽２においては、亜硝酸菌および硝酸菌により、排水中の有機態窒素およびアンモニア態窒素が硝酸化されて生成する硝酸により、活性汚泥スラリーのｐＨが自然に３．５〜５に調整されるため、酸の添加によるｐＨ調整は不要になる。しかしながら、ｐＨが５を超える場合には、溶解槽１２または上流側の配管中に酸を添加することが好ましい。

酸の添加によるｐＨ調整を不要とするには、排水中に硝酸化可能な有機態窒素およびアンモニア態窒素がそれらの合計量で１０ｍｇ／Ｌ以上含有することが好ましく、３０ｍｇ／Ｌ以上含有することがより好ましい。
曝気槽２には、排水中のＢＯＤを炭酸ガスと水にまで酸化分解するために必要な空気（酸素）に加え、有機態窒素およびアンモニア態窒素の硝酸化に必要な量の空気（酸素）を供給する。
曝気槽２における溶存酸素濃度は、有機態窒素およびアンモニア態窒素の硝酸化を促し、且つ、生成した硝酸が曝気槽２で生物学的に脱窒素されて減少しないように、１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。

亜硝酸菌および硝酸菌（以下、亜硝酸菌等と云う）による硝酸化反応を完結させるため、排水１の曝気槽２における水理学的滞留時間は、１日以上であることが好ましい。
亜硝酸菌等を活性汚泥中に集積するため、汚泥日令は１０日以上であることが好ましい。
亜硝酸菌等は、一般に外界からの飛び込みにより自然発生的に活性汚泥中に出現するものであるが、活性汚泥中における集積や硝酸化反応の開始に時間を要する場合は、他の処理施設より硝酸化反応が進行中の活性汚泥を種菌として移植することも可能である。

また、排水の水質の変動や水温等の環境の変化によりｐＨが変化するため、溶解槽１２にｐＨ計を設置し、ｐＨが５より高い場合には、硝酸化に必要な溶存酸素の濃度を高めるために、自動的に曝気槽２の曝気量を増やす等、測定したｐＨにより該曝気量を制御することが好ましい。なお、曝気量を増やしてもｐＨを５以下に調整できない場合には、酸を使用すればよい。

本発明の実施において、曝気槽または沈殿槽から抜き取った活性汚泥スラリーのｐＨは、３．５〜５の範囲であることが好ましい。ｐＨが５より高い場合には、満足すべき余剰汚泥の減量化効果が得られない。ｐＨが３．５より低い場合には、使用量に見合う余剰汚泥の減量効果が得られず、いたずらに薬剤コストが嵩むばかりか、処理設備の機器の腐食が進行する虞がある。

本発明の実施において使用する酸としては、硫酸、硝酸、塩酸等の鉱酸や、ギ酸、酢酸、クエン酸、ソルビン酸、リンゴ酸、イソシアヌル酸等の有機酸が挙げられ、これらの酸を組み合わせて使用してもよいが、余剰汚泥の減量化効率をより一層高めるためには、硝酸を使用することが好ましい。

本発明の実施において使用する活性塩素源としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム（さらし粉）、トリクロロイソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、３−ブロモ−１−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、１，３−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、１，３−ジクロロ−５−エチル−５−メチルヒダントイン、塩素ガス等が挙げられる。

また、トリクロロイソシアヌル酸は、酸としても作用し、水に対する溶解度が１．２ｇ／１００ｇ水（２０℃）と低く溶解速度も遅い。そして、錠剤等に成形して流水中に浸漬しておくだけで長期間に渡って連続的に活性塩素を供給できるため、本発明の実施においては好適に使用される。

活性塩素源の添加方法に関して、液体の次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合は、薬液ポンプ等を用いて溶解槽に添加する。
水に対する溶解速度の速いジクロロイソシアヌル酸ナトリウムや次亜塩素酸カルシウムを使用する場合は、電磁フィーダーやスクリューフィーダー等を用いて溶解槽に添加する。
水に対する溶解速度の遅いトリクロロイソシアヌル酸、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、３−ブロモ−１−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、１，３−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントインおよび１，３−ジクロロ−５−エチル−５−メチルヒダントインを使用する場合は、錠剤等に成形して活性汚泥スラリーに浸漬し溶解することができる。
塩素ガスを用いる場合は、気体の塩素ガスを活性汚泥スラリーに吹き込むか、または活性汚泥スラリーに塩化物を添加した後、電気分解により塩素を発生させる等の方法を採用することができる。

活性塩素源は、溶解槽中の活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対して、有効塩素換算にて０．１〜２０重量％の割合で添加される。
活性塩素源の添加量については、事前に活性汚泥スラリーに活性塩素源を溶解し、溶解前の酸素利用速度（Ａ）と溶解後の同速度（Ｂ）を「下水試験方法、（社）日本下水道協会、１９９７年版」に記載の方法に準拠して測定し、それらから算出した殺傷率が１００％以下となる量とする。なお、殺傷率が１００％の場合は、活性塩素源の添加量が過剰となる虞があるため、活性塩素源の添加量は最小値とすることが好ましい。
殺傷率（％）＝〔１−（酸素利用速度（Ｂ）／酸素利用速度（Ａ））〕×１００

本発明の実施においては、活性塩素源を添加した活性汚泥スラリーを、溶解槽や配管内等に６０秒以上、出来れば１８０秒以上滞留させた後に、曝気槽に返送することが好ましい。
滞留時間が６０秒未満の場合には、活性汚泥の基質化が不十分になる虞がある。
活性塩素源に由来する活性塩素は、所望量を活性汚泥スラリーに添加した場合、活性汚泥の基質化に消費されることにより、通常数分間で消失する。よって、溶解槽の容量は、活性塩素がすべて消費されるまで滞留可能な容量とすべきであるが、活性塩素の大半は１８０秒以内に消費されるため、実用上この範囲内であれば差し支えない。

本発明の実施においては、温度制御を特に必要としない。したがって、ｐＨ調整や活性塩素源の添加も常温で行われる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[活性塩素源]
・次亜塩素酸ナトリウム液（ダイソー社製、商品名「メックロン」、有効塩素含有量１２％）
・トリクロロイソシアヌル酸（四国化成工業社製、顆粒品、商品名「ネオクロール９０」、有効塩素含有量９０％）
・トリクロロイソシアヌル酸錠剤（四国化成工業社製、商品名「オーディライトＴ−２００」、有効塩素含有量９０％、直径７５ｍｍ、厚み２６ｍｍ、２００ｇ）

〔参考例１〕
予備試験として、活性汚泥スラリー（固形分）に対して添加した活性塩素源の割合（以下、有効塩素添加濃度と云う）と、活性汚泥の殺傷率との関係を調査した。
兵庫県の某下水処理施設で採取した活性汚泥スラリー（ＭＬＳＳ：３０００ｍｇ／Ｌ）に、次亜塩素酸ナトリウム液を所定量添加して３０秒間撹拌した後、該スラリーの一部を採取して、活性汚泥の殺傷率（前記の計算式を参照）を求めた。次亜塩素酸ナトリウム液の添加量から算出した有効塩素添加濃度（重量％）と殺傷率（％）との関係を図５に示した。これより、活性汚泥の殺傷率を１００％にするための、活性汚泥（固形分）１ｋｇ当たりの有効塩素量は５６ｇであると算出される。

〔実施例１〕
前記活性汚泥スラリーに硝酸を加えてｐＨ４．６とした後、活性汚泥（固形分）１ｋｇ当たりに対して、有効塩素量５６ｇに相当する次亜塩素酸ナトリウム液を加え、３０秒間攪拌後静置し、３分後および６時間後に上澄み液のＢＯＤを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液を添加後のｐＨは４．８であった。
得られた結果は、表１に示したとおりであった。

〔実施例２〜３〕
硝酸の代わりに塩酸または硫酸を使用してｐＨ４．６とした以外は、実施例１と同様にしてＢＯＤを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液を添加後のｐＨは、どちらも４．８であった。
得られた結果は、表１に記載したとおりであった。

〔実施例４〕
活性汚泥スラリーに活性汚泥（固形分）１ｋｇ当たりに対して、有効塩素量５６ｇに相当するトリクロロイソシアヌル酸を溶解させて、その後静置し、実施例１と同様にしてＢＯＤを測定した。なお、トリクロロイソシアヌル酸溶解後のｐＨは４．８であった。
得られた結果は、表１に記載したとおりであった。

〔実施例５〕
次亜塩素酸ナトリウム液の代わりにトリクロロイソシアヌル酸を使用した以外は、実施例１と同様にしてＢＯＤを測定した。なお、トリクロロイソシアヌル酸を添加後のｐＨは４．５であった。
得られた結果は、表１に記載したとおりであった。

〔比較例１〕
活性汚泥スラリーの上澄み液について、ＢＯＤを測定した。
得られた結果は、表１に記載したとおりであった。

〔比較例２〕
活性汚泥スラリーに硝酸を加えない以外は、実施例１と同様にしてＢＯＤを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液添加後のｐＨは、８．０であった。
得られた結果は、表１に記載したとおりであった。

ｐＨが８．０であった比較例２のＢＯＤの上昇は僅かであったのに対して、活性汚泥スラリーのｐＨを５以下とした実施例１〜５のＢＯＤは顕著に上昇しており、活性汚泥の基質化が進行しているものと認められる。

〔実施例６〕
＜実機試験＞
兵庫県の某高速道路パーキングエリアの排水の活性汚泥処理施設（図６参照）では、日常的に表２記載の維持管理が行われ、硝化槽（曝気槽）中の活性汚泥スラリーのｐＨが年間を通じて３．５〜４．５となるよう運用されている。この硝化槽に溶解槽（有効容量５０Ｌ）を接続し（図６参照）、硝化槽下流部よりポンプで抜き取った活性汚泥スラリーを、溶解槽に１４．４ｍ³／日の流速で送液した後、硝化槽上流部に返送した。
溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、該錠剤を約１．０ｋｇ／日の速度で溶解させた。なお、この際の活性汚泥（固形分）に対して供給した活性塩素（有効塩素換算）の割合は、１．０重量％であり、活性汚泥スラリーの滞留時間は３００秒であった。また、殺傷率は５０％であった。

試験開始後２年間の排水１ｍ³当たりの平均余剰汚泥排出量（固形分）は、１２ｇとなり、導入前の余剰汚泥排出量（固形分）より約８０％減量した。

〔実施例７〕
＜実機試験＞
兵庫県の某下水処理施設では、日常的に表３記載の維持管理が行われている。この処理施設のオキシデーションディッチ槽（以下ＯＤ槽と云う）に溶解槽（有効容量５０Ｌ）を接続し、ＯＤ槽よりポンプで抜き取った活性汚泥スラリーを、溶解槽に１４．４ｍ³／日の流速で送液した後、ＯＤ槽に返送した。
溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、ｐＨが３．５〜５になるように溶解させた。なお、この際の活性汚泥（固形分）に対して供給した活性塩素（有効塩素換算）の割合は、３．４重量％であり、活性汚泥スラリーの滞留時間は３００秒であった。また、殺傷率は７０％であった。

試験開始後３年間の排水１ｍ^３当たりの平均余剰汚泥排出量（固形分）は、６４ｇとなり、導入前の余剰汚泥排出量（固形分）より約３０％減量した。

〔実施例８〕
＜実機試験＞
実施例７の下水処理施設において、ＯＤ槽と溶解槽の間の配管中に定量ポンプを用いて硝酸を添加した。溶解槽にはｐＨ計を設備し、活性汚泥スラリーのｐＨを連続的に計測し、ｐＨが常時３．５〜５になるように、測定したｐＨにより定量ポンプを制御した。溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、該錠剤を約１．０ｋｇ／日の速度で溶解させた。なお、この際の活性汚泥（固形分）に対して供給した活性塩素（有効塩素換算）の割合は、２．３重量％であった。また、殺傷率は６０％であった。

試験開始後半年間の排水１ｍ^３当たりの平均余剰汚泥排出量（固形分）は、４０ｇとなり、導入前の余剰汚泥排出量（固形分）より約５５％減量した。

活性塩素源を用いた活性汚泥の基質化による余剰汚泥の減量方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取った活性汚泥スラリーに活性塩素源を添加する場合に、本発明では予め酸を用いてｐＨ３．５〜５とすることにより、活性汚泥中の微生物の細胞膜の一部を破壊し、細胞内液の漏出、また細胞膜等に存在する難分解性物質の溶解を促すことにより、従来以上の余剰汚泥の減量化を達成するものである。
そのメカニズムは明らかではないが、特に酸として硝酸を使用した場合は、活性塩素源のみならず硝酸も強力な酸化剤として細胞膜を構成する有機物の分解に寄与していると考えられる。また次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）は、ｐＨが５以下の領域では、Ｃｌ₂となることが知られており、酸化能が高くなると考えられる。これら２種類の酸化剤の相加もしくは相乗的効果により、活性塩素源を中性のｐＨ域で使用した場合と比べて、余剰汚泥の減量化が効率良く進行するものと推測される。

本発明によれば、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥を大幅に減量化することができるので、産業上の利用効果は多大である。

本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。次亜塩素酸ナトリウム液の供給量と、活性汚泥の殺傷率との関係を示すグラフである。本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。

１排水
２曝気槽
３活性汚泥スラリー
４処理水
５沈殿槽
６濃縮汚泥スラリー
７空気ブロワー
８散気管
９ポンプ
９ａ第１のポンプ
９ｂ第２のポンプ
１０返送汚泥スラリー
１１余剰汚泥スラリー
１２溶解槽
１３放流水
１４中和槽
１５脱窒素槽

Claims

活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、酸を添加してｐＨ３．５〜５に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取ったｐＨ３．５〜５の活性汚泥スラリーに、活性塩素を発生する物質を添加した後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法。
活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、酸を添加してｐＨ３．５〜５に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取ったｐＨ３．５〜５の活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対して活性塩素を発生する物質を有効塩素換算にて０．１〜２０重量％の割合で添加し、６０秒以上滞留させた後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法。
酸が硝酸であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の余剰汚泥の減量化方法。