JP3697533B2 - 汚泥の可溶化方法および可溶化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥の可溶化方法および可溶化装置にかかり、特に、下水などの有機性汚水の処理に伴なって生成する有機性固形物質、例えば余剰活性汚泥などの可溶化率を高めること、および安定した汚泥処理を行なうための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などの有機性汚水の活性汚泥法など生物処理工程からは、多量の汚泥が発生しており、この汚泥の処理処分が現在最大の問題となりつつある。従来、これらの汚泥は脱水された後、あるいは脱水および焼却後に、陸地または海洋に投棄されてきた。しかしながら、海洋投棄は、環境上の配慮から禁止されるようになり、また陸地に投棄するに当たって埋め立ては処分地の確保が困難となり、処理費の高騰を招いている。
【０００３】
そこで、こうした汚泥を物理的、化学的もしくは生物学的に可溶化し、その後、好気あるいは嫌気的に消化処理を行なうことで汚泥の発生量を削減することが試みられてきた。通常、このような場合、汚泥を可溶化するために可溶化槽を別途設け、そこに汚泥を導入して処理が行なわれる。
【０００４】
この可溶化槽における汚泥の可溶化法について、種々の方法が提案されており、例えば、特開平９−２５３６８４号公報には、引き抜き汚泥を嫌気性発酵工程にて可溶化する方法が記載されている。また、特開平１１−９０４９３号公報には、高温好気性細菌の産出する酵素による消化と、熱変性との双方を促進し得る温度に可溶化槽内を設定し、その中で汚泥を可溶化する方法が記載されている。
【０００５】
さらに、特開平７−１１６６８５号公報に記載されているのは、オゾンを添加することにより汚泥の細胞壁を破壊して可溶化する方法であり、特許２１３２６２２号公報では、熱アルカリ処理を施すことにより汚泥の可溶化を狙っている。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の方法は、設備費などのイニシャルコスト、薬剤費などのランニングコストや処理時間、操作の煩雑さなど、実用化には好ましくない方法であった。
【０００７】
かかる問題に対して、本発明者らは有機性汚泥を少量のアルカリで前処理後、常温・常圧・嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に可溶化するという非常にシンプルで低ランニングコストな汚泥処理方法を開発したが、このとき生物学的可溶化槽において汚泥分解に関与しない微生物、いわゆる雑菌が大量に存在するため、場合によっては汚泥分解微生物が独占種となり得ず、十分な汚泥可溶化率が得られないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、有機性汚水の処理に伴なって生成される汚泥の可溶化技術においては、経済性、安定性、簡便性などすべての要求を満たす可溶化方法が求められている。
【０００９】
本発明は、かかる現状を鑑みてなされたものであり、可溶化処理の安定性および達成汚泥可溶化率のさらなる向上が可能な汚泥の可溶化方法および可溶化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、有機性汚水の生物処理工程にて発生する汚泥を、加熱することなくアルカリ処理する工程と、
前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で、加熱することなく生物学的に可溶化する工程とを具備し、
汚泥を分解する能力を有する微生物を、生物学的可溶化処理中に連続的に、あるいは間欠的にアルカリ処理後の汚泥に添加することを特徴とする汚泥の可溶化方法を提供する。
【００１１】
本発明の方法において、前記汚泥を分解する能力を有する微生物は、通性嫌気性菌または絶対嫌気性菌であることが好ましい。
【００１２】
前記汚泥をアルカリ処理する工程は、９未満のｐＨで行なわれることが好ましい。
【００１４】
前記汚泥を分解する能力を有する微生物は、高温加圧減菌した汚泥を培地として培養されることが好ましい。
【００１５】
また本発明は、汚泥を加熱することなくアルカリ処理するアルカリ処理槽と、
前記アルカリ処理後の汚泥を嫌気、無酸素、あるいは微好気条件下で、加熱することなく生物学的に可溶化処理する生物学的可溶化槽と、
汚泥を分解する能力を有する微生物を前記生物学的可溶化槽へ供給する手段とを具備した汚泥の可溶化装置を提供する。
【００１６】
本発明の装置においては、前記アルカリ処理槽は、汚泥のｐＨ調整手段を有することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の汚泥の可溶化方法および装置を説明する。
【００１８】
本発明にかかる汚泥可溶化装置の一例を、図１に示す。本発明において対象となる汚泥は、例えば下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセスから排出される生汚泥、余剰汚泥および生物性汚泥、食品工場や化学工場などの製造プロセスまたは廃水処理プロセスから排出される有機性汚泥である。
【００１９】
このような有機性汚泥の可溶化処理工程においては、汚泥は、図示するように、まずアルカリ処理槽１に導入される。アルカリ処理槽１内では、アルカリ剤２を微量添加することにより汚泥にアルカリ処理を施して、所定時間滞留させる。この処理によって、活性汚泥を構成する種々の微生物の細胞構成成分などが生物学的分解を受けやすい形に改質される。処理後の汚泥は、引き続いて生物学的汚泥可溶化槽３に導かれ、常温、常圧、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で、汚泥を分解する能力を有する微生物の働きにより可溶化が進行する。
【００２０】
生物学的可溶化槽３での生物学的可溶化処理の処理中に連続的に、あるいは間欠的に、汚泥を分解する能力を有する微生物が添加される。この微生物は、別個に設置した培養槽７にて培養されたものであることが好ましく、これによって、汚泥に含まれる有機性固形物質の可溶化率を高めることができる。
【００２１】
ここで汚泥を分解する能力を有する微生物としては、汚泥の主要構成成分であるタンパク質や炭水化物を分解するプロテアーゼやアミラーゼなどの酵素を常温、常圧、嫌気あるいは微好気条件下で分泌し、なおかつ可溶化した汚泥成分を栄養源として増殖することのできる微生物が好適であるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
かかる微生物は、例えば前出の汚泥を常温、常圧、嫌気あるいは微好気条件下で長時間培養して得られる培養液から微生物を単離し、スクリーニングを行なうことによって取得することができる。単離された微生物のスクリーニングは、汚泥を含む寒天培地に接種し培養後、汚泥溶解斑の有無を調べることなどによって実施できる。
【００２３】
こうして得られた汚泥を分解する能力を有する微生物を生物学的可溶化槽３に添加するに当たっては、培養液をそのまま添加することができる。培養液を濃縮、あるいは凍結乾燥した後に接種した場合には、添加量を減らすことが可能となり、ハンドリングも容易になる。
【００２４】
微生物を添加して汚泥の可溶化処理を行なう際には、添加微生物の生育速度、酵素生成の双方の点からみて適した条件に設定することが好ましい。これにより、生物学的可溶化槽３内で添加微生物が良好に生育し、汚泥を可溶化する効果も高く保たれることが期待できる。しかしながら、このような汚泥の生物学的可溶化工程においては、添加微生物の他にも可溶化に関与しない多量の微生物、すなわち雑菌が存在している。条件によっては、添加微生物と雑菌との基質競合などの問題から、添加微生物が処理系内で優占種となり得ず、添加微生物の大幅な減少、それに伴なう可溶化率の低下が起こることが予想される。また、添加微生物が処理系内にて、ある濃度で一定になることができたとしても、その添加微生物が生育条件などの点に関して非常に特異な性質を有していない限り、他の雑菌との存在比率はかなり低くなる場合がほとんどである。
【００２５】
図１に示されるように、別個に設置した培養槽７にて上記微生物を培養しておき、連続的あるいは間欠的に添加を行なうことによって、生物学的可溶化槽内で添加微生物を常に高濃度に維持することが可能となる。したがって、上述した問題を回避して、可溶化率の向上、安定した可溶化処理を達成することが可能となる。
【００２６】
このとき、上述したような微生物の添加量、添加間隔は、汚泥中の添加微生物数の経時変化を遺伝子解析等により追跡して、その際の汚泥可溶化率との関係を鑑みて適切な値に設定することが望まれる。微生物が低濃度の場合には可溶化率が低下し、必要以上に高濃度にしたところで効果を著しく高めることができずコストのみが上昇するおそれがある。
【００２７】
汚泥は、アルカリで前処理することにより汚泥中菌体の破壊および細胞内液の溶出が生じていると考えられ、生物学的可溶化槽３における添加微生物による汚泥の分解反応率は、アルカリ無処理時に比べて飛躍的に向上する。その結果、上述したような微生物の添加によって、可溶化率の大幅な向上が見込める。
【００２８】
本発明におけるアルカリ処理は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、および炭酸水素ナトリウム等などのアルカリ剤を添加することによって行なうことができるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
ここで必要とされるアルカリ剤の量は、汚泥の種類、濃度、および状態等によって異なるが、アルカリ処理槽内のｐＨは９未満で十分である。しかしながら、効率的な可溶化のためには、ｐＨ８以上は必要であり、中性付近のｐＨでは効果はあまり期待できない。したがって本発明におけるアルカリ処理は、ｐＨ８以上９未満で行なわれることが好ましい。
【００３０】
生物学的可溶化槽３における汚泥の可溶化は、嫌気、無酸素あるいは微好気下で行なわれるため曝気を必要としない。したがって、汚泥は何らの付加施設なしに処理を行なうこともできるが、反応性を高めるために簡単な攪拌機を設置してもよい。さらに本発明においては、常温でも充分な効果が得られるために加熱も必要とせず、従来の方法と比較して、非常にシンプルで低ランニングコストのプロセスの構築が可能となる。
【００３１】
汚泥を分解する能力を有する微生物を、別個に設置した培養槽７にて培養するためには、市販の標準培地を用いることができる。あるいは、汚泥可溶化プロセスに流入する汚泥の一部４を引き抜いて、高温加圧減菌器５にて処理したものを培地として用いることも可能である。高温加圧減菌汚泥６は、多量の溶解性有機性炭素を含み、減菌処理してあるために雑菌の混入による生育阻害も生じないため、上述したような微生物を培養するための培地となり得る。しかしながら、高温加圧減菌のための付加施設や加熱コストが必要とされる。また、減菌汚泥にて、市販の培地と比較して所望の微生物がどの程度増殖するのかは、目的とする微生物が有している性質に依存して変化すると考えられる。したがって、市販の標準培地および高温加圧減菌汚泥のいずれを使用するかについては、上記微生物の増殖、コスト、およびハンドリング等を鑑みて好ましい方法を選択すればよい。
【００３２】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
図２に示した構成の装置を用いて、余剰汚泥を対象に本発明の連続処理試験を行なった。容積４００ｍｌの円筒型のアルカリ処理槽１および同型同容積の生物学的可溶化槽３は、いずれも密閉状態を保った。これらの処理槽においては、常温、常圧条件下で曝気は行なわず、機械的攪拌のみを行なった。供試汚泥としては下水処理場から採取した余剰汚泥８を用い、ＭＬＳＳが約１０ｇ／Ｌになるように調整して、４℃で保存した。この汚泥を滞留時間６時間となるように汚泥輸送ポンプ９にてアルカリ処理槽１へ一定期間毎、連続的に供給した。
【００３４】
アルカリ処理槽１は、ｐＨコントローラー１０によってｐＨ８．５に保たれるように水酸化ナトリウム２を用いて制御した。アルカリ処理槽１で処理された汚泥の一部は、汚泥輸送ポンプ１５によって引き抜いて生物学的可溶化槽３に流入させ、残りの汚泥はオーバーフローさせた。
【００３５】
生物学的可溶化槽３はｐＨの調整は行なわず、滞留時間を３日間に設定して運転を行なった。生物学的可溶化槽３には汚泥を分解する能力を有する微生物の培養濃縮液５ｍｌを添加した。生物学的可溶化槽３もアルカリ処理槽と同様に、汚泥をオーバーフローさせて水位を保った。
【００３６】
比較例として、生物学的可溶化槽３に汚泥可溶化菌を接種しなかった系においても同様の実験を行なった。
【００３７】
この際の生物学的可溶化槽汚泥可溶化率を、アルカリ処理槽設定ｐＨとともに下記表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１に示されるように、汚泥可溶化微生物を生物学的可溶化槽に添加した実施例では、無添加の比較例に対して３倍近い可溶化率が得られ、微生物添加の効果が裏付けられた。
【００４０】
しかしながら、長時間実験を継続したところ、実施例の生物学的可溶化槽における汚泥可溶化率は次第に減少して比較例と同等の値となった。生物学的可溶化槽内汚泥の遺伝子解析を行なった結果、実験初期には検出可能であった汚泥可溶化微生物の遺伝子が、検出限界以下の濃度に減少していた。こうして、添加された汚泥可溶化微生物の濃度が、その他の雑菌と比較して低下していることが示唆された。そこで、実施例の生物学的可溶化槽のみに、上述した微生物の培養濃縮液５ｍｌを再び添加する試験を行なった。
【００４１】
添加後の生物学的可溶化槽内ＳＳ残存率の経時変化を図３に示す。微生物の培養濃縮液を再び添加しなかった比較例の場合には、ＳＳ残存率、すなわち汚泥の可溶化率に変動は見られない。これに対して実施例では、微生物接種後、一旦約５０％程度までＳＳ残存率が大幅に低下し、顕著な可溶化が生じていることが示された。その後、可溶化率は約２０％程度になって、その値が保たれた。
【００４２】
こうした結果から、汚泥可溶化微生物を間欠的あるいは連続的に生物学的可溶化層に添加することによって、可溶化率を向上させて、安定した可溶化処理がなされることが示唆された。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可溶化処理の安定性および達成汚泥可溶化率のさらなる向上が可能な汚泥の可溶化方法および可溶化装置が提供される。
【００４４】
本発明は、下水など有機性汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる汚泥可溶化装置の一例を説明するための図。
【図２】本発明の連続試験の一例を説明するための図。
【図３】本発明の可溶化法により達成される生物学的可溶化槽における可溶化率を経時的に示すグラフ図。
【符号の説明】
１…アルカリ処理槽
２…アルカリ剤
３…生物学的可溶化槽
４…引き抜き汚泥
５…高温加圧減菌器
６…高温加圧減菌汚泥
７…微生物培養槽
８…供試汚泥
９…汚泥輸送ポンプ
１０…ｐＨコントローラー
１１…ｐＨセンサー
１２…アルカリ液送ポンプ
１３…アルカリ処理槽電磁弁
１４…アルカリ処理槽流出汚泥
１５…汚泥輸送ポンプ
１６…生物学的可溶化槽電磁弁
１７…生物学的可溶化槽流出汚泥

Claims (7)

1. 有機性汚水の生物処理工程にて発生する汚泥を、加熱することなくアルカリ処理する工程と、
   前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で、加熱することなく生物学的に可溶化する工程とを具備し、
   汚泥を分解する能力を有する微生物を、生物学的可溶化処理中に連続的に、あるいは間欠的にアルカリ処理後の汚泥に添加することを特徴とする汚泥の可溶化方法。
2. 前記汚泥を分解する能力を有する微生物は、通性嫌気性菌または絶対嫌気性菌であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の可溶化方法。
3. 前記汚泥をアルカリ処理する工程は、９未満のｐＨで行なわれることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥の可溶化方法。
4. 前記汚泥を分解する能力を有する微生物は、高温加圧減菌した汚泥を培地として培養されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の汚泥の可溶化方法。
5. 汚泥を加熱することなくアルカリ処理するアルカリ処理槽と、
   前記アルカリ処理後の汚泥を嫌気、無酸素、あるいは微好気条件下で、加熱することなく生物学的に可溶化処理する生物学的可溶化槽と、
   汚泥を分解する能力を有する微生物を前記生物学的可溶化槽へ供給する手段とを具備した汚泥の可溶化装置。
6. 前記汚泥を分解する能力を有する微生物が、通性嫌気性菌または絶対嫌気性菌であることを特徴とする請求項５に記載の汚泥の可溶化装置。
7. 前記アルカリ処理槽は、汚泥のｐＨ調整手段を有することを特徴とする請求項５または６に記載の汚泥の可溶化装置。

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