JP3697900B2 - 排水の処理方法およびそのための装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理汚泥を微生物を利用して分解し、汚泥の減容化もしくは発生をなくす排水および汚泥の処理方法およびそれに用いられる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
排水の生物処理の代表的な方法に、好気的条件下でBOD成分を微生物に分解させ、後段で沈殿・分離を行う活性汚泥法がある。この方法においては沈殿させた汚泥の一部は曝気槽に返送するが、一部は沈殿槽などで固液分離された後に余剰汚泥として処理する必要がある。
【0003】
余剰汚泥は、一部、土壌改良材、コンポスト材料としての再利用が進められているが、大部分は産業廃棄物として処理されている。しかしコスト面や環境への配慮から廃棄手段以外の方法が求められている。その方法の一つとして、例えば生物による嫌気的あるいは好気的消化方法が従来より知られている。嫌気処理方法は、メタン生成菌などの嫌気性微生物によって汚泥中の有機物成分を分解して、メタンと二酸化炭素を生成するものである。この方法は汚泥の減量化とエネルギー資源の回収を同時に行えるという利点があるが、汚泥の滞留時間が10〜30日必要なこともあり、施設の大型化を招くなどの問題を抱えている。好気的処理方法も同様に長時間の滞留時間を必要とするものの、減量化率が低いなどの問題があり、最近はほとんど採用されていない。また、汚泥を化学的または物理的に前処理した後、嫌気的あるいは好気的に微生物処理する方法も検討されている。これは汚泥を強制的に前処理することにより、後段の微生物による処理時間を短縮することを狙った方法である。例えば特開平7−116685号公報、特開平8−19789号公報はオゾンで汚泥細胞壁を処理した後、好気槽で汚泥の減容化を行うものであり、特開昭58−76200号公報は超音波で汚泥の細胞壁を破砕することで減容化を期待するものである。また特開平3−8496号公報では汚泥にアルカリまたは鉱酸を添加して、アルカリ条件または酸性条件下で処理した後に好気処理するものである。特開平4−326998号公報、特開平5−345200号公報は汚泥をアルカリ性にすると同時に加温することで熱アルカリ処理を行って可溶化を進めた後、中性付近で嫌気処理をする方法である。更に特開平8−229595号公報、特開平8−243595号公報は汚泥の加温処理による可溶化を行う方法である。また特開平9−136097号公報ではアルカリ性条件で好気性微生物の存在下で曝気し、生物処理工程に返送する方法をとっているが、アルカリ可溶化後に中和のために添加する酸薬品量が従来よりも少なくする事が出来る汚泥の減容化技術を提供することを課題としており、基本的にはアルカリ性条件で好気性微生物の存在下で曝気する工程では汚泥の減容化を行っておらず、可溶化を目標としている方法である。
【0004】
しかしこれまでの超音波やオゾンなどの汚泥破壊を利用した方法は設備およびランニングコストが高くつき、酸やアルカリを添加する方法は使用薬品のコスト、中和のための設備および薬品コストも必要となり、更に高温に加熱する方法では加熱のためのコストアップが問題となるなど、更に画期的な方法が望まれている。また、これら化学的または物理的に前処理をした後、嫌気的あるいは好気的に微生物処理する方法では、ごくわずかに前処理槽で減容化を行うことができたとしても、少なくとも前処理槽と微生物処理槽が必要になり、スペースを多くとる点や、微生物処理槽を活性汚泥槽と兼ねて返送する場合でも活性汚泥槽の負荷を大きく上げてしまうため、活性汚泥槽の処理能力に余裕がある場合にしか適用できないといった問題があり、少ない槽構成で可溶化のみならず減容化を大幅に行うことのできる方式が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
活性汚泥システムにおける問題点の一つとして余剰汚泥の発生が挙げられる。本発明の目的は、長時間の処理を要せず、多大な熱エネルギーを要することなく、排水処理によって発生する汚泥を微生物を利用して分解し、汚泥の減容化もしくは発生をなくす方法およびそのための装置を提案することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の構成により達成される。すなわち、
1.「活性汚泥によって排水を処理する工程、および排水を処理した後の処理水を含有する汚泥を固液分離して、その分離水を取り出す工程を有する排水の処理方法であって、さらに前記固液分離して得られた分離汚泥の一部、または全部を、アルカリ条件下で好気的に汚泥を分解する能力を有する微生物によって処理する汚泥分解工程を有し、前記汚泥分解工程により汚泥分解処理された処理汚泥の一部、あるいは全部を、第2の活性汚泥による排水処理工程に送る前に、前記汚泥分解工程と前記第2の活性汚泥による排水処理工程との間に設けられた固液分離工程により固液分離処理することを特徴とする排水の処理方法。」
2.「前記汚泥分解処理の温度が40℃以上であることを特徴とする前記排水の処理方法。」
3.「前記汚泥分解処理の条件がpH8〜13であることを特徴とする前記いずれかの排水の処理方法。」
4.「前記汚泥分解処理の条件がpH9〜12であることを特徴とする前記の排水の処理方法。」
.「前記第2の活性汚泥による排水処理工程として、排水を処理する第1の活性汚泥による排水処理工程を兼用することを特徴とする前記の排水の処理方法。」
.「排水の入路、排水の入路に連通した第1の活性汚泥を含有する排水処理手段、該廃水処理手段に連通した固液分離手段、該固液分離手段の液体側に連通した分離水の出路、該固液分離手段の分離汚泥側に連通した汚泥分解手段、該汚泥分解手段に連通した第2の活性汚泥による排水処理手段を有するとともに、前記汚泥分解手段と前記第2の活性汚泥による排水処理手段との間に固液分離手段を有する排水の処理装置であって、汚泥分解手段がアルカリ条件下で好気的に汚泥を分解する能力を有する微生物を含有することを特徴とする排水の処理装置。」
.「前記汚泥分解手段が処理温度を40℃以上に温度維持可能な手段を有することを特徴とする前記の排水の処理装置。」
.「前記第2の活性汚泥による排水処理手段として第1の活性汚泥を含有する排水処理手段を兼用することを特徴とする前記の排水の処理装置。」である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】
活性汚泥処理法で有機性排水を処理するにあたり、少なくとも活性汚泥による排水処理による工程と、該活性汚泥による排水処理で発生した液体を含有する汚泥を固液分離する工程を備えた排水処理方法において、本発明は適用できる。すなわち固液分離の後、汚泥を分解することにより、効果的な汚泥の減容化が実現できる。
【0010】
固液分離汚泥としては、下水処理場、屎尿処理場、その他の処理施設より排出される余剰汚泥や返送汚泥を主に指しているが、その他にも上記施設から排出される有機性の廃水や処理水など、BOD負荷に菌体が多くあるような被処理水であれば本発明は十分に適用される。
【0011】
活性汚泥による排水処理の工程で使用される手段としては曝気槽、固定濾床が挙げられ、本発明においては特に限定されないが曝気槽が好ましい。
【0012】
固液分離工程の手段としては、沈殿槽における沈殿が最も広く実施されている。その他遠心分離、膜分離による方法も可能である。また、沈殿槽による固液分離の後、さらに汚泥濃縮槽を用いる方法もある。
【0013】
固液分離工程で分離した分離汚泥を汚泥分解処理手段に導入し、アルカリ・好気条件下で微生物処理することによって汚泥を分解処理するが、この分解処理量と固液分離汚泥量とが一致すれば、理論的には余剰汚泥が全く発生しなくなる。しかしながら実際の余剰汚泥中には無機性SS成分の他、分解が困難な難分解性の有機成分が存在し、系内に蓄積されていくこともあるので、固液分離汚泥の一部は引き抜いて廃棄処理することが好ましい。もちろん、通常の活性汚泥処理法で行われているように、固液分離汚泥の一部を前段の活性汚泥による排水処理工程の手段に返送しても良い。
【0014】
本発明におけるアルカリ化の方法であるが、例えば水酸化ナトリウム、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、炭酸水素ナトリウムなどの添加が挙げられるがこれらに限定されない。また添加量は、汚泥の種類、温度、状態によって異なるが、pH 8以上を達成できる量であればよく、固体状態または水溶液の状態で添加すればよい。
【0015】
処理pHは8以上が好ましい。pHが8以上であれば、加温のみを行ったときと比較して汚泥の可溶化が効率よく行える。しかし高すぎるpHでは薬液コストが高くつく上に微生物の生育が困難になるために、本発明においてはpH8から13、更にpH9〜12が好ましい。
【0016】
温度条件は40℃以上80℃以下が適切である。一般的に微生物の繁殖に好ましいと考えられる温度条件は室温付近、例えば活性汚泥槽の微生物は20〜30℃であり最高でも35℃前後とされている。しかし本発明において、微生物の繁殖にあまり好ましくないとされている高温、すなわち40℃以上の条件において高効率の分解効率を得た。その詳細は不明であるが、高温においては、汚泥分解に寄与しない微生物の生育が抑制され、かつ汚泥分解に寄与する微生物の活動が活発化されることによると推測される。また、熱による汚泥の可溶化促進効果に着目すると、温度が40℃未満の時は不十分であり、80℃以上であると温度を保つためのエネルギーコストが高くつく上に、そのエネルギーコストに見合うだけの汚泥処理を行える微生物の活動が困難になる。微生物の生育とエネルギーコストの両立の面から最も効率的であるのは、温度が40〜70℃、更に好ましくは45〜65℃であるが、分解に寄与する微生物の性質に応じて設定すれば良い。そのために、汚泥分解手段が40℃以上に温度維持可能な手段を有することが望まれる。また、分解する汚泥の濃度を適切にすることにより、分解の際の発熱と槽からの放熱をうまくバランスさせ、適切な温度を保つ方法を適用してもよい。
【0017】
利用する微生物としては、pH8以上かつ40℃以上の条件で生育可能で、汚泥成分を栄養源とすることのできる微生物であれば特に限定されない。この条件で生育できる微生物は、一般の土壌や河川水、汚泥などから、pHや温度の一方もしくは両方が極端に高くならない限りは、比較的容易に取得することが可能である。またこれらの微生物による汚泥処理の際には、リン酸カリウムやリン酸二カリウム、硫酸マグネシウム、硝酸アンモニウムなどの無機塩を添加すると、より生育を高めることが出来る場合もあるが、必ずしも必要というわけではない。
【0018】
本発明において、アルカリ条件下で微生物による汚泥処理を行う条件としては好気的条件が好ましい。そのための酸素供給源としては、通常の空気のほか、酸素ガス、酸素富化ガスでもよく、攪拌、通気攪拌、エアリフトなどの方式によって供給されるがこれらに限定されないのはもちろんである。溶存酸素が極端に低くならない限り、分解速度の律速とはならない。
【0019】
汚泥分解手段にて減容化された処理汚泥の一部あるいは全部は、第2の活性汚泥による排水処理手段に送られることを必須とする。処理汚泥中の有機成分が十分に除去されている場合にはそのまま系外に排出することもあるが、第2の活性汚泥による排水処理手段に送ることで、より汚泥の分解を促進させて排出量を減少させることができるからである。この時、第2の活性汚泥による排水処理手段を新たに設けることなく、先の排水が最初に処理される処理手段へ返送しても良い。処理汚泥が十分に減容化されていれば、それほど高い負荷を与えずに第1の活性汚泥による排水処理手段に返送することができるため、設備のコンパクト化が可能となる。
【0020】
本発明では、汚泥分解手段と活性汚泥による排水処理手段との間に、固液分離手段を設けることが必要である。固体部分あるいは液体部分を一部引き抜いて廃棄処理したり、前段の活性汚泥による排水処理手段に返送したりすることが容易となるからである
【0021】
本発明の汚泥分解手段は汚泥の可溶化を主に行う方法とは異なり、汚泥の分解を行うものであるため、従来の物理的または化学的手段による可溶化や一部微生物を介在させた可溶化の改良手段とは本質的に異なる。
【0022】
以下に本発明の具体的実施例を示すが、これに限定されるものではないことはもちろんである。
【0023】
【実施例】
以下、実施例を用いて発明をさらに詳しく説明する。
【0024】
(実施例1)
全国100種類以上の土壌を採取し、少量の土壌を滅菌水に懸濁させた後、全国5カ所の下水処理場から採取した返送汚泥をよく混合して菌体滲出液を作製した。
【0025】
次に、化学メーカ排水処理場から採取した余剰汚泥を固形分が1wt%になるように希釈し、リン酸2カリウム0.5g/l、リン酸1カリウム0.5g/l、硫酸マグネシウム7水和物0.2g/l、炭酸ナトリウムを10g/l添加して、pH10の被処理液を調製した。本実施例ではこれらの無機塩を添加したが、実質上は必ずしも必要ではない。更にこの被処理液を500ml容のバッフル付きフラスコに95mlずつ入れ、更にあらかじめ用意しておいた滲出液を5ml添加して振とう培養し、一部を取り出しては新しい被処理液と入れ替える作業を1ヶ月繰り返して、30℃、40℃、45℃および50℃で汚泥を分解しうる微生物の集積培養を行った。
【0026】
固形分が1wt%になるように希釈し、更に炭酸ナトリウムでpHを10に調整した余剰汚泥液に、得られた集積培養液を5ml添加して、2日間経過後の汚泥処理液のMLSSの減少率を測定し、これを減容化率として表した。なお、MLSSは下水試験法に準じた方法で測定し、次式から減容化率を算出した。
【0027】
減容化率=(MLSS1−MLSS2)/MLSS1×100(%)
MLSS1;処理前の試料液のMLSS濃度(g/l)
MLSS2;処理後の試料液のMLSS濃度(g/l)
2日間経過後のMLSS減容化率は30℃、40℃、45℃、50℃で処理の時、それぞれ19%、35%、36%、41%であり、40℃以上で効果が大きかった。
【0028】
(実施例2)
活性汚泥による排水処理手段、それに連通した固液分離処理手段、さらに固液分離手段の固体側に連通した汚泥分解処理手段の容器としてそれぞれ12リットルの活性汚泥槽、3リットルの沈殿槽、0.8リットルの汚泥分解処理槽を使用した。また汚泥分解処理槽には実施例1で使用した汚泥分解菌の45℃における集積培養液を予め注入しておいた。
【0029】
BOD負荷300ppmの合成排水を830ml/hrの流量で活性汚泥槽に供給し、通常の活性汚泥による排水処理を行い、MLSS2g/lの処理水を得た。この処理水を沈殿槽で固液分離してBOD負荷が20ppmの上澄水を分離水として系外に放出した。また汚泥はMLSSが9g/lに濃縮され、この中から190ml/hrを活性汚泥槽に返送し、17ml/hrを汚泥分解処理槽に送り、水酸化ナトリウムでpHを10に調整し45℃に保ったところ、2日間の滞留時間でMLSSを4g/lまで減容化することができた。更にこの減容化汚泥を活性汚泥処理槽に再び戻し、同様の処理を続けた結果、水分含有率を75%まで濃縮した汚泥の発生量は6ml/日となった。
【0030】
(比較例)
活性汚泥による排水処理手段、固液分離処理手段としてそれぞれ12リットルの活性汚泥槽、3リットルの沈殿槽を使用した。BOD負荷300ppmの合成下水を830ml/hrの流量で活性汚泥槽に供給して通常の処理を行い、MLSS2g/lの処理水を得た。この処理水を沈殿槽で固液分離してBOD負荷が20ppmの上澄水を系外に放出した。また汚泥はMLSSが9g/lに濃縮され、この中から201ml/hrを活性汚泥処理槽に返送した結果、水分含有率を75%まで濃縮した汚泥の発生量は21ml/日となった。
【0031】
【発明の効果】
本発明の実施により、従来の活性汚泥による排水処理工程に汚泥分解処理工程を設けると、汚泥の分解処理を行うことが容易に可能となるので、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例2で使用した装置の概要図である。
【図2】 比較例で使用した装置の概要図である。
【符号の説明】
1 流入水
2 活性汚泥槽
3 固液分離槽
4 固液分離上澄水
5 引き抜き汚泥
6 返送汚泥
7 固液分離汚泥
8 汚泥分解処理槽
9 返送処理汚泥

Claims (8)

  1. 活性汚泥によって排水を処理する工程、および排水を処理した後の処理水を含有する汚泥を固液分離して、その分離水を取り出す工程を有する排水の処理方法であって、さらに前記固液分離して得られた分離汚泥の一部、または全部を、アルカリ条件下で好気的に汚泥を分解する能力を有する微生物によって処理する汚泥分解工程を有し、前記汚泥分解工程により汚泥分解処理された処理汚泥の一部、あるいは全部を、第2の活性汚泥による排水処理工程に送る前に、前記汚泥分解工程と前記第2の活性汚泥による排水処理工程との間に設けられた固液分離工程により固液分離処理することを特徴とする排水の処理方法。
  2. 前記汚泥分解処理の温度が40℃以上であることを特徴とする請求項1記載の排水の処理方法。
  3. 前記汚泥分解処理の条件がpH8〜13であることを特徴とする請求項1または2記載の排水の処理方法。
  4. 前記汚泥分解処理の条件がpH9〜12であることを特徴とする請求項3記載の排水の処理方法。
  5. 前記第2の活性汚泥による排水処理工程として、排水を処理する第1の活性汚泥による排水処理工程を兼用することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の排水の処理方法。
  6. 排水の入路、排水の入路に連通した第1の活性汚泥を含有する排水処理手段、該廃水処理手段に連通した固液分離手段、該固液分離手段の液体側に連通した分離水の出路、該固液分離手段の分離汚泥側に連通した汚泥分解手段、該汚泥分解手段に連通した第2の活性汚泥による排水処理手段を有するとともに、前記汚泥分解手段と前記第2の活性汚泥による排水処理手段との間に固液分離手段を有する排水の処理装置であって、汚泥分解手段がアルカリ条件下で好気的に汚泥を分解する能力を有する微生物を含有することを特徴とする排水の処理装置。
  7. 前記汚泥分解手段が処理温度を40℃以上に温度維持可能な手段を有することを特徴とする請求項記載の排水の処理装置。
  8. 前記第2の活性汚泥による排水処理手段として第1の活性汚泥を含有する排水処理手段を兼用することを特徴とする請求項6または7に記載の排水の処理装置。
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