JP3716516B2 - 有機性排液の好気性処理方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排液の好気性処理方法および装置、特に小型でエネルギー消費量の少ない装置で、余剰汚泥の生成を抑制できる有機性排液の好気性処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥処理における余剰汚泥量を減容化する方法として、活性汚泥を好気性処理系から引抜き、この引抜汚泥を熱アルカリ処理（特公昭４９−１１８１３号）またはオゾン処理（特開平６−２０６０８８号）などの汚泥分解処理を施した後、曝気槽に戻して好気性処理する方法が知られている。
【０００３】
しかし上記従来の熱アルカリ処理法では、汚泥の減容化は可能であるが、曝気槽とは独立した耐熱耐アルカリ性のアルカリ処理槽が必要であるので、装置が複雑かつ大型化するほか、アルカリおよび中和用の酸が多量に必要であるので、運転コストが高いという問題点がある。
【０００４】
また前記従来のオゾン処理法では、汚泥の減容化が可能であり、場合によっては余剰汚泥量の発生をゼロにすることも可能であるが、オゾン発生装置およびオゾン接触槽が必要であるので、装置が大型化するほか、泡対策などが必要で操作が複雑であり、エネルギー消費量も多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、小型の装置と簡単な操作により少ないエネルギー消費量で余剰汚泥の生成を抑制することができ、場合によっては余剰汚泥量の発生をゼロにすることも可能な有機性排液の好気性処理方法を提案することである。
本発明の他の目的は、簡単な操作により少ないエネルギー消費量で余剰汚泥の生成を抑制することができ、場合によっては余剰汚泥量の発生をゼロにすることも可能な小型の有機性排液の好気性処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の有機性排液の好気性処理方法および装置である。
（１） 有機性排液を曝気槽に導入して、好気性微生物を含む生物汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理工程と、
曝気槽の混合液を固液分離し、分離液を処理液として排出し、分離汚泥の少なくとも一部を曝気槽に返送する固液分離工程と、
曝気槽の混合液または分離汚泥を高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理工程に循環する高圧パルス放電処理工程と
を含む有機性排液の好気性処理方法であって、
前記高圧パルス放電処理が、電極間隔１５〜３０ｍｍ、印加電圧２０〜５０ｋＶ、パルス間隔６０〜１２０Ｈｚで行われる有機性排液の好気性処理方法。
（２） 高圧パルス放電処理を曝気槽内で行う上記（１）記載の方法。
（３） 曝気槽の混合液または分離汚泥の一部を引抜き、この引抜汚泥を高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理工程に戻す上記（１）記載の方法。
（４） 有機性排液中のＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い量の生物汚泥を高圧パルス放電処理する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 有機性排液を曝気槽に導入して、好気性微生物を含む生物汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理装置と、
曝気槽の混合液を分離液と分離汚泥とに固液分離する固液分離装置と、
分離液を処理液として排出する処理液排出手段と、
分離汚泥の少なくとも一部を曝気槽に返送する汚泥返送手段と、
曝気槽の混合液または分離汚泥を高圧パルス放電処理して好気性処理装置に循環する高圧パルス放電処理装置と
を備えている有機性排液の好気性処理装置であって、
前記高圧パルス放電処理が、電極間隔１５〜３０ｍｍ、印加電圧２０〜５０ｋＶ、パルス間隔６０〜１２０Ｈｚで行われる有機性排液の好気性処理装置。
（６） 高圧パルス放電装置が曝気槽内に設けられている上記（５）記載の装置。
（７） 高圧パルス放電装置が曝気槽外に設けられ、混合液または分離汚泥から引抜かれた引抜汚泥を高圧パルス放電処理する高圧パルス放電装置であり、高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理装置に戻す循環手段を備えている上記（５）記載の装置。
【０００７】
本発明において処理の対象となる有機性排液は、通常の好気性生物処理法により処理される有機物を含有する排液であるが、難生物分解性の有機物または無機物が含有されていてもよい。このような有機性排液としては、下水、し尿、食品工場排水その他の産業排液などがあげられる。
【０００８】
本発明における好気性処理は、有機性排液を好気性微生物を含む生物汚泥の存在下に好気性処理を行う。このような処理としては有機性排液を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を固液分離装置で固液分離し、分離汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥処理法における好気性生物処理が一般的であるが、これを変形した他の処理でもよい。
【０００９】
本発明ではこのような好気性処理において、曝気槽の混合液（槽内液）またはこれを固液分離した分離汚泥に、高圧パルス放電装置により高圧パルスを印加して高圧パルス放電処理を行い、生物汚泥を分解する。この高圧パルス放電処理は、高圧パルス放電装置を曝気槽内に設置して曝気槽内で行うこともできるし、独立して高圧パルス放電装置を設け、この装置に引抜汚泥を導いて行うこともできる。引抜汚泥としては固液分離装置で分離された分離汚泥の一部を引抜いたものが好ましいが、曝気槽から混合液の一部を引抜いたものでもよい。高圧パルス放電処理を曝気槽内で行った場合は、高圧パルス放電処理汚泥は特別な操作を行わなくても曝気槽内で好気性処理されるが、引抜汚泥を高圧パルス放電処理した場合は、この高圧パルス放電処理汚泥は曝気槽に戻して好気性処理する。
【００１０】
高圧パルス放電装置としては、放電電極に高電圧をパルス状に印加することができる装置が制限なく使用することができる。電極の材質としては金属や導電性セラミックなど、導電性の材質であれば制限なく使用することができ、例えばカソードとしてはステンレス鋼等の耐食性を有し、デポジットの少ない材質が好ましく、アノードとしてはＣｕ・Ｚｎ・Ｆｅ合金等の放電時の損耗の少ない材質が好ましい。放電の条件は、電極間隔１５〜３０ｍｍ、印加電圧２０〜５０ｋＶ、パルス間隔６０〜１２０Ｈｚとし、高圧パルス放電処理全体としては上記放電条件で、好気処理への流入ＢＯＤ負荷あたり０．２〜３ｋＷＨ／ｋｇ−ＢＯＤ、好ましくは０．２〜１．２ｋＷＨ／ｋｇ−ＢＯＤのエネルギーで処理するのが好ましい。また高圧パルス放電処理は連続的に行うこともできるし、間欠的に行うこともできる。
【００１１】
有機性排液の好気性処理方法では、好気性微生物を含む生物汚泥を好気性処理系に一定量保持し、ここに有機性排液を導入して好気性下に接触させ、好気性微生物の酸化作用により被処理液中のＢＯＤを分解する。このとき被処理液中のＢＯＤは同化されて、生物汚泥は増殖する。
【００１２】
例えば、好気性処理系に一定量の生物汚泥を保持するために、ＢＯＤの同化により増殖する汚泥量と同量の生物汚泥を余剰汚泥として排出し、排出された余剰汚泥について減容化を行った後、好気性処理系に戻して好気性処理しても、余剰汚泥は発生する。
【００１３】
本発明において、被処理液中のＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い生物汚泥を高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理液を好気性処理する場合には、生物汚泥の見かけ上の増殖を抑制することができる。これにより余剰汚泥の量が減少し、条件によっては余剰汚泥の発生量をゼロにすることができる。
【００１４】
図１は汚泥減容化の原理を説明するための模式図である。図において、１は好気性処理系、２は高圧パルス放電処理系である。好気性処理系１は、活性汚泥処理装置のように、有機性排液を生物汚泥と接触させて好気的に分解する処理系であり、曝気槽と固液分離部とが別に設けられる場合があるが、これらを含めた全体の処理系として図示されている。高圧パルス放電処理系２は汚泥を分解してＢＯＤに変換する装置である。
【００１５】
図１の好気性処理系１には、好気性処理を行うために一定量の生物汚泥３ａが保持されている。このような好気性処理系１に被処理液４を導入して好気性処理を行うと、被処理液４に含まれるＢＯＤは生物汚泥３ａに同化され、その増殖により新たに生成汚泥３ｂが生成する。一方、系内の生物汚泥３ａは自己分解により、自己分解分３ｃが消失する。従って定常状態では、生成汚泥３ｂと自己分解分３ｃの差が増殖汚泥３ｄとして増殖する。
【００１６】
ここで、増殖汚泥３ｄを高圧パルス放電処理して好気性処理系１に戻しても、高圧パルス放電処理により生成するＢＯＤが汚泥に転換して、別の生成汚泥３ｅが生成し、この分が実質的な汚泥増殖分となり、余剰汚泥として排出されなければならない。
【００１７】
そこで、本発明では増殖汚泥３ｄよりも多い量の被処理生物汚泥３ｆを高圧パルス放電処理系２で高圧パルス放電処理してＢＯＤに転換し、高圧パルス放電処理汚泥６を好気性処理系１に戻すのが好ましい。これにより高圧パルス放電分解で生成したＢＯＤから別の生成汚泥３ｇが生成する。この場合、被処理生物汚泥３ｆと生成汚泥３ｇの差が無機化部分３ｈとなる。
【００１８】
本発明において、増殖汚泥３ｄよりも多い量の被処理生物汚泥３ｆを高圧パルス放電処理してＢＯＤに転換すると増殖汚泥３ｄのみを減容化処理する場合よりも、無機化部分が多く、汚泥減容化率は高い。増殖汚泥３ｄと無機化部分３ｈが等しくなるように、被処理生物汚泥３ｆの量を決めると、余剰汚泥は実質的にゼロになる。増殖汚泥３ｄが無機化部分３ｈより多い場合は、その差が実質的な増加部分３ｉとなり、余剰汚泥７として系外に排出される。８は好気性処理系１の処理液である。
【００１９】
本発明において増殖汚泥３ｄよりも多い量の被処理生物汚泥３ｆを高圧パルス放電処理するようにするには、引抜汚泥を処理する場合は増殖汚泥３ｄよりも多い量の被処理生物汚泥３ｆを引抜汚泥として、前記放電条件で高圧パルス放電処理してＢＯＤ化する。増殖汚泥３ｄよりも多い量の被処理生物汚泥３ｆを曝気槽内で高圧パルス放電処理する場合は、上記の引抜汚泥に相当する生物汚泥を電極間を通過させながら、上記と同条件で高圧パルス放電処理すればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図２および図３はそれぞれ本発明の一実施形態による好気性生物処理装置を示す系統図であり、図２は曝気槽内で高圧パルス放電処理を行う例、図３は分離汚泥を引抜いて高圧パルス放電処理する例を示している。
【００２１】
図２および図３において、好気性処理系１は曝気槽１１および固液分離部１２から構成されている。曝気槽１１には被処理液路１３および返送汚泥路１４が連絡し、また底部には散気装置１５が設けられて、空気供給路１６が連絡している。曝気槽１１から固液分離部１２に連絡路１７が連絡している。固液分離部１２の上部には処理液路１８が連絡し、下部には汚泥引出路１９が連絡し、返送汚泥路１４に連絡している。２０は余剰汚泥排出路である。
【００２２】
図２では、高圧パルス放電処理系２は、曝気槽１１内に設けられた高圧パルス放電装置２１および高圧パルス電源装置２２から構成されている。高圧パルス放電装置２１は高圧パルス電源装置２２に電気的に接続し、陰極（カソード）２３と陽極（アノード）２４との電極間でパルス放電し、曝気槽１１内で高圧パルス放電するように構成されている。
【００２３】
図３では、高圧パルス放電処理系２は、高圧パルス放電処理槽２５および高圧パルス電源装置２２から構成され、この高圧パルス放電処理槽２５内に高圧パルス放電装置２１を備えている。高圧パルス放電処理槽２５には汚泥引出路１９から分岐した引抜汚泥路２６が連絡し、また高圧パルス放電処理槽２５から曝気槽１１に高圧パルス放電処理汚泥路２７が連続している。高圧パルス放電装置２１は高圧パルス電源装置２２に電気的に接続し、陰極２３と陽極２４との間でパルス放電し、高圧パルス放電処理槽２５内で高圧パルス放電するように構成されている。
【００２４】
上記の処理装置による有機性排液の処理方法は、図２、図３いずれの場合も、好気性処理系１では、被処理液路１３から有機性排液を曝気槽１１に導入し、返送汚泥路１４から返送される返送汚泥および曝気槽１１内の生物汚泥と混合し、空気供給路１６から供給される空気を散気装置１５から散気して曝気を行い、好気性処理を行う。曝気槽１１の混合液の一部は連絡路１７から固液分離部１２に導き、固液分離を行う。ここで分離した分離液は処理液として処理液路１８から排出し、分離汚泥は汚泥引出路１９から引出し、返送汚泥路１４から曝気槽１１に返送する。
【００２５】
高圧パルス放電処理系２では、図２の場合は高圧パルス放電装置２１により高圧パルス放電し、曝気槽１１の混合液を高圧パルス放電処理する。高圧パルス放電処理された汚泥は特別な操作を行わなくても、好気性処理工程に循環され、好気性処理される。図３の場合は汚泥引出路１９、引抜汚泥路２６を通して分離汚泥を引抜き、この引抜汚泥を高圧パルス放電処理槽２５に導入し、高圧パルス放電装置２１により高圧パルス放電し、引抜汚泥を高圧パルス放電処理する。高圧パルス放電処理汚泥は高圧パルス放電処理汚泥路２７から曝気槽１１に戻して好気性処理工程に循環し、好気性処理する。
【００２６】
図２、図３において、増殖汚泥より多い汚泥を高圧パルス放電処理することにより、汚泥の減容化が可能であるが、余剰汚泥がゼロでない場合は、余剰汚泥排出路２０より余剰汚泥を系外に排出する。増殖汚泥と無機化部分が同じになるように高圧パルス放電処理すると、余剰汚泥の発生量はゼロになり、余剰汚泥排出路２０からの排出はなくなる。この場合でも、砂などの無機物質が蓄積される系では、若干の汚泥を排出することもできる。
【００２７】
図２、図３の実施例では、固液分離部１２として、沈殿槽を図示したが、膜分離装置、その他の汚泥分離装置でもよい。また好気性処理系１としては標準活性汚泥処理に限らず、他の好気性処理装置を採用することができる。
【００２８】
【実施例】
実施例１
図２の装置を用いて、ペプトンおよび酵母エキスを有機源とするＢＯＤが３４０ｍｇ／ｌの有機性排液の好気性処理を行った。このとき、槽負荷は１ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ³／ｄａｙ、槽内汚泥濃度は４０００ｍｇ／ｌ程度、処理液のＢＯＤは１９ｍｇ／ｌであった。高圧パルス放電装置２１としては、陽極の材質がＣｕ・Ｚｎ・Ｆｅの合金、陰極の材質がステンレス鋼であり、電極間隔が２５ｍｍの装置を用いた。放電処理は、ピーク電圧２７ｋＶ、１２０Ｈｚの直流パルス電流により行った。そして、１日あたりの放電時間の合計が、予め実験において見出された汚泥減容に必要な放電時間になるように放電時間を間欠的に調節して、汚泥減容率１００％となるように高圧パルス放電処理を行った。この場合に必要な電力は、ＢＯＤ負荷ｋｇあたり０．７ｋＷＨであった。
【００２９】
比較例１
特開平６−２０６０８８号の実施例２と同等の好気性処理を行った。すなわち図３において、高圧パルス放電処理の代わりにオゾン処理を行った。この場合、汚泥減容率１００％を達成するために必要な電力は１．２ｋＷＨ／ｋｇ−ＢＯＤであった。
【００３０】
以上の結果から、比較例１のオゾン処理による汚泥減容化処理に比べて、実施例１の高圧パルス放電処理の方がエネルギー消費量が少ないことがわかる。また実施例１においては、汚泥分解に必要な槽容積はゼロであるので、分解装置が小型化できたことは明らかであり、また好気性処理装置全体も小型化できることは明らかである。さらに本発明の図３の場合でも、高圧パルス放電処理槽２５の容積は比較例で用いたオゾン処理槽の容積よりも小さかった。すなわち、１日のＢＯＤ負荷に対しての処理槽容積を比べると、高圧パルス放電処理が１ liter／（ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙ）に対して、オゾン処理は２８ liter／（ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙ）となり、同等の効果を得るために必要な処理槽容積を小さくできることは明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の有機性排液の好気性処理方法は、高圧パルス放電処理により余剰汚泥量を減容化するようにしているので、小型の装置と簡単な操作により、しかも少ないエネルギー消費量で余剰汚泥の生成を抑制することができ、場合によっては余剰汚泥量の発生をゼロにすることも可能である。
【００３２】
本発明の請求項２の有機性排液の好気性処理方法は、曝気槽内で高圧パルス放電処理しているので、装置は最も小型化でき、また高圧パルス放電処理汚泥を曝気槽に戻す操作が不要であり、操作が最も簡単であるとともに、処理汚泥を戻すエネルギーも削減できる。
【００３３】
本発明の請求項３の有機性排液の好気性処理方法は、引抜汚泥を高圧パルス放電処理しているので、高圧パルス放電処理の制御が容易である。また従来のオゾン処理法では必要である汚泥へのオゾン吸収率制御が本発明の処理方法では不要となり、装置設計も容易である。
【００３４】
本発明の請求項４の有機性排液の好気性処理方法は、ＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い量の生物汚泥を高圧パルス放電処理しているので、余剰汚泥量の減容化率は最も高くなり、余剰汚泥量の発生をゼロにすることもできる。
【００３５】
本発明の請求項５の有機性排液の好気性処理装置は、汚泥減容化処理のための高圧パルス放電装置を備えているので、装置の小型化が可能であり、しかも簡単な操作により少ないエネルギー消費量で余剰汚泥の生成を抑制することができ、場合によっては余剰汚泥量の発生をゼロにすることもできる。
【００３６】
本発明の請求項６の有機性排液の好気性処理装置は、曝気槽内に高圧パルス放電装置が設けられているので、装置は最も小型化でき、また高圧パルス放電処理汚泥を曝気槽に戻す必要がないので、操作が最も簡単になるとともにエネルギー消費量を最も少なくすることができる。
【００３７】
本発明の請求項７の有機性排液の好気性処理装置は、高圧パルス放電装置を曝気槽外に設けているので、高圧パルス放電処理の制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】汚泥減容化の原理を説明するための模式図。
【図２】本発明の一実施形態による好気性処理装置を示す系統図である。
【図３】本発明の他の実施形態による好気性処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 好気性処理系
２ 高圧パルス放電処理系
３ａ 生物汚泥
３ｂ、３ｅ、３ｇ 生成汚泥
３ｃ 自己分解分
３ｄ 増殖汚泥
３ｆ 被処理生物汚泥
３ｈ 無機化部分
３ｉ 増加部分
４ 被処理液
６ 高圧パルス放電処理汚泥
７ 余剰汚泥
８ 処理液
１１ 曝気槽
１２ 固液分離部
１３ 被処理液路
１４ 返送汚泥路
１５ 散気装置
１６ 空気供給路
１７ 連絡路
１８ 処理液路
１９ 汚泥引出路
２０ 余剰汚泥排出路
２１ 高圧パルス放電装置
２２ 高圧パルス電源装置
２３ 陰極
２４ 陽極
２５ 高圧パルス放電処理槽
２６ 引抜汚泥路
２７ 高圧パルス放電処理汚泥路

Claims (7)

1. 有機性排液を曝気槽に導入して、好気性微生物を含む生物汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理工程と、
   曝気槽の混合液を固液分離し、分離液を処理液として排出し、分離汚泥の少なくとも一部を曝気槽に返送する固液分離工程と、
   曝気槽の混合液または分離汚泥を高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理工程に循環する高圧パルス放電処理工程と
   を含む有機性排液の好気性処理方法であって、
   前記高圧パルス放電処理が、電極間隔１５〜３０ｍｍ、印加電圧２０〜５０ｋＶ、パルス間隔６０〜１２０Ｈｚで行われる有機性排液の好気性処理方法。
2. 高圧パルス放電処理を曝気槽内で行う請求項１記載の方法。
3. 曝気槽の混合液または分離汚泥の一部を引抜き、この引抜汚泥を高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理工程に戻す請求項１記載の方法。
4. 有機性排液中のＢＯＤの同化により増殖する汚泥量よりも多い量の生物汚泥を高圧パルス放電処理する請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 有機性排液を曝気槽に導入して、好気性微生物を含む生物汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理装置と、
   曝気槽の混合液を分離液と分離汚泥とに固液分離する固液分離装置と、
   分離液を処理液として排出する処理液排出手段と、
   分離汚泥の少なくとも一部を曝気槽に返送する汚泥返送手段と、
   曝気槽の混合液または分離汚泥を高圧パルス放電処理して好気性処理装置に循環する高圧パルス放電処理装置と
   を備えている有機性排液の好気性処理装置であって、
   前記高圧パルス放電処理が、電極間隔１５〜３０ｍｍ、印加電圧２０〜５０ｋＶ、パルス間隔６０〜１２０Ｈｚで行われる有機性排液の好気性処理装置。
6. 高圧パルス放電装置が曝気槽内に設けられている請求項５記載の装置。
7. 高圧パルス放電装置が曝気槽外に設けられ、混合液または分離汚泥から引抜かれた引抜汚泥を高圧パルス放電処理する高圧パルス放電装置であり、高圧パルス放電処理汚泥を好気性処理装置に戻す循環手段を備えている請求項５記載の装置。

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