JP3959843B2 - 有機性排液の生物処理方法 - Google Patents

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    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排液を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する方法、特に活性汚泥処理系における余剰汚泥を減容化することができるとともにエネルギーを回収することができる有機性排液の生物処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
活性汚泥処理法などのように、好気性微生物の作用を利用して、有機性排液を好気条件で処理する好気性生物処理方法は、処理コストが安く、処理性能も優れているため、一般に広く利用されているが、難脱水性の余剰汚泥が大量に生成する。このため汚泥を減容化する処理方法が注目されている。
【0003】
このような汚泥の減容化を行う処理方法として、曝気槽または沈殿槽から汚泥を引き抜き、この引抜汚泥をオゾン処理、加熱処理、酸またはアルカリ処理等の改質処理により易生物分解性に改質し、改質された汚泥を曝気槽に返送して生物分解させる方法が提案されている(例えば特開平7−116685号)。
【0004】
図2は、特開平7−116685号に記載されている有機性排液の生物処理方法を示すフローシートであり、31は曝気槽、32は汚泥分離槽、33はオゾン処理槽である。
図2の処理方法では、曝気槽31に有機性排液34および返送汚泥35を導入するとともに、オゾン処理汚泥36を導入し、曝気槽31内の活性汚泥と混合し、空気供給管37から空気を送り散気装置38から散気して好気性生物処理を行う。
【0005】
曝気槽31の槽内液は一部ずつ取出して汚泥分離槽32に導入し、分離液と分離汚泥41とに分離する。分離液は処理液40として系外へ排出し、分離汚泥41は一部を返送汚泥35として曝気槽31に返送し、他の一部を引抜汚泥43としてオゾン処理槽33に導入してオゾン処理し、残部を余剰汚泥44として系外に排出する。
引抜汚泥43はオゾン処理槽33に導入し、オゾン供給管45からオゾンを供給してオゾンと接触させ、汚泥を酸化分解してBOD成分に変換する。オゾン排ガスは排オゾン管46から排出し、オゾン処理汚泥36は曝気槽31に戻して前記のように好気性生物処理を行う。
【0006】
上記図2の従来の方法では引抜汚泥43を易生物分解性に改質して曝気槽31に返送することにより、易生物分解性となった改質汚泥を曝気槽31内の微生物に資化させ、これにより生成する汚泥量が減少する。この場合被処理BODから生成する汚泥量よりも多い量の引抜汚泥43を改質して返送すると、系外へ排出する余剰汚泥を実質的にゼロにすることができる。
【0007】
上記従来の方法では、改質処理した汚泥をすべて曝気槽に返送して好気性条件下で分解させているので、活性汚泥処理装置へのBOD負荷が大幅に増大するために曝気槽容量をBOD負荷に合わせて大きくする必要がある。また、増加したBODを好気的に分解するために酸素供給装置の能力も大きくする必要がある。このように活性汚泥処理装置の設備能力を大きくする必要があるだけでなく、酸素供給のための動力も大幅に増加するため、エネルギー多消費型の処理システムとなってしまう欠点がある。また、改質処理する汚泥からエネルギーを回収することはできない。さらに従来の方法では、系外へ排出する余剰汚泥をゼロにするためには、通常の余剰汚泥量の3倍程度の多量の汚泥を引抜汚泥としてオゾン処理する必要がある。これは、オゾン処理によりBOD化された汚泥が曝気槽に戻されて好気性生物処理される工程で、オゾン処理により生成したBODの30〜40%が再び汚泥に転換するためである。このためオゾン処理には多量のオゾン、薬品、エネルギーなどが必要となり、コスト高になる。
【0008】
また特開平1−224100号には、嫌気性消化した汚泥を100〜180℃で加熱した後、この加熱処理汚泥を嫌気消化槽に返送する有機性汚泥の処理方法が記載されている。
しかしこの方法は嫌気性処理に関するものであり、好気性処理における適用の可能性については開示されていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、好気性生物処理工程の曝気槽容量および供給酸素量を増大させることなく、かつ低コストで汚泥を減容化して系外へ排出する汚泥量を減少させ、しかもメタンの形で資源、エネルギーの回収が可能な有機性排液の生物処理方法を提案することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は有機性排液を曝気槽に導入して、活性汚泥の存在下に好気性生物処理する生物処理工程工程、
曝気槽の混合液を固液分離し、分離液を処理水として排出し、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、
分離汚泥または混合液から活性汚泥の少なくとも一部を引き抜いて、この引抜汚泥をオゾン処理により易生物分解性に改質する改質処理工程、
改質処理汚泥汚泥をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程、および
メタン発酵処理汚泥を一部ずつ取り出してそのまま前記曝気槽に導入するか、濃縮して濃縮汚泥の一部をメタン発酵処理工程に戻し、残部を濃縮分離液とともに前記曝気槽に導入する移送工程
を含む有機性排液の生物処理方法である。
【0011】
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く、またアンモニア性窒素等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。
【0012】
本発明における好気性生物処理は、有機性排液を曝気槽に導入して、活性汚泥の存在下に好気性生物処理を行うように構成する。また固液分離工程は曝気槽から混合液を固液分離槽に導いて固液分離し、分離液を処理水として排出し、分離汚泥の少なくとも一部を曝気槽へ返送するように構成する。このような処理系としては、有機性排液を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を固液分離槽において分離し、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。アンモニア性窒素を含む排液を処理する場合は硝化脱窒工程を組合せて処理することができる。
【0013】
本発明では、このような好気性生物処理における処理系からの活性汚泥(生物汚泥)の少なくとも一部を引き抜き、この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理を行う。生物汚泥を引き抜く場合、固液分離槽で分離された分離汚泥の一部を引き抜くのが好ましいが、曝気槽から混合液の状態で引き抜いてもよい。分離汚泥から引き抜く場合、余剰汚泥として排出される部分の一部または全部を引抜汚泥として引き抜くことができるが、余剰汚泥に加えて、返送汚泥として曝気槽に返送される返送汚泥の一部をさらに引き抜いて改質処理することもできる。この場合系外に排出する余剰汚泥の発生量をより少なくし、場合によってはゼロにすることができる。
【0014】
引抜汚泥を生物が分解し易い性状に改質する改質処理方法としては、オゾン処理による改質処理を採用することができる。オゾン処理による改質処理、処理操作が簡単かつ処理効率が高いため好ましい。
【0015】
改質処理としてのオゾン処理は、好気性生物処理系から引き抜いた引抜汚泥をオゾンと接触させればよく、オゾンの酸化作用により汚泥は易生物分解性に改質される。オゾン処理はpH5以下の酸性領域で行うと酸化分解効率が高くなる。このときのpHの調整は、硫酸、塩酸または硝酸などの無機酸をpH調整剤として生物汚泥に添加するか、引抜汚泥を酸発酵処理して調整するか、あるいはこれらを組合せて行うのが好ましい。pH調整剤を添加する場合、pHは3〜4に調整するのが好ましく、酸発酵処理を行う場合、pHは4〜5となるように行うのが好ましい。
【0016】
オゾン処理は、引抜汚泥または酸発酵処理液をそのまま、または必要により遠心分離機などで濃縮した後pH5以下に調整し、オゾンと接触させることにより行うことができる。接触方法としては、オゾン処理槽に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、機械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用できる。オゾンとしては、オゾンガスの他、オゾン含有空気、オゾン化空気などのオゾン含有ガスが使用できる。オゾンの使用量は0.002〜0.05g−O3/g−VSS、好ましくは0.005〜0.03g−O3/g−VSSとするのが望ましい。オゾン処理により生物汚泥は酸化分解されて、BOD成分に変換される。
【0021】
メタン発酵処理は上記のようにして改質処理した改質処理汚泥をメタン生成菌を含む汚泥の存在下に嫌気性処理することにより行われる。この工程は酸発酵とメタン発酵とを一つの発酵槽で並列的に行う一相方式の方法で行うこともできるし、酸発酵とメタン発酵とを別々の発酵槽で行う二相方式の方法で行うこともできる。
【0022】
メタン発酵の方法は浮遊式、UASB(上向嫌気性スラッジブランケット)式、固定床式、流動床式など、任意の方式のメタン発酵法を採用することができる。浮遊式は浮遊状態の生物汚泥と改質処理汚泥とを混合して嫌気処理する方法である。メタン発酵のみでも行われるが、酸発酵とメタン発酵を並列的に行うこともできる。
【0023】
UASB式はメタン生成菌を高密度でグラニュール化した汚泥を用い、上向流で通液することにより、スラッジブランケットを形成し、嫌気性処理する方法である。固定床方式は固定床式の担体の表面にメタン生成菌を高密度で付着させた汚泥を用いて嫌気処理を行う方法である。流動床法はメタン菌を高密度で含む生物汚泥を粒状担体に担持させて、流動床を形成して嫌気性処理を行う方法である。これらは高負荷嫌気性処理であって、いずれも溶解性の有機物について高負荷かつ高流速で通液して比較的短時間で処理する方法であり、酸発酵の終了した溶液状の被処理液について、メタン発酵だけを行うように処理するのが好ましい。
【0024】
メタン発酵は35℃前後における活性が高い中温菌を用いる場合は、30〜40℃の温度、6時間〜25日間の滞留時間で嫌気処理を行うことができる。55℃前後における活性が高い高温菌を用いるのが好ましく、この場合は、45〜60℃の温度、3時間〜20日間の滞留時間で嫌気処理を行うことができる。これらの場合、酸発酵とメタン発酵を並列的に行う場合は滞留時間を長くする必要があるがメタン発酵のみを行う場合は滞留時間を短くすることができる。
【0025】
メタン発酵することにより改質処理汚泥中の有機物(BOD)は低分子化→有機酸生成→メタン生成のステップによりメタンガスおよび二酸化炭素に転換される。通常、メタンガスは発生ガスの60〜70容量%を占める。このメタンガスを回収することにより、燃料として有効利用させることができる。またメタンガス発電を行い、電気と熱の両方の形で有効利用(コジェネレーション)することもできる。
【0026】
メタン発酵処理したメタン発酵処理汚泥は、生物処理工程の曝気槽に移送して導入する。この場合、メタン発酵処理汚泥はそのまま曝気槽に導入することもできるし、濃縮装置で濃縮し、この濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽に戻し、残部を濃縮分離液とともに曝気槽に導入することもできる。濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽に戻すことにより、メタン生成菌を高濃度で維持して効率よくメタン発酵させることができる。メタン発酵処理汚泥の一部は改質処理工程に戻して改質処理することもできる。なお、メタン発酵槽へは、改質処理汚泥のほかに、生ごみ粉砕物など他の有機性廃棄物も合せて導入してもよい。
【0027】
曝気槽に導入したメタン発酵処理汚泥は、有機性排液および槽内の活性汚泥と混合されて好気性生物処理されるが、メタン発酵処理汚泥は改質処理汚泥に比べると生物分解可能な有機物(BOD)量が大幅に減少しているので、新たにBOD負荷になる量は少なく、このため曝気槽容量を大きくする必要はなく、また供給酸素量を増大させる必要もない。すなわち本発明の方法では、改質処理汚泥中のBODをメタン発酵により除去しているので、メタン発酵処理汚泥を曝気槽に導入しても、生物処理工程の活性汚泥処理能力を増大させる必要はない。
【0028】
メタン発酵処理汚泥を曝気槽で好気性生物処理することにより、メタン生成菌が曝気により死滅して、一部BOD化するので、系外へ排出する汚泥の発生量はさらに少なくなる。また改質処理がオゾン処理の場合は、メタン発酵処理汚泥を直接改質処理工程に戻すと、メタン発酵処理汚泥には還元性物質(H2Sなど)が含まれているのでオゾンを無駄に消費してしまうが、一旦曝気槽に導入して曝気することにより、還元性物質を除去することができる。
【0029】
このように本発明の方法では、生物処理工程の曝気槽容量および供給酸素量を増大させることなく汚泥を減容化して系外へ排出する汚泥量を減少させることができ、しかもメタンの形で資源、エネルギーの回収が可能である。
また本発明の方法では、従来の方法に比べて低コストで効率よく汚泥を減容化することができる。例えば、従来と同じ量の引抜汚泥を改質処理した場合、系外へ排出する汚泥の発生量は従来よりも少なくなる。これは、従来の方法では、改質処理により生成したBODの30〜40%が好気性生物処理工程で再び汚泥に転換するのに対して、本発明の方法ではメタン発酵処理工程で再び汚泥に転換する割合が5%程度と小さい、すなわちメタン発酵処理工程におけるBODの汚泥転換率が非常に小さいためである。従って、従来と同程度の汚泥減容化率を達成する場合、改質処理する引抜汚泥の量を少なくすることができ、低コストでの処理が可能となる。例えば、改質処理がオゾン処理の場合、使用するオゾン量、薬品、エネルギー量などを少なくすることができ、低コストで処理することが可能となる。
【0030】
【発明の効果】
本発明の有機性排液の生物処理方法は、好気性生物処理における処理系から活性汚泥を引き抜き、この引抜汚泥をオゾン処理により改質処理したのちメタン発酵処理し、このメタン発酵処理汚泥を一部ずつ取り出してそのまま好気性生物処理工程の曝気槽に導入するか、濃縮して濃縮汚泥の一部をメタン発酵処理工程に戻し、残部を濃縮分離液とともに曝気槽に導入しているので、好気性生物処理工程の曝気槽容量および供給酸素量を増大させることなく、かつ低コストで汚泥を減容化して系外へ排出する汚泥量を減少させ、しかもメタンの形で資源、エネルギーの回収が可能である。
【0031】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面により説明する。
図1は本発明の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図であり、改質処理としてオゾン処理する場合の例を示している。図1において、1は曝気槽、2は固液分離槽、3はオゾン処理槽、4はメタン発酵槽である。
【0032】
図1の装置により有機性排液(原水)を処理するには、原水路11から原水を曝気槽1に導入し、返送汚泥路12から返送される返送汚泥、メタン発酵処理汚泥路13から移送されるメタン発酵処理汚泥、および曝気槽1内の活性汚泥と混合し、空気供給路14から供給される空気を散気装置15から散気して好気性生物処理する。
【0033】
曝気槽1内の槽内液は連絡路16から一部ずつ取り出して固液分離槽2に導入し、分離液と分離汚泥とに固液分離する。分離液は処理水として処理水路17から系外へ排出し、分離汚泥は汚泥排出路18から取り出し、その一部を返送汚泥として返送汚泥路12から曝気槽1に返送し、残部を引抜汚泥として引抜汚泥路21からオゾン処理槽3に導入する。なお、系外へ排出する汚泥が生じる場合は余剰汚泥排出路22から系外へ排出する。
【0034】
オゾン処理槽3では、オゾン発生機23で発生させたオゾンをオゾン供給路24から供給し、引抜汚泥と接触させてオゾン処理(改質処理)を行う。これにより引抜汚泥中の汚泥がBOD化する。オゾン処理汚泥はオゾン処理汚泥路25からメタン発酵槽4に導入する。オゾン排ガスはオゾン排出路26から排出する。
【0035】
メタン発酵槽4では、酸生成菌、メタン生成菌などの嫌気性微生物の存在下にオゾン処理汚泥を嫌気性処理することによりメタン発酵させる。これにより、オゾン処理汚泥中のBODがメタンおよび二酸化炭素に分解される。発生するガスはガス排出路27から排出するとともに回収する。回収したメタンガスはエネルキー源などとして利用することができる。
【0036】
図1ではメタン発酵槽4は1つの槽として図示されているが、酸発酵とメタン発酵とを別々の槽で行うこともできる。またメタン発酵は浮遊式、UASB式、固定床式、流動床式など、任意の方式のメタン発酵法により行うことができ、それに応じた装置を採用することができる。
【0037】
メタン発酵処理汚泥はメタン発酵処理汚泥路13から一部ずつ取り出して曝気槽1に導入し、前記のように好気性生物処理する。メタン発酵処理汚泥はそのまま曝気槽1に導入することもできるし、濃縮装置で濃縮し、この濃縮汚泥の一部をメタン発酵槽4に戻し、残部を濃縮分離液とともに曝気槽1に導入することもできる。
【0038】
曝気槽1に導入されるメタン発酵処理汚泥は、メタン発酵によりBODのほとんどが分解されているので、曝気槽1における新たなBOD負荷にはほとんどならず、このため曝気槽1の容量を大きくする必要はなく、また空気供給路14から供給する酸素の量を増大させる必要もない。
【0039】
【実施例】
実施例1、比較例1
図1(実施例1)および図2(比較例1)のフローに従って、表1に示す条件で有機性排液の好気性生物処理を行った。
【表1】
【0040】
表1からわかるように、実施例1の曝気槽容量およびメタン発酵槽容量の合計は比較例1の曝気槽容量よりも小さく、実施例1は比較例1に比べて小型の装置を用いて有機性排液の生物処理を行うことができる。また実施例1の必要酸素量およびオゾン添加量も比較例1に比べて少なく、実施例1は低コストで処理することができるほか、メタンの回収も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の有機性排液の生物処理装置を示す系統図である。
【図2】従来の有機性排液の生物処理方法を示すフローシートである。
【符号の説明】
1、31 曝気槽
2 固液分離槽
3、33 オゾン処理槽
4 メタン発酵槽
11 原水路
12 返送汚泥路
13 メタン発酵処理汚泥路
14 空気供給路
15、38 散気装置
16 連絡路
17 処理水路
18 汚泥排出路
21 引抜汚泥路
22 余剰汚泥排出路
23 オゾン発生機
24 オゾン供給路
25 オゾン処理汚泥路
26 オゾン排出路
27 ガス排出路
32 汚泥分離槽
34 有機性排液
35 返送汚泥
36 オゾン処理汚泥
37 空気供給管
40 処理液
41 分離汚泥
43 引抜汚泥
44 余剰汚泥
45 オゾン供給管
46 排オゾン管

Claims (1)

  1. 有機性排液を曝気槽に導入して、活性汚泥の存在下に好気性生物処理する生物処理工程、
    曝気槽の混合液を固液分離し、分離液を処理水として排出し、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、
    分離汚泥または混合液から活性汚泥の少なくとも一部を引き抜いて、この引抜汚泥をオゾン処理により易生物分解性に改質する改質処理工程、
    改質処理汚泥をメタン発酵処理するメタン発酵処理工程、および
    メタン発酵処理汚泥を一部ずつ取り出してそのまま前記曝気槽に導入するか、濃縮して濃縮汚泥の一部をメタン発酵処理工程に戻し、残部を濃縮分離液とともに前記曝気槽に導入する移送工程
    を含む有機性排液の生物処理方法。
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