JP4235091B2 - 屎尿及び有機性汚泥の処理方法、並びに処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、屎尿(しにょう)、並びに浄化槽汚泥及び農業集落排水汚泥等の有機性汚泥の処理に係り、屎尿及び有機性汚泥に混入している夾雑物、並びに処理中に発生する汚泥(余剰汚泥)を資源化することに関する。

従来、一般家庭の浄化槽等で発生する屎尿浄化槽汚泥と屎尿とを処理施設に集めて混合処理する方法がある。その処理目的によっては屎尿浄化槽汚泥と屎尿との比率が２：１以上の屎尿浄化槽汚泥が多い条件で混合されることがある(例えば特許文献１参照)。特許文献１の処理方法では、屎尿浄化槽汚泥と屎尿は、混合前の処理工程において篩渣(しさ：ペーパー等の繊維分などの前記屎尿及び浄化槽汚泥に含まれる夾雑物)が除去される。この篩渣が除去された混合液は、無機凝集剤と両性ポリマーとが添加された後、脱水処理され、分離液ないし濾液と脱水ケーキとに分別される。

一方の脱水処理生成物である分離液ないし濾液は、生物反応槽では、生物学的に硝化脱窒処理と、ＢＯＤ処理される。次いで、その処理液は固液分離装置で分離液と濃縮液とに分離され、濃縮液は生物反応槽に返送される。透過液は活性炭処理された後、外部に放出される。

他方の脱水処理生成物である脱水ケーキは、コンベアにより焼却工程に送給される。なお、前記したように前処理工程において屎尿や屎尿浄化槽汚泥から篩渣が除去される。この篩渣は、前記脱水ケーキと同様にコンベアにより焼却工程に送給される。焼却工程では、前記脱水ケーキや篩渣は廃棄物として焼却処分される。

この脱水ケーキや篩渣の処分技術を改良するものとして、有機性廃水処理施設の汚泥や浄化槽汚泥等の汚泥、屎尿、動植物残渣を含有する厨芥を省エネルギー的に処理すると共に、屎尿、浄化槽汚泥中の非衛生的な篩渣を衛生的にコンポスト、固形燃料化等の製造に利用し、これらを資源として活用する技術が提案されている(例えば特許文献２参照)。

更に、脱水ケーキや篩渣の資源としての活用技術については、脱水した篩渣と脱水した汚泥とを混合乾燥した後、粉砕、成型して固形燃料を製造する装置も公開されている(例えば特許文献３参照)。

更にまた、屎尿・浄化槽汚泥処理施設において、固液分離工程でフィルタープレス脱水機等から分離される脱水ケーキの処理について焼却処分する際、焼却炉の温度データで脱水ケーキの含水率を制御することにより、脱水ケーキの乾燥工程を省略する技術も開示されている(例えば特許文献４参照)。しかし、特許文献４に開示された技術では、脱水処理された固形物の処理は改善されているものの、夾雑物(篩渣)の処理は従来と変わっていない。

脱水汚泥に対する固形燃料化技術に関して、社団法人日本環境衛生施設工業会の機関誌(例えば非特許文献１)において、「汚泥の含水率８０〜８５％程度で篩渣を含む汚泥の乾物発熱量は高く、低含水率化を行うことでごみ焼却炉での熱回収を可能に出来る。加圧式脱水機(フィルタープレス)等の利用で低含水率汚泥とすることが出来る。」と述べられている。更に、この非特許文献１には「処理汚泥の高効率脱水による固形燃料化フロー」も紹介されている(非特許文献１に「屎尿処理施設の役割」と題して、「処理汚泥の高効率脱水による固形燃料化設備」の紹介記事が掲載されている。)。

また、非特許文献２には「水処理設備等より発生する汚泥を、高効率脱水機を利用して７０％程度の低含水率にすると、助燃材としての価値を高め、ごみと混焼することにより補助燃料を使用せずに燃焼させることが可能である。」と述べられている(非特許文献２に「汚泥再生処理センター整備事業の促進への取り組みと資源化技術について」と題して、「汚泥の助燃材的利用」の紹介記事が掲載されている。)。

前記社団法人日本環境衛生施設工業会の機関誌(非特許文献２)では、篩渣を含む汚泥の固形燃料化及びごみ焼却炉の助燃材としての利用について紹介されている。しかし具体的な、篩渣と脱水した汚泥の混合方法や、固形燃料の製造方法の記載はない。

また、特許文献３で公開された固形燃料を製造する技術は、高効率の脱水機が使用されず、かつ脱水汚泥を乾燥させる乾燥機を備える大型の装置となっている。

さらに、特許文献２で公開された技術では装置がより大型化・複雑化してきている。
特許第２９３６９３８号公報 （特許請求の範囲、段落番号［００２１］〜［００２４］） 特開平１０−２１６７８５号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００８］） 特開平９−７８０７６号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００４］） 特開２００１−２９９９９号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００８］） 機関誌「ＪＥＦＡ Ｎｏ４７」（２００２．８月発行）第３２〜３３頁 機関誌「ＪＥＦＡ Ｎｏ４８」（２００３．１月発行）第２０〜２１頁

本発明者等は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、屎尿及び有機性汚泥の処理装置において、前処理としての夾雑物除去装置等の省略化をすると共に、前述の従来の浄化槽汚泥対応型屎尿処理プロセスと前記背景技術記載の助燃材化技術とを組み合わせた新しい処理プロセスとすることにより、設備をコンパクト化でき、ランニングコストを軽減化できることを知得した。

また、夾雑物が大きくて屎尿及び有機性汚泥処理の次の工程に悪影響を与える場合には、破砕ポンプを用いることにより、問題なく処理できることを本発明者等は知得した。

更に、トイレットペーパー等の繊維質を含む夾雑物が混入した屎尿と有機性汚泥の凝集スラリーの脱水が更に容易になることを本発明者等は知得し、従来設けていた夾雑物除去装置等を省略することに想到して本発明を完成するに到った。

従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した、屎尿及び有機性汚泥の処理方法、並びに処理装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 屎尿及び有機性汚泥を生物学的方法で処理する屎尿及び有機性汚泥の処理方法であって、屎尿及び有機性汚泥の夾雑物を除去していない原液と、生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合して脱水し、脱水ケーキの含水率７０質量％以下とすることを特徴とする屎尿及び有機性汚泥の処理方法。

〔２〕 屎尿及び有機性汚泥の夾雑物を除去していない原液と、生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合する前に、破砕ポンプで屎尿及び有機性汚泥の夾雑物を破砕する〔１〕に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。

〔３〕 脱水に加圧型脱水機を使用する〔１〕に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。

〔４〕 有機性汚泥が浄化槽汚泥、農業集落排水処理施設の汚泥又は下水処理施設の汚泥を含む〔１〕に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。

〔５〕 屎尿原液を受け入れた後、屎尿原液に含まれる夾雑物を破砕する屎尿受入破砕設備と、有機性汚泥原液を受け入れた後、有機性汚泥原液に含まれる夾雑物を破砕する有機性汚泥受入破砕設備と、前記屎尿受入破砕設備で得られた屎尿破砕物と前記有機性汚泥受入破砕設備で得られた有機性汚泥破砕物と生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合して混合液を得ると共に前記混合液に凝集剤を添加して混合液の凝集反応を行わせる混合凝集反応設備と、前記混合凝集反応設備で得られた混合液の凝集反応物を脱水処理して脱水ケーキと分離液とに分離する脱水設備と、前記脱水設備で得られた分離液を受け入れて生物学的方法で処理する生物処理設備と、前記生物処理設備で得られた生物処理物を放流用処理水と余剰汚泥とに分離する固液分離設備と、前記分離した余剰汚泥を混合凝集反応設備及び生物処理設備に返送する手段とが備えられてなる屎尿及び有機性汚泥の処理装置。

本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理方法によれば、屎尿や有機性汚泥を生物学的方法で処理する工程の前処理工程において、屎尿及び有機性汚泥の夾雑物を除去していない原液と、生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合して脱水しているので、屎尿及び有機性汚泥に含まれる夾雑物を効率的に除去でき、浄化槽汚泥等の有機性汚泥を効率良く脱水できる。このため、従来設置されていた夾雑物除去処理装置が省略されプロセスが簡略化できる。

屎尿、有機性汚泥中に含まれる夾雑物及び余剰汚泥の脱水物(脱水ケーキ)の含水率を７０質量％以下にしているので、可燃ごみとの混燃が可能となる。このことから、従来廃棄していた汚泥や篩渣が、資源として活用できる。従来の焼却設備を設けていた屎尿浄化槽汚泥処理施設であって、焼却炉前段の余剰汚泥の乾燥装置が必要である施設であっても、焼却設備を設置していない施設であっても、本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理方法を適用すれば、上記脱水ケーキをごみ焼却場に運搬し、焼却炉でそのまま燃焼させることができる。そのため、上記脱水ケーキはボイラー等の燃料として資源化できる。

本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理装置では、夾雑物除去装置、汚泥乾燥機や焼却炉等の設備を省略することができるため、設備費を軽減化でき、同様に電力費、メンテナンス費や薬品代を軽減化でき、更に焼却炉助燃剤として使用する灯油又は重油などの運転経費を軽減化できる。

以下、本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理方法、並びに処理装置を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理装置の一例を示すフロー図である。図１に示すように、本例の屎尿及び有機性汚泥の処理装置は、屎尿受入破砕設備２と、有機性汚泥受入破砕設備４と、混合凝集反応設備６と、脱水設備８と、生物処理設備１０と、固液分離設備１２とが備えられてなる。

屎尿受入破砕設備２において、屎尿原液は輸送手段１４を経て屎尿受入槽１６に供給される。次いで、屎尿受入槽１６に供給された屎尿は輸送手段１８を経て屎尿破砕ポンプ２０に供給され、屎尿に混入している夾雑物は次工程以降に悪影響を与えない大きさに破砕される。

ここで、前述の従来の浄化槽汚泥対応型屎尿処理プロセスであれば、夾雑物除去装置により篩渣が分離され、除渣液は次の工程中継槽に供給されるところを、本発明においては、屎尿原液中の夾雑物は必要に応じた破砕処理はされるものの除去処理はされないまま直接、輸送手段２２を経て混合凝集反応設備６中の中継槽２４に供給される。

本発明に用いる屎尿原液は、ペーパー等の繊維分などの夾雑物が含まれるものであり、屎尿原液中の夾雑物の含有量は一般的に０．５〜１．０質量％程度である。

有機性汚泥については屎尿と同様の処理が施される。即ち、有機性汚泥受入破砕設備４において、有機性汚泥原液は輸送手段２６を経て有機性汚泥受入槽２８に供給される。次いで、有機性汚泥受入槽２８に供給された有機性汚泥は輸送手段３０を経て有機性汚泥破砕ポンプ３２に供給され、有機性汚泥に混入している夾雑物は次工程以降に悪影響を与えない大きさに破砕される。

ここで、従来の浄化槽汚泥対応型屎尿処理プロセスであれば、夾雑物除去装置により篩渣が分離され、除渣液は次の工程中継槽に供給されるところを、本発明においては、有機性汚泥原液中の夾雑物は必要に応じた破砕処理はされるものの除去処理はされないまま直接、輸送手段３４を経て混合凝集反応設備６中の中継槽２４に供給される。

本発明に用いる有機性汚泥原液は、浄化槽汚泥、農業集落排水処理施設の汚泥及び下水処理施設の汚泥等の汚泥であって、トイレットペーパー等の繊維分及びビニル、プラスチックなどの夾雑物が含まれるものである。有機性汚泥原液(ここでは浄化槽汚泥)中の夾雑物の含有量は一般的に０．１〜０．５質量％程度である。

混合凝集反応設備６中の中継槽２４には、屎尿受入破砕設備２から供給される屎尿、有機性汚泥受入破砕設備４から供給される有機性汚泥以外に、後工程の生物処理設備１０で発生する活性汚泥の一部が、余剰汚泥として固液分離設備１２から供給される。

屎尿受入破砕設備２と有機性汚泥受入破砕設備４は、図１のように分離した状態から、一本化して屎尿及び有機性汚泥受入を共用しても良い。

中継槽２４では、供給された屎尿、有機性汚泥、及び余剰汚泥が混合される。この混合液中の屎尿と有機性汚泥との割合は特に限定されるものではないが、混合液中の夾雑物及び余剰汚泥の除去を更に効率よく行うことができること、並びに、低含水率の脱水ケーキを更に容易に得ることができることから、質量比で７０：３０〜０：１００が好ましい。

中継槽２４の屎尿、有機性汚泥、及び余剰汚泥の混合液は輸送手段３８を経て次の凝集反応槽４０に送られ、場合により輸送手段３６から無機凝集剤が添加される。この無機凝集剤の添加により、混合液に含まれるリンや水溶性高分子有機物などが不溶化される。しかし、後にリン回収を行うプロセスでは、無機凝集剤は添加しない。

また、凝集反応槽４０では、輸送手段４２より高分子凝集剤が添加される。この高分子凝集剤の添加により、混合液は強固なフロックが形成されたスラリーとなる。

このフロック化したスラリーは、輸送手段４４を経て脱水設備８の脱水機４６に導かれた後、脱水処理が施され、脱水ケーキ４８と分離液とに分離される。この脱水処理にあたり、脱水機４６に導かれた前記スラリーには屎尿や有機性汚泥に含まれていた繊維分が多く含まれていることから、含水率７０質量％以下の低含水率の脱水ケーキを容易に得ることができる。

また、本発明では脱水機４６に脱水性能が高い加圧型脱水機、例えばロータリープレス型の脱水機を使用することにより含水率６４〜６９質量％の脱水ケーキを更に容易に得ることができる。この脱水ケーキには、本発明の通常の処理条件で、屎尿や浄化槽汚泥のＳＳの９５〜９９質量％、並びに、夾雑物のほぼ１００質量％を含ませ、回収することができる。なお、本発明の実施に当たって使用する加圧型脱水機としては上記ロータリープレス型脱水機以外にスクリュープレス型脱水機、フィルタープレス型脱水機、ベルトプレス型脱水機でも良い。

上述したように、本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理方法で得られる脱水ケーキ４８は含水率７０質量％以下であり、系外に搬出され、燃料、助燃材等の資源として活用される。

脱水機４６により固形分を除去された分離液は、輸送手段５０を経て生物処理設備１０の貯留槽５２に供給される。貯留槽５２に供給された分離液は、輸送手段５４を経て生物処理槽５６に供給される。生物処理槽５６では、供給された分離液が活性汚泥により生物学的な硝化、脱窒、ＢＯＤ処理が行われ、この過程での活性汚泥は増加する。生物処理された液は活性汚泥と共に固液分離設備１２で処理液と汚泥とに分離され、分離された汚泥の一部が繰返し生物処理槽５６に供給される。

この生物処理液は、輸送手段５８を経てより固液分離設備１２の膜分離槽６０に供給される。膜分離槽６０では、生物処理液は膜分離により活性汚泥と処理水に分離される。本例では、固液分離設備１２として膜分離槽６０を使用しているが、膜分離槽に代えて沈澱槽又は機械的分離装置による固液分離を用いてもよい。

一方の固液分離物である分離濃縮された活性汚泥は、上述したように、その一部が輸送手段６２、６４を経て生物処理槽５６に戻され、残りは余剰汚泥として、輸送手段６６を経て中継槽２４に戻される。この余剰汚泥を混合凝集反応設備及び生物処理設備に返送する手段は、図１の例では、輸送手段６２、６４及び６６で構成される。

他方の固液分離物である処理水は、輸送手段６８を経て活性炭吸着装置等の高度処理装置(不図示)に供給されて、処理後放流される。

なお、図１の例における輸送手段としては、配管、樋(とい)及びポンプ等を用いることができる。

以下、本発明を実施例により、具体的に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。

実施例１
図１に示す屎尿及び有機性汚泥の処理装置を用い、屎尿及び浄化槽汚泥を処理した。屎尿原液中の夾雑物の含有量は０．８質量％であり、浄化槽汚泥原液中の夾雑物の含有量は０．３質量％であった。屎尿は、屎尿破砕ポンプ２０により破砕処理後、夾雑物の除去処理はしないまま直接、輸送手段２２を経て中継槽２４に供給した。浄化槽汚泥は、有機性汚泥破砕ポンプ３２により破砕処理後、夾雑物の除去処理はしないまま直接、輸送手段３４を経て中継槽２４に供給した。

中継槽２４には、上記屎尿及び浄化槽汚泥以外に、固液分離設備１２からの余剰汚泥を供給し、屎尿及び浄化槽汚泥と混合した。この混合液中の屎尿及び有機性汚泥と、余剰汚泥との割合は、固形物の質量比で４０：６０であった。

次いで、中継槽２４における混合液に含まれるリンや高分子有機物などの不溶化処理と、反応槽４０における混合液のフロック化処理とを施した後、得られた混合液を、脱水機４６にロータリープレス脱水機を用いて脱水することにより、含水率６６質量％の脱水ケーキを得た。

ロータリープレス脱水機を用いて得られた、もう一方の脱水処理物である分離液について、ＳＳ回収率は９６．６質量％と９５質量％以上であり、生物処理設備１０以後の工程には特に問題はなかった。

比較例１
屎尿原液及び浄化槽汚泥原液を混合し、夾雑物の除去処理をして、処理後の混合汚泥における夾雑物含有量を０．００８質量％とした屎尿及び浄化槽汚泥を処理した以外は、実施例１と同様に処理し、ロータリープレス脱水機の脱水処理物である脱水ケーキと分離液とを得た。

その結果、一方の脱水処理物の分離液については、ＳＳ回収率は９０質量％と９５質量％以下となった。また、他方の脱水処理物の脱水ケーキについては、含水率が７７質量％と高いものであった。この脱水ケーキの含水率を７０質量％以下にするには、別途、乾燥機を必要とした。

本発明の屎尿及び有機性汚泥の処理装置の一例を示すフロー図である。

符号の説明

２ 屎尿受入破砕設備
４ 有機性汚泥受入破砕設備
６ 混合凝集反応設備
８ 脱水設備
１０ 生物処理設備
１２ 固液分離設備
１４、１８、２２、２６、３０、３４、３６、３８、４２、４４、５０、５４、５８、６２、６４、６６、６８ 輸送手段
１６ 屎尿受入槽
２０ 屎尿破砕ポンプ
２４ 中継槽
２８ 有機性汚泥受入槽
３２ 有機性汚泥破砕ポンプ
４０ 凝集反応槽
４６ 脱水機
４８ 脱水ケーキ
５２ 貯留槽
５６ 生物処理槽
６０ 膜分離槽

Claims (5)

1. 屎尿及び有機性汚泥を生物学的方法で処理する屎尿及び有機性汚泥の処理方法であって、屎尿原液に含まれる夾雑物を破砕ポンプで破砕して、破砕した夾雑物を除去していない屎尿と、有機性汚泥原液に含まれる夾雑物を破砕ポンプで破砕して、破砕した夾雑物を除去していない有機性汚泥と、生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合するに際し、混合液中の屎尿と有機性汚泥との割合を質量比で７０：３０〜０：１００として混合液を得、次いで混合液を脱水し、脱水ケーキの含水率７０質量％以下とすることを特徴とする屎尿及び有機性汚泥の処理方法。
2. 屎尿原液中の夾雑物の含有量が０．５〜１．０質量％であり、有機性汚泥原液中の夾雑物の含有量が０．１〜０．５質量％である請求項１に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。
3. 脱水に加圧型脱水機を使用する請求項１に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。
4. 有機性汚泥が浄化槽汚泥、農業集落排水処理施設の汚泥又は下水処理施設の汚泥を含む請求項１に記載の屎尿及び有機性汚泥の処理方法。
5. 屎尿原液を受け入れた後、屎尿原液に含まれる夾雑物を破砕する屎尿受入破砕設備と、有機性汚泥原液を受け入れた後、有機性汚泥原液に含まれる夾雑物を破砕する有機性汚泥受入破砕設備と、前記屎尿受入破砕設備で得られた屎尿破砕物と前記有機性汚泥受入破砕設備で得られた有機性汚泥破砕物と生物処理設備において発生する余剰汚泥とを混合して混合液を得ると共に前記混合液に凝集剤を添加して混合液の凝集反応を行わせる混合凝集反応設備と、前記混合凝集反応設備で得られた混合液の凝集反応物を脱水処理して脱水ケーキと分離液とに分離する脱水設備と、前記脱水設備で得られた分離液を受け入れて生物学的方法で処理する生物処理設備と、前記生物処理設備で得られた生物処理物を放流用処理水と余剰汚泥とに分離する固液分離設備と、前記分離した余剰汚泥を混合凝集反応設備及び生物処理設備に返送する手段とが備えられてなる屎尿及び有機性汚泥の処理装置。
   

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