JP4237582B2 - 余剰汚泥減量装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、余剰汚泥を削減する装置及び方法に関する。更に詳しくは、有機性汚水を生物学的に処理することにより発生した余剰汚泥を電気分解処理と生物学的処理により減量化する装置及び方法に関する。本発明は、下水処理、産業廃水処理等の分野で広く用いられる。
有機物を含んだ下水等の処理方法として、浄化能力が高くしかも処理費用が比較的安い等の長所がある好気性微生物を含んだ活性汚泥により有機汚濁成分を分解して浄化する活性汚泥方式等の生物学的処理方法が、下水処理、産業廃水処理等の分野で一般に使用されている。この活性汚泥方式は、曝気槽内に導かれたｐＨ調整等の前処理が施された廃水中に含まれる有機汚濁成分を活性汚泥により分解処理して浄化する方式であるが、有機汚濁成分の一部が余剰汚泥となり、そのために次第に余剰汚泥が増加し、該余剰汚泥を引き抜いて処分する必要が生じるという問題点を有していた。
従来は、この余剰汚泥の処理に関して、余剰汚泥を脱水して水分を分離し、固形分を焼却若しくは産業廃棄物として廃棄することが行われていた。しかし、余剰汚泥量が多いため、焼却するためには焼却設備を大規模化する必要が生じ、しかも水分を含んでいるので炉内の温度を下げダイオキシンを発生させる要因ともなっていた。また、焼却ではなく産業廃棄物として廃棄するためには、広大な場所を必要とし、そのための用地確保が困難という状況になっていた。
そこで、特開２００２−１２６７８２では、余剰汚泥に塩化物を添加して電解槽で電気分解し、発生した塩素分子及び次亜塩素酸イオンで微生物分解可能な状態に余剰汚泥を基質化(汚泥細胞を殺傷・死滅化して微生物により処理可能な状態とすること)し、基質化した余剰汚泥を曝気槽に返送することで余剰汚泥を減量することが本発明者たちにより提案されたが、上記発明では、複数枚の電極を積層した電解槽内を余剰汚泥が流れるので、余剰汚泥が電極間を均一に流れず電極間での電気分解処理にバラツキが生じ、基質化の効率が悪くなるとの不具合があった。更に、電気分解で陰極に発生する水素ガスが汚泥に取り込まれることにより生じるスカムが循環タンクの上部に浮上堆積し、基質化余剰汚泥を曝気槽に返送することを困難にさせているとの不具合も生じていた。更にまた、塩化物の添加量が大きくなるほどランニングコストが増大するので、添加する塩化物量を減量して余剰汚泥を効率よく基質化する必要が生じていた。
本発明は以上の点に鑑みて、上記発明を改良するものであって、有機性汚水を生物学的処理により分解する曝気槽と、前記曝気槽で発生した余剰汚泥であって塩化物が含有されているものを電気分解処理する電解槽を有する余剰汚泥減量装置において、塩化物を電気分解することにより発生した塩素分子及び次亜塩素酸イオンで余剰汚泥を効率よく基質化することができ、しかも、陰極に発生した気体を取り込むことにより生じるスカムを効率よく処理できる装置、及び該装置により余剰汚泥を効率的に減量することができる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る余剰汚泥減量装置は、有機性汚水を生物学的処理により分解する曝気槽と、前記曝気槽で発生した余剰汚泥であって塩化物が含有されているものを電気分解処理する電解槽とを有する余剰汚泥減量装置において、前期電解槽の本体部が直方体で水平断面四角形の相隣り合う辺の比が１．０乃至１．５であり、流入部及び流出部における水平断面積が本体部から流入口若しくは流出口にかけて漸次減少していくことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に係る余剰汚泥減量装置は、請求項１記載の余剰汚泥減量装置において、前記電解槽内に配置される電極の間隔が５乃至１５ｍｍであることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に係る余剰汚泥減量装置は、請求項１または請求項２に記載の余剰汚泥減量装置において、内部に撹拌装置を備えている循環タンクを有し、前記電解槽での電気分解処理により基質化された余剰汚泥を前記曝気槽に返送するための前記循環タンク流出口が前記撹拌装置の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より下位に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に係る余剰汚泥減量方法は、曝気槽で有機性汚水を生物学的方法により分解処理したことにより生じた余剰汚泥に塩化物を添加して電解槽にて電気分解処理することにより前記余剰汚泥を基質化し、基質化された前記余剰汚泥を前記曝気槽に返送して生物学的処理により前記余剰汚泥を減量する余剰汚泥減量方法において、前記余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至３．０ｇ／Ｌになるように前記塩化物を添加することを特徴とするものである。
本発明は、以下の効果を奏する。
すなわち、上記構成を備えた余剰汚泥減量装置は、曝気槽で発生した余剰汚泥であって塩化物が含有されているものを電気分解処理する電解槽の本体部が直方体で水平断面四角形の相隣り合う辺の比が１．０乃至１．５であり、流入部及び流出部における水平断面積が本体部から流入口若しくは流出口にかけて漸次減少し、電解槽内に配置された電極は、電極面を鉛直方向に積層し電極間隔が５乃至１５ｍｍに設定されているので、電解槽内に配置されている各電極間を塩化物が含有されている汚泥が均等に流通し、電気分解を効率よく行うことができる。即ち、電解槽の本体部が直方体で水平断面四角形の相隣り合う辺の比が１．０乃至１．５であり、流入部及び流出部における水平断面積が本体部から流入口若しくは流出口にかけて漸次減少しているので、汚泥を流入部及び流出部付近に滞留させることなくスムーズに流すことができる。更に、電極間隔が５ｍｍ以下であると電極間隔が狭いので汚泥等に含まれる夾雑物が挟まって閉塞したり、電流が短絡するという問題が生じ、逆に電極間隔が１５ｍｍ以上であると電極間隔が広すぎるので効率よく電気分解するためには高い電圧が必要になり、消費電力が大きくなるという不具合があるが、電極間隔を５乃至１５ｍｍに設定しているのでかかる不具合を解消することができる。
また、電解槽において発生した水素ガスは、汚泥に取り込まれて循環タンクに返送され、循環タンク内に設置されている撹拌装置で脱気されるのであるが、該撹拌装置では充分に脱気することができず、水素ガスを取り込んだ汚泥がスカムとなって浮上して循環タンクの上部に堆積し、基質化された余剰汚泥を曝気槽に返送することの妨げとなる。しかし、循環タンクの内部に備えられている撹拌装置の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より流出口が下位に形成されているので、浮力の大きいスカムを基質化余剰汚泥と一緒にインペラによりオーバーフローとして曝気槽に返送することができる。
更にまた、曝気槽で発生した余剰汚泥に塩化物を添加して電解槽で電気分解処理し、発生した塩素分子または次亜塩素酸イオンにより余剰汚泥を基質化するのであるが、余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至３．０ｇ／Ｌになるように塩化物の添加する量を調整しているので、余剰汚泥を効率よく基質化することができる。即ち、塩化物の添加する量が多く余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が３．０ｇ／Ｌ以上になると塩素分子または次亜塩素酸イオンの発生量が多く余剰汚泥の基質化を安定して行うことができるが、塩化物の使用量が多くなるためランニングコストが増大する不具合があり、逆に、余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６ｇ／Ｌ以下になるように塩化物の添加する量を調整すると塩素分子または次亜塩素酸イオン量の発生量が少なくなるので、余剰汚泥を充分に基質化することが出来ない不具合がある。しかし、余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至３．０ｇ／Ｌになるように塩化物の添加する量を調整しているので少ない費用で効率よく余剰汚泥を基質化することができる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示して説明する。ただし、この発明の範囲は、特に限定的記載がないかぎりは、この実施の形態に記載されている内容に限定する趣旨のものではない。
図１は、本発明に係る余剰汚泥減量装置の概略構成図であり、図２は、図１に用いられる電解槽の鉛直方向断面図であり、図３は該電解槽の水平方向断面図である。
図１に示すように、この余剰汚泥減量装置１は、下水等の有機性汚水を生物学的処理により分解する曝気槽１１と、沈殿槽１２と、循環タンク３１と、塩化物が添加された余剰汚泥１７を電気分解処理することにより余剰汚泥１７を基質化する電解槽２１を備えている。
曝気槽１１には、底部側から空気源１５によって曝気を行う曝気管１６が設けられており、この曝気により有機性汚水の生物学的処理が促進される。
沈殿槽１２には、沈殿汚泥を引き抜いて循環タンク３１に移送若しくは曝気槽１１に返送するための流出口が下部に設けられているとともに、処理水１４がオーバーフローとして流れ出るように流出口が上部に設けられている。また、沈殿槽から循環タンク３１に移送される余剰汚泥１７の配管には、塩化物槽２２に蓄えられている塩化物を余剰汚泥１７に添加するための塩化物供給ポンプ２３が接続されている。
循環タンク３１には、混合汚泥１７ｃを均一にするためおよびタンク上部に堆積しているスカム１７ｂを排出するための撹拌装置４０が設けられている。また、循環タンク３１と電解槽２１とを繋ぐ配管には循環タンク内での撹拌によって生成された余剰汚泥１７と基質化余剰汚泥１７ａとの混合物である混合汚泥１７ｃを電解槽２１に送付するための循環ポンプ３０が接続されている。さらに、循環タンク３１には基質化余剰汚泥１７ａを含む処理汚泥１８を曝気槽１１に返送するための流出口３２が、スカム１７ｂも一緒にインペラによりオーバーフローとして流すことが出来るように，撹拌装置４０の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より下位に、即ち、インペラの上端の一部が水面上に現れているように形成されている。
電解槽２１内には、密封型で直流電流２６に接続された陰極２４と陽極２５が鉛直方向に交互に積層状態で並べられていて、電極間の間隔は５乃至１５ｍｍ、好ましくは、１０乃至１２ｍｍに設定されている。また、電解槽２１の形状は、図２・３に示す通り、本体部２７が直方体で水平断面四角形の隣り合う短辺ａに対する長辺ｂの比、（ｂ／ａ）が１．０乃至１．５であり、流入部２８及び流出部２９における水平断面積が本体部２７から流入口２８Ａ若しくは流出口２９Ａにかけて漸次減少している。尚、電解槽２１内での混合汚泥１７ｃの流れが上向流となるように流入部２８が本体部２７の鉛直方向下方に、流出部２９が鉛直方向上方に位置するように形成されている。電解槽２１に設置されている電極としては、陽極２５はチタン板に二酸化鉛や貴金属酸化物を被覆したもの、あるいはフェライト板が良く、陰極２４はステンレスまたはチタン板が良い。なお、電極へのスケール付着防止を目的に一定時間毎に陽極と陰極を変更するために、陽極２５、陰極２４ともにチタン板に二酸化亜鉛や貴金属酸化物を被覆してものを使用しても良い。
上記構成の余剰汚泥減量装置１において、家庭・工場等で発生した有機性廃水である原水１０はｐＨ調整等がされた後、曝気槽１１での処理量に応じて一定量が曝気槽１１に移送される。曝気槽１１内では、有機性廃水と活性汚泥が曝気管１６で曝気されることにより、有機性成分が分解処理され有機性成分の一部が余剰汚泥１７となる。
曝気槽１１から移送された余剰汚泥１７を含む混合液は、沈殿槽１２に移送され、ここで沈殿汚泥と処理水１４に分離される。分離された処理水１４は、沈殿槽上部に設けられた流出口よりオーバーフローとして流れ出る。
沈殿槽１２の下部に沈殿堆積している沈殿汚泥は、沈殿槽１２下部に形成されている流出口より引き抜かれ、曝気槽１１に返送される返送汚泥分を除いたものが余剰汚泥１７となって、循環タンク３１に移送されるまでの間に、塩化物槽２２から塩化物供給ポンプ２３により供給された塩化物が添加される。塩化物の添加量は余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至６．０ｇ／Ｌ、好ましくは１．２乃至３．０ｇ／Ｌになるように調整される。塩化物が添加された余剰汚泥１７は、循環タンクにおいて撹拌装置４０により電解槽２１から返送された基質化余剰汚泥１７ａと混合されて混合汚泥１７ｃとなる。塩化物が添加されている混合汚泥１７ｃは、電解槽２１内において上向流となるように電解槽２１の下端部に形成されている流入部２８から鉛直方向に等間隔で積層している電極（２４若しくは２５）が配置されている本体部２７を通過して上部に形成されている流出部２９より循環タンクに返送される。この場合において、本体部２７が直方体で水平断面四角形の隣り合う短辺ａに対する長辺ｂの比、（ｂ／ａ）が１．０乃至１．５であり、流入部２８及び流出部２９における水平断面積が本体部２７から流入口２８Ａ若しくは流出口２９Ａにかけて漸次減少する四角錐の形状をしているので、電解槽２１に流入した混合汚泥１７ｃは流入部２８および流出部２９に滞留することなく本体部２７内を均一に流れることになる。また、電解槽２１内の流れが上向流であるため、発生した水素ガスは汚泥に付着し、速やかに電解槽２１から除くことができる。電解槽の汚泥流速は０．５乃至２．０ｍ／分になるように設定されている。汚泥流速が０．５ｍ／分以下であると汚泥が均一に流れずに流速の遅い箇所に汚泥による閉塞が生じる場合があり、汚泥流速が２．０ｍ／分以上であると循環ポンプの容量が大きくなり動力費が大きくなるという不具合があるからである。更に、電極間の間隔が５乃至１５ｍｍ、好ましくは１０乃至１２ｍｍに設定されているので、混合汚泥１７ｃに含まれる夾雑物が電極間に挟まれることなく、しかも電極間を通過する間に混合汚泥１７ｃに添加されている塩化物を低い電圧により効率よく電気分解し、電気分解により生成された塩素分子または次亜塩素酸イオンにより余剰汚泥１７を効率よく基質化することができる。即ち、電極の間隔が５ｍｍ以下であると、低い電圧で塩化物を電気分解することができるが混合汚泥１７ｃに含まれる夾雑物が挟まって閉塞したり、電流が短絡する不具合が生じ、１５ｍｍ以上であると電気分解するために高い電圧が必要になり消費電力が大きくなるとの不具合が生じるが、電極の間隔が５乃至１５ｍｍに設定されているので、上記のような不具合は発生せずに効率よく電気分解処理により混合汚泥１７ｃを基質化することができる。
余剰汚泥１７に添加された塩化物イオン（Ｃｌ−）は、電解槽２１における電気分解により塩素分子（Ｃｌ２）に変換され、塩素分子の一部は更に次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）になる。この塩素分子または次亜塩素酸イオンは反応活性が極めて高く、酸化により汚泥細胞を殺傷死滅化し塩化物イオンになる。この塩化物イオンは陽極２５で電子を放出して再び塩素分子に変換される。したがって、余剰汚泥１７に添加される塩化物の量は細胞殺傷に必要な量のみを供給すればよく、余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至６．０ｇ／Ｌ、好ましくは、１．２乃至３．０ｇ／Ｌになるように塩化物が添加されるので効率よく余剰汚泥１７を基質化することができる。即ち、塩化物の添加量を多くすると余剰汚泥１７を基質化するに充分な塩素分子の発生量を確保できるが、塩化物の添加量が多くなるのでランニングコストが増大するという不具合があり、逆に、塩化物の添加量を少なくすると余剰汚泥１７を充分に基質化することができないという不具合があるが、塩化物の添加量が余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至６．０ｇ／Ｌ、好ましくは、１．２乃至３．０ｇ／Ｌになるように調整されるので、効率よく余剰汚泥１７を基質化することができる。
循環タンク３１に返送された水素ガスを取り込んだ汚泥の大部分は、撹拌装置４０により水素ガスが脱気されるが、一部の汚泥は水素ガスが取り込まれたスカム１７ｂの状態で循環タンク３１の表面に浮上して堆積する。しかし、循環タンク３１から処理汚泥１８を曝気槽１１に返送するための流出口３２が、撹拌装置４０の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より下位に、即ち、インペラの上端の一部が水面上に現れているように形成されているので、表面に浮上しているスカム１７ｂをインペラにより処理汚泥１８と一緒に、オーバーフローとして曝気槽１１に返送することができるので、循環タンク３１上部にスカム１７ｂが堆積して基質化余剰汚泥１７ａを曝気槽１１に返送できなくなることを防止できる。
曝気槽１１に返送されたスカム１７ｂは、曝気管１６からの曝気により水素ガスが脱気される。また、基質化余剰汚泥１７ａは微生物により生物学的処理されることにより、余剰汚泥を減少することができる。
塩化物を添加しなくとも当初より有機性廃水に塩化物イオンが電解処理に必要な濃度含有されている場合、曝気槽１１での生物学的処理により発生した余剰汚泥１７にも塩化物が含有されることになるので、沈殿槽１２と循環タンク３１間に設置されている塩化物を添加するための塩化物槽２２及び塩化物供給ポンプ２３の工程を省略することができる。また、曝気槽１１の混合液を余剰汚泥１７として直接循環タンク３１に移送して電解処理を行っても良い。なお、図４に示す通り、循環タンクを設けずに沈殿槽１２で分離された沈殿汚泥の一部を曝気槽１１に返送すると共に残りを余剰汚泥１７として電解槽２１に移送しても良い。
次に、塩化物の添加量を変更した場合の実施例を示す。
本実施例では、原水として家庭下水を使用した。原水の水質は、ＢＯＤ２００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ１５０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ１５０ｍｇ／Ｌ、塩化物イオン濃度７０ｍｇ／Ｌであった。
電解槽の本体は、幅２２４ｍｍ、奥行き２２４ｍｍ、高さ１０００ｍｍの直方体で、流入部及び流出部における水平断面形状が本体部から流入口若しくは流出口にかけて漸次減少する四角錐の形状であって、かつ、流入口及び流出口の断面形状は円形で各々半径１４ｍｍの密閉槽である。電極の材質は、陽極はチタン板に貴金属酸化物を被覆したもの、陰極はステンレス板であって、電極の間隔を１２ｍｍに設定した。循環タンクは、有効容量１００Ｌとし、撹拌機を設置して余剰汚泥と基質化余剰汚泥が均等に混合できるようにし、基質化余剰汚泥がスカムとともにオーバーフローとして流れ出るように流出口を撹拌装置の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より下位に、即ち、インペラの上端の一部が水面上に現れているように形成した。
上記原水を曝気槽で分解処理を行うことにより発生した余剰汚泥を抜き出し、余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．３、０．６、１．２、１．８、３、６、９ｇ／Ｌになるように食塩を添加し、循環タンク容量Ｖ（Ｌ）に対する余剰汚泥の供給量Ｘ（Ｌ／分）をＶ／Ｘ＝１０（分）となるように設定し、電解槽において電流３００Ａの状態下で汚泥の流速を１ｍ／分として電気分解処理を行い、循環タンクに流入する余剰汚泥１７と循環タンクからオーバーフローで流出する処理汚泥１８の酸素消費量を比較することで殺傷率を計算して比較した。
この結果、図５に示す通り、最大殺傷率を１００％とした場合の殺傷効果は、塩化物イオン濃度が増加するほど向上するが、添加量がある一定量を越えると殺傷効果の増加量は鈍化し、塩化物イオン濃度が６ｇ／Ｌ以上であると殺傷効果の増加は殆ど認められない。また、塩化物イオン濃度０．６ｇ／Ｌ以下であると、殺傷効果が著しく低下し余剰汚泥を効果的に基質化できないことが認められた。
１ 余剰汚泥減量装置
１１ 曝気槽
１７ 余剰汚泥
１７ａ 基質化余剰汚泥
１７ｂ スカム
１７ｃ 混合汚泥
２１ 電解槽
２４ 陰極
２５ 陽極
２７ 電解槽の本体部
２８ 電解槽の流入部
２８Ａ 電解槽の流入口
２９ 電解槽の流出部
２９Ａ 電解槽の流出口
３１ 循環タンク
３２ 循環タンクの流出口
４０ 撹拌装置
１１ 曝気槽
１７ 余剰汚泥
１７ａ 基質化余剰汚泥
１７ｂ スカム
１７ｃ 混合汚泥
２１ 電解槽
２４ 陰極
２５ 陽極
２７ 電解槽の本体部
２８ 電解槽の流入部
２８Ａ 電解槽の流入口
２９ 電解槽の流出部
２９Ａ 電解槽の流出口
３１ 循環タンク
３２ 循環タンクの流出口
４０ 撹拌装置
Claims (4)
- 有機性汚水を生物学的処理により分解する曝気槽と、前記曝気槽で発生した余剰汚泥であって塩化物が含有されているものを電気分解処理する電解槽とを有する余剰汚泥減量装置において、
前期電解槽の本体部が直方体で水平断面四角形の相隣り合う辺の比が１．０乃至１．５であり、流入部及び流出部における水平断面積が本体部から流入口若しくは流出口にかけて漸次減少していくことを特徴とする余剰汚泥減量装置。 - 前記電解槽内に配置される電極の間隔が５乃至１５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の余剰汚泥減量装置。
- 内部に撹拌装置を備えている循環タンクを有する前記余剰汚泥減量装置であって、
前記電解槽での電気分解処理により基質化された余剰汚泥を前記曝気槽に返送するための前記循環タンク流出口が前記撹拌装置の鉛直方向最上部に位置するインペラの上端より下位に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の余剰汚泥減量装置。 - 曝気槽で有機性汚水を生物学的方法により分解処理したことにより生じた余剰汚泥に塩化物を添加して電解槽にて電気分解処理することにより前記余剰汚泥を基質化し、基質化された前記余剰汚泥を前記曝気槽に返送して生物学的処理により前記余剰汚泥を減量する余剰汚泥減量方法において、
前記余剰汚泥中の塩化物イオン濃度が０．６乃至３．０ｇ／Ｌになるように前記塩化物を添加することを特徴とする余剰汚泥減量方法。
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