JP4238988B2

JP4238988B2 - 余剰汚泥処理方法及び装置

Info

Publication number: JP4238988B2
Application number: JP2003372805A
Authority: JP
Inventors: 眞山本; 恒市川
Original assignee: 日立プラント建設サービス株式会社
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005131594A

Description

本発明は、生物処理槽で発生した余剰汚泥を電解槽で電気分解処理を行う余剰汚泥処理方法及び装置に関する。

従来、下水などの有機性排水の処理方法として、活性汚泥を用いた生物処理による方法が多く採用されている。この生物処理による方法は、微生物などから構成される活性汚泥によって排水中の有機物が分解処理される。

排水に対して生物処理を行うと、活性汚泥内に含まれる微生物が増殖して余剰汚泥が発生する。余剰汚泥の蓄積は処理水悪化の原因となるため、発生した余剰汚泥の処理を効率よく低コストで行う方法が検討されており、余剰汚泥の可溶化などによる減容や、余剰汚泥のコンポスト化による農地還元などが提案されている。

余剰汚泥を可溶化する方法の１つとして、電気分解による処理が用いられている。電気分解により塩素分子や酸素分子が発生して、この塩素分子及び酸素分子ににより余剰汚泥内の殺菌及び余剰汚泥自体の可溶化が促進されるため、処理後の余剰汚泥を生物処理することにより余剰汚泥を処理することができる。

しかしながら、余剰汚泥中には有機物が多量に含まれているため、そのまま電気分解を行うと電流の流れが悪く、処理能力が低いという問題があった。

そこで、電解質として、特許文献１のように塩化鉄、塩化アルミニウム、硫酸鉄、又は硫酸アルミニウムなどを添加したり、特許文献２のように硫酸、塩酸、又は硝酸を添加したり、特許文献３のように過酸化水素又は塩化物を添加したりする方法が開示されている。

また、余剰汚泥は多くの肥料成分を含有し、特に窒素やリンの含有量が高いので、余剰汚泥を脱水又はコンポスト化することにより、施肥効果の高い肥料として農地還元することができる。
特公平６−１０４２４０号公報特開平８−１５５４９４号公報特開２００１−１４９９９８号公報

しかしながら、余剰汚泥を電気分解処理して可溶化する方法では、電解質の添加が必要とされるため、余剰汚泥処理にかかるランニングコストが増大するという問題があった。

また、余剰汚泥は元々カリウム成分が少ないため、余剰汚泥を肥料として利用するにはカリウムを添加しなければならないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、効率よく余剰汚泥の可溶化処理を行うことができるとともに、系外に排出した余剰汚泥を肥料として利用できる余剰汚泥処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、排水を生物処理槽で生物処理する際に発生する余剰汚泥を可溶化処理する余剰汚泥処理方法において、
前記可溶化処理として、前記余剰汚泥を電解槽で電気分解処理するとともに前記電解槽にカリウム塩を添加し、前記可溶化処理され、前記電解槽でカリウム塩が添加された余剰汚泥を前記生物処理槽に返送し、前記余剰汚泥を前記生物処理槽に返送することにより前記生物処理槽で発生する余剰汚泥中にカリウムを蓄積させ、前記カリウムを蓄積させた余剰汚泥のカリウム濃度を測定するとともに、測定結果に基づいて前記電解槽に添加するカリウム塩の添加量を制御することを特徴とする。

また、請求項２は、カリウムを蓄積させた余剰汚泥の一部又は全部を肥料として利用することを特徴とする。

請求項１で前記電解槽にカリウム塩を添加するとは、電解槽にカリウム塩を直接添加する場合に限らず、電気分解処理する余剰汚泥にカリウム塩を予め含有させておいて、余剰汚泥を電解槽に流入させることでカリウム塩が電解槽に添加される場合も含む。

請求項１によれば、電解槽に添加されたカリウム塩は電解質として作用するため、有機物を多く含み電気伝導性の悪い余剰汚泥の電気分解処理を効率よく行うことができ、余剰汚泥の可溶化を促進する。しかも、電解槽で電気分解処理されカリウム塩が添加された余剰汚泥は生物処理槽に返送されるので、生物処理槽で発生する余剰汚泥中にカリウムを蓄積することができる。これにより、元々カリウム含有量の少ない余剰汚泥のカリウム濃度を高めることができるので、請求項２に示すように余剰汚泥を肥料として利用することができる。

このように、本発明は、余剰汚泥を電気分解処理する際に電解質を添加することによるコストアップの問題と、余剰汚泥を肥料として利用する際のカリウム不足との問題とを一度に解決することができる。

また、請求項１は、前記カリウムを蓄積させた余剰汚泥のカリウム濃度を測定するとともに、測定結果に基づいて前記電解槽に添加するカリウム塩の添加量を制御することを特徴とする。

これにより、カリウムを蓄積させた余剰汚泥のカリウム濃度を、肥料に適したカリウム濃度に調整できるだけでなく、常に適量のカリウム塩が余剰汚泥に添加されるので、添加コストを最小限に抑えることができる。

本発明の請求項３は、前記余剰汚泥のカリウム塩濃度を、前記余剰汚泥の電気伝導度を測ることで測定することを特徴とする。

余剰汚泥のカリウム塩濃度を電気伝導度で測定することで、簡易な方法で、かつ高い精度で余剰汚泥のカリウム塩濃度を測定することができる。

本発明の請求項４は前記目的を達成するために、排水を生物処理槽で生物処理する際に発生する余剰汚泥を可溶化処理する余剰汚泥処理装置において、前記発生する余剰汚泥を貯留する余剰汚泥貯留槽と、前記余剰汚泥貯留槽に貯留された余剰汚泥を電気分解処理することにより前記余剰汚泥を可溶化する電解槽と、前記電解槽にカリウム塩を添加するカリウム塩添加手段と、前記余剰汚泥貯留槽に貯留される余剰汚泥のカリウム濃度を測定するカリウム濃度測定手段と、前記カリウム濃度測定手段の測定結果に基づいて前記カリウム塩添加手段から前記電解槽に添加するカリウム塩の添加量を制御する添加量制御手段と、前記電解槽で可溶化した余剰汚泥を前記生物処理槽に返送する返送手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項４によれば、余剰汚泥に対してカリウム添加手段からカリウム塩が添加されて、電解槽で電気分解処理するので、より効率のよい電気分解処理による余剰汚泥の可溶化を促進できる。

また、電解槽で電気分解処理及びカリウム添加された余剰汚泥は返送手段で生物処理槽に返送されて分解処理されるとともに、生物処理槽で発生する余剰汚泥にカリウムを蓄積させることができる。これにより、定期的に系外へ排出された余剰汚泥を栄養度の高い肥料として利用することができる。

さらに、カリウム添加手段から添加されるカリウム塩の量はカリウム濃度測定手段の測定値に応じてカリウム濃度調整手段で調整されるため、使用されるカリウム塩の量を最小限に抑えてランニングコストを低減することができる。

以上説明したように本発明に係る余剰汚泥処理方法及び装置によれば、余剰汚泥にカリウムを添加して電気分解処理を行うことにより、余剰汚泥に対する電気分解処理を効率よく行えるとともに、系外へ引き抜いた余剰汚泥を栄養度の高い肥料として利用することができる。

また、余剰汚泥内のカリウム濃度に応じてカリウムの添加量を調整することにより、肥料として適量なカリウムの添加を行えるとともに、添加されるカリウムの量を最低限で抑えることができる。

これにより、発生した余剰汚泥を低コストで効率よく処理できるとともに、環境に優しい余剰汚泥の処理を行うことができる。

以下添付図面に従って本発明に係る余剰汚泥処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の実施の形態である余剰汚泥処理装置１６を好適に用いた排水処理システム１０の概略構成図である。

図１の排水処理システム１０は、主に生物処理槽１２、沈殿槽１４、及び余剰汚泥処理装置１６で構成される。

生物処理槽１２には導入管１８が接続され、この導入管１８から排水が生物処理槽１２に流入される。生物処理槽１２には、ブロア２０ａと曝気管２０ｂから成る曝気装置２０が設けられており、ブロア２０ａを駆動することによって、生物処理槽１２の底部に設けた曝気管２０ｂから曝気が行われる。これにより、生物処理槽１２内の排水が、活性汚泥及び曝気エアと混合され、好気的に生物処理される。

生物処理槽１２で生物処理された排水は、混合された活性汚泥とともに流出管２２を介して沈殿槽１４に流出される。そして、沈殿槽１４の内部において活性汚泥が沈降分離され、上澄液が処理水として導出管２４から導出される。

一方、沈殿槽１４の底部に沈殿して分離された活性汚泥の一部は汚泥返送ポンプ２９により汚泥返送管２８を介して生物処理槽１２へ返送されるとともに、残りが汚泥抜取管２６を介して沈殿槽１４から抜き取られて余剰汚泥処理装置１６で処理される。汚泥抜取管２６及び汚泥返送管２８は切替弁２７により連結され、この切替弁２７で沈殿槽１４から抜き取られる活性汚泥の流路が切り替えられる。

余剰汚泥処理装置１６は、主に余剰汚泥貯留槽３０、電解槽４０、カリウム塩添加手段であるカリウム塩投入装置４４、返送手段である処理汚泥返送管４８、及びコンポスト化装置５０、及び添加量制御手段であるコントローラ５２から構成される。

余剰汚泥貯留槽３０は、沈殿槽１４から汚泥抜取管２６を介して抜き取られた余剰汚泥を貯留する。余剰汚泥貯留槽３０内には攪拌機３１が配設され、貯留された余剰汚泥を攪拌する。また、余剰汚泥貯留槽３０内にはカリウム濃度測定手段３２が設置され、余剰汚泥のカリウム濃度が測定される。カリウム濃度測定手段３２としては、例えば余剰汚泥の電気伝導度を測定する電気伝導度センサが使用できる。

余剰汚泥貯留槽３０には余剰汚泥移送管３４及び余剰汚泥引抜管３８が配設される。余剰汚泥貯留槽３０に貯留された余剰汚泥は、余剰汚泥移送ポンプ３６の駆動により余剰汚泥移送管３４を介して電解槽４０へ移送され、余剰汚泥引抜ポンプ３９の駆動により余剰汚泥引抜管３８を介してコンポスト化装置５０へ移送される。

電解槽４０内には電気分解装置４２が設置され、一対の金属電極４２ａ，４２ａの間で連結された電源４２ｂから電気が供給されると、電解槽４０内に差し込まれた一対の金属電極４２ａ，４２ａの間に電気が流れる。

カリウム塩投入装置４４は電解槽４０内に設置され、投入弁４４ａの開閉によりカリウム塩貯留タンク４４ｂから電解槽４０内へ投入されるカリウム塩の量が調整される。使用されるカリウム塩としては水酸化カリウムが好ましいが、個々の排水規制を考慮すればカリウム塩の種類はこの限りではない。また、カリウム塩投入装置４４の近傍には攪拌機４６が設けられ、電解槽４０内の余剰汚泥が攪拌される。

処理汚泥返送管４８は電解槽４０と生物処理槽１２とを連結し、処理汚泥返送ポンプ４９を駆動させることにより、電解槽４０で可溶化した余剰汚泥が処理汚泥返送管４８を介して生物処理槽１２へ返送される。これにより、可溶化した余剰汚泥は生物処理槽１２において生物学的に処理される。

コンポスト化装置５０は余剰汚泥を脱水及び微生物分解させて堆肥化し、肥料として系外へ排出させる。なお、このコンポスト化装置５０の設置は特に限定されるものではなく、余剰汚泥を脱水する脱水機を設けてもよいし、余剰汚泥をそのまま系外へ排出して肥料として利用してもよい。

コントローラ５２は、カリウム濃度測定手段３２と、カリウム塩投入装置４４の投入弁４４ａと、余剰汚泥引抜ポンプ３９と接続されており、コントローラ５２に送信されたカリウム濃度測定手段３２の測定値に基づいて、投入弁４４ａの開閉及び余剰汚泥引抜ポンプ３９の駆動を制御する。

次に上記の如く構成された本発明の実施の形態である排水処理システム１０の作用について説明する。

生物処理槽１２で発生した余剰汚泥は、沈殿槽１４で固液分離されて余剰汚泥貯留槽３０へ引き抜かれる。

余剰汚泥の一部は活性汚泥として汚泥返送管２８を介してそのまま生物処理槽１２へ返送されるが、余剰汚泥の量が増大すると、余剰汚泥貯留槽３０に貯留された余剰汚泥が余剰汚泥移送管３４を介して電解槽４０へ移送される。

電解槽４０では、電気分解装置４２により余剰汚泥が電気分解処理されて、余剰汚泥を可溶化することができる。

ところで、生物処理槽１２で発生する余剰汚泥には有機物が多く含まれるため、電気伝導率が低い。このため、そのまま余剰汚泥に対して電気分解処理を行っても通電しにくいため、電気分解処理による余剰汚泥の可溶化の効率が悪い。そこで、電解槽４０において、カリウム塩投入装置４４からカリウム塩を投入するとともに、攪拌機４６で余剰汚泥を攪拌して、電解槽４０の余剰汚泥にカリウム塩を溶解させる。これにより、余剰汚泥中のカリウムが電解質として作用して、余剰汚泥の電気伝導率を向上させることができるので、余剰汚泥の電気分解処理を効率よく行うことができる。こうして電気分解処理により可溶化された余剰汚泥は、電解槽４０から処理汚泥返送管４８を介して生物処理槽１２へ返送される。これにより、余剰汚泥は生物処理槽１２で効率よく分解されるため、生物処理槽１２で発生した余剰汚泥の処理を効率よく行うことができる。

しかも、電解槽４０でカリウム塩が添加された余剰汚泥は生物処理槽１２及び電解槽４０の間を循環している上、生物処理槽１２及び電解槽４０では余剰汚泥中に溶解したカリウムが消費されないため、カリウムは循環する余剰汚泥に残存して蓄積される。したがって、余剰汚泥貯留槽３０から余剰汚泥引抜管３８を介して引き抜かれた余剰汚泥はカリウムを含有しているため、余剰汚泥を栄養度の高い肥料として農地還元することができる。これにより、余剰汚泥の系外での処分に要するコストを大幅に低減できる上、環境に優しい余剰汚泥の処理を行うことができる。

このように、本発明によれば、電解槽４０の余剰汚泥にカリウム塩を添加して、電気分解処理した余剰汚泥を生物処理槽１２に返送するため、余剰汚泥を効率よく処理することができるとともに、生物処理槽１２で発生する余剰汚泥にカリウムを蓄積させることができる。これにより、余剰汚泥を電気分解処理する際に電解質を添加することによるコストアップの問題と、余剰汚泥を肥料として利用する際のカリウム不足との問題とを一度に解決することができる。

表１は、余剰汚泥及びネギなどの化学肥料に含まれる三大栄養素（窒素、リン、及びカリウム）の濃度の割合の一例を示している。なお、余剰汚泥としてはカリウム塩が添加されていない余剰汚泥をサンプル１及び２の２回にわけて採取して測定し、化学肥料としては高度４０２を使用した。

表１に示すように、サンプル１及び２の余剰汚泥は、化学肥料と比べて窒素やリン酸の濃度に対するカリウムの濃度が極端に低い。そのため、系外へ引き抜かれた余剰汚泥を肥料として使用する場合には、余剰汚泥中のカリウム濃度が４〜５％になるように、余剰汚泥へのカリウム塩の添加量を調整する必要がある。

また、一般的に肥料は用いられる作物によって各成分の濃度が異なるため、余剰汚泥を肥料として利用する場合には、その状況に応じて余剰汚泥のカリウム濃度を調整する必要がある。

そこで、カリウム濃度測定手段３２で余剰汚泥のカリウム濃度を測定して、その測定値をコントローラ４８へ送信し、コントローラ５２がその測定値を基にカリウム塩投入装置４４の投入弁４４ａの開閉を制御することにより、余剰汚泥を適切なカリウム濃度に調整できるだけでなく、常に適量のカリウム塩が余剰汚泥に添加されるので、カリウム塩の添加にかかるコストを最小限に抑えることができる。

また、この排水処理システム１０ではカリウム塩の他に余剰汚泥の電気伝導度に大きく影響を及ぼす物質は使用されていないので、余剰汚泥の電気伝導度からカリウム濃度を測定することができる。そこで、カリウム濃度測定手段３２として電気伝導度センサを使用して余剰汚泥の電気伝導度を測定することにより、多くの設備コストを要することなく、簡易かつ迅速に余剰汚泥のカリウム濃度を測定することができる。

さらに、カリウム濃度測定手段３２の測定値に基づいて、コントローラ５２が余剰汚泥引抜ポンプ３９の駆動を制御することにより、適切なカリウム濃度の余剰汚泥をコンポスト化装置５０でコンポスト化するので、状況に応じた栄養度の高い肥料として利用することができる。

なお、上述した排水処理システム１０において、各部材及び装置の個数、形状、材質などは特に限定するものではない。

排水処理システム１０において、処理水及び活性汚泥を固液分離するために沈殿槽１４を設けたが、特に限定するものではない。膜処理などで固液分離してもよい。

また、カリウム塩投入装置４４は電解槽４０内に設けられたが、特に限定するものではない。沈殿槽１４や余剰汚泥貯留槽３０に設けてもよい。

さらに、余剰汚泥貯留槽３０及び電解槽４０では、プロペラ式の攪拌機３１，４６を用いて余剰汚泥を機械的に攪拌するようにしたが、特に限定するものではない。電気分解処理などに影響がなければ、余剰汚泥を曝気して攪拌する方法を用いてもよい。

本発明の実施の形態である余剰汚泥処理装置を好適に用いた排水処理システムの概略構成図

符号の説明

１０…排水処理システム、１２…生物処理槽、１４…沈殿槽、１６…余剰汚泥処理装置、１８…導入管、２０…曝気装置、２０ａ…ブロア、２０ｂ…曝気管、２２…流出管、２４…導出管、２６…汚泥抜取管、２７…切替弁、２８…汚泥返送管、２９…汚泥返送ポンプ、３０…余剰汚泥貯留槽、３１…攪拌機、３２…カリウム濃度測定手段、３４…余剰汚泥移送管、３６…余剰汚泥移送ポンプ、３８…余剰汚泥引抜管、３９…余剰汚泥引抜ポンプ、４０…電解槽、４２…電気分解装置、４２ａ…金属電極、４２ｂ…電源、４４…カリウム塩投入装置、４４ａ…投入弁、４４ｂ…カリウム塩貯留タンク、４６…攪拌機、４８…処理汚泥返送管、４９…処理汚泥返送ポンプ、５０…コンポスト化装置、５２…コントローラ

Claims

排水を生物処理槽で生物処理する際に発生する余剰汚泥を可溶化処理する余剰汚泥処理方法において、
前記可溶化処理として、前記余剰汚泥を電解槽で電気分解処理するとともに前記電解槽にカリウム塩を添加し、
前記可溶化処理され、前記電解槽でカリウム塩が添加された余剰汚泥を前記生物処理槽に返送し、
前記余剰汚泥を前記生物処理槽に返送することにより前記生物処理槽で発生する余剰汚泥中にカリウムを蓄積させ、
前記カリウムを蓄積させた余剰汚泥のカリウム濃度を測定するとともに、測定結果に基づいて前記電解槽に添加するカリウム塩の添加量を制御することを特徴とする余剰汚泥処理方法。
前記カリウムを蓄積させた余剰汚泥の一部又は全部を肥料として利用することを特徴とする請求項１記載の余剰汚泥処理方法。
前記余剰汚泥のカリウム塩濃度を、前記余剰汚泥の電気伝導度を測ることで測定することを特徴とする請求項１又は２記載の余剰汚泥処理方法。
排水を生物処理槽で生物処理する際に発生する余剰汚泥を可溶化処理する余剰汚泥処理装置において、
前記発生する余剰汚泥を貯留する余剰汚泥貯留槽と、
前記余剰汚泥貯留槽に貯留された余剰汚泥を電気分解処理することにより前記余剰汚泥を可溶化する電解槽と、
前記電解槽にカリウム塩を添加するカリウム塩添加手段と、
前記余剰汚泥貯留槽に貯留される余剰汚泥のカリウム濃度を測定するカリウム濃度測定手段と、
前記カリウム濃度測定手段の測定結果に基づいて前記カリウム塩添加手段から前記電解槽に添加するカリウム塩の添加量を制御する添加量制御手段と、
前記電解槽で可溶化した余剰汚泥を前記生物処理槽に返送する返送手段と、を備えたことを特徴とする余剰汚泥処理装置。