JP4298602B2 - 有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献2でも、嫌気性消化汚泥をそのまま可溶化しているため、オゾンなどの汚泥可溶化剤の所要量が多く、汚泥可溶化処理コストが高価であった。
なお、嫌気性消化処理は、槽内のアンモニア性窒素が高濃度になるとメタン菌の活動が阻害されるが、前記の従来技術は、いずれも、この点を解決できていなかった。
すなわち、本発明は、前記の水洗、浮上濃縮により得られた、還元性物質が除去された浮上濃縮汚泥をオゾンなどの化学酸化剤で可溶化(「再基質化」とも呼ばれている)すると、硫化水素などの還元性物質、フミン酸などの有機物によって消費されることがなく、少量の酸化剤添加量で汚泥を効果的に可溶化できること、また汚泥を脱水する際の、汚泥脱水助剤(高分子凝集剤など)を節減でき、脱水ケーキの水分も減少できることを見出した。
(1)有機性汚泥を嫌気性消化し、消化汚泥を固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥と分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(2)浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(3)前記再基質化処理が化学酸化によるものであることを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(4)前記再基質化処理がアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用の可溶化処理によるものであることを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(6)嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を含む消化汚泥に水を添加して汚泥を希釈して該リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を消化汚泥から沈殿分離させたのち、消化汚泥を浮上濃縮することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(7)有機性汚泥を嫌気性消化し、該消化汚泥に水を添加したのち沈殿し、沈殿汚泥を機械的濃縮手段で濃縮し、該濃縮汚泥をアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用で可溶化したあと、前記嫌気性消化工程に返送することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(9)浮上濃縮汚泥の一部を再基質化する再基質化装置、及び再基質化装置からの再基質化汚泥を嫌気性消化処理槽に返送する配管を有することを特徴とする前記(8)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理装置。
(10)有機性汚泥および、アルカリ可溶化またはアルカリと加熱併用で可溶化された消化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分との混合物の酸発酵処理可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽からの消化汚泥の水添加物の固液分離濃縮装置と、該濃縮汚泥のアルカリまたはアルカリと加熱併用の汚泥可溶化槽と、該可溶化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分の混合物を酸発酵し低分子化した酸発酵処理可溶化汚泥を前記嫌気性消化槽へ返送する酸発酵槽を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化装置。
(a)嫌気性消化工程から流出する消化汚泥を、汚泥の水洗、浮上濃縮によって、マイナスコロイド物質、小粒径粒子を効果的に除去できるので、汚泥脱水性が向上する。また脱水ケーキ水分も減少する。
(b)従来の嫌気性消化汚泥の水洗法は、希釈水を加えたのち、自然沈殿法によって汚泥を分離するため、水洗と沈殿に要する時間が非常に長く、実用性に欠点があった。しかし、本発明は、水洗汚泥を浮上濃縮するために所要時間が非常に短縮され、固液分離装置の規模が小さくて済む。
(c)消化汚泥を水洗するので、消化汚泥中のアンモニア性窒素が除去でき、この結果嫌気性消化槽内のアンモニア濃度を低減でき、メタン菌へのアンモニア毒性を防止できる。
(d)嫌気性消化槽からの流出汚泥中の還元性物質は多量であり、オゾンなどの汚泥再基質化剤を浪費するが、本発明では、このような還元性物質を水洗によって除去するため、汚泥再基質化剤の所要量が削減できる。この結果、少ない再基質化剤で嫌気性消化汚泥を可溶化・再基質化でき、再度メタン発酵させ、消化汚泥量を大幅に減少できるので、系外への廃棄汚泥量が減少する。この結果、消化汚泥の脱水、焼却などの処理、汚泥ケーキ、焼却灰の埋め立てなどの処分量が大きく軽減される。
(f)従来の嫌気性消化汚泥の水洗法は、希釈水を加えたのち、自然沈殿法によって汚泥を分離するため、分離汚泥濃度が2%以下と希薄であり、加温熱量的に不利であったが、本発明では浮上濃縮汚泥濃度を4%以上と高濃度にできるので、加熱量が少なくて済む。
(g)この結果、少ないアルカリ量と熱量で、嫌気性消化汚泥を可溶化することができ、再度メタン発酵させ、濃縮消化汚泥量を大幅に減少できるので、系外への廃棄汚泥量が減少する。このため、消化汚泥の脱水、焼却などの処理、汚泥ケーキ、焼却灰の埋め立てなどの処分が大きく軽減される。
(h)消化汚泥を水洗水を加えた後沈殿分離する方法の場合には、水洗汚泥を沈殿させ、沈殿汚泥を濃縮することで、汚泥濃縮に使用する高分子凝集剤の添加量が削減できる。
(i)可溶化汚泥と有機性汚泥(原汚泥)を酸発酵させたのち、嫌気性消化槽に流入させる場合には、可溶化汚泥をさらに低分子化でき、メタン菌が基質として利用されやすくなり、汚泥減量化効果が向上する。
なお、本発明の実施の形態及び実施例を説明する図面において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化処理槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化処理槽2では、有機性汚泥1はメタン発酵処理が行われる。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化処理槽2から消化汚泥3が流出する。本発明のポイントの一つは、この消化汚泥3に水4を加えて希釈し、消化汚泥3を水洗したのち、浮上濃縮装置5(所要分離面積が汚泥の固形物負荷によって決定される)によって固液分離し、濃縮汚泥6と分離水7を得ることにある。
浮上分離装置5から出て脱水機12に流入する濃縮汚泥11は、汚泥粒子径が微細なもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が水洗及び浮上分離によって除かれているため、また汚泥濃度が高いために、非常に脱水性が良い。
なお図1、図2において、汚泥脱水分離水13には浮上濃縮の際に使用された高分子凝集剤(汚泥脱水助剤)15が残留しているので、脱水分離水13を希釈混合槽19に供給すると、浮上濃縮に使用される凝集剤を削減できる効果がある。
水洗用水4の添加量は、消化汚泥3の流量に対し当倍以上、好ましくは3〜5倍程度が好適である。少なすぎると、水洗効果が不十分になり、多すぎても水洗効果がさほど向上しない。水4は消化槽2内に直接添加しても良い。こうすると消化槽2内のメタン菌に対するアンモニアなどの毒性物質の濃度が希釈されるので好都合である。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化処理槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化処理槽2では、有機性汚泥1は可溶化汚泥の再基質化汚泥10と混合され、メタン発酵処理が行われる。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化処理槽2から消化汚泥3が流出する。本発明のポイントの一つは、この消化汚泥3に水4を加えて希釈し、消化汚泥3を水洗したのち、浮上濃縮装置5(所要分離面積が汚泥の固形物負荷によって決定される)によって固液分離し、濃縮汚泥6と分離水7を得ることにある。
しかして、再基質化汚泥10は嫌気性消化槽2に戻され、再基質化された成分が嫌気性消化菌によって再び消化分解されるので、系外へ廃棄する消化汚泥量を大幅に低減することができる。なお、脱水経路11は、本発明によっても減量化できない汚泥(無機性SSが主体)を脱水処理12などして系外に排除するための経路である。
なお、もともと、汚泥1にMAP生成に必要な量のMgイオンが含まれている場合は、外部からMgイオン源16を添加しなくてもよいことは言うまでもない。
汚泥脱水性は、汚泥粒子を構成する粒子径が小さいほど悪化し、汚泥濃度が低いほど悪化し、また汚泥の脱水に使用する脱水助剤15の所要量は、汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が多いほど多く必要になるが、本発明では、消化汚泥3を水洗後浮上濃縮し、この濃縮汚泥6の一部を脱水するため、汚泥粒子径が小さいもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持っコロイド状物質が水洗によって除かれているため、また汚泥濃度が高いため、非常に脱水性が良く、少ない量の汚泥脱水助剤15で水分の少ない脱水ケーキ14を得ることができる。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化槽2に流入する。または酸発酵槽22に流入し、後記する再基質化汚泥21とともに酸発酵されたのち、低分子化された酸発酵処理可溶化汚泥23となり、嫌気性消化槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化槽2では、有機性汚泥1と可溶化汚泥(再基質化汚泥)23の混合物がメタン発酵処理される。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化槽2から消化汚泥3が流出する。消化汚泥3は、水4を添加させたのち汚泥濃縮装置5aで濃縮され、濃縮汚泥6がアルカリ又はアルカリと加熱併用20で可溶化されたのち、可溶化汚泥21が嫌気性消化槽2に戻される。又は可溶化汚泥21が酸発酵槽22に流入後、嫌気性消化槽2に戻される。
また、加温を併用する場合、汚泥濃度が濃いため対象汚泥容積が少ないので、少ない熱量で加温できる。汚泥加温のための熱源は、消化ガス18の燃焼によって得られるので、外部から燃料などのエネルギーを購入する必要はない。
アルカリ性の可溶化汚泥を嫌気性消化槽2に戻しても、嫌気性消化によって発生する炭酸ガスによってアルカリ分が中和され、嫌気性消化槽2内pHが、メタン菌の活動を阻害するpH9以上にはならない。可溶化汚泥は嫌気性消化菌によって再び消化分解されるので、系外へ廃棄する消化汚泥量を大幅に低減することができる。
浮上濃縮などでの分離水7及び脱水分離液13は、通常下水処理などの最初沈殿池又は曝気槽に流入させて、汚水と一緒に処理すれば良いが、分離水7及び脱水分離液13には、リン酸イオン、アンモニア性窒素が含まれているので、これらの除去が要求される場合は、Mgイオン源(海水、水酸化マグネシウムなど)を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)の結晶を晶析させてリンを除去し、生物学的脱窒素法によってアンモニアを除去すればよい。なお、もともと汚泥1にMAP生成に必要な量のMgイオンが含まれている場合は、外部からMgイオン源を添加しなくても良い。
生物学的脱窒素によって硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を除去するための有機炭素源としては、可溶化汚泥21又は酸発酵汚泥23を利用できる。
汚泥脱水性は、汚泥粒子を構成する粒子径が小さいほど悪化し、汚泥濃度が低いほど悪化し、また脱水助剤所要量は、汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が多いほど多く必要になるが、本発明では、消化汚泥を水洗後沈殿又は浮上濃縮し、この濃縮汚泥の一部を脱水するため、汚泥粒子径が小さいもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が水洗によって除かれているため、また汚泥濃度が濃いため、非常に脱水性が良く、少ない量の汚泥脱水助剤15で水分の少ない脱水ケーキを得ることができる。
下水処理施設の最初沈殿池で沈殿した生汚泥と活性汚泥処理設備からの余剰汚泥の両者の混合汚泥(汚泥SS濃度3%)50リットル/日を嫌気性消化槽で滞留時間20日、温度35℃で嫌気性消化処理した。該嫌気性消化槽2からの流出スラリーの水質等は、水温35℃、pH7.5、全リン350mg/リットル、アンモニア性窒素1500mg/リットル、SS16000mg/リットル、酸化還元電位(ORP)−380mV、硫化水素濃度270mg/リットルであった。
これに、水道水を200リットル/日添加し、10分間攪拌したのち、常圧浮上濃縮装置5で浮上濃縮した。浮上濃縮の固形物負荷は20Kg・SS/m2・hrに設定した。浮上濃縮汚泥VSS濃度は安定して4〜4.2%であった。
この浮上濃縮汚泥にオゾン吸収率30g/kg・VSSの条件でオゾンを吸収させた結果、汚泥可溶化率(可溶化処理後汚泥の溶解性CODcr/可溶化処理前の汚泥のCODcr)は28%であった。この可溶化汚泥を嫌気性消化槽2に返送して、再度嫌気性消化処理した。
対照試験として、図4のフローのように嫌気性消化汚泥3を嫌気性消化槽2から1日あたり50リットル引き抜いて水洗・浮上分離せずにそのままオゾン吸収率30g/kg・VSSの条件でオゾン処理したのち、嫌気性消化槽2に返送する運転を同一時間行ったが、オゾン処理後の可溶化率は8%と低かった。
また、投入汚泥VSSの減量化率は、72%であった。また、汚泥脱水条件は実施例1と同じに設定した結果、汚泥脱水ケーキ水分は83.7%であった。SS回収率は89%であった。
この実施例では図3に示すフローシートの処理を行った。下水処理施設の最初沈殿池で沈殿した生汚泥と活性汚泥処理設備からの余剰汚泥の両者の混合汚泥(汚泥SS濃度3%)50リットル/日を温度55℃で1日間酸発酵させたのち、滞留時間20日、温度35℃で嫌気性消化処理した。該嫌気性消化槽からの流出スラリーの水質は、水温35℃、pH8.1、全リン380mg/リットル、アンモニア性窒素1570mg/リットル、VSS 15300mg/リットル、酸化還元電位(ORP)−380mV、アルカリ度6800mg/リットル、硫化水素濃度270mg/リットルであった。
上記の嫌気性消化槽からの流出スラリーに、水道水を200リットル/日添加し、10分間撹拌したのち、常圧浮上濃縮装置で浮上濃縮した。浮上濃縮の固形物負荷は20Kg・SS/m2・hrに設定した。
浮上濃縮汚泥VSS濃度は安定して4〜4.2%であった。
この結果、汚泥可溶化率(可溶化処理後汚泥の溶解性CODcr/可溶化処理前の汚泥のCODcr)は54%であった。この可溶化汚泥を酸発酵槽に流入させた。酸発酵槽流出汚泥のpHは8.6であった。酸発酵流出汚泥は図3に示すように嫌気性消化槽2に返送した。
2 嫌気性消化処理槽
3 消化汚泥
4 水洗用水
5 浮上濃縮装置
5a 汚泥濃縮装置
6 濃縮汚泥
7 分離水
8 再基質化槽(可溶化槽)
9 酸化剤
10 再基質化汚泥
11 脱水経路
12 汚泥脱水機
13 分離液
14 脱水ケーキ
15 汚泥脱水助剤(高分子凝集剤)
16 Mgイオン源
17 リン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)
18 消化ガス
19 希釈混合槽
20 アルカリ添加又は加熱併用
21 可溶化汚泥
22 酸発酵槽
23 酸発酵処理可溶化汚泥
Claims (10)
- 有機性汚泥を嫌気性消化し、消化汚泥を固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥と分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 前記再基質化処理が化学酸化によるものであることを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 前記再基質化処理がアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用の可溶化処理によるものであることを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 浮上濃縮汚泥の一部を脱水処理し、脱水ケーキと分離水を得ることを特徴とする講求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を含む消化汚泥に水を添加して汚泥を希釈して該リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を消化汚泥から沈殿分離させたのち、消化汚泥を浮上濃縮することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 有機性汚泥を嫌気性消化し、該消化汚泥に水を添加したのち沈殿し、沈殿汚泥を機械的濃縮手段で濃縮し、該濃縮汚泥をアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用で可溶化したあと、前記嫌気性消化工程に返送することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
- 有機性汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化処理槽、嫌気性消化処理槽からの消化汚泥に水を加え攪拌混合する混合槽、及び該混合槽からのスラリーを浮上濃縮して浮上濃縮汚泥と分離水を得る浮上濃縮装置を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理装置。
- 浮上濃縮汚泥の一部を再基質化する再基質化装置、及び再基質化装置からの再基質化汚泥を嫌気性消化処理槽に返送する配管を有することを特徴とする請求項8記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理装置。
- 有機性汚泥および、アルカリ可溶化またはアルカリと加熱併用で可溶化された消化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分との混合物の酸発酵処理可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽からの消化汚泥の水添加物の固液分離濃縮装置と、該濃縮汚泥のアルカリまたはアルカリと加熱併用の汚泥可溶化槽と、該可溶化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分の混合物を酸発酵し低分子化した酸発酵処理可溶化汚泥を前記嫌気性消化槽へ返送する酸発酵槽を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化装置。
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