JP4393895B2 - 汚泥の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水等の有機性の汚水を活性汚泥により生物学的に処理し、有機物さらにはリンを除去することにより、発生する汚泥量を最小限にすることができる汚泥の処理方法に関するものである。

従来、下水処理場等に流入する汚水を処理するために、活性汚泥の曝気槽に汚水を流入し、これを曝気、攪拌して生物処理を行う活性汚泥法が用いられている。
水処理工程で発生する余剰汚泥は、通常、脱水を行った後、埋立処分されているが、処分地が次第になくなりつつあることから、余剰汚泥に対し、オゾン等を添加して汚泥を可溶化し、系内で生物分解することにより、汚泥発生量をゼロにする方法が試みられており、特に、電気分解を用いる方法は、処理コストが安価な方法として注目されている。

しかしながら、従来の排出汚泥をゼロにする技術は、汚泥に取り込んだ形で排出していたリンが、全く除去できなくなる点も欠点とされている。
また、特に電解法においては、電気分解によって酸素及び水素ガスが副産物として発生し、微細気泡となって汚泥に付着してスカム状となり、これが水面や電極板の間に蓄積して、電解効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記従来の汚泥の処理方法が有する問題点に鑑み、電解法を用いた汚泥可溶化プロセスにおいて、リンを除去するプロセスを組込むとともに、電解効率の低下や水処理の悪化を防ぐために、発生した微細気泡を脱泡処理することにより、安定した処理性能を保持し、最小限の汚泥を余剰汚泥として引抜くだけで、リンの除去も行うことができる汚泥の処理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、本発明の汚泥の処理方法は、曝気槽内の活性汚泥により、有機性汚水を生物処理するとともに、生物処理により発生した汚泥を可溶化した後、該可溶化処理汚泥を曝気槽に返送して分解するようにした汚泥の処理方法において、汚泥可溶化槽に酸を添加するとともに、電気分解処理を行い、汚泥の可溶化とリンの溶出を促進させた後、電気分解処理によって生成した微細気泡により汚泥を浮上させてリン溶出液と浮上汚泥とに分離し、分離したリン溶出液にアルカリを添加してリンを不溶化させ、沈殿分離してリンを回収し、浮上汚泥にリン回収後の上澄水を混合して脱泡処理を行った後、該脱泡処理汚泥を曝気槽に返送することを特徴とする。

この場合において、浮上汚泥の脱泡処理に、曝気槽で生物処理された汚水を導入する最終沈殿槽から引抜かれた汚泥の濃縮を行う重力濃縮槽又は機械式濃縮装置から水処理系に返送される分離水を使用することができる。

また、汚泥を浮上分離する際に、微細気泡を発生する散気装置を用いて散気を行い、電気分解処理によって生成した微細気泡と、該散気装置により発生した微細気泡とを用いることができる。

本発明の汚泥の処理方法によれば、活性汚泥法において、最終沈殿槽から汚泥を引抜いて汚泥可溶化槽に導き、塩化物と酸を添加して電気分解処理を行うことにより、汚泥微生物の殺菌とリンの溶出を促進し、可溶化汚泥は、効率的に浮上濃縮するとともに、脱泡を行って曝気槽に返送して生物分解を行い、浮上分離によって得られた分離水にアルカリ剤を添加してｐＨを調整することにより、リンを再度不溶化して無機物主体の汚泥として沈殿分離することができるため、場外に排出する汚泥量を従来の活性汚泥法の１／１０程度に削減することができ、埋立処分する際にも必要な用地が少なくて済み、一時貯留する間にも、嫌気腐敗して悪臭を発生するなどの問題が生じないという効果を有する。
また、浮上濃縮された汚泥には、微細気泡が多量に付着しているが、浮上汚泥にリン回収後の上澄水を混合して脱泡処理を行うことから、浮上汚泥に付着していた微細気泡を除去することができ、脱泡した汚泥を水処理系に返送しても曝気槽や最終沈殿槽において、汚泥が浮上するのを防止することができる。

この場合、浮上汚泥の脱泡処理に、曝気槽で生物処理された汚水を導入する最終沈殿槽から引抜かれた汚泥の濃縮を行う重力濃縮槽又は機械式濃縮装置から水処理系に返送される分離水を使用することにより、リン回収後の上澄水の不足を補うことができる。

また、汚泥を浮上分離する際に、微細気泡を発生する散気装置を用いて散気を行い、電気分解処理によって生成した微細気泡と、該散気装置により発生した微細気泡とを用いることにより、可溶化処理の後半で減少する微細気泡を補充し、浮上分離の効果を増強することができる。

以下、本発明の汚泥の処理方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の汚泥の処理方法の一実施例を示す。
下水処理場のような汚水の処理施設に流入した汚水Ａは、前処理設備１で砂分やし渣を除去した後、曝気槽２へと送水され、活性汚泥により生物的に処理される。
曝気槽２で処理された汚水は、汚泥混合液として、最終沈殿槽３へと送水され、固液分離され処理水Ｂとしてオーバーフローする。沈殿した汚泥は、汚泥返送ポンプ４により間欠的又は連続的に引抜かれ、返送汚泥Ｃとして曝気槽２へと返送される。

一方、最終沈殿槽３から引抜かれる沈殿汚泥の一部は、余剰汚泥Ｄとして汚泥移送ポンプ５により重力濃縮槽６に移送し、濃縮を行った後、定期的に汚泥供給ポンプ７を起動させて、濃縮汚泥Ｅを汚泥可溶化槽８に投入する。
なお、汚泥の濃縮は、重力濃縮に限定されることなく、遠心分離などの機械式濃縮装置を使用することも可能であり、濃縮槽の分離水Ｆは、そのまま水処理系へと返送するか、又は脱泡槽１４へと導かれる。

汚泥可溶化槽８の詳細は、図２に示すように、槽内に仕切を入れて２つのゾーンに分割し、電気分解を行うゾーン８ａと、ｐＨを低下させるゾーン８ｂとを連続するように設けている。ただし、これらの槽を別々に設け、配管等で連結させることも可能である。
ゾーン８ａには、電気分解用の電極８１が設けられており、別設された食塩水供給装置９と酸供給装置１０から、食塩水と酸とが所定量添加されて混合できるようになっている。
また、後段のゾーン８ｂには、攪拌機８２が設けられ、酸供給装置１０により、酸を添加しながら、攪拌混合を行う。

このように、汚泥可溶化槽８に所定の時間滞留して、殺菌処理と可溶化、及び汚泥からリンを溶出させた可溶化汚泥Ｇは、浮上分離槽１１に導かれて静置され、電気分解処理により生成された微細気泡、及び浮上効果を増強させるために設けたブロア１２と散気装置により発生させた微細気泡によって、汚泥を浮上させて固液分離を行い、汚泥固形物を浮上・濃縮させる。
このとき、散気装置は、できるだけ微細な気泡を発生させる超微細気泡形の散気板又は散気管を用いる必要がある。

浮上分離槽１１の分離水Ｉは、移送ポンプ１３により沈殿分離槽１７へと導かれる途中で、ｐＨ調整槽１５において、アルカリ供給装置１６により、苛性ソーダ等のアルカリ剤を注入してｐＨが調整される。
なお、ｐＨ調整は、配管内や後段の沈殿分離槽１７で行ってもよいが、ｐＨ等を検出し、攪拌しながらアルカリ剤の注入制御を行うのがより確実であるため、図のように別に設けたｐＨ調整槽１５で行うのが適切である。

沈殿分離槽１７へと導かれた液には、析出した汚泥固形物が含まれているため、静置することによって汚泥分を沈降させ、汚泥引抜ポンプ１８により、定期的に汚泥貯留槽１９に引抜いて一時貯留する。
貯留した汚泥Ｋは、バキューム車等により処理場外に搬出するが、脱水機等の設備を設け、定期的に脱水処理を行うことも可能である。

一方、浮上分離槽１１で浮上した汚泥Ｈは、別に設けた浮上汚泥掻取り装置や汚泥ポンプを介して、脱泡槽１４に返送し、沈殿分離槽１７の上澄水Ｌ、及び必要により重力濃縮槽６の分離水Ｆと混合する。

次に、本実施例の作用について説明する。
汚泥供給ポンプ７により、汚泥可溶化槽８に投入された濃縮汚泥Ｅには、微生物体内に取り込まれたリン酸や、凝集剤により不溶化したリン酸化合物、固形物状のリンが含まれている。
汚泥可溶化槽８のゾーン８ａでは、電気分解処理に必要な塩素イオンを補充する目的で、食塩水供給装置９により、食塩水を供給するとともに、酸供給装置１０により、酸を所定量、又は汚泥可溶化槽８内に設けたｐＨセンサーの指示値を基にｐＨを調整する。

ゾーン８ａには、電気分解処理用の電極が配置され、攪拌機や循環ポンプを設けて、槽内を十分混合し、電極間の汚泥を十分に流動させながら電極間に直流電流を流す。
このとき、電気分解により次亜塩素酸が発生するため、次亜塩素酸によって汚泥中の微生物が殺菌される。殺菌力の大きい次亜塩素酸をより効率的に発生するためには、食塩水はＮａＣｌとして汚泥重量の０．２〜１％程度を添加し、酸はｐＨ４〜６程度となるよう添加するのが望ましい。

さらに、後段のゾーン８ｂには、攪拌機８２が設けられ、酸供給装置９ｂにより、酸を添加しながら、攪拌混合を行う。ここでは、主としてリンを溶出することが目的であるため、酸はｐＨが２以下となるよう追加注入させる。
このように、酸の作用によって、リンがさらに微生物休内から溶出したり、リン酸化合物からリンが液中に溶解し、大半のリンが汚泥や固形物から水中に移行する。

すなわち、主に電気分解の効果で微生物が死滅し、微生物を構成する細胞壁や細胞膜の一部が破損して細胞内の細胞質が溶出する一方、主に酸添加の作用により、固形物中のリンが可溶化汚泥の水中に溶出する。

電気分解処理の時間は、汚泥の濃度や電流値によって異なるが、ゾーン８ａにおいて、条件に応じて必要な時間、電気分解処理を行った可溶化汚泥には、電気分解によって発生した微細な酸素や水素の気泡が付着しているが、後段のゾーン８ｂにおいて、酸を追加注入しながら攪拌を行うと一部の微細気泡が離脱するため、浮上分離槽１１へと導いて静置した時の浮上効果が低下している。そのため、浮上分離槽１１の下部に設けた散気装置により微細気泡を発生させて汚泥の浮上効果を増強させる。また、微細気泡を増加させることを目的に、ゾーン８ｂ又は浮上分離槽１１内かその直前に電極（図示省略）を追加し、直流電流を流して電気分解を行うことも可能である。

静置時間を考慮して、定期的に移送ポンプ１３を起動し、浮上分離槽１１の下部に溜まった分離水ＩをｐＨ調整槽１５へと引抜く。
分離水Ｉには、ｐＨ調整槽１５においてアルカリを注入し、ｐＨを５以上に上昇させると、溶解していたリンの大半は再び固形物状となり、リン酸も凝集剤の金属塩等と反応してリン酸化合物となり不溶化する。
このとき、酸によって溶解していた無機物もｐＨ上昇に伴い固形物に戻るため、後段の沈殿分離槽１７で沈殿する引抜汚泥Ｋは、リン酸化合物などの無機物主体の汚泥となる。

一方、浮上分離槽１１で浮上した汚泥Ｈには、微生物の細胞壁や細胞膜の断片、細胞の形態を保った微生物が残留しているが、電気分解処理によって死滅しているため、曝気槽２に返流すれば、汚泥微生物によって徐々に低分子化され、最終的には水と炭酸ガスに分解される。
しかし、微細気泡が付着した浮上汚泥Ｈをそのまま曝気槽２へと返送すると、曝気槽２や最終沈殿槽３において汚泥が浮上し、処理水とともに流出する恐れがあることから、浮上汚泥Ｈを脱泡槽１４へと移送し、沈殿分離槽１７の上澄水Ｌ、さらには濃縮槽６の分離水Ｆと混合させる。
脱泡槽１４では、攪拌機を設けて、浮上汚泥Ｈと上澄水Ｌや分離水Ｆと攪拌混合させる方法や、浮上汚泥の上部から上澄水Ｌや分離水Ｆをシャワリングする方法等により、浮上汚泥Ｈに付着している微細気泡を脱離させて、脱泡処理を行う。
また、脱泡槽１４を密閉構造とし、攪拌しながら上部空間の空気をポンプにより排気して減圧することにより、より確実な脱泡を行うことができる。

以上により、本実施例の汚泥の処理方法は、活性汚泥法において、最終沈殿槽から汚泥を引抜いて汚泥可溶化槽に導き、塩化物と酸を添加して電気分解処理を行うことにより、汚泥微生物の殺菌とリンの溶出を促進し、可溶化汚泥は、効率的に浮上濃縮するとともに、脱泡を行って曝気槽へと返送するため、曝気槽や最終沈殿槽において、汚泥が浮上するなどの問題を生じることなく、曝気槽の活性汚泥によって、死滅した汚泥微生物を炭酸ガスと水に生物分解することができる。
また、浮上分離によって得られた分離水には、アルカリ剤を添加してｐＨを調整することにより、リンを再度不溶化して無機物主休の汚泥として沈殿分離することができるため、場外に排出する汚泥量の減量化を行うことができ、従来の汚泥減量化技術のように、水処理におけるリン除去性能を低下させることなく、安定した水処理性能を確保することができる。

以上、本発明の汚泥の処理方法について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の汚泥の処理方法は、可溶化汚泥を浮上分離してリンを回収するとともに、浮上した汚泥を脱泡するという特性を有していることから、可溶化処理汚泥を曝気槽に返送して分解する下水処理場の汚泥処理の用途に好適に用いることができる。

本発明の適用システムのフローを示す一実施例である。 汚泥可溶化槽を示す断面図である。

符号の説明

１ 前処理設備
１０ 酸供給装置
１１ 浮上分離槽
１２ ブロア
１３ 移送ポンプ
１４ 脱泡槽
１５ ｐＨ調整槽
１６ アルカリ供給装置
１７ 沈殿分離槽
１８ 汚泥引抜ポンプ
１９ 汚泥貯留槽
２ 曝気槽
３ 最終沈殿槽
４ 汚泥返送ポンプ
５ 汚泥移送ポンプ
６ 重力濃縮槽
７ 汚泥供給ポンプ
８ 汚泥可溶化槽
８１ 電極
８２ 攪拌機
９ 食塩水供給装置
Ａ 汚水
Ｂ 処理水
Ｃ 返送汚泥
Ｄ 余剰汚泥
Ｅ 濃縮汚泥
Ｆ 分離水
Ｇ 可溶化汚泥
Ｈ 浮上汚泥
Ｉ 分離水
Ｊ ｐＨ調整汚泥
Ｋ 引抜汚泥
Ｌ 上澄水
Ｍ 排出汚泥

Claims (3)

1. 曝気槽内の活性汚泥により、有機性汚水を生物処理するとともに、生物処理により発生した汚泥を可溶化した後、該可溶化処理汚泥を曝気槽に返送して分解するようにした汚泥の処理方法において、汚泥可溶化槽に酸を添加するとともに、電気分解処理を行い、汚泥の可溶化とリンの溶出を促進させた後、電気分解処理によって生成した微細気泡により汚泥を浮上させてリン溶出液と浮上汚泥とに分離し、分離したリン溶出液にアルカリを添加してリンを不溶化させ、沈殿分離してリンを回収し、浮上汚泥にリン回収後の上澄水を混合して脱泡処理を行った後、該脱泡処理汚泥を曝気槽に返送することを特徴とする汚泥の処理方法。
2. 浮上汚泥の脱泡処理に、曝気槽で生物処理された汚水を導入する最終沈殿槽から引抜かれた汚泥の濃縮を行う重力濃縮槽又は機械式濃縮装置から水処理系に返送される分離水を使用することを特徴とする請求項１記載の汚泥の処理方法。
3. 汚泥を浮上分離する際に、微細気泡を発生する散気装置を用いて散気を行い、電気分解処理によって生成した微細気泡と、該散気装置により発生した微細気泡とを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の処理方法。

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