JP4452219B2 - 汚泥の減量化方法、バチルス属を主体とする細菌群の優占化方法、及び該優占化方法を用いた有機性排水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥可溶化装置を用いた、微生物の可溶化方法、バチルス属を主体とする細菌群の優占化方法、及び該優占化方法を用いた有機性排水の処理方法に関し、特に同一の汚泥可溶化装置で２回以上処理すること、および最初の処理時には空気を供給せず、最後の処理時に空気を供給することを特徴とする、微生物の可溶化方法、バチルス属を主体とする細菌群の優占化方法、及び該優占化方法を用いた有機性排水の処理方法に関する。

活性汚泥法に代表されるように、従来、微生物を利用する排水処理方法が広く普及している。この場合、排水処理に伴って大量に発生する余剰汚泥をいかに処理するかは大きな問題である。汚泥を脱水して焼却する方法はコストが高く、汚泥の一部を処理槽に返送する方法にも限界がある。そこで、汚泥を可溶化してから返送することもなされ、そのための汚泥可溶化装置として機能する気液混合装置も開発されている（例えば、特許文献１〜２）。
特公平３−７０５４０号公報 特開２００５−２８３０６

一方、近年、バチルス菌を用いて排水処理を行うことにより、処理水質の向上、余剰汚泥の発生量の削減、及び悪臭の抑制を図ることが提案されている（特許文献３〜５）。しかしながら、バチルス菌を大容量の生物処理槽へ添加すると、菌濃度が低下するために菌の活力も低下し、バチルス菌本来の性能を発揮することが困難である。また、微生物は一般に水温や溶存酸素などの環境が整った上で、好む餌などが充足されないと増殖しない。従って、バチルス菌に優占化されていない生物処理槽に当該菌を添加しても、バチルス菌が増殖し優占化状態となることは難しい。
特開２００１−９９５号公報 特開２００１−２２４３６５号公報 特開２００２−１８４６９号公報

そこで、バチルス菌を培養する為の槽を新しく設け、該槽で培養されたバチルス菌を定期的に生物処理槽へ移送する方法が提案されている（特許文献６）。しかしながら、新設した槽内でバチルス菌を培養するには、バチルス菌の増殖に適した環境を整えると共に、好む餌を与え続けなければならないので、煩雑であるだけでなく費用もかさむという欠点があった。係る欠点は、汚泥中のバチルス菌以外の微生物群を選択的に死滅させた生物処理槽で汚水処理を行い、前記バチルス菌を増殖させて優占化させることによって改善される（特許文献７）ものの、高い効率で安定に稼働させる安価な方法は未だ知られていなかった。
特開２００２−１２６７８６号公報 特開２００４−２７５９６０号公報

そこで本発明者等は、汚泥中のバチルス属以外の細菌群をより効率的に死滅させることについて鋭意検討した結果、同一の汚泥可溶化装置で２回以上処理すること、および最初の処理時には空気を供給せず最後の処理時に空気を供給することによって、バチルス属を主体とする細菌群（以下、バチルス菌等とする）およびそれらの胞子以外の微生物群の細胞を効率よく破壊し、これらの微生物群を容易に可溶化することができると共に、バチルス菌等を優占化することも容易であり、この、バチルス菌等の優占化を利用することが有機性排水の処理に有効であることを見いだし、本発明に到達した。
従って本発明の第１の目的は、微生物を含有する汚泥を効率よく可溶化するための簡便な方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、バチルス菌等の優占化を容易に実現することのできる方法を提供することにある。
更に本発明の第３の目的は、上記バチルス菌等の優占化を利用した、優れた、有機性排水の処理方法を提供することにある。

本発明の上記の諸目的は、微生物を含有する汚泥流体を開口から高速で噴出させ、前記汚泥流体中にキャビテーションを発生させることによって前記微生物を可溶化する方法であって、前記噴出が、前記流体の噴出口と排出口およびこれらの間に設けられたキャビテーション発生室、並びに、該キャビテーション発生室の内側に設けられた空気供給孔を有する汚泥可溶化装置内に、２サイクル以上なされると共に、最初のサイクルでは前記空気供給孔からの空気の供給がなされず最後のサイクルで空気が供給されることを特徴とする汚泥の減量化方法、バチルス属を主体とする細菌群の優占化方法、及び、該優占化方法を用いた有機性排水の処理方法によって達成された。
本発明においては、特に前記噴出時の汚泥流体の温度が４０℃以上であることが好ましく、噴出時の汚泥流体のｐＨは１０．５以上であることが好ましい。
更に、前記バチルス菌等及び／またはその胞子を多量に含む流体を、生物処理槽に戻して有機性排水を処理する場合には、生物処理槽の前段に設けた流量調整槽を介して戻すことが好ましく、また、その戻し工程の途中に前記バチルス菌等および／又はその胞子を増殖・優占化させる育成槽を設けることが好ましく、前記流量調整槽、生物処理槽および育成槽の少なくとも１つの槽に、前記バチルス菌等および／又はその胞子を培養するための栄養源を供給することが好ましい。この場合、育成槽の温度を５〜４０℃に制御することが好ましい。

本発明によれば、生物処理槽から発生する汚泥を容易に削減しつつ、バチルス菌等の優占化も同時に行えるので、これを利用して、有機性排水を従来以上に効率的に処理することができる。即ち、バチルス菌等を優占化させた結果、処理水質の向上、悪臭の抑制、余剰汚泥の減少に伴う汚泥の可溶化装置稼働時間の短縮が達成されると共に、有機性排水処理施設の維持管理が容易になるので、そのコストも低減される。

本発明の微生物を含有する汚泥の可溶化方法は、微生物を含有する流体を開口部から高速で噴出させることによって微生物の細胞を破壊することにより、該微生物を可溶化する方法に属する。上記噴出は、流体の噴出口と排出口およびこれらの間に設けられたキャビテーション発生室、並びに、該キャビテーション発生室の内側に設けられた空気供給孔を有する汚泥可溶化装置内になされる。このような汚泥可溶化装置としては、特開２００５−２８３０６号公報に記載された汚水浄化装置、および、これと類似した装置を適宜使用することが出来る。

本発明では、特に、処理する汚泥流体を少なくとも２回、同じ汚泥可溶化装置から噴出させる。即ち、一度噴出させた汚泥流体を再度同じ汚泥可溶化装置に導入し、再度噴出させるという操作を繰り返す点に本発明の第１の特徴がある。この場合、噴出回数が２回であれば２サイクル、３回であれば３サイクルというように、噴出回数をサイクル数と定義する。

本発明の第２の特徴は、最初のサイクルでは空気を供給せず、最後のサイクルで空気を供給する点にある。それ以外のサイクルでは、設計によって空気を供給する場合も供給しない場合もある。汚泥可溶化装置は、空気を供給せずに汚泥流体を噴出させると汚泥流体にキャビテーションが発生するように、噴出量より排出口からの排出量が多くなるように設計される。即ち、キャビテーション発生室は減圧となっているのでキャビテーションが発生しやすくなる。このキャビテーションによって微生物の細胞膜や細胞壁が破壊され、微生物が可溶化される。本発明の汚泥可溶化装置は、汚泥の目詰まりが発生しないように、噴出口の直径を６ｍｍ程度以上としても微生物を可溶化することができるが、特に本発明では可溶化を十分に行うために、少なくとも２回噴出させる。

空気を供給せずに汚泥流体を噴出させる場合には密閉系で行われ、空気を供給する場合には、前記空気供給孔に設けられた、例えば電磁バルブを開口すれば良い。噴出後の汚泥流体を再度汚泥可溶化装置に導入するために、必要であればバッファー槽を設けても良い。噴出後の汚泥流体を再サイクルさせるか生物処理槽に戻すかの岐路には、三方弁を１個または二方弁を２個配置する。これらの弁は、電磁弁とすることが好ましい。

本発明においては、微生物の可溶化を促進するために、噴出時の汚泥流体のｐＨを１０．５以上とすることが好ましく、特にｐＨを１１以上とすることが好ましい。このｐＨの調整は、公知のアルカリを用いて行えば良いが、通常は安価なナトリウム塩又はカルシウム塩を使用する。また、上記微生物の可溶化の促進は、上記ｐＨの調節と共に、あるいはｐＨの調節に替えて、噴出前の汚泥流体を加熱することによって行うことができる。特に、噴出前の汚泥流体の温度を４０℃以上にした場合には、バチルス菌等以外の細菌が死滅し、バチルス菌等および／またはそれらの胞子が生き残るので、有機性排水の浄化に特に有効なバチルス菌等を選択的に優占化させることができる。
因みに、バチルス菌等は容易に胞子となって、衝撃やアルカリ、あるいは高温に耐えることができるので、本発明の方法によって容易にバチルス菌等を優占化することができる。

本発明においては、前記汚泥中のバチルス菌等以外の微生物群を選択的に可溶化させた汚泥流体を、前記生物処理槽で再度生物処理するが、可溶化した微生物の死骸である細胞壁や細胞膜はバチルス菌等の餌となるので、前記生物処理槽内でバチルス菌等を増殖・優占化させることができる。しかしながら、生物処理槽に戻す汚泥可溶化装置から排出されたばかりの汚泥流体にはバチルス菌等の胞子が多いので、生物処理槽に投入される前に、上記胞子を育成し、バチルス菌等を優占化させることが好ましい。そのために、本発明では可溶化処理後の汚泥流体を直接生物処理槽に戻すのではなく、生物処理槽の前に通常設けられる流量調整槽を介して生物処理槽に戻すことが好ましい。この場合、流量調整槽はバチルス菌等の育成槽として機能することになる。

本発明においては、上記流量調整槽と共に、又は流量調整槽に替えて、前記可溶化処理後の汚泥流体の戻し工程の途中に、別途育成槽を設けても良い。前記育成槽として機能する流量調整槽を含む育成槽の温度は、バチルス菌等の増殖に適した５〜４０℃とすることが好ましく、また、可溶化した微生物の死骸だけでは不足する栄養素を補給することが好ましい。育成槽は、必要に応じて中和処理される。

また、本発明で使用する生物処理槽は好気性の曝気槽であるが、その槽は単槽である必要はなく、また、浮遊式活性汚泥、接触濾床、流動担体を用いた処理法など、有機性排水を生物処理する方式であれば特に限定されるものではない。前記生物処理槽が多槽である場合には、最初の槽の容積を小さくしておくことにより、この槽に育成槽としての機能を持たせることも出来る。

以下、本発明を図面に基づいて更に説明する。
図１は、本発明の有機性排水処理方法を説明する概念図である。図において、有機性排水１は生物処理槽２へ送られ、生物処理される。処理された有機性排水１は、沈殿槽や膜分離槽等の固液分離槽３に送られて固液分離され、上澄水と沈降した汚泥とに分けられる。前記上澄水は処理水４として系外へ排出され、沈降した汚泥は、返送汚泥５と余剰汚泥６とに分けられ、返送汚泥５は汚泥可溶化装置７によって可溶化処理され、可溶化処理後の汚泥流体８は、必要に応じて設けられた育成槽を経由して生物処理槽２または該生物処理槽の前に設けられた流量調整槽（図示せず）へ返送され、余剰汚泥６は系外へ排出される。

バチルス菌には、活性汚泥に含有される、通常の微生物には分解しにくいといわれる可溶化された細胞壁や細胞膜を餌として増殖する能力がある。したがって、上記のように可溶化処理された汚泥流体を、必要に応じて設けた育成槽を介して生物処理槽２または該生物処理槽の前に設けられた流量調整槽（図示せず）に返送することにより、生物処理槽２内がバチルス菌等によって優占化される結果、有機性排水が、バチルス菌等によって悪臭を発生することなく、効率よく処理される。

上記したように、バチルス菌等は、臭気成分を分解する能力を有しているので、排水処理時のＤＯ（溶存酸素）が低い条件のときに発生する、アンモニアや硫化水素などの悪臭の原因となる成分を分解するため、有機性排水処理時に発生することのある悪臭も抑制される。

また、有機性排水１にでん粉や脂肪などが多く含まれている場合には、通常の生物処理ではこれらを分解・除去する微生物が少ないため、未処理のまま処理水４に含まれることが多いが、バチルス菌等は、これらのでん粉や脂肪を分解・除去する能力を有しているので、処理水４の水質を向上させることができる。

本発明によれば、生物処理槽から発生する汚泥を容易に削減しつつ、バチルス菌等の優占化も同時に行えるので、これを利用して、有機性排水を従来以上に効率的に処理することができる。即ち、バチルス菌等を優占化させた結果、処理水質の向上、悪臭の抑制、余剰汚泥の減少に伴う汚泥の可溶化装置稼働時間の短縮が達成されると共に、有機性排水処理施設の維持管理が容易になり、そのコストも低減されるので産業上極めて有意義である。

本発明の有機性排水の処理方法を説明するための概念図である。

符号の説明

１ 有機性排水
２ 生物処理槽
３ 固液分離槽
４ 処理水
５ 返送汚泥
６ 余剰汚泥
７ 汚泥可溶化装置
８ 可溶化処理後の汚泥流体

Claims (13)

1. 微生物を含有する汚泥流体を開口から高速で噴出させ、前記汚泥流体中にキャビテーションを発生させることによって前記微生物を可溶化する方法であって、前記噴出が、前記流体の噴出口と排出口およびこれらの間に設けられたキャビテーション発生室、並びに、該キャビテーション発生室の内側に設けられた空気供給孔を有する汚泥可溶化装置内に、２サイクル以上なされると共に、最初のサイクルでは前記空気供給孔からの空気の供給がなされず、最後のサイクルでは空気の供給がなされることを特徴とする汚泥の減量化方法。
2. 前記噴出時の汚泥流体の温度が４０℃以上である、請求項１に記載された汚泥の減量化方法。
3. 前記噴出時の汚泥流体のｐＨが１０．５以上である、請求項１又は２に記載された汚泥の減量化方法。
4. 微生物を含有する汚泥流体を開口から高速で噴出させ、前記汚泥流体中にキャビテーションを発生させることによって前記微生物を可溶化し、次いでバチルス属を主体とする残存細菌群及び／またはその胞子を育成し、バチルス属を主体とする細菌群を優占化する方法であって、前記噴出が、前記流体の噴出口と排出口およびこれらの間に設けられたキャビテーション発生室、並びに、該キャビテーション室の内側に設けられた空気供給孔を有する汚泥可溶化装置内に、２サイクル以上なされると共に、最初のサイクルでは前記空気供給孔からの空気の供給がなされず、最後のサイクルで空気の供給がなされることを特徴とする、バチルス属を主体とする細菌群の優占化方法。
5. 前記噴出時の汚泥流体の温度が４０℃以上である、請求項４に記載されたバチルス属を主体とする細菌群の優占化方法。
6. 前記噴出時の汚泥流体のｐＨが１０．５以上である、請求項４又は５に記載されたバチルス属を主体とする細菌群の優占化方法。
7. 少なくとも、微生物を含有する曝気槽からなる生物処理槽および固液分離槽を有する排水処理装置を用い、前記固液分離槽で分離した汚泥流体を開口から高速で噴出させ、前記汚泥流体中にキャビテーションを発生させることによって前記微生物を可溶化し、次いで、バチルス属を主体とする残存細菌群及び／またはその胞子を多量に含む流体を前記生物処理槽に戻す有機性排水処理方法であって、前記噴出が、前記流体の噴出口と排出口およびこれらの間に設けられたキャビテーション発生室、並びに、該キャビテーション発生室の内側に設けられた空気供給孔を有する汚泥可溶化装置内に、２サイクル以上なされると共に、最初のサイクルでは前記空気供給孔からの空気の供給がなされず、最後のサイクルで空気の供給がなされることを特徴とする有機性排水の処理方法。
8. 前記噴出時の汚泥流体の温度が４０℃以上である、請求項７に記載された有機性排水の処理方法。
9. 前記噴出時の汚泥流体のｐＨが１０．５以上である、請求項７又は８に記載された有機性排水の処理方法。
10. 前記バチルス属を主体とする残存細菌群またはその胞子を多量に含む流体を、生物処理槽の前段に設けた流量調整槽を介して生物処理槽に戻す、請求項７〜９のいずれかに記載された有機性排水の処理方法。
11. 前記バチルス属を主体とする残存細菌群またはその胞子を多量に含む流体を生物処理槽に戻す工程の途中に、前記細菌群および／又はその胞子を増殖・優占化させる育成槽を有する、請求項７〜１０のいずれかに記載された有機性排水の処理方法。
12. 前記生物処理槽および／または育成槽に、前記細菌群および／又はその胞子を培養するための栄養源を供給する、請求項７〜１１のいずれかに記載された有機性排水の処理方法。
13. 前記育成槽の温度を５〜４０℃に制御する、請求項１１又は１２に記載された有機性排水の処理方法。
    

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