JP4457702B2 - 汚水の処理方法および処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機性汚水の処理方法およびその処理装置に関する。

下水などの有機性汚水を処理する施設においては、活性汚泥法などの生物学的処理法が採用されており、例えば、活性汚泥法による場合、曝気槽で汚水中の有機物質を微生物により分解させ、この汚水を沈殿槽へ送って処理水と汚泥に分離する処理が行われる。分離された汚泥は曝気槽へ返送されるが、その一部は余剰汚泥として系外へ抜き出され、脱水処理される。

抜き出される余剰汚泥は、その発生量が大量である上に、脱水処理をした汚泥であっても、８０％以上にも及ぶ含水率を有するものであるので、ごく一部が有効利用されているだけであって、大部分は廃棄物として処分されている。このため、余剰汚泥の処分方法が有機性汚水処理技術における大きな課題になっている。

すなわち、汚泥の処分に際しては、脱水汚泥のまま、あるいは脱水汚泥を焼却処理した後に埋立て処分されているが、近年、廃棄物処分場を新設する敷地を確保することが非常に困難になっており、汚泥をたやすく埋立て処分することができない状況になっている。このため、余剰汚泥の処分費用が高騰し、汚水処理費全体に対する余剰汚泥の処分費が非常に大きな割合を占めるようになっている。また、汚泥を焼却処理すれば、大幅に減容化され、埋立処分がしやすくなるが、新たに焼却設備を設置しなければならず、その設備の建設費と運転に関わる費用の負担が非常に大きく、特に小規模の水処理施設においては、上記費用の負担率は極めて大きくなる。

上記の問題に対処し、余剰汚泥の発生量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された汚水の処理技術においては、返送汚泥の一部を抜き出し、この汚泥にアルカリを加えてアルカリ処理し、次いで、アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で生物学的に処理した後、曝気槽などの生物処理工程へ返送する処理が行われる。
特開２００１−３４７２９６号公報

特許文献１の技術によれば、抜き出された返送汚泥がアルカリ処理（化学的処理）と生物学的処理からなる２段階で処理され、汚泥中の有機物が分解して可溶化する反応が進行し、この可溶化処理された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送するので、余剰汚泥の発生量が著しく減少する。

しかし、特許文献１の技術により汚水の処理を行った場合、余剰汚泥の発生量が著しく減少すると言う効果が得られるが、アルカリ処理時の効率が低くアルカリの無駄が生じ、薬剤費が嵩むという新たな問題が発生する。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、余剰汚泥の発生量を著しく減少させるとともに、アルカリ処理の効率化により薬剤の消費量を抑えることができる汚水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る汚水の処理方法は、汚水を生物処理する工程と、前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、前記引き抜き汚泥を嫌気、無酸素、または微好気条件下、かつ常温、常圧条件下で１日〜３日間、生物学的に可溶化分解する工程と、前記可溶化処理後の汚泥をさらに、常温、常圧条件下、３〜２４時間、ｐＨ９〜１１でアルカリ可溶化処理する工程と、前記可溶化された汚泥を前記生物処理工程に返送する工程と、を具備することを特徴とする。

この場合に、抜き出した汚泥の生物学的可溶化分解処理工程に先立って、汚泥を濃縮することが好ましい。生物学的可溶化分解処理工程前に汚泥を予備的に濃縮すると、次工程のアルカリ可溶化の処理効率が向上してアルカリ剤の使用量を低減できるからである。

本発明に係る汚水の処理装置は、汚水を生物処理する生物処理系と、前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、前記引き抜き汚泥を嫌気、無酸素、または微好気条件下、かつ常温、常圧条件下で１日〜３日間、生物学的に可溶化分解する生物学的可溶化槽と、前記可溶化処理後の汚泥をさらに、常温、常圧条件下、３〜２４時間、ｐＨ９〜１１でアルカリ可溶化処理するアルカリ処理槽と、前記可溶化された汚泥を前記生物処理工程に返送する汚泥返送手段と、を具備することを特徴とする。

汚水の生物処理方法には、活性汚泥法、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法など種々の方法があるが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

本発明者らは、従来技術によればアルカリ効率が低くなるという問題について種々検討と実験を重ねた結果、従来技術における汚泥の処理条件が、必ずしも適正であったとは言えないとの知見を得た。すなわち、可溶化処理を行う汚泥は易分解性成分と難分解性成分とで構成されており、前者の易分解性成分は比較的温和な生物学的処理でも十分分解可能である。このような汚泥にアルカリ処理を行うと、易分解性成分の分解にアルカリが浪費されてしまい、アルカリ処理工程において本来的に期待されている難分解性成分の分解が行われるためには、多量のアルカリ剤を添加することが必要になる。

そこで本発明者らは、アルカリ処理の前段に生物学的処理を行うという処理方法について鋭意研究努力した結果、本発明を完成させるに至った。汚泥を最初に生物学的処理することにより、汚泥中の易分解性成分を可溶化させる。処理後の汚泥は、結果として生物学的には可溶化できない難分解性の物質のみになっている。このように難分解性の物質のみからなる汚泥にアルカリ処理を行うことにより、アルカリが本来処理対象としている難分解性物質の分解のみに消費されることとなり、アルカリ剤の無駄な消費が抑えられる。

本発明においては、実験結果に基づいて、汚泥をアルカリ処理する際のｐＨは、８〜１２．５程度にし、汚泥中の難分解性物質の分解を十分に行わせることができる。

次にアルカリ処理槽のｐＨを８〜１２．５の範囲に限定した理由を述べる。
アルカリ処理槽がｐＨ８未満になると、難分解性成分の分解が不十分になり、良好な処理が行えなくなる。一方、アルカリ処理槽がｐＨ１２．５を超えると、アルカリ剤消費量が増大するので、ランニングコストが上昇するという問題を生じる。なお、ｐＨ８〜１２．５のうち、特に好ましい範囲はｐＨ９〜１１である。アルカリ処理槽がｐＨ９〜１１の範囲であれば、難分解性物質の分解が十分に行われて効率的な可溶化処理が行われるとともに、アルカリの消費量が適度の範囲に抑えられる。

本発明は、余剰汚泥の発生量を著しく減少させる技術において以下の効果が得られる。

１．アルカリ処理を効率化し、薬剤使用量を最低限に抑えられる。

２．薬剤費用を削減することが可能になり、汚泥処理のためのランニングコストの更なる低減が図れる。

以上より、下水など汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。

図１は本発明の実施の形態に係る装置の概要を示すブロック図である。この装置を用いる汚水処理方法は、汚水処理工程と汚泥処理工程との２つの工程を有している。

前者の汚水処理工程のライン４，７には、流入汚水を好気的条件で処理する生物処理槽である曝気槽５と、この曝気槽５から排出された汚水を受け入れて汚泥を沈降させ、処理水と返送汚泥とに固液分離する沈殿槽６とが設けられている。流入汚水は図示しない汚水源からライン４を通って曝気槽５内に導入され、好気的条件下で生物学的に処理される。この処理水は沈殿槽６に送られ、処理水と汚泥とに固液分離され、処理水はライン７を通って放流され、沈降した汚泥の一部は一方の分岐ライン１０を通って曝気槽５へ返送され、余剰の汚泥は他方の分岐ライン９を通って脱水され、系外へ搬出される。

後者の汚泥処理工程のライン１１，１２には、沈殿槽６から排出された汚泥の一部を生物学的に処理して可溶化分解する生物学的可溶化槽１と、この生物学的可溶化槽１から排出された汚泥にアルカリ剤を添加して汚泥をアルカリ処理するアルカリ処理槽２とが設けられている。汚泥は、生物学的可溶化槽１内で緩やかに撹拌されながら、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。符合３はアルカリ剤供給装置である。符合１１は汚泥返送ライン１０から分岐した引き抜き汚泥ラインである。符合１２はアルカリ処理された可溶化汚泥を返送ライン１０の返送汚泥に合流させ、曝気槽５へと返送する可溶化汚泥返送ラインである。

なお、本発明に係る装置の構成は図１に示す装置の組合せに限定されるものではない。例えば、汚水処理工程には、生物処理槽として活性汚泥法を想定して曝気槽５が設けられているが、本法以外にも、オキシデーションディッチ法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などで汚水処理を行う装置を使用してもよい。

アルカリ処理槽１へ供給するアルカリ剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのような溶解度の大きなものが望ましい。

上記構成の装置による汚水処理は、次のように行われる。
大きな固形物や砂などの比重の大きい固形分が除去された汚水が、ライン４を通って曝気槽５へ流入し、生物処理される。これと並行して返送汚泥ライン１０を通って多量の返送汚泥が曝気槽５内に導入される。生物処理されて浄化された水は汚泥と共に沈殿槽６へ送られる。沈殿槽６では上澄水の層と汚泥の層からなる２層が形成され、上澄水は処理水としてライン７を介して排出される。一方、沈降した汚泥は返送汚泥ライン１０を経由して曝気槽５へ返送される。

このとき、返送汚泥ライン１０から分岐ライン１１に返送汚泥の一部が抜き出されて、生物学的可溶化槽１へ送られ、１日〜３日程度の間、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持される。この生物学的可溶化槽１における処理によって、汚泥中の易分解性成分が分解され、有機酸類などのような化合物にまで低分子化される。

生物学的可溶化槽１から排出された汚泥はアルカリ処理槽２へ送られる。アルカリ処理槽２においては、アルカリ剤供給装置３から所定量のアルカリ剤が添加され、汚泥のｐＨが８〜１２．５、好ましくは９〜１１の範囲内の所定値になるように調節される。アルカリ剤が添加された汚泥は３〜２４時間程度の間撹拌されてアルカリ処理される。このアルカリ処理によって、生物学的処理では分解しえなかった難分解性の成分が分解され、更なる可溶化が進行する。この時、易分解性成分は、すでに前段の生物学的可溶化槽１で分解されており、難分解性成分しか残存していないため、効率的なアルカリ処理が行われ、従来と同等のアルカリ添加量でさらに高い汚泥可溶化率が得られるか、従来よりも少ないアルカリ添加量で、これまでと同等の効果を得ることができる。

アルカリ処理槽２から排出された汚泥は可溶化汚泥返送ライン１２を経て曝気槽５へ返送される。可溶化汚泥が返送された曝気槽５においては、流入汚水中のＢＯＤ成分が分解されると共に、低分子化された可溶化汚泥中のＢＯＤ成分が分解される。

以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれのみに限定されるものではない。

（実施例）
余剰汚泥を対象に図２の工程に従って本発明の連続処理試験を行った。容積４００ｍｌの円筒型の生物学的可溶化槽１と、同型同容積のアルカリ処理槽２を用いて、いずれの処理槽も、常温、常圧条件下で曝気は行わず機械的撹拌のみを行った。供試汚泥は下水処理場から採取した余剰汚泥を用い、４℃の温度で保存した。この汚泥を汚泥輸送ポンプにて可溶化装置へ一定期間毎、連続的に供給した。

生物学的可溶化槽１は、汚泥の滞留時間を３日間に設定して運転を行った。

アルカリ処理槽２はｐＨコントローラによってｐＨ９．０に保たれるように水酸化ナトリウム３を用いて制御した。生物学的可溶化槽１で処理された汚泥は汚泥輸送ポンプによって引き抜き、アルカリ処理槽２に流入させた。

最終的に流出した汚泥のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids；活性汚泥浮遊物質）を供試汚泥のＭＬＳＳと比較することにより本システム全体の汚泥可溶化率を求めた。

比較例として、従来の生物学的可溶化槽１とアルカリ処理槽２の処理順を図２のように入れ替えた実験を行った。その結果を表１に示す。

本発明は下水など汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。

本発明の実施例を示す模式図。 本発明の連続試験の実施例を説明するための模式図。 連続試験の比較例を説明するための模式図。

符号の説明

１…生物学的可溶化槽
２…アルカリ処理槽
３…アルカリ剤供給装置
４…流入汚水ライン
５…生物処理槽（曝気槽）
６…固液分離槽（沈殿槽）
７…処理水ライン
８…沈降分離汚泥
９…余剰汚泥ライン
１０…返送汚泥ライン
１１…汚泥返送ラインから分岐した引き抜き汚泥ライン
１２…可溶化処理された汚泥ライン

Claims (3)

1. 汚水を生物処理する工程と、
   前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る工程と、
   前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、
   前記引き抜き汚泥を嫌気、無酸素、または微好気条件下、かつ常温、常圧条件下で１日〜３日間、生物学的に可溶化分解する工程と、
   前記可溶化処理後の汚泥をさらに、常温、常圧条件下、３〜２４時間、ｐＨ９〜１１でアルカリ可溶化処理する工程と、
   前記可溶化された汚泥を前記生物処理工程に返送する工程と、
   を具備することを特徴とする汚水の処理方法。
2. 前記引き抜き汚泥の生物学的可溶化分解処理に先立って、汚泥を濃縮する工程を具備することを特徴とする請求項１記載の汚水の処理方法。
3. 汚水を生物処理する生物処理系と、
   前記生物処理後の汚水を固液分離して処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、
   前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、
   前記引き抜き汚泥を嫌気、無酸素、または微好気条件下、かつ常温、常圧条件下で１日〜３日間、生物学的に可溶化分解する生物学的可溶化槽と、
   前記可溶化処理後の汚泥をさらに、常温、常圧条件下、３〜２４時間、ｐＨ９〜１１でアルカリ可溶化処理するアルカリ処理槽と、
   前記可溶化された汚泥を前記生物処理工程に返送する汚泥返送手段と、
   を具備することを特徴とする汚水の処理装置。

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