JP4528175B2 - 有機性汚泥の処理方法 - Google Patents

Description

下水処理等のリン処理に関わる有機性排水処理システムにおける有機性汚泥の処理方法の改良に関する。

有機性汚泥の処理方法としては、焼却、溶融、コンポスト化等の処理方法が行われ、減容化とともに建築資材製造、緑農地還元など再利用されてきた。
しかし、溶融、ことに脱水ケーキをそのまま溶融する直投型溶融においては、公表事例は少ないものの、ケーキ中にリンが多量に存在すると溶融中にリンが揮発してダクト内に付着し、ダクト閉塞トラブルの原因になっていた。

また、下水汚泥の場合、通常の焼却、コンポスト化においても出来上がった焼却灰、コンポストのリン濃度が１〜２％と低いために、農業利用するにしても施肥効果の低いものであった。
一方、これら汚泥の排出源である活性汚泥処理装置においても、雨天時の下水など原水有機物濃度が低いときやリンを多量に含む消化槽脱離液が流入するときは、処理装置内でリンを除去しきれず、処理水に混入してしまうために放流先の環境汚染の原因になっていた。
「再生と利用」、Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１０６，５８頁 「第２９回下水道研究発表会講演集」 ６４５頁

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、排出汚泥のリン濃度を低減し熔融処理に適したものとしたり、反対に、リン濃度を高めて農業利用に適したものとすることができる有機性汚泥の処理方法を提供する。

上記の問題は、次の第１発明である有機性汚泥の処理方法によって、解決することができる。すなわち、嫌気好気法活性汚泥処理装置またはＡ_２Ｏ法活性汚泥処理装置の最終沈殿槽から引き抜いた活性汚泥に酢酸を添加し、反応させてリンを放出させるとともに、該活性汚泥を濃縮し、得た濃縮汚泥の一部を返送汚泥として前記活性汚泥処理装置に返送し、一方、前記濃縮汚泥の残部を余剰汚泥として初沈濃縮汚泥と混合・脱水した後、直投溶融するようにしたことを特徴とした有機性汚泥の処理方法である。

本第１発明は、前記酢酸の添加量を、対象汚泥中の全リン量の１．５〜３．０倍とするのが好ましく、また、活性汚泥処理装置へ返送する前記汚泥量を固形物として、流入原水中のリン量の３００〜１０００倍とするのが好ましい。

また、上記の問題は、次の第２発明である有機性汚泥の処理方法によって、解決することができる。すなわち、嫌気好気法活性汚泥処理装置またはＡ_２Ｏ法活性汚泥処理装置の最終沈殿槽から引き抜いた余剰汚泥に酢酸を添加し、反応させてリンを放出させるとともに、該余剰汚泥の一部は、消化槽脱離液と混合し、曝気を行いリンを過剰摂取させた後、該曝気液を濃縮し、得た濃縮分離液を前記活性汚泥処理装置に返送することを特徴とした有機性汚泥の処理方法である。

この第２発明は、前記曝気液の濃縮汚泥の一部を脱水して得た脱水ケーキは、コンポストおよび／または焼却灰として利用し、残部は汚泥消化槽へ供給するようにした形態に具体化できる。さらには、前記酢酸の添加量を、対象汚泥中の全リン量の１．５〜３．０倍とするのが好ましく、また消化槽脱離液と混合する前記汚泥量を固形物として、消化槽脱離液中のリン量の３００〜１０００倍とするのが好ましい。

（第１発明）第１発明によれば、表１の実施例に示すように、水処理施設では安定したリン除去（Ａ_２Ｏ法では安定した窒素除去も）を行いつつ、脱水ケーキのリン含有量を低下させることができる。このため、汚泥処理に直投型溶融（ケーキ溶融）を採用する場合には、リン揮発によるダクトの閉塞というトラブルを回避することが可能となる。また、濃縮槽の分離液は高濃度のリンを含んでいることから、晶析脱リン法、ＭＡＰ法（ストラバイト法）などによるリン回収に適したものとなる。

（第２発明）第２発明によれば、表２の実施例に示すように、水処理施設では安定したリン除去（Ａ_２Ｏ法では安定した窒素除去も）を行いつつ、脱水ケーキのリン含有量を向上させることができる。このため、農業利用に適した脱水ケーキを得ることができ、焼却灰、コンポスト等にすれば取り扱い性、雑草の種子あるいは病原菌が存在しないなど付加価値の高い農業資材を製造することが可能になる。また、従来、その混入により水処理系を悪化させていた消化槽脱離液も問題なく混合処理することが可能になる利点も得られる。

本発明の有機性汚泥の処理方法は、以上説明したように、それぞれ格別の効果を奏するのである。よって本発明は、従来の問題点を解消した有機性汚泥の処理方法として、技術的価値はきわめて大なるものがある。

（第１発明）
第１発明は、脱水ケーキのリン含有濃度を抑えて、溶融炉におけるダクトの詰まり等を防止でき、かつ、水処理系では活性汚泥処理装置においてリンの除去性を高めることを可能とする有機性汚泥の処理方法であり、図１を参照しつつ詳細に説明する。

原水ａは、最初沈殿槽１１を通過し、返送汚泥ｂとともに活性汚泥処理装置１２に導かれる。返送汚泥ｂは、前段の反応槽１４でリンを吐き出した後の濃縮汚泥ｈの一部が返送されていることから、好気状態におかれたときリンの過剰摂取ができる状態となっている。なお、活性汚泥処理装置１２は、嫌気好気活性汚泥法あるいはＡ_２Ｏ法の活性汚泥法のいずれでもよく、主に生物学的にリンを除去する方式となっている。

活性汚泥処理装置１２に導かれた混合液は、この装置内に設けられた嫌気槽（反応槽でリンの吐き出しが十分であればここでの吐き出しはない）、無酸素槽（Ａ_２Ｏ法の場合）を経て好気槽に入る。ここで原水ａ中の有機物を利用して水側のリンが汚泥に吸収されて脱リンされる。好気槽で処理された処理液ｃは活性汚泥処理装置１２から最終沈殿槽１３に入る。

ここで混合液ｃは、固液分離されて、リンの少ない処理水ｄとリンに富んだ活性汚泥ｅに分けられる。活性汚泥ｅは、反応槽１４に導かれ、酢酸ｆが添加されてリンが吐き出される。ここで、活性汚泥ｅ中のリンを十分に吐き出させるための酢酸ｆは、図３に示すように、活性汚泥に含まれるリン量の１．５倍以上とするのが好ましく、また３．０倍以上にする必要はない。また、その反応時間は、図４に示すように１．５時間以上とするのが好ましい。但し、図５に示すように、酢酸添加量が多ければ反応は早く完結するが、酢酸の無駄を省くためには酢酸添加量は多くとも２倍、反応時間は少なくとも１．５時間で制御するのが望ましい。

反応を完了した活性汚泥は、濃縮槽１５で濃縮され、濃縮分離液ｇと濃縮汚泥ｈに分けられ、濃縮分離液ｇは、別途のリン回収プロセスに廻される。他方、濃縮汚泥ｈの一部は返送汚泥ｂとして活性汚泥処理装置１２に返送される。ここで、活性汚泥処理装置１２へ返送する活性汚泥量は固形物として、流入原水ａ中のリン量の３００倍以上であるのが必要であり、１０００倍以上は不必要である。

このように返送汚泥ｂに好ましい返送量が規定されるのは、図６に示すように、活性汚泥が活性汚泥処理装置１２の好気槽で限られた時間内に過剰摂取できるリンの量は限度があるからである。

一方、濃縮汚泥ｈの残部は、初沈濃縮汚泥ｉと混合され脱水機１７で脱水され、脱水ケーキｊが得られる。この初沈濃縮汚泥ｉは、最初沈殿槽１１から取り出されるが、図１の例示では、初沈汚泥濃縮槽１６でさらに濃縮した濃縮初沈汚泥ｉ2を混合するよう構成してある。もし、この初沈濃縮汚泥ｉの濃度が３〜４％以上もの高濃度であれば初沈汚泥濃縮槽１６は省略することもできる。
そして、この初沈濃縮汚泥ｉは、リン含有濃度が少なく、また、酢酸処理を経た濃縮汚泥ｈも反応槽１４におけるリンの吐き出しによりリン含有濃度が少なくなっていることから、脱水機１７からはリン含有率の少ない脱水ケーキｊが得られることになる。なお、脱水機のろ液ｌは最初沈殿槽１１を経て活性汚泥処理装置１２へ戻される。

図１では、この脱水ケーキｊは、そのまま、後段に設けた直投型溶融炉１８に供給され、１２００〜１５００℃程度で溶融され、スラグｋが排出される。
図７は、本発明にて得られた脱水ケーキｊと通常の標準活性汚泥法で得られた脱水ケーキを１０００〜１５００℃の電気炉で溶融しつつ排ガスをステンレス管を経由して吸引したときの付着ダスト量とダスト中のリン量を測定した結果を示したものである。これから明らかなように、本発明にて得られた脱水ケーキを溶融したときのリンの揮発量は少なく、直投型溶融を採用する場合には、リン揮発によるダクトの閉塞などを回避できるという顕著な利点が得られることを示している。

（第２発明）
本願第２発明は、リン分に富んだ脱水ケーキを取出し、焼却灰あるいはコンポストとして農業利用しつつ、水処理系ではリン処理のやっかいな消化槽脱離液のリンを安定的に除去することができる有機性汚泥の処理方法であり、図２を参照しつつ以下、詳細に説明する。

原水ａは、追って説明する返送汚泥ｍ、濃縮分離液ｎ、脱水ろ液ｏとともに活性汚泥処理装置２１に導入される。濃縮分離液ｎと脱水ろ液ｏは、前段の汚泥曝気槽２５でリンを汚泥側に吸収させた後の液相分として返送されていることから、リンの含有濃度は少なく活性汚泥処理装置２１で無理なく有機物や原水に含まれるリンを除去できる状態となっている。

この活性汚泥処理装置２１は、嫌気好気活性汚泥法あるいはＡ_２Ｏ法の活性汚泥法のいずれでもよく、主に生物学的にリンを除去する方式となっている。そして、導入された原水混合液は、この活性汚泥処理装置２１内に設けられている、嫌気槽において濃縮分離液ｎと脱水ろ液ｏの残余の有機物（反応槽で酢酸添加量が多いときは残余の酢酸も含まれる）および原水ａの有機物を利用してリンが吐き出され、無酸素槽（Ａ_２Ｏ法の場合）を経て好気槽（嫌気槽、無酸素槽、好気槽の区別は図示せず）に入る。

ここでは、嫌気槽で使用した残余の有機物および酢酸を利用して水側のリンが汚泥に吸収されて脱リンがなされる。好気槽で処理された処理液ｐは最終沈殿槽２２に送られる。ここで処理液ｐは固液分離されて、リンの少ない処理水ｄとリンに富んだ活性汚泥ｒに分けられる。ここで活性汚泥ｒの一部は前記返送汚泥ｍとして活性汚泥処理装置２１に返送され、残部は余剰汚泥ｓとして反応槽２４に供給される。

反応槽２４では、供給された余剰汚泥ｓに酢酸ｆが添加されてリンが吐き出される。活性汚泥中のリンを十分に吐き出させるためには、第１発明と同様、図３に示すように、余剰汚泥ｓに含まれるリン量の１．５〜３．０倍の酢酸が必要である。また、その反応時間も、図４に示すように０．５〜２時間を必要とする。但し、図５に示すように、酢酸添加量が多ければ反応は早く完結するが、酢酸の無駄を省くためには酢酸添加量は少なくとも２倍、反応時間は２時間までに制御するのが望ましい。

この場合、もし酢酸添加量が多い場合でも、酢酸は水側に存在することから、濃縮分離液ｎ、脱水ろ液ｏに含まれて活性汚泥処理装置２１に返送され、嫌気好気法なら原水のリン除去に、また、Ａ_２Ｏ法なら原水の窒素とリンの除去に使用されるので過剰添加の無駄はない。

反応を完了した余剰汚泥ｓは、消化槽脱離液ｔとともに汚泥曝気槽２５に移される。消化槽脱離液ｔ中には消化により水側に放出されたリンを多量に含むが、余剰汚泥ｓは、反応槽２４における残余の酢酸および消化槽脱離液ｔに含まれる有機物と消化槽でメタンに転換できなかった残余の酢酸を利用して、消化槽脱離液ｔに含まれるリンを過剰摂取によって汚泥に取り込ませる。

ここで、余剰汚泥ｓと消化槽脱離液ｔの混合比は、余剰汚泥の固形物として、消化槽脱離液ｔ中のリン量の３００〜１０００倍であることが望ましい。これは、図６にも示すように、余剰汚泥ｓが汚泥曝機槽２５で限られた時間内に過剰摂取できるリンの量は限度があるからである。

こうして、汚泥曝機槽２５においてリンを汚泥側へ濃縮した反応混合液ｕは汚泥濃縮槽１６に送られる。この汚泥濃縮槽２６では、反応混合液ｕが固液分離され、濃縮分離液ｎと濃縮汚泥ｖに分けられる。濃縮分離液ｎは活性汚泥処理装置２１へ返送され、濃縮汚泥ｖの一部は脱水機に供給される。

この濃縮汚泥ｖは、脱水機２７で脱水されて脱水ケーキｗが得られる。この脱水ケーキｗは、以上説明したように、リンを多量に含んでいるため、肥料としての価値があり、焼却灰またはコンポストとして農業利用に好適なものとなる。一方、脱水ろ液ｏは、活性汚泥処理装置２１に返送されて、原水ａとともに処理される。また、濃縮汚泥ｖの残部は、消化槽２３に送られて濃縮汚泥中の余剰汚泥分の有機物が消化されることになる。

なお、下水処理においては、雨天時の下水の有機物濃度が薄くなって窒素、リンの生物学的除去性が低下するが、本発明の場合、第１発明ではリン回収後の脱水ろ液ｌを、また第２発明では濃縮分離液ｎと脱水ろ液ｏを、それぞれ活性汚泥処理装置１２、２１に返送するため、これらに含まれる残余の酢酸により安定した生物学的除去性を維持できるのである。

第１発明の実施例を比較例とともに表１に示す。また第２発明の実施例を同じく表２に示す。各処理条件、水質条件、得られた脱水ケーキの物性は、各表に示す通りである。
これら表１、表２の結果が示すように、第１発明の場合には、脱水ケーキのリン含有量を低下させることができ、第２発明の場合には、脱水ケーキのリン含有量を向上させることができることが実証できた。

第１発明を説明するための要部のフローチャート。 第２発明を説明するための要部のフローチャート。 汚泥Ｔ−Ｐに対する酢酸添加倍率と溶出Ｐの関係を示すグラフ。 反応時間と溶出Ｐの関係を示すグラフ。 酢酸添加倍率と溶出速度の関係を示すグラフ。 活性汚泥固形物―原水中Ｐ比と残留Ｐの関係を示すグラフ。 熔融温度と揮発Ｔ−Ｐの関係を示すグラフ。

符号の説明

１１：最初沈殿槽、１２：活性汚泥処理装置、１３：最終沈殿槽、１４：反応槽、１５：濃縮槽、１６：初沈汚泥濃縮槽、１７：脱水機、１８：直投型溶融炉
ａ：原水、ｂ：返送汚泥、ｃ：混合液、ｄ：処理水、ｅ：活性汚泥、ｆ：酢酸、ｇ：濃縮分離液、ｈ：濃縮汚泥、ｉ：初沈濃縮汚泥、ｊ：脱水ケーキ、ｋ：スラグ

Claims (7)

1. 嫌気好気法活性汚泥処理装置またはＡ_２Ｏ法活性汚泥処理装置の最終沈殿槽から引き抜いた活性汚泥に酢酸を添加し、反応させてリンを放出させるとともに、該活性汚泥を濃縮し、得た濃縮汚泥の一部を返送汚泥として前記活性汚泥処理装置に返送し、一方、前記濃縮汚泥の残部を余剰汚泥として初沈濃縮汚泥と混合・脱水した後、直投溶融するようにしたことを特徴とした有機性汚泥の処理方法。
2. 前記酢酸の添加量を、対象汚泥中の全リン量の１．５〜３．０倍とした請求項１に記載の有機性汚泥の処理方法。
3. 活性汚泥処理装置へ返送する前記汚泥量を固形物として、流入原水中のリン量の３００〜１０００倍とした請求項１に記載の有機性汚泥の処理方法。
4. 嫌気好気法活性汚泥処理装置またはＡ _２ Ｏ法活性汚泥処理装置の最終沈殿槽から引き抜いた余剰汚泥に酢酸を添加し、反応させてリンを放出させるとともに、該余剰汚泥の一部は、消化槽脱離液と混合し、曝気を行いリンを過剰摂取させた後、該曝気液を濃縮し、得た濃縮分離液を前記活性汚泥処理装置に返送することを特徴とした有機性汚泥の処理方法。
5. 前記曝気液の濃縮汚泥の一部を脱水して得た脱水ケーキは、コンポストおよび／または焼却灰として利用し、残部は汚泥消化槽へ供給するようにした請求項４に記載の有機性汚泥の処理方法。
6. 前記酢酸の添加量を、対象汚泥中の全リン量の１．５〜３．０倍とした請求項４または５に記載の有機性汚泥の処理方法。
7. 消化槽脱離液と混合する前記汚泥量を固形物として、消化槽脱離液中のリン量の３００〜１０００倍とした請求項４または５に記載の有機性汚泥の処理方法。

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