JP4791711B2 - 有機性余剰汚泥の減量化方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、家庭排水や産業排水等で生じる有機性排水の活性汚泥処理によって生じる余剰汚泥の減量化方法及びその装置に関するものである。

例えば処理槽内に装置した曝気装置を運転させて処理槽内に連続的に供給する汚泥に旋回流を起こさせ、該旋回流を利用して前記装置内に装置した、ダイナミック膜利用のろ過膜の内側にろ過水を強制的に供給するようにした活性汚泥処理が知られている。

この従来例は、ダイナミック膜すなわち汚泥ケーキをろ過膜表面に付着させ、該ケーキをろ過層として利用するものであるが、前記の旋回流の流速によってろ過膜より容易に剥離、欠落するため曝気装置をろ過膜位置から離開した位置に配する必要があるのみならず、曝気装置の運転強度にも注意する必要があった。

また、前記の旋回流は本来的には乱流であるためろ過膜表面すなわちダイナミック膜に対して均一な流れを送り込むことが難かしく、これを補償するためろ過膜間に整流装置を設けるようにしている（例えば、特許文献１）

特開２００１−８７６３５号公報

従来例は、いずれにしても、処理槽内に排水を連続的に送り込み、該排水を曝気しつつ旋回流を起こさせ、該旋回流によって過大なダイナミック膜を抑制することにより水頭圧でろ過水を得るもので、汚泥を単純に固液分離するという点でその連続性から実用的な点は認められるが、余剰汚泥中の有機質の、延いては汚泥の減量化を図るという点では満足のいくものではない。

本発明は、ダイナミック膜利用の従来の活性汚泥処理に着目し、該ダイナミック膜を利用して有機性余剰汚泥の減量化を効率的に図れる処理方法及び装置を提供すべく創案したものである。

減量化方法としては、汚泥減量化槽内に装置した曝気装置による曝気操作によって微生物の自己消化を促進させた後、前記曝気装置を停止して、ろ過体のろ過膜にダイナミック膜を形成させつつ該ダイナミック膜を通じて、水頭圧でろ過水を前記汚泥減量化槽中の余剰汚泥中より抜き出し、減量化することを基本的方法とする。

本発明によれば、曝気装置を停止してろ過水の処理槽からの抜き出し操作を行うものであるから、ろ過機能するダイナミック膜が破壊されることなく、従って、確実に均一な、排水処理しても不都合のないろ過水を得られ、延いては余剰汚泥を高濃度の有機物としてその減量化を図ることができる。

また、本発明装置によれば、曝気操作後水頭圧を利用してダイナミック膜を通じてろ過水を得られ、従って、ダイナミック膜が破壊されることなく固液分離ができるから、有機性汚泥の処理を行うことができる。また、曝気操作中には、ろ過膜に付着したダイナミック膜を気泡によって破壊させ、すなわち、ろ過膜の洗浄を行うことができ、従って、ろ過水抜き出し時にはろ過膜にろ過させるには良好な状態のダイナミック膜を形成させることができ、常に均一なろ過水を得ることができる。

図１は、本発明に係る有機性余剰汚泥の減量化装置の略示説明図で、図中、１は汚泥減量化槽、２は該減量化槽１の底部に装置した曝気装置で、曝気装置２は減量化槽１内の散気部２ａと該散気部２ａに連通させて減量化槽１外部に配した空気圧送装置２ｂとで構成し、空気圧送装置２ｂから送り込まれる空気が散気部２ａを通じて減量化槽１内に供給され、減量化槽１内の有機汚泥の曝気操作が行われる。

この曝気装置２すなわち散気部２ａの直上には適宜数のろ過体３，…を横方向に並べて並設し、前記散気部２ａから放出される気泡の一部が該ろ過体３，…の表面に接触して上昇するようにしてある。

ろ過体３は、基材に該基材を包むようにして細孔１００μｍ程度のナイロン製のろ過膜（織物）を組合わせ、下縁に前記基材で保形した中空部に連通する排出口を備えた、扁平方形体で成り、適宜の手段を用いて減量化槽１内に設置し、汚泥中の水部分がろ過（処理）水となって膜を透過して前記中空部に集水して排出口から排出されるようになっている。

そして、各ろ過体３，…の図示省略した、前記排出口を排水管４と連通させ、該排水管４を前記減量化槽１より導出して該減量化槽１の汚泥の水位より低位置に配し、弁装置５を装置してある。

しかして、有機性余剰汚泥を減量化槽１内に投入して曝気装置２を運転して減量化槽１内の前記余剰汚泥の曝気操作を所要時間行って汚泥の自己消化を促進させた後、曝気操作（曝気装置２）を中断（停止）して、弁装置５を開放すると、減量化層１内の水位より排水管４を含んだ弁装置５側が低位置に存するので、有機性汚泥は水頭圧の作用によって装置２内のろ過体３，…の膜でろ過され、排水管４および弁装置５を通じてろ過水が抜き出されて余剰汚泥の減量化が行われ、所定量のろ過水を得られた後、弁装置５を閉塞して該所定量のろ過水に対応する量の余剰汚泥を投入し、再び曝気操作を行う順を繰り返すことによって余剰汚泥の量産的な減量化処理を行うのである。

なお、水処理に利用されているろ過膜は、膜の細孔の大きいものから順に精密ろ過膜（ＭＦ）や限外ろ過膜（ＵＦ）若くは逆ろ過膜（ＲＯ）であり、最も大きな細孔の前記精密ろ過膜の細孔は０．１μｍ程度である。しかし、これらの膜で汚泥の脱水（透過操作）を行うと、ろ過精度は良好ではあるが、細孔が比較的小径であることからその操作に大きな圧力を要し、また、汚泥ケーキによる細孔の閉塞などの弊害が生じる。

そのため、本発明にあっては、汚泥の脱水（透過操作）を有効に行うため、膜として細孔の大きな１００μｍ程度の径の有る金属やナイロンのメッシュや不織布を用い（図示の場合、ナイロン製の織物を用いている）、膜面に数ミリのダイナミック膜（汚泥ケーキ膜）を形成させてろ過操作を行うようにしている。

すなわち、水頭圧によって膜面の細孔を汚泥が通過しようとする際、初期段階では該細孔を通じてろ過水は汚泥と共にろ過体３を通して排水管４より抜き出されるが、ろ過体３，…の膜面には時間の経過と共に前記のダイナミック膜が形成され、該ダイナミック膜によって汚泥の細孔を通じてのろ過体３内への侵入が抑制され、実験では２，３分後には放流しても不都合のないろ過（透過）水を得ることができ、ダイナミック膜利用のろ過操作として膜面の細孔径は１００μｍ程度のものが良好と思われる。

有効容量１５Ｌの水槽（減量化槽）の下部に目開き１００μｍのメッシュを用いて作成した平膜型のろ過モジュール（ろ過体）を設置し（ろ過モジュールは１００×８０ｍｍと１４０×１８５ｍｍの２種類を交互に利用）、ろ過モジュールの下部に曝気と膜洗浄を兼ねた散気管（曝気装置）を設置し、ろ過分離を水位差（水頭圧）のみで行い、ろ過水を前記ろ過モジュールの下部に連通させた排水管を通じて装置下部から抜き出すようにした試験装置（なお、この試験装置は、図１のものとろ過モジュールを単一にした点だけが異なるだけで、残余の構成は同じである）によって、下記試験方法で試験したところ、下記結果を得た。

１． 試験方法
１．１ 供試汚泥
汚泥の減量としては、余剰汚泥を前処理することなく直接減量できることが望ましいが、一般的に汚泥微生物の生物膜を可溶化し有機物としたほうが処理しやすいとされている。前記可溶化方法としては、アルカリ剤やオゾンによる化学法とミルによる物理的方法によて生物膜を破壊する方法がある。

本試験では、供給する汚泥として生活排水処理施設（長時間曝気活性汚泥法）を採用し、投入量を１０Ｌとし、返送汚泥を前処理なしでそのまま供給した系（事例１）と可溶化の事例として返送汚泥をアルカリ剤にてｐＨ１１に調整して２４時間撹拌した後に、ｐＨ７に中和してから供給した系（事例２）の２例を実施した（供給汚泥濃度４０００〜６０００ｍｇ／Ｌ）。

１．２ 試験条件
処理は、回分式で行った。１日に１回メッシュろ過を行い（ろ過水量 １Ｌ）、その後の上記汚泥１Ｌをそれぞれの反応槽に供給した（ＨＲＴ＝１０ｄａｙｓ）。連続曝気条件とし、ろ過操作時には曝気を停止した。ろ過開始直後のろ過水は多くのＳＳを含んでいるため、ろ過水を反応槽に返送し、その後のろ過水を処理水として取り出した。

２． 結果
２．１ アルカリ処理による汚泥の可溶化
汚泥のアルカリ処理は、５Ｎ−ＮａＯＨで初期ｐＨを１１に調整し、室温で撹拌した。その結果、ｐＨ１１で２４時間でもある程度可溶化することが認められた。

２．２ 汚泥減量特性（減量槽内汚泥濃度とろ過時間）
回分式メッシュろ過法では、ろ過時間が処理効率を制約する重要な因子となる。図２，３には、事例１と事例２におけるろ過時間（１Ｌの処理水をろ過するのに要した時間）と槽内ＭＬＳＳの経日変化を示す。

図２，３で明らかな通り、約１００日間の運転でＭＬＳＳは、事例１で３００００ｍｇ／Ｌ、事例２で２５０００ｍｇ／Ｌまで増加し、その後は増加が緩やかとなった。本システムにおいて、２５０００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度のＭＬＳＳを保持できることが明らかになった。

２．３ 汚泥減量効果
試験期間中（６６日〜２６５日）の供給汚泥量と槽内汚泥量、分析に使用した汚泥量、流出汚泥量から各事例における汚泥減量量を算出した。全期間での事例１の汚泥減量率は７１．３％、事例２は６１．９％であった。１６５日目以後は、ＭＬＳＳ濃度が安定しており、図４に示すように、事例１での汚泥減量率は８８％、事例２では８３．４％であり、より高い減量率であり、本システムは高効率の汚泥減量プロセスとなり得ることが示された。

２．４ ろ過特性
ろ過水のＳＳは、図５に示すように初期には低いレベルであったが増加することもあった。これは汚泥の性状が変化していると考えられるが返送時間を３分設けることで４０ｍｇ／Ｌ程度に安定することができる。

処理が安定していた３９９〜４３７日目の投入汚泥とろ過水の水質（６回測定）を表１に示す。両方とも初期返送時間３分間後の処理水の平均ＳＳ約４０ｍｇ／Ｌで比較的良好なろ過分離が行えた。ろ過水ＣＯＤ、ＢＯＤも低い値に維持され、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐも７０〜８０％除去された。

以上の通りで、本装置を用いた方法によれば、（１）２５０００ｍｇ／Ｌ〜３２０００ｍｇ／Ｌの高濃度のＭＬＳＳを保持できることが明らかになった。しかも、（２）余剰汚泥を前処理することなく適切に減量することが可能で、前処理としてアルカリ処理を行った場合においても、適切に減量することができた。そして（３）汚泥減量率は８３．４〜８８％と、従来の好気性消化プロセスに比べて極めて高い値を示したのである。

略示説明図。 事例１のろ過時間とＭＬＳＳ経日変化を示すグラフ。 事例２のろ過時間とＭＬＳＳ経日変化を示すグラフ。 １６６〜２６５日目の余剰汚泥減量効果を示すグラフ。 事例１の処理水ＳＳ経日変化を示すグラフ。

符号の説明

１ 処理槽
２ 曝気装置
３ ろ過体
４ 排水管

Claims (2)

1. 汚泥減量化槽内に装置した曝気装置による曝気操作によって微生物の自己消化を促進させた後、前記曝気装置を停止して、ろ過体のろ過膜にダイナミック膜を形成させつつ該ダイナミック膜を通じて、水頭圧でろ過水を前記汚泥減量化槽中の余剰汚泥より抜き出し、減量化することを特徴とする有機性余剰汚泥の減量化方法。
2. 汚泥減量化槽より抜き出したろ過水の量に対応する容量の汚泥を前記汚泥減量化槽内に注入後、曝気することを特徴とする請求項１記載の有機性余剰汚泥の減量化方法。

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