JP5015185B2 - 活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法に関する。
従来、有機性排水を処理する最も有効なものとして活性汚泥処理が知られている。この活性汚泥処理にも種々のものがあるが、中でも以下の特許文献１記載されているように、曝気槽と沈殿槽を組み合わせ、有機性排水を曝気槽で曝気処理し、この曝気槽から汚泥を含む処理水を沈殿槽に導入して沈降分離し、沈降汚泥を返送汚泥として曝気槽に返送する標準活性汚泥処理が、適用範囲の広さと、処理水質の良さで、最も多用されている。
しかしながら、上記活性汚泥処理にあっては、（１）微生物が有機物を分解した結果として多量の余剰汚泥が発生すること、（２）沈殿槽で汚泥と処理水が分離し難くなるバルキング現象が起きやすいこと、（３）有機性排水中に窒素化合物、硫黄化合物等があると、悪臭が発生しやすくなること、等の問題を抱えている。
ここで、汚泥が有機性排水中の有機物を分解するとき菌体合成する割合は、汚泥中の細菌の種類によって変化することが知られているが、土壌菌の一種であるバチルス菌類は特に菌体合成の割合が少ないと言われている。これは、バチルス菌は、有機物を、菌体合成よりもエネルギー代謝により多く消費するためと理解されているが、さらに、バチルス菌には、一般に、他の細菌に対する抗菌作用や溶菌作用があり、バチルス菌の優勢な活性汚泥中では余剰汚泥が大幅に減少すると言われている。
また、バチルス菌が優勢な活性汚泥では、バルキング現象が起き難い上に、悪臭物質の発生も極めて少ないと言われている。
このように、活性汚泥処理の中でバチルス菌が優勢になると上記利点があることは、知られていることではあるが、活性汚泥処理において如何にすればバチルス菌が優勢になるかは未だ解明されていないため、上記利点を享受することはできない。
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、余剰汚泥を低減できると共に、バルキング現象及び悪臭を防止できる活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法を提供することを目的とする。
ここで、バチルス菌類は、土壌菌の一種でどんな活性汚泥処理装置にも存在するが、一般にはあまり他の細菌より優勢ではない。これは、活性汚泥を構成する一般の好気性微生物に比べ増殖速度が遅いためだと思われる。また、バチルス菌類は総称でバチルス属の多種の菌を言うが、共通の性質として生活環境の悪化に対して芽胞（又は胞子）を形成して身を守るという特性がある。そして、芽胞状態では細胞活動は停止しているが、環境が好転すると、再び発芽して栄養細胞となり、有機物の分解代謝、増殖活動を再開する。この発芽する瞬間に強力な蛋白分解酵素や抗菌性物質を排出して他の一般細菌を殺したり、不活性になった細菌の蛋白質を分解すると言われている。
このようなバチルス菌の性質に鑑み、本発明者はバチルス菌が確実且つ長期に亘って優勢となる活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法を見出した。
すなわち、本発明による活性汚泥処理装置は、有機性排水を曝気処理する曝気槽と、曝気槽から汚泥を含む処理水を導入し固液分離する固液分離手段と、固液分離手段で分離された汚泥を返送汚泥として曝気槽又は当該曝気槽より上流に返送する汚泥返送ラインと、を具備した活性汚泥処理装置において、固液分離手段により固液分離された返送汚泥を冷却する冷却手段を備えたことを特徴としている。
また、本発明による活性汚泥処理方法は、有機性排水を曝気槽で曝気処理し、曝気槽から汚泥を含む処理水を固液分離手段に導入して固液分離し、固液分離手段で分離した汚泥を返送汚泥として汚泥返送ラインを介して曝気槽又は当該曝気槽より上流に返送する活性汚泥処理方法において、固液分離手段により固液分離された返送汚泥を冷却手段により冷却することを特徴としている。
このような本発明によれば、有機性排水は曝気槽で曝気処理され、この曝気槽から汚泥を含む処理水が固液分離手段に導入されて固液分離され、この固液分離手段で分離された汚泥が、汚泥返送ラインを介して曝気槽又は当該曝気槽より上流に連続して返送されるにあたって、冷却手段により冷却される。このように返送汚泥が冷却されるため、バチルス菌は、このような生活環境の悪化に対して芽胞を形成し身を守ろうとする一方で、他の一般細菌は著しく活性が低下する。この状態で汚泥は曝気槽に返送されるため、当該曝気槽において栄養分と酸素が与えられる結果、バチルス菌が発芽し、この発芽する瞬間に強力な蛋白分解酵素や抗菌性物質を排出することで他の一般細菌を攻撃すると同時に、不活性になった細菌の蛋白質を分解する。そして、このように固液分離された汚泥が冷却されてから曝気槽に返送されるという一連の処理が連続して繰り返されることによって、徐々にバチルス菌が選択培養されて優勢になっていく。斯くの如く、バチルス菌が確実且つ長期に亘って優勢となるため、余剰汚泥を低減できると共に、バルキング現象及び悪臭を防止できるようになる。
ここで、上記作用を好適に奏する構成としては、具体的には、冷却手段は、返送汚泥を冷却する熱交換器と、熱交換器で冷却された返送汚泥を一定時間冷却する冷却水槽と、を有する構成が挙げられる。
また、冷却手段による返送汚泥に対する冷却の前に、当該返送汚泥を濃縮する濃縮手段を有しているのが好ましい。このような構成を採用した場合、返送汚泥の濃縮により、同伴する水量が大幅に減少し、冷却に必要なエネルギー消費量を大幅に低減できる。
このように本発明によれば、余剰汚泥を低減できると共に、バルキング現象及び悪臭を防止できる活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法を提供できる。
以下、本発明による活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る活性汚泥処理装置を示す構成図である。
図１に示すように、活性汚泥処理装置１００は、有機性排水導入ラインＬ１を介して有機性排水を曝気槽１に導入し曝気処理することで活性汚泥（好気性微生物）により有機物を分解し、水、炭酸ガス、硫酸塩、硝酸塩等の安定物質を生成すると共に汚泥を増殖させ、この曝気槽１から汚泥を含む処理水を固液分離手段２に導入し、当該固液分離手段２で汚泥と処理水とに固液分離して、分離処理水を取り出す一方で、分離汚泥は返送汚泥として曝気槽１に戻すべく汚泥返送ラインＬ２を介して有機性排水導入ラインＬ１に連続して返送し、分離汚泥の一部は余剰汚泥として外部に排出するように構成されている。なお、固液分離手段２は、ここでは、沈殿槽とされ、分離処理水を上澄みとし、分離汚泥を沈降汚泥としているが、固液分離できれば、例えば、膜分離装置や遠心分離装置等であっても良い。
ここで、特に本実施形態にあっては、返送汚泥の一部を冷却するための冷却手段３を備えている。具体的には、汚泥返送ラインＬ２から分岐して合流する汚泥返送ラインＬ３が設けられ、この汚泥返送ラインＬ３に、冷却手段３が設けられている。
冷却手段３は、ここでは、汚泥返送ラインＬ３を流れる返送汚泥を所定温度に冷却する熱交換器４と、この熱交換器４で冷却された返送汚泥を所定温度に一定時間維持する冷却水槽５と、を有する構成とされている。そして、ここでは、返送汚泥を、５〜３０分間、１〜１０°Ｃに冷却・維持する。
このように返送汚泥が冷却されると、バチルス菌は、生活環境の悪化（冷却）に対して芽胞を形成し身を守ろうとする一方で、他の一般細菌は著しく活性が低下する。この状態で汚泥は曝気槽１に返送されるため、当該曝気槽１において栄養分と酸素が与えられる結果、バチルス菌が発芽し、この発芽する瞬間に強力な蛋白分解酵素や抗菌性物質を排出することで他の一般細菌を攻撃すると同時に、不活性になった細菌の蛋白質を分解する。そして、このように固液分離された汚泥が冷却されてから曝気槽１に返送されるという一連の処理が連続して繰り返されることによって、徐々にバチルス菌が選択培養されて優勢になっていく。
但し、増殖速度の違いがあるため、全てバチルス菌になるのではなく、一般細菌も存在する中でバチルス菌が優勢になる。有機性排水の処理という観点からは多種類の菌群が共存することが望ましいとも言える。
このように、本実施形態によれば、固液分離手段２から曝気槽１への返送汚泥が、冷却手段３により冷却されるため、バチルス菌が確実且つ長期に亘って優勢となり、その結果、余剰汚泥を低減できると共に、バルキング現象及び悪臭を防止できる。
なお、冷却温度ごとに、バチルス菌の芽胞形成菌数の経時変化を示したのが図２であり、図２中の三角印は１°Ｃの場合を、丸印は５°Ｃの場合を、四角印は１０°Ｃの場合をそれぞれ示している。図２に示すように、バチルス菌は温度が低いほど、冷却時間（その冷却温度で維持する時間）が長いほど、速やかに芽胞を形成するのが分かる。
図３は、本発明の第二実施形態に係る活性汚泥処理装置を示す構成図である。
この第二実施形態の活性汚泥処理装置２００が、第一実施形態の活性汚泥処理装置１００と違う点は、汚泥返送ラインＬ３の冷却手段３より上流位置に、返送汚泥を濃縮する濃縮手段６を設けた点である。
濃縮手段６は、ここでは、沈殿により汚泥を濃縮する濃縮槽とされているが、返送汚泥を濃縮できれば、例えば、膜分離装置や遠心分離装置等であっても良い。
このような第二実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、冷却手段３による返送汚泥に対する冷却の前に、当該返送汚泥を濃縮する濃縮手段６を設けているため、返送汚泥の濃縮により、同伴する水量が大幅に減少することになり、その結果、冷却に必要なエネルギー消費量を大幅に低減することができる。
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、返送汚泥を曝気槽１より上流の有機性排水導入ラインＬ１に返送するようにしているが、曝気槽１に直接返送するようにしても勿論良い。
また、返送汚泥を冷却する冷却手段３は、冷却水によるものや、Ｎ２ガス冷却によるものであって良い。
また、上記実施形態においては、汚泥返送ラインＬ２から分岐した汚泥返送ラインＬ３に冷却手段３を設け、返送汚泥の一部を冷却するようにしているが、返送汚泥の全部を冷却するようにしても勿論良い。また、同様に、返送汚泥の一部だけではなく全部を濃縮するようにしても良い。
なお、活性汚泥を長期間冷却しておくと、一般細菌のみならず、バチルス菌の芽胞形成にも影響があり、本発明の作用効果を奏さず、本発明の範囲から外れることはいうまでもない。
以下、上記効果を確認すべく本発明者が実施した実施例１、比較例１について述べる。
（実施例１）
図１に示した活性汚泥処理装置（曝気槽と沈殿槽を用いる標準活性汚泥処理装置）１００を用い、活性汚泥処理を行った。有機性排水は、水量５０ｍ３／日、ＢＯＤ１５０ｍｇ／Ｌの生活廃水を用いた。曝気槽の容量は２５ｍ３、沈殿槽の容量は２５ｍ３とした。返送汚泥は、約５°Ｃに冷却し、当該温度で３０分間維持した後、曝気槽に返送した。３ヶ月後に曝気槽の一般細菌数とバチルス菌数を測定した。
図１に示した活性汚泥処理装置（曝気槽と沈殿槽を用いる標準活性汚泥処理装置）１００を用い、活性汚泥処理を行った。有機性排水は、水量５０ｍ３／日、ＢＯＤ１５０ｍｇ／Ｌの生活廃水を用いた。曝気槽の容量は２５ｍ３、沈殿槽の容量は２５ｍ３とした。返送汚泥は、約５°Ｃに冷却し、当該温度で３０分間維持した後、曝気槽に返送した。３ヶ月後に曝気槽の一般細菌数とバチルス菌数を測定した。
（比較例１）
返送汚泥を冷却しない点以外は実施例１と同様とした。
返送汚泥を冷却しない点以外は実施例１と同様とした。
その結果を図４に示す。図４中の白抜きは一般細菌数を、斜線はバチルス菌数をそれぞれ示すものであり、図示左より右に向かって、流入水の一般細菌数及びバチルス菌数、比較例１の一般細菌数及びバチルス菌数、実施例１の一般細菌数及びバチルス菌数がそれぞれ示されている。
図４に示すように、比較例１では、一般細菌がバチルス菌より優勢であったが、実施例１では、これが逆転し、バチルス菌が一般細菌より優勢になっているのが分かる。なお、試験期間が短く汚泥の減容率は正確には測定できなかったが、汚泥は約５０〜８０％減少していた。また、生活廃水処理特有の臭いが全くしなくなった。これも、バチルス菌が優勢になった効果と推定される。
１…曝気槽、２…固液分離手段、３…冷却手段、４…熱交換器、５…冷却水槽、６…濃縮手段、１００，２００…活性汚泥処理装置、Ｌ１…有機性排水導入ライン、Ｌ２，Ｌ３…汚泥返送ライン。
Claims (4)
- 有機性排水を曝気処理する曝気槽と、前記曝気槽から汚泥を含む処理水を導入し固液分離する固液分離手段と、前記固液分離手段で分離された汚泥を返送汚泥として前記曝気槽又は当該曝気槽より上流に返送する汚泥返送ラインと、を具備した活性汚泥処理装置において、
前記固液分離手段により固液分離された前記返送汚泥を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする活性汚泥処理装置。 - 前記冷却手段は、
前記返送汚泥を冷却する熱交換器と、
前記熱交換器で冷却された返送汚泥を一定時間冷却する冷却水槽と、を有することを特徴とする請求項１記載の活性汚泥処理装置。 - 前記冷却手段による前記返送汚泥に対する冷却の前に、当該返送汚泥を濃縮する濃縮手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の活性汚泥処理装置。
- 有機性排水を曝気槽で曝気処理し、前記曝気槽から汚泥を含む処理水を固液分離手段に導入して固液分離し、前記固液分離手段で分離した汚泥を返送汚泥として汚泥返送ラインを介して前記曝気槽又は当該曝気槽より上流に返送する活性汚泥処理方法において、
前記固液分離手段により固液分離された前記返送汚泥を冷却手段により冷却することを特徴とする活性汚泥処理方法。
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