JP5140980B2 - 生物処理装置 - Google Patents

Description

本発明は生物処理装置に係り、特に、有機性汚泥、し尿、下水最初沈殿池汚泥、余剰汚泥、家畜糞尿、食品廃水等の有機性廃液を含む原水を嫌気性処理することにより減容化する嫌気性消化装置において、発生する嫌気性消化汚泥の固液分離性を改善して効率的な処理を行う嫌気性消化装置に関する。

有機性廃液を活性汚泥の存在下に好気的に生物処理する方法では、難脱水性の余剰汚泥が大量に生成する。また、嫌気性汚泥の存在下に嫌気的に処理する方法でも、大量の余剰汚泥が生成する。このような余剰汚泥の減容化のために、余剰汚泥を好気的又は嫌気的に消化する方法が行われている。このうち好気性消化では、余剰汚泥を消化槽で単純に曝気して消化し、曝気汚泥を固液分離して分離汚泥を消化槽に返送している。また、嫌気性消化では、余剰汚泥を消化槽に投入し、嫌気性細菌の作用で消化している。

このような消化方法は、好気性又は嫌気性生物の作用を利用して消化するものであるが、余剰汚泥自体生物処理を経て生物学的に安定した汚泥であるため、汚泥の減容化には限度があり、通常余剰汚泥の３５〜５０％が減容されるにすぎない。

このような点を改善するために、図２に示す如く、消化汚泥の一部をオゾン反応槽３で可溶化したのち、嫌気性消化槽１に戻すとともに、原泥の一部または全部を嫌気性消化槽１をバイパスして消化汚泥と混合し、混合汚泥を遠心分離機４で濃縮し、分離汚泥を嫌気性消化槽１に返送する方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。

この方法であれば、有機性廃液を含む原水を嫌気性処理することにより減容化する嫌気性消化装置において、消化槽内の汚泥保持量を高く保ちながら、消化汚泥に含まれる微生物菌体および難分解性の有機物残渣をオゾン処理により可溶化して再び嫌気性処理することで、汚泥の減容化がより進むとともに、汚泥の濃縮性、固液分離性を改善して効率的な処理を行うことができる。
特開２００２−３６１２９１

一般に廃水処理施設における有機性廃液の発生には、多くの場合、変動がある。従って、嫌気性消化槽内液と混合して固液分離する際には、混合液の流量や性状が安定せず、固液分離手段の運転条件を混合液の流量や性状に合わせて絶えず調整しなければ、分離性能が安定しない。また、有機性廃液の貯留槽を設けて、その流量を安定させ、一定流量の有機性廃液と嫌気性消化槽内液を混合して固液分離手段に供給した場合には、固液分離手段で分離され、返送される汚泥量を適宜調節しなければ、嫌気性消化槽内液量を一定に保つことができない。

従って、図２に示す方法を実施するに当たり、原泥の嫌気性消化槽１への投入、消化汚泥の固液分離手段２への送給および原泥の一部を嫌気性消化槽１をバイパスして固液分離手段２への送給などの制御については、図示していないポンプの流量制御や、図示していないバルブの開度調節により行われるが、バランスをとるために複雑な制御が必要であった。

本発明は、複雑な制御手段を要することなく、有機性廃液と嫌気性消化槽内液の混合液を良好に固液分離するとともに、嫌気性消化槽内液量を一定に保つことができる制御手段を備えた嫌気性消化装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、有機性廃液の貯留槽と、有機性廃液を処理する嫌気性消化槽と、有機性廃液を含む原水を該嫌気性消化槽に送給する原水送給手段と、前記嫌気性消化槽の消化液を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段に前記嫌気性消化槽の消化液を送給する消化液送給手段と、前記固液分離手段で分離された汚泥を前記嫌気性消化槽に返送する汚泥返送手段と、前記原水の一部を該嫌気性消化槽をバイパスして該嫌気性消化槽の流出液と合流させ、前記固液分離手段に送給するバイパス手段と、前記貯留槽の液位の少なくとも高位と低位を検知する貯留槽液位計と、前記嫌気性消化槽の液位の少なくとも高位と低位を検知する消化槽液位計と、前記の貯留槽液位計と消化槽液位計との液位信号を受けて、前記の原水送給手段、バイパス手段、消化液送給手段および固液分離手段の稼動／停止を制御する制御手段を設けたことを特徴とする嫌気性消化装置である。

更に、嫌気性消化槽内の消化液の一部を取り出す消化液取出手段と、消化液を可溶化処理する可溶化手段とこの可溶化手段の可溶化液を嫌気性消化槽に返送する可溶化液返送手段、更には、嫌気性消化槽から固液分離手段に送給する消化液に凝集剤を添加する手段を備えることもできる。また、固液分離手段としては遠心分離機を用いることが好ましい。

本発明において処理対象とする有機性廃液は、生物処理によって処理される、固形性有機物を多く含有する廃液である。難生物分解性の有機物、無機物、セルロース、紙、綿、ウール、布、し尿中の固形物などが含有されていてもよい。このような有機性廃液としては、下水、下水初沈汚泥、し尿、浄化槽汚泥、食品工場廃水、ビール廃酵母、その他の産業廃液、これらの廃液を処理した際に発生する余剰汚泥等の汚泥が挙げられる。

貯留槽は、滞留時間 2時間~3日程度の容量を有し、撹拌機を備えていてもよく、また、液位計を備えており、これにより、少なくとも「高」、「低」の二段階の液位を検知する。

嫌気性消化槽は液位計を備えており、これにより、少なくとも「高」、「低」の二段階の液位を検知する。有機性廃液は生物処理槽内液と混合され、生物処理が行われる。有機性廃液と嫌気性消化槽内液との混合比は、有機性廃液：嫌気性消化槽内液＝0.2〜5：１（液量比）程度である。それらの混合は、別途設けた混合槽で行ってもよいし、固液分離手段に通じる配管中で行ってもよい。

固液分離手段は貯留槽から供給される有機性廃液および嫌気性消化槽内液の混合液を固液分離し、分離液を処理液として系外に排出するとともに、濃縮された汚泥を嫌気性消化槽に返送する手段であり、遠心分離機、浮上分離装置、沈殿槽、膜分離装置、ろ過装置などを用いることができる。
固液分離手段においては、凝集剤を添加して混合液中の固形物を凝集させることによって良好な固液分離が行われ、清澄な分離液が得られる。
凝集剤としては、有機系、無機系のいずれか、またはそれら両方を用いてもよい。
固液分離手段の運転は、貯留槽および嫌気性消化槽の液位を基に、制御手段により以下のように行う。
１）貯留槽の液位「高」、かつ、嫌気性消化槽の液位「高」のとき、有機性廃液と嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を開始し、混合液を固液分離する。
分離水は系外に排出するとともに、分離された汚泥は嫌気性消化槽に返送する。
２）貯留槽の液位「高」、かつ、嫌気性消化槽の液位が「高」より低いとき、有機性廃液を直接、嫌気性消化槽に供給する。
３）１）において、嫌気性消化槽の液位「低」のとき、有機性廃液および嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を停止するとともに、有機性廃液を直接、嫌気性消化槽に供給する。
４）２）において、嫌気性消化槽の液位「高」のとき、有機性廃液と嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を開始し、混合液を固液分離する。
５）１）〜４）のいずれかにおいて、貯留槽の液位「低」のとき、有機性廃液および嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給、または、有機性廃液の嫌気性消化槽への供給を停止する。

以下に図面を参照して、本発明の態様について説明する。

図１は本発明の嫌気性消化装置の実施の形態を示す系統図の一例である。図１において、図２に示す部材と同様の機能を奏する部材には同一符号を付してある。４は遠心分離機であり、１４は汚泥返送路であり、１７は有機性廃液（以下「原水」または「原泥」と呼ぶことがある。）を嫌気性消化槽１をバイパスして汚泥移送路１２内の消化液（以下「消化汚泥」と呼ぶことがある。）に混合する原泥バイパス路であり、１８は汚泥移送路１２の消化汚泥に凝集剤（ポリマー）を注入する配管である。Ｔは原水の貯留槽であり、ＬＳ１は貯留槽の液位計であり、Ｐ１は原水送給手段としてのポンプであり、ＬＳ２は、嫌気性消化槽１の液位計であり、Ｐ２は消化液送給手段としてのポンプであり、Ｃは制御装置である。

原泥は、貯留槽Ｔに貯留され、ポンプＰ１により原泥供給路１１、バルブＶ１を経て嫌気性消化槽１に導入される。貯留槽Ｔには、レベルスイッチＬＳ１が設けられ、高液位Ｈと低液位Ｌとを検知し、検知信号を制御手段Ｃに送る。制御手段Ｃは、レベルスイッチＬＳ１の液位検知信号によりポンプＰ１の稼動／停止を制御する。

嫌気性消化槽１では、原泥は、後述の遠心分離機４から返送される濃縮汚泥と混合され、撹拌機などによる撹拌下、メタン発酵処理が行われる。このメタン発酵処理により、汚泥中の有機物は酸生成菌及びメタン生成菌により分解される。このメタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガスは図示しないガス取出路より系外へ排出される。

嫌気性消化槽１には、レベルスイッチＬＳ２が設けられ、高液位Ｈと低液位Ｌとを検知し、検知信号を制御手段Ｃに送る。制御手段Ｃは、レベルスイッチＬＳ１の液位検知信号によりポンプＰ２の稼動／停止を制御する。

この嫌気性消化槽１からは、ポンプＰ２により汚泥移送路１２を経て消化汚泥の一部が取り出され、原泥バイパス路１７からの原泥と混合され、また、配管１８より凝集剤（ポリマー）が添加された後、遠心分離機４に送給され、濃縮される。ポンプＰ２が稼動している間は、制御手段Ｃは、遠心分離機４を稼動させる。その際、原泥の一部はバルブＶ２を経て原泥バイパス路１７より嫌気性消化槽１をバイパスして、後段の汚泥移送路１２に送給される。遠心分離機４の濃縮汚泥は、汚泥返送路１４より嫌気性消化槽１に戻される。

この濃縮汚泥の一部は必要に応じて余剰汚泥として図示しない余剰汚泥排出路より系外へ排出される。この遠心分離機４の分離水は処理水排出路１３より系外へ排出され、活性汚泥処理等の任意の方法で処理される。

汚泥移送路１２の消化汚泥の一部は、図２に示す従来法と同様に、汚泥引抜路１５を経てオゾン反応槽３に送給され、オゾン処理により可溶化することもできる。その際、オゾン反応槽３の可溶化液は可溶化液返送路１６より嫌気性消化槽１に返送される。メタン発酵処理した消化汚泥を可溶化して再度メタン発酵することにより、系外へ排出される余剰汚泥量を低減することができる。

また、嫌気性消化槽１の消化汚泥を抜き出し、遠心分離機４で濃縮し、濃縮汚泥を嫌気性消化槽１に返送して汚泥を濃縮することにより、消化槽内の汚泥保持量を高く維持し、汚泥の減容化効率を向上させることができる。更に、この濃縮に当たり、カチオン性ポリマーなどの凝集剤を添加することにより、汚泥の凝集性を高め、濃縮効率を高めることができる。

しかして、本発明では、この消化汚泥の濃縮に当たり、原泥を混合することにより、汚泥の濃縮性、固液分離性を改善し、凝集剤の必要添加量を低減した上で遠心分離機４における消化汚泥の処理量を少なくすることができる。その際、制御手段Ｃは、原水送給手段、バイパス手段、消化液送給手段および固液分離手段の稼動／停止を制御するが、制御手段Ｃの各機器への動作指令は、次表のとおりである。

注）表１中、○は「稼動」又は「開」を表わし、−は「停止」または「閉」を表わす。また、（Ｌ未満→）は液位がＬ未満の位置からの変化を表わし、（Ｈ以上→）は液位がＨ以上からの変化を表わす。

表１からわかるように、貯留槽ＴのレベルスイッチＬＳ１が液位Ｌ未満のときは、ポンプＰ１、ポンプＰ２、バルブＶ１、バルブＶ２および固液分離手段のすべての機器は稼動／開の状態とはなっていない。そして、レベルスイッチＬＳ１が液位Ｌ以上になっても液位Ｈになるまでは同様に上記すべての機器を稼動／開の状態とはしない。原水が貯留槽Ｔに投入され、液位が上昇し、液位H以上になると、少なくともポンプＰ１を稼動する。

その際、レベルスイッチＬS１が液位Ｈ以上であって、嫌気性消化槽１のレベルスイッチＬＳ２が液位Ｈ以上の場合は、ポンプＰ１、ポンプＰ２、バルブＶ２および固液分離手段の機器を稼動／開の状態とし、かつバルブＶ１を閉として嫌気性消化槽１への原水導入を停止して、原水と消化汚泥の混合液に対して固液分離を行う。これは、レベルスイッチＬＳ２の液位が低下してＬ未満になるまで継続される。レベルスイッチＬＳ２が液位Ｌ未満になると、ポンプ２を停止し、かつバルブＶ２を閉とし、固液分離手段を停止し、バルブＶ１を開として嫌気性消化槽１へ原水を供給する。これは、レベルスイッチＬＳ２の液位が上昇して液位Ｈ以上になるまで継続される。レベルスイッチＬＳ２が液位Ｈ以上になると、ポンプ２が稼動し、かつバルブＶ２も開とし、固液分離手段を稼動し、バルブＶ１を閉として嫌気性消化槽１への原水供給を停止する。

貯留槽ＴのレベルスイッチＬＳ１が液位Ｈ以上から出発して、液位Ｌ以上Ｈ未満の場合であって、嫌気性消化槽１のレベルスイッチＬＳ２が液位Ｌ未満の場合は、ポンプＰ１を稼動し、バルブＶ１を開として嫌気性消化槽１へ原水を供給し、ポンプＰ２を停止、バルブＶ２を閉、固液分離手段を停止状態とする。これは、レベルスイッチＬＳ２の液位が上昇して液位Ｈ以上になるまで継続される。

以上のとおり、本発明では、複雑なポンプ流量調節やバルブ開度調節を行う代わりに、ポンプＰ１、ポンプＰ２、バルブＶ１、バルブＶ２および固液分離手段の稼動／停止または開／閉をレベルスイッチＬＳ１およびＬＳ２の液位信号に基づき、制御手段Ｃで行うため、制御が容易である。

前述のとおり図１は本発明の嫌気性消化装置の実施の形態を示す系統図の一例であって、本発明は何ら図示の装置に限定されるものではない。

例えば、消化汚泥の固液分離手段として遠心分離機を採用しているが、その他、沈殿槽や膜分離装置等の固液分離手段を採用することができる。ただし、汚泥の濃縮効率の面からは遠心分離機を採用するのが好ましい。

また、嫌気性消化槽１の消化汚泥を可溶化して嫌気性消化槽に戻して消化を促進するために、可溶化手段を付設することができる。消化汚泥の可溶化手段としては、オゾン処理のほかに、過酸化水素等の酸化力の強い酸化剤による可溶化手段、その他物理的処理、化学的処理、熱的処理のいずれであっても良い。遠心分離機４の濃縮汚泥に対してこの可溶化処理を行って嫌気性消化槽１に戻すようにしても良い。

本発明において、嫌気性消化槽１をバイパスして消化汚泥と共に固液分離する場合の原泥の割合は、原泥の性状や装置の運転条件、要求される濃縮特性等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、流入原泥量の１／２〜１／１を分取して消化汚泥と共に固液分離手段に送給できるように、バルブＶ１およびバルブＶ２の大きさを選択する。また、この場合において、ポリマーの添加量は消化汚泥および／または原泥との合計（遠心分離機４に導入される汚泥量）に対して０．２〜１．０重量％程度とするのが好ましい。

このようにして、消化汚泥、原泥または両者の混合物を固液分離することにより濃縮され、嫌気性消化槽１に返送される汚泥は、その固形分濃度が低過ぎると濃縮汚泥を返送することによる処理効率の向上効果を十分に得ることができず、高過ぎると消化槽内で汚泥が分散しにくくなるため、この濃縮汚泥の固形分濃度は７〜１５％程度とすることが好ましい。従って、このような固形分濃度の濃縮汚泥を得るために、必要に応じて遠心分離機４からの分離水を取り出す処理水排出路１３に分離水の返送路１９を設け、分離水の一部を汚泥返送路１４に送給して濃縮汚泥の濃度調整を行うようにしても良い。

このような本発明の嫌気性消化装置は、有機性汚泥、し尿、下水最初沈殿池汚泥、余剰汚泥、家畜糞尿、食品排水等、或いはこれらを混合した混合汚泥等の処理に好適である。

以上

本発明の嫌気性消化装置の実施の形態を示す系統図である。 従来法を示す系統図である。

符号の説明

１ 嫌気性消化槽
３ オゾン反応槽
４ 遠心分離機
１２ 汚泥移送路
１４ 汚泥返送路
１５ 汚泥引抜路
１６ 可溶化液返送路
１７ 原泥バイパス路
１８ ポリマー注入配管
Ｃ 制御手段
ＬＳ１ 貯留槽の液位計
ＬＳ２ 嫌気性消化槽の液位計
Ｖ１、Ｖ２ バルブ
Ｔ 原水の貯留槽

Claims (1)

1. 有機性廃液の貯留槽と、有機性廃液を処理する嫌気性消化槽と、有機性廃液を含む原水を該嫌気性消化槽に送給する原水送給手段と、前記嫌気性消化槽の処理液を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段に前記嫌気性消化槽の処理液を送給する処理液送給手段と、前記固液分離手段で分離された汚泥を前記嫌気性消化槽に返送する汚泥返送手段と、前記原水の一部を該嫌気性消化槽をバイパスして該嫌気性消化槽の流出液と合流させ、前記固液分離手段に送給するバイパス手段と、前記貯留槽の液位の少なくとも高位と低位を検知する貯留槽液位計と、前記嫌気性消化槽の液位の少なくとも高位と低位を検知する嫌気性消化槽液位計と、前記の貯留槽液位計と嫌気性消化槽液位計との液位信号を受けて、前記の原水送給手段、処理液送給手段および固液分離手段の稼動／停止を制御する制御手段を設け、該制御手段は、以下の動作により前記の原水送給手段、処理液送給手段および固液分離手段の稼動／停止を制御することを特徴とする嫌気性消化装置。
   １）貯留槽の液位「高」、かつ、嫌気性消化槽の液位「高」のとき、有機性廃液と嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を開始し、混合液を固液分離する。分離水は系外に排出するとともに、分離された汚泥は嫌気性消化槽に返送する。
   ２）貯留槽の液位「高」、かつ、嫌気性消化槽の液位が「高」より低いとき、有機性廃液を直接、嫌気性消化槽に供給する。
   ３）１）において、嫌気性消化槽の液位「低」のとき、有機性廃液および嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を停止するとともに、有機性廃液を直接、嫌気性消化槽に供給する。
   ４）２）において、嫌気性消化槽の液位「高」のとき、有機性廃液と嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給を開始し、混合液を固液分離する。
   ５）１）〜４）のいずれかにおいて、貯留槽の液位「低」のとき、有機性廃液および嫌気性消化槽内液の固液分離手段への供給、または、有機性廃液の嫌気性消化槽への供給を停止する。
   
   

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