JPH0199696A - 汚泥処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、都市下水、産業廃水、生活排水等に施される
、所謂活性汚泥法による汚水処理工程から発生する最初
沈澱池汚泥、余剰汚泥等の生汚泥に嫌気性消化を施して
可溶化する方法に関する。

（従来の技術） 都市下水設備整備の伸展、急速な産業の発達、人口の稠
密化に伴ない増大する工場廃水、生活排水等による環境
汚染防止のため、下水・廃水等の処理設備は連年増加の
一途を辿っている。このような汚水処理は、所謂活性汚
泥法が主流をなしており、この工程で多量に発生する最
初沈澱池汚泥、余剰汚泥等の生汚泥の処理問題が近時注
目を浴びてきた。

従来採用されてきた生ｌη泥処理方法は、直接脱水をし
てコンポスト化または焼却処分する方法と、嫌気性消化
を施したのち脱水・処分する方法とに大別され、前者が
一般化されていた。しかしながら固形分の多い直接脱水
汚泥の燃焼には厖大な熱エネルギーが消費されるため、
石油エネルギー危機が叫ばれて以来、省エネルギー型で
しかも有効活用可能性の見込まれるメタンガスを生成す
る嫌気性消化法が見回されるに至った。

ところが、上記嫌気性消化法は省エネ型である反面、長
大な処理時間を要するため設備が大型化するとともに大
きい設置空間を占めるという問題点が付帯する。かかる
問題点を解消せんがため消化効率の向上に多くの研究努
力が指向され、生汚泥に対し熱処理または超音波処理を
施すことにより成程度の消化ガス発生率増加が達成され
たことが既に報告されている（三菱重工技法第８巻、第
４号、１９８１年）。しかしながら、この報告に見られ
るような１００°Ｃを越える高温処理は加圧下で行なわ
ねばならず複雑・高価な装置を必要とする不利があり、
また超音波処理によっても僅か１割程度の効率改善が達
成されたに過ぎない。さらに難分解性の汚泥細菌や有機
物質を分解するために酵素の作用を利用することも提案
されているが、さほどの著効を奏するに至らない現状に
ある。

例えば、特開昭５５−１５５７７８号公報にはセルラー
ゼを利用した嫌気的分解処理方法が開示されている。し
かしながら、これは特に難分解性のセルローズを含有す
る有機廃棄物の分解消化を達成せんとするもので、総有
機質固形分の可溶化率向上には顕著な効果は依然として
認められていない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の問題点に鑑み、本発明者は最初沈澱池汚泥、余剰
汚泥等の生汚泥の嫌気性消化法について鋭意研究の結果
、嫌気性消化に先立って生汚泥に適宜な前処理を施すこ
とにより、有機質固形分の可溶化率を大幅に向上するこ
とに成功し本発明を完成したものである。

本発明の主要な目的は、生汚泥を嫌気性条件下で消化す
る際の消化効率を増大せしめるにある。

他の重要な目的は、生汚泥の嫌気性消化設備の小型化と
簡素化とを実現するにある。

さらに他の目的は、消化汚泥より生ずるケーキ量を減少
し、ケーキの処分経費を低減せしめんとするにある。

また別の目的は嫌気性消化工程におけるメタンガスの生
成量を増大せしめ、その有効利用を図らんとするもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的は、活性汚泥法による汚水処理工程において
発生する生汚泥に嫌気性消化を施して可溶化するに際し
、該嫌気性消化に先立って生汚泥中の固形分を微粒化し
、次いで該微粒化汚泥に有。

機高分子物質分解酵素を作用せしめることを特徴とする
汚泥処理方法によって達成される。

かかる本発明方法においては、上記微粒化によって固形
分の平均粒径を好ましくは約４０μｍ以下、更に好まし
くは約１０μｍ以下、最も好ましくは約１μｍ以下とな
す。

微粒化は物理的細粒化手段、例えば好ましくは機械的摩
擦砕、更に好ましくは超音波処理によることがよい。

また微粒化は加熱によっても好適に行なわれ、特に生汚
泥の常圧下における沸点未満の温度で行なうことが好ま
しい。

微粒化汚泥に作用せしめる有機高分子物質分解酵素の中
で、本発明方法にとって最も重要なものはプロテアーゼ
であり、その場合、後続の嫌気性消化は約３０〜４０°
Ｃの温度、または約５０〜７０°Ｃの温度条件で行なう
ことが望ましい。

本発明方法を適用する生汚泥としては余剰汚泥が最も効
果的である。

以下、本発明方法の構成並びに態様をさらに詳述する。

本発明方法を適用する対象物は、都市下水、産業廃水等
の活性汚泥法による汚水処理工程において、主として最
初沈澱池槽から発生する最初沈澱池汚泥および、曝気槽
に続く沈殿槽から発生する余剰汚泥を含む。これらの生
汚泥は、元来汚水に含まれる未分解の有機高分子物質お
よび増殖したバクテリアを主体とする菌体などの有機質
固形分ならびにその代謝物を主として含有する。本発明
方法は最初沈澱池汚泥と余剰汚泥とを別個にまたは組合
わせて処理することもできるが、余剰汚泥のみよりなる
生汚泥は、より効果的に処理される。

また本発明方法に先立って遠心分離等適宜な手段によっ
て濃縮してもよい。

かかる生汚泥はまず、その中に浮遊懸濁する、平均粒径
が通常５０μｍを越える固形分を、微粒化処理に付して
、平均粒径約４０μｍ以下、好ましくは約１０μｍ以下
、更に好ましくは約１μｍ以下となす。微粒化処理は物
理的、すなわち例えばコロイドミルなどを用いて機械的
に行なうことができ、さらに超音波を利用して１μｍ以
下のコロイド状分散質となるまで微粒化すれば最良の結
果を得ることができる。また適宜好ましくは常圧下で加
熱することにより、菌体を死滅させると共にその凝集塊
を崩壊してゾル状に微細分散せしめることも有効である
。この場合、汚泥の常圧における沸点を超えて加熱する
ことは熱動力の過剰消費の割に、さほど効果が増進せず
、また加圧を必要とするため経済的に得策ではなく好ま
しくない。

これらの微粒化手段は互いに適宜組合わせて併用するこ
ともできる。

上記の微粒化された生汚泥は次いで酵素処理槽中に導入
され、該槽中で、有機高分子物質分解酵素、例えばプロ
テアーゼ、リゾチーム、セルラーゼ、アミラーゼなどを
それに適量添加する。生汚泥中には増殖菌体を構成する
難分解性の蛋白質が多量に含まれるため、プロテアーゼ
を添加することは、本発明方法の最大の効果を奏する上
で最も好適である。

また汚泥に含まれるその他の有機高分子物質の種類に応
じて、例えばセルラーゼ、アミラーゼなどを併用するこ
ともよい。

酵素の添加量は処理汚泥の性状によって変動するが、通
常その処理液中の有機質固形分重量に対し少なくとも０
．１％程度が好ましい。添加量の上限は経済的見地から
適宜に定めるべきであろう。

酵素処理槽中で酵素を添加された汚泥は、撹拌下、約４
０″Ｃで通常約３０分乃至１時間反応させ酵素を作用せ
しめる。

このようにして微粒化と酵素処理とよりなる前処理を施
された汚泥は、次いで消化槽へ送入され、嫌気性条件下
に消化される。嫌気性消化条件は従来公知の条件と略々
同様でよく、通常の一槽消化を行なう場合では、ｐＨ６
〜８を維持して行なわれるが、本発明方法による前処理
を施した場合、中温領域で消化を行なわせる時は、反応
温度は、３０〜４０°Ｃが好ましく、また高温領域で行
なう際には、５０〜７０″Ｃが好ましく、より好ましく
は５０〜６０°Ｃであることが実験的に確がめられた。

上記の説明において、前処理として行なった酵素処理は
、酵素を直接嫌気性消化槽へ添加して行なうことも成程
度可能である。しかしながら、消化槽の容量が大である
こと、および嫌気性環境の複雑な生化学系における酵素
の作用活性等を考慮すれば、消化処理に先立って行なう
ことが最も好ましい。

本発明方法は回分式でもまた連続式でも実施することが
できる。

（作　用） 次いで上記構成になる本発明方法の作用を添付図面を参
照し、実施例について述べる。　・本発明方法における
微粒化工程において、有機質固形分はその反応表面積が
著しく増大すると共に難分解性の菌体やセルローズフィ
ブリルは可成りの程度破壊し活性化されるものと思われ
る。特に超音波処理の表面積増大並びに活性化作用は格
別大である。

第１図は余剰汚泥を無処理のまま、および各種前処理を
行なった後に、嫌気性消化に付した場合の、それぞれの
可溶化率を示すグラフである。ここにいう可溶化率は、
次式によって算出される。

可溶化率（％） 生汚泥有機固形分（ｇ）−消化後有機固形分（ｇ）生汚
泥有機固形分（ｇ） ×１００ 同図において、前処理を行なわない場合の可溶化率は３
４％を示し、微粒化処理をした後、直接嫌気性消化した
ものは、可溶化率が４８％および５１％となり、前処理
なしのものに対して約４０％の向上率を示す。また、前
処理として微粒化を行なわずに酵素処理（プロテアーゼ
処理）のみを行なったものの可溶化率の改善は殆ど認め
られなかった。ところが驚くべきことには、前処理とし
て微粒化処理と酵素処理とを組合わせた場合には、可溶
化率の向上率にして８８〜１００％という顕著な改善が
達成される。すなわち、微粒化工程のみによる可溶化率
の向上率が、酵素処理の併用によって一挙に倍以上に達
するという全く予期しない相乗作用が現れることが確認
された。このような相乗作用の機作は充分に明らかでは
ないが、微粒化処理によって著しく増大した有機質固形
分の表面積は、作用面積の増大をもたらし、そこに酵素
が効果的に作用して、難溶解性の有機物の溶解が始まり
、溶解しないまでも頗る活性化した状態となり、後火の
消化工程における溶菌性微生物または酵素などの分解作
用が極めて容易化されるものと考えられる。

（実施例） 次に上記作用を実証する実施例について述べる。

以下の実施例において汚泥中固形分の平均粒径は次のよ
うにして測定した。

枚方型、大塚電子■製、レーザー粒径解析システムＬＰ
Ａ−３０００／３１００を用い、動的光散乱法および自
然沈降法によって測定した。

実施例１ 生汚泥として、下水処理場より採取した下記性状の余剰
汚泥を用いた。

懸濁固形分（Ｓ　Ｓ　）　　　　　　　１２０００　　
　ｐｐｍ有機質懸濁固形分（ＶＳＳ）　　　　９１００
　　　ｐｐｍ５Ｓ平均粒径　　　　　　　　　　５４　
　　μｍｐ）（７，０３ 上記生汚泥をスーパーマスコロイダ−ＭＫ　ＺＡｌｏ（
埼玉県用口市、増幸産業株式会社製、コロイドミル）を
用いて微粒化した。スーパーマスコロイダーのグライン
ダーの間隔を調整することにより、平均粒径３２μｍの
試料番号１と平均粒径９μｍの試料番号２とを調製した
。これらの各試料のそれぞれ２００　ｍｌを磁気撹拌子
を有する３００ｍ１ｌ容丸底フラスコ中に装入し、中性
プロテアーゼ（長瀬生化学工業社製、商品名、ニュート
ラルプロテアーゼ、１０ＸＩ　Ｏ’　ＰＵＮ／ｇ）を０
．２ｇ加えて４０°Ｃで３０分間可溶化反応させた。

次いで反応終了液を撹拌器付、ガラス製５００ｍ！消化
槽中に移し入れ、さらに下水処理場の常温嫌気性消化槽
より採取した下記性質の消化汚泥を種菌として等量添加
した後、撹拌速度６０ｒｐｍで撹拌しつつ、３５°Ｃに
保持して７日間消化し前記試料番号１および２よりそれ
ぞれ消化液番号ＩＡおよび２Ａを得た。

種菌性状： Ｓ　Ｓ　　　　　２５６００　ｐｐｍ Ｖ　Ｓ　Ｓ　　　　１６５００　ｐｐｍｐＨ６，８４ 実施例２ 微粒化工程を■トミー精工製、超音波発生装置ＵＲ−２
００Ｐを用い出力２００Ｗ、周波数２０ｋＨｚの超音波
による３０分間の処理とする以外は上記実施例１と同様
にして、消化液番号３Ａを得た。

比較例１ 実施例１に用いた生汚泥を前処理を施すことなく、直接
消化槽に投入し、実施例１と同様の条件で嫌気性消化を
行ない消化液番号ＯＢを得た。

比較例２ 微粒化処理を行なわない他は実施例と同様にして消化液
番号ＥＢを得た。

比較例３ プロテアーゼによる可溶化反応を行なわない他は実施例
１と同様にして消化液番号ＩＢおよび２Ｂを得た。

比較例４ プロテアーゼによる可溶化反応を行なわない他は実施例
２と同様にして消化液番号３Ｂを得た。

上記各実施例および比較例で取得した消化液についてそ
れぞれ可溶化率を算出した値を下表に示す。また前処理
を全く施さなかった試料番号ＯＢの可溶化率に対する各
試料の可溶化率増分（％）をも向上率として同表に示し
た。

また第２図に平均粒径と可溶化率の向上率との関係を示
す。

上表並びに第２図から、微粒化処理によって平均粒径が
小となる程、可溶化率は増大し、また酵素処理単独では
さほどの効果を示さないにも拘らず、両者を併用した場
合は優れた相乗効果を示すことが首肯される。

（発明の効果） 上述の説明から明らかな通り、本発明方法による生汚泥
消化効率の改良効果は掻めて顕著であり、消化槽におけ
る消化日数の大幅な短縮が見込まれるとともに、それに
伴なって消化槽容量の減少が可能となり、設備費低減お
よび施設の占有面積の縮小などが達成される。

さらに、消化汚泥中の有機質固形分が著しく減少するた
め、固液分離後のケーキの燃焼等による処分経費の圧縮
は、エネルギー問題の解消の一助となるのみならず、有
機質固形分の溶解量の増加に伴なって生ずるメタンガス
発生量の増加は、メタンガスを工程中の熱源として潤沢
に利用し得ることに加えて、近時注目を集めている化石
燃料代替動力源としての活用の途を拓くものというべく
、その経済的効果は大いに期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、余剰汚泥の消化に先立って各種前処理を施し
た場合の汚泥可溶化率を示すグラフであり、また 第２図は、本発明方法と従来公知の方法による汚泥の嫌
気性消化における可溶化率の向上率を、汚泥中の有機質
固形分の平均粒径に対してプロットしたグラフである。 特許出願人　　泡賭琳研訓長上條ト部 同出願人　日本碍子株式会社 代理人弁理士　　杉　　　村　　　暁　　　秀同弁理士
　　杉　　村　　興　　作（ 烟

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、活性汚泥法による汚水処理工程において発生する生
   汚泥に嫌気性消化を施して可溶化するに際し、該嫌気性
   消化に先立って生汚泥中の固形分を微粒化し、次いで該
   微粒化汚泥に有機高分子物質分解酵素を作用せしめるこ
   とを特徴とする汚泥処理方法。