JPH04326998A - 下水汚泥の処理方法 - Google Patents
下水汚泥の処理方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
、特に下水汚泥等の有機性汚泥を可溶化した上で嫌気性
消化処理する方法に関するものである。
理・処分は重要な社会問題となっている。有機性汚泥の
嫌気性消化は、埋め立て時の安定化、無害化、減容化、
脱水性の向上等の処理性の向上と有価資源としてのメタ
ンガスの回収が可能であり、後者については現代社会の
消費生活に起因する汚泥有機成分の質的変化による回収
メタンガスの増大とそのガス発電技術の発達により有用
な処理法として下水処理等において採用され、その多く
が消化温度中温(約37℃)で一相式の反応槽で運転さ
れている。ところが現状では、消化率が低く、汚泥量の
減容化とメタンガスの回収率が不十分であることから、
研究レベルにおいてはそれらの改善を目的として嫌気性
消化の前段で(1) アルカリを添加して可溶化を促進
させる(アルカリ添加法)ことにより、或いは(2)
熱をかけて可溶化を促進させ(加熱法)、嫌気性消化処
理する方法が検討されてきた。これら方法の概要は次の
とおりである。まず(1) アルカリ添加法はアルカリ
処理槽において有機性汚泥に一定量のアルカリを添加し
ながら攪拌した後、処理後の有機性汚泥に返送汚泥を添
加し、嫌気性消化槽で嫌気性消化する方法であるが、以
下の欠点を有していた。■ アルカリを添加しても常
温では十分な可溶化が期待できない。従って、添加アル
カリのコストに見合う効果が得られない。可溶化率が低
いと十分な嫌気性消化ができない。■ 常温では、ア
ルカリ添加によって有機性汚泥の粘性が高くなり、撹拌
時等の流動性が著しく悪化する。従って、攪拌動力コス
トが増加するばかりか汚泥とアルカリを均一に混合する
ことが極めて困難となり、局所的に可溶化率を上げても
全体的に可溶化率を上げることができない。汚泥とアル
カリを均一に混合することが極めて困難となり、pH測
定を安定して行なえず、pHによる制御は不可能に近い
。また、アルカリ処理槽及び嫌気性消化槽に至る配管中
で有機性汚泥の流れが悪く、閉塞の原因となるなど、取
扱性が極めて悪い。■ pH制御をせず一定量のアル
カリを添加しても、汚泥のpH緩衝作用によりpHは大
きく変動(下降)し、初期の添加によってpHをアルカ
リとしても、汚泥濃度が高い場合などは処理後にはpH
が中性付近まで下がってしまうので十分な可溶化率を達
成し得ない。一般に汚泥濃度は変動するので、pH制御
を行なわない従来方法では前述の理由のために、ある一
定の可溶化率を得るためのアルカリ添加量を定めるのが
困難であり、有機性汚泥の濃度変動に対応できない。次
に(2) 加熱法は、加熱槽において有機性汚泥を60
℃程度に加熱しながら攪拌した後、嫌気性消化槽で嫌気
処理する方法であるが、下水汚泥など生物由来の有機性
汚泥に適用した場合、有機性汚泥中のタンパク質が熱変
性を起して加えたエネギーに見合う程の可溶化率が得ら
れない欠点があった。このように、従来法においては種
々の欠点があり、有機性汚泥の可溶化率も10〜30%
と低く、このため消化率はせいぜい50%止まりであり
、有機性汚泥を嫌気性処理することによる優位性の確保
にまでは至っていない。
溶化を促進させることにより、消化率の高い嫌気性消化
処理を行なって、汚泥量の減容化とメタンガスの高回収
化を図ることである。
前述の欠点を解消し、可溶化を促進させて嫌気性消化処
理する極めて有効な有機性汚泥の処理技術を提供するに
ある。
とともに有機性汚泥の温度を50〜100 ℃に維持す
ることによって、有機性汚泥中の有機物を可溶化させる
熱アルカリ処理を行い、熱アルカリ処理後の有機性汚泥
を中性付近のpHで20〜60℃の温度で嫌気性消化処
理することを特徴とする有機性汚泥の処理方法である。
有機性汚泥をアルカリ混和槽でアルカリ性にした後、管
型熱アルカリ処理槽で50〜100 ℃に維持して有機
性汚泥中の有機物を可溶化させる熱アルカリ処理を行な
う有機性汚泥の処理方法である。
性にするとともに、有機性汚泥の温度を50〜100
℃に維持することによって、有機性汚泥中の有機物を可
溶化させる熱アルカリ処理を行ない、熱アルカリ処理後
の有機性汚泥を固液分離した分離液を、中性付近のpH
で20〜60℃の温度で嫌気性消化処理することを特徴
とする有機性汚泥の処理方法である。
5又は段落番号0007の方法において、熱アルカリ処
理後の有機性汚泥又は熱アルカリ処理後の有機性汚泥を
固液分離した分離液を、固定化担体を充填した担体充填
嫌気性消化槽で嫌気性消化処理する有機性汚泥の処理方
法である。
を示すフローシートであり、本発明の請求項1の方法を
示すフローはアルカリ貯留槽1と、熱アルカリ処理槽2
と、中和槽3と、嫌気性消化槽4と、沈殿槽5と、ガス
ホルダー6と、ボイラー又はガス発電機7と酸貯留槽1
2を有する。また、本発明の請求項3の方法を示すフロ
ーは請求項1の方法を示すフローの熱アルカリ処理槽2
と中和槽3の間に固液分離槽10が付加されている。
示すフローシートであり、請求項1の方法を示すフロー
の熱アルカリ処理槽2の代りにアルカリ混和槽8と、管
型熱アルカリ処理槽9とが入り構成されている。
ーシートであり、請求項1の方法を示すフローの嫌気性
消化槽4と沈殿槽5の代わりに担体充填嫌気性消化槽1
1が入り構成されている。
ず熱アルカリ処理槽2に投入され、pHが 7.5〜1
2.5になるように制御してアルカリ貯留槽1からアル
カリが添加され、かつ有機性汚泥の温度が50〜100
℃になるように加温され、可溶化される。加温温度は
図4に示すようにpHを9として制御した場合に50℃
未満では可溶化率が50%未満となり、後段の嫌気性消
化槽4にて分解性が良好なでんぷん等の有機性汚泥を除
いては、不十分な可溶化であり、一方加温温度が100
℃を越えると、装置的な難しさがあるばかりでなく、
高くなるほど加熱コストは比例的に増加するのに対し、
可溶化率の伸びは鈍化するので、好ましくは、好熱好ア
ルカリ性細菌による可溶化が期待でき、可溶化率が高く
なる70〜80℃が望ましい。このとき添加するアルカ
リ量は、汚泥濃度と加温温度と反応時間(処理時間)に
依存するが、一般的には図5に示すように有機性汚泥に
アルカリ度で汚泥固形物に対し5〜50重量%に相当す
るアルカリの量となる。50%以上添加するとアルカリ
薬剤コストが高くなるばかりか、後段の嫌気性消化が阻
害される。またpHが7.5 〜12.5以外のアルカ
リ性を示すpHで制御しても、添加アルカリ量がアルカ
リ度で汚泥固形物に対し5〜50重量%に相当するアル
カリ量であれば、後段の嫌気性消化に阻害がなく可溶化
を進めることができる。熱アルカリ処理槽2での処理時
間は、図6に示すように加温温度70℃、制御pH9.
0 の条件で5時間でも最終到達の溶解性有機物濃度(
VDS)6800mg/lの80%以上である5600
mg/l、20時間で90%以上である6200mg/
lに達するが、有機酸の生成は20時間以上、特に十分
な生成のためには40時間以上の滞留時間を要する。滞
留時間100 時間での可溶化率は60%であり、図7
に示すように熱アルカリ処理により蛋白、糖、脂質等の
各種有機物が単なる熱処理と比較して大幅に可溶化され
、図8に示す様に有機性汚泥の粒子径についても熱アル
カリ処理により数10μm レベルから数nmレベルに
至るあらゆる大きさの粒子が微細化される。熱アルカリ
処理槽2にて処理された有機性汚泥は、そのままか或い
は一旦固液分離槽10で固液分離され、分離液として中
和槽3へ供給され、中和槽3にて酸貯留槽12からの酸
で中和された後、返送汚泥と共に嫌気性消化槽4に送ら
れる。中和槽3での中和は、嫌気性消化槽4での中性で
の嫌気性消化を担うメタン菌等の嫌気性菌への高pHに
よる影響を抑えるために行ない、その影響が無視できる
場合には必ずしも必要でない。また熱アルカリ処理槽2
で処理された有機性汚泥を一旦固液分離槽10で固液分
離して分離液を中和すれば、有機性汚泥をそのまま中和
するより酸の量を1/3 程度に削減することができる
。嫌気性消化槽4では、中性付近のpHで20〜60℃
の消化温度で撹拌することにより嫌気性消化が行なわれ
、メタンガスを含む消化ガスはガスホルダー6に貯留さ
れるとともに、嫌気性消化槽からの消化汚泥は沈殿槽5
に送られる。嫌気性消化槽4における消化率は前段の可
溶化率が60%の場合、熱アルカリ処理後の有機性汚泥
をそのまま消化する場合65〜68%、一旦固液分離し
て分離液を消化した場合でも58〜60%の高消化率に
なる。沈殿槽5では、消化汚泥が沈澱分離され、分離後
は水処理系への返流水となり、また沈澱汚泥は一部が嫌
気性消化槽5に返送され残りは後段の汚泥処理系統へ送
られる。
項1の方法を示すフローの熱アルカリ処理槽2の代りに
アルカリ混和槽8及び管型熱アルカリ処理槽9を用いる
もので、アルカリ混和槽8にて有機性汚泥にアルカリを
添加撹拌し、該有機性汚泥をその温度が50〜100
℃になるように加温しつつ管型熱アルカリ処理槽9に通
して、有機性汚泥中の有機物を可溶化させる。この場合
、管型熱アルカリ処理槽として加温効率の良いプレート
型熱交換器等を熱アルカリ処理槽として用いることが望
ましく、もし、熱処理のみでこの管型熱アルカリ処理槽
を用いると、装置内でメタン発酵等の嫌気性消化が始ま
り、CH4 、CO2 のガスが多量に発生するので実
質熱処理槽体積が激減し、また、プレート型の熱交換器
を用いた場合交換器内でガスが詰り(デッドスペースが
増加し)、充分な処理効果を達成できない。本発明にお
いては、熱アルカリ処理段階ではCH4 の発生はなく
(メタン菌は生息しない)、CO2 は発生しても汚泥
がアルカリ性であるので、殆んど溶け込み、発生ガス体
積は無視できる。この他、有機性汚泥に流動性を与える
ためにアルカリ混和槽8で有機性汚泥の温度を50℃程
度に保つことが必要であり、加温をしないとpH制御の
不安定化、配管等の目詰りの原因となる。また、この工
程では、図9に示すように管型熱アルカリ処理槽9の出
口の有機性汚泥のpHはアルカリ混和槽8でのpHより
も低くなり、その程度は、滞留時間、有機性汚泥の種類
と濃度により異なるので、管型熱アルカリ処理槽9にて
所定のアルカリ性となるようにアルカリ混和槽8でアル
カリを投入する。このように管型の処理槽を用いること
により、有機性汚泥に均一の処理時間を与え、可溶化率
をあげることが可能となる。
項1及び3の方法を示すフローにおける嫌気性消化槽4
と沈澱槽5の代りに担体充填嫌気性消化槽11を用いる
。 そもそも嫌気性消化を促進させるためには、嫌気性菌を
高濃度に保持する必要があり、そこで担体を用いること
により嫌気性菌を固定化、集積させることが可能となる
。これにより,熱アルカリ処理によって可溶化された有
機性汚泥は、高濃度の嫌気性菌により高効率に嫌気性消
化される。熱アルカリ処理後の有機性汚泥を対象とした
嫌気性消化処理において消化率を70%とする場合には
、嫌気性消化槽4 の滞留時間として7日を要し、かつ
所定の沈澱槽5の滞留時間が必要であるの対し、担体充
填嫌気性消化槽11を用いることで、4,5日と大幅に
短縮される。また熱アルカリ処理後の有機性汚泥を固液
分離して得られる分離液を担体充填嫌気性消化槽11に
供することにより、熱アルカリ処理後の有機性汚泥をそ
のまま担体充填嫌気性消化槽11に供するよりも、短い
滞留時間で同程度の消化率を達成したり、処理水を清浄
化することが可能となる。
明する。
た。本実施例においては、処理温度の異なる熱アルカリ
処理による可溶化の後段の嫌気性消化へ与える効果(実
施例1〜5)、熱アルカリ処理後の有機性汚泥を担体充
填嫌気性消化槽11を用いて処理した場合の効果(実施
例6)、及び従来方法の熱処理のみによる可溶化、ある
いはアルカリ処理のみによる可溶化の後段の嫌気性消化
へ与える効果(比較例1,2)を調査した。結果を表2
に示す。また、表2中に示す熱アルカリ処理の処理温度
と後段の嫌気性消化処理の効果の関係を示すために表2
の従来法の比較例1,2とともに実施例1〜5について
図10に示した。
法では消化率が35%程度までしか上がらないの対し、
本発明においては消化率が50〜70%程度、特に担体
充填嫌気性消化槽を用いた場合は80%に達した。また
ガス発生倍率も従来法で3.2 〜3.6(m3ガス/
m3)に対し、本発明はガス発生倍率が5.6 〜7.
5(m3ガス/m3)、特に担体充填嫌気性消化槽を用
いた場合は8.3(m3ガス/m3)に達した。また脱
水性は本発明では従来法と比較してケーキ有機物割合が
2〜9%減少するとともにケーキ水分も2〜10%低下
した。処理水は本発明の中で担体充填嫌気性消化槽を用
いた場合にこれを用いない場合と比較して有機物濃度、
B0D濃度等が45%程度低下した。
を解決して、次のような多大の利点が得られる。■
嫌気性消化処理工程の前段の可溶化処理工程で、有機性
汚泥の十分な可溶化が期待できる。有機性汚泥の粒径に
ついては、数10μmレベルの大粒径有機物から数10
nmレベルの低分子の有機物に至るあらゆる種類の有機
物を微細化できるので、有機性汚泥の有機物種類の変化
に起因する性状変動に幅広く対応できる。可溶化時間、
可溶化温度、可溶化pHによっては、好熱好アルカリ性
の微生物による生物学的な可溶化、酸発酵も併せて行な
い、効率を上げることが可能である。また、管型反応装
置により安定した可溶化が可能になる。■ 高温にす
ることにより、粘性が低くなり、流動性が飛躍的に高ま
る。従って、撹拌動力が削減でき、撹拌により均一な可
溶化を実現できる。pH制御が可能となり、pH制御を
行なうことにより、安定して可溶化できるとともに、運
転時のアルカリ添加量は一義的に決定でき、汚泥濃度の
変動にも対応できる。■ 可溶化が十分行なわれるの
で、固定化用担体を充填した嫌気性消化装置を使用でき
効率が上がる。 ■ 後段の嫌気性消化槽での運転において従来より高
負荷にすることができるので、嫌気性消化槽容積を小さ
くでき、撹拌動力が削減できる。■ 従来法において
は、消化時間が十分でも消化率がせいぜい50%止りで
あったが、本発明では、6日の消化時間でも60%以上
となり、消化率が向上するので消化汚泥量は従来法より
減少し、有機物濃度の減少で脱水性も向上し、ガス発生
割合が大幅に増加する。
数値につき説明したが、本発明の広汎な精神と視野を逸
脱することなく種々の変更と修正が可能なこと勿論であ
る。
ローシートである。
ートである。
ートである。
よる可溶化率の関係を示す特性線図である。
Hとの関係を示す特性線図である。
間と生成溶解性有機物(VDS)濃度、汚泥Mアルカリ
度及び生成有機酸濃度との関係を示す特性線図である。
成変化の一例を示す図である。
粒径分布の変化の一例を示す図である。
とpHの関係の一例を示す特性線図である。
理に於ける消化率及びガス発生率との関係の一例を示す
特性線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 有機性汚泥をアルカリ性にするととも
に有機性汚泥の温度を50〜100 ℃に維持すること
によって、有機性汚泥中の有機物を可溶化させる熱アル
カリ処理を行い、熱アルカリ処理後の有機性汚泥を中性
付近のpHで20〜60℃の温度で嫌気性消化処理する
ことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。 - 【請求項2】 有機性汚泥をアルカリ混和槽でアルカ
リ性にした後、管型熱アルカリ処理槽で50〜100
℃に維持して有機性汚泥中の有機物を可溶化させる熱ア
ルカリ処理を行なう請求項1記載の有機性汚泥の処理方
法。 - 【請求項3】 有機性汚泥をアルカリ性にするととも
に、有機性汚泥の温度を50〜100 ℃に維持するこ
とによって、有機性汚泥中の有機物を可溶化させる熱ア
ルカリ処理を行ない、熱アルカリ処理後の有機性汚泥を
固液分離した分離液を、中性付近のpHで20〜60℃
の温度で嫌気性消化処理することを特徴とする有機性汚
泥の処理方法。 - 【請求項4】 熱アルカリ処理後の有機性汚泥又は熱
アルカリ処理後の有機性汚泥を固液分離した分離液を、
固定化担体を充填した担体充填嫌気性消化槽で嫌気性消
化処理する請求項1又は3記載の有機性汚泥の処理方法
。
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JPH04326998A true JPH04326998A (ja) | 1992-11-16 |
JPH0783878B2 JPH0783878B2 (ja) | 1995-09-13 |
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