JPH04330999A - 汚泥の処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は汚泥の処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】有力な廃水処理手段のひとつとして、活
性汚泥法と呼ばれる生物化学的廃水処理方法が広く実用
に供されている。ただ、この活性汚泥法の場合、処理の
進行に伴い発生した余剰の活性汚泥が含まれた汚濁水（
余剰汚泥）が排出されてくる。この余剰汚泥には、有害
な金属類やリンが微生物中に取り込まれた形で多量に含
まれていると同時に水域の汚染原因となる化学的酸素要
求物質（以下、ＣＯＤ成分とする）も多量に含まれてお
り、これら有害物質を投棄に先立って除去しなければな
らない。しかしながら、従来、有害な金属類やリンおよ
び化学的酸素要求物質を十分かつ容易に除去できる適当
な方法がなかった。

【０００３】金属類やリンの除去方法として、ゼオライ
トのイオン交換能を利用する方法がある。しかしながら
、余剰汚泥の場合、前述のように微生物中に取り込まれ
ている金属類やリンが多いために十分に除去することは
難しく、また、汚泥中の含有物でゼオライト充填層が塞
がれるため実施は容易でない。一方、ＣＯＤ成分の除去
方法として、固体触媒と酸素含有ガスの存在のもと高温
で被処理水を液相酸化し、窒素、炭酸ガス、水に分解す
るという湿式酸化方法があるが、余剰汚泥に適用しても
円滑な処理は期待できない。被処理水中のリンで固体触
媒の耐久性が低下したり、あるいは、汚泥中の含有物が
固体触媒に付着し通水障害や触媒機能の低下を引き起こ
すからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の事
情に鑑み、汚泥中の金属類およびリンやＣＯＤ成分を十
分除去することができるとともに実施容易な汚泥の処理
方法を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、この発明にかかる汚泥の処理方法は、汚泥に超音波を
照射する照射工程と、この照射工程と同時ないしこの工
程に続いて超音波が照射された汚泥よりリンおよび金属
類を除去する除去工程と、この除去工程を経た処理汚泥
を固体触媒と酸素含有ガスの存在のもと１００〜３７０
℃の温度で液相酸化する酸化工程とを有している。

【０００６】以下、この発明の構成を処理の流れに沿っ
て具体的に説明してゆく。この発明が処理対象とする汚
泥としては、例えば、活性汚泥処理施設から排出される
余剰汚泥（余剰の活性汚泥の主体である浮遊物を多量に
含み浮遊物中および液相中に微生物が多量に生息してい
る汚濁水）が例示されるが、この発明は余剰汚泥以外の
汚泥、例えば、活性汚泥処理施設以外で生じる汚泥も処
理対象として挙げられることは言うまでもない。

【０００７】最初、まず、汚泥に超音波を照射する。超
音波の照射を行う汚泥の温度は３０〜９０℃の範囲にあ
ることが好ましく、６０〜９０℃の範囲にあることがよ
り好ましい。従って、通常は汚泥を上記温度まで予め昇
温させることになる。３０℃未満の温度では十分な超音
波処理効率を得難い。また、６０〜９０℃の範囲（特に
その内でも７３℃付近）は超音波の伝播速度が最も大き
くて超音波処理効率が非常に高い。

【０００８】照射する超音波の周波数は、十分な処理効
率を確保する上では、１００ｋＨｚ以上（より好ましく
は２００ｋＨｚ以上）が好ましい。この超音波処理で、
汚泥中の微生物が破壊され、微生物中に取り込まれてい
た金属類とリンが遊離するようになる。つまり、金属類
およびリンが除去しやすい状態になるのである。また、
この超音波処理で同時に汚泥中の浮遊物が微細化される
。

【０００９】そして、超音波が照射された汚泥より金属
類およびリンを除去する。なお、金属類としては、鉄，
カルシウム，アルミニウム，ケイ素，マグネシウム等が
例示される。金属類やリンの除去方法は、特定の方法に
限らないが、例えば、以下のような方法が挙げられる。 ■　　イオン交換能を有するゼオライトで吸着除去する
方法 ■　　過剰のリン酸を加えることにより金属類を固定化
させて除去してからリンを吸着剤で吸着除去する■　　
イオン交換樹脂製分離膜を使って分離除去する通常は、
超音波の照射工程に続いてリンおよび金属類の除去工程
が進行することになるが、超音波の照射工程とリンおよ
び金属類の除去工程が同時進行するようであってもよい
し、超音波照射と同時にリンと金属類の一方を除去し超
音波照射の後にリンと金属類の他方を除去する、つまり
、超音波の照射工程の進行中と終了後の双方にわたって
リンと金属類の除去工程が進行するようであってもよい
。

【００１０】金属類やリンの除去は、普通、これらの含
有量が、約１０ｐｐｍ以下になる程度に行うことが望ま
しい。上記のようにして超音波照射およびリン，金属類
の除去を行った処理汚泥（この発明では超音波照射とリ
ン，金属類の除去を終えた汚泥を「処理汚泥」という）
に対し次に液相酸化処理を施す。この液相酸化処理は固
体触媒と酸素含有ガスの存在のもと１００〜３７０℃の
温度の条件で行うものであるが、例えば、本件の出願人
にかかる特開昭６３−１５８１８９　号公報に記載され
た液相酸化処理方法に従って酸化処理を施すことができ
る。

【００１１】固体触媒としては、触媒Ａ成分としてチタ
ン，ケイ素、アルミニウムおよびジルコニウムよりなる
群のうちの少なくとも１種の元素の酸化物、および、触
媒Ｂ成分としてマンガン，鉄，コバルト，ニッケル，セ
リウム，タングステン，銅，銀，金，白金，パラジウム
，ロジウム，ルテニウム，イリジウムのうちの少なくと
も１種の金属およびこれら少なくとも１種の元素の水に
不溶性または難溶性の化合物からなる群のうちの少なく
ともひとつを含有しているものが挙げられ、さらに好ま
しくは、触媒Ａ成分としてチタン，ケイ素およびジルコ
ニウムよりなる群のうちの少なくとも２種の元素の複合
酸化物、および、触媒Ｂ成分としてマンガン，鉄，コバ
ルト，ニッケル，セリウム，タングステン，銅，銀，金
，白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウム，イリジウ
ムのうちの少なくとも１種の金属およびこれら少なくと
も１種の元素の水に不溶性または難溶性の化合物からな
る群のうちの少なくともひとつを含有しているものが挙
げられる。具体的には、前記特開昭６３−１５８１８９
　号公報中に詳しく開示されている各種の固体触媒が使
用できる。

【００１２】触媒Ａ成分としての複合酸化物としては、
例えば、ＴｉＯ２　−ＳｉＯ２　、ＴｉＯ２　−ＺｒＯ
２　、ＺｒＯ２　−ＳｉＯ２　の各２元化合物、ＴｉＯ
２　−ＳｉＯ２　−ＺｒＯ２　の３元化合物が挙げられ
る。固体触媒における上記触媒Ａ、Ｂ成分の比率は、Ａ
成分が酸化物の形で７０〜９９．９９重量％、好ましく
は９０〜９９．９重量％、Ｂ成分が金属および化合物の
形で０．０１〜３０重量％、好ましくは０．１〜１０重
量％である。

【００１３】触媒Ａ成分を含有する上記固体触媒は成形
性に優れており、ハニカム等の一体構造体へ容易に造形
可能である。もちろん、固体触媒はハニカム構造体に限
らず、例えば、粒状体であってもよい。液相酸化処理の
際の反応系の温度は、１００〜３７０℃の範囲、より好
ましくは２００〜３００℃の範囲である。１００℃未満
の温度では必要なＣＯＤ除去効率が得られないという不
都合があり、３７０℃を越える温度では処理装置や運転
コストがかかり過ぎるという不都合がある。

【００１４】液相酸化処理の際の反応系の圧力は、液相
が保たれる範囲の圧力であれば良く、通常、０〜２００
ｋｇ／ｃｍ２　Ｇの範囲である。酸素含有ガスとしては
、空気、酸素と空気の混合ガスなど分子状酸素を含む気
体が挙げられる。分子状酸素の他、オゾンやオゾンおよ
び／または過酸化水素を存在させて液相酸化させるよう
にしてもよい。

【００１５】液相酸化処理の際の反応時間は、通常、６
〜１２０分の範囲、好ましくは、１２〜６０分の範囲で
ある。

【００１６】

【作用】この発明の汚泥の処理方法では、超音波を照射
した汚泥よりリン，金属類を除去するため、金属類およ
びリンを十分に除去できる。これは、超音波照射により
、微生物中に取り込まれていた金属類やリンが除去し易
い遊離状態になるからである。

【００１７】また、この発明の汚泥の処理方法では、液
相酸化処理によりＣＯＤ成分が十分に除去される。これ
は、液相酸化する処理汚泥では、固体触媒に付着して通
水障害を起こす金属類やリンが十分に除去されていて、
液相酸化が滞りなく円滑に進行し、ＣＯＤ成分が速やか
に除去されるからである。しかも、何ら難しい処理を必
要とすることなく、連続したプロセスでもって汚泥に対
し十分な清浄化を施すことが可能であるから、実施は極
めて容易である。

【００１８】また、超音波の照射工程の汚泥の温度が３
０〜９０℃の範囲にあれば、超音波処理効果が顕著であ
り、それに、照射する超音波の周波数が１００ｋＨｚ以
上であれば、やはり、超音波処理効果が顕著である。固
体触媒が、触媒Ａ成分としてチタン，ケイ素、アルミニ
ウムおよびジルコニウムよりなる群のうちの少なくとも
１種の元素の酸化物、および、触媒Ｂ成分としてマンガ
ン，鉄，コバルト，ニッケル，セリウム，タングステン
，銅，銀，金，白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウ
ム，イリジウムのうちの少なくとも１種の金属およびこ
れら少なくとも１種の元素の水に不溶性または難溶性の
化合物からなる群のうちの少なくともひとつを含有して
いる触媒は、ハニカム構造体等への適切な形状への造形
が容易で、高温、高圧、高ｐＨ等の過酷な条件でも、長
期間、触媒機能が維持され、実用性が顕著である。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の具体的な実施例について説
明する。勿論、この発明は下記の実施例に限らない。 −実施例− 活性汚泥処理施設より排出された余剰汚泥を以下のとお
りに処理し清浄化した。

【００２０】まず、余剰汚泥の温度を８０℃に上げてか
ら、密閉容器中で余剰汚泥に超音波照射した。照射超音
波の条件は、周波数：２５０ｋＨｚ、超音波出力：１０
０Ｗ、照射時間：３０分である。ＳＳ（浮遊粒状物質）
の含有量は超音波照射前の９０００ｐｐｍから１０００
ｐｐｍに減少した。微細化で多数の浮遊物が分解消滅し
たからである。一方、ＣＯＤｃｒ（酸化剤：Ｋ２　Ｃｒ
２　Ｏ７　）は超音波照射前の１３０００ｐｐｍから７
００００ｐｐｍに減少した。

【００２１】つぎに、超音波が照射された余剰汚泥を、
ゼオライトを充填した無機物吸着カラムに通し、リンや
鉄、カルシウム、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム
などの無機物を除去した。ついで、処理汚泥をポンプで
７５ｋｇ／ｃｍ２　まで昇圧するとともに、空気をコン
プレッサで昇圧させてからＯ２　／ＣＯＤ（空気の酸素
量／化学的酸素要求量）＝１．２の割合で処理汚泥へ送
り込んだ後、熱交換器で２５０℃まで昇温させてから湿
式酸化塔へ導入した。

【００２２】湿式酸化塔には、チタン−ジルコニウムの
複合酸化物（触媒Ａ成分）と白金（触媒Ｂ成分）を重量
比９９．５：０．５で含有する固体触媒が充填されてい
る。この固体触媒は、直径３ｍｍ、高さ６ｍｍのペレッ
トである。湿式酸化塔では、処理汚泥中の有機物が処理
される。湿式酸化塔で酸化処理されたあと熱交換器で冷
却され、気液分離器で気体を除去すれば、余剰汚泥の清
浄化完了である。なお、気液分離器においては、液面コ
ントローラＬＣが液位を検出して液位が一定となるよう
に液面制御弁を駆動するとともに、圧力コントローラＰ
Ｃが分離器内圧力を検出して圧力が一定となるように圧
力制御弁を駆動する。

【００２３】清浄化が完了した段階では、有害な金属類
やリンの含有量が１ｐｐｍ以下、ＴＯＣ（全有機炭素）
が１０ｐｐｍと十分な清浄化レベルに達していた。 −比較例１− 実施例で使ったと同じ余剰汚泥を、超音波処理、金属類
およびリンの除去を行わなかった他は実施例と同じよう
にして湿式酸化処理したが、処理開始後、２５０時間で
湿式酸化塔の閉塞が起こった。閉塞原因は、触媒上にリ
ン酸、ケイ酸と鉄、アルミニウム、カルシウムなどが塩
のかたちで析出付着していたことであった。

【００２４】−比較例２− 実施例で使ったと同じ余剰汚泥を、超音波処理は行った
が金属類およびリンの除去を行わなかった他は実施例と
同じようにして、湿式酸化処理したところ、処理開始後
、３４０時間で湿式酸化塔の閉塞が起こった。閉塞原因
は、やはり、触媒上にリン酸、ケイ酸と鉄、アルミニウ
ム、カルシウムなどが塩のかたちで析出付着していたこ
とであった。

【００２５】−比較例３− 実施例で使ったと同じ余剰汚泥を、超音波処理を行わな
かった他は実施例と同じようにして湿式酸化処理したが
、処理開始後、８０時間で無機物除去カラムのゼオライ
ト充填層で閉塞が起こった。閉塞原因は、ゼオライト充
填層が微生物分解後に残った高分子有機物などによるス
ケールであった。

【００２６】なお、比較例では、いずれも、実施例のよ
うな高いレベルの清浄化は出来ていなっかたことは言う
までもない。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように、請求項１〜４記載
の汚泥の処理方法によれば、超音波照射で微生物中に取
り込まれていた金属類やリンを遊離状態にして汚泥より
除去するために金属類とリンが十分に除去され、超音波
照射と金属類とリンの除去で触媒機能低下や通水障害を
起こさなくなった処理汚泥に対して湿式酸化を行うため
に液相酸化は滞りなく円滑に進行してＣＯＤ成分も十分
に除去され、汚泥が十分に清浄化され、しかも、難しい
処理を必要としないために実施は容易であり、非常に有
用である。

【００２８】請求項２記載の汚泥の処理方法は、加えて
、超音波照射時の汚泥温度が適切であるため、超音波処
理効果が顕著である。請求項３記載の汚泥の処理方法は
、加えて、超音波照射周波数が適切であるため、超音波
処理効果が顕著である。請求項４記載の汚泥の処理方法
は、加えて、固体触媒が造形性に優れた過酷な条件下で
使用可能な適切な触媒であるため、有用性が顕著である
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　汚泥に超音波を照射する照射工程と、
   この照射工程と同時ないしこの工程に続いて超音波が照
   射された汚泥よりリンおよび金属類を除去する除去工程
   と、この除去工程を経た処理汚泥を固体触媒と酸素含有
   ガスの存在のもと１００〜３７０℃の温度で液相酸化す
   る酸化工程とを有する汚泥の処理方法。
2. 【請求項２】　　超音波の照射工程における汚泥の温度
   が３０〜９０℃の範囲にある請求項１記載の汚泥の処理
   方法。
3. 【請求項３】　　照射する超音波の周波数が１００ｋＨ
   ｚ以上である請求項１または２記載の汚泥の処理方法。
4. 【請求項４】　　固体触媒が、触媒Ａ成分としてチタン
   ，ケイ素、アルミニウムおよびジルコニウムよりなる群
   のうちの少なくとも１種の元素の酸化物、および、触媒
   Ｂ成分としてマンガン，鉄，コバルト，ニッケル，セリ
   ウム，タングステン，銅，銀，金，白金，パラジウム，
   ロジウム，ルテニウム，イリジウムのうちの少なくとも
   １種の金属およびこれら少なくとも１種の元素の水に不
   溶性または難溶性の化合物からなる群のうちの少なくと
   もひとつを含有している請求項１から３までのいずれか
   に記載の汚泥の処理方法。