JPH0535039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、し尿の新規な処理方法に関し、とく
に、汚泥発生量を著しく少なくするとともに、し
尿無希釈処理における発泡トラブルを解消し、か
つ、従来よりも簡潔なプロセスにより、し尿を極
めて高度に浄化する方式に関するものである。 〔従来の技術〕 従来のし尿処理方式のなかで、最も進歩したプ
ロセスは、“高負荷脱窒素法”と呼ばれている方
式である。これは、し尿を無希釈かつ高容積負荷
で生物学的に硝化脱窒素処理したのち、限外濾過
膜（UF膜）により固液分離し、さらに凝集分離
濾過粒状活性炭吸着により、ほぼ無色透明な
高度処理水を得るというプロセスである。 しかしながら、上記の高負荷脱窒素プロセス
は、次のような大きな欠点があり、さらに優れた
システムの開発が待望されている。 生物処理槽の発泡がすさまじく、多量の消泡
剤を添加しないと運転ができない。 粒状活性炭による吸着工程で、廃活性炭の再
生を必要とし、メンテナンスが煩雑であるほ
か、オンサイトの再生炉を設けると設備費がか
さむ。 脱水し渣と余剰活性汚泥の発生合計量が、約
15〜16KgD.S／Klし尿と、非常に多く、しかも
質的に難脱水性であるため、汚泥処理工程に大
きな負担がかかり、設備費、運転経費が高額に
なる。 以上〜はいずれも重大な問題点であるが、
とくにの汚泥処理の問題は重要であり、解決が
急務となつている。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、前記従来技術の欠点〜を完全に
解決することを課題としており、具体的には、次
の３点を課題としている。 生物処理槽での発泡を消泡剤や消泡機を用い
ることなく、解消する。 活性炭吸着塔を不要にする。活性炭再生炉も
不要にする。 汚泥発生量を大幅に減少させ、汚泥処理工程
（脱水、焼却）への負担を著しく軽減する。 〔課題を解決するための手段〕 前記課題を解決するために、本発明は次の手段
をとる。 即ち、本発明は、し尿に高分子凝集剤を添加し
て凝集分離し、該凝集汚泥をメタン発酵したのち
脱水し、該脱水分離液と前記凝集分離液とを生物
学的硝化脱窒素処理する工程および前記生物学的
硝化脱窒素工程の処理水に無機凝集剤および粉末
活性炭を添加して膜分離し、該分離された粉末活
性炭共存活性汚泥を前記生物学的硝化脱窒素工程
へ供給する工程から成ることを特徴とするし尿処
理方法であり、また、この方法において膜分離も
しくは生物学的硝化脱窒素工程の粉末活性炭共存
活性汚泥を、前記し尿の凝集分離工程または、前
記メタン発酵槽へ供給する工程から成ることを特
徴とするし尿処理方法である。 本発明のフローシートの一例を示した第１図を
参照しながら、本発明の一実施態様を詳述する。 し尿１は、後記の生物学的硝化脱窒素処理およ
び高度処理工程から発生する粉末活性炭共存活性
汚泥２がライン２−３より添加、混合されたの
ち、高分子凝集剤３（カチオン系、あるいはカチ
オンとアニオンの併用又は、無機凝集剤とアニオ
ンポリマーの併用が好適であり、カチオン系ポリ
マーとしては、例えばアミノエチルメタクリレー
ト系、アニオン系ポリマーとしては、例えばポリ
アクリルアミド系が好ましいが、これ以外でもか
まわない。）が注入され、凝集し、大粒径のフロ
ツクが形成される。 この凝集フロツクは、固液分離工程４（たとえ
ば、回転スクリーン、傾斜スクリーン、遠心分
離、沈澱分離、浮上分離など公知の分離手段でよ
い）において、容易に分離され、凝集汚泥５と、
凝集該凝集分離液６となる。凝集分離液は、し尿
１中のSSおよびコロイドと粉末活性炭共存余剰
活性汚泥２−３が凝集除去されているので、外観
は清澄であるが、溶解性BOD、COD、窒素成分
がまだ高濃度に残留している。 凝集汚泥５（固形物濃度４％程度）は、メタン
発酵槽７に供給され、10日〜20日程度35℃〜38℃
で、嫌気性消化を受ける。 メタン発酵槽においては、活発な、酸発酵とメ
タン発酵が進行し、凝集汚泥中に、含まれる有機
物の大部分が、最終的にCH₄、CO₂などにガス化
される。粉末活性炭の存在は、メタン発酵菌の活
動にとつてプラスの効果をもつており、非常に安
定して、活発なメタン発酵反応が進行することが
認められた。 従つて、酸発酵に片よつて、メタン発酵の阻害
が起きるなどのトラブルが起きない。 メタン発酵槽から流出する消化汚泥８は、し尿
１に含まれていた紙などの繊維分を主体としてい
るため、遠心脱水機又はスクリユープレス脱水機
９により、無薬注で脱水可能である。脱水ケーキ
１０は、従来プロセスよりも、大幅に減量化して
おり、しかも、水分70％程度と低水分であるの
で、直接肥料化、又はコンポスト化が容易であ
り、埋立て処分もしやすいという重要な特長があ
る。 もちろん、焼去処分も容易になる。 しかして、消化汚泥の脱水分離液１１と、前記
の凝集分離液６の両者は、無希釈型の生物学的硝
化脱窒素工程１２に流入し、窒素成分（NH₃を
主体とする）と、BOD、CODが除去される。 従来の無希釈タイプの生物学的硝化脱窒素処理
槽では、すさまじい発泡がおきるのであるが、本
発明では、発泡は、ほとんど起きず、消泡剤、消
泡機は、不要である。その理由は、後記する。 しかして、生物学的硝化脱窒素工程から流出す
る処理水の活性汚泥スラリー１３は、凝集処理工
程１４において、FeCl₃、ポリ硫酸第２鉄、ポリ
塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの周知
の無機凝集剤１５が注入されて、NaOHなどの
アルカリ剤によりPH４〜６の弱酸性条件に中和さ
れ、活性汚泥スラリー１３中に多量に残留する非
生物分解性の溶解性COD、色度およびPO₄ ^3-イオ
ンを凝集不溶化せしめる。 なお、活性汚泥スラリー１３に対して、直ちに
無機凝集剤１５を添加するのではなく、あらかじ
め、活性汚泥SSを、限外濾過、遠心分離、沈澱
などの手段によつて分離した分離水に凝集剤１５
を注入しても良いことは言うまでもない。 しかして、凝集処理工程１４からの流出液に、
新鮮な粉末活性炭１６を添加し、凝集処理によつ
ても、尚、少量残留する色度とCOD成分を粉末
活性体によつて吸着除去する。 １７は、粉末活性炭と凝集処理液を接触せしめ
る混和槽であり、滞留時間は粉末活性炭の吸着速
度が大きいので0.5〜2hr程度で充分である。 しかるのち、FePO₄、Fe（OH）₃、AlPO₄、Al
（OH）₃を主成分とする凝集フロツクと粉末活性
炭の２者またはこれらと、活性汚泥の３種が混在
するスラリーを、限外濾過膜（UF）又は精密濾
過膜（MF）による固液膜分離工程１８に供給
し、膜分離することによつて、SSが零で、
BOD、COD、窒素、色度、PO₄ ^3-のほぼ100％が
除去された極めて清澄な膜透過水１９と、粉末活
性炭共存活性汚泥２に分離する。膜透過水１９
は、し尿の高度処理水として、公共用水域に放流
される。 一方、膜分離された該汚泥２は、該汚泥ライン
２−１、同２−２および２−３に分配される。２
−１が、凝集混和槽１４にリサイクルされ２−２
が、生物学的硝化脱窒素槽１２に供給され、２−
３は上述の通り、し尿１と混合されるように供給
され、上述の通りメタン発酵槽へ搬送される。驚
くべきことに、CODを吸着済の廃粉末活性炭を
共存する該汚泥ライン２−２を、生物学的硝化脱
窒素槽１２に供給すると、すさまじい発泡現象が
全くなくなることが見出された。この結果、通常
はそのまま廃棄される廃粉末活性炭を、消泡剤と
して有効利用することが可能となり、消泡コスト
が実質的に不要になるという著しい効果がある。 しかも、廃粉末活性炭を含有する該活性汚泥２
を凝集処理工程にリサイクルすると、無機凝集剤
１５及び、新鮮な粉末活性炭の所要量が減少する
効果が認められた。さらに、UF又はMF膜分離
工程の透過流束（Flux）が粉末活性炭共存時に、
10〜15％程度向上し、膜汚染の程度も軽減した。 また、粉末活性炭共存活性汚泥２をメタン発酵
槽７に供給すると、メタン発酵が安定化すること
が分つた。 尚、粉末活性炭共存活性汚泥のメタン発酵槽７
への供給は、該硝化脱窒素槽内に供給された粉末
活性炭共存活性汚泥２を同ライン２−３′により
メタン発酵槽へ、ライン２−３に代えて、あるい
はライン２−３と併用して供給することもでき
る。又、ライン２−３を介さないで該汚泥２を直
接に該発酵槽へ供給することもできる。 また、該汚泥ライン２−１の凝集処理工程１４
への供給は、活性汚泥スラリー１３等により廃粉
末活性炭が同工程１４へ供給されるならば本発明
においては、必須ではない。 余剰汚泥の排出は、膜分離された粉末活性炭共
存活性汚泥２の一部をそのまま汚泥処理に導いて
もよいが、図示例のように汚泥ライン２−３や２
−３′により排出するのが好ましい。 〔作用〕 本発明においては、生物学的硝化脱窒素工程１
２に凝集処理後の残留COD成分などを吸着した
粉末活性炭共存活性汚泥２を供給すると、驚くべ
きことに、同処理工程での発泡が著しく抑止ある
いは全くなくなり、消泡剤の添加が不必要にな
り、消泡機も不要になることが見出された。この
ような作用が生じる機構については、粉末活性炭
共存活性汚泥のどのような作用によるものかはつ
きりしないが、いずれにしてもその添加により上
記の作用が顕著に生じる。すなわち、し尿の無希
釈生物学的処理プロセスの最大の懸案が解決する
ことが見出された。 さらに、粉末活性炭共存活性汚泥２を凝集処理
工程１４で凝集処理に循環すると、塩化第２鉄な
どの無機凝集剤の所要薬注率20％ほど節減できる
ことが認められた。このことは重要な意味をもつ
ており、汚泥発生量が減少し、汚泥処理が合理化
できるという大きな効果が出る。 もう一つの重要な作用としては、粉末活性炭が
共存する凝集スラリーである余剰活性汚泥を膜分
離する場合、粉末活性炭無共存時に比べ、膜透過
流束（フラツクス）（m³／m²・膜・日）が向上す
ることも発見された。 本発明においては、使用済粉末活性炭を前記し
た個所に供給することにより上記の作用を生じる
のであつて、粉末活性炭が発泡防止に役立つてい
るのではないかとの観点から、もしも新鮮な粉末
活性炭を、本発明のように凝集処理工程の後に添
加するのではなく、たとえばし尿に直接又は生物
学的硝化脱窒素槽に添加すると、該処理工程内の
液の高濃度の溶解性CODと色成分（凝集処理後
のCOD、色度の約10〜100倍もの高濃度を示す）
と粉末活性炭が接触・吸着することになり、生物
学的に処理可能な成分の消化効率が低下すると共
に、生物学的に処理不可能な成分の吸着効率を低
下させることにより、放流水のCOD、色度が本
発明における放流水よりも４〜５倍も高い値にな
り、トータルプロセスとして評価した場合に極め
て不合理な決合を招く。したがつて、新鮮な粉末
活性炭を生物学的硝化脱窒素槽に添加する方法で
は、総合的な水質向上度が本発明に比べ極めて劣
るという効果をもたらす。 さらに、本発明では、粉末活性炭共存汚泥を凝
集汚泥５として、メタン発酵槽７に、供給する結
果、メタン発酵が、粉末活性炭の共存効果によつ
て、安定化するという重要な利点が生ずる。（尚、
粉末活性炭のメタン発酵安定化効果の詳細なメカ
ニズムは、現時点でまだ不明である。） 以上のように高度処理工程に添加され、COD、
色度を吸着した粉末活性炭が、無希釈生物学的硝
化脱窒素工程の発泡防止、メタン発酵の安定化と
いう、２つの大きな副次的効果を発揮する点が本
発明の作用の独自点である。 尚、粉末活性炭共存活性汚泥をメタン発酵槽７
に供給する経路としては、本質的には図−１のラ
イン２−３、ライン２−３′のどちらでも良いが、
なるべくなら、ライン２−３にしたほうが、メタ
ン発酵槽７への流入汚泥固形物濃度を高くできる
ので好ましい。 〔実施例〕 第１図のフローに従つて行つた本発明の一実施
例について、以下詳述するが、本発明は、これに
限定されない。 し尿処理施設に搬入されるし尿に、粉末活性炭
共存活性汚泥を添加混合したのち、カチオン系高
分子凝集剤（エバグロースC104G、荏原インフイ
ルコ(株)商品）を、250mg／添加したところ、極
めて良好な凝集フロツク形成が起き、１mm目の回
転ウエジワイヤスクリンで容易に凝集分離液と凝
集汚泥に固液分離できた。 表−１に凝集分離液の水質を示す。

【表】 表−１の凝集分離液と該凝集汚泥のメタン発酵
処理後の脱水分離液と、無希釈で生物学的硝化脱
窒素処理を行つた。運転条件を表−２に示す。

【表】 消泡剤を添加しなくても、生物学的硝化脱窒槽
の発泡はほとんど認められず、円滑な運転が可能
であつた。 次に、生物処理工程から流出する活性汚泥スラ
リーに、FeCl₃を2500mg／し尿注入し、NaOH
を加えて、PH5.0に制御して、２分間撹拌したの
ち、滞留時間1hrの粉末活性炭接触の混和槽に流
入させた。 粉末活性炭の注入率は、250〜500mg／とし
た。 しかるのち、UF膜（チユーブラ型、分画分子
量10万、材質ポリスルフオン）により、クロスフ
ローで限外濾過を行い、活性汚泥、FePO₄、Fe
（OH）₃などのフロツクおよび粉末活性炭の３者
の混合スラリーである粉末活性炭共存活性汚泥を
固液分離した。 その結果、完璧な固液分離が行われ、SSゼロ、
無色透明の膜透過水が得られた。UF膜透過水の
水質を表−３に示す。

【表】 UF膜分離の該活性汚泥を、生物学的硝化脱窒
素工程へ返送し、一部をし尿の凝集分離工程に供
給した。 尚、UF膜分離の該活性汚泥の固形濃度は、2.0
〜2.3％であり、該活性汚泥（FeCl₃凝集フロツク
と粉末活性炭を含む）の発生量は、約3.5〜3.8Kg
dry solid／Klし尿となつた。 しかして、図−１のフローにおいて、し尿と粉
末活性炭共存活性汚泥の凝集分離工程か排出され
る凝集汚泥（固形物濃度4.0〜4.2％）を、温度37
℃に加温された、メタン発酵槽（槽内汚泥の撹拌
は、外部に設けたポンプによる循環方式を採用し
た。）に供給し、10日間滞留させ、投入汚泥中有
機物をメタン発酵によつてガス化した。 この結果、メタン発酵槽投入汚泥固形物中の有
機物の55％がガス化して減量した。メタン発酵
は、全くPHコントロールを行わなかつたが、PH
8.3±0.2で安定しており、酸発酵過多などのトラ
ブルは発生せず、安定したメタン発酵が進んだ。 15日滞留ののち、メタン発酵槽（消化槽）より
流出する消化汚泥を、遠心脱水機（巴工業製、ス
ーパーデカンタ）で無薬注で脱水した結果、水分
70〜72％の低水分脱水ケーキと生物学的硝化脱窒
素工程に送られる脱水分離液とが得られた。 消化汚泥の脱水ケーキ発生量は、約9.0〜9.6Kg
dry solid／Klし尿であり、脱水ケーキの組成
は、繊維分、Feの水酸化物、リン酸鉄、粉末活
性炭および未消化の有機物（繊維分以外の）であ
つた。 前記した従来技術の高負荷脱窒素及び凝集沈澱
法の場合、FeCl₃注入率を本発明と同一の．2500
mg／し尿とすると、脱水し渣と脱水ケーキの合
計発生量は、約15Kg dry solid／Klし尿である
ことが数多い実績から判つているので、本発明の
汚泥およびし渣の発生量が大幅に少ないことが明
らかである。 〔発明の効果〕 生物学的硝化脱窒素工程で、消泡剤添加、消
泡機設置を行わなくても、極めて効果的に発泡
を防止できる。 この結果、消泡コストが不要になるほか、
COD発現物質で、かつ硝化菌の活動阻害を示
す消泡剤が不要になるので、処理水質が向上す
る。 し尿処理施設からの汚泥プラスし渣の合計発
生量が大幅に減少し、汚泥処分（乾燥、焼却）
が著しく合理化できる。 汚泥の脱水性が良好で、無薬注脱水ができ
る。 したがつて、薬品代が節減され、脱水ケーキ
の利用もしやすくなる。 メタン発酵反応が安定している。（粉末活性
炭の効果） 活性炭吸着塔、活性炭再生炉が不要になり、
システム構成が簡潔化され、設備費の節減効
果、メンテナンス性の向上効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示すフローシー
トである。 符号の説明：１：し尿、２：粉末活性炭共存活
性汚泥、２−１，２−２，２−３，２−３′：粉
末活性炭共存活性汚泥ライン、３：高分子凝集
剤、４：固液分離工程、５：凝集汚泥、６：凝集
分離液、７：メタン発酵槽、８：消化汚泥、９：
脱水機、１０：脱水ケーキ、１１：脱水分離液、
１２：生物学的硝化脱窒素工程、１３：活性汚泥
スラリー、１４：凝集処理工程、１５：無機凝集
剤、１６：新鮮な粉末活性炭、１７：混和槽、１
８：固液膜分離工程、１９：膜透過水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ し尿に高分子凝集剤を添加して凝集分離し、
   該凝集汚泥をメタン発酵したのち脱水し、該脱水
   分離液と前記凝集分離液とを生物学的硝化脱窒素
   処理する工程および前記生物学的硝化脱窒素工程
   の処理水に無機凝集剤および粉末活性炭を添加し
   て膜分離し、該分離された粉末活性炭共存余剰活
   性汚泥を前記生物学的硝化脱窒素処理工程へ供給
   する工程から成ることを特徴とするし尿処理方
   法。 ２ 膜分離もしくは生物学的硝化脱窒素工程の粉
   末活性炭共存余剰活性汚泥を、前記し尿の凝集分
   離工程または、前記メタン発酵槽へ供給する工程
   から成ることを特徴とする請求項１のし尿処理方
   法。