JPH0773719B2 - 汚泥処理方法 - Google Patents

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、生活廃水等に施され
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
汚泥防止のため、下水・廃水等の処理設備は逐年増加の
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汚泥処理方法は、直接脱水をして
コンポスト化または焼却成分する方法と、嫌気性消化を
施したのち脱水・処理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
嫌気性消化法が見直されるに至った。

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
施すことにより或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℃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平均粒
径40μｍ以下に微粒化し、次いで該微粒化汚泥にプロテ
アーゼを主体とする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℃の温
度、または約50〜70℃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に池汚泥および、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、攪拌下、約40
℃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℃が好ましく、また高温領域で行なう際に
は、50〜70℃が好ましく、より好ましくは50〜60℃であ
ることが実験的に確かめられた。

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或
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。

同図において、前処理を行なわない場合の可溶化率は34
％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、後次の消化工程に
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。

枚方市、大塚電子（株）製、レーザー粒径解析システム
LPA−3000/3100を用い、動的光錯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（SS） 12000 ppm 有機質懸濁固形分（VSS） 9100 ppm SS平均粒径 54 μｍ pH 7.03 上記生汚泥をスーパーマスコロイダーMKZA10（埼玉県川
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とを調整した。これらの
各試料のそれぞれ200mlを磁気攪拌子を有する300ml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、ニュートラプロテアーゼ、10×10⁴P
UN/g）を0.2g加えて40℃で30分間可溶化反応させた。

次いで反応終了液を攪拌器付、ガラス製500ml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、攪拌速度60rpmで攪拌しつつ、35℃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1Aおよび2Aを得た。

種菌性状： SS 25600 ppm VSS 16500 ppm pH 6.84 実施例２ 微粒化工程を（株）トミー精工製、超音波発生装置UR−
200P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1B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極めて顕著であり、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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平均粒径40
   μｍ以下に微粒化し、次いで該微粒化汚泥にプロテアー
   ゼを主体とする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。