JPH0783878B2 - 下水汚泥の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機性汚泥の処理方
法、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。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場より大量に発生する汚泥の処
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、攪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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】嫌気性消化の前段で可
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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的は
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。

【０００５】本発明は、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である。

【０００６】また、本発明は前記の処理方法において、
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。

【０００７】さらに、本発明は、下水汚泥をアルカリ性
にするとともに、管型熱アルカリ処理槽の管内を通し
て、下水汚泥の温度を50〜100 ℃に維持して熱アルカリ
処理を行うことによって、下水汚泥中の有機物を可溶化
させ、熱アルカリ処理後の下水汚泥を、固液分離せずに
そのまま中性付近のｐＨで、20〜60℃の温度で、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
理することを特徴とする下水汚泥の処理方法である。

【０００８】さらにまた、本発明は前記段落番号０００
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。

【０００９】

【解決手段の詳細な説明】図１は本発明の基本フローで
ある請求項１及び３の方法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12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。

【００１０】図２は本発明の請求項２の発明の実施例を
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。

【００１１】図３は本発明の請求項４の方法を示すフロ
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11
が入り構成されている。

【００１２】図１に示す工程において、有機性汚泥は先
ず熱アルカリ処理槽２に投入され、pHが 7.5〜12.5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（ＶＤ
Ｓ）6800mg/lの80％以上である5600mg/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℃の消化温度で攪拌
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４に返送され残
りは後段の汚泥処理系統へ送られる。

【００１３】図２に示す工程においては、本発明の請求
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。

【００１４】図３に示す工程においては、本発明の請求
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。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例につきさらに詳細に説
明する。

【００１６】次の表１に示す試験条件で本発明を実施し
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。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】 表２に示す通り、アルカリ処理のみや熱処理のみの従来
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。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上説明した通り、従来の欠点
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10ｎｍ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。

【００２０】なお、上記実施例は本発明の特定の例及び
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の請求項１又は３の方法を示すフ
ローシートである。

【図２】図２は本発明の請求項２の方法を示すフローシ
ートである。

【図３】図３は本発明の請求項４の方法を示すフローシ
ートである。

【図４】図４は熱アルカリ処理温度と熱アルカリ処理に
よる可溶化率の関係を示す特性線図である。

【図５】図５は汚泥固形物に対するアルカリ添加量とpH
との関係を示す特性線図である。

【図６】図６は熱アルカリ処理槽内の有機性汚泥滞留時
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。

【図７】図７は本発明方法を実施した場合の有機物の組
成変化の一例を示す図である。

【図８】図８は本発明方法を実施した場合の有機汚泥の
粒径分布の変化の一例を示す図である。

【図９】図９はアルカリ添加後有機性汚泥Ｍアルカリ度
とpHの関係の一例を示す特性線図である。

【図１０】図10は熱アルカリ処理温度と嫌気性消化処理
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。

【符号の説明】

１ アルカリ貯留槽 ２ 熱アルカリ処理槽 ３ 中和槽 ４ 嫌気性消化槽 ５ 沈殿槽 ６ ガスホルダー ７ ボイラー又はガス発電機 ８ アルカリ混和槽 ９ 管型熱アルカリ処理槽 10 固液分離槽 11 担体充填嫌気性消化槽 12 酸貯留槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下水汚泥をアルカリ性にするとともに、
   管型熱アルカリ処理槽の管内を通して、下水汚泥の温度
   を50〜100 ℃に維持して熱アルカリ処理を行うことによ
   って、下水汚泥中の有機物を可溶化させ、熱アルカリ処
   理後の下水汚泥を、固液分離せずにそのまま中性付近の
   pHで、20〜60℃の温度で、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ことを特徴とす
   る下水汚泥の処理方法。