JPH10192889A - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 嫌気性生物処理後好気性生物処理する生物処
理システムにおいて、余剰汚泥の発生量を更に低減する
と共に、エネルギーの有効利用を図る。 【解決手段】 好気性生物処理水を固液分離４し、分離
汚泥を加熱５した後固液分離６する。分離された液分を
嫌気性生物処理工程２に返送する。嫌気性生物処理工程
２で発生したメタンガスを汚泥の加熱に利用する。 【効果】 汚泥は加熱されることにより、脱水性が改善
されるため、加熱された汚泥を固液分離して得られる汚
泥分は含水率が低く、容量も大幅に低減される。加熱に
より、汚泥中の有機物の一部は加水分解作用等で可溶化
する。可溶化した有機物は好気性処理され、汚泥はより
一層減容化される。汚泥の加熱熱源として嫌気槽のメタ
ンガスを利用するため、エネルギーの有効利用が図れ
る。水容量の少ない分離汚泥を加熱するため、加熱効率
が良い。温度の高い液分を嫌気槽に戻して加温すること
でも熱の有効利用を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、し尿、産業排水、
下水などの有機性排水の処理方法に係り、特に、副産物
である余剰汚泥の発生を減少させ、且つエネルギー効率
良く生物処理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機性排水の処理方法として好気性微生
物を用いる活性汚泥法などの好気性生物処理法と、メタ
ン生成菌などの嫌気性微生物による嫌気性生物処理法と
がある。このうち、好気性生物処理では、有機物分解に
伴って増殖する余剰菌体（汚泥）の処理・処分が大きな
課題となっている。一方、メタン生成細菌などの嫌気性
微生物による嫌気性生物処理であれば、有機物の菌体へ
の転換効率が好気性生物処理と比較して小さいことか
ら、余剰汚泥の発生量が少ないという利点があり、この
方法は濃厚スラリー処理や食品排水、化学排水などの処
理に利用されている。

【０００３】しかし、嫌気性生物処理の単独処理では、
放流水の水質基準を達成できないため、通常は、好気性
生物処理を後段に付加するかたちで処理が行われてい
る。この方法であれば、好気性生物処理工程からの余剰
汚泥の発生量は、好気性生物処理の単独処理の場合と比
較すると１／３程度に減少される。

【０００４】図４は、このように嫌気性生物処理と好気
性生物処理とを組み合せた従来の生物処理法を示す系統
図である。原水槽２１の原水は嫌気槽２２で嫌気性生物
処理された後、好気槽２３で好気性生物処理される。こ
の処理液は沈殿槽２４で固液分離され、上澄水は処理水
として系外へ排出され、放流されるか或いは高度処理さ
れる。沈殿槽２４で分離された汚泥は、一部が返送汚泥
として好気槽２３に返送され、残部の余剰汚泥は脱水機
２５にて脱水処理され、脱水ケーキは系外へ排出され
る。脱離液は好気槽２３（又は嫌気槽２２）に返送され
る。なお、嫌気槽２２で生成したメタンガスは、嫌気槽
２２の加熱用ボイラ２６の熱源として利用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、嫌気性生
物処理と好気性生物処理とを併用することにより、余剰
汚泥の発生量を低減した上で良好な水質の処理水を得る
ことができるが、この場合においても依然として多量の
余剰汚泥が排出され、このことが、排水処理コストの高
騰の原因となっている。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決し、嫌気
性生物処理した後好気性生物処理する生物処理システム
において、余剰汚泥の発生量を更に低減すると共に、エ
ネルギーの有効利用を図る有機性排水の処理方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の有機性排水の処
理方法は、有機性排水を嫌気的に生物分解してメタンガ
スを生成させる嫌気性生物処理工程と、嫌気性生物処理
工程からの流出水を好気的に生物処理する好気性生物処
理工程と、好気性生物処理工程からの流出水を、処理水
と汚泥とに分離する第１の固液分離工程と、第１の固液
分離工程で分離された汚泥の少なくとも一部を加熱する
汚泥加熱工程と、加熱された汚泥を固形物含量の多い汚
泥分と、固形物含量の少ない液分とに分離する第２の固
液分離工程と、第２の固液分離工程で分離された液分を
該嫌気性生物処理工程に返送する液分返送工程とを有す
る有機性排水の処理方法であって、該嫌気性生物処理工
程で発生したメタンガスを該汚泥加熱工程の熱源として
使用することを特徴とする。

【０００８】かかる本発明においては、好気性生物処理
工程で発生する汚泥が加熱処理されることにより、その
脱水性が改善される。このため、この加熱された汚泥を
固液分離して得られる汚泥分は含水率が低く、かつその
容量は大幅に低減される。

【０００９】また、汚泥の加熱により、汚泥中の有機物
の一部は加水分解作用等で可溶化する。この加熱による
汚泥の可溶化と、この可溶化した有機物を含む液分、即
ち、加熱された汚泥を固液分離して得られる液分の好気
性生物処理を繰り返すことで汚泥容量はより一層減容化
される。本発明では、この可溶化した有機物を含む液分
を嫌気性生物処理工程に戻すため、嫌気槽における有機
物量が増え、メタン生成量を増加させることができる。

【００１０】また、本発明では、この汚泥の加熱処理の
熱源として嫌気性生物処理工程で生成したメタンガスを
利用するため、エネルギーの有効利用が図れる。しか
も、加熱は分離された汚泥に対して行うことから、原水
を加熱する場合に比べて、加熱対象の水容量が著しく少
ないため、加熱効率が良く、嫌気性生物処理工程で生成
したメタンガスで容易に所望の温度に加熱することが可
能となる。

【００１１】しかも、加熱された汚泥を固液分離して得
られる温度の高い液分を嫌気性生物処理工程に戻すこと
で嫌気槽を加温することができ、この点からも熱の有効
利用を図ることができる。この加熱効率は、図４に示す
如く直接嫌気槽を加熱する従来法よりも良く、メタンガ
スを有効活用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１３】図１，２は本発明の有機性排水の処理方法
の実施の形態を示す系統図である。

【００１４】図１に示す方法では、原水はまず嫌気槽２
で嫌気性生物処理され、含有される有機物の８０〜９０
％がメタンに分解される。嫌気処理水は次いで好気槽３
で好気性生物処理され、残留有機物が分解される。好気
処理水は第１固液分離手段４で固液分離され、上澄水は
処理水として系外へ排出され、放流されるか、或いは、
必要に応じて窒素、リン、色度、ＣＯＤ等を除去するた
めの高度処理が施される。

【００１５】第１固液分離手段４の分離汚泥の一部は返
送汚泥として好気槽３の入口側に返送され、残部は加熱
手段５に送給され、加熱される。この加熱手段５は、嫌
気槽２で発生するメタンガスを燃料とする熱変換器７で
生成した温水又はスチームで加熱が行われる。

【００１６】加熱された汚泥は、第２固液分離手段６で
固液分離され、液分は嫌気槽２の入口側に返送される。
一方、汚泥分の一部は好気槽３に返送され、残部は余剰
汚泥（脱水ケーキ）として系外へ排出される。

【００１７】本発明において、嫌気処理方式は図１に示
す一相式であっても良く、後掲の図３に示すような酸生
成とメタン生成の二相式であっても良い。また、汚泥の
保持方式もＵＡＳＢ(Upflow Anaerobic Sludge Blanke
t；上向流嫌気性汚泥床）方式、浮遊方式等のいずれで
も良い。

【００１８】好気槽３についても、浮遊方式、固定床
式、流動床式、生物膜式のいずれでも良い。好気槽が生
物膜式の場合、余剰汚泥は常時排出されないが、間欠的
に行う濾材層の洗浄時に洗浄排水中に汚泥が排出される
ため、この汚泥に対して、本発明の汚泥加熱及び固液分
離を適用することができる。

【００１９】第１固液分離手段４としては、沈殿槽又は
膜分離装置などを用いることができる。

【００２０】加熱手段５による加熱方式は、スチーム吹
込み或いはスチーム又は温水との熱交換等を採用するこ
とができる。

【００２１】なお、この加熱手段５に熱源を供給する熱
変換器７としては、嫌気槽２で発生したメタンガスを燃
焼させてスチーム又は温水を製造するボイラ又はガスエ
ンジン等を用いることができる。

【００２２】なお、処理する原水の有機物濃度によって
は、この熱変換器７において、嫌気槽２のメタンガスの
みでは、加熱手段５での汚泥の加熱に必要な熱源を賄え
ない場合もある。この場合には、別途補助燃料を補給す
る。ただし、本発明では、通常の処理では、殆どの場
合、嫌気槽２からのメタンガスのみで十分に汚泥の加熱
を行える。

【００２３】この加熱手段５における汚泥の加熱温度
は、汚泥の脱水性の向上及び汚泥の有機物の可溶化のた
めには高い方が好ましい。この加熱温度が５０〜７０℃
程度であれば、汚泥の脱水性を向上させる（脱水後の汚
泥の含水率を低減させる）ことができる。また、加熱温
度が５０℃以上であれば汚泥の有機物を可溶化すること
ができ、８０〜１００℃であれば、この可溶化を一層促
進して、生物的に易分解性の汚泥に改質することができ
る。従って、この加熱手段５での加熱温度は汚泥の処理
目的及び加熱コスト等に応じて上記温度範囲で適宜決定
する。

【００２４】前述の如く、加熱により可溶化された汚泥
の有機物は好気性生物処理により分解されるが、加熱手
段５では、必ずしも汚泥の有機物をすべて可溶化する必
要はなく、汚泥表面を可溶化する加熱工程と、可溶化し
た有機物を分解する好気性生物処理工程とを循環させる
ことにより、汚泥の大部分或いはほぼ全量を分解するこ
とができる。特に、加熱温度を８０〜１００℃とした場
合には、汚泥を循環処理することで汚泥を完全に分解
し、余剰汚泥として固液分離後の汚泥分を全く排出しな
くても良いようにすることもできる。

【００２５】なお、汚泥の有機物の可溶化の程度は加熱
手段５の滞留時間が長い程進行する。汚泥の循環による
有機物の可溶化及び分解を効率的に行うためには、加熱
手段５の滞留時間は３０分〜５時間程度とするのが好ま
しい。

【００２６】加熱手段５で加熱された汚泥を固液分離す
る第２固液分離手段６としては、スクリュープレス、デ
カンター、凝集加圧浮上槽、造粒凝集槽等の汚泥の濃
縮、脱水装置を用いることができる。

【００２７】図２に示す有機排水の処理方法は、原水中
に有機性ＳＳが比較的多量に含まれている場合に採用さ
れる方法であり、原水はまず、沈殿槽、浮上分離槽又は
デカンター等の固液分離手段８で固液分離され、固液分
離された液分について嫌気性生物処理及び好気性生物処
理がなされ、分離汚泥が加熱及び固液分離処理される点
が、図１に示す方法と異なり、その他は同様の構成とさ
れている。

【００２８】即ち、この方法において、固液分離手段８
で分離された液分は、嫌気槽２、好気槽３及び第１固液
分離手段４で処理され、処理水は系外へ排出される。

【００２９】一方、固液分離手段８で分離された汚泥は
加熱手段５に送給され、第１固液分離手段４の分離汚泥
と共に加熱される。これにより、この汚泥についても脱
水性の向上及び有機物の可溶化による減容化がなされ
る。

【００３０】図２に示す方法では、排出汚泥量の減容化
と共に、原水を予め固液分離して、嫌気性生物処理工程
における処理を主として溶存有機物を対象とするものと
することで、処理効率の向上を図ることもできる。

【００３１】なお、この図２に示す方法において、固液
分離手段８で分離された汚泥は、好気性生物処理を施し
た後、加熱処理しても良い。

【００３２】図１，２に示す方法は、本発明の有機排水
の処理方法の実施の形態の一例であって、本発明は図示
の方法に限定されるものではない。

【００３３】例えば、原水はその全量を嫌気槽に送給せ
ず、一部のみを嫌気槽に送給し、残部は直接好気槽に導
入しても良い。

【００３４】また、余剰汚泥の引き抜きは、後掲の図３
に示す如く、好気槽から行っても良い。

【００３５】また、汚泥の加熱時に酸を加えて汚泥の分
解効率を促進することもできる。

【００３６】このような本発明の有機排水の処理方法に
よれば、外部から熱源を必要とすることなく、系内で発
生する熱源を有効利用して汚泥の減容化を図ることがで
き、条件設定によっては、系外への汚泥排出量をゼロに
することも可能である。

【００３７】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００３８】実施例１，２、比較例１ 図３に示す実験装置により、下記水質のビール工場の総
合排水（水温２４〜２９℃）を原水として１０００Ｌ／
ｄａｙの処理水量で処理を行った。

【００３９】なお、実施例１，２及び比較例１では同一
の実験装置を用いて、後述の如く、加熱手段の加熱条件
のみ変えて、各々約２ケ月ずつ処理を行った。

【００４０】原水水質 ＣＯＤ_Cr ：１，８８０〜３，９２０ｍｇ／Ｌ ｓＣＯＤ_Cr：１，３１０〜３，３８０ｍｇ／Ｌ ＢＯＤ₅ ： ９２０〜２，９２０ｍｇ／Ｌ ＳＳ ： １９０〜 ９８０ｍｇ／Ｌ なお、熱変換器７としてはメタンガスボイラを用い、ス
チームを加熱手段５に供給した。嫌気槽２，好気槽３，
第１固液分離手段４，加熱手段５及び第２固液分離手段
６の仕様は次の通りである。

【００４１】装置仕様 嫌気槽 (UASB型メタン生成槽):300 Ｌ容量（φ40cm×250cmH，ＰＶＣ製，種汚 泥としてビール排水を処理している実機から採 取した汚泥約120 Ｌを使用） 好気槽（活性汚泥曝気槽） ：600 Ｌ容量（□80cm×120cmH，ＰＶＣ製） 第１固液分離手段（沈殿槽）：200 Ｌ容量（φ60cm×80cmＨ，ＰＶＣ製） 加熱手段（加熱槽） ：100 Ｌ容量（SUS 製，１日１回の回分処理） 第２固液分離手段（デカンター）：スクリューデカンター(0.5〜１m³/hr) 原水を調整槽９から酸生成槽１０に定量的に送り、ここ
で３５℃に加温すると共に、ｐＨを６．５〜８．５に調
整した後、嫌気槽（ＵＡＳＢ型メタン生成槽）２に通液
した。嫌気槽１の処理水は次いで好気槽（活性汚泥曝気
槽）３で嫌気性処理した後、第１固液分離手段（沈殿
槽）４で固液分離し、上澄水を処理水として抜き出し
た。沈殿槽４の分離汚泥のうち一部（１Ｑ：原水量と等
量）は嫌気槽３に返送した。第１固液分離手段４から加
熱手段（加熱槽）５への汚泥引き抜き量は１日１００Ｌ
とし、回分操作で引き抜いた。

【００４２】なお、この汚泥濃度は０．８％であった。

【００４３】加熱手段５では汚泥を表１に示す温度に加
熱して１時間保持し（ただし、比較例１では加熱な
し）、加熱した汚泥は第２固液分離手段（デカンター）
６で遠心分離により固液分離した。第２固液分離手段６
で分離された液分は酸生成槽１０に返送し、固形分は好
気槽３に返送した。液分と固形分との返送比は液分：固
形分＝８：２（液分：８０Ｌ／ｄａｙ，固形分：２０Ｌ
／ｄａｙ）であった。

【００４４】好気槽３からは、槽内のＭＬＳＳを概ね４
０００ｍｇ／Ｌに維持するように余剰汚泥の引き抜きを
行った。

【００４５】原水（調整槽出口水）、嫌気処理水（嫌気
槽出口水）及び好気処理水（沈殿槽上澄水）の水質を表
１に示す。

【００４６】また、実験期間中の好気槽の条件及び余剰
汚泥発生量を表２に示す。

【００４７】更に、嫌気槽で発生したガス量及びメタン
ガス含有率から計算により回収可能な熱量を求めると共
に、加熱手段での加熱に必要な熱量を求め、その比較結
果を表３に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１より明らかなように、実施例１，２及
び比較例１では、嫌気処理水、好気処理水いずれも顕著
な差は無い。実施例２では、ＣＯＤ_Cr値が他の場合と比
較してやや高くなっているが、ＢＯＤ₅ では差がない。
従って、生物分解性の有機物の分解状況はいずれの場合
も同等と判断される。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２より明らかなように、比較例１と比較
して、実施例１，２は共に、好気槽内のＭＬＳＳを一定
に保つために必要な引き抜き汚泥量は少なく、特に、汚
泥を９０℃で加熱した実施例２では、殆ど余剰汚泥の系
外への引き抜きを行わずに好気槽内のＭＬＳＳを一定に
維持することができた。

【００５２】

【表３】

【００５３】表３より、嫌気槽で発生するメタンガスか
らの熱量で十分に汚泥の加熱を行えることが明らかであ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の有機排水の
処理方法によれば、嫌気性生物処理と好気性生物処理と
を併用する有機性排水の処理において、次の効果が奏さ
れる。

【００５５】 余剰汚泥の発生量を大幅に低減でき
る。 余剰汚泥或いはこれを脱水して得られる脱水ケーキ
の含水率を大幅に低減できる。 ，より汚泥処理コストが大幅に低減される。 嫌気性生物処理工程で発生したメタンガスを汚泥の
加熱熱源とすることによりエネルギーの有効利用を図る
ことができ、運転コストが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機排水の処理方法の実施の形態を示
す系統図である。

【図２】本発明の有機排水の処理方法の別の実施の形態
を示す系統図である。

【図３】実施例で用いた実験装置を示す系統図である。

【図４】従来法を示す系統図である。

【符号の説明】

１ 原水槽 ２ 嫌気槽 ３ 好気槽 ４ 第１固液分離手段 ５ 加熱手段 ６ 第２固液分離手段 ７ 熱交換器 ８ 固液分離手段 ９ 調整槽 １０ 酸生成槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性排水を嫌気的に生物分解してメタ
   ンガスを生成させる嫌気性生物処理工程と、 嫌気性生物処理工程からの流出水を好気的に生物処理す
   る好気性生物処理工程と、 好気性生物処理工程からの流出水を、処理水と汚泥とに
   分離する第１の固液分離工程と、 第１の固液分離工程で分離された汚泥の少なくとも一部
   を加熱する汚泥加熱工程と、 加熱された汚泥を固形物含量の多い汚泥分と、固形物含
   量の少ない液分とに分離する第２の固液分離工程と、 第２の固液分離工程で分離された液分を該嫌気性生物処
   理工程に返送する液分返送工程とを有する有機性排水の
   処理方法であって、 該嫌気性生物処理工程で発生したメタンガスを該汚泥加
   熱工程の熱源として使用することを特徴とする有機性排
   水の処理方法。