JPH11192500A - 汚泥の嫌気性消化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下水処理場や屎尿処理場等で発生する汚泥の
大量消化を、効率良く行なう。 【解決手段】 汚泥の嫌気性消化工程中にシャボンの木
の抽出液を添加することにより処理を効率化する場合に
おいて、消化に供する汚泥の濃縮の度合いに応じて、シ
ャボンの木の抽出液濃度を増減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理場や屎尿
処理場等で発生する汚泥や、屎尿処理場へ搬入される生
屎尿の消化を促進させる方法に係わり、濃縮汚泥を嫌気
性消化処理する場合に、シャボンの木の抽出液、或いは
シャボンの木の抽出液とスギナ抽出液濃度を濃縮度に応
じて増加させるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場や屎尿処理場等に流入する排
水や屎尿は、最終的に処理水と汚泥に分離され、処理水
は河川等に放流される。一方汚泥は、脱水後焼却や埋め
立て処分されることもあるが、未だ多くの有機物を含有
しているので脱水後の容積を減少させるために、汚泥消
化槽等で嫌気性細菌により分解してＢＯＤ成分を減少さ
せ、その後に脱水して焼却や埋め立てされる場合が多
い。これに対し、生屎尿の場合は、ＢＯＤ成分が１万pp
m 以上も含まれているので、これを嫌気性消化してＢＯ
Ｄ成分を減少させてから曝気槽に送ることが一部で行な
われている。

【０００３】以下、主として下水処理場で発生する汚泥
の消化について説明する。嫌気性消化とは、上記したよ
うに汚泥或いは生屎尿中の有機物を嫌気性細菌や微生物
の働きによって、酵素を触媒として、酸性発酵期、
酸性減退期、アルカリ性発酵期の３段階を経て分解す
ることを言う。この有機物分解を消化と言い、は主と
して糖類、溶解性澱粉、繊維素、溶解性窒素化合物が分
解し、有機酸、硫化水素、大量の炭酸ガス、窒素及び重
炭酸塩を生成し、ｐＨは6.８〜5.１程度まで低下する。
の段階では、窒素化合物が分解し、酸度が減少すると
ともにアンモニア性窒素が増加し、ｐＨが6.６〜6.８程
度まで上昇する。の段階では、主として蛋白質、アミ
ノ酸、油脂等の難分解質が分解し、ｐＨが上昇して7.０
〜7.４程度に達し、ガス中のメタン含有量が多くなり、
汚泥は安定した粗粒となる。最終ガス発生量の９０％の
ガスが発生するまでの汚泥消化に要する日数は、消化温
度によって異なる。消化温度が４０℃以下を中温消化
帯、４０℃以上を高温消化帯と言い、両者の差異は主と
して消化に与かる嫌気性菌や微生物の違いによる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、嫌気性細菌
は好気性細菌と異なり有機物分解速度が極めて遅く、消
化には数十日（設計では５０日、現実は３５日程度）を
要する。一方、発生する汚泥量は極めて多く、下水道の
場合、１万人規模の町で１０〜２０ｍ³ ／日、１００万
人規模の都市では２０００〜４０００ｍ³ ／日も発生す
ると言われている。従って、汚泥を完全に消化するに
は、極めて大型の消化槽を多数必要とする。現在、消化
効率の良い卵型消化槽が開発され、また４０℃以上に加
温する高温消化法が採用されるなど種々改良が加えられ
ているが、改良は頭打ちの状態にある。

【０００５】この問題に対して、本発明者らは、シャボ
ンの木の抽出液を汚泥等に添加することにより、嫌気性
細菌や微生物の活性を向上させて消化効率を向上させる
ことに成功した。ただ、シャボンの木の抽出液は添加濃
度によっては反応を逆に阻害する傾向にある。また、そ
の添加によっても汚泥の物性はあまり変化は見られなか
いばかりが、逆に粘度が増大して攪拌に要する動力のコ
スト増をもたらした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは更
に研究を続け、消化効率を向上させるための適性なシャ
ボンの木の抽出液の添加濃度を明らかにするとともに、
スギナ抽出液を加えることにより汚泥の物性を変化させ
て汚泥の攪拌に要する動力の低減を図ることに成功し
た。

【０００７】キラヤサポニンは、トルペノイドサポニン
の一種で、シャボンの木をアルコールで抽出したものに
約２％（天然サポニンとして約４％）含まれている。こ
の抽出液には、２０％程度の糖類と１％強の粗蛋白が含
まれている。キラヤサポニンは、その生理活性により、
微生物の反応促進作用やストレス緩和作用を示すととも
に、油脂分解作用や酸素溶解効率の向上効果をもたら
す。尚、好気処理では、排水の２％程度の添加で十分な
効果が生じている。これは、好気処理には極めて重要な
ことである。一方、嫌気処理では、酸素溶解は不要であ
るし、汚泥中には油脂分も少ない。結局、キラヤサポニ
ンの生理活性作用が重要と思われる。しかし、サポニン
は抗菌作用を有している。従って、あまり高濃度だと、
逆に細菌の活性を削ぐおそれがある。

【０００８】本発明者らの研究の結果、通常の汚泥（Ｂ
ＯＤが約5,０００〜1.５万ppm ）の場合には、シャボン
の木の抽出液（キラヤサポニン２％含有物、以下同じ）
を２０ppm 以上加えると阻害効果が発現し、１０ppm 程
度が最も望ましいが、汚泥濃度が2.７倍程度の濃縮汚泥
では、２０ppm 程度が最も望ましく、２５ppm になると
阻害効果が現出してくる。

【０００９】ここで、望ましいとは、ガス発生量がピー
クになることを言い、濃度が必要以上に高くなると、ガ
ス発生量は無添加の場合と同様或いはそれ以下になる。
汚泥の性状や微ＢＯＤ濃度に応じたシャボンの木の抽出
液の添加が望まれる。

【００１０】このように、濃縮汚泥が問題になるのは、
大量に流入する汚泥の処理に対応するために、予め下水
汚泥を遠心濃縮機によって高濃度に濃縮したものを使用
する施設があることによる。

【００１１】一方、スギナを水、アルコール或いはその
混合物で抽出した液を、シャボンの木の抽出液とともに
少量添加したところ、消化時に発生するガス量が更に増
加した。スギナは、トクサ科の夏緑性シダの一種の栄養
茎（土筆はその胞子茎）であり、各地の原野や道端に普
通に見られるありふれた植物であり、又ずば抜けた繁殖
力を示す。このスギナは、無水珪酸の他、エキセトニン
（サポニンの一種）、エキセチン（アルカロイドの一
種）、フラノボイド、ビタミンＣ、脂肪、フィトステリ
ンを含み、煎じて民間薬として広く利用されている。

【００１２】本発明では、スギナをアルコールと水の混
合溶媒で加熱抽出した抽出液を使用した。このスギナ抽
出液（全量中、アルコール9.８％、水約６２％）には、
スギナサポニン（エキセトニン）が約0.５％（天然サポ
ニンとして約１％）、粗蛋白1.３％、糖分が4.１％、灰
分が4.３％含まれている。灰分の大部分は、シリカであ
る。スギナの場合、サポニンや糖分の含有率はシャボン
の木に比べて低いが、粗蛋白は同等以上含まれている。
従って、スギナの抽出液は、シャボンの木の抽出液とほ
ぼ同等の消化促進効果を示す。

【００１３】このスギナ抽出液は、ガス発生量の増大と
ともに、各種の物性値、殊に粘度の低減に大きな効果を
示す。即ち、汚泥にシャボンの木の抽出液を添加する
と、特に濃縮汚泥の場合には、嫌気処理後の汚泥濃度が
シャボンの木抽出液が無添加の場合に比べて大幅に増大
し、攪拌の動力コストを増大させる。ところが、スギナ
を加えると、シャボンの木の抽出液無添加の場合よりも
粘度が低くなる。

【００１４】

【実施例】（実施例 １）以下、本発明を実施例により
詳細に説明する。容量５Ｌ（リットル、以下同じ）の実
験用嫌気性消化槽に、下水処理場から採取した生汚泥を
2.７倍に濃縮した濃縮汚泥0.８Ｌと消化槽から採取した
消化汚泥3.２Ｌを投入し、３７℃に保って時々攪拌し
た。尚、これに上記のシャボンの木の抽出液を、汚泥全
量に対してそれぞれ１０ｍｇ／Ｌ、２０ｍｇ／Ｌ、２５
ｍｇ／Ｌ加えたものと無添加のものについて、発生する
ガス発生量を２８日間測定し、加積量を求めた。その結
果、図１に示すように、２０ｍｇ／Ｌのものは２日程度
で加積量が１５Ｌを越え、約１０日で２０Ｌを越え、２
２Ｌ程度で増加が見られなくなった。また、１０ｍｇ／
Ｌの場合、３日目に１０Ｌを越えその後余り増加せずに
１２Ｌ程度で増加しなくなった。これに対し、無添加の
場合と２５ｍｇ／Ｌの場合には、ガス発生量は約４割程
度にすぎなかった。２５ｍｇ／Ｌ添加の場合、サポニン
濃度が高すぎて、ガス発生を阻害したものと考えられ
る。即ち、2.７倍の濃縮汚泥の場合には、ガス発生量が
ピークになる濃度が、約２倍になっている。尚、この場
合１０ｍｇ／Ｌ添加の加積量は２０ｍｇ／Ｌ添加の加積
量に追いつかない。このことは、サポニンの役割が嫌気
性消化速度を早めるのではなく、分解できる範囲を広げ
ていると見ることができる。

【００１５】尚、上記消化汚泥からのガス発生量は０で
ある。従って、生汚泥の濃縮度が1.５倍の時は、シャボ
ンの木の抽出液を１５ppm 前後、濃縮度が２倍の時はシ
ャボンの木の抽出液を約１７ppm 前後の添加で、ガス発
生量がピークになることになる。また、発生ガス中のメ
タンガスの割合は、無添加の場合は約６０％であるが、
シャボンの木の抽出液を添加した場合は約７０％にな
る。従って、回収した発生ガスを燃料にした場合の総発
熱量は、シャボンの木の抽出液を添加した場合の方が遙
かに大きくなる。

【００１６】一方、２８日経過後に各処理汚泥の粘度
（ｍＰａ・秒）を測定したところ、１０ｍｇ／Ｌ添加で
１6,２００、２０ｍｇ／Ｌ添加で１3,０００、２５ｍｇ
／Ｌ添加で１4,４００に対し、無添加では2,８００と大
きな差がでた。この原因は今のところ不明である。尚、
本例で使用した濃縮汚泥の性状は、以下の表１の通りで
ある。 表 １ 分析項目 濃縮汚泥 消化汚泥 ｐＨ 5.５２ 7.２９ 総アルカリ ６４０ 4,390 ＴＳ (%) 4.８９ 2.４０ ＶＴＳ (%) 0.８５ 0.８７ ＳＳ (mg/L) 50,350 24,100 ＶＳＳ(mg/L) 8,750 8,500 ＢＯＤ(mg/L) 24,000 10,400 ＣＯＤ(mg/L) 11,000 7,000 ＴＯＣ(mg/L) 1,580 ６３０ Ｔ−Ｐ(mg/L) ６０ １１０ Ｔ−Ｎ(mg/L) ２００ ７１０ ＣＳＴ(mg/L) 1,895 3,238

【００１７】（実施例 ２）実施例１と同様に、容量５
Ｌの実験用嫌気性消化槽を２組用意し、これに、下水処
理場から採取した生汚泥を2.７倍に濃縮した濃縮汚泥0.
７２Ｌと消化槽から採取した消化汚泥2.８８Ｌの合計3.
６Ｌを投入し、３７℃に保って時々攪拌した。尚、一方
の消化槽には、シャボンの木の抽出液とスギナ抽出液を
２対１の割合で混合した添加物を、１０ｍｇ／Ｌの割合
で添加し、他の消化槽には何も加えなかった。１０ｍｇ
／Ｌ添加のものは、ガス加積量が１０日で９Ｌ、１５日
で１２Ｌ、２５日で１４Ｌになったのに対し、無添加で
は１０日で２Ｌ：２０日で2.５Ｌ３０日で約４Ｌに過ぎ
なかった。この結果を、実施例１の場合と比較すると、
使用した濃縮汚泥の量は実施例２の方が少なく、またシ
ャボンの木の抽出液の添加量も少ないのにガス加積量は
多くなっている。しかも、本例の場合、消化終了後の処
理汚泥の粘度は、１０ｍｇ／Ｌ添加が９６０ｍＰａ・秒
であるのに対し、無添加では９８０と僅かながらも添加
の方が低い値となった。

【００１８】尚、本例で使用した濃縮汚泥の性状は、以
下の表２の通りである。 表 ２ 分析項目 濃縮汚泥 消化汚泥 ｐＨ 5.２４ 7.２７ 総アルカリ ２００ 4,820 ＴＳ (%) 4.５９ 2.８３ ＶＴＳ (%) 1.０７ 1.５２ ＳＳ (mg/L) 45,100 26,700 ＶＳＳ(mg/L) 7,700 9,500 ＢＯＤ(mg/L) 26,910 9,230 ＣＯＤ(mg/L) 25,000 12,150 ＴＯＣ(mg/L) 2,100 ６３９ Ｔ−Ｐ(mg/L) ６０ １１０ Ｔ−Ｎ(mg/L) ２３０ ９００ ＣＳＴ(mg/L) 1,730 3,900

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の汚泥の嫌
気性消化方法は、汚泥を濃縮した状態で嫌気性消化する
場合において、シャボンの木の抽出液、或いはシャボン
の木の抽出液とスギナ抽出液の濃度を、濃縮度に応じて
増加させるものである。

【００２０】そのため、消化時に発生するメタンガス量
が無添加の場合に比べて倍以上も増加し、消化が大幅に
促進されたことが判る。また、スギナを添加したものに
あっては、シャボンの木の抽出液が少なくて済むしシャ
ボンの木の抽出液添加による処理汚泥の粘度の低下不足
も解消され、攪拌の運転エネルギーの低減が図れる。し
かも、消化槽その他の装置及び処理操作は従来と全く同
じであり、コストは添加剤のみであり、トータル処理費
用は大幅に減少するなど、多くの利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】シャボンの木の抽出液添加量の違いによる、ガ
ス発生の変化を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥の嫌気性消化工程中にシャボンの木
   の抽出液を添加する場合において、消化に供する汚泥の
   濃縮度に応じてシャボンの木の抽出液濃度を増加させる
   ことを特徴とする、汚泥の嫌気性消化方法。
2. 【請求項２】 シャボンの木の抽出液とともに、スギナ
   の抽出液を添加するものである、請求項１記載の汚泥の
   嫌気性消化方法。