JPS58205594A - 嫌気性消化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、下水処理場のような下水、し尿、産業廃水等
の汚水を微生物学的に好気的に処理する設備から排出さ
れる汚泥類を、嫌気的消化１〜、メタンガスを回収する
方法に関し、特に該汚泥類に余剰汚泥が含まれる場合に
生じるトラブル全解消し、効率よく嫌気的消化する方法
に関する。

従来の嫌気的消化方法は第１、図に示すフローに沿って
行われていた。

第１図において、１は下水、し尿、産業廃水等の流入ラ
イン、（イ）は最初沈殿池、２は最初沈殿池の上澄水抜
出ライン、（ロ）は好気性微生物処理を叶う曝気槽、６
は曝気槽から流出する微生物を含む混合液のライン、Ｃ
Ｊは最終沈殿池、４は最終沈殿池の上澄水抜出ライン全
示す。まだに）は濃縮装置で、例えば動式シックナー、
加圧浮上濃縮装置、遠心濃縮装置等、（（１）は第１嫌
気性消化槽、（へ）は第２嫌気性消化槽（消化した汚泥
の固液分離槽をかねる場合が多い）、５は生汚泥（最初
沈殿・池と）から回収した汚泥のことで、野菜ぐず、魚
肉、その他腐敗した有機物が多く含まれている。以下同
じ）の投入ライン、６は余剰汚泥（最初沈殿池（ハ）か
ら回収ｌ−だ汚泥のことで、活性汚泥の余剰に発生しま
たものであり、殆んどが活性汚泥とよばれる微生物（バ
クテリア、酵母、カビ、その他）から成っている。以下
同じ〕の投入ライン、７は濃縮された汚泥（上記生汚泥
と上記余剰汚泥の混合汚泥）の移送ライン、１６は汚泥
濃縮の際に生じる清昂水の排水ライン、９は嫌気性消化
の際に生じる脱離液の抜出ライン、８は嫌気性消化の際
に発生するメタンガス等の回収ライン、１０は第２嫌気
性消化槽（へ）で沈殿し７だ消化汚泥（上記汚泥の消化
後の固形物のこと、以下同じ）の抜出ライン、１１は該
消化汚泥を種付けとしてフィードバックさせるライン、
１２は該消化汚泥全脱水処理するための抜出ラインで、
脱水設備（真空濾過機、遠心沖過機、加圧ｐ過機など）
（ト）へ至る。該脱水設備（ト）により消化汚泥はスラ
リー状からケーキとなり、脱水ケーキ移送ライン１４に
より次の処理又は処分（焼却、埋立て等）の工程に移さ
れる。１５は脱水設備（ト）から排出される脱水分離液
のラインである。

しかし、この従来の嫌気性消化方法には、次のような問
題があった。

（１）生汚泥５のみが流入し、余剰汚泥６が入らないと
きは、消化対象の有機物当りのメタンガス８の回収量が
多く、脱離液９の水質も良く、また第２嫌気性消化槽（
へ）での消化汚泥の濃縮性が高いので、脱水設備（ト）
への負荷量（液量）が少なく、また脱水性能が高いので
、脱水ケーキ１４の水分は低く、脱水分離液１５は比較
的清浄である。

一方、生汚泥５に余剰汚泥６が混入すると、濃縮装置に
）の濃゛縮効率が落ちるか、落ちないように工夫しても
メタンガス８の回収率が低下し、脱離液９の水質が悪く
なり、また第２嫌気性消化槽（へ）での消化汚泥の濃縮
性が悪いので、脱水設備（ト）への負荷量が犬になるば
かりか、質的にも脱水性が悪いため、脱水ケーキ１４の
水分が高く、次の焼却や埋立処分に悪影響がある。また
、脱水分離液１５の水質も比較的悪くなるため、脱離液
９とともに曝気槽（ロ）に返送し再処理するが、この場
合、最終沈殿池上層水４の水質悪化につながることがあ
る。

（２）　　上記（１）の問題は、南の温暖な所はと、顕
著であり、中日本では冬より夏に多く生じている。

（３）　　従って回収したガスを燃料として再利用しよ
うとしても、夏、冬でメタンガス８の回収量に変動があ
り、また余剰汚泥６の混入量の変動によっても該＋１ｆ
ｆ＋収量に変動が生じるため、計画的再利用が難しい。

更に、脱離液９および脱水分離液１５の水質も年間を通
じて不安定であり、また脱水設備（ト）も生汚泥５の比
率の高い時にあわせて選定すると余剰汚泥乙の混入によ
りトラブルが生じ、逆に余剰汚泥乙の高い時にあわせて
選定すると生汚泥５の比率の高い時は過剰設備となる。

本発明は、上記の余剰汚泥６の引き起す問題を解消し、
メタンガス８の回収量アップ、脱水設備（ト）の効率ア
ンプ、脱離液９と脱水分離液１５の水質回−ヒを図るこ
とを目的としてなされたものである。

前記したように、生汚泥と余剰汚泥を含む汚泥の嫌気性
消化法において、後者の混入が消化の性能を悪化嘔すて
いることは、近年、神々の実験的研究によって明らかに
されており、生汚泥と余剰汚泥を分けて濃縮することに
より、両者の濃縮効率を上げたり、余剰汚泥のみに前処
理などを行って全体の性能アップを図ることが試みられ
つつある（例えば、高谷ほか著［三菱重工技報Ｊ’Ｖｏ
１１８．黒４．１９８１、ＨａｕｇＲ，Ｔ、著Ｊ、’Ｗ
ＰＯＦ、　Ｊｕｌｙ　１９７７　、ＨａｕｇＲ。

Ｔ、θｔａ１著Ｊ、　ＷＰＣ！Ｆ　、Ｊｕ’ｎ　、　１
９７８等）。余剰汚泥全熱処理するのは、その典型例で
あるが、本発明者らは、熱処理の影響を多角的に検討す
るうちに、余剰汚泥を熱処理した後に固液分離し、この
分離液のみ全消化工程へ廻すことが上記１７た［」的を
達成［７得るとの知見を得（詳細は珪体例として後述す
る）で、本発明に到達した。

すなわち本発明は、好気性生物処理を行うことにこり生
じる余剰汚泥を嫌気性消化処理するに先立って８０〜２
００゛Ｃの温度範囲で熱処理を行い、熱処理した余剰汚
泥を固液分離し、その分離液ケ嫌気性消化処理に付すこ
とを特徴とする嫌気性消化方法に関するものである。

なお、本発明者らによる先行発明に、余剰汚泥を、その
生命活動は１苧市させるが、その内部の酵素の活動は失
活させない比較的低温領域で熱処理した後、嫌気性消化
を行う方法（特願昭５４−６４９６８号参照〕°う；あ
るが、本発明は斯る先行発明とは異なり、より高温（８
０〜２００“’ｃ　）で余剰汚泥を熱処理し、その後固
液分離して分離液のみを嫌気性処理する方法に関するも
のである。

第２閣は本発明方法の一実施態様例を示すフローノート
である。

第２図において、第１図と同一符号は第１図と同じもの
を示し、（二つは生汚泥５の濃縮装置、（−＃）は余剰
汚泥６の濃縮装置を示す。一般的には前者は動式シック
ナが、後者は加圧浮ｋｉ１１！縮装置、又は遠心濃縮装
置が使いやすい。１３′及び１３“は各濃縮装置から生
ずる清浄水の排出ラインを示す。　　　　　　　　　　
□ 生汚泥５は濃縮装置（二つを経て濃縮生汚泥ラ　　′イ
ン２０によりｆｇ１消化槽（ホンへ供給する。

一方、余剰汚泥６は、生汚泥５とは別に濃縮装置型（二
つで濃縮した後、濃縮余剰汚泥ライン２１より熱処理装
置（チ）に送り、ここで熱処理された汚泥全ライン２２
からシックナー（す〕へ導入１〜、上澄液２４と沈殿汚
泥２６にわけ、沈殿汚泥２３は更に脱水設備（ト′）で
脱水ケーキ２５と分離液２６に分ける。そして上記の上
澄液２４と分離液２６を＄１嫌気性消化槽（ホ）に供給
する。なお、熱処理汚泥用シックナー（す）を省略し、
熱処理汚泥２２を直接脱水設備（トりに供給し、分離液
２６ｆ：第１嫌気性消化槽（ホ〕に供給してもよい。ま
た、脱水設備（トつは消化汚泥用脱水設備（ト）ヲ流用
してもよいし、別途に設けても１い。

以上のフローの特徴は、次の点にある。

（１）生汚泥５と余剰汚泥６を別々に濃縮する。

（２）濃縮した生汚泥はそのまま消化槽へ送る。

（３）ａ縮した余剰汚泥は、・、。、熱処理をした後、
固液分離にかけ、分離液のみを消化槽へ送る。

（脱水ケーキは、焼却、埋立等の処分を行う。〕 次に、具体例ケあげて本発明の根拠と、本発明による効
果を具体的に説明する。

例１ ｉ、ａ）供試原料；関西地方某下水処理終末処理場最終
沈殿池汚泥 全固形分濃度（以下、ＴＳと称す〕 １・ｌｌ０４２％ 有機物濃度（以下、ＴＶＳと称す） −・・・・・１．９チ （ｂ）消化用種汚泥；同処理場嫌気性消化槽消化汚泥 ＴＳ　　・・・・・４．２チ ＴＶＳ−−−−・２．８　％ （Ｃ）採取時期：　春 （（１）熱処理方法 ア）温度：１７０”Ｃ イ）方法口　上記（ａ）の供試汚泥を密閉容器に入れ、
更にオートフレ・− プ内に入れて無攪拌で、１７０ Ｃまで昇温し、３０分間保持 した後、自然冷却する。

（θ）消化装置 ア）ガラス製密閉容器：２１ イ）撹拌二マグネットスターラによる連続攪拌 つ〕加温：温水ジャケット３５±１°Ｃに制御（中温消
化） 工）汚泥投入方式ニスタート時に種汚泥を２７張り込み
、以後１回／日で 消化汚泥を１００１ｎｌ抜きとり、 供試汚泥１００Ｆｎｌ投入をくり返 す。

（ｆ）実験方法 ア〕消化実験二上記（０）の消化装置音用い、熱処理ケ
しない汚泥（対照 用）および上記ｆｄ）の方法で 熱処理した汚泥音別々に消 化させ、上記（０１の工）の汚泥 投入方式で約１００日続け、 消化ガス発生が安定してぃ ること全確かめた後、終了。

安定中のガス発生量とガス 中のメタン濃度を測定する。

イ）沈降実験：消化実験前の供試汚泥、消化実験後の消
化汚泥全１１ の、メスシリンダーに均一状 態で投入し、７２時間靜装 して、スラッジボリューム （チ）を測定した。

つ）脱水実験：イ〕と同じ汚泥にＦθＯ／３５％、Ｃａ
（０，Ｈ）２２　ｏ　％　（いずれもＴＳ゛１りの添ｖ
Ｏ駄）を加え、リ ーフチスターにＰ布（商品 名、パイレンＰＦ３０３）をとり つけ、４００聰Ｈｇ真空ｐ過に よるリーフテストを行って、 ｙｒ過速度・を求めた。

（ｇ）実験結果 ア〕消化によるメタンガス発生率； 安定して消化されている期間中のメタ ンガス発生率全第５図に示す。

第３図の（１）　（２）から１７０’Ｃの熱処理によっ
てガス発生率は約８０％増加することが判る。

第３図の（３）（りは、（２）のガス発生の内容を調べ
るため、１７ｏ″Ｃ熱処理汚泥を無薬注で強制的に濾過
し、Ｅ液と固形物とに分け、ｐ液と固形物について別々
に同条件の消化を行わせた結果を示す。

これより、ｐ液からのメタン発生（３）が全汚泥からの
メタン発生（２）の約９０％もあり、固形物からのガス
発生（４）はきわめてわずかであることが判る。これは
、熱処理によって消化による分解ＥｊＪ能な自機物の大
半が可溶化１７、液側に移り、１６ｊ形物側は難分解物
が主体になっているためと考えられる。

イ）沈降圧密性： 沈降実験結果全第４図に示す。

第４図の（１）　（２）より無処理汚泥は消化すること
によりスラッジボリュームが少くなる、即ち消化におい
て一般に期待される効果である減容効果が示されている
。（１）と（６）の比較より、１７０°Ｃの熱処理によ
り消化前でも大幅に減容される。これは、ＳＳ（固形物
濃度）−が熱処理により低下する（熱処理前８Ｂ　２．
Ｏｆｂ→熱処理後ＳＳ１．３％）ことと、質的にも圧密
性が高まることの両者の相剰効果と考えられる。ところ
が、（３）と（４）の比較より、１７０℃熱処理汚泥は
、消化前より消化後のほうがスラッジボリュームが大で
、熱処理汚泥については、消化による減容効果、はマイ
ナスになっている。なお、各汚泥のＴ　Ｓ　、ＴＶＳ　
、Ｓ　Ｓについてまとめると次（％）（％）（％） （ｔ）　ｏ　無処理ｔＬｊ泥（消化前）　　２．３　１
．９　　２．０（２）・無処理汚泥（消化後）　　１．
７　１．３　　１．４（３）、へ１７０°Ｃ熱処理汚泥
（消化前）　　２．３　　１．９　　１．３（４）ム１
７０℃熱処理汚泥（消化後）　　１．４　　１．０　　
１．１つ）脱水性： リーフテストの結果を第５図に示す。

第１５図の（１）　（２）より、消化によって期待され
る効果の１つである脱水性の同上が示されている。（１
）と（６）の比較より１７０℃の熱処理により消化前の
時点で大幅に脱水性のよい汚泥になることが判るが、（
３〕と（りの比較より、消化後は１７０°Ｃ熱処理のも
のはかえって脱水性が低下することが判る。

工）消化後の脱離液について： 余剰汚泥の■無処理汚泥、０１７０°Ｃ熱処理汚泥、０
１７０°Ｃ熱処理汚泥を無薬注脱水した分離液、の３種
を（的の装置及び（（１）の方法で消化し、その消化汚
泥全２４ｈｒ静置沈殿させた上澄液（すなわち脱離液）
についてＳＳ　、　ＢＯＤ５（生物化学的酸素要求量）
を測定したところ、次の結果が得られた。

Ｓｓ（ｐｐｍ）　　　　ＢＯＤ５（ｐｐｍ）■　　　２
２００　　　　　　８７０ ■　　　１８００　　　　　６４０ ■　　　９２０　　　　　　３５０ これより、熱処理■により脱離液水質 の同上がみとめられ、熱処理汚泥の分離液のみを消化す
る場合■は、更に同上する傾向がみとめられる。

（ｈ）考　察 以上の実験結果より、余剰汚泥を熱処理する場合、熱処
理汚泥をそのまま消化するより、あらかじめ固液分離し
、液側のみを消化するほう−ダ次の点で有利であること
が明らかである。

ア〕熱ｌｔ理汚泥のガス発生率は、はとんと液側の有機
物に帰因する。従って、液側のみ消化槽に投入１７ても
、ガスの回収量は全量投入とほとんど変らず、１７０”
（：熱処理では７０〜８ｏ％ガス着アップが期待できる
。

イ）熱処理汚泥の固形物は消化槽に投入１７ても消ｆヒ
による生物分解はわずかであるから、本来無駄な部分が
多い。従って、固形分全投入しないことにより、消化槽
の固形物負荷全低減し、運転に余裕ができるほか、攪拌
動力が少なくてすみ、スカムの発生量Ｆにもつながる。

つ）消化前の熱処理汚泥は、沈降圧密性、脱水性が最も
よいので、この段階で重力ンツクナーによる濃縮を行い
、その濃縮汚泥を脱水することが得策である。また、第
２消化槽では本来沈降性のよい生汚泥主体の消化汚泥を
沈降圧密させｉｔばよいので、その性能は大幅に高まる
。更に、消化汚泥の脱水設備には、本来脱水性のよい生
汚泥主体の消化汚泥が良好に圧密された状態で送られて
くるので、脱水能力は大幅に高められる、 例２ 上記例１は、余剰汚泥の無処理と１７′＼ｏ′ｃ熱処理
との比較についてのものであるが、６０・〜２４０　”
Ｃの熱処理温度範囲において２０°Ｃづつ＋ｆ’ｆ−金
かえで例１と同様の実験を行ったところ、次の結果が得
られた。

ア）ガス発生率の向上については、６０°Ｃの熱処理で
も無処理のものの３０％以上ヒ回る効果が見られ、相対
的に高温度はとガス発生の増加率が上る１頃回であった
が、２００°Ｃ以」−では熱処理による生成物の１部に
消化１Ｓｔｉ書物が生じたためか、ガス発生率の増加は
頭うち又はやや低下気味となった。

イ）熱処理後の消化前と消化後の沈降圧密性、脱水性に
ついては、熱処理６０°Ｃではほとんと効果なく、８０
℃以上で高温になるほど回−ヒｌ、、１２０　”Ｃ以上
で急激に同一ヒする傾向であった。また、８０°Ｃ以上
の各温度においては、消化前のほうが消化後より沈降圧
密性と脱水性がすぐれていた。

これらのことから、８０”Ｃ以上では本発明の効果か得
られるが、消化前の熱処理汚泥の固液外１冊の性能から
みて１２０°Ｃ以上がより望ましく、またガス発生量の
血からみると、２００”Ｃ以下で１十分であるといえる
３゜ 例５ 生汚泥について、例１と同じ下水処理場の最初沈殿池汚
泥を用い、熱処理なしと熱処理（１００”Ｃ、１７０”
Ｃ）の比較を例１と同様にしたところ、わずかに熱処理
をするｔｌう−う；ガス発生、沈降圧密性、脱水性が同
上する程度で、大きな差はなかった。これは、生汚泥が
無処理でも良好な性能を示し、１２０　”Ｃで熱処理し
７た余剰汚泥払Ｊ１の良い値となるため、結果として差
が出なかったものと考えられる。従って、生汚泥′＼の
熱処理は、費用と効果の関係から得策でな（ハといえる
。

以上詳述したことから明らかなように、本発明によれイ
、従来法に比Ｌ　、次のような効果金奏することができ
る。

（１）　　消化により発生するメタンガス（燃料として
刊用できる。）の回収量が増／Ｊｌ］する。

（２）　　消化槽か、消化ｊ７やすい生汚泥と、熱処理
余剰汚泥の固液分離した液側のみ受けいれるので、固形
物負荷としては従来の約半分程度になり、安定した消化
ができる。また、消化汚泥の沈降圧密性、脱水性は余剰
汚泥混入時に比べきわめて高い。

（３）　　消化後の沈降圧゛缶性、脱水性の悪い余剰汚
泥は、熱処理後の最も改善された時点で固液分離するた
め、これに必要な脱水設備と、上記消化汚泥の脱水設備
の合計は小規模なもので済む。

（４）　　消化脱離液の水質が同上するので、好気性生
物処理設備へ返送することによる悪影響が少なくてすむ
、。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の噴気的消化方法を示すフローシート、第
２図は本発明方法の一実施態様例を復代理人　　萩　原
　亮　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 好気性生物処理を行うことにより生じる余剰汚泥を嫌気
   性消化処理するに先立って８０〜２００°Ｃの温度範囲
   で熱処理を行い、熱処理した余剰汚泥を固液分離し、そ
   の分離液を嫌気性消化処理に付すことを特徴とする嫌気
   性消化方法。