JPS588320B2 - 有機性スラツジの処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有機性スラツジの新たな生物化学的消化減量処
理法に関するものである。

従来、下水処理汚泥、産業廃水活性汚泥処理余剰汚泥そ
の他の有機質を主成分とする有機性スラツジの処理法と
しては脱水、乾燥、焼却、湿式酸化等の物理化学的方法
と、嫌気性消化、好気性消化、堆肥化等の生物化学的処
理方法が知られており、また実施されてきたが、海洋投
棄や埋立等の直接投棄処分が困難になってきた現在、最
終処分の前にこれらの処理が益々必要になってきている
。

前述の各種処理法は、それぞれ消費エネルギーコスト、
建設費、建設用地、二次公害等何等かの問題点を持って
おり、採用すべき方法は一概に決められないが、その中
でも生物化学的方法は一般にエネルギー消費が少いとい
う利点を持っている。

ところで、その生物化学的処理法が従来全面的には採用
されて来なかった大きな理由のひとつは、生物化学反応
の速度が小さいため、処理設備が大きなものになり、従
ってまた広い建設用地が必要であることで、他の大きな
理由にスラツジの減少率が小さいということがあった。

生物化学的方法のうち堆肥化する方法は、スラツジの減
量処理よりも肥料としての利用を目的とするもので、廃
棄物の有効利用という面では好ましい方法があるが、そ
の目的からすれば都市下水処理汚泥等の重金属を含有す
るスラツジを堆肥化原料にすることには問題があろう。

また嫌気性消化法と好気性消化法にもそれぞれ次のよう
な問題点が知られている。

即ち、嫌気性消化法では、メタンが生産されるので、そ
れを燃料として使うととによって外部から供給すべきエ
ネルギーは非常に少なくて済むが、反面、メタンの貯留
と使用に伴う引火爆発の危険があり、反応速度が小さい
ため大容量の槽を必要とし、通性嫌気性菌による高分子
有機物の低分子化と低分子有機物のメタン化反応を均衡
させて良好な処理条件を維持することが比較的難かしい
こと等の短所がある。

一方、好気性消化法は運転が容易であり、メタン発生に
伴う危険性や悪臭の問題は殆んど無いが、有機物の減少
速度が小さく、曝気のためのエネルギーを多く消費する
こと等からあまり多く採用されていない。

そこで、本発明者らは有機性スラツジの生物化学的減量
処理法において、スラツジの消化分解速度が大きく、運
転管理も容易で、かつエネルギー消費も比較的少ない方
法の確立を目的に、鋭意、研究した結果、この目的は、
有機性スラッジを嫌気性反応槽に供給して嫌気的に生物
化学処理を行ない、該処理で得られた処理生成物を分解
残スラツジ相と液相とに分離することなくそのまま、好
気性反応槽に供給して、前記処理生成物を好気的に生物
化学処理を行ない、次いで該処理で得られた処理生成物
を、消化スラツジと脱離水とに分離してその分離された
前記消化スラツジを、再び前記の嫌気性反応槽に返送し
て、前記の有機性スラツジとともに再度生物化学処理を
することを繰り返すことによって達成されることを見出
した。

特に、前記の好気性反応槽内の液相のｐＨと前記の嫌気
性反応槽内の液相のｐＨとを比較する操作、及び好気性
反応槽内の液相の各態窒素の濃度を検知する操作の少な
くとも１種の操作を採用して、好気性処理段階における
硝化反応の生起の有無、程度を検出し、その上、好気性
反応槽内の液相の溶存酸素濃度を制御する操作及びスラ
ツジ返送量の調節により好気性反応槽内１回通過毎のス
ラツジ滞留時間を制御する操作の少なくとも１種の操作
を採用すれば、硝化反応の進行と硝化細菌の増殖を抑制
できるので、本発明の目的を、一層効果的に達成し得る
ものである。

次に、本発明の有機性スラツジの処理方法を第３図に従
って説明する。

有機性スラツジＳ１は、嫌気性反応槽１に供給され、嫌
気的生物化学（反応）処理によって、その一部が分解低
分子化される。

ここで生じた低分子化合物を含む液相と分解残スラツジ
相を相互に分離することなくそのまま、前記処理によっ
て得られた処理生成物は好気性反応槽２に送られる。

好気性反応槽２では、空気Ａを吹込むことによって好気
的生物化学反応が起り、低分子有機化合物の炭酸ガス、
水等への酸化分解と、高分子有機化物である有機質スラ
ツジの部分的酸化分解が同時に行われる。

好気性処理後の処理生成物は沈澱槽３に入りそこで脱離
液Ｗと消化スラッジＳ２とに分離される。

消化スラッジＳ２と脱離液Ｗとを分離する手段は、公知
の沈澱槽を用いての自然重力沈澱に限られるものではな
く、浮上分離、遠心分離、濾過等の手段を用いることが
できる。

分離された脱離水Ｗは、沈澱槽３から排出され、そのま
ま放流、または更に再処理された後、放流される。

他方、沈澱槽３から分離された消化スラツジＳ２の大部
分は、循環返送スラツジＳ３として嫌気性反応槽１に返
送され、そして他の一部は処分スラツジＳ４として別途
処分される。

沈澱槽３より嫌気性反応槽１に返送された循環返送スラ
ツジＳ３は新たにそこに供給される有機性スラツジＳ１
とともに再び嫌気的生物化学処理を受ける。

このとき循環返送スラツジＳ３の返送量を有機性スラツ
ジＳ１の供給量の２倍以上とすることにより、供給され
た有機性スラツジＳ１は、嫌気性および好気性の生物化
学的処理を交互に平均２回以上繰り返し受け、スラツジ
の有機質固形分が大巾に分解除去される。

次に、本発明の処理方法を実施するにあたって、好気性
処理の段階で硝化反応が生じると、嫌気性反応槽におい
て硝酸イオンあるいは亜硝酸イオンが電子受容体として
働き、還元性を低下させるので、嫌気的反応を阻害し、
嫌気性処理の効率を低下させる。

沈澱槽においても、同様に硝酸イオン、亜硝酸イオンが
窒素に還元される脱窒反応が起るため、窒素気泡による
スラツジの沈降分離の阻害や浮上が起り、正常運転に困
難をもたらすので、硝化反応の発生は防ぐべきである。

硝化反応は好気性反応槽における有機物負荷が低く溶存
酸素濃度が高い条件下で起りやすいが、廃棄物処理の場
合には、スラツジの供給負荷変動によって、常にこのよ
うな条件がもたらされる可能性がある。

そこで、本発明の処理方法において処理の阻害要因とな
る硝化反応を抑制するためには、好気性反応槽内の溶存
酸素濃度を硝化反応が起りにくい水準に維持することと
、好気性状態に曝される期間を短くして、絶対好気性菌
である硝化細菌の増殖を抑えることが有効である。

前者は低負荷時には曝気空気量を減らすという方法で簡
単に実現でき、後者はスラツジの返送循環景を増大させ
各１回通過毎の好気性反応槽内スラツジ滞留時間を減少
させることによって実現できる。

一方、硝化反応の生起を検出する方法として、通常行わ
れるように硝酸態亜硝酸態等の各態窒素を分析あるいは
検知する方法をとることはもちろんできるが、本発明の
処理方法においては、硝化反応が生じていないときは、
好気性反応槽内液のｐＨが嫌気性反応槽内液のｐＨより
も高い値を示すという現象を利用して、さらに簡便に硝
化反応の生起を知ることができる。

以上に述べたように、本発明の要点はスラツジを交互に
繰り返し嫌気状態と好気状態において生物化学的に処理
することにあり、有機質スラツジＳ１の最初の供給点が
嫌気性反応槽１の入口にある場合の他、好気性反応槽２
の入口あるいは沈澱槽３の入口等の嫌気処理−好気処理
−沈澱分離の循環経路内の任意の点において有機性スラ
ツジを供給することは本発明技術の範疇に属する。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、本発明法においては、スラツジが嫌気性と好気性
の生物化学処理を受けることにより、嫌気的生物化学反
応の持つ高い高分子有機物低分子化能力と好気的生物化
学反応の持つ高い低分子有機物酸化分解能力によって、
スラツジの有機質成分は能率的に消化減量される。

さらに、本発明の方法では、スラツジ自体が交互に嫌気
性と好気性の処理を受けることによって嫌気性および好
気性の処理をそれぞれ単独に行った結果から予測される
以上に高い分解能力が得られる。

その詳しい反応機構は不明であるが、還元分解と酸化分
解という異なる分解反応機構が、共に働くことによって
、また、それらが交互に繰り返されることによって予期
以上の効果が得られるものと推定される。

また、有機物分解菌を含むスラツジ自体が嫌気性と好気
性の処理を交互に受けることによって系内で生育する細
菌の殆んどが自動的に通性嫌気性菌によって占められる
ようになり、絶対嫌気性菌であるメタン細菌は殆んど生
育せず、従って貯留および使用に当って、引火爆発の恐
れがあるメタンを発生することもない。

上述のスラツジを交互に嫌気的および好気的に処理する
ことによって得られる特殊な効果は、し尿の可溶化処理
法等で公知の、嫌気的に低分子化し生成された低分子化
合物を含む脱離液のみを好気的に処理する方法（これを
第２図のフローシートに示す）では得られない。

さらに、メタン細菌の生育環境を好適に保つことは比較
的に難しいため、メタン醗酵型嫌気性消化槽を運転管理
するには比較的高度の技術を必要とするが、本発明の方
法ではメタン細菌生育のための条件を整える必要が無い
ので、運転管理が容易であり、また広い負荷条件範囲お
よび負荷変動に対して安定した処理が可能である。

本発明の方法はエネルギー消費の面ではメタンの生産を
伴う通常の嫌気性消化法よりも多少不利である。

しかしながら、本発明の方法は、好気性処理段階での滞
留時間が短く、必要な曝気用空気の量が少ないことと、
嫌気性処理槽も通常の嫌気性消化槽よりも小さくできる
ので、攪拌動力消費が少ないことから、全体としては省
エネルギー的処理法であると言える。

さらに、本発明の方法では好気性処理後に脱離液とスラ
ツジの分離が行われるため、排出される脱離液のＢＯＤ
，ＣＯＤ等が低く、また通常の嫌気性消化槽脱離液より
も着色が少ないことの他、被処理スラツジ液のｐＨは嫌
気性処理段階で低下するが、好気性処理段階で再上昇し
、スラツジの循環返送による中和効果とあいまって、反
応系全体が好適ｐＨ範囲に維持されるため、供給スラツ
ジのｐＨが著しく低い等の特別の場合を除いてはｐＨ調
節の必要が無いこと、ｐＨが自律的に好適範囲に維持さ
れることと、メタン細菌の増殖が必要でないことから運
転開始から正常運転に至るまでのスタート・アップ期間
が短く、かつスタート・アップ時の運転操作も簡単であ
ること等が挙げられる。

次に、実施例によって本発明の方法の有機性スラツジ処
理能力を示す。

実施例１ 反応温度３５°において、１日を嫌気状態１８時間、好
気状態６時間に分けて交互に嫌気、好気を繰り返す回分
式方式によるスラツジの生物化学処理を行い、同時に行
った回分式の好気性消化と嫌気性消化の処理方式と比較
した。

その結果を第１表に示す。

処理の対象とした有機性スラッジは生物化学的消化分解
の最も困難な部類に属する菌体細胞質を主体とする余剰
活性汚泥で、その有機物含量は９３．９％であった。

実施例２ 処理の対象として実施例１とほぼ同一性状の余剰活性汚
泥を用いて本発明の方法で連続処理した結果、反応温度
３４℃、スラツジ平均供給濃度４，８００ｐｐｍ、スラ
ツジ供給量基準滞留時間６．３日（嫌気性処理５．５日
、好気性処理０．８日）の条件において平均４５％のス
ラツジ消化減少率が得られた。

但し、返送循環スラツジ量は供給スラツジ量に対して４
倍とし、反応部スラツジ濃度を６，０００ｐｐｍで均衡
させるようにスラツジ引抜きを行った。

これに対して、比較のため同時に行った連続式好気性消
化では、同一温度同一負荷条件において１４％の消化減
少率しか得られなかった。

実施例３ 処理の対象として実施例１および２とほぼ同一性状の余
剰活性汚泥を用い、本発明の方法による連続処理を実施
した。

そのときの処理条件は、反応温度３４℃、スラッジ平均
供給濃度５，４００ｐｐｍ、反応部平衡スラツジ濃度（
消化スラツジ引抜きにより調節）６，０００ｐｐｍ、ス
ラツジ供給量基準滞留時間７．２日（嫌気性処理６．３
日、好気性処理０．９日）、循環返送スラツジ量は供給
スラツジ量に対して２倍、好気性反応槽内液溶存酸素濃
度２．０ｐｐｍとした。

上記条件のもとに１４日間連続運転を行ったところ、連
続運転１０日目頃から好気性反応槽内液ｐＨが低下し始
め、硝化反応が生じていることがわかった。

以上の運転期間を第１期とし、連続運転第１０日から第
１４日までの５日間の平均処理データを第２表に示す。

次に循環返送スラツジ量を供給スラツジ量の４倍に変更
するとともに、好気性反応槽内液溶存酸濃度を０．５ｐ
ｐｍに調節し、その他の条件は第１期と同一にして、さ
らに７日間の連続運転を行った。

上記条件変更後の運転期間を第２期とし、第２期の最後
の５日間の平均処理データを同じく第２表に示す。

以上の連続処理結果から、硝化反応が起るとスラツジ消
化能率が低下すること、および循環返送スラツジ量と好
気性反応槽内液溶存酸素量の調節により、効果的に硝化
反応を抑制できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の嫌気性消化処理法において脱離液の好気
性処理を付設した例を示すフローシート、第２図は嫌気
性低分子化と好気性処理を組み合せた従来の処理法のフ
ローシート、第３図は本発明の処理法のフローシートで
ある。 １・・・嫌気性反応槽、２・・・好気性反応槽、３・・
・沈澱槽、Ｓ１・・・有機性スラツジ、Ｓ２・・・消化
スラツジ、Ｓ３・・・循環返送スラッジ、Ｓ４・・・処
分スラッジ、Ａ・・・空気、Ｗ・・・脱離液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機性スラツジを嫌気性反応槽に供給して、嫌気的
   に生物化学処理を行ない、該処理で得られた処理生成物
   を分解残スラツジ相と液相とに分離することなく、その
   まま、好気性反応槽に供給して、前記処理生成物を好気
   的に生物化学処理を行ない、次いで該処理で得られた処
   理生成物を消化スラツジと脱離水とに分離してその分離
   された前記消化スラツジを、再び前記の嫌気性反応槽に
   返送して、前記の有機性スラツジとともに再度生物化学
   処理する工程を２回以上操り返すことによって、メタン
   を生産することなくスラツジの消化減量を行なうように
   したことを特徴とする有機性スラツジの処理方法。 ２ 好気性反応槽内液ｐＨを嫌気性反応槽内液ｐＨと比
   較して好気性処理段階における硝化反応の生起を検出す
   る前記特許請求の範囲第１項記載の有機性スラツジの処
   理方法。 ３ 好気性反応槽内液の各態窒素濃度を検知して好気性
   処理段階における硝化反応の生起を検出する前記特許請
   求の範囲第１項記載の有機性スラツジの処理方法。 ４ 好気性反応槽内液の溶存酸素濃度を制御して硝化反
   応の進行と硝化細菌の増殖を抑制する前記特許請求の範
   囲第１項記載の有機性スラツジの処理方法。 ５ 消化スラツジの嫌気性反応槽への返送量を調節し好
   気性反応槽内１回通過毎のスラツジ滞留時間を制御して
   硝化反応の進行と硝化細菌の増殖を抑制する前記特許請
   求の範囲第１項記載の有機性スラツジの処理方法。