JP2003190997A

JP2003190997A - 有機性排水の処理方法と装置

Info

Publication number: JP2003190997A
Application number: JP2001399441A
Authority: JP
Inventors: Akira Watanabe; 昭渡辺; Yutaka Yoneyama; 豊米山; Naoaki Kataoka; 直明片岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-08
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP3672091B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギーとして有用なメタンを効率よく回
収すると共に、汚泥発生量を削減できる有機性排水の処
理方法と装置を提供する。【解決手段】有機性排水１を好気性処理工程と嫌気性
消化工程とで処理する方法において、前記好気性処理工
程で得られる汚泥８を、有機物を吸着あるいは蓄積した
有機物含有率の高い汚泥にして固液分離３し、得られる
分離汚泥を嫌気性消化工程１３に導入することとしたも
のであり、前記有機物含有率の高い汚泥は、バイオソー
プション汚泥、各種のハイレート法汚泥又は嫌気−好気
活性汚泥の嫌気槽汚泥で酸化状態が低く、易分解性の高
い有機物を多く含む汚泥であるのがよく、前記固液分離
して得られる分離汚泥は、液化処理工程１１で処理した
後、１３に導入することができ、また、前記１１は、薬
品、熱、オゾン、超音波、ホモジナイザー、ボールミル
又はパルス放電を用いて液化処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機性排水の処理
に係り、特に、有機性排水とその処理により得られる有
機性汚泥から、エネルギーとして有用なメタンを効率良
く回収すると共に、汚泥発生量を削減することができる
有機性排水の処理方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、有機性排水、特に下水などの
比較的低濃度の排水は、活性汚泥処理方法が常用されて
いる。活性汚泥法には、高負荷処理や窒素、りん除去、
ならびに汚泥の凝集・沈降性の改善などを目的として、
多くの変法が提案、実用化されている。有機性汚泥の処
理方法としては、汚泥の減容化や安定化という観点か
ら、脱水・焼却などの物理化学的処理法が多用されてい
る。生物学的な有機性汚泥の減容化法としては、嫌気あ
るいは好気条件下で汚泥を消化する方法があり、近年で
は、オゾン処理やアルカリ処理等の前処理により、汚泥
の分解性を高めて曝気槽に導入し、汚泥の減容化を図る
方式が実用化されている。嫌気性消化法は、処理費用が
比較的安価で、汚泥発生量も少ないこと、さらにはエネ
ルギーとして有用なメタンを回収できるなどの利点があ
り、有機性汚泥の処理・処分方法として従来から多用さ
れてきた技術である。近年では、熱処理やアルカリ処理
などの前処理で汚泥を液化し、生物分解性を高めてメタ
ン回収率を上げる処理方式が提案されている。

【０００３】しかしながら、これらの処理方法には、次
のような問題点があった。（１）有機性排水及び有機性汚泥の処理・処分方法に関
しては、活性汚泥法や嫌気性消化法、ならびにそれらの
各種改良法が実用化され、また、提案されているが、省
エネルギーや創エネルギー、資源回収という面では、必
ずしも満足のいく状況ではない。（２）嫌気性消化は、汚泥発生量が少なく、省エネルギ
ーや創エネルギーの観点から有効な処理技術として注目
を集めているが、従来技術では余剰汚泥の分解率は３０
〜４０％と低かった。（３）この理由は、長時間曝気法やオキシデーションデ
ィッチ法などの低負荷処理法、ならびに標準活性汚泥法
などから排出される余剰汚泥は、長時間の曝気処理によ
り、汚泥中の易分解性の有機物がぼとんど酸化分解され
ているためである。そのため、物理化学的な液化処理を
行っても、夜化率は低く、液化した有機物成分もメタン
発酵で分解しにくいという短所があり、液化処理に要す
るコストに比べて、メタンの回収率アップによる経済的
メリットは必ずしも大きくなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消し、エネルギーとして有用なメタンを
効率よく回収すると共に、汚泥発生量を削減できる有機
性排水の処理方法と装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、有機性排水を好気性処理工程と嫌気性
消化工程とで処理する方法において、前記好気性処理工
程で得られる汚泥を、有機物を吸着あるいは蓄積した有
機物含有率の高い汚泥として固液分離し、得られる分離
汚泥を嫌気性消化工程に導入することを特徴とする有機
性排水の処理方法としたものである。前記処理方法にお
いて、有機物含有率の高い汚泥は、バイオソープション
汚泥、各種のハイレート法汚泥又は嫌気−好気活性汚泥
の嫌気槽汚泥で酸化状態が低く、易分解性の高い有機物
を多く含む汚泥であるのがよく、また、前記固液分離し
て得られる分離汚泥は、液化処理工程で処理した後、嫌
気性消化工程に導入することができ、前記液化処理工程
は、薬品、熱、オゾン又はパルス放電を用いる物理化学
的処理及び／又は超音波、ホモジナイザー又はボールミ
ルを用いる機械的液化処理からなる処理方法から選ぶこ
とができる。また、本発明では、有機性排水を処理する
好気性処理槽と嫌気性消化槽とを有する処理装置におい
て、前記好気性処理槽内で得られる汚泥を有機物を多く
吸着あるいは蓄積した汚泥とする装置と、該汚泥を固液
分離する分離装置とを有し、該分離した分離汚泥を直接
前記嫌気性消化槽に導入する手段を有するか、又は、該
分離した分離汚泥を液化処理装置を経由して嫌気性消化
槽に導入する手段を有することを特徴とする有機性排水
の処理装置としたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明では、固液分離の手段としては重力沈降分離、遠
心分離、浮上分離、凝集分離、膜分離などの固液分離法
及び装置が利用できる。特に、膜処理は、固液分離性が
高いため、汚泥に吸着されなかった原水由来の易分解性
ＳＳも嫌気性消化に導入できるため有効である。固液分
離された汚泥には、微生物による十分な代謝を受けてい
ない易分解性の有機物が多く含まれるため、前処理によ
り汚泥を液化しなくても、従来法に比べてメタン回収率
を上げることができるが、よりメタン回収率を上げるた
めには、別途液化処理工程を組込むことが有効である。
液化の手段としては、アルカリ処理、酸処理、オゾン処
理、パルス放電処理、次亜塩素酸処理、熱処理などの物
理化学的液化処理や、超音波処理、ホモジナイザー処
理、ボールミル処理などの機械的液化処理を、単独ある
いはそれらを組み合わせた方法を利用できる。

【０００７】本発明の如く、曝気槽流入水に含まれる有
機物を二酸化炭素と水に分解し、分解性の低い菌体成分
に変換して嫌気性消化するのではなく、汚泥が易分解性
の有機物を多く吸着あるいは蓄積した状態で嫌気性消化
することにより、従来技術に比べて安価にメタン回収率
を上げることが可能となる。本発明で有機物含有率の高
い汚泥とする方法のバイオソープション汚泥としては、
好気性処理槽から分離した余剰汚泥を、原水が流入して
いる吸着槽に流入して、原水中の有機物を該汚泥に吸着
させて固液分離し、有機物含有率の高い汚泥として、嫌
気性消化槽に導入する方法である。ハイレート法汚泥と
しては、標準活性汚泥法に比べて有機物負荷を高くして
運転し、有機物含有率の高い汚泥を得ており、この汚泥
を嫌気性消化槽に導入する方法である。また、嫌気−好
気活性汚泥としては、嫌気槽で有機物を菌体内に取り込
み、りんを放出し、好気槽で有機物をＣＯ2とＨ2Ｏに分
解し、好気槽で放出した以上のりんを取り込む方法にお
いて、嫌気槽汚泥は、取り込んだ有機物を酸化分解され
ていないため、有機物含有率の高い汚泥であるから、こ
の汚泥を余剰汚泥分だけ固液分離して、嫌気性消化槽に
導入する方法である。この方法では、固液分離する量は
余剰汚泥分とし、それ以上を分離するとこの水処理系は
成立しなくなる。

【０００８】次に、図面を用いて本発明を説明する。図
１は、本発明の処理方法を実施するための装置のフロー
構成図である。図１において、１は流入水、２は吸着
槽、３は固液分離槽、４は曝気槽、５は最終沈殿池、６
は放流水、７は返送汚泥、８は濃縮余剰汚泥、９は消化
汚泥分離水、１０は吸着分離汚泥、１１は液化処理槽、
１２は消化汚泥分離槽、１３は嫌気性消化槽、１４は分
離汚泥、１５は汚泥濃縮槽、１６は最初沈殿池、１７は
最初沈殿池汚泥を、１８は濃縮槽分離水示す。まず、最
終沈殿池５からの余剰汚泥は、濃縮後、吸着槽２に送ら
れ、ここで流入水中１の有機物を生物吸着により除去す
る。なお、吸着槽の処理条件（吸着時間、ＤＯ、ＯＲＰ
等）は、流入水の性状や余剰汚泥の性状（高負荷運転の
汚泥／低負荷運転の汚泥など）により異なるが、単位汚
泥量当たり最大限の有機物を吸着すると共に、吸着され
た有機物が微生物の代謝を受けて無機化／同化しないよ
うな条件で運転することが望ましい

【０００９】次に、固液分離槽３で分離された分離水
は、曝気槽４に導入され、流入水１中の易分解性の有機
物を吸着した吸着分離汚泥１０は、液化処理槽１１に導
入される。液化の手段としては、熱処理やアルカリ処
理、オゾン処理、次亜塩素酸処理、酸処理、加圧処理、
超音波処理、パルス放電処理などの単位操作や、それら
を組み合わせた操作を利用できるが、本発明の場合、活
性汚泥などの好気性処理から排出される余剰汚泥に比べ
て、液側の有機物濃度が高いため、オゾン処理などの酸
化剤による液化処理は経済的に不利であり、熱処理やア
ルカリ処理、超音波処理などが有効である。液化処理さ
れた汚泥は、嫌気性消化槽１３に送られる。嫌気性消化
槽１３は、１槽式あるいは２槽式のいずれでも良い。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明を実施例により具体的に説明
する。実施例１本実施例では、図１（本発明）に示すバイオソープショ
ンを利用した方式と、吸着槽２と固液分離槽３、液化処
理槽１１を有しない方式（図２）及び液化処理槽１１を
有し、吸着槽２と固液分離槽３を有さない方式（図３）
を、比較例として嫌気性消化槽１３でのバイオガス発生
量を比較した。本実施例で使用した下水の性状の平均値
は、ＳＳ１８０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ２００ｍｇ／Ｌであ
り、最初沈殿池１６での除去率はＢＯＤ３０％、ＳＳ５
０％であった。下水の流量は、３系列共に３.０ｍ³／日
で連続的に通水した。図１の吸着槽の容積は０．１８ｍ
³であり、曝気攪拌により、最初沈殿池１６越流水と余
剰汚泥８を混合／攪拌した。固液分離は、高分子凝集剤
を添加して有機物を吸着した汚泥を沈降分離した。分離
水中の残存ＢＯＤ濃度は７０ｍｇ／Ｌであり、最初沈殿
池１６越流水のＢＯＤの５０％が除去された。

【００１１】曝気槽は、３系列共に容積５００Ｌの角型
槽を用いた。曝気槽のＢＯＤ容積負荷は、図１の本発明
では０.４２ｋｇ／ｍ³・日、図２、図３の比較例の場
合、０．８４ｋｇ／ｍ³・日で運転した。液化処理は、
超音波処理により行った。嫌気性消化槽の滞留日数は２
０日、消化温度は３５℃とした.表１は、本発明と比較
例の混合汚泥を、上記条件で嫌気性消化した実験結果で
ある。本発明（図１）の場合、メタンガス発生量は０．
５４Ｎｍ³／ｋｇ‐ＶＳであるのに対して、液化処理を
行わない比較例（図２）では０．２８Ｎｍ³／ｋｇ‐Ｖ
Ｓ、液化処理を行った比較例（図３）では０.３９Ｎｍ³
／ｋｇ‐ＶＳであり、メタンガス発生量は大幅に増加し
た。

【表１】

【００１２】実施例２次に、本発明の他の実施態様の例であるハイレート法と
嫌気−好気活性汚泥法（図４）の実施例を示す。ハイレ
ート法は、プロセス的には標準法と同じで、曝気槽の負
荷条件を高くして運転する方式である。従って、本発明
でハイレート法に適用した処理フローは、図３と同じに
なる。図４は嫌気−好気活性汚泥法での実施例である。
図４において、１は流入水、３は固液分離槽、５は最終
沈殿池、６は放流水、７は返送汚泥、９は消化汚泥分離
水、１１は液化処理槽、１２は消化汚泥分離槽、１３は
嫌気性消化槽、１４は分離汚泥、１６は最初沈殿池、１
７は最初沈殿池汚泥、１９は固液分離汚泥、２０は固液
分離水、２１は嫌気槽、２２は好気槽を示す。まず、嫌
気槽では酢酸などの流入水中の溶解性有機物が菌体内に
取り込まれ、同時にりんが放出される。この時、菌体内
に取り込まれた有機物は、ポリヒドロキシ酪酸等として
菌体内に蓄積される。本法は、これらの有機物含有率の
高い汚泥を余剰汚泥分だけ抜き出して固液分離し、嫌気
性消化槽に導入してメタンガスとして回収する。一方、
好気槽に送られた汚泥は、曝気処理により菌体内の有機
物は炭酸ガスと水に分解され、この時嫌気槽で吐き出さ
れた以上のりんを吸収する。なお、固液分離する汚泥量
は余剰汚泥分とし、それ以上を分離すると水処理系は成
立しなくなる。比較例として、実施例１の図２の方式と
比較した。

【００１３】実験に使用した下水性状と実験条件は、実
施例１と同じである。ただし、本実施例のハイレート法
の図３の場合、曝気槽の容積は２５０Ｌとし、ＢＯＤ容
積負荷は１.６８ｋｇ／ｍ³・日で運転した。表２は、本
発明と比較例の混合汚泥を、上記条件で嫌気性消化した
実験結果である。本発明の場合、メタンガス発生量は
０．４５〜０.５０Ｎｍ³ｋｇ−ＶＳであるのに対して、
比較例（図２）では０．２８Ｎｍ³ｋｇ−ＶＳであり、
メタンガス発生量は大幅に増加した。

【表２】

【００１４】

【発明の効果】本発明の実施により、有機性排水及び有
機性汚泥からエネルギーとして有用なメタンを高効率で
回収することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法を実施するための装置の一例
を示すフロー構成図。

【図２】比較例に用いた装置のフロー構成図。

【図３】比較例及び実施例２に用いた装置のフロー構成
図。

【図４】本発明の処理方法を実施するための装置の他の
例を示すフロー構成図。

【符号の説明】

１：流入水、２：吸着槽、３：固液分離槽、４：曝気
槽、５：最終沈殿池、６：放流水、７：返送汚泥、８：
濃縮余剰汚泥、９：消化汚泥分離水、１０：吸着分離汚
泥、１１：液化処理槽、１２：消化汚泥分離槽、１３：
嫌気性消化槽、１４：分離汚泥、１５：汚泥濃縮槽、１
６：最初沈殿池、１７：最初沈殿池汚泥、１８：濃縮槽
分離水、１９：固液分離汚泥、２０：固液分離水、２
１：嫌気槽、２２：好気槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片岡直明神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内Ｆターム(参考） 4D028 BA01 BD11 BD16 BD17 BE01 4D059 AA03 AA04 BA12 BF02 BF14 BJ01 BK11 BK12 BK22 BK30 DA01 DA31 DA43 DA45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性排水を好気性処理工程と嫌気性消
化工程とで処理する方法において、前記好気性処理工程
内で得られる汚泥を、有機物を吸着あるいは蓄積した有
機物含有率の高い汚泥として固液分離し、得られる分離
汚泥を嫌気性消化工程に導入することを特徴とする有機
性排水の処理方法。
【請求項２】前記有機物含有率の高い汚泥は、バイオ
ソープション汚泥、各種のハイレート法汚泥又は嫌気−
好気活性汚泥の嫌気槽汚泥で酸化状態が低く、易分解性
の高い有機物を多く含む汚泥であることを特徴とする請
求項１記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】前記固液分離して得られる分離汚泥は、
液化処理工程で処理した後、嫌気性消化工程に導入する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の有機性排水の処
理方法。
【請求項４】前記液化処理工程が、薬品、熱、オゾン
又はパルス放電を用いる物理化学的処理及び／又は超音
波、ホモジナイザー又はボールミルを用いる機械的液化
処理からなることを特徴とする請求項３記載の有機性排
水の処理方法。
【請求項５】有機性排水を処理する好気性処理槽と嫌
気性消化槽とを有する処理装置において、前記好気性処
理槽内で得られる汚泥を有機物を多く吸着あるいは蓄積
した汚泥とする装置と、該汚泥を固液分離する分離装置
とを有し、該分離した分離汚泥を嫌気性消化槽に導入す
る手段を有するか、又は、該分離した分離汚泥を液化処
理装置を経由して嫌気性消化槽に導入する手段を有する
ことを特徴とする有機性排水の処理装置。