JP2008155075A - 汚水の処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を低減する汚水の処理方法を提供する。
【解決手段】 汚水を生物処理する工程と、前記生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る工程と、前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、前記引き抜き汚泥をアルカリ処理により可溶化する第１の可溶化工程と、前記アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件で生物学的に分解して可溶化する第２の可溶化工程と、前記生物学的に分解された汚泥を、さらに可溶化処理して低分子化する第３の可溶化工程と、前記低分子化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性汚水の処理方法およびその処理装置に関する。

下水などの有機性汚水を処理する施設においては、有機性汚水と好気性微生物を含む汚泥とを好気性条件の生物処理槽中で接触させることにより、有機性汚水を生物学的に浄化する方法が広く採用されている。例えば、活性汚泥法による場合には、曝気槽で汚水中の有機物質を微生物により分解させ、この汚水を沈殿槽へ送って処理水と汚泥に分離する処理が行なわれる。分離された汚泥は曝気槽へ返送されるが、その一部は余剰汚泥として系外へ抜き出されて、脱水処理される。

抜き出される余剰汚泥は、その発生量が大量である。しかも、脱水処理後の汚泥でさえ８０％以上の含水率を有するので、ごく一部が有効利用されているに過ぎず、大部分は廃棄物として処分されている。このため、余剰汚泥の処分方法が有機性汚水処理技術における大きな課題になっている。

現状では、汚泥の処分に際しては、脱水汚泥のまま、あるいは脱水汚泥を焼却処理した後に埋立て処分されているが、近年、廃棄物処分場の残余容量は年々逼迫してきている。このため、余剰汚泥の処分費用が高騰し、汚水処理費全体に対する余剰汚泥の処分費が非常に大きな割合を占めつつある。汚泥を焼却処理した場合には大幅に減容化され、埋立て処分がしやすくなるものの、新たに焼却設備を設置しなければならない。その設備の建設費と運転に関わる費用の負担が非常に大きく、特に小規模の水処理施設においては、こうした費用の負担率は極めて大きくなる。

上述の問題に対処し、余剰汚泥の発生量を減少させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

これにおいては、返送汚泥の一部を抜き出し、この汚泥にアルカリを加えてアルカリ処理し、アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素または微好気条件下で生物学的に処理した後、曝気槽などの生物処理工程へ返送することによって、汚水の処理が行なわれる。抜き出された返送汚泥は、アルカリ処理と生物学的処理との二段階で処理されることにより、汚泥中の有機物が分解して可溶化する。こうして可溶化処理された汚泥が汚水の生物処理工程へ返送されることによって、余剰汚泥の発生量が著しく減少する。
特開２００１−３４７２９６号公報

余剰汚泥の発生量が低減される点では有利であるものの、従来の方法により汚水の処理を行なった場合には、汚泥の可溶化する処理を行なわない場合に比べて、処理水中のＳＳ値やＣＯＤ値が高くなるという問題が発生することがわかった。

本発明は、上記の問題を解決し、処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を低減する汚水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、汚水を生物処理する工程と、
前記生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る工程と、
前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、
前記引き抜き汚泥をアルカリ処理により可溶化する第１の可溶化工程と、
前記アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件で生物学的に分解して可溶化する第２の可溶化工程と、
前記生物学的に分解された汚泥を、さらに可溶化処理して低分子化する第３の可溶化工程と、
前記低分子化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程と
を具備することを特徴とする汚水の処理方法を提供する。

前記第３の可溶化処理は、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、および好気性消化処理から選択することができる。

前記引き抜き汚泥のアルカリ処理に先立って、前記引き抜き汚泥を濃縮する工程を具備することが好ましい。

また本発明は、汚水を生物処理する生物処理系と、
前記生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、
前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、
前記引き抜き汚泥をアルカリ処理により可溶化する第１の可溶化装置と、
前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に分解して可溶化する第２の可溶化装置と、
前記生物学的に分解された汚泥を、さらに可溶化処理して低分子化する第３の可溶化処理装置と、
前記低分子化後の汚泥を前記生物処理系に返送する汚泥返送手段と
を具備することを特徴とする汚水の処理装置を提供する。

前記第３の可溶化処理装置は、酸処理装置、オゾン処理装置、熱処理装置、ビーズミル処理装置、溶菌剤処理装置、超音波処理装置、および好気性消化処理装置から選択することができる。

本発明によれば、処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量を低減する汚水の処理方法および処理装置が提供される。

本発明者らは、従来の汚水の処理方法について鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、従来技術の処理方法は、低コストで汚泥発生量を削減することを主目的として条件が最適化されたものであり、その条件が、放流水質の悪化を抑えるという目的においては、必ずしも十分ではないということである。処理水のＳＳ値やＣＯＤ値が上昇するのは、返送汚泥の可溶化処理において、汚泥中の難分解性物質などの分解が十分に行なわれないことが原因である。

処理水質が悪化するということは、生物処理槽で分解されず、また沈殿槽で沈殿することなく、放流水とともに放流する難分解性の物質が、汚泥の可溶化処理によって生成することを示している。こうして生じた難分解性の成分には、生物の作用では全く分解できないものと、分解するためには長い時間を要するものとがある。生物の作用により全く分解できない物質は、基本的には放流水とともに流出していくほかにない。一方、生物分解に長い時間を必要とする物質については、さらに適切な処理を行なうことによって、分解時間を短縮することができ、生物処理槽で完全に分解して、結果として放流水質の悪化が抑えられる。

従来技術であるアルカリ処理と生物学的処理とからなる二段階の処理においては、先ず、汚泥をアルカリ処理することによって汚泥の組織を破壊して溶解させ、次いで、生物学的処理によりさらに分解して、低分子量の有機酸類などにまで分解させる処理が行なわれる。低分子化された汚泥を汚水の生物処理工程へ返送すれば、それらは容易に分解処理される。しかしながら、上述した二段階の処理においては、難分解性かつ沈殿槽で沈降分離されない物質が、ある一定の割合で汚水の生物処理工程に返送されてしまう。その結果、処理水質の悪化が引き起こされる。

このような処理水質の悪化を回避するためには、易分解性の成分を増加させることが必要であり、そのためには、汚泥をさらに可溶化して低分子化を図ることが有効であることが、本発明者らによって見出された。

そこで本発明においては、アルカリ処理および生物学的可溶化処理に引き続いて、さらにもう１つの汚泥可溶化処理工程を設け、汚泥を十分に可溶化して分解させる。第１の可溶化処理としてのアルカリ処理、第２の可溶化処理としての生物学的可溶化処理、および第３の可溶化処理としての汚泥可溶化処理という三段階の可溶化処理を行なうことによって、難分解性物質の生成を極力低減しつつ、汚泥を十分に可溶化処理することが可能となった。こうして、処理水の水質を悪化させることなく、余剰汚泥の発生量の低減を達成することができた。

以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、一実施形態にかかる汚水の処理装置の構成を示す図である。

図示する処理装置においては、有機性汚水５は、まず生物処理槽である曝気槽６に導入され、所定時間生物処理される。ここでの生物処理法としては、活性汚泥法、回転円板法、散水ろ床法、浸漬ろ床法などを採用することができるが、これらに限定されるものではない。処理後の汚水は、固液分離装置としての沈殿槽７に導入され、ここで処理水と返送汚泥とに分離されて、清浄な処理水８が得られる。

固液分離の沈降分離汚泥９の大部分は、汚泥返送ライン１１から曝気槽６に返送される。一方、汚泥返送ライン１１から引き抜かれた汚泥１２は、アルカリ処理槽１に導入されて、第１の可溶化処理が行なわれる。アルカリ処理槽１内では、アルカリ剤４を微量添加することにより汚泥にアルカリ処理を施して、所定時間滞留させる。こうしたアルカリ処理によって、汚泥を構成する種々の微生物の構成成分などが生物学的分解を受けやすい形に改質される。

アルカリ処理のためのアルカリ剤４としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、および炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。これらのなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および炭酸ナトリウムなどが好ましい。

汚泥のアルカリ処理に必要とされるアルカリ剤の量は、汚泥の種類、濃度、および状態等に応じて適宜決定することができる。本発明の方法においては、アルカリ処理後の汚泥は後段で生物学的に可溶化（第２の可溶化処理）され、さらに可溶化（第３の可溶化処理）が行なわれる。したがって、アルカリ処理のみにより汚泥を可溶化する場合と比較して、アルカリ剤を少量に抑えることが可能となる。この場合、アルカリ処理槽１内のｐＨは８以上１２．５以下であることが好ましく、９以上１１以下であることがより好ましい。これによって、従来の高いｐＨでアルカリ処理を行なう場合と比較して、薬剤コストの低減を図ることができる。

アルカリ処理は、加熱しつつ行なってもよいが、常温にて処理することが好ましい。本発明においては常温でも充分な効果を得ることができ、これによって加熱コストは不要となる。アルカリ処理槽１は、完全混合式、あるいは押し出し流れ式とすることができる。特に押し出し流れ式とした場合には、アルカリ剤の低減によるさらなる低コスト化、滞留時間の短縮によるタンクの小型化など、より効率的な処理も期待できるので好ましい。アルカリ剤が添加された汚泥は、３〜２４時間程度の間攪拌されてアルカリ処理が行なわれる。

アルカリ処理槽１内でアルカリ処理された汚泥は、引き続いて生物学的可溶化槽２に導かれ、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で、汚泥可溶化菌の作用により第２の可溶化処理が行なわれる。

なお、アルカリ処理後の汚泥は、好気的条件に曝された場合には、アルカリ可溶化成分の再汚泥化が生ずるおそれがある。これを避けるため、アルカリ処理後の汚泥は、空気に触れることなく生物学的可溶化槽２へ導入することが望まれる。アルカリ処理槽１と生物学的可溶化槽２とを密閉構造とすることによって、これを達成することができる。

生物学的可溶化槽２においては、微生物の作用によって汚泥が可溶化される。汚泥の可溶化に関与する微生物としては、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で、汚泥の主要構成成分であるタンパク質および炭水化物を分解するプロテアーゼやアミラーゼなどを分泌し、なおかつ汚泥成分を栄養源とすることのできる微生物が好適であるが、特に限定されるものではない。

こうした微生物が存在する生物学的可溶化槽２内で、処理汚泥は、１〜３日程度の間、嫌気、無酸素、または微好気条件下に維持され、生物学的に可溶化処理される。この可溶化処理によって、前段のアルカリ処理によって破壊された汚泥のさらなる低分子化が進行する。汚泥は、アルカリで前処理することにより汚泥中菌体の破壊および細胞内液の溶出が生じているので、生物学的可溶化槽２における可溶化速度は従来法に比べて飛躍的に向上する。それによって、可溶化槽内滞留時間を短縮することができ、生物学的可溶化槽２のタンク容積の小型化が達成される。

生物学的処理槽２内で生物学的可溶化が達成された汚泥は、汚泥可溶化槽３へ送られて、第３の可溶化処理が行なわれる。汚泥可溶化槽３においては、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、および好気性消化処理のいずれかが行なわれ、処理時間等の条件は、各処理方法に適した値に設定すればよい。こうした第３の可溶化処理によって、生物学的可溶化後の汚泥は有機酸類などのような化合物にまで低分子化され、難分解性物質の残存量が低減される。

汚泥可溶化槽３において可溶化処理された汚泥１３は、返送ラインに戻されて曝気槽６へ返送され、再度、生物処理される。ここで返送された汚泥１３は、上述したとおり有機物が低分子化されているので、曝気槽６において好気的に生物分解されることにより除去され、排出される余剰汚泥１０の量が著しく減少する。さらに曝気槽６においては、流入汚水中のＢＯＤ成分が分解されるとともに、可溶化された汚泥中のＢＯＤ成分が分解される。

なお、図示していないが、引き抜き汚泥１２をアルカリ処理槽１に導入する前に、予め遠心分離などの濃縮機によって濃縮し、液量を減じておくことが好ましい。これによって、アルカリ処理槽１内を所定のｐＨに維持するために要するアルカリ剤の量を低減することができる。したがって、アルカリ費用をさらに削減することが可能となる。また、処理汚泥総量の減少は、アルカリ処理槽１および生物学的可溶化槽２のさらなる小型化にもつながる。

上述したように、本発明の実施形態にかかる方法においては、生物処理および固液分離を経た汚泥は、アルカリ処理による第１の可溶化処理、および生物学的処理により第２の可溶化処理に引き続いて、第３の可溶化処理に供される。これによって、汚泥の可溶化が十分に進行し、曝気槽に返送した際には、殆どの可溶化汚泥中の成分が二酸化炭素と水にまで分解される。その結果、処理水とともに流出する可溶化汚泥成分が減少し、処理水質の悪化を最小限に抑えることができる。

以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

(実施例)
図１に示した構成の汚水の処理装置を使用して、下水処理場から採取した下水の処理を行なった。ここで用いた下水の水質を、下記表１にまとめる。

生物処理槽である曝気槽６においては、曝気しながら生物処理を行なった。アルカリ処理槽２と生物学的可溶化槽３とは密閉構造で、曝気せずに機械的攪拌のみを行なうものにした。本実施例では、第１の可溶化処理としてのアルカリ処理、および第２の可溶化処理としての生物学的処理の後の第３の可溶化処理として、オゾン処理を採用した。

第３の可溶化処理を行なう汚泥可溶化槽３を省略して、図２に示すようにアルカリ処理槽１と生物学的可溶化槽２とにおける二段階処理に汚泥の処理を変更する以外は、上述と同様の条件で汚水の処理を行なって比較例１とした。さらに、図３に示すように汚泥の可溶化処理を導入せず、通常の汚水処理方式に変更する以外は、上述と同様の条件で汚水の処理を行なって比較例２とした。

実施例、比較例１および比較例２の実験条件を、下記表２にまとめる。

処理後の汚泥の可溶化率および汚泥減容率、処理水のＣＯＤおよびＳＳを調べ、その結果を下記表３にまとめる。なお、汚泥の可溶化率は、ＭＬＳＳの減少量により求め、汚泥減容率は、比較例２の汚泥発生量を基準とし、そこからの減少量により求めた。処理水のＣＯＤおよびＳＳは、下水試験方法に則り測定した。

上記表３に示されるように、アルカリ処理と生物学的処理との二段階処理が行なわれた場合（比較例１）と比較すると、実施例の方法によれば、余剰汚泥の発生量が著しく低減されていることがわかる。しかも、得られる処理水のＣＯＤおよびＳＳは、いずれも減少しており、水質の向上も確認される。三段階の可溶化処理によって、汚泥中の難分解性物質が十分に低分子化されたものと推測される。この実施例における処理水の水質は、汚泥処理を行なわない汚水処理装置（比較例２）の場合の処理水の水質に匹敵するものである。

なお、第３の可溶化処理を、酸処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、または好気性消化処理に変更した場合も、オゾン処理の場合と同様の結果が得られた。具体的には、余剰汚泥の発生量が著しく低減され、処理水の水質が向上した。

本発明の一実施形態にかかる汚水の処理装置の構成を示す模式図。 従来の汚水の処理装置の構成を示す模式図。 従来の汚水の処理装置の構成を示す模式図。

符号の説明

１…アルカリ処理槽； ２…生物学的可溶化槽； ３…汚泥可溶化槽
４…アルカリ剤； ５…流入汚水； ６…曝気槽； ７…沈殿槽； ８…処理水
９…沈降分離汚泥； １０…余剰汚泥； １１…汚泥返送ライン
１２…汚泥返送ラインから引き抜かれた汚泥； １３…可溶化処理された汚泥。

Claims (5)

1. 汚水を生物処理する工程と、
   前記生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る工程と、
   前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る工程と、
   前記引き抜き汚泥をアルカリ処理により可溶化する第１の可溶化工程と、
   前記アルカリ処理された汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件で生物学的に分解して可溶化する第２の可溶化工程と、
   前記生物学的に分解された汚泥を、さらに可溶化処理して低分子化する第３の可溶化工程と、
   前記低分子化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程と
   を具備することを特徴とする汚水の処理方法。
2. 前記第３の可溶化処理は、酸処理、オゾン処理、熱処理、ビーズミル処理、溶菌剤処理、超音波処理、および好気性消化処理から選択されることを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
3. 前記引き抜き汚泥のアルカリ処理に先立って、前記引き抜き汚泥を濃縮する工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の汚水の処理方法。
4. 汚水を生物処理する生物処理系と、
   前記生物処理後の汚水を固液分離して、処理水と返送汚泥とを得る固液分離装置と、
   前記返送汚泥の一部から引き抜き汚泥を得る手段と、
   前記引き抜き汚泥をアルカリ処理により可溶化する第１の可溶化装置と、
   前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素あるいは微好気条件下で生物学的に分解して可溶化する第２の可溶化装置と、
   前記生物学的に分解された汚泥を、さらに可溶化処理して低分子化する第３の可溶化処理装置と、
   前記低分子化後の汚泥を前記生物処理系に返送する汚泥返送手段と
   を具備することを特徴とする汚水の処理装置。
5. 前記第３の可溶化処理装置は、酸処理装置、オゾン処理装置、熱処理装置、ビーズミル処理装置、溶菌剤処理装置、超音波処理装置、および好気性消化処理装置から選択されることを特徴とする請求項４に記載の汚水の処理装置。

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