JP3738699B2

JP3738699B2 - Sludge treatment method and treatment apparatus, and sewage treatment method and treatment equipment using the same

Info

Publication number: JP3738699B2
Application number: JP2001096855A
Authority: JP
Inventors: 東洋司山口; 邦夫宮澤; 泰子八尾; 俊明局; 純宮田
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2001347296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚水の生物処理工程にて発生する汚泥の可溶化方法および装置に係り、特に、可溶化法により余剰汚泥の発生を抑制して、発生量の減容化が可能な有機性汚水の処理方法および処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などの有機性汚水の活性汚泥法などの生物処理工程からは、多量の汚泥が発生しており、この汚泥の処理処分が現在最大の問題となっている。従来、これらの汚泥は、脱水助剤を添加して脱水機で脱水された後、埋め立てあるいは焼却により処分されている。しかしながら、埋め立て処分する場合には、処分地の減少による処理費の高騰という問題がある。また、焼却処分の場合も大規模なものについては、焼却炉の負担、焼却灰の処分等の問題があり、いずれもユーザーにとって大きな負担となっている。
【０００３】
従来より、余剰汚泥の減容化を図る方法として嫌気性消化（メタン発酵）法が知られているが、この方法では、長い滞留時間を必要とするためにタンクが巨大化してしまう。また、その割には減容化効果は大きくないため、結局、消化後に残留する消化汚泥を脱水して処分しなければならなかった。
【０００４】
汚泥の減容化のために、種々の方法が提案されており、例えば、特開平９−２５３６８４号公報には、引き抜き汚泥を嫌気性発酵工程にて可溶化した後、活性汚泥系に返送して、汚泥発生量を抑制する方法が記載されている。また、特開平１１−９０４９３号公報には、高温好気性細菌から産出される酵素による消化と、熱変性との双方を促進し得る温度に可溶化槽内を設定し、その中で汚泥を可溶化した後、曝気槽に返送することによって余剰汚泥を減容化する方法が記載されている。
【０００５】
特開平７−１１６６８５号公報に記載されているのは、オゾンを添加することにより汚泥の細胞壁を破壊して可溶化し、次いで好気槽にて汚泥の減容化を行なう方法であり、特許２１３２６２２号公報では、熱アルカリ処理を施すことにより可溶化を進めた後、曝気槽に返送することで汚泥の減容化をねらっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法のうち、嫌気性発酵処理のみによる汚泥の可溶化（特開平９−２５３６８４号公報）では、充分な可溶化率を得るためには長い滞留時間が必要であり、可溶化タンクの巨大化が避けられない。
【０００７】
高温好気性細菌の産出する酵素による汚泥の可溶化（特開平１１−９０４９３号公報）では、加熱のためのコストおよび好気性条件を維持するための曝気コストに起因してランニングコストが増大する。
【０００８】
また、オゾン酸化による汚泥の可溶化（特開平７−１１６６８５号公報）では、オゾン酸化槽での発泡トラブルのおそれがあり、排オゾン処理の必要性が生じる。しかも、オゾン発生機やオゾン添加コストが高額であるために、イニシャルコストが高く、ランニングコストの増大も伴うことになる。
【０００９】
さらに、加温アルカリ処理による可溶化（特許２１３２６２２号）では、多量の薬剤が必要なため薬剤コストが高く、加温のためのコストも要するのでランニングコストの増大が生じる。
【００１０】
このように、いずれの方法を用いても、可溶化タンクを巨大化することなく、低ランニングコストで汚泥の減容化を図ることができなかった。
【００１１】
そこで本発明は、可溶化タンクの小型化を可能にするとともに、有機性汚水の生物処理工程にて発生する汚泥を、低ランニングコストで効率的に可溶化する方法、およびこの方法を利用して、発生汚泥量を著しく減少させることが可能な有機性汚水の処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また本発明は、低ランニングコストでタンクの小型化が可能な汚泥可溶化装置と、この装置を用いて発生汚泥量を著しく減少させることが可能な有機性汚水の処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、汚水の生物処理工程にて発生する汚泥を、加熱することなくアルカリ処理する工程と、
前記アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素または微好気条件下で、加熱することなくかつアルカリ剤を添加することなく生物学的に可溶化する工程と
を具備することを特徴とする汚泥の処理方法を提供する。
【００１４】
また本発明は、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、加熱することなくアルカリ処理する工程と、
前記アルカリ処理後の汚泥を、直ちに嫌気、無酸素または微好気条件下で、加熱することなくかつアルカリ剤を添加することなく生物学的に可溶化分解する工程と、
前記可溶化された汚泥を前記生物処理系に返送する工程と
を具備する汚水の処理方法を提供する。
【００１５】
前記汚泥をアルカリ処理する工程は、９未満のｐＨで行われることが好ましい。
【００１６】
前記引き抜き汚泥のアルカリ処理に先だって、前記汚泥を濃縮することが好ましい。
【００１７】
さらに本発明は、汚水の生物処理工程にて発生する汚泥を、加熱することなくアルカリ処理するアルカリ処理槽と、
前記アルカリ処理槽に連設され、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、加熱することなくかつアルカリ剤を添加することなく生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と
を具備する汚泥の処理装置を提供する。
【００１８】
またさらに、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、加熱することなくアルカリ処理するアルカリ処理槽と、
前記アルカリ処理後の汚泥を、嫌気、無酸素または微好気性条件下で、加熱することなくかつアルカリ剤を添加することなく生物学的に可溶化する生物学的可溶化槽と、
前記可溶化された汚泥を生物処理系に返送する汚泥返送手段と
を具備する汚水の処理装置を提供する。
【００１９】
本発明の処理装置において、前記アルカリ処理槽は、押し出し流れ式の処理槽であることが好ましい。
【００２０】
また、前記生物学的可溶化槽は、押し出し流れ式の処理槽であることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の汚泥の処理方法および装置と、これを利用した有機性汚水の処理方法および処理装置を説明する。
【００２２】
本発明にかかる汚泥可溶化装置の一例を、図１に示す。
【００２３】
図示する処理装置においては、汚泥はアルカリ処理槽１に導入される。アルカリ処理槽１内では、アルカリ剤２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。この処理によって、汚泥を構成する種々の微生物細胞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。
【００２４】
アルカリ処理のためのアルカリ剤としては、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が、これらに限定されるものではない。
【００２５】
ここで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されるので、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９未満とすればよく、高ｐＨとする必要はない。しかしながら、効率的な可溶化を行なうためには、ｐＨは７以上であることが好ましく、８以上であることがより好ましい。したがって、本発明においては、アルカリ処理槽１内のｐＨは８以上９未満とすることが好ましい。これによって、従来の高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。
【００２６】
アルカリ処理は、常温にて処理することが好ましく、充分な効果を得ることができる。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。
【００２７】
アルカリ処理後の汚泥は、引き続いて生物学的可溶化槽３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さらに可溶化が進行する。
【００２８】
なお、アルカリ処理後の汚泥は、好気的条件に曝されると、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３へ導入することが望まれる。
【００２９】
ここで、生物学的可溶化槽３における汚泥の可溶化について、詳細に説明する。
【００３０】
生物学的可溶化槽３内で汚泥の可溶化に関与する微生物としては、常温、常圧、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。
【００３１】
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３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３のタンク容積の小型化が達成される。
【００３２】
上述したように、本発明においては生物学的可溶化槽３内での汚泥の可溶化は、嫌気、無酸素あるいは微好気下で行なわれるため、曝気を必要としない。したがって、汚泥は何等特別な付加施設なしに処理を行なうこともできるが、反応性を高めるために簡単な撹拌機を設置してもよい。撹拌機を設置した場合においても、そのコストは曝気コストと比較すれば、遙かに低く抑えられ、従来の方法と比較して、非常にシンプルで低ランニングコストのプロセスの構築が可能となる。
【００３３】
アルカリ処理槽１から生物学的可溶化槽３へ流入したアルカリ性の処理液は、この可溶化槽３で嫌気、無酸素あるいは微好気下で処理を行なうことによって、中性付近まで中和される。そのため、本発明においては、処理液を中和するための酸などは必要とされず、中和のための薬剤コストも不要となる。
【００３４】
こうした生物学的可溶化槽３は、完全混合式でもよいが、押し出し流れ式とすることによって、可溶化槽内にｐＨ勾配を形成することができる。可溶化槽に流入した直後の汚泥は高ｐＨを維持しているため、より効率的な可溶化を期待することもでき、薬剤コストをさらに抑えることも可能となる。
【００３５】
上述の汚泥可溶化法を利用した本発明の有機性汚泥の処理方法および処理装置を、図面を参照して以下に説明する。
【００３６】
本発明にかかる有機性汚泥の処理装置の一例を図２に示す。
【００３７】
図示する処理装置においては、有機性汚水４は、まず生物処理槽５に導入されて、所定時間生物処理された後、沈澱槽６に導入される。ここで、汚泥が分離されて清澄な処理水７が得られる。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。
【００３８】
固液分離後の沈降分離汚泥８の大部分は、汚泥返送ライン１０から生物処理槽５にリサイクルされる。一方、汚泥返送ライン１０から引き抜かれた汚泥１１は、汚泥濃縮手段１２に導入され、所定濃度に濃縮された後、前述の汚泥可溶化装置に導かれる。
【００３９】
前述の汚泥可溶化装置にて可溶化処理された汚泥１３は、返送ライン１０に戻されて生物処理槽５に返送され、再度、生物処理される。この結果、可溶化された汚泥中の有機物が生物処理槽５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９の量が著しく減少する。
【００４０】
なお、図示する処理装置に示されるように、引き抜き汚泥１１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１２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ｐＨに維持するために要するアルカリ剤の量を減ずることができる。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タンク３のさらなる小型化にもつながる。
【００４１】
【実施例】
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。
【００４２】
（実施例１）
まず、下水処理場から採取した余剰汚泥を窒素で脱気して容器に密閉し、嫌気、無酸素または微好気条件下で汚泥を分解する能力を有する微生物の集積培養を行った。
【００４３】
得られた集積培養液について、滅菌汚泥上清培地にて汚泥分解能の検討を行ない、汚泥可溶化菌を得た。これらの処理は、常温常圧、嫌気条件下で行なった。
【００４４】
次に、余剰汚泥をＭＬＳＳが約１０ｇ／Ｌとなるように調整し、これにアルカリ剤としての水酸化ナトリウムを添加して１日間攪拌することにより、アルカリ処理を施した。処理後の汚泥のｐＨは約８．５であった。
【００４５】
その後、アルカリ処理後の汚泥２０ｍｌと前述の汚泥可溶化菌の純粋培養液２０ｍｌとを混合し、５０ｍｌ容のバッフル付きフラスコに投入した。さらに、窒素で上部空間を置換した後、密栓して２０℃、１００ｒｐｍで３日間振とう処理した。処理後、ＭＬＳＳを測定し、初期のＭＬＳＳと比較することで可溶化率として表わした。
【００４６】
比較例として、ＭＬＳＳが約１０ｇ／Ｌとなるように調整した汚泥を、アルカリ剤を添加せずに１日間攪拌した。汚泥可溶化菌の純粋培養液の代わりに滅菌した可溶化菌培養用の培地２０ｍｌを用いて、この汚泥２０ｍｌとを混合した以外は、前述の実施例と同様の手順で汚泥の可溶化を試みた。
【００４７】
実施例および比較例における汚泥の可溶化率を、処理条件と合わせて下記表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１に示されるように、アルカリ剤と汚泥可溶化菌とを添加して処理を行なう本発明の方法では、比較的短い処理時間で比較例の４倍以上の高い可溶化率を得ることができた。これに対して、アルカリ剤および汚泥可溶化菌を添加せずに行った比較例においては、４日という短い処理時間では、汚泥はほとんど可溶化しなかった。
【００５０】
（実施例２）
余剰汚泥を対象に、本発明の連続処理試験を行なった。ここで用いた装置の構成を図３に示す。
【００５１】
図示する装置においては、容積４００ｍｌの円筒型のアルカリ処理槽１と、同型同容積の生物学的可溶化槽３とから、汚泥可溶化装置が構成される。こうした装置を用いて、いずれの処理槽も密閉状態を保ちつつ、常温、常圧条件下で曝気せずに機械的攪拌のみを行なった。供試汚泥としては、下水処理場から採取した余剰汚泥１４を用い、ＭＬＳＳが約１０ｇ／Ｌになるように調整し、４℃で保存した。この汚泥を、滞留時間６時間となるように汚泥輸送ポンプ１５にてアルカリ処理槽１へ一定時間毎、連続的に供給した。
【００５２】
アルカリ処理槽１は、ｐＨコントローラー１６によってｐＨ８．５に保たれるよう、水酸化ナトリウム２を用いて制御した。アルカリ処理槽１で処理された汚泥の一部は、汚泥輸送ポンプ２１によって引き抜き、生物学的可溶化槽３に流入させ、残りの汚泥はオーバーフローさせた。この流出汚泥２０のＭＬＳＳを供試汚泥１４のＭＬＳＳと比較することによって、アルカリ処理槽１の汚泥可溶化率を算出した。
【００５３】
生物学的可溶化槽３のｐＨ調整は行なわず、滞留時間を３日間に設定して運転を行なった。生物学的可溶化槽３には、実験開始時に実施例１で得られた汚泥可溶化菌の培養濃縮液５ｍｌを添加した。生物学的可溶化槽３もアルカリ処理槽と同様に、汚泥をオーバーフローさせて水位を保った。
【００５４】
ここで流出した汚泥２３のＭＬＳＳをアルカリ処理槽流出汚泥２０のＭＬＳＳと比較することによって、生物学的可溶化槽における汚泥可溶化率を求めた。また、汚泥２３のＭＬＳＳを供試汚泥１４のＭＬＳＳと比較することにより、本システム全体の汚泥可溶化率を求めた。
【００５５】
アルカリ処理槽１のｐＨを７に設定し、生物学的可溶化槽３に汚泥可溶化菌を接種しなかった以外は前述と同様の系において同様の実験を行なって、比較例１とした。また、アルカリ処理槽１のｐＨを７に設定し、生物学的可溶化槽３に汚泥可溶化菌を接種した系においても同様の実験を行ない、比較例２とした。
【００５６】
得られた結果を、下記表２にまとめる。
【００５７】
【表２】

【００５８】
表２に示されるように、アルカリ処理と汚泥可溶化菌による生物処理とを行なう本発明では、無処理の比較例１に対して４倍近い可溶化率が得られた。また、実施例と比較例２とを比較すると、いずれも汚泥可溶化菌を接種しているにもかかわらず、実施例の生物学的可溶化槽においては、比較例２の２倍以上の可溶化率が得られている。本発明では、アルカリでの前処理を施しているので、この処理により汚泥が汚泥可溶化菌の酵素による分解を受けやすい性状に改質されているためと考えられる。
【００５９】
（実施例３）
下水を対象に次のような方法で処理試験を行なって、本発明と従来技術との比較を行なった。なお、生物処理槽５は、活性汚泥処理とした。
【００６０】
方法Ａ：図２に示した本発明の方法により処理した。
【００６１】
方法Ｂ：図４に示した嫌気性醗酵処理のみによる汚泥の可溶化法により処理した。図４に示した装置は、汚泥濃縮手段１２、アルカリ処理槽１および生物学的可溶化槽３からなる汚泥の可溶化装置を、嫌気性発酵により処理を行なう生物学的可溶化槽３のみに置き換えた以外は、図２に示したものと同様である。
【００６２】
方法Ｃ：図５に示した高温好気性細菌の産出する酵素による汚泥の可溶化法により処理した。図５に示した装置は、アルカリ処理槽１を除いて、生物学的可溶化槽３内に好気条件を維持するための曝気装置と、高温条件にするための加熱手段を設けた以外は、図２に示した装置と同様である。
【００６３】
方法Ｄ：図６に示したオゾン酸化による汚泥の可溶化法により処理した。図６に示した装置は、汚泥濃縮手段１２、アルカリ処理槽１および生物学的可溶化槽３からなる汚泥の可溶化装置を、オゾン発生機２４とオゾン処理槽２５とに置き換えた以外は、図２に示したものと同様である。
【００６４】
方法Ｅ：図７に示した加温アルカリ処理による可溶化により処理した。図７に示した装置は、生物学的可溶化槽３を除いてアルカリ処理槽１内に加熱手段を設けた以外は、図２に示したものと同様である。
【００６５】
方法Ｆ：図８に示した従来法により処理した。図８に示した装置は、汚泥を可溶化する工程が設けられていない以外は、図２に示したものと同様である。
【００６６】
下記表３に下水水質を示す。また、いずれの方法も処理水量１２０Ｌ／ｄの規模にて試験を行なった。
【００６７】
【表３】

【００６８】
結果を下記表４に示す。なお、イニシャルコスト、ランニングコスト、可溶化槽タンク容積については、本発明（方法Ａ）による結果を１として比較した。汚泥発生量については、従来法にて発生する汚泥量を１として比較した。
【００６９】
【表４】

【００７０】
表４に示されるように、本発明の方法により、非常に低ランニングコストで、なおかつ小型の可溶化槽容積にて余剰汚泥発生のない条件での運転が可能であった。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可溶化タンクの小型化を可能にするとともに、低ランニングコストで効率的に汚泥を可溶化することが可能な汚泥の処理方法と、この方法を利用した発生汚泥量を著しく減少させることが可能な有機性汚水の処理方法が提供される。また本発明によれば、低ランニングコストで発生汚泥量を著しく減少させることができ、しかも可溶化タンクの小型化を図った汚泥の処理装置と、この装置を使用して発生汚泥量を著しく減少させることが可能な有機性汚水の処理装置が提供される。
【００７２】
本発明により、複雑な操作、設備を用いることなく汚泥の効率的な可溶化が可能になるため、処理時間の短縮とそれに伴なう可溶化設備の小型化を図ることができる。また、微生物による汚泥の可溶化を行なうことで、アルカリ処理のための薬剤費を低減することができるのみならず、中和のための薬剤も不要となるため低コスト化につながる。
【００７３】
さらに、汚泥の生物学的可溶化分解は、常温、常圧、嫌気、無酸素あるいは微好気条件で行なわれるので、曝気等は必要とせず、低ランニングコストでの運転が可能となる。こうして可溶化された汚泥を、生物処理系に返送することによって余剰汚泥の発生を著しく低減することができ、従来の汚泥脱水工程、汚泥焼却工程等を著しく小規模化することができ、場合によっては、こうした工程は不要になる。
【００７４】
本発明は、下水など有機性汚水の生物処理工程から発生する汚泥の処理に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を説明するための図。
【図２】本発明の他の例を説明するための図。
【図３】本発明の連続試験の一例を説明するための図。
【図４】嫌気性醗酵処理のみのよる汚泥の可溶化法を説明するための図。
【図５】高温好気性細菌の産出する酵素による汚泥の可溶化法を説明するための図。
【図６】オゾン酸化による汚泥の可溶化法を説明するための図。
【図７】加温アルカリ処理による汚泥の可溶化法を説明するための図。
【図８】従来法を説明するための図。
【符号の説明】
１…アルカリ処理槽
２…アルカリ剤
３…生物学的可溶化槽
４…流入有機性汚水
５…生物処理槽
６…固液分離手段
７…処理水
８…沈降分離汚泥
９…余剰汚泥
１０…返送汚泥
１１…返送汚泥ラインから引き抜かれた汚泥
１２…汚泥濃縮手段
１３…可溶化処理された汚泥
１４…供試汚泥
１５…汚泥輸送ポンプ
１６…ｐＨコントローラー
１７…ｐＨセンサー
１８…アルカリ液送ポンプ
１９…アルカリ処理槽電磁弁
２０…アルカリ処理槽流出汚泥
２１…汚泥輸送ポンプ
２２…生物学的可溶化槽電磁弁
２３…生物学的可溶化槽流出汚泥
２４…オゾン発生機
２５…オゾン処理槽[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for solubilizing sludge generated in a biological treatment process of organic sewage, and in particular, an organic material capable of reducing the generation amount by suppressing the generation of excess sludge by the solubilization method. The present invention relates to a method and apparatus for treating sewage.
[0002]
[Prior art]
A large amount of sludge is generated from biological treatment processes such as the activated sludge process of organic sewage such as sewage, and the disposal of this sludge is currently the biggest problem. Conventionally, these sludges are disposed of by landfill or incineration after adding a dehydrating aid and dehydrating with a dehydrator. However, in the case of landfill disposal, there is a problem that the processing cost increases due to a decrease in disposal sites. Also, in the case of incineration disposal, there are problems such as burden on the incinerator and disposal of incineration ash for large-scale items, all of which are a heavy burden on the user.
[0003]
Conventionally, an anaerobic digestion (methane fermentation) method is known as a method for reducing the volume of excess sludge. However, this method requires a long residence time, and thus the tank becomes enormous. Moreover, since the volume reduction effect is not so large, the digested sludge remaining after digestion had to be dehydrated and disposed of after all.
[0004]
Various methods have been proposed for reducing the volume of sludge. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-253684, the extracted sludge is solubilized in an anaerobic fermentation process and then returned to the activated sludge system. A method for suppressing the amount of sludge generation is described. In JP-A-11-90493, a solubilization tank is set at a temperature that can promote both digestion by enzymes produced from high-temperature aerobic bacteria and heat denaturation, and sludge can be contained therein. A method for reducing the volume of excess sludge by returning to an aeration tank after solubilization is described.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-116685 describes a method of destroying and solubilizing sludge cell walls by adding ozone, and then reducing the volume of sludge in an aerobic tank. In Japanese Patent No. 2132622, the solubilization is advanced by applying a hot alkali treatment, and then the sludge is reduced in volume by returning it to the aeration tank.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the conventional methods described above, solubilization of sludge only by anaerobic fermentation treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 9-253684) requires a long residence time in order to obtain a sufficient solubilization rate. It is inevitable that the solubilization tank will be huge.
[0007]
In solubilization of sludge by enzymes produced by high-temperature aerobic bacteria (Japanese Patent Laid-Open No. 11-90493), the running cost increases due to the cost for heating and the aeration cost for maintaining aerobic conditions.
[0008]
Further, in the solubilization of sludge by ozone oxidation (Japanese Patent Laid-Open No. 7-116685), there is a risk of foaming trouble in the ozone oxidation tank, and the need for waste ozone treatment arises. In addition, since the ozone generator and ozone addition cost are expensive, the initial cost is high and the running cost is increased.
[0009]
Furthermore, in solubilization by warming alkali treatment (Japanese Patent No. 2132622), since a large amount of drug is required, the cost of the drug is high, and the cost for heating is also required, resulting in an increase in running cost.
[0010]
Thus, no matter which method is used, the volume of sludge cannot be reduced at a low running cost without enlarging the solubilization tank.
[0011]
Therefore, the present invention makes it possible to reduce the size of the solubilization tank and to efficiently solubilize sludge generated in the biological treatment process of organic sewage at a low running cost, and to use this method. An object of the present invention is to provide a method for treating organic sewage capable of significantly reducing the amount of generated sludge.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a sludge solubilization device capable of reducing the size of a tank at a low running cost and an organic sewage treatment device capable of remarkably reducing the amount of generated sludge using this device. And
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a step of subjecting sludge generated in a biological treatment process of sewage to an alkali treatment without heating ,
A step of biologically solubilizing the sludge after the alkali treatment immediately under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent. Provide a sludge treatment method.
[0014]
The present invention also includes a step of biologically treating sewage,
Solid-liquid separation of the biologically treated sewage to obtain treated water and return sludge;
A step of obtaining a sludge drawn from a part of the returned sludge;
A step of subjecting the extracted sludge to an alkali treatment without heating ;
The sludge after the alkali treatment, and immediately anaerobic, anoxic or microaerobic conditions, biologically solubilized decomposing step without and adding an alkali agent without heating,
And a step of returning the solubilized sludge to the biological treatment system.
[0015]
The step of treating the sludge with alkali is preferably performed at a pH of less than 9.
[0016]
Prior to the alkali treatment of the drawn sludge, it is preferable to concentrate the sludge.
[0017]
Furthermore, the present invention provides an alkali treatment tank for alkali treatment of sludge generated in the biological treatment process of sewage without heating ,
Biologically connected to the alkali treatment tank and biologically solubilized sludge after the alkali treatment under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent A sludge treatment apparatus comprising a solubilization tank is provided.
[0018]
Furthermore, the present invention provides a biological treatment system for biologically treating sewage,
A solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the sewage after the biological treatment to obtain treated water and return sludge;
Means for extracting sludge from a portion of the returned sludge;
An alkali treatment tank for alkali treatment of the extracted sludge without heating ;
A biological solubilization tank for biologically solubilizing the sludge after the alkali treatment under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent ;
There is provided a sewage treatment apparatus comprising sludge return means for returning the solubilized sludge to a biological treatment system.
[0019]
In the treatment apparatus of the present invention, the alkali treatment tank is preferably an extrusion flow type treatment tank.
[0020]
The biological solubilization tank is preferably an extrusion flow type processing tank.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method and apparatus for treating sludge according to the present invention and a method and apparatus for treating organic sewage using the sludge will be described with reference to the drawings.
[0022]
An example of the sludge solubilizer according to the present invention is shown in FIG.
[0023]
In the illustrated processing apparatus, the sludge is introduced into the alkali treatment tank 1. In the alkali treatment tank 1, the sludge is subjected to alkali treatment by adding a small amount of the alkali agent 2 and is retained for a predetermined time. By this treatment, various microbial cell constituents constituting the sludge are modified so as to be susceptible to biological degradation.
[0024]
Examples of the alkali agent for the alkali treatment include, but are not limited to, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, and sodium bicarbonate.
[0025]
The amount of the alkali agent required here can be appropriately determined according to the type, concentration, state, etc. of the sludge. In the method of the present invention, the sludge after the alkali treatment is biologically solubilized at a later stage, so that the alkaline agent can be suppressed to a small amount as compared with the case where the sludge is solubilized only by the alkali treatment. Become. In this case, the pH in the alkali treatment tank 1 may be less than 9 and does not need to be high. However, in order to perform efficient solubilization, the pH is preferably 7 or more, and more preferably 8 or more. Therefore, in the present invention, the pH in the alkali treatment tank 1 is preferably 8 or more and less than 9. Thereby, compared with the case where the alkali treatment is performed at a conventional high pH, the drug cost can be reduced.
[0026]
Alkali treatment, can be processed at room temperature rather preferable to obtain a sufficient effect. The alkali treatment tank 1 can be a complete mixing type or an extrusion flow type. In particular, the extrusion flow type is preferable because more efficient processing such as further cost reduction by reducing the alkaline agent and size reduction of the tank by shortening the residence time can be expected.
[0027]
The sludge after the alkali treatment is subsequently guided to the biological solubilization tank 3 and further solubilized by the action of the sludge solubilizing bacteria under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions.
[0028]
In addition, when the sludge after alkali treatment is exposed to aerobic conditions, there exists a possibility that the re-sludge of an alkali-solubilized component may arise. In order to avoid this, it is desirable to introduce the sludge after the alkali treatment into the biological solubilization tank 3 without touching the air.
[0029]
Here, the solubilization of sludge in the biological solubilization tank 3 will be described in detail.
[0030]
The microorganisms involved in sludge solubilization in the biological solubilization tank 3 decompose proteins and carbohydrates, which are main components of sludge, under normal temperature, normal pressure, anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions. Microorganisms that secrete proteases, amylases and the like and can use sludge components as nutrients are suitable, but are not particularly limited.
[0031]
Since sludge is pretreated with alkali, the cells in the sludge are destroyed and the intracellular solution is eluted, so that the solubilization rate in the biological solubilization tank 3 is dramatically improved as compared with the conventional method. . Thereby, the residence time in the solubilization tank can be shortened, and the tank volume of the biological solubilization tank 3 can be reduced.
[0032]
As described above, in the present invention, solubilization of sludge in the biological solubilization tank 3 is performed under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions, and thus aeration is not required. Therefore, the sludge can be processed without any special additional facility, but a simple stirrer may be installed to increase the reactivity. In case of installing the stirrer also, by comparing its cost and aeration costs, much to be kept low, as compared with the conventional method, it is possible to very construction of simple and low running-cost process.
[0033]
The alkaline treatment liquid that has flowed from the alkaline treatment tank 1 into the biological solubilization tank 3 is neutralized to near neutrality by treatment in the solubilization tank 3 under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions. The Therefore, in this invention, the acid for neutralizing a process liquid etc. is not required, and the chemical | medical agent cost for neutralization becomes unnecessary.
[0034]
Although such a biological solubilization tank 3 may be a complete mixing type, by adopting an extrusion flow type, a pH gradient can be formed in the solubilization tank. Since the sludge immediately after flowing into the solubilization tank maintains a high pH, more efficient solubilization can be expected, and the drug cost can be further reduced.
[0035]
The organic sludge treatment method and treatment apparatus of the present invention using the above-described sludge solubilization method will be described below with reference to the drawings.
[0036]
An example of the organic sludge treatment apparatus according to the present invention is shown in FIG.
[0037]
In the illustrated processing apparatus, the organic sewage 4 is first introduced into the biological treatment tank 5, subjected to biological treatment for a predetermined time, and then introduced into the sedimentation tank 6. Here, the sludge is separated and a clear treated water 7 is obtained. As the biological treatment method here, an activated sludge method, a rotating disk method, a sprinkling filter bed method, a submerged filter bed method, and the like can be adopted, but not limited thereto.
[0038]
Most of the sedimentation-separated sludge 8 after solid-liquid separation is recycled from the sludge return line 10 to the biological treatment tank 5. On the other hand, the sludge 11 drawn out from the sludge return line 10 is introduced into the sludge concentrating means 12, concentrated to a predetermined concentration, and then guided to the sludge solubilizer.
[0039]
The sludge 13 solubilized by the above-described sludge solubilizer is returned to the return line 10 and returned to the biological treatment tank 5 to be biologically treated again. As a result, organic substances in the solubilized sludge are removed by aerobic biodegradation in the biological treatment tank 5, and the amount of excess sludge 9 discharged is significantly reduced.
[0040]
In addition, as shown in the processing apparatus shown in the figure, before introducing the drawn sludge 11 into the alkali treatment tank 1, it is preferable to concentrate in advance by a concentrator 12 such as centrifugal separation to reduce the liquid amount. As a result, the amount of alkaline agent required to maintain the inside of the alkali treatment tank 1 at a predetermined pH can be reduced. Therefore, it is possible to further reduce the alkali cost. Moreover, the reduction | decrease of a process sludge total amount leads also to the further size reduction of the alkali treatment tank 1 and the biological solubilization tank 3. FIG.
[0041]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.
[0042]
Example 1
First, surplus sludge collected from a sewage treatment plant was deaerated with nitrogen and sealed in a container, and an accumulation culture of microorganisms capable of decomposing sludge under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions was performed.
[0043]
About the obtained accumulation | cultivation culture solution, sludge resolution | decomposability examination was performed in the sterilized sludge supernatant culture medium, and the sludge solubilization microbe was obtained. These treatments were performed under normal temperature and pressure and anaerobic conditions.
[0044]
Next, surplus sludge was adjusted so that MLSS would be about 10 g / L, sodium hydroxide as an alkali agent was added thereto, and the mixture was stirred for 1 day to perform alkali treatment. The pH of the sludge after the treatment was about 8.5.
[0045]
Thereafter, 20 ml of the sludge after alkali treatment and 20 ml of the pure culture solution of the sludge solubilizing bacterium described above were mixed and put into a 50 ml baffled flask. Further, after replacing the upper space with nitrogen, it was sealed and shaken at 20 ° C. and 100 rpm for 3 days. After the treatment, MLSS was measured and expressed as a solubilization rate by comparison with the initial MLSS.
[0046]
As a comparative example, sludge adjusted to have an MLSS of about 10 g / L was stirred for 1 day without adding an alkaline agent. Attempt to solubilize sludge in the same procedure as in the previous example, except that 20 ml of sterilized culture medium for solubilized bacteria was used instead of the pure culture liquid of sludge solubilized bacteria, and 20 ml of this sludge was mixed. It was.
[0047]
The sludge solubilization rates in the examples and comparative examples are shown in Table 1 below together with the treatment conditions.
[0048]
[Table 1]

[0049]
As shown in Table 1, in the method of the present invention in which an alkali agent and sludge solubilizing bacteria are added for treatment, a high solubilization rate of 4 times or more that of the comparative example can be obtained in a relatively short treatment time. did it. On the other hand, in the comparative example performed without adding the alkaline agent and the sludge solubilizing bacteria, the sludge was hardly solubilized in a short treatment time of 4 days.
[0050]
(Example 2)
The continuous treatment test of the present invention was performed on surplus sludge. The configuration of the apparatus used here is shown in FIG.
[0051]
In the apparatus shown in the figure, a sludge solubilization apparatus is composed of a cylindrical alkaline treatment tank 1 having a capacity of 400 ml and a biological solubilization tank 3 having the same type and the same volume. Using such an apparatus, only mechanical agitation was performed without aeration under normal temperature and normal pressure conditions while keeping all the treatment tanks sealed. As the test sludge, surplus sludge 14 collected from the sewage treatment plant was used, adjusted so that MLSS was about 10 g / L, and stored at 4 ° C. This sludge was continuously supplied to the alkali treatment tank 1 by the sludge transport pump 15 at regular intervals so that the residence time was 6 hours.
[0052]
The alkali treatment tank 1 was controlled using sodium hydroxide 2 so as to be maintained at pH 8.5 by the pH controller 16. A part of the sludge treated in the alkali treatment tank 1 was extracted by the sludge transport pump 21 and flowed into the biological solubilization tank 3, and the remaining sludge was overflowed. The sludge solubilization rate of the alkali treatment tank 1 was calculated by comparing the MLSS of the outflow sludge 20 with the MLSS of the test sludge 14.
[0053]
The biological solubilization tank 3 was not adjusted for pH and was operated with a residence time of 3 days. To the

biological solubilization tank

3, 5 ml of the culture concentrate of sludge solubilized bacteria obtained in Example 1 was added at the start of the experiment. Similarly to the alkali treatment tank, the biological solubilization tank 3 overflowed sludge and kept the water level.
[0054]
The sludge solubilization rate in the biological solubilization tank was determined by comparing the MLSS of the sludge 23 flowing out here with the MLSS of the sludge 20 discharged from the alkali treatment tank. Moreover, the sludge solubilization rate of this whole system was calculated | required by comparing MLSS of the sludge 23 with MLSS of the test sludge 14. FIG.
[0055]
Comparative Example 1 was made in the same system as described above except that the pH of the alkali treatment tank 1 was set to 7 and the biological solubilization tank 3 was not inoculated with sludge solubilizing bacteria. In addition, the same experiment was performed in a system in which the pH of the alkali treatment tank 1 was set to 7 and the biological solubilization tank 3 was inoculated with sludge solubilizing bacteria.
[0056]
The results obtained are summarized in Table 2 below.
[0057]
[Table 2]

[0058]
As shown in Table 2, in the present invention in which the alkali treatment and the biological treatment with sludge solubilizing bacteria were performed, a solubilization rate nearly four times that of the untreated Comparative Example 1 was obtained. In addition, when Example and Comparative Example 2 are compared, in the biological solubilization tank of Example, which is inoculated with sludge solubilizing bacteria, it is more than twice that of Comparative Example 2. Solubilization rate is obtained. In the present invention, since the pretreatment with alkali is performed, it is considered that the sludge is modified to a property that is susceptible to degradation by sludge solubilizing bacteria by this treatment.
[0059]
Example 3
A treatment test was conducted on sewage by the following method to compare the present invention with the prior art. The biological treatment tank 5 was activated sludge treatment.
[0060]
Method A: Processed by the method of the present invention shown in FIG.
[0061]
Method B: Treated by the sludge solubilization method only by the anaerobic fermentation treatment shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 4, the sludge solubilizing device comprising the sludge concentrating means 12, the alkali treatment tank 1 and the biological solubilization tank 3 is applied only to the biological solubilization tank 3 which performs the treatment by anaerobic fermentation. Except for the replacement, the configuration is the same as that shown in FIG.
[0062]
Method C: The sludge was solubilized by the enzyme produced by the thermophilic aerobic bacteria shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 5 is provided with an aeration apparatus for maintaining the aerobic condition in the biological solubilization tank 3 except for the alkali treatment tank 1 and a heating means for setting the high temperature condition. This is the same as the apparatus shown in FIG.
[0063]
Method D: Treated by the sludge solubilization method by ozone oxidation shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 6 is the same as the apparatus for sludge solubilization comprising the sludge concentration means 12, the alkali treatment tank 1, and the biological solubilization tank 3, except that the ozone generator 24 and the ozone treatment tank 25 are replaced. This is the same as that shown in FIG.
[0064]
Method E: Treated by solubilization by warming alkali treatment shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 7 is the same as that shown in FIG. 2 except that a heating means is provided in the alkali treatment tank 1 except for the biological solubilization tank 3.
[0065]
Method F: Processed by the conventional method shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 8 is the same as that shown in FIG. 2 except that a process for solubilizing sludge is not provided.
[0066]
Table 3 below shows the sewage quality. In addition, each method was tested on a scale with a treated water amount of 120 L / d.
[0067]
[Table 3]

[0068]
The results are shown in Table 4 below. The initial cost, running cost, and solubilization tank volume were compared with the result of the present invention (Method A) being 1. The amount of sludge generated was compared with the amount of sludge generated by the conventional method as 1.
[0069]
[Table 4]

[0070]
As shown in Table 4, according to the method of the present invention, it was possible to operate under the condition that there is no excessive sludge generation with a very low running cost and a small solubilization tank volume.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the solubilization tank can be reduced in size, and the sludge treatment method capable of efficiently solubilizing sludge at a low running cost and the method are used. Provided is a method for treating organic sewage capable of significantly reducing the amount of generated sludge. In addition, according to the present invention, the amount of generated sludge can be significantly reduced at a low running cost, and the sludge treatment apparatus for miniaturizing the solubilization tank, and the amount of generated sludge can be significantly reduced by using this apparatus. An organic sewage treatment apparatus that can be provided is provided.
[0072]
According to the present invention, since sludge can be efficiently solubilized without using complicated operations and equipment, the treatment time can be shortened and the solubilization equipment can be downsized. Moreover, by solubilizing sludge with microorganisms, not only can the cost of chemicals for alkali treatment be reduced, but also no need for chemicals for neutralization, leading to lower costs .
[0073]
Furthermore, biological solubilization and decomposition of sludge is carried out under normal temperature, normal pressure, anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions, so that aeration is not required, and operation at a low running cost is possible. By returning the solubilized sludge to the biological treatment system, the generation of surplus sludge can be remarkably reduced, and the conventional sludge dewatering process, sludge incineration process, etc. can be significantly scaled down. This process is unnecessary.
[0074]
The present invention is extremely effective for the treatment of sludge generated from the biological treatment process of organic sewage such as sewage, and its industrial value is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining another example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a continuous test of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a sludge solubilization method using only anaerobic fermentation treatment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of solubilizing sludge with an enzyme produced by high-temperature aerobic bacteria.
FIG. 6 is a diagram for explaining a sludge solubilization method by ozone oxidation.
FIG. 7 is a diagram for explaining a sludge solubilization method by warming alkali treatment.
FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Alkaline treatment tank 2 ... Alkaline agent 3 ... Biological solubilization tank 4 ... Inflow organic waste water 5 ... Biological treatment tank 6 ... Solid-liquid separation means 7 ... Treatment water 8 ... Sedimentation separation sludge 9 ... Excess sludge 10 ... Return Sludge 11 ... Sludge drawn from the return sludge line ... Sludge concentration means 13 ... Solubilized sludge 14 ... Sample sludge 15 ... Sludge transport pump 16 ... pH controller 17 ... pH sensor 18 ... Alkaline liquid feed pump 19 ... Alkaline treatment tank solenoid valve 20 ... Alkali treatment tank outflow sludge 21 ... Sludge transport pump 22 ... Biological solubilization tank electromagnetic valve 23 ... Biological solubilization tank outflow sludge 24 ... Ozone generator 25 ... Ozone treatment tank

Claims

A step of treating the sludge generated in the biological treatment process of sewage with alkali without heating ;
A step of biologically solubilizing the sludge after the alkali treatment immediately under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent. Sludge treatment method.

Biological treatment of sewage,
Solid-liquid separation of the biologically treated sewage to obtain treated water and return sludge;
A step of obtaining a sludge drawn from a part of the returned sludge;
A step of subjecting the extracted sludge to an alkali treatment without heating ;
A step of biologically solubilizing and decomposing the sludge after the alkali treatment under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent ;
A method for treating sewage, comprising a step of returning the solubilized sludge to the biological treatment system.

The method for treating sludge according to claim 1 or the method for treating wastewater according to claim 2, wherein the alkali treatment step is performed at a pH of less than 9.

The method for treating sewage according to claim 2 or 3, further comprising a step of concentrating sludge prior to alkali treatment of the extracted sludge.

An alkali treatment tank for alkali treatment of the sludge generated in the biological treatment process of sewage without heating ;
Biologically connected to the alkali treatment tank and biologically solubilized sludge after the alkali treatment under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent A sludge treatment apparatus comprising a solubilization tank.

A biological treatment system for biologically treating sewage,
A solid-liquid separation device for solid-liquid separation of the sewage after the biological treatment to obtain treated water and return sludge;
Means for extracting sludge from a portion of the returned sludge;
An alkali treatment tank for alkali treatment of the extracted sludge without heating ;
A biological solubilization tank for biologically solubilizing the sludge after the alkali treatment under anaerobic, oxygen-free or microaerobic conditions without heating and without adding an alkaline agent ;
A sewage treatment apparatus comprising: sludge return means for returning the solubilized sludge to a biological treatment system.

The sludge treatment apparatus according to claim 5 or the sewage treatment apparatus according to claim 6, wherein the alkali treatment tank is an extrusion flow type treatment tank.

The sludge treatment apparatus according to claim 5 or the sewage treatment apparatus according to claim 6 or 7, wherein the biological solubilization tank is an extrusion flow type treatment tank.