JP6359490B2 - 下排水処理システム及び下排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下排水処理システム及び下排水処理方法に関する。

下水道が未復旧でありながら、都市化が進行した人口密集地域では、設置スペース又は周囲の環境問題等の様々な理由から、新規な大規模下排水処理施設を構築することが難しい場合がある。更に、既に都市化が進行しているため、大規模な地下構造物である下排水収集配管網を構築することが難しい場合がある。そこで、比較的省スペースで小規模な下排水処理施設を分散して配置することが、これらの課題解決となる場合がある（分散型下排水処理システム）。分散型下排水処理システムで発生した余剰汚泥を、集約汚泥処理施設に集約して処理する下排水処理技術が検討されてきている。

この分散型下排水処理システムでは、建設コストを抑えることや維持管理が容易な施設とするために、最初沈澱池を設ける必要のない膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）やオキシデーションディッチ法（ＯＤ）等の処理方法が選択されることが多い。そして、各分散型下排水処理システムから排出される余剰汚泥を集約して汚泥処理する方法が効率的である。集約後の汚泥処理方法の１つとして、嫌気性処理により汚泥を減容化・安定化する方法が検討されている。

嫌気性処理は、余剰汚泥等の有機性物質をメタン発酵し、バイオガス化する処理方法であるが、その際に発生する炭酸ガスによってメタン発酵液のｐＨが低下する。加えて、メタン発酵過程で有機酸が生成されてメタンガスに変換される際に、残留有機酸によりｐＨが低下しやすく、それに従ってメタン発酵率が低下する。そのために、メタン発酵液のアルカリ度を適正に維持する必要が生じる。

例えば、特開平１１−３４７５８８号公報では、ｐＨの低下を抑制するために、アルカリ薬剤タンクから酸生成槽へアルカリ薬剤であるＮａＯＨを投入することが記載されている。特開２０１３−５９７２９号公報には、メタン発酵槽流入水に制御されたＭ−アルカリ度調整剤を添加することにより、メタン発酵槽内のｐＨを適正範囲内に収めることが記載されている。

特開平１１−３４７５８８号公報 特開２０１３−５９７２９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれも、メタン発酵槽のアルカリ度を調整するための単独技術が単に記載又は示唆されるだけであって、これを分散型下排水処理システムへ適用する場合についての記載又は示唆は無い。分散型下排水処理システムで生じる余剰汚泥は、アルカリ度源が比較的低い汚泥であるため、そのような余剰汚泥を安定して嫌気性処理するためには、苛性ソーダや炭酸塩等のアルカリ度源を比較的多量にメタン発酵槽に供給する必要が生じ、薬品コストが増大するという課題もある。

上記課題を鑑み、本発明は、分散型下排水処理施設で発生する余剰汚泥を集約して嫌気性処理するために必要なアルカリ度源の供給を安定に保持することができ、且つ、嫌気性処理に必要な薬品コストを低減することが可能な下排水処理システム及び下排水処理方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討したところ、各所に点在する分離型下排水処理施設から発生する余剰汚泥を集約して嫌気性処理する場合に、少なくとも１カ所の設備に最初沈澱池を設け、その最初沈澱池汚泥（以下「初沈汚泥」と称す）をアルカリ度源として嫌気性処理に投入することが有用であることを見いだした。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、複数の分散型下排水処理施設で得られた余剰汚泥を集約して嫌気性処理する嫌気性処理槽を備え、複数の分散型下排水処理施設の内、少なくとも１の施設に最初沈澱池を備え、最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として嫌気性処理槽に投入する下排水処理システムが提供される。

本発明に係る下排水処理システムは一実施態様において、有機性廃液、屎尿、浄化槽汚泥、生ごみ、食品残渣の少なくとも１以上を含む有機性廃棄物を前記アルカリ度源として嫌気性処理槽に投入することを更に含む。

本発明に係る下排水処理システムは別の一実施態様において、余剰汚泥の汚泥濃度２．５〜１０．０ｗｔ％に濃縮して嫌気性処理槽に投入する濃縮装置を更に備える。

本発明に係る下排水処理システムは更に別の一実施態様において、余剰汚泥を集約して貯蔵する貯槽と、貯槽内の余剰汚泥の汚泥濃度を検出する濃度計とを備え、濃度計の検出結果に基づいて、嫌気性処理槽へのアルカリ度源の投入量を調整することを含む。

本発明に係る下排水処理システムは更に別の一実施態様において、嫌気性処理槽内の被処理液のＭアルカリ度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上で、且つ有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比が０．５以下となるようにアルカリ度源の投入量を制御することを含む。

本発明に係る下排水処理システムは更に別の一実施態様において、複数の分散型下排水処理施設で得られる余剰汚泥の情報及びアルカリ度源の情報を管理可能な情報管理システムを更に備える。

本発明は別の一側面において、複数の分散型下排水処理施設で得られた余剰汚泥を集約して嫌気性処理する下排水処理方法であって、複数の分散型下排水処理施設の内、少なくとも１の施設に設けられた最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として嫌気性処理槽に投入することを含む下排水処理方法が提供される。

本発明によれば、分散型下排水処理施設で発生する余剰汚泥を集約して嫌気性処理するために必要なアルカリ度源の供給を安定に保持することができ、且つ、嫌気性処理に必要な薬品コストを低減することが可能な下排水処理システム及び下排水処理方法が提供できる。

本発明の実施の形態に係る下排水処理システム全体の一例を表す概略図である。 嫌気性処理施設の一例を表す概略図である。 本発明の実施の形態に係る下排水処理システムの変形例を表す概略図である。 濃縮汚泥の保管期間とメタンガス転換率との関係の一例を表すグラフである。 実施例に係る嫌気性処理で用いられた嫌気性処理装置を表す概略図である。 嫌気性処理のＣＯＤ_cr容積負荷と処理日数との関係を表すグラフである。 実施例１の嫌気性処理において、投入した初沈汚泥の注入率と嫌気性処理によるＣＯＤ_cr除去率との関係を表すグラフである。 実施例２の嫌気性処理において、投入した初沈汚泥及び有機性廃棄物の注入率と嫌気性処理によるＣＯＤ_cr除去率との関係を表すグラフである。 実施例１の終了後に、Ｍアルカリ度と有機酸濃度／Ｍアルカリ度の制御を停止した場合の運転日数の推移に伴うＣＯＤ_cr除去率の変化を表すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る下排水処理システムは、有機性排水を処理する複数の分散型下排水処理施設１、１ａと、分散型下排水処理施設１、１ａで得られた余剰汚泥を集約して処理する嫌気性処理施設２（集約汚泥処理施設）と、分散型下排水処理施設１、１ａで得られる余剰汚泥を嫌気性処理施設２へ運搬する運搬手段４とを備える。

分散型下排水処理施設１、１ａは、所定の地域内に分散して配備された比較的小規模な下排水処理施設等を意味する。分散型下排水処理施設１、１ａとは、以下に限定されるものではないが、例えば、１日当たり３００〜３０００ｍ³程度の有機性排水を処理可能な処理施設を指し、余剰汚泥の処理施設を持たないような下排水処理施設を想定している。なお、上記に限定されるものではなく、少なくともエネルギー回収可能な余剰汚泥を発生させる処理施設であれば、本発明に係る分散型下排水処理施設１、１ａを意味するものとする。

分散型下排水処理施設１、１ａとしては、有機性排水を処理可能な施設であって、例えば、下排水処理施設の他に、工業排水、食品、有機性廃棄物の発生源又は中間処理物を処理する処理施設等も含まれる。有機性排水としては、例えば、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を含有する有機性排水が利用可能である。

分散型下排水処理施設１、１ａは、有機性排水に生物学的処理を行うための水処理設備１０（図３参照）をそれぞれ備える。水処理設備１０で行われる生物学的処理としては、特に限定されないが、例えば、活性汚泥法（標準活性汚泥法、膜分離活性汚泥法、回分式活性汚泥法）、生物膜処理法（固定床型生物膜法、流動床型生物膜法）等を用いた好気性生物処理が利用される。

活性汚泥法を利用した水処理設備１０から得られる余剰汚泥としては、反応槽から直接ポンプで引き抜いた汚泥（典型的にはＭＬＳＳ濃度が１０００〜３０００ｍｇ／Ｌ程度）や、反応槽の後段に設けられた固液分離槽で分離された分離汚泥を引き抜いた汚泥（典型的にはＭＬＳＳ濃度が３０００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度）が挙げられる。生物膜処理法を用いた水処理設備１０から得られる余剰汚泥としては、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を用いた分離槽から引き抜かれた汚泥（典型的にはＭＬＳＳ濃度が５０００〜２５０００ｍｇ／Ｌ程度）が挙げられる。

運搬手段４の運搬効率等を考慮すると、ＭＢＲを用いた水処理設備１０から余剰汚泥を引き抜くことが好ましい。人口密集地域へ設置される分散型下排水処理施設１として省スペース化が求められる場合等には、上述のＯＤ等の代わりに、ＭＢＲの処理施設もまた有用である。

分散型下排水処理施設１、１ａの内、少なくとも１の施設１ａには、最初沈澱池１１が備えられている。本実施形態に係る下排水処理システムにおいては、最初沈澱池１１を有する少なくとも１の施設から得られる初沈汚泥を収集して運搬し、嫌気性処理施設２が備える嫌気性処理槽へ投入する。

初沈汚泥には、例えばし尿由来のタンパク質が含まれているため、後述する嫌気性処理施設２における嫌気性処理で投入されるアルカリ度源として使用することができる。これにより、嫌気性処理に必要な薬品コストを低減することが可能となる。以下に限定されるものではないが、典型的には、初沈汚泥にはＴＳ当たり４．０〜６．０ｗｔ％のケルダール窒素が含まれている。図１に示すように、初沈汚泥は、運搬手段４によって余剰汚泥と混合して運搬してもよいし、初沈汚泥のみ個別に運搬してもよい。

初沈汚泥以外にも、バイオエタノール製造廃液、デンプン製造廃液、パーム油製造廃液などの有機性排水廃液、屎尿、浄化槽汚泥、生ごみ、又は食品残渣の少なくとも１以上を含む有機性廃棄物７が得られる場合には、これらを運搬手段４で運搬し、嫌気性処理施設２における嫌気性処理のためのアルカリ度源として利用することもできる。これにより、有機性廃棄物７を余剰汚泥の処理に伴うエネルギー回収のために有効利用することができる。

嫌気性処理施設２における嫌気性処理（メタン発酵処理）は、処理対象の余剰汚泥の汚泥濃度が低すぎると、嫌気性処理に必要となるアルカリ度を好適に保つために、薬液を比較的多量に加える必要が生じ、処理が安定的に行えない場合がある。比較的低濃度の余剰汚泥を運搬する場合は高濃度の余剰汚泥を運搬する場合に比べて運搬頻度も高くなる。

本実施形態に係る下排水処理システムは、各分散型下排水処理施設１、１ａで得られた余剰汚泥を嫌気性処理施設２へ集約する前に、予め濃縮処理することが好ましい。予め、濃縮装置３によって余剰汚泥を濃縮処理することにより余剰汚泥が減容化されるため、運搬手段４による運搬効率も高くなり、安定した嫌気性処理に必要なアルカリ度源の投入量も少なくて済む。

濃縮装置３は、図３に示すように、各分散型下排水処理施設１、１ａにそれぞれ設置されることが好ましい。濃縮装置３が分散型下排水処理施設１、１ａにそれぞれ設置されることにより、各水処理設備１０で引き抜いたばかりの新鮮な余剰汚泥を汚泥濃縮することができるため、余剰汚泥の濃縮処理で生じた濃縮処理水を各水処理設備１０で処理することも容易である。

濃縮装置３には、汚泥濃度０．５〜２．５ｗｔ％の余剰汚泥を、嫌気性処理に好適な汚泥濃度２．５〜１０．０ｗｔ％の濃縮汚泥に濃縮可能な装置が用いられる。例えば、濃縮装置３に投入された余剰汚泥に対して、ポリ硫酸第二鉄、ＰＡＣ、硫酸バンドなどの無機系凝集剤または有機高分子凝集剤等を単独又は組み合わせて０．１〜１．０ｗｔ％程度添加することにより、汚泥濃度０．５〜２．５ｗｔ％の余剰汚泥を汚泥濃度２．５〜１０．０ｗｔ％の濃縮汚泥に濃縮することができる。

濃縮装置３としては、遠心式、ベルト式、スクリュー式、楕円板型式などの種々の固液分離装置を利用することができる。中でも、汚泥の搬送方向に連続して配置された多数のスリットを有する楕円板群を搬送方向に回転させながら固体と液体とを分離する楕円板型固液分離装置を濃縮装置３として使用することが好ましい。

楕円板型固液分離装置は洗浄水が不要であるため、一般的な余剰汚泥の濃縮処理に必要な洗浄水量を低減することができ、より環境に考慮した濃縮処理を行うことができる。更には、楕円板型固液分離装置は比較的コンパクトであるため、水処理設備１０の反応槽等の各反応槽上方に置くことができ、設置のために必要なスペースを省略することもできる。

濃縮装置３による余剰汚泥の濃縮処理で分離された濃縮分離水は、分散型下排水処理施設１が備える水処理設備１０が備える反応槽へ戻すか、或いは、反応槽の上流側に配置された流量調整槽へ戻すことができる。濃縮分離水は、流量調整槽へ戻すことにより、水処理設備１０における水処理の水量負荷を平準化させることができる。

この際、反応槽又は流量調整槽の上方に楕円板型固液分離装置を備える濃縮装置３を配置し、濃縮装置３から発生する濃縮分離水を自然流下でそれぞれ反応槽又は流量調整槽へ流下させることが可能である。これにより、濃縮分離水を運搬するためのポンプ等の動力を省略できる。同様に、濃縮装置３で得られた濃縮汚泥を、自然流下で貯槽５へ流下させることにより、濃縮汚泥運搬のための動力を省略できる。

各分散型下排水処理施設１、１ａで濃縮処理され、貯槽５へ貯留された濃縮汚泥は、各貯槽５からポンプを介して運搬車などの運搬手段４が備えるタンク内へポンプ圧送される。運搬手段４は、各分散型下排水処理施設１、１ａを巡回して回収し、濃縮汚泥を嫌気性処理施設２へ運搬する。

嫌気性処理施設２は、汚泥（ＴＳ, Total solids 蒸発残留物）濃度２．５〜１０．０ｗｔ％、より典型的には４．０〜１０．０ｗｔ％、更に典型的には６．０〜８．０ｗｔ％の余剰汚泥（濃縮汚泥）を導入して嫌気性消化処理する嫌気性処理槽が好適に用いられる。余剰汚泥の汚泥濃度が高すぎると、消化汚泥の粘度が大きくなるため嫌気性処理での反応槽内の撹拌が非効率になる場合がある。余剰汚泥の汚泥濃度が低すぎると、反応装置が大きくなり消化が非効率になる場合がある。

現在一般的な汚泥の嫌気性消化槽に供給する汚泥濃度は２．０〜４．０ｗｔ％程度であるが、本実施形態では、従来よりも高濃度な濃縮汚泥を処理することで、高濃度の汚泥を小容量で投入することができるため、小容量の消化槽から燃料化ガスを多量に発生させることができる。この嫌気性処理槽は一般的な嫌気性処理で使用される消化槽に比べてコンパクトであるため、設置スペースも小さくて済む。

或いは、汚泥濃度２．０〜８．０ｗｔ％、より典型的には２．０〜６．０ｗｔ％の濃縮汚泥を導入して嫌気性消化処理と膜分離処理とを行う嫌気性膜型バイオリアクタが好適に用いられる。嫌気性膜型バイオリアクタを使用することにより、高濃度の汚泥を維持し、消化効率を高めることができ、バイオガスの量を安定的に確保できるという利点がある。

嫌気性処理施設２には各分散型下排水処理施設１が備える水処理設備１０と実質的に同様な施設を備えていても良い。また、嫌気性処理槽で得られた消化汚泥又は嫌気性膜型バイオリアクタで得られる固形物を脱水して脱水ケーキを得る脱水機、及び脱水ケーキを乾燥させて乾燥汚泥を得る乾燥機等の汚泥処理に必要な各種付帯設備を更に備えていてもよいことは勿論である。

各分散型下排水処理施設１の貯槽５へ貯留された濃縮汚泥は、運搬手段４によって嫌気性処理施設２へ運搬される。運搬手段４の種類は特に限定されないが、臭気対策や汚泥漏れ対策が講じられたローリー車などで輸送されることが好ましい。なお、分散型下排水処理施設と集約汚泥処理施設との立地環境によって、濃縮汚泥の配管移送が可能な場合は、運搬手段４として配管移送を用いてもよいことは勿論である。

なお、濃縮汚泥は汚泥濃度が高いため、貯槽５へ長期間保存されることによって腐敗が進み、嫌気性処理施設２での処理が困難になる場合がある。或いは腐敗が進行した濃縮汚泥はＢＯＤ、窒素、リン等の水溶成分の濃度が高くなるため、嫌気性処理施設２での水処理負荷が高くなる場合がある。表１又は図４に示すように、濃縮汚泥を貯槽５で長期間保存した場合、５〜１５日以上になると、固形物が溶解したり、強熱減量（有機物比率）が減少したり、易分解性有機物が分解されることによってメタンガス発生率が低下する場合がある。濃縮汚泥の性状は、周囲の環境（気温、湿度、通気状況等）や保管貯槽の形状、保管時の混合撹拌条件などによって影響を受ける。

表１ 濃縮汚泥のメタン発酵回分試験結果 ^※

※メタンガスの完全酸化酸素等量0.35L-CH₄/g-COD_Crを基に、バイオガス化率を解析
※メタン発酵回分実験（35℃、汚泥負荷0.4ｇVS/ｇVSS、20日目）でバイオガス化率を解析

本システム及び本方法では、運搬手段４が、余剰汚泥の濃縮処理を開始してから嫌気性処理施設２において濃縮汚泥の処理を開始するまでの時間を５〜１０日以内で行うように運搬作業を進めることが可能である。これにより、嫌気性処理施設２における処理を安定的且つ有利に進めることができるとともに、嫌気性処理施設２における水処理負荷を小さくできる。

余剰汚泥の濃縮処理を開始してから嫌気性処理施設２において処理を開始するまでの時間は、ある一実施形態においては７日以内で行うことが好ましく、別の実施形態においては５日以内で行うことが好ましく、更に別の実施形態においては３日以内で行うことが好ましい。余剰汚泥の濃縮処理を開始してから嫌気性処理施設２において濃縮汚泥の処理を開始するまでの時間の下限は特に限定されないが、濃縮装置３の濃縮処理と現在想定される地域を想定した運搬手段４の運搬能力を考慮すると、例えば０．５日以上、より典型的には１日以上、更に典型的には３日以上である。

図２は、嫌気性処理施設２の一例を示す。嫌気性処理施設２は、各分散型下排水処理施設１、１ａから収集した余剰汚泥（濃縮汚泥）を集約して貯蔵する貯槽２１と、余剰汚泥を嫌気性処理する嫌気性処理槽（メタン発酵槽）２２と、貯槽２１にアルカリ度源を供給するアルカリ度源供給タンク２３と、貯槽２１内の余剰汚泥の汚泥濃度を検出する濃度計２４と、濃度計２４の検出結果に基づいて、アルカリ度源の投入量を調整する制御装置２５とを備えることができる。

分散型排水処理施設１、１ａの規模及び能力によっては余剰汚泥の成分に偏りが生じる場合がある。そのため、貯槽２１において、各分散型排水処理施設１、１ａで収集された余剰汚泥を嫌気性処理槽２２へ投入する前に一度予め貯留することによって、余剰汚泥の成分を均一化できる。

嫌気性処理槽２２では、例えば、完全混合型嫌気性消化法、上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ）や膨張式汚泥床法（ＥＧＳＢ）などを利用したメタン菌による発酵処理を行うことができる。この際、嫌気性処理槽２２に投入された余剰汚泥を含む被処理液が発酵し、その際に発生した炭酸ガスによって嫌気性処理槽２２内の被処理液のｐＨが低下する場合がある。また、メタン発酵過程で有機酸が生成されてメタンガスに変換される際に、残留有機酸によりｐＨが低下し、それに従ってメタン発酵率が低下する場合がある。

本実施形態では、貯槽２１内の余剰汚泥の汚泥濃度を検出する濃度計２４の検出結果に基づいて、余剰汚泥に対してアルカリ度源が投入される。このアルカリ度源としては、分散型下排水処理施設１ａで収集した初沈汚泥又は運搬手段４により運搬した有機性廃棄物７が用いられるため、嫌気性処理槽２２へ投入されるアルカリ剤などの薬剤コストを抑制することができる。

制御装置２５は、嫌気性処理槽２２内の被処理液のＭアルカリ度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上で、有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比が０．５以下となるように、アルカリ度源の投入量を制御することが好ましい。なお、本実施形態において「Ｍアルカリ度」とは、日本下水道協会発行の下水試験方法−２０１２年版−に準拠した分析方法であり、水中や汚泥中に含まれている炭酸塩、炭酸水素塩、水酸化物等のアルカリ成分を所定のｐＨまで中和するのに要する酸の量を炭酸カルシウムベースの濃度で表したものを意味する。「有機酸濃度」とは、下水試験方法に準じた分析方法で、水中や汚泥中に含まれる炭素数が６以下の炭素鎖よりなる脂肪酸（酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ギ酸、乳酸を指す）の総和量の濃度を意味する。

Ｍアルカリ度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌよりも低くなると緩衝能が低下し、ｐＨ変動しやすいという問題が生じる場合がある。有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比が０．５よりも高くなると、有機酸による発酵阻害がもたらされる可能性が高くなりメタンガス発生率が低下するという問題が生じる場合がある。

嫌気性処理槽２２内の被処理液のＭアルカリ度の基準は、嫌気性処理施設２において使用される嫌気性処理の具体的態様に応じて種々に変更することが可能である。例えば、現在一般的に用いられている既設の嫌気性処理場では、投入汚泥のＴＳ濃度２．０〜４．０ｗｔ％に対し、嫌気性消化汚泥のＭアルカリ度が３０００〜５０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上、より典型的には４０００ＣａＣＯ₃／Ｌ以上となるようにアルカリ度源の投入量を制御することが好ましい。投入汚泥のＴＳ濃度４．０〜１２．０ｗｔ％で水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が２０日以下で汚泥の分解率が５０〜６０％程度の能力を備える小型嫌気性消化槽を用いる場合には、Ｍアルカリ度が５０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上、より典型的には６０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上となるようにアルカリ度源の投入量を制御することが好ましい。嫌気性処理を安定的に行うための条件を考慮すると、Ｍアルカリ度の上限値は、例えば１００００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ程度とすることができる。

有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比は、しばしば嫌気性処理効率を監視するために使用される総括的なパラメータである。有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比の下限値は特に限定されないが、典型的には０．５以下、より典型的には０．３以下とすることができる。

なお貯槽２１でのアルカリ度源の投入量をより精密に制御するために、嫌気性処理槽２２の状態（被処理液のｐＨ、汚泥濃度、アルカリ度、有機酸濃度等の状態）を検知可能な検出器２６が備えられている、あるいは、機器分析による監視が可能な状態であってもよい。制御装置２５は、検出器２６と濃度計２４とに基づいて、嫌気性処理槽２２へ供給すべき被処理液中の状態を、より処理に適した状態に制御することができる。

本発明の実施の形態に係る下排水処理システムを用いて下排水処理を行う場合は、（１）複数の分散型下排水処理施設で得られた余剰汚泥を集約して嫌気性処理することと、（２）複数の分散型下排水処理施設の内、少なくとも１の施設に設けられた最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として嫌気性処理槽に投入すること、を少なくとも行う。

このように、本発明の実施の形態に係る下排水処理システム及び下排水処理方法によれば、余剰汚泥を適切に処理する能力を具備しない分散型下排水処理施設１から余剰汚泥を集約して嫌気性処理施設２で一括処理することにより、個別に余剰汚泥を処理する場合と比べてスケールメリットが得られるため、システム全体でより効率的な排水処理を行うことが可能となる。

また、分散型下排水処理施設１に大規模な配管網や新規な大型汚泥処理施設を配置する必要がないため、新規設備の構築が困難な過密都市においても有効な排水処理及びエネルギー回収を行うことができる。

更に、少なくとも１の施設に設けられた最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、前記余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として嫌気性処理槽に投入することにより、嫌気性処理するために必要なアルカリ度源の供給を安定に保持することができ、また、薬液を投入する必要もなくなるため、嫌気性処理に必要な薬品コストを低減することが可能になる。

更に、濃縮装置３を各分散型下排水処理施設１に配置してオンサイトで余剰汚泥の濃縮処理を行うことができるため、余剰汚泥の引き抜きから濃縮分離水が得られるまでの時間が短い。このため、運搬や貯留中に汚泥中の易分解性物質が分解されることにより固形性の汚泥から液相への有機物の溶出や、窒素、リンなどの栄養塩類の溶出を抑えることができ、濃縮分離水による水処理側への処理対象負荷を最低限にすることもできる。

分散型下排水処理施設１においては、スペース上の問題などから、濃縮装置３及び貯槽５を設けることも困難である場合がある。このような分散型下排水処理施設１においては、濃縮装置３及び貯槽５の代わりに、濃縮装置及び貯槽を搭載した車両などからなる移動式濃縮装置を配置し、この移動式濃縮装置を各分散型下排水処理施設１、１ａへ巡回させてもよい。

これにより、新規設備の構築が困難な過密都市においても有効な排水処理及びエネルギー回収を行うことができる。移動式濃縮装置の機能は、上述した濃縮装置３と同様とすることができる。更に、運搬手段４及び移動式濃縮装置は複数台配置し、各分散型下排水処理施設１の余剰汚泥の発生状況に応じて、各分散型下排水処理施設１を巡回させることもできる。

更に、図３に示すように、複数の分散型下排水処理施設１でそれぞれ処理される濃縮汚泥の状態をそれぞれ管理する情報管理システム１００を備えていてもよい。

各地域の分散型下排水処理施設１の処理能力及び規模によっては、各分散型下排水処理施設１で発生する余剰汚泥量が一定でない場合、時間毎に異なる場合、余剰汚泥発生量が非常に少ない場合などがある。図３のシステムでは、例えば、貯槽５に濃縮汚泥の状態を検出する検出器（図示省略）を配置する。検出器で検知された検知情報は、検出器に接続されたネットワーク（図示省略）等を介して情報管理システム１００へ送信することができる。更に、各地域の分散型下排水処理施設１を巡回点検した結果や現地で汚泥分析した結果等を、タブレット端末１０２等やネットワーク等を利用して情報管理システム１００へ送信することもできる。

情報管理システム１００が受信する各分散型下排水処理施設１の濃縮汚泥の状態（検知情報）としては、たとえば貯留された濃縮汚泥量（体積）、濃縮汚泥の温度、貯留時間などがあげられる。情報管理システム１００は、濃縮汚泥の状態の他に、水処理を含む設備全体の運転状況管理（例えば、設備稼働状況、電流値、流量、液位などの状態、ｐＨやＤＯ、ＭＬＳＳなどの水質値など）の機能を合わせて管理してもよい。情報管理システム１００は、タブレット端末１０２やネットワーク等を介して受信した分散型下排水処理施設１ａが備える最初沈澱池１１から抽出される初沈汚泥の性状などの情報も管理することができる。

情報管理システム１００は、送信された各種情報に基づいて、濃縮汚泥の腐敗を抑制しながら嫌気性処理施設２における嫌気性処理により望ましい状態で濃縮汚泥を運搬するために、運搬手段４の運搬制御、即ち、各分散型下排水処理施設１への巡回順序、巡回頻度、巡回所要時間などを決定することができる。これにより、分散型下排水処理施設１から嫌気性処理施設２へ、濃縮汚泥をエネルギー回収に好適な状態で効率良く運搬することが可能になる。

更に情報管理システム１００が、嫌気性処理施設２へアルカリ源として供給される初沈汚泥や有機性廃棄物７等の性状を更に管理し、その管理情報を嫌気性処理施設２で利用することによって、より安定的な嫌気性処理を行うことができる。

各分散型下排水処理施設１に貯槽５を有さない場合は、水処理設備１０内の各装置のいずれかに余剰汚泥を検知するための検知器を配置し、余剰汚泥の検知結果を、ネットワークを介して情報管理システム１００へ送信するようにしてもよい。

なお、図１及び図３に示すシステムでは、嫌気性処理施設２が１箇所設けられた例を開示しているが、嫌気性処理施設２が複数箇所あってもよいことは勿論である。そして、複数の嫌気性処理施設２の中から、嫌気性処理施設２が備えるエネルギー回収設備が実施する投入汚泥の濃度に適した汚泥濃度となるように、各分散型下排水処理施設１が備える濃縮装置３（図３）又は移動式濃縮装置（図示せず）によって、各分散型下排水処理施設１で発生する余剰汚泥を濃縮処理することが好ましい。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

図５に示す装置にて嫌気性処理を行った。貯槽は腐敗進行を抑制するために簡易密閉とし、容量は５ｍ³で、槽内ｐＨと汚泥濃度を検知可能な検出機器を備えている。メタン発酵槽は完全混合型で、容量は１５ｍ³であり、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は１５〜２５日程度であり、メタン発酵槽の内部は３５℃に保たれるよう温度制御をした。装置は、ＴＳ濃度：２．５〜１０．０ｗｔ％に機械濃縮処理された最初沈澱池を有しない分散型下排水処理施設の余剰汚泥（表２参照）を嫌気性処理し、メタン発酵槽内が所定の範囲内のＭアルカリ度及び有機酸濃度／Ｍアルカリ度となるように、重力濃縮した初沈汚泥等の有機性廃棄物をＭアルカリ度源として適宜投入し、この投入量を制御するシステムを用いて制御した。なお、システムは、有機性廃棄物の性状分析結果についてタブレット型端末を用いてデータが送信される設定とした。ＣＯＤ_Cr容積負荷に応じて設定した。ＣＯＤ_Cr容積負荷の例を図６に示す。

表２ 濃縮処理前余剰汚泥の性状

下水試験方法2012年版による

（実施例１）
最初沈澱池を有する分散型下排水処理施設と最初沈澱池を有しない分散型下排水処理施設とから得られた余剰汚泥をＴＳ濃度２〜７％に濃縮処理し、上記嫌気性処理装置で嫌気性処理を行った。

実施例１では、メタン発酵槽内のＭアルカリ度及び有機酸濃度を測定し、Ｍアルカリ度：２０００ｍｇ／Ｌ以上、かつ、有機酸濃度／Ｍアルカリ度：０．５以下を維持できるように、Ｍアルカリ度源として最初沈澱池を有する分散型下排水処理施設から得た初沈汚泥の量を制御して注入した。初沈汚泥（表３参照）の添加量は、投入汚泥のＴＳに対して１０〜３０ｗｔ％とした。その結果、図７に示すように、嫌気性処理によるＣＯＤ_Cr除去率は平均して約６０％となった。

表３ 初沈汚泥の性状

下水試験方法2012年版による

（実施例２）
実施例１と同じ嫌気性処理装置を用いて、Ｍアルカリ度源として、最初沈澱池を有する分散型下排水処理施設から得た初沈汚泥に加えて有機性廃棄物（バイオエタノール製造廃液（表４に性状を記載））を注入した。初沈汚泥、有機性廃棄物の供給量は投入汚泥のＴＳに対してそれぞれ５〜１０ｗｔ／％、１０〜２０ｗｔ／％とした。その結果、図８に示すように、嫌気性処理によるＣＯＤ_Cr除去率は、平均して約６５％となった。

表４ バイオエタノール廃液性状

下水試験方法2012年版による

（アルカリ度源の投入量とＣＯＤ_cr除去率との関係）
実施例１の終了後にメタン発酵槽内へのＭアルカリ度源の注入を停止した結果を図９に示す。図９に示すように、運転時間が経過するにつれてＭアルカリ度は低下し、ＣＯＤ_Cr除去率が低下した。例えば、４９日目では、Ｍアルカリ度が約２４００ｍｇ／Ｌ、有機酸濃度／Ｍアルカリ度が０．８となり、ＣＯＤ_Cr除去率が約３０％にまで低下した。

１、１ａ…分散型下排水処理施設
２…嫌気性処理施設（集約汚泥処理施設）
３…濃縮装置
４…運搬手段
５…貯槽
７…有機性廃棄物
１０…水処理設備
１１…最初沈澱池
２１…貯槽
２２…嫌気性処理槽
２３…アルカリ度源供給タンク
２４…濃度計
２５…制御装置
２６…検出器
１００…情報管理システム
１０２…タブレット端末

Claims (9)

1. 複数の分散型下排水処理施設と、
   前記複数の分散型下排水処理施設で得られた余剰汚泥を集約して貯留する貯槽及び前記貯槽に貯留された前記余剰汚泥を嫌気性処理する嫌気性処理槽を備える嫌気性処理施設と、
   前記複数の分散型下排水処理施設で得られた前記余剰汚泥を回収して前記嫌気性処理施設へと運搬する運搬車と、
   を備え、
   前記複数の分散型下排水処理施設の内、少なくとも１の施設に最初沈澱池を備え、前記最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、前記余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として前記貯槽に供給し、前記アルカリ度源が調整された前記貯槽内の前記余剰汚泥を前記嫌気性処理槽に投入することを含む下排水処理システム。
2. 有機性廃液、屎尿、浄化槽汚泥、生ごみ、食品残渣の少なくとも１以上を含む有機性廃棄物を前記アルカリ度源として前記貯槽に投入することを更に含む請求項１に記載の下排水処理システム。
3. 前記余剰汚泥を汚泥濃度２．５〜１０．０ｗｔ％に濃縮して前記貯槽に投入するための濃縮装置を更に備える請求項１又２に記載の下排水処理システム。
4. 前記貯槽内の前記余剰汚泥の汚泥濃度を検出する濃度計を備え、前記濃度計の検出結果に基づいて、前記貯槽への前記アルカリ度源の投入量を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載の下排水処理システム。
5. 前記嫌気性処理槽内の被処理液のＭアルカリ度が２０００ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ以上で、有機酸濃度／Ｍアルカリ度の比が０．５以下となるように前記アルカリ度源の投入量を制御することを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の下排水処理システム。
6. 前記複数の分散型下排水処理施設で得られる余剰汚泥の体積、温度、及び貯留時間の少なくともいずれかの情報及び前記初沈汚泥の前記アルカリ度を管理可能な情報管理システムを更に備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の下排水処理システム。
7. 前記情報管理システムが、前記運搬車による前記複数の分散型下排水処理施設への巡回順序、巡回頻度及び巡回所要時間の少なくともいずれかを管理することを含む請求項６に記載の下排水処理システム。
8. 前記濃縮装置が、楕円板型固液分離装置であることを含む請求項３に記載の下排水処理止ステム。
9. 複数の分散型下排水処理施設で得られた余剰汚泥を運搬車を用いて運搬することと、
   前記運搬車で運搬された余剰汚泥を貯槽に集約することと、
   前記貯槽に集約された前記余剰汚泥を嫌気性消化槽で嫌気性処理することと、
   を含む下排水処理方法であって、
   前記複数の分散型下排水処理施設の内、少なくとも１の施設に設けられた最初沈澱池で得られる初沈汚泥を、前記余剰汚泥の嫌気性処理に必要なアルカリ度源として前記貯槽に供給し、前記アルカリ度源が調整された前記貯槽内の前記余剰汚泥を前記嫌気性処理槽に投入することを含む下排水処理方法。

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