JPH02293098A - し尿処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、し尿の新規な処理方法に関し、とくに、汚泥
発生量を著しく少なくするとともに、し尿無希釈処理に
おける発泡トラブルを解消し、かつ、従来よりも簡潔な
プロセスにより、し未を極めて高度に浄化する方式に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来のし尿処理方式のなかで、最も進歩したプロセスは
、“高負荷脱窒素法”と呼ばれている方式である。これ
は、し尿を無希釈かつ高容積負荷で生物学的に硝化脱窒
素処理したのち、限外濾過膜（ＵＦ嘆）により固液分離
し、さらに凝集分離中濾過中粒状活性炭吸着により、ほ
ぼ無色透明な高度処理水を得るというプロセスである。

しかしながら、上記の高負荷脱窒素プロセスは、次のよ
うな大きな欠点があり、さらに浸れたシステムの開発が
待望されている。

■　生物処理槽の発泡がすさまじく、多畳の消泡剤を添
加しないと運転ができない。

■　粒状活性炭による吸着工程で、廃活性炭の再生を必
要とし、メンテナンスが煩雑であるほか、オンサイトの
再生炉を設けると設備費がかさむ。

■　脱水し渣と余剰活性汚泥の発生合計量が、約１５〜
１　６　ｋｇＤ．Ｓ／経し尿と、非常に多く、しかも質
的に離脱水性であるため、汚泥処理工５程に大きな負担
がかかり、設備費、運転経費が高額になる。

以上■〜■はいずれも重大な問題点であるが、とくに■
の汚泥処理の問題は重要であり、解決が急務となってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来技術の欠点■〜■を完全に解決する
ことを課題としており、具体的には、次の３点を課題と
している。

■　生物処理槽での発泡を消泡剤や消泡機を用いること
なく、解消する。

■　活性炭吸着塔を不要にする。活性炭再生炉も不要に
する。

■　汚泥発生量を大幅に減少させ、汚泥処理工程（脱水
、焼却）への負担を著しく軽減する。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明は次の手段をとる。

即ち、本発明は、し尿に高分子凝集剤を添加して凝集分
離し、該分離汚泥をメタン発酵したのち脱水し、該脱水
分離液と前記凝集分離後のし尿とを生物学的硝化脱窒素
処理する工程および前記生物学的硝化脱窒素工程の処理
水に無機凝集剤および粉末活性炭を添加して膜分離し、
該分離された粉末活性炭共存活性汚泥を前記生物学的硝
化脱窒素工程へ供給する工程から成ることを特徴とする
し尿処理方法であり、また、この方法において膜分離も
しくは生物学的硝化脱窒素工程の粉末活性炭共存活性汚
泥を、前記し尿の凝集分離工程または、前記メタン発酵
槽へ供給する工程から成ることを特徴とするし尿処理方
法である。

本発明のフローシ一トの一例を示した第１図を参照しな
がら、本発明の一実施態様を詳述する。

し尿１は、後記の生物学的硝化脱窒素処理および高度処
理工程から発生する粉末活性炭共存活性汚泥２がライン
２−３より添加、混合されたのち、高分子凝集剤３　（
カーチオン系、あるいはカチオンとア二オンの併用又は
、無機凝集剤とアニオンボリマーの併用が好適であり、
カチオン系ボリマーとしては、例えばアミノエチルメタ
クリレート系、アニオン系ボリマーとしては、例えばポ
リアクリルアミド系が好ましいが、これ以外でもかまわ
ない。）が注入され、凝集し、大粒径のフロックが形成
される。

この凝集フロックは、固液分離工程４　（たとえば、回
転スクリーン、傾斜スクリーン、遠心分離、沈殿分離、
浮上分離など公知の分離手段でよい）において、容易に
分離され、凝集汚泥５と、凝集分離し尿６となる。凝集
分離し尿は、し尿１中のＳＳおよびコロイドと粉末活性
炭共存余剰活性汚泥２−３が凝集除去されているので、
外観は清澄であるが、溶解性ＢＯＤ，ＣＯＤ，窒素成分
がまだ高濃度に残留している。

凝集汚泥５　（固彫物濃度４％程度）は、メタン発酵＋
ｇ７に供給され、１０日〜２０日程度３５℃〜３８℃で
、嫌気性消化を受ける。

メタン発酵槽においては、活発な、酸発酵とメタン発酵
が進行し、凝集汚泥中に、含まれる有機物の大部分が、
最終的にＣＨ．　、ＣＤ２などにガス化される。粉末活
性炭の存在は、メタン発酵菌の活動にとってプラスの効
果をもっており、非常に安定して、活発なメタン発酵反
応が進行することが認められた。

従って、酸発酵に片よって、メタン発酵の阻害が起きる
などのトラブルが起きない。

メタン発酵槽から流出する消化汚泥８は，、し尿１に含
まれていた紙などの繊維分を主体としているため、遠心
脱水機又はスクリュープレス脱水機９により、無薬注で
脱水可能である。脱水ケーキ１０は、従来プロセスより
も、大幅に減量化しており、しかも、水分７０％程度と
低水分であるので、直接肥料化、又はコンボスト化が容
易であり、埋立て処分もしやすいという重要な特長があ
る。

もちろん、焼去処分も容易になる。

しかして、消化汚泥の脱水分離液１１と、前記のし尿凝
集分離液６の両者は、無希釈型の生物学的硝化脱窒素工
程１２に流入し、窒素成分（ゝ１８３を主体とする）と
、ＢＯＤ，ＣＯＤが除去される。

従来の無希釈タイプの生物学的硝化脱窒素処理槽では、
すさまじい発泡がおきるのであるが、本発明では、発泡
は、ほとんど起きず、消泡剤、消泡機は、不要である。

その理由は、後記する。

しかして、生物学的硝化脱窒素工程から流出する処理水
の活性汚泥スラリ−１３は、凝集処理工程１４において
、ＦｅＣＬ、ポリ硫酸第２鉄、ポリ塩化アルミニウム、
硫酸アルミニウムなどの周知の無機凝集剤１５が注入さ
れて、ＮａＯＨなどのアルカリ剤によりｐＨ４〜６の弱
酸性条件に中和され、活性汚泥スラリ−１３中に多量に
残留する非生物分解性の溶解性ＣＯＤ、色度およびＰＯ
，３−イオンを凝集不溶化せしめる。

なお、活性汚泥スラリ−１３に対して、直ちに無機凝集
剤１５を添加するのではなく、あらかじめ、活性汚泥Ｓ
Ｓを、限外濾過、遠心分離、沈澱などの手段によって分
離した分離水に凝集剤１５を注入しても良いことは言う
までもない。

しかして、凝集処理工程１４からの流出液に、新鮮な粉
末活性炭１６を添加し、凝集処理によっても、尚、少堡
残留する色度とＣＯＤ成分を扮末活性体によって吸着除
去する。

１７は、粉末活性炭と凝集処理液を接触せしめる混和槽
であり、滞留時間は粉末活性炭の吸着速度が大きいので
０．５〜２ｈｒ程度で充分である。

しかるのち、ＦｅＰＯ．　、Ｆｅ（ＤＨ）＊　、ＡＡＰ
Ｏ＜　、Ａβ（ＯＨ）．を主成分とする凝集フロックと
粉末活性炭の２者またはこれらと、活性汚泥の３種が混
在するスラリーを、限外濾過膜（ＵＦ）又は精密濾過膜
（Ｍ　Ｆ　）による固液膜分離工程１８に供給し、膜分
離することによって、ＳＳが零で、Ｂ○Ｄ，ＣＯＤ，窒
素、色度、ＰＯ，３−のほぼ１００％が除去された極め
て清澄な膜透過水ｌ９と、粉末活性炭共存活性汚泥２に
分離する。膜透過水１９は、し尿の高度処理水として、
公共用水域に放流される。

一方、膜分離された該汚泥２は、該汚泥ライン２−１．
同２−２および同２−３に分配される。

２−１が、凝集混和槽１４にリサイクルされ２一２が、
生物学的硝化脱窒素槽１２に供給され、２−３は上述の
通り、し尿１と混合されるように供給され、上述の通り
メタン発酵槽へ搬送される。

驚くべきことに、ＣＯＤを吸着済の廃粉末活性炭を共存
する該汚泥ライン２−２を、生物学的硝化脱窒素槽１２
に供給すると、すさまじい発泡現象が全くなくなること
が見出された。この結果、通常はそのまま廃棄される廃
粉末活性炭を、消泡剤として有効利用することが可能と
なり、消泡コストが実質的に不要になるという著しい効
果がある。

しかも、廃粉末活性炭を含有する該活性汚泥２を凝集処
理工程にリサイクルすると、無機凝集剤１５及び、新鮮
な粉末活性炭の所要量が減少する効果が認められた。さ
らに、ＵＦ又はＭＦ膜分離工程の透過流束（Ｆｌｕｘ）
が粉末活性炭共存時に、１０〜１５％程度向上し、膜汚
染の程度も軽減した。

また、粉末活性炭共存活性汚泥２をメタン発酵槽７に供
給すると、メタン発酵が安定化することが分った。

尚、粉末活性炭共存活性汚泥のメタン発酵槽７への供給
は、該硝化脱窒素槽内に供給された粉末活性炭共存活性
汚泥２を同ライン２−３′によりメタン発酵槽へ、ライ
ン２−３に代えて、あるいはライン２−３と併用して供
給することもできる。

又、ライン２−３を介さないで該汚泥２を直接に該発酵
槽へ供給することもできる。

また、該汚泥ライン２−１の凝集処理工程１４への供給
は、活性汚泥スラリ−１３等により廃粉末活性炭が同工
程１４へ供給されるならば本発明においては、必須では
ない。

余剰汚泥の排出は、膜分離された粉末活性炭共存活性汚
泥２の一部をそのまま汚泥処理に導いてもよいが、図示
例のように汚泥ライン２−３や２一３゜により排出する
のが好ましい。

〔作　用〕

本発明においては、生物学的硝化脱窒素工程１２に凝集
処理後の残留ＣＯＤ成分などを吸着した粉末活性炭共存
活性汚泥２を供給すると、驚くべきことに、同処理工程
での発泡が著しく抑止あるいは全くなくなり、消泡剤の
添加が不必要になり、消泡機も不要になることが見出さ
れた。このような作用が生じる機構については、粉末活
性炭共存活性汚泥のどのような作用によるものかはっき
りしないが、いずれにしてもその添加により上記の作用
が顕著に生じる。すなわち、し尿の無希釈生物学的処理
プロセスの最大の懸案が解決することが見出された。

さらに、粉末活性炭共存活性汚泥２を凝集処理工程１４
での凝集処理に循環すると、塩化第２鉄などの無機凝集
剤の所要薬注率２０％ほど節減できることが認められた
。このことは重要な意味をもっており、汚泥発生量が減
少し、汚泥処理が合理化できるという大きな効果が出る
。

もう一つの重要な作用としては、粉末活性炭が共存する
凝集スラリーである余剰活性汚泥を膜分離する場合、粉
末活性炭無共存時に比べ、膜透過流東（フラックス）　
　（　ｍ’　／　ｍ’・膜・日）が向上することも発見
された。

本発明においては、使用済粉末活性炭を前記した個所に
供給することにより上記の作用を生じるのであって、粉
末活性炭が発泡防止に役立っているのではないかとの観
点から、もしも新鮮な粉末活性炭を、本発明のように凝
集処理工程の後に添加するのではなく、たとえばし尿に
直接又は生物学的硝化脱窒素槽に添加すると、該処理工
程内の液の高濃度の溶解性ＣＯＤと色度成分（凝集処理
後のＣＯＤ，色度の約１０〜１００倍もの高濃度を示す
）と粉末活性炭が接触・吸着することになり、生物学的
に処理可能な成分の消化効率が低下すると共に、生物学
的に処理不可能な成分の吸着効率を低下させることによ
り、放流水のＣＯＤ．色度が本発明における放流水より
も４〜５倍も高い値になり、トータルプロセスとして評
価した場合に極めて不合理な結果を招く。したがって、
新鮮な粉末活性炭を生物学的硝化脱窒素槽に添加する方
法では、総合的な水質向上度が本発明に比べ極めて劣る
という結果をもたらす。

さらに、本発明では、粉末活性炭共存汚泥を凝集汚泥５
として、メタン発酵槽７に、供給する結果、メタン発酵
が、粉末活性炭の共存効果によって、安定化するという
重要な利点が生ずる。（尚、粉末活性炭のメタン発酵安
定化効果の詳細なメカニズムは、現時点でまだ不明であ
る。）以上のように高度処理工程に添加され、ＣＯＤ，
色度を吸着した粉末活性炭が、無希釈生物学的硝化脱窒
素工程の発泡防止、メタン発酵の安定化という、２つの
大きな副次的効果を発揮する点が本発明の作用の独自点
である。

尚、粉末活性炭共存活性汚泥をメタン発酵槽７に供給す
る径路としては、本質的には図−１のライン２−３、ラ
イン２−３′のどちらでも良いが、なるべくなら、ライ
ン２−３にしたほうが、メタン発酵槽７への流入汚泥固
形物濃度を高くできるので好ましい。

〔実施例〕

第１図のフローに従って行った本発明の一実施例につい
て、以下詳述するが、本発明は、これに限定されない。

し尿処理施設に搬入されるし尿に、粉末活性炭共存活性
汚泥を添加混合したのち、カチオン系高分子凝集剤（エ
バグロースＣ１０４Ｇ、荏原インフィルコ■商品）を、
２５０ｍｇ／ｊ７添加したところ、極めて良好な凝集フ
ロック形成が起き、１ｍＩＩ１目の回転ウェジワイヤス
クリンで容易に固液分離できた。

表−１に、凝集分離し尿の水質を示す。

表−１　凝集分離し尿の水質 表−１の凝集分離し尿を、無希釈で生物学的硝化脱窒素
処理を行った。運転条件を表−２に示す。

表−２　生物学的硝化脱窒素処理運転条件フローで限外
濾過を行い、活性汚泥、ＦｅＰＯ４、Ｆｅ（叶）３など
のフロックおよび粉末活性炭の３者の混合スラリーであ
る粉末活性炭共存活性汚泥を固液分離した。

その結果、完璧な固液分離が行われ、ＳＳゼロ、無色透
明の膜透過水が得られた。ｔＪＦ膜透過水の水質を表−
３に示す。

消泡剤を添加しなくても、生物学的硝化脱窒槽の発泡は
ほとんど認められず、円滑な運転が可能であった。

次に、生物処理工程から流出する活性汚泥に、ＦｅＣ　
１　３を２５００ｍｇ／βし尿注入し、ＮａＯＨを加え
て、ｐＨ５．０に制御して、２分間攪拌したのち、滞留
時間１ｈｒの粉末活性炭接触の混和槽に流入させた。

粉末活性炭の注入率は、２５０〜５００　ｍｇ／　Ｉｌ
とした。

しかるのち、ＵＦ膜〈チューブラ型、分画分子量１０万
、材質ボリスルフォン）により、クロス表−３　　０Ｆ
膜透過水の水質 ＵＦ膜分離の該活性汚泥を、生物学的硝化脱窒素工程へ
返送し、一部をし尿の凝集分離工程に供給した。

尚、ＵＦ膜分離の該活性汚泥の固形濃度は、２．０〜２
３％であり、該活性汚泥（ＦｅＣＡａＭ集フロックと粉
末活性炭を含む）の発生量は、約３．５〜３．８ｋｇ　
ｄｒｙ　ｓｏｌｉｄ／ｋＪ２Ｌ尿となった。

しかして、図−１のフローにおいて、し尿と粉末・活性
炭共存活性汚泥の凝集分離工程から排出される分離汚泥
（固形物濃度４．０〜４．２％）を、温度３７℃に加温
された、メタン発酵槽（槽内汚泥の攪拌は、外部に設け
たポンプによる循環方式を採用した。）に供給し、１０
日間滞留させ、投入汚泥中有機物をメタン発酵によって
ガス化した。

この結果、メタン発酵槽投入汚泥固形物中の有機物の５
５％がガス化して減量した。メタン発酵は、全＜ｐＨコ
ントロールを行わなかったが、ｐＨ８．３±０、２で安
定しており、酸発酵過多などのトラブルは発生せず、安
定したメタン発酵が進んだ。

１５日滞留ののち、メタン発酵槽（消化槽）より流出す
る消化汚泥を、遠心脱水機（巴工業製、スーパーデカン
タ）で無薬注で脱水した結果、水分７０〜７２％の低水
分脱水ケーキが得られた。

消化汚泥の脱水ケーキ発生蛍は、約９．０〜９．６ｋｇ
ｄｒｙ　ｓｏｌｉｄ　／ｋＲし尿であり、脱水ケーキの
組成は、繊Ｒ＃分、Ｆｅの水酸化物、リン酸鉄、粉末活
性炭および未消化の有機物（繊維分以外の）であった。

前記した従来技術の高負荷脱窒素及び凝集沈澱法の場合
、ＦｅＣβ３注入率を本発明と同一の．２５００ｍｇ／
βし尿とすると、脱水し渣と脱水ケーキの合計発生量は
、約１　５　ｋｇ　ｄｒｙ　ｓｏｌｉｄ／！　Ｌ尿であ
ることが数多い実績から判っているので、本発明の汚泥
およびし渣の発生量が大幅に少ないことが明らかである
。

〔発明の効果〕

■　生物学的硝化脱窒素工程で、消泡剤添加、消泡機設
置を行わなくても、極めて効果的に発泡を防止できる。

この結果、消泡コストが不要になるほか、ＣＯＤ発現物
質で、かつ硝化菌の活動阻害を示す消泡剤が不要になる
ので、処理水質が向上する。

■　し尿処理施設からの汚泥プラスし渣の合計発生量が
大幅に減少し、汚泥処分（乾燥、焼却）が著しく合理化
できる。

■　汚泥の脱水性が良好で、無薬注脱水ができる。

したがって、薬品代が節減され、脱水ケーキの利用もし
やすくなる。

■　メタン発酵反応が安定している。（粉末活性炭の効
果） ■　活性炭吸着塔、活性炭再生炉が不要になり、システ
ム構成が簡潔化され、設備費の節減効果、メンテナンス
性の向上効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示すフローシ一トである
。 符号の説明： １：し尿　　２：粉末活性炭共存活性汚泥２−１　．　
２−２　．　２−３　．　２−３　’　　：粉末活性炭
共存活性汚泥ライン　　　　　　　３：高分子凝集剤４
：固液分離工程　　　　５：凝集汚泥６：凝集分離し尿
　　　　７：メタン発酵槽８：消化汚泥　　　　　　９
：脱水機 １０：脱水ケーキ　　　　　ｌｌ：脱水分離液１２：生
物学的硝化脱窒素工程 １３：活性汚泥スラＩＪ−　　　１４：凝集処理工程１
５：無機凝集剤　　　　　１６：新鮮な粉末活性炭１７
：混和槽　　　　　　　１８：固液膜分離工程１９：膜
透過水

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）し尿に高分子凝集剤を添加して凝集分離し、該分離
   汚泥をメタン発酵したのち脱水し、該脱水分離液と前記
   凝集分離後のし尿とを生物学的硝化脱窒素処理する工程
   および前記生物学的硝化脱窒素工程の処理水に無機凝集
   剤および粉末活性炭を添加して膜分離し、該分離された
   粉末活性炭共存活性汚泥を前記生物学的硝化脱窒素処理
   工程へ供給する工程から成ることを特徴とするし尿処理
   方法。 ２）膜分離もしくは生物学的硝化脱窒素工程の粉末活性
   炭共存活性汚泥を、前記し尿の凝集分離工程または、前
   記メタン発酵槽へ供給する工程から成ることを特徴とす
   る請求項１のし尿処理方法。