JP2002361293A - 有機性汚泥の減量化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機性汚水の生物処理工程から発生する余剰
汚泥などの有機性汚泥を、高速度かつ省エネルギー的に
高い減量効率で減量化できる新技術を提供する。 【解決手段】 有機性汚泥を酸発酵処理した後、固液分
離し、該固液分離によって得た分離汚泥を可溶化処理
し、次いで該可溶化処理で得た可溶化汚泥を嫌気性消化
することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法、及びそ
の装置。前記酸発酵処理後の固液分離で分離された分離
液を、固定化メタン菌によってメタン発酵処理するか、
有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供
給するか、又は可溶化汚泥の嫌気性消化槽に供給するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水、産業排水な
どの有機性汚水を生物学的に処理する工程から発生する
余剰汚泥、下水混合生汚泥などの有機性汚泥を、省エネ
ルギー的かつ高速度で減量できる新規技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水、産業排水、し尿、ごみ埋立汚水な
どの活性汚泥処理施設から、大量の有機性汚泥（余剰汚
泥、生汚泥など）が毎日発生しており、その量は日本全
体で年間１０００万トンを上回る。余剰汚泥の処理及び
処分が、環境問題における最大の問題点になっている。
すなわち、この有機性汚泥の中でも余剰汚泥は非常に難
脱水性であるため、多量の脱水助剤（ポリマーなど）を
添加し、汚泥脱水機で水分８５％程度に脱水し、脱水ケ
ーキを埋立処分するか、又は焼却処分しているが、脱水
助剤コスト、脱水ケーキの埋立場所不足、焼却灰の処分
場所の不足、焼却設備費、焼却用重油コストの高さなど
の多くの問題点を抱えている。

【０００３】このような問題を解決するため、特許公開
公報に「オゾンを利用した余剰汚泥減量化法」が開示さ
れている。この技術は、廃水の活性汚泥処理工程から、
余剰汚泥発生量より多い量の活性汚泥を引き抜きオゾン
酸化した後、そのまま活性汚泥処理工程に返送する方法
である。

【０００４】その他に、活性汚泥をアルカリ剤で加水分
解させて汚泥の生物分解性を向上させる方法、活性汚泥
を加熱して細胞を破壊する方法（水環境学会誌、２１巻
６号ｐ３６０〜：好熱性微生物を利用した余剰汚泥が発
生しない活性汚泥プロセス）、活性汚泥をミルで破砕す
る方法、汚泥を高圧ポンプ吐出口に設けた内径１〜２ｍ
ｍ程度のノズルから板に対して高速噴射するウォータジ
ェット法（麻生他；汚泥減量化システムの基礎検討；第
３７回下水道研究発表会講演集ｐ４８２〜４８４、２０
００年）、余剰汚泥にオゾンを添加するか超音波を照射
して可溶化した後嫌気性消化する方法（土木学会第４１
回年次学術講演会、昭和６１年１１月、ｐ９１５−）な
どが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、可溶化汚泥を好気性生物によって減量化するために
曝気動力を多量に必要とするので、エネルギー消費が多
いという問題があり、また可溶化汚泥を嫌気性消化処理
によって減量化する場合にも、嫌気性消化処理の処理所
要時間が長く、消化できない消化残渣がかなり残るとい
う問題があった。本発明は、このような従来の問題点に
鑑みてなされたものであり、有機性汚水の生物処理工程
から発生する余剰汚泥などの有機性汚泥を、高速度かつ
省エネルギー的に高い減量効率で減量化できる新技術を
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の手段によ
り上記の課題を解決することができた。 （１）有機性汚泥を酸発酵処理した後、固液分離し、該
固液分離によって得た分離汚泥を可溶化処理し、次いで
該可溶化処理で得た可溶化汚泥を嫌気性消化することを
特徴とする有機性汚泥の減量化方法。 （２）前記酸発酵処理後の固液分離で分離された分離液
を、固定化メタン菌によってメタン発酵処理するか、有
機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素部に供給
するか、又は可溶化汚泥の嫌気性消化槽に供給すること
を特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の減量化方法。 （３）前記嫌気性消化において生じた消化汚泥を、前記
分離汚泥の可溶化処理に返送消化汚泥として送ることを
特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の減量化方法。

【０００７】（４）有機性汚泥を導入して酸発酵する酸
発酵槽、前記酸発酵槽から酸発酵汚泥を導入して分離汚
泥と分離液に分離する固液分離装置、前記固液分離装置
からの分離汚泥を導入して可溶化する可溶化処理槽、前
記可溶化処理槽からの可溶化汚泥を導入して嫌気性消化
をする嫌気性消化槽を有することを特徴とする有機性汚
泥減量化装置。 （５）前記酸発酵槽の後段の固液分離装置からの分離液
の上向流嫌気性スラッジブランケット装置への、有機性
汚水の生物処理工程の無酸素部又は嫌気部への、あるい
は可溶化汚泥の嫌気性消化槽への供給配管を有すること
を特徴とする請求項４記載の有機性汚泥の減量化装置。
なお、超音波とは人間の耳の可聴周波数を超える、周波
数（約１０ＫＨＺ以上）を持つ音波又は弾性波と定義さ
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を有機性汚水の活
性汚泥処理施設から発生する余剰活性汚泥の減量化に適
用した構成例を示すブロック図である。すなわち、図１
では、活性汚泥処理施設（図示せず）からの余剰活性汚
泥である汚泥１を減量化するための装置を示したもの
で、酸発酵菌による酸発酵処理をする酸発酵槽２、酸発
酵槽２の後段に酸発酵汚泥３を固液分離する固液分離装
置４があり、固液分離装置４で分離された分離汚泥５を
超音波処理（８は超音波を示す）、オゾン酸化などによ
る可溶化処理をする可溶化処理槽７により可溶化し、そ
の可溶化汚泥９をさらに後段の嫌気性消化槽１０に入れ
て消化し、発生する消化ガス１４を槽１０の頂部から系
外へ排出するとともに、嫌気性消化槽１０内に設置した
膜分離ユニット１１により消化脱離液が膜透過水１２と
して系外へ流出し、同時に消化されにくい可溶化濃縮汚
泥分を消化汚泥１３として取り出し、その一部を返送消
化汚泥１５として可溶化処理槽７へ返送する配管を備
え、微量の未消化残差だけを廃棄消化汚泥１６として系
外へ排出し、一方固液分離装置４から出る分離液６は、
上向流嫌気性スラッジブランケット装置（以下「ＵＡＳ
Ｂ」という）１７の固定メタン菌によってメタン発酵さ
れて消化ガス１９及び処理水１８として系外へ排出され
るように処理するか、有機性汚水の生物処理工程の嫌気
部又は無酸素部２０へ配管を経て返送供給するか、ある
いは可溶化汚泥９の嫌気性消化槽１０へ供給するように
構成されている。

【０００９】本発明において、汚水を好気性微生物によ
って浄化する活性汚泥処理工程（生物脱リン法、生物学
的硝化脱窒素法のように嫌気部を付帯するものも含む）
の沈殿槽における沈殿汚泥の一部を引き抜き、酸発酵菌
（通性菌）による酸発酵処理をする酸発酵槽２に供給
し、所要時間滞留させる。活性汚泥の細胞壁を構成する
主要成分は多糖類、たんぱく質であるが、多糖類は嫌気
性消化されにくい。しかし、活性汚泥を酸発酵させる
と、多糖類は単糖類、低級脂肪酸、酢酸などの有機酸に
変化する。また、たんぱく質はペプチド、アミノ酸、脂
肪酸に変わる。

【００１０】次に、酸発酵槽２から流出する酸発酵汚泥
３を固液分離する。固液分離装置４は遠心分離、浮上分
離、沈殿分離、膜分離などの各種分離手段を適用する。
次いで、分離汚泥５を可溶化処理槽７に供給する。可溶
化処理槽における汚泥の可溶化手段としては、超音波処
理、オゾン酸化、ミルなどによる汚泥すりつぶし、アル
カリ処理、加熱処理など公知の余剰汚泥生物細胞壁の破
壊、すなわち可溶化手段が採用できるが、特に超音波８
による可溶化手段が最も可溶化コストが少なく、装置も
簡単で、小さいものですむので好ましい。

【００１１】超音波照射槽に供給して、超音波８を照射
すると、汚泥細胞壁を効果的に破壊するため汚泥１が可
溶化する。適性超音波周波数は、周波数が高すぎると汚
泥可溶化効果が悪化することが認められ、１０〜１００
ＫＨＺ、より好ましくは１５〜５０ＫＨＺが好適であ
る。汚泥可溶化のための超音波照射エネルギーとして
は、２〜１０Ｋｗｈ／ｋｇ・ＳＳが好適である。超音波
８による可溶化法において、固形物濃度には最適範囲が
存在し、濃度１．５〜４％の範囲が適正範囲であった。
この範囲の汚泥固形物濃度において、同一の超音波出力
での汚泥細胞の破壊効果、言い換えると汚泥可溶化効果
が向上することが認められた。

【００１２】濃度が４％を超えると濃度が高くなり過
ぎ、汚泥スラリの粘性が高くなりすぎ、流動性が悪化す
るため、汚泥への超音波照射の効果が不均一になる。ま
た、固形物濃度が１．５％未満であること固形物濃度が
少なすぎ、超音波のエネルギーが固形物の可溶化作用以
外に無駄に消費される。超音波照射の時間は極めて短時
間で充分であり、数分以下で良い。したがって超音波照
射槽容積は非常に小さくてすむ。超音波を照射すると、
超音波エネルギーが最終的に熱に変わり、汚泥の温度が
上昇するので、温度３５℃程度の液温が好適な中温メタ
ン発酵処理に、超音波照射の温度上昇効果を利用でき好
都合になる。

【００１３】また、オゾンによって余剰汚泥１を可溶化
する場合、酸発酵槽２後の分離汚泥５をあらかじめ酸素
含有ガスで曝気し、酸化還元電位（ＯＲＰ）を高めてか
らオゾン酸化すると、汚泥１以外の硫化水素などの還元
性物質が減少し、汚泥可溶化のためのオゾン所要量が減
少できる。このように、好気性状態にした酸発酵汚泥を
オゾンで可溶化する場合のオゾンの注入率は、汚泥固形
物重量１ｋｇあたり２０〜６０ｇオゾンで良い。

【００１４】酸発酵汚泥を可溶化処理すると、酸発酵菌
および酸発酵菌によって液化できなかった活性汚泥分の
粒子系が微細化し、また細胞壁が破壊されるため、嫌気
性消化菌が資化しやすくなる。次に酸発酵後の分離液６
の有機成分は、有機酸が主成分になっているので、ＵＡ
ＳＢ１７などの固定化メタン菌を利用するメタン発酵法
によって、きわめて高速度でメタンガス、炭酸ガスに分
解される。ＵＡＳＢ法においては、原水中の高濃度のＳ
Ｓ分は障害になるが、本発明では、固液分離されたＳＳ
が少ない分離液を供給できるので、このような障害はな
い。なお酸発酵汚泥の分離液６を、可溶化汚泥の嫌気性
消化槽１０に供給して、一緒に嫌気性消化処理しても当
然良い。又は酸発酵槽２のあとの分離液６を、有機性汚
水の生物学的処理工程の無酸素部又は嫌気部２０に供給
し、生物脱リン菌からのリン吐き出しの促進のための有
機炭素源、又は生物学的脱窒素菌のための有機炭素源に
利用することも好適な実施態様である。

【００１５】ＵＡＳＢ装置１７内において、ブランケッ
トを形成しているメタン菌グラニュールの固形物濃度
は、７５０００〜９００００ｍｇ／リットルと非常に高
濃度であり、このため有機物負荷は、約３０ｋｇＣＯＤ
ｃｒ／ｍ³ という著しく高い負荷を採ることができる。
そのため、本発明の余剰汚泥可溶化後の固液分離液１３
を処理する場合、ＵＡＳＢ装置１７の滞留時間は、温度
３５℃において数時間という短時間で十分なメタン発酵
処理が可能である。

【００１６】固定化メタン菌を利用する方法としては、
メタン生成菌の自己固定化（自己造粒）現象を利用する
ＵＡＳＢ法が最適であるが、粒状セラミック、粒状活性
炭、粒状ゼオライトなどの微生物付着担体を用いる嫌気
性流動層法、嫌気性固定床法を適用しても良い。図１に
はＵＡＳＢ法を例示してある。

【００１７】またオゾン、超音波８などで可溶化処理さ
れた汚泥分は、嫌気性菌による生分解性が増加している
ので、嫌気性消化槽１０において高速度かつ高分解効率
で嫌気性消化が進む。図１の嫌気性消化槽１０は攪拌さ
れており、内部に膜分離ユニット１１が設置されてい
る。嫌気性消化槽１０の汚泥はこの膜分離ユニット１１
で固液分離され、消化脱離液が膜透過水１２として流出
する。本発明における可溶化汚泥を嫌気性消化する場合
の所要滞留日数は、温度３５℃において３日で十分であ
る。この結果、トータルの処理速度は、従来方式に比較
して大幅に向上し、全体の処理槽容積も縮小される。

【００１８】嫌気性消化槽１０には、可溶化濃縮汚泥の
嫌気性消化によって消化されにくい分が残渣として蓄積
されるので、適宜引き抜き、これを可溶化処理槽７に返
送し可溶化すると、再び嫌気性消化可能の性状になり、
嫌気性消化槽１０において分解される。この結果、未消
化残渣量が減少し、ほとんど未消化残渣が発生しなくな
る。本発明者等の実験によれば、余剰活性汚泥を本発明
によって減量化処理すると、最終的に系外に廃棄しなけ
ればならない汚泥量は、投入余剰活性汚泥１ｋｇあたり
０．０７〜０．０９ｋｇに過ぎなかった。

【００１９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は、この実施例により何等制限されるもの
ではない。

【００２０】実施例１ 下水の活性汚泥処理施設から排出される余剰活性汚泥を
対象に試験した。試験条件を第１表に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】以上の条件で運転を行った結果、嫌気性消
化槽から系外に廃棄しなければならない汚泥量は、固形
物基準で４６ｇ・ＳＳ／ｄであった。余剰汚泥処理量は
７００ｇ・ＳＳ／ｄであるので、汚泥減量化率は９３％
と優秀であった。ＵＡＳＢ処理水の水質はＢＯＤ１５０
ｍｇ／リットル、汚泥嫌気性消化槽の脱離液水質は２３
０ｍｇ／リットルと良好であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、下記の（１）〜（３）
の効果が得られた。 （１）余剰活性汚泥などの有機性汚泥が、高速度かつ省
エネルギー的に高度に減量化できる。 （２）したがって、汚泥脱水・焼却工程が大幅に合理化
される。 （３）生成メタンガスを燃料にして発電できるので、得
られた電力を汚泥可溶化のための超音波発生用電力、オ
ゾン発生器用電力として利用でき、外部から購入する電
力が削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性汚泥の減量化装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ 汚泥（余剰活性汚泥） ２ 酸発酵槽 ３ 酸発酵汚泥 ４ 固液分離装置 ５ 分離汚泥 ６ 分離液 ７ 可溶化手段 ８ 超音波 ９ 消化ガス １０ 嫌気性消化槽 １１ 膜分離ユニット １２ 膜透過液 １３ 消化汚泥 １４ 消化ガス １５ 返送消化汚泥 １６ 廃棄消化汚泥 １７ ＵＡＳＢ １８ 処理水 １９ 消化ガス ２０ 有機性汚水の生物処理工程の嫌気部又は無酸素部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 昭 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4D040 AA01 AA04 AA31 AA34 4D059 AA04 AA05 BA13 BA21 BC02 BE31 BE38 BE41 BE42 BE46 BE49 BF02 BF14 BK11 BK12 BK22 CA28 CA29 DA01 DA43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚泥を酸発酵処理した後、固液分
   離し、該固液分離によって得た分離汚泥を可溶化処理
   し、次いで該可溶化処理で得た可溶化汚泥を嫌気性消化
   することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法。
2. 【請求項２】 前記酸発酵処理後の固液分離で分離され
   た分離液を、固定化メタン菌によってメタン発酵処理す
   るか、有機性汚水の生物処理工程の嫌気部または無酸素
   部に供給して処理するか、又は可溶化汚泥の嫌気性消化
   槽に供給して処理することを特徴とする請求項１記載の
   有機性汚泥の減量化方法。
3. 【請求項３】 前記嫌気性消化において生じた消化汚泥
   を、前記分離汚泥の可溶化処理に返送消化汚泥として送
   ることを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の減量化
   方法。
4. 【請求項４】 有機性汚泥を導入して酸発酵する酸発酵
   槽、前記酸発酵槽から酸発酵汚泥を導入して分離汚泥と
   分離液に分離する固液分離装置、前記固液分離装置から
   の分離汚泥を導入して可溶化する可溶化処理槽、前記可
   溶化処理槽からの可溶化汚泥を導入して嫌気性消化をす
   る嫌気性消化槽を有することを特徴とする有機性汚泥減
   量化装置。
5. 【請求項５】 前記酸発酵槽の後段の固液分離装置から
   の分離液の上向流嫌気性スラッジブランケット装置へ
   の、有機性汚水の生物処理工程の無酸素部又は嫌気部へ
   の、あるいは可溶化汚泥の嫌気性消化槽への供給配管を
   有することを特徴とする請求項４記載の有機性汚泥の減
   量化装置。