JP2004008843A

JP2004008843A - 有機性排水の処理方法

Info

Publication number: JP2004008843A
Application number: JP2002162529A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nakazawa; 中沢　俊明
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる排水処理方法において、運転経費や設備費などが低廉化でき、また、余剰汚泥を効率的に分解してメタンガスを主体としたガスを回収し、燃料などとして有効利用を可能とする有機性排水の処理方法を提供する。
【解決手段】イ）有機性排水の好気性生物処理工程と、ロ）生物処理された混合液中の汚泥の固液分離工程と、ハ）分離された汚泥の少なくとも一部を好気性生物処理工程に返送する汚泥返送工程と、ニ）残部の汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化処理工程と、ホ）可溶化処理された可溶化処理液中のアンモニアを除去するアンモニアストリッピング工程と、ヘ）アンモニアを除去された可溶化処理液を嫌気性で消化処理する嫌気性消化処理工程と、ト）嫌気性消化処理された消化汚泥を好気性生物処理工程に返送する消化汚泥返送工程を設けたことを特徴とする有機性排水の処理方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水を生物処理する排水処理方法に関し、更に詳しくは、有機性排水を好気性処理する工程で発生する余剰汚泥の排出量を削減すると共に汚泥を分解処理し、メタンガスを効率的に回収して有効利用を図ることのできる有機性排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの有機性排水（以下原水ということもある。）を処理する装置としては、活性汚泥処理装置、固定床式生物処理装置又は流動床式処理装置などの好気性処理装置が用いられている。
【０００３】
前記活性汚泥処理装置にあっては、好気性微生物である汚泥の浮遊する処理槽内に排水を供給し、空気で曝気することにより、汚泥の生物学的作用で原水中の有機物を酸化分解処理する装置であり、また、固定床式生物処理装置にあっては、処理槽内に合成樹脂製などの生物保持担体の固定床を設け、空気で曝気することにより微生物を担体の表面に付着増殖させ、付着した微生物の生物学的作用で原水中の有機物を酸化分解処理する装置であり、更に、流動床式処理装置は、好気性生物処理槽内の液中に流動可能に合成樹脂粒子などの生物保持担体を充填し、原水を供給して空気で曝気することにより、流動化する生物保持担体の表面に付着増殖した微生物の生物学的作用で原水中の有機物を酸化分解処理する装置である。
【０００４】
前記生物処理装置では、いずれも有機物を生物学的に分解処理するのに伴い、増殖した微生物が汚泥として大量に発生する。発生した汚泥は沈殿槽などで分離濃縮され、その一部は生物処理工程に循環されるが、残部は余剰汚泥として系外に排出され、その余剰汚泥を濃縮、脱水したのち焼却や埋め立てなどにより処分している。なお、前記余剰汚泥量は、生物処理工程に導入された原水中の有機物量（ＢＯＤ）の２０〜５０％が発生するといわれている。
【０００５】
前記従来の余剰汚泥の処分方法で、汚泥を濃縮、脱水したのち焼却又は埋め立て処分する方法にあっては、汚泥の濃縮、脱水後においても含水率が７０〜８０ｗｔ％と高いため嵩が大きく、廃棄物業者に処分を依頼する場合には、引き取りコストが高くなり、排水処理全体にかかるコストの多くを占めているのが現状である。
【０００６】
更に、埋め立て処分においては、産業廃棄物埋立処分場の残余年数が少なくなっており、引き取りコストも年々高騰している。また、焼却処分においては、含水率が高いため燃料消費量が多くなり燃料費が嵩み、更に、排出ガスや焼却灰の処理が必要であり、近年はダイオキシン問題等から焼却処理自体が困難になってきている状況である。
【０００７】
前記の事情に鑑みて、発生汚泥をできるだけ減容化する各種の方法が開示されているが、本願発明と同様に、汚泥を可溶化処理し、処理後の可溶化処理液を嫌気性処理工程で汚泥の減容化を図る装置としては、特開平２−２１１２９９号公報、特開平９−００１１７９号公報及び特開２００１−１５７９００号公報などに開示されており、また、汚泥をアルカリ性で可溶化処理し、可溶化処理液を嫌気性処理する方法が、特許第２６５９８９５号公報及び特開平６−０９９１９９号公報などに開示されている。
【０００８】
前記特開平２−２１１２９９号公報に開示された方法は、有機性汚泥を適宜な可溶化処理工程で可溶化したのち、所定のｐＨ範囲と処理日数で嫌気性消化処理する方法であり、特開平９−００１１７９号公報に開示された方法は、沈降分離した汚泥を高温条件で可溶化処理し、分離水と可溶化処理液を嫌気性処理する方法であり、また、特開２００１−１５７９００号公報に開示された方法は、有機性汚泥を嫌気性で消化処理し、処理後の嫌気消化汚泥を固液分離して汚泥を濃縮し、濃縮汚泥を適宜な改質処理工程（可溶化処理工程）で可溶化処理して嫌気性処理工程に返送する方法である。
【０００９】
また、特許第２６５９８９５号公報に開示された方法は、汚泥をアルカリ性にし、所定の温度範囲で熱アルカリ処理して可溶化させ、可溶化処理液を所定のｐＨ範囲と所定の温度範囲で嫌気性消化処理する方法であり、また、特開平６−０９９１９９号公報に開示された方法は、余剰汚泥をアルカリ性にし、所定の温度範囲で熱アルカリ処理して可溶化させ、可溶化処理液を嫌気性消化処理する方法である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
嫌気性消化法により減容化処理する方法にあっては、嫌気性微生物の生物学的作用で汚泥中の有機物を、メタンガスや炭酸ガス等に分解処理する方法であり、メタンガスを燃料等に有効活用できる利点があるため好ましい方法であるが、前記従来の各種装置及び方法にあっては、好気性生物処理した汚泥中のアンモニアを除去する操作が行われていないため、可溶化処理された可溶化処理液中のアンモニアイオンの影響で、嫌気性消化工程における嫌気性微生物の活性が阻害され、効率的に消化処理することができない問題がある。
【００１１】
また、アンモニア濃度は高くなればなるほど嫌気性微生物であるメタン菌に対する活性阻害が大きくなり、２０００ｍｇ／Ｌ以上では、実質的にメタン発酵が不可能となるといわれている。また、単に汚泥をアルカリ性とし、機械的な攪拌をしたとしても、アンモニアを効率的に揮散除去することはできないため、前記問題点を解消することはできない。
【００１２】
本発明は、前記従来の汚泥処分及び減容化処理における問題点に鑑みて成されたものであり、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる排水処理方法において、運転経費や設備費などが低廉化でき、また、余剰汚泥を効率的に分解してメタンガスを主体としたガスを回収し、燃料などとして有効利用を可能とする有機性排水の処理方法を提供する目的で成されたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載した発明においては、下記工程を設けたことを特徴とする有機性排水の処理方法である。
イ）有機性排水を好気性で生物処理する好気性生物処理工程と、ロ）前記好気性生物処理工程で生物処理された混合液中の汚泥を固液分離する固液分離工程と、ハ）前記固液分離工程で分離された汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として前記好気性生物処理工程に返送する汚泥返送工程と、ニ）残部の分離汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化処理工程と、ホ）前記可溶化処理工程で可溶化処理された可溶化処理液中のアンモニアをキャリアガスでストリッピングするアンモニアストリッピング工程と、ヘ）前記アンモニアストリッピング工程でアンモニアを除去された可溶化処理液を嫌気性で消化処理する嫌気性消化処理工程と、ト）前記嫌気性消化処理工程で嫌気性消化処理された消化汚泥を前記好気性生物処理工程に返送する消化汚泥返送工程。
【００１４】
前記工程を設けたことにより、嫌気性消化処理工程に供給される可溶化処理液中にはアンモニアが殆ど含まれていないため、アンモニアイオンの影響で、嫌気性消化工程における嫌気性微生物の活性が阻害される恐れが無く、効率的に消化処理することができ、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる。更に、生成したメタンガスを燃料などとして有効利用することができ、運転経費や設備費などが低廉化できる。
【００１５】
前記において、好気性生物処理工程では、通常の活性汚泥処理槽の他に、合成樹脂や繊維状などの生物保持担体を固定して充填した固定床式処理槽や生物保持担体を流動可能に充填した流動床式生物処理槽などでもよい。また、嫌気性消化処理工程では、嫌気性消化槽による単一槽での処理や酸発酵槽と嫌気性消化槽とを組み合わせた二槽での処理装置又は上向流嫌気性処理装置などがある。
【００１６】
また、固液分離工程では、沈殿槽、濾過装置、濾過膜分離装置又は遠心分離機などを用いることができる。更に、可溶化工程では、好熱細菌による生物学的可溶化、アルカリ法やオゾン法などの化学的可溶化、超音波法や機械的破砕法などの物理的可溶化又はそれらを組合せた方法など適宜に使用することができる。
【００１７】
また、アンモニアストリッピング工程では、スチームや空気などをキャリアガスとして、曝気槽、棚段塔又は充填塔など適宜に用いることができるが、ストリッピング効果や汚泥の影響を考慮して棚段塔を用いるのが好ましい。なお、可溶化処理工程における可溶化方法によっては、可溶化処理液をストリッピング工程に供給する前又はストリッピング工程中にアルカリを添加してｐＨ調整する必要があり、また、ストリッピング工程後の可溶化処理液を嫌気性消化処理工程に供給する前にｐＨ調整する必要がある。
【００１８】
なお、嫌気性消化処理工程における嫌気性消化槽では、温度２５〜７５℃、好ましくは３８〜６０℃、滞留時間２４時間〜２週間で処理される。温度が２５℃よりも低いと、生物学的嫌気性消化処理が進みにくいなどの問題があり、また、７５℃よりも高いと、嫌気性微生物が生存しにくいなどの問題がある。
【００１９】
また、前記においては、余剰汚泥を濃縮する汚泥濃縮工程を設け、可溶化処理工程を濃縮汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化処理工程として構成してもよく、濃縮した汚泥を可溶化処理工程を経て嫌気性消化処理工程に供給することにより、可溶化処理が迅速に行われ、また、嫌気性生物処理における、より好適な含水率及び有機物濃度となり、処理容量を低減することができるため、効率的にメタンガスが得られると同時に汚泥の可溶化も効率的に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態の有機性排水処理方法を適用する排水処理装置の系統図である。
【００２１】
図において、１は、下水、食品排水、厨房排水又は浄化槽汚泥などの有機性排水（原水）の排水供給量及びｐＨ値などを調整する調整槽、２は、底部に散気手段７が内設され、供給された原水を空気などの酸素含有気体で曝気することにより、原水中の有機物を好気性で生物学的処理する好気性生物処理工程である活性汚泥処理槽、３は、生物処理された混合液中の汚泥を沈降分離する固液分離工程である沈殿槽、４は、沈降分離された汚泥の少なくとも一部の汚泥を可溶化処理する可溶化処理工程であるアルカリ可溶化装置、５は、可溶化処理された可溶化処理液中のアンモニアをキャリアガスでストリッピングするアンモニアストリッピング工程の棚段式ストリッピング塔であり、また、６は、ストリッピング処理された可溶化処理液を嫌気性で消化処理する嫌気性消化処理工程である嫌気性消化槽である。
【００２２】
また、前記実施の形態においては、好気性生物処理工程に、通常の活性汚泥処理装置が用いられているが、合成樹脂や繊維状などの生物保持担体を固定して充填した固定床式処理槽や生物保持担体を流動可能に充填した流動床式生物処理槽などでもよい。また、可溶化処理工程では、アルカリ可溶化装置が配置されているが、好熱細菌による生物学的可溶化、酸やオゾン法などの化学的可溶化、超音波法や機械的破砕法などの物理的可溶化又はそれらを組合せた方法による夫々の装置が用いられる。
【００２３】
また、嫌気性消化処理工程では、嫌気性消化槽による単一槽が用いられているが、酸発酵槽と嫌気性消化槽とを組み合わせた二槽での処理装置や上向流嫌気性処理装置などを用いてもよく、また、固液分離工程では、沈殿槽が用いられているが、遠心分離装置、濾過膜分離装置又は濾過装置などを用いてもよい。更に、アンモニアストリッピング工程では、棚段塔を用いているが、曝気槽又は充填塔など適宜に用いることができる。更に、沈殿槽などで固液分離された濃縮汚泥と可溶化処理槽で可溶化処理された汚泥とを熱交換する熱交換器や可溶化処理槽にスチームを吹き込むなどの被可溶化処理液の加熱手段を付設してもよい。
【００２４】
次に図１の構成の排水処理装置により有機性排水を処理する処理方法について以下詳述する。
原水は原水供給流路２０から調整槽１に供給されて一旦貯留され、必要によりｐＨなどが調整されたのち、排水供給量を調整されて調整原水供給流路２１から活性汚泥処理槽２に供給され、散気手段７から供給される空気などの酸素含有気体で曝気されることにより、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で、原水中の有機物が効率的に酸化分解される。なお、活性汚泥処理槽２における処理温度としては、１０〜４５℃が好ましい。
【００２５】
活性汚泥処理槽２での好気性生物処理工程により処理された汚泥を含有する混合液は、混合液排出流路２２から沈殿槽３に導入され、静置することにより汚泥が自然沈降して分離され、清浄化された処理水は、処理水排出流路２３から系外に排出される。また、沈殿槽３での固液分離工程で沈降分離された汚泥は、沈殿槽３の汚泥抜出し流路２４から抜き出され、一部は汚泥返送流路２５から活性汚泥処理槽２に返送される。また、残部の分離汚泥の少なくとも一部は、汚泥供給流路２７から可溶化処理装置４に供給され、更に残部の分離汚泥の一部は余剰汚泥として、汚泥排出流路２６から系外に排出され、図示しない汚泥処理装置などで処理される。なお、余剰汚泥の排出を行わなくてもよい場合もある。
【００２６】
可溶化処理装置４に供給された汚泥は、図示しないアルカリ溶液貯留槽からアルカリ供給流路２９を介して水酸化ナトリウム溶液が添加され、ｐＨ８．０〜１２．０、好ましくは、ｐＨ１０．０〜１１．０に調整され、温度３０〜７５℃、好ましくは４０〜６５℃、滞留時間１０〜１００時間で攪拌されることにより、汚泥を構成する微生物が効率的に死滅・分解して低分子化した有機物となって可溶化される。可溶化処理工程でアルカリ性とするアルカリとしては、水酸化ナトリウム溶液以外に、炭酸ナトリウム又は水酸化カリウムなどの水溶液を用いることができる。
【００２７】
また、可溶化された可溶化処理液は、可溶化処理液供給流路２８からアンモニアストリッピング塔５に供給され、下部のキャリアガス供給流路３０から供給される空気やスチームなどのキャリアガスと向流接触して、可溶化処理液中のアンモニアがキャリアガスに伴われてアンモニア排出流路３１から大気中に揮散除去されるが、ガス中のアンモニア濃度が高い場合には、必要により酸化燃焼処理、吸着除去処理などにより清浄化処理されたのち、大気中に放出される。なお、ストリッピング工程における液のｐＨは、ｐＨ８．０〜１２．０が好ましく、更に好ましくは、ｐＨ１０．０〜１１．０であり、ｐＨ８．０よりも低いｐＨでは、アンモニアの揮散除去が十分に行われず、ｐＨ１２．０よりも高いと、薬品使用量が多くなるわりにはアンモニアのストリッピング除去効果の向上が少ないないと共に、後段の嫌気性処理工程に供給するために、酸による中和工程が必要となるなどの問題がある。
【００２８】
アンモニアストリッピング塔５でアンモニアを除去された可溶化処理液は、脱アンモニア処理液供給流路３２から嫌気性消化槽６に供給され、温度２５〜７５℃、好ましくは４５〜６０℃、滞留時間２４時間〜２週間で処理されることにより、有機物が分解され、メタンを主体とした消化ガスが生成する。生成したメタンを主体とする消化ガスは、生成ガス排出流路３３から系外に排出され、必要により脱硫処理をされたのちガスホルダなどで貯留され、燃料ガスなどとして有効利用される。
【００２９】
嫌気性消化槽６での嫌気性消化処理工程で発生した消化汚泥は、汚泥循環流路３４から活性汚泥処理槽２に循環供給され、原水中の有機物と共に、浮遊する好気性微生物である汚泥の生物学的作用で効率的に酸化分解されることにより、発生汚泥の減容化を図ることができ、余剰汚泥としての発生量をゼロ又は少なくとも減容化することができる。
【００３０】
【実施例】
食品工場から排出される有機性排水を活性汚泥処理し、発生した汚泥を攪拌機で攪拌しながらアルカリ溶液を添加して可溶化処理し、可溶化処理液を嫌気性で消化処理した比較例１と図１の構成の装置において、発生した汚泥を攪拌機で攪拌しながらアルカリ溶液を添加して可溶化処理し、空気をキャリアガスとして可溶化処理液からアンモニアをストリッピングして除去し、アンモニアが除去された可溶化処理液を嫌気性で消化処理した実施例１についてテストした結果、消化率は比較例１では約５０％、実施例１では７０〜９０％であり、また、メタンガス発生量は、比較例１では、０．３ｍ３／ｋｇ・投入汚泥、実施例１では、０．４ｍ３／ｋｇ・投入汚泥であった。従って、実施例における汚泥処理効率が高くなることが判明した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、余剰汚泥発生量のゼロ化又は少なくとも減容化を図ることができる排水処理方法において、運転経費や設備費などが低廉化でき、また、余剰汚泥を効率的に分解してメタンガスを主体としたガスを回収し、燃料などとして有効利用を可能とする排水処理方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の有機性排水処理方法を適用する排水処理装置の系統図
【符号の説明】
１：調整槽
２：好気性生物処理工程（活性汚泥処理槽）
３：固液分離工程（沈殿槽）
４：可溶化処理工程（可溶化処理装置）
５：アンモニアストリッピング工程（ストリッピング塔）
６：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化槽）

Claims

下記工程を設けたことを特徴とする有機性排水の処理方法。
イ）有機性排水を好気性で生物処理する好気性生物処理工程と、
ロ）前記好気性生物処理工程で生物処理された混合液中の汚泥を固液分離する固液分離工程と、
ハ）前記固液分離工程で分離された汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として前記好気性生物処理工程に返送する汚泥返送工程と、
ニ）残部の分離汚泥の少なくとも一部を可溶化処理する可溶化処理工程と、
ホ）前記可溶化処理工程で可溶化処理された可溶化処理液中のアンモニアをキャリアガスでストリッピングするアンモニアストリッピング工程と、
ヘ）前記アンモニアストリッピング工程でアンモニアを除去された可溶化処理液を嫌気性で消化処理する嫌気性消化処理工程と、
ト）前記嫌気性消化処理工程で嫌気性消化処理された消化汚泥を前記好気性生物処理工程に返送する消化汚泥返送工程