JP2007061773A - 有機性汚泥の処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理して生じた消化液を脱水し、得られた脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送するに際し、この返流水中に生物難分解性物質、リン成分が含まれないようにして、廃水処理系から放流される処理水の水質を良好に維持することができるようにした有機性汚泥の処理方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】 廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程と、前記嫌気性消化処理で生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、該消化液を脱水処理する工程と、前記脱水処理で得られた脱水分離液を生物処理する工程と、前記生物処理で得られた処理液を返流水として前記廃水処理系に返送する工程とを含むことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性汚泥の処理方法及びその装置に関し、下水処理などの廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理して生じた消化液を脱水し、得られた脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送するに際し、返流水が廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼさないようにした、有機性汚泥の処理方法及びその装置に関するものである。

下水処理施設では、最初沈殿池、生物反応槽及び最終沈殿池などを備えた廃水処理系（汚水処理系）において下水を処理する一方、汚泥処理系において、汚泥の安定化・無害化、減容化（減量化）、エネルギー回収などを目的として、最終沈殿池で生じた余剰汚泥と最初沈殿池で生じた生汚泥とを嫌気性消化処理し、この嫌気性消化処理で生じた消化液（消化汚泥）を脱水し、得られた脱水汚泥（脱水ケーキ）を焼却・埋立て処分のため施設外へ搬出するようにしている。また、消化液を脱水して得られた脱水分離液については、一般に、これを生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系の最初沈殿池の入側に返送するようにしている。

この場合、特許文献１では、最初沈殿池で生じた生汚泥を重力濃縮することで生じた汚泥濃縮分離液を汚泥濃縮分離液処理槽に導いて生物処理し、ＣＯＤ成分などの有機物の除去が行われた処理水を、返流水として最初沈殿池の入側に返送するとともに、最終沈殿池で生じた余剰汚泥の嫌気性消化処理で生じた消化液を脱水して得られた脱水分離液（脱水ろ液）を、脱水ろ液処理槽に導いて生物処理し、アンモニア性窒素の硝化及びＣＯＤ成分の除去が行われた処理水を、返流水として最初沈殿池の入側に返送するようにした処理方法が提案されている。

しかしながら、下水汚泥など有機性汚泥の嫌気性消化処理で生じた消化液を脱水して得られた脱水分離液には、生物処理で除去可能な有機物などの他に、りん成分と、通常の生物処理単独では除去処理することが困難な繊維、着色成分などのような生物難分解性物質（難分解性有機物質（難分解性ＣＯＤ））とが含まれている。よって、脱水分離液（脱水ろ液）には、生物処理しても生物難分解性物質とりん成分が除去されずに残存する。

このため、従来、脱水分離液を生物処理して得た処理水を廃水処理系に返流水として戻す場合、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼすおそれがあった。特に、嫌気性消化処理に先立ち、有機性汚泥を熱処理による可溶化処理を行った場合、返流水中の生物難分解性物質とりん成分の量が増加するため、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼさないようにする必要があった。
特開２００４−９７９０３号公報（第２頁、図１）

そこで、本発明の課題は、廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理して生じた消化液を脱水し、得られた脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送するに際し、この返流水中に生物難分解性物質、リン成分ができるだけ含まれないようにして、廃水処理系から放流される処理水の水質を良好に維持することができるようにした有機性汚泥の処理方法及びその装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程と、前記嫌気性消化処理で生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、該消化液を脱水処理する工程と、前記脱水処理で得られた脱水分離液を生物処理する工程と、前記生物処理で得られた処理液を返流水として前記廃水処理系に返送する工程とを含むことを特徴とする有機性汚泥の処理方法である。

請求項２の発明は、請求項１記載の有機性汚泥の処理方法において、前記２種以上併用する凝集剤が、少なくとも、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤との組み合わせであることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の有機性汚泥の処理方法において、前記生物処理が硝化脱窒法による生物処理であることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３記載の有機性汚泥の処理方法において、前記嫌気性消化処理に先立ち、前処理として前記有機性汚泥を可溶化処理する工程を備えることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項４記載の有機性汚泥の処理方法において、前記可溶化処理は有機性汚泥を高温・高圧の熱処理によって可溶化状態にする処理であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記消化槽で生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、該消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水装置で得られた脱水分離液を生物処理する生物処理装置と、前記生物処理装置で得られた処理液を返流水として前記廃水処理系に返送する返流水ラインとを含むことを特徴とする有機性汚泥の処理装置である。

請求項７の発明は、請求項６記載の有機性汚泥の処理装置において、前記２種類以上併用する凝集剤が、少なくとも、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤との組み合わせであることを特徴とするものである。

請求項８の発明は、請求項６又は７記載の有機性汚泥の処理装置において、前記生物処理装置が硝化槽と脱窒槽とを有することを特徴とするものである。

請求項８の発明は、請求項６、７又は８記載の有機性汚泥の処理装置において、前記消化槽の前処理装置として廃水処理系からの有機性汚泥を可溶化処理する汚泥可溶化装置を備え、前記消化槽に有機性汚泥として前記汚泥可溶化装置による可溶化汚泥を供給することを特徴とするものである。

本発明の有機性汚泥の処理方法又は有機性汚泥の処理装置は、廃水処理系で発生した有機性汚泥を嫌気性消化処理して生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加したものを、脱水処理することにより、脱水によって消化液から分離された脱水汚泥中に、消化液に含まれていた生物難分解性物質とリン成分を移行させて取り込むようにしている。したがって、脱水によって消化液から分離された脱水分離液には生物難分解性物質とリン成分がほとんど含まれないため、この脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送しても、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼすことがなく、その水質を良好に維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による方法を実施する有機性汚泥の処理装置を備えた下水処理施設の概略構成を示すフロー図である。

図１に示すように、下水処理施設は、最初沈殿池１０１、生物処理槽１０２及び最終沈殿池１０３を備えた廃水処理系（汚水処理系）と、汚泥処理系としての有機性汚泥の処理装置とにより構成されている。有機性汚泥の処理装置は、濃縮装置２０１，２０２、消化槽２０３、脱水装置２０４、生物処理装置２０５及び返流水ライン２０９を備えている。

下水は最初沈殿池１０１に流入し、最初沈殿池１０１において沈殿しやすい浮遊物が沈殿除去され、次いで生物処理槽１０２において微生物の働きで下水中の汚れである有機物などが分解除去され、しかる後、最終沈殿池１０３において活性汚泥を沈殿させ、きれいになった上澄み水が処理水として放流される。

前記最終沈殿池１０３で沈殿した活性汚泥については、その一部が返送汚泥として生物処理槽１０２に戻され、残りの余剰汚泥が減容化のため、遠心濃縮機，浮上濃縮機などの濃縮装置（機械濃縮装置）２０１に送られて、固形物濃度２〜５％程度に濃縮される。同様に、最初沈殿池１０１からの生汚泥が重力濃縮槽などの濃縮装置２０２に送られて、重力沈降によって固形物濃度２〜５％程度に濃縮される。

そして、前記濃縮された有機性汚泥である余剰汚泥及び生汚泥が、消化槽２０３において酸生成菌やメタン生成菌等の嫌気性細菌の働きによって嫌気性消化処理されることにより、メタン約６０％、二酸化炭素約４０％の混合ガスである消化ガスが生成される。

次いで、この嫌気性消化処理で生じた消化液（消化汚泥）が、例えばべルトプレス脱水機からなる脱水装置２０４へ導かれる。脱水装置２０４としては、べルトプレス脱水機の他に、遠心脱水機，スクリュープレス，フィルタープレス，回転式加圧脱水機などが挙げられる。この脱水装置２０４において、消化液に凝集剤を２種以上併用して添加して攪拌混合したものが脱水処理される。凝集剤を２種類以上併用することにより、汚泥中のより多くの成分に対応できること、電荷のバランスがとれて凝集力が向上すること、などの利点ある。その結果、脱水性能が向上し、１種類の凝集剤を単独で使用する場合に比べて、より多くの生物難分解性物質とリン成分を、脱水によって消化液から分離された脱水汚泥中に移行させて取り込むことができる。これにより、脱水によって消化液から分離された脱水分離液（脱水ろ液）には、生物難分解性物質とリン成分がほとんど含まれておらず、この脱水分離液が循環式硝化脱窒法による生物処理を行う生物処理装置２０５に送られることとなる。

この場合、併用する凝集剤としては、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤と弱アニオン性高分子凝集剤、カチオン性無機凝集剤とアニオン性高分子凝集剤、などの組み合わせがあり、消化液（消化汚泥）の性状により適切なものを選択する。添加手順としては、通常汚泥はマイナス電荷を帯びているため、例えば、まず、消化液にカチオン性無機凝集剤を添加し荷電中和して一次フロックを生成させ、しかる後、両性高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤の添加によりフロックをさらに凝集させるようにすればよい。本実施形態では、まず、アニオン性の高い消化液をカチオン性無機凝集剤で荷電中和してから、該消化液に凝集力の高い両性高分子凝集剤を添加して攪拌混合したものを脱水装置２０４に供給するようにしている。

脱水装置２０４からの脱水分離液が供給される生物処理装置２０５は、循環式硝化脱窒法と膜分離法とを組み合わせたものであり、脱窒槽（無酸素槽）２０６、硝化槽（好気槽）２０７、及び硝化槽２０７内に浸漬設置された膜分離装置２０８により構成されている。

そして、硝化槽２０７では、脱窒槽２０６を経て流入するアンモニア窒素が亜硝酸菌と硝酸菌の働きにより酸化されて硝酸性窒素となり、この硝酸性窒素が硝化液として脱窒槽２０６に循環返送される。脱窒槽２０６では、脱窒菌の作用により硝酸性窒素が還元されて窒素ガスとして大気中に放出されるとともに、この脱窒反応により、脱窒槽２０６に流入される前記脱水分離液中の有機物が酸化され、消費される。なお、硝化槽２０７の余剰汚泥は、前記消化槽２０３と脱窒槽２０６とに返送されるようになっている。このようにして脱水分離液の硝化脱窒素を行った後、膜分離装置２０８によって固液分離された清澄な処理水が返流水として返流水ライン２０９を経て最初沈殿池１０１の入側に返送される。

このように、減容化などを目的として廃水処理系からの有機性汚泥の処理に際し、嫌気性消化処理して生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、この実施形態ではカチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤とを併用して添加したものを脱水処理するようにしているので、凝集剤を１種単独で使用する場合に比べて、脱水性能が向上し、脱水汚泥中により多くの生物難分解性物質とリン成分を移行させて取り込むことができる。よって、脱水によって消化液から分離された脱水分離液には生物難分解性物質とリン成分がほとんど含まれないため、この脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送しても、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼすことがなく、その水質を良好に維持することができる。

図２は本発明の第２の実施形態による方法を実施する有機性汚泥の処理装置を備えた下水処理施設の概略構成を示すフロー図である。ここで、消化槽２０３の上流側に高濃度濃縮装置２１０及び汚泥可溶化装置２１１が付加されている点以外は、前記図１における有機性汚泥の処理装置と同一なので、両者に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

高濃度濃縮装置２１０は、例えば遠心濃縮機からなり、濃縮装置２０１からの濃縮された余剰汚泥と、濃縮装置２０２からの濃縮された生汚泥とが供給されて、これらの汚泥を固形物濃度約１５％程度まで濃縮する濃縮装置である。汚泥可溶化装置２１１は、バッファタンクＡ、リアクター、バッファタンクＢ及びスラッジクーラーを備えて構成されている（これらいずれも図示省略している）。

汚泥可溶化装置２１１では、高濃度濃縮装置２１０からの高濃度濃縮汚泥をバッファタンクＡに受入れ、このバッファタンクＡにおいてリアクターの余剰蒸気により高濃度濃縮汚泥について約１００℃まで予熱を行う。次に、バッファタンクＡからの汚泥をリアクターに導入し、リアクターにおいて蒸気を用いて高温・高圧（例えば、温度：１２０〜２００℃、圧力：０．２〜１．５ＭＰａＧ、より好ましくは、温度１６０℃、圧力０．６ＭＰａＧ程度）の状態下で３０分程度保持して汚泥内の細胞壁を破壊し、汚泥を可溶化状態にする。このリアクターから排出される可溶化汚泥をバッファタンクＢにて一時貯留し、次いでバッファタンクＢからの常圧状態の可溶化汚泥をスラッジクーラーに供給し、スラッジクーラーから消化処理に適した温度に調整された可溶化汚泥（固形物濃度約１０％）が消化槽２０３に供給される。

消化槽２０３では、可溶化汚泥が嫌気性消化処理されることにより、消化ガスが生成される。この場合、嫌気性消化処理の前処理として、高濃度濃縮装置２１０と汚泥可溶化装置２１１により、前記のように蒸気を用いての高温・高圧下での熱処理によって汚泥を可溶化状態にするようにしたので、消化槽２０３での生物分解性が高まることで可溶化処理しない場合に比べて消化ガス発生量が増加するとともに、汚泥中の有機物量が減少し、消化液（消化汚泥）中の固形物量が減少する。

次いで、この嫌気性消化処理で生じた消化液（消化汚泥）が脱水装置２０４に導かれ、脱水装置２０４において、消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、この実施形態ではカチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤とを併用して添加したものが脱水処理される。その結果、前記第１の実施形態の方法と同様にして、脱水によって消化液から分離された脱水汚泥中に、消化液に含まれていた生物難分解性物質とリン成分を移行させて取り込むことができる。なお、この脱水処理では、前記可溶化処理による消化液中の固形物量の減少効果により、脱水による脱水汚泥の含水率を可溶化処理しない場合に比べて低減することができ、脱水汚泥含水率は例えば６５％程度（可溶化処理しない場合：８０％程度）まで低減できる。そして、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤の添加による脱水処理によって消化液から分離された脱水分離液には、生物難分解性物質とリン成分がほとんど含まれておらず、この脱水分離液が循環式硝化脱窒法による生物処理を行う生物処理装置２０５に送られる。よって、この脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送しても、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼすことがなく、その水質を良好に維持することができる。

このように、この第２の実施形態の方法では、可溶化処理を熱処理にて行うことで熱処理によらない可溶化処理の場合に比べて嫌気性消化処理して生じた消化液中の生物難分解性物質が増加しても、消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、この実施形態ではカチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤とを併用して添加して攪拌混合したものを、脱水処理するようにしているので、脱水によって消化液から分離された脱水汚泥中に、消化液に含まれていた生物難分解性物質とリン成分を移行させて取り込むことができる。よって、前記第１の実施形態の方法と同様にして、脱水によって消化液から分離された脱水分離液には生物難分解性物質とリン成分がほとんど含まれないため、この脱水分離液を生物処理して得た処理水を返流水として廃水処理系に返送しても、廃水処理系から放流される処理水の水質に悪影響を及ぼすことがなく、その水質を良好に維持することができる。

また、嫌気性消化処理に先立ち、前処理として廃水処理系からの有機性汚泥を、蒸気を用いての高温・高圧下での熱処理によって可溶化状態にし、この可溶化処理された有機性汚泥を嫌気性消化処理するようにしたものであるから、可溶化処理しない場合に比べて消化率の向上（消化槽での固形物量の低減）と消化液の脱水性の改善（脱水汚泥含水率の低減化）により、脱水汚泥量をほぼ半減できるという利点がある。なお、可溶化処理については、本実施形態では高温・高圧下での熱処理を用いるようにしたが、オゾン等の酸化剤や、あるいはアルカリによる化学的処理なども適用可能である。

なお、前記の第１、第２の各実施形態では、脱水分離液の生物処理における硝化脱窒にあたり、脱水分離液中のアンモニア性窒素を好気性状態で亜硝酸性窒素を経て硝酸性窒素まで酸化し、これを脱窒する硝酸型硝化脱窒を行うようにしたが、これに限定されず、アンモニア性窒素の酸化を亜硝酸性窒素の段階でとどめおき、これを脱窒するようにした亜硝酸型硝化脱窒を行うようにしてもよい。また、第２の実施形態では、高濃度濃縮装置２１０として、遠心濃縮機を用いたが、スクリュープレス、あるいは回転式加圧濃縮機も適用可能である。さらに、廃水処理系を構成する生物処理槽１０２は、周知のように、通常の活性汚泥法、ＡＯ法（嫌気−好気法）やＡ_２Ｏ法（嫌気−無酸素−好気法）が採用されるものである。

本発明の第１の実施形態による方法を実施する有機性汚泥の処理装置を備えた下水処理施設の概略構成を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態による方法を実施する有機性汚泥の処理装置を備えた下水処理施設の概略構成を示すフロー図である。

符号の説明

１０１…最初沈殿池
１０２…生物処理槽
１０３…最終沈殿池
２０１，２０２…濃縮装置
２０３…消化槽
２０４…脱水装置
２０５…生物処理装置
２０６…脱窒槽
２０７…硝化槽
２０８…膜分離装置
２０９…返流水ライン
２１０…高濃度濃縮装置
２１１…汚泥可溶化装置

Claims (9)

1. 廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程と、前記嫌気性消化処理で生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、該消化液を脱水処理する工程と、前記脱水処理で得られた脱水分離液を生物処理する工程と、前記生物処理で得られた処理液を返流水として前記廃水処理系に返送する工程とを含むことを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
2. 前記２種以上併用する凝集剤が、少なくとも、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤との組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の処理方法。
3. 前記生物処理が硝化脱窒法による生物処理であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機性汚泥の処理方法。
4. 前記嫌気性消化処理に先立ち、前処理として前記有機性汚泥を可溶化処理する工程を備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載の有機性汚泥の処理方法。
5. 前記可溶化処理は有機性汚泥を高温・高圧の熱処理によって可溶化状態にする処理であることを特徴とする請求項４記載の有機性汚泥の処理方法。
6. 廃水処理系からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、前記消化槽で生じた消化液に凝集剤を２種以上併用して添加し、該消化液を脱水処理する脱水装置と、前記脱水装置で得られた脱水分離液を生物処理する生物処理装置と、前記生物処理装置で得られた処理液を返流水として前記廃水処理系に返送する返流水ラインとを含むことを特徴とする有機性汚泥の処理装置。
7. 前記２種以上併用する凝集剤が、少なくとも、カチオン性無機凝集剤と両性高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤との組み合わせであることを特徴とする請求項６記載の有機性汚泥の処理装置。
8. 前記生物処理装置が硝化槽と脱窒槽とを有することを特徴とする請求項６又は７記載の有機性汚泥の処理装置。
9. 請求項６、７又は８記載の有機性汚泥の処理装置において、前記消化槽の前処理装置として廃水処理系からの有機性汚泥を可溶化処理する汚泥可溶化装置を備え、前記消化槽に有機性汚泥として前記汚泥可溶化装置による可溶化汚泥を供給することを特徴とする有機性汚泥の処理装置。

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