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技術 有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置

出願人 株式会社荏原製作所
発明者 片岡克之加太孝幸田中俊博
出願日 2004年7月16日 (16年10ヶ月経過) 出願番号 2004-209575
公開日 2006年2月2日 (15年4ヶ月経過) 公開番号 2006-026542
状態 特許登録済
技術分野 汚泥処理 固体廃棄物の処理
主要キーワード 加温熱量 水洗用水 酸化剤添加量 高分子凝集剤添加量 遠心分離液 自然沈殿 分離濃縮装置 化学酸化処理
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年2月2日)のものです。
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図面 (5)

課題

嫌気性消化汚泥廃棄量を飛躍的に減らすことができ、かつ消化汚泥脱水性を改善できる有機性汚泥嫌気性消化処理方法及び装置を提案する。

解決手段

有機性汚泥を嫌気性消化し、消化汚泥を固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法、及び装置。浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送すること、浮上濃縮汚泥の一部を脱水処理し、脱水ケーキと分離水を得ること、嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、消化汚泥から沈殿分離させたることができる。

概要

背景

活性汚泥法などのように、有機性排水好気性微生物の作用で処理する好気性生物処理では、有機物の分解に伴って増殖する菌体余剰汚泥として大量に排出される。このような余剰汚泥や最初沈殿池から排出される生汚泥は、脱水焼却などの処理を施した後、投棄処分されており、そのための汚泥処理コストや処分場の確保が大きな問題となっている。また、し尿浄化槽汚泥食品工場排水化学工場排水などの高濃度有機性汚水食品廃棄物家畜糞尿、生ゴミなども、近年、増々その発生量が増加する傾向にある。このようなことから、これらの有機性廃棄物減容化するための技術が強く望まれている。

従来、有機性汚泥の減容化手段として、有機性汚泥をメタン発酵し、メタン発酵槽からの消化汚泥にオゾンや過酸化水素等の酸化剤を添加して可溶化した後、可溶化汚泥を更にメタン発酵する方法が特許文献1に記載されている。この方法は、有機性汚泥をメタン発酵して有機性汚泥中の嫌気性分解され易い成分を分解して減量した後、オゾンなどで可溶化し、可溶化汚泥を更にメタン発酵することで、有機性汚泥に直接酸化剤を添加して可溶化する場合に比べて、可溶化に必要な酸化剤量を抑えた上で、有機性汚泥の減容化を促進できる効果がある。

しかし、メタン発酵槽から引き抜いた消化汚泥中には硫化水素に代表される還元性物質マイナス荷電コロイド物質嫌気性消化菌が分泌するアニオン系高分子など)が多く含まれている。このような消化汚泥中の還元性物質は、本来、消化汚泥の可溶化のために添加された酸化力の強いオゾンや過酸化水素などの酸化剤により容易に酸化され、酸化剤を汚泥可溶化の目的以外に無駄に消費させる。このため、消化汚泥の可溶化工程では、可溶化のために必要な酸化剤量以上の酸化剤を添加しなければならなかった。

更に、本発明者の先願発明である特許文献2には、「有機性汚泥を嫌気性消化した後、膜分離手段により固液分離し、分離された消化汚泥の一部分を前記嫌気性消化工程に返送するとともに、その余の部分にオゾンまたは過酸化水素を添加して可溶化し、該可溶化汚泥をさらに前記嫌気性消化槽に返送することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法」が開示されている。
しかしながら、特許文献2でも、嫌気性消化汚泥をそのまま可溶化しているため、オゾンなどの汚泥可溶化剤所要量が多く、汚泥可溶化処理コストが高価であった。

さらに、また特許文献3には、生汚泥を嫌気性消化処理したのち固液分離して濃縮し、消化汚泥を得る消化処理方法において、分離濃縮装置より取り出された消化汚泥の一部を、加熱することにより可溶化して、生汚泥の供給される嫌気性消化槽に返送することを特徴とする方法が開示されている。しかし、この技術も加熱だけで汚泥を可溶化しようとしているため、汚泥可溶化効果が不十分であった。
なお、嫌気性消化処理は、槽内のアンモニア性窒素が高濃度になるとメタン菌の活動が阻害されるが、前記の従来技術は、いずれも、この点を解決できていなかった。

特開平8−299995号公報
特開平9−85299号公報
特開平8−318299号公報

概要

嫌気性消化汚泥の廃棄量を飛躍的に減らすことができ、かつ消化汚泥の脱水性を改善できる有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置を提案する。 有機性汚泥を嫌気性消化し、消化汚泥を固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法、及び装置。浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送すること、浮上濃縮汚泥の一部を脱水処理し、脱水ケーキと分離水を得ること、嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、消化汚泥から沈殿分離させたることができる。

目的

本発明は、上記従来の問題点を解決し、消化汚泥の脱水性を改善し、さらに嫌気性消化汚泥可溶化のための酸化剤やアルカリ添加量を大幅に削減でき、汚泥の減量化が可能な有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置を提供することを課題とする。また、アンモニア性窒素のメタン菌への毒性を防止できる新技術を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

有機性汚泥嫌気性消化し、消化汚泥固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項2

浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項3

前記再基質化処理が化学酸化によるものであることを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項4

前記再基質化処理がアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用の可溶化処理によるものであることを特徴とする請求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項5

浮上濃縮汚泥の一部を脱水処理し、脱水ケーキと分離水を得ることを特徴とする講求項1記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項6

嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を含む消化汚泥に水を添加して汚泥希釈して該リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を消化汚泥から沈殿分離させたのち、消化汚泥を浮上濃縮することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項7

有機性汚泥を嫌気性消化し、該消化汚泥に水を添加したのち沈殿し、沈殿汚泥機械濃縮手段で濃縮し、該濃縮汚泥をアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用で可溶化したあと、前記嫌気性消化工程に返送することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

請求項8

有機性汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化処理槽、嫌気性消化処理槽からの消化汚泥に水を加え攪拌混合する混合槽、及び該混合槽からのスラリーを浮上濃縮して浮上濃縮汚泥と分離水を得る浮上濃縮装置を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理装置

請求項9

浮上濃縮汚泥の一部を再基質化する再基質化装置、及び再基質化装置からの再基質化汚泥を嫌気性消化処理槽に返送する配管を有することを特徴とする請求項8記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理装置。

請求項10

有機性汚泥および、アルカリ可溶化またはアルカリと加熱併用で可溶化された消化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分との混合物酸発酵処理可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽からの消化汚泥の水添加物の固液分離濃縮装置と、該濃縮汚泥のアルカリまたはアルカリと加熱併用の汚泥可溶化槽と、該可溶化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分の混合物を酸発酵低分子化した酸発酵処理可溶化汚泥を前記嫌気性消化槽へ返送する酸発酵槽を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化装置

技術分野

0001

本発明は、下水し尿浄化槽汚泥食品工場排水化学工場排水などの有機性汚水処理工程から排出される有機性汚泥、生ゴミ食品廃棄物、家蓄糞尿などの有機性廃棄物(以下、本発明では「有機性汚泥」と総称する)の嫌気性消化処理方法及び装置に関し、嫌気性消化汚泥廃棄量を減少でき、かつ消化汚泥脱水性を改善できる有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置に関する。

背景技術

0002

活性汚泥法などのように、有機性排水好気性微生物の作用で処理する好気性生物処理では、有機物の分解に伴って増殖する菌体余剰汚泥として大量に排出される。このような余剰汚泥や最初沈殿池から排出される生汚泥は、脱水焼却などの処理を施した後、投棄処分されており、そのための汚泥処理コストや処分場の確保が大きな問題となっている。また、し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水、化学工場排水などの高濃度有機性汚水や食品廃棄物、家畜糞尿、生ゴミなども、近年、増々その発生量が増加する傾向にある。このようなことから、これらの有機性廃棄物を減容化するための技術が強く望まれている。

0003

従来、有機性汚泥の減容化手段として、有機性汚泥をメタン発酵し、メタン発酵槽からの消化汚泥にオゾンや過酸化水素等の酸化剤を添加して可溶化した後、可溶化汚泥を更にメタン発酵する方法が特許文献1に記載されている。この方法は、有機性汚泥をメタン発酵して有機性汚泥中の嫌気性分解され易い成分を分解して減量した後、オゾンなどで可溶化し、可溶化汚泥を更にメタン発酵することで、有機性汚泥に直接酸化剤を添加して可溶化する場合に比べて、可溶化に必要な酸化剤量を抑えた上で、有機性汚泥の減容化を促進できる効果がある。

0004

しかし、メタン発酵槽から引き抜いた消化汚泥中には硫化水素に代表される還元性物質マイナス荷電コロイド物質嫌気性消化菌が分泌するアニオン系高分子など)が多く含まれている。このような消化汚泥中の還元性物質は、本来、消化汚泥の可溶化のために添加された酸化力の強いオゾンや過酸化水素などの酸化剤により容易に酸化され、酸化剤を汚泥可溶化の目的以外に無駄に消費させる。このため、消化汚泥の可溶化工程では、可溶化のために必要な酸化剤量以上の酸化剤を添加しなければならなかった。

0005

更に、本発明者の先願発明である特許文献2には、「有機性汚泥を嫌気性消化した後、膜分離手段により固液分離し、分離された消化汚泥の一部分を前記嫌気性消化工程に返送するとともに、その余の部分にオゾンまたは過酸化水素を添加して可溶化し、該可溶化汚泥をさらに前記嫌気性消化槽に返送することを特徴とする有機性汚泥の減量化方法」が開示されている。
しかしながら、特許文献2でも、嫌気性消化汚泥をそのまま可溶化しているため、オゾンなどの汚泥可溶化剤所要量が多く、汚泥可溶化処理コストが高価であった。

0006

さらに、また特許文献3には、生汚泥を嫌気性消化処理したのち固液分離して濃縮し、消化汚泥を得る消化処理方法において、分離濃縮装置より取り出された消化汚泥の一部を、加熱することにより可溶化して、生汚泥の供給される嫌気性消化槽に返送することを特徴とする方法が開示されている。しかし、この技術も加熱だけで汚泥を可溶化しようとしているため、汚泥可溶化効果が不十分であった。
なお、嫌気性消化処理は、槽内のアンモニア性窒素が高濃度になるとメタン菌の活動が阻害されるが、前記の従来技術は、いずれも、この点を解決できていなかった。

0007

特開平8−299995号公報
特開平9−85299号公報
特開平8−318299号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、上記従来の問題点を解決し、消化汚泥の脱水性を改善し、さらに嫌気性消化汚泥可溶化のための酸化剤やアルカリ添加量を大幅に削減でき、汚泥の減量化が可能な有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置を提供することを課題とする。また、アンモニア性窒素のメタン菌への毒性を防止できる新技術を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、嫌気性消化槽から流出する消化汚泥に対し、例えば消化汚泥流量の等倍以上の水を添加して、希釈混合し、しかる後浮上濃縮することによって汚泥を水洗し、消化汚泥の液側に存在する多量の還元性物質を除去することができることを見出した。そして、この手段によるときには、消化汚泥を後で処理して可溶化などをする場合に可溶化剤の使用量を少なくすることができることを見出し、それを基礎として本発明に到達した。
すなわち、本発明は、前記の水洗、浮上濃縮により得られた、還元性物質が除去された浮上濃縮汚泥をオゾンなどの化学酸化剤で可溶化(「再基質化」とも呼ばれている)すると、硫化水素などの還元性物質、フミン酸などの有機物によって消費されることがなく、少量の酸化剤添加量で汚泥を効果的に可溶化できること、また汚泥を脱水する際の、汚泥脱水助剤高分子凝集剤など)を節減でき、脱水ケーキの水分も減少できることを見出した。

0010

すなわち、本発明は、下記の手段により前記課題を解決した。
(1)有機性汚泥を嫌気性消化し、消化汚泥を固液分離する有機性汚泥の嫌気性消化処理方法において、有機性汚泥を嫌気性消化処理工程で嫌気性消化した後、消化汚泥に水を加えたのち浮上濃縮し、浮上濃縮汚泥と分離水を得ることを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(2)浮上濃縮汚泥の少なくとも一部を再基質化処理した後、該嫌気性消化処理工程に返送することを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(3)前記再基質化処理が化学酸化によるものであることを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(4)前記再基質化処理がアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用の可溶化処理によるものであることを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

0011

(5)浮上濃縮汚泥の一部を脱水処理し、脱水ケーキと分離水を得ることを特徴とする前記(1)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(6)嫌気性消化処理工程内においてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成させ、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を含む消化汚泥に水を添加して汚泥を希釈して該リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を消化汚泥から沈殿分離させたのち、消化汚泥を浮上濃縮することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。
(7)有機性汚泥を嫌気性消化し、該消化汚泥に水を添加したのち沈殿し、沈殿汚泥機械的濃縮手段で濃縮し、該濃縮汚泥をアルカリ可溶化処理又はアルカリと加熱併用で可溶化したあと、前記嫌気性消化工程に返送することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理方法。

0012

(8)有機性汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化処理槽、嫌気性消化処理槽からの消化汚泥に水を加え攪拌混合する混合槽、及び該混合槽からのスラリーを浮上濃縮して浮上濃縮汚泥と分離水を得る浮上濃縮装置を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化処理装置
(9)浮上濃縮汚泥の一部を再基質化する再基質化装置、及び再基質化装置からの再基質化汚泥を嫌気性消化処理槽に返送する配管を有することを特徴とする前記(8)記載の有機性汚泥の嫌気性消化処理装置。
(10)有機性汚泥および、アルカリ可溶化またはアルカリと加熱併用で可溶化された消化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分との混合物酸発酵処理可溶化汚泥を嫌気性消化する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽からの消化汚泥の水添加物の固液分離濃縮装置と、該濃縮汚泥のアルカリまたはアルカリと加熱併用の汚泥可溶化槽と、該可溶化汚泥と前記有機性汚泥の余の部分の混合物を酸発酵低分子化した酸発酵処理可溶化汚泥を前記嫌気性消化槽へ返送する酸発酵槽を有することを特徴とする有機性汚泥の嫌気性消化装置

発明の効果

0013

本発明によれば、次のような重要な効果が得られる。
(a)嫌気性消化工程から流出する消化汚泥を、汚泥の水洗、浮上濃縮によって、マイナスコロイド物質、小粒径粒子を効果的に除去できるので、汚泥脱水性が向上する。また脱水ケーキ水分も減少する。
(b)従来の嫌気性消化汚泥の水洗法は、希釈水を加えたのち、自然沈殿法によって汚泥を分離するため、水洗と沈殿に要する時間が非常に長く、実用性に欠点があった。しかし、本発明は、水洗汚泥を浮上濃縮するために所要時間が非常に短縮され、固液分離装置規模が小さくて済む。
(c)消化汚泥を水洗するので、消化汚泥中のアンモニア性窒素が除去でき、この結果嫌気性消化槽内アンモニア濃度を低減でき、メタン菌へのアンモニア毒性を防止できる。
(d)嫌気性消化槽からの流出汚泥中の還元性物質は多量であり、オゾンなどの汚泥再基質化剤を浪費するが、本発明では、このような還元性物質を水洗によって除去するため、汚泥再基質化剤の所要量が削減できる。この結果、少ない再基質化剤で嫌気性消化汚泥を可溶化・再基質化でき、再度メタン発酵させ、消化汚泥量を大幅に減少できるので、系外への廃棄汚泥量が減少する。この結果、消化汚泥の脱水、焼却などの処理、汚泥ケーキ焼却灰の埋め立てなどの処分量が大きく軽減される。

0014

(e)嫌気性消化槽からの流出汚泥中のアルカリ度成分(重炭酸アンモニウム主体)は極めて多量であり、アルカリ剤で汚泥pHを上昇させようとするとき、pH緩衝性が非常に強く、多量のアルカリ剤を必要とするが、本発明では、このようなアルカリ度成分を水洗及び汚泥濃縮によって除去できるため、汚泥可溶化(再基質化)のアルカリ所要量が大きく削減できる。
(f)従来の嫌気性消化汚泥の水洗法は、希釈水を加えたのち、自然沈殿法によって汚泥を分離するため、分離汚泥濃度が2%以下と希薄であり、加温熱量的に不利であったが、本発明では浮上濃縮汚泥濃度を4%以上と高濃度にできるので、加熱量が少なくて済む。
(g)この結果、少ないアルカリ量と熱量で、嫌気性消化汚泥を可溶化することができ、再度メタン発酵させ、濃縮消化汚泥量を大幅に減少できるので、系外への廃棄汚泥量が減少する。このため、消化汚泥の脱水、焼却などの処理、汚泥ケーキ、焼却灰の埋め立てなどの処分が大きく軽減される。
(h)消化汚泥を水洗水を加えた後沈殿分離する方法の場合には、水洗汚泥を沈殿させ、沈殿汚泥を濃縮することで、汚泥濃縮に使用する高分子凝集剤の添加量が削減できる。
(i)可溶化汚泥と有機性汚泥(原汚泥)を酸発酵させたのち、嫌気性消化槽に流入させる場合には、可溶化汚泥をさらに低分子化でき、メタン菌が基質として利用されやすくなり、汚泥減量化効果が向上する。

発明を実施するための最良の形態

0015

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明の実施の形態及び実施例を説明する図面において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。

0016

図1は、本発明の実施に好適な系統図を示す。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化処理槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化処理槽2では、有機性汚泥1はメタン発酵処理が行われる。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化処理槽2から消化汚泥3が流出する。本発明のポイントの一つは、この消化汚泥3に水4を加えて希釈し、消化汚泥3を水洗したのち、浮上濃縮装置5(所要分離面積が汚泥の固形物負荷によって決定される)によって固液分離し、濃縮汚泥6と分離水7を得ることにある。

0017

この図1は、消化汚泥3を脱水してコンポストなどに利用する場合に適したフローである。この場合は消化汚泥3の減量化は特に行わないので、濃縮汚泥6の全量を脱水する。
浮上分離装置5から出て脱水機12に流入する濃縮汚泥11は、汚泥粒子径が微細なもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が水洗及び浮上分離によって除かれているため、また汚泥濃度が高いために、非常に脱水性が良い。
なお図1図2において、汚泥脱水分離水13には浮上濃縮の際に使用された高分子凝集剤(汚泥脱水助剤)15が残留しているので、脱水分離水13を希釈混合槽19に供給すると、浮上濃縮に使用される凝集剤を削減できる効果がある。

0018

本発明における水洗汚泥の濃縮手段としては浮上濃縮の手段を取ることが好適であり、浮上濃縮の手段によれば、分離部の大きさが小さくて済み、所要規模及び所要動力が小さくてよい。これに対し、遠心濃縮、膜分離、ろ布濃縮などの固液分離のために必要とする分離部の大きさが処理汚泥の流量に比例して増加するタイプのものでは、水洗水量が多くなるほど所要規模が大きくなるため、所要規模及び所要動力の面で多くなるのに比して、著しく有利である。なお、水洗用水4としては、工業用水下水処理水、下水などを利用できる。
水洗用水4の添加量は、消化汚泥3の流量に対し当倍以上、好ましくは3〜5倍程度が好適である。少なすぎると、水洗効果が不十分になり、多すぎても水洗効果がさほど向上しない。水4は消化槽2内に直接添加しても良い。こうすると消化槽2内のメタン菌に対するアンモニアなどの毒性物質の濃度が希釈されるので好都合である。

0019

図2は、本発明の実施に好適な系統図を示す。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化処理槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化処理槽2では、有機性汚泥1は可溶化汚泥の再基質化汚泥10と混合され、メタン発酵処理が行われる。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化処理槽2から消化汚泥3が流出する。本発明のポイントの一つは、この消化汚泥3に水4を加えて希釈し、消化汚泥3を水洗したのち、浮上濃縮装置5(所要分離面積が汚泥の固形物負荷によって決定される)によって固液分離し、濃縮汚泥6と分離水7を得ることにある。

0020

汚泥再基質化槽(可溶化槽)8には、例えばオゾン、過酸化水素、塩素系酸化剤ラジカル等の酸化力の強い化学酸化剤9を供給し、濃縮汚泥を再基質化(生分解を向上させる操作の意味であり、可溶化処理と呼ばれることもある)する。汚泥の再基質化手段としては、オゾン、過酸化水素、塩素系酸化剤などの化学酸化処理のほかに、アルカリ処理酸処理加熱処理高温菌の分泌する酵素による可溶化、ミルによる汚泥粒子のすりつぶしジェット水流による衝撃を利用した汚泥微細化、電気分解処理などの公知手段を適用できる。又これらの手段を化学酸化の前、同時、後の位置で併用できる。

0021

本発明においては、再基質化処理対象となる濃縮汚泥6は、すでに水洗・浮上濃縮操作によって、液側の還元性物質などの酸化剤9を無駄食いす物質が除去されていること、及び汚泥濃度が固形分として4〜5%の高濃度であるために、少量の酸化剤で汚泥を再基質化することができる。また、汚泥濃度が高いため、対象汚泥容積が少なく、可溶化が効果的に行える。なお、汚泥が高濃度過ぎて、流動性が乏しい場合はオゾンとの接触が困難になるので、水を少し添加し、流動性が出る状態にしてからオゾンなどの酸化剤と反応させるとよい。
しかして、再基質化汚泥10は嫌気性消化槽2に戻され、再基質化された成分が嫌気性消化菌によって再び消化分解されるので、系外へ廃棄する消化汚泥量を大幅に低減することができる。なお、脱水経路11は、本発明によっても減量化できない汚泥(無機性SSが主体)を脱水処理12などして系外に排除するための経路である。

0022

浮上濃縮による分離水7及び脱水による分離液13は、通常下水処理などの最初沈殿池又は曝気槽に流入させて、汚水一緒に処理すればよいが、浮上濃縮分離水7及び脱水分離液13には、リン酸イオン、アンモニア性窒素が含まれているので、これらの除去が要求される場合は、Mgイオン源16(海水水酸化マグネシウムなど)を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)17の結晶を晶析させてリンを除去し、生物学的脱窒素法によってアンモニアを除去すればよい。なお、もともと汚泥1にMAP生成に必要な量のMgイオンが含まれている場合は、外部からMgイオン源を添加しなくても良い。生物学的脱窒素によって硝酸性窒素亜硝酸性窒素を除去するための有機炭素源としては、再基質化汚泥10を利用できる。

0023

なお、図2の場合のように、嫌気性消化処理槽2内にMgイオン源16を添加して嫌気性消化槽内でリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶させる方法も採用できる。その後、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を含有する消化汚泥3に水を加えて希釈し、汚泥全体比重を低下させることで、MAPと汚泥の沈降性の大きな違い(MAPが汚泥より沈降性が大幅に大きい)を利用した沈殿分離が適用できる。沈殿したMAP17は希釈槽19の底から排出できる。
なお、もともと、汚泥1にMAP生成に必要な量のMgイオンが含まれている場合は、外部からMgイオン源16を添加しなくてもよいことは言うまでもない。

0024

例えば、下水由来の汚泥を対象とした嫌気性消化工程においては、反応槽内のマグネシウムイオンの濃度を約10〜30mg/リットル程度に、反応槽内pHを7.4〜7.9程度となるように、マグネシウム源16及びpH調整剤の添加量を調整することにより、MAP生成効率を高めることができる。Mgイオンや水素イオン濃度がこれらの値よりも大幅に大きい場合は、MAP反応が急速に進行し、数十分未満の反応時間でMAP結晶が晶析するが、このMAP結晶の中にはSS成分が取り込まれる場合が多く、MAP成分とSSを分離することが困難で、純度の低いMAP結晶しか回収できない。

0025

純度の低いMAP結晶は、有効利用の使用用途を限定し、MAPの製品価値を大きく下げてしまうので望ましくない。本発明で採用するMAP処理において、SSと混在しながら成長するMAP粒子は、長さ1〜5mmの棒状で無色透明である。さらに、この結晶は比重が1.7程度で非常に沈降性が良く、結晶表面が滑らかで夾雑物と絡みにくい性質があり、汚泥中の他のSS成分との分離性が高い。また、この結晶の形態は、複数回のX線回析(XRD)分析結果により、98%以上がMAP成分であることが判明している。このように純度の高いMAP結晶が生成される理由は、嫌気性消化反応槽内2の汚泥滞留時間が数十日という長い時間である点と、晶析条件を意図的にMAP反応速度を高めない条件下に設定している点にあると考えられる。

0026

次に、本発明の他の効果として汚泥脱水性の顕著な向上が指摘できる。
汚泥脱水性は、汚泥粒子を構成する粒子径が小さいほど悪化し、汚泥濃度が低いほど悪化し、また汚泥の脱水に使用する脱水助剤15の所要量は、汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が多いほど多く必要になるが、本発明では、消化汚泥3を水洗後浮上濃縮し、この濃縮汚泥6の一部を脱水するため、汚泥粒子径が小さいもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持っコロイド状物質が水洗によって除かれているため、また汚泥濃度が高いため、非常に脱水性が良く、少ない量の汚泥脱水助剤15で水分の少ない脱水ケーキ14を得ることができる。

0027

次に、本発明の別の好ましい実施の形態を説明する。図3は、消化汚泥の再基質化(「可溶化」ともいう)をアルカリを用いて行う本発明の実施に好適な系統図を示す。
下水汚泥などの有機性汚泥1は、嫌気性消化槽2に流入する。または酸発酵槽22に流入し、後記する再基質化汚泥21とともに酸発酵されたのち、低分子化された酸発酵処理可溶化汚泥23となり、嫌気性消化槽2に導入されて嫌気性消化処理(メタン発酵処理)される。この嫌気性消化槽2では、有機性汚泥1と可溶化汚泥(再基質化汚泥)23の混合物がメタン発酵処理される。メタン発酵で生成したメタンガスを含む消化ガス18は系外へ排出される。嫌気性消化槽2から消化汚泥3が流出する。消化汚泥3は、水4を添加させたのち汚泥濃縮装置5aで濃縮され、濃縮汚泥6がアルカリ又はアルカリと加熱併用20で可溶化されたのち、可溶化汚泥21が嫌気性消化槽2に戻される。又は可溶化汚泥21が酸発酵槽22に流入後、嫌気性消化槽2に戻される。

0028

ここでは、嫌気性消化槽2から流出する消化汚泥3に対し、消化汚泥流量の等倍以上の水4を添加して、希釈混合し、しかるのち浮上分離または沈殿させた汚泥の固液分離(汚泥濃縮装置5a)を行うことによって汚泥を水洗し、消化汚泥の液側に存在する多量のアルカリ度成分(重炭酸アンモニウム)を洗浄除去したのち、NaOHなどのアルカリを添加し、またはアルカリ処理汚泥の汚泥温度を60℃以上に加熱して汚泥を可溶化するようにすると、NaOHがアルカリ度成分によって消費されないため、また汚泥濃度が4%程度と濃いので、少量のNaOH添加と少ない熱量の加熱によって容易にpH10以上、温度60℃以上に調整できることを知見した。この結果、汚泥を非常に効果的に可溶化でき、また汚泥を脱水する際に脱水性を阻害する微細粒子水洗除去されているので、汚泥脱水助剤(高分子凝集剤など)が節減でき、脱水ケーキの水分も減少できると言う複合効果がある。

0029

水洗汚泥の濃縮手段としては、所要分離面積が汚泥の固形物負荷によって決定される浮上濃縮が好適である。遠心濃縮、膜分離、ろ布濃縮などの「固液分離のために必要とする分離部の大きさが処理汚泥の流量に比例して増加するタイプのもの」は、水洗水量が多くなるほど所要規模が大きくなるため浮上濃縮に比較し、所要規模および所要動力の面で不利である。なお水洗用水4としては、下水処理水、下水、汚泥脱水分離水13、工業用水などを利用できる。

0030

なお、汚泥濃縮装置5aの前段に、洗浄水4添加後の汚泥を沈殿させる沈殿槽を設け、沈殿汚泥を浮上濃縮又は遠心濃縮などの機械的濃縮手段で濃縮し、濃縮汚泥6を可溶化するようにしても良い。このようにすると、あらかじめ洗浄されてコロイド成分が除去されている沈殿汚泥を浮上濃縮できるので、浮上濃縮に使用する高分子凝集剤添加量(コロイド成分量に比例して増加する)が削減できる効果がある。

0031

しかして、汚泥再基質化槽(可溶化槽)8には、アルカリ剤(NaOHが好適)を添加し、pHを10以上、好ましくはpH11以上に高め、数時間滞留させると、汚泥が効果的に可溶化して、SSが溶け汚泥が再基質化される。なお、アルカリ処理汚泥を加熱して温度を60℃以上、好ましくは70℃以上に加温するとさらに効果的に可溶化できる。

0032

本発明に於いては、再基質化処理対象の濃縮汚泥6は、すでに水洗・浮上濃縮操作によってNaOHを消費する液側のアルカリ度成分が除去されていること、及び汚泥濃度が固形分として4〜5%の高濃度であるために、少量のアルカリで汚泥pHを10以上に高めることができる。
また、加温を併用する場合、汚泥濃度が濃いため対象汚泥容積が少ないので、少ない熱量で加温できる。汚泥加温のための熱源は、消化ガス18の燃焼によって得られるので、外部から燃料などのエネルギー購入する必要はない。

0033

しかして、可溶化汚泥21を酸発酵槽22に供給し、原汚泥1とともに酸発酵すると有機酸が生成する結果、酸発酵処理可溶化汚泥のpHは8〜9程度に低下し、かつ酸発酵処理可溶化汚泥23の低分子化が進み、さらにメタン菌に資化されやすくなるので好適実施形態である。
アルカリ性の可溶化汚泥を嫌気性消化槽2に戻しても、嫌気性消化によって発生する炭酸ガスによってアルカリ分中和され、嫌気性消化槽2内pHが、メタン菌の活動を阻害するpH9以上にはならない。可溶化汚泥は嫌気性消化菌によって再び消化分解されるので、系外へ廃棄する消化汚泥量を大幅に低減することができる。

0034

なお11は、本発明によっても減量化できない汚泥(無機性SSが主体)を脱水処理などして系外に排除するための経路である。
浮上濃縮などでの分離水7及び脱水分離液13は、通常下水処理などの最初沈殿池又は曝気槽に流入させて、汚水と一緒に処理すれば良いが、分離水7及び脱水分離液13には、リン酸イオン、アンモニア性窒素が含まれているので、これらの除去が要求される場合は、Mgイオン源(海水、水酸化マグネシウムなど)を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)の結晶を晶析させてリンを除去し、生物学的脱窒素法によってアンモニアを除去すればよい。なお、もともと汚泥1にMAP生成に必要な量のMgイオンが含まれている場合は、外部からMgイオン源を添加しなくても良い。
生物学的脱窒素によって硝酸性窒素、亜硝酸性窒素を除去するための有機炭素源としては、可溶化汚泥21又は酸発酵汚泥23を利用できる。

0035

次に、本発明の他の効果として汚泥脱水性の顕著な向上が指摘できる。
汚泥脱水性は、汚泥粒子を構成する粒子径が小さいほど悪化し、汚泥濃度が低いほど悪化し、また脱水助剤所要量は、汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が多いほど多く必要になるが、本発明では、消化汚泥を水洗後沈殿又は浮上濃縮し、この濃縮汚泥の一部を脱水するため、汚泥粒子径が小さいもの及び汚泥の液側のマイナス荷電を持つコロイド状物質が水洗によって除かれているため、また汚泥濃度が濃いため、非常に脱水性が良く、少ない量の汚泥脱水助剤15で水分の少ない脱水ケーキを得ることができる。

0036

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲はそれに限定されるものではない。

0037

実施例1
下水処理施設の最初沈殿池で沈殿した生汚泥と活性汚泥処理設備からの余剰汚泥の両者の混合汚泥(汚泥SS濃度3%)50リットル/日を嫌気性消化槽で滞留時間20日、温度35℃で嫌気性消化処理した。該嫌気性消化槽2からの流出スラリーの水質等は、水温35℃、pH7.5、全リン350mg/リットル、アンモニア性窒素1500mg/リットル、SS16000mg/リットル、酸化還元電位(ORP)−380mV硫化水素濃度270mg/リットルであった。
これに、水道水を200リットル/日添加し、10分間攪拌したのち、常圧浮上濃縮装置5で浮上濃縮した。浮上濃縮の固形物負荷は20Kg・SS/m2・hrに設定した。浮上濃縮汚泥VSS濃度は安定して4〜4.2%であった。
この浮上濃縮汚泥にオゾン吸収率30g/kg・VSSの条件でオゾンを吸収させた結果、汚泥可溶化率可溶化処理後汚泥の溶解性CODcr/可溶化処理前の汚泥のCODcr)は28%であった。この可溶化汚泥を嫌気性消化槽2に返送して、再度嫌気性消化処理した。

0038

処理状況が安定した時点以後(運転開始後50日後)200日まで運転した結果、150日間の嫌気性消化槽2への供給汚泥量225kg・VSSに対し、消化汚泥3の系外への流出量は遠心分離液に約10kg・VSS流出し、汚泥脱水機12からの引き抜き汚泥(脱水ケーキ)が約20kgVSSであり、合計約30kgVSSの汚泥が系外に排出された。したがって、投入汚泥VSSの減量化率は86.7%と非常に優れていた。また、汚泥脱水助剤15としてカチオン系高分子凝集剤エバグロースc104gを汚泥VSSあたり1.0%添加してベルトプレス式汚泥脱水機12で脱水した結果、脱水ケーキの水分は81.7%であった。また、脱水機12でのSS回収率は95%であった。

0039

比較例1
対照試験として、図4のフローのように嫌気性消化汚泥3を嫌気性消化槽2から1日あたり50リットル引き抜いて水洗・浮上分離せずにそのままオゾン吸収率30g/kg・VSSの条件でオゾン処理したのち、嫌気性消化槽2に返送する運転を同一時間行ったが、オゾン処理後可溶化率は8%と低かった。
また、投入汚泥VSSの減量化率は、72%であった。また、汚泥脱水条件は実施例1と同じに設定した結果、汚泥脱水ケーキ水分は83.7%であった。SS回収率は89%であった。

0040

実施例2
この実施例では図3に示すフローシートの処理を行った。下水処理施設の最初沈殿池で沈殿した生汚泥と活性汚泥処理設備からの余剰汚泥の両者の混合汚泥(汚泥SS濃度3%)50リットル/日を温度55℃で1日間酸発酵させたのち、滞留時間20日、温度35℃で嫌気性消化処理した。該嫌気性消化槽からの流出スラリーの水質は、水温35℃、pH8.1、全リン380mg/リットル、アンモニア性窒素1570mg/リットル、VSS15300mg/リットル、酸化還元電位(ORP)−380mV、アルカリ度6800mg/リットル、硫化水素濃度270mg/リットルであった。
上記の嫌気性消化槽からの流出スラリーに、水道水を200リットル/日添加し、10分間撹拌したのち、常圧浮上濃縮装置で浮上濃縮した。浮上濃縮の固形物負荷は20Kg・SS/m2・hrに設定した。
浮上濃縮汚泥VSS濃度は安定して4〜4.2%であった。

0041

この浮上濃縮汚泥(アルカリ度350mg/リットル)を強く撹拌しながら、さらにNaOHを添加してpH11に調整し、1時間滞留させた。
この結果、汚泥可溶化率(可溶化処理後汚泥の溶解性CODcr/可溶化処理前の汚泥のCODcr)は54%であった。この可溶化汚泥を酸発酵槽に流入させた。酸発酵槽流出汚泥のpHは8.6であった。酸発酵流出汚泥は図3に示すように嫌気性消化槽2に返送した。

0042

処理状況が安定した時点以後(運転開始後50日後)200日まで運転した結果、150日間の嫌気性消化槽への供給汚泥量225kgVSSに対し、消化汚泥の系外への流出量は浮上分離水に1kg・VSS流出し、図3に示す管路11からの引き抜き汚泥が約15kgVSSであり、合計約11kgVSSの汚泥が系外に排出された。したがって投入汚泥VSSの減量化率は95%と非常に優れていた。また汚泥脱水助剤として、カチオン系高分子凝集剤(エバグロースc104g)を汚泥VSSあたり1.0%添加してベルトプレス式汚泥脱水機で脱水した結果、脱水ケーキ水分は81.7%であった。また脱水機でのSS回収率は95%であった。脱水分離水は、消化汚泥の水洗用水として再利用した。

0043

下水、し尿、浄化槽汚泥、食品工場排水、化学工場排水などの有機性汚水処理工程から排出される有機性汚泥、生ゴミ、食品廃棄物、家蓄糞尿などの有機性廃棄物の処理に利用できる。

図面の簡単な説明

0044

本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法に係わる処理工程を示す系統図である。
酸化剤による再基質化処理を組み込んだ本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法に係わる処理工程を示す系統図である。
アルカリ添加又は加熱併用による再基質化処理を組み込んだ本発明の有機性汚泥の嫌気性消化処理方法に係わる処理工程を示す系統図である。
比較例の処理工程を示す系統図である。

符号の説明

0045

1有機性汚泥
2嫌気性消化処理槽
3消化汚泥
4水洗用水
5浮上濃縮装置
5a汚泥濃縮装置
6濃縮汚泥
7分離水
8再基質化槽(可溶化槽)
9酸化剤
10再基質化汚泥
11脱水経路
12汚泥脱水機
13分離液
14脱水ケーキ
15汚泥脱水助剤(高分子凝集剤)
16 Mgイオン源
17リン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)
18消化ガス
19希釈混合槽
20アルカリ添加又は加熱併用
21可溶化汚泥
22酸発酵槽
23酸発酵処理可溶化汚泥

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