有機性排水の処理方法
【課題】有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができ、且つ有機性排水の処理液性状への影響が少ない新規な有機性排水の処理方法の提供。
【解決手段】生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【解決手段】生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を生物処理する方法に関し、さらに詳しくは有機性排水の生物処理に汚泥の可溶化処理を組み込み、発生する余剰汚泥の発生量を低減させることが可能な有機性排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥法などの生物処理で発生する余剰汚泥は、脱水、乾燥、焼却などの汚泥処理によって処分されているが、その処分に多大な経費と設備費がかかる点が最大の問題となっている。従来の活性汚泥法の余剰汚泥の発生量は、一般に、除去されるBOD１kg当たり、0.6〜0.8kg・ss（汚泥）であり、非常に多量の余剰汚泥が発生することが良く知られている。しかも、余剰汚泥は質的にも難脱水性であるため、ますますその処分が困難になっている。
【０００３】
余剰汚泥の発生量を低減させる方法として、余剰汚泥を可溶化して生物処理槽（曝気槽）に戻して処理する方法が数多く提案されている。例えば、余剰汚泥をアルカリで処理することで可溶化して生物処理槽に戻す方法（特許文献１参照）、余剰汚泥の超音波、ホモジナイザー、ミキサー、又は急激な圧力変動による破壊や、オゾンガスによる酸化分解をすることにより可溶化して生物処理槽に戻す方法（特許文献２参照）が提案されている。
一方、余剰汚泥の発生を減少させる方法として、有機性排水処理工程に余剰汚泥の一部又は全部を可溶化する可溶化処理手段を設け、その可溶化をアルカリ剤による処理にホモジナイザー、ミキサー等による処理を組み合わせて行う方法も知られている（特許文献３参照）。
これらの処理における、余剰汚泥を可溶化して生物処理槽で処理する方法では、汚泥を再基質化する際、より短時間・低いエネルギーで高い可溶化率が得られた方が有利であり、汚泥をより効率的に可溶化し得る方法が求められていた。
【特許文献１】特公昭４９−１１８１３号公報
【特許文献２】特公昭５７−１９７１９号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができ、且つ有機性排水の処理液性状への影響が少ない新規な有機性排水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、斯かる実情に鑑み鋭意研究を行った結果、特定量の三価金属の存在下に、固液分離された汚泥の可溶化処理を行うことで、汚泥の可溶化率が向上し、余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機性排水の処理方法によれば、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥を効果的に可溶化し得ることで、より少ない投入エネルギーにより余剰汚泥発生量を顕著に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の有機性排水の処理方法は、余剰汚泥を発生する各種の有機性排水の生物処理に適用し得て、この生物処理は、好気性生物処理でも良いし、嫌気性生物処理でも良い。
好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などが挙げられる。活性汚泥法は、有機性排水を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排水を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を濃縮装置で濃縮し、濃縮汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した処理法であっても良い。また、生物膜法は、担体に生物膜を形成して好気性下に有機性排水と接触させる処理法である。
嫌気性生物処理としては、所謂嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法などが挙げられる。
上記各種の有機性排水の生物処理の中でも、有機性排水の処理に多用されている活性汚泥法に好適に適用することができる。以下、活性汚泥法を例にとり、添付図面に関連して本発明を詳しく説明する。
【０００９】
従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローは、図１に示すとおりである。図１の処理系のフローにおいては、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、固液分離後、汚泥沈降槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出、放流され、一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。この返送汚泥の一部が分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度が一層高められた後、ライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１が系外に排出される。
【００１０】
上記のような従来の標準活性汚泥法に可溶化処理を施し、しかる後、前記生物処理槽に返送する処理系のフローを図示すれば、図２のとおりである。この図２に関連して本発明を説明する。
図２に示す本発明の実施態様例の処理系のフローでは、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、固液分離後、汚泥沈降槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出、放流され、一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。そして、前記返送汚泥の一部が分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度を０．５〜５重量％程度に濃縮された後、この余剰汚泥の一部がライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１が系外に排出される。ここまでのフローは、上記従来の標準活性汚泥法の処理系のフローと同様である。
返送汚泥の一部または濃縮槽で濃縮された汚泥の一部または全部は、ライン１２を経て汚泥可溶化槽１３に導かれて可溶化処理され、該可溶化処理物がライン１４を経て曝気槽２に戻され、活性汚泥によって生物処理される。ただし、返送汚泥から分取された余剰汚泥の固形物濃度が高い場合は、汚泥濃縮工程８を設けて余剰汚泥の濃縮を行う必要はない。
また、この処理系の処理条件を、可溶化処理しない条件での余剰汚泥発生量の約２〜3.5倍の沈殿汚泥を可溶化処理することによって、系外に排出される余剰汚泥をなくすこともできる。
【００１１】
本発明において、曝気槽２、汚泥沈降槽４としては従来から用いられているものを適宜用いることができる。また、汚泥濃縮工程８の濃縮手段としても、従来から用いられている濃縮手段、例えば重力沈降分離機、浮上分離機、遠心分離機、膜分離機、スクリュー脱水機等を定義用いることができる。また、汚泥脱水工程１０の脱水手段としても、従来から用いられている脱水手段、例えば遠心分離機、ベルトフィルター脱水機、スクリュープレス脱水機等を適宜用いることができる。
【００１２】
本発明において、有機物の可溶化を促進するために添加する三価金属の添加位置としては、汚泥が循環する系内であれば特に限定されない。ここで、汚泥が循環する系内とは、生物処理槽（曝気槽）及び固液分離槽を含む、汚泥が循環する系内であることを意味し、その系内に三価金属が可溶化率向上効果を発揮し得る量存在していればよい。
三価金属の添加位置としては、例えば、図２に示すライン１、曝気槽２、ライン３、汚泥沈降槽４、ライン６、ライン１２、汚泥可溶化槽１３、ライン１４などが挙げられ、汚泥濃縮工程から汚泥可溶化槽に汚泥を送液する場合は、ライン７、汚泥濃縮工程８などが挙げられる。好ましい添加位置は、可溶化率向上の観点から、ライン１、曝気槽２、ライン３、汚泥沈降槽４の位置であり、特に好ましくは、ライン３である。
【００１３】
三価金属としては、その金属の形態は特に限定されず、イオンであっても、化合物であってもよい。好ましい三価金属としては、例えばアルミニウム、鉄、コバルト等が挙げられる。具体的には、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、塩化アルミニウム、含鉄硫酸アルミニウム、アルミニウムミョウバン、硫酸アルミニウムカリウム（カリウムミョウバン）、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、塩化コッパラス、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄などが挙げられ、好ましくは、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄、硫酸バンドである。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
三価金属の添加量は、可溶化率向上の観点から、金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲であるが、好ましくは35μmol/L〜1,000μmol/L、さらに好ましくは40μmol/L〜300μmol/L、特に好ましくは100μmol/L〜300μmol/Lである。三価金属の添加量が30μmol/L未満であると、十分な可溶化率向上効果が得られず、他方2,000μmol/Lより多くなると、曝気槽での負荷上昇と処理水への影響が懸念される。なお、排水処理系内に三価金属が含有されている場合は、その量を勘案して、全量として前記添加量の範囲になるように調節して添加すればよい。
【００１５】
汚泥可溶化槽１３における可溶化処理方法は限定されないが、特に、アルカリ剤を用いた可溶化、物理的な破砕による可溶化、アルカリ剤と物理的な破砕を組み合わせた可溶化処理方法が好適である。
アルカリ剤としては、特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられ、特に水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ剤の添加量は、特に限定されないが、可溶化処理する余剰汚泥に対して0.005〜0.1Ｎであればよく、好ましくは0.01〜0.05Ｎである。
物理的な破砕としては、ミキサー、ミル、超音波による破砕が挙げられ、特にミキサー、ミルが好ましい。
【００１６】
可溶化処理の時間としては、特に限定されないが、１分〜300分が好ましく、特に３分〜250分、更に10分〜200分が好ましい。
可溶化処理後の汚泥可溶化液（以下、「可溶化液」という）は、必要に応じて中和処理又は酸化剤による脱色処理を行ってもよい。脱色処理を行うことによって、余剰汚泥の減容化を行う際に発生する可溶化処理物の着色、それに起因する処理水の色相への悪影響を削減することができる。この脱色処理と中和処理とは併用できるが、その場合、中和処理を行う前に脱色処理を行うことが好ましい。中和処理には、硫酸等の鉱酸、使用済みの廃酸などを使用できる。酸化剤としては、酸化力が強く、そのものが分解後、活性汚泥にとって無害なものに変化する過酸化水素、過酸化ナトリウム、過炭酸ナトリウム等が好ましく、特に過酸化水素が好ましい。
同じ可溶化処理量の場合、可溶化率を高くすることで余剰汚泥発生量の削減率を高くすることが可能となる。
【００１７】
本発明の有機性排水の処理方法は、活性汚泥において処理する原水中のカルシウムイオン濃度が、10ppm〜200ppmの範囲、好ましくは20ppm〜100ppmの範囲の原水に対して、特に有用である。
【実施例】
【００１８】
以下に、実施例を挙げてこの発明を更に具体的に説明するが、この発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
工場排水（COD=80〜120mg/L（試験期間平均100mg/L）、Ca濃度30ppm〜50ppm（試験期間平均40ppm））を曝気時間12時間、活性汚泥MLSS＝3000mg/Lの40L曝気槽（COD容積負荷0.20（kgCOD/m3・day））に供給した後、20Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度0.5〜１重量％の沈殿汚泥を得た。原水の三価金属量は、１ppm以下であった。
この排水処理において、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して30ppm（アルミニウム濃度44μmol/L）添加して運転を行った。
上記工場排水処理量において、工場排水処理量を0.08m3/dayとし、沈殿汚泥の1.2〜2.4L/day（dry−base 12.0g/day）を抜き出して、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。次に、この抜き出した沈殿汚泥を、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（特殊機化製パイプラインホモミクサーPL-SL）にて、回転数8,000rpmに設定して、苛性ソーダを0.025Ｎになるように添加して、10分間処理して、汚泥を可溶化した。その可溶化液を前記曝気槽に一定速度で添加して、好気的な生物処理を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は43％であった。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、４ｇ（乾燥重量）であった。
【００２０】
実施例２
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して150ppm（アルミニウム濃度220μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は48％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、２ｇ（乾燥重量）であった。
【００２１】
実施例３
実施例２のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）の添加期間を最初の５日間として、その後の25日間は三価金属の添加を行わずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は45％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００２２】
実施例４
実施例３のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して1,000ppm（アルミニウム濃度1,500μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は38％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、15ｇ（乾燥重量）であった。
【００２３】
実施例５
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）の添加位置を曝気槽の入り口に変更して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は40％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、８ｇ（乾燥重量）であった。
【００２４】
比較例１
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は20％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、68ｇ（乾燥重量）であった。
【００２５】
比較例２
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して10ppm（アルミニウム濃度15μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は25％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、53ｇ（乾燥重量）であった。
【００２６】
実施例６
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）に替えて、塩化鉄（鉄含有率13％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して100ppm（鉄濃度230μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は43％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００２７】
比較例３
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）に替えて、水酸化カルシウム懸濁液（Ca含有率２％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して400ppm（カルシウム濃度200μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は13％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、95ｇ（乾燥重量）であった。
【００２８】
実施例７
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、苛性ソーダの添加を行わず、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（特殊機化製パイプラインホモミクサーPL-SL）にて、回転数8,000rpmに設定して10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は28％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、48ｇ（乾燥重量）であった。
【００２９】
比較例４
実施例７のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は10％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、102ｇ（乾燥重量）であった。
【００３０】
実施例８
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーを用いず、苛性ソーダを0.025Ｎになるように添加した後、10分間スターラーによる攪拌処理して可溶化する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は29％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、46ｇ（乾燥重量）であった。
【００３１】
比較例５
実施例８のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は13％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、104ｇ（乾燥重量）であった。
【００３２】
実施例９
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーに替えて、インラインミル（IKA製ラボパイロット2000/4）にて、回転数6,000rpmに設定して10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は45％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００３３】
実施例１０
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーに替えて、超音波（超音波発生器、出力100W）にて10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は38％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、16ｇ（乾燥重量）であった。
【００３４】
以上の実施例及び比較例をまとめたものを次表に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローシートである。
【図２】本発明の実施形態の一例の処理系のフローシートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を生物処理する方法に関し、さらに詳しくは有機性排水の生物処理に汚泥の可溶化処理を組み込み、発生する余剰汚泥の発生量を低減させることが可能な有機性排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥法などの生物処理で発生する余剰汚泥は、脱水、乾燥、焼却などの汚泥処理によって処分されているが、その処分に多大な経費と設備費がかかる点が最大の問題となっている。従来の活性汚泥法の余剰汚泥の発生量は、一般に、除去されるBOD１kg当たり、0.6〜0.8kg・ss（汚泥）であり、非常に多量の余剰汚泥が発生することが良く知られている。しかも、余剰汚泥は質的にも難脱水性であるため、ますますその処分が困難になっている。
【０００３】
余剰汚泥の発生量を低減させる方法として、余剰汚泥を可溶化して生物処理槽（曝気槽）に戻して処理する方法が数多く提案されている。例えば、余剰汚泥をアルカリで処理することで可溶化して生物処理槽に戻す方法（特許文献１参照）、余剰汚泥の超音波、ホモジナイザー、ミキサー、又は急激な圧力変動による破壊や、オゾンガスによる酸化分解をすることにより可溶化して生物処理槽に戻す方法（特許文献２参照）が提案されている。
一方、余剰汚泥の発生を減少させる方法として、有機性排水処理工程に余剰汚泥の一部又は全部を可溶化する可溶化処理手段を設け、その可溶化をアルカリ剤による処理にホモジナイザー、ミキサー等による処理を組み合わせて行う方法も知られている（特許文献３参照）。
これらの処理における、余剰汚泥を可溶化して生物処理槽で処理する方法では、汚泥を再基質化する際、より短時間・低いエネルギーで高い可溶化率が得られた方が有利であり、汚泥をより効率的に可溶化し得る方法が求められていた。
【特許文献１】特公昭４９−１１８１３号公報
【特許文献２】特公昭５７−１９７１９号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができ、且つ有機性排水の処理液性状への影響が少ない新規な有機性排水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、斯かる実情に鑑み鋭意研究を行った結果、特定量の三価金属の存在下に、固液分離された汚泥の可溶化処理を行うことで、汚泥の可溶化率が向上し、余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機性排水の処理方法によれば、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥を効果的に可溶化し得ることで、より少ない投入エネルギーにより余剰汚泥発生量を顕著に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の有機性排水の処理方法は、余剰汚泥を発生する各種の有機性排水の生物処理に適用し得て、この生物処理は、好気性生物処理でも良いし、嫌気性生物処理でも良い。
好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などが挙げられる。活性汚泥法は、有機性排水を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排水を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を濃縮装置で濃縮し、濃縮汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した処理法であっても良い。また、生物膜法は、担体に生物膜を形成して好気性下に有機性排水と接触させる処理法である。
嫌気性生物処理としては、所謂嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法などが挙げられる。
上記各種の有機性排水の生物処理の中でも、有機性排水の処理に多用されている活性汚泥法に好適に適用することができる。以下、活性汚泥法を例にとり、添付図面に関連して本発明を詳しく説明する。
【０００９】
従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローは、図１に示すとおりである。図１の処理系のフローにおいては、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、固液分離後、汚泥沈降槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出、放流され、一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。この返送汚泥の一部が分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度が一層高められた後、ライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１が系外に排出される。
【００１０】
上記のような従来の標準活性汚泥法に可溶化処理を施し、しかる後、前記生物処理槽に返送する処理系のフローを図示すれば、図２のとおりである。この図２に関連して本発明を説明する。
図２に示す本発明の実施態様例の処理系のフローでは、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、固液分離後、汚泥沈降槽４の上澄み液が処理水としてライン５から排出、放流され、一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥が返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。そして、前記返送汚泥の一部が分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度を０．５〜５重量％程度に濃縮された後、この余剰汚泥の一部がライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１が系外に排出される。ここまでのフローは、上記従来の標準活性汚泥法の処理系のフローと同様である。
返送汚泥の一部または濃縮槽で濃縮された汚泥の一部または全部は、ライン１２を経て汚泥可溶化槽１３に導かれて可溶化処理され、該可溶化処理物がライン１４を経て曝気槽２に戻され、活性汚泥によって生物処理される。ただし、返送汚泥から分取された余剰汚泥の固形物濃度が高い場合は、汚泥濃縮工程８を設けて余剰汚泥の濃縮を行う必要はない。
また、この処理系の処理条件を、可溶化処理しない条件での余剰汚泥発生量の約２〜3.5倍の沈殿汚泥を可溶化処理することによって、系外に排出される余剰汚泥をなくすこともできる。
【００１１】
本発明において、曝気槽２、汚泥沈降槽４としては従来から用いられているものを適宜用いることができる。また、汚泥濃縮工程８の濃縮手段としても、従来から用いられている濃縮手段、例えば重力沈降分離機、浮上分離機、遠心分離機、膜分離機、スクリュー脱水機等を定義用いることができる。また、汚泥脱水工程１０の脱水手段としても、従来から用いられている脱水手段、例えば遠心分離機、ベルトフィルター脱水機、スクリュープレス脱水機等を適宜用いることができる。
【００１２】
本発明において、有機物の可溶化を促進するために添加する三価金属の添加位置としては、汚泥が循環する系内であれば特に限定されない。ここで、汚泥が循環する系内とは、生物処理槽（曝気槽）及び固液分離槽を含む、汚泥が循環する系内であることを意味し、その系内に三価金属が可溶化率向上効果を発揮し得る量存在していればよい。
三価金属の添加位置としては、例えば、図２に示すライン１、曝気槽２、ライン３、汚泥沈降槽４、ライン６、ライン１２、汚泥可溶化槽１３、ライン１４などが挙げられ、汚泥濃縮工程から汚泥可溶化槽に汚泥を送液する場合は、ライン７、汚泥濃縮工程８などが挙げられる。好ましい添加位置は、可溶化率向上の観点から、ライン１、曝気槽２、ライン３、汚泥沈降槽４の位置であり、特に好ましくは、ライン３である。
【００１３】
三価金属としては、その金属の形態は特に限定されず、イオンであっても、化合物であってもよい。好ましい三価金属としては、例えばアルミニウム、鉄、コバルト等が挙げられる。具体的には、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、塩化アルミニウム、含鉄硫酸アルミニウム、アルミニウムミョウバン、硫酸アルミニウムカリウム（カリウムミョウバン）、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸鉄、塩化鉄、塩化コッパラス、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化鉄などが挙げられ、好ましくは、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄、硫酸バンドである。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
三価金属の添加量は、可溶化率向上の観点から、金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲であるが、好ましくは35μmol/L〜1,000μmol/L、さらに好ましくは40μmol/L〜300μmol/L、特に好ましくは100μmol/L〜300μmol/Lである。三価金属の添加量が30μmol/L未満であると、十分な可溶化率向上効果が得られず、他方2,000μmol/Lより多くなると、曝気槽での負荷上昇と処理水への影響が懸念される。なお、排水処理系内に三価金属が含有されている場合は、その量を勘案して、全量として前記添加量の範囲になるように調節して添加すればよい。
【００１５】
汚泥可溶化槽１３における可溶化処理方法は限定されないが、特に、アルカリ剤を用いた可溶化、物理的な破砕による可溶化、アルカリ剤と物理的な破砕を組み合わせた可溶化処理方法が好適である。
アルカリ剤としては、特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられ、特に水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ剤の添加量は、特に限定されないが、可溶化処理する余剰汚泥に対して0.005〜0.1Ｎであればよく、好ましくは0.01〜0.05Ｎである。
物理的な破砕としては、ミキサー、ミル、超音波による破砕が挙げられ、特にミキサー、ミルが好ましい。
【００１６】
可溶化処理の時間としては、特に限定されないが、１分〜300分が好ましく、特に３分〜250分、更に10分〜200分が好ましい。
可溶化処理後の汚泥可溶化液（以下、「可溶化液」という）は、必要に応じて中和処理又は酸化剤による脱色処理を行ってもよい。脱色処理を行うことによって、余剰汚泥の減容化を行う際に発生する可溶化処理物の着色、それに起因する処理水の色相への悪影響を削減することができる。この脱色処理と中和処理とは併用できるが、その場合、中和処理を行う前に脱色処理を行うことが好ましい。中和処理には、硫酸等の鉱酸、使用済みの廃酸などを使用できる。酸化剤としては、酸化力が強く、そのものが分解後、活性汚泥にとって無害なものに変化する過酸化水素、過酸化ナトリウム、過炭酸ナトリウム等が好ましく、特に過酸化水素が好ましい。
同じ可溶化処理量の場合、可溶化率を高くすることで余剰汚泥発生量の削減率を高くすることが可能となる。
【００１７】
本発明の有機性排水の処理方法は、活性汚泥において処理する原水中のカルシウムイオン濃度が、10ppm〜200ppmの範囲、好ましくは20ppm〜100ppmの範囲の原水に対して、特に有用である。
【実施例】
【００１８】
以下に、実施例を挙げてこの発明を更に具体的に説明するが、この発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
工場排水（COD=80〜120mg/L（試験期間平均100mg/L）、Ca濃度30ppm〜50ppm（試験期間平均40ppm））を曝気時間12時間、活性汚泥MLSS＝3000mg/Lの40L曝気槽（COD容積負荷0.20（kgCOD/m3・day））に供給した後、20Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度0.5〜１重量％の沈殿汚泥を得た。原水の三価金属量は、１ppm以下であった。
この排水処理において、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して30ppm（アルミニウム濃度44μmol/L）添加して運転を行った。
上記工場排水処理量において、工場排水処理量を0.08m3/dayとし、沈殿汚泥の1.2〜2.4L/day（dry−base 12.0g/day）を抜き出して、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。次に、この抜き出した沈殿汚泥を、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（特殊機化製パイプラインホモミクサーPL-SL）にて、回転数8,000rpmに設定して、苛性ソーダを0.025Ｎになるように添加して、10分間処理して、汚泥を可溶化した。その可溶化液を前記曝気槽に一定速度で添加して、好気的な生物処理を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は43％であった。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、４ｇ（乾燥重量）であった。
【００２０】
実施例２
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して150ppm（アルミニウム濃度220μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は48％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、２ｇ（乾燥重量）であった。
【００２１】
実施例３
実施例２のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）の添加期間を最初の５日間として、その後の25日間は三価金属の添加を行わずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は45％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００２２】
実施例４
実施例３のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して1,000ppm（アルミニウム濃度1,500μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は38％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、15ｇ（乾燥重量）であった。
【００２３】
実施例５
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）の添加位置を曝気槽の入り口に変更して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は40％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、８ｇ（乾燥重量）であった。
【００２４】
比較例１
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は20％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、68ｇ（乾燥重量）であった。
【００２５】
比較例２
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して10ppm（アルミニウム濃度15μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は25％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、53ｇ（乾燥重量）であった。
【００２６】
実施例６
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）に替えて、塩化鉄（鉄含有率13％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して100ppm（鉄濃度230μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は43％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００２７】
比較例３
実施例１のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）に替えて、水酸化カルシウム懸濁液（Ca含有率２％）を沈殿槽の入り口に、原水量に対して400ppm（カルシウム濃度200μmol/L）添加して運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は13％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、95ｇ（乾燥重量）であった。
【００２８】
実施例７
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、苛性ソーダの添加を行わず、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（特殊機化製パイプラインホモミクサーPL-SL）にて、回転数8,000rpmに設定して10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は28％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、48ｇ（乾燥重量）であった。
【００２９】
比較例４
実施例７のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は10％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、102ｇ（乾燥重量）であった。
【００３０】
実施例８
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーを用いず、苛性ソーダを0.025Ｎになるように添加した後、10分間スターラーによる攪拌処理して可溶化する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は29％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、46ｇ（乾燥重量）であった。
【００３１】
比較例５
実施例８のうち、ポリ塩化アルミニウム（アルミニウム含有率４％）を添加せずに運転を行う以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は13％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、104ｇ（乾燥重量）であった。
【００３２】
実施例９
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーに替えて、インラインミル（IKA製ラボパイロット2000/4）にて、回転数6,000rpmに設定して10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は45％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。
【００３３】
実施例１０
実施例２のうち、可溶化処理の操作を、インラインミキサーに替えて、超音波（超音波発生器、出力100W）にて10分間処理する以外は、同様に運転を行った。30日間、上記条件に従って運転を続けた結果、可溶化率の平均は38％であった。さらにその間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、16ｇ（乾燥重量）であった。
【００３４】
以上の実施例及び比較例をまとめたものを次表に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローシートである。
【図２】本発明の実施形態の一例の処理系のフローシートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
三価金属がアルミニウム化合物又は鉄化合物である請求項１記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】
汚泥中の有機物を可溶化する可溶化処理が、アルカリ添加による処理又は機械的破砕による処理である請求項１又は２記載の有機性排水の処理方法。
【請求項４】
有機性排水がカルシウムイオンを10ppm〜200ppm含有するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の有機性排水の処理方法。
【請求項１】
生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理水と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に対して、その中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法において、汚泥が循環する系内に、三価金属を金属基準で、原水量に対して30μmol/L〜2,000μmol/Lの範囲になるように添加することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
三価金属がアルミニウム化合物又は鉄化合物である請求項１記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】
汚泥中の有機物を可溶化する可溶化処理が、アルカリ添加による処理又は機械的破砕による処理である請求項１又は２記載の有機性排水の処理方法。
【請求項４】
有機性排水がカルシウムイオンを10ppm〜200ppm含有するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の有機性排水の処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２０７０６４（Ｐ２００８−２０７０６４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３８８２（Ｐ２００７−４３８８２）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（５９００００４５５）財団法人石油産業活性化センター (249)
【出願人】（０００１０５５６７）コスモ石油株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（５９００００４５５）財団法人石油産業活性化センター (249)
【出願人】（０００１０５５６７）コスモ石油株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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