JP2006035069A - 汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥減容効果を維持しながら、二酸化塩素の添加量を低減できる汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置を提供する。
【解決手段】廃水処理装置１０は、汚泥を用いて廃水を生物処理する生物処理槽１２と、その処理水と汚泥とを固液分離する固液分離槽１４と、分離後の汚泥の一部を処理する汚泥処理装置１６とを備える。汚泥処理装置１６は、汚泥を機械的に微細化する微細化装置４２と、微細化された汚泥に二酸化塩素を添加して汚泥を酸化する酸化装置４４とから成り、この汚泥処理装置１６によって汚泥が減容化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置に係わり、特に、有機性廃水を生物処理槽で廃水処理して生成される余剰の活性汚泥（以下「汚泥」という）を減容化するための汚泥処理技術に関する。

下水や産業廃水等の有機性廃水の処理の大半は、汚泥を用いた生物処理槽において生物学的処理を行なうことにより処理されている。その際、生物処理槽から流出した汚泥は、沈澱池で分離した後、返送汚泥として再び生物処理槽に戻される。しかし、生物処理槽内で増殖した微生物などが余剰汚泥となって生成するため、余分な汚泥は廃水処理の系外に引き抜かなくてはならず、引抜かれた余剰汚泥の処分が問題となっている。

このような背景から、余剰汚泥の生成量が少ない、又は余剰汚泥を全く発生させない廃水処理方法の開発が進められている。この種の廃水処理方法の１つとして、生物処理槽に返送される返送汚泥の一部を二酸化塩素により酸化分解し、生物分解性を高めてから生物処理槽に戻すことによりＣＯ₂ 化を促進することで、余剰汚泥を減容化する方法がある（特許文献１、及び特許文献２参照）。
特開２００３−２６０４９１号公報 特開平１１−１４７８０１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、大量の二酸化塩素を使用すると、汚泥が酸化反応によって可溶化し、ＣＯＤ成分が溶出して処理水の水質を悪化させるという問題があった。また、二酸化塩素は通常、溶液で使用され、そのｐＨは酸性であるため、中和には多量のアルカリが必要であり、エネルギー消費量が多くなる問題もあった。したがって、二酸化塩素を使用して汚泥減容をする場合、二酸化塩素の添加量を低減する必要があった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、汚泥減容効果を維持しながら、二酸化塩素の添加量を低減できる汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、汚泥を機械的に微細化する機械的微細化手段と、該機械的微細化手段で微細化した汚泥に二酸化塩素を添加することによって前記汚泥を酸化する酸化手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機械的に微細化した汚泥に二酸化塩素を反応させるので、二酸化塩素の接触効率が向上し、汚泥の減容化を促進することができる。また、二酸化塩素の接触効率が向上するので、二酸化塩素の添加量を減少させることができ、中和に使用するアルカリ量も減少させることができる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記機械的微細化手段は、超音波で汚泥を破砕する超音波式、高圧ジェット気流で汚泥を破砕する圧力式、高速回転翼やビーズミルで汚泥を破砕する粉砕機式の少なくとも１つであることを特徴とする。なお、超音波式、圧力式、粉砕機式の二つ以上を組み合わせてもよい。

請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記機械的微細化手段は、前記汚泥におけるフロックのメジアン粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲になるように微細化することを特徴とする。フロックのメジアン粒径をこのような範囲にすることによって、汚泥の減容効果を維持しつつ、処理水質の悪化を防止できる。すなわち、メジアン粒径が２０μｍ未満の場合のように、ＣＯＤ濃度が高くなって処理水質が悪化することを防止できる。また、メジアン粒径が５０μｍを超える場合のように、汚泥と二酸化塩素との接触効率が低くなり、汚泥の減容効果が小さくなることを防止できる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記酸化手段は、二酸化塩素の添加率が０．００５g/g-SS以上、 ０．０１５g/g-SS以下の範囲になるようにすることを特徴とする。二酸化塩素の添加率をこの範囲に設定することで、二酸化塩素による減容効果を維持しつつ、過剰な二酸化塩素による汚泥の可溶化を防止することができる。

請求項５に記載の発明は、有機性廃水を生物処理槽で処理する際に生成される汚泥の一部を、請求項１〜４のいずれか１に記載の汚泥処理装置で処理した後、前記生物処理槽に返送することを特徴とする。汚泥処理装置の酸化手段で二酸化塩素処理した汚泥を生物処理装置に導入することで、汚泥は生物分解され、汚泥の減容化が促進される。

本発明に係る汚泥処理装置は、機械的に微細化した汚泥に二酸化塩素を反応させるので、二酸化塩素の接触効率が向上し、汚泥の減容化を促進することができ、二酸化塩素の添加量を減少させることができる。

また、本発明に係る廃水処理装置によれば、機械的に微細化し、二酸化塩素を添加して酸化分解した汚泥を、生物処理装置に導入して生物処理するようにしたので、汚泥は生物分解され、汚泥の減容化を促進させることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る汚泥処理装置及びそれを備えた廃水処理装置の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明に係る廃水処理装置の実施形態を示す構成図である。同図に示すように、廃水処理装置１０は主として、生物処理槽１２、固液分離槽１４、及び汚泥処理装置１６で構成される。

生物処理槽１２には流入管１８が接続され、この流入管１８から有機性廃水（以下、廃水という）が流入される。また、生物処理槽１２には、汚泥返送管２０と処理汚泥移送管２２が接続され、これらの管から汚泥が生物処理槽１２の内部に供給される。生物処理槽１２内の底部には散気管２４が設けられており、散気管２４はブロア２６に接続されている。このブロア２６と散気管２４から成る曝気装置によって生物処理槽１２の内部が曝気される。生物処理槽１２の内部では、前記流入管１８から流入した廃水が、汚泥返送管２０からの返送汚泥、及び散気管２４からの曝気エアと混合され、好気的に生物処理される。

生物処理された処理水は、活性汚泥の一部とともに、生物処理槽１２から流出管２８に流れ、固液分離槽１４に供給される。固液分離槽１４は、処理水と活性汚泥との汚泥混合液を固液分離する装置である。この固液分離槽１４の内部では、活性汚泥が沈降分離され、上澄液が処理水として導出管３０から導出される。

固液分離槽１４の底部には、汚泥返送管２０が接続されており、この汚泥返送管２０に配設された汚泥移送ポンプ３２を駆動することによって、固液分離槽１４内の汚泥が汚泥返送管２０に引き抜かれる。汚泥返送管２０には、汚泥排出管３４が接続されており、汚泥返送管２０に引き抜かれた汚泥の一部を必要に応じて排出できるようになっている。また、汚泥返送管２０には分配器３６が配設されており、この分配器３６によって、汚泥返送管２０を流れる汚泥の一部が分配管３８に分配される。そして残りの汚泥は汚泥返送管２０を通り、返送汚泥として生物処理槽１２に返送される。

分配器３６によって分配管３８に分配された汚泥は、汚泥ポンプ４０によって、汚泥処理装置１６に移送される。なお、分配器３６は必要に応じて分配率を調節することができる。すなわち、汚泥返送管２０で返送する返送汚泥の量と、後述する汚泥処理装置１６で酸化処理して返送する処理汚泥の量との割合を調節することができる。

汚泥処理装置１６は主として、機械的微細化装置（以下、微細化装置という）４２と、その後段の二酸化塩素酸化装置（以下、酸化装置という）４４で構成される。分配管３８を流れる汚泥は、まず微細化装置４２に供給される。微細化装置４２は、汚泥を機械的に微細化処理することによって、汚泥のフロックを分散・微細化する装置である。

微細化装置４２としては、例えば図２（Ａ）に示すように、超音波式のものがある。超音波式の微細化装置４２は、処理室６０の内部に超音波発振器６２を備え、この超音波発振器６２から処理室６０内の汚泥に超音波を発振する。これにより、汚泥のフロックが微細化され、さらに汚泥が破砕されて可溶化される。なお、超音波振動器６２は、処理室６０の壁に外側から当接するようにして設置してもよい。

微細化装置４２の他の例としては、高速回転翼やビーズミルで汚泥を破砕する破砕機式のものがある。このうち、ビーズミルは、図２（Ｂ）に示すように、ミル室６４を有し、このミル室６４の内部にビーズ６６、６６…が充填されている。ビーズ６６としては、粒径０．５ｍｍφ程度のガラスビーズやジルコニアビーズが用いられ、ミル室６４に６０〜８０％程度充填されている。ミル室６４の内部には、シャフト６８に取り付けられた複数枚の攪拌ディスク（或いは攪拌羽）７０、７０…が設けられており、シャフト６８を電動機７２で高速回転させることによって、ミル室６４内が攪拌ディスク７０によって攪拌される。これにより、ミル室６４内のビーズ６６が攪拌され、攪拌されたビーズ６６、６６…間に生じる剪断摩擦力等によって汚泥が破砕される。破砕された汚泥は、スクリーン７４によってビーズ６６が分離され、汚泥のみが系外に排出される。なお、汚泥の破砕に必要なミル室６４の滞留時間は数秒〜数分とされる。

微細化装置４２のさらに他の例としては、高圧ジェット気流で汚泥は破砕する圧力式のものがある。例えば図２（Ｃ）に示すように、容器７６内の端部にジェットノズル７８を設け、このジェットノズル７８から汚泥を高圧で噴射するようにする。これにより、汚泥は、ジェットノズル７８から容器７６内の汚泥溶液中に勢いよく噴出され、汚泥が分散化される。

なお、上述した圧力式、超音波式、破砕機式の二つ以上の装置を組み合わせて使用するようにしてもよい。微細化装置１６によって微細化される汚泥のフロックのメジアン粒径は２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲にすることが好ましい。

微細化装置４２で微細化された汚泥は、後段の酸化装置４４の反応槽４６に供給される。反応槽４６の内部には攪拌翼５０が設けられており、攪拌翼５０はモータ４８に接続されている。このモータ４８と攪拌翼５０から成る攪拌機を駆動することによって反応槽４６の内部が攪拌される。また、反応槽４６には、注入管５２を介して二酸化塩素の貯留槽５４が接続されており、二酸化塩素を所定の添加率で反応槽４６に添加できるようになっている。二酸化塩素が添加されることによって、汚泥は酸化分解され、生物分解性が高められる。なお、二酸化塩素の添加量は、添加率が０．００５g/g-SS以上、 ０．０１５g/g-SS以下の範囲に設定することが好ましい。

二酸化塩素によって酸化処理された汚泥は、処理汚泥移送管２２を介して生物処理槽１２に移送され、生物処理槽１２で生物分解される。なお、処理汚泥移送管２２には、アルカリ剤注入管５６が接続されており、このアルカリ剤注入管５６からアルカリ剤が注入されることによって、二酸化塩素の添加により低下したｐＨが中和される。

次に上記の如く構成された廃水処理装置１０の作用について説明する。

汚泥処理装置１６では、微細化装置４２によって汚泥を機械的に微細化し、その微細化した汚泥を酸化装置４４によって酸化処理している。したがって、酸化装置４４で二酸化塩素を汚泥に添加した際に、二酸化塩素と汚泥との接触効率が高まり、二酸化塩素による酸化効率を向上させることができる。これにより、二酸化塩素による汚泥の酸化分解処理が確実に行われ、汚泥の大きな減容効果を得ることができる。

また、二酸化塩素と汚泥との接触効率が高まったことによって、少量の二酸化塩素であっても、確実に汚泥を減容化することができる。したがって、二酸化塩素の添加量を減少させることができる。また、二酸化塩素の添加により低下したｐＨを中和するアルカリ剤の使用量も減少させることができる。

ところで、微細化装置４２によって汚泥を微細化する際、機械的な破壊力を大きくして汚泥のフロック径を小さくすると、汚泥の可溶化が進んで汚泥が減容化され易くなる一方、可溶化による弊害として、汚泥を構成する菌体が破砕され、ＣＯＤ成分が溶出するため、生物処理槽１２からの処理水の水質が悪化するという問題がある。逆に、汚泥のフロック径が大きいと、酸化装置４４で二酸化塩素を添加した際に、二酸化塩素と汚泥との接触効率が低下し、酸化処理の反応率が低下するという問題がある。したがって、微細化装置４２で微細化した汚泥のフロック径は、ＣＯＤ成分が溶出せず、且つ、二酸化塩素との接触効率が低下しない範囲であることが望まれる。本実施の形態では、微細化後のフロック径を２０μｍ以上としたのでＣＯＤ成分の溶出を防止することができ、且つ、フロック径を５０μｍ以下としたので二酸化塩素との接触効率が低下することを防止できる。よって、二酸化塩素による酸化効率を維持して汚泥の減容化効果を維持しながら、ＣＯＤ溶出による水質の悪化を防止することができる。

また、酸化装置４４で汚泥を酸化処理する際、二酸化塩素の添加率が多すぎると、汚泥を構成する菌体が可溶化されてＣＯＤ成分が溶出する。逆に二酸化塩素の添加率が少な過ぎると、二酸化塩素による酸化処理の効果が十分に得られない。したがって、二酸化塩素の添加率は、二酸化塩素による酸化処理の効果が十分に得られ、且つ、ＣＯＤ成分の溶出を防止できるような範囲に設定することが望まれる。本実施の形態では、二酸化塩素の添加率を０．００５g/g-SS以上としたので、二酸化塩素による酸化処理の効果を十分に得ることができる。また、二酸化塩素の添加率を０．０１５g/g-SS以下としたので、菌体の可溶化によるＣＯＤ成分の溶出を少なくすることができる。

以上説明したように本実施の形態によれば、汚泥のフロック径が２０μｍ以上５０μｍ以下になるように微細化し、その微細化した汚泥に二酸化塩素を添加率０．００５g/g-SS以上０．０１５g/g-SS以下で添加するようにしたので、二酸化塩素による汚泥の酸化分解を促進させることができ、汚泥の大きな減容効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、汚泥処理装置１６の構成として、微細化装置４２の後段に酸化装置４４を設けたが、汚泥処理装置１６の構成はこれに限定されるものではなく、機械的に微細化した汚泥に二酸化塩素を添加する構成であればよい。例えば、図３に示すように、微細化装置４２に二酸化塩素の注入管５２を接続する構成とし、微細化処理を行いながら二酸化塩素を注入するようにしてもよい。この場合、二酸化塩素の注入位置は、特に限定されるものではないが、汚泥の可溶化が進行する部分であることが好ましい。例えば図２（Ｂ）のビーズミルの場合には、ミル室６４の中間部付近に二酸化塩素を注入し、図２（Ｃ）の圧力式の微細化装置４２の場合には、容器７６の中間部よりも若干出口側に二酸化塩素を注入することが好ましい。また、図２（Ａ）の超音波式の微細化装置４２の場合には、処理室６０内全体で超音波による汚泥の可溶化が進行するので、処理室６０内に二酸化塩素を注入するのであればよい。

また、廃水処理装置１０の全体構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、汚泥処理装置１６を汚泥返送管２０に設けてもよい。これにより、固液分離槽１４から生物処理槽１２に汚泥を返送する返送汚泥が全て汚泥処理装置１６で処理される。また、図５に示すように、生物処理槽１２の汚泥を直接、汚泥処理装置１６に導入して処理するようにしてもよい。これらの場合にも、汚泥処理装置１６において、機械的微細化処理した汚泥を二酸化塩素によって酸化処理することで、汚泥の減容化を促進することができる。

（試験１）まず、実施例として、図３の汚泥処理装置１６の微細化装置４２において、高速回転翼による機械的微細化処理を行った。機械的微細化処理の条件は、１００００ｒｐｍ、１０分間とし、この微細化処理時に二酸化塩素を注入して、酸化処理を同時に行った。このとき、二酸化塩素の添加率を０から０．０２g/g-SSまで変化させ、汚泥の呼吸活性（mg- Ｏ₂ /g-SS ・h ）を測定した。

また、比較例として、機械的微細化処理を行わずに、二酸化塩素を注入し、酸化処理を行った。そして、実施例と同様に、二酸化塩素の添加率を変化させながら、汚泥の呼吸活性（mg- Ｏ₂ /g-SS ・h ）を測定した。

試験１の結果を図６に示す。なお、図６の「呼吸活性」は、減容処理を行ってないブランクを１００とした時の相対値で示している。

図６から分かるように、機械的微細化処理と酸化処理を併用した実施例では、約０．０１５g/g-SSの添加率で呼吸活性はゼロになっており、汚泥が酸化されて完全に死滅したことが分かった。一方、二酸化塩素処理のみを行った比較例１では、呼吸活性をゼロにするために約０．０１５g/g-SSの添加量が必要であり、汚泥を死滅させるためには実施例の約二倍の添加率が必要であった。したがって、実施例のように機械的微細化処理と酸化処理を併用することによって、二酸化塩素の添加率を大幅に減らすことができることが明らかになった。

（試験２）
市販のソースを希釈した合成廃水（ＣＯＤ＝５００ｍｇ／Ｌ）を原水とし、廃水処理を行った。実施例では、汚泥処理装置において、上述した試験１の実施例と同様に、高速回転翼による機械的微細化処理を行った。機械的微細化処理の条件は、１００００ｒｐｍ、１０分間とした。この微細化処理時に、添加率０．００８g/g-SSで二酸化塩素を注入し、酸化処理を同時に行った。そして、余剰汚泥量と処理水ＣＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。

また、比較例１として、機械的微細化処理を行わずに、二酸化塩素を添加率０．００８g/g-SSで注入し、酸化処理を行った。そして、実施例と同様に余剰汚泥量と処理水ＣＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。

さらに、比較例２として、汚泥減容処理をしない条件下で、余剰汚泥量と処理水ＣＯＤ濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。

試験２の結果を図７に示す。同図において余剰汚泥量（％）は、比較例２を１００とした相対値で示した。

図７から分かるように、実施例、比較例１、比較例２において同様の処理水質が得られるにも関わらず、余剰汚泥量は、実施例において大幅に低減させることができた。すなわち、酸化処理のみの比較例１では、比較例２に対して余剰汚泥を５０％しか削減できないのに対し、機械的微細化処理と酸化処理を行った本実施例では、余剰汚泥を８５％削減することができた。

本発明に係る廃水処理装置の実施形態を示す構成図 機械的微細化装置の構成図 図１と異なる構成の汚泥処理装置を示す構成図 図１と異なる構成の廃水処理装置を示す構成図 図１と異なる構成の廃水処理装置を示す構成図 実施例の試験１の結果を示す図 実施例の試験２の結果を示す表図

符号の説明

１０…廃水処理装置、１２…生物処理槽、１４…固液分離槽、１６…汚泥処理装置、１８…流入管、２０…汚泥返送管、２２…処理汚泥移送管、２４…散気管、２６…ブロア、２８…流出管、３０…導出管、３２…汚泥移送ポンプ、３４…汚泥排出管、３６…分配器、３８…分配管、４０…汚泥ポンプ、４２…微細化装置、４４…酸化装置、４６…反応槽、４８…モータ、５０…攪拌翼、５２…注入管、５４…貯留槽、５６…アルカリ剤注入管

Claims (5)

1. 汚泥を機械的に微細化する機械的微細化手段と、
   該機械的微細化手段で微細化した汚泥に二酸化塩素を添加することによって前記汚泥を酸化する酸化手段と、
   を備えたことを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記機械的微細化手段は、超音波で汚泥を破砕する超音波式、高圧ジェット気流で汚泥を破砕する圧力式、高速回転翼やビーズミルで汚泥を破砕する粉砕機式の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理装置。
3. 前記機械的微細化手段は、前記汚泥におけるフロックのメジアン粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲になるように微細化することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理装置。
4. 前記酸化手段は、二酸化塩素の添加率が０．００５g/g-SS以上、 ０．０１５g/g-SS以下の範囲になるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の汚泥処理装置。
5. 有機性廃水を生物処理槽で処理する際に生成される汚泥の一部を、請求項１〜４のいずれか１に記載の汚泥処理装置で処理した後、前記生物処理槽に返送することを特徴とする廃水処理装置。

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