特許第5950668号(P5950668)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5950668
(24)【登録日】2016年6月17日
(45)【発行日】2016年7月13日
(54)【発明の名称】余剰汚泥の減量化方法
(51)【国際特許分類】
   C02F 3/12 20060101AFI20160630BHJP
   C02F 11/06 20060101ALI20160630BHJP
【FI】
   C02F3/12 SZAB
   C02F11/06 A
【請求項の数】1
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2012-93070(P2012-93070)
(22)【出願日】2012年4月16日
(65)【公開番号】特開2013-220378(P2013-220378A)
(43)【公開日】2013年10月28日
【審査請求日】2014年12月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】000180302
【氏名又は名称】四国化成工業株式会社
(72)【発明者】
【氏名】吉田 歩
(72)【発明者】
【氏名】岩田 幹生
【審査官】 岡田 三恵
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−029842(JP,A)
【文献】 特開2007−007546(JP,A)
【文献】 特開2001−029979(JP,A)
【文献】 特開2007−209889(JP,A)
【文献】 特表2009−531159(JP,A)
【文献】 特開2008−086949(JP,A)
【文献】 特開2005−081237(JP,A)
【文献】 特開平11−057773(JP,A)
【文献】 特開平07−024499(JP,A)
【文献】 特開2003−260491(JP,A)
【文献】 特開2007−222830(JP,A)
【文献】 特開平04−126593(JP,A)
【文献】 特開2006−272258(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C02F 3/12
C02F 11/06
WPI
JSTPlus(JDreamIII)
Japio−GPG/FX
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、硝酸を添加してpH3.5〜5に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取った、排水中の有機態窒素およびアンモニア態窒素が硝酸化されて生成する硝酸により、pH3.5〜5に調整された活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対してトリクロロイソシアヌル酸を有効塩素換算にて0.1〜20重量%の割合で添加し、60秒以上滞留させた後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥の減量化方法に関する。
【背景技術】
【0002】
下水、し尿、産業排水等の有機性排水(以下、排水と云う)を浄化する方法として、活性汚泥法が広く採用されている。この方法は、一般に排水と微生物の集合体である活性汚泥とを接触させて排水を浄化する曝気操作と、処理水と活性汚泥を分離する沈殿操作から成っているが、負荷をかけて処理効率を高めているために、微生物が増殖して曝気槽内に収容できる以上の活性汚泥、即ち余剰汚泥が発生する。
【0003】
この余剰汚泥は、脱水あるいは脱水の後に焼却されて廃棄されているが、保管や運搬の費用も含めてその処分には多大なコストを要している。また、脱水汚泥や焼却灰を埋め立てる最終処分場の確保が困難になりつつあり、余剰汚泥の減量化が求められている。
【0004】
このような余剰汚泥を減量化する方法として、種々の処理方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、曝気槽から活性汚泥スラリーを抜き出し、活性塩素源として次亜塩素酸塩を添加して、微生物が消化(分解)可能な状態に基質化(有機物化)し、曝気槽に戻す方法が開示されている。
特許文献2には、活性塩素源としてトリクロロイソシアヌル酸成形物を利用する方法が開示されている。
特許文献3には、活性塩素源として、余剰汚泥に塩化物を添加して電気分解により発生させた塩素を利用する方法が開示されている。
これらの方法は、処理コストが比較的安価である点において実用的と云えるものの、余剰汚泥の減量効果化は、未だ満足すべきものではなかった。
なお、特許文献4には、活性塩素源としてトリクロロイソシアヌル酸成形物を利用する糸状性バルキングの抑制方法が開示されているが、余剰汚泥の減量化については言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−126795号公報
【特許文献2】特開2008−86949号公報
【特許文献3】特開2002−126782号公報
【特許文献4】特開2006−272258号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、余剰汚泥を低コストで且つ効率良く減量化する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】
【0007】
本発明者等は、前記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、pHが3.5〜5である活性汚泥スラリーに、活性塩素を発生する物質を添加することにより、所期の目的を達成することを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、第1の発明は、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する処理方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取って、硝酸を添加してpH3.5〜5に調整した活性汚泥スラリーもしくは、曝気槽または沈殿槽から抜き取った、排水中の有機態窒素およびアンモニア態窒素が硝酸化されて生成する硝酸により、pH3.5〜5に調整された活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対してトリクロロイソシアヌル酸を有効塩素換算にて0.1〜20重量%の割合で添加し、60秒以上滞留させた後、該スラリーを曝気槽に返送することを特徴とする余剰汚泥の減量化方法である
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、活性汚泥を用いて排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥を低コストで且つ効率良く減量化することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明について詳細に説明する。
なお本願の明細書中に表れる記号は、以下のとおりである。
・BOD(Biochemical Oxygen Demand):生物化学的酸素要求量
・MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids):活性汚泥スラリー中の活性汚泥濃度
・DS(Dry Sludge):乾燥固形物量(活性汚泥スラリー中の固形分)
【0010】
図1〜4は、本発明を標準的な活性汚泥法に適用した場合の処理工程を示すフロー図である。まず図1について説明する。
曝気槽2には排水1が流入し活性汚泥と混合され、活性汚泥スラリー3が調製される。また、空気ブロワー7から供給された空気が曝気槽2の底部に設けられた散気管8から噴出されて、活性汚泥スラリー3を曝気・撹拌する。このような好気性の条件下において、活性汚泥は排水中に含まれる有機物を消化する。
この曝気槽2からは活性汚泥スラリーが抜き取られて沈殿槽5に供給される。沈殿槽5においては、活性汚泥スラリーが静置されることにより、処理水4(上澄み水)と濃縮汚泥スラリー6に分離され、処理水4は中和槽14での中和処理を経て系外へ放流される。また、濃縮汚泥スラリー6はポンプ9により抜き取られ、一部が余剰汚泥スラリー11として系外へ排出され、残りは返送汚泥スラリー10として溶解槽12へ送られる。
溶解槽12では返送汚泥スラリー10のpHが3.5〜5に調整されるように、溶解槽12または上流側の配管中に酸が添加される。なお、溶解槽12にpH計を設置して、測定したpHにより酸の供給量を制御することが好ましい。
続いて、溶解槽12では、返送汚泥スラリーに活性塩素を発生する物質(以下、活性塩素源と云う)を添加して、返送汚泥スラリー中の活性汚泥を殺傷することにより、返送先の曝気槽において消化可能な状態に基質化される。そして、基質化された活性汚泥スラリーは、曝気槽2へ返送される。なお、溶解槽12内に攪拌装置を設置することが好ましい。
【0011】
図2について説明する。図2のフロー図で示される処理工程においては、返送汚泥スラリー10が沈殿槽5からではなく、曝気槽2から抜き取られている点において、図1の場合と異なっているが、その他は図1の場合と同様である。
図1および図2に示されるフロー図は、活性汚泥法を採用するほぼ全ての排水処理に適用可能である。また、活性汚泥スラリーを、ドーナツ状の水路内で循環させながら曝気するオキシデーションディッチ(酸化槽)法の場合にも適用される。加えて、活性汚泥法の変法として、沈殿槽を設置せず、一定時間曝気の後曝気を停止し、曝気槽内で活性汚泥スラリーを静置することにより、処理水と濃縮汚泥スラリーに分離する回分法や、曝気槽内に膜を水没し、ろ過により処理水を分離する膜分離活性汚泥法においても、図2のフロー図を応用して適用することが可能である。
【0012】
図3および図4について説明するが、図1および図2について行った説明と重複する説明は省略する。
図3および図4は、酸の添加によるpH調整を特に必要としない場合の処理工程を示すフロー図である。
曝気槽2においては、亜硝酸菌および硝酸菌により、排水中の有機態窒素およびアンモニア態窒素が硝酸化されて生成する硝酸により、活性汚泥スラリーのpHが自然に3.5〜5に調整されるため、酸の添加によるpH調整は不要になる。しかしながら、pHが5を超える場合には、溶解槽12または上流側の配管中に酸を添加することが好ましい。
【0013】
酸の添加によるpH調整を不要とするには、排水中に硝酸化可能な有機態窒素およびアンモニア態窒素がそれらの合計量で10mg/L以上含有することが好ましく、30mg/L以上含有することがより好ましい。
曝気槽2には、排水中のBODを炭酸ガスと水にまで酸化分解するために必要な空気(酸素)に加え、有機態窒素およびアンモニア態窒素の硝酸化に必要な量の空気(酸素)を供給する。
曝気槽2における溶存酸素濃度は、有機態窒素およびアンモニア態窒素の硝酸化を促し、且つ、生成した硝酸が曝気槽2で生物学的に脱窒素されて減少しないように、1mg/L以上であることが好ましい。
【0014】
亜硝酸菌および硝酸菌(以下、亜硝酸菌等と云う)による硝酸化反応を完結させるため、排水1の曝気槽2における水理学的滞留時間は、1日以上であることが好ましい。
亜硝酸菌等を活性汚泥中に集積するため、汚泥日令は10日以上であることが好ましい。
亜硝酸菌等は、一般に外界からの飛び込みにより自然発生的に活性汚泥中に出現するものであるが、活性汚泥中における集積や硝酸化反応の開始に時間を要する場合は、他の処理施設より硝酸化反応が進行中の活性汚泥を種菌として移植することも可能である。
【0015】
また、排水の水質の変動や水温等の環境の変化によりpHが変化するため、溶解槽12にpH計を設置し、pHが5より高い場合には、硝酸化に必要な溶存酸素の濃度を高めるために、自動的に曝気槽2の曝気量を増やす等、測定したpHにより該曝気量を制御することが好ましい。なお、曝気量を増やしてもpHを5以下に調整できない場合には、酸を使用すればよい。
【0016】
本発明の実施において、曝気槽または沈殿槽から抜き取った活性汚泥スラリーのpHは、3.5〜5の範囲であることが好ましい。pHが5より高い場合には、満足すべき余剰汚泥の減量化効果が得られない。pHが3.5より低い場合には、使用量に見合う余剰汚泥の減量効果が得られず、いたずらに薬剤コストが嵩むばかりか、処理設備の機器の腐食が進行する虞がある。
【0017】
本発明の実施において使用する酸としては、硫酸、硝酸、塩酸等の鉱酸や、ギ酸、酢酸、クエン酸、ソルビン酸、リンゴ酸、イソシアヌル酸等の有機酸が挙げられ、これらの酸を組み合わせて使用してもよいが、余剰汚泥の減量化効率をより一層高めるためには、硝酸を使用することが好ましい。
【0018】
本発明の実施において使用する活性塩素源としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム(さらし粉)、トリクロロイソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、1−ブロモ−3−クロロ−5,5−ジメチルヒダントイン、3−ブロモ−1−クロロ−5,5−ジメチルヒダントイン、1,3−ジクロロ−5,5−ジメチルヒダントイン、1,3−ジクロロ−5−エチル−5−メチルヒダントイン、塩素ガス等が挙げられる。
【0019】
また、トリクロロイソシアヌル酸は、酸としても作用し、水に対する溶解度が1.2g/100g水(20℃)と低く溶解速度も遅い。そして、錠剤等に成形して流水中に浸漬しておくだけで長期間に渡って連続的に活性塩素を供給できるため、本発明の実施においては好適に使用される。
【0020】
活性塩素源の添加方法に関して、液体の次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合は、薬液ポンプ等を用いて溶解槽に添加する。
水に対する溶解速度の速いジクロロイソシアヌル酸ナトリウムや次亜塩素酸カルシウムを使用する場合は、電磁フィーダーやスクリューフィーダー等を用いて溶解槽に添加する。
水に対する溶解速度の遅いトリクロロイソシアヌル酸、1−ブロモ−3−クロロ−5,5−ジメチルヒダントイン、3−ブロモ−1−クロロ−5,5−ジメチルヒダントイン、1,3−ジクロロ−5,5−ジメチルヒダントインおよび1,3−ジクロロ−5−エチル−5−メチルヒダントインを使用する場合は、錠剤等に成形して活性汚泥スラリーに浸漬し溶解することができる。
塩素ガスを用いる場合は、気体の塩素ガスを活性汚泥スラリーに吹き込むか、または活性汚泥スラリーに塩化物を添加した後、電気分解により塩素を発生させる等の方法を採用することができる。
【0021】
活性塩素源は、溶解槽中の活性汚泥スラリーに、該スラリー中の固形分に対して、有効塩素換算にて0.1〜20重量%の割合で添加される。
活性塩素源の添加量については、事前に活性汚泥スラリーに活性塩素源を溶解し、溶解前の酸素利用速度(A)と溶解後の同速度(B)を「下水試験方法、(社)日本下水道協会、1997年版」に記載の方法に準拠して測定し、それらから算出した殺傷率が100%以下となる量とする。なお、殺傷率が100%の場合は、活性塩素源の添加量が過剰となる虞があるため、活性塩素源の添加量は最小値とすることが好ましい。
殺傷率(%)=〔1−(酸素利用速度(B)/酸素利用速度(A))〕×100
【0022】
本発明の実施においては、活性塩素源を添加した活性汚泥スラリーを、溶解槽や配管内等に60秒以上、出来れば180秒以上滞留させた後に、曝気槽に返送することが好ましい。
滞留時間が60秒未満の場合には、活性汚泥の基質化が不十分になる虞がある。
活性塩素源に由来する活性塩素は、所望量を活性汚泥スラリーに添加した場合、活性汚泥の基質化に消費されることにより、通常数分間で消失する。よって、溶解槽の容量は、活性塩素がすべて消費されるまで滞留可能な容量とすべきであるが、活性塩素の大半は180秒以内に消費されるため、実用上この範囲内であれば差し支えない。
【0023】
本発明の実施においては、温度制御を特に必要としない。したがって、pH調整や活性塩素源の添加も常温で行われる。
【実施例】
【0024】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0025】
[活性塩素源]
・次亜塩素酸ナトリウム液(ダイソー社製、商品名「メックロン」、有効塩素含有量12%)
・トリクロロイソシアヌル酸(四国化成工業社製、顆粒品、商品名「ネオクロール90」、有効塩素含有量90%)
・トリクロロイソシアヌル酸錠剤(四国化成工業社製、商品名「オーディライトT−200」、有効塩素含有量90%、直径75mm、厚み26mm、200g)
【0026】
〔参考例1〕
予備試験として、活性汚泥スラリー(固形分)に対して添加した活性塩素源の割合(以下、有効塩素添加濃度と云う)と、活性汚泥の殺傷率との関係を調査した。
兵庫県の某下水処理施設で採取した活性汚泥スラリー(MLSS:3000mg/L)に、次亜塩素酸ナトリウム液を所定量添加して30秒間撹拌した後、該スラリーの一部を採取して、活性汚泥の殺傷率(前記の計算式を参照)を求めた。次亜塩素酸ナトリウム液の添加量から算出した有効塩素添加濃度(重量%)と殺傷率(%)との関係を図5に示した。これより、活性汚泥の殺傷率を100%にするための、活性汚泥(固形分)1kg当たりの有効塩素量は56gであると算出される。
【0027】
参考例2
前記活性汚泥スラリーに硝酸を加えてpH4.6とした後、活性汚泥(固形分)1kg当たりに対して、有効塩素量56gに相当する次亜塩素酸ナトリウム液を加え、30秒間攪拌後静置し、3分後および6時間後に上澄み液のBODを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液を添加後のpHは4.8であった。
得られた結果は、表1に示したとおりであった。
【0028】
参考例3〜4
硝酸の代わりに塩酸または硫酸を使用してpH4.6とした以外は、参考例2と同様にしてBODを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液を添加後のpHは、どちらも4.8であった。
得られた結果は、表1に記載したとおりであった。
【0029】
参考例5
活性汚泥スラリーに活性汚泥(固形分)1kg当たりに対して、有効塩素量56gに相当するトリクロロイソシアヌル酸を溶解させて、その後静置し、参考例2と同様にしてBODを測定した。なお、トリクロロイソシアヌル酸溶解後のpHは4.8であった。
得られた結果は、表1に記載したとおりであった。
【0030】
参考例6
次亜塩素酸ナトリウム液の代わりにトリクロロイソシアヌル酸を使用した以外は、参考例2と同様にしてBODを測定した。なお、トリクロロイソシアヌル酸を添加後のpHは4.5であった。
得られた結果は、表1に記載したとおりであった。
【0031】
参考例7
活性汚泥スラリーの上澄み液について、BODを測定した。
得られた結果は、表1に記載したとおりであった。
【0032】
参考例8
活性汚泥スラリーに硝酸を加えない以外は、参考例2と同様にしてBODを測定した。なお、次亜塩素酸ナトリウム液添加後のpHは、8.0であった。
得られた結果は、表1に記載したとおりであった。
【0033】
【表1】
【0034】
pHが8.0であった参考例8のBODの上昇は僅かであったのに対して、活性汚泥スラリーのpHを5以下とした参考例2〜6のBODは顕著に上昇しており、活性汚泥の基質化が進行しているものと認められる。
【0035】
〔実施例
<実機試験>
兵庫県の某高速道路パーキングエリアの排水の活性汚泥処理施設(図6参照)では、日常的に表2記載の維持管理が行われ、硝化槽(曝気槽)中の活性汚泥スラリーのpHが年間を通じて3.5〜4.5となるよう運用されている。この硝化槽に溶解槽(有効容量50L)を接続し(図6参照)、硝化槽下流部よりポンプで抜き取った活性汚泥スラリーを、溶解槽に14.4m3/日の流速で送液した後、硝化槽上流部に返送した。
溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、該錠剤を約1.0kg/日の速度で溶解させた。なお、この際の活性汚泥(固形分)に対して供給した活性塩素(有効塩素換算)の割合は、1.0重量%であり、活性汚泥スラリーの滞留時間は300秒であった。また、殺傷率は50%であった。
【0036】
【表2】
【0037】
試験開始後2年間の排水1m3当たりの平均余剰汚泥排出量(固形分)は、12gとなり、導入前の余剰汚泥排出量(固形分)より約80%減量した。
【0038】
参考例9
<実機試験>
兵庫県の某下水処理施設では、日常的に表3記載の維持管理が行われている。この処理施設のオキシデーションディッチ槽(以下OD槽と云う)に溶解槽(有効容量50L)を接続し、OD槽よりポンプで抜き取った活性汚泥スラリーを、溶解槽に14.4m3/日の流速で送液した後、OD槽に返送した。
溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、pHが3.5〜5になるように溶解させた。なお、この際の活性汚泥(固形分)に対して供給した活性塩素(有効塩素換算)の割合は、3.4重量%であり、活性汚泥スラリーの滞留時間は300秒であった。また、殺傷率は70%であった。
【0039】
【表3】
【0040】
試験開始後3年間の排水1m当たりの平均余剰汚泥排出量(固形分)は、64gとなり、導入前の余剰汚泥排出量(固形分)より約30%減量した。
【0041】
〔実施例
<実機試験>
参考例9の下水処理施設において、OD槽と溶解槽の間の配管中に定量ポンプを用いて硝酸を添加した。溶解槽にはpH計を設備し、活性汚泥スラリーのpHを連続的に計測し、pHが常時3.5〜5になるように、測定したpHにより定量ポンプを制御した。溶解槽内の活性汚泥スラリーに、トリクロロイソシアヌル酸錠剤を充填した籠状の容器を浸漬し、該錠剤を約1.0kg/日の速度で溶解させた。なお、この際の活性汚泥(固形分)に対して供給した活性塩素(有効塩素換算)の割合は、2.3重量%であった。また、殺傷率は60%であった。
【0042】
試験開始後半年間の排水1m当たりの平均余剰汚泥排出量(固形分)は、40gとなり、導入前の余剰汚泥排出量(固形分)より約55%減量した。
【0043】
活性塩素源としてトリクロロイソシアヌル酸を用いた活性汚泥の基質化による余剰汚泥の減量方法において、曝気槽または沈殿槽から抜き取った活性汚泥スラリーにトリクロロイソシアヌル酸を添加する場合に、本発明では予め硝酸を用いてpH3.5〜5とすることにより、活性汚泥中の微生物の細胞膜の一部を破壊し、細胞内液の漏出、また細胞膜等に存在する難分解性物質の溶解を促すことにより、従来以上の余剰汚泥の減量化を達成するものである。
そのメカニズムは明らかではないが、特に酸として硝酸を使用した場合は、トリクロロイソシアヌル酸のみならず硝酸も強力な酸化剤として細胞膜を構成する有機物の分解に寄与していると考えられる。これら2種類の酸化剤の相加もしくは相乗的効果により、活性塩素源を中性のpH域で使用した場合と比べて、余剰汚泥の減量化が効率良く進行するものと推測される。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明によれば、活性汚泥を用いて有機性排水を浄化する際に生ずる余剰汚泥を大幅に減量化することができるので、産業上の利用効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
図1】本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。
図2】本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。
図3】本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。
図4】本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。
図5】次亜塩素酸ナトリウム液の供給量と、活性汚泥の殺傷率との関係を示すグラフである。
図6】本発明を適用した場合の活性汚泥法による排水処理工程のフロー図である。
【符号の説明】
【0046】
1 排水
2 曝気槽
3 活性汚泥スラリー
4 処理水
5 沈殿槽
6 濃縮汚泥スラリー
7 空気ブロワー
8 散気管
9 ポンプ
9a 第1のポンプ
9b 第2のポンプ
10 返送汚泥スラリー
11 余剰汚泥スラリー
12 溶解槽
13 放流水
14 中和槽
15 脱窒素槽
図1
図2
図3
図4
図5
図6