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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024070283
(43)【公開日】2024-05-22
(54)【発明の名称】排水処理方法及び排水処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 11/04 20060101AFI20240515BHJP
C02F 11/121 20190101ALI20240515BHJP
C02F 11/143 20190101ALI20240515BHJP
【ＦＩ】
C02F11/04 A ZAB
C02F11/121
C02F11/143
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024046328
(22)【出願日】2024-03-22
(62)【分割の表示】P 2022160308の分割
【原出願日】2022-10-04
(71)【出願人】
【識別番号】591030651
【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100112634
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 美奈子
(72)【発明者】
【氏名】松林 未理
(72)【発明者】
【氏名】森田 智之
(72)【発明者】
【氏名】蒲池 一将
(72)【発明者】
【氏名】高橋 惇太
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 博紀
(57)【要約】
【課題】従来の汚泥可溶化技術におけるコスト、オゾン発生器、臭気、分離水の色度などの問題を解決して、汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含む排水処理方法であって、嫌気性消化処理工程１５の前に、余剰汚泥に無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、前処理工程１４における無機酸の添加量は、嫌気性消化処理工程１５における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御されることを特徴とする排水処理方法。
【選択図】図１
【解決手段】生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含む排水処理方法であって、嫌気性消化処理工程１５の前に、余剰汚泥に無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、前処理工程１４における無機酸の添加量は、嫌気性消化処理工程１５における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御されることを特徴とする排水処理方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、当該余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程と、を含み、
当該前処理工程における無機酸の添加量は、当該嫌気性消化処理工程における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御されることを特徴とする排水処理方法。
当該嫌気性消化処理工程の前に、当該余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程と、を含み、
当該前処理工程における無機酸の添加量は、当該嫌気性消化処理工程における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御されることを特徴とする排水処理方法。
【請求項2】
前記嫌気性消化処理工程における、前記無機酸の添加量は、汚泥のゼータ電位の値に基づいて制御すること特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項3】
排水処理装置であって、
生物処理槽からの余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
当該無機酸の添加量を当該嫌気性消化処理工程における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
生物処理槽からの余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
当該無機酸の添加量を当該嫌気性消化処理工程における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量、またはゼータ電位のうちいずれか１つ以上の値に基づいて制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記前処理槽における汚泥のゼータ電位の値に基づいて前記無機酸添加量を制御すること特徴とする請求項３に記載の嫌気性消化処理装置。
【請求項5】
前記制御装置は、ゼータ電位計、無機酸の添加量を調整する酸添加量調整手段、およびｐＨ調整剤添加量調整手段を備ええることを特徴とする請求項４に記載の嫌気性消化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排水処理方法及び装置に関し、特に汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
汚泥減容化を図るため、メタン発酵槽に導入する汚泥を可溶化する方法が用いられている。汚泥の可溶化技術としては、マイクロ波、オゾン、熱、超音波、アルカリ処理などを利用する方法が知られている。
【0003】
たとえば、特開２００９－２５５０８８号公報（特許文献１）には、オゾンを利用する可溶化処理において、オゾン処理化された余剰汚泥を圧縮空気により撹拌し、生物処理槽に送り戻す熟成槽と、熟成槽で発生するオゾンを含む気体からオゾンを吸着する脱オゾン槽を備える余剰汚泥可溶化装置により、少ないオゾンの消費量で十分に可溶化してから生物処理槽に戻すことによって、実質的に全ての余剰汚泥を生物分解することが開示されている。
【0004】
特開２０１６－２２１４９１号公報（特許文献２）には、汚泥をｐＨ１１以上のアルカリ性雰囲気で４０℃以上１００℃以下に加熱することにより汚泥を可溶化処理した後に、嫌気性生物処理することにより、可溶化汚泥の分解によるメタンガスを発生させ、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが開示されている。
【0005】
特開２０１２－１８３５１０号公報（特許文献３）には、嫌気性消化汚泥をｐＨ５～７、５０℃～９０℃にて高温可溶化菌又は超高温可溶化菌の作用により可溶化して、可溶化有機性廃棄物と可溶化の際に発生したＨ２を含むガスを嫌気性消化処理することにより、水素、メタンガスの増収及び有機性廃棄物の残渣の減容化率の向上を図ることが開示されている。
【0006】
特開２０１６－１１７０６６号公報（特許文献４）には、汚泥濃度４～１２％の汚泥濃縮物を３０～６０℃、ＨＲＴ１～３日の条件で可溶化および酸発酵処理した後にメタン発酵処理する嫌気性処理方法が開示されている。
【0007】
特開２００４－２７５８１３号公報（特許文献５）には、汚泥に酸を加えｐＨが５以下になるように調整し、６０℃以上に加熱処理する酸加熱法を適用した後、嫌気性消化処理を行う汚泥の処理方法が開示されている。
【0008】
特開昭５６－１６７００号公報（特許文献６）には、余剰汚泥を５０～１００℃で３～２４時間加熱する前処理を行って絶対嫌気性菌の活性を抑制した後、最初沈殿池引き抜き汚泥と混合して、酸生成工程及びガス生成工程からなる２相式嫌気性消化方法により処理する下水汚泥の嫌気性消化方法が開示されている。前処理としては、ｐＨ４以下で３～２４時間の酸処理であってもよいことが記載されている。本公報には、酸生成工程を備える２相式（酸処理→酸生成→嫌気性消化）を前提としているため、前処理において達成すべき汚泥の可溶化の程度が小さく、前処理の時間を短縮できることが開示されているが、酸処理後に酸生成を行わずに直接、酸処理→嫌気性消化の場合には達成すべき汚泥の可溶化の程度が大きくなり、前処理の時間は長期化すると考えられる。
【0009】
特開２００７－３３０８８１号公報（特許文献７）には、破砕した生ごみと汚泥濃縮装
置からの濃縮分離液の一部と余剰汚泥とを可溶化槽に導入して、ｐＨ低下を緩衝させて３０～６０℃で１～４８時間の滞留時間で処理して、可溶化槽でのバイオガスの発生を抑止し、可溶化生ごみを得て、後段のメタン発酵槽にて可溶化生ごみをメタン発酵処理してバイオガスを発生させることが記載されている。
置からの濃縮分離液の一部と余剰汚泥とを可溶化槽に導入して、ｐＨ低下を緩衝させて３０～６０℃で１～４８時間の滞留時間で処理して、可溶化槽でのバイオガスの発生を抑止し、可溶化生ごみを得て、後段のメタン発酵槽にて可溶化生ごみをメタン発酵処理してバイオガスを発生させることが記載されている。
【0010】
特開昭５２―５９６０号公報（特許文献８）には、ｐＨ３．５以下、６０℃以上１６０℃以下、１分以上１０分以内で行う酸加熱前処理を行った後、嫌気性条件下の液化槽にて一定温度で数日間保持する嫌気性消化方法が記載されている。
【0011】
しかし、従来の方法にはコストやオゾン発生器の問題、臭気、分離水の色度などに課題があり、実用的には普及していない。また、アルカリ処理では、汚泥脱水性の悪化や分離水の色度などに課題がある。
【0012】
高温処理及びオゾン処理の際に問題となるエネルギー使用量及び稼働コストを改善し、アルカリ処理の際に問題となる処理水の色度及び汚泥の脱水性を改善する方法として、ＯＳＡプロセスが提案されている。たとえば、特開２０２０―１４２１６８号公報（特許文献９）には、生物処理後の汚泥の一部を嫌気槽に導入して、鉄の存在下で微曝気処理して汚泥を分解し再基質化させた後に、活性汚泥槽に返送して再び生物処理する方法が開示されている。特許文献５に記載のＯＳＡプロセスは、従来のＯＳＡプロセスよりは滞留時間が短縮でき、嫌気槽も小型化できているが、他の処理方法と比較するとやはり滞留時間が長く、嫌気槽も大きいという問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開２００９－２５５０８８号公報
【特許文献2】特開２０１６－２２１４９１号公報
【特許文献3】特開２０１２－１８３５１０号公報
【特許文献4】特開２０１６－１１７０６６号公報
【特許文献5】特開２００４－２７５８１３号公報
【特許文献6】特開昭５６－１６７００号公報
【特許文献7】特開２００７－３３０８８１号公報
【特許文献8】特開昭５２―５９６０号公報
【特許文献9】特開２０２０―１４２１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、従来の汚泥可溶化技術におけるコスト、オゾン発生器、臭気、分離水の色度などの問題を解決して、汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置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】
【0015】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究した結果、嫌気性消化処理に供する余剰汚泥を、５０℃以下で無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下の酸性雰囲気下で処理することにより、余剰汚泥中の微生物の細胞壁（細胞膜）を破壊せずに、細胞外高分子物質を１μｍ程度に細分化させることができ、微生物由来の有機物による色度の悪化を防止しながら、溶解性ＣＯＤＣｒ（Ｓ－ＣＯＤＣｒ）成分及び分解しやすいＣＯＤＣｒ成分が増加した汚泥（易分解化汚泥）を得ることができ、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することによって、メタンガス発生量を有意に増加できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【0016】
本発明において、「易分解化」とは汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化させ分解しやすい汚泥にするが、細胞壁（細胞膜）は破壊せずに残し、細分化された細胞外高分子物質と、微生物とを含む、分解しやすい汚泥にすることであり、「易分解化汚泥」とは易分解化処理により得られる細分化された細胞外高分子物質と微生物とを含む分解しやすい汚泥であり、［（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）－（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）］／処理前ＣＯＤＣｒで求められる可溶化度が１０％未満である汚泥をいう。汚泥処理において一般的な「可溶化」は、汚泥中の微生物の細胞壁（細胞膜）を破壊して溶解性有機物を増加させ、固形物を減らすことで汚泥を減容化する技術であり、本発明における「易分解化」及び「易分解化汚泥」は「可溶化」及び「可溶化汚泥」とは区別される。
【0017】
本発明によれば、下記態様の排水処理方法及び排水処理装置が提供される。
［１］ 生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、当該余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程を含むことを特徴とする排水処理方法。
［２］ 前記前処理工程において、易分解化汚泥は、［（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）－（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）］／処理前ＣＯＤＣｒで求められる可溶化度が１０％未満であることを特徴とする上記［１］に記載の排水処理方法。
［３］ 前記前処理工程における滞留時間は０．０１時間以上２４時間以下であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の排水処理方法。
［４］ 前記前処理工程の前に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮工程をさらに含み、
前記前処理工程において、濃縮された余剰汚泥を処理することを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［５］ 排水を汚泥と分離水とに固液分離する固液分離工程と、当該固液分離工程からの分離水を生物処理する生物処理工程と、当該固液分離工程からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程と、前記嫌気性消化処理工程の前に、当該分離汚泥濃縮工程からの濃縮汚泥と前記前処理工程からの易分解化汚泥と混合する汚泥混合工程をさらに含むことを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［６］ 前記嫌気性消化処理工程からのバイオガス中の臭気成分を生物脱硫処理して得られる無機酸、及び／又は排水処理施設内で発生する臭気ガスを生物脱臭処理して得られる無機酸を前記前処理工程に供給することを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［７］ 排水処理装置であって、
生物処理槽からの余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
［８］ 前記前処理槽は、ラインミキサーであることを特徴とする徐器［７］に記載の嫌気性消化処理装置。
［９］ 前記前処理槽の前段に、生物処理槽からの余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮槽をさらに備えることを特徴とする上記［７］又は［８］に記載の嫌気性消化処理装置。
［１０］さらに、排水を分離水と分離汚泥とに固液分離する固液分離手段が生物処理槽の前段に設けられており、
当該固液分離手段からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽と、
当該分離汚泥濃縮槽からの濃縮汚泥と、前記前処理槽からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽と、が当該固液分離手段と前記嫌気性消化処理槽との間に設けられている
ことを特徴とする上記［７］～［９］のいずれか１に記載の排水処理装置。
［１１］ 前記嫌気性消化槽からのバイオガスを導入し、当該バイオガス中の臭気成分から無機酸を生成する生物脱硫装置、及び／又は排水処理施設内で発生する臭気ガスから無機酸を生成する生物脱臭装置と、
当該生物脱硫装置及び／又は生物脱臭装置からの無機酸を前記前処理槽に供給する無機酸供給ラインと、
を備えることを特徴とする上記［７］～［１０］のいずれか１に記載の嫌気性消化処理装置。
［１］ 生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、当該余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程を含むことを特徴とする排水処理方法。
［２］ 前記前処理工程において、易分解化汚泥は、［（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）－（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）］／処理前ＣＯＤＣｒで求められる可溶化度が１０％未満であることを特徴とする上記［１］に記載の排水処理方法。
［３］ 前記前処理工程における滞留時間は０．０１時間以上２４時間以下であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の排水処理方法。
［４］ 前記前処理工程の前に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮工程をさらに含み、
前記前処理工程において、濃縮された余剰汚泥を処理することを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［５］ 排水を汚泥と分離水とに固液分離する固液分離工程と、当該固液分離工程からの分離水を生物処理する生物処理工程と、当該固液分離工程からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程と、前記嫌気性消化処理工程の前に、当該分離汚泥濃縮工程からの濃縮汚泥と前記前処理工程からの易分解化汚泥と混合する汚泥混合工程をさらに含むことを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［６］ 前記嫌気性消化処理工程からのバイオガス中の臭気成分を生物脱硫処理して得られる無機酸、及び／又は排水処理施設内で発生する臭気ガスを生物脱臭処理して得られる無機酸を前記前処理工程に供給することを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［７］ 排水処理装置であって、
生物処理槽からの余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下に調整し、５０℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
［８］ 前記前処理槽は、ラインミキサーであることを特徴とする徐器［７］に記載の嫌気性消化処理装置。
［９］ 前記前処理槽の前段に、生物処理槽からの余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮槽をさらに備えることを特徴とする上記［７］又は［８］に記載の嫌気性消化処理装置。
［１０］さらに、排水を分離水と分離汚泥とに固液分離する固液分離手段が生物処理槽の前段に設けられており、
当該固液分離手段からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽と、
当該分離汚泥濃縮槽からの濃縮汚泥と、前記前処理槽からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽と、が当該固液分離手段と前記嫌気性消化処理槽との間に設けられている
ことを特徴とする上記［７］～［９］のいずれか１に記載の排水処理装置。
［１１］ 前記嫌気性消化槽からのバイオガスを導入し、当該バイオガス中の臭気成分から無機酸を生成する生物脱硫装置、及び／又は排水処理施設内で発生する臭気ガスから無機酸を生成する生物脱臭装置と、
当該生物脱硫装置及び／又は生物脱臭装置からの無機酸を前記前処理槽に供給する無機酸供給ラインと、
を備えることを特徴とする上記［７］～［１０］のいずれか１に記載の嫌気性消化処理装置。
【発明の効果】
【0018】
本発明の排水処理方法によれば、従来の汚泥可溶化技術と異なり、細胞外高分子物質を細分化させるが細胞壁を破壊しないため、従来の可溶化方法よりもエネルギー使用量及び稼働コストを低減し、嫌気性消化処理に要する時間（滞留時間）が短縮されるなど操作性に優れ、処理水の色度及び汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる。前処理時に、微生物の細胞外高分子物質が細分化されると、細胞外高分子物質に抱えられていた結合水が遊離水となり、汚泥処理工程における脱水性を向上させることができる。特に高濃度汚泥をメタン発酵する嫌気性発酵処理において効果的である。
【0019】
本発明の処理装置は、余剰汚泥を易分解化汚泥に変換するために要する時間（滞留時間）が短いため、ラインミキサーなど管状構造の前処理槽とすることができ、従来の可溶化槽などの大容積の槽を用いる必要がない。また、ヒーターやオゾン発生器などの特別な機器を必要とせずに、簡易な構成でメタン生成速度及びメタン転換率の高い処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の排水処理方法の概略説明図である。
【図2】本発明の排水処理方法の一実施形態の概略説明図である。
【図3】本発明の排水処理方法の別の実施形態の概略説明図である。
【図4】本発明の排水処理方法のまた別の実施形態の概略説明図である。
【図5】汚泥のｐＨとゼータ電位との関係の一例を示すグラフである。
【図6】本発明の排水処理装置の概略説明図である。
【図7】生物処理槽内に浸漬型膜分離装置を設けた本発明の排水処理装置の概略説明図である。
【図8】本発明の排水処理装置の一実施形態の概略説明図である。
【図9】本発明の排水処理装置の別の実施形態の概略説明図である。
【図10】本発明の排水処理装置のまた別の実施形態の概略説明図である。
【図11】ｐＨと溶解性鉄（Ｓ－Ｆｅ）濃度との関係を示すグラフである。
【図12】ｐＨと溶解性マンガン（Ｓ－Ｍｎ）濃度との関係を示すグラフである。
【図13】ｐＨと溶解性マグネシウム（Ｓ－Ｍｇ）濃度及び溶解性カルシウム（Ｓ－Ｃａ）との関係を示すグラフである。
【図14】ｐＨとＣＯＤCｒとの関係を示すグラフである。
【図15】ｐＨとＣＳＴとの関係を示すグラフである。
【図16】ｐＨと色度との関係を示すグラフである。
【図17】ｐＨと可溶化度との関係を示すグラフである。
【図18】ｐＨとメタンガス累積発生量との関係を示すグラフである。
【図19】ｐＨとメタンガス転換率との関係を示すグラフである。
【図20】温度とメタンガス発生量との関係を示すグラフである。
【好ましい実施形態】
【0021】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。添付図面に示す実施形態は本発明の代表例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0022】
図１に、本発明の排水処理方法の基本の処理フローの概略を示す。本発明の排水処理方法は、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整し、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含むことを特徴とする。図１に示す実施形態においては、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理工程１２からの生物処理水を汚泥と処理水とに分離する第２の固液分離工程１３とを含み、第２の固液分離工程１３からの汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に戻され、汚泥の残部は余剰汚泥として前処理工程１５に供給される。第１の固液分離工程１１は必須ではなく省略することができる。
【0023】
図２に、本発明の排水処理方法の一実施形態の処理フローの概略を示す。図２に示す排水処理方法は、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整し、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、第１の固液分離工程１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程１７と、分離汚泥濃縮工程１７からの濃縮汚泥と前処理工程１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程１８をさらに含み、濃縮汚泥及び易分解化汚泥の混合汚泥を嫌気性消化処理工程１５に供給して処理することを特徴とする。生物処理工程１２からの生物処理水は第２の固液分離工程１３にて汚泥と処理水とに分離され、汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に返送され、残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。前処理工程１４の前段に、余剰汚泥濃縮工程１９を含む場合には、前処理工程の効率化（酸使用量の削減、前処理槽の小型化）を図ることができる。
【0024】
図３に、本発明の排水処理方法の別の実施形態の処理フローの概略を示す。図３に示す排水処理方法は、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整し、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、嫌気性消化処理工程１５からのバイオガスに含まれる硫化水素などの臭気成分を微生物により処理して硫酸などの酸を発生させる無機酸生成工程２０をさらに含み、無機酸生成工程２０からの無機酸を前処理工程１４に添加することを特徴とする。図示した実施形態においては、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理工程１２からの生物処理水を汚泥と処理水とに分離する第２の固液分離工程１３と、を含み、第２の固液分離工程１３からの汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に返送され、残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。前処理工程１４の前段に、余剰汚泥濃縮工程１９を含む場合には、前処理工程の効率化（酸使用量の削減、前処理槽の小型化）
を図ることができる。第１の固液分離工程１１は必須ではなく省略することができる。
を図ることができる。第１の固液分離工程１１は必須ではなく省略することができる。
【0025】
図４に、本発明の排水処理方法のまた別の実施形態の処理フローの概略を示す。図４に示す排水処理方法は、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは３以下に調整し、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、第１の固液分離工程１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程１７と、分離汚泥濃縮工程１７からの濃縮汚泥と前処理工程１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程１８をさらに含み、濃縮汚泥及び易分解化汚泥の混合汚泥を嫌気性消化処理工程１５に供給して処理すること、及び嫌気性消化処理工程１５からのバイオガスに含まれる硫化水素などの臭気成分を微生物により処理して硫酸などの酸を発生させる酸生成工程２０をさらに含み、酸生成工程２０からの酸を前処理工程１４に添加することを特徴とする。生物処理工程１２からの生物処理水は、第２の固液分離工程１３にて汚泥と処理水とに分離され、汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に返送され、残部の余剰汚泥は前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。前処理工程１４の前段に、余剰汚泥濃縮工程１９を含む場合には、前処理工程の効率化（酸使用量の削減、前処理槽の小型化）を図ることができる。
【0026】
まず、図１～４に示す本発明の排水処理方法における前処理工程１４について説明する。前処理工程において、無機酸を添加してｐＨ５以下、好ましくは４以下、より好ましくはｐＨ３以下ｐＨ２以上の酸性雰囲気にて、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下の室温にて余剰汚泥を処理することにより、活性汚泥を構成している微生物の細胞外高分子物質を細分化して、分解しやすい汚泥（易分解化汚泥）にすることができる。細胞外高分子物質により保持されていたリン酸性リン（ＰＯ４－Ｐ）、アンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎなどのスケール成分がイオンとして溶出し、活性汚泥粒子が細分化される。また、細胞外高分子物質が抱えていた結合水が遊離水に変化して放出されることで、脱水工程における嫌気性消化汚泥の脱水性も向上し、汚泥減容化に資する。
【0027】
前処理工程において、無機酸を添加して余剰汚泥のｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整する。ｐＨが低すぎると、嫌気性消化処理に最適なｐＨ（中性）に調整するためにアルカリ剤を多量に添加する必要が生じ、コストが高くなるため、ｐＨは２以上にすることが好ましい。無機酸添加による易分解化反応は即効性が高いため、前処理工程の滞留時間は０．０１時間以上２４時間以内、好ましくは１２時間以内、特に好ましくは３時間以内と非常に短時間でよい。また、通常、高濃度汚泥を嫌気性消化処理に供すると、嫌気性消化に伴い生成するアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）によりアルカリ度が増加し、脱水性が悪化するため、嫌気性消化処理の前にｐＨを低下させることは高濃度汚泥を処理する上でも効果的である。また、従来のアルカリ処理や高温処理の課題であった色度悪化の原因となる細胞を構成している有機物が放出されることが防止され、さらにフミン質は酸性域で凝集しやすく、脱水工程で除去できるため、色度悪化を効果的に防止できる。さらに、従来のアルカリ処理による可溶化汚泥と比べて、本発明の無機酸添加による前処理で生成される易分解化汚泥は、臭気が少なく、粘性が低く、流動性が高いため、取り扱いが容易で、移送動力や撹拌動力を削減できる。
【0028】
前処理工程において添加する無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸などを用いることができる。なかでも塩酸は、嫌気性消化処理時に還元反応による有機物の消
費が少なく、メタンガス発生量を増加させることができるため、好ましい。他の酸は、塩酸よりはメタンガス発生量の増加が少ないが、汚泥減容効果は同等である。また、嫌気性消化処理工程にて発生するバイオガスに含まれる硫化水素などの臭気成分を生物脱硫して得られる硫酸を用いることや、排水処理施設内で発生する臭気成分を生物脱臭して得られる硫酸、硝酸や亜硝酸を用いることもできる。なお、酸はアルカリ剤より廉価であり、薬剤コストを抑制できるという利点もある。
費が少なく、メタンガス発生量を増加させることができるため、好ましい。他の酸は、塩酸よりはメタンガス発生量の増加が少ないが、汚泥減容効果は同等である。また、嫌気性消化処理工程にて発生するバイオガスに含まれる硫化水素などの臭気成分を生物脱硫して得られる硫酸を用いることや、排水処理施設内で発生する臭気成分を生物脱臭して得られる硫酸、硝酸や亜硝酸を用いることもできる。なお、酸はアルカリ剤より廉価であり、薬剤コストを抑制できるという利点もある。
【0029】
前処理工程における無機酸の添加量は、余剰汚泥に含まれる二価以上の溶解性金属（Ｓ－Ｃａ、Ｓ－Ｍｇ、Ｓ－Ｆｅ、Ｓ－Ｍｎなど）が余剰汚泥に含まれる金属の全量に対して３０ｗｔ％以上、好ましくは４０ｗｔ％以上となる添加量とすることが望ましい。嫌気性消化反応が進行するとアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）が生成しｐＨ６～８．５に上昇するが、前処理工程においてｐＨを５以下に調整することで、嫌気性消化処理工程におけるｐＨの上昇を抑制することができる。嫌気性消化処理工程における汚泥のｐＨに応じて、前処理工程における無機酸の添加量を制御することもできる。例えば、嫌気性消化工程における汚泥のｐＨが７．５以上の場合には前処理工程における汚泥のｐＨが２～３となる添加量で無機酸を添加し、嫌気性消化工程における汚泥のｐＨが７．０～７．５の場合には前処理工程における汚泥のｐＨが３～４となる添加量で無機酸を添加する。嫌気性消化工程における汚泥のｐＨが７．０以下の場合には前処理工程に汚泥のｐＨが４～５となる添加量で無機酸を添加する。前処理工程において無機酸を添加して汚泥のｐＨを低下させることで、嫌気性消化工程における汚泥のｐＨ上昇が抑制されるため、溶解性金属に由来するスケール成分の溶出を抑制でき、嫌気性消化工程におけるスケール発生を防止することができる。あるいは、嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度、有機酸濃度、メタンガス発生量などを指標にして前処理工程における無機酸の添加量を制御してもよい。さらに、嫌気性消化処理工程における汚泥のゼータ電位を測定して、無機酸の添加量を制御してもよい。汚泥の表面電荷はアルカリ性乃至中性付近でマイナスであるが、ｐＨを下げるとゼロ（等電点）に近づく。等電点に近づくように無機酸の添加量を制御することが好ましい。ゼータ電位は汚泥の性状によって変動するため、たとえば図５（ａ）に示すゼータ電位とｐＨとの関係を有する汚泥の場合には、ゼータ電位が－４．５ｍＶ～１ｍＶの範囲となるように無機酸を添加することができ、図５（ｂ）に示すゼータ電位とｐＨとの関係を有する汚泥の場合には、ゼータ電位が－７ｍＶ～１ｍＶの範囲となるように無機酸を添加することができる。前処理工程における無機酸の添加量は、処理対象となる余剰汚泥をあらかじめ採取して分析し、必要な酸添加量を求めて、適切な添加量とすることが好ましい。
【0030】
前処理工程は、－５０ｍＶ以上１５０ｍＶ以下のＯＲＰ（標準電極電位）で行うことができ、積極的な嫌気化又は曝気は必要ではない。また、５０℃以下、好ましくは常温（１０℃～２５℃程度）でよいため、加温の必要はない。前処理工程からの易分解化汚泥は酸性であるため、嫌気性消化処理による嫌気性消化汚泥のアルカリ度が高くなり過ぎず、脱水処理時の凝集剤添加量も削減できる。本発明における前処理工程を含む排水処理方法は、従来の汚泥可溶化工程を含む嫌気性排水処理よりも、ｐＨ調整剤及び凝集剤の添加量、及び加温及びＯＲＰ制御のためのエネルギー必要量を低減できるため、稼働コストを抑制することができる。
【0031】
次に、図１～４における他の処理工程について説明する。
第１の固液分離工程１１は、処理対象の排水を汚泥と分離水とに固液分離する工程であり、処理対象の排水量が多量であるため、重力沈降分離が好ましい。
第１の固液分離工程１１は、処理対象の排水を汚泥と分離水とに固液分離する工程であり、処理対象の排水量が多量であるため、重力沈降分離が好ましい。
【0032】
生物処理工程１２は、活性汚泥処理による好気性生物処理が好ましい。
第２の固液分離工程１３は、活性汚泥を含む生物処理水を汚泥と処理水とに固液分離する工程であり、重力沈降分離や膜分離を好ましく用いることができる。
第２の固液分離工程１３は、活性汚泥を含む生物処理水を汚泥と処理水とに固液分離する工程であり、重力沈降分離や膜分離を好ましく用いることができる。
【0033】
余剰汚泥濃縮工程１９は、余剰汚泥を前処理に供する前に、余剰汚泥を濃縮する工程であり、機械濃縮が好ましい。濃縮余剰汚泥を前処理に供することにより、単位容積当たりの細胞外高分子由来の有機物（可溶性ＣＯＤＣｒ成分）が増え、嫌気性消化処理によるメタンガス発生効率を向上させることができる。
【0034】
嫌気性消化工程１５は、余剰汚泥を嫌気性消化処理してメタンガスを発生させる工程である。本発明においては、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することにより、メタンガスの発生量を増加させることができる。通常、嫌気性消化工程はｐＨ６～８．５で行われる。本発明においては、前処理工程において５０℃以下、好ましくは常温で、ｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整して得た易分解化汚泥を嫌気性消化工程に導入するため、遊離アンモニア濃度が下がり、嫌気性消化槽内でのアンモニア阻害を低減することができる。たとえば一般的な嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度が３０００ｍｇ／Ｌの場合、アンモニア性窒素濃度は５００～１０００ｍｇ／Ｌ程度であり、高濃縮汚泥を嫌気性消化処理する場合には嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度が６０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度は５０００ｍｇ／Ｌ程度に上昇することが多いが、本発明の易分解化汚泥を嫌気性消化工程に供給する場合には、嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度が上昇し過ぎず、通常はｐＨを低下させるために必要となるｐＨ調整剤を低減できる。嫌気性消化汚泥のアルカリ度が高すぎないため、脱水処理時の凝集剤の添加量を削減することができる。
【0035】
脱水工程１６は、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理して、脱水汚泥と分離液とに分離する工程である。本発明においては、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することにより、嫌気性消化工程からの汚泥が減少するため、脱水工程における脱水効率も上がり、最終的に排出される脱水汚泥も減少する。易分解化汚泥の嫌気性処理による嫌気性処理汚泥のアンモニア濃度が高すぎないため、凝集剤の添加量を削減でき、稼働コストを抑制することができる。
【0036】
分離汚泥濃縮工程１７は、第１の固液分離工程１１からの汚泥を濃縮する工程であり、重力濃縮を好ましく用いることができる。汚泥混合工程１８は、嫌気性消化処理の前に、濃縮汚泥及び易分解化汚泥を混合する工程であり、嫌気性消化処理する際の汚泥濃度を好適範囲に調整することができる。
【0037】
図１～４には図示していないが、脱水工程１６の前の嫌気性消化処理工程１５の直後に、脱炭酸用曝気処理工程を設け、嫌気性消化汚泥を曝気して脱炭酸処理し、嫌気性消化汚泥のｐＨを上昇させてＣａＣＯ３の生成を促進させて沈降分離し、後段でのスケール発生を抑制することも好ましい。また、マグネシウムを添加してＭＡＰを晶析させて回収する工程を設けてもよい。
【0038】
次に、図６～１０を参照しながら、本発明の排水処理装置を説明する。
図６～１０は、図１～４に示す排水処理方法を実施するに適した排水処理装置の構成を示す概略説明図である。図６～１０は、図１～４に示す各工程を実施するための装置構成を具体的に記載したものであり、各工程を実施するための構成には同じ符号を用いる。
図６～１０は、図１～４に示す排水処理方法を実施するに適した排水処理装置の構成を示す概略説明図である。図６～１０は、図１～４に示す各工程を実施するための装置構成を具体的に記載したものであり、各工程を実施するための構成には同じ符号を用いる。
【0039】
本発明の排水処理装置は、図６に示すように、生物処理槽１２からの余剰汚泥に、無機酸を添加してｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整し、５０℃以下、好ましくは１０℃以上２５℃以下で、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽１４と、前処理槽１４からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽１５と、嫌気性消化槽１５からの汚泥を脱水処理する脱水機１６と、を備えることを特徴とする。図示した実施形態では、排水を固液分離する第１の固
液分離手段１１と、第１の固液分離手段１１からの分離水を生物処理する生物処理槽１２と、生物処理槽１２からの生物処理水を汚泥と分離水とに分離する第２の固液分離手段１３と、第２の固液分離手段１３からの返送汚泥を生物処理槽１２に返送するライン１２ａが設けられ、余剰汚泥の発生量を抑制し、生物処理時の汚泥濃度を十分に高く維持するように構成されている。第１の固液分離手段１１は省略することもできる。第２の固液分離手段１３は、図示したように生物処理槽１２とは別に設けてもよいが、図７に示すように生物処理槽１２内に設けてもよい。
液分離手段１１と、第１の固液分離手段１１からの分離水を生物処理する生物処理槽１２と、生物処理槽１２からの生物処理水を汚泥と分離水とに分離する第２の固液分離手段１３と、第２の固液分離手段１３からの返送汚泥を生物処理槽１２に返送するライン１２ａが設けられ、余剰汚泥の発生量を抑制し、生物処理時の汚泥濃度を十分に高く維持するように構成されている。第１の固液分離手段１１は省略することもできる。第２の固液分離手段１３は、図示したように生物処理槽１２とは別に設けてもよいが、図７に示すように生物処理槽１２内に設けてもよい。
【0040】
本発明の排水処理装置は、図８に示すように、第１の固液分離手段１１と、嫌気性消化処理槽１５との間に、第１の固液分離手段１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽１７と、分離汚泥濃縮槽１７からの濃縮汚泥と、前処理槽１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽１８と、をさらに含むこともできる。あるいは、余剰汚泥を前処理槽１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮装置１９を含むこともできる。
【0041】
本発明の排水処理装置は、図９に示すように、嫌気性消化槽１５からのバイオガスに含まれる硫化水素などの臭気成分を、充填材に担持された微生物と接触させて脱臭して、硫酸などの無機酸を生成させる生物脱硫装置２０、及び／又は排水処理施設で発生する臭気ガスから無機酸を生成させる生物脱臭装置（図示せず）をさらに含み、前処理槽１４に、生物脱硫装置２０及び／又は生物脱臭装置からの無機酸を添加する構成としてもよい。生物脱硫装置又は生物脱臭装置としては、排水処理施設内で発生する臭気成分の脱臭に用いられる一般的な生物脱硫装置又は生物脱臭装置を制限なく用いることができる。排水処理施設内で発生する臭気成分を再利用することで、無機酸の必要量を削減することができる。
【0042】
図６～１０に示す実施形態では、第１の固液分離手段１１として最初沈殿池、第２の固液分離手段１３として最終沈殿池を用いているが、これらに限らず、排水処理において通常用いられる固液分離手段、たとえば重力ろ過装置、圧縮ろ過装置、真空ろ過装置、常圧浮上濃縮装置、遠心濃縮装置、ベルト式ろ過濃縮装置、浸漬型膜分離装置、槽外型膜分離装置などを用いることができる。また、固液分離手段１１及び１３に、汚泥を沈殿させやすくするために凝集剤を添加する凝集剤添加手段を設けることもできる。あるいは、固液分離手段１１及び１３の前段に、汚泥に凝集剤を添加して凝集させる凝集槽を備えることもできる。
【0043】
生物処理槽１２としては、活性汚泥槽、散水ろ床、オキシデーションディッチ槽などを好ましく用いることができる。生物処理槽１２内部に浸漬型膜分離装置を浸漬させてもよい。嫌気性消化槽１５としては、ＵＡＳＢ型嫌気槽、嫌気性膜分離槽、担体投入型消化槽などを好ましく用いることができる。脱水機１６としては、通常の汚泥処理に用いられる脱水機、たとえば重力ろ過脱水装置、圧縮ろ過脱水装置、真空ろ過脱水装置、スクリュープレス型脱水装置、遠心脱水装置、フィルタープレス脱水装置、ベルトプレス脱水装置などを好ましく用いることができる。
【0044】
前処理槽１４は、生物処理槽１２からの余剰汚泥をｐＨ５以下、好ましくはｐＨ２以上３以下、５０℃以下、好ましくは常温（１０℃～２５℃）で処理して、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化させるために必要な滞留時間を確保できる容積を有するものであればよく、槽形状に限定されず、ラインミキサーなどの管形状でもよい。前処理工程は、微生物の細胞該高分子物質を細分化させるが細胞壁を完全に溶解させる処理ではないため、短時間での処理が好ましく、滞留時間は０．０１時間以上２４時間以下、好ましくは１２時間以下、より好ましくは３時間以下、さらに好ましくは０．０１時間以上２時間以下とすることが望ましく、前処理槽の容積は小さくてよい。前処理槽１４は、酸添加手段１４ａに加えて、ｐＨ調整剤添加手段（図示せず）を備えていてもよい。また、汚泥
と酸を均一に接触させるために、撹拌手段（図示せず）を備えていることが好ましい。加温の必要がなく、滞留時間も短いため、配管に設けることができるラインミキサーが特に好ましい。さらに、図示してはいないが、前処理槽１４は、無機酸の添加量を適切に制御するため、ｐＨ計やゼータ電位計などの汚泥の分析手段、無機酸の添加量を調整する酸添加量調整手段、ｐＨ調整剤添加量調整手段を備えることが好ましい。無機酸による易分解化反応は即効性が高いため、無機酸の添加位置は、汚泥濃度の高い前処理槽１４の入口付近とすることが効率的である。前処理槽１４の前段に余剰汚泥濃縮槽１９を設ける場合には、余剰汚泥濃縮槽１９の前段でも無機酸を添加してもよい。
と酸を均一に接触させるために、撹拌手段（図示せず）を備えていることが好ましい。加温の必要がなく、滞留時間も短いため、配管に設けることができるラインミキサーが特に好ましい。さらに、図示してはいないが、前処理槽１４は、無機酸の添加量を適切に制御するため、ｐＨ計やゼータ電位計などの汚泥の分析手段、無機酸の添加量を調整する酸添加量調整手段、ｐＨ調整剤添加量調整手段を備えることが好ましい。無機酸による易分解化反応は即効性が高いため、無機酸の添加位置は、汚泥濃度の高い前処理槽１４の入口付近とすることが効率的である。前処理槽１４の前段に余剰汚泥濃縮槽１９を設ける場合には、余剰汚泥濃縮槽１９の前段でも無機酸を添加してもよい。
【実施例0045】
表１に示す性状の余剰汚泥に、温度２５℃で、塩酸を添加してｐＨ２または４に調整し、易分解化処理した後に、表１に示す消化汚泥が入っている容器に添加し、３５℃、０．３ｇ―ＶＳ／ｇ－ＶＳＳ程度の負荷で嫌気性消化処理した。余剰汚泥と消化汚泥の性状を表１に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
表１に示す性状の余剰汚泥（ｐＨ６）に、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを２、４、６、９及び１２に調整し、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした後、各溶解性金属濃度、ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒ、脱水性、色度を測定した。
【0048】
［溶解性金属濃度］
ＩＣＰ発光分析装置を用いて 各溶解性金属（Ｓ－Ｍｎ、Ｓ－Ｆｅ、Ｓ－Ｍｇ、Ｓ－Ｃ
ａ）を分析した。ｐＨとＳ－Ｆｅの関係を図１１に、ｐＨとＳ－Ｍｎの関係を図１２に、ｐＨとＳ－Ｍｇ及びＳ－Ｃａの関係を図１３に示す。ｐＨが９又は１２では各溶解性金属濃度は低いが、ｐＨが４及び２の場合には各溶解性金属濃度が高くなることがわかる。
ＩＣＰ発光分析装置を用いて 各溶解性金属（Ｓ－Ｍｎ、Ｓ－Ｆｅ、Ｓ－Ｍｇ、Ｓ－Ｃ
ａ）を分析した。ｐＨとＳ－Ｆｅの関係を図１１に、ｐＨとＳ－Ｍｎの関係を図１２に、ｐＨとＳ－Ｍｇ及びＳ－Ｃａの関係を図１３に示す。ｐＨが９又は１２では各溶解性金属濃度は低いが、ｐＨが４及び２の場合には各溶解性金属濃度が高くなることがわかる。
【0049】
［ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒ］
細胞外高分子由来のＣＯＤＣｒ（ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒ）を下記の手順で測定した。
測定用液５０ｍＬを２回遠心分離（３０００ｒｐｍ×１０分）にかけ、上澄みを捨てて、沈殿物に純水を４０ｍＬ程度加えて混合し、オートクレーブ処理（１０５℃×３０分）を行い、５０ｍＬにメスアップした。その後、遠心分離（１５０００ｒｐｍ×１０分）にかけて、上澄み液を採取し、孔径１μｍのろ過ゴマでろ過し、ろ液のＣＯＤＣｒを測定した。
細胞外高分子由来のＣＯＤＣｒ（ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒ）を下記の手順で測定した。
測定用液５０ｍＬを２回遠心分離（３０００ｒｐｍ×１０分）にかけ、上澄みを捨てて、沈殿物に純水を４０ｍＬ程度加えて混合し、オートクレーブ処理（１０５℃×３０分）を行い、５０ｍＬにメスアップした。その後、遠心分離（１５０００ｒｐｍ×１０分）にかけて、上澄み液を採取し、孔径１μｍのろ過ゴマでろ過し、ろ液のＣＯＤＣｒを測定した。
【0050】
［ＣＯＤＣｒ］
各ｐＨにおけるＥＰＳ－ＣＯＤＣｒの測定結果を図１４に示す。ｐＨ６の未処理汚泥のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒよりもｐＨ２及び４のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒが低いことから、ｐＨ２及び４では細胞外高分子の一部が破壊されて溶出して、遠心分離により上澄みとして除外されてしまい、ろ液に含まれないと考えられる。一方、ｐＨ６の未処理汚泥のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒよりもｐＨ９及び１２のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒは高く、ｐＨ９及び１２では細胞外高分子ばかりでなく細胞壁（細胞膜）まで破壊されて有機物が放出され、放出された有機物は粘着性が非常に高く、汚泥と強固に結合した状態で存在し、オートクレーブ処理で汚泥と溶解性有機物が分離され、ろ液中に溶解性有機物が含まれて、ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒが増加したと考えられる。
各ｐＨにおけるＥＰＳ－ＣＯＤＣｒの測定結果を図１４に示す。ｐＨ６の未処理汚泥のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒよりもｐＨ２及び４のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒが低いことから、ｐＨ２及び４では細胞外高分子の一部が破壊されて溶出して、遠心分離により上澄みとして除外されてしまい、ろ液に含まれないと考えられる。一方、ｐＨ６の未処理汚泥のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒよりもｐＨ９及び１２のＥＰＳ－ＣＯＤＣｒは高く、ｐＨ９及び１２では細胞外高分子ばかりでなく細胞壁（細胞膜）まで破壊されて有機物が放出され、放出された有機物は粘着性が非常に高く、汚泥と強固に結合した状態で存在し、オートクレーブ処理で汚泥と溶解性有機物が分離され、ろ液中に溶解性有機物が含まれて、ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒが増加したと考えられる。
【0051】
［脱水性］
下水試験方法 第１章 一般汚泥試験 ３．ＣＳＴ試験に準拠して、ＣＳＴ（毛管吸引時間）を測定し、汚泥ろ過特性を評価した。結果を図１５に示す。ＣＳＴ時間が短いほど脱水性が良好であると評価できる。ｐＨ９及び１２ではＣＳＴが３０００秒以上であるが、ｐＨ２及び４で処理した場合にＣＳＴは４００秒以下であり、脱水性が非常に良好であることがわかる。
下水試験方法 第１章 一般汚泥試験 ３．ＣＳＴ試験に準拠して、ＣＳＴ（毛管吸引時間）を測定し、汚泥ろ過特性を評価した。結果を図１５に示す。ＣＳＴ時間が短いほど脱水性が良好であると評価できる。ｐＨ９及び１２ではＣＳＴが３０００秒以上であるが、ｐＨ２及び４で処理した場合にＣＳＴは４００秒以下であり、脱水性が非常に良好であることがわかる。
【0052】
［色度］
下水試験方法 第２章 水質試験 ４．色度に準拠して、色度を測定した。結果を図１６に示す。ｐＨ２及び４では色度は８０度及び１２０度であって、未処理のｐＨ６の色度１２０度より低いが、ｐＨ９では６００度、ｐＨ１２では１２５０度と高くなる。酸性域での処理により色度の上昇を抑制できることが確認された。
下水試験方法 第２章 水質試験 ４．色度に準拠して、色度を測定した。結果を図１６に示す。ｐＨ２及び４では色度は８０度及び１２０度であって、未処理のｐＨ６の色度１２０度より低いが、ｐＨ９では６００度、ｐＨ１２では１２５０度と高くなる。酸性域での処理により色度の上昇を抑制できることが確認された。
【0053】
表２に、色度、脱水性（ＣＳＴ）、ＥＰＳ－ＣＯＤＣｒの測定結果をまとめて示す。ｐＨ２及び４の酸性域で処理した場合は、色度及びＣＳＴが未処理汚泥より低くなり、色度及び脱水性が向上することがわかる。
【0054】
【表2】
【0055】
［可溶化度］
表３に示す余剰汚泥を用いて、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを２、４、６、９及び１２に調整し、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした後、余剰汚泥のＣＯＤＣｒ（処理前ＣＯＤＣｒ）、余剰汚泥の溶解性ＣＯＤＣｒ（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）、処理後の汚泥の溶解性ＣＯＤＣｒ（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）を測定し、可溶化度を算出した。溶解性ＣＯＤＣｒ（Ｓ－ＣＯＤＣｒ）は、孔径１μｍのろ紙を用いてろ過したろ液を用いて測定した。結果を図１７に示す。ｐＨ６の未処理汚泥の可溶化度が０．４８％と最も低く、ｐＨが低くなるほど又は高くなるほど可溶化度が高くなる。ｐＨ２では可溶化度は３．７６％、ｐＨ４では可溶度は１．１０％であった。ｐＨ１２のアルカリ処理では、細胞外高分子物質だけではなく、細胞壁（細胞膜）が破壊されて細胞内の有機物が放出されたことにより、可溶化度が１３％以上に高くなった。ｐＨが５以下の場合には、細胞外高分子物質が細分化されるが、細胞壁（細胞膜）が破壊されて有機物が放出されない程度の１０％未満の可溶化度が達成されることが確認できる。
表３に示す余剰汚泥を用いて、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを２、４、６、９及び１２に調整し、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした後、余剰汚泥のＣＯＤＣｒ（処理前ＣＯＤＣｒ）、余剰汚泥の溶解性ＣＯＤＣｒ（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）、処理後の汚泥の溶解性ＣＯＤＣｒ（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）を測定し、可溶化度を算出した。溶解性ＣＯＤＣｒ（Ｓ－ＣＯＤＣｒ）は、孔径１μｍのろ紙を用いてろ過したろ液を用いて測定した。結果を図１７に示す。ｐＨ６の未処理汚泥の可溶化度が０．４８％と最も低く、ｐＨが低くなるほど又は高くなるほど可溶化度が高くなる。ｐＨ２では可溶化度は３．７６％、ｐＨ４では可溶度は１．１０％であった。ｐＨ１２のアルカリ処理では、細胞外高分子物質だけではなく、細胞壁（細胞膜）が破壊されて細胞内の有機物が放出されたことにより、可溶化度が１３％以上に高くなった。ｐＨが５以下の場合には、細胞外高分子物質が細分化されるが、細胞壁（細胞膜）が破壊されて有機物が放出されない程度の１０％未満の可溶化度が達成されることが確認できる。
【数1】
【0056】
【表3】
【0057】
［メタン転換率］
嫌気性消化処理した嫌気性消化汚泥４００ｍＬに、ｐＨ２及び４で処理した易分解化汚泥、ｐＨ６の未処理汚泥、ｐＨ９及び１２でアルカリ処理した汚泥を１００ｍＬずつ分注し、３５℃の恒温槽で撹拌しながら約１か月間運転し、ＣＯＤＣｒとガス発生量を測定し、下記式によりＣＯＤＣｒメタン転換率を求めた。式中、メタンガス転換係数は定数（０．３５）である。メタンガス累積発生量の測定結果を図１８に示し、メタン転換率の計算結果を図１９に示す。メタンガス累積発生量については、ｐＨ２とｐＨ１２の処理でほぼ同様の傾向を示し、ｐＨ４とｐＨ９の処理でほぼ同様の傾向を示し、いずれも未処理の場合よりもメタンガス累積発生量が増加している。ｐＨ２で易分解化処理した汚泥では、１５０時間経過時に３５％のメタン転換率が達成され、４００時間経過時には４５％のメタン転換率が達成された。ｐＨ１２でアルカリ処理した汚泥では３５％のメタン転換率を達成するまでに２００時間を要し、４００時間経過時に４０％のメタン転換率であった。ｐＨ２で酸処理すると、短時間でメタン転換率の上昇が認められ、即効性があることが確認できる。ｐＨ４での易分解化処理とｐＨ９でのアルカリ処理では顕著な差はなく、３５％のメタン転換率を達成するために３００時間を要し、４００時間経過時に３８％のメタン転換率であった。ｐＨ６の未処理汚泥と比べると、酸性域での易分解化処理でもアルカリ性域でのアルカリ処理でもメタン転換率は優位に改善されている。しかし、色度測定結果から明らかなように、アルカリ処理では色度が非常に悪化する。よって、酸処理はアルカリ処理よりも短時間でメタン転換率を向上させることができるといえる。
嫌気性消化処理した嫌気性消化汚泥４００ｍＬに、ｐＨ２及び４で処理した易分解化汚泥、ｐＨ６の未処理汚泥、ｐＨ９及び１２でアルカリ処理した汚泥を１００ｍＬずつ分注し、３５℃の恒温槽で撹拌しながら約１か月間運転し、ＣＯＤＣｒとガス発生量を測定し、下記式によりＣＯＤＣｒメタン転換率を求めた。式中、メタンガス転換係数は定数（０．３５）である。メタンガス累積発生量の測定結果を図１８に示し、メタン転換率の計算結果を図１９に示す。メタンガス累積発生量については、ｐＨ２とｐＨ１２の処理でほぼ同様の傾向を示し、ｐＨ４とｐＨ９の処理でほぼ同様の傾向を示し、いずれも未処理の場合よりもメタンガス累積発生量が増加している。ｐＨ２で易分解化処理した汚泥では、１５０時間経過時に３５％のメタン転換率が達成され、４００時間経過時には４５％のメタン転換率が達成された。ｐＨ１２でアルカリ処理した汚泥では３５％のメタン転換率を達成するまでに２００時間を要し、４００時間経過時に４０％のメタン転換率であった。ｐＨ２で酸処理すると、短時間でメタン転換率の上昇が認められ、即効性があることが確認できる。ｐＨ４での易分解化処理とｐＨ９でのアルカリ処理では顕著な差はなく、３５％のメタン転換率を達成するために３００時間を要し、４００時間経過時に３８％のメタン転換率であった。ｐＨ６の未処理汚泥と比べると、酸性域での易分解化処理でもアルカリ性域でのアルカリ処理でもメタン転換率は優位に改善されている。しかし、色度測定結果から明らかなように、アルカリ処理では色度が非常に悪化する。よって、酸処理はアルカリ処理よりも短時間でメタン転換率を向上させることができるといえる。
【数2】
【0058】
［メタンガス発生量］
嫌気性消化処理した嫌気性消化汚泥３００ｍＬに、ｐＨ６．５で温度２５℃、５０℃及び７５℃で処理した汚泥を６０ｍＬずつ分注し、３５℃の恒温槽で撹拌しながら約１か月間運転し、ガス発生量を測定した。結果を図２０に示す。温度が異なってもメタンガス発生量に有意な違いは認められない。よって、５０℃以下の場合には、同等のメタンガス発生量でありながら、加温エネルギーが低く、稼働コストを低減できるといえる。
嫌気性消化処理した嫌気性消化汚泥３００ｍＬに、ｐＨ６．５で温度２５℃、５０℃及び７５℃で処理した汚泥を６０ｍＬずつ分注し、３５℃の恒温槽で撹拌しながら約１か月間運転し、ガス発生量を測定した。結果を図２０に示す。温度が異なってもメタンガス発生量に有意な違いは認められない。よって、５０℃以下の場合には、同等のメタンガス発生量でありながら、加温エネルギーが低く、稼働コストを低減できるといえる。
【0059】
［色度、脱水性、粘度及び臭気］
表４に示す性状の余剰汚泥（ｐＨ６）に、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを２又は１２に調整し、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした後、色度、ＣＳＴ、粘度及び臭気を評価した結果を表５に示す。色度及びＣＳＴは上述した方法で測定し、粘度はＢ形粘度計（RB80L：東機産業）で測定し、臭気は官能試験とした。
表４に示す性状の余剰汚泥（ｐＨ６）に、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを２又は１２に調整し、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした後、色度、ＣＳＴ、粘度及び臭気を評価した結果を表５に示す。色度及びＣＳＴは上述した方法で測定し、粘度はＢ形粘度計（RB80L：東機産業）で測定し、臭気は官能試験とした。
【0060】
【表4】
【0061】
【表5】
【0062】
表５より、２５℃、ｐＨ２では色度、ＣＳＴ及び粘度が最も低く、脱水性及び取り扱い性に優れ、色度問題を解消し、悪臭の発生もなかったことが確認できる。一方、ｐＨ又は温度のいずれか一方が本発明の範囲を逸脱すると、色度、ＣＳＴ、及び粘度が高くなり、悪臭の発生も認められる。
【0063】
表６に示すように、本発明の前処理を用いる排水処理方法においては、従来の可溶化処理を用いる排水処理よりもエネルギー使用量が少なく、稼働コストを低減でき、操作性が良好で、処理水の色度もクリアで、汚泥の脱水性も良好である。
【0064】
【表6】
【0065】
以上、本発明の排水処理方法によれば、従来の可溶化方法を用いる排水処理方法よりも少ないエネルギー使用量及び稼働コストにも関わらず、脱水性に優れ、色度及び粘度が低い嫌気性消化汚泥が得られ、従来のアルカリ処理と同等以上のメタン転換率を短時間で達成することができる。
【符号の説明】
【0066】
１１：第１の固液分離工程（最初沈殿池）
１２：生物処理工程（生物処理槽）
１３：第２の固液分離工程（最終沈殿池、浸漬型膜分離装置）
１４：前処理工程（前処理槽、ラインミキサー）
１５：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化処理槽）
１６：脱水工程（脱水機）
１７：分離汚泥濃縮工程（重力濃縮装置）
１８：汚泥混合工程（汚泥混合貯槽）
１９：余剰汚泥濃縮工程（機械濃縮装置）
２０：酸生成工程（生物脱硫装置）
１２：生物処理工程（生物処理槽）
１３：第２の固液分離工程（最終沈殿池、浸漬型膜分離装置）
１４：前処理工程（前処理槽、ラインミキサー）
１５：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化処理槽）
１６：脱水工程（脱水機）
１７：分離汚泥濃縮工程（重力濃縮装置）
１８：汚泥混合工程（汚泥混合貯槽）
１９：余剰汚泥濃縮工程（機械濃縮装置）
２０：酸生成工程（生物脱硫装置）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
