特許 7254580 有機性汚泥の処理方法及び処理装置

(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】

(24)【登録日】2023-03-31

(45)【発行日】2023-04-10

(54)【発明の名称】有機性汚泥の処理方法及び処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/121 20190101AFI20230403BHJP

   C02F 11/13 20190101ALI20230403BHJP

   C02F 11/147 20190101ALI20230403BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20230403BHJP

【ＦＩ】

C02F11/121 ZAB

C02F11/13

C02F11/147

C02F11/04 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019061775

(22)【出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2020157261

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】591249541

【氏名又は名称】日立セメント株式会社

(73)【特許権者】

【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】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】永井 淳

(72)【発明者】

【氏名】小泉 達也

(72)【発明者】

【氏名】石橋 靖夫

(72)【発明者】

【氏名】堀邉 忍

(72)【発明者】

【氏名】植田 真司

(72)【発明者】

【氏名】大塚 江理

(72)【発明者】

【氏名】岩根 良和

(72)【発明者】

【氏名】萩野 隆生

(72)【発明者】

【氏名】片岡 直明

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１１１３２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１０７２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１４００４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０４３２３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－２０９１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８７４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００４３５０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１１／００－１１／２０

Ｂ０９Ｂ１／００－５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性汚泥を嫌気性処理した後の２０ｇ／Ｌ以上のＴＳ濃度、２００～２０００ｍＰａ・ｓの汚泥粘度、３～２０ｗｔ％のＳＳに対する粗浮遊物含有率を有する難脱水性消化汚泥に対し、酸素含有気体を通気して曝気処理を行うことにより前記難脱水性消化汚泥の汚泥粘度を低減させた後、凝集処理し、前記曝気処理後の前記難脱水性消化汚泥の汚泥粘度に基づいて供給蒸気圧力０．１５～０．２５ＭＰａで蒸気吹込み量を調整しながら加温脱水処理することを含む有機性汚泥の処理方法。

【請求項2】

前記曝気処理は、酸素含有気体を０．０５～０．３ｍ³／（ｍ³・分）の曝気強度において、曝気処理後の消化汚泥の粘度が、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計による３０℃での測定で１５０ｍＰａ・ｓ以下に低下するまで行うことを特徴とする請求項１に記載の有機性汚泥の処理方法。

【請求項3】

前記曝気処理後の消化汚泥に高分子凝集剤を１．５～７質量％添加して凝集処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性汚泥の処理方法。

【請求項4】

前記加温脱水処理は、高分子凝集剤を用いたプレス式脱水機による脱水処理を含み、前記曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて前記脱水機への蒸気吹き込み量を調整し、含水率が７８％以下の脱水ケーキを得ることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の有機性汚泥の処理方法。

【請求項5】

前記脱水ケーキに対して蒸気を吹き込んで加熱乾燥する汚泥乾燥機を用いた汚泥乾燥処理を含み、前記曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて前記脱水機及び前記汚泥乾燥機への蒸気吹き込み量を調整することにより、堆肥化処理に適した含水率３０～５５％の乾燥ケーキを得ることを特徴とする請求項４に記載の有機性汚泥の処理方法。

【請求項6】

前記加温脱水処理に用いる蒸気が、焼却処理施設、下水汚泥処理施設、またはバイオマスメタン発酵施設の少なくとも１以上のボイラ設備から得られる蒸気であるか、もしくは発電設備から得られる熱を変換した蒸気であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の有機性汚泥の処理方法。

【請求項7】

有機性汚泥を嫌気性処理して２０ｇ／Ｌ以上のＴＳ濃度、２００～２０００ｍＰａ・ｓの汚泥粘度、３～２０ｗｔ％のＳＳに対する粗浮遊物含有率を有する難脱水性消化汚泥を形成する嫌気性処理槽と、
前記難脱水性消化汚泥を酸素含有気体で曝気する曝気槽と、
曝気処理後の消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集汚泥を形成する凝集槽と、
前記曝気槽に供給する酸素含有気体の曝気速度を調整する風量制御装置と、
前記凝集汚泥を蒸気吹込みで供給蒸気圧力０．１５～０．２５ＭＰａで加温脱水処理して脱水汚泥を得る脱水装置と、
前記脱水汚泥を蒸気吹込みで乾燥処理する乾燥装置と、
前記脱水装置および前記乾燥装置に供給する蒸気の吹込み速度を調整すると共に前記曝気処理後の消化汚泥の粘度に基づいて前記脱水装置への蒸気吹込み量を調整する制御装置と
を具備することを特徴とする有機性汚泥の処理装置。

【請求項8】

前記嫌気性処理により得られるガスを燃料として焼却処理する焼却処理施設、下水汚泥処理施設またはバイオマスメタン発酵施設の少なくとも１以上のボイラ設備から得られる蒸気または発電設備から得られる熱を変換した蒸気を供給する蒸気供給ラインを備えることを特徴とする請求項７に記載の有機性汚泥の処理装置。

【請求項9】

前記曝気処理を行うことにより前記難脱水性消化汚泥の汚泥粘度を７０～１２０ｍＰａ・ｓに低減させた汚泥を前記加温脱水処理することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の有機性汚泥の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機性汚泥の処理方法及び処理装置に関し、特に難脱水性消化汚泥の処理方法及び処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

食品加工残渣、生ごみ、汚泥などの廃棄物系バイオマスを対象としたメタン発酵技術において、設備のコンパクト化やメタンガスのエネルギー回収率向上を目的として、設備への投入原料濃度を高濃度化することで運転動力を削減し、エネルギー回収の効率化を図ることが知られている（高濃度消化法）。

【0003】

バイオマスを対象としたメタン発酵での汚泥濃度が高濃度化すると、発酵微生物の阻害反応に加えて、汚泥濃度の上昇に伴う移送、混合、撹拌時の設備容量や動力費増大、汚泥の難脱水化などの問題が発生してくる。特に、下水汚泥などの一般的な嫌気性消化汚泥のＴＳ濃度（全蒸発残留物：Total solids）は１５～２０ｇ／Ｌであるのに対して、バイオマスを対象としたメタン発酵汚泥のＴＳ濃度が２０ｇ／Ｌ以上となる高濃度消化法では、発酵設備での適切な混合・撹拌技術とともに、難脱水化した発酵汚泥を簡便で安定的に汚泥処理できる技術が必要となっている。そして、ＴＳ濃度が２０ｇ／Ｌ以上の汚泥の場合には、汚泥が高粘質化したり、固液分離性が著しく低下したりする傾向が強く、安定した汚泥処理技術が要求されている。

【0004】

メタン発酵汚泥処理では、凝集薬剤を注入して汚泥中の懸濁物質を化学的に凝集処理した後、機械脱水することが多い。その際、ＴＳ濃度が２０ｇ／Ｌ以上の高濃度汚泥では、希釈液などで汚泥を希釈処理してから汚泥脱水処理する方法が採られている。この高濃度消化汚泥の脱水処理に用いる高分子凝集剤としては、高価なアミジン系高分子凝集剤などが用いられ、適正な凝集フロックを形成させるためには薬注率５ｗｔ％以上（対ＴＳ濃度）の高い添加率で添加する必要があるため、薬品費も著しくコスト高となっていた。下水汚泥を対象とする一般的な嫌気性消化汚泥の脱水処理に用いられる高分子凝集剤が安価な非アミジン系高分子凝集剤で薬注率２ｗｔ％（対ＴＳ濃度）程度であることと比較すると、著しくコスト高であることが明らかである。

【0005】

例えば、特許文献１では、メタン発酵汚泥の脱水性を改善するために、メタン発酵処理した消化残物（消化汚泥、又は消化液と消化汚泥との混合スラリー）を酸素含有ガスで曝気したのち機械脱水する方法が提案されている。この汚泥処理方法では、難脱水性消化汚泥に対して、凝集剤の添加量を低減でき、安定的に短時間で高濃度消化汚泥の脱水処理が可能であるものの、汚泥脱水後に得られるケーキ含水率は最高でも７９～８１％程度であることから、更なる脱水改善の余地がある。

【0006】

特許文献２では、固形状の汚泥と食品廃棄物の双方をメタン発酵してバイオガスを高収率で得るエネルギー回収システムが提供されている。このエネルギー回収システムでは、得られたバイオガスを燃料として電力と高温高圧水蒸気を発生するコ・ジェネレーション機関、消化汚泥を脱水して脱水汚泥として排出する脱水機、脱水汚泥を高温高圧水蒸気で乾燥する乾燥装置が備えられ、コ・ジェネレーション機関で発生した高温高圧水蒸気を可溶化装置、乾燥装置、メタン発酵槽に供給することを特徴とした提案がされている。しかしながら、難脱水化した発酵汚泥に対する脱水条件に関しては、メタン発酵槽から排出された含水率９６％程度の消化汚泥は、脱水機に移送され、脱水され、固形状の含水率８０％程度の脱水汚泥および脱離液（水）として排出されることが記載されるのみであり（段落００３４）、その脱水汚泥の含水率８０％程度であることからも、改善の余地が大きい。

【0007】

特許文献３には、余剰汚泥を脱水工程および乾燥工程を経て堆肥化する廃棄物処理方法について、余剰汚泥と高水分の有機性廃棄物とをバイオガス化工程でメタン発酵させてバイオガスを取出し、バイオガス化工程から排出されるメタン発酵処理汚泥を脱水工程で脱水し、脱水工程で得られた脱水汚泥を乾燥工程で乾燥する際に、バイオガスを燃料として発生した蒸気を、乾燥工程に用いられる乾燥装置の吸収冷凍機へ熱源として供給することが提案されている。そして、脱水工程で脱水された汚泥は含水率７０～８７％となり、さらにこの脱水汚泥は乾燥工程において低温除湿乾燥装置で乾燥されて含水率３０～７０％の乾燥汚泥とする方法が述べられている。しかしながら、脱水工程での詳細な運転条件の記述は一切開示されておらず、また、バイオガスを燃料として発生した蒸気は乾燥工程に用いられる乾燥装置の吸収冷凍機へ熱源として供給され、脱水装置には供給されない処理方法がとられており、脱水工程での処理コストや性能改善の取組みは無い。

【0008】

特許文献４には、汚泥を間接加熱方式で加熱しながらスクリュープレス方式で脱水する際、脱水部に投入される前の汚泥に送気をすることで、汚泥を好気状態にする好気部を備える構成により、脱水部からの排気に対して脱臭処理をするための脱臭設備が不要となる。その解決策として、消化槽と凝集槽との間に、好気槽を設け、消化汚泥にブロワで空気を吹き込むことで、汚泥を好気状態とし、液中の硫化水素を酸化処理して低減させる方法が提案されている。しかしながら、この汚泥処理方法での好気槽は、汚泥の脱臭処理を目的とすることが記載されているのみである。

【0009】

非特許文献１では、し尿処理汚泥を対象とした脱水方法において、第１段目のベルトプレス型脱水機で脱水された脱水ケーキを、第２段目のスクリュープレス型脱水機で再脱水して、脱水ケーキの含水率を６５ｗｔ％以下にする２段脱水法が提案されている。特に、第２段目のスクリュープレス型脱水機では、脱水時にスチーム熱を有効に利用できるので脱水ケーキの含水率を他脱水機よりも低下できるとしているものの、２段もの脱水機の設備コストと運転管理を考慮すると、現実的には難しい面が多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】国際公開第２０１６／１１１３２４号

【文献】特開２００９－３４５６９号公報

【文献】特開２００５－１３１５５８号公報

【文献】特許第６２１６７６３号公報

【非特許文献】

【0011】

【文献】荏原インフィルコ時報、第８８号、「スクリュープレスによるし尿処理汚泥の脱水」、荏原インフィルコ株式会社『荏原インフィルコ時報』編集室、株式会社文祥堂印刷、１９８３年３月２８日発行、ｐ．４１～４９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記課題を鑑み、本発明は、より低コストで高脱水効率を達成可能な有機性汚泥の処理方法及び処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、高濃度消化汚泥中に残留するコロイダル性の粘着質成分が高濃縮されることによって高濃度消化汚泥が難脱水化してくるという経験をもとに、高濃度消化汚泥の粘度を低下させることによって、凝集剤の添加量を削減でき、加えて、脱水装置に蒸気を吹込んで加温脱水することで、脱水効率を向上できることを見いだした。

【0014】

以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は一側面において、有機性汚泥を嫌気性処理した後の難脱水性消化汚泥に対し、酸素含有気体を通気して曝気処理を行うことにより難脱水性消化汚泥の汚泥粘度を低減させた後、蒸気を吹込んで加温脱水処理することを含む有機性汚泥の処理方法である。

【0015】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は一実施態様において、曝気処理は、酸素含有気体を０．０５～０．３ｍ³／（ｍ³・分）の曝気強度において、曝気処理後の消化汚泥の粘度が、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計による３０℃での測定で１５０ｍＰａ・ｓ以下に低下するまで行う。

【0016】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は別の一実施態様において、曝気処理後の消化汚泥に高分子凝集剤を１．５～７質量％添加して凝集処理を行う。

【0017】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は更に別の一実施態様において、加温脱水処理は、高分子凝集剤を用いたプレス式脱水機による脱水処理を含み、曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて脱水機への蒸気吹き込み量を調整し、含水率が７８％以下の脱水ケーキを得る。

【0018】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は更に別の一実施態様において、脱水ケーキに対して蒸気を吹き込んで加熱乾燥する汚泥乾燥機を用いた汚泥乾燥処理を含み、曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて脱水機及び汚泥乾燥機への蒸気吹き込み量を調整することにより、堆肥化処理に適した含水率の乾燥ケーキを得る。

【0019】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は更に別の一実施態様において、加温脱水処理に用いる蒸気が、焼却処理施設、下水汚泥処理施設、またはバイオマスメタン発酵施設の少なくとも１以上のボイラ設備から得られる蒸気であるか、もしくは発電設備から得られる熱を変換した蒸気である。

【0020】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理装置は、一側面において、有機性汚泥を嫌気性処理して難脱水性消化汚泥を形成する嫌気性処理槽と、消化汚泥を酸素含有気体で曝気する曝気槽と、曝気処理後の消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集汚泥を形成する凝集槽と、曝気槽に供給する酸素含有気体の曝気速度を調整する風量制御装置と、凝集汚泥を蒸気吹込みで加温脱水処理して脱水汚泥を得る脱水装置と、脱水汚泥を蒸気吹込みで乾燥処理する乾燥装置と、脱水装置および乾燥装置に供給する蒸気の吹込み速度を調整する制御装置とを具備する有機性汚泥の処理装置である。

【0021】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理装置は一実施態様において、嫌気性処理により得られるガスを燃料として焼却処理する焼却施設、下水汚泥処理施設またはバイオマスメタン発酵施設の少なくとも１以上のボイラ設備から得られる蒸気または発電設備から得られる熱を変換した蒸気を供給する蒸気供給ラインを備える。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、より低コストで高脱水効率を達成可能な有機性汚泥の処理方法及び処理装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法の一例を示すフロー図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理装置の一例を表す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。なお、本実施形態において「％」は特に記載のない場合は「質量％」を意味するものとする。

【0025】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法は、図１に示すように、有機性汚泥（有機物質）を嫌気性処理した後の難脱水性消化汚泥に対し、酸素含有気体を通気して曝気処理を行うことにより難脱水性消化汚泥の汚泥粘度を低減させた後、脱水工程において蒸気を吹き込んで加温脱水処理することを含む。

【0026】

（Ａ）難脱水性消化汚泥
本実施形態にける処理対象物は、２０ｇ／Ｌ以上、好ましくは２０～６０ｇ／ＬのＴＳ濃度を有する難脱水性消化汚泥であることが好ましい。一実施態様ではＴＳ濃度２０～５０ｇ／ＬのＴＳ濃度を有し、別の一実施態様では２５～４０ｇ／ＬのＴＳ濃度を有する高濃度で高粘度の難脱水性消化汚泥を処理することが更に好ましい。消化汚泥の汚泥性状としては、典型的にはｐＨ６．５～８．０であり、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計で測定した３０℃での汚泥粘度が２００～２０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは４００～１５００ｍＰａ・ｓであり、ＳＳに対する粗浮遊物含有率が３～２０ｗｔ％である。難脱水性汚泥は、ＴＳ濃度よりも５ｇ／Ｌ以上少ないＳＳ濃度を有することができる。一実施態様では、ＳＳ濃度が１８～４５ｇ／Ｌ、更にはＳＳ濃度が２０～４０ｇ／Ｌの汚泥が好適に利用できる。

【0027】

このような難脱水性消化汚泥は、食品製造残渣、生ごみ、汚泥などの有機性物質を嫌気性処理（メタン発酵処理）する工程から発生する。一般には、処理温度３０～６０℃の中温発酵領域及び高温発酵領域にて、滞留日数（ＨＲＴ）１２～４０日の条件で運転される完全混合型メタン発酵槽や乾式メタン発酵槽を用いた嫌気性処理で排出される汚泥である。

【0028】

（Ｂ）曝気処理
曝気処理では、酸素を含む気体で難脱水性消化汚泥を曝気処理して、消化汚泥中に残留する粘着質成分を生物的反応とともに化学的反応で分解させて汚泥粘度を低下させる。この曝気処理では、汚泥中に溶解している炭酸ガスの脱炭酸反応が進行するのみでなく、汚泥中の残留有機物と無機物とが架橋作用で結合して生じた粘着物、有機物同士が会合して生じた粘着物、高分子系粘着物が曝気処理による生物的反応及び化学的反応で低減される。特に消化汚泥中に残留する分子量１００万～２００万以上の高分子物質が曝気処理によって低分子化されることで汚泥粘度が低減する。

【0029】

曝気処理は、酸素含有気体を０．０５ｍ³／（ｍ³・分）以上の曝気強度とし、曝気時間を４～４８時間とすることが好ましい。曝気強度が０．０５ｍ³／（ｍ³・分）未満では、汚泥粘度が高いため、汚泥全体に曝気することが困難であることが多い。一方、酸素含有気体の曝気強度を０．３ｍ³／（ｍ³・分）よりも高くする場合や処理時間が過大となる場合は、消化汚泥の発泡が激しくなることに加えて、汚泥中の粘着質成分ばかりでなく、汚泥自体の分解が進行して菌体成分が溶解する場合や、汚泥性状が更に変化し、後段の凝集処理や脱水処理に悪影響を及ぼす場合がある。曝気強度は、０．１～０．２５ｍ³／（ｍ³・分）とすることが好ましく、より好ましくは０．１～０．２ｍ³／（ｍ³・分）、より好ましくは０．１～０．１５ｍ³／（ｍ³・分）である。

【0030】

本実施形態では、曝気処理後の消化汚泥の粘度が、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計による３０℃での測定で１５０ｍＰａ・ｓ以下に低下するまで曝気を行うことが好ましい。典型的には曝気時間４～４８時間、更に典型的には６～２４時間で行われる。曝気処理後の消化汚泥の粘度が１５０ｍＰａ・ｓを超える場合、例えば粘度が２００ｍＰａ・ｓ程度の場合であっても、後述する脱水処理における脱水ケーキの脱水率自体は高めることは可能となる場合もあるが、脱水処理に用いられる脱水装置や脱水ケーキを移送・運搬するコンベヤやその後の乾燥処理に用いられる乾燥装置の内側に汚泥が付着し、汚泥処理速度が低下、脱水装置及び乾燥装置の清掃等のメンテナンスが煩雑になる場合や、運転中に詰まり等が生じて脱水装置及び乾燥装置にトラブルが生じる場合がある。

【0031】

システム全体において極力凝集剤の添加を少なくし、且つ、高脱水率で各装置の保守性を高めるためには、曝気処理後の消化汚泥の粘度が、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計による３０℃での測定で１５０ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは１２０ｍＰａ・ｓ以下、更に好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以下、更に好ましくは８０ｍＰａ・ｓ以下に低下するまで、曝気強度を０．０５～０．３ｍ³／（ｍ³・分）において出来るだけ緩慢に曝気処理を行うことが好ましい。

【0032】

曝気処理時の温度は１０～５０℃、ｐＨは７～９とすることができる。曝気に用いられる酸素含有気体としては、酸素ガスを含む気体であれば問題なく、難脱水性消化汚泥が形成される処理施設内のごみ受入ピットやごみ選別設備などから発生する悪臭成分を含む低濃度系および高濃度系の臭気ガス、汚水の活性汚泥処理設備から発生する曝気排ガスなどを用いることができる。

【0033】

曝気処理時の汚泥中の溶存酸素（ＤＯ）濃度は１．０ｍｇ／Ｌ以下に維持する。汚泥の酸化還元電位（ＯＲＰ）は多くの場合－４００～＋１００ｍＶ程度である。曝気処理は、汚泥ｐＨ７．５～９．５、下水試験方法に定められたＢ型回転粘度計による３０℃での測定で汚泥粘度１５０ｍＰａ・ｓ以下となるまで行うことで、その後の凝集工程で用いられる凝集剤の使用量を少なくしながら、脱水工程における脱水効率を向上させることができる。

【0034】

曝気処理による生物的反応を促進する上では、曝気処理を行う前に、難脱水性消化汚泥に、好気性微生物群を含む汚泥（以下「好気性微生物群含有汚泥」という）を添加することが好ましく、粘着質成分を積極的に分解させ汚泥粘度を低下させることが可能である。添加することができる汚泥としては、硝化脱窒素工程から得られる活性汚泥の余剰濃縮汚泥、あるいは堆肥化汚泥、生物脱臭の汚泥などの好気性微生物群含有汚泥が好ましい。好気性微生物群含有汚泥の添加量は、その汚泥濃度にもよるが、曝気槽での汚泥滞留時間等を考慮して嫌気性消化汚泥量の５～２０ｗｔ％、好ましくは５～１０ｗｔ％程度が好ましい。

【0035】

（Ｃ）凝集処理
凝集処理では、曝気処理した消化汚泥に凝集剤を添加して凝集フロックを形成させ、凝集フロックを脱水処理する（凝集工程）。凝集剤としては、特に限定されないが、高分子凝集剤が用いられる。高分子凝集剤としては、カチオン系、アニオン系、両性系、等が挙げられ、例えば、アミジン系凝集剤、アクリルアミド系凝集剤、アクリル酸系凝集剤等が挙げられる。また、比較的安価なカチオンポリマー系凝集剤、例えば、アクリル酸エステル系、メタアクリル酸エステル系、アニオン度よりもカチオン度が高い両性系等を用いることができる。アクリル酸エステル系凝集剤としては、分子量が３００万～６００万程度が好ましい。汚泥凝集時の高分子凝集剤の添加率は、汚泥のＴＳ濃度に対して１．５～７ｗｔ％が好ましく、１．８～５ｗｔ％程度が更に好ましく、一実施態様では１．９～２．６ｗｔ％である。本凝集処理によって、直径、すなわちフロック径が数ミリ程度であり、沈降分離性が高い凝集フロックを形成することができる。

【0036】

高分子凝集剤のみで実施する場合の他、ポリ硫酸第二鉄または硫酸バンド、ＰＡＣ等の無機系凝集助剤と高分子凝集剤の併用も分離液の清澄度を高めるために有効な場合がある。ただし、本実施形態のように蒸気吹込みで汚泥を加温脱水する場合は、有機性汚泥の性状によっては脱水機のスクリーン部等に石膏成分などのスケール成分が発生することがある。また、無機系凝集助剤の添加により発生汚泥量も増加することになるため、無機系凝集助剤の適用には汚泥性状などに応じて判断する必要がある。

【0037】

凝集処理の前に、曝気処理した消化汚泥を希釈することもまた好ましく、これにより凝集剤注入率を低減することができる。消化汚泥を希釈する場合には、曝気処理後の消化汚泥に１０．０ｇ／Ｌ以下のＴＳ濃度を有する希釈液を添加することができる。これにより曝気処理後も消化汚泥中に残留して汚泥凝集反応を鈍くする高分子物質やコロイダル成分を希釈、洗浄するという効果があり、汚泥凝集反応を促進することが可能である。曝気処理後の消化汚泥に対しては、６．０ｇ／Ｌ以下のＴＳ濃度を有する希釈液を添加することが好ましい。

【0038】

希釈液の添加により、希釈された消化汚泥のＭアルカリ度が４０００ｍｇ／Ｌ以下、更には２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように希釈することが好ましい。希釈された消化汚泥の電気伝導度は１２００ｍＳ／ｍ以下に調整することが好ましく、７５０ｍＳ／ｍ以下に調整することが更に好ましい。

【0039】

希釈液としては、通常の飲用水等の他、凝集作用及び脱水作用に影響を与えない性状、たとえば溶解性成分濃度が低いプロセス水、あるいは脱水処理後にさらに生物処理を行う高次処理施設においては生物処理に影響しない性状、たとえばｐＨ５～９、ＮＨ₄－Ｎ １０００ｍｇ／Ｌ以下、ヘキサン抽出物質５００ｍｇ／Ｌ以下であれば、処理プラント内のプロセス水を用いることができる。

【0040】

具体的には、活性汚泥処理水、生物脱臭装置廃液などの生物処理水、汚泥脱水処理により排出される脱水分離水、ボイラ排水、場内洗浄排水、コンポスト化凝縮排水、雑排水などを使用することができる。

【0041】

（Ｄ）濃縮処理
凝集処理（図２に不図示）により形成された凝集フロックを脱水処理前に固液分離して消化汚泥濃縮物としてから脱水処理してもよい。濃縮処理により、凝集フロックは消化汚泥濃縮物と分離液とに固液分離される。ＴＳ濃度８～１２ｗｔ％に濃縮された汚泥は、より効率的に脱水処理することができる。

【0042】

（Ｅ）脱水処理
脱水処理では、凝集処理、又は凝集処理及び濃縮処理された消化汚泥の凝集フロックを脱水ケーキと分離水とに固液分離する。この脱水処理では、脱水機に蒸気を吹込んで加温脱水処理することで、従来一般的な脱水処理で得られる脱水ケーキよりも低含水率となる含水率７８％以下の脱水ケーキが得られる。

【0043】

供給蒸気圧力は０．１５～０．２５ＭＰａとし、電動弁の開閉により圧力を調整することにより、蒸気の吹き込み速度を調整する。脱水処理に用いられる脱水装置の例は特に限定されないが、中でも高分子凝集剤を用いたプレス式脱水機による加温脱水処理を用いることにより、装置の大型化を抑制しながらより効率的に加温脱水処理を行うことができる。プレス式脱水機による加温脱水処理に用いられる高分子凝集剤としては上述の凝集処理と同様の材料を用いることができる。高分子凝集剤の添加量は適宜調整することができる。

【0044】

脱水処理における蒸気の吹き込み量は、曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて脱水機への蒸気吹き込み量を調整することが好ましい。蒸気吹き込み量の調整は作業者が手動で行ってもよいし、最適な蒸気吹き込み量を自動的に算出する計算手段を備えた制御装置によって自動的に制御してもよい。例えば、図２に示すように曝気槽３内にｐＨ計３２、ＤＯ計３３、ＯＲＰ計３４、粘度計３５などの計測装置を配置し、これら計測装置の計測結果に基づいて、脱水ケーキの含水率７８％以下となるような処理条件となるように、蒸気の吹き込み量を調整することができる。

【0045】

本実施形態に係る処理方法によれば、脱水ケーキの含水率は７２～７８％以下と低含水率化が可能であるため、コンポスト化、炭化、燃料化などの再資源化が可能となる。一方、脱水処理により得られる脱水分離水は、ＳＳ濃度１００～２０００ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度１０００～２０００ｍｇ／Ｌ、電気伝導度２００～５００ｍＳ／ｍとなるため、消化汚泥の希釈液として用いることができる。

【0046】

（Ｆ）乾燥処理
乾燥処理では、脱水処理で得られた含水率７８％以下の脱水ケーキを加熱して乾燥させることにより、乾燥ケーキを得る。乾燥処理では、脱水ケーキに対して蒸気を吹き込んで加熱乾燥するための汚泥乾燥機を用いた汚泥乾燥処理を行うことが好ましい。これにより、脱水ケーキの乾燥効率を下げて装置内への汚泥の付着を抑制でき、乾燥機の保守性に優れたプロセスを提供できる。

【0047】

供給蒸気圧力は０．４～０．７ＭＰａとし、電動弁の開閉により圧力を調整することにより、蒸気の吹き込み速度を調整する。乾燥処理における蒸気の吹き込み量は、曝気処理後の消化汚泥の汚泥粘度に基づいて乾燥機への蒸気吹き込み量を調整することが好ましい。蒸気吹き込み量の調整は作業者が手動で行ってもよいし、最適な蒸気吹き込み量を自動的に算出する計算手段を備えた制御装置によって自動的に制御してもよい。

【0048】

乾燥処理における蒸気の吹き込み量を、脱水処理で得られる脱水ケーキの含水率に応じて調整することも好ましい。脱水ケーキの性状に応じて乾燥処理における蒸気吹き込み量を適切に調整することで、蒸気の使用量を最適化してより効率的な処理システムを得ることができる。

【0049】

本実施形態に係る処理方法によれば、乾燥ケーキの含水率は３０～５５％程度となり、その後の堆肥化処理に適した含水率の乾燥ケーキを得られる。この乾燥ケーキを後述する堆肥化工程において加温して所定期間発酵させることにより良質な堆肥が得られるため、有機性汚泥を資源として有効に利用することができる点で有用である。

【0050】

（Ｇ）堆肥化処理
乾燥処理で得られた含水率３０～５５％の乾燥ケーキは、水分調整用の副資材無しでも、通気速度０．１～０．２ｍ³／（ｍ³・分）で安定して好気発酵させることが可能である。本堆肥化処理により含水率２０～３０％の堆肥が得られる。

【0051】

（Ｈ）廃水処理
脱水処理で得られる脱水分離水を硝化脱窒処理してもよい。消化脱窒処理の具体例は特に制限されない。硝化脱窒素で得られる処理水は、外部へ排出するとともにその一部を曝気処理後の消化汚泥に循環させるようにしてもよい。

【0052】

（Ｉ）焼却処理・バイオマスメタン発酵・発電処理
脱水処理および乾燥処理に用いる蒸気が、焼却処理施設、下水汚泥処理施設、またはバイオマスメタン発酵施設の少なくとも１以上のボイラ設備から得られる蒸気であるか、もしくは発電設備から得られる熱を変換した蒸気であることが好ましい。中でも、例えば、嫌気性消化処理で得られたメタンガスを、有機物質を焼却処理する焼却処理の燃焼室内へ助燃料として供給し、燃焼により得られた熱をボイラ設備により蒸気に変換し、変換された蒸気をそれぞれ脱水工程及び乾燥工程へ送ることにより、嫌気性消化処理で得られたメタンガスはそのまま助燃料として使用されるため、嫌気性消化処理で得られるガスをロス無く有効利用することができる。

【0053】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理方法によれば、酸素含有気体を通気して曝気処理を行うことにより難脱水性消化汚泥の汚泥粘度を低減させた汚泥に対して蒸気を吹き込みながら加温脱水処理することによって、システム全体において極力凝集剤の添加を少なくしながら、含水率７８ｗｔ％以下の低含水率の脱水ケーキを得ることができる。粘性の低い汚泥を処理することで、脱水処理に用いられる脱水機内のトラブルも少なくなるため、メンテナンス労力を小さくし、より効率的な処理を行うことができる。

【0054】

図２は本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理装置の一例を示す概略図である。有機性汚泥の処理装置は、有機性汚泥を嫌気性処理して難脱水性消化汚泥を形成する嫌気性処理槽２と、消化汚泥を酸素含有気体で曝気する曝気槽３と、曝気処理後の消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集汚泥を形成する凝集槽４と、曝気槽３に供給する酸素含有気体の曝気速度を調整する風量制御装置３１と、凝集汚泥を蒸気吹込みで加温脱水処理して脱水汚泥を得る脱水装置６と、脱水汚泥を蒸気吹込みで乾燥処理する乾燥装置７と、脱水装置６および乾燥装置７に供給する蒸気の吹込み速度を調整する制御装置１０とを具備することができる。嫌気性処理槽２の上流側には、有機性汚泥（有機物質）を貯留するための原水槽１が配置されている。

【0055】

（ａ）嫌気性処理槽
嫌気性処理槽２としては、廃棄物系バイオマス処理設備や下水処理施設などで一般に用いられる完全混合型メタン発酵槽や乾式メタン発酵槽など、公知の嫌気性処理槽を制限なく用いることができる。嫌気性処理槽２は、槽内液の均質化や温度分布の均一化とともに、スカムの発生を防止するためにも攪拌が必須であり、本実施形態では機械攪拌方式が最も効率的であるが、設備環境や処理条件に応じてポンプ攪拌方式、ガス攪拌方式を付属することも効果的である。さらに、これらの要件を備えた水密かつ気密な構造の発酵処理槽であれば鉄筋コンクリート造りまたは鋼板製のいずれでも良い。また、嫌気性処理槽２は、対象バイオマスを可溶化および酸発酵処理する可溶化・酸発酵処理槽と、該槽での処理物を発酵処理する嫌気性処理槽２と、を含む構成とすることも可能である。

【0056】

（ｂ）曝気槽
水処理施設などで一般に用いられる曝気槽３を制限なく用いることができ、難脱水性消化汚泥（メタン発酵汚泥など）を導入する手段、酸素含有気体を消化汚泥中に導入するためのブロワなどの曝気手段又は散気手段からなる風量制御装置３１、曝気汚泥の引き抜き手段を備え、運転管理する計測機器としてｐＨ計３２、ＤＯ計３３、ＯＲＰ計３４、粘度計３５を備えることが好ましい。風量制御装置３１は、曝気槽３の底部から曝気槽３内の難脱水性消化汚泥中に気泡を導入できるように設けることが好ましい。さらに、曝気槽３の前段に、高速分散機などの汚泥分散装置を設けてもよい。この場合には、難脱水性消化汚泥を均質に分散したスラリー状態を保持することができ、曝気槽３の容量を小型化することができる。

【0057】

（ｃ）凝集槽
水処理施設などで一般に用いられる凝集槽４を制限なく用いることができる。凝集槽４には、曝気槽３にて曝気処理した後の消化汚泥を供給する曝気処理後汚泥供給配管、当該汚泥に対して凝集剤を添加する凝集剤供給配管、凝集処理により形成される凝集フロックを含む凝集汚泥を濃縮槽に送る凝集汚泥配管が連結されている。

【0058】

（ｄ）濃縮槽
凝集槽４にて形成された凝集フロックを固液分離して濃縮凝集フロックを形成する固液分離装置として濃縮槽５を備える。濃縮槽５としては、特に限定されず、重力濃縮法が適用される単なる槽、遠心濃縮法が適用される遠心分離機、浮上濃縮法が適用される分離機、スクリーンを用いた分離機等が挙げられる。中でも、液体成分を通過させる多数のスリットを形成したスリット板と、スリット板上に周面を突出せしめた多数の円板と、を備えるスリット型濃縮機が好ましい。スリット型濃縮機は、例えば、スリット板で受け止められた処理物は、処理物排出方向に偏心回転するスリット板上の多数の円板によってスリット板上を排出側に送られ、この過程でスリットと円板との隙間から液体成分が落下して濾過され、処理物中の固体成分は分離捕集される。さらに、スリット板の上面に近接して処理物の排出方向に回転し、スリット板上の捕集物を圧搾して濃縮する背圧板を上記スリット板上に設けた機械構造も好ましく用いることができる。

【0059】

（ｅ）脱水装置
凝集槽４からの凝集フロック、又は濃縮槽５からの濃縮凝集フロックを受け入れ、脱水する脱水装置６を備える。脱水装置６としては特に限定されず、脱水機に投入される凝集フロック又は濃縮槽５からの濃縮凝集フロックを加温脱水する手段と、凝集フロック又は濃縮凝集フロックへ応力を付与する手段と、分離液を透過し、消化汚泥凝集物を保持するろ過手段を具備することが好ましい。ろ過手段としては、開孔径が０．１～２．５ｍｍのスクリーン等が挙げられる。

【0060】

応力を付与する手段としては、プレス、遠心等が挙げられるが、スクリュープレス型脱水機は他脱水機と比べて投入された汚泥を加熱しながら脱水できるという特徴を有する点で好適である。また、汚泥の温度が高い方が汚泥中の水分の粘度が低下して水分が分離され易くなり、脱水が容易になる傾向がある。加温脱水時の蒸気の供給は、スクリュープレス型脱水機のスクリュー軸に設けた蒸気注入口から流入させてスクリュー軸を加熱することで汚泥を加温することが可能で、従来よりも低含水率の含水率７８％以下の脱水ケーキが得られる。

【0061】

（ｆ）乾燥装置
脱水装置６からの脱水ケーキを受入れ、乾燥する乾燥装置７を備える。乾燥装置７としては特に限定されず、乾燥装置７に投入する手段、キャリアガス（空気）を送気する送風機、乾燥装置７内の温度維持のためキャリアガスを加温する送風機用ヒーター、排気されるキャリアガスを湿式集塵装置に移送する送風機、送風機から送られる排気ガスの集塵冷却を行う湿式集塵装置及び湿式集塵装置循環ポンプ、を具備する。

【0062】

乾燥方法には、直接乾燥方式、間接乾燥方式があるが、間接乾燥方式では有機物を含んだまま乾燥汚泥を作ることができ、その後の堆肥等への有効利用が可能である。また、間接乾燥方式の中でも伝導電熱式乾燥機は、乾燥に必要な熱量を本体及び羽根からの伝導電熱によって供給するため、効率よく乾燥が可能である。脱水ケーキが本体ケーシング面と中空撹拌翼の間に充満し、電熱面との友好な接触が順次繰り返されることで効率よく熱交換処理が行われる。蒸発した湿分は送風機によって送られるキャリアガスに同伴され機外に排気、湿式集塵装置にて集塵冷却される。

【0063】

使用蒸気圧力は０．４ＭＰａ～０．７ＭＰａとし、蒸気圧力を変更することで含水率７８％以下の脱水ケーキを含水率３０～５５％、より具体的には含水率４０～５５％に乾燥する。

【0064】

（ｇ）堆肥化装置
堆肥化装置（図示せず）をさらに備える場合は、加熱乾燥装置７からの乾燥ケーキを受入れ、好気性発酵で堆肥化される。本実施形態により乾燥処理された含水率３０～５５％の乾燥ケーキは、水分調整用の副資材無しでも、通気速度０．１～０．２ｍ³／（ｍ³・分）で安定して好気発酵させることが可能であり、含水率２０～３０％の堆肥が得られる。堆肥化装置の発酵処理時間は、回転式発酵槽や多層階式発酵槽で２～７日間、すき返し方式で２０～４０日程度、野積方式（堆積方式）では３０日程度発酵させて堆肥化することができる。本実施形態では、消化汚泥の凝集剤として鉄系凝集剤を用いずに高分子凝集剤のみで安定して加温脱水処理することが可能であることから、その場合は製品堆肥が鉄剤由来の赤味を帯びることもないので、見た目でも違和感のない高品質な堆肥を得ることが可能である。

【0065】

（ｈ）硝化脱窒素槽
脱水装置６からの脱水分離水を硝化脱窒素する硝化脱窒素槽８を備えていてもよい。水処理施設などで一般に用いられる循環式硝化脱窒素槽、高負荷脱窒素槽、膜分離式高負荷硝化脱窒素槽を制限なく用いることができる。循環式硝化脱窒素槽の場合、嫌気的環境の脱窒槽、曝気等による好気的環境の硝酸化槽の２槽を設け、硝酸化槽で好気性微生物反応により生成された硝酸塩を脱窒槽に戻して嫌気性又は通性嫌気性微生物反応で脱窒素する方式で、循環法による硝化・脱窒を行う。膜分離高負荷脱窒素法の場合、硝化脱窒素槽は嫌気部と好気部に分割され、生物浮遊法を採用し、活性汚泥や凝集汚泥の固液分離を限外ろ過膜で処理を行う。

【0066】

（ｉ）希釈液供給配管
硝化脱窒素槽８からの処理水を曝気処理後の消化汚泥に添加する希釈液供給配管８１を備えていてもよい。希釈液供給配管８１は、曝気槽３と凝集槽４とを連結する配管に連結されていることが好ましい。希釈液供給配管８１には、脱水装置６からの脱水分離水の一部を送液する希釈液供給配管６１が連結されていてもよい。

【0067】

（ｊ）蒸気供給制御装置
隣接する廃棄物焼却処理施設の焼却炉から発生する蒸気、または、下水汚泥処理施設やバイオマスメタン発酵施設などの焼却、発電、ボイラ設備９から得られる蒸気を、蒸気供給ライン１２ａを介して移送し、蒸気供給弁１１をコントロールすることにより、必要な圧力を得ることができる。蒸気供給時においては、曝気槽３内の汚泥の汚泥粘度に基づいて脱水装置６への蒸気吹き込み量を蒸気供給弁１１により調整して、蒸気供給ライン１２ｂを介して、脱水装置６から排出される脱水ケーキの含水率が７８％以下で処理されるように蒸気吹き込み量を制御することが可能である。

【0068】

さらには、脱水装置６で得られた脱水ケーキを蒸気吹込みで加熱乾燥する乾燥処理において、曝気槽３の汚泥の汚泥粘度に基づいて脱水装置６と乾燥装置７への双方の蒸気吹き込み量を調整して排出される乾燥ケーキの含水率が３０～５５％に乾燥処理されるように蒸気吹き込み量をそれぞれ制御することも可能である。制御装置１０は、曝気槽３内の汚泥の性状を測定するｐＨ計３２、ＤＯ計３３、ＯＲＰ計３４、粘度計３５を含む測定装置に接続されており、測定装置の測定結果を介して最適となる圧力の蒸気を所定量脱水装置６及び乾燥装置７へ供給するように制御することができる。制御装置１０は、曝気槽３内の曝気風量を制御する風量制御装置３１にも接続されており、難脱水性消化汚泥に対する曝気強度を調整する。

【0069】

本発明の実施の形態に係る有機性汚泥の処理装置及び処理方法によれば、嫌気性処理により発生するメタン発酵汚泥などのＴＳ濃度２０～５０ｇ／Ｌ、好ましくは２５～４０ｇ／Ｌの高濃度で高粘度の難脱水性消化汚泥を低コストで効率的に脱水処理可能となる。

【0070】

更に、本発明の有機性汚泥の処理装置及び処理方法によれば、難脱水性消化汚泥を曝気処理することで汚泥の粘度を低下させ、凝集剤による凝集作用と脱水効率が向上する。その結果、薬品コスト及び脱水コストを大幅に低減することができる。汚泥粘度の低減は、曝気処理によるコロイダル性の粘着質成分の低減によるものと考えられるが、曝気処理した汚泥を蒸気吹込みで加温脱水することで、脱水ケーキを安定的に低含水率化させることが可能である。

【0071】

従来は、高粘度の難脱水性消化汚泥を凝集及び脱水処理する際には、希釈により粘度を低下させることが必要であった。そのため処理すべき汚泥の体積が多くなり、処理に負担がかかっていた。本方法によれば、凝集及び脱水処理の際の希釈が不要となるか、あるいは低希釈率で十分となる。これにより、希釈液のコストを削減でき、脱水分離水の浄化のために行われる生物処理工程での分離膜濾過コスト及び下水道放流コストも削減することができる。

【実施例】

【0072】

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

【0073】

図１のフロー図に基づいて、以下に示す処理条件にて、種々の食品製造廃棄物を混合してメタン発酵処理を行った。曝気用気体として、原料受入ホッパ、破砕機、選別機、可溶化槽、堆肥化発酵槽などの処理設備からの高濃度臭気含有空気を吸引して使用し、曝気槽底部の散気装置から導入した。

【0074】

（処理条件）
・メタン発酵槽（縦型機械式攪拌機） 有効容積１７００ｍ³×２槽
メタン発酵槽への廃棄物（可溶化処理液）投入量 平均１５７ｍ³／日
発酵温度３８℃
・曝気槽 有効容積７０ｍ³
曝気槽へのメタン発酵汚泥投入量１６０ｍ³／日
曝気強度０.１５ｍ³／（ｍ³・分）
発酵汚泥滞留時間６～２４時間
酸素含有気体：施設内の高濃度臭気成分を含む空気
・凝集槽（縦型機械式攪拌機） 有効容積０．６ｍ³
希釈液（脱水分離水の硝化脱窒素処理水）７０ｍ³／日
ＴＳ濃度５６１０ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度６ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．３、Ｍアルカリ度２１３ｍｇＣａＣＯ₃／Ｌ、ＮＨ₄－Ｎ ２２ｍｇ／L、塩化物イオン１９４０ｍｇ／Ｌ
凝集剤
・カチオン性高分子凝集剤（エバグロースHE-100B）の１液法
または、
・カチオン性高分子凝集剤（エバグロースHE-100B）＋鉄系無機凝集剤（ポリ鉄）の２液法
・スリット型濃縮機（スクリーンスリット幅１．０ｍｍ、背圧板付帯）
・加温脱水装置（スクリュープレス型脱水機、固形物処理量 約２８０ｋｇＤＳ／ｈ）
スクリュー回転速度 ０．１５～０．２５ｒｐｍ
供給蒸気圧 ０．２ＭＰａ
汚泥温度 ６５～８０℃
・脱水分離水の膜分離式硝化脱窒素槽 有効容積１０８０ｍ³
曝気槽への硝化脱窒素汚泥投入量２７０ｍ³／日
・ｐＨ ７．１
・ＴＳ １７，６００ｍｇ／Ｌ
・ＶＳ ９，３８０ｍｇ／Ｌ
・ＭＬＳＳ ９，７７０ｍｇ／Ｌ
・ＭＬＶＳＳ ８，５９０ｍｇ／Ｌ
・ＮＨ₄－Ｎ ２６ｍｇ／Ｌ
・ＮＯ₃－Ｎ 検出されず

【0075】

メタン発酵後に得られる消化汚泥（メタン発酵汚泥）と曝気処理後の消化汚泥の性状を表１に示す。

【0076】

【表1】

【0077】

各分析項目は以下の分析方法に拠った。
・ＴＳ（Total solids、全蒸発残留物）；105℃蒸発残留物重量（JIS K 0102）
・ＶＳ（Volatile total solids、強熱減量）；600℃強熱減量（JIS K 0102）
・ＳＳ（Suspended solids、懸濁物質）；遠心分離機による回転数3,000rpm,10分間での沈殿物重量（JIS K 0102）
・ＶＳＳ（Volatile suspended solids、揮発性懸濁物質）；懸濁物質の600℃強熱減量（JIS K 0102）
・Ｍアルカリ度；遠心分離機による回転数3,000rpm,3分間での上澄液を0.1mol/Lの塩酸溶液でpH4.8まで滴定（下水試験方法）
・コロイド荷電量；汚泥の表面荷電量、コロイド滴定法により当量を測定（下水試験方法）
・粗浮遊物含有量；呼び寸法７４μｍふるいでの残留物の強熱減量分析（下水試験方法）
・汚泥粘度；Ｂ型回転粘度計を用いて３０℃で測定（下水試験方法）
・脱水試験；カチオン性高分子凝集剤エバグロースHE-100Bを用いた。
・粘り感；脱水汚泥を掌で触った際の汚泥粘着性（粘り感）を３段階評価（なし：さらさらで粘り感なし、弱：粘り感ややあり、強：掌に付着する強い粘り感あり）

【0078】

実施例１～３及び比較例１～４の処理条件及び処理結果を表２に示す。

【0079】

【表2】

【0080】

実施例１～３に示すように、汚泥粘度２００ｍＰａ・ｓ以上の高粘性の嫌気性消化汚泥に対して、曝気処理を行って汚泥粘度を７０ｍＰａ・ｓレベルに低下させ、その曝気処理汚泥を蒸気吹込みにより加温脱水処理することで、脱水ケーキ含水率７２～７５％の汚泥を安定して得られることが分かる。更に実施例２及び３では、鉄系凝集剤等の無機系凝集助剤を添加せずにポリマを添加することで、低含水率の脱水ケーキが得られるとともに脱水機のスケール付着も抑制することができている。

【0081】

比較例１の試験結果のとおり、曝気処理を行って汚泥粘度を７３ｍＰａ・ｓに低下させても、曝気処理汚泥を通常の脱水処理では安定した汚泥処理は可能であるものの、脱水ケーキ含水率７９％であり、脱水性がやや劣ることが分かる。

【0082】

また、比較例２の試験結果のとおり、曝気処理を行わずに高汚泥粘度のまま加温脱水処理すると、脱水機内で汚泥凝集フロックが壊れやすいこともあって高分子凝集剤の薬注率は実施例と比較すると２倍以上高くなり、脱水ケーキ含水率８３％、汚泥処理量も低く、安定した脱水処理はできなかった。

【0083】

なお、比較例３と４の試験結果のとおり、曝気処理を行わずに高汚泥粘度のまま通常の脱水処理では、高分子凝集剤の薬注率は実施例と比較して２倍以上高く、ポリ鉄添加を併用しても、脱水ケーキ含水率８３％程度で、汚泥処理量も低く、安定した脱水処理はできなかった。

【0084】

次に、図２に示す装置構成で、表１に示す処理条件にて、脱水機と汚泥乾燥機への蒸気吹き込み量を調整した運転を行った。なお、この試験運転では曝気槽の曝気強度０.１～０．１５ｍ³／（ｍ³・分）、凝集剤は高分子凝集剤エバグロースHE-100Bの１液法で行った。また、汚泥乾燥装置と堆肥化装置の条件は下記のとおりである。
・汚泥乾燥装置（固形物処理量５０００ｋｇＤＳ／日）
水分蒸発量 ７５０kg／ｈ
供給蒸気圧 ０．５～０．６ＭＰａ
供給蒸気温度 １６０℃
・堆肥化装置 ６０ｍ³×２槽
給気ブロワ速度 ０.１ｍ³／（ｍ³・分）
水分調整用の副資材添加無し

【0085】

【表3】

【0086】

実施例４～９のとおり、汚泥粘度２００ｍＰａ・ｓ以上の難脱水性嫌気性消化汚泥に対して、曝気槽の曝気強度を調整して汚泥粘度を７０～１２０ｍＰａ・ｓに低下させた後、その曝気処理汚泥を蒸気供給制御運転により加温脱水処理、続いて乾燥処理することで、脱水ケーキ含水率７２～７８％、乾燥ケーキ含水率３３～４７％の汚泥処理をほぼ安定して運転できることが分かる。そして、得られた乾燥ケーキは、副資材を用いずに好気発酵による堆肥化も可能で、含水率２２～２５％の堆肥が得られた。

【0087】

以上のように、本実施形態によれば、有機性廃棄物を高濃度でメタン発酵処理した難脱水性消化汚泥に対して、脱水処理の前に曝気処理を施すことで汚泥の粘度を大幅に低下させることができ、凝集性能及び脱水効率を向上させることができる。本実施形態の処理方法によれば、凝集剤の添加量を低減でき（低薬注率）、難脱水性の高濃度消化汚泥を蒸気吹込みで加温脱水処理が可能となる。本実施形態によって得られた含水率７８％以下の脱水ケーキは、従来の脱水ケーキと比較して低含水率で、粘着性がなく、特殊な不快臭もないことから、コンポスト、炭化、燃料化などの再資源化にも好適である。

【符号の説明】

【0088】

１…原水槽
２…嫌気性処理槽
３…曝気槽
４…凝集槽
６…脱水装置
７…乾燥装置
８…硝化脱窒素槽
９…焼却、発電、ボイラ設備
１０…制御装置
１１…蒸気供給弁
３１…風量制御装置
３２…ｐＨ計
３３…乾燥ケーキ含水率
３３…ＤＯ計
３４…ＯＲＰ計
３５…粘度計
６１…希釈液供給配管
８１…希釈液供給配管

【図1】

【図2】