JP2003200198A - 汚泥処理方法及び装置 - Google Patents

汚泥処理方法及び装置

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Shizuo Mita
志津雄 三田
Akira Cho
亮 張
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥の嫌気消化処理におけるメタン発生量の
増大とともに、汚泥の減量化も図れる汚泥処理方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 水処理工程で発生する汚泥を嫌気消化に
よって処理する方法において、メタン発酵槽11での嫌
気消化工程の後段に設けた膜ろ過槽12で消化汚泥の濃
縮工程を行い、該濃縮工程で濃縮した消化汚泥を濃縮汚
泥循環経路13を通してメタン発酵槽11に循環導入
し、再び嫌気消化処理を行うとともに、嫌気消化工程に
導入する消化汚泥の少なくとも一部を超音波照射手段1
4に導入して超音波照射処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、汚泥処理方法及び
装置に関し、詳しくは、下水、産業排水、畜産排水等の
廃水を処理する水処理工程で発生した汚泥をメタン発酵
槽で嫌気消化処理を行って処理する方法及び装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、下水、産業排水、畜産排水等の
廃水の処理には生物処理が用いられており、生物学的な
BOD成分の除去に伴って多量の余剰汚泥が排出されて
いるが、余剰汚泥処理費用の高騰及び最終処分場の不足
等から、余剰汚泥を有機資源としてメタン発酵させる嫌
気消化処理が注目されている。
【0003】汚泥の嫌気消化工程は、嫌気的状態で微生
物の分解作用を利用して有機物量の低減と汚泥の減量と
を目的としており、食品残渣、屎尿処理等の有機性廃棄
物の処理に広く利用されている。しかし、これらの有機
性廃棄物に比べて、余剰汚泥は消化効率が一般的に悪
い。その原因として、余剰汚泥中には細胞壁で守られた
微生物由来難分解性成分が多いことが挙げられている。
このため、従来の余剰汚泥発酵装置では、消化効率が僅
か30%程度であり、汚泥減量への寄与が十分ではな
い。その上に、嫌気消化後に得られる消化液の水質が悪
く、処理が困難という問題が発生している。
【0004】一方、水処理工程で発生する汚泥に超音波
を照射して汚泥の性状を改質し、メタン発酵効率を改善
する方法が報告されている。この方法は、汚泥に超音波
を照射することにより、汚泥フロックの分散や細胞壁の
破壊を起こしてメタン発酵効率を改善させるというもの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、汚泥全量を超
音波照射してしまうと、処理設備が大きくなってしまう
という問題がある。また、汚泥の全量に超音波照射を行
うと、超音波を発生するエネルギーが多く必要となり、
ランニングコストが高くなるという欠点もある。さら
に、易分解性成分にも超音波が無差別に作用するため、
超音波の利用効率が低いという問題もある。
【0006】そこで本発明は、超音波照射を組み合わせ
た嫌気消化処理の効率向上を図り、メタン発生量の増大
と汚泥の減量化とを図れる汚泥処理方法及び装置を提供
することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の汚泥処理方法は、水処理工程で発生する汚
泥を嫌気消化工程によって処理する方法において、嫌気
消化工程後に消化汚泥の濃縮工程を行い、該濃縮工程で
濃縮した消化汚泥を前記嫌気消化工程に循環導入して再
処理を行うとともに、嫌気消化工程に導入する前記消化
汚泥の一部に超音波照射処理を行うことを特徴としてい
る。
【0008】また、本発明の汚泥処理装置は、水処理工
程で発生する汚泥を嫌気消化処理するメタン発酵槽を備
えた汚泥処理装置において、メタン発酵槽の後段に消化
汚泥濃縮手段を設置し、該消化汚泥濃縮手段で濃縮した
消化汚泥を前記メタン発酵槽に循環導入する経路を設け
るとともに、メタン発酵槽に導入する前記消化汚泥の一
部に超音波照射処理を行う超音波照射手段を設けたこと
を特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1形態例を示
す汚泥処理装置の系統図である。この汚泥処理装置は、
水処理工程で発生する初沈汚泥や余剰汚泥の嫌気消化工
程を行うメタン発酵槽11と、該メタン発酵槽11の後
段に設けられて消化汚泥の濃縮工程を行う汚泥濃縮手段
としての膜ろ過槽12と、該膜ろ過槽12で濃縮した消
化汚泥をメタン発酵槽11に循環導入するための濃縮汚
泥循環経路13と、該濃縮汚泥循環経路13と並列に設
けられた超音波照射手段14とにより形成されている。
【0010】水処理工程から抜き取られて汚泥流入経路
21から流入する汚泥は、濃縮汚泥循環経路13から循
環する濃縮汚泥と合流してメタン発酵槽11に流入し、
このメタン発酵槽11で汚泥の嫌気消化処理が行われ、
微生物の作用によって有機物量が低減して汚泥が減量す
るとともにメタンが発生する。発生したメタンは、メタ
ン回収経路22からメタンガスとして回収され、燃料と
して用いられる。
【0011】メタン発酵槽11内の消化汚泥は、経路2
4を通って膜ろ過槽12に導入され、この膜ろ過槽12
で消化汚泥の濃縮が行われる。膜ろ過によって分離した
処理水は、経路25を通って水処理工程に送られ、濃縮
された消化汚泥は、前記濃縮汚泥循環経路13に抜き出
される。そして、濃縮汚泥循環経路13を通る消化汚泥
の少なくとも一部は、超音波照射手段14が設けられた
超音波照射経路26に分岐し、超音波照射手段14で超
音波照射処理が行われた後、再び濃縮汚泥循環経路13
に戻り、汚泥流入経路21から流入する汚泥と混合して
メタン発酵槽11に循環導入される。
【0012】超音波照射手段14で超音波照射処理を行
う消化汚泥量は、汚泥処理量の規模や、汚泥の性状を勘
案して設定することができ、例えば、汚泥流入経路21
からの新規流入汚泥量、濃縮汚泥循環経路13を通る濃
縮した消化汚泥量に応じて設定すればよく、濃縮汚泥循
環経路13を通る濃縮消化汚泥の全量に対して超音波照
射処理を行うようにしてもよい。
【0013】なお、無機分等の消化できない固形成分が
メタン発酵槽11内に蓄積された場合は、必要に応じ
て、メタン発酵槽11内の消化汚泥の一部を汚泥抜取経
路23から、あるいは、濃縮汚泥循環経路13から抜き
取って系外へ送るようにする。このときの抜き取り量及
び頻度は、汚泥の性状に応じて適宜設定すればよい。
【0014】図2は、本発明の第2形態例を示す汚泥処
理装置の系統図である。この汚泥処理装置は、膜ろ過槽
12から濃縮汚泥循環経路13を通って循環する濃縮消
化汚泥と、汚泥流入経路21から流入する新規流入汚泥
とが混合した後の経路に、超音波照射手段14を設けた
超音波照射経路26を並列に接続したものである。すな
わち、本形態例では、濃縮消化汚泥と新規流入汚泥とが
混合した汚泥の一部を超音波照射経路26に分岐し、超
音波照射手段14で超音波照射を行った後、超音波照射
を行わない汚泥と合流させてメタン発酵槽11に導入す
るようにしている。
【0015】両形態例において、超音波照射経路26に
分岐する消化汚泥量、すなわち、循環する全消化汚泥量
に占める超音波照射処理を行う消化汚泥量の割合は、汚
泥の性状によって多少異なるが、一般的には、20%以
上、好ましくは30%以上が適当であり、超音波を照射
した汚泥が少なすぎると、改質効果が薄れ、所望の処理
結果が得られないことがある。
【0016】このように、水処理工程から排出された汚
泥をメタン発酵槽11で嫌気消化処理するにあたり、後
段の膜ろ過槽12で濃縮した消化汚泥をメタン発酵槽1
1に循環させて再処理することにより、メタン発酵槽1
1でのメタン発生量を増大できるとともに、汚泥の減量
を達成することができる。また、メタン発酵槽11に導
入する汚泥の一部に超音波照射処理を行うことにより、
消化できなかった汚泥フロックを解体させたり、細胞壁
を損傷させることができ、細胞の破壊を加速させてメタ
ン発酵槽11でのメタン発生率を向上させることができ
るとともに、超音波の利用効率も向上させることができ
る。
【0017】前記超音波照射手段14で被超音波処理を
施す消化汚泥の濃度(MLSS)は、通常、5000m
g/L以上、好ましくは10000mg/L以上、特に
20000mg/L以上が適当である。この汚泥濃度が
低すぎると、超音波の効率が低くなり、所望の処理結果
が得られないことがある。
【0018】超音波照射手段14における超音波の周波
数は、15〜50kHz、好ましくは15〜40kH
z、特に20〜30kHzが適当である。この周波数が
低すぎると、十分な処理効果が得られないことがあり、
高すぎると超音波発振子の摩耗が極端にひどくなり、頻
繁な交換が必要になるおそれがある。
【0019】また、超音波の強度は、照射対象となる汚
泥の量や濃度に応じて適当に設定されるものであるが、
一般的には、5〜100kWs/L、好ましくは10〜
80kWs/L、特に20〜60kWs/Lが適当であ
る。この超音波強度が小さすぎると、十分な効果が得ら
れないことがあり、あまり高くしても、強度に比例した
効果が得られるものではない。
【0020】これらの各条件、すなわち、汚泥濃度、超
音波周波数、超音波強度、超音波照射汚泥量は、各々が
各条件の要素となっており、処理にかかるコスト、処理
時間等を考慮し、効率の良い条件に適宜変更することが
できる。
【0021】なお、超音波照射手段には、超音波照射流
路の途中に汚泥流入口及び汚泥流出口を有する容器を設
けて該容器内に超音波発振子を設置したものや、超音波
照射流路の一部又は全部を形成する管内に超音波発振子
を設置したものを使用でき、汚泥処理量を適当に設定す
ることにより、一般市販品等、公知のものを使用するこ
とができる。
【0022】また、メタン発酵槽11や膜ろ過槽12に
は、この種の装置に従来から用いられている周知のもの
を使用することが可能であり、例えばメタン発酵槽11
には、室温、中温、高温のいずれの形式も使用できる。
さらに、メタン発酵槽11の前に加水分解槽を設けても
よい。汚泥濃縮手段としては、膜ろ過、重力沈降、遠心
脱水、圧力脱水等の公知の手段を選択可能である。その
中でも、膜ろ過による濃縮が好ましく、ろ過膜には精密
ろ過、限外ろ過等を使用できるが、特に限外ろ過が最適
である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
汚泥を嫌気消化処理する際に発生するメタンガスの発生
量を増大することができ、有効なエネルギーとして回収
できるとともに、汚泥の減量化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1形態例を示す汚泥処理装置の系
統図である。
【図2】 本発明の第2形態例を示す汚泥処理装置の系
統図である。
【符号の説明】
11…メタン発酵槽、12…膜ろ過槽、13…濃縮汚泥
循環経路、14…超音波照射手段、21…汚泥流入経
路、22…メタン回収経路、23…汚泥抜取経路、26
…超音波照射経路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水処理工程で発生する汚泥を嫌気消化工
    程によって処理する方法において、嫌気消化工程後に消
    化汚泥の濃縮工程を行い、該濃縮工程で濃縮した消化汚
    泥を前記嫌気消化工程に循環導入して再処理を行うとと
    もに、嫌気消化工程に導入する前記消化汚泥の一部に超
    音波照射処理を行うことを特徴とする汚泥処理方法。
  2. 【請求項2】 水処理工程で発生する汚泥を嫌気消化処
    理するメタン発酵槽を備えた汚泥処理装置において、メ
    タン発酵槽の後段に消化汚泥濃縮手段を設置し、該消化
    汚泥濃縮手段で濃縮した消化汚泥を前記メタン発酵槽に
    循環導入する経路を設けるとともに、メタン発酵槽に導
    入する前記消化汚泥の一部に超音波照射処理を行う超音
    波照射手段を設けたことを特徴とする汚泥処理装置。
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