JP4789113B2 - 家畜糞尿処理システム及び方法 - Google Patents
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Description
ここで、従来のし尿系汚水の処理方法を示す。し尿系汚水の処理に用いられる脱窒処理設備として、現在最も多く採用されている標準脱窒処理設備がある。標準脱窒処理設備(非特許文献2、特許文献1参照)は、図4に示すように上流側から順に、無酸素状態下で撹拌が行われる第1撹拌槽1、散気管7Aを備え曝気が行われる第1曝気槽2、メタノール等の水素供与体が添加されて撹拌が行われる第2撹拌槽3、散気管7Bを備え曝気が行われる再曝気槽4、沈殿槽5が直列に配設された構成となっている。し尿系汚水は後段の沈殿槽5からの返送汚泥及び第1曝気槽2からの循環液と混合されて第1撹拌槽1に導入されて脱窒反応が行われ、該第1撹拌槽1からの処理液は希釈水とともに第1曝気槽2に導入されて硝化反応が行われる。第1曝気槽2からの硝化液の大部分は第1撹拌槽1に返送され、残余は第2撹拌槽3に送られ、再度脱窒反応が行われて再曝気槽4を経た後に沈殿槽5にて固液分離される。
一方、沈殿槽5にて分離された余剰汚泥、及びスクリーン11にて捕捉されたし渣は汚泥処理設備に送られる。汚泥処理設備では、脱水装置15にて脱水した後、乾燥装置16にて乾燥され、焼却設備17にて焼却処理される。
従って、既存の施設を利用して、より多くの家畜糞尿を処理する技術は喫緊の課題として待望されている。し尿と家畜糞尿とは性状も類似しておりし尿処理施設での受入れがもっとも簡単である。余力のないし尿処理施設、すなわち設計負荷通りの負荷で運転されているし尿処理施設に家畜糞尿を受入れる場合、水槽容量増加など施設の拡張がなく、また消費エネルギーの増加が最小限で受入れ得る施策が必要不可欠である。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、余力のないし尿処理施設であっても施設拡張を殆ど行うことなく家畜糞尿を受け入れることができ、且つ消費エネルギー量の増大を最小限に抑えてより多くの家畜糞尿を受入れ、さらに水質安全性対策も万全な家畜糞尿処理システム及び方法を提供することを目的とする。
し尿系汚水を処理する標準脱窒処理設備を備え、該標準脱窒処理設備は上流側から順に無酸素状態に保持された第1撹拌槽と、第1曝気手段を備えた第1曝気槽と、前記第1撹拌槽より小容積で無酸素状態に保持された第2撹拌槽と、第2曝気手段を備えた再曝気槽とが直列配設された家畜糞尿処理システムにおいて、
木質バイオマスを熱分解する熱分解設備を備え、該熱分解設備にて発生した熱分解残渣の少なくとも一部を前記標準脱窒処理設備の何れかの槽に投入するとともに、
前記第1曝気手段を投げ込み型曝気装置とし、前記し尿系汚水とともに家畜糞尿を標準脱窒処理設備に投入し、該標準脱窒処理設備に希釈水を投入せずに脱窒処理を行うとともに、前記投げ込み型曝気装置は、酸素溶解効率25%以上を有するドラフトチューブ式曝気装置若しくは回転空気分散式曝気装置であり、単位容積当りの酸素消費速度、酸素溶解効率を増大させることにより家畜糞尿の受け入れで増加した負荷を処理可能とするものであることを特徴とする。
標準脱窒処理はもともと高い希釈倍率で設計されており水量対応能力が高いため、希釈水を投入せずに家畜糞尿を受け入れることで槽容積を増大させずに処理を行うことが可能となる。さらに、投げ込み型曝気装置で単位容積当りの酸素消費速度、酸素溶解効率を増大させることにより家畜糞尿の受け入れで増加した負荷を処理可能となる。また投げ込み型曝気装置は出し入れ自在であるため、容易に取り付けることができる。
また、このシステムの余剰敷地内または近隣に熱分解設備を設け、木質バイオマスを熱分解して発生した熱分解残渣を標準脱窒処理設備に供給することにより、内分泌攪乱化学物質や変異原性物質等の難分解性物質を吸着除去することができる。
本発明では、家畜糞尿の受け入れにより増加した汚泥を熱分解ガスによって燃焼させることにより、外部から新たなエネルギーを投入することなく処理ができる。木質バイオマスの熱分解ガスは高カロリーであるため汚泥との混焼においては熱収支改善に大きく寄与することとなる。
これにより、システム内で利用される電力を本システム内で供給することができる。
さらに、前記標準脱窒処理設備の返送汚泥の少なくとも一部が導入され、前記発電設備若しくは前記燃焼設備の排熱により該返送汚泥を熱処理する熱処理装置を備えたことを特徴とする。
このように、返送汚泥を熱処理することにより、汚泥が可溶化されて脱窒処理が促進される。また、システム内で発生する排熱を利用する構成であるため、エネルギーの有効利用が可能となる。
このように、本実施例によれば浸漬膜の適用で槽内のMLSS濃度が高く採れ、全体として余剰汚泥発生量が低減される。従って、家畜糞尿を受入れても汚泥の処理量が大幅に増大することがなく、既存の汚泥処理系でも十分対応できるようになる。
酸素溶解効率25%以上を有するドラフトチューブ式曝気装置若しくは回転空気分散式曝気装置で、単位容積当りの酸素消費速度、酸素溶解効率を増大させることにより家畜糞尿の受け入れで増加した負荷を処理可能とする投げ込み型曝気装置を用意し、
前記標準脱窒処理設備に希釈水を投入せずに前記し尿系汚水及び前記家畜糞尿を脱窒処理し、該脱窒処理にて前記投げ込み型曝気装置により高酸素負荷で曝気するとともに、
木質バイオマスを熱分解して生成した熱分解残渣を前記標準脱窒処理設備に供給するようにしたことを特徴とする。
さらに、前記熱分解により発生した熱分解ガスを燃焼させ、該燃焼の排熱を用いて発電を行うようにし、前記燃焼若しくは前記発電による排熱を用いて、前記標準脱窒処理設備の返送汚泥の少なくとも一部を熱処理することを特徴とする。
図1は本発明の実施例1に係る家畜糞尿処理システムの全体構成図、図2は本発明の実施例2に係る家畜糞尿処理システムの全体構成図、図3は投げ込み型曝気装置の構成を示し、(a)ドラフトチューブ式曝気装置の斜視図、(b)は回転空気分散式曝気装置の斜視図である。
尚、ここで言う家畜糞尿とは牛糞尿、豚糞尿などであり、牛糞尿には肉牛糞尿、乳牛糞尿に区別される。受入れ方法としては糞を分離して尿のみ受入れる場合と糞・尿混合の場合とがある。また、し尿系汚水とはし尿、浄化槽汚泥を含む。
各装置の具体的構成において、スクリーン2は、細目スクリーンが好ましいがこれに限定されるものではなく、し渣40を除去する装置であればよい。他には、スクリュープレス、遠心分離機等が挙げられ、これを適宜単独若しくは組み合わせて使用する。
凝集沈殿装置12は、無機系凝集剤や高分子系凝集剤等の凝集剤を添加してフロック化し、脱窒処理水中の懸濁物質を除去する装置である。
オゾン処理装置13は、凝集処理水をオゾンと接触させて主にCODや色度成分等を酸化して除去する装置である。
本実施例では高度処理設備として以上の装置を例に挙げたが、他にも活性炭吸着塔や脱塩処理装置、消毒装置等を適宜組み合わせ用いる。
脱窒処理設備10は、図1に示すように上流側から順に、無酸素状態下で撹拌が行われる第1撹拌槽1、投げ込み型曝気装置6を備え高負荷曝気が行われる第1曝気槽2、メタノール等の水素供与体が添加されて撹拌が行われる第2撹拌槽3、散気管7を備え曝気が行われる再曝気槽4、沈殿槽5が直列に配設された構成となっている。
第1撹拌槽1は無酸素状態におかれ、撹拌手段を備えている。後段の第2撹拌槽3においても同様に無酸素状態で撹拌手段を供えているが、第1撹拌槽1は第2撹拌槽3より槽容量が大きく設計される。
家畜糞尿を混合する場合、第1曝気槽2の単位容積当りの有機物・窒素負荷が大きくなるので単位容積当りの酸素消費速度も大きくなり酸素溶解速度の大きい曝気装置が必要となる。また、酸素溶解効率も大きくないと曝気空気量が著しく増加するので酸素溶解効率の高いことが必要となる。散気管は酸素溶解効率が10%なので、酸素溶解効率25%以上を有する投げ込み型曝気装置6を設置することで処理効率が大幅に向上する。また、水中投込型は出入れ自在であるため、既存の設備を利用する場合であっても容易に取り付けられる。
再曝気槽4は散気管7が配設され、従来と同様の曝気が行われる。
沈殿槽5は、脱窒処理水を沈降分離により固液分離する装置である。
脱水装置15は、遠心脱水機、加圧脱水機、ベルトプレス脱水機、多重円板脱水機、スクリュープレス脱水機等から適宜選択して用いる。
乾燥装置16は、熱により水分を蒸発させる周知の装置で、直接乾燥、間接乾燥、真空乾燥等から選択して用いる。
焼却設備17は、流動床式焼却炉、ストーカ式焼却炉等種々の設備が用いられる。
し渣40及び余剰汚泥35は、脱水装置15にて脱水された後に乾燥装置16にて乾燥され、焼却設備17にて焼却処理される。また、コンポスト設備を具備する場合にはコンポスト処理してもよい。
また、乾燥装置16からの乾燥汚泥44の少なくとも一部を後述する発電系の燃焼設備19に投入するようにしてもよく、これにより増加した汚泥による汚泥処理系の負荷を軽減することができる。
熱分解設備18では、酸素欠乏状態で500℃〜700℃に維持された炉内にて木質バイオマス45を加熱して熱分解する装置であり、燃焼設備19は該熱分解により発生した熱分解ガス47を燃料として燃焼を行う装置である。発電設備20は、燃焼設備19からの排ガスのエネルギーを電力に変換するガスタービンや、燃焼設備19にて生成した高温蒸気のエネルギーを電力に変換する蒸気タービン等の発電機を備える。発電設備20にて発電した電力はシステム内にて利用することが好ましい。
熱分解残渣46は多孔質であるため、これを脱窒処理設備10に供給することで、し尿系汚水30及び家畜糞尿31に含有される内分泌攪乱化学物質や変異原性物質等の難分解性物質を吸着して水処理系から除去する作用を有する。該熱分解残渣46の供給先は、脱窒処理設備10内であれば何れでもよいが、第1撹拌槽1が好ましく、これにより熱分解残渣46の滞留時間が長くなり吸着効果が向上する。
また、生物処理の第1曝気槽2の曝気装置として、すでに設置されている散気管方式より酸素溶解速度、酸素溶解効率が大きく設置が容易で出入れ自在な水中投込型の曝気装置を設置することにより、混合した家畜糞尿分の負荷を希釈水を投入せずに処理可能となる。
さらに、このシステムの余剰敷地内または近隣に熱分解設備18を設け、木質バイオマス45を熱分解して発生した熱分解残渣46を脱窒処理設備10に供給することにより、内分泌攪乱化学物質や変異原性物質等の難分解性物質を吸着除去することができる。
さらにまた、家畜糞尿31の受入れで増加した余剰汚泥と木質バイオマス45から得られた熱分解ガス47を混合して燃焼させ、その排熱39で発電を実施し、電力を家畜糞尿受入れで増加する消費エネルギーの補填に利用することにより、エネルギーの有効利用が可能となる。木質バイオマス45の熱分解ガス47は高カロリーであるため汚泥との混焼においては熱収支改善に大きく寄与することとなる。
実施例2では、脱窒処理設備10にて沈殿槽5を設けずに、再曝気槽4に浸漬膜51を設置した構成となっている。浸漬膜51は、再曝気槽4内に浸漬設置され、曝気により水槽内に形成される旋回流によって膜面の汚れをかきとりながら固液分離を行なう装置である。
さらに、再曝気槽4からの返送汚泥36を熱処理する熱処理装置9を設け、熱処理汚泥38を第1撹拌槽1に返送するようにしている。熱処理装置9にて加熱されることにより返送汚泥36は可溶化され、脱窒処理設備10における分解反応が促進される。
また、熱処理装置9には、発電設備20からの発電排熱(300℃〜400℃程度)が供給され、この排熱により返送汚泥36を加熱することが好ましい。
2 第1曝気槽
3 第2撹拌槽
4 再曝気槽
5 沈殿槽
6 投げ込み型曝気装置
7 散気管
9 熱処理装置
10 脱窒処理設備
15 脱水装置
16 乾燥装置
17 焼却設備
18 熱分解設備
19 燃焼設備
20 発電設備
51 浸漬膜
Claims (8)
- し尿系汚水を処理する標準脱窒処理設備を備え、該標準脱窒処理設備は上流側から順に無酸素状態に保持された第1撹拌槽と、第1曝気手段を備えた第1曝気槽と、前記第1撹拌槽より小容積で無酸素状態に保持された第2撹拌槽と、第2曝気手段を備えた再曝気槽とが直列配設された家畜糞尿処理システムにおいて、
木質バイオマスを熱分解する熱分解設備を備え、該熱分解設備にて発生した熱分解残渣の少なくとも一部を前記標準脱窒処理設備の何れかの槽に投入するとともに、
前記第1曝気手段を投げ込み型曝気装置とし、前記し尿系汚水とともに家畜糞尿を標準脱窒処理設備に投入し、該標準脱窒処理設備に希釈水を投入せずに脱窒処理を行うとともに、前記投げ込み型曝気装置は、酸素溶解効率25%以上を有するドラフトチューブ式曝気装置若しくは回転空気分散式曝気装置であり、単位容積当りの酸素消費速度、酸素溶解効率を増大させることにより家畜糞尿の受け入れで増加した負荷を処理可能とするものであることを特徴とする家畜糞尿処理システム。 - 前記熱分解設備からの熱分解ガスを燃料とする燃焼設備を設け、前記標準脱窒処理設備にて生じた余剰汚泥の少なくとも一部を前記燃焼設備にて燃焼することを特徴とする請求項1記載の家畜糞尿処理システム。
- 前記熱分解設備からの熱分解ガスを燃料とする燃焼設備と、該燃焼設備の排熱を用いて発電を行う発電設備とを備えることを特徴とする請求項1記載の家畜糞尿処理システム。
- 前記標準脱窒処理設備の返送汚泥の少なくとも一部が導入され、前記発電設備若しくは前記燃焼設備の排熱により該返送汚泥を熱処理する熱処理装置を備えたことを特徴とする請求項1記載の家畜糞尿処理システム。
- 前記再曝気槽に浸漬膜を設置して固液分離を行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の家畜糞尿処理システム。
- し尿系汚水を処理する標準脱窒処理設備にて家畜糞尿を混合処理する家畜糞尿処理方法において、
酸素溶解効率25%以上を有するドラフトチューブ式曝気装置若しくは回転空気分散式曝気装置で、単位容積当りの酸素消費速度、酸素溶解効率を増大させることにより家畜糞尿の受け入れで増加した負荷を処理可能とする投げ込み型曝気装置を用意し、
前記標準脱窒処理設備に希釈水を投入せずに前記し尿系汚水及び前記家畜糞尿を脱窒処理し、該脱窒処理にて前記投げ込み型曝気装置により高酸素負荷で曝気するとともに、
木質バイオマスを熱分解して生成した熱分解残渣を前記標準脱窒処理設備に供給するようにしたことを特徴とする家畜糞尿処理方法。 - 前記熱分解により発生した熱分解ガスを燃料として、前記標準脱窒処理設備にて生じた余剰汚泥の少なくとも一部を燃焼することを特徴とする請求項6記載の家畜糞尿処理方法。
- 前記熱分解により発生した熱分解ガスを燃焼させ、該燃焼の排熱を用いて発電を行うようにし、前記燃焼若しくは前記発電による排熱を用いて、前記標準脱窒処理設備の返送汚泥の少なくとも一部を熱処理することを特徴とする請求項6記載の家畜糞尿処理方法。
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