JP4812261B2

JP4812261B2 - 高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法、及び高濃度有機性物質の処理方法

Info

Publication number: JP4812261B2
Application number: JP2004140344A
Authority: JP
Inventors: 和義鈴木; 吉博岡本
Original assignee: Nippon Steel Kankyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Kankyo Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2024-05-10
Also published as: JP2005319411A

Description

本発明は、高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法に関し、更に詳しくは、余剰汚泥や食物残渣等の高濃度有機性物質中の固形分を、加温・加圧下で触媒を使用することなく酸化剤で可溶化処理する高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法、及びこれを利用した高濃度有機性物質の処理方法に関する。

従来、ＢＯＤで示される排水中の有機汚濁成分を含む有機性排水の浄化処理では、活性汚泥方式等の生物学的処理方法によって、比較的低いコストで満足し得る結果が得られている。上記活性汚泥方式では、処理対象排水を最初沈澱池に導き、比重の重いものを沈澱させて除去し、次いで曝気槽において、活性汚泥によって液中の有機物を生物分解している。従って、家庭や食品工場等から廃棄される排水中の食物残渣（焼酎粕、酒粕、或いは生ゴミ）等は、最初沈澱池で除去されて、一部は再利用されるものの、大半は埋立或いは焼却等の処理がされている。更に、上記活性汚泥処理では、分解したＢＯＤのうちの５０〜７０質量％は微生物の生活エネルギーに消費され、残りの３０〜５０質量％は菌体の増殖に使用されるため、大量の余剰汚泥が発生するが、該余剰汚泥の大半は、沈澱池で分別されて、別途、埋立或いは焼却等の処理がされている。しかしながら、これらはいずれも、大量の水分を含み、しかも腐敗性のものであり、その処理は非常に困難であり、これら余剰汚泥や排水中の食物残渣等の有機性の固形物の処理は、大きな問題となっている。

例えば、活性汚泥処理で発生した余剰汚泥は、そのまま脱水処理して、或いは、嫌気性消化することで、メタンガス、二酸化炭素、水素、硫化水素等に分解して減容化し、その後に固液分離された嫌気性消化汚泥を脱水処理して、これらの汚泥を焼却するか或いは埋立処分している。これに対して、出願人は、既に、酸化槽内で、金属イオンを触媒として酸化剤で、余剰汚泥や、上記した嫌気性消化汚泥を酸化分解して汚泥を減容化すると同時に、酸化槽からの脱離水等を曝気槽に戻して生物分解させることで、余剰汚泥等を処理する方法についての提案をしている（特許文献１参照）。

特開平７−２４４９９号公報

上記した方法によれば、活性汚泥方式で発生する余剰汚泥や、上記した嫌気性消化汚泥等の有機性汚泥を効率よく減容化することができ、埋立或いは焼却等の処理を必要とする固形物の量を減容化することができる。しかしながら、本発明者らの更なる検討の結果、上記した方法では、可溶化処理が完全であるとは言い難く、更に、鉄等の金属イオンを触媒として用いているため、これらが残渣として残り、埋立或いは焼却等の処理が必要な固形物の量は少なくなるものの、処理が必ず必要になるという問題があった。これに対して現在の汚泥等の固形物の処分費用は２〜３万円／ｍ³と高く、更に、この処分費は今後一層高騰する傾向にある。又、処理コストの問題に加えて、埋立或いは焼却等の処理は、大気汚染や土壌からの溶出物の問題等を生じる恐れもあるため、極力、固形物の処理を少なくした方法の開発が望まれている。

従って、本発明の目的は、活性汚泥方式で発生する余剰汚泥や嫌気性消化汚泥等の有機性汚泥、更には、焼酎粕、酒粕、或いは生ゴミ等の食物残渣といった高濃度有機性物質中の固形分を効率よく可溶化処理し、活性汚泥処理等の生物分解を可能とすると同時に、埋立或いは焼却等の処理が必要な固形分の量を大幅に削減した、環境汚染の恐れのない、高濃度有機性物質の効率のよい経済的な処理方法を提供することにある。又、本発明の目的は、余剰汚泥に対する固形物処理の発生が低減された高濃度有機性物質の処理方法を提供することにある。

上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、余剰汚泥又は食物残渣である高濃度有機性物質中の固形分を可溶化処理する方法において、耐圧容器内に、ｐＨを５以下に調整した高濃度有機性物質を充填し、容器内温度を１５０〜２５０℃とし、容器内圧力を１．１〜２．５ＭＰａとして処理する際に、加熱して耐圧容器内の高濃度有機性物質の温度が１５０℃となった時点で酸化剤である過酸化水素を圧入し、この条件下（少なくとも断続的に酸素含有ガスを導入することを除く）で、高濃度有機性物質中の固形分を、触媒を使用することなく酸化剤で酸化分解して可溶化することを特徴とする高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法、及び高濃度有機性物質の処理方法である。

本発明によれば、余剰汚泥や食物残渣等の高濃度有機性物質中の固形分を効率よく可溶化処理して、生物分解が可能な形態にでき、しかも、可溶化処理に触媒を使用することがないので、埋立或いは焼却等の処理が必要な固形分を格段に減少することができる結果、高濃度有機性物質の経済的な処理が達成される。更に、本発明によれば、余剰汚泥に対する固形物処理の発生が低減された有機性排水の処理が達成される。

次に、好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明にかかる高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法を実施した装置を模式的に示した図であるが、図１を参照しながら説明する。先ず、本発明においては、高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理を、１５０〜２５０℃の加温、且つ０．６〜１０ＭＰａの加圧の条件下で行う。図中の１は、この際に使用できる内部を加圧状態にすることが可能な耐圧容器である。耐圧容器１の形状或いは容量は、処理の対象とする高濃度有機性物質に応じて適宜に決定すればよい。２は、該耐圧容器１の内部を加温するためのヒーターである。活性汚泥等の高濃度有機性物質が充填されている容器内部を、該ヒーター２によって加温することで、耐圧容器１内は加圧状態となる。この際、容器内の温度を耐圧容器１に設けた温度計５で測定することで、温度条件及び加圧条件を制御する。

本発明においては、上記のようにして耐圧容器１内の温度（より具体的には高濃度有機性物質の温度）を、１５０℃〜２５０℃、より好ましくは、１５０〜１８０℃として処理する。更に、容器内の圧力を、０．６〜１０ＭＰａの範囲、より好ましくは、１．１〜２．５ＭＰａの範囲の加圧状態で処理する。又、容器内には、酸化剤３を添加し、攪拌機６で、容器内に充填した高濃度有機性物質を撹拌しながら処理を行う。使用する酸化剤としては、従来公知の化学酸化方法において使用されている酸化剤、例えば、過酸化水素、過酸化カルシウム、過硫酸アンモニウム、アルキルヒドロペルオキシド、過酸エステル、過酸化ジアルキル又はジアシル等が使用できる。コストや副生成物等の点からみて過酸化水素が最も好ましい。以下過酸化水素を代表例として説明する。

過酸化水素の使用量は、特に限定されず、高濃度有機性物質の内容によって変化するが、好ましい使用量は、高濃度有機性物質１００質量部（固形分）に対して約１０〜２００質量部（酸素として）となる範囲である。

過酸化水素等の酸化剤３は、図中に４で示した窒素ガス等の不活性ガスを使用して、容器内に圧入すればよい。本発明の方法においては、酸化処理前の高濃度有機性物質のｐＨを、予め５以下に調整しておき、この状態で酸化剤による酸化処理を行うことが好ましい。この際に使用するｐＨ調整剤としては、硫酸、硝酸等を用いることが好ましい。

処理温度が１５０℃未満である場合には、触媒を用いない酸化条件においては、酸化に時間がかかり、効率が不十分で且つ過酸化水素の利用効率も不十分である。又、２５０℃を超える温度は、加熱エネルギー消費が大になり、処理効果との兼ね合いで経済的な処理とはならない。酸化反応時間は、耐熱容器のサイズ、温度及び圧力、撹拌機の性能等によって異なるが、例えば、高濃度有機性物質である余剰汚泥（固形分約１質量％）を１０ｍ³程度、温度１５０℃、圧力２．５ＭＰａの条件下で充分な撹拌が行われる場合には、約１５〜６０分間の反応時間で充分であり、余剰汚泥の約８５〜９５質量％を分解することができる。

本発明においては、上記したような加温・加圧条件下における酸化処理の後、加熱を停止して、徐冷した後、又は容器を水で冷やした後、可溶化液をそのままの状態で（或いは、必要に応じて濾過して得た濾液を）、曝気槽中に入れる等することで、余剰汚泥等の固形物を含む高濃度有機性物質を生物学的な方法でほぼ完全に処理することができる（図２参照）。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
＜実施例１＞
食品工場の排水を処理している排水処理施設の余剰汚泥（ＳＳ：１３，０００ｍｇ／リットル、ＳＳ性ＴＯＤ１８，０００ｍｇ／リットル）を下記の条件で可溶化処理した。内容積が３００ｍｌのＳＵＳ３１６製の耐圧容器に、上記の汚泥を２５０ｍｌ入れて、過酸化水素を酸化剤として使用して可溶化処理をした。即ち、図１に示したような装置を用い、予め硫酸でｐＨを２．５に調整した余剰汚泥を耐圧容器１内に入れ、ヒーター２で容器１内の汚泥Ｓの温度が１５０℃となるまで加温し、１５０℃となった時点で、窒素ボンベ４からの窒素ガスで過酸化水素水３を容器内に圧入した。反応時の容器内の圧力を測定したところ、２．５ＭＰａであった。過酸化水素水３の添加量は、ＳＳ性ＴＯＤに対しての量が５０％となるように（即ち、９，０００ｍｇ／リットルの割合となるように）添加した。この条件で３０分間反応させ、反応後の液のＳＳ量を測定し、反応前後のＳＳ量からＳＳの可溶化率（％）を求めた。結果を表１中に示したが、ＳＳの可溶化率（％）は９３％であり、余剰汚泥中の固形物は、本実施例の方法によって、ほぼ完全に可溶化できることが確認された。

＜比較例１＞
実施例１において、反応容器中に、銅系の触媒（銅フェライト）を、銅イオン量が３００ｍｇ／リットルとなるように添加した以外は、実施例１と同様の試験を行って、得られた結果を表１中に示した。表１に示したように、ＳＳの可溶化率は９５％であり、実施例１との比較から、加温・加圧して酸化分解した場合には、触媒を用いることなく、十分な可溶化処理ができることが確認された。しかし、本比較例の場合には、触媒が残渣としてそのまま残ってしまうため、可溶化処理後に生物処理を行う場合には濾過処理が必要となる。

＜比較例２＞
実施例１において、酸化剤である過酸化水素を使用しなかった以外は、実施例１と同様の試験を行った。この場合の反応時の圧力は０．６ＭＰａであった。結果を表１中に示した。表１に示したように、ＳＳの可溶化率（％）は、５２％であり、酸化剤を用いない場合には十分な可溶化処理ができず、可溶化処理後に生物処理を行う場合等には、固形物の除去が必要となることが確認された。

＜比較例３＞
実施例１の処理で使用したｐＨ２．５に調整した汚泥を用い、第一鉄イオンが２５０ｍｇ／リットルとなるように鉄系の触媒（塩化第一鉄）を加え、更に、ＳＳ性ＴＯＤに対しての量が５０％となるように過酸化水素を添加し、大気圧中で振とうしながら５０℃で１時間反応させた。そして、反応後のＳＳ量を測定し、実施例１の場合と同様にＳＳの可溶化率（％）を求めた。結果を表１中に示したが、可溶化率は、実施例１、比較例１及び２の場合よりも劣っており、十分な可溶化処理が行われなかった。又、触媒が残渣としてそのまま残るため、可溶化処理後に生物処理を行う場合には、これらを除去するための濾過処理が必要となる。

＜実施例２＞
食品工場からの焼酎粕（ＳＳ：３５，０００ｍｇ／リットル、ＳＳ性ＴＯＤ９２，０００ｍｇ／リットル）を用いて、過酸化水素の添加量を、ＳＳ性ＴＯＤに対しての量が４０％となるように添加した。そして、その他は実施例１の場合と同様にして、ＳＳの可溶化率（％）を求め、結果を表２中に示した。表２に示したように、実施例１の場合よりも固形物の多い本実施例の試料に対しても、ＳＳの可溶化率（％）は９１％と高く、ＳＳ濃度の高い焼酎粕についても良好な可溶化処理ができることが確認された。

＜比較例４＞
実施例２で処理したと同様の焼酎粕に対して、過酸化水素の添加量を、ＳＳ性ＴＯＤに対しての量が４０％となるように添加した以外は、比較例１と同様にして可溶化試験を行った。結果を表２中に示したが、表２に示したように、ＳＳの可溶化率（％）は、９０％であり、実施例２との比較から、加温・加圧して酸化分解した場合には、触媒を用いることなく、満足できる可溶化処理ができることが確認された。しかし、本比較例の場合には、触媒が残渣としてそのまま残ってしまうため、可溶化処理後に生物処理を行う場合には濾過処理が必要となる。

＜比較例５＞
実施例２で処理したと同様の焼酎粕について、比較例２と同様にして可溶化試験を行った。この場合の反応時の圧力は０．６ＭＰａであった。結果を表２中に示したが、表２に示したように、ＳＳの可溶化率（％）は４５％であった。この結果、酸化剤を用いない場合には十分な可溶化処理ができず、可溶化処理後に生物処理を行う場合等には、固形物の除去が必要となることが確認された。

以上の如き本発明によれば、活性汚泥方式で発生する余剰汚泥や嫌気性消化汚泥等の有機性汚泥、更には、焼酎粕、酒粕、或いは生ゴミ等の食物残渣といった高濃度有機性物質中の固形分を効率よく可溶化処理し、活性汚泥処理等の生物分解を可能とすると同時に、埋立或いは焼却等の処理が必要な固形分の量を大幅に削減した、環境汚染の恐れのない、高濃度有機性物質の効率のよい経済的な処理方法が提供される。本発明によれば、余剰汚泥に対する固形物処理の発生が低減された高濃度有機性物質の処理方法が提供される。

本発明を実行する場合の装置を模式的に示した図である。本発明の可溶化処理方法を有機性排水の処理方法に組み込んだフローである。

符号の説明

１：耐圧容器
２：ヒーター
３：酸化剤
４：不活性ガス
５：温度計
６：攪拌機
Ｓ：高濃度有機性物質

Claims

余剰汚泥又は食物残渣である高濃度有機性物質中の固形分を可溶化処理する方法において、耐圧容器内に、ｐＨを５以下に調整した高濃度有機性物質を充填し、容器内温度を１５０〜２５０℃とし、容器内圧力を１．１〜２．５ＭＰａとして処理する際に、加熱して耐圧容器内の高濃度有機性物質の温度が１５０℃となった時点で酸化剤である過酸化水素を圧入し、この条件下（少なくとも断続的に酸素含有ガスを導入することを除く）で、高濃度有機性物質中の固形分を、触媒を使用することなく酸化剤で酸化分解して可溶化することを特徴とする高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法。
前記過酸化水素の添加量が、ＳＳ性ＴＯＤに対しての量が４０〜５０％となる量である請求項１に記載の高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法。
請求項１又は２に記載の高濃度有機性物質中の固形分の可溶化処理方法によって得られた可溶化物を、更に生物分解することを特徴とする高濃度有機性物質の処理方法。