JP5925023B2 - 汚泥排水の処理設備及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＢＯＤの高い汚泥排水（下水も含む）の処理に係り、特に曝気槽（酵素が投入されている）及び担体流動槽を用いた汚水の処理設備及び処理方法に関する。

例えば、特許文献１に記載のように、下水処理場に集められた下水は、粗い固形物や浮遊物を除いた後、有機成分等の除去を目的として、曝気槽に入れられ、好気性菌及び嫌気性菌を活用して、有機物を分解することが行われている。

また、汚水の処理に際して、バクテリア等を担持させた担体を汚水中に入れて、曝気処理を行い、酸素を供給すると共に、攪拌することについては、特許文献２に記載されている。

特開２００１−２３９２４１号公報 特開２００１−２６９６８６号公報

特許文献１記載の装置では、有機性廃棄物に対して、曝気処理、沈降処理及び最終反応槽による嫌気性処理を行っているが、処理液を至適温度（３０〜８０℃）に加熱する必要があり（特に、嫌気性処理を行う場合）、大量の下水を処理する場合は、大量の熱源が必要となるという問題がある。

また、特許文献２に記載の装置は、確かにバクテリアを担持させた担体を使用しているが、装置自体が小型であり、そのまま大型化することは困難であり、更に処理された汚水中の固形分が徐々に処理槽の中に溜まり、処理水もそのまま海や川等に放流できるものではないという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、大量の熱源を使用せず、有機物を含む汚泥排水をそのまま川や海に排水できる程度に処理する汚泥排水の処理設備及び処理方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る汚泥排水の処理設備は、１）有機汚泥を含む汚泥排水を受け入れる、直列配置された第１、第２の曝気槽と、２）前記第２の曝気槽によって曝気処理された汚泥排水を受け入れる第１の沈殿槽と、３）微生物を保持する担体を多数含み、前記第１の沈殿槽の上澄みとなる処理水を受け入れて、曝気処理を行う担体流動槽と、４）前記担体流動槽で処理された処理水を前記担体は除いて受け入れる第２の沈殿槽と、５）前記第２の沈殿槽の上澄み液を受け入れ、前記上澄み液を系外に放流前に一時貯留する放流槽と、６）前記第１、第２の沈殿槽にそれぞれ溜まった沈殿物を受け入れ、前記沈殿物を曝気処理して、無機質汚泥とその他の有機物を含む処理汚泥に分ける汚泥再生槽とを有し、更に、前記第１、第２の曝気槽の双方には、前記有機汚泥の分解を促進する酵素が投入されている。

第１の発明に係る汚泥排水の処理設備において、前記第１の曝気槽に前記汚泥排水を所定流量ずつ供給する流量調整槽と、前記第１の沈殿槽から前記汚泥再生槽に前記沈殿物を供給する第１の汚泥計量槽と、前記第２の沈殿槽から前記汚泥再生槽に前記沈殿物を供給する第２の汚泥計量槽と、前記汚泥再生槽から前記第１の曝気槽に所定流量の前記処理汚泥を供給する返送汚泥計量槽とを有するのが好ましい。

また、第１の発明に係る汚泥排水の処理設備において、前記第１の曝気槽の上流側には、スクリーン手段が設けられて、一定粒度以上のゴミが前記汚泥排水から除去されているのが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る汚泥排水の処理方法は、有機汚泥を含み活性汚泥浮遊物濃度（ＭＬＳＳ）が３０００〜６０００ｍｇ／Ｌの汚泥排水を曝気槽に入れて好気性菌処理を行う第１工程と、前記第１工程で処理された汚泥排水を第１の沈殿槽に入れて沈殿物と処理水に分離する第２工程と、前記第２工程で処理された処理水を微生物を保持する担体を多数含む担体流動槽に入れて曝気処理をする第３工程と、前記第３工程で処理された処理水を第２の沈殿槽に入れて生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が１６０ｍｇ／Ｌ以下の上澄み液と沈殿物に分離する第４工程と、前記第２工程及び前記第４工程で発生した沈殿物を汚泥再生槽に入れて曝気処理を行い、沈降する無機質汚泥とその他の有機物を含む処理汚泥に分離する第５工程とを有し、更に、前記第１工程で使用する前記曝気槽に前記有機汚泥の分解を促進する酵素を入れる。

第２の発明に係る汚泥排水の処理方法において、前記曝気槽は、直列配置された第１、第２の曝気槽に分離し、前記第１の曝気槽の下流側でオーバーフローした汚泥排水を前記第２の曝気槽で処理しているのが好ましい。
なお、以上の発明において、ＭＬＳＳ濃度を３０００〜６０００ｍｇ／Ｌとしたのは、ＭＬＳＳ濃度が３０００ｍｇ／Ｌ未満の場合は、有機物の量が少なく浄化作用が円滑に進まず、ＭＬＳＳ濃度が６０００ｍｇ／Ｌを超えると、以下の沈殿槽での沈殿分離が効率よく行えない。
なお、放流槽に流す上澄み液のＢＯＤは１６０ｍｇ／Ｌ以下（より好ましくは、３０ｍｇ／Ｌ以下）とするのが好ましい。

第１の発明に係る汚泥排水の処理設備、第２の発明に係る汚泥排水の処理方法においては、以下のような効果を有する。
（１）有機汚泥を含む汚泥排水を受け入れる曝気槽に有機汚泥の分解を促進する酵素が投入されているので、酵素による有機物の分解も行われ、好気性バクテリアによる有機物の分解を促進する。即ち、曝気処理によって生じる好気性バクテリアによる処理では、汚泥排水の処理に時間がかかるが、酵素を入れる曝気処理によって、処理時間が短くなり、更に、含まれる有機物も酵素によって低分子化されて好気性バクテリアの活動をより促進する。また、曝気槽に直列配置された第１又は第２の曝気槽を用いると、好気性バクテリアによる処理がより完全となる。

（２）第１の沈殿槽の上澄みとなる処理水を、微生物を保持する担体を多数含んで曝気処理を行う担体流動槽で処理するので、微生物によって有機物の殆ど全部が処理されて水と汚泥に分離し、第２の沈殿槽で有機物を殆ど含まない水を得ることができ、そのまま河川又は海に放流できる。

（３）また、第１、第２の沈殿槽で底に溜まった沈殿物（汚泥）は、汚泥再生槽に入れて曝気処理が行われるので、比重の大きい無機質汚泥と水に浮遊する有機物を含む処理汚泥に分離され、無機質汚泥は適当な時期に排出し、有機物を含む処理汚泥は再度曝気槽に戻して、分解処理を継続できる。

なお、第１の発明に係る汚泥排水の処理設備において、第１の曝気槽には汚泥排水が流量調整槽を介して所定流量ずつ供給され、第１の沈殿槽から汚泥再生槽に第１の汚泥計量槽を介して沈殿物が供給され、第２の沈殿槽から汚泥再生槽に第２の汚泥計量槽を介して沈殿物が供給され、汚泥再生槽から第１の曝気槽にも返送汚泥計量槽を介して所定流量の処理汚泥が供給されることによって、各装置の処理量を限定して、オーバー負荷をかけることがなく、確実に汚泥排水を処理できる。

本発明の一実施の形態に係る汚泥排水の処理設備及び処理方法を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る汚泥排水の処理設備及び処理方法に使用する計量槽の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は側断面図である。 本発明の一実施の形態に係る汚泥排水の処理設備及び処理方法に使用する汚泥計量槽の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は側断面図である。 本発明の一実施の形態に係る汚泥排水の処理設備及び処理方法に使用する第１の沈殿槽（第２の沈殿槽）の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る汚泥排水の処理設備１０は、有機汚泥を含む処理対象となる汚泥排水（単に「排水」と称する場合もある）を受け入れる原水槽１１と、原水槽１１からポンプ１２で汲み上げられた排水からゴミを除去するスクリーン手段１３とを有している。

原水槽１１には、曝気ブロワー１４から送られる圧縮空気を噴き出す散気手段１５が設けられ、内部の排水を攪拌している。スクリーン手段１３はオープニング（開口）が１ｍｍ（１〜５ｍｍ程度が好ましい）の網を有し、通過する排水から１ｍｍ以上のゴミを除去している。そして、このスクリーン手段１３を通過した排水は、流量調整槽１６、計量槽１７を介して直列配置された第１、第２の曝気槽１８、１９に流れ込んでいる。なお、汚泥排水は、活性汚泥浮遊物濃度（ＭＬＳＳ）が３０００〜６０００ｍｇ／Ｌを有する。

計量槽１７は図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、箱型の容器２１と、容器２１内に配置された、上流側にある給水口２２から排水を整流して下流側に流す上下の整流板２３、２４と、整流板２４の下流側に平行に設けられたＶ字状の排水通路２６と上下動可能な調整板２７とを有する仕切り部材２８とを備えている。そして、排水通路２６と調整板２７を通過する排水は、仕切り板２９によって仕切られた第１、第２の部屋３０、３１に流れ込み、第１の部屋３０には第１の排水口３３が、第２の部屋３１には第２の排水口３４がそれぞれ設けられている。

第１の排水口３３は第１の曝気槽１８に接続され、第２の排水口３４は流量調整槽１６に接続されている。調整板２７は上側中央に開口部３５を備え、仕切り部材２８に対して上下に調整可能となっている。これによって、給水口２２から供給された排水のレベルを調整し、余分な排水は、流量調整槽１６に戻している。

一方、Ｖ字状の排水通路２６から排出された排水は、Ｖ字溝（排水通路２６）を通過する排水の高さからその通過排水量を測定できる。排水の高さは、調整板２７によって調整できるので、結局は、この計量槽１７を通過する排水の量を一定量に制御でき、余分な排水は流量調整槽１６に戻すことになる。

第１、第２の曝気槽１８、１９には、曝気ブロアー１４から供給される圧縮空気を噴き出す散気手段３６、３７がそれぞれ設けられ、内部に供給された有機物を含む汚泥排水に空気（酸素）を送り込むと共に、内部を攪拌して、排水中に含まれる有機物を好気性バクテリアが食して分解する（曝気処理、即ち、好気性菌処理）ようにしている。なお、この第１、第２の曝気槽１８、１９には初めに大量の酵素が投入されていて、必要に応じて少量の酵素が酵素添加手段３８を介して添加されている。酵素の種類としては、油分分解酵素（例えば、リパーゼ）、蛋白質分解酵素（例えば、プロテアーゼ）、澱粉分解酵素（例えば、アミラーゼ）、植物繊維分解酵素（例えは、ペクチナーゼ）、多糖類分解酵素（ヘミセルラーゼ）の１又は２以上を主成分とするのが好ましい。なお、添加量（投入量）は排水の量に対して、例えば、１／１０００００〜１／１００００程度がよいが、この範囲より多くても少なくても本発明は適用される。

この酵素の添加によって、汚泥排水中に含まれる有機物を低分子化合物に消化し、好気性バクテリアの活動を増加させる。好気性バクテリアも活動によって酵素を作り出し、有機汚泥の分解を助ける。そして、酵素の一部は処理された水内に残り、最終処理された上澄み水に溶解している。
なお、第１、第２の曝気槽１８、１９は計量槽１７でその流量を調整しながら、常時汚泥排水を少量ずつ入れて連続運転をしてもよい。この場合、第１の曝気槽１８からオーバーフローした分が第２の曝気槽１９に流れ込む。

第２の曝気槽１９からオーバフローした汚泥排水（正確には曝気処理された汚泥排水）は、自然流で第１の沈殿槽４０に供給される。第１の沈殿槽４０での処理は時間がかかるので、第２の曝気槽１９から所定量の汚泥排水を入れた後は、ポンプ１２の運転を止めるのが好ましい。これによって、第１、第２の曝気槽１８、１９での曝気運転も一定時間継続して行われ、好気性バクテリアと酵素による処理がより効率良く行われる。

汚泥排水を入れた第１の沈殿槽４０を攪拌しないで放置すると、含まれている比重の大きい汚泥が沈殿し、汚泥（沈殿物）と汚泥の含有量が少ない処理水（上澄み）に分離される。なお、図４に示すように、第１の沈殿槽４０は底部に汚泥が溜まり易いように、下部は下側に向かって徐々に小径となる円錐部４１を備え、その上に円筒部４２が形成されている。

第１の沈殿槽４０の中央には（エアリフト）ポンプ４３を有している。このポンプ４３は、中央に配置されて下部に圧縮空気の入口４３ａを有する筒体４３ｂと、筒体４３ｂの外側に配置され、循環口４０ｂを備えた大径筒４０ａと、筒体４３ｂの上部に設けられた気液分離室４０ｃとを有し、エアブローによって筒体４３ｂの底部から吸入する汚泥を上方に搬送し、気液分離室４０ｃで汚泥と空気を分離している。

ポンプ４３を作動させることなく、第１の沈殿槽４０で、適当時間（例えば、１〜３時間）放置した後、第１の沈殿槽４０に溜まった汚泥を以上に説明したポンプ（エアリフトポンプ）４３によって抜き取り、第１の汚泥計量槽４５を介して汚泥再生槽４６に入れる。汚泥再生槽４６は、散気手段４６ａを有し、曝気ブロアー１４によって発生する圧縮空気を槽内に噴き出している。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、汚泥計量槽４５は一側上部に受け入口４７を備え、他側下部に排出口４８を備えた容器４９と、容器４９内に配置されたＶ字状の液通路５０を備える仕切り部材５１と、仕切り部材５１と受け入口４７との間に配置された整流板５３、５４とを有している。そして、Ｖ字状の液通路５０を通る汚泥の高さを測定して、通過する汚泥の量を測定できるようになっている。

汚泥再生槽４６ではバブリングをしているので、更に好気性バクテリアが作用し、汚泥の分解が進む。なお、汚泥再生槽４６の処理はバッチ処理で行い、一定時間エアによる曝気処理を行った後、散気手段４６ａによる曝気を止めて、中の汚泥を静止状態で保持する。これによって、汚泥が沈殿物と非沈殿物に分離して２層状態になるので、底部に溜まった無機質汚泥（無機質物）を定期的にポンプで除去する。そして、無機質汚泥の除去をある程度行った後、この作業を止めて、ポンプ５６によって非沈殿物（通常、処理汚泥、再生汚泥）を返送汚泥計量槽５７を介して、所定流量第１の曝気槽１８に戻す。

第１の沈殿槽４０によって分離された上澄みとなる処理水は、落差によって担体流動槽５９に入れる。担体流動槽５９には、粒径が２〜１０ｍｍ程度の担体が多数投入され、曝気ブロアー１４から供給される圧縮空気を噴き出す散気手段６０が設けられている。担体には多数の好気性バクテリア（微生物の一例）が担持され、処理水の好気性菌処理を行っている。なお、この場合も、処理水には第１、第２の曝気槽１８、１９で投入された酵素を有しているので、この酵素と好気性バクテリアが共同して処理水の浄化処理を行う。

担体流動槽５９で一定時間の処理水のバクテリア処理を行った後、担体はスクリーン等で除いて、全ての処理水を第２の沈殿槽６２に移す。第２の沈殿槽６２は第１の沈殿槽４０と同一構造となって、放置によって底部に処理水の汚泥が沈降し、非沈殿の上澄み液（水）と沈降する汚泥（沈殿物）に分離する。沈降した汚泥は、ポンプ４３によって送られ、第２の汚泥計量槽６４を介して汚泥再生槽４６に返される。

第２の沈殿槽６２で分離された上澄み液は、放流槽６５に溜めて定期的に系外（下水又は河川）に流す。この場合の上澄み液は、活性汚泥浮遊物濃度（ＭＬＳＳ）が２５０ｍｇ／Ｌ以下で、ＢＯＤが１６０ｍｇ／Ｌ以下（更に詳細には、１０〜５０ｍｇ／Ｌ）となって、外部に放水できる。この上澄み液には酵素を含んでいるので、これ自体で洗浄効果、有機物分解効果を有し、そのまま利用できる。

なお、以上の発明において、汚泥排水の処理設備１０は、原水（汚泥排水）を受け入れて、含まれているゴミを除去するスクリーン手段１３と、それぞれコンクリート製の直列配置された第１、第２の曝気槽１８、１９と、第１の沈殿槽４０と、担体流動槽５９と、第２の沈殿槽６２と、放流槽６５とを有する他、汚泥再生槽４６を有している。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、この実施の形態において、連続処理とバッチ処理を組み合わせて処理を行っているが、全部をバッチ処理とすることもできる。
また、第１、第２の曝気槽を備えているが、一つの曝気槽であっても本発明は適用される。

１０：汚泥排水の処理設備、１１：原水槽、１２：ポンプ、１３：スクリーン手段、１４：曝気ブロアー、１５：散気手段、１６：流量調整槽、１７：計量槽、１８：第１の曝気槽、１９：第２の曝気槽、２１：容器、２２：給水口、２３、２４：整流板、２６：排水通路、２７：調整板、２８：仕切り部材、２９：仕切り板、３０：第１の部屋、３１：第２の部屋、３３：第１の排水口、３４：第２の排水口、３５：開口部、３６、３７：散気手段、３８：酵素添加手段、４０：第１の沈殿槽、４０ａ：大径筒、４０ｂ：循環口、４０ｃ：気液分離室、４１：円錐部、４２：円筒部、４３：ポンプ、４３ａ：入口、４３ｂ：筒体、４５：汚泥計量槽、４６：汚泥再生槽、４６ａ：散気手段、４７：受け入口、４８：排出口、４９：容器、５０：液通路、５１：仕切り部材、５３、５４：整流板、５６：ポンプ、５７：返送汚泥計量槽、５９：担体流動槽、６０：散気手段、６２：第２の沈殿槽、６４：汚泥計量槽、６５：放流槽

Claims (5)

1. １）有機汚泥を含む汚泥排水を受け入れる、直列配置された第１、第２の曝気槽と、２）前記第２の曝気槽によって曝気処理された汚泥排水を受け入れる第１の沈殿槽と、３）微生物を保持する担体を多数含み、前記第１の沈殿槽の上澄みとなる処理水を受け入れて、曝気処理を行う担体流動槽と、４）前記担体流動槽で処理された処理水を前記担体は除いて受け入れる第２の沈殿槽と、５）前記第２の沈殿槽の上澄み液を受け入れ、前記上澄み液を系外に放流前に一時貯留する放流槽と、６）前記第１、第２の沈殿槽にそれぞれ溜まった沈殿物を受け入れ、前記沈殿物を曝気処理して、無機質汚泥とその他の有機物を含む処理汚泥に分ける汚泥再生槽とを有し、更に、前記第１、第２の曝気槽の双方には、前記有機汚泥の分解を促進する酵素が投入されていることを特徴とする汚泥排水の処理設備。
2. 請求項１記載の汚泥排水の処理設備において、前記第１の曝気槽に前記汚泥排水を所定流量ずつ供給する流量調整槽と、前記第１の沈殿槽から前記汚泥再生槽に前記沈殿物を供給する第１の汚泥計量槽と、前記第２の沈殿槽から前記汚泥再生槽に前記沈殿物を供給する第２の汚泥計量槽と、前記汚泥再生槽から前記第１の曝気槽に所定流量の前記処理汚泥を供給する返送汚泥計量槽とを有することを特徴とする汚泥排水の処理設備。
3. 請求項１又は２記載の汚泥排水の処理設備において、前記第１の曝気槽の上流側には、スクリーン手段が設けられて、一定粒度以上のゴミが前記汚泥排水から除去されていることを特徴とする汚泥排水の処理設備。
4. 有機汚泥を含み活性汚泥浮遊物濃度（ＭＬＳＳ）が３０００〜６０００ｍｇ／Ｌの汚泥排水を曝気槽に入れて好気性菌処理を行う第１工程と、前記第１工程で処理された汚泥排水を第１の沈殿槽に入れて沈殿物と処理水に分離する第２工程と、前記第２工程で処理された処理水を微生物を保持する担体を多数含む担体流動槽に入れて曝気処理をする第３工程と、前記第３工程で処理された処理水を第２の沈殿槽に入れて生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が１６０ｍｇ／Ｌ以下の上澄み液と沈殿物に分離する第４工程と、前記第２工程及び前記第４工程で発生した沈殿物を汚泥再生槽に入れて曝気処理を行い、沈降する無機質汚泥とその他の有機物を含む処理汚泥に分離する第５工程とを有し、更に、前記第１工程で使用する前記曝気槽に前記有機汚泥の分解を促進する酵素を入れることを特徴とする汚泥排水の処理方法。
5. 請求項４記載の汚泥排水の処理方法において、前記曝気槽は、直列配置された第１、第２の曝気槽に分離し、前記第１の曝気槽の下流側でオーバーフローした汚泥排水を前記第２の曝気槽で処理していることを特徴とする汚泥排水の処理方法。

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