JPH02149400A - 溶剤による生物汚泥の脱水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は、微生物による廃水処理方法における汚泥の脱
水処理方法に関し、特に溶剤の添加より汚泥を効率よく
脱水し、低含水率とする生物汚泥の脱水方法に係るもの
である。

従来技術： 微生物による廃水処理に際して生ずる汚泥の脱水手段と
しては、凝集剤、ろ過動剤などを添加した後、真空脱水
、遠心脱水、プレス脱水などの機械的な方法で脱水し濃
縮することが一般に行われている。しかし、このような
脱水方法では、汚泥を構成する微生物の細胞外部の水分
を除くのみで、脱水処理後の汚泥の含水率は８０ｗｔ％
前後に止まっていた。

脱水率を向上させる一つの方法として、機械的な脱水処
理の前工程又は後工程として、汚泥に対して親水性の溶
剤を添加、混合し脱水する技術が特公昭５７−７０００
号公報により開示されている。この提案では上記のごと
く親水性の溶剤のみを使用し、溶剤により汚泥を構成す
る微生物の細胞壁表面の高粘性物を低粘性化し、汚泥の
脱水性の向上を図ることを目的としている。

しかし、この発明によっても、親水性溶剤は細胞膜の溶
出、破壊までは行い得す、細胞質まで影響を与えるこ牛
ができないので、細胞質内の水分は細胞質中に多量に残
存したままとなり、この方法による場合も脱水処理後の
汚泥の含水率は６０ｗ　ｔ％程度が限度となっていた。

発明が解決しようとする課題： 現状では、親水性溶剤の添加によっても、含水率が６０
ｗ　ｔ％程度に止まっていた汚泥の脱水処理を改善し、
適応溶剤の添加により従来の機械的な脱水機を使用して
脱水した場合でも、少くとも脱水汚泥の含水率を５０−
１％以下に低減することを目的としている。

課題を解決するための手段： 本発明は、適応溶剤を選択、添加することにより、水分
を多量に抱持する細胞質までも、その水分並びに構成有
機質を細胞外部に除脱させることとした。すなわち、廃
水を微生物により処理した後、微生物汚泥を脱水する場
合に溶剤を使用して脱水性を向上させるに際し、親水性
溶剤に、疎水性溶剤を適当な割合で混合して得られる混
合溶剤を汚泥に添加し、脱水する。かかる混合溶剤は、
全体として汚泥に対して親和性を有している状態で、汚
泥を構成する微生物の細胞膜の一部を破壊し、結果的に
細胞内水分の除脱並びに細胞内有機質の溶出を著しく促
進する機作を示す。

又、この時に、汚泥と混合溶剤の混じった系を加圧状態
、加温状態若しくは加圧加温状態で混合することは一層
の効果がある。さらに、加圧状態の系では急速に大気圧
若しくは減圧状態に転移させ、加温状態の系では大気温
度の状態に戻すことは脱水効率の改善に大きく貢献する
。

発明の構成・作用ニ 一般に、下水処理、産業廃水処理など、微生物による廃
水の処理に使用される汚泥には非常に多くの種類の微生
物が含まれているが、殆んどが細菌類で占められている
。第１図はその細胞構造を、模型的に示したもので、１
は莢膜、２は細胞壁、３は細胞膜、４は細胞質である。

細胞の最外殻部である細胞壁２の構造は、ダラム陽性菌
とダラム陰性菌の場合によって異るが、何れもペプチド
グルカン層が基礎構造をなしている。細胞壁２は莢膜１
とともに外部からの影響に対して内部を保護している。

その内側の細胞膜３は、脂質二重層、すなわち脂質分子
がその非極性の末端を向い合せて並んだ層を主体とし、
この間隙に糖蛋白質が介在し、全体として栄養分や細胞
内生産物の選択透過を行っている。

細胞膜３の内側は細胞質４で、コロイド状の物質で核酸
リボゾーム、メソシーム、油滴、糖類などと微量の酵素
、多量の水分などで構成されている。

そこで、本発明ではこれら汚泥を構成する微生物類の細
胞質物質を細胞外へ取出す方法として、親水性溶剤（水
と無限大相溶する溶剤とする。以下、同様に称する。）
と疎水性溶剤（親水性でない溶剤。以下、同様に称する
。）とを適当な割合で混合した混合溶剤を汚泥に適量添
加する。

一般に、微生物細胞より細胞内構成有機質を取出す場合
には、溶剤による抽出がよく行われるが、脱水性には注
目して行われていない。

本発明では、多種多様の微生物よりなる汚泥の脱水に、
上記混合溶液が細胞質中の水分又は有機質の除脱まで達
成できることを確認し、且つ効果的に実現させる方法と
なっている。

従って本発明は、微生物による廃水処理時の汚泥の脱水
に際し： 親水性溶剤と疎水性溶剤とを適宜割合で混合してなる混
合溶剤を汚泥に添加し； 混合溶剤が汚泥に対して親和性を有している状態で汚泥
を構成する微生物の細胞膜を破壊し、混合溶剤を細胞質
内に侵入させ； 細胞室内水分を除脱させるとともに細胞質内の有機質を
溶出させることにより、汚泥の脱水性を向上させる； ことを要旨としている。

そして、上記の諸操作を加圧状態系、加温状態系又は加
圧加温状態系で行い、さらにこれらの諸状態系で上記脱
水操作を行うに際し、加圧状態系では急速に大気圧又は
減圧状態に、加温状態系では大気温度の状態に戻す操作
を付加する方法も脱水性の向上に貢献する。

親水性溶剤と疎水性溶剤との混合溶剤を汚泥に混ぜるこ
とにより、 （１）細胞内の親水性基の脱水和を促し、混合溶剤に可
溶な有機質を溶出させ、それらによって細胞壁、細胞膜
及び細胞質への親和性を発現させる、 （２）細胞膜の脂質構造の一部を、混合溶剤により溶出
又は破壊し、細胞内への外部液の侵入を容易にし、又水
分を含む細胞質構成物質の細胞外への移動を促進する、 などの作用がもたらされる。微生物細胞を多く含む汚泥
をこのような状態で数十分間放置し、それから機械的な
脱水機で脱水すると、細胞質内の物質の幾分かまで取出
すことができるため、脱水汚泥の含水率を、従来法によ
るものよりも格段に下げることが可能となる。

実施例： 本発明に適用する混合溶剤は、少くとも次の条件を満た
すことが必要である。

（イ）汚泥を構成する微生物細胞に対する親和力が強い
。

（ロ）細胞壁及ｄ細胞膜を構成する有機質に対する溶解
力及び分解作用が大きい。

（ハ）細胞質を構成する有機質に対する分解能力及び溶
出能力が大きい。

（ニ）混合溶剤処理後に、機械的な脱水機で処理した場
合に脱水性がよい。

上記のうち、（イ）の機作については、一般にメタノー
ル、エタノール、アセトンなどの親水性溶剤がよく知ら
れている。（ロ）の機作については疎水性のエーテル、
クロロホルム、ブタノールなどが好ましい。（ハ）につ
いては相乗的に作用する要素も多いと考えられる。（ニ
）については、機械的な脱水を実動するためには、凝集
剤を予め汚泥に加え又は何らかの手段で汚泥を凝縮した
後、混合溶剤を添加して混合し、しかる後本格的に脱水
するのが有利である。なお、このときに凝集剤を加えて
もよいことはいうまでもないが、凝集剤によっては混合
溶剤のため凝集作用を阻害されることがある。

従って、凝集剤−混合溶剤の組合せ及び混合溶剤の混合
比などを選定する必要がある。この選定が適切でないと
脱水が充分に行われるための各機作が円滑に進まない。

また、上記したものの他に、親水性溶剤としてプロパツ
ール、疎水性溶剤として酢酸メチル、酢酸エチル、塩化
メチレン、ｎ−ヘキサン、ベンジルアルコールなどが適
用でき、混合溶剤の混合比、適応範囲、以後の処理等の
有用性を向上できる。

本発明の具体的な実施にあたっては、脱水液及び脱水汚
泥から混合溶剤を回収する必要があるが、脱水汚泥に含
まれる混合溶剤量は混合溶剤の種類によって異なる。従
って、混合溶剤の汚泥脱水効果は、脱水汚泥から混合溶
剤を気化などによって除去した後の汚泥含水率を測定す
ることによって、より明確に判定され得る。

本発明において、使用する混合溶剤量を減少させる一般
的な方法は、生物処理汚泥を予め適宜方法で濃縮してお
くことであるが、特別な方法の一つに濃縮汚泥に少量の
カオトロピックイオン（Ｉｏ４−１ＣＩ０４−１ＮＯ３
−など大きなイオン半径を有する陰イオン）を混合溶剤
と同時に作用させる手段がある。この手段によると汚泥
に対する混合溶剤の使用比率を少なくしながら、汚泥含
水率を低下させることができる。

一方、このような特定の薬剤を使用しないで、混合溶剤
の使用量を減じ、しかも汚泥脱水効果を向上させるため
には、下記のごとき本発明の要旨に従う方法が有効であ
る。

（ａ）　　前記した条件を満たす混合溶剤と汚泥の混ざ
った系を、大気温度にて空気、窒素などのガスにより５
〜１５　ｋｇ　／　Ｃｌ１１に加圧し、数分〜数十分保
った後に急速に元の大気圧に戻すと、大気圧下で操作を
行った場合より処理時間が２０％以上短縮可能となる。

又、大気圧下での場合と同時間加圧下に保つと、汚泥に
対して同じ比率の混合溶剤の使用量で除脱し得る水分が
２０％以上向上する。

の）　混合溶剤と汚泥の混ざった系を、４０〜６０℃程
度まで加温すると、（ａ）に挙げた場合と同様の効果が
得られる。

（Ｃ）　　さらに（ａ）（ｂ）を複合させた処理系で行
うと、各単独で処理操作を行った場合よりも細胞内水分
の除脱は２０％以上多くなる。

以上の（ａ）　（ｂ）　（ｃ）を通じて、２０ｋｇ／ｃ
＋ｆｌを超える加圧を行い、急激に大気圧に戻した場合
には、細胞の破壊が部分的に起こるため脱水性が悪くな
り、本発明の目的に反する結果となる。

以下、本発明の具体的な一実施例を示す。

都市下水処理場のばつ気槽への返送生物汚泥に凝集剤を
加えて遠心脱水し、汚泥の含水率を８２〜８４％とした
。次に第１表に示す混合溶剤をこの汚泥に添加した。こ
の場合、混合溶剤を汚泥に充分親和させる必要があるの
で、先づ水１部と混合溶剤１部とを混合し水分がエマル
ジョン化しない混合割合を確かめ、その上で凝集剤との
関連で混合溶剤が充分機能する値を選定した。その結果
が、第１表に示されており最大割合（上限値の混合割合
）とした混合溶剤を上記汚泥に加え、第２表に示す方法
で処理した。この処理に際し添加する凝集剤としては、
カチオン性高分子の各種グレードのものを選択して用い
た。この汚泥を取出し、ろ過圧縮装置により圧力３気圧
で４０分間再度圧縮脱水した。脱水後の汚泥ケーキは４
０’Ｃ〜６０″Ｃに保ち溶剤臭が消失するまで溶剤を気
化させた。本発明の混合溶剤は６０分以内で気化可能で
ある。溶剤を気化した後の含水率は第２表に示すとおり
である。第３表に従来例の方法及び処理結果を示すが、
この含水率に比較して本発明例では非常に低い含水率と
なっている。

第２表に示すように混合溶剤を使用し、加圧、加温或い
は加圧加温の併用処理を行うと、少い混合溶剤量で含水
率５０％以下となる汚泥の脱水処理が容易に達成できる
。脱水後の溶液及びケーキから混合溶剤を蒸留及び気化
により回収した結果は、回収率が平均して９０％を上ま
わった。

さらにこの蒸留により混合溶剤を回収した後の残液のＣ
ＯＤを測定した結果の代表例を第２表に示したが、第３
表の接値と比較して本発明の混合溶剤は微生物細胞から
多量の有機物を溶出させていることがわかる。

第１表　　実施例の混合溶剤 ＝１４ 第２表 本発明例の汚泥脱水処理 第３表 従来例の汚泥脱水処理 第２表及び第３表を通じて ※２：溶剤回収後の脱水液のＣＯＤ値（ＰＰＭ）である
。

発明の効果： 本発明方法によれば、生物汚泥の脱水を効率よく行い、
すぐれた脱水性が得られる。従って、汚泥ケーキの取扱
いや、焼却などが容易となり産業上の利用性が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は細胞構造を模型的に示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　微生物による廃水処理における汚泥の脱水処理に際
   し、溶剤を使用して脱水性を向上させるようにした脱水
   方法において： 親水性溶剤と疎水性溶剤とを適宜割合で混 合してなる混合溶剤を汚泥に添加し； 混合溶剤が汚泥に対して親和性を有してい る状態で汚泥を構成する微生物の細胞膜を破壊し、混合
   溶剤を細胞質内に侵入させ； 細胞質内水分を除脱させるとともに細胞質 内の有機物を溶出させることにより、汚泥の脱水性を向
   上させる； ことを特徴とする溶剤による生物汚泥の脱 水方法。 ２　請求項１に記載される諸操作を、加圧状態系、加温
   状態系又は加圧加温状態系で行うようにしたことを特徴
   とする溶剤による生物汚泥の脱水方法。 ３　請求項２に記載される付加条件下における操作にお
   いて、加圧状態系では急速に大気圧又は減圧状態に、加
   温状態系では大気温度の状態にそれぞれ戻す操作を付加
   して行うようにしたことを特徴とする溶剤による生物汚
   泥の脱水方法。