JPH0114834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、し尿系汚水、下水その他の有機性廃
水の処理方法に関するものである。 〔従来技術〕 従来のし尿系汚水処理において最も進歩したプ
ロセスとして評価され、実施例が近年急増してい
るプロセスは、し尿に希釈水を添加して生物学的
硝化脱窒素処理したのち活性汚泥を沈殿池で固液
分離し、上澄水を凝集沈殿、砂過し、さらにオ
ゾン処理、活性炭処理するという方法である。 このプロセスは、一見かなり妥当なプロセスに
みえ、秀れた方式として評価されやすいが、厳し
い視点から技術評価すると、次のような重大な問
題点を本質的に内在していることを本発明者は認
識するに至つた。 すなわち、 数多くの単位操作を直列的に並べているた
め、プロセスが複雑で維持管理性も悪い。 凝集沈殿又は凝集浮上工程に多量の凝集剤の
添加を必要とし資源消費型であるほか、難脱水
性の凝集沈殿汚泥が発生し、その処理・処分が
難点となると同時に処理・処分に多大の経費を
要する。 オゾン処理のためのオゾン発生電力に約20〜
300KWH/Kg・オゾンという多量の電力を必要
とし、又活性炭処理に500〜600円／Kg・活性炭
という高価な活性炭を使用するので、活性炭処
理コストが多大になる。 活性炭の使いすてをやめるためには廃活性炭
の再生を必要とするが、再生には多量の熱エネ
ルギーを使用することになり、結局のところ省
エネルギー的でない。 本発明者は、以上のような問題点を内在する従
来プロセスの技術レベルに強い凝問をもち、検討
を進め本発明を完成した。 〔発明の目的〕 すなわち本発明は、従来方法の上記問題点を極
めて合理的に解決しうる有機性廃水の処理方法を
提供することを目的とするものである。 〔発明の構成〕 本発明は、有機性廃水を消化処理することな
く、生物学的硝化反応が遂行される生物処理工程
で生物処理し、該生物処理水を蒸発濃縮工程にて
濃縮処理したのち、該濃縮液を焼却工程を含む後
処理工程により処理することを特徴とする有機性
廃水の処理方法である。 本発明プロセスの効果は驚くべきものと言つて
よく、従来プロセスの凝集沈殿・砂過・オゾン
処理、活性炭吸着の各工程が全く不要になり、し
かも処理水質は従来プロセスより著しく秀れてお
り、維持管理費も節減される。 以下に、本発明の一実施態様を図面を参照しな
がら説明する。 除渣したし尿（浄化槽汚泥が混入している場合
が多い）１を、これに希釈水を添加することなく
生物学的硝化脱窒素法による生物処理工程２に流
入せしめ主としてBOD、アンモニアなどの窒素
成分を充分除去する。生物処理工程２としては、
し尿１中のBOD成分を脱窒素菌のための水素供
与体として利用する硝化液循環型、し尿のステツ
プ的流入型、好気性脱窒型、回分処理型などを採
用する。生物処理工程２に希釈水を多量に添加す
ることは、水温の低下を招くばかりでなく蒸発対
象水量が増加するので好ましくない。 し尿を謙気性消化もしくは好気性消化処理して
から生物学的硝化脱窒素処理すると、消化処理工
程においてBODが除去されるため、脱窒素菌の
ための有機炭素源が不足し、外部からメタノー
ル、エタノール、酢酸などの高価な有機炭素源を
添加しなくてはならず極めて不合理な結果をもた
らすので本発明では、し尿をこのような消化処理
をすることなく、直接生物学的硝化脱窒素処理す
る。 しかして、生物処理槽２′から流出する活性汚
泥スラリー３は遠心濃縮機などを使用する固液分
離工程４において固液分離され、分離汚泥５の大
部分は返送汚泥５′として生物処理槽２′にリサイ
クルされる。一方、余剰（活性）汚泥６はフイル
タプレス、スクリユープレスなどの機械脱水工程
７によつて脱水され、脱水分離水７′と含水率60
〜65％前後の脱水ケーキ８となる。 しかして、固液分離工程４にて分離された生物
処理水９はBOD、アンモニア窒素成分、SSは良
好に除去されているが非生物分解性COD、色度、
リン酸、有機性窒素が多量に残留している。この
ため従来プロセスでは生物処理水９に対し凝集沈
殿、砂過、オゾン処理、活性炭処理を行ない
COD、色度、リン酸、有機性窒素を除去してい
るのであるが、本発明では、このような常套手段
を廃し、生物処理水９を蒸気圧縮法及び／又は多
重効用法による間接加熱式蒸発濃縮工程１０にて
濃縮し、発生する水蒸気の凝縮水を生物処理水９
の高度処理水とするか、または硝化された生物処
理水を焼却炉の排熱によつて蒸発濃縮せしめると
いう新しい方法を導入する。 すなわち、蒸気圧縮法による蒸発濃縮法につい
て図示例で説明すれば、生物処理水９を予熱した
のち、常圧条件下にある蒸発缶１０′内に供給し、
蒸発した水蒸気１１を蒸気圧縮機１２にて圧縮昇
温させたのち、蒸発缶１０′内の間接加熱部１３
に導き、水蒸気の凝集潜熱を蒸発用加熱源として
再利用する。 間接加熱部１３において水蒸気は凝集水１４と
なるが、この凝集水１４は温度が100℃程度で多
量の熱量をもつているので、熱交換器１５におい
て、生物処理水９の予熱に利用したのち、処理水
１４′となつて放流される。処理水１４′は蒸留水
とほぼ同等であり無色透明、COD・BOD・リン
酸・窒素が極めて少なく（０〜１mg/程度）、し
尿処理水として最高級の水質を示す。 また、この実施態様には重要な概念の一つとし
て次の点が含まれる。すなわち、し尿１を生物処
理する際に発生する微生物酸化反応生成熱
（30000〜40000Kcal/Kl・し尿の発熱量がある）
によつて生物処理槽内液温、したがつて生物処理
水９の温度が、原し尿１の温度よりも20〜30℃上
昇するという効果に着目し、微生物酸化熱によつ
て温度上昇された生物処理水９を蒸発濃縮処理す
ることが重要ポイントの一つである。 この結果、蒸発缶１０′内の蒸発温度（通常100
℃）にまで加熱するのに必要な熱量が節減できる
という極めて重要な効果が得られる。 しかして、蒸発缶１０′内で蒸発濃縮された濃
縮液１６（生物処理水９が数十倍に濃縮されたも
の）は、別個の蒸発乾燥工程１７（ドラムドライ
ヤーが好適である）にて蒸発乾固され、乾固物１
８（組成はBOD成分、NaClなどの塩類）は焼却
工程１９において焼却される。蒸発濃縮液は高濃
度のBOD成分および色度成分を含有しているの
で、焼却処分することが本発明において不可欠な
工程である。すなわち、蒸発濃縮液から単に塩分
のみを析出させても高濃度のCOD、色度成分が
また残留しているので、蒸発濃縮液のまゝ、ある
いはこれを単に乾燥後処分すると、処分地におい
てCOD、色度の溶出などの２次公害を招くので、
本発明の如く焼却せしめて、COD、色度成分を
熱的に完全に分解することが必須要件である。 一方、し渣８′と脱水ケーキ８は排熱ボイラー
付の流動床焼却炉などを適用する上記焼却工程１
９で自然焼却され、回収熱エネルギー２０は蒸発
濃縮工程１０及び／又は蒸発乾燥工程１７に供給
され有効利用される。２１は焼却残渣である。上
記蒸発濃縮工程１０及び蒸発乾燥工程１７のスタ
ートアツプに当たつては系外から供給される水蒸
気２６又は焼却工程１９からの水蒸気２６′が使
用される。 なお、本発明においては「焼却」という術語
は、熱分解処理も焼却処理の範ちゆうに入るもの
として使用している。また、ゴミ焼却場がし尿処
理場に隣接設置又は併設されている場合は、ゴミ
焼却工程から発生する余剰熱を蒸発濃縮工程１０
および／又は蒸発乾燥工程１７に給することが極
めて望ましい。余剰熱からタービンなどで電力を
発生させて蒸気圧縮機１２の駆動電力に利用する
方法も推奨できる。 本発明において濃縮液１６の蒸発乾燥工程１７
として特に推奨できる方法は次のものである。す
なわち、濃縮液１６を余熱したのち常圧条件下に
ある密閉型間接加熱式蒸発乾燥器、例えば図示例
のように密閉型ドラムドライヤー２２に供給し、
回転ドラムの表面に濃縮液１６をフイルム状に付
着させ、ドラム内部に供給されたスチームによつ
てフイルム状液を蒸発乾固させて、乾固物１８を
スクレーパーによつてドラム表面からかき取つて
ホツパーから槽外に排出させる。一方、フイルム
状液膜から蒸発した水蒸気２３を蒸気圧縮機２４
にて圧縮昇温させたのちドラム内にリサイクルさ
せ、蒸発乾燥用加熱源として再利用するという方
法である。この場合ドラムドライヤー２２内部で
凝縮した凝縮水２５の水質も極めて良好であるの
で、処理水１４′に合流される。 以上のように本発明の一実施態様では蒸気圧縮
法を採用した場合について説明したが、蒸発濃縮
工程１０および蒸発乾燥工程１７に多重効用蒸発
法または多重効用蒸発法と蒸気圧縮法の併用法を
採用してもよいことは云うまでもない。 蒸発乾燥工程１７は、いかなるタイプでよく、
また濃縮液１６の供給方法としては、図示例では
回転ドラムが浸漬されている汚泥貯留部２２′に
供給されるが、回転ドラムの表面に直接噴霧もし
くは流下させる方法でもよい。また、濃縮液１６
は蒸発乾燥工程１７で処理せず直接焼却工程１９
により噴霧焼却してもよい。 さらに、熱交換器１５から流出してくる凝縮水
（し尿の高度処理水）１４は、未だ水温が50℃程
度であり多大の保有熱量をもつているので、その
まま放流せずに脱水ケーキ８の通気乾燥工程（図
示せず）の空気加熱源として利用する方法を採用
することによつて、焼却工程１９からの回収熱エ
ネルギー２０を増加させることができる。 処理水１４′を任意のポリツシング工程（例え
ばイオン交換、吸着、化学酸化処理、限外過膜
処理など）にてさらに超高度処理を行なうことは
随意である。また、上記図示例では蒸発濃縮工程
１０蒸発乾燥工程１７を共に常圧条件下で行なう
ようにしたが、このようにすると、し尿１の生物
処理水９が100℃程度の加熱工程を経由した凝縮
水が処理水１４′となるので、これには大腸菌群
などの細菌が全く残存しなくなる。従つて、特別
の滅菌工程が不要になる。 なお、上記両工程のうち少なくとも一方を常圧
条件下でなく、減圧下で行なつたり、生物処理工
程２を生物学的硝化工程もしくは生物学的脱窒素
工程としもよい。 〔発明の効果〕 以上のような本発明によれば、次のような数多
くの重要効果が得られる。 従来プロセスで不可欠となつていた生物処理
液の凝集沈殿（浮上）・過・オゾン酸化・活
性炭吸着のすべての工程が不要になり、しか
も、従来プロセスよりもはるかに秀れた水質の
処理水が得られる。 従つて、環境汚染防止上著しい効果があるほ
か、プロセスも簡潔化される。 凝集剤、オゾン発生電力、活性炭の補給、活
性炭の再生用エネルギーのすべてが不要とな
り、大きな省資源・省エネルギーが達成され
る。 凝集沈殿（又は浮上）汚泥が発生しないの
で、処理すべき汚泥は余剰生物汚泥だけです
み、処理・処分の経費が大幅に節減できる。 脱水ケーキ中に凝集沈殿（浮上）汚泥などの
無機水酸化物（Al（OH）₃、Fe（OH）₃など）が
混入していないので、脱水ケーキの発熱量が
4000〜4500Kcal/Kg・乾燥物と高く燃料的性状
に秀れており、容易に自燃するので、重油など
の補助燃料を必要としない。この点が省エネル
ギー効果に大きく寄与する。 し尿中には高濃度のアンモニア、有機酸、臭
気成分が含まれているため、本発明によらず、
し尿を直接蒸発処理すると発生水蒸気および水
蒸気の凝縮水中に多量のアンモニア、揮発性有
機酸および臭気成分が含まれるので、到底水蒸
気の凝縮水をし尿の処理水として放流すること
はできない。しかも、し尿中には10000〜20000
ml／という高濃度のSSが含まれているので、
通常の蒸発操作では水分蒸発によつてSS濃度
が増加し、また粘性が極度に増加し蒸発缶が閉
塞するので、重油などの油を予めし尿に混合
し、水分蒸発によつても流動性が失なわれない
ようにする方法が従来採用されている。 これに対し本発明では、し尿をまず生物処理
しアンモニア、揮発性有機成分、臭気成分を充
分除去したのち活性汚泥など微生物を固液分離
し、この分離水に対し蒸気圧縮法などによる蒸
発処理を行なうので、蒸発水蒸気およびこれの
凝縮水中にBOD、COD、窒素、リン酸、色度
成分、臭気成分がほとんど全く存在しない極め
て清澄な蒸留水なみの水質が得られる。また、
蒸発缶からの臭気成分のリークもないし、蒸発
対象液にSSが殆ど無いので、従来のような油
を添加して流動媒体にするという面倒な操作を
必要とせずに容易に蒸発濃縮できるという重要
な利点がある。 従来のし尿処理水の塩素イオン濃度は300〜
3000mg/と高いため山林、田畑のかんがい用
水にすることは困難であつたが、本発明の処理
水は蒸留水に近いため塩素イオン濃度は数ppm
程度にすぎない。したがつて、かんがい用水に
容易に使用することができる。 さらに、し尿を直接蒸発処理すると、し尿中
に存在する硫化物などのスケール生成成分及び
SSのため蒸発缶内の伝熱面へのスケール付着
がはげしいが、本発明ではし尿の生物処理水に
対し蒸発処理するので、スケール生成が非常に
少ないことが実験的に確認された。 〔実施例〕 神奈川県某し尿処理場に搬入されるし尿（浄化
槽汚泥10％混入）をロータリスクリーンによつて
除渣してし渣を除去したのち、し尿処理量１Kl／
日の規模で硝化液循環生物学的脱窒素工程により
無希釈処理した。無希釈処理した理由は蒸発工程
流入水の量を減少させるためと、微生物反応熱に
よつて水温を上昇させるためである。無希釈処理
の結果、硝化槽水面の発泡が激しかつたが、硝化
槽水面の泡沫層に消泡機を設置することによつて
解決した。生物学的硝化脱窒素工程のMLSSは
20000mg/〜23000mg/、滞留日数は７日間とし
た。 生物処理槽内の水温は微生物（BOD資化菌、
硝化菌、脱窒素菌など）の微生物反応生成熱によ
つて夏季は45〜46℃冬期は33〜35℃、春・秋季37
〜42℃に維持された。生物処理槽流出スラリーの
固液分離には無薬注型遠心濃縮機を使用し、濃縮
汚泥（濃度５〜６％）の大部分を脱窒素槽にリサ
イクルさせ、一部を余剰活性汚泥として排出し
た。 しかして、遠心濃縮分離水（SS300〜500ml/
程度）を沈殿槽に流入させてさらに残留SSを除
去し、SS20〜30mg/の分離水を蒸気圧縮式蒸発
缶に供給し、濃縮比50倍に濃縮し、20／日の濃
縮液と180／日の水蒸気凝縮水（し尿の高度処
理水）を得た。上記蒸発缶には小型規模の流下膜
式を使用し、蒸気圧縮機にはルーツ式を用いた。
蒸発缶流入液および凝縮水の水質は次表のとおり
であつた。

【表】 蒸発缶から排出された濃縮液を、本発明者が開
発した密閉型自己蒸気圧縮式ドラムドライヤーに
供給して蒸発乾固しCOD成分、リン酸、色度成
分と塩類との混合物を得た。 一方、余剰汚泥に塩化第２鉄を対SSあたり12
％添加したのちCa（OH）₂でPH４〜５に中和し、
次いで圧搾機構付フイルタプレスにて脱水し、含
水率64〜65％、低位発熱量約4000Kcal／Kg−
Ｄ・Ｓの脱水ケーキを得た。また、し渣はスクリ
ユープレスで脱水し、水分60〜61％の脱水し渣を
得た。 脱水ケーキ、脱水し渣および上記濃縮液の蒸発
乾固物ならびに処理場管理棟及び付近の団地から
出るゴミを排熱ボイラー付流動床焼却炉で自燃焼
却させ、回収熱量を上記蒸発缶のスタートアツプ
用と定常運転用及び蒸発缶流入液の予熱に利用し
た。 なお、余剰汚泥の脱水には、前記フイルタプレ
スの他に高分子凝集剤添加後スクリユープレスで
脱水する方法を検討した結果、含水率62〜64％の
脱水ケーキが得られフイルムプレス脱水法と同等
の好結果を得た。以上のような本発明によつてし
尿１Klあたりの処理経費は900〜1000円であり、
従来プロセスの約1/4の経費で最高度の処理水質
が得られた。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施態様を示すフローシート
である。 １…し尿、２…生物処理工程、２′…生物処理
槽、３…活性汚泥スラリー、４…固液分離工程、
５…分離汚泥、５′…返送汚泥、６…余剰（活性）
汚泥、７…機械脱水工程、７′…脱水分離水、８
…脱水ケーキ、８′…し渣、９…生物処理水、１
０…蒸発濃縮工程、１０′…蒸発缶、１１，２３，
２６，２６′…水蒸気、１２，２４…蒸気圧縮機、
１３…間接加熱部、１４，２５…凝縮水、１４′
…処理水、１５…熱交換器、１６…濃縮液、１７
…蒸発乾燥工程、１８…乾固物、１９…焼却工
程、２０…回収熱エネルギー、２１…焼却残渣、
２２…ドラムドライヤー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機性廃水を消化処理することなく、生物学
   的硝化反応が遂行される生物処理工程で生物処理
   し、該生物処理水を蒸発濃縮工程にて濃縮処理し
   たのち、該濃縮液を焼却工程を含む後処理工程に
   より処理することを特徴とする有機性廃水の処理
   方法。 ２ 前記後処理工程が、蒸発乾燥工程を前段工
   程、前記焼却工程を後段工程として構成されてい
   るものである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記蒸発乾燥工程が、前記濃縮液を蒸発乾固
   処理するものである特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ４ 前記蒸発濃縮工程、前記蒸発乾燥工程の少な
   くとも一方が、焼却工程からの焼却排熱を利用し
   て行なわれるものである特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 ５ 前記蒸発濃縮工程からの水蒸気凝縮水を前記
   生物処理水の予熱に利用する特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第３項記載の方法。 ６ 前記生物処理工程が、生物学的硝化脱窒素工
   程である特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
   又は第４項記載の方法。 ７ 前記生物処理工程が、し尿系汚水を、これに
   希釈水を加えることなく行なわれるものである特
   許請求の範囲第６項記載の方法。