JPH09108699A

JPH09108699A - 有機性汚泥の処理方法

Info

Publication number: JPH09108699A
Application number: JP27258095A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Fukase; 哲朗深瀬
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】消化減量工程で汚泥から溶出した窒素及びリ
ンを効率的に除去する。【解決手段】有機性汚泥を消化処理した後、生物的に
硝化処理し、次いで燐酸マグネシウムアンモニウムを生
成させてこれを除去した後、亜硝酸アンモニウムを加熱
分解する。【効果】有機性汚泥の消化処理液を硝化処理すると、
硝化が半量に達した時点で硝化が停止し、全アンモニア
性窒素の半量が亜硝酸性窒素に、残り半分はアンモニア
性窒素のまま残存する。硝化処理後にＭＡＰを生成させ
ることにより、液中のアンモニウムイオン及びリンがＭ
ＡＰとして不溶化する。この不溶化物を除去すること
で、アンモニア性窒素及びリンを除去できる。その後、
亜硝酸アンモニウムを加熱分解することで、アンモニア
性窒素及び亜硝酸性窒素を除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機性汚泥の処理方
法に係り、特に、有機性汚泥を消化により減量化する際
に汚泥から溶出する窒素及びリンを効率的に除去する有
機性汚泥の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機性汚泥の発生量は増々増加す
る傾向にあり、汚泥投棄のための処分地の不足が問題と
なっている。そこで、汚泥減量のために、汚泥の熱処理
や嫌気性消化等の減量法が検討されている。しかし、こ
れらの方法で汚泥を減量化した際には、汚泥から窒素及
びリンが溶出するため、脱水濾液の窒素及びリン濃度が
増加し、その処理が大きな問題となっている。

【０００３】従来、汚泥を嫌気性消化した際、脱離液中
に燐酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）を生成させ
て、リンを回収する方法が提案されている。なお、この
方法では、ＭＡＰ生成のために不足するマグネシウムの
添加を必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＭＡＰ生
成法では、リンとごく一部の窒素は除去できるが、窒素
の大部分を除去することはできない。窒素除去のため
に、通常の硝化脱窒と組み合わせることも可能である
が、この場合には、脱窒のための有機物の添加が必要と
なり、好ましくない。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決し、有機
性汚泥の処理に当り、消化による汚泥の減量化で汚泥か
ら溶出した窒素及びリンを効率的に除去することができ
る有機性汚泥の処理方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の有機性汚泥の処
理方法は、有機性汚泥を消化処理した後、生物的に硝化
処理し、次いで燐酸マグネシウムアンモニウムを生成さ
せてこれを除去した後、液中の亜硝酸アンモニウムを加
熱分解することを特徴とする。

【０００７】有機性汚泥の消化処理後の液中のアンモニ
アは、重炭酸アンモニウムの形になっており、これを生
物的硝化処理すると、自動的にその半量が硝化した時点
でアルカリ度が消費され、硝化が停止する。

【０００８】この際、アンモニア濃度が１０００ｍｇ／
Ｌ程度を超えると、硝化は亜硝酸型となり、全アンモニ
ア性窒素の半量が亜硝酸性窒素となり、残部はアンモニ
ア性窒素のまま残存する。

【０００９】硝化処理後にＭＡＰを生成させることによ
り、液中のアンモニウムイオン及びリンがＭＡＰとして
不溶化する。この不溶化物を除去することで、アンモニ
ア性窒素及びリンを除去できる。

【００１０】その後、液中の亜硝酸アンモニウムを加熱
分解することにより、アンモニア性窒素及び亜硝酸性窒
素を除去できる。即ち、アンモニウムイオンと亜硝酸イ
オンとが当モルで反応して窒素ガスとなって除去され
る。

【００１１】本発明においては、特に、ＭＡＰ生成を硝
化処理の後に行ない、ＭＡＰ生成でアンモニウムイオン
を亜硝酸イオンよりもわずかに減少させた後、亜硝酸ア
ンモニウムの加熱分解を行うことにより、処理水中のア
ンモニア性窒素を確実に除去することができる。

【００１２】本発明による処理効果は、 (i) 消化に先立ち、汚泥を予め濃縮する。 (ii) 消化処理汚泥を膜又は遠心分離等で濃縮する。 (iii) 消化処理汚泥を改質する。ことにより、より一層高められる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１４】図１は本発明の有機性汚泥の処理方法の一
実施例を示す工程図である。

【００１５】本発明においては、有機性汚泥を必要に応
じて濃縮した後消化処理し、消化処理液を必要に応じて
固液分離した後生物的に硝化処理し、その後、硝化処理
液中にＭＡＰを生成させる。このＭＡＰを除去した後、
分離液中の亜硝酸アンモニウムを加熱分解する。なお、
消化工程には、汚泥改質工程を設けても良い。

【００１６】以下に、本発明の有機性汚泥の処理方法を
各工程毎に説明する。

【００１７】濃縮工程汚泥を濃縮する。濃縮手段には特に制限はなく、沈降、
浮上、遠心分離など、汚泥を固液分離して汚泥濃度を高
めるものであれば良い。汚泥濃度を高めることにより、
後続の消化槽等を小さくして効率的な処理を行える。

【００１８】特に、後段の生物的硝化においてアンモニ
ア性窒素を亜硝酸型に硝化するためには、アンモニア性
窒素を消化液中に１０００ｍｇ／Ｌ以上存在させる必要
がある。一般に、有機性汚泥中には５〜１０％の窒素が
含まれており、消化により、この窒素がアンモニアとし
て液中に溶出する。従って、アンモニア性窒素濃度は汚
泥濃度に依存することから、アンモニア性窒素濃度を高
めるためには、汚泥濃度を高くしておく必要がある。

【００１９】消化により、アンモニア性窒素濃度を、後
段の硝化に好適な１０００ｍｇ／Ｌ以上とするために
は、消化率が１００％としても最低１０，０００ｍｇ／
Ｌの汚泥濃度とする必要がある。通常の消化率は５０％
程度であるため、好ましくは２０，０００ｍｇ／Ｌ以上
の汚泥濃度となるように、汚泥を濃縮する。特に、この
濃縮と共に、後述の汚泥改質（熱処理、オゾン処理等）
を組み合わせて採用するのが好適である。

【００２０】硝化槽に供給される汚泥濃度が上記好適濃
度であれば、この濃縮工程は省略しても良い。

【００２１】消化工程消化により汚泥を分解し、汚泥量を減容化する。消化方
法は、通常行われる方法で良く、好気性消化、嫌気性消
化のいずれでも良い。

【００２２】好気性消化は、例えば消化槽に汚泥を供給
し、汚泥返送及び曝気を行いながら、１日以上、通常は
３〜１５日間滞留させて汚泥を自己分解する。好気性消
化は非加温式でも加温式でも良い。

【００２３】嫌気性消化は、通性嫌気性菌、絶対嫌気性
菌の作用で汚泥を液化、ガス化するものであり、任意の
方法を使用できる。例えば、有機酸生成、メタン生成を
１槽で行うもの、或いは、別々の槽で行う２槽式を採用
できる。また、３０〜３７℃程度の中温嫌気、５０℃以
上の高温嫌気のいずれでも良い。嫌気性消化槽では２．
５日以上、通常は５〜３０日の滞留時間で汚泥を分解す
る。

【００２４】汚泥改質工程この工程は省略しても良いが、最終汚泥量を減少させる
には有効であり、設けるのが望ましい。

【００２５】汚泥改質は、消化槽の汚泥の一部を、汚泥
又は汚泥分解過程で生じた難生物分解性物質を易生物分
解性物質に変換する機能を備える汚泥改質手段で処理
し、改質処理した汚泥を消化槽に返送することにより実
施され、これにより、汚泥を減少させる。この汚泥改質
を適切に行うことにより、消化槽からの固形物の排出を
なくすこともできる。

【００２６】汚泥改質の方法としては、例えば、オゾン
による改質処理、酸による改質処理、アルカリによる改
質処理、熱による改質処理のような方法がある。

【００２７】オゾンによる改質処理では、消化槽の汚泥
の一部をオゾン処理槽に導き、槽下部からオゾン含有ガ
ス（例えば、オゾン化空気）を０．００２〜０．０５ｇ
−Ｏ₃ ／ｇ−ＶＳＳの割合で吹き込んで、汚泥を酸化分
解し、生物易分解性のＢＯＤ成分に変換する。このオゾ
ン処理は、特に、オゾンとの接触をｐＨ５以下の酸性領
域で行うと酸化分解効率が高くなり好ましい。

【００２８】酸による改質処理は、消化槽の汚泥の一部
を改質槽に導き、塩酸、硫酸等の鉱酸を加え、ｐＨ２．
５以下、好ましくはｐＨ１〜２として所定時間滞留させ
れば良い。滞留時間は、例えば、５〜２４時間とする。
この際、汚泥を５０〜１００℃に加熱すると改質がより
一層促進され、好ましい。

【００２９】一方、アルカリによる改質処理では、改質
槽に導いた汚泥に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
等のアルカリを汚泥に対し０．１〜１重量％程度加え、
所定時間滞留させれば良く、滞留時間０．５〜３時間程
度で易生物分解性に改質される。この際、汚泥を５０〜
１００℃に加熱すると改質がより一層促進され、好まし
い。

【００３０】熱による改質処理では、改質槽に導いた汚
泥を所定温度に加温して滞留させることにより改質す
る。温度は１００〜２００℃の高温にしても良いが、
酸、アルカリ等の改質促進剤を添加することで５０〜１
００℃においても改質できる。滞留時間は温度によって
異なるが、一般には０．５〜３時間で良い。

【００３１】固液分離工程消化槽から排出される消化液が固形分を含む場合には、
これを固液分離手段に導き、液中の固形分を分離する。
分離された固形分は消化汚泥として排出され、埋立、脱
水、焼却等で処理、処分される。排出される汚泥量は消
化によって、原汚泥量の５０％以下に減容化され、処理
ないし処分が容易に行えるようになる。特に、上記の
改質工程を採用することにより、汚泥の減容化が促進さ
れ、処理、処分が容易となる。

【００３２】固液分離手段としては、沈澱、遠心分離、
膜濾過等を採用できる。

【００３３】硝化処理した液には、汚泥が分解して汚泥
中に含まれていたアンモニア性窒素やリンが高濃度に含
まれている。従って、固液分離により得られた分離液は
このままでは放流できず、次の工程で窒素及びリンの除
去処理を行う。

【００３４】なお、消化槽から排出される消化液が固形
分を含まない場合には、この固液分離工程を設ける必要
はない。

【００３５】生物的硝化工程生物的硝化工程は、通常の生物的硝化の方法で行えば良
い。消化液を硝化槽に導入し、活性汚泥の存在下に曝気
して好気条件とすることにより、汚泥中の硝化菌の働き
で、アンモニア性窒素を硝化する。

【００３６】硝化には、任意の硝化槽を採用できる。例
えば、汚泥浮遊式の標準的な硝化槽（硝化処理水と汚泥
とを分離する固液分離手段を備える。）でも良く、汚泥
を担体に付着させた生物膜式の硝化槽でも良い。

【００３７】この硝化工程では、少なくとも濃度１０，
０００ｍｇ／Ｌの汚泥を消化しているため、アンモニア
性窒素は１０００ｍｇ／Ｌ以上存在する。このため、硝
化によってアンモニア性窒素は亜硝酸性窒素に変わり、
硝酸性窒素までには酸化されない。

【００３８】また、本発明においては好気性消化又は嫌
気性消化を経た消化液を処理するため、前述の如く、ア
ンモニア性窒素は殆ど重炭酸アンモニウムの形で存在し
ている。このため、硝化が半量進んだ段階でアルカリ度
が消費され、ｐＨが低下して硝化反応が自動的に停止す
る。即ち、アンモニア性窒素は、亜硝酸：アンモニウム
＝１：１のモル比となるように硝化される。これは後続
の亜硝酸アンモニウムの分解に好都合な形態であり、従
って、窒素を効果的に除去できることになる。

【００３９】また、本発明では、次のＭＡＰ生成工程の
前に、硝化工程を行うため、上述の如く、アンモニア性
窒素の半量が亜硝酸性窒素となって、亜硝酸性窒素とア
ンモニア性窒素とがほぼ当モル存在することになり、後
段の亜硝酸アンモニウムの加熱分解に好都合である。こ
れに対して、硝化をＭＡＰ生成の後に行うと、アンモニ
アとアルカリ度のバランスがくずれ、亜硝酸アンモニウ
ムの生成量が減少し、アンモニア性窒素又は亜硝酸性窒
素を十分に除去し得ず、これらが処理水中に残留するこ
とになる。

【００４０】ＭＡＰ生成工程汚泥の消化液中にはリンも含まれているので、この工程
でリンをＭＡＰ（リン酸アンモニウムマグネシウム；Ｍ
ｇＮＨ₄ ＰＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ）として不溶化して除去す
る。

【００４１】ＭＡＰは、燐酸イオンとアンモニアとマグ
ネシウムイオンとの反応によって生成するが、消化液に
は燐酸イオン及びアンモニアが含まれているので、不足
するマグネシウムイオンを添加してやれば良い。Ｍｇ源
としては塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、水酸化
マグネシウム等のマグネシウム化合物を使用することが
できる。添加量は、除去すべき液中のリンと当量以上と
する。

【００４２】また、反応はｐＨ７．５〜９．５で進行す
るので、必要により、ｐＨ調整剤（一般にはアルカリ）
を添加する。Ｍｇ源として水酸化マグネシウムを使用し
た場合には、Ｍｇの供給とｐＨ調整とを行うことができ
る。

【００４３】なお、この反応により、液中のアンモニア
もリンと当モル分除去されることになるが、後続の亜硝
酸アンモニウムの加熱分解に悪影響を及ぼすことはな
い。むしろ液中のアンモニア性窒素量は亜硝酸性窒素量
の当モル未満となり（亜硝酸性窒素過剰）、確実にアン
モニア性窒素を分解でき、有利である。

【００４４】ＭＡＰ生成のための反応槽は、反応槽と固
液分離手段（例えば、沈澱、膜分離等）とから構成する
ことができる。分離したＭＡＰの一部は反応槽に種晶と
して返送すると結晶化が促進され、ＭＡＰの分離性が改
善されて好ましい。また、反応槽はＭＡＰ粒子を充填し
た充填塔式として、液を充填層に通してその際に生成Ｍ
ＡＰを粒子表面に析出させるようにしても良い。

【００４５】亜硝酸アンモニウムの加熱分解工程この工程で、液中の亜硝酸アンモニウムは次のように分
解する。

【００４６】ＮＨ₄ ＮＯ₂ →Ｎ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏこの反応は加熱によって促進される。加熱温度は５０℃
以上、特に１２０〜１８０℃が好ましい。この温度は高
いほど反応速度が速くなるが、作業上の危険性の問題が
生じ、低い場合は反応速度が遅く、反応槽が大型化す
る。

【００４７】また、この反応は触媒の存在によって促進
される。触媒としては、白金、パラジウム、ロジウム、
イリジウム等の貴金属触媒が活性が高く好ましい。これ
らの触媒は、担体に担持されて使用される。触媒を担持
する担体としては、チタニア、アルミナ、シリカ、ゼオ
ライト等が使用される。

【００４８】この工程において、アンモニア性窒素とこ
れと当モルの硝酸性窒素とが除去される。

【００４９】上述の工程を経た水は、アンモニア性窒素
及びリンが除去されているが、少量の亜硝酸性窒素が残
っている。従って、この亜硝酸性窒素の残留量が多く、
このままでは放流できない場合には、処理水を排水処理
系の原水側に戻しても良い。この場合、本発明で対象と
する有機性汚泥の汚泥量は、汚泥発生源の排水処理系の
排水量に対し１〜２％程度であることから、この処理水
を排水処理系に返送しても排水処理系の負荷量の増大は
殆どない。

【００５０】また、亜硝酸アンモニウムの加熱分解工程
の次に、生物脱窒工程を設けても良い。この場合には、
亜硝酸アンモニウムの加熱分解で得られる処理水は、脱
窒しやすい形態の亜硝酸性窒素を少量含むだけであるの
で、生物脱窒槽は小型のもので良く、例えば、脱窒菌を
固定した生物濾過型脱窒槽が適している。

【００５１】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

【００５２】実施例１下水余剰汚泥を遠心分離により濃縮して濃度６０，００
０ｍｇ／Ｌとした後、嫌気性消化処理した（３Ｌ容ジャ
ーファメンタ使用，滞留時間３０日）。消化処理液を遠
心分離して、ＮＨ₄ −Ｎ：２３５０ｍｇ／Ｌ，Ｐ：４１
６ｍｇ／Ｌ，ＭＬＳＳ：２９２００ｍｇ／Ｌの上澄水を
得た。この上澄水を２Ｌ容曝気槽（３．５ｍｍ角ウレタ
ンスポンジ３０％添加）で生物的に硝化処理し、ＮＨ₄
−Ｎ：１１８０ｍｇ／Ｌ，ＮＯ₂ −Ｎ：１０９０ｍｇ／
Ｌ，ＮＯ₃ −Ｎ：０．２ｍｇ／Ｌ，Ｐ：４１０ｍｇ／
Ｌ，ｐＨ：６．５の硝化処理液を得た。

【００５３】この硝化処理液に、塩化マグネシウムをマ
グネシウムとして４００ｍｇ／Ｌ添加し、ＮａＯＨを添
加してｐＨを８．５に調整した後、１時間緩やかに撹拌
した。３０分静置後、上澄水を分析したところ、Ｐ：１
６．５ｍｇ／Ｌ，ＮＨ₄ −Ｎ：９８０ｍｇ／Ｌ，ＮＯ₂
−Ｎ：１０７０ｍｇ／Ｌであった。

【００５４】この上澄水をチタニアに白金を担持した触
媒を充填したカラムに温度：１６０℃、通液ＳＶ：２ｈ
ｒ^-1で通液した。

【００５５】その結果、ＮＨ₄ −Ｎ：３．３ｍｇ／Ｌ，
ＮＯ₂ −Ｎ：８３ｍｇ／Ｌ，ＮＯ₃−Ｎ：０．３ｍｇ／
Ｌ，Ｐ：１６ｍｇ／Ｌの高水質処理水が得られた。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の有機性汚泥
の処理方法によれば、有機性汚泥の処理に当り、汚泥を
消化により減量化する際に汚泥から溶出する窒素及びリ
ンを薬剤無添加で効率的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性汚泥の処理方法の一実施例を示
す工程図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚泥を消化処理した後、生物的に
硝化処理し、次いで燐酸マグネシウムアンモニウムを生
成させてこれを除去した後、液中の亜硝酸アンモニウム
を加熱分解することを特徴とする有機性汚泥の処理方
法。