JPS602920B2

JPS602920B2 - 嫌気性汚泥消化法

Info

Publication number: JPS602920B2
Application number: JP55186527A
Authority: JP
Inventors: 顕弘安田; 護朗藤原; 優金沢
Original assignee: Takuma Research and Development Co Ltd
Current assignee: Takuma Research and Development Co Ltd
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1985-01-24
Also published as: JPS57107299A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は有機費の汚水、汚泥処理に使用する嫌気性消化
槽の性能改善のため、消イ○糟内の嫌気性菌を含む消化
汚泥の濃度を高く保つ方法として、活性炭、コークス、
石炭又はケィ石等の担体を消イｑ槽内に存在せしめ、こ
れによりメタン菌の繁殖と活動を充分に行なわせるよう
にした手段に係るものである。

家畜糞尿、農産廃棄物又は有機質汚水等の処理より発生
した汚泥を、更に安定化及び減量化する処理過程にあっ
てその処理に必要なエネルギー以上に、遥かに多量のエ
ネルギーが得られる手段として嫌気性消化槽（以下縦イ
ｑ槽と称する）が技近注目されてきた。

しかし、この消化槽は欧米諸国の下水処理場では消化時
にメタンガスを非常に多く発生するので、このガスで発
電し処理場の所要電力を充足するなど省資源、省エネル
ギーの処理装置として高く評価されているが、わが国に
おける場合は有機物の分解率が予想以上に悪いためにメ
タンガスの発生量が少なく、発生ガスを消イ○糟の加溢
に使用するにしても特に冬期にはこのメタンガスのみで
は熱瞳が不足し、不足熱量を補うために重油を多量に要
して運転経費が嵩み石油高価格時代になって維持管理費
の増大が大きな問題となっている。

さらに消化槽は微生物反応のため有機物の分解速度が非
常に遅く、そのため下水汚泥の処理においては約３０日
もの長い消化日数が必要で、大規模な消イｑ槽設備を要
し建設費の高騰が避けられないことも難点となっている
。そこで消イｑ槽の性能を悪くしている原因を調べると
、設備自体が嫌気性菌の活動を活発にし常に菌に好適な
条件を保ち易いものではなく、さらに消イ○糟の運転管
理面にも問題がみられるので、運転管理の巧拙に影響さ
れることがなく如何なる状況下におかれても常に最良の
性能を発揮できるように消化槽の機作を改善することが
急務である。

而して、消化槽での嫌気性菌の生息条件を改善する対策
として、最も効果的な且つ重要な方法は活力のある嫌気
性菌を培養し増殖させて、消イｑ槽ほ単位容積あたりに
ついて如何に多くの嫌気性菌を賦存せしめるかというこ
とであり、消イ○糟の性能の良否は嫌気性菌、特にメタ
ン菌を如何にして大量に増殖させその量を確保するかに
かかっている。嫌気性菌は酸生成菌とメタン菌とに大別
でき、消化槽の性能がすぐれているためには酸生成菌と
メタン菌とがバランスよく調和し、両者が共存すること
により酸生成菌が高分子有機物をアルコ−ル、有機酸等
の低分子の液化有機物にしてメタン菌が摂取し易い形態
となし、次いでこれらの化合物がメタン菌によりメタン
ガス、炭酸ガスと処理水（脱離液）とに分解される作用
が効率よく行なわれるものであることが肝要である。

酸生成菌は絶対嫌気状態でなくても生存が可能であって
、ＰＨ、温度、有機物負荷など嫌気的環境条件が急変し
ても馴応能力があり、生命力は非常に強く自然界には沢
山生息している。

しかし、メタン菌は環境の急変に弱く、菌の生存条件が
限定されきわめて育成し難い菌である。

このため、消化槽の性能を向上させるには、メタン菌の
生息に適する最良の条件を常につくりだしそしてメタン
菌をいかに多く繁殖させるかが必須要件であり、メタン
菌を最良の生息条件におくについて考慮すべきメタン菌
の特性は次に示すとおりである。‘ィ｝メタン菌は絶
対嫌気であって、空気や光の中では直ちに活動を停止す
る。

長い間空気や光に接していると死滅する。‘ｏ｝増殖
速度が非常に低い。

し一生息に最適のｐＨ‘ま中性又は弱アルカリ性（解
７〜７．５）であって、それ以外では繁殖力が急激に衰
えついには死滅する。

Ｂ生息に最適の温度はｌ５ｑｏ、３６０、５３ｑＣ付
近であって、有機酸濃度、栄養バランス及び毒性物質等
の環境条件に対してもその適応性の範囲が非常に狭く、
その上これらの環境因子の変動に対して敏感ですぐに活
動機能が低下する。

■ メタン菌は付着増殖性の菌であって、高水分の生息
媒体が必要である。

このような特性を有しているから、たとえば嫌気性消化
で充分に分解し、熟成した消化汚泥はメタン菌が最も生
息し易い好適条件を備えており、沢山のメタン菌が生息
している。

このことより一般に嫌気性菌を消化汚泥として表現する
ことが多い。このように消化の主役はメタン菌であり、
非常に繁殖力が緩慢であるため、メタン菌をいかにして
沢山繁殖させるかが消イｑ槽の性能向上の最大の要点と
なるのである。

斯かる目的に副うものの一例として、比較的簡単な設備
と操作とにより、メタン菌の特性を利用してメタン菌を
繁殖させてそれを促進する方法として、都市下水汚泥の
生汚泥（最初沈殿汚泥＋穣終沈殿汚泥）に活性炭を加え
、メタン醗酵をさせると次のような効果があると報告さ
れている。

‘ａ’汚泥の沈降性及び脱離液（処理水）の水質がよく
なる。‘ｂーガス発生量が増加し、さらにメタン含有
量が高くなる。

‘ｃ｝臭気が減少する。

‘ｄ’真空脱水機での脱水性が向上する。

上記のごとくメタン醗酵に活性炭を加えると処理効果が
あることは知られているが、現在までのところ、わが国
を始め欧米諸国においても下水処理場にて消化槽に活性
炭を賦存させて処理しているところはなく、それが実用
化されるに至らない理由として、対象汚泥、汚水により
処理効果がある場合と無い場合とがあり、また、効果は
挙がっても経済性に欠ける等の点にあるとみられるが、
活性炭の処理効果が非常によいものであれば、処理設備
も簡単であり、操作も容易なため、消化効率の向上が期
待される美プラントには性能向上の対策として非常に有
効な方法といえるのである。

本発明者達は、このような現況に鑑がみ実プラントにつ
いて効果的に実施し、その有為性を確認するために都市
下水の汚泥について各種の実験を行なった。実験に供し
た対象汚泥としては消化が最も困難であり、しかもどこ
の処理場にも存在し質的に均一で、実験結果に再現性を
期し易い汚泥、すなわち、活性汚泥法により発生する最
終沈殿池よりの余剰汚泥を選んだ。そしてこれから調整
される供試汚泥の性状と醗酵条件並びに処理効果は第１
表に示すとおりである。第１表余剰汚泥に対する活性
炭の使用効果注（１）余除汚泥として、”熱処理なし”
の場合固形物３．８２※、有機物３．１１※のもの、Ｍ
熱処理あり”の場合固形物３．３８※、有機物２．７０※のものを用いた。

（２）メタン発酵は３５℃で１５日間行った。

（３）ガス発生倍数とは投入汚泥量協あたりのガス発生
量Ｎのを表わす。

（４）活性炭は代表径で０．５物のものを使用した。

表にみるように、活性汚泥法で生じた余剰汚泥は好気性
菌の集合体であり、コロイド及びゲル状物質になってお
り、活性炭を添加してメタン醗酵しても効果は認められ
なかった。

しかし、同じ余剰汚泥を１７５℃、３０分間加熱処理し
た汚泥は熱処理により汚泥中の高分子有機物が低分子有
機物に変成し、汚泥中のたん白質、脂肪、炭水化物など
がかなり水溶怪物質になり液中に溶けた状態となってい
る。

また、汚泥の粘性も、余剰汚泥では水飴状で流動性が悪
いが、熱処理された汚泥は水のように流動性を増してお
り、従ってこの段階での熱処理により、汚泥は著しく消
化し易く変化する。すなわち、汚泥の熱処理温度と消化
し易さとの関連は、余剰汚泥を種種の温度で熱処理した
後３ｙｏの消化温度で１５日の消化日数で消化した場合
のメタン醗酵による分解率を示す第２図に示すように、
汚泥熱処理の温度範囲の選択によっても消化の効率を向
上できるのである。ただし第２図において、嫌気性熱処
理とは、酸素の存在しない場合の通常の熱処理で、好気
性熱処理とは酸素を存在させて行う熱処理を意味する。
このような熱処理汚泥に活性炭を添加しメタン醗酵する
と、メタン菌の繁殖に必要な※養バランスが満され、さ
らにメタン菌の繁殖に必要な生息媒体についてみれば活
性炭が生息媒体としての機能を充分に備えていることが
、繁殖に極めて好結果をもたらしすぐれた処理結果を示
している。

すなわち、余剰汚泥ではガス発生倍数７〜８倍に対し、
熱処理すると１３〜１４倍、更に活性炭を添加すると１
５〜１７．５音となり活性炭添加の効果は顕著である。
第１表にみられるように活性炭の添加量は汚泥に対し１
〜１咳容量％（消イｑ槽‘ま溢流型で常に充満している
ので、消イｑ槽容積に対しても、１〜１０容量％となる
。）が望ましく、添加量がこれより少ないと効果が少な
く、１０％を超えても効果は変らず、不経済となる。ま
た、活性炭の添加は汚水が発生工程より排出される前に
予め行われた場合にも汚水中に坦体としてよく拡散し有
効である。消化槽は２糟を順列設置する例が多くみられ
、第１消イリ槽内のメタン菌濃度を高く保つことが消イ
ｑ槽の性能を高く維持することになるが、そのためには
第２消イ○糟で消イＱ冥合液を静遣したとき、固液分離
ができ沈殿した消化汚泥を第１消イ０轡こ返送すること
が絶対に必要になる。

ここに熱処理汚泥は第２消イ○糟で固液分離ができるが
、余剰汚泥は濃度も４％近くになると粘度が高くなり固
液分離が困難になる。次に活性蕨など添加損体の消耗又
は補充の問題であるが、第２消化槽より系外に排出され
るとき、園液分離が可能な場合には活性炭を核として嫌
気性菌が生息し集合している消化汚泥は、消化汚泥のみ
集め易くその結果活性炭のみ回収することは容易である
。

従って活性炭の消耗又は補充量も僅少であって、活性炭
を使用したからといって殊更に運転経費が上るという要
素はなく、以上の事項から明白なごとく消化槽の性能を
向上させる対策の１つとして、消化槽のメタン菌濃度を
高めるについての本発明方法は優れた効果を有すること
が確認されたのである。本発明は消イｑ管内のメタン菌
濃度を高める方法として、主に消化槽に投入する前の汚
泥、又は汚水を１００℃以上に熱処理し有機物を可溶化
処理した後、活性炭も添加し消化槽に活性炭を賦存せし
めてメタン菌の生息条件を改善することにより、メタン
醗酵を促進しつつメタン菌濃度を高めるものであり、こ
れにより消化槽の性能向上と維持を図る手段の提供を目
的とするものである。

以下、本発明の具体的な実施の一例につき図面に塞いて
説明すると、下水処理場に流入した汚水１は最初沈殿池
２に送られ、重力により間液分離し、水より重い県嬢物
質は沈殿する。

一方、上澄水はェアレーションタンク３に流入し、好気
性微生物と混合接触しつつ生物的浄化を受け、好気性微
生物群（一般に活性汚泥と称している）とＢ．０．Ｄ及
びＣ．０．Ｄ濃度の低い処理水になり、最終沈殿池４に
流入し重力により岡液分離されて活性汚泥は沈殿し該池
４の底に枕簿する。

そして処理水は塩素殺菌処理された後適宜放流される。
最終沈殿池４から排出された余剰汚泥６は水分９９．５
％前後であって濃縮タンク７に流入して濃縮され、水分
９８〜聡．５％程度になる。

濃縮タンク７の底部にたまった濃縮汚泥８は濃縮タンク
７の底から送泥ポンプ９により引抜かれ、遠心分離機１
川こ送られ機械的な力により固液分離されて水分９４〜
９６％となり、濃縮汚泥タンク１１に蓄えられる。濃縮
汚泥タンク１１内の汚泥は送泥ポンプ１２により引抜か
れそのままの状態で熱処理装置１３に圧入され、温度１
５０〜２００午Ｃにて２０〜９０分間保持されている間
に、汚泥中の高分子有機物が低分子有機物になり、汚泥
中の蛋白質、脂肪、炭水化物などがかなり水溶性物質と
なり、液中に溶解した状態に近くなる。

このように熱処理された汚泥は熱処理装置１３を構成す
る熱交換器及び蒸発缶（個々の図示は省略してある。

）により冷却され、温度総〜７０ｑｏになり、０．５日
程度汚泥をためる汚泥貯槽１４に流入する。この段階に
おける汚泥貯槽１４はクッションタンクとしての効果を
有している。そして、汚泥貯槽１４内の汚泥は送泥ポン
プ１５により引抜かれ、温度調整器１６に送られる。汚
泥貯槽１４内の汚泥が温度調整器１６に送られる途中で
、最初沈殿池２から引抜かれた最初沈殿汚泥１７を濃縮
し、濃縮汚泥（濃縮タンク１８にて水分９４〜９６％ま
で濃縮され次に送泥ポンプ１９により送られる汚泥）と
なしたものと、活性炭分散槽２０内にて０．２〜１．５
側粒径の活性炭を予め水又は消化脱離液に入れ、均一に
分散させた後活性炭供給ポンプ２１により引抜かれた活
性炭とを混合し、然る後、温度調整器１６に圧入する。

温度調整器１６では第１消イリ槽２２の消化温度３３〜
３６℃に設定し中温消化する場合に即して、嫌気性菌が
最も活動し易い上記温度にするために水２３又は蒸気２
４を温度調整器１６の中に直接噴射するか間接的な接触
をさせるかにより生汚泥及び活性炭の混合体の温度を調
整する。温度調整器１６で適正温度になった生汚泥及び
活性炭の混合体は第１消イ○糟２２に投入される前に、
消化槽２２より種汚泥として消化混合液を混合ポンプ２
５により引抜いて消化槽２２入口で両汚泥を充分に混合
し、生汚泥にメタン菌を楢種してから第１消イＱ書２２
に投入する。第１消イｑ槽２２に投入された生汚泥と活
性炭との混合体は該槽２２内で５〜１５日間瀞溜してい
る間に活性炭を担体としてメタン菌を生息せしめ、且つ
繁殖を増進して１つのメタン菌群を形成するに至り、こ
のメタン菌による酵素反応によって、汚水中の有機物が
分解され、メタンガス含有量６０〜７０％、発熱量５５
０雌ｃａｌ／Ｎ〆の消化ガスを投入汚泥量の１５〜１８
倍量発生し、ガス取出し管３１より収得される。

このガス発生量は下水処理場で発生するガス量としては
、日本国内での場合従来法で７〜９倍であったのに比較
して、想像もできない程多い量である。

第１消化槽２２で、汚泥中の有機物をほぼ分解し、ガス
量が少なくなった消化汚泥と脱離液（処理水）とは第２
消イリ槽２６に抽出し、３〜５日間滞溜させ、固液分離
する。

そして、固液分離後の脱離液は引抜管２７より水処理設
備に送って浄化処理する。また、第１消イｑ槽および／
または第２消イリ槽で汚泥が異常に蓄積した場合には、
消化汚泥をそれぞれに設けた引抜管２８，２９より引抜
き、汚泥処理設備に送り脱水処理する。

第１消イ○糟２２内のメタン菌濃度の調整は第２消イ○
糟２６の底部にたまっている消化汚泥を循環ポンプ３川
こより引抜き、第１消イリ書２２入口に返送して、第１
消イリ槽内の汚泥濃度をントロールすることにより行な
い、さらに、第１縦イ０糟２２内での活性炭濃度はメタ
ン菌繁殖の坦体として、常に１〜１０％に保つ必要があ
り、これ以上になれば糟内の流動性が悪くなり濃拝が不
充分となって消イＱ智のガス発生量が低下する。

活性炭の添加は生汚泥が第１消イ○糟２２に投入される
ときに必ず行なう必要はなく、汚泥中に活性炭が含まれ
ているような場合も含めて、該糟内の活性炭濃度を上記
の１〜１０％の範囲に保ち得るなれば活性炭の添加は特
定の段階で行なわずとも同効を達し得るのは本発明方法
の有利な点である。

第１消イ○糟２２で発生した消化ガスは上記のごとく、
ガス取出管３１を経て脱硫装置（図示せず）を通って硫
化水素を除いた後ガスタンク（図示せず）にストックす
る。

以上説明した具体的な一実施例では、活性炭を使用して
いるが、本発明の嫌気性汚泥消化法はメタン菌の繁殖を
飛躍的に増大する手段として、活性炭の他にもコークス
、石炭及びケイ石等の損体を糟内に投入、蓄積すること
によりメタン菌の生息条件を大幅に改善し、この結果、
メタンガスの発生量を格段に増加せしめ、且つ固液分離
が促進される効果が顕著であり、本発明の技術的思想は
上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨
に従えばそれから導かれる応用又は転用等はすべて本発
明の技術的範囲に包含されるものであることはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な実施の一例を示すフローシー
ト、第２図は熱処理汚泥を消化する場合における熱処理
温度とメタン醗酵による分解率との関係を示すグラフで
ある。１・・…・汚水、２・・・・・・最初沈殿池、３・・・
…エアーレーションタンク、４・・・・・・最終沈殿池
、６…・・・余剰汚泥、７……濃縮タンク、８・・・…
濃縮汚泥、１１・・・・・・濃縮汚泥タンク、１３……
熱処理装置、１４・・・・・・汚泥狩槽、１６・・・・
・・温度調整器、１７・…・・初枕汚泥、１８・…・・
濃縮タンク、２０・・…・活性炭分散槽、２１・・…・
活性炭供尊台ポンプ、２２・・・・・・第１消イｑ槽、
２６……第２消イリ槽、３１……ガス取出管。第２図第１図

Claims

【特許請求の範囲】

１嫌気性消化槽における汚泥処理において、余剰汚泥
を消化槽に投入する前に１２５〜２００℃の温度で２０
〜９０分間熱処理し、２０〜８０℃まで冷却した後に最
初沈殿池からの濃縮汚泥を混合し、さらに０．２〜１．
５ｍｍ粒径の活性炭、コークス、石炭又はケイ石等の一
種若しくは二種以上を担体として添加し、消化槽内の担
体を１〜１０容積％に保持してメタン醗酵処理すること
を特徴とする嫌気性汚泥消化法。