JPS603878B2 - 汚泥処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有機質汚水を好気性菌の存在下で含酸素気体
で曝気分解する工程で生成する実質的に好気性菌体から
なる余剰汚泥を、含酸素気体を吹込みつつ、熱処理した
後、メタン発酵させる工程を含んだ汚泥処理方法の設備
費、運転費を下げる方法に関するものである。

第１図は、従釆使用されていた汚泥処理方法の１例を示
す概略工程図である。

汚水は最初沈殿池１に導かれ生汚泥を分離した後、後述
する最終沈殿池３で分離された汚泥（フィードバック汚
泥）と混合してェアレーションタンク２に流入し、汚泥
中の好気性菌によりその含有する有機物が分解し、前述
最終沈殿池３に至る。

最終沈殿池３において、処理水と、ほぼ菌体の築合であ
る汚泥とに分離されるが、その１部はヱアレーシヨンタ
ンク２にフィードバックされ、残部は余剰汚泥として、
汚泥濃縮槽４に投入、デカントされる。汚泥濃縮槽４で
上燈水を除かれ、いく分濃稀された汚泥は、汚泥ポンプ
５により昇圧され、Ｍ．１二重管式間接熱交換器（以下
ＨＸＭ．１のように記載する。地．２以下についても同
じ。）に入り、後述する廃熱温水ボィラ１３で加熱され
た温水により加熱され、ＨＸ恥．２に入り、後述するＨ
ＸＮｏ．３で加熱せられた熱線により間接加熱され、反
応器６に入る。反応器６で、さらに廃熱ボイラー１で発
生した蒸気または他設備からの蒸気を、吹込まれ昇温し
て、例えば、１７５℃、ゲージ圧８．１ｋ９／地となり
、約３０分の熱処理を受けた熱処理汚泥はメタン発酵し
易い性質に変性しており、ＨＸ蛇．３で熱煤に熱を与え
ることにより冷却され、さらにＨＸＮｏ．４で水冷され
て消化槽７に投入される。消化槽７では、メタン菌と酸
生成菌により嫌気性消化（メタン発酵）が起こり、発生
したムタン含有ガスはガスタンク８ａに送られ、消化後
の汚泥（消化汚泥）は、汚泥貯槽８に送られ、この貯槽
で最初沈殿池１からの生汚泥と混合して、高分子凝集剤
を加えられた後、圧炉器９で炉過され、脱水ケーキとな
り、竪型多段焼却炉１０に投入され焼却される。焼却炉
１０の燃焼ガスは廃熱ボィラ１１に送られ、発生した蒸
気は、反応器６の加熱に使用される。一方ガスタンク８
ａ内のメタン含有ガスは発電用ガスェンジン１２の燃料
に使用され、ガスェンジン１２の排ガスは廃熱温水ボイ
ラー３に送られ、温水ボイラー３の溢水はＨＸＮｏ．１
の加熱用に用いられる。なお、この従来法の例では、最
初沈殿池１で分離した生汚泥を、メタン発酵しないで、
汚泥貯槽８に投入しているが、生汚泥中に土砂などの不
純物が少ない場合には、調溢して消化槽７に投入すると
、さらにメタンガス発生量が増加するので有利である。
上記従来法は、メタン発酵を起こし難い余剰汚泥を熱処
理して、発酵し易い基質に変える点に特徴があり、その
結果メタン含有ガス（低位発熱量約５５０肌ｃａｌ／Ｎ
椎）発生量が、熱処理をしない場合に比べて１．５〜２
．の音‘こ増大するので、エネルギー回収の見地から極
めて優れた方法と考えられている。

しかしながら、一方においては、間接熱交換器を使用し
ているため、上言己実施例の二重管式のものに限らず、
シェル・チューブ式のものを用いても、設備費が格段に
高くなる。

また、周知のとおり、メタン発酵の適温は中温消化の場
合、３５±２００、高温消化の場合５３±０．５℃と非
常に中が狭く、この温度範囲を外れると、発酵速度が激
減するが、間接熱交換器の場合、運転時間の経過と共に
不可避的に、伝熱面のよごれが起こって伝熱が悪くなり
、したがって、消化槽７の入口における熱処理汚泥、ひ
いては消化槽７自身の温度調整が困難になる。

本発明者らは上記問題点を解決するため、種種検討を行
ってきたが、特に、前記反応器６において、汚泥の熱処
理を、酸素（経済的には空気）の存在の下に行うことに
より、熱処理温度を１００〜１２０℃（蒸気圧０〜ｌｋ
９／地ゲージ）に下げ得ることを見出した。

このことを実験結果により具体的に説明する。

先づ実験方法を説明する。試料として、分流式下水処理
場の生汚泥および余剰汚泥を沈降分離した全固形物濃度
、それぞれ３．８〜４．０重量％（有機物濃度２．７〜
３．０重量％）、２．８〜３．４重量％（有機物濃度２
．０〜２．５重量％）のものと用いた。

熱処理条件としては、生汚泥については、熱処理を行わ
ないでも、メタン発酵による分解率は充分高いが、これ
を証明するため、嫌気性、好気性の熱処理（酸素の存在
しない状態における熱処理（従来の熱処理）を嫌気性熱
処理、酸素存在下の熱処理を好気性熱処理と呼び区別す
る。

）を２０ｏｏ（実質的に無熱処理）、６０００、１００
００、１２０００、１６０℃において実施し、余剰汚泥
については、嫌気性および好気性の熱処理を、それぞれ
３０午○、６０Ｑ○、８０ｑ○、１００℃、１２０℃、
１４０ｑ０、１７５００において、３０分間保持した。
好気性熱処理の場合、空気を全圧が３．０ｋｇ／流にな
るよう加えた。消化方法として、内容積４そのガラス瓶
に、投入汚泥として、生汚泥、余剰汚泥のいずれの場合
にも、嫌気性または好気性熱処理をした汚泥１２、熱処
理をしない汚泥１そ、種汚泥３そを充分混合したものを
用い、３ず土１℃に１３日間保持するバッチ方法を用い
た。

実験結果は、消化処理の間に発生するガス量および汚泥
の分析を基にして、メタン発酵による分解率（％）で示
した。実験結果の１部を、機軸に熱処理温度、竪軸にメ
タン発酵による分解率をとって、第５図に示す。図から
明らかなように、‘ィ｝生汚泥は、消化され易いので、
熱処理をしないでも、分解率（竪軸値）は充分高く、嫌
気性、好気性を問わず、熱処理を必要としない。

｛ｏ’余剰汚泥の場合、好気性熱処理を行うと、嫌気性
熱処理に比べて、より低温で、熱処理の効果が現われ、
１００〜１２０ｑｏでほぼ最大値になる。これに対し、
嫌気性熱処理の場合、１２０００で始めて分解率がほぼ
６０％に達し、さらに温度を上げると分解率が上昇して
、１７ぷ０で約６４％になる。上記実験結果から、反応
器６で行う熱処理条件として、空気（さらに一般的に言
えば含酸素気体）の存在の下で行うことにより、省エネ
ルギー的、経済的メリットが認められすでに、持脇昭５
６−１４４３１１号で出願している。

熱処理温度が１００ｏ〜１２０ｑ０に下がると、第１図
における反応器６のまわりのＨＸＭ．２、ＨＸＭ．３、
ＨＸＮｏ．４、などによる熱回収効率は著しく下がるこ
とになる。

また、ＨＸＮｏ．４は間接熱交換器の宿命たる“よごれ
”による伝熱量の経時減少があるが、フラッシ蒸発（真
空蒸発）の原理を用いれば、減圧することにより、冷却
が行われ、伝熱に比べて極めて応答の遠い圧調整により
、極めて安定した、追随性の良い温度調整ができる。

さらに、反応器６を出た高温の熱処理汚泥は、大気圧に
フラツシすれば、蒸気を発生するが、この蒸気は、蒸気
ェジェクターを用いて回収することができ、ヱジェクタ
−駆動用の蒸気は、廃熱ボイラー１で発生したものを用
いるが、一部は前記真空蒸発の際の真空発生用ヱジェク
ターの廃蒸気をも充当することができる。

もち論、蒸気ェジェクターの代わりに圧縮機を用いるこ
ともできる。本発明の目的は、上記の知見と考察を基に
して、公知の活性汚泥の汚泥の熱処理法を好気性熱処理
に改良し、さらに、熱処理反応器周辺の熱回収法を改良
した汚泥処理法を提供することである。本発明の構成は
次のとおりである。

すなわち先づ、最初沈殿池で汚水から生汚泥を分離除去
し、次にェアレーションタンクで、曝気の下で、好気性
菌により汚水の含有する有機物を分解し、さらに最終沈
殿池で、処理水と余剰汚泥とを分離し、この余剰汚泥を
、反応器において、含酸素気体を濠気しつつ、１０００
０を超える温度、大気圧を超える圧で熱処理した後、熱
処理汚泥に前記最初沈殿池から分離した生汚泥を加えて
、または加えないで、消化槽でメタン発酵させ、メタン
含有ガスを回収する工程を含む汚泥処理方法において；
前記反応器を出た熱処理汚泥をほぼ大気圧にフラッシし
た際に発生する蒸気を、圧縮して、熱処理前の余剰汚泥
に混合することにより熱回収することと、前記フラッシ
によりほぼ大気圧になった熱処理汚泥に、前記最初沈殿
池で分離した生汚泥を加えまたは加えないで、消イ〇曹
の温度を適温に保つための調節ェレメントとして、真空
度を調節した真空冷却器にフラッシすることにより調温
することを特徴とする汚泥処理方法に存する。

侍関昭５０−１３３１６８号に、２個以上の直列に継い
だ容器に、半連続的に汚泥を順次導入し、後続容器から
回収した蒸気と新たに補給した蒸気により、所要温度に
加熱し、所要時間保持した後に、後続容器に移し、該容
器内で減圧して、蒸気を発生させることにより冷却し、
発生蒸気を、前記のとおり加熱に利用する方法が開示さ
れている。

しかしながら、この方法は半連続的という制限があるだ
けでなく、熱処理に際して、含酸素気体を吹込んでいな
いので、従来どおりの２００ｑｏの高温度が必要で、本
来なら向流若しくはこれに類似する効果を持つ熱交換器
を使用すべきところを、敢て、フラッシ方式を用いて、
熱効率を犠牲にして装置の単純化が図られたものと解さ
れ、かつ、その使用目的は、熱処理汚泥の脱水性の向上
であって、消化（メタン含有ガスの製造）ではない。こ
れに対して、本発明は、熱処理の際に、含酸素気体を吹
込むことにより、処理温度を１００ｑＣ前後に下げ得る
知見に基づいて、なされたもので、処理温度を、一応１
０ぴ０以上にとり、大気圧近くにフラッシした際に発生
する蒸気を回収して、真空状態でのフラッシに必要な真
空を作るための動力の軽減を図ったものである。したが
って、高い熱効率を保ちながら、装置の単純化安定化が
達成できたのである。しかして、願酸素気体を吹込みつ
つ、熱処理を行う場合、１００ｑｏ以上の温度で行うこ
との利点は、処理時間の短縮であって、この点一般の化
学反応の場合と同一である。

次に、本発明の実施態様の１例を第２図に示して具体的
に説明する。

図中一点鎖線で囲った範囲以外は第１図に示した従来法
の１例と同じである。汚泥ポンプ５により加圧され、Ｈ
ＸＮｏ．１で廃熱温水ボイラ１３で加熱された温水（９
０ｏ 〜９５℃）により予熱された汚泥は、スチームェ
ジェクタ２３により、後述する減圧蒸発器２１で発生し
た蒸気を加圧回収した蒸気と混合して昇温し、さらに反
応器の入口または反応器内（またはその両者）に吹込ま
れる蒸気で加熱されて、１００℃を超える温度になり、
熱処理が行われる。

この熱処理温度は、前述のとおり、含酸素気体の蟻気の
下に行うと、１００〜１２０ｑｏで充分で、望ましい作
業条件であるが、曝気を行わない場合においても、なる
べく低い温度、例えば１５び０前後で行うと、本発明の
効果は充分認められる。熱処理を終った汚泥（熱処理汚
泥）は減圧蒸発器２１に至りほぼ大気圧に放圧され、フ
ラッシ現象で蒸気を発生するが、発生水蒸気は、前述の
ようにェジェクター２３により加圧回収されて汚泥に混
合される。

減圧発生器２１を出た熱処理汚泥は、消化槽を適当な温
度に保つために、真空ェジェクタ−２４により真空度が
自動調整される真空冷却器２２にフラッシされ、真空度
（０．０５〜０．０７ｋ９／地）に応じた温度になる。

電気式および空気式の真空度調節機構の例を電気式の場
合第３図、空気式の場合第４図に示す。真空冷却器２２
を出た熱処理汚泥は、消化槽７に至り、以下第１図に示
した従来法と同一の処理を受ける。

第１図に示した従来法の説明の際にも述べたが、上記実
施例において、最初沈殿池１で分離した生汚泥を汚泥貯
槽８に投入するかわり、生汚泥の±砂含有量が少ない場
合は、消化槽７に投入してメタン発酵の原料に使用する
ことが有利であるが、この際、真空冷却器２２に投入調
溢するか、他の調温設備を用いるかについて本発明はこ
だわらない。

なおスチームェジェクタ２３、真空ェジェクタ２４およ
び反応器６加熱用に使用する高圧蒸気は廃熱ポィラ１１
で生産せられるが、蒸気が不足する場合は池設備例えば
他のボィラ（図示せず）から供給され、過剰の場合は他
設備に供給するか、廃熱ボィラ１３の温水加熱に用いる
か、場合によっては廃棄される。

また、汚泥ポンプの位置は第２図のようにＨＸＭ．１の
上流に位置していても、ＨＯ舵．１とスチーム工ジェク
タ吹込口との間に位置していても、スチーム工ジェクタ
吹込口と反応器６の間に位置していても大差なく、これ
らにこだわらない。

さらに、スチームェジェクタ２３の代わりにコンブレツ
サを使用しても、真空ェジェクタおよびこれに後続する
冷却器のかわりに、真空ポンプを用いても、本発明の技
術的意味を損うものでなく、これらにこだわらない。上
記説明で明らかなように、本発明の汚泥処理方法は、余
剰汚泥の熱処理の際の熱回収方法として、伝熱面を通し
て熱のみを移動させるのではなく、物質移動と相変化を
利用しているので、伝熱面のよごれに基づく、熱移動の
経時変化はＨＸＮｏ．１以外、まったく無く、後熱交換
器を殆んど省いたので設備費は安価になり、また真空冷
却器を用いることにより熱処理汚泥の温度調節が正確に
行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の汚泥処理方法の１例を示す工程図、第２
図は本発明の汚泥処理方法の１例を示す工程図、第３図
と第４図はそれぞれ真空冷却器の電気式と空気式調節方
法を示す図である。 また第５図は、生汚泥、余剰汚泥のそれぞれについて、
好気性熱処理および嫌気性熱処理を行った場合の、熱処
理温度とメタン発酵による分解率との関係を示したグラ
フである。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最初沈殿池で汚水から生汚泥を分離除去し、次にエ
   アレーシヨンタンクで、曝気の下で、好気性菌により汚
   水の含有する有機物を分解し、最終沈殿池で、処理水と
   汚泥とを分離し、汚泥の１部を最初沈殿池にフイードバ
   ツクし、残部の余剰汚泥を、反応器で熱処理した後、消
   化槽でメタン発酵させ、メタン含有ガスを回収する工程
   を含む連続汚泥処理方法において：（イ） 前記熱処理
   を含酸素気体の存在下で、１００℃以上で行うこと、（
   ロ） 熱処理を終った汚泥をほぼ大気圧にフラツシした
   際に発生する蒸気を圧縮して、熱処理前の余剰汚泥に混
   合することにより、熱回収することと、（ハ） ほぼ大
   気圧になった熱処理を終った汚泥を真空冷却器にフラン
   ジし冷却することと、（ニ） 該真空冷却器の真空度を
   制御手段として、消化槽の温度を調節することと、を特
   徴とする汚泥処理方法。 ２ 第１項の（ロ）の工程において熱処理が終りほぼ大
   気圧にフラツシされた汚泥の最初沈殿池で分離した生汚
   泥を加えた後、第１項（ハ）、（ニ）の工程を行う特徴
   請求の範囲第１項記載の汚泥処理方法。