JP2003275796A - スラッジ前処理装置及び膜分離生物反応槽を利用したスラッジ処理方法及び装置 - Google Patents
スラッジ前処理装置及び膜分離生物反応槽を利用したスラッジ処理方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スラッジ前処理装置及び膜分離生物反応槽を
利用した改善されたスラッジ処理方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明は、化学的及び/又は物理的なス
ラッジ前処理工程を通してスラッジ内の微生物の生分解
性を促進・増加させるとともに、固液分離膜装置の浸漬
された生物反応槽を利用することにより、スラッジ減量
効果を画期的に増進することができる。
利用した改善されたスラッジ処理方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明は、化学的及び/又は物理的なス
ラッジ前処理工程を通してスラッジ内の微生物の生分解
性を促進・増加させるとともに、固液分離膜装置の浸漬
された生物反応槽を利用することにより、スラッジ減量
効果を画期的に増進することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スラッジ前処理装
置及び膜分離生物反応槽を利用したスラッジ処理方法及
び装置に関するものである。より詳しくは、本発明は生
物学的下廃水処理過程で発生したスラッジを化学的及び
/又は物理的に前処理して可溶性及び生分解性を促進/
増加させた後、膜分離生物反応槽で分解させることによ
り、スラッジ処理時間及び効率を画期的に改善したスラ
ッジ処理方法及び装置に関するものである。
置及び膜分離生物反応槽を利用したスラッジ処理方法及
び装置に関するものである。より詳しくは、本発明は生
物学的下廃水処理過程で発生したスラッジを化学的及び
/又は物理的に前処理して可溶性及び生分解性を促進/
増加させた後、膜分離生物反応槽で分解させることによ
り、スラッジ処理時間及び効率を画期的に改善したスラ
ッジ処理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、汚水、下水及び廃水の処理方法
として採用されている活性スラッジ工法又はその変形工
法などは、微生物を用いて有機物の処理を行う工法であ
り、有機物の分解による微生物成長の結果として処理過
程で微生物濃度が増加する。従って、かかる工法の安定
的な運転及び固液分離のためには、上記発生したスラッ
ジのうち一定量のスラッジを引き抜くことが必要であ
る。引き抜かれた余剰スラッジは、濃縮、脱水などの物
理的減量工程又は生物学的減量工程を経てケーキ形態で
排出され、埋め立て、焼却、又は海洋投棄などの方法で
最終処理がなされる。
として採用されている活性スラッジ工法又はその変形工
法などは、微生物を用いて有機物の処理を行う工法であ
り、有機物の分解による微生物成長の結果として処理過
程で微生物濃度が増加する。従って、かかる工法の安定
的な運転及び固液分離のためには、上記発生したスラッ
ジのうち一定量のスラッジを引き抜くことが必要であ
る。引き抜かれた余剰スラッジは、濃縮、脱水などの物
理的減量工程又は生物学的減量工程を経てケーキ形態で
排出され、埋め立て、焼却、又は海洋投棄などの方法で
最終処理がなされる。
【0003】一方、代表的なスラッジ減量工法として
は、嫌気消化工法及び好気消化工法がある。この2通り
の工法は、基本的に別途の有機物を供給せず、生物反応
槽を運転することによりスラッジを構成している微生物
の自体酸化(「自酸」ともいう)又は自体分解を誘導す
る方式を使用する。
は、嫌気消化工法及び好気消化工法がある。この2通り
の工法は、基本的に別途の有機物を供給せず、生物反応
槽を運転することによりスラッジを構成している微生物
の自体酸化(「自酸」ともいう)又は自体分解を誘導す
る方式を使用する。
【0004】嫌気消化工法は、空気の供給無しに、温
度、pHなどの調節のみを行いながら、スラッジの自体
酸化を誘導する方式であり、相対的に分解時間が長くて
普通30日以上の滞留時間で20〜30%のスラッジ減
量効果が得られる。一方、好気消化工法は、スラッジを
曝気して好気的な状態でスラッジの自体酸化と混合を同
時に行うもので(図1参照)、嫌気消化工法に比べて処
理所要時間を15〜20日と短縮できるとの利点がある
が、曝気に必要な追加費用がかかるとの欠点がある。こ
のような従来の技術による嫌気及び好気消化工法の処理
時間が長くて、処理効率(20〜40%)が低い根本的
な理由は、スラッジを構成する微生物、例えば、バクテ
リア、カビなどの生分解性が低いからである。即ち、ス
ラッジの生分解は微生物の加水分解段階を通しての可溶
化と、可溶化した有機物の摂取及び分解の2段階に分け
ることが出来るが、スラッジの全体分解速度を制限して
いる段階は、第1段階の可溶化段階であり、微生物の可
溶化が遅い理由は細胞構成物質を取り囲んでいる堅い細
胞膜が細胞構成物質の加水分解を抑制する役割をしてい
るからである[非特許文献1:Muller J. Disintegrati
on as a key-step insewage sludge treatment. Wat. S
ci. technol. 41(8), 123-130(2000)]。
度、pHなどの調節のみを行いながら、スラッジの自体
酸化を誘導する方式であり、相対的に分解時間が長くて
普通30日以上の滞留時間で20〜30%のスラッジ減
量効果が得られる。一方、好気消化工法は、スラッジを
曝気して好気的な状態でスラッジの自体酸化と混合を同
時に行うもので(図1参照)、嫌気消化工法に比べて処
理所要時間を15〜20日と短縮できるとの利点がある
が、曝気に必要な追加費用がかかるとの欠点がある。こ
のような従来の技術による嫌気及び好気消化工法の処理
時間が長くて、処理効率(20〜40%)が低い根本的
な理由は、スラッジを構成する微生物、例えば、バクテ
リア、カビなどの生分解性が低いからである。即ち、ス
ラッジの生分解は微生物の加水分解段階を通しての可溶
化と、可溶化した有機物の摂取及び分解の2段階に分け
ることが出来るが、スラッジの全体分解速度を制限して
いる段階は、第1段階の可溶化段階であり、微生物の可
溶化が遅い理由は細胞構成物質を取り囲んでいる堅い細
胞膜が細胞構成物質の加水分解を抑制する役割をしてい
るからである[非特許文献1:Muller J. Disintegrati
on as a key-step insewage sludge treatment. Wat. S
ci. technol. 41(8), 123-130(2000)]。
【0005】また、上記した余剰スラッジの処理方法
は、その処理費用が高くて下水処理場での全体的なメン
テナンス費用において多くの部分を占め、処理及び輸送
過程で悪臭の発生などのような衛生的な問題を引き起こ
し、また、環境汚染の要因となっていた。
は、その処理費用が高くて下水処理場での全体的なメン
テナンス費用において多くの部分を占め、処理及び輸送
過程で悪臭の発生などのような衛生的な問題を引き起こ
し、また、環境汚染の要因となっていた。
【0006】
【非特許文献1】Muller J. Disintegration as a key-
step in sewage sludge treatment. Wat. Sci. techno
l. 41(8), 123-130(2000)
step in sewage sludge treatment. Wat. Sci. techno
l. 41(8), 123-130(2000)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、より効率的なスラッジ処理方法を提供するこ
とにある。
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、より効率的なスラッジ処理方法を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、余剰スラッジを処理するに当って、化
学的及び/又は物理的な前処理によりスラッジ内の微生
物の可溶性及び生分解性を促進させ、分離膜を含む高濃
度生物反応槽で分解と固液分離とを同時に行うものであ
る。
めに、本発明は、余剰スラッジを処理するに当って、化
学的及び/又は物理的な前処理によりスラッジ内の微生
物の可溶性及び生分解性を促進させ、分離膜を含む高濃
度生物反応槽で分解と固液分離とを同時に行うものであ
る。
【0009】より具体的には、本発明はスラッジの生分
解を促進するために、まずは、スラッジを、オゾン処理
及びアルカリ処理を含む化学的処理、熱処理及び/又は
物理的処理などの方法で前処理を行うことにより、スラ
ッジを構成する微生物の細胞膜を破壊して細胞構成物質
の可溶化を促進し、次に、生物反応槽内に中空糸型又は
平膜型分離膜を浸漬して固液分離を行うことにより、微
生物濃度を極大化して上記前処理によって可溶化したス
ラッジが迅速に自体酸化、分解及び消滅されるようにす
る。
解を促進するために、まずは、スラッジを、オゾン処理
及びアルカリ処理を含む化学的処理、熱処理及び/又は
物理的処理などの方法で前処理を行うことにより、スラ
ッジを構成する微生物の細胞膜を破壊して細胞構成物質
の可溶化を促進し、次に、生物反応槽内に中空糸型又は
平膜型分離膜を浸漬して固液分離を行うことにより、微
生物濃度を極大化して上記前処理によって可溶化したス
ラッジが迅速に自体酸化、分解及び消滅されるようにす
る。
【0010】また、本発明は従来技術に公知となったよ
うな曝気槽、及び曝気槽内で酸化した窒素成分(N
O2、NO3)の脱窒のための無酸素槽を、生物反応槽
21内に含むことができる。
うな曝気槽、及び曝気槽内で酸化した窒素成分(N
O2、NO3)の脱窒のための無酸素槽を、生物反応槽
21内に含むことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明を詳細に説明する。
本発明を詳細に説明する。
【0012】図3は、本発明による余剰スラッジの処理
工程を示した概略図である。同図に示すように、本発明
のスラッジ処理装置は、スラッジ前処理装置10と膜分
離型分解反応装置20とで構成される。これを詳細に説
明すれば、次の通りである。
工程を示した概略図である。同図に示すように、本発明
のスラッジ処理装置は、スラッジ前処理装置10と膜分
離型分解反応装置20とで構成される。これを詳細に説
明すれば、次の通りである。
【0013】スラッジ前処理装置10
微生物群集は、余剰スラッジの多くを占めており、これ
ら微生物は細胞壁構造を有しているので、微生物の可溶
化を促進するためには化学的及び/又は物理的に上記細
胞壁を破壊しなければならない。一旦、微生物の細胞壁
が破壊されれば、高分子物質が低分子物質に転換され、
上記スラッジの生分解性が促進/増加する。微生物の細
胞壁破壊のために前処理装置10に利用される技術とし
ては、アルカリ処理、オゾン処理、熱処理、又は物理的
処理などがあり、これらのうち1つ以上の方法が利用さ
れ得る。しかし、利用可能な技術がこれら方法に制限さ
れるわけではない。図3に示すように、本発明による前
処理装置10は、アルカリ注入処理工程のためのアルカ
リ処理槽11、オゾン処理のためのオゾン処理槽12、
及び前処理スラッジ貯留槽(sludge equalization tan
k)13を含み、前処理によるスラッジの可溶化及び生
分解度の促進効果は、表1の通りである。表1におい
て、スラッジの初期浮遊物濃度とCOD(cr)濃度は、
それぞれ11,440mg/lと、13,890mg/
lであり、生分解度の実験は呼吸法(respirometric me
thod)を利用して測定した。
ら微生物は細胞壁構造を有しているので、微生物の可溶
化を促進するためには化学的及び/又は物理的に上記細
胞壁を破壊しなければならない。一旦、微生物の細胞壁
が破壊されれば、高分子物質が低分子物質に転換され、
上記スラッジの生分解性が促進/増加する。微生物の細
胞壁破壊のために前処理装置10に利用される技術とし
ては、アルカリ処理、オゾン処理、熱処理、又は物理的
処理などがあり、これらのうち1つ以上の方法が利用さ
れ得る。しかし、利用可能な技術がこれら方法に制限さ
れるわけではない。図3に示すように、本発明による前
処理装置10は、アルカリ注入処理工程のためのアルカ
リ処理槽11、オゾン処理のためのオゾン処理槽12、
及び前処理スラッジ貯留槽(sludge equalization tan
k)13を含み、前処理によるスラッジの可溶化及び生
分解度の促進効果は、表1の通りである。表1におい
て、スラッジの初期浮遊物濃度とCOD(cr)濃度は、
それぞれ11,440mg/lと、13,890mg/
lであり、生分解度の実験は呼吸法(respirometric me
thod)を利用して測定した。
【0014】
[表1]
スラッジの化学的前処理装置によるスラッジの可溶化及び生分解度の促進効果
初期 可溶化 生分解度(%)
前処理方法 浮遊物質 効率 生分解時間 生分解時間 備 考 濃度(mg/l) (%) (5日) (10日) 前処理無し 11,440 3 12 25 アルカリ処理 11,440 23 31 43 pH12:3時間 熱処理 11,440 17 16 32 60℃:3時間 オゾン処理 11,440 28 34 51 0.05gO 3 /g-SS
アルカリ+ 11,440 32 31 58 pH12,熱処理 60℃:3時間
オゾン+ 11,440 39 38 69 pH12,アルカリ処理 0.05gO 3 /g-SS
*COD(cr):13,890mg/l
*SS:浮遊固形物
【0015】膜分離型分解反応装置20
膜分離型分解反応装置20は、有機物分解工程のための
生物反応槽21と、固液分離工程のための浸漬された固
液分離膜装置(membrane module for solid-liquid sep
aration)22のとで構成される。上記固液分離膜装置
22の固液分離工程において、中空糸型又は平膜型モジ
ュールを上記生物反応槽21に浸漬し陰圧(suction pr
essure)をかけて固形物を分離し、処理液は下水処理工
程に移送する。生物反応槽21内のスラッジ固形物の分
解効率は、主に下記の2つの理由によって増加する:即
ち、第1に、スラッジの自酸又は内生呼吸速度は、スラ
ッジの濃度に線形的に比例するため、高濃度のスラッジ
を維持することで自酸分解速度が増加し、第2に、スラ
ッジの一部が前処理過程を経て分解可能な物質に転換し
て分解速度が増加するからである。
生物反応槽21と、固液分離工程のための浸漬された固
液分離膜装置(membrane module for solid-liquid sep
aration)22のとで構成される。上記固液分離膜装置
22の固液分離工程において、中空糸型又は平膜型モジ
ュールを上記生物反応槽21に浸漬し陰圧(suction pr
essure)をかけて固形物を分離し、処理液は下水処理工
程に移送する。生物反応槽21内のスラッジ固形物の分
解効率は、主に下記の2つの理由によって増加する:即
ち、第1に、スラッジの自酸又は内生呼吸速度は、スラ
ッジの濃度に線形的に比例するため、高濃度のスラッジ
を維持することで自酸分解速度が増加し、第2に、スラ
ッジの一部が前処理過程を経て分解可能な物質に転換し
て分解速度が増加するからである。
【0016】なお、オゾン処理槽12より生成された排
ガス(off-gas)を生物反応槽21に供給することもで
きる。
ガス(off-gas)を生物反応槽21に供給することもで
きる。
【0017】一方、上記前処理されたスラッジは生物反
応槽21で好気的に分解されるが、分解過程で新たな微
生物が生成されるため、生物反応槽の微生物濃度を適宜
調節する必要があり、スラッジ内の有機物は所望の水準
への減量が可能であるが、非分解性無機物質が濃縮され
ることもあるため、これを防止するために、一定量のス
ラッジを引き抜いて(20%以下)廃棄し、一部のスラ
ッジはアルカリ処理槽11へ返送ライン30を介して返
送し、前処理後に分解反応槽に循環させた。
応槽21で好気的に分解されるが、分解過程で新たな微
生物が生成されるため、生物反応槽の微生物濃度を適宜
調節する必要があり、スラッジ内の有機物は所望の水準
への減量が可能であるが、非分解性無機物質が濃縮され
ることもあるため、これを防止するために、一定量のス
ラッジを引き抜いて(20%以下)廃棄し、一部のスラ
ッジはアルカリ処理槽11へ返送ライン30を介して返
送し、前処理後に分解反応槽に循環させた。
【0018】図4によれば、膜分離及び好気性消化工程
での前処理(pH12でのアルカリ処理に後続する0.
02g O3/g−SSでのオゾン処理)による効果が
提示されている。
での前処理(pH12でのアルカリ処理に後続する0.
02g O3/g−SSでのオゾン処理)による効果が
提示されている。
【0019】上記比較分析実験において、それぞれの処
理方法は前処理の有無を除いては同一の運転条件下で行
われ、水理学的滞留時間は5日であった。その結果、図
1の好気消化処理方法の場合、スラッジの分解速度が遅
くてスラッジ濃度が急激に上昇し、処理時間を延ばす
か、多量のスラッジを引き抜かないと、生物反応槽内の
スラッジ濃度を維持することが出来なかったが、図3に
示した本発明による処理方法はスラッジの分解速度が速
いため、生物反応槽内のスラッジ濃度が一定のレベルに
達すれば、それ以上増加せず、無機物質の濃縮を防止す
るための最小限のスラッジの引き抜きだけでも、目的と
するスラッジ濃度を維持することが出来た。
理方法は前処理の有無を除いては同一の運転条件下で行
われ、水理学的滞留時間は5日であった。その結果、図
1の好気消化処理方法の場合、スラッジの分解速度が遅
くてスラッジ濃度が急激に上昇し、処理時間を延ばす
か、多量のスラッジを引き抜かないと、生物反応槽内の
スラッジ濃度を維持することが出来なかったが、図3に
示した本発明による処理方法はスラッジの分解速度が速
いため、生物反応槽内のスラッジ濃度が一定のレベルに
達すれば、それ以上増加せず、無機物質の濃縮を防止す
るための最小限のスラッジの引き抜きだけでも、目的と
するスラッジ濃度を維持することが出来た。
【0020】一方、本発明において、生物反応槽内の有
機固形物の濃度が増加した場合、固液分離膜装置22の
分離膜の閉塞が引き起こされるため、上記固液分離膜装
置22の下端部に曝気管を整列して気泡により閉塞を防
止するようにしている。また、生物反応槽で有機物と共
に窒素成分をも同時に取り除くために、間欠的に曝気す
るか、生物反応槽の前端に別途の無酸素槽を設けて、内
部循環させるようにしている。
機固形物の濃度が増加した場合、固液分離膜装置22の
分離膜の閉塞が引き起こされるため、上記固液分離膜装
置22の下端部に曝気管を整列して気泡により閉塞を防
止するようにしている。また、生物反応槽で有機物と共
に窒素成分をも同時に取り除くために、間欠的に曝気す
るか、生物反応槽の前端に別途の無酸素槽を設けて、内
部循環させるようにしている。
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、下廃水
を処理する過程で発生した余剰及び/又は1次スラッジ
を処理する方法及びその方法に関するもので、本発明に
よれば、スラッジの減量処理のための所要時間が大いに
短縮され、処理効率は増加するため、スラッジケーキの
発生量が画期的に低減され得る。また、本発明は余剰ス
ラッジの処理に所要となる経費を節減することができ、
しかも、余剰スラッジに因る悪臭防止など、環境汚染の
問題を解決するにおいても利用可能である。以上、本発
明を具体的な実施例に基づいて説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範
囲内でその変形や改良が可能であるのは勿論である。
を処理する過程で発生した余剰及び/又は1次スラッジ
を処理する方法及びその方法に関するもので、本発明に
よれば、スラッジの減量処理のための所要時間が大いに
短縮され、処理効率は増加するため、スラッジケーキの
発生量が画期的に低減され得る。また、本発明は余剰ス
ラッジの処理に所要となる経費を節減することができ、
しかも、余剰スラッジに因る悪臭防止など、環境汚染の
問題を解決するにおいても利用可能である。以上、本発
明を具体的な実施例に基づいて説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範
囲内でその変形や改良が可能であるのは勿論である。
【図1】従来の技術による好気消化を用いたスラッジ処
理方法を示した概略図である。
理方法を示した概略図である。
【図2】従来の技術による膜分離型生物反応槽での処理
方法を示した概略図である。
方法を示した概略図である。
【図3】本発明によるスラッジ処理方法を示した概略図
である。
である。
【図4】本発明によるアルカリ及びオゾン前処理を行っ
た生物反応槽での浮遊固形物を、前処理を行っていない
ものと比較した結果を示す図である。
た生物反応槽での浮遊固形物を、前処理を行っていない
ものと比較した結果を示す図である。
10 前処理装置
11 アルカリ処理槽
12 オゾン処理槽
13 前処理スラッジ貯留槽
20 膜分離型分解反応装置
21 生物反応槽
22 固液分離膜装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C02F 11/06 C02F 11/06 B
11/12 11/12 C
(72)発明者 廉 益 泰
大韓民国ソウル特別市城北区下月谷洞39−
1ケイアイエスティーアパートエイ棟305
(72)発明者 金 炯 秀
大韓民国京畿道軍浦市山本洞1145世宗アパ
ート631棟1102号
(72)発明者 クウォン、ジァエ‐ヒュン
大韓民国釜山広域市釜山鎮区ガヤ2洞碧山
アパート111棟1006号
(72)発明者 キム、フーン
大韓民国京畿道龍仁市水枝邑上ヒョン里
850双龍アパート712‐702
Claims (6)
- 【請求項1】(A)スラッジ内の微生物の可溶性及び生
分解性を増加させるために、スラッジを前処理する段
階;(B)上記(A)の段階で前処理されたスラッジ
を、曝気槽を有する生物反応槽21へ移送する段階;及
び(C)生物反応槽21に浸漬された固液分離膜装置2
2による固液分離段階;を含むことを特徴とするスラッ
ジ処理方法。 - 【請求項2】(a)生物反応槽21内のスラッジのう
ち、一定量を引き抜いて取り除く段階;及び(b)生物
反応槽21内の他の一部のスラッジを返送ライン30を
介してスラッジ前処理装置10に返送する段階;をさら
に含むことを特徴とする請求項1に記載のスラッジ処理
方法。 - 【請求項3】上記前処理は、化学的及び物理的方法から
なる群から選ばれる少なくとも1種類の方法により行わ
れることを特徴とする請求項1又は2に記載のスラッジ
処理方法。 - 【請求項4】上記前処理は、オゾン処理、熱処理、及び
アルカリ処理からなる群から選ばれる少なくとも1種類
の方法により行われることを特徴とする請求項3に記載
のスラッジ処理方法。 - 【請求項5】オゾン処理槽12より生成された排ガスを
生物反応槽21に供給する段階をさらに含むことを特徴
とする請求項1又は2に記載のスラッジ処理方法。 - 【請求項6】A)オゾン処理槽、熱処理槽、及びアルカ
リ処理槽からなる群から選ばれる少なくとも1種類の槽
を含む前処理装置10;及び B)中空糸膜、及び平膜からなる群から選ばれる少なく
とも1種類の膜を具備してなる固液分離膜装置22が浸
漬状態で装着された生物反応槽21;を含むことを特徴
とするスラッジ処理装置。
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