本発明は、有機性汚泥を固液分離、あるいは濃縮する方法に関するものである。

排水処理装置において、下水等の汚水を生物処理槽で活性汚泥と混合し、曝気・攪拌することで生物学的に浄化する際に発生する有機性汚泥は、沈殿槽などで固液分離されるのが一般的で、通常、重力によって汚泥は沈降固液分離される。 しかし、この方法では、分離に相当の時間がかかるばかりでなく、上澄みの処理水（汚泥脱離液）に浮遊する懸濁物が多く、汚泥も十分に濃縮されないという問題があった。
また、汚泥を遠心分離機により固液分離あるいは濃縮する方法が知られているが、設備にかかるコストが高く、さらに処理を行う際に、凝集剤を添加する必要があり、経済的に負担がかかるという問題があった。

一方、汚泥に空気や炭酸ガス等のガスを導入し、汚泥中の固形成分に付着させ、見かけ比重を小さくして汚泥固形成分を浮上させ、上部に濃縮汚泥、下部に汚泥脱離液という状態に分離する浮上固液分離あるいは濃縮法があり、比較的高濃度汚泥を得ることができる。 これには、加圧法、発酵法、化学反応法などが知られている。
加圧法では凝集剤や高い圧力を加えるための多くの電力を必要とし、ランニングコストがかかるばかりでなく、設備も複雑化・大型化する欠点があった。

また、発酵法としては、嫌気性消化処理で消化汚泥中の溶存二酸化炭素濃度を増加させ、その後ｐＨを低下させることによって放出される炭酸ガスを利用して、消化汚泥を浮上分離させる方法がある（特許文献１）。 しかし、嫌気性消化処理に時間がかかるばかりでなく、ｐＨおよび温度調整に手数がかかり、管理が難しいという欠点があった。

化学反応法は、薬剤の添加により化学反応を起こし、発生する気泡で物理的に汚泥を浮上分離する方法で、低設備費、省スペースで維持管理が容易である。 これには、汚泥に炭酸塩と酸を添加し炭酸ガスを発生させ、汚泥を浮上分離する方法がある（特許文献２）。 しかし、この方法では汚泥の分離が明瞭ではなく、汚泥脱離液中に懸濁物が混在することが多く、また薬剤費などでランニングコストがかかるという欠点があった。 さらに、汚泥に過酸化水素を注入して、汚泥を浮上させ、その後浮上濃縮した汚泥を曝気処理する方法がある（特許文献３）。 しかし、過酸化水素の注入のみでは、固液分離処理に時間がかかるばかりでなく、汚泥脱離液中に懸濁物が混在しやすい問題を抱え、処理水をそのまま放流することが難しかった。

特開平６−７１２９６号公報

特開２００３−２１１１９９号公報

特開平９−２２５４８９号公報

上記のような従来方法の問題点を解決すべく、本発明では、有機性汚泥を短時間で高濃度汚泥と懸濁物が少ない高水質脱離液に明瞭に分離し、低設備費、低運転費、省スペースとなる汚泥の固液分離方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の汚泥の固液分離方法は、排水処理装置から発生する有機性汚泥に過酸化水素を添加し、該汚泥と過酸化水素分解反応を促進する触媒とを接触させて気泡を発生させ、該気泡の浮力で前記汚泥を浮上分離させることを特徴とする。
この汚泥の固液分離方法は、過酸化水素を添加し、無害でかつ微細な酸素ガスの気泡を触媒活性下で処理槽全体に発生させ、汚泥に付着せしめることによって物理的に浮上分離する方法である。 本方法では固液分離速度の向上が図れるのみならず、懸濁物が少ない高水質脱離液を得られるという利点がある。 さらに、基本的に薬剤の注入だけで良く、低設備、低運転費、省スペースで実施することができる。

過酸化水素分解反応を促進する触媒として、酸化マンガンまたは活性炭を含む触媒を利用することができる。 これにより、過酸化水素の分解反応が飛躍的に促進され、汚泥固液分離処理が短時間でかつ脱離液中の細かな懸濁物まで浮上分離させることができる。
さらに本発明では、有機性汚泥に過酸化水素とともに、少量の酸又は凝集剤を添加することができる。 これにより、汚泥中の微粒子の凝集性が向上し、汚泥脱離液の水質をさらに向上させることができる。

以上のいずれの方法においても、有機性汚泥を４０−１００℃に加熱した状態で触媒と接触させることができる。 これにより、汚泥中の微粒子の凝集性を向上させると同時に、過酸化水素の分解反応が飛躍的に促進され、高濃度汚泥と懸濁物が少ない高水質汚泥に極めて短時間で分離できる。

本発明によれば、従来の場合と比して、有機性汚泥を短時間で明瞭に固液分離することが可能で、高濃度汚泥と懸濁物が少ない高水質脱離液を得ることができる。
また、本発明は基本的に微量の薬剤の注入だけで良く、排水処理設備の簡易化およびコストダウンが図られるという効果がある。 しかも、本発明は特殊な装置等を必要としないため、汚泥処理量や適用場所の制約が緩和され、少量の有機性汚泥処理に際しても好適に使用することができるという効果がある。

本発明者等は、有機性汚泥に薬剤を添加し、触媒によって促進的に発生するガスを利用して汚泥を物理的に浮上分離させる方法を発明したもので、その基本原理は、有機性汚泥に過酸化水素を添加し、該汚泥を過酸化水素分解反応を促進する触媒に接触させることで、添加した過酸化水素を酸素ガスと水に促進的に分解し、発生した酸素ガスの微細気泡を汚泥に付着させて、短時間にかつ明瞭に汚泥を浮上分離させるというものである。
以下、例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によりなんら限定されるものではない。

本発明による有機性汚泥は、汚泥の比重にもよるが汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が１００−３０，０００ｍｇ／Ｌ、含水率では９６−９９．９％、より好ましくは汚泥濃度１０００−２０，０００ｍｇ／Ｌ、含水率９７−９９％のものが使用でき、通常の曝気槽内の汚泥および返送汚泥などを使用できる。 本発明は、以上のように広範な濃度の汚泥について使用可能であり、排水処理工程において適用すれば、汚泥と良好な処理水を得ることができる。

本発明の固液分離により、汚泥は十分に濃縮され、汚泥濃度３０，０００ｍｇ／Ｌ以上あるいは含水率９６％以上の高濃度汚泥と、汚泥濃度１００ｍｇ／Ｌ以下の懸濁物をほとんど含まない高水質汚泥脱離液に分離できる。
本発明において注入・攪拌する過酸化水素量は、汚泥濃度にもよるが、有機性汚泥１Ｌあたり、過酸化水素を０．０１−１ｍｏｌでよい。 たとえば、汚泥濃度が約１５，０００ ｍｇ／Ｌ（含水率約９８％）の有機性汚泥１Lあたり、過酸化水素０．１ｍｏｌほどの注入量で、明瞭な固液界面が形成され、上部に約３倍に濃縮された汚泥（汚泥濃度約４５，０００ｍｇ／Ｌ）と、下部に懸濁物が極めて少ない汚泥脱離液（汚泥濃度約１００ｍｇ／Ｌ）に分離できる。 過酸化水素注入量を多くしてもよいが、注入量に応じて処理速度が速くなる傾向はみられない。
本発明において、過酸化水素分解反応を促進する触媒については、例えば酸化マンガン、銅、アンチモン、スズやパラジウムなど金属化学物質や、活性炭、木炭、竹炭、薫炭、ゼオライトやハイタルクなど粗雑な固体表面をもつもの、あるいは、上記物質が混合された触媒を使用できる。 触媒の形態は、過酸化水素との接触面積が広いことが好ましく、粉末、粒状あるいは塊状の触媒を使用できる。 好ましい触媒とその形態としては、純粋な酸化マンガン粒（粒径１-５ｍｍ）および活性炭（粒径１-５ｍｍ）であり、これらを用いた場合、過酸化水素分解反応を飛躍的に促進できる。

触媒の設置方法については、過酸化水素反応容器底部に均一に敷き詰めてあればよく、厚さ０．１−５ｃｍ、好ましくは厚さ１ｃｍの触媒を底部に均一層状に敷き詰めてあればよい。 均一にすることにより、処理槽底部全面から気泡が発生し、対流により上部の汚泥が崩れることなく明瞭な固液界面が形成され、汚泥を浮上固液分離させることができる。

さらに本発明の実施において、少量の酸および／または凝集剤を添加することで、有機性汚泥中の微粒子が凝集し、固液分離後の汚泥脱離液中の懸濁物を極めて少なくできる。 この場合の酸および／または凝集剤として、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、酢酸エチルなどの酸の他、ポリ硫酸鉄、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、硫酸第二鉄、消石灰、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなどの無機系凝集剤、ポリアクリル酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム、マレイン酸共重合物などの陰イオン性有機系凝集剤、ポリエチレンイミン、水溶性アニリン樹脂、ポリチオ尿素、第４級アンモニウム塩などの陽イオン性有機系凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレン、カセイ化でんぷんなどの非イオン性有機系凝集剤が使用できる。

本発明による汚泥固液分離法を一般的な活性汚泥処理フローに組み込んだ場合、有機性汚泥を本発明により固液分離後、得られた高濃度汚泥を、掻き寄せフレームや空気流によって掻き寄せ・搬送を行うことで、濃縮汚泥として回収することができる。 回収された濃縮汚泥は、沈降分離により得られた汚泥に比較して、脱水、可溶化や嫌気消化などの処理を効率的に実施することができる。 また、本発明による汚泥固液分離後の液相の脱離液は、懸濁物や環境負荷物質を含まないことから、排水処理系外に放流可能である。
更に、本発明による汚泥固液分離法は、特殊な装置を使用することなく、少量の有機性汚泥で再現性良く実施することができるため、実験室等において少量の汚泥を固液分離する際にも好適に使用できる。

以下に、過酸化水素分解触媒として酸化マンガンと活性炭を利用して、本発明による汚泥固液分離を行った実施例を示すが、本発明はこれらの例によりなんら限定されるものではない。

以下の実施例で使用した有機性汚泥は、いずれも汚泥濃度が１３，３３０ｍｇ／Ｌのものを使用し、投入過酸化水素は三徳化学工業株式会社製３０％過酸化水素を使用した。 酸化マンガンはナカライテスク株式会社製（粒径１−５ｍｍ）のものを、活性炭はクラレケミカル株式会社製クラレコール（粒径１ｍｍ）を使用した。
汚泥の固液分離処理時間と、固液分離後の脱離液中の懸濁物量を評価するため脱離液濁度を測定した。 固液分離処理時間の測定方法は、汚泥に過酸化水素を投入してから、目視にて上部に汚泥、下部に脱離液の状態で固液界面が明瞭に形成されたのを確認し、上部の汚泥が体積比にして、２倍および３倍に濃縮されるまでの時間とした。
汚泥脱離液の評価方法は、汚泥が上記のように目視にて汚泥界面が形成されたのを確認後、体積比にして汚泥が２倍および３倍に濃縮された時点の濁度を測定した。 濁度は、透過光濁度として、石英ガラス製角形セル（光路長１０ｍｍ）に脱離液試料７００μＬ入れ、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製ＵＶ−２４５０分光光度計にて波長６６０ｎｍの吸光度を測定した。

［実施例１］
３００ｍＬビーカーと１００ｍＬメスシリンダーを用意し、ビーカーには有機性汚泥（３０℃；ｐＨ ７．０２）を１００ｍＬ入れた。 １００ｍＬメスシリンダーには過酸化水素分解反応を促進する触媒として酸化マンガンを底部に均一に敷き詰め、触媒体積を１ｍＬとした。 上記ビーカーに３０％過酸化水素水を１ｍＬ（H ₂ O ₂約０．０１ｍｏｌ）注入し、よく攪拌後、ただちにメスシリンダーに投入した。
メスシリンダーに投入後、汚泥の固液分離処理時間の測定を開始した。 測定の方法として、メスシリンダーに酸化マンガン触媒を１ｍＬ含むことから、メスシリンダーの上部に浮遊した汚泥と汚泥脱離水の界面がメスシリンダーの５１ｍＬの目盛に達した時点を２倍濃縮、および界面がメスシリンダーの６８ｍＬの目盛に達した時点を３倍濃縮とみなし、それぞれに要した時間を固液分離処理時間として測定した。 また、２倍および３倍濃縮時点の汚泥脱離液の濁度を測定した。
汚泥を２倍および３倍に濃縮するのに要した固液分離処理時間は、それぞれ４分３０秒、１２分３０秒であった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、それぞれ０．７２８、０．５１５であった。

［実施例２］
上記実施例１と同様に、３００ｍＬビーカーに有機性汚泥を１００ｍＬ入れたものを用意した。 １００ｍＬメスシリンダーに過酸化水素分解触媒として活性炭を底部に均一に敷き詰め、触媒体積を１ｍＬとした。 上記ビーカーに３０％過酸化水素水を１ｍＬ注入し、よく攪拌後、ただちにメスシリンダーに投入した。 汚泥の固液分離処理時間の測定については実施例１の方法による。
汚泥を２倍および３倍に濃縮するのに要した固液分離処理時間は、それぞれ５分、１３分４５秒であった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、それぞれ１．２２２、１．３０７であった。

［比較例１］
３００ｍＬビーカーに有機性汚泥を１００ｍＬ入れたものと、触媒を投入しない１００ｍＬメスシリンダーを用意した。 上記ビーカーに３０％過酸化水素水を１ｍＬ注入し、よく攪拌後、ただちにメスシリンダーに投入した。 その結果、２倍濃縮に６分３０秒、３倍濃縮に１７分かかった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、吸光度が非常に高かったため、希釈後補正することで、それぞれ４．０３２、３．３７７となった。

［実施例３］
３００ｍＬビーカーにて初期汚泥の温度を５０℃に昇温後、その他の操作は室温下で上記実施例１と同様に行い、固液分離処理時間および汚泥脱離液の濁度を測定した。 その結果、汚泥を２倍および３倍に濃縮するのに要した固液分離処理時間は、それぞれ３分１５秒および８分３０秒であった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、それぞれ０．８２６、０．６８７であった。

［実施例４］
３００ｍＬビーカーにて初期汚泥の温度を５０℃に昇温後、その他の操作は室温下で上記実施例２と同様に行い、固液分離処理時間および汚泥脱離液の濁度を測定した。 その結果、汚泥を２倍および３倍に濃縮するのに要した固液分離処理時間は、それぞれ４分および１０分であった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、それぞれ１．６５５、１．９７１であった。
［比較例２］
３００ｍＬビーカーにて初期汚泥の温度を５０℃に昇温後、その他の実験経過は室温下で上記比較例１と同様に行い、固液分離処理時間および汚泥脱離液の濁度を測定した。 その結果、汚泥を２倍および３倍に濃縮するのに要した固液分離処理時間は、それぞれ５分および１１分であった。 さらに汚泥が２倍および３倍濃縮時点での汚泥脱離液の濁度は、それぞれ６．３２２、４．７８９であった。

上記実施例および比較例の固液分離処理時間および汚泥脱離液の濁度の測定値を、それぞれ図１および図２に示す。
図１について、触媒を使用することで、固液分離処理時間が飛躍的に短縮されることは明らかである。 さらに汚泥を昇温後、触媒を利用して固液分離させることで、相乗的に処理時間を短縮できることが示された。

図２から、汚泥が２倍および３倍濃縮時点でのそれぞれの汚泥脱離液の濁度は、触媒を利用した方が極めて低い値を示す。 すなわち、触媒の使用によって、汚泥脱離液中に懸濁物をほとんど含まない高水質処理水を得られることが示された。 図示されていないが、気泡の発生が終了した時点でも、汚泥脱離液の濁度は触媒を利用したほうが低い結果となった。

比較例２は、汚泥を昇温後、触媒なしで固液分離させた結果で、比較例１より固液分離処理時間の短縮がみられる。 一方、比較例２の脱離液中の濁度は、非常に高い値となったことから、昇温のみで処理時間の短縮は可能であるが、懸濁物を含まない高水質な処理水は得られない。

［試用試験］
有機性汚泥（汚泥濃度約１５，０００ｍｇ／Ｌ）について、１０Ｌ、１００Ｌで本発明による固液分離を行った。 その結果、触媒なしでは明瞭な汚泥固液界面が形成されず十分に固液分離できなかったが、触媒、特に酸化マンガンおよび活性炭を反応容器底部に均一に敷いて固液分離させることで、明瞭な固液界面が形成され、約３倍に濃縮された汚泥と、懸濁物が極めて少ない良好な水質の汚泥脱離液が得られた。

実施例および比較例の固液分離処理時間を示す図である。

実施例および比較例の脱離液濁度を示す図である。