【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はし尿、生活雑排水、
都市下水、農業集落排水、畜産排水等の有機性汚水を、
汚泥および汚泥から作られたコンポスト等の廃棄物を排出することなく、閉鎖循環系で生物学的に処理する有機性汚水の閉鎖循環処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、有機物を含む各種汚水の処理には、活性汚泥法や生物膜法が広く採用されている。 これらの方法は効率の良い方法であり、良質の処理水が得られる特長を持っていることが広く普及している所以である。

【０００３】この活性汚泥法等で処理された有機性汚水は沈殿槽又は濃縮沈殿槽で濃縮されて、汚泥と上澄水に分かれる。 上澄水は消毒後、許容される環境負荷（ＳＳ
５０ｍｇ／ｌ，ＢＯＤ ２０ｍｇ／ｌ）の水として自然界へ放流される。 汚泥には凝集剤を加え、凝集、沈殿、濾過、脱水して含水汚泥ケーキと清澄な濾液に分かれる。 その内、濾液は活性汚泥処理槽の流入側の流量調整槽へ返送されるが、含水汚泥ケーキは埋め立て又は焼却後埋め立て等の方法で自然界へ還元されるのが常法である。

【０００４】しかし、これらの乾燥焼却や埋立処分に要する費用は高額であるだけでなく、その埋立処分場自体がゴミや汚泥の膨大化により急速になくなりつつあるのが現状である。

【０００５】そこで、特開平８−１１７８００号公報では、活性汚泥法等の１次的処理から排出される余剰汚泥を凝集脱水した後、オガクズ担体と有用微生物を用いて生物学的に分解消化する方法を提案している。 また、最近では、含水汚泥ケーキに水分調整材を加えて発酵槽に投入し、好気性雰囲気下で微生物による発酵を行なわせてコンポスト化し、それを土壌改良剤又は肥料として農地へ還元する方法（コンポストの最新技術：環境事業団監修、化学工業日報社刊、１９９５年）も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、特開平８−１１
７８００号公報では、余剰汚泥を生物的に分解消化して減容化と減量化を行う点には優れたものがある。 しかし、この方法では余剰汚泥を生成する一次的処理工程と、後段の生物分解工程とが分離したオープンシステムであるため、生物分解工程で分解されずに残留する少量の有機汚泥については結局その段階で廃棄処分されざるを得ないという欠点を有している。

【０００７】また、余剰汚泥を凝集脱水するために使用されている凝集剤はカチオンと呼ばれるカチオン系合成高分子凝集剤やポリ鉄と呼ばれる無機系凝集剤である。

【０００８】これらの凝集剤については問題が大きいので詳述する。 従来技術による処理では、凝集剤として公知の、（１）硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩や塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄（通称ポリ鉄）等の中から選ばれた水溶性の多価金属塩と、（２）ポリージメチルアミノエチルメタクリレート等のカチオン系合成高分子、ポリアクリルアミド及びその加水分解物やポリアクリル酸等のアニオン系合成高分子、その他のノニオン系合成高分子の組合わせが好んで用いられる。 この結果、含水汚泥ケーキや未分解残留有機汚泥を埋立て等によって、直接土壌に還元する場合に、又、コンポスト化して農地に還元する場合に以下に述べる少なくとも２つの問題を惹起するおそれがある。

【０００９】多価金属塩は含水汚泥ケーキや未分解残留汚泥の中に含まれ、その重量を重くするばかりか、それを埋立てに使用する場合には土壌に多価金属イオンを持ち込み、土壌を酸性にしたり、土壌中のＮやＰを吸着により奪い取ること等により、土壌の性質を植物の生育に不適切な方向に改質してしまう。 殊に、アルミニウム・
イオンはアルツハイマー病の原因になるとも言われており、これが蓄積することは好ましいことではない。 合成高分子凝集剤は、その生分解性が良くないために、土壌に蓄積され、土壌の性質を植物の生育に不適切な方向に改質してしまう。 殊に、ポリアクリルアミドはその単量体であるアクリルアミドが発癌性、神経毒であることから、単量体の残留が危惧され、安全性及び環境汚染の問題も指摘されている。

【００１０】また、含水汚泥ケーキを汚泥発酵槽に投入して、好気性雰囲気の下に微生物による発酵を行なわせてコンポスト化し、これを土壌改良剤又は肥料として農地に還元する従来技術の場合には、発酵により消化され得ない、凝集剤に由来する多価金属塩並びに難消化性有機物がここに濃縮されており、これをこのまま農地に還元することは好ましいことではない。 同時に、上記の発酵工程ではアンモニア、アミン類、硫化水素、メルカプタン類、アルデヒド類、脂肪酸類等の悪臭物質が発生し、空気流に乗って発酵槽から放出されて環境を汚染するので対策が必要である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る有機性汚水の閉鎖循環処理方法は、有機性汚水を活性汚泥法又は生物膜法により処理して有機物を消化分解する第１工程と、これにより生成した余剰汚泥に凝集剤を添加してさらに凝集沈殿させる第２工程と、この凝集沈殿汚泥を濃縮機を通して濃縮する第３工程と、この濃縮汚泥を汚泥発酵槽に投入して第１工程と異なる菌相の微生物により発酵消化する第４工程を有し、この第４工程でも消化せずに残留する排出物を第１工程の流入部に返送することを特徴としている。

【００１２】前記第２工程において、微生物産生凝集剤とキチン・キトサン、またはアルギン酸アンモニウムとキチン・キトサンを凝集剤として使用する有機性汚水の閉鎖循環処理方法を提案する。

【００１３】前記第３工程で含水率９５％以下に濃縮された濃縮汚泥を第４工程の汚泥発酵槽に投入し、バチルス属、ラクトバチルス属、サッカロミセス属、トルラ属、アスペリギルスおよびリゾプス属からなる群から選ばれた少なくとも一種以上の微生物の存在下で、好気性雰囲気の下に温度４０〜７０℃に維持し、排出量を投入量の１／１０以下にまで発酵処理して減量化する有機性汚水の閉鎖循環処理方法を提案する。

【００１４】前記汚泥発酵槽から排出される排気中の悪臭物質を微生物脱臭装置により脱臭する第５工程を付加した有機性汚水の閉鎖循環処理方法を提案する。

【００１５】前記汚泥発酵槽から排出される排出物を後発酵槽に投入し、第１工程および第４工程とは異なる微生物により、曝気攪拌下、温度３０〜５０℃で処理し、
前記排出物中の難消化性有機成分を後発酵分解させる第６工程を付加し、この第６工程でも残留する排出物を第１工程の流入部に返送する有機性汚水の閉鎖循環処理方法を提案する。

【００１６】

【発明の実施の形態】上記の問題点を解決するため、本発明者らは長年鋭意研究した結果、本発明に係る微生物処理を中心とする有機性汚水の閉鎖循環処理の概念に到達した。 即ち、本発明は後述する主要な６つの要素からなり、それらを既存の活性汚泥法又は生物膜法と組合わせることによって、無機物を除く汚泥および汚泥からなるコンポストを一切系外に排出しない、また放流基準を超える負荷を含んだ排水、排出基準を超える負荷を含んだ排気も出さない、有機性汚水を閉鎖循環系で処理するシステムを完成した。

【００１７】第１番目の要素は、有機性汚水を閉鎖循環系で処理するクローズドシステムの適用である。 従来の有機性汚水処理方法では、活性汚泥法や生物膜法により生成された余剰汚泥を脱水乾燥後、汚泥ケーキとして埋立処分していた。 また、余剰汚泥中の有機成分を更に微生物分解処理して、最終的に残留する有機成分は廃棄処分する以外になかった。

【００１８】本発明者等は、この最終的に残留する有機成分を再び活性汚泥法や生物膜法の上流側、即ち流入側にフィドバックさせ、このクロズドループの中で長時間をかけて有機成分を完全に分解処理し尽くす閉鎖循環系のコンセプトに到達したのである。

【００１９】し尿、生活雑排水、都市下水、農業集落排水、畜産排水等の有機性汚水の処理に、本発明の閉鎖循環処理方法を適用すれば、有機成分はクローズドループの中で完全に分解されるから、有機汚泥が外部に排出されることは一切ない。 但し、微生物が分解できない無機汚泥は本発明の対象とはならない。 従って、活性汚泥法の流入側にフィードバックされた段階で、不要な無機汚泥は一般廃棄物としてループ外に排出される。

【００２０】第２番目の要素は、本発明者らが既に特許出願している特願平１０−３２４７８０および特願平１
１−７７２７８の発明に関しており、余剰汚泥を凝集沈殿させる目的で使用する凝集剤として、微生物産生凝集剤及び天然バイオマス資源から誘導された生分解性の良い凝集剤を併用して使用することにある。 より詳細には、下記の（１）又は（２）の組合わせにより特定される。

【００２１】（１）（Ａ−１）：ロードコッカス・エリスロポリス（Rhodococus erythropolis)、ＫＲ−Ｓ−１
株（ＦＥＲＭ ＢＰ−４９１３）を始めとするグラム陽性菌が産出する糖蛋白質を主成分とする凝集活性物質、
或いは（Ａ−２）：オーレオバシジウム（Aureobsidiu
m) 属の菌株（ＦＥＲＭ Ｐ−１４２２８）等の菌が産出する酸性糖類を主成分とする凝集活性物質のいずれかと、（Ｂ）：天然バイオマス資源であるキチン質を脱アセチル化して得られる脱アセチル化率８０％以上のキチン・キトサンの弱酸性水溶液とを併用し、｛（Ａ−１）
又は（Ａ−２）｝／（Ｂ）＝２／８〜２／８（重量比）
で使用する。

【００２２】（２）（Ａ）：天然バイオマス資源である褐藻の細胞間を充填する粘質多糖で、β−Ｄ−マンヌロン酸とα−Ｌ−グルクロン酸からなるポリウルロン酸であるアルギン酸をＰＨ＝５〜７の範囲に中和して得られたアルギン酸アンモニウム水溶液と、（Ｂ）：天然バイオマス資源であるキチン質を脱アセチル化して得られる脱アセチル化率８０％以上のキチン・キトサンの弱酸性水溶液とを併用し、（Ａ）／（Ｂ）＝８／２〜３／７
（重量比）で使用する。

【００２３】従って、（Ａ−１）と（Ｂ）、（Ａ−２）
と（Ｂ）又は（Ａ）と（Ｂ）の３種類の複合凝集剤を使用することが本発明では好適である。 （Ａ−１）および（Ａ−２）は微生物が産生する凝集剤であり、（Ａ）および（Ｂ）は天然バイオマス資源から得られる凝集剤であるから、動植物に対して安全で自然環境を汚染することがない。 しかも、両者を併用することによって汚泥を効率的に凝集沈殿させることができる。 また、これらの凝集剤を用いることにより、後段の汚泥発酵装置での微生物による消化が容易になる。

【００２４】第３番目の要素は、凝集沈殿した凝集汚泥を連続的又は間欠的操作により濃縮する濃縮機にある。
本発明では、例えば発明者らが独自に考案した目開き≦
１ｍｍのバースクリーン方式の連続操業可能な濃縮機を用いることができる。 即ち、凝集沈殿した汚泥をバースクリーン上を流下せしめる間に、流入汚泥の有姿の９／
１０（重量比）がＳＳ含量の低い（１，０００〜４，０
００ｍｇ／ｌ）篩下へ分離され、活性汚泥処理装置の流量調整槽へ返送される。 一方、１／１０（重量比）がＳ
Ｓ含量の高い（５０，０００〜１５０，０００ｍｇ／
ｌ）篩上に篩分され、次工程の汚泥発酵装置へ送られる。 但し、この工程で用いる濃縮機はこの種のバースクリーン方式に限定されるものではなく、ベルトフィルターやヘリオス脱水機や連続遠心分離機で代替することは、性能的には一向差し支えない。 バースクリーン方式を選択するのは主として、経済的理由によるものである。

【００２５】第４番目の要素は、本発明者らが長年試行錯誤を重ねて完成した汚泥発酵装置である。 濃縮により得られた含水率９５％（ウエットベース）以下の含水汚泥を連続的又は間欠的に汚泥発酵槽に投入し、表１に示した微生物群の存在下、好気性雰囲気で、連続的又は間欠的に攪拌しながら、温度４０〜７０℃に維持し、平均滞留時間として２週間処理して、排出量を（有姿重量ベースで）投入量の１／１０以下にするものである。 ここで平均滞留時間とは、投入物有姿ベースで１週間、排出物有姿ベースで３ケ月であり、両者を平均して２週間と表現している。 また、本発明ではこの表１に記載の属名に含まれる１種以上の菌株を汚泥発酵槽に繁殖させて使用する。

【００２６】

【表１】

【００２７】この汚泥発酵装置の平均成績では、（有姿の重量ベースであるが）凝集沈殿汚泥の１／１０が汚泥発酵槽に入り、それが平均滞留時間２週間後には更に１
／１０に減量する。 即ち、凝集沈殿汚泥の１／１００が汚泥発酵槽から排出されると言う訳である。 その組成の代表的な例は表２に示した通りである。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から分るように、汚泥発酵された結果有機物はかなり少なくなっており、また微生物で分解できない無機物が相当量残留している。 従来なら、汚泥発酵槽から連続的又は間欠的に排出される１／１００に減量化された排出物はコンポストとして農地に還元する所であるが、この排出物には上述の通り無機物と、他に難消化性の有機物が含まれている。 本発明では、これを系外に排出せず、排水処理施設の曝気沈砂槽へ返送することによって、閉鎖循環系の有機性汚水の処理システムを完成する。

【００３０】第５番目の要素は、汚泥発酵槽で発酵処理中に発生する悪臭物質を含む排気の処理方法である。 本発明者らは試行錯誤を重ねて、ロードスピリラケアエ（Rhodospirillaceae)科の細菌を樹脂発泡体又は粒状活性炭等の多孔質担体に担持せしめて固定床として装填した。 この脱臭装置に、アンモニア、アミン類、硫化水素、メルカプタン類、アルデヒド類、脂肪酸類等の悪臭物質を含む排気を上向流として送入し、連続的又は間欠的に下向流として送入される水シャワーと接触させた後、上記固定床で、常温、湿潤下で生物的に悪臭物質を分解せしめることにより、上記悪臭物質の境界線臭気強度を許容値の２．５以下に低下させて大気放出するのである。

【００３１】また、第６番目の要素は、汚泥発酵槽からの排出物を曝気沈砂槽へ返送する間に、排出物をさらに後発酵槽に投入し、水中に分散して、第１工程及び第４
工程で使用した菌株とは異なり、高ＢＯＤ濃度の有機性汚水の消化に実績のあるロードスピリラケアエ（Rhodos
pirillaceae)科の細菌を加えて、曝気攪拌下で、温度３
０〜５０℃に維持し、１週間以上処理することにより、
この排出物中に含まれている難消化性の有機物を後発酵分解させる後発酵工程を追加することが出来る。 後発酵工程でも分解されない無機物を含む排水は活性汚泥処理工程の曝気沈砂槽へ返送される。 この後発酵槽を設けることにより、ほぼ完全に有機物を分解することができ、
曝気沈砂槽へフィードバックされる排出物はほとんど無機物となる。

【００３２】

【実施例】本発明に係る有機性汚水の閉鎖循環系での処理システムは、個々の工程については実験室スケール、
パイロットスケールで実験開発して来たが、処理システム全体としては、実際の汚水処理の中で確認しなければならない。

【００３３】本発明者らは、愛媛県越智郡朝倉村の生活排水（し尿＋生活雑排水）の合併（活性汚泥）処理槽に、本発明に係る第１工程から第５工程の各要素を組込ませて頂いて実証運転をし、本システム全体の有効性を確認した。 以下に若干の説明を加えて実施例とする。 図１は朝倉村での閉鎖循環処理システムの工程図である。
但し、この実施例では第６工程となる後発酵槽は組み込まれていないので、図１にその部分がない。

【００３４】朝倉村の合併処理槽は、計画対象人口６１
０人、計画汚水量１６４Ｔ／Ｄ計画水質は流入側でＳＳ
＝２００ｍｇ／ｌ，ＢＯＤ＝２００ｍｇ／ｌ，ＣＯＤ＝
１００ｍｇ／ｌのものを、放流側でＳＳ＝５０ｍｇ／
ｌ，ＢＯＤ＝２０ｍｇ／ｌ，ＣＯＤ＝２５ｍｇ／ｌまで低減させるべく設計されている。

【００３５】今回の実証運転では、上記活性汚泥処理システムの汚泥貯留槽から余剰汚泥を０．５Ｔ／Ｄ（ＭＬ
ＳＳ＝１６０００ｍｇ／ｌ、従って、固形分８ｋｇ／
Ｄ）を引抜き、攪拌槽に投入し、微生物産生凝集剤等を加えて凝集沈殿を行った。 凝集剤としては、（Ａ−２）
を有姿で１ｌｉｔ． ／Ｄ（＝２．５％対ＳＳ）と（Ｂ）
の０．５％弱酸性水溶液を１５ｌｉｔ． ／Ｄ（＝０．０
７５ｋｇ／Ｄ＝０．９％対ＳＳ）を添加して凝集沈殿を行った。 生成したフロックは後段のバースクリーン型濃縮機での濃縮操作に耐える大きさと強度を持っている。

【００３６】目開き１ｍｍのバースクリーン型濃縮機では、有姿０．５Ｔ／Ｄの汚泥の内、重量比で９／１０に当たる０．４５Ｔ／Ｄが篩下に落ち活性汚泥工程の流量調整槽へ還流され、１／１０に当たる０．０５Ｔ／Ｄ
（水分＝９０〜９５％固形分＝１０〜５％）が汚泥発酵槽へ投入される。

【００３７】汚泥発酵槽は運転開始時には水分調整剤や表１に示した菌体とその栄養分等を同時に供給してやる必要があるが、連続運転に入ると、槽内に滞留している発酵途上物が菌体の担体にもなり、水分調整剤の役目も果たすので、追加供給する必要はない。 ただ、運転条件を、温度４０〜７０℃の間に、内容物の含水率を４０〜
６０％の間になるよう濃縮機の篩上に連続的又は間欠的に供給すると共に、槽内が好気性雰囲気になるよう連続的又は間欠的に攪拌することが肝要である。

【００３８】後発酵槽は朝倉村での実証試験では採用せず、汚泥発酵槽からの排出物はそのまま、活性汚泥処理工程の曝気沈砂槽へ還流させたが、特に問題は生じなかった。

【００３９】汚泥発酵槽からの悪臭物質を含む排気はブロワーで引いて脱臭装置へ送入し、生物的脱臭を行ってから、大気中に排気した。 脱臭装置の入口ガスと出口ガス中の悪臭物質の濃度を検知管で測定した。 アンモニアについては、入口濃度が〜１０ｐｐｍであっても、出口濃度は１ｐｐｍ以下に制御されており、許容濃度基準以下に収まっていると考えてよい。 アミン類濃度については、入口では２３ｐｐｍまで上がったが、出口濃度は１
ｐｐｍ以下に制御されている。 硫化水素とメルカプタン類においては、入口濃度、出口濃度とも検知管の検知下限以下であった。 いずれにしても、境界線臭気強度は終始許容値の２．５以下を満足していて問題はなかった。

【００４０】図２は後発酵槽を図１に加えた場合の閉鎖循環処理システムを表わしている。 前述したように朝倉村では後発酵槽を設置する必要はなかったが、汚泥発酵槽の出口段階でも分解しきれていない有機物がまだ残留している場合には、この後発酵槽を設置する意義がある。

【００４１】本発明は上記実施態様および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更等をその技術的範囲内に包含するものである。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上に述べたように、通常の活性汚泥処理装置に、本発明に係る６つの要素を組合わせ、異なる菌相を持つ３種の微生物を使い分けることによって、実質的に汚泥又は汚泥からのコンポストを系外に排出しない、有機性汚水の閉鎖循環系での処理システムを完成したものである。 結果として、有機性汚水処理プラントが、水質、大気、並びに特に土壌に対して与える環境負荷が著しく軽減され、人類は勿論、動植物が生育する環境の汚染防止に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は朝倉村で実施した本発明に係る閉鎖循環処理システムの工程図である。

【図２】図２は後発酵槽を図１に加えた場合の閉鎖循環処理システムの工程図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/02 Ｃ０２Ｆ 11/12 Ｃ ４Ｄ０６２ 11/02 11/14 Ｄ 11/12 Ｂ０１Ｄ 53/34 １１６Ｃ 11/14 Ｆターム(参考） 4D002 AA03 AA06 AA13 AA14 AA32 AB02 AC10 BA17 CA01 CA07 CA13 DA41 DA59 DA70 EA02 GA01 GA02 GB02 4D003 BA02 CA01 CA02 CA03 CA07 CA10 DA08 DA09 DA10 FA01 FA04 FA07 4D015 BA12 BB08 BB18 CA01 CA03 CA11 DB32 DB33 DB34 EA06 EA10 EA13 4D028 AC01 AC09 BB02 BD00 BE02 BE08 4D059 AA03 BA03 BA22 BA27 BA56 BE02 BE08 BE16 BE31 BE37 BE56 CA16 CA28 CB27 DB11 DB18 EB02 EB06 4D062 BA12 BB08 BB18 CA01 CA03 CA11 DB32 DB33 DB34 EA06 EA10 EA13