1.
研究目的
下水道の普及や高度処理化に伴い，下水汚泥とし て回収される固形物量は増加傾向を示している。下 水処理場の維持管理費の中で汚泥処理に要する費用 は大きな割合を占めており，更に最終処分場の逼迫 から，今後汚泥処分費が高騰していくものと考えら れる。 このような現状に対して，平成 20 年度に「酸化剤 を用いた余剰汚泥削減技術マニュアル」を作成した が，当マニュアルは小規模下水処理場（オキシデー ションディッチ法（以下，OD 法という）または長時 間エアレーション法）の余剰汚泥を対象としている。 一方，標準活性汚泥法を採用している下水処理場に おいても汚泥の削減は喫緊の課題となっており，省 エネルギーかつ省コストな汚泥削減技術が求められ ている。 本研究は，中・大規模に多く採用されている標準 活性汚泥法から発生する余剰汚泥を対象とし，汚泥 減量設備を実施設に導入し，その効果を検証した。 導入前後の運転データより汚泥処理設備や水処理設 備に与える影響を評価し，技術の有効性を検証した。 また，導入効果を定量化し，設備の計画・設計・施 工・維持管理に関する事項を整理し，技術マニュア ルとしてとりまとめることを目的とし，実施した。2.
研究体制
本研究は，大分市，日鉄住金環境㈱，扶桑建設工 業㈱および(公財)日本下水道新技術機構の４者によ る管理者参加型共同研究として実施した。3.
研究内容
本研究は，標準活性汚泥法を採用している大分市 松岡水資源再生センターに汚泥減量設備を導入し， 導入前後の冬季・春季・夏季の実証試験データから 固形物発生量を比較し，汚泥減量効果を評価した。 また，機械濃縮機や脱水機の運転状況から汚泥処理 設備に与える影響を評価し，放流水質や反応タンク 送風量の変化から水処理設備に与える影響を評価し た。さらに，全国の複数箇所の下水処理場の余剰汚 泥を対象として，ビーカー試験を実施し，可溶化効 果を確認することで，適用性を評価した。ビーカー 試験の結果について，OD 法の余剰汚泥と比較するこ とで，低い薬剤添加濃度で高い可溶化効果が得られ ることを明らかにしている。 これらの結果より，技術の有効性を検証するとと もに，導入効果を定量化し，設備の計画・設計・施 工・維持管理に関する技術的事項をとりまとめ，技 術マニュアルを作成した。酸化剤を用いた余剰汚泥削減技術
（標準活性汚泥法）に関する共同研究
図－１ 汚泥減量設備外観
4.
技術の概要
4.1 原理 本技術は，酸化力を持つ薬剤（酸化剤）を用いて， 余剰汚泥中の微生物の細胞を破壊し，微生物の可溶 化処理を行う。この時の可溶化率(可溶化による汚泥 の固形物（SS）の減少率（％）)は，処理前汚泥の固 形物に対して 25％を目標とする。可溶化処理した余 剰汚泥は最初沈殿池へ返流され，その内の一部は初 沈汚泥として重力濃縮槽へ，残りは越流水として反 応タンクに流入され，反応タンクでは好気性処理を 行い，酸化分解により汚泥の削減を図る。概略フロ ーを図－２に示す。 図－２ 概略フロー 4.2 汚泥減量設備の構造 本技術で用いる汚泥減量設備は，薬剤反応槽と薬 剤貯留槽その他設備で構成される。 汚泥減量設備の処理フローを図－３に示す。余剰 汚泥は，原汚泥ポンプにより薬剤反応槽に供給する。 また，汚泥供給とあわせて薬剤を注入する。薬剤反 応槽では，汚泥と薬剤を撹拌して汚泥を可溶化した 後，最初沈殿池へ戻す。 薬剤反応槽において，汚泥処理倍率(汚泥減量設備 を導入しない場合の余剰汚泥発生量に対する汚泥減 量設備に供給する量)は 0.5～0.7 倍量を標準とする。 薬剤添加濃度は，2,000mg/L とする。 図－３ 汚泥減量設備の処理フロー 4.3 薬剤 薬剤は，無機の酸素系薬剤と水酸化ナトリウムお よび微量の補助剤で構成される市販の製剤である。 外観は，透明淡黄赤色の粘性のある液体である。薬 剤の原液は，水酸化ナトリウムを含むため，毒物お よび劇物取締法の「劇物」に該当する。 4.4 技術の特徴 余剰汚泥を可溶化し，可溶化した汚泥を反応タン クで好気処理することにより汚泥を削減する技術は， 処理方法の異なるものがいくつか存在する。本技術 はこれらの処理方式と比較し，次の特徴を有してい る。 （１）特殊な機器がなく，構造がシンプル 原汚泥ポンプ，撹拌機，薬剤注入ポンプ等の汎用 品で構成され，構造がシンプルである。 （２）汚泥中の夾雑物による機器の閉塞，摩耗等が 生じにくい 液体に接触する部分（以下，接液部という）の機 器は，撹拌機，処理汚泥移送ポンプのみであり，汚 泥中の夾雑物による閉塞，摩耗等が生じにくい。 （３）消費電力が小さい 主な電動機は，撹拌機のみであり，消費電力量が 小さい。 （４）無人運転が可能 複雑な構造の機器がないため，運転管理，メンテ ナンスが容易で，無人運転が可能である。 （５）放流水中に薬剤が残留しない 使用する薬剤は無機の酸素系酸化剤であり，薬剤 反応槽で未反応のまま反応タンクへ流入した場合も， 反応タンクで微生物または有機物との反応により分 解され，放流水中に残留しない。5.
各種試験結果
技術の有効性および導入効果を定量化することを 目的として，①汚泥減量設備を供用中の処理施設に 汚泥減量設備 Ｂ 薬剤 余剰汚泥 可溶化汚泥 反応ﾀﾝｸ 最終沈殿池 処理水 流入水 消毒槽 余剰汚泥 返送汚泥 濃縮槽 脱水機 最初沈殿池 初沈汚泥 濃縮機適用する実証試験，②全国７箇所の下水処理施設を 対象に異種汚泥への適用性を確認するビーカー試験 の２種類を実施した。また，得られた結果について， OD 法等の結果と比較することで，可溶化効果の違い について検証した。 5.1 実証試験結果 （１）汚泥減量設備運転条件 実証試験における汚泥減量設備の運転条件を表－ １に示す。汚泥減量設備供給汚泥量は，冬季では 30m3/日とし，水温の上昇に伴い供給量を高くし，春 季および夏季では 40m3/日とした。また，汚泥処理 倍率は，冬季で 0.50 倍，春季で 0.69 倍，夏季で 0.70 倍とした。 表－１ 汚泥減量設備運転条件 条件 期間 汚泥減量設備運転条件 供給 汚泥量 (m3/日) 汚泥 処理倍率 薬剤添 加濃度 (mg/L) 平均 水温 (℃) 可溶 化率 (%) 冬季 H24.12.25 ～H25.4.14 30 (6 日/週) 0.50 2,000 18 25 春季 H25.4.21 ～H25.5.31 40 (6 日/週) 0.69 2,000 22 27 夏季 H25.6.1 ～H25.8.9 40 (6 日/週) 0.70 2,000 27 28 （２）流入水ＳＳ負荷 汚泥減量設備導入前後の流入 SS 量を図－４に示 す。導入後の流入 SS 量は，導入前と比較して高い値 であり，導入前後で流入条件が異なった。導入効果 を評価する上で，評価する項目に対して，流入 SS 量で割り戻し，単位流入 SS 量あたりとして評価した。 図－４ 流入 SS 量 （３）汚泥削減効果 流入 SS 量あたりの汚泥発生量を図－５に示す。冬 季から夏季において，12～14%の削減効果が得られた。 図－５ 流入 SS 量あたりの汚泥発生量 （４）汚泥処理設備 実証試験での濃縮機はベルト型ろ過濃縮機，脱水 機は圧入式スクリュープレス脱水機である。 流入 SS 量あたりの濃縮機運転時間を図－６に示 す。余剰汚泥引抜量の削減により，機械濃縮機運転 時間の大幅な削減が得られた。 また，脱水機のろ過速度と脱水ケーキ含水率の関 係を図－７に示す。脱水ケーキ含水率は重力濃縮槽 の運転状況の影響によりほぼ同等であるが，ろ過速 度は向上しており，脱水性の向上が認められた。 図－６ 流入 SS 量あたりの濃縮機運転時間 図－７ ろ過速度と脱水ケーキ含水率の関係 1. 09 1. 18 1. 01 1. 28 1. 29 1. 18 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 冬季 春季 夏季 流入S S量 (t /日 ) 導入前 導入後 1.16 1.10 1.11 1.03 0.95 0.98 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 冬季 春季 夏季 流入S S量あたり の 汚 泥発生量 (t -D S/ t-流入S S) 導入前 導入後 4.59 4.07 4.38 1.55 1.37 2.11 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 冬季 春季 夏季 流入S S量あたり の 濃縮 機運転 時 間( Hr /t -流入S S) 導入前 導入後
70
72
74
76
78
250
270
290
310
330
350
脱水ケ ー キ 含 水 率 ( % )ろ過速度(kgDS/h)
冬季(導入前)
冬季(導入後)
春季(導入前)
春季(導入後)
夏季(導入前)
夏季(導入後)
導入後
導入前
※対象期間の平均値を示す。（５）放流水質 汚泥減量設備導入前後の放流水質を表－２に示す。 放流水 SS，BOD，CODMn，T-N は導入前後で同等な値 であり，良好な水質であった。ただし，T-P につい て，削減された余剰汚泥に含有されていたリンの一 部が放流水として流出したことが原因で約 0.5mg/L 上昇した。本技術の導入に際して，放流先のリン規 制が厳しい場合は放流水質を考慮する必要があるこ とが示唆された。 表－２ 放流水質分析結果 放流水 冬季 春季 夏季 SS (mg/L) 導入後 3.4 3.8 3.8 導入前 2.4 2.5 4.2 BOD (mg/L) 導入後 1.7 1.7 2.0 導入前 2.6 2.8 4.2 CODMn (mg/L) 導入後 11.7 11.5 10.1 導入前 11.5 10.8 9.2 T-N (mg/L) 導入後 22 19 19 導入前 23 23 17 T-P (mg/L) 導入後 0.97 0.98 0.95 導入前 0.46 0.55 0.50 5.2 異種汚泥への適用性確認試験(ビーカー試験) 水温 20℃，薬剤添加率 20%/SS の条件における各 処理場の可溶化率の結果を図－８に示す。 可溶化率について処理場毎に若干の差が見られた が，概ね実証試験時の冬季の可溶化率 25%に近い値 であったため，可溶化率 25%を一つの指標とした。 1 箇所のみ可溶化率が低い結果であったが，可溶化し にくい汚泥に対しては薬剤添加率を高くすることで 対処できる。 図－８ 各処理場の可溶化率の比較 5.3 ＯＤ法等の余剰汚泥との比較 処理方式による薬剤添加濃度と可溶化率の関係を 図－９に示す。 標準活性汚泥法から発生する余剰汚泥は OD 法等 から発生する余剰汚泥より可溶化効果が高く，より 少ない薬剤添加濃度で高い可溶化率が得られる結果 であった。 処理方式毎の運転条件および効果のまとめを表－ ３に示す。標準活性汚泥法は OD 法等と比較して，汚 泥削減率が低くなっている。これは，余剰汚泥のみ を可溶化していることや，OD 法と比較して反応タン クのＨＲＴが短いため，放流水質に影響があまりで ないように汚泥処理倍率を低く設定しているからで ある。 図－９ 処理方式による可溶化効果の比較 表－３ 処理方式毎の運転条件・効果のまとめ 処理方式 標準活性汚泥法 OD 法 長時間ｴｱﾚｰｼｮﾝ法 処理倍率 0.5～0.7 倍 1.5 倍 薬剤添加率 薬剤添加濃度 20% 2,000mg/L 30% 3,700mg/L 薬剤反応時間 2 時間 5 時間 可溶化率 25%程度 25%程度 汚泥削減率 12～14% 60%程度 汚泥処理設備 への影響 脱水性の向上 - 放流水質 T-P：0.5mg/L 上昇 T-P：1～1.7mg/L 上昇 COD:1mg/L 上昇 送風機設備 曝気動力増加率 20%増加 20%増加
0
10
20
30
40
50
可 溶 化率( % )冬季(H24.2月)
春季(H24.5月)
夏季(H24.8月)
秋季(H24.11月)
冬季(H25.2月)
春季(H25.5月)
冬季実証試験値 他の汚泥と比較して可溶化率が低い 0 10 20 30 40 50 60 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 可溶化 率 (% ) 薬剤添加濃度 (mg/L) 標準活性汚泥法 OD法, 長時間ｴｱﾚｰｼｮﾝ法5.4 導入効果 実証試験で得られた結果をもとに脱水ケーキ処分 単価を 16,000 円/t，減量設備薬剤単価を 100 円/kg と設定した場合のコストを比較した。流入汚水量 5,000 ｍ3/日規模，50,000m3/日規模について，コス ト試算結果をそれぞれ図－10 および図－11 に示す。 流入汚水量 5,000 ｍ3/日規模の場合 5.9%(3.7 百万 円)，50,000 ｍ3/日規模の場合 7.6％(34.7 百万円) のコスト削減が見込まれる。 図－10 コスト試算結果(5,000m3/日規模) 図－11 コスト試算結果(50,000m3/日規模)
6.
技術マニュアル構成
要旨 第１章 総 則 第１節 目 的 §１ 目 的 第２節 適用範囲 §２ 適用範囲 第３節 用語の定義 §３ 用語の定義 第２章 処理技術の概要 第１節 余剰汚泥削減技術の概要と特徴 §４ 原理 §５ 汚泥減量効果と放流水質への影響 §６ 減量設備供給汚泥量と可溶化率の考え方 §７ システムの構成 §８ 薬剤 §９ 特徴 §10 標準活性汚泥法への適用と OD 法･長時間 エアレーション法への適用との比較 第２節 導入効果 §11 導入効果 第３章 設備の計画 第１節 設備の適用条件 §12 設備の適用条件 第２節 設備計画の基本的な考え方 §13 設備の計画手順 第３節 計画上の留意点 §14 設備の留意点 第４章 設備の設計 第１節 設備の設計手順と構成 §15 設備の設計手順 §16 設備の構成 §17 設備の設置条件 第２節 設備の操作因子 §18 設備の操作因子 第３節 容量計算 §19 設計諸元 §20 原汚泥供給設備 §21 薬剤反応槽 §22 薬剤注入設備 §23 処理汚泥移送設備 第４節 運転操作 §24 運転制御 §25 運転ブロック図 §26 計装機器 §27 電気設備との取り合い 第５章 施工計画 第１節 施工計画の立案 §28 施工計画の立案 第２節 施工手順 §29 施工手順 第３節 試運転63.5
59.8
0
10
20
30
40
50
60
70
導入前 導入後
コスト
(百万円/
年)
汚泥減量設備コスト 曝気動力費 濃縮機運転経費 脱水機運転経費 汚泥処分費 -5.9% (-3.7百万円)456.1
421.4
0
100
200
300
400
500
導入前 導入後
コスト
(百万円/
年)
汚泥減量設備コスト 曝気動力費 濃縮機運転経費 脱水機運転経費 汚泥処分費 -7.6% (-34.7百万円)§30 試運転計画 §31 試運転前準備 §32 試運転 第６章 設備の維持管理 第１節 設備の維持管理 §33 運転調整 §34 水質管理 第２節 設備の保守・点検 §35 保守点検 §36 オーバーホール §37 点検およびオーバーホールの記録 資 料 編 １．各種実験結果 ２．モデル設計 ３．ケーススタディ ４．設備参考図 ５．各種寸法・重量表 ６．積算資料（案） ７．製品安全データシート（ＭＳＤＳ） ８．薬剤の安定性 ９．薬剤の残留性 10．汚泥削減技術の比較 11．納入実績 12．特許等 13．問い合わせ先
