JP2000325998A - 上水汚泥の濃縮方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上水汚泥を短時間で高濃度に濃縮する。 【解決手段】 上水汚泥の水分を平膜モジュール３を介
して吸引する。平膜モジュール３の外側には、上水汚泥
の濁質成分が付着し、汚泥ケーキ層Ｃが形成される。平
膜モジュール３の内側に空気を供給し、汚泥ケーキ層Ｃ
を剥離させる。剥離し沈降し堆積した濃縮汚泥をスクリ
ューコンベア１３で排出する。 【効果】 上水汚泥を短時間に高濃度に濃縮できる。こ
のため、次工程である脱水工程の設備負担や手間を軽減
可能もしくは省略可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水汚泥の濃縮方
法および装置に関し、さらに詳しくは、上水汚泥を短時
間で高濃度に濃縮できると共に大掛かりな設備を必要と
しない上水汚泥の濃縮方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上水汚泥は、飲料水を製造する浄水設備
において河川水，地下水などの原水に凝集剤を添加して
沈殿池の底部に沈降・堆積させた汚泥であり、濃度は
０.５〜２％で、多量の水分を含んでいるため、そのま
までは処分できない。そこで、シックナーと呼ばれる設
備に導き、重力により、濃度２〜５％に濃縮し、さら
に、加圧脱水機や天日乾燥機により、濃度５０〜６０％
に濃縮している。このようにして、濃度２０％以上に濃
縮された汚泥は、埋立てや焼却による処分が可能とな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記シックナーは重力
に依存しているため、濃縮時間が非常に長くかかり、非
能率的である問題点がある。また、前記シックナーは巨
大なコンクリート建造物であり、設備が大がかりとな
り、建設費もかかる問題点がある。そこで、本発明の目
的は、上水汚泥を短時間で高濃度に濃縮できると共に大
掛かりな設備を必要としない上水汚泥の濃縮方法および
装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、本発明
は、汚泥濃縮槽に導入した上水汚泥中に浸漬した膜モジ
ュールを介して上水汚泥の水分を吸引し、前記膜モジュ
ールの外側に上水汚泥の濁質成分を付着させる付着過程
と、空気または水の少なくとも一方を前記膜モジュール
の内側に供給して前記膜モジュールから前記濁質成分を
剥離し前記汚泥濃縮槽の下方に沈降させる剥離過程と、
前記汚泥濃縮槽の下方に沈降した濁質成分を前記汚泥濃
縮槽から排出する排出過程とを有することを特徴とする
上水汚泥の濃縮方法を提供する。上記第１の観点の上水
汚泥の濃縮方法では、単に重力で濁質成分を沈降させる
従来のシックナーと異なり、膜を介して水分を吸引する
ため、迅速に且つ高濃度（２０〜２５％）に濃縮するこ
とが出来る。また、濁質成分を膜モジュールから剥離し
沈降させるため、濁質成分すなわち濃縮汚泥の排出が容
易になる。これにより、そのままでも、埋立てや焼却に
よる処分が可能となる。また、加圧脱水機や天日乾燥機
などにより更に濃縮する場合でも、加圧脱水機や天日乾
燥機などの設備の負荷を軽減することが出来る。また、
従来のシックナーと比較して、設備が小さくて済み、建
設費も安価になる。

【０００５】第２の観点では、本発明は、上記第１の観
点の上水汚泥の濃縮方法において、前記付着過程での吸
引を間欠的に行うことを特徴とする上水汚泥の濃縮方法
を提供する。上記第２の観点の上水汚泥の濃縮方法で
は、吸引を間欠的に行うことによって、膜に付着する濁
質成分の圧密性を低下させ、剥離性を向上できる。

【０００６】第３の観点では、本発明は、上記第１また
は第２の観点の上水汚泥の濃縮方法において、前記付着
過程で、汚泥濃縮槽に導入した上水汚泥を曝気撹拌する
ことを特徴とする上水汚泥の濃縮方法を提供する。上記
第３の観点の上水汚泥の濃縮方法では、上水汚泥を曝気
撹拌することによって、汚泥濃縮槽の内部上方では上水
汚泥の濃度が低くなり内部下方では上水汚泥の濃度が高
くなるといった濃度不均一化による濃縮効率の低下を防
止することが出来る。

【０００７】第４の観点では、本発明は、上記第１から
第３の観点の上水汚泥の濃縮方法において、前記剥離過
程での空気または水の少なくとも一方を前記膜モジュー
ルの内側に供給する逆流を間欠的に行うことを特徴とす
る上水汚泥の濃縮方法を提供する。上記第３の観点の上
水汚泥の濃縮方法では、空気または水の少なくとも一方
を前記膜モジュールの内側に供給する逆流を間欠的に行
うことによって、膜に付着した濁質成分の剥離を促進す
ることが出来る。

【０００８】第５の観点では、本発明は、上水汚泥を保
持する汚泥濃縮槽と、その汚泥濃縮槽の内部上方に設置
された膜モジュールと、その膜モジュールの外側から内
側に吸水するための吸水手段と、前記汚泥濃縮槽に導入
された上水汚泥を曝気撹拌する撹拌手段と、前記膜モジ
ュールの内側へ空気または水を供給するための供給手段
と、前記汚泥濃縮槽の下方に沈降した濁質成分を前記汚
泥濃縮槽から排出する排出手段とを具備したことを特徴
とする上水汚泥の濃縮装置を提供する。前記排出手段
は、例えばスクリューコンベアやバケットコンベア等の
搬送装置を用いることが出来る。また、汚泥濃縮槽の下
方に排出口を設けて、そこから掻き出し具によって濃縮
汚泥を掻き出す手段でもよい。上記第５の観点の上水汚
泥の濃縮装置では、上記第１〜第４の観点の上水汚泥の
濃縮方法を好適に実施できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて説明する。なお、これにより本発明が限
定されるものではない。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係る上水汚
泥の濃縮装置を示す概略断面図である。この上水汚泥の
濃縮装置１００は、飲料水を製造する浄水設備において
河川水，地下水などの原水に凝集剤を添加して沈殿池Ｄ
の底部に沈降・堆積させた上水汚泥を貯留する汚泥貯留
槽１と、上水汚泥導入バルブ１２を介して導入された上
水汚泥を保持する汚泥濃縮槽２と、その汚泥濃縮槽２の
内部上方に懸架設置された平膜モジュール３と、その平
膜モジュール３の外側から内側に吸引バルブ１６を介し
て水を吸引するための吸引ポンプ４と、吸引した水を貯
留する吸引水槽１７と、前記平膜モジュール３の内側か
ら外側へ逆洗空気バルブ１５を介して空気を逆流させる
ためのブロワ５と、前記ブロワ５から散気バルブ１４を
介して供給された空気を前記平膜モジュール３の下方に
吹き出して前記平膜モジュール３の外側を暴気するため
の散気管６と、前記平膜モジュール３の外側に付着した
濁質成分が剥離して沈降するときに前記散気管６の上に
積もって目詰まりさせるのを防止するバッフル８と、濃
縮汚泥貯留部１０に沈降し堆積している濃縮汚泥を前記
汚泥濃縮槽２から排出するスクリューコンベア１３と、
排出された濃縮汚泥を保持する排出汚泥槽１８と、前記
汚泥濃縮槽２に保持している上水汚泥を前記汚泥貯留槽
１に戻すための上水汚泥戻りバルブ７および上水汚泥戻
りポンプ９と、上水汚泥を通過させるが濃縮汚泥の通過
は阻止する濃縮汚泥分離スクリーン１１と、前記上水汚
泥導入バルブ１２，前記吸引バルブ１６，前記吸引ポン
プ４，前記散気バルブ１４，前記逆洗空気バルブ１５，
前記ブロワ５，前記上水汚泥戻しバルブ７，前記上水汚
泥戻しポンプ９および前記スクリューコンベア１３を制
御する制御装置２０とを具備している。前記汚泥濃縮槽
１の下部は、テーパ状に断面が小さくなるように形成さ
れ、前記濃縮汚泥貯留部１０になっている。そして、そ
の濃縮汚泥貯留部１０の底部に前記濃縮汚泥分離スクリ
ーン１１が設けられている。

【００１１】図２は、前記平膜モジュール３の断面図で
ある。この平膜モジュール３は、２枚の膜支持体３１
と、それら膜支持体３１を内側から支持する合成樹脂製
の膜支持体３２とからなる。前記濾過膜３１は、前記平
膜モジュール３の内部を前記吸引ポンプ４により吸引す
ると、外側より内側の圧力が低くなるため、内側にへこ
むように変形する。一方、前記吸引ポンプ４により吸引
水を前記平膜モジュール３の内部に逆流させたり、前記
ブロワ５により空気を前記平膜モジュール３の内部に吹
き込むと、外側より内側の圧力が高くなるため、外側に
ふくらむように変形する。

【００１２】図３は、前記上水汚泥導入バルブ１２，前
記吸引バルブ１６，前記吸引ポンプ４，前記散気バルブ
１４，前記逆洗空気バルブ１５，前記ブロワ５，前記上
水汚泥戻しバルブ７，前記上水汚泥戻しポンプ９および
前記スクリューコンベア１３の動作のタイムチャートで
ある。

【００１３】［初期状態］前記制御装置２０は、前記上
水汚泥導入バルブ１２を閉状態とし、前記吸引バルブ１
６を閉状態とし、前記吸引ポンプ４をオフとし、前記散
気バルブ１４を閉状態とし、前記逆洗空気バルブ１５を
閉状態とし、前記ブロワ５をオフとし、前記上水汚泥戻
しバルブ７を閉状態とし、前記上水汚泥戻しポンプ９を
オフとし、前記スクリューコンベア１３をオフとする。
このとき、前記汚泥濃縮層２は空になっている。

【００１４】［導入過程］Ｔ１ 前記制御装置２０は、前記上水汚泥導入バルブ１２を全
開状態とする。図４に示すように、汚泥貯留槽１から上
水汚泥導入バルブ１２を介して上水汚泥が汚泥濃縮槽２
に導入される。前記制御装置２０は、平膜モジュール３
が浸漬するレベルまで上水汚泥が汚泥濃縮槽２に導入さ
れると、次の［付着過程］Ｔ２の動作に進む。

【００１５】［付着過程］Ｔ２ 前記制御装置２０は、前記吸引バルブ１６を間欠的に開
状態とし、それと同期して前記吸引ポンプ４を間欠的に
作動させる。また、前記吸引ポンプ４を作動させている
期間に前記散気バルブ１４を開状態とし、それと同期し
て前記ブロワ５を小風量で作動させる。図５に示すよう
に、平膜モジュール３を介して上水汚泥の水分が吸引さ
れ、吸引水槽１７に貯水される。また、図６に示すよう
に、平膜モジュール３の外側には、上水汚泥の濁質成分
が付着し、汚泥ケーキ層Ｃが形成される。さらに、散気
管６から噴出した気泡で上水汚泥が撹拌され、汚泥濃縮
槽２内の上水汚泥の濃度が均一化される。前記制御装置
２０は、水分が吸引されて低下した上水汚泥のレベルを
維持するように前記上水汚泥導入バルブ１２の開度を調
整する。吸引を間欠的に行うのは、平膜モジュール３の
外側に付着した汚泥ケーキ層Ｃの剥離性を向上させるた
めである。すなわち、吸引／停止を繰り返すことによ
り、平膜モジュール３の外側に付着する汚泥に粗密が生
じ、剥離しやすくなる。なお、吸引を連続的に行っても
良いが、汚泥ケーキ層Ｃが平膜モジュール３の外側に略
均一に高密度に付着するため、剥離しにくくなる。

【００１６】付着過程を継続していると、平膜モジュー
ル３の外側に付着した汚泥ケーキ層Ｃの厚さが増し、吸
引ポンプ圧も増大してくる。前記制御装置２０は、吸引
ポンプ圧が所定の閾値に達すると、前記上水汚泥導入バ
ルブ１２を閉状態とし、前記吸引バルブ１６を閉状態と
し、前記吸引ポンプ４をオフとし、前記散気バルブ１４
を閉状態とし、前記ブロワ５をオフとする。図７に、こ
の状態を示す。そして、次の［剥離過程］Ｔ３の動作に
進む。なお、［付着過程］の経過時間が所定値に達した
時に［剥離過程］の動作に進んでもよい。また、付着し
た汚泥ケーキ層Ｃの厚さ又は重さを計測し、厚さ又は重
さが所定の上限値に達した時に［剥離過程］の動作に進
んでもよい。

【００１７】［剥離過程］Ｔ３ 前記制御装置２０は、前記逆洗空気バルブ１５を間欠的
に開状態とし、それと同期して前記ブロワ５を大風量で
作動させる。また、前記逆洗空気バルブ１５を閉状態に
している期間に前記散気バルブ１４を開状態とし、それ
と同期して前記ブロワ５を大風量で作動させる。なお、
前記逆洗空気バルブ１５を閉状態にしている期間に前記
吸引バルブ１６を間欠的に開状態とし、それと同期して
前記吸引ポンプ４を吸引と逆方向に作動させてもよい。
図８に示すように、平膜モジュール３の外側に付着した
汚泥ケーキ層Ｃが剥離する。剥離した濃縮汚泥は、沈降
して、濃縮汚泥貯留部１０に堆積する。なお、ケーキ化
された濃縮汚泥は、濃度の低い上水汚泥中に溶け出して
しまうことはない。空気または水を平膜モジュール３の
内側に供給するのを間欠的に行うのは、平膜モジュール
３の濾過膜３１を外側に膨らましたり元に戻したりする
のを繰り返すことで、外側に付着した汚泥ケーキ層Ｃを
剥離しやすくするためである。また、散気管６から気泡
を噴出するのは、平膜モジュール３の外側を暴気し、汚
泥ケーキ層Ｃの剥離を促進するためである。前記制御装
置２０は、［剥離過程］の経過時間が所定値に達した時
に次の［戻し過程］Ｔ４の動作に進む。なお、付着して
いる汚泥ケーキ層Ｃの厚さ又は重さを計測し、厚さ又は
重さが所定の下限値になった時に［戻し過程］の動作に
進んでもよい。また、吸引ポンプ圧を計測し、吸引ポン
プ圧が所定の下限値にになった時に［戻し過程］の動作
に進んでもよい。

【００１８】［戻し過程］Ｔ４ 前記制御装置２０は、前記逆洗空気バルブ１５を閉状態
とし、前記ブロワ５をオフとし、前記散気バルブ１４を
閉状態とし、前記吸引バルブ１６を閉状態とし、前記吸
引ポンプ４をオフとし、前記上水汚泥戻しバルブ７を開
状態とし、前記上水汚泥戻しポンプ９を作動させる。図
９に示すように、濃縮汚泥分離スクリーン１１を透過し
た濃度の低い上水汚泥が汚泥貯留槽１に戻される。そし
て、汚泥濃縮槽２の濃縮汚泥貯留槽１０に濃縮汚泥が残
る。前記制御装置２０は、［戻し過程］の経過時間が所
定値に達した時に次の［排出過程］Ｔ５の動作に進む。

【００１９】［排出過程］Ｔ５ 前記制御装置２０は、前記上水汚泥戻しバルブ７を閉状
態とし、前記上水汚泥戻しポンプ９をオフにし、前記ス
クリューコンベア１３を作動させる。図１０に示すよう
に、汚泥濃縮槽２の濃縮汚泥貯留槽１０に堆積している
濃縮汚泥が前記排出汚泥槽１８へ排出される。前記制御
装置２０は、［排出過程］の経過時間が所定値に達した
時に前記スクリューコンベア１３を停止させる。これに
より、前記［初期状態］に戻る。

【００２０】次に、実施例１〜実施例３を示す。図１１
に、実施例１〜実施例３の条件を示す。

【００２１】（実施例１の実験結果）図１２に、付着過
程の経過時間と吸引ポンプ圧と上水汚泥濃度の関係を示
す。吸引ポンプ圧力は、経過時間４８時間で急上昇し、
５０時間で０.１ＭPa近くまで上昇し、吸引ポンプ４が
キャビテーションを起こしたため、付着過程を終了し
た。この時、膜間には片側約２０mmの汚泥ケーキ層Ｃが
形成され、その濃度は２６％であった。また、汚泥濃縮
槽２内の上水汚泥の濃度は６％であった。次に、平膜モ
ジュール３内に空気圧０.０５ＭPa（５リットル／min風
量）で空気を供給することと散気管６から５リットル／
min風量で散気を行うことを４回繰り返し、汚泥ケーキ
層Ｃの剥離を行った。濃縮汚泥貯留部１０に堆積した濃
縮汚泥の濃度は１９％であった。

【００２２】（実施例２の実験結果）図１３に、吸引速
度０.３ｍ／dayでの吸引水積算量と吸引ポンプ圧と上水
汚泥濃度の関係を示す。積算流量１４０リットル（約１
１０時間）より、吸引ポンプ圧が急上昇し、０.１ＭPa
に近くなった時点で付着過程を終了した。この時、膜面
平均５mmの汚泥ケーキ厚Ｃが形成され、その濃度は２８
％であった。また、汚泥濃縮槽２内の上水汚泥の濃度は
５.９％であった。次に、平膜モジュール３内に空気圧
０.０５ＭPa（５リットル／min風量）で空気を供給する
ことと散気管６から５リットル／min風量で散気を行う
ことを４回繰り返し、汚泥ケーキ層Ｃの剥離を行った。
濃縮汚泥貯留部１０に堆積した濃縮汚泥の濃度は２３％
であった。

【００２３】（実施例３の実験結果）図１４に、吸引速
度１.０ｍ／dayで吸引水積算量と吸引ポンプ圧と上水汚
泥濃度の関係を示す。積算流量１０リットル（約２.４
時間）より、吸引ポンプ圧が急上昇し、０.１ＭPaに近
くなった時点で付着過程を終了した。この時、膜面平均
２３mmの汚泥ケーキ厚Ｃが形成され、その濃度は２０％
であった。また、汚泥濃縮槽２内の上水汚泥の濃度は
３.７％であった。次に、平膜モジュール３内に空気圧
０.０５ＭPa（５リットル／min風量）で空気を供給する
ことと散気管６から５リットル／min風量で散気を行う
ことを４回繰り返し、汚泥ケーキ層Ｃの剥離を行った。
濃縮汚泥貯留部１０に堆積した濃縮汚泥の濃度は１８％
であった。

【００２４】実施例２の吸引速度０.３ｍ／dayと実施例
３の吸引速度１.０ｍ／dayの集泥能率を比較すると、実
施例２の集泥プロセスでの所要時間が約１１０時間でケ
ーキ厚が膜面平均５mmであり、速度は５／１１０＝０.
０４５mm／hrとなり、実施例３の集泥プロセスでの所要
時間が約２.４時間でケーキ厚が膜面平均２３ｍｍであ
り、速度は２３／２.４＝９.６mm／hrとなる。従って、
吸引速度を高くして吸引した方が集泥能率が高くなるこ
とが分かる。また、吸引速度を１.０ｍ／day以上にする
と、ケーキ厚が２〜３mm程度になり、剥離が全体にゆき
わたらず、部分的に剥離し、集泥能率が良くなかった。
結局、吸引速度を遅くすると（０.３〜０.５ｍ／da
y）、ケーキ厚を大きくすることができ、剥離操作回数
が少なくなり、ランニングコストを低減できる。一方、
吸引速度を速くすると（０.５〜１.０ｍ／day）、少量
の処理を繰り返すため、小さな設備で済む。

【００２５】

【発明の効果】本発明の上水汚泥の濃縮方法および装置
によれば、従来のシックナー等と比較して、上水汚泥を
短時間に高濃度に濃縮できる。このため、次工程である
脱水工程の設備負担や手間を軽減可能もしくは省略可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の上水汚泥の濃縮装置の構
成を示す概略断面図である。

【図２】平膜モジュールの一例の概略断面図である。

【図３】図１の上水汚泥の濃縮装置の動作を示すタイム
チャートである。

【図４】図１の上水汚泥の濃縮装置の導入過程を示す概
略断面図である。

【図５】図１の上水汚泥の濃縮装置の付着過程の開始時
を示す概略断面図である。

【図６】図１の上水汚泥の濃縮装置の付着過程の途中時
を示す概略断面図である。

【図７】図１の上水汚泥の濃縮装置の付着過程の終了時
を示す概略断面図である。

【図８】図１の上水汚泥の濃縮装置の剥離過程を示す概
略断面図である。

【図９】図１の上水汚泥の濃縮装置の戻し過程を示す概
略断面図である。

【図１０】図１の上水汚泥の濃縮装置の排出過程を示す
概略断面図である。

【図１１】実施例１〜３の条件を示す図表である。

【図１２】実施例１の実験結果を示すグラフである。

【図１３】実施例２の実験結果を示すグラフである。

【図１４】実施例３の実験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 上水汚泥貯留槽 ２ 汚泥濃縮槽 ３ 平膜モジュール ４ 吸引ポンプ ５ ブロワ ６ 散気管 ９ 上水汚泥戻しポンプ １１ 濃縮汚泥分離スクリーン １３ スクリューコンベア １００ 上水汚泥の濃縮装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 正博 東京都世田谷区桜丘五丁目48番16号 水道 機工株式会社内 (72)発明者 岩崎 久好 東京都世田谷区桜丘五丁目48番16号 水道 機工株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA02 HA41 HA93 JA31A JA53A KA42 KC03 KC14 KE03Q KE03R KE06P KE06Q KE08Q KE08R PB04 PB05 PB06 PC62 4D059 AA03 BE42 BJ09 CB05 CB06 CB17 CB27

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥濃縮槽に導入した上水汚泥中に浸漬
   した膜モジュールを介して上水汚泥の水分を吸引し、前
   記膜モジュールの外側に上水汚泥の濁質成分を付着させ
   る付着過程と、空気または水の少なくとも一方を前記膜
   モジュールの内側に供給して前記膜モジュールから前記
   濁質成分を剥離し前記汚泥濃縮槽の下方に沈降させる剥
   離過程と、前記汚泥濃縮槽の下方に沈降した濁質成分を
   前記汚泥濃縮槽から排出する排出過程とを有することを
   特徴とする上水汚泥の濃縮方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の上水汚泥の濃縮方法に
   おいて、前記付着過程での吸引を間欠的に行うことを特
   徴とする上水汚泥の濃縮方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の上水汚
   泥の濃縮方法において、前記付着過程で、汚泥濃縮槽に
   導入した上水汚泥を曝気撹拌することを特徴とする上水
   汚泥の濃縮方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   の上水汚泥の濃縮方法において、前記剥離過程での空気
   または水の少なくとも一方を前記膜モジュールの内側に
   供給する逆流を間欠的に行うことを特徴とする上水汚泥
   の濃縮方法。
5. 【請求項５】 上水汚泥を保持する汚泥濃縮槽と、その
   汚泥濃縮槽の内部上方に設置された膜モジュールと、そ
   の膜モジュールの外側から内側に吸水するための吸水手
   段と、前記汚泥濃縮槽に導入された上水汚泥を曝気撹拌
   する撹拌手段と、前記膜モジュールの内側へ空気または
   水を供給するための供給手段と、前記汚泥濃縮槽の下方
   に沈降した濁質成分を前記汚泥濃縮槽から排出する排出
   手段とを具備したことを特徴とする上水汚泥の濃縮装
   置。