JP2003117598A - 固液分離システムの制御方法及び制御装置 - Google Patents
固液分離システムの制御方法及び制御装置Info
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Abstract
システムの、凝集不良状態等のトラブルを早急に察知
し、迅速に脱水運転制御を行うことができる制御方法及
び制御装置を提供する。 【解決手段】 脱水処理の対象とする懸濁液に対して凝
集剤を添加及び混合し、スクリュープレス型脱水機によ
り脱水する固液分離システムにおいて、スクリュー軸の
外側に位置する外筒ろ過体に関して、汚泥投入側の末端
からケーキ排出側に向かって長手方向全長の1/8〜3
/4の所定の位置の外筒ろ過体より排出される脱水ろ液
の量が、所定の値以下となる場合を凝集不良状態と判断
し、該凝集不良状態を外部に伝える手段を持つことを少
なくとも1つの条件とする固液分離システムの制御方
法、及び制御装置。
Description
添加して凝集し脱水する固液分離システムの制御に関す
るもので、特に下水処理場や各種排水処理設備において
発生する汚泥に高分子凝集剤等を添加、混合しスクリュ
ープレス型脱水機で脱水するシステムにおいて、不意に
発生する凝集不良状態や脱水不良状態をいち早く検知
し、凝集及び脱水運転状態を常時制御することを目的と
する脱水機の薬注制御方法及び装置に関する。
成させた後に、脱水機により脱水処理を行うシステムに
おいて、汚泥性状等の変化に伴って凝集剤の添加量を制
御する等の薬注制御システムは、運転管理上非常に重要
な技術であると言える。凝集剤の添加量は汚泥性状に応
じて最適添加量が存在し、その値は常時変化している。
凝集剤添加量が最適値より多い場合も少ない場合も、脱
水により分離される脱水ろ液の量は減少する。従来、懸
濁液に凝集剤を添加して凝集し、スクリュープレス型脱
水機により脱水するシステムにおいて、脱水機に投入さ
れる凝集汚泥の凝集状態が悪化した場合、その状態を早
期に検知することは困難であった。
ュープレス型脱水機は他のベルトプレス型脱水機や遠心
脱水機等と比較して、脱水性が著しく低下する傾向があ
ると言われており、スクリュープレス型脱水機において
凝集不良の発生をいち早く察知することは、運転制御上
非常に重要なポイントとなる。
ス型脱水機において凝集不良を検知する手段として、脱
水ケーキ排出口を押さえつけている背圧板の圧力を検知
し、該圧力が所定の値よりも小さくなる場合に、凝集不
良と判断することにより運転制御を行う方法なども提案
されている。しかしながら、本方式では背圧板の圧力が
低下した時点で脱水機内は凝集不良の汚泥で充満してお
り、それらの汚泥はそのまま脱水ケーキとして排出する
しかなく、大量に脱水不良の脱水ケーキを排出すること
になり問題であった。
ような従来のスクリュープレス型脱水機を用いた固液分
離システムが、凝集不良状態等のトラブルを早急に察知
し、迅速に脱水運転制御を行うことが困難であるという
問題点を解決することを目的とする。
段によって上記目的を達成することができる。すなわ
ち、本発明は下記の構成からなるものである。 (1)脱水処理の対象とする懸濁液に対して凝集剤を添
加及び混合し、スクリュープレス型脱水機により脱水す
る固液分離システムにおいて、スクリュー軸の外側に位
置する外筒ろ過体に関して、汚泥投入側の末端からケー
キ排出側に向かって長手方向全長の1/8〜3/4の所
定の位置の外筒ろ過体より排出される脱水ろ液の量が、
所定の値以下となる場合を凝集不良状態と判断し、該凝
集不良状態を外部に伝える手段を持つことを少なくとも
1つの条件とすることを特徴とする固液分離システムの
制御方法。 (2)スクリュープレス型脱水機により排出される全脱
水ろ液のうち、外筒ろ過体の汚泥投入側の末端からケー
キ排出側に向かって全長の3/4未満の外筒ろ過体から
排出されるろ液量を、外筒ろ過体の位置ごとに複数に分
割し、該分割されたろ液量を上流側からW1、W2、・
・・Wnとし、W1、W2、・・・Wnの関数として表
される値に基づいて、前段の凝集反応槽に注入する凝集
剤の注入量、外筒ろ過体の洗浄頻度、及び脱水機の運転
動作に対して少なくとも1つの制御を行うことを特徴と
する固液分離システムの制御方法。
出される全脱水ろ液量のうち、外筒ろ過体の汚泥投入側
の末端からケーキ排出側に向かって全長の3/4未満の
外筒ろ過体より排出されるろ液の一部または全部、また
は外筒ろ過体の位置ごとに複数に分割したそれぞれのろ
液量を常時測定する手段、該各ろ液量の関数で表される
値により、前段の凝集反応槽に注入する凝集剤の注入
量、外筒ろ過体の洗浄頻度、または脱水機の運転動作に
対して少なくとも1つの制御を行える手段を備えること
を特徴とする固液分離システムの制御装置。
ュー軸の外側に位置する外筒ろ過体の汚泥投入側の末端
からケーキ排出側に向かって、長手方向全長の1/8〜
3/4の所定の位置の外筒ろ過体より排出される脱水ろ
液の量が、所定の値以下となる場合を凝集不良状態と認
識し、その場合に凝集剤注入量を増減させる、あるいは
円筒ろ過体の洗浄を行う、または脱水運転を停止する等
の運転制御を行うことを、少なくとも1つの条件とする
脱水機の薬注制御方法である。
凝集反応槽から脱水機に投入された凝集汚泥が、スクリ
ュー型脱水機の円筒ろ過体の汚泥投入側末端近傍に触れ
た時からろ液量が変化し始めることから、凝集不良の汚
泥が脱水機内に充満するまで脱水不良を検知できない従
来方式と比較して、より迅速に対処が可能となる。ろ液
量はスクリュープレスの円筒ろ過体全体からのろ液量の
変化から凝集不良を検知するよりも、汚泥投入側の一部
分から排出されるろ液量の変化から凝集不良を検知する
方が精度が高く、そのろ液量の採取場所は、汚泥性状や
運転条件により異なるが、本発明者等がこれまでに調査
及び検討した結果、外筒ろ過体の汚泥投入側の末端から
ケーキ排出側に向かって、長手方向全長の1/8〜3/
4から排出されるろ液量の変化から判断することが、最
も望ましいことが判明した。
型脱水機により排出される全脱水ろ液のうち、外筒ろ過
体の汚泥投入側の末端からケーキ排出側に向かって、全
長の3/4末端の外筒ろ過体から排出されるろ液量を、
外筒ろ過体の位置ごとに複数に分割し、該分割されたろ
液量を上流側からW1、W2、・・・Wnとし、W1、
W2、・・・Wnの関数として表される値に基づいて、
前段の凝集反応槽に注入する凝集剤の注入量、外筒ろ過
体の洗浄頻度、及び脱水機の運転動作等の制御を行うこ
とを特徴とする脱水機の薬注制御方法である。
過体の長手方向のろ液排出量は、一般的に汚泥投入側末
端近傍が最も多く、ケーキ排出口に向かって徐々にろ液
量が減少し、ケーキ排出口近傍では、背圧がかかるため
に再びろ液量が増加する。本発明者らは様々な研究を重
ねる中で、この円筒ろ過体の長手方向のろ液排出量の分
布が、スクリュープレス型脱水機による固液分離システ
ムにおける固液分離性と深く関係することを見出し、こ
のろ液排出量の分布パターンを凝集剤添加量、外筒ろ過
体の洗浄頻度、及び脱水機の運転動作等の制御に組み込
むことで、効率良く固液分離システムを行うことができ
ることを実現した。なお、円筒ろ過体のケーキ排出側1
/4の部分から排出されるろ液は、場合によってはSS
が多い上変動幅も大きいことから、このろ液量だけを計
測する方法は採用しなかった。
の固液分離システムの制御方法を行うために必要な機構
を組み込んだ制御装置である。
面に基づいて説明する。図1は、スクリュープレス型脱
水機を用いた固液分離システムの概略説明図で、図2は
本発明の実施の形態の一例を示すフローシートである。
図1において、原汚泥(流入汚泥)1はポンプP1によ
り、同時に凝集剤3は凝集剤ポンプP2により、モータ
M1により回転される攪拌機11を取り付けた凝集反応
装置2に供給され、攪拌・混合されて凝集フロックを形
成後、スクリュー駆動機M2により回転される内胴スク
リュー12と外筒スクリーン(外筒ろ過体)13からな
るスクリュープレス型脱水機4の汚泥投入側の末端14
に供給される。投入された汚泥フロックは、前記末端1
4から内胴スクリュー12の回転によりケーキ排出側1
5に向かって進行させられ、前記排出端15から脱水ケ
ーキ8として排出される。一方、脱水ろ液は、外筒ろ過
体13から排出される。なお、16は外筒スクリーン1
3を備えた外胴カバーを所定位置に保持するための押圧
板である。
示す固液分離システムの制御方法は、汚泥性状が比較的
安定している汚泥に対して採用する場合が多い。例え
ば、下水処理場で発生するような汚泥の内、汚泥中の粗
繊維が多く、腐敗も少なく、濃度変化も小さいような場
合に適用される。図1及び図2に示すように、外筒ろ過
体13の汚泥投入側の末端14からケーキ排出側15に
向かって、長手方向全長の約1/5の位置から先の外筒
ろ過体13より排出される脱水ろ液量を6aとすると、
6aが「汚泥供給量(1a)+凝集剤供給量(3a)」
の例えば約70〜76%となる場合を適正な薬注状態で
あると判断し、6aが(1a+3a)の76%以上の場
合は凝集剤注入量が過剰気味であると判断し、凝集剤3
供給量を減少させ、6aが(1a+3a)の例えば58
%〜70%の場合は凝集剤3が不足気味であると判断
し、凝集剤3供給量を増加させる。ただし、脱水ろ液量
は、凝集剤3添加量が過剰な場合も不足の場合も減少す
ることから、この制御方法は通常運転時はやや凝集剤3
が不足気味の状態で運転する必要がある。この制御方法
をろ液量薬注制御と呼ぶことにする。なお、図2におけ
るFl1〜4は流量計である。
は、凝集剤3添加量をわずかに変化させた時の6aの変
化の状態を元に常時監視し、その結果を凝集剤3注入量
の制御に組み入れることも可能である。例えば、システ
ム運転中に定期的に薬注量を5〜10%増加させるとす
ると、薬注量を増加させる以前の6aを(6a−b)、
変化させた後の6aを(6a−a)とすると、ほぼ定常
になった時の(6a−a)の値が(6a−b)より増加
した場合は、薬注量を変化させる前はやや薬注不足気味
であったと判断し、(6a−a)<(6a−b)の場合
は薬注過剰気味であったと判断することが可能である。
この判断により、常時現状の薬注状態が過剰気味か不足
気味かをモニターすることができるので、例えば不足気
味の状態で6aが減少した場合は、薬注量を増加させる
ことによって適正な薬注量に制御でき、同様に凝集剤3
が過剰気味の状態で6aが減少した場合は、薬注量を減
少させることによって適正な薬注量に制御することがで
きる。
た1次関数や2次関数等の関数により、自在に設定する
ことも可能である。このような手段により薬注制御の応
答性を高めることにより、より正確な制御を行うことが
できる。この制御方法をフィードバッグ制御と呼ぶこと
にする。また、6aが(1a+3a)の例えば58%未
満となった場合、もしくは先のろ液量制御やフィードバ
ック制御により、6aが例えば(1a+3a)の約70
〜56%に回復しない場合は、外筒ろ過体の有効ろ過面
積が目詰まりを生じていると判断し、外筒ろ過体の洗浄
工程に移行することも効果がある場合がある。また、こ
の洗浄工程後に再度定常運転に入った後に、6aが例え
ば(1a+3a)の約70〜76%に回復しない場合
は、脱水運転を一時停止する等の運転制御を行うことに
より、凝集剤添加量やろ過体のろ過性の問題以外の問題
が生じた場合などに対する対応が可能になる。
では、凝集不良が生じた場合に、凝集反応槽2から脱水
機4に投入された凝集汚泥1が、スクリュープレス型脱
水機4の外筒ろ過体13の汚泥投入側末端14近傍に触
れた時から、ろ液量が変化し始める点に着目している制
御を組み込んでいることから、凝集不良の汚泥が脱水機
4内に充満するまで脱水不良を検知できない従来方式と
比較して、より迅速に対処が可能となる。ろ液量は、ス
クリュープレス型脱水機4の外筒ろ過体13全体からの
ろ液量の変化から凝集不良を検知するよりも、汚泥投入
側14の一部分から排出されるろ液量の変化から凝集不
良を検知する方が精度が高く、そのろ液量の採取場所
は、汚泥性状や運転条件により異なるが、実験などによ
り外筒ろ過体13の汚泥投入側の末端14からケーキ排
出側15に向かって、長手方向全長の1/8〜3/4か
ら排出されるろ液量の変化から判断することが最も望ま
しい。
示す固液分離システムの制御方法は、汚泥性状が比較的
安定していない汚泥1や、比較的デリケートにシステム
全体を制御する必要がある場合に対して採用する場合が
多い。例えば、食品工場や化学工場において発生する汚
泥で、汚泥1中の粗繊維が少なく、腐敗が激しく、濃度
変化も大きいような場合に適している。外筒ろ過体13
の汚泥投入側の末端14からケーキ排出側15に向かっ
て全長の3/4未満の外筒ろ過体13を例えば3分割
し、それぞれのろ過体部分から排出されるろ液量を汚泥
投入側から順にW1、W2、W3とした場合、通常の良
好な固液分離が行える場合のW1、W2、W3の比が
a:b:cであるとすると、凝集剤3添加量が最適値よ
り過少な状態に変化すると、「W1+W2+W3」が減
少し、凝集剤3添加量が最適値より過大な状態に変化す
ると、W1/「W2+W3」の値がa/(b+c)より
も例えば15%以上小さくなる。また、外筒ろ過体13
のろ過面の目詰まりが進行すると、W3/W1の値がc
/aよりも20%以上増加する場合もある。これらW
1、W2、W3を用いた演算値が所定の条件を満たした
場合に、前記(1)で示したような凝集剤3添加量の増
減、ろ過体洗浄工程への移行、または運転停止等の制御
を行うことにより、効率良く脱水運転が行えるようにな
る。
割された各ろ過体エリアの比率、制御に使用する関数、
制御条件等はスクリュープレス型脱水機4やその前段の
凝集反応槽2の構造、汚泥1の性状、目標性能、運転操
作環境などの条件により様々に異なる。
の運転結果の一例について詳細に説明する。なお、本発
明はこの実施例により何等制限されるものではない。
に対して、カチオン系高分子凝集剤を使用して調質し、
3台のスクリュープレス型脱水機により脱水するシステ
ムにおいて、従来法の運転制御と、本発明による2種類
の運転制御の合計3種類の方法を同時に適応した場合の
運転結果として以下に示す。本処理場の汚泥性状は比較
的変化し易く、それがスクリュープレス型脱水機の脱水
性に影響が及ぶ場合が多い。本発明法2種類を実施例1
と実施例2とすると、実施例1ではスクリュープレスの
外筒型ろ過体の汚泥投入側から全長の1/4に位置する
ろ過体部分から排出するろ液量をろ液1とし、この値を
運転制御に使用する。実施例2ではスクリュープレスの
円筒型ろ過体の汚泥投入側から全長の1/2に位置する
ろ過体部分を等分割し、最初の全ろ過体の1/4の部分
から排出するろ液量をろ液1とし、その次の全ろ過体の
1/4から排出するろ液量をろ液2とし、これらの値を
運転制御に使用することとした。従来法と本発明法2種
類における凝集剤注入量制御に関する部分の運転制御方
法を第1表に示す。
約注量を比例添加する薬注制御を行うのみであるのに対
して、実施例1では6aの変化に応じて薬注量の制御、
ろ過体洗浄工程に移行するための条件、及び脱水機動作
停止条件の一部を決めている。実施例2では6a及び6
bの変化に応じて実施例1と同様、薬注量の制御、ろ過
体洗浄工程に移行するための条件、及び脱水機動作停止
条件の一部を決めている。
列の汚泥脱水処理システムの、30日間の脱水機の運転
結果を、第2表と図3〜5に示す。従来法では、薬注量
を投入汚泥の固形物(SS)濃度計の指示値の比例添加
方式を採用していることから、薬注率はほぼ1.1%の
設定薬注率に近い値として推移している。しかし、時々
刻々と変化する汚泥に対する適正薬注量は、汚泥濃度の
変化だけでは追随できない場合が多く、汚泥のコロイド
荷電量、Mアルカリ度、粒径分布、粗繊維分、VSS濃
度等の変化によって適正薬注率は常時変化している。従
来例では、それらSS濃度以外の汚泥性状の変化による
凝集性の変化を追随できなかったために、運転期間中1
0日後及び25日後付近において、薬注率が適正範囲を
大きく超えたために、ケーキ含水率及びSS回収率が大
幅に低下している時期があった。この時、脱水ケーキ排
出口の押圧板の圧力低下により脱水機が停止したが、脱
水機内全体に凝集不良の汚泥が充満しており、それを排
出するために脱水運転をしばらく停止して、脱水機の洗
浄及び復旧操作を行う必要があった。
悪しが最初に現れる外筒ろ過体の上流側における、ろ液
量の大小により薬注量を制御しているために、急激な汚
泥性状の変化を迅速に察知し、薬注量をコントロールす
ることに成功している。また、薬注制御のみでは対応し
きれない場合は、できるだけ早くシステムを停止するこ
とに成功したために、脱水機内全体に凝集不良の汚泥が
充満するまで装置が停止しない従来例と比較して、凝集
トラブルによる被害の拡大を最小限に食い止めることが
できている。
形成した脱水ケーキの排出を、できるだけ少なくするこ
とに成功したことにより、平均ケーキ含水率で1.5〜
1.8ポイント(図4参照)、SS回収率で2.7〜
3.4ポイント従来法よりも性能が向上した(図5参
照)。実施例1、2では薬注量を常時必要最小限のレベ
ルで制御を行っているために、運転期間を通じての平均
薬注率は従来例と比較して0.17〜0.25ポイント
減少した(図3参照)。この数字は、脱水システムのラ
ンニングコストの約半分以上を占める場合が多い、凝集
剤のコストを10〜20%削減することを意味し、薬注
制御を行うことによるコスト面での効果も異常に大きい
と言える。
初に現れる、外筒形ろ過体の上流側における、ろ液量の
大小により薬注量を制御しているために、急激な汚泥性
状の変化を迅速に察知し、薬品量をコントロールでき
る。また、薬注制御のみでは対応しきれない場合は、で
きるだけ早くシステムを停止することができるために、
凝集トラブルによる被害の拡大を最小限に抑えることが
できる。さらに、薬剤制限を適切に行うことにより、脱
水システムのランニングコストに大きな比率を占める、
凝集剤コストの低減により、ランニングコストも大幅に
低減できる。
ステムの概略説明図である。
態様を示すフローシートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 脱水処理の対象とする懸濁液に対して凝
集剤を添加及び混合し、スクリュープレス型脱水機によ
り脱水する固液分離システムにおいて、スクリュー軸の
外側に位置する外筒ろ過体に関して、汚泥投入側の末端
からケーキ排出側に向かって長手方向全長の1/8〜3
/4の所定の位置の外筒ろ過体より排出される脱水ろ液
の量が、所定の値以下となる場合を凝集不良状態と判断
し、該凝集不良状態を外部に伝える手段を持つことを少
なくとも1つの条件とすることを特徴とする固液分離シ
ステムの制御方法。 - 【請求項2】 スクリュープレス型脱水機により排出さ
れる全脱水ろ液のうち、外筒ろ過体の汚泥投入側の末端
からケーキ排出側に向かって全長の3/4未満の外筒ろ
過体から排出されるろ液量を、外筒ろ過体の位置ごとに
複数に分割し、該分割されたろ液量を上流側からW1、
W2、・・・Wnとし、W1、W2、・・・Wnの関数
として表される値に基づいて、前段の凝集反応槽に注入
する凝集剤の注入量、外筒ろ過体の洗浄頻度、及び脱水
機の運転動作に対して少なくとも1つの制御を行うこと
を特徴とする固液分離システムの制御方法。 - 【請求項3】 スクリュープレス型脱水機により排出さ
れる全脱水ろ液量のうち、外筒ろ過体の汚泥投入側の末
端からケーキ排出側に向かって全長の3/4未満の外筒
ろ過体より排出されるろ液の一部または全部、または外
筒ろ過体の位置ごとに複数に分割したそれぞれのろ液量
を常時測定する手段、該各ろ液量の関数で表される値に
より、前段の凝集反応槽に注入する凝集剤の注入量、外
筒ろ過体の洗浄頻度、または脱水機の運転動作に対して
少なくとも1つの制御を行える手段を備えることを特徴
とする固液分離システムの制御装置。
Priority Applications (1)
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- 2001-10-18 JP JP2001320415A patent/JP3679359B2/ja not_active Expired - Fee Related
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