JP2005013827A

JP2005013827A - 懸濁物質分離方法および分離装置

Info

Publication number: JP2005013827A
Application number: JP2003180419A
Authority: JP
Inventors: Akira Yasue; 昭安江; Sukenori Kunoki; 右典九軒
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】畜糞尿から懸濁物質を容易に分離することを可能にする。
【解決手段】懸濁物質を含む溶液１００と低比重液体２００を混合し低比重液体を溶媒に溶解させる混合手段４００と、混合手段で混合された溶液を遠心分離して溶液から懸濁物質を分離する遠心分離装置５００を備える懸濁物質分離装置。懸濁物質を含む溶液中の溶媒よりも比重の小さい低比重液体を前記溶液に添加して溶媒に溶解させ、その後、遠心分離法によって溶液中の懸濁物質を分離する。
【効果】低比重液体の混合によって溶媒分の比重が低下し、比重差が大きくなって懸濁物質を容易に遠心分離できる。また無機凝集剤が必要でないので処理後にｐＨ調整のための薬品添加が不要である。添加した低比重液体は容易に回収でき、環境への負荷低減になる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理的排水処理技術に属し、家畜糞尿などに含まれる懸濁物質を無機凝集剤の添加なしで行える方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家畜糞尿の処理方法には、一般的に活性汚泥法や堆肥化などの生物処理、また無機凝集剤（塩化第２鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第２鉄等）を添加後、フィルタープレス等の脱水を行う物理処理が提案、実施されている（例えば特許文献１）。
上記無機凝集剤、フィルタープレスを用いた処理方法を特許文献１を引用して図２に基づいて説明する。
図２には、糞尿原水中の微細ＳＳと懸濁物質を凝集させるための反応槽２０が示されており、該反応槽２０の上方に二次セパレータ１０が設置されている。反応槽２０は、十分な量の糞尿原水を収容できる大きさを有し、内部に撹拌機が設置されている。反応槽２０の上方には、反応槽２０内に投入される凝集助剤である塩化第二鉄の入った凝集助剤タンク２２及び濾過助剤である消石灰の入った濾過助剤タンク２３が設置されており、反応槽２０の下流側にフィルタープレス３０、発酵槽４０が設置されている。
【０００３】
次に上記装置の動作を説明すると、牛舎１、２、３で発生する糞尿は、ロール式セパレータｂを経て、二次セパレータ１０に通されて原水となって反応槽２０へ投入され、濾布式セパレータｃを経た糞尿はそのまま反応槽２０に投入される。二次セパレータ１０では、糞尿原水を通すことで、糞尿水中の粗大ＳＳを除去して、反応槽２０に投入する糞尿原水を、凝集反応に適した微細ＳＳと懸濁物質だけが主として含有される状態にする。二次セパレータ１０によって除去した粗大ＳＳ１２は発酵槽４０に投入される。反応槽２０内の糞尿原水は、撹拌機で撹拌されながら凝集助剤（塩化第二鉄）と混合され、さらに濾過助剤（消石灰）が投入されて所定のｐＨ値とされることで、凝集反応が終了する。家畜糞尿中の懸濁物質は、粒子同士の電気的反発によって分散しており、その家畜糞尿に無機凝集剤を添加すると、無機イオンによって粒子の帯電が中和され、電気的な粒子間反発がなくなり粒子が集合して小さなフロックを形成する。その結果、粒子の集合体であるフロックは、吸着によって比重が大きくなり、さらに沈降分離時間を短縮し、分離能力が向上する。反応槽２０で得られる汚泥状糞尿原水２４は、フィルタープレス３０で圧搾ケーキＷ１と濾液Ｗ２に分離され、圧搾ケーキＷ１が発酵槽４０内に投入され堆肥化される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０７−２５６２９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、家畜糞尿の汚濁成分は、大きく分けると粒子性の懸濁物質分と溶媒に溶け込んでいる溶解分に分類される。従来、家畜糞尿処理方法としては、懸濁物質と溶解分を一括処理する生物処理法や、無機凝集剤（塩化第２鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第２鉄等）を添加して懸濁物質を分離した後、溶解分をまた別の方法によって処理する多段処理法が一般的に行われている。しかし、このような従来の方法では、以下のような問題点があった。
【０００６】
▲１▼家畜糞尿に無機凝集剤等を添加することで排水のｐＨが変動するため、処理水を放流する際にｐＨ調整のための薬品を添加しなければならない。
▲２▼家畜糞尿の懸濁物質濃度が変動する場合には、無機凝集剤の添加量をコントロールすることが非常に困難であり、一般的な凝集装置は、ある懸濁物質濃度を想定した一定量の凝集剤を添加する方法が採用されている。そのため、懸濁物質の濃度によっては凝集不十分であったり、凝集剤の過剰投入によるコストのロスが起こったりする。
▲３▼また家畜糞尿中には、水の比重に近い懸濁物質も含まれており、遠心分離方法と適用してもそれらは除去することができない。
▲４▼生物処理法では、処理速度が遅いため装置が非常に大きくなること、また微生物の活動環境（温度、ｐＨ）を整える必要があるため維持管理が難しいこと、負荷変動に弱いことが短所として上げられる。
▲５▼さらには、凝集させた懸濁物質を脱水処理等施し、それを堆肥化する場合は今後の環境影響を考慮すると、無機凝集剤が含まれていることはあまり好まれない。
【０００７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、無機凝集剤を必要とすることなく懸濁物質を遠心分離によって効果的に分離することを可能にする懸濁物質分離方法および懸濁物質分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の懸濁物質分離方法のうち、請求項１記載の発明は、溶液中の懸濁物質を分離する方法であって、該溶液中の溶媒よりも比重の小さい低比重液体を前記溶液に添加して溶媒に溶解させ、その後、遠心分離法によって溶液中の懸濁物質を分離することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の懸濁物質分離方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記低比重液体がアルコールであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の懸濁物質分離方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記溶液が家畜糞尿であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の懸濁物質分離方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、遠心分離法によって懸濁物質を分離した後、前記溶媒中から低比重液体を分離することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の懸濁物質分離方法の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記低比重液体の分離は、分留によって行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の懸濁物質分離装置の発明は、懸濁物質を含む溶液と低比重液体とを混合して低比重液体を溶媒に溶解させる混合手段と、該混合手段で混合された溶液を遠心分離して溶液から懸濁物質を分離する遠心分離装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の懸濁物質分離装置の発明は、請求項６記載の発明において、前記遠心分離装置で懸濁物質を分離した溶液から前記低比重液体を分離する低比重液体分離手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の懸濁物質分離装置の発明は、請求項７記載の発明において、前記低比重液体分離手段が分留装置であることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の懸濁物質分離装置の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記混合手段に溶液を供給する溶液供給路と低比重液体を供給する低比重液体供給路とがそれぞれ設けられており、前記各供給路にはそれぞれ流量可変手段が設けられており、さらに各流量可変手段に対し、それぞれ流量を指示して流量調整を実行させる流量指示手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
すなわち本発明の懸濁物質分離方法によれば、懸濁物質を含む溶液に、溶媒よりも比重の小さい液体を混合して溶媒に溶解させることで、溶解物を含む溶媒の比重が小さくなり、溶媒と懸濁物質との比重差が大きくなる。この溶液を遠心分離することで溶解物を含む溶媒と懸濁物質とを容易に遠心分離することができる。さらに、懸濁物質を分離した溶液から低比重液体を分離することで環境負荷への低減も容易に行うことができる。分離した低比重液体は、さらに溶液への混合に再利用することができる。
【００１８】
また、本発明の固形物分離装置によれば、上記方法を確実かつ容易に実現することができ、装置構成も簡易な構成によって得ることができる。
【００１９】
本発明で処理の対象となる溶液の種別は特に限定されないが、好適には家畜糞尿が挙げられる。家畜糞尿は多くの場合、コロイドのように分散した懸濁物質を含んでおり、従来法では分離が容易でないものの、本発明によって懸濁物質を容易に分離することができる。
【００２０】
上記のように処理対象の溶液における溶媒は多くの場合、水であり、溶媒が水の場合には水よりも比重の小さな液体が低比重液体として選択される。低比重溶液の種別は特に限定されないが、水によく溶ける有機物、特にアルコールが好適である。また、アルコールのうち、水に任意の割合で溶解可能なものが望ましく、例えばエタノールやメタノールなどの低級アルコールにおいて斯かる特性が得られる。
【００２１】
処理溶液に対する低比重液体の混合量は本発明としては特に限定されないが、低下させたい比重の程度を考慮して定めることができる。但し、大量に混合すると遠心分離における処理量が増大するため、過大に混合するのは望ましくない。溶液に低比重液体を混合する際には、混合槽、ラインミキサーなどの適宜の混合手段によって行うことができる。
【００２２】
なお、混合手段に供給する溶液と低比重液体の供給路に流量可変手段を配置することでそれぞれの流量を調整することができる。さらに上記流量可変手段に対し、それぞれ流量を指示して流量調整を実行させる流量指示手段を設けることによって、それぞれの流量を任意の値によって容易に調整することができる。また、それぞれの流量を任意の値に制御できるため、混合比率および混合された液体の総量を所望の値に容易に調整することができる。
【００２３】
低比重液体が混合された溶液は遠心分離され、懸濁物質とその他の溶解分を含む溶媒とが分離される。それぞれは適宜の方法によってさらに処理を続行することができ、懸濁物質が分離された溶液では、さらに低比重液体を分離するために分留などの分離処理を行うのが望ましい。通常、溶媒と低比重液体とは沸点が異なるため、分留によって容易に分離することができる。分留は、多段式の蒸留法や噴霧式などを採用することができ、本発明としては特定の方法に限定されるものではない。また、分離された低比重液体は前記のように再利用するのが望ましく、例えば分離装置と混合部との間に返流路を設けて低比重液体を混合部側に戻すことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
なお、この実施形態は、家畜糞尿を対象とした処理装置の前処理に適用した事例である。
本装置は、大きく分けると原水供給部、アルコール供給部、原水アルコール混合部、連続遠心分離部、アルコール分留部から構成されている。原水供給部は、懸濁物質を含む家畜糞尿を貯留する原水貯留槽１００と原水供給管１０５、原水ポンプ１１０、原水の流量を制御する流量可変手段である可変バルブ１２０、流量指示部（流量指示手段）である原水流量制御部１３０を有しており、原水流量制御部１３０には、原水流量計が付設されている。アルコール供給部は、アルコール貯留タンク２００、アルコール供給管２０５、アルコール送液ポンプ２１０、アルコールの流量を制御する流量可変手段である可変バルブ２２０、流量指示部（流量指示手段）であるアルコール流量制御部２３０を有しており、アルコール流量制御部２３０には、アルコール流量計が付設されている。なお、原水流量制御部１３０とアルコール流量制御部２３０には、流量指示手段の一部を構成する流量調整器３００が接続されており、所望の流量を入力または記憶可能になっている。
【００２５】
原水供給部とアルコール供給部は、それぞれの流量制御部の下流側で、合流してラインミキサー４００に接続されている。混合液供給管４０５は、上記合流部を始端として上記ラインミキサー４００を経て遠心分離装置５００に接続されている。
遠心分離器装置としては連続式のものが望ましいが、本発明としてはバッチ式のものであってもよい。また、遠心方向には縦型、横型のものがあるが、遠心方向が特に限定されるものでもない。なお、遠心分離装置５００は、比重の大きな懸濁物質を排出する排出部と、比重が小さい分離液を排出する排出部を有している。比重の大きな懸濁物質を排出する排出部は、図示しない堆肥化装置に接続され、比重が小さい分離液を排出する排出部は、分離液供給管５０５を介して低比重液体分離装置である分留装置６００に接続されている。
【００２６】
この実施形態では、分留装置として蒸発濃縮装置が用いられている。ただし、本発明としてはこれに限定されるものではなく、蒸発法によるものでなくてもよい。なお、分留装置６００は、沸点が高い溶媒分を排出する排出部と、沸点が低いアルコールを排出する排出部とを有しており、沸点が高い溶媒分を排出する排出部は図示しない排水処理装置に接続され、沸点が低いアルコールを排出する排出部には、アルコール返流管６０５が接続されている。アルコール返流管６０５は、コンデンサ６１０を経て前記したアルコール貯留タンク２００に接続されている。
【００２７】
以下に、上記装置の動作について説明する。
原水貯留槽１００にある、懸濁物質を含む家畜糞尿は、原水ポンプ１１０の動作によって原水供給管１０５を通して下流側に供給され、さらに、アルコール貯留タンクにあるアルコールがアルコール送液ポンプ２１０の動作によってアルコール供給管２０５を通して下流側に供給される。この際には、流量調整器３００によって原水とアルコールのそれぞれの流量および混合比が設定され、該設定値がそれぞれ原水流量制御部１３０とアルコール流量制御部２３０に出力されている。上記流量の設定値は、流量調節器３００に記憶させておくことができる。
【００２８】
原水供給管１０５とアルコール供給管２０５にそれぞれ設けられたこれら制御部１３０、２３０では、それぞれの流量が測定されており、該測定値と上記設定値との比較によって可変バルブ１２０、１３０の開度を調整してそれぞれの流量が設定値となるように制御する。この制御によって所望の混合比率と所望の流量になるように、ラインミキサー４００で家畜糞尿とアルコールとが混合される。該混合によってアルコールは家畜糞尿中の溶媒である水に溶解する。混合液は混合液供給ライン４０５を通って遠心分離装置５００に供給され、遠心分離によって懸濁物質と分離液とに分離される。懸濁物質は分離されて堆肥化装置に送られて発酵、堆肥化処理がなされる。分離液は、分離液供給管５０５を通して分留装置６００に送られ、該分留装置６００において蒸発濃縮によって沸点が比較的高い溶媒を主とする分離液と、沸点が比較的低いアルコール分とに分離される。アルコール以外の溶解物を含む溶媒分は排水処理装置に送られ、さらに所望の処理がなされる。また、蒸発アルコール分は、アルコール返流管６０５によってコンデンサ６１０に送られ、該コンデンサ６１０にて冷却液化され、さらにアルコール返流管６０５を通してアルコール貯留タンク２００に返送されて再利用される。
上記処理によって、連続して家畜糞尿から懸濁物質を分離処理することができ、後の処理を容易に行うことができる。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の一実施例を以下に説明する。
上記実施形態の分離装置を利用して家畜糞尿に低比重液体としてエタノールを混合して遠心分離装置によって懸濁物質分離処理を行った。また、比較のため、家畜糞尿に水を混合した場合と、家畜糞尿に凝集剤を混合した場合について、上記と同様に遠心分離によって懸濁物質分離処理を行った。各処理におけるアルコール、水、凝集剤の混合比率（体積比）は表１に示すとおりである。
各処理において遠心分離後の懸濁物質濃度を測定し、その結果を表１に示した。
表から明らかなように。水添加によっては除去できなかった懸濁物質が、エタノール添加によって凝集剤添加の場合とほぼ同等の除去能力で除去されていることが確認された。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の懸濁物質分離方法によれば、溶液中の懸濁物質を分離する方法であって、該溶液中の溶媒よりも比重の小さい低比重液体を前記溶液に添加して溶媒に溶解させ、その後、遠心分離法によって溶液中の懸濁物質を分離するので、以下の効果がある。
▲１▼無機凝集剤を添加することがないため、排水処理後でもｐＨ調整のための薬品添加は不要になる。
▲２▼排水に添加したアルコール等は、アルコール分留器等を設置することで回収できるため、環境への負荷低減になる。
▲３▼アルコール等の添加は家畜糞尿量で決めればよく、懸濁物質濃度が変動してもアルコール等の添加量を制御する必要がないので、安定した懸濁物質除去を可能にする。
▲４▼さらには、凝集剤無添加でなおかつ添加したアルコール分等は回収するため、連続遠心分離装置で分離された懸濁物質のみでの堆肥化が可能であり、優れた肥料となる。
また、本発明の懸濁物質分離装置によれば、上記効果を確実かつ容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における、家畜糞尿を対象とした懸濁物質分離装置の処理フローを示す図である。
【図２】従来例における牛用糞尿処理装置の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１００原水貯留槽
１０５原水供給管
１１０原水ポンプ
１２０可変バルブ
１３０原水流量制御部
２００アルコール貯留タンク
２０５アルコール供給管
２１０アルコール送液ポンプ
２２０可変バルブ
２３０アルコール流量制御部
３００流量調整器
４００ラインミキサー
４０５混合液供給管
５００遠心分離装置
５０５分離液供給管
６００分留装置

Claims

溶液中の懸濁物質を分離する方法であって、該溶液中の溶媒よりも比重の小さい低比重液体を前記溶液に添加して溶媒に溶解させ、その後、遠心分離法によって溶液中の懸濁物質を分離することを特徴とする懸濁物質分離方法。
前記低比重液体がアルコールであることを特徴とする請求項１記載の懸濁物質分離方法。
前記溶液が家畜糞尿であることを特徴とする請求項１または２に記載の懸濁物質分離方法。
遠心分離法によって懸濁物質を分離した後、前記溶媒中から低比重液体を分離することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の懸濁物質分離方法。
前記低比重液体の分離は、分留によって行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の懸濁物質分離方法。
懸濁物質を含む溶液と低比重液体とを混合して低比重液体を溶媒に溶解させる混合手段と、該混合手段で混合された溶液を遠心分離して溶液から懸濁物質を分離する遠心分離装置とを備えることを特徴とする懸濁物質分離装置。
前記遠心分離装置で懸濁物質を分離した溶液から前記低比重液体を分離する低比重液体分離手段を備えることを特徴とする請求項６記載の懸濁物質分離装置。
前記低比重液体分離手段が分留装置であることを特徴とする請求項７記載の懸濁物質分離装置。
前記混合手段に溶液を供給する溶液供給路と低比重液体を供給する低比重液体供給路とがそれぞれ設けられており、前記各供給路にはそれぞれ流量可変手段が設けられており、さらに各流量可変手段に対し、それぞれ流量を指示して流量調整を実行させる流量指示手段を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の懸濁物質分離装置。