JP2006192403A

JP2006192403A - 脱水汚泥の含水率の低下方法

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Publication number: JP2006192403A
Application number: JP2005009007A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Niitsuma; 一也新妻
Original assignee: Tokyo Electric Power Environmental Engineering Co Inc
Current assignee: Tokyo Power Technology Ltd
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】従来の標準型の遠心脱水機を用いて、高効率型遠心脱水機なみの性能、すなわち脱水汚泥の含水率８２％を達成しうる脱水汚泥の含水率を低下させる方法を提供すること。
【解決手段】差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである従来の標準型の遠心脱水機を用いて、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差動機電流値を０．４〜０．５Ａに制御して差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水すると、脱水汚泥の含水率を約８３％まで低下させることが可能となり、また、液状タイプの高分子凝集剤の添加率を１．３〜２．０％とすることで、脱水汚泥の含水率を約８２％まで低下させ、ＳＳ回収率９５％以上を達成しうることを見い出した。
【選択図】なし

Description

本発明は、脱水汚泥の含水率を低下させることができる汚泥の脱水方法、より詳しくは、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機を用い、差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水し、脱水汚泥の含水率を低下させることを特徴とする汚泥の脱水方法に関する。

従来より、図１に示すような、回転可能な外胴ボウルと、該外胴ボウル内に同軸上に回転可能に配設された内胴スクリューコンベアと、該内胴スクリューコンベアと前記外胴ボウルとの間に形成されるプールと、前記内胴スクリュー内に設けられた汚泥供給室と、該汚泥供給室に原汚泥を供給する汚泥供給管と、前記汚泥供給室と前記プールとを連通する連通口と、前記汚泥供給室内に薬品を注入する薬品注入手段とを有する薬品注入手段を備え、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機を用いて、３．０ｒｐｍなど設計値内の差速で遠心脱水機を稼動して、汚泥の脱水処理が行われている。このような外胴ボウルと内胴スクリューコンベアからなる遠心脱水機においては、回転軸中心に固定した供給管の端部から汚泥と凝集剤が別々に、あるいは混合状態で供給され、加速・回転され、固形物と水の比重差に働く重力の数千倍の遠心力により、汚泥ケーキと清澄水に分離され、清澄水は、外胴ボウル末端より排出され、一方、外胴ボウル内壁に沈降した固形物は外胴ボウルよりやや遅い速度で、回転するスクリューコンベアで脱水されながら搬送され機外に排出されていた。

また、このような遠心脱水機では、外胴ボウルと内胴スクリューコンベアとの回転差である差速が小さいほど、汚泥の滞留時間が長くなるため、脱水汚泥の含水率を下げることができるものの、懸濁物質（ＳＳ）回収率が悪化するが、一方、差速が大きいほど、汚泥の滞留時間が短くなるため、逆にＳＳ回収率が良くなる反面、脱水汚泥の含水率が上がることも知られていた。

他方、従来のスクリューデカンタの標準的な差速（１０〜２０ｒｐｍ）を用いて、差速調節用の制御設備等の設置を必要とせず、しかも非常に簡単な構造でありながら、脱水度を高めるため、スクリュー羽根の原液分配口からケーキ排出口間にスクリュー羽根の流路を横断して、上流端がスクリュー胴に揺動自在に取り付けられ、下流部が遠心力により回転ボウルの半径方向外向きに付勢されて汚泥を圧密化するプレスセグメントを具備した汚泥脱水用デカンタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、回転可能な円筒体とこの円筒体内で回転可能なスクリューコンベアとを含み、円筒体内に供給された混合液を円筒体の回転運動を利用して液と固形物とに分離するとともに基準とする円筒体の回転速度とスクリューコンベアの回転速度との差速を利用して分離された固形物を円筒体内に移送させつつ外部へ排出可能に形成された遠心分離機において、前記円筒体および前記スクリューコンベアのそれぞれに専用のモータで回転動力を付与可能かつ出力周波数可変型のインバータを用いてスクリューコンベア用モータの回転速度を切換可能に形成し、スクリューコンベアの負荷を検出可能かつ検出された負荷信号に対応する回転速度信号をインバータに入力してスクリューコンベア用モータの回転速度を切換制御可能に形成し、前記スクリューコンベアの負荷の増大に対応させて前記差速を増大させることにより前記混合液の固形物含有率が増大変化しても前記固形物の前記円筒体外への円滑排出を保持可能に形成した遠心分離機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、活性汚泥法による汚水処理において、余剰汚泥に凝集剤を添加して脱水装置で脱水するに際し、凝集剤の使用量を節減するため、脱水装置からの排水の濁度を測定し、その測定結果に基づいて活性汚泥への凝集剤の添加量を調節する自動制御機構により、凝集剤の添加量を制御する方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、回転可能な外胴ボウルと、該外胴ボウル内に同軸上に回転可能に配設された内胴スクリューと、該内胴スクリューと前記外胴ボウルとの間に形成されるプールと、前記該内胴スクリュー内に設けられた汚泥供給室と、該汚泥供給室に原汚泥を供給する汚泥供給管と、前記汚泥供給室と前記プールとを連通する連通口と、前記汚泥供給室内に薬品を注入する薬品注入手段とを有する薬品注入手段を備えた遠心分離機において、前記薬品注入手段は、前記汚泥供給室内に配設された薬品注入管と、該薬品注入管の円周に設けられかつ前記汚泥供給室内へ薬品を放出する複数の薬品放出孔とを有する、薬品注入率の低減化が可能な薬品注入手段を備えた遠心分離機が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平７−８５８号公報特開平１０−１２８１５８号公報特開２０００−９３９９０号公報特開２０００−２５４５４９号公報

従来、脱水汚泥の含水率を低下させる目的で、薬品（凝集剤）の選定、遠心脱水機の運転調整等の各種の調整が行われていたが、年間を通して含水率８５％以下の脱水汚泥を得ることはできなかった。本発明の課題は、従来の標準型の遠心脱水機を用いて、高効率型遠心脱水機なみの性能、すなわち脱水汚泥の含水率８２％を達成しうる脱水汚泥の含水率を低下させる方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである従来の標準型の遠心脱水機（巴工業株式会社製「ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機」型式：ＰＭ−２００００型）を用いて、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差動機電流値を０．４〜０．５Ａに制御して差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水すると、脱水汚泥の含水率を約８３％まで低下させることが可能となり、また、液状タイプの高分子凝集剤の添加率を１．３〜２．０％とすることで、脱水汚泥の含水率を約８２％まで低下させ、ＳＳ回収率９５％以上を達成しうることを見い出した。また、差速１．５ｒｐｍを維持するには、薬品添加率１．３〜１．５％、差動機電流値０．４６〜０．５０Ａ、汚泥の供給量３５〜４７ｋｇ／ｈｒ（固形物量換算）、供給汚泥濃度を０．８〜１．０％、薬品溶解濃度０．２〜０．２５％の条件で運用することが好ましいことがわかった。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。

すなわち本発明は、（１）回転可能な外胴ボウルと、該外胴ボウル内に同軸上に回転可能に配設された内胴スクリューコンベアと、該内胴スクリューコンベアと前記外胴ボウルとの間に形成されるプールと、前記該内胴スクリュー内に設けられた汚泥供給室と、該汚泥供給室に原汚泥を供給する汚泥供給管と、前記汚泥供給室と前記プールとを連通する連通口と、前記汚泥供給室内に薬品を注入する薬品注入手段とを備え、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機を用いる汚泥の脱水方法であって、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水し、脱水汚泥の含水率を低下させることを特徴とする汚泥の脱水方法や、（２）差速が１．５〜２．０ｒｐｍになるように、差動機電流値を０．４〜０．５Ａに制御して遠心脱水することを特徴とする上記（１）記載の汚泥の脱水方法や、（３）差動機電流値が０．５Ａとなるように汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速１．５ｒｐｍで遠心脱水することを特徴とする上記（２）記載の汚泥の脱水方法や、（４）薬品として、高分子凝集剤を用いることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか記載の汚泥の脱水方法や、（５）高分子凝集剤として、液状タイプの凝集剤を用いることを特徴とする上記（４）記載の汚泥の脱水方法や、（６）高分子凝集剤として、逆相エマルジョン型カチオン性ポリアクリルアミドを用いることを特徴とする上記（４）又は（５）記載の汚泥の脱水方法や、（７）高分子凝集剤の添加率を１．３〜２．０％とすることを特徴とする上記（４）〜（６）のいずれか記載の汚泥の脱水方法に関する。

本発明によると、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである従来の標準型の遠心脱水機（例えば、巴工業株式会社製「ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機」型式：ＰＭ−２００００型）を用いて、高効率型遠心脱水機なみの性能、すなわち脱水汚泥の含水率８２％、ＳＳ回収率９５％以上を達成することができる。

本発明の汚泥の脱水方法としては、回転可能な外胴ボウルと、該外胴ボウル内に同軸上に回転可能に配設された内胴スクリューコンベアと、該内胴スクリューコンベアと前記外胴ボウルとの間に形成されるプールと、前記該内胴スクリュー内に設けられた汚泥供給室と、該汚泥供給室に原汚泥を供給する汚泥供給管と、前記汚泥供給室と前記プールとを連通する連通口と、前記汚泥供給室内に薬品を注入する薬品注入手段とを備え、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機において、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水し、脱水汚泥の含水率を低下させる方法であれば特に制限されず、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機としては、巴工業株式会社製「ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機（型式：ＰＭ−２００００型）」を具体的に例示することができる。

上記差速とは、外胴ボウルの回転数と内胴スクリューコンベアの回転差をギヤボックス比で割った値として求めることができ、例えば、外胴ボウルの回転数３０００ｒｐｍ、差動機回転数２５００ｒｐｍ、ギヤボックス比１６５の場合、差速は３．０ｒｐｍとなる。また、差速３．０ｒｐｍとは、外胴ボウルの回転数が３０００ｒｐｍのとき内胴スクリューコンベアは２９９７ｒｐｍで回転していることになる。

汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与えるには、上記ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機（型式：ＰＭ−２００００型）の場合、図２に示すように、固形物量換算で３５〜４７ｋｇ／ｈｒの汚泥を供給し、内胴スクリューコンベアに負荷を与え、内胴スクリューコンベアの回転にブレーキをかけて、遠心脱水機の処理能力を下げることで、差速１．５〜２．０ｒｐｍに調節することができるが、一般に負荷の状態は差動機電流値で確認しうることから、図３に示すように、差動機電流値を０．４〜０．５Ａ、好ましくは０．４６〜０．５、特に０．５Ａに制御して負荷の状態を確認することにより、差速１．５〜２．０ｒｐｍに調節することができる。その際、供給汚泥濃度を１％以下にすることで、調節のハンドリングが容易となる。

薬品注入手段から注入される凝集剤としては、有機高分子凝集剤が好ましく、かかる有機高分子凝集剤としては、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、及び両性高分子凝集剤を例示することができ、株式会社荏原製作所社製「エバグロースＬＥＣ−５０４(液状の逆相エマルジョン型カチオン性ポリアクリルアミド)」、株式会社クボタ「クボックスＣＰ９０１２（顆粒状のポリアミジン系）」、三井サイテック株式会社製「スーパーフロックＳＦ３５８０（ポリアクリル酸エステル系）」等の市販品を簡便に使用することができる。市販品を含め、これら高分子凝集剤には、粉末・顆粒タイプと液状タイプがあるが、液状タイプが好ましく、中でも逆相エマルジョン型カチオン性ポリアクリルアミドが好ましい。また一般に高分子凝集剤の添加率は、凝集剤の種類や汚泥の性状にも夜よる、１．３〜２．０％、中でも１．３〜１．５％が好ましい。
特に、液状の逆相エマルジョン型カチオン性ポリアクリルアミドの添加率は、１．３％以上が好ましく、図４に示されるように、１．３％以上、特に１．４％添加すると、差動機電流値が０．４２〜０．４８Ａに制御され、差速１．５ｒｐｍが可能となる。添加量が１．３％未満の場合、完全なフロックが形成されず、ＳＳの一部がろ液側に流出する可能性がある。さらに、高分子凝集剤の溶解濃度は、０．２〜０．２５％が好ましい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。

［現状分析］
ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機（型式：ＰＭ−２００００型）を使用する場合における脱水汚泥含水率に影響する要因を確認するため、まず現状分析を行った。結果を表１に示す。なお、表１中、（）は汚泥の性状や季節により変化することを表している。その結果、差速は小さくするに従い含水率が低下する傾向にある点、現状の汚泥と凝集剤との適合性が未検討である点に注目し、含水率に大きな影響を与える上記２点について改善の余地があるかどうかの検討に入った。

表１中、固形物量（ｋｇ／Ｈ）の現状３６が設計値７５の約５０％と負荷が小さいことと、グレードの高い差速制御装置が備えられていることから、差速を小さくすることができると考えたが、設計値の範囲を逸脱するため、メーカーの協力が必要であった。

［差速の変更１］
差速を２．０ｒｐｍで運転できるように差速制御装置の設定を変え、差速を小さくすることで、どこまで含水率が低下するか調査した。ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機のメーカー立ち会いのもと、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速を３．０〜１．８ｒｐｍまで下げた。この範囲では、回転数に乱れもなく安定した状態であった。差速３．０〜１．８ｒｐｍで遠心脱水し、脱水汚泥の含水率及びＳＳ回収率を測定した。結果を表２に示す。

その結果、差速２．０ｒｐｍのとき含水率８３．２％と最も低く、ＳＳ回収率も９７％と良好な結果が得られた。他方、差速１．８ｒｐｍにすると、ろ液が濁り、ＳＳ回収率と含水率が悪化した。差速２．０ｒｐｍで平成１４年６月〜１２月の６ヶ月間運用したところ、平均含水率８４．０％と試験当初より若干高く推移し、６ヶ月平均の含水率は８４％になることがわかった。例年、９月から１２月は季節的に含水率が高い傾向であるものの、平均含水率８４．０％では一応の効果が認められるものの、十分満足できるものではなかった。そこで、更に差速を小さくし、含水率を下げることとし検討を行ったが、表２に示されるように、差速を２．０ｒｐｍ以下にすると、含水率が高く、ろ液が濁るという問題がある。

［凝集剤の選定］
差速を小さくすると、筒内での汚泥滞留時間が長くなるため、強固なフロックが必要となる。そこで、表３に示される性状を有する汚泥２００ｍＬを用い、１０００ｒｐｍ×１０分の攪拌条件下、薬品の予備選定試験（机上試験）を実施した。結果を表４に示す。その結果、株式会社クボタ社製のポリアミジン系凝集剤クボックスＣＰ９０１２や、株式会社荏原製作所社製のエバグロースＢ０３４Ｂ（アクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルメタクリレート硫酸塩共重合体）、エバグロースＢ−１３４（アクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩共重合体）、エバグロースＢ−２００（アクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩・ジメチルアミノエチルメタクリレート４級塩共重合体）の粉末・顆粒状品は、株式会社荏原製作所社製のエバグロースＬＥＢ−２０８（アクリルアミド・アクリル酸・ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩・ジメチルアミノエチルメタクリレート４級塩共重合体；逆相エマルション型カチオン性ポリアクリルアミド）、エバグロースＬＥＣ−５０４（アクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩共重合体；逆相エマルション型カチオン性ポリアクリルアミド、コロイド荷電量４．３ｍｅｑ／ｇ）、エバグロースＬＥＣ−５０８（アクリルアミド・ジメチルアミノエチルアクリレート４級塩共重合体；逆相エマルション型カチオン性ポリアクリルアミド、コロイド荷電量３．９ｍｅｑ／ｇ）の液状品が含水率で約１ポイント程度減少することがわかった。液状品は粉末・顆粒品に比べ溶解性が良く、汚泥との浸透性に優れ、強固なフロックが生成されると考えられる。

［差速の変更２］
そこで、ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機を用い、高分子凝集剤として液状タイプのエバグロースＬＥＣ−５０４を１．４％使用し、差速を２．０ｒｐｍより小さくし、どこまで含水率が低下するか調査した。差速設定１．４ｒｐｍでは運転中に差速異常（１．０ｒｐｍ）の警報が発生し脱水機がトリップする。差速を２．０〜１．５ｒｐｍまで下げて遠心脱水し、脱水汚泥の含水率及びＳＳ回収率を測定した。結果を表５に示す。差速を小さくすると汚泥を掻き出すスクリューコンベアの回転が速くなり、汚泥の滞留時間が長くなり含水率が低下するが、反対にろ液（ＳＳ回収率）は悪い傾向となる。しかし、差速の下限値１．５ｒｐｍで含水率が８２．２％まで低下し、ＳＳ回収率も９７％と良好な結果が得られた。同様に、ＴＯＭＯＥデカンタ脱水機を用い、高分子凝集剤として液状タイプのエバグロースＬＥＣ−５０４を１．４％使用し、差速を３．０〜１．５ｒｐｍの範囲で遠心脱水し、脱水汚泥の含水率及びＳＳ回収率を測定した結果を図５に示す。差速１．５ｒｐｍで平成１５年２月〜８月の６ヶ月間運用したところ、平均含水率８２．３％を達成することができた。この運用結果も含め、平成１３年４月から平成１５年８月までの実機を使用した脱水汚泥の含水率の推移を図６に示す。

従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機の概略図である。従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機における汚泥の固形量の供給量と差速との関係を示す図である。従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機における差動機電流値と差速との関係を示す図である。従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機における液状高分子凝縮剤の添加率と差速／差動機電流値との関係を示す図である。従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機における差速と脱水汚泥含水率／ＳＳ回収率との関係を示す図である。従来の標準型の差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機を用いた、平成１３年４月から平成１５年８月までの実機を使用した脱水汚泥の含水率の推移を示す図である。

Claims

回転可能な外胴ボウルと、該外胴ボウル内に同軸上に回転可能に配設された内胴スクリューコンベアと、該内胴スクリューコンベアと前記外胴ボウルとの間に形成されるプールと、前記該内胴スクリュー内に設けられた汚泥供給室と、該汚泥供給室に原汚泥を供給する汚泥供給管と、前記汚泥供給室と前記プールとを連通する連通口と、前記汚泥供給室内に薬品を注入する薬品注入手段とを備え、差速の設計値が３．０〜６．０ｒｐｍである遠心脱水機を用いる汚泥の脱水方法であって、汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速１．５〜２．０ｒｐｍで遠心脱水し、脱水汚泥の含水率を低下させることを特徴とする汚泥の脱水方法。
差速が１．５〜２．０ｒｐｍになるように、差動機電流値を０．４〜０．５Ａに制御して遠心脱水することを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水方法。
差動機電流値が０．５Ａとなるように汚泥の固形量の供給量を増加させて内胴スクリューコンベアに負荷を与え、差速１．５ｒｐｍで遠心脱水することを特徴とする請求項２記載の汚泥の脱水方法。
薬品として、高分子凝集剤を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の汚泥の脱水方法。
高分子凝集剤として、液状タイプの凝集剤を用いることを特徴とする請求項４記載の汚泥の脱水方法。
高分子凝集剤として、逆相エマルジョン型カチオン性ポリアクリルアミドを用いることを特徴とする請求項４又は５記載の汚泥の脱水方法。
高分子凝集剤の添加率を１．３〜２．０％とすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか記載の汚泥の脱水方法。