JP2006247583A - 汚泥処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 メタン発酵消化液又は/並びに水処理施設の濃縮汚泥および/もしくは消化液を、マンガン酸化物を担持させた電極を用いて陽極酸化処理した後、固液分離することを特徴とする消化液又は/及び汚泥の処理方法。
【選択図】なし
Description
これらの処理プロセス中で、初段となる脱水工程では、従来、無機系(ポリ鉄、塩鉄、ポリ塩化アルミニウムなど)および/又は高分子系(高分子凝集剤)の凝集剤、凝集助剤を用いる必要があった。即ち、薬剤なしでは固形分の凝集が起こらず、ベルトプレス脱水機などを用いると直ぐに濾布の目詰まりを起こすため脱水は事実上不可能であった。
しかし、菌叢改善は温度、酸素濃度、pH等の細かい調整が必要であるとともに、一般的な技術として全ての汚泥に対して適用できるものではなかった。pHを調製する場合でも、凝集剤を使わずに済ませると、多量の酸やアルカリの消費が必要とされ、また、汚泥や消化液は分散している固形物濃度が大きく、その分だけ薬剤使用量は一般の水処理と比べて著しく大きくなる傾向にある。
廃棄物学会 「電解汚泥を用いた下水臭気除去の基礎研究」 廃棄物学会論文誌 14巻、 2号、102〜108頁、2003年
従って、本発明の目的は陽極で酸素活性種を発生させて、被処理物を酸化あるいは直接陽極上で電解酸化することによって固形物の親水性部分を酸化分解して、疎水性の度合を大きくし、結果的に無薬注で脱水処理を可能とする方法を見出すことにある。
注での良好な脱水が可能となる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明には、マンガン酸化物を担持させた電極(陽極)を用いる。好ましい態様としては、金属基材、例えばチタンなどを基材として、その表面に酸化皮膜による電気抵抗が生じないように貴金属塗布(焼結、電着など)し、さらに、マンガン塩を被覆して酸化処理又は燒結処理したものが挙げられる。なお、完全な還元性雰囲気下の電気炉内での熱処理などによってチタン、マンガン両相を十分に密着させることができれば貴金属塗布を行わなくともよい。形状としては板状、格子状(板に破線状の切れ目を入れて引き延ばした「エクスパンドメタル」など)線状などが好ましい。大きさは特に限定されないが、一極板あたり数百cm2から数m2好ましく、特にハンドリング性と均一な電位分布を維持する という観点から数千cm2が好ましい。なかでも1〜3000cm2が特に好ましい。
マンガン塩としては、硝酸や酢酸などの水溶性塩が好ましく、その被覆方法としては、貴金属メッキした電極基材の水溶液中への浸漬、あるいは塗布法などが挙げられる。マンガン酸化物の被覆厚は、0.01〜100μmが好ましく、さらに0.1〜10μmが好ましい。(剥離防止と導電性の兼ねあいになる。)
陰極は、特に限定されないが、白金系、鉄・ニッケル系などの水素過電圧が小さい極板等を用いることが所要電力を小さくする上で好ましい。
本発明に用いる酸化処理槽としては、陽極室と陰極室を有するものが好ましく、両極室間を隔膜(微多孔膜、イオン交換膜などが挙げられるが、両極液の分離性、導電性の点でイオン交換膜、特に陽イオン交換膜が好ましい。)で分離したものが、処理効率の向上のため好ましい。図1に複極式電解処理槽の例を示す。
上記槽にかける電力は、例えば、見かけの電流密度(平板とみなした見かけの単位表面積あたりの電流値)として10〜300mA/cm2が好ましく、特に20〜200mA/cm2が好ましく、電圧は、その電流を流すための成り行き値(定電流電解)となる。
処理時の温度は、高い方が処理効果が大きく好ましいが、特に昇温のために新たにエネルギーを投入しなくとも、十分、処理は可能である。なお、高温メタン発酵の消化液は55℃であり、この場合は、温度的に良好な酸化処理を行うことができる。
汚泥や消化液の電解処理物は、無薬注のまま、例えばベルトプレス脱水機にかけられ、固液分離される。このときの固側の含水率は70〜85重量%である。これを必要に応じて、乾燥処理し、ペレット化して保存性と運搬性に優れた固形燃料にするか、あるいは、バイオマス燃料として必要な場合、助燃剤を加えて焼却する方法を採ってもよい。(含水率77〜78%以下の汚泥は一般に自燃する。)乾燥装置は直接加熱型、間接型ともに良好に使用できる。ペレット化はダイス押出式やブリケット式等が好ましく使用できる。焼却炉は流動床式だけでなく、粉末状の乾燥汚泥を噴霧式に燃焼させることもでき、特にこの方法では経済的で安定した燃焼と蒸気回収が可能となる。
白金塗布したチタン基材エクスパンドメタル(デノラ社製)に酢酸マンガンを塗布して空気中1000℃で燒結する操作を繰り返して、酸化マンガン層の厚さを約1μmにしたマンガン酸化物担持陽極、白金塗布チタン基材エクスパンドメタル陰極(デノラ社製)、及び両極室を陽イオン交換膜(旭硝子社製、セレミオンCMV)で分離した縦型流通式電解槽(シングルセル)を用いて濃縮汚泥の酸化処理を行った。見かけの有効電極面積は約600cm2(縦30cm、横20cm)であった。
実施例1の実験(2)から(4)で得た下水汚泥と消化液の固形物側を混合し、乾燥試験、ペレット化試験、および燃焼(低位)熱測定を行った。
乾燥試験は内径30mmの小型管状炉(磁製管)に脱水物(固形物側)を詰めて、管外部から100℃および250℃に電熱加熱して空気を毎分約300mL流して乾燥した。100℃の場合は約5分、250℃の場合は約2分で含水率77wt%から約65wt%まで乾燥することができた。これを厚さ10mmの金属板に径5mmの穴をあけ、そこに乾燥物を詰めて、10kgの重量を懸けてペレット化した。このペレットの円柱縦方向の挫屈強度は5kg/cm2以上あり、袋詰めにして運搬するのにも十分な強度を有していた。
脱水物および乾燥物の低位発熱量はそれぞれ、1,500kcal/kgおよび3,800kcal/kgであり、脱水物も自燃するに十分な熱量を有していた。
また、脱水までの処理が迅速かつ、経済的に行えるようになったため、脱水物(固形物側)をさらに乾燥してペレット化して固体肥料として市場に流通させること、あるいは、バイオマス燃料として使用するプロセスも成立するようになった。
その結果、特にメタン発酵処理分野(バイオガス分野)において、その普及を大きく妨げていた消化液処理法の困難さ(液肥としての散布は、地下水の硝酸汚染を引き起こすため制限されるようになった。)を克服し、バイオガスの普及に大きく寄与できる。
2 隔膜
3 複極仕切板
4 複極仕切板
5 エンドプレート
Claims (6)
- メタン発酵消化液又は/並びに水処理施設の濃縮汚泥および/もしくは消化液を、マンガン酸化物を担持させた電極を用いて陽極酸化処理した後、固液分離することを特徴とする消化液又は/及び汚泥の処理方法。
- 電極が、格子状又は板状である請求項1記載の処理方法。
- 陽極酸化処理が、流動する消化液又は及び汚泥中に陽極を浸漬し、隔膜を介して陰極を設置して行われることを特徴とする請求項1又は2記載の処理方法。
- 汚泥又は/及び消化液の陽極酸化処理物に薬剤を注入することなく、固液分離する請求項1、2又は3記載の処理方法。
- 固液分離後、更に、乾燥及び塊状化することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の処理方法。
- 固液分離後、更に、乾燥及び溶融、又は焼却することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の処理方法。
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