JP2012040452A - 汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システム - Google Patents

Abstract

【課題】十分な汚泥濃縮効果及び濃縮汚泥の排出の容易性を発揮すると共に、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現しつつ、構成の簡素化やコンパクト化を図る汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムの提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥と脱離液との固液分離を図る固液分離工程と、上記固液分離工程の下流において、減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ、垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り浮上汚泥を得る浮上濃縮工程とを有する汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムに関する。

下水汚泥などの汚泥を濃縮、脱水等して処理する汚泥処理技術として、様々な汚泥処理方法や汚泥処理システム等が提供されている。このような汚泥を濃縮する技術としては、例えば、真空の減圧容器内に汚泥を投入し、汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させ、発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させ浮上させることで固液分離を行い、汚泥の濃縮化を図るという技術が知られている。

このように、汚泥の固体分と減圧発泡させた溶存ガスとを同伴させて浮上させ、固液分離することで汚泥を濃縮する技術としては、例えば、汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器を、この減圧容器の排出口から汚泥貯留槽へ汚泥を排出する汚泥排出管の下端をシールする液面に作用する大気圧と減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置し、減圧容器内を汚泥で満たした後、減圧容器内の汚泥を排出口から自然落下によって排出することで容器内に真空を形成し、この真空の容器内のほぼ中間位置まで汚泥を供給して汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させ、発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させ浮上させて固液分離を図る汚泥濃縮装置及び汚泥処理方法が挙げられる（特許第３７８１７５５号公報等）。

しかしながら、上述の汚泥濃縮装置及び汚泥処理方法は、減圧下で汚泥をかき寄せる機構を配設することが困難であり、減圧容器内で浮上分離した高濃度かつ高粘度の汚泥を減圧容器内の液圧のみで排泥する必要があることから、高濃度かつ高粘度まで汚泥を濃縮することができず、その結果、十分な汚泥濃縮効果及び濃縮汚泥の排出の容易性を満足するには至っていない。また、減圧容器内の減圧操作を所謂サイフォンの原理を利用した排液操作により行う必要があるため、給泥操作を連続して行うことができず、汚泥濃縮操作の連続高速化を図ることが困難である。さらに、減圧容器内の減圧操作をサイフォンの原理を利用して行うことから、減圧容器を大気圧液面から約１０ｍ程度の位置に配設する必要があり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることが困難である。

つまり、十分な汚泥濃縮効果及び濃縮汚泥の排出の容易性を発揮すると共に、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現しつつ、構成の簡素化やコンパクト化を図る汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムは、未だ提供されていない。

特許第３７８１７５５号公報

本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、十分な汚泥濃縮効果及び濃縮汚泥の排出の容易性を発揮すると共に、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現しつつ、構成の簡素化やコンパクト化を図る汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムの提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥と脱離液との固液分離を図る固液分離工程と、
上記固液分離工程の下流において、減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ、垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り、浮上汚泥を得る浮上濃縮工程と
を有する汚泥濃縮方法である。

当該汚泥濃縮方法は、上記固液分離工程を有することで、常圧下又は減圧下において原汚泥が水平又は略水平方向に灌流するにつれて原汚泥中の溶存ガスが発泡し、原汚泥が発泡ガスを含む分離汚泥と脱離液とに分離され、その結果、汚泥の固液分離を効果的かつ確実に実現できると共に、このような灌流操作により固液分離を停止させることなく連続的かつ高速に行うことができる。また、当該汚泥濃縮方法は、上述の固液分離工程の下流において上記浮上濃縮工程を有することで、固液分離工程で分離された分離汚泥の溶存ガスが減圧下で発泡し、かかる分離汚泥を発泡ガスに同伴させて垂直又は略垂直方向に浮上させ、その結果、浮上した分離汚泥の層が厚く形成され、分離汚泥の圧密による濃縮効果を一層向上させることができる。加えて、このような高濃度かつ高粘度の浮上汚泥を、垂直又は略垂直方向の浮上移動の最終地点の位置、即ち上方から容易に排出できることから、当該汚泥濃縮方法は、濃縮汚泥の排出の容易化を図ることができる。さらに、当該汚泥濃縮方法は、上述した原汚泥の灌流及び分離汚泥の浮上という一連の過程において原汚泥の分離及び分離汚泥の濃縮を達成できることから、給泥操作を連続して行うことができ、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現ことができる。つまり、当該汚泥濃縮方法は、上述の固液分離工程と浮上濃縮工程とを組み合わせて有することで、十分な汚泥濃縮効果、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。

上記固液分離工程において常圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、上記浮上濃縮工程における最上位の負圧としては、５ｋＰａ以上２５ｋＰａ以下が好ましい。このように、上記固液分離工程において常圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、浮上濃縮工程における最上位の負圧を上記範囲とすることで、発泡ガスを含む分離汚泥の浮上速度を向上させ、その結果、上述した分離汚泥の圧密による濃縮効果の向上を確実なものとすることができると共に、濃縮された浮上汚泥の排出の容易性を向上させることができる。ここで、「最上位」とは、発泡ガスを含む浮上汚泥が垂直又は略垂直方向に浮上移動する最終地点の位置を意味する。

また、上記固液分離工程において減圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、上記浮上濃縮工程における最上位の負圧としては、６５ｋＰａ以上９５ｋＰａ以下が好ましい。このように、上記固液分離工程において減圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、浮上濃縮工程における最上位の負圧を上記範囲とすることで、発泡ガスを含む分離汚泥の浮上速度を向上させ、その結果、上述した分離汚泥の圧密による濃縮効果の向上を確実なものとすることができると共に、濃縮された浮上汚泥の排出の容易性を向上させることができる。

当該汚泥濃縮方法は、上記浮上濃縮工程から得られる浮上汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離工程をさらに有するとよい。当該汚泥濃縮方法は、上述した浮上濃縮工程の後段に上記固気分離工程を有することにより、浮上濃縮工程で得られる高濃度かつ高粘度の浮上汚泥を脱気させ、脱気汚泥とガスとに効果的かつ確実に固気分離できると共に、汚泥密度を向上させ、搬送性や取り扱いの容易性を向上させることができる。なお、このような脱気汚泥は、例えば汚泥の脱水処理工程における脱水性やメタン発酵処理工程における発酵効果を向上させることから、かかる脱水処理工程やメタン発酵処理工程の前処理工程として有効に利用することができる。

当該汚泥濃縮方法は、上記減圧及び脱気を行う真空形成工程をさらに有するとよい。このように、当該汚泥濃縮方法は、真空形成工程を有することで、上記固液分離工程及び／又は浮上濃縮工程における減圧状態を容易に形成し、上述した原汚泥の固液分離及び浮上濃縮を確実に実現することができる。また、当該汚泥濃縮方法は、真空形成工程を有することで、上述の固液分離工程及び／又は浮上濃縮工程における減圧状態を形成し、浮上濃縮工程における浮上汚泥を最上位から容易に吸引及び排出でき、かかる浮上汚泥の固気分離工程への搬送をスムーズに行うことができる。特に、この真空形成工程を上記固気分離工程の後段に有することで、当該汚泥濃縮方法は、真空形成工程に浮上汚泥等の固形物が侵入することを防止又は低減でき、その結果、良好な真空状態が連続的かつ効果的に形成され、十分な汚泥濃縮効果を安定的に維持することができる。

また、上記課題を解決するための別の発明は、
原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させて分離汚泥と脱離液との固液分離を図る固液分離部と、この固液分離部の下流において減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り浮上汚泥を得る浮上濃縮部とを備える分離浮上濃縮装置と、
上記浮上汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離装置と、
上記減圧及び脱気を行う真空装置と
を備える汚泥濃縮システムである。

当該汚泥濃縮システムは、（１）上記分離浮上濃縮装置が固液分離部を備えることで、常圧下又は減圧下において原汚泥が水平又は略水平方向に灌流するにつれて原汚泥中の溶存ガスが発泡し、原汚泥が発泡ガスを含む分離汚泥と脱離液とに分離され、その結果、汚泥の固液分離を効果的かつ確実に実現できると共に、このような固液分離を停止させることなく連続的かつ高速に行うことができる。また、上記固液分離部の下流において浮上濃縮部を備えることで、固液分離部で分離された分離汚泥の溶存ガスが減圧下で発泡し、かかる分離汚泥を発泡ガスに同伴させて垂直又は略垂直方向に浮上させ、その結果、浮上した分離汚泥の層が厚く形成され、分離汚泥の圧密による濃縮効果を一層向上させることができる。加えて、かかる高濃度かつ高粘度の浮上汚泥を、垂直又は略垂直方向の最終地点の位置、即ち上方から容易に排出できることから、濃縮汚泥の排出の容易化を図ることができる。そして、この浮上分離装置は、上述した原汚泥の灌流及び分離汚泥の浮上という一連の過程において汚泥の分離及び濃縮を達成できることから、給泥操作を連続して行うことができ、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現することができる。また、（２）固気分離装置を備えることで、浮上濃縮部で得られる高濃度かつ高粘度の浮上汚泥を脱気させ、脱気汚泥とガスとに効果的かつ確実に固気分離できると共に、汚泥密度を向上させ、搬送性や取り扱いの容易性を向上させることができる。また、（３）真空装置を有することにより、上記固液分離部及び／又は浮上濃縮部における減圧状態を容易に形成し、上述した原汚泥の固液分離及び浮上濃縮を確実に実現すると共に、浮上濃縮部における浮上汚泥を最上位から容易に吸引及び排出でき、浮上汚泥の固気分離装置への搬送をスムーズに行うことができる。つまり、当該汚泥濃縮システムは、十分な汚泥濃縮効果、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化を、簡素な構成により容易に達成することができる。なお、当該汚泥濃縮システムは、高濃度の脱気汚泥を確実に得ることができ、この脱気汚泥を、例えば汚泥の脱水処理装置やメタン発酵処理装置の前処理装置として有効に利用することができる。

上記真空装置がエジェクターであり、このエジェクターの動作流体として上記脱離液を用いるとよい。このように、当該汚泥濃縮システムは、真空装置としてエジェクターを用いることで、例えば真空ポンプ等のようにモーターでポンプを回転させるような機械的構成によらず、簡素な構成により固液分離部及び／又は浮上濃縮部の減圧状態を容易に形成することができ、汚泥濃縮システムの簡素化やコンパクト化を実現することができる。また、このエジェクターの動作流体としてガス溶存度が比較的低い上記脱離液を用いることで、エジェクターにおける吸引ガス量の負荷を低減して真空能力を高めることができることに加え、上記固液分離部から分離された脱離液を再利用してエジェクターを稼働させることから、省資源化及びリサイクル化を実現することができる。

以上説明したように、本発明の汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムは、原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させて分離汚泥と脱離液との固液分離を図り、この固液分離の下流において減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させて垂直又は略垂直方向に浮上させ濃縮化を図ることから、従来の課題である十分な汚泥濃縮効果の発揮、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化、構成の簡素化やコンパクト化を解決することができる。

本発明の一実施形態に係る汚泥濃縮方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る汚泥濃縮システムの分離浮上濃縮装置を示す模式的斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る汚泥濃縮システムの分離浮上濃縮装置を示す模式的斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る汚泥濃縮システムの分離浮上濃縮装置を示す模式的斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る汚泥濃縮システムの分離浮上濃縮装置を示す模式的斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る汚泥濃縮システムの分離浮上濃縮装置を示す模式的斜視図である。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。

まず、図１を参照しつつ、当該汚泥濃縮方法に係るＳＴＰ１〜ＳＴＰ４の各工程について説明する。具体的には、当該汚泥濃縮方法は、原汚泥Ｐを分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとに分離するための固液分離工程ＳＴＰ１、分離汚泥Ｑを浮上濃縮し浮上汚泥Ｓを得るための浮上濃縮工程ＳＴＰ２、浮上汚泥Ｓを脱気してガスＴと脱気汚泥Ｕとに分離するための固気分離工程ＳＴＰ３、この固気分離工程ＳＴＰ３の後段にあって上記ＳＴＰ１〜ＳＴＰ３における減圧や脱気を行うための真空形成工程ＳＴＰ４を主として有する。

（固液分離工程）
固液分離工程ＳＴＰ１は、原汚泥Ｐを常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとの固液分離を図る工程である。この固液分離工程ＳＴＰ１において、常圧下又は減圧下で原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させるにつれ、原汚泥Ｐ中の溶存ガスが発泡し、原汚泥Ｐは、かかる発泡ガスを含む成分と液体成分とに徐々に分離する。そして、かかる原汚泥Ｐの流れの下流において、原汚泥Ｐは、発泡ガスを含む分離汚泥Ｑと、脱離液Ｒとに固液分離する。つまり、固液分離工程ＳＴＰ１は、原汚泥Ｐを常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させるという簡易な手段により、原汚泥Ｐの固液分離を効果的かつ確実に実現することができる。また、かかる固液分離工程ＳＴＰ１は、上述した原汚泥Ｐの灌流操作を連続して行うことで、原汚泥Ｐの固液分離を停止させることなく連続的かつ高速に行うことができる。

上記原汚泥Ｐの灌流が減圧下で行われる場合において、かかる減圧状態における負圧としては、特に限定されず、例えば８５ｋＰａであれば上述した原汚泥Ｐの固液分離を十分効果的に行うことができる。また、この場合における原汚泥Ｐの灌流速度についても特に限定されず、例えば０．０１ｍ／ｓｅｃであれば原汚泥Ｐの灌流が滞ることなく、固液分離を確実に行うことができる。

上記原汚泥Ｐの灌流が常圧下で行われる場合において、かかる原汚泥Ｐの灌流は、具体的には大気解放状態における大気圧下で行われることとなる。このように、原汚泥Ｐの灌流を常圧下で行うことで、上述した原汚泥Ｐの固液分離を達成しつつ、後述する浮上濃縮工程ＳＴＰ２における減圧下の負圧を低く調整することができる。なお、かかる場合における原汚泥Ｐの灌流速度についても特に限定されず、例えば０．０１ｍ／ｓｅｃであれば原汚泥Ｐの灌流が滞ることなく、固液分離を確実に行うことができる。

上記原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させるための手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空形成工程ＳＴＰ４の真空状態を利用して原汚泥Ｐを減圧吸引する手段や、原汚泥Ｐを加圧により押し出して灌流させる手段等が挙げられる。また、固液分離工程ＳＴＰ１における減圧手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空形成工程ＳＴＰ４の真空状態を利用する手段が挙げられる。

原汚泥Ｐの種類としては、特に限定されず、例えば、初沈汚泥、余剰汚泥、消化汚泥、浄化槽汚泥、凝集沈殿汚泥、加圧浮上汚泥、有機性汚泥等が挙げられる。

（浮上工程）
浮上濃縮工程ＳＴＰ２は、上記固液分離工程ＳＴＰ１の下流において、減圧下で上記分離汚泥Ｑを発泡ガスと同伴させ、垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り、浮上汚泥Ｓを得るための工程である。この浮上濃縮工程ＳＴＰ２において、固液分離工程ＳＴＰ１の下流で得られる分離汚泥Ｑは、発泡ガスを含む成分であり、減圧下において分離汚泥Ｑ中の溶存ガスの発泡が促進されることから、かかる発泡ガスと同伴して垂直又は略垂直方向に浮上する。つまり、浮上濃縮工程ＳＴＰ２は、固液分離工程ＳＴＰ１で得られる分離汚泥Ｑを減圧下において垂直又は略垂直方向にガスを同伴させて浮上させるという簡易な手段により、浮上した分離汚泥Ｑの層が厚く形成され、この分離汚泥Ｑの圧密による濃縮効果により高濃度の浮上汚泥Ｓを得ることができ、その結果、汚泥濃縮効果を一層向上させることができる。また、この浮上汚泥Ｓは、垂直又は略垂直方向への浮上移動の最終地点の位置、即ち、最上位に蓄積されることから、高濃度かつ高粘度の浮上汚泥Ｓの排出や回収を上方から容易に達成することができ、濃縮汚泥の排出の容易化を実現することができる。さらに、上述した固液分離工程ＳＴＰ1の後段に浮上濃縮工程ＳＴＰ２を有することで、当該汚泥濃縮方法は、原汚泥Ｐの灌流及び分離汚泥Ｑの浮上という一連の過程において原汚泥Ｐの固液分離及び分離汚泥Ｑの浮上濃縮を達成できることから、原汚泥Ｐの給泥操作を連続して行うことができ、その結果、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現することができる。つまり、当該汚泥濃縮方法は、上記固液分離工程ＳＴＰ１と浮上濃縮工程ＳＴＰ２とを組み合わせて有することで、十分な汚泥濃縮効果、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。

浮上工程ＳＴＰ２における減圧手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空形成工程ＳＴＰ４の真空状態を利用する手段が挙げられる。

固液分離工程ＳＴＰ１において常圧下で原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させる場合、浮上濃縮工程ＳＴＰ２における最上位の負圧としては、５ｋＰａ以上２５ｋＰａ以下が好ましく、１０ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下がより好ましい。このように、浮上濃縮工程ＳＴＰ２における最上位の負圧を上記範囲とすることで、発泡ガスを含む分離汚泥Ｑの浮上速度を向上させ、その結果、上述した分離汚泥Ｑの圧密による濃縮効果の向上を確実なものとすることができると共に、濃縮された浮上汚泥Ｑの排出や回収の容易性を向上させることができる。かかる負圧が上記上限を超えると、汚泥中のガスの発泡が過度に促進され、分離汚泥Ｑ及び発泡ガスの同伴浮上の効率性が低下し、上述した汚泥濃縮効果が低減する可能性がある。また、かかる負圧が上記下限未満であると、汚泥中の溶存ガスの発泡が不十分となり、分離汚泥Ｑの浮上効果が低減し、上述した汚泥濃縮効果が低減する可能性がある。

一方、固液分離工程ＳＴＰ１において減圧下で原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させる場合、浮上濃縮工程ＳＴＰ２における最上位の負圧としては、６５ｋＰａ以上９５ｋＰａ以下が好ましく、７５ｋＰａ以上８５ｋＰａ以下がより好ましい。このように、浮上濃縮工程ＳＴＰ２における最上位の負圧を上記範囲とすることで、発泡ガスを含む分離汚泥Ｑの浮上速度を向上させ、その結果、上述した分離汚泥Ｑの圧密による濃縮効果の向上を確実なものとすることができると共に、濃縮された浮上汚泥Ｑの排出や回収の容易性を向上させることができる。かかる負圧が上記上限を超えると、汚泥中のガスの発泡が過度に促進され、分離汚泥Ｑ及び発泡ガスの同伴浮上の効率性が低下し、上述した汚泥濃縮効果が低減する可能性がある。また、かかる負圧が上記下限未満であると、汚泥中の溶存ガスの発泡が不十分となり、分離汚泥Ｑの浮上効果が低減し、上述した濃縮効果が低減する可能性がある。

（固気分離工程）
固気分離工程ＳＴＰ３は、上記浮上濃縮工程ＳＴＰ２から得られる浮上汚泥Ｓを滞留させて脱気し、脱気汚泥Ｕを得るための工程である。具体的には、この固気分離工程ＳＴＰ３は、浮上濃縮工程ＳＴＰ２で得られる高濃度かつ高粘度の浮上汚泥Ｓを滞留させて脱気し、ガスＴと脱気汚泥Ｕとに効果的かつ確実に固気分離できると共に、汚泥密度を向上させ、搬送性や取り扱いの容易性を向上させることができる。また、このような高濃度の脱気汚泥Ｓは、例えば、別工程である汚泥の脱水処理工程における脱水性やメタン発酵処理工程における発酵効果を向上させることから、固気分離工程ＳＴＰ３は、かかる脱水処理工程やメタン発酵処理工程の前処理工程として有効に利用することができる。

固気分離工程ＳＴＰ３における浮上汚泥Ｓの脱気手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空形成工程ＳＴＰ４の真空状態を利用する手段が挙げられる。なお、かかる真空状態を利用する手段等を継続して用い、ガスＴを連続的に排出させることで、浮上汚泥Ｓの固気分離及び高密度化を連続的かつ高速に行うことができる。

（真空形成工程）
真空形成工程ＳＴＰ４は、上記固液分離工程ＳＴＰ１及び／又は浮上濃縮工程ＳＴＰ２における減圧と、上記固気分離工程ＳＴＰ３における脱気を行うための工程である。具体的には、真空形成工程ＳＴＰ４は、上記固液分離工程ＳＴＰ１及び／又は浮上濃縮工程ＳＴＰ２における減圧状態を容易に形成し、上述した原汚泥Ｐの固液分離及び分離汚泥Ｑの浮上濃縮を確実に実現することができる。また、真空形成工程ＳＴＰ４は、上述の固液分離工程ＳＴＰ１及び／又は浮上濃縮工程ＳＴＰ２における減圧状態を形成し、浮上濃縮工程ＳＴＰ２における浮上汚泥Ｓを最上位から容易に吸引及び排出でき、高濃度かつ高粘度の浮上汚泥Ｓの固気分離工程ＳＴＰ３への搬送をスムーズに行うことができる。特に、この真空形成工程ＳＴＰ４は、当該汚泥濃縮方法の最後段、即ち固気分離工程ＳＴＰ３の後段に配設されることで、真空形成工程ＳＴＰ４において浮上汚泥Ｓ等の固形物が侵入することを防止又は低減でき、その結果、真空形成工程ＳＴＰ４では固気分離工程ＳＴＰ３で排出されるガスＴのみを効率的に吸引脱気することができる。つまり、真空形成工程ＳＴＰ４が当該汚泥濃縮方法の最後段に配設されることで、良好な真空状態が連続的かつ効果的に形成され、十分な汚泥濃縮効果を安定的に維持することができる。

真空形成工程ＳＴＰ４における真空形成手段としては、特に限定されず、例えば、真空ポンプや後述するエジェクター等が挙げられる。

次に、図２及び図３を参照しつつ、汚泥濃縮システム１について説明する。汚泥濃縮システム１は、分離浮上濃縮装置２、固気分離装置３、真空装置４を主として備える。

（分離浮上濃縮装置）
図２及び図３の分離浮上濃縮装置２は、汚泥濃縮システム１の一部を構成する装置であり、原汚泥Ｐを分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとに固液分離し、この分離汚泥Ｑを浮上濃縮し浮上汚泥Ｓを得るための装置である。具体的には、分離浮上濃縮装置２は、固液分離部５、浮上濃縮部６、原汚泥供給管７、脱離液排出管８、浮上汚泥排出管９を主として備える。なお、この原汚泥Ｐの種類としては、特に限定されず、上述の汚泥濃縮方法における場合と同様である。

固液分離部５は、原汚泥Ｐを減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとの固液分離を図るための部材である。具体的には、固液分離部５は、後述する原汚泥供給管７を備えると共に、供給及び灌流された原汚泥Ｐの流れの下流において後述の浮上濃縮部６と連通する構造を有している。

固液分離部５に原汚泥Ｐを供給し、水平又は略水平方向に灌流させるための手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空装置４が形成する真空状態を利用して浮上濃縮部６の浮上汚泥排出管９側から原汚泥Ｐを減圧吸引する手段や、真空ポンプなどを用いて原汚泥供給管７側から原汚泥Ｐを加圧して供給及び灌流させる手段等が挙げられる。また、固液分離部５の内部を減圧する手段としては、特に限定されず、例えば、後述する真空装置４が形成する真空状態を利用して浮上濃縮部６の浮上汚泥排出管９側から減圧吸引する手段や、真空ポンプなどを用いて脱離液排出管８から減圧吸引する手段等が挙げられる。また、固液分離部５の形状としては、原汚泥Ｐの水平方向又は略水平方向の流れを形成することができるものであれば特に限定されず、例えば、円筒形や直方体等が挙げられる。また、固液分離部５の素材としては、内部の減圧状態を維持できるものであれば特に限定されず、公知の素材を用いることができる。

浮上濃縮部６は、固液分離部５の下流において減圧下で上記分離汚泥Ｑを発泡ガスと同伴させ垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り、浮上汚泥Ｓを得るための部材である。具体的には、浮上濃縮部６は、後述する脱離液排出管８及び浮上汚泥排出管９を備えると共に、固液分離部５の下流部分と連通する構造を有している。

浮上濃縮部６において減圧下で分離汚泥Ｑを発泡ガスと同伴させ垂直又は略垂直方向に浮上させるための手段としては、例えば、後述の真空装置４が形成する真空状態を利用して浮上濃縮部６の浮上汚泥排出管９側から減圧吸引する手段等が挙げられる。また、浮上濃縮部６の形状としては、分離汚泥Ｑや浮上汚泥Ｓの垂直方向又は略垂直方向への浮上移動を実現できるものであれば特に限定されず、例えば、円筒形や直方体等が挙げられる。また、浮上濃縮部６の素材としては、内部の減圧状態を維持できるものであれば特に限定されず、公知の素材を用いることができる。

原汚泥供給管７は、固液分離部５に連通し、原汚泥Ｐを固液分離部５に供給するための部材である。この原汚泥供給管７の形状や素材については、原汚泥Ｐを連続的に供給できるものであれば特に限定されず、公知の形状や素材を用いることができる。また、この原汚泥供給管７は、原汚泥Ｐの供給量や、固液分離部５及び／又は浮上濃縮部６の減圧状態を調整するための調整弁（図示せず）等をさらに備えることができる。

脱離液排出管８は、浮上濃縮部６の下方に連通及び垂下し、脱離液Ｒを外部に排出するための部材である。この脱離液排出管８の形状や素材については、脱離液Ｒを連続的に排出できるものであれば特に限定されず、公知の形状や素材を用いることができる。また、この脱離液排出管８は、脱離液Ｒの排出量や、固液分離部５及び／又は浮上濃縮部６の減圧状態を調整するための調整弁（図示せず）や排液ポンプ（図示せず）等をさらに備えることができる。

浮上汚泥排出管９は、浮上濃縮部６の上方に連通し、浮上汚泥Ｓを外部に排出するための部材である。この浮上汚泥排出管９の形状や素材については、浮上汚泥Ｓを連続的に排出できるものであれば特に限定されず、公知の形状や素材を用いることができる。また、この浮上汚泥排出管９は、浮上汚泥Ｓの排出量や、固液分離部５及び／又は浮上濃縮部６の減圧状態を調整するための調整弁（図示せず）等をさらに備えることができる。

（固気分離装置）
固気分離装置３は、上記浮上汚泥Ｓを滞留させて脱気し、脱気汚泥Ｕを得るための装置である。具体的には、固気分離装置３は、分離浮上濃縮装置２の浮上汚泥排出管９から排出される高濃度かつ高粘度の浮上汚泥Ｓを滞留させて脱気し、ガスＴと脱気汚泥Ｕとに分離する装置である。この固気分離装置３は、ガスＴを外部に排出するためのガス排出部１０、脱気汚泥Ｕを外部に排出するための脱気汚泥排出部１１を主として備える。

固気分離装置３において浮上汚泥Ｓを脱気するための手段としては、例えば、後述の真空装置４が形成する真空状態を利用してガス排出部１０側からガスＴを減圧吸引する手段が挙げられる。また、固気分離装置３の形状としては、特に限定されず、例えば、ガス排出部１０を上部に、脱気汚泥排出部１１を下部に配設し、この下部がコーン状に狭まる略円錐形状であるとよい。このように、固気分離装置３の下部が略円錐形状であることにより、脱気汚泥Ｕを自然流下により排出しやすくすることができる。なお、固気分離装置３は、ガス排出部１０に連通しガスＴを外部に排出するためのガス排出管（図示せず）、脱気汚泥排出部１１に連通し脱気汚泥Ｕを排出するための脱気汚泥排出管（図示せず）や排泥ポンプ（図示せず）、固気分離装置３内部の減圧状態を調整するためにガス排出管及び脱気汚泥排出管に配設される調整弁（図示せず）等をさらに備えることができる。

真空装置４は、汚泥濃縮システム１における一連の汚泥の減圧及び脱気を行うための装置である。具体的には、真空装置４は、汚泥濃縮システム１の最後段、即ち固気分離装置３の後段に配設され、分離浮上濃縮装置２における減圧及び浮上汚泥Ｓの吸引と、固気分離装置３における浮上汚泥Ｓの脱気とを一体的に実現するための装置である。

上記真空装置４の種類としては、特に限定されず、例えば、エジェクターや真空ポンプ等が挙げられるが、中でもエジェクターを用いることが好ましい。このエジェクターは、モーター等でポンプを回転させるような機械的運動によらずに圧縮空気から真空を発生させる装置であり、主としてノズル及びディフューザー（図示せず）から構成される。このノズル及びディフューザーは、適当な距離を置いて対向しており、このノズル及びディフューザーに、例えば水などの動作流体が一体的かつ高速に通過することで、ノズルとディフューザーとの間に真空を発生させることができる。つまり、真空装置４としてエジェクターを用いることで、簡素な構成により、分離浮上濃縮装置２における減圧及び浮上汚泥Ｓの吸引と、固気分離装置３における浮上汚泥Ｓの脱気とを一体的に実現でき、汚泥濃縮システム１の簡素化やコンパクト化を達成することができる。なお、かかるノズルやディフューザーの寸法、形状、配置等については、要求される到達真空圧や吸い込み流量等に応じて自在に調整することができる。

上記エジェクターの動作流体として、上記脱離液Ｒを用いるとよい。かかる脱離液Ｒはガス溶存度が比較的低いことから、エジェクターの動作流体として脱離液Ｒを用いることで、エジェクターにおける吸引ガス量の負荷を低減して真空能力を高めることができることに加え、かかる脱離液Ｒを再利用してエジェクターを稼働させることから、省資源化及びリサイクル化を実現することができる。なお、上記脱離液Ｒを分離浮上濃縮装置２からエジェクターに導入する構成としては、特に限定されず、例えば分離浮上濃縮装置２の脱離液排出管８を通じて脱離液Ｒをエジェクターに供給する構成が挙げられる。

（汚泥濃縮システムの操作手順）
汚泥濃縮システム１の操作手順について、作用効果を踏まえて詳説する。

例えば、分離浮上濃縮装置２における原汚泥供給管７及び脱離液排出管８の調整弁を閉じると共に浮上汚泥排出管９の調整弁を解放し、固気分離装置３における上述の脱気汚泥排出管の調整弁を閉じると共にガス排出管の調整弁を解放した後、真空装置４を作動させて真空状態を形成させることで、分離浮上濃縮装置２の内部及び固気分離装置３の内部は減圧状態となる。次いで、かかる真空状態を維持継続させつつ原汚泥供給管７の調整弁を解放し、原汚泥Ｐを分離浮上濃縮装置２内部に供給することで、固液分離部５の内部において原汚泥Ｐが水平方向又は略水平方向に灌流する。

この固液分離部５において、減圧下で原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させるにつれ、原汚泥Ｐ中の溶存ガスが発泡し、原汚泥Ｐは、かかる発泡ガスを含む分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとに徐々に分離し、この流れの下流において、分離汚泥Ｑと脱離液Ｒとに固液分離する。つまり、原汚泥Ｐを水平又は略水平方向に灌流させるという簡易な手段により、分離浮上濃縮装置２は、原汚泥Ｐの固液分離を効果的かつ確実に実現することができる。また、分離浮上濃縮装置２は、上述した原汚泥Ｐの灌流操作を連続して行うことで、原汚泥Ｐの固液分離を停止させることなく連続的かつ高速に行うことができる。

固液分離部５の下流で固液分離された脱離液Ｒは、浮上濃縮部６の脱離液排出管８を通じて外部に排出される。また、固液分離部５の下流で固液分離された分離汚泥Ｑは、浮上濃縮部６に移動し、浮上濃縮部６の減圧下において分離汚泥Ｑ中の溶存ガスの発泡が促進されることにより、この発泡ガスと同伴して垂直又は略垂直方向に浮上する。その結果、浮上濃縮部６において浮上した分離汚泥Ｑの層が厚く形成され、この分離汚泥Ｑの圧密による濃縮効果により高濃度の浮上汚泥Ｓを得ることができ、その結果、汚泥濃縮効果を一層向上させることができる。また、かかる浮上汚泥Ｓは、浮上濃縮部６における最上位に蓄積されることから、高濃度かつ高粘度の浮上汚泥Ｓの排出や回収を上方から容易に達成することができ、濃縮汚泥の排出の容易化を実現することができる。さらに、分離浮上濃縮装置２は、原汚泥Ｐの灌流及び分離汚泥Ｑの浮上という一連の過程において原汚泥Ｐの固液分離及び分離汚泥Ｑの浮上濃縮を達成できることから、原汚泥Ｐの給泥操作を連続して行うことができ、その結果、汚泥濃縮操作の連続高速化を実現ことができる。つまり、分離浮上濃縮装置２は、固液分離部５と浮上濃縮部６とを組み合わせて備えることで、汚泥濃縮システム１における十分な汚泥濃縮効果、濃縮汚泥の排出の容易化、汚泥濃縮操作の連続高速化を、簡素でコンパクトな構成により達成することができる。

分離浮上濃縮装置２の浮上濃縮部６で浮上濃縮された浮上汚泥Ｓは、真空装置４の真空作用により減圧吸引され、浮上汚泥排出管９を通じて固気分離装置３に搬入され、内部に滞留する。かかる固気分離装置３において、滞留した浮上汚泥Ｓは、真空装置４の真空作用により減圧脱気され、ガスＴと脱気汚泥Ｕとに固気分離される。このガスＴは真空装置４の減圧吸引作用によりガス排出部１０を通じて外部に排出され、脱気汚泥Ｕは脱気汚泥排出部１１を通じて外部に排出される。つまり、固気分離装置３は、発泡ガスを含む浮上汚泥Ｓを脱気汚泥ＵとガスＴとに確実に固気分離できると共に、汚泥密度を向上させ、搬送性や取り扱いの容易性を向上させることができる。また、真空装置４による真空状態を継続する限り、原汚泥Ｐの灌流、分離汚泥Ｑの浮上、浮上汚泥Ｓの回収及び脱気という一連の過程において、原汚泥Ｐの固液分離、分離汚泥Ｑの浮上濃縮、浮上汚泥Ｓの脱気による搬送性及び取り扱い容易性の向上を達成できることから、原汚泥Ｐの給泥操作、浮上汚泥Ｓの回収、浮上汚泥Ｓの濃縮化を連続して行うことができ、その結果、汚泥濃縮操作の連続高速化を簡素でコンパクトな構成により実現することができる。

特に、この真空装置４が汚泥濃縮システム１の最後段、即ち固気分離装置３の後段に配設されることで、真空装置４の内部に浮上汚泥Ｓ等の固形物が侵入することを防止又は低減でき、その結果、真空装置４では固気分離装置３で排出されるガスＴのみを効率的に吸引脱気することができる。つまり、真空装置４が汚泥濃縮システム１の最後段に配設されることで、良好な真空状態が連続的かつ効果的に形成され、十分な汚泥濃縮効果を安定的に維持することができる。なお、上述した通り、この真空装置４がエジェクターであり、このエジェクターの動作流体として浮上濃縮部６から排出される脱離液Ｒを用いることが好ましい。

なお、このような高濃度の脱気汚泥Ｓは、例えば、別工程である汚泥の脱水処理装置における脱水性やメタン発酵処理装置における発酵効果を向上させることから、汚泥濃縮システム１は、かかる脱水処理装置やメタン発酵処理装置の前処理装置として有効に利用することができる。

なお、本発明の汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の汚泥濃縮システムにおける分離浮上濃縮装置は、図４に示す通り、固液分離部５の長手方向の両端に原汚泥供給管７を備え、この２本の原汚泥供給管７を通じて２方向から灌流される原汚泥Ｐの合流地点、即ち固液分離部５の長手方向中央に浮上濃縮部６が連通する構造を備えることができる。このような構造を備えることで、本発明の汚泥濃縮システムにおける分離浮上濃縮装置は、上述した汚泥の固液分離効果及び浮上濃縮効果を妨げることなく、より大量の原汚泥を濃縮処理することができる。

また、例えば、図５の分離浮上濃縮装置は、固液分離部５の側面に４本の原汚泥供給管７を備え、かかる４本の原汚泥供給管７を通じて４方向から灌流される原汚泥Ｐの合流地点、即ち固液分離部５の中央に浮上濃縮部６が連通する構造を備えることができる。このような構造を備えることで、本発明の汚泥濃縮システムにおける分離浮上濃縮装置は、上述した汚泥の固液分離効果及び浮上濃縮効果を妨げることなく、より大量の原汚泥を濃縮処理することができる。

また、例えば、図６の分離浮上濃縮装置は、固液分離部５の側面に等間隔に６本の原汚泥供給管７を備え、かかる６本の原汚泥供給管７を通じて６方向から灌流される原汚泥Ｐの合流地点、即ち固液分離部５の中央に浮上濃縮部６が連通する構造を備えることができる。このような構造を備えることで、本発明の汚泥濃縮システムにおける分離浮上濃縮装置は、上述した汚泥の固液分離効果及び浮上濃縮効果を妨げることなく、より大量の原汚泥を濃縮処理することができる。

また、例えば、図７の分離浮上濃縮装置は、固液分離部５の上方に開口部１２を備えることができる。具体的には、この分離浮上濃縮装置は、図３の分離浮上濃縮装置における固液分離部５の上方が開口する構造を備えている。かかる開口部１２を備えることで、本発明の汚泥濃縮システムにおける分離浮上濃縮装置は、原汚泥を常圧下で水平又は略水平方向に灌流させて分離汚泥と脱離液との固液分離を図ることができ、その結果、かかる原汚泥の灌流が大気解放状態における大気圧下で行われることとなり、原汚泥の固液分離を達成しつつ、浮上濃縮部における減圧下の負圧を低く調整することができる。

以上のように、本発明の汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮システムは、初沈汚泥、余剰汚泥、消化汚泥、浄化槽汚泥、凝集沈殿汚泥、有機性汚泥等の濃縮処理に使用され得る。

１ 汚泥濃縮システム
２ 分離浮上濃縮装置
３ 固気分離装置
４ 真空装置
５ 固液分離部
６ 浮上濃縮部
７ 原汚泥供給管
８ 脱離液排出管
９ 浮上汚泥排出管
１０ ガス排出部
１１ 脱気汚泥排出部
１２ 開口部
Ｐ 原汚泥
Ｑ 分離汚泥
Ｒ 脱離液
Ｓ 浮上汚泥
Ｔ ガス
Ｕ 脱気汚泥

Claims (7)

1. 原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させ、分離汚泥と脱離液との固液分離を図る固液分離工程と、
   上記固液分離工程の下流において、減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ、垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り、浮上汚泥を得る浮上濃縮工程と
   を有する汚泥濃縮方法。
2. 上記固液分離工程において常圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、上記浮上濃縮工程における最上位の負圧が５ｋＰａ以上２５ｋＰａ以下である請求項１記載の汚泥濃縮方法。
3. 上記固液分離工程において減圧下で原汚泥を水平又は略水平方向に灌流させる場合、上記浮上濃縮工程における最上位の負圧が６５ｋＰａ以上９５ｋＰａ以下である請求項１記載の汚泥濃縮方法。
4. 上記浮上濃縮工程から得られる浮上汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離工程をさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥濃縮方法。
5. 上記減圧及び脱気を行う真空形成工程をさらに有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚泥濃縮方法。
6. 原汚泥を常圧下又は減圧下で水平又は略水平方向に灌流させて分離汚泥と脱離液との固液分離を図る固液分離部と、この固液分離部の下流において減圧下で上記分離汚泥を発泡ガスと同伴させ垂直又は略垂直方向に浮上させて濃縮化を図り浮上汚泥を得る浮上濃縮部とを備える分離浮上濃縮装置と、
   上記浮上汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離装置と、
   上記減圧及び脱気を行う真空装置と
   を備える汚泥濃縮システム。
7. 上記真空装置がエジェクターであり、
   このエジェクターの動作流体として上記脱離液を用いる請求項６記載の汚泥濃縮システム。
   
   
   

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