JP2013000712A - 有機性汚泥の脱水方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機性汚泥に高分子凝集剤を添加し、凝集汚泥を形成する凝集工程と、凝集汚泥を加圧することにより凝集汚泥を圧搾して脱水する凝集汚泥加圧脱水工程と、凝集汚泥加圧脱水工程で形成された脱水ケーキに無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加工程と、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを機械脱水する機械脱水工程と、を順に行うことを特徴とする有機性汚泥の脱水方法を提案する。
【選択図】なし
Description
本実施形態の有機性汚泥の脱水方法(以下、「本脱水方法」と称する)は、有機性汚泥に高分子凝集剤を添加し凝集汚泥を形成する凝集工程と、前記工程で形成された凝集汚泥を加圧することにより凝集汚泥を圧搾して脱水する凝集汚泥加圧脱水工程と、前記工程で形成された脱水ケーキに無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加工程と、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを機械脱水する機械脱水工程とを順次実施することを特徴とする有機性汚泥の脱水方法である。
また、前記無機凝集剤添加工程と前記機械脱水工程の間に、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを加圧することにより、無機凝集剤を脱水ケーキに分散させるか、或いは、緩やかに混合して無機凝集剤を脱水ケーキに分散させる無機凝集剤分散工程を挿入することもできる。
以下、上記の各工程について順次説明する。
有機性汚泥は、下水処理、し尿処理、各種産業廃水処理などにおいて発生する有機性汚泥である。例えば最初沈澱池汚泥、余剰汚泥、嫌気性消化汚泥、好気性消化汚泥、浄化槽汚泥、消化脱離液などを挙げることができる。有機性汚泥は無機物を含んでもよい。
有機性汚泥は、通常、pH6〜8であるという特徴を有している。
本工程では、有機性汚泥に高分子凝集剤を添加し、凝集フロックを生じさせて凝集汚泥を形成する。
無機凝集剤を添加する前に高分子凝集剤を使用して凝集処理を行うことにより、最終的に得られる脱水処理物の含水率を効果的に低減することができると共に、無機凝集剤の使用量を減らすことができる。
本脱水方法では、後工程で無機凝集剤を使用するため、無機凝集剤との相性に優れた両性高分子凝集剤を使用するが好ましい。
その中でも、後述する実施例に示すように、最終的に得られる脱水処理物の含水率をより一層低減できるという観点から、pH4におけるカチオン度が3.0meq/g以上の両性高分子凝集剤がさらに好ましく、その中でも特にpH4におけるカチオン度が3.5meq/g以上の両性高分子凝集剤がより一層好ましい。
両性高分子凝集剤としては、例えばジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物、ジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物、ジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物などを挙げることができる。
但し、以上は例示であり、これらに限定するものではない。
本工程では、前記工程で得られた凝集汚泥を加圧しながら脱水することにより、凝集汚泥の脱水をより一層効果的に行うことができる共に、汚泥を濃縮させて汚泥濃度の高い脱水ケーキを形成することができる。
脱水ケーキのTSが100g/Lより低い場合、次工程で無機凝集剤を分散させ易くなるものの、脱水ろ液側に流出する無機凝集剤が増加し、無機凝集剤を有効利用できなり、無機凝集剤の添加量が増加する。このため、脱水ケーキのTSが100g/L以上となるように加圧脱水するのが好ましい。一般的に100g/L以上のTSまで凝集汚泥を濃縮するには、重力脱水、すなわち凝集汚泥の自重によって脱水する方法では、脱水圧力が不十分であるため、加圧しながら脱水して濃縮する必要がある。他方、脱水ケーキのTSが150g/Lより高い場合、脱水ケーキは固体に近くなり、脱水ケーキ内部に無機凝集剤を分散させることができず、無機凝集剤の効果が十分発揮できなくなるため、やはり無機凝集剤の添加量が増加する。このような観点から、上述のように、脱水ケーキのTSが100〜150g/Lとなるように加圧脱水するのが好ましい。
凝集汚泥加圧脱水工程で形成された脱水ケーキにスリットを形成し、スリットを入れた脱水ケーキを次の無機凝集剤添加工程に供給するのが好ましい。
このように、脱水ケーキに複数のスリットを形成すると、スリットを形成しない場合には、無機凝集剤は脱水ケーキの上面にしか分散できないのに対し、スリットを介して脱水ケーキの内部まで無機凝集剤を分散させることができる。
スリットの形成方向は、鉛直方向でも水平方向でもよい。鉛直方向に形成すれば、無機凝集剤を上方から添加することで、スリットの鉛直断面を自然に伝って分散させることができる。
また、スリットは、脱水ケーキを上面視した場合に、縦方向又は横方向に適宜間隔をおいて形成するようにしてもよいし、また、格子状に形成するようにしてもよい。
本工程では、前工程で得られた脱水ケーキに無機凝集剤を添加することにより、脱水効率をさらに高めることができる。
上記観点から、脱水ケーキのTSが100〜150g/Lであれば、無機凝集剤の希釈倍率は2〜5倍が好ましい。より好ましい希釈倍率は3〜4倍である。
無機凝集剤添加工程後、機械脱水工程の前に、必要に応じて、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを加圧するか、或いは、緩やかに混合するかして、無機凝集剤を脱水ケーキに分散させるようにしてもよい。
無機凝集剤が添加された脱水ケーキを機械脱水し、脱水処理物を得ることができる。
このような本脱水方法によれば、脱水処理物の含水率を80%以下、好ましくは75%以下、中でも好ましくは70%以下まで低減することができるから、廃棄物量を削減することができる。
本脱水方法を実施するための装置構成の一態様として、有機性汚泥と高分子凝集剤とを混合して凝集汚泥を形成する凝集槽と、凝集汚泥を圧搾して脱水する汚泥圧搾機と、脱水ケーキに無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加機と、脱水機と、を備えた構成例を挙げることができる。
汚泥圧搾機4では、凝集汚泥を加圧することにより凝集汚泥を圧搾して脱水すると共に、脱水ケーキを形成し(凝集汚泥加圧脱水工程)、スリット形成機5に供給する。
スリット形成機5では、脱水ケーキに複数のスリットを入れ(スリット形成工程)、無機凝集剤添加機6に搬送する。
無機凝集剤添加機6では、スリットが形成された脱水ケーキに無機凝集剤を添加し(無機凝集剤添加工程)、脱水機8に供給し、脱水ケーキを機械脱水し、脱水処理物を得ることができる(機械脱水工程)。
汚泥圧搾機4としては、例えば図3に示すように、汚泥投入用ホッパー11と、汚泥移動手段12と、汚泥移動手段12の上方に設けられた加圧手段13と、汚泥移動手段12の下方に設けられた水捕集手段14とを備えた構成のものを例示することができる。
加圧板13Aの角度並びにベルト16との隙間の大きさを変更することにより、凝集汚泥に掛かる圧力を調整することができ、脱水効率を調整することができる。
また、加圧板13Aの代わりに、例えばローラーを設置することもできる。
汚泥投入用ホッパー11に凝集汚泥を投入すると、凝集汚泥は汚泥移動手段12によって水平方向汚泥排出口側に移動させられ、ベルト16の上面上を水平に搬送される。凝集汚泥は、この搬送過程で脱水されると共に、加圧板13Aとベルト16との間の隙間を通過する際に加圧されてさらに脱水され、汚泥排出口17から板状の脱水ケーキとして送り出される。脱水された水は、汚泥移動手段12から落下して水捕集手段14に捕集され、廃水口から排水される。
図4には、スリット形成機5の一例を示してある。この図は、汚泥圧搾機4の汚泥排出口の一部分を拡大した図である。
この例のように、汚泥圧搾機4の汚泥排出口17に、櫛状の裁断刃20を水平方向に適宜間隔を置いて、刃が鉛直方向となるように設置するようにしてスリット形成機5を構成することができる。
このような櫛状の裁断刃により、汚泥圧搾機4から押し出されてくる脱水ケーキに鉛直方向のスリットを形成することができる。
無機凝集剤添加機6としては、任意の構成のものを採用可能である。例えばノズルやスプレーを用いて無機凝集剤を添加する方式、V字形やU字形のノッチから無機凝集剤を滴下する方式などを挙げることができる。
無機凝集剤の脱水ケーキへの分散をさらに促進するため、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを加圧して無機凝集剤を脱水ケーキに分散させることができる装置、或いは、緩やかに混合して無機凝集剤を脱水ケーキに分散させることができる装置としては、任意の装置を採用することができる。
脱水ケーキを加圧する機械としては、加圧手段を備えた任意の装置を採用可能であり、例えば汚泥圧搾機4と同種の機械を使用することもできる。また、平板で脱水ケーキを加圧する構成の機械を使用することもできる。
また、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを緩やかに混合する装置としては鋤型混合機、ドラム型混合機、スパチュラなどを挙げることができる。
脱水機8には、従来から知られた脱水機を使用することができる。例えば、スクリュープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機、真空脱水機、フィルタプレス脱水機、多重円板脱水機などを挙げることができる。
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
本試験では、凝集汚泥を加圧して脱水及び濃縮することにより、最終的に得られる脱水処理物の含水率を低減できるか検討した。
TSとは、蒸発残留物のことであり、汚泥を105〜110℃で蒸発乾固したときに残留する物質の濃度である。測定方法は下水試験法に準拠した。
両試験ともに、無機凝集剤としてポリ硫酸第二鉄の原液を使用した。
高分子凝集剤を純水に溶解し、500mg/Lの高分子凝集剤水溶液を調製した。次に90mLの純水と10mLの高分子凝集剤溶液を混合し、0.1規定の塩酸水溶液でpH4に調整した。これにトルイジンブルーを加え、1/400規定のポリビニル硫酸カリウムで滴定した。滴定では、青色から赤紫色に変色して15秒以上保持する時点を終点とした。カチオン度は以下の式から計算した。
カチオン度(meq/g)=滴定量(mL)/2
汚泥Aの試験では、有機汚泥19.6kg/h(TS換算)に対して1.9質量%(対TS)の高分子凝集剤を有機汚泥と共に凝集槽に投入し、撹拌混合して凝集汚泥を形成させた。次に、下記汚泥圧搾機を用いて凝集汚泥を脱水すると共に、濃縮して脱水ケーキ(厚さ30〜40mm)を形成した。次に、下記無機凝集剤添加機を用いて、5.8質量%(Fe換算、対TS)のポリ硫酸第二鉄の原液を、後述するように脱水ケーキの上方から滴下させて添加した。その後、スクリュープレス脱水機により脱水ケーキの脱水をし、得られた脱水処理物の含水率を測定した。
無機凝集剤添加機として、複数の穴が開いたプラスチック配管を、上記汚泥圧搾機4の汚泥排出口17に設置したものを使用し、この配管にポリ硫酸第二鉄を供給することにより、脱水ケーキにポリ硫酸第二鉄を滴下した。
試験結果を表1に示す。
汚泥圧搾機4を使用することにより、汚泥Аでは0.7ポイント、汚泥Bでは1.8ポイント、脱水処理物の含水率の低減できた。
本試験では、無機凝集剤の希釈液を脱水ケーキに添加することにより、最終的に得られる脱水処理物の含水率を低減できるか検討した。
また、高分子凝集剤として両性高分子凝集剤(ジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物、pH4のカチオン度3.6meq/gを使用した。
有機汚泥15.7kg/h(TS換算)に対して2.2質量%(対TS)の高分子凝集剤を有機汚泥と共に凝集槽に投入し、撹拌混合して凝集汚泥を形成させた。次に、試験1と同様の汚泥圧搾機を用いて凝集汚泥を脱水すると共に、濃縮して脱水ケーキ(厚さ30〜40mm、TS100〜120g/L)を形成した。
次に、図4に示したスリット形成機5により、脱水ケーキに15mmの間隔でスリットを形成した。次に、試験1と同様に、2.3質量%(Fe換算、対TS)のポリ硫酸第二鉄の希釈液(希釈倍率3、5倍)を、スリットを形成した脱水ケーキの上方から滴下させて添加した。最後に、その後、スクリュープレス脱水機により脱水ケーキの脱水をし、得られた脱水処理物の含水率を測定した。
なお、ポリ硫酸第二鉄の希釈水には、活性汚泥処理の処理水を砂ろ過処理した水を使用した。
試験結果を表2に示す。
本試験では、各種高分子凝集剤を使用することにより、最終的に得られる脱水処理物の含水率を低減できるか検討した。
有機汚泥16.6kg/h(TS換算)に対して2.4質量%(対TS)の両性高分子凝集剤a(ジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物、pH4におけるカチオン度3.6meq/g)を有機汚泥と共に凝集槽に投入し、撹拌混合して凝集汚泥を形成させた。次に、試験1と同様の汚泥圧搾機を用いて凝集汚泥を脱水すると共に、濃縮して脱水ケーキ(厚さ30〜40mm、TS120〜130g/L)を形成した。次に、試験1と同様に、5.8質量%(Fe換算、対TS)のポリ硫酸第二鉄の原液を、脱水ケーキの上方から滴下させて添加した。そして最後に、スクリュープレス脱水機により脱水ケーキの脱水をし、得られた脱水処理物の含水率を測定した。
試験結果を表3に示す。
本実施例では、pH4におけるカチオン度が異なる両性高分子凝集剤を使用することにより、最終的に得られる脱水処理物の含水率を低減できるか検討した。
また、試験には2種類の両性高分子凝集剤(a、d)を使用した。両性高分子凝集剤の組成はいずれもジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物である。両性高分子凝集剤a、dのpH4におけるカチオン度は、それぞれ3.6meq/g、3.0meq/gである。
汚泥Eの試験では、100mLの有機汚泥に対して1.3質量%(対TS)の両性高分子凝集剤を有機汚泥と共に200mLのビーカーに投入し、撹拌混合して凝集汚泥を形成させた。次に、凝集汚泥を濃縮して脱水ケーキ(TS100〜110g/L)を形成した。次に、4.0質量%(Fe換算、対TS)のポリ硫酸第二鉄の原液を、試験1と同様に脱水ケーキの上方から滴下させて添加し、スパチュラを用いて緩やかに混合した。最後に、ピストン型加圧脱水機により脱水ケーキを脱水し、得られた脱水処理物の含水率を測定した。
試験結果を表4に示す。
本試験では、無機凝集剤を添加した後、脱水ケーキを加圧することにより、最終的に得られる脱水処理物としての脱水処理物の含水率を低減できるか検討した。
250mLの有機汚泥に対しての1.8質量%(対TS)の両性高分子凝集剤(ジメチルアミノメチルアクリレート4級アンモニウム塩とジメチルアミノメチルメタクリレート4級アンモニウム塩とアクリルアミドとアクリル酸との共重合物、pH4におけるカチオン度3.6meq/g)を有機汚泥と共に1Lのビーカーに投入し、撹拌混合して凝集汚泥を形成させた。次に、凝集汚泥を平板で加圧(圧力10kPa)し、濃縮した。次に、3.2質量%(Fe換算、対TS)のポリ硫酸第二鉄の原液を、脱水ケーキの上面に滴下した。次に、平板で再度脱水ケーキを加圧した。最後に、ベルトプレス脱水機により脱水ケーキの脱水をし、得られた脱水処理物の含水率を測定した。
試験結果を表5に示す。
Claims (7)
- 有機性汚泥に高分子凝集剤を添加し、凝集汚泥を形成する凝集工程と、
凝集汚泥を加圧することにより凝集汚泥を圧搾して脱水する凝集汚泥加圧脱水工程と、
凝集汚泥加圧脱水工程で形成された脱水ケーキに無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加工程と、
無機凝集剤が添加された脱水ケーキを機械脱水する機械脱水工程と、を有し、
凝集工程、凝集汚泥加圧脱水工程、無機凝集剤添加工程、機械脱水工程の順に行うことを特徴とする有機性汚泥の脱水方法。 - 前記凝集汚泥加圧脱水工程と前記無機凝集剤添加工程の間に、脱水ケーキにスリットを形成することを特徴とするスリット形成工程を挿入してなる請求項1記載の有機性汚泥の脱水方法。
- 前記凝集工程において、pH4におけるカチオン度が3.0meq/g以上の両性高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の有機性汚泥の脱水方法。
- 前記無機凝集剤添加工程において、無機凝集剤の2〜5倍希釈液を添加することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の有機性汚泥の脱水方法。
- 前記無機凝集剤添加工程と前記機械脱水工程の間に、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを加圧することにより、脱水ケーキに無機凝集剤を分散させることを特徴とする無機凝集剤分散工程を挿入してなる請求項1〜4の何れかに記載の有機性汚泥の脱水方法。
- 有機性汚泥と高分子凝集剤とを混合して凝集汚泥を形成する凝集槽と、当該凝集汚泥を圧搾して脱水して脱水ケーキを形成する汚泥圧搾機と、当該脱水ケーキに無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加機と、脱水機とを備えた有機性汚泥の脱水装置。
- 汚泥投入用ホッパーと、汚泥移動手段と、汚泥移動手段の上方に設けられた加圧手段と、汚泥移動手段の下方に設けられた水捕集手段とを備えると共に、前記汚泥移動手段の汚泥排出口にスリット形成機を備えた汚泥圧搾機。
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