JP2013000712A - 有機性汚泥の脱水方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無機凝集剤・後添加法による脱水方法において、最終的に得られる脱水処理物の含水率をより一層低減することができ、廃棄物量を削減することができる、新たな脱水方法を提供する。
【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

本発明は、有機性汚泥の脱水方法及び装置に関する。
近年、廃棄物量を削減し、環境負荷を低減することが求められているなか、廃水処理施設から排出される有機性汚泥の脱水技術は極めて重要であり、有機性汚泥の効率的な脱水方法の開発が望まれている。
有機性汚泥の脱水の場合、高分子凝集剤により汚泥を凝集させた後、機械的な脱水を行う方法(「1液法」と称される。)や、無機凝集剤を汚泥に添加した後、高分子凝集剤で凝集させ、機械的な脱水を行う方法(「無機凝集剤・前添加法」と称される。)などが一般的に行われてきた。
近年、有機性汚泥の別の脱水方法として、高分子凝集剤で汚泥を凝集させた後、重力濃縮し、さらに無機凝集剤を添加し、機械的な脱水を行う方法(「無機凝集剤・後添加法」と称される。)が提案されている。
例えば特開昭61−149300号公報(特許文献1)には、有機性汚泥にカチオン系有機高分子凝集剤を添加して混合した後、この汚泥を撹拌しながらフロックを生成させる第1工程、次にこの汚泥を重力ろ過する第2工程、この重力ろ過後の汚泥に鉄塩を添加して、混合した後加圧脱水する第3工程よりなる有機性汚泥の脱水方法が提案されている。
また、特開平9−24400号公報(特許文献2)には、消化汚泥にカチオンポリマーを添加して凝集処理する工程と、凝集した汚泥を重力脱水する工程と、重力脱水した汚泥に無機凝集剤を添加して調質する工程と、調質した汚泥に両性ポリマーを添加して脱水機で脱水する工程とを有する消化汚泥の脱水方法が提案されている。
さらにまた、特開2009−165964号公報(特許文献3)には、廃水処理設備から発生する汚泥に高分子凝集剤を添加して緩速撹拌して1次凝集処理を行い、次に1次凝集処理後の汚泥を高濃度濃縮処理し、次いで濃縮処理後の汚泥に高分子凝集剤又は無機凝集剤を添加して急速撹拌して2次凝集処理を行い、さらに脱水処理を施す汚泥の脱水処理方法が提案されている。
特開昭61−149300号公報 特開平9−24400号公報 特開2009−165964号公報
本発明の目的は、無機凝集剤・後添加法による脱水方法において、最終的に得られる脱水処理物の含水率をより一層低減することができ、その結果廃棄物量を削減することができる、新たな脱水方法及びそれを実施するための装置を提供することにある。
本発明は、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、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を提案するものである。
本発明が提案する有機性汚泥の脱水方法によれば、無機凝集剤・後添加法において、凝集汚泥を加圧しながら脱水する、すなわち凝集汚泥を圧搾することにより、例えば汚泥自身の自重による脱水に比べて、凝集汚泥の脱水をより一層効果的に行うことができ、しかも脱水ケーキにおける汚泥濃度を顕著に高めることができるから、最終的に得られる脱水処理物の含水率をより一層低減することができ、その結果、廃棄物量を削減することができる。
本発明に係る有機性汚泥の処理方法を実施するための装置構成の一例を示した図である。 図1に示した装置構成の変形例を示した図である。 汚泥圧搾機の一例を示した概略図である。 スリット形成機の一例を示した概略図である。 脱水ケーキにスリットを形成した場合の効果を説明するための図であり、(A)は脱水ケーキにスリットを形成した状態の一例を示した斜視図であり、(B)はスリットを形成しない状態の一例を示した斜視図である。
次に、実施の形態例に基づいて本発明を説明するが、本発明が次に説明する実施形態に限定されるものではない。
<フロー>
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。
本脱水方法においては、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、必要に応じて、脱水ケーキにスリットを形成するスリット形成工程を挿入するのが好ましい。
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>
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。
<凝集工程>
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。
高分子凝集剤としては、カチオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤などを挙げることができる。カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の混合物でもよい。
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。
カチオン性高分子凝集剤としては、例えばアクリレート系高分子凝集剤(「DAA系高分子凝集剤」とも称する)、メタクリレート系高分子凝集剤(「DAM系高分子凝集剤」とも称する)、アミド基、ニトリル基、アミン塩酸塩、ホルムアミド基などを含むポリビニルアミジン(「アミジン系高分子凝集剤」とも称する)、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性物などを挙げることができる。
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。
高分子凝集剤の溶液における溶媒は、純水、水道水、工業用水、地下水、各種廃水処理の処理水、海水などを挙げることができるが、高分子凝集剤の凝集力を最大限発揮させる観点からは純水が好ましい。一方、経済性の観点からは水道水、工業用水、地下水、各種廃水処理の処理水が好ましい。
高分子凝集剤は、有機性汚泥のTSに対して0.3質量%以上添加すれば、脱水効果を高めることができる一方、3.5質量%を超えて添加しても高分子凝集剤の無駄である。よって、かかる観点から、高分子凝集剤の添加量は、有機性汚泥のTSに対して0.3〜3.5質量%で添加するのが好ましく、中でも0.4質量%以上或いは3.0質量%以下、その中でも0.5質量%以上或いは2.5質量%以下の割合で添加するのがより一層好ましい。
<凝集汚泥加圧脱水工程>
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。
本工程では、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く、中でも脱水ケーキのTSが110g/L以上或いは140g/L以下となるようにするのがより一層好ましい。「TS」とは、蒸発残留物のことであり、この場合は、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。
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。
凝集汚泥に掛ける圧力は、脱水ケーキのTSが上記範囲になるように適宜調整すればよい。凝集汚泥に掛ける加圧圧力の目安としては、0.5〜50kPaの圧力を脱水ケーキに掛けるのが好ましく、特に1kPa以上40kPa以下、中でも特に3kPa以上或いは30kPa以下の圧力を脱水ケーキに掛けるのがより一層好ましい。
本工程で形成される脱水ケーキの形状は特に限定するものではないが、無機凝集剤の分散性を考慮すると、平板状とするのが好ましい。
<スリット形成工程>
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。
前記工程で形成された脱水ケーキは、加圧脱水されているため、重力により脱水された脱水ケーキと比較して、流動性が低く、そのままの状態では、無機凝集剤を脱水ケーキに均一に浸透及び分散させることが難しい。そこで、無機凝集剤を分散させるために、脱水ケーキを撹拌したり混練したりすると、高分子凝集剤による凝集によって形成された凝集フロックが壊れてしまい、含水率を効果的に低減することができない。これに対し、脱水ケーキにスリットを形成することにより、スリットを入れた端面からも無機凝集剤を浸透及び分散させることができるため、凝集フロックを壊さずに無機凝集剤を効率的に汚泥に分散させることができ、無機凝集剤の効果を高めることができると共に無機凝集剤の使用量を削減することができる。
図5(A)は、脱水ケーキにスリットを形成した場合の無機凝集剤の分散の様子の一例を示しており、(B)はスリットを形成しない場合の無機凝集剤の分散の様子の一例を示している。図の斜線領域は無機凝集剤が分散した領域を表す。
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。
より具体的には、脱水ケーキに複数のスリットを入れて、脱水ケーキを複数のブロックに分断し、各ブロックの端面に無機凝集剤を分散させて浸透させるようにすればよい。
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。
スリットの間隔に関しては、高分子凝集剤によって形成された凝集フロックを壊さないようにスリットを入れるためには、スリットの間隔を1cm以上にすればよいと考えることができる。他方、スリットの間隔を10cmよりも大きくすると、スリットを形成する効果が損なわれてしまう可能性がある。このような観点から、スリットの間隔は1cm〜10cmとするのが好ましく、中でも2cm以上或いは5cm以下とするのがさらに好ましい。
<無機凝集剤添加工程>
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。
使用する無機凝集剤としては、例えば塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄などを挙げることができる。
無機凝集剤は、粘度を低下させて脱水ケーキ内に含浸及び分散させやすくすると共に、希釈することによりボリュームを増やして均一分散させやすくする観点から、希釈水で希釈後、脱水ケーキに添加することが好ましい。
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。
希釈液には、純水、水道水、工業用水、地下水、各種廃水処理の処理水、海水などが使用できるが、経済性の観点からは、工業用水、地下水、各種廃水処理の処理水が好ましい。
無機凝集剤は、有機性汚泥のTSに対して1.0質量%(Fe換算)以上添加すれば、脱水効果を高めることができる一方、10質量%(Fe換算)を超えて添加しても無機凝集剤の無駄である。よって、かかる観点から、無機凝集剤の添加量は、有機性汚泥に対して1.0〜10質量%(Fe換算)で添加するのが好ましく、中でも1.5質量%(Fe換算)以上或いは8.0質量%(Fe換算)以下、その中でも2質量%(Fe換算)以上或いは6.0質量%(Fe換算)以下の割合で添加するのがより一層好ましい。
<無機凝集剤分散工程>
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。
前述したように、凝集汚泥加圧脱水工程で形成された脱水ケーキは、加圧脱水されているため、重力により脱水された脱水ケーキと比較して、流動性が低く、そのままの状態では、無機凝集剤を脱水ケーキに均一に浸透及び分散させることが難しい。無機凝集剤を分散させるために、脱水ケーキを急速撹拌すると、高分子凝集剤による凝集によって形成された凝集フロックが壊れてしまい、含水率を効果的に低減することができない。そこで、無機凝集剤が添加された脱水ケーキを加圧したり、或いは、緩やかに混合したりすることで、凝集フロックを壊さずに無機凝集剤を汚泥に分散させることができ、無機凝集剤の効果を高めることができる。
<機械脱水工程>
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。
<装置構成>
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。
より具体的には、図1に示すように、高分子凝集剤溶解槽1、無機凝集剤貯槽2、凝集槽3、汚泥圧搾機4、スリット形成機5、無機凝集剤添加機6及び脱水機8を備えた装置構成を挙げることができる。
このような装置構成であれば、図1に示すように、高分子凝集剤溶解槽1において高分子凝集剤を調製し、この高分子凝集剤を高分子凝集剤溶解槽1から凝集槽3に供給する一方、有機性汚泥を凝集槽3に投入し、凝集槽3におい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し(凝集工程)、形成された凝集汚泥は、配管を通じて汚泥圧搾機4に供給する。
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)。
また、図2に示すように、無機凝集剤添加機6により無機凝集剤が添加された脱水ケーキを無機凝集剤分散機7に供給して、無機凝集剤を脱水ケーキに分散させるようにした後、脱水機8に供給するようにしてもよい。
以下、汚泥圧搾機4、スリット形成機5、無機凝集剤添加機6及び無機凝集剤分散機7についてさらに説明する。
(汚泥圧搾機4)
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。
ここで、汚泥移動手段12は、ベルト16とベルト駆動装置21とで構成される。ベルト16の上面全体(搬送面)がベルト駆動装置21により水平移動し、汚泥を水平方向汚泥排出口側に移動させることができると共に、凝集汚泥はベルト16上を移動する間にろ過され、ろ液は下方の水捕集手段14に落下するようになっている。
加圧手段13は、汚泥移動手段12の汚泥排出口17の手前に、ベルト16との間に隙間を設けるように、加圧板13Aを斜めに設置し、汚泥が汚泥移動手段12によって水平方向汚泥排出口側に移動されてくると、加圧板13Aとベルト16との間の隙間を通過する際に上から加圧されるようになっている。
加圧板13Aは一つ或いは二つ以上設けてもよいし、また、加圧板13Aは、設置角度が固定されるように設けることもできるし、設置角度を随時変更できるように設けることもできる、さらには、上下揺動可能に軸支することもできる。
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。
水捕集手段14は、汚泥移動手段12に沿ってその下方に設けられており、汚泥移動手段12から落下してくる水を捕集して、廃水口から排水できるようになっている。
次に、このような構成を備えた汚泥圧搾機4の動作について説明する。
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。
なお、汚泥圧搾機4としては、このような構成の汚泥圧搾機4のほかにも、従来の汚泥脱水に使用される汚泥圧搾機、例えば遠心濃縮機、スクリュー濃縮機、楕円板型濃縮機などを採用することも可能である。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。
(スリット形成機5)
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。
ただし、スリット形成機5は上記構成のものに限定されるものではない。例えば、上面視格子状に組まれた裁断刃、或いは、上面視した場合に脱水ケーキの長さ方向又は幅方向に適宜間隔をおいて組まれた裁断刃を、脱水ケーキに対して上方から昇降できる装置を使用することも可能である。
(無機凝集剤添加機6)
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。
(無機凝集剤分散機7)
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。
但し、無機凝集剤分散機7では、加圧により脱水ケーキから無機凝集剤を含有したろ液が生じるが、このろ液は系外に排出しないことが好ましい。ろ液を系外に排出すると、ろ液とともに無機凝集剤が系外に排出されるため、無機凝集剤を効率的に利用できず、無機凝集剤の使用量が増加する。
(脱水機8)
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。
<語句の説明>
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。
以下、本発明を下記実施例及び比較例に基づいてさらに詳述する。
(試験1)
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。
試験には、2種類の嫌気性消化汚泥(A、B)を使用した。汚泥A、汚泥BのTSはそれぞれ13.1g/L、19.3g/L、pHはそれぞれ7.2、7.3であった。
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。
汚泥Aの試験では、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2.0meq/g)を使用し、汚泥Bの試験では、カチオン性高分子凝集剤(DAA系高分子凝集剤とDAM系高分子凝集剤の混合物)を使用した。
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。
なお、pH4におけるカチオン度の測定方法は次の手順で行った(他の試験でも同様)。
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
試験手順は、以下の通りである。
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。
汚泥Bの試験では、有機汚泥17.5kg/h(TS換算)に対して2.4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。
汚泥圧搾機として、図3に示すように加圧板13Aを設置した汚泥圧搾機4を使用した。加圧板13Aには25kgの重りを載せた。
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。
比較試験として、図3に示す汚泥圧搾機4において加圧板13Aを設置しない構成の汚泥圧搾機(「重力濃縮機」と称する)を使用し、同様の試験を行った。
試験結果を表1に示す。
汚泥圧搾機4を使用した場合の脱水ケーキのTSは120〜130g/Lであった。他方、比較試験において、重力濃縮機を使用した場合の脱水ケーキのTSは60〜70g/Lであった。
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。
(試験2)
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。
試験には、嫌気性消化汚泥Cを使用した。汚泥CのTSは18.6g/L、pHは7.3であった。
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。
試験手順は以下の通りである。
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。
比較試験として、ポリ硫酸第二鉄原液を使用し、同様の試験を行った。
試験結果を表2に示す。
3倍希釈液、5倍希釈液の使用により、それぞれ脱水処理物の含水率を1.1、0.6ポイント低減できた。
(試験3)
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。
試験には、嫌気性消化汚泥Dを使用した。汚泥DのTSは17.3g/L、pHは7.3であった。
試験手順は以下の通りである。
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。
比較試験として、2種類のカチオン性高分子凝集剤(b、c)を使用し、同様の試験を行った。高分子凝集剤の組成はいずれもDAA系高分子凝集剤とDAM系高分子凝集剤の混合物である。カチオン性高分子凝集剤b、cのpH4におけるカチオン度は、それぞれ4.4meq/g、3.1meq/gである。
試験結果を表3に示す。
両性高分子凝集剤を使用することにより、脱水処理物含水率を低減できることを確認した。
(試験4)
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。
試験には、2種類の嫌気性消化汚泥(E、F)を使用した。汚泥E、汚泥FのTSはそれぞれ13.5、20.2g/Lであり、それぞれpHは7.6、7.3であった。
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。
試験手順は以下の通りである。
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。
汚泥Fの試験では、100mLの有機汚泥に対して1.9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。
比較試験として、両性性高分子凝集剤eを使用し、同様の試験を行った。両性高分子凝集剤eの組成は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eのpH4におけるカチオン度は2.0meq/gである。
試験結果を表4に示す。
脱水処理物含水率を低減するには、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使用するのが好ましいことが判明した。
(試験5)
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。
試験には、嫌気性消化汚泥Gを使用した。汚泥GのTSは19.8g/L、pHは7.3であった。
試験手順は以下の通りである。
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。
比較例として、ポリ硫酸第二鉄滴下後に加圧を行わない試験を、同様の手順で行った。
試験結果を表5に示す。
加圧分散工程を行うことにより、脱水処理物の含水率を1.0ポイント低減できることを確認した。

Claims (7)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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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