JP2016117066A - 嫌気性処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1)汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度4〜12wt%の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、該嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する工程、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程を含む、嫌気性処理方法。
2)汚泥に凝集剤を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽、該凝集汚泥を汚泥濃度4〜12wt%の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離して汚泥濃縮物を調製する前処理汚泥濃縮装置、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化装置、該嫌気性消化装置で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する消化汚泥凝集装置、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する脱水装置を含む、嫌気性処理装置。
この前処理工程は、汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度4〜12wt%の汚泥濃縮物と、分離液と、に固液分離する汚泥濃縮工程である。従来の処理方法では、高分子凝集剤を添加して汚泥を濃縮していたため、3〜4wt%、高くても4〜5wt%程度の汚泥濃度に濃縮することが限界であった。本発明では、汚泥濃度4〜12wt%までの高濃度化が可能である。一方、分離液には、リン、カルシウム、シロキサン等が含まれる。
次に、上記汚泥濃縮物は、嫌気性消化工程に送られ、嫌気性消化されるとともに発生するバイオガスが回収される。汚泥濃縮物の消化は、30〜60℃、好ましくは30〜40℃の中温消化領域または50〜60℃の高温消化領域で行うことが好ましい。嫌気性消化時の好適なpHはpH6〜8.5、最も好ましくはpH6.5〜8.0である。
次に、嫌気性消化工程で調製された嫌気性消化汚泥に凝集剤と、前処理工程の分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する。
次に、消化汚泥凝集物を脱水して、脱水ケーキと分離液に固液分離す。本発明において、脱水ケーキの濃縮倍率は4〜10倍程度が好ましい。ここで、濃縮倍率とは、消化汚泥凝集物の容積を脱水ケーキの容積で除した値を意味する。脱水ケーキ調製工程で分離された分離液は、SS濃度、Mアルカリ度、及び電気伝導度が小さいため、消化汚泥凝集物を調製する工程で使用する希釈水として好適である。脱水ケーキは、低含塩かつ低含水率であるため、再資源化が可能であり、コンポスト化、炭化、燃料化などの二次加工等にも好適である。
前処理工程で得られる分離液には、リン、カルシウム、シロキサン等が含まれている。本発明では、これらを含む分離液のすべて又は一部をリン、カルシウム、シロキサン等を回収乃至除去する工程に送ることができる。リンの回収には、ヒドロキシアパタイトを用いる接触脱リン法、リン酸マグネシウムアンモニウムを用いるMAP法等が適用できる。
本発明の嫌気性処理装置は、汚泥に凝集剤を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽、汚泥濃度4〜12wt%の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理汚泥濃縮装置、該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化装置、該嫌気性消化装置で調製された嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び水の少なくとも何れかと、を混合して消化汚泥凝集物を調製する消化汚泥凝集装置、及び該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する装置を含む。
図1のフローに従って、実施した。
図2のフローに従って、実施した。なお、嫌気消化汚泥の脱水処理については、図3と図4に示す処理方法も併せて行った。
図6のフローに従って、実施した。なお、消化汚泥凝集物15は、高分子凝集剤による汚泥凝集により調製した。
・TS(Total solids、全蒸発残留物);105℃蒸発残留物重量(JIS K 0102)
・VTS(Volatile total solids、強熱減量);600℃強熱減量(JIS K 0102)
・SS(Suspended solids、懸濁粒子);遠心分離法による回転数3,000rpm,10分間での沈殿物重量(JIS K 0102)
・VSS(Volatile suspended solids、揮発性懸濁粒子);懸濁粒子の600℃強熱減量(JIS K 0102)
・CODCr(化学的酸素消費量);重クロム酸カリウム法(JIS K 0102)
・BOD(生物化学的酸素消費量);ウインクラー・アジ化ナトリウム変法(JIS K 0102)
・タンパク質;(ケルダール窒素−アンモニア性窒素)×6.25
・揮発性有機酸(VFA);高速液体クロマトグラフ(エルマ光学ERC-8710、検出器 RI、カラムShodex RSpak KC-811、カラム温度60℃、移動相0.1%りん酸)
・メタンガス、炭酸ガス;ガスクロマトグラフ(GLサイエンスGC-323、検出器TCD、TCD電流値120A、分離カラム Active Carbon 30/60、カラム温度 95℃、キャリアガス He)
・消化ガス中のシロキサン:消化ガスを流通速度0.6L/分でヘキサン溶液に通液させてシロキサンを捕集後、濃縮してガスクロマトグラフ質量分析計GC/MSで定量分析。ここでは、下水汚泥消化ガス中に最も多く含まれるとされる環状シロキサンのデカメチルシクロペンタシロキサン(D5)濃度を定量分析により評価。
・溶解性画分;GF/B(1μm)でのろ液
・Mアルカリ度;遠心分離機による回転数3,000rpm、3分間での上澄液を0.1mol/Lの塩酸溶液でpH4.8まで滴定(下水試験方法)
・粗浮遊物;呼び寸法74μmふるいでの粗浮遊物分析(下水試験方法)
次に、図5に基づいて、下水汚泥と食品製造廃棄物(廃糖液およびデザート系廃製品)と河川敷刈草の嫌気性処理を行った実施例について示す。
・下水汚泥量(初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥) 30m3/日(TS濃度3.1%)
・食品製造廃棄物搬入量 1.35t/日(TS濃度9.9%)
・河川敷刈草搬入量 0.15t/日(含水率70.0%)
・バイオマス貯槽 3m3×2槽
<前処理固液分離装置(下水混合汚泥用)>
・スリット型濃縮機(スクリーンスリット幅1.0mm、背圧板付帯)
・カチオン性高分子凝集剤(平均分子量300万)注入率0.4%(対SS比)
・汚泥濃縮物量 12t/日(TS濃度7.9%)
・分離液量 19.5m3/日(SS濃度395mg/L)
・SS回収率97%
・刈草用粉砕装置
<嫌気性消化:可溶化および酸発酵装置(縦型機械式攪拌機)>
・食品製造廃棄物、河川敷刈草、汚泥濃縮物の混合物の可溶化および酸発酵装置への投入量3m3/日(スラリーTS濃度10%)
・汚泥濃縮物のTSに対する食品製造廃棄物・河川敷刈草のTS比 19%
・HRT 2日
・有効容積6m3
・水温45℃
<嫌気性消化:嫌気性消化装置(縦型機械式攪拌機)>
・嫌気性消化装置への投入量13.5m3/日
・HRT 14.8日
・有効容積200m3
・水温37℃
<嫌気性消化汚泥の凝集処理工程>
・スリット型濃縮機(スクリーンスリット幅1.0mm)
・汚泥分離液の混合量 10.5m3/日(Mアルカリ度690mgCaCO3/L)
・生物脱臭装置廃液の混合量 3.5m3/日(Mアルカリ度1250mg/L)
・カチオン性高分子凝集剤(平均分子量300万)注入率1.7%(対SS比)
(注入率内訳;前段凝集槽の注入率1.3%、再凝集槽の注入率0.4%)
<脱水機>
・スクリュープレス型脱水機
<発電機>
・マイクロガスタービン発電機
<処理結果>
・嫌気性消化汚泥性状(TS濃度3.9%、VTS68%、SS濃度3.0%、Mアルカリ度8900mgCaCO3/L、粗浮遊物含有率16.7%(対SS比))
・バイオガス発生量 570m3/日(NTP)
・メタンガス発生量 365m3/日(NTP)
・メタンガス濃度 64%
・メタンガス発生率 0.37m3/投入kgVTS(NTP)
・バイオガス中のシロキサンD5濃度 2.3mg/m3
・発電量 686kwh/日
・脱水ケーキ発生量 2.1t/日(含水率77%)
・廃水量 37.6m3/日
実施例3と同様に、図5に基づいて、下水処理場において下水汚泥と食品製造廃棄物(ジュース用の蜜柑絞り粕)の嫌気性処理を行った。下水汚泥は重力濃縮した初沈濃縮汚泥と余剰汚泥の混合汚泥として、汚泥濃縮を実施した。嫌気性消化は下水汚泥と蜜柑絞り粕の各固形物量をほぼ等量の混合比率で実施した。
・下水汚泥量(初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥) 35m3/日
(初沈汚泥: TS濃度3.88%、余剰汚泥: TS濃度0.93%、混合汚泥: TS濃度1.39%)
・食品製造廃棄物搬入量 4.0t/日(TS濃度12.5%)
・バイオマス貯槽 3m3×2槽
<前処理固液分離装置(下水混合汚泥用)>
・スリット型濃縮機(スクリーンスリット幅1.0mm、背圧板付帯)
・カチオン性高分子凝集剤(平均分子量300万、溶液濃度2.0g/L)注入量0.95m3/日
・高分子凝集剤注入率 0.44%(対SS比)
・汚泥濃縮物量 6.2t/日(TS濃度7.5%)
・分離液量 29.8m3/日(SS濃度230mg/L)
・SS回収率98%
<食品製造廃棄物の可溶化・酸発酵装置>
・6.0m3×1槽、縦型機械攪拌機、37℃加温
・汚泥濃縮物のTSに対する食品製造廃棄物のTS比 102%
<嫌気性消化装置(縦型機械式攪拌機)>
・嫌気性消化装置への投入量10.2m3/日
・HRT 19.6日
・有効容積200m3
・水温37℃
<嫌気性消化汚泥の凝集処理工程>
・スリット型濃縮機(スクリーンスリット幅1.0mm)
・汚泥分離液の混合量 2.0m3/日(Mアルカリ度320mgCaCO3/L)
・カチオン性高分子凝集剤(平均分子量300万)注入率1.6%(対SS比)
・凝集剤注入工程 1回
<脱水機>
・スクリュープレス型脱水機
<発電機>
・マイクロガスタービン発電機
<処理結果>
・嫌気性消化汚泥性状(TS濃度3.8%、VTS70%、SS濃度3.2%、Mアルカリ度4490mgCaCO3/L、粗浮遊物含有率 12.1%(対SS比))
・バイオガス発生量 591m3/日(NTP)
・メタンガス発生量 349m3/日(NTP)
・メタンガス濃度 59%
・メタンガス発生率 0.38m3/投入kgVTS(NTP)
・バイオガス中のシロキサンD5濃度 1.2mg/m3
・発電量 656kwh/日
・脱水ケーキ発生量 1.6t/日(含水率78%)
・廃水量 41.5m3/日
実施例3及び4で発生した廃液および脱水ケーキについて、有効利用を検討した。本発明の前処理工程にあたる下水汚泥の固液分離から発生した分離液および脱水工程の脱水分離液からはリンの回収、嫌気性消化汚泥濃縮物の脱水工程から発生した脱水ケーキについてはコンポスト化した。
(1)汚泥の固液分離廃液のリン回収(MAP法)
・反応時のpH8.3、Mg濃度を30mg/l以上
・1槽式リアクタ(反応部:直径35cm×高さ2.2m、沈殿部:直径80cm×高さ1.8m、粒径約0.4〜1.0mmの種晶を予め充填)
・リン容積負荷20kg−P/m3・日
(2)脱水ケーキのコンポスト化
・コンポスト化試験装置 15m3(高速堆肥化縦型発酵槽)
・脱水汚泥の水分調整 汚泥を機械乾燥して含水率45〜55%
・副資材添加ナシ
・コンポスト化時の通気速度0.15m3/t・分
<処理結果>
Claims (7)
- 汚泥に凝集剤を添加して調製した凝集汚泥を、汚泥濃度4〜12wt%の汚泥濃縮物と分離液とに固液分離する前処理工程、
該汚泥濃縮物を嫌気性消化するとともにバイオガスを回収する嫌気性消化工程、
該嫌気性消化工程で調製された、Mアルカリ度が4490〜8900mg/lおよびSSに対する粗浮遊物含有率が5〜18%である嫌気性消化汚泥に、凝集剤と、前記分離液及び生物処理水の少なくとも何れかと、を混合して希釈し、Mアルカリ度が2500〜4000mg/lの消化汚泥凝集物を調製する工程、及び
該消化汚泥凝集物を固液分離して得られる消化汚泥濃縮物を脱水する工程
を含む、嫌気性処理方法。 - 前記汚泥は、廃水処理設備の最初沈殿池から発生する初沈汚泥と最終沈殿池から発生する余剰汚泥とから選択される少なくとも1種である、請求項1の嫌気性処理方法。
- 前記凝集汚泥は、汚泥のSSに対して0.2〜1.0%の凝集剤の使用により調製される、請求項1又は2の嫌気性処理方法。
- 前記嫌気性消化工程は、前記汚泥濃縮物を、処理温度30〜60℃、HRT1〜3日の条件で可溶化および酸発酵処理する前段消化工程と、該前段消化工程で処理された消化汚泥をメタン発酵処理し、前記嫌気性消化汚泥を調製するメタン発酵工程を含む、請求項1〜3のいずれか1項の嫌気性処理方法。
- 前記メタン発酵工程は、処理温度30〜60℃、かつHRT12〜20日で、かつSSに対する粗浮遊物含有率が5〜18%となるように嫌気性消化汚泥が調製される、請求項4の嫌気性処理方法。
- 外部から搬入した有機性廃液または廃棄物をスラリーTS濃度1〜15%に調整し、前記嫌気性消化工程に送り、前記汚泥濃縮物のTSに対して120%以下のスラリーTS比となる混合条件で嫌気性消化する、請求項1〜5のいずれか1項の嫌気性処理方法。
- 前記消化汚泥濃縮物は、凝集剤注入工程とそれに続く固液分離工程からなる工程の内、凝集剤注入工程を少なくとも2回行うことにより調製される、請求項1〜6のいずれか1項の嫌気性処理方法。
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