JP2021016834A

JP2021016834A - 汚泥脱水処理装置及び汚泥脱水処理方法

Info

Publication number: JP2021016834A
Application number: JP2019134770A
Authority: JP
Inventors: 耕祐岡部; Kosuke Okabe; 智史森寺; Satoshi Moridera
Original assignee: Kuritaz Co Ltd
Current assignee: Kuritaz Co Ltd
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2021-02-15

Abstract

【課題】汚泥性状等が変動して重力ろ過性が悪化した場合であっても、得られる脱水ケーキの含水率の上昇を抑制しつつ、汚泥脱水処理を継続して運転することが可能な汚泥脱水処理装置および汚泥脱水処理方法を提供する。【解決手段】汚泥を脱水部２０の受入槽３４からポンプ５０を介して反応槽４３に送り、凝集剤を添加し、濃縮部１０のスクリーン１２及びスクレーバ１３で濃縮した後、多重円板型汚泥脱水機の脱水部２０に投入する。脱水部２０内の汚泥水位を水位センサ３８で検知し、ポンプ５０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、多重円板型の汚泥脱水処理装置及び汚泥脱水処理方法に関する。

活性汚泥法を利用した排水処理系等から発生する汚泥液は、最終的には、真空脱水、遠心脱水、加圧脱水、ロール脱水（ベルトプレスなど）などの技術により物理的に脱水濃縮され、得られた脱水ケーキは、炭化処理等されて肥料等に再利用されている。この汚泥液の脱水濃縮処理装置の一つとして、特許文献１〜５等に開示された多重円板型汚泥脱水機を利用した装置がある。

この多重円板型汚泥脱水機は、多数枚の円板が回転軸方向に配列された回転濾過体が、交接列をなして複数並設された濾過体列を備える脱水処理槽（脱水部）を有する。汚泥液（液状の被処理汚泥）は、前記回転濾過体の回転によって濾過脱水されながら、濃縮・搬送され、脱水処理槽外へ脱水ケーキとして排出される。

特許文献４の多重円板型汚泥脱水処理装置は、上記脱水部の前段側に、汚泥液を重力によって濃縮するための、スクリ−ン及びスクレーパよりなる濃縮部を備えている。

多重円板型の汚泥脱水処理装置によって汚泥を脱水処理する場合、汚泥性状の変化等によって、汚泥液（被処理汚泥）の凝集状態が悪化したり、汚泥液中の懸濁固形物の量が増加したりすると、汚泥液の供給量と汚泥処理量の均衡を失って、汚泥液の水位が上昇し、脱水処理槽外に汚泥液がオーバーフローするおそれがある。

そこで、特許文献２には、汚泥液の水位を水位検知装置によって検知し、検知した水位情報に基づいて、回転濾過体の回転速度（回転数）を制御することが記載されている。より具体的には、汚泥液の水位が上昇して、予め定められた所定水位に達した時には、回転濾過体の回転数を上げるように自動制御して、回転濾過体による汚泥搬送量を増加させ、自動的に水位を下げる。

この構成によって、汚泥供給を停止しなくても、汚泥脱水処理のための継続運転を実施しながら、汚泥液の水位を、人手を介さずに自動的に調整できるようになる。

特許文献２の装置では、汚泥性状などが変化して濾過性が悪化した場合、回転濾過体の回転数を上げることで、汚泥脱水処理装置の処理速度を増大させるものである。しかし、汚泥脱水処理装置の処理速度を増大させると、脱水部での汚泥の滞留時間が短くなるため、脱水処理された脱水ケーキの含水率は大きくなるという課題を有していた。

特開平１０−１３７７９５号公報特開２００２−４５６１５号公報特開２００２−２３９５９８号公報特開２００６−１６７６９０号公報特開２０１９−４２６６９号公報

本発明は、汚泥性状等が変動して濾過性が悪化した場合であっても、得られる脱水ケーキの含水率の増大を抑制しつつ、汚泥脱水処理を継続して運転することが可能な汚泥脱水処理装置および汚泥脱水処理方法を提供することを目的とする。

第１発明の汚泥脱水処理装置は、ケーシング内に多重円板を有した回転濾過体の下側の列と上側の列とが配置されており、被処理汚泥液が下側の該回転濾過体列の一端側の上側に供給され、各回転濾過体の回転に伴って濾液が該下側の回転濾過体列を透過し、汚泥液が上下の該回転濾過体列同士の間を通って他端側に向って脱水されながら移動し、該ケーシングに設けられた排出口から脱水汚泥が排出される多重円板型汚泥脱水処理装置において、該ケーシング内の汚泥液の水位を検出する水位センサと、該水位センサの検出値に基づいて被処理汚泥液の供給量を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

第２発明の汚泥脱水処理装置は、第１発明の汚泥脱水処理装置であって、前記制御装置が、更に、前記水位センサの検出値に基づいて前記回転濾過体の回転速度を制御することを特徴とする。

第３発明の汚泥脱水処理方法は、第１又は第２発明の汚泥脱水処理装置による汚泥の脱水処理方法であって、基準となる水位を少なくとも４段階設定しておき、前記水位センサで検出される水位に応じて被処理汚泥液供給量を、供給量ゼロを含めて少なくとも４段階にわたって制御することを特徴とする。

第４発明の汚泥脱水処理方法は、第１又は第２発明の汚泥脱水処理装置による汚泥の脱水処理方法であって、基準となる水位を少なくとも５段階設定しておき、前記水位センサで検出される水位に応じて被処理汚泥液供給量及び前記回転濾過体の回転速度を少なくとも３段階にわたって制御することを特徴とする。

本発明の汚泥脱水処理装置及び汚泥脱水処理方法によると、汚泥脱水処理装置のケーシング内の汚泥液の水位を水位センサにより検出して被処理汚泥液の供給量を制御することで、泥性状等が変動して濾過性が悪化した場合であっても、得られる脱水ケーキの含水率の上昇を抑制しつつ、汚泥脱水処理を継続して運転することが可能となる。

実施の形態に係る汚泥脱水処理装置の縦断面図である。汚泥脱水処理装置の制御方法を示すフローチャートである。汚泥脱水処理装置の制御方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係る汚泥脱水処理装置（多重円板型汚泥脱水機）を示す概略的な縦断面図である。

この汚泥脱水処理装置１は、汚泥液の濃縮部１０と濃縮された汚泥液を脱水する脱水部２０とを有する。

濃縮部１０は、ケーシング１１内にスクリーン１２とスクレーパ１３とを配置している。スクリーン１２は、汚泥の凝集液を重力によって脱水して濃縮するためのものであり、脱水部２０の濃縮汚泥入口２１に向って上り勾配にて設置されている。スクレーパ１３は、モータによって無端回動するチェーン等のエンドレスメンバ１３ａと、該エンドレスメンバ１３ａに所定間隔で取り付けられた複数枚のスクレーパブレード１３ｂとを有し、スクリーン１２に沿って該スクレーパブレード１３ｂが移動可能となっている。

スクリーン１２を透過した濾液は、濃縮部１０の下部の移流口１４を介して脱水部２０内の濾液槽２７に流入する。

スクリーン１２の下側には、該スクリーン１２に向って洗浄水を噴出する洗浄ノズル１５が配置されている。洗浄ノズル１５に対して、配管１６を介して雑用水などよりなる洗浄水が供給される。

ケーシング１１の一方（図1の左方）の壁面には、汚泥の流入口１７が設けられている。この流入口１７は、スクリーン１２の傾斜方向低位側の壁面に設けられている。

流入口１７からケーシング１１内に流入してスクリーン１２上に溜った汚泥液の水位を検出するように水位センサ１８が設けられている。この水位センサ１８は、この実施の形態ではガイドパルス式水位センサよりなる。

水位センサ３８は水位を測定できるものであればいずれの水位センサも採用可能であるが、ガイドパルス式水位センサを採用することで、設定水位を任意に（無段階）設定することが可能となる。

なお、ガイドパルス式水位センサは、ガイドプローブ上に短波長のパルス電波信号を送信し、空気と液体との界面で反射する反射信号を受信して液面までの距離を測定するものであり、液面までの距離をＬ、光の速さをＣ、送信から受信までの時間をｔとすると、液面までの距離はＬ＝Ｃ×ｔ／２で求められる。

脱水部２０は、四方を壁面で囲まれた、略箱型のケーシング２２を備えている。このケーシング２２の天井部と一方（図1の左方）の壁面２３との交差部に前記入口２１が設けられている。該入口２１の下方に前記移流口１４が設けられている。他方の壁面２４には、脱水濃縮された脱水ケーキを外部に排出するための排出口２５が設けられている。この排出口２５には、やや下方に傾斜するシュート２６が取り付けられている。

ケーシング２２の内部には、左右側壁（壁面２３，２４を結ぶ方向に延在する壁面）と直交方向すなわち図１紙面と垂直方向に複数の回転軸２８が横架され、該左右側壁に各回転軸２８に軸端部が回転可能に軸支されている。

これらの回転軸２８は、図示しないモータの駆動により、側壁の外壁側領域に配設された図示しない歯車等を介し、一斉に回転するようにされており、回転数を全体的に調整又は制御できる構成とされている。

回転軸２８には、それぞれ、所定の厚み及び口径を有するリング状の大円板３０と小円板３１が、軸方向に交互に固定配列され、略法輪状の回転濾過体３２を形成している。なお、本発明において、回転濾過体３２の円板の配列構成は、適宜選択でき、上記構成に限定されるものではない。

隣接する回転濾過体３２同士は、一方の回転濾過体３２の大円板３０の外周縁の一部領域が、他方の回転濾過体３２の大円板３０、３０間の間隙に嵌入されて交接列をなして噛み合う。

図１に示すように、上下二段の回転濾過体３２の列が形成されている。

上側及び下側の回転濾過体３２の列の間が汚泥通路である。図１に示すように、入口２１側から排出口２５側に向かって徐々に該汚泥通路の上下間隔が狭まるように回転濾過体３２が配列されている。入口２１からケーシング２２内に供給されてきた汚泥液は、各回転濾過体３２を一斉に回転させることによって、下側回転濾過体３２の列と上側回転濾過体３２の列との間の汚泥通路を通って徐々に濃縮脱水されながら、排出口２５側に向かって移動し、排出口２５から脱水ケーキとなって排出される。

下側の回転濾過体３２列の回転濾過体３２の数は、上側の回転濾過体３２列よりも多く、下側の回転濾過体３２列は上側の回転濾過体３２列よりも壁面２３側に長く延在している。下側の回転濾過体３２列のうち、最も壁面２３側の回転濾過体３２と、移流口１４の上側の壁面２３との間には遮蔽壁４８が設けられている。

下側の回転濾過体３２列のうち、壁面２３側の部分の上側に、濃縮部１０からの濃縮汚泥液が入口２１を介して流入し、該下側の回転濾過体３２列の上側に汚泥液が溜る。この汚泥液の水位を検出するための水位センサ３８が設置されている。この実施の形態では、水位センサ３８はガイドパルス式水位センサよりなる。

ケーシング２２内の底部には、下側の回転濾過体３２の列によって濾し取られた水を受け入れる受入槽３４が設けられている。受入槽３４と前記濾液槽２７との間は仕切壁３５によって仕切られている。受入槽３４には、水位センサ３９が設置されている。

上側の回転濾過体３２の列の上方に、回転濾過体３２に向って洗浄水を噴出する洗浄ノズル３６が設置されており、該洗浄ノズル３６に対し配管３７を介して洗浄水として雑用水が供給可能となっている。

このように構成された汚泥脱水処理装置においては、被処理汚泥液は、ケーシング２２に設けられた供給口４０から受入槽３４内に流入し、移送口４１からポンプ５０及び配管４２を介して反応槽４３に供給され、凝集剤等の薬品が添加されて撹拌された後、配管４４を介して濃縮部１０の流入口１７から濃縮部ケーシング１１内のスクリーン１２上に流入する。スクリーン１２上の汚泥液は、スクレーパ１３によってスクリーン１２上をかき上げられ、その間に一部の液は、スクリーン１２を透過し、移流口１４から脱水部２０の濾液槽２７に流入し、濾液として装置外に取り出される。

スクリーン１２上を上端までかき上げられた汚泥液は、入口２１を介して脱水部２０内に流入し、下側の回転濾過体３２列の上側に溜る。下側の回転濾過体３２列の各回転濾過体３２が図１で時計方向に回転し、上側の回転濾過体３２列の各回転濾過体３２が反時計方向に回転し、汚泥液の液分が下側回転濾過体３２列を透過しながら汚泥液が徐々に排出口２５に向って移動し、濃縮脱水され、脱水ケーキが排出口２５から排出される。

下側の回転濾過体３２列を透過した濾液は、受入槽３４に落下し、供給口４０からの汚泥液（ニューフィード）と混ざり合って移送口４１から反応槽４３へ送液される。

濃縮部１０内のスクリーン１２上の汚泥液の水位、脱水部２０内の下側回転濾過体３２列上の汚泥液の水位及び受入槽３４内の水位がそれぞれ水位センサ１８，３８，３９で監視されている。

水位センサ３８で検出される脱水部２０内の水位が所定範囲となるように制御装置（図示略）によってポンプ５０及び回転濾過体３２の回転数が制御される。

本発明の一例では、水位センサ３８で検出される水位が予め設定した水位Ｌ_１以上のときには、回転濾過体３２の回転数を増加させる（回転速度を大きくする）と共にポンプ５０の回転数を減少させる。回転濾過体３２の回転数を多くすることにより、脱水部２０内の滞留時間が短くなり（圧搾時間が早くなり処理時間が早くなり）、脱水部２０内の水位が低下する。なお、回転濾過体３２の回転数を増加させると、脱水ケーキの含水率は高くなる。また、ポンプ５０の回転数を減少させると、脱水部２０への汚泥液の供給量が少なくなり、脱水部２０内の水位が低下する。なお、ポンプ５０の回転数を減少させると、単位時間当りの汚泥処理量は減少する。

逆に、脱水部２０内の水位が予め設定した水位Ｌ_２（Ｌ_２＜Ｌ_１）以下の時には、回転濾過体３２の回転数を減少させると共に、ポンプ５０の回転数を増加させる。回転濾過体３２の回転数を減少させることにより、脱水部２０内の滞留時間が長くなり、脱水部２０内の水位が上昇する。なお、滞留時間が長くなることにより、圧搾時間が長くなり、脱水汚泥の含水率が低下する。ポンプ５０の回転数を増加させることにより、脱水部２０内の水位が上昇する。

このように、脱水部２０の水位センサ３８により、脱水部２０内の汚泥液の水位を常時測定し、その測定値に応じて回転濾過体３２及びポンプ５０の回転速度設定を自動的に変更して水位調整を行うことが出来る。

この実施の形態では、水位センサとしてガイドパルス式レベルセンサを用いているので、上記のＬ_１，Ｌ_２を任意に（無段階で）設定することができる。

従って、汚泥の性状変化による脱水状況の変化に自動的に対応して常に最適な条件で運転して最適脱水ケーキ含水率、最適汚泥液処理量を達成することが可能となる。

上記説明では、設定水位としてＬ_１，Ｌ_２の２個のみ示したが、３個又は４個以上の水位を設定しておき、回転濾過体３２及びポンプ５０の回転数を多段階又は無段階に制御するようにしてもよい。

本発明では、回転濾過体３２の回転数及びポンプ５０の回転数の一方を一定としておき、他方のみを制御してもよい。

図２は、４段階の水位Ｈ_１〜Ｈ_４ｍｍ（Ｈ_１＜Ｈ_２＜Ｈ_３＜Ｈ_４）を設定しておき、ポンプ５０の吐出量（汚泥液供給量）Ｑのみをインバータ制御によりＱ_１〜Ｑ_３（Ｑ_１＞Ｑ_２＞Ｑ_３）及びゼロの４段階にわたって切り換えるようにした制御の一例を示すフローチャートである。

汚泥脱水処理装置のスタート時では、水位センサ３８で検出される水位Ｈはゼロ（Ｈ＝０ｍｍ）である。スタートに伴って、回転濾過体３２が定速で回転開始すると共に、ポンプ５０が吐出量Ｑ_１で作動し、汚泥液が脱水部２０内に流入し、水位センサ３８で検出される水位Ｈが徐々に上昇する（ステップ１）。水位ＨがＨ_２にまで上昇するまではＱ＝Ｑ_１にて汚泥が供給される（ステップ２）。水位ＨがＨ_２以上になると、汚泥液供給量ＱをＱ_２に減少させる（ステップ３）。

ステップ３でＱをＱ_２に減少させた後、水位がＨ_１とＨ_３の間である間は、Ｑ＝Ｑ_２の状態を保つ（ステップ４，５）。

ステップ３でＱをＱ_２に減少させることにより水位がＨ_１以下になったときには、汚泥供給量ＱをＱ_１に戻す、すなわち増加させる（ステップ４，１）。

ステップ３でＱをＱ_２に減少させた後でも水位が上昇し、Ｈ_３にまで上昇したときには、汚泥供給量ＱをＱ_２からＱ_３に減少させる（ステップ６）。

ステップ６でＱ＝Ｑ_３とした後、水位がＨ_２とＨ_４の間であるならば、Ｑ＝Ｑ_３の状態を保つ（ステップ７，８）。ステップ６でＱ＝Ｑ_３としたことにより水位がＨ_２以下まで低下したならば汚泥供給量ＱをＱ_３からＱ_２に戻す、すなわち増加させる（ステップ７，３）。

ステップ６でＱ＝Ｑ_３とした後も水位が上昇してＨ_４にまで上昇したときには、汚泥供給量をゼロとする、すなわちＱ＝０とする（ステップ８，９）。この後、水位がＨ_４を下回るようになったならば、ステップ８からステップ４に戻る。

このように、ポンプ５０の吐出量Ｑを水位Ｈ_１〜Ｈ_４に応じてゼロ及びＱ_１〜Ｑ_３の４段階に制御することにより、脱水部で処理される汚泥の滞留時間を維持しつつ、汚泥を安定して連続的に処理することができる。

次に、図３を参照して５段階の水位Ｈ_１〜Ｈ_５（Ｈ_１＜Ｈ_２＜Ｈ_３＜Ｈ_４＜Ｈ_５）を設定しておき、ポンプ５０の吐出量Ｑを３段階Ｑ_１〜Ｑ_３にわたって、また回転濾過体３２の回転数（回転速度）Ｖを３段階Ｖ_１〜Ｖ_３ｒｐｍ（Ｖ_１＜Ｖ_２＜Ｖ_３）にわたって切り換えるようにした制御例を説明する。

汚泥脱水処理装置のスタート時では、水位センサ３８で検出される水位Ｈはゼロ（Ｈ＝０ｍｍ）である。スタートに伴って、回転濾過体３２がＶ＝Ｖ_１で回転開始すると共に、ポンプ５０が吐出量Ｑ_１で作動し、汚泥液が脱水部２０内に流入し、水位センサ３８で検出される水位Ｈが徐々に上昇する（ステップ１１）。水位ＨがＨ_２にまで上昇するまでは回転濾過体３２がＶ＝Ｖ_１で回転し、Ｑ＝Ｑ_１にて汚泥で供給される（ステップ１２）。
水位ＨがＨ_２以上になると、汚泥供給量ＱをＱ_１に維持したまま回転濾過体３２の回転数をＶ_２に増加させる（ステップ１３）。

ステップ１３でＶをＶ_２に増加させた後、水位がＨ_１とＨ_３の間である間は、Ｖ＝Ｖ_２の状態を保つ（ステップ１４，１５）。

ステップ１３でＶをＶ_２に増加させることにより水位がＨ_１を下回るようになったときには、回転数ＶをＶ_１に戻す、すなわち減少させる（ステップ１４，１１）。

ステップ１３でＶをＶ_２に増加させた後でも水位が上昇し、Ｈ_３にまで上昇したときには、Ｖ＝Ｖ_２を維持したまま、汚泥供給量ＱをＱ_１からＱ_２に減少させる（ステップ１６）。

ステップ１６でＱ＝Ｑ_２とした後、水位がＨ_２とＨ_４の間であるならば、Ｖ＝Ｖ_２の状態を保つ（ステップ１７，１８）。ステップ１６でＱ＝Ｑ_２としたことにより水位がＨ_２以下まで低下したならばＶ＝Ｖ_２を維持したまま汚泥供給量ＱをＱ_２からＱ_１に戻す、すなわち増加させる（ステップ１７，１３）。

ステップ１６でＱ＝Ｑ_２とした後も水位が上昇してＨ_４にまで上昇したときには、Ｖ＝Ｖ_２を維持したまま汚泥供給量ＱをＱ_２からＱ_３に減少させる（ステップ１８，１９）。

ステップ１９でＱ＝Ｑ_３とした後、水位がＨ_３とＨ_５の間であるならば、Ｖ＝Ｖ_２、Ｑ＝Ｑ_３の状態を保つ（ステップ２０，２１）。ステップ１９でＱ＝Ｑ_３としたことにより水位がＨ_３以下まで低下したならばＶ＝Ｖ_２を維持したまま汚泥供給量ＱをＱ_３からＱ_２に戻す、すなわち増加させる（ステップ２０，１６）。

ステップ１９でＱ＝Ｑ_３とした後も水位が上昇してＨ_５にまで上昇したときには、回転濾過体３２の回転数をＶ＝Ｖ_３に増加させる（ステップ２２）。この後、水位がＨ_１を下回るまではこの状態を維持し、水位がＨ_１以下になったならば、Ｖ＝Ｖ_１及びＱ＝Ｑ_１の当初運転条件に戻る（ステップ２３，１１）。

このように、回転濾過体３２の回転数及びポンプ５０の吐出量を水位Ｈ_１〜Ｈ_５に応じてＶ_１〜Ｖ_３及びＱ_１〜Ｑ_３の３段階に制御することにより、回転濾過体３２の回転数のみで制御する場合に比較して、脱水部での汚泥の滞留時間を一定に保持することが可能であり、得られる脱水ケーキの含水率の低下を抑制しつつ、汚泥を安定して連続的に処理することができる。

１０濃縮部
１３スクレーパ
１８，３８，３９水位センサ
２０脱水部
３２回転濾過体

このように、回転濾過体３２の回転数及びポンプ５０の吐出量を水位Ｈ_１〜Ｈ_５に応じてＶ_１〜Ｖ_３及びＱ_１〜Ｑ_３の３段階に制御することにより、回転濾過体３２の回転数のみで制御する場合に比較して、脱水部での汚泥の滞留時間を一定に保持することが可能であり、得られる脱水ケーキの含水率の上昇を抑制しつつ、汚泥を安定して連続的に処理することができる。

Claims

ケーシング内に多重円板を有した回転濾過体の下側の列と上側の列とが配置されており、
被処理汚泥液が下側の該回転濾過体列の一端側の上側に供給され、各回転濾過体の回転に伴って濾液が該下側の回転濾過体列を透過し、汚泥液が上下の該回転濾過体列同士の間を通って他端側に向って脱水されながら移動し、該ケーシングに設けられた排出口から脱水汚泥が排出される多重円板型汚泥脱水処理装置において、
該ケーシング内の汚泥液の水位を検出する水位センサと、
該水位センサの検出値に基づいて被処理汚泥液の供給量を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする汚泥脱水処理装置。
請求項１の汚泥脱水処理装置であって、
前記制御装置が、更に、前記水位センサの検出値に基づいて前記回転濾過体の回転速度を制御するものである汚泥脱水処理装置。
請求項１又は２の汚泥脱水処理装置による汚泥の脱水処理方法であって、
基準となる水位を少なくとも４段階設定しておき、前記水位センサで検出される水位に応じて被処理汚泥液供給量を、供給量ゼロを含めて少なくとも４段階にわたって制御することを特徴とする汚泥脱水処理方法。
請求項１又は２の汚泥脱水処理装置による汚泥の脱水処理方法であって、
基準となる水位を少なくとも５段階設定しておき、前記水位センサで検出される水位に応じて被処理汚泥液供給量及び前記回転濾過体の回転速度を少なくとも３段階にわたって制御することを特徴とする汚泥脱水処理方法。