JP2937438B2 - 汚泥水の脱水方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は浄水過程で生ずる汚泥水の脱水方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般の浄水処理においては、原水である河川水、井
水、湖沼水等から懸濁物質を除去するために、原水中に
硫酸アルミニウム（硫酸バンド）等の凝集剤を添加し、
凝集沈澱槽で沈澱物を沈降分離させて処理水を得ると共
に、これによって発生した沈澱汚泥を処理するために、
当該凝集沈澱槽の底部に溜まった沈澱物を汚泥引抜管を
介して引き抜いて汚泥貯槽に移し、次いでこれを大容量
の重力沈降型の汚泥濃縮槽に導入してさらに沈降分離を
行い、しかる後に汚泥の脱水処理を行うようにしている
のが普通である。

濃縮した汚泥水の脱水処理方法としては、従来より各
種の方法が提案され実施されているが、一般的には濾過
による加圧脱水機または真空脱水機による方法が普及し
ている。そして、これらの処理を行う場合に使用する脱
水機に要求される性能は、処理対象である汚泥水の濃度
に依存することから、浄水処理設備、特にそのうちの汚
泥処理装置を出来るだけ小型で安価なものとするために
は、かかる脱水機に導入する汚泥水を可及的に高濃度に
濃縮しておくことが一般的に良いとされている。そのた
め、従来一般には脱水機の前段における汚泥水を長時間
にわたって沈降分離させ汚泥を濃縮することが行われて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したように、汚泥水は最終の脱水機にかける前に
汚泥濃縮槽等により長時間に亘って沈降分離を行うよう
にしている。ところが、この沈降分離を長時間掛けて行
う結果、汚泥水中の溶存酸素量が低下して嫌気状態とな
り易い。一方、汚泥水中には、原水から酸化により析
出、分離された金属類あるいは原水中に存在する懸濁物
質の構成要素としての酸化金属類が多く存在するのが普
通であり、このような酸化された金属類は汚泥水が上述
のごとく嫌気状態になると還元されて溶解するようにな
る。その代表的な金属は鉄であり、したがって嫌気状態
となった汚泥水中には鉄が二価の還元状態となって、汚
泥水中に溶存した状態となる。

鉄が二価のイオン状態のまゝで最終の脱水機にかけら
れると、脱水機に設けられている濾布面において空気と
接触して再び酸化されて析出し、その結果濾布面に当該
酸化物が付着して濾布に目詰まりが生じるという不具合
がある。

このような問題点をなくするためには、脱水機にかけ
る前段で汚泥水を曝気して酸化させ、前記金属類を不溶
性の水酸化物の形態として析出、分離させておけばよ
く、このような観点から、本出願人は先に、特開平２−
83100号公報に示される浄水処理設備を提案した。

すなわち、この浄水処理設備によった場合、脱水機に
かける以前に汚泥水が曝気によって酸化させられ、汚泥
水中に含まれている二価の鉄イオンが三価のイオンに酸
化され、汚泥水中で速やかに不溶性水酸化第二鉄となっ
て汚泥水中に固形物として取り込まれることになり、そ
のため脱水機の濾布面において二価の鉄イオンに起因す
る酸化物の生成が極力抑えられるという効果を奏するこ
とができる。

しかしながら、上述した汚泥水の曝気による酸化にも
多少の問題はある。

すなわち、嫌気状態にある汚泥水のpHはその発生過程
において添加される硫酸バンド等のアルミ系凝集剤の有
効pHとの関係から、あるいは当該汚泥水中に発生する嫌
気性微生物の作用により、一般にpH6.5前後の弱酸性を
示すことが多く、このような弱酸性の汚泥水をそのまま
曝気した場合は、脱水機の濾布面における二価の鉄イオ
ンに起因する目詰まりを生じさせない程度まで酸化させ
るのに極めて長時間の曝気を要するというものである。

そこで、本発明者等は汚泥水のpHをアルカリ側に調整
して曝気処理することを試みたところ、当該pH調整によ
って鉄イオンの酸化速度が早くなり、したがって曝気に
要する時間が大幅に短縮されることが判った。ところ
が、曝気後のアルカリ性の汚泥水を脱水機にかけたとこ
ろ、当該汚泥水中に溶存状態の鉄イオンがほとんど存在
しないにもかかわらず、脱水機の濾布面に依然として目
詰まりが生じることが明らかとなり、その原因物質はマ
ンガンの酸化物であることが判明した。

すなわち、浄水過程で生ずる汚泥水中には通常鉄とと
もにマンガンの酸化物も比較的多く含まれており、した
がって嫌気状態の汚泥水中には二価の鉄イオンだけでな
く、前記マンガンの酸化物が還元されることにより生成
する二価のマンガンイオンも共存し、当該マンガンイオ
ンが汚泥水をアルカリ性にしたことによって脱水機の濾
布面で少しづつ酸化され、析出したものと考えられる。

本発明者らは、このテーマについてさらに鋭意研究を
行った結果、汚泥水を脱水機にかける前段階で曝気によ
り酸化させると共に、この曝気の前後の汚泥水のpH値を
調整することにより、鉄イオンの酸化速度を従来法より
早めることができ、脱水機の濾布面に二価の鉄イオンに
起因する酸化物の析出をなくすることができるのみなら
ず、汚泥水中に含まれているマンガンイオンが原因とな
って脱水機の濾布面に付着する析出物の生成を防止する
ことができることを見出し本発明をなすに到ったもので
ある。

従って、本発明は汚泥水中に含まれている鉄のみなら
ずマンガンに起因する脱水機の濾布面への悪影響を極力
回避し得るようになした汚泥水の脱水方法を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するための本発明の構成を詳述すれ
ば、浄水過程で生ずる鉄およびマンガンを含んだ汚泥水
を脱水機により脱水処理するにあたり、脱水機の前段で
汚泥水をpH値７〜10の条件下で曝気することにより酸化
させると共に、曝気後の汚泥水のpH値を６以上７未満に
調整し、しかる後に脱水処理することを特徴とする汚泥
水の脱水方法である。

以下に本発明を詳細に説明する。

前記したように、汚泥水中の溶存状態の金属は、一般
に鉄イオンとマンガンイオンがほとんどと考えられる。
そこで、本発明における酸化手段は、脱水機にかける前
段階で汚泥水を空気あるいは酸素富化空気等の酸素含有
ガスを用いて曝気することで実現でき、二価の鉄イオン
は三価のイオンに酸化され、汚泥水中で速やかに不溶性
水酸化第二鉄となり、汚泥水中に固形物として取り込ま
れることになる。しかしながら、この酸化反応は前述の
ように汚泥水のpH値が6.5前後の弱酸性の条件下におい
てはやゝ時間が掛かる。このため本発明方法では、前記
曝気処理を、汚泥水のpH値を７〜10に調整して行うこと
により、その酸化速度を早めることが可能となった。

一方、嫌気状態にある汚泥水中の二価のマンガンイオ
ンは、前記鉄イオンに比べて極めて酸化され難く、例え
ば汚泥水のpHが６以上７未満というような弱酸性域にお
ける曝気ではほとんど酸化されない。

しかし、当該マンガンイオンもpHを上げてアルカリ性
とすることによって酸化され易くなるが、その酸化速度
は前記鉄イオンに比べると著しく遅い。したがって、汚
泥水のpH値を前述のごとく７〜10とアルカリ性にして曝
気しても、鉄イオンはほぼ完全に酸化できるがマンガン
イオンは酸化しきれないで、その相当量が溶存状態で残
留する。したがって、このままの状態で脱水機にかけた
場合は、汚泥水がアルカリ性となっているが故に当該脱
水機の濾布面においてマンガンイオンの酸化が緩やかに
進行し、その結果、長期間脱水処理を行った場合には前
記濾布面にマンガン酸化物が析出して蓄積し、目詰まり
を起こすこととなる。このようなマンガン酸化物の析出
を防止するために、本発明においては曝気後の汚泥水の
pH値を６以上７未満に再調整し、マンガンイオンの酸化
反応を実質上停止させるのである。

ここで、曝気処理を汚泥水のpH値が７〜10の条件下で
行うのは、pH7未満では二価の鉄イオンの酸化反応の促
進にほとんど効果がなく、またpH値が高くなればなるほ
ど、酸化反応にとって有利ではあるが、10を越えるとア
ルカリ剤の使用量が多くなり過ぎ、曝気後の汚泥水のpH
値を再調整する際に今度は酸の消費量が多くなって二重
の不経済となると共に、pH値が高過ぎると汚泥水中に20
〜40％の割合で含まれている有機物の一部、あるいは汚
泥水中に含まれている水酸化アルミニウムの一部が溶解
して汚泥水が変性を起こし、処理の悪化を招くことが判
ったからである。

また、汚泥水のpH値を７〜10として曝気した後、今度
は曝気後の汚泥水のpH値を６以上７未満に再調整する理
由は、前記したようにpH値が７以上ではマンガンイオン
の酸化反応が緩やかに進行して濾布面においてマンガン
酸化物に起因する目詰まりが生ずるからであり、一方、
pH値を６以上としたのは、以下のような理由によるもの
である。すなわち、凝集沈澱処理を行う際、凝集剤とし
てポリ塩化アルミニウムや硫酸バンド等のアルミニウム
系のものを使用するが、その凝集剤が水酸化アルミニウ
ムとして汚泥水中に20％前後取り込まれており、pH値を
６未満に下げた場合、汚泥水中の当該アルミニウム分の
一部が溶解し、処理を困難にさせるおそれがあるからで
ある。

さらに、酸性を余りに強くすると他の重金属を溶解す
る程度が高くなり、汚泥の性状が悪化するからである。

曝気の前後の汚泥水のpH値を前記したような値に調整
するには、アルカリ剤または酸を直接汚泥水の配管中に
注入するようにしてもよいし、あるいは当該配管の途中
に混合槽を付設して当該混合槽内においてpH調整剤と汚
泥水を混合するようにしてもよいものである。また、曝
気槽内の汚泥水のpH値を調整するには、曝気槽内に直接
pH調整剤を注入してもよいものである。

なお、ここで用いるアルカリ剤としては、一般に用い
られているカセイソーダ、炭酸ソーダが好適であり、ま
た酸剤としては塩酸、硫酸が好適に用いられる。

本発明の対象となる脱水機は、汚泥水を濾布や素焼の
濾過筒等を用いて濾過により脱水処理するタイプのもの
であればいかなるものでもよく、例えば前記した加圧脱
水機（フイルタープレス）や真空脱水機は勿論、槽内に
多数本の濾過筒（エレメント）を垂設してなり、当該槽
内に入れた汚泥水中の固形物を前記濾過筒の外側で捕捉
するとともに濾過水を前記濾過筒の内側に集水して取り
出す構造のいわゆるエレメント型フイルター等にも適用
できる。なお、当該エレメントフイルターはいわゆる脱
水機としても使用されるが、通常は汚泥水を前記加圧脱
水機や真空脱水機、あるいは遠心脱水機等の脱水機にか
ける前の予備濃縮機として使用される場合が多い。その
ため、このようなタイプのものを特に濾過濃縮機と称す
ることがあるが、本発明でいう脱水機にはこのような汚
泥水の予備濃縮に使用されるものも含む。

〔実施例〕

以下、本発明方法の具体的構成を図示の実施例に基づ
き詳細に説明する。

図面は本発明方法の一例を示すフローを示すもので、
図中１は凝集沈澱槽を示す。この凝集沈澱槽１には、河
川水、井水あるいは湖沼水等が原水として取り込まれ、
硫酸バンド等の凝集剤を添加して原水中の懸濁物質を沈
澱させる。

懸濁物質が沈降分離された処理水は溢流式で次段の処
理系または各種用途先に送水管２を介して送られる。

一方、凝集沈澱槽１の底部に沈澱した汚泥は、汚泥引
抜管３を介して汚泥槽４に貯溜され、ここからポンプ５
によって連続的に汚泥濃縮槽６に送られる。汚泥濃縮槽
６では所定の濃度に到るまで、一般的には100〜500時間
程度の沈降分離濃縮を行い、固液分離された液は凝集沈
澱槽１に戻すか、処理水として処理水系に送ると共に、
槽６の底部に溜まった高濃度の汚泥はポンプ７により汚
泥曝気槽８に送られる。９はこの汚泥曝気槽８内の底部
近傍に付設した散気管であり、10は当該散気管９に空気
を供給するブロワーである。

ポンプ７により汚泥曝気槽８に送られた高濃度の汚泥
水は当該汚泥曝気槽８内において空気と接触して酸化さ
せられる。

本発明方法ではこの汚泥曝気槽８における汚泥水のpH
値を７〜10に調整すると共に、曝気後の汚泥水のpH値を
６以上７未満に調整するようにしたもので、図中11はポ
ンプ７から汚泥曝気槽８に至る配管中に付設したpH調整
装置を示し、12は汚泥曝気槽８から脱水機に至る配管中
に付設したpH調整装置を示すものである。

pH調整装置11においては汚泥水のpH値を７〜10にする
ためカセイソーダ、炭酸ソーダ等のアルカリ剤が該配管
中に注入される共に、後段のpH調整装置12においては、
塩酸、硫酸等の酸剤が該配管中に注入され、汚泥曝気槽
８を出た汚泥水のpH値が６以上７未満に調整されるもの
である。

汚泥曝気槽８中の汚泥水のpH値を７〜10に調整するに
は前記したように、ポンプ７から汚泥曝気槽８に至る配
管中にpH調整装置11を付設すればよいが、これ以外に
も、例えば汚泥曝気槽８内に直接アルカリ剤を注入する
ようにしてもよいものである。

なお、処理すべき汚泥水のpH値がもともと７以上であ
る場合、あるいはもとのpH値が７未満であっても曝気に
よって短時間内にpH7以上となるような場合（例えば、
汚泥水が比較的多量の有機物を含むものであり、嫌気状
態に長時間おかれることによって嫌気性微生物の働きに
より前記有機物が分解されて低分子の有機酸が多量に生
成され、当該有機酸が曝気によって揮散するために汚泥
水のpH値が７以上に上昇するような場合）はアルカリ剤
を添加することなくそのまま曝気してよい。

汚泥曝気槽８を出てpH値が６以上７未満に調整された
濃縮汚泥水はポンプ13によって、次段のライン中に付設
されたエレメント型フイルター14、あるいはフイルター
プレス15等からなる脱水機に導入され、通常と同様の方
法で最終の脱水処理が行われる。

脱水後のスラッジは従来と同様の方法にて処理され
る。

以下に、実施例と併せ比較例を挙げて本発明方法の効
果をさらに詳述する。

pH6.6、溶存Fe含有量2.77mg/、溶存Mn含有量3.84mg
/の原汚泥水を用い、実施例（１）〜（５）、比較例
（１）、（２）に示す条件で脱水実験を１ヶ月間連続し
て行った。

実施例（１）〜（５）の結果を表１に、比較例
（１）、（２）の結果を表２にそれぞれ示す。

なお、表１及び表２において一次pHとは曝気槽内の汚
泥水のpH値を示し、二次pHとは曝気後の汚泥水のpH値を
示す。

実施例（１）〜（５）、比較例（１）、（２）のいず
れ共、一次pH調整剤としてはカセイソーダを、二次pH調
整剤としては塩酸をそれぞれ使用した。また、脱水機と
してはオルガノ酸エレメント型フイルター（濾過濃縮
機）を使用した。

表１によって明らかなとおり、曝気を境にして一次pH
値を７〜10に調整すると共に、二次pH値を６以上７未満
に調整した実施例（１）〜（５）の場合、１ヶ月運転後
の脱水機の濾布面に鉄酸化物及びマンガン酸化物の析出
物がなんら認められなかった。

これに対し、表２に示すとおり、一次pH値、二次pH値
の両者共6.5に調整した比較例（１）の場合には、脱水
機の濾布面に鉄酸化物の付着が認められた。また、一次
pH値を8.5に調整し、二次pH値を8.0に調整した比較例
（２）の場合には、鉄酸化物の付着は認められなかった
が、マンガン酸化物の付着が確認された。これは、二次
pH値をアルカリサイドに設定したため、マンガンの酸化
が曝気後も促進され、脱水機の濾布面にマンガン酸化物
が付着したものと考えられる。

〔発明の効果〕 本発明方法によれば、汚泥水の曝気による酸化をpH7
〜10の条件下で行うことによって特に二価の鉄イオンの
酸化速度を著しく高めることができ、したがって曝気に
要する時間を従来より大幅に短縮することができるとと
もに脱水機に導入される汚泥水中の鉄はすべて酸化状態
に安定維持され、一方脱水機に導入される汚泥水中のマ
ンガンイオンは汚泥水のpH値が６以上７未満に維持され
る結果、これ以上空気酸化を受けないことになる。従っ
て、溶存状態の金属類（ほとんどが鉄とマンガン）が脱
水機の濾布面で酸化析出されることで生じていた当該濾
布の目詰まりの問題がほとんど解消されることゝなっ
た。

また、本発明方法によれば、従来、濾布の目詰まりを
解消するために行っていた脱水機における濾布の酸洗浄
の負担が解消乃至軽減されて作業環境の改善が実現さ
れ、また濾布を付着したまゝ酸洗浄を行っていた場合の
装置の耐酸性の配慮が不要乃至軽減されるという利益が
あり、さらに廃液処理のための中和装置が不要乃至その
負担が軽減されるものとなってその実用上の利益はきわ
めて多大なものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明汚泥水の脱水方法の一例を示すフロー図で
ある。 1:凝集沈澱槽、2:送水管 3:汚泥引抜管、4:汚泥槽 5:ポンプ、6:汚泥濃縮槽 7:ポンプ、8:汚泥曝気槽 9:散気管、10:ブロワー 11:pH調整装置、12:pH調整装置 13:ポンプ 14:エレメント型フイルター 15:フイルタープレス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−83100（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−233200（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C02F 11/00 - 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浄水過程で生ずる鉄およびマンガンを含ん
   だ汚泥水を脱水機により脱水処理するにあたり、脱水機
   の前段で汚泥水をpH値７〜10の条件下で曝気することに
   より酸化させると共に、曝気後の汚泥水のpH値を６以上
   ７未満に調整し、しかる後に脱水処理することを特徴と
   する汚泥水の脱水方法。