JP3550955B2 - 汚泥処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は汚泥処理装置に係り、特に、嫌気性消化汚泥の脱水性を改善すると共に、効率的なリン処理を行う汚泥処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、下水、し尿又は有機性産業廃水などの処理工程で発生する有機性汚泥の処理方法としては、
▲1▼ 汚泥にカチオン性有機高分子凝集剤(以下「カチオンポリマー」と称す。)を添加した後、ベルトプレス又は遠心脱水機で脱水する方法
▲2▼ 汚泥にカチオンポリマーを添加して重力濃縮し、濃縮汚泥に更にカチオン強度が高いカチオンポリマーと無機凝集剤を添加してベルトプレス等で脱水する方法
▲3▼ 汚泥に無機凝集剤を添加した後両性有機高分子凝集剤(以下「両性ポリマー」と称す。)を添加して脱水機で脱水する方法
などがある。また、これらの処理方法よりも更に汚泥処理効率の向上、脱水ケーキ含水率の低減等が可能な汚泥処理方法として、汚泥に無機凝集剤を添加した後、両性ポリマーを添加し、得られた凝集汚泥を重力脱水し、次いで、重力脱水汚泥に無機凝集剤を添加した後、遠心脱水機内に両性ポリマーを注入しながら該遠心脱水機で遠心脱水する方法も提案されている。
【0003】
一方、リン含有排水の処理法として、リン含有排水にマグネシウムイオンを添加して、排水中のリン、アンモニア及びマグネシウムイオンの反応でリンをMAP(リン酸マグネシウムアンモニウム)として除去、回収する方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の汚泥処理方法を嫌気性消化汚泥に適用した場合、凝集、脱水効率が悪く、低含水率の脱水ケーキを得ることができない。また、汚泥から放出されたリンが脱水濾液中に含まれて系外へ排出されてしまうため、放流水の水質が悪化するという問題もあった。
【0005】
一方、リン含有排水のリンをMAPとして除去、回収する方法は、従来、消化汚泥を固液分離して得られる分離液に適用されており、消化汚泥の脱水性の改善をも考慮した上で汚泥処理の一貫としてのリンの除去、回収は行われていない。
【0006】
本発明は上記従来の問題点を解決し、嫌気性消化汚泥等のリン含有汚泥を、効率的に脱水処理すると共に、リンを効率的に除去、回収する装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の汚泥処理装置は、汚泥にカチオン性有機高分子凝集剤(カチオンポリマー)を添加する第1の凝集手段と、該第1の凝集手段で得られた凝集汚泥を濃縮する重力濃縮手段と、該重力濃縮手段の濃縮汚泥に無機凝集剤を添加する第2の凝集手段と、該第2の凝集手段で得られた凝集汚泥に両性有機高分子凝集剤(両性ポリマー)を添加する第3の凝集手段と、該第3の凝集手段で得られた凝集汚泥を脱水処理する脱水手段と、該脱水手段の脱水濾液と前記重力濃縮手段からの分離水とを処理するMAP生成手段とを備えてなることを特徴とする。
【0008】
本発明の汚泥処理装置では、カチオンポリマー、無機凝集剤、両性ポリマーを順次添加して凝集ないし濃縮、脱水することにより、低含水率の脱水ケーキを効率的に得ることができる。即ち、汚泥をカチオンポリマーで凝集処理して重力濃縮した後、無機凝集剤を添加すると、荷電中和が完全に行われ、その後の両性ポリマーの添加で強固なフロックを形成できるため、汚泥の回収率、脱水効率が格段に向上する。
【0009】
また、重力濃縮手段からの分離水と脱水手段の脱水濾液とをMAP生成手段で処理することにより、汚泥から放出されたリンを効率的に除去、回収することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【0011】
図1は本発明の汚泥処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【0012】
図中、1は第1凝集槽、2は重力濃縮機、2Aは分離水槽、3は第2凝集槽、4は第3凝集槽、5はベルトプレス脱水機、6はMAP反応塔、7はカチオンポリマー貯槽、8は無機凝集剤貯槽、9は両性ポリマー貯槽、P1 ,P2 ,P3 ,P4 はポンプ、M1 ,M2 ,M3 ,M4 ,M5 は攪拌機である。
【0013】
嫌気性消化汚泥等のリン含有汚泥は、まず、第1凝集槽1において、カチオポリマー貯槽7からカチオンポリマーが添加され、凝集処理される。
【0014】
凝集汚泥は重力濃縮機2で重力濃縮され、濃縮汚泥は次いで第2凝集槽3において無機凝集剤貯槽8から無機凝集剤が添加される。無機凝集剤は、汚泥の荷電を中和して汚泥を調質すると共に、溶解性リンの固定化を行う。
【0015】
第2凝集槽3の凝集汚泥は、更に、第3凝集槽4において両性ポリマー貯槽9から両性ポリマーが添加され、造粒凝集される。この凝集汚泥は、ポンプP4 によりベルトプレス脱水機5に送給され、脱水処理される。このベルトプレス脱水機では、給泥される汚泥が既に十分に濃縮凝集されており、フロックの強度が強く、固形分含有量が多いため、含水率が十分に低い脱水ケーキを効率的に得ることができる。得られた脱水ケーキは系外へ排出される。
【0016】
重力濃縮機2での汚泥の濃縮で分離された分離水は、分離水槽2Aから抜き出され、MAP反応塔6で処理される。また、ベルトプレス脱水機5の脱水濾液もMAP反応塔6で処理される。
【0017】
MAP反応塔6では、MAPが析出するpH条件、好ましくはpH7.5〜10、より好ましくはpH8〜9となるように、NaOH等のアルカリが注入されると共に、MAPの析出にマグネシウムが不足する場合には、MgCl2 ,Mg(OH)2 等のマグネシウム化合物(マグネシウム化合物を含有するものであれば良く、海水であっても良い。)が添加され(MAPの析出にアンモニアが不足する場合には更にアンモニアを添加する。)、液中のリン及びアンモニアとマグネシウムとの反応でMAPが生成、析出し、これにより、液中のリンが除去される。なお、MAP反応塔6のマグネシウム化合物の添加量は、液中のPに対して、液中のMgがモル比で1.2〜1.5程度となるような量とするのが好ましい。
【0018】
MAP反応塔6の処理水は、通常リン濃度10〜40mg/L程度であり、返流水として汚泥の流入点に戻される。
【0019】
このMAP反応塔6で生成したMAP粒子はMAP反応塔底部から抜き出され、リン及び窒素を含む肥料として有効利用される。
【0020】
本発明において、第1凝集槽1で添加するカチオンポリマーとしては、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノ(メタ)アクリレート(DAM)、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートなどの1種又は2種以上のホモポリマー又はコポリマーが挙げられる。
【0021】
カチオンポリマーの添加量は、汚泥性状や添加するカチオンポリマーの種類によっても異なるが、通常の場合、汚泥の乾燥TSに対して1〜1.5重量%とされる。この第1凝集槽1の凝集反応は、緩速撹拌下に行うのが好ましく、凝集反応時間は2〜3分程度で良い。
【0022】
第1凝集槽1の凝集汚泥を重力濃縮する重力脱水機3としては、傾斜スクリ ーン(ウェッジワイヤスクリーン)、濾布走行型(ベルトプレス)、ロータリースクリーン型などを採用することができるが、好ましくは目開き1〜2mm程度のスクリーン状のものが用いられる。
【0023】
この重力濃縮機2では、一般に汚泥濃度3〜6%に脱水されるが、後工程の処理を安定に行うためには、必要に応じて分離水の一部を重力脱水機2の分離水槽2Aから第2凝集槽3に溢流させることにより、第2凝集槽3における汚泥の濃度が3〜4%となるように調整するのが好ましい。
【0024】
第2凝集槽3に添加する無機凝集剤としては、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(PAC)、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄などを挙げることができる。その添加量は使用する無機凝集剤の種類等にもよるが、汚泥の乾燥TSに対して20〜35重量%とするのが好ましい。この第2凝集槽3の凝集反応は急速撹拌で行うのが好ましく、凝集反応時間は1.5〜2分程度で良い。
【0025】
第3凝集槽4で添加する両性ポリマーとしては、カチオン性構成単位(カチオン基)量(以下「カチオン量」と称す。)を示すpH3でコロイド滴定したコロイド当量値(a値)が1.0〜3.7meq/g、アニオン性構成単位(アニオン基)量(以下、「アニオン量」と称す。)とカチオン性構成単位量の差を示すpH7でコロイド滴定したコロイド当量値(b値)が−1.7〜0.7meq/gであり、かつアニオン量/カチオン量の比を示す(a−b)/aの値が0.8〜1.8の範囲にあるものが好ましく、このような両性ポリマーとしては、例えばアニオン性のモノマー成分及びカチオン性のモノマー成分の共重合体、アニオン性のモノマー成分、カチオン性のモノマー成分及びノニオン性のモノマー成分の共重合体、或いはアニオン性のモノマー成分とノニオン性のモノマー成分の共重合体のマンニッヒ変性物又はホフマン分解物などを挙げることができる。
【0026】
ここで、アニオン性のモノマー成分としては、例えばアクリル酸(AA)、アクリル酸ナトリウム(NaA)、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げることができる。カチオン性のモノマー成分としては、例えばジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート(DAM)、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、及びそれらの四級化物などを挙げることができる。四級化物としては、具体的にはジメチルアミノエチルアクリレート四級化物(DAA)などを挙げることができる。また、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの塩酸塩(DAPAAm)を用いても良い。ノニオン性のモノマー成分としては、例えばアクリルアミド(AAm)、メタアクリルアミド、N,N’−ジメチル(メタ)アクリルアミドなどを挙げることができる。また、これらの化合物の共重合体として、具体的にはDAA/AA/AAm共重合体、DAM/AA/AAm共重合体、DAPAAm/AA/AAm共重合体、DAA/AA共重合体、又はNaA/AAm共重合体のマンニッヒ変性物などを挙げることができる。
【0027】
上記両性ポリマーの添加量は、汚泥の乾燥TSに対して0.2〜0.3重量%とするのが好ましい。この第3凝集槽4の凝集反応は緩速撹拌で行うのが好ましく、凝集反応時間は3〜4分で良い。
【0028】
第3凝集槽4の凝集汚泥を脱水処理する脱水機としては、ベルトプレス脱水機の他、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機等を用いても良い。
【0030】
本発明の汚泥処理装置は、嫌気性消化汚泥等のリン含有汚泥の処理に有効であるが、消化汚泥と余剰汚泥等との混合汚泥にも有効である。
【0031】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【0032】
なお、以下の実施例及び比較例においては、原泥として下記性状の下水処理消化槽未洗浄消化汚泥の処理を行った。また、カチオンポリマー、無機凝集剤、両性ポリマーとしては、下記のものを用いた。
【0033】
原泥性状
pH:7.0
電気伝導度(ms/m):310
TS(%):1.15
VTS(%):65
繊維分(%):7.51
PO4 −P(mg/L):31
カチオンポリマー:栗田工業(株)製「クリフィックスCP604」
無機凝集剤:ポリ硫酸鉄又は硫酸第二鉄
両性ポリマー:pH3におけるコロイド当量(a)値が2.6meq/g、pH7におけるコロイド当量(b)値が0meq/gで(a−b)/aの値が1のDAA/AA/AAm共重合体
また、重力濃縮機としてのスクリーン濃縮機及びベルトプレス脱水機としては、下記のものを用いた。
【0034】
スクリーン濃縮機:ウェッジワイヤ重力式スクリーン
ベルトプレス型脱水機:ベルトプレス脱水機
実施例1
図1に示す汚泥処理装置により、汚泥処理を行った。
【0035】
まず、原泥に第1凝集槽1でカチオンポリマーを汚泥TSに対して0.87重量%添加して50rpmで3分間撹拌し、重力濃縮機2で2倍濃縮した。
【0036】
その後、第2凝集槽3でポリ硫酸鉄を汚泥TSに対して34.8重量%添加して150rpmで2分間撹拌した後、第3凝集槽4で両性ポリマーを汚泥TSに対して0.26重量%添加して40rpmで4分間撹拌した。
【0037】
第3凝集槽4からの凝集汚泥はベルトプレス脱水機で脱水した。
【0038】
また、重力濃縮機2の分離水及びベルトプレス脱水機の脱水濾液はMAP反応塔6で処理した。なお、このMAP反応塔6の処理条件は次の通りとした。
【0039】
pH:8.2
MgCl2 添加量:77mg−Mg/L
LV:60m/hr
この処理で得られた脱水ケーキの含水率及び汚泥回収率と、処理速度を表1に示す。
【0040】
また、表1にはMAP反応塔6に供給した分離水及び脱水濾液のリン濃度とMAP反応塔6の処理水のリン濃度を併記した。
【0041】
実施例2
実施例1において、ポリ硫酸鉄の代りに、硫酸第二鉄を汚泥TSに対して15.7重量%添加したこと以外は同様に処理を行い、結果を表1に示した。
【0042】
比較例1
実施例1において、カチオンポリマーの添加量を汚泥TSに対して1.13重量%とし、得られた凝集汚泥を直接ベルトプレス脱水機で脱水したこと以外は同様に処理を行い、結果を表1に示した(なお、脱水濾液からのMAPの回収は行わなかった。)。
【0043】
【表1】
【0044】
表1より明らかなように、カチオンポリマー、無機凝集剤及び両性ポリマーを併用する実施例1,2によれば、カチオンポリマーのみで処理を行う比較例1に比べて、処理速度は2倍以上となり、脱水ケーキ含水率は6〜7%、汚泥回収率は10〜15%も改善される。
【0045】
しかも、本発明によれば、汚泥中のリンをMAPとして効率的に除去、回収することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の汚泥処理装置によれば、嫌気性消化汚泥等のリン含有汚泥を、効率的に脱水処理すると共に、リンを効率的に除去、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の汚泥処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
1 第1凝集槽
2 重力濃縮機
2A 分離水槽
3 第2凝集槽
4 第3凝集槽
5 ベルトプレス脱水機
6 MAP反応塔
7 カチオンポリマー貯槽
8 無機凝集剤貯槽
9 両性ポリマー貯槽
Claims (1)
- 汚泥にカチオン性有機高分子凝集剤を添加する第1の凝集手段と、該第1の凝集手段で得られた凝集汚泥を濃縮する重力濃縮手段と、該重力濃縮手段の濃縮汚泥に無機凝集剤を添加する第2の凝集手段と、該第2の凝集手段で得られた凝集汚泥に両性有機高分子凝集剤を添加する第3の凝集手段と、該第3の凝集手段で得られた凝集汚泥を脱水処理する脱水手段と、該脱水手段の脱水濾液と前記重力濃縮手段からの分離水とを処理するMAP生成手段とを備えてなることを特徴とする汚泥処理装置。
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