JP3645459B2 - 汚泥処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や各種廃水処理施設等において発生する有機性汚泥を処理する方法及び装置に係わり、特に汚泥中の固形物を濃縮する工程を含む処理方法及び装置において、該汚泥を浮上分離させ、分離した濃縮汚泥の後段の凝集処理、脱水処理における処理効率を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性汚泥の処理方法の中でも、一般的な汚泥の濃縮方法は、重力濃縮槽で懸濁物質を重力沈降させることで汚泥中の固形物を濃縮する方法である。
しかし、重力濃縮槽で汚泥を重力沈降させるためには、数時間以上静置する必要があるので、液中の酸素濃度が低い場合には嫌気的条件となることが避けられない。汚泥が嫌気的な条件下に数時間以上おかれると、生物代謝等によって生じる二酸化炭素や硫化水素等のガス発生により汚泥中に微細な気泡が多く含まれる状態が発生することがある。
そのような場合、ガスの発生量が多いときには、前記重力濃縮槽内の汚泥粒子の周りには微細気泡が多数付着し、汚泥が浮上する可能性がある。汚泥が浮上すると、重力濃縮槽の底部から引き抜かれる濃縮汚泥の濃度は低下し、後段の凝集、及び脱水処理に悪影響を与える。
【０００３】
濃縮汚泥濃度が低下する場合、凝集処理においては一般的に汚泥中の固形物当たり凝集剤添加率が大きくなるために、必要凝集剤の量が相対的に大きくなりコスト高となる。また、脱水処理においては汚泥濃度が低下する場合、一般的に脱水機の単位時間当たりの固形物処理速度が低下するために、脱水機を大型化または多数設置する必要がありコスト高になる。
また、汚泥が浮上すると、重力濃縮槽の上部から排出される脱離水中の懸濁物質濃度が上昇し系外に排出されるために、重力濃縮槽の固形物回収率は低下する。一般的に、脱離液は汚泥処理プラントに隣接する水処理プラントで処理される場合が多いが、脱離液中に懸濁物質が多い場合、水処理システム全体に悪影響を及ぼし、処理水質の低下を引き起こす可能性がある。
【０００４】
技術的には、汚泥の分離方法としては、浮上分離方法の手段も存在する。そこで、逆に、前記の嫌気的な条件下におかれていた汚泥を浮上分離する手段を採用した場合、加圧浮上、常圧浮上のいずれの方法を取った場合においても、多量の微細な気泡が汚泥粒子に付着しているために、後段の凝集処理、脱水処理において、汚泥と凝集剤を完全に混和させることが困難であって、脱水機の脱水性能を低下させる要因となることが多い。
そのため、浮上濃縮汚泥は凝集処理を行う前に攪拌槽での攪拌などによる脱気処理を施す場合が多い。しかしながら、該脱気処理において、比較的粗い空気や界面活性剤等による気泡は破泡するものの、生物代謝等によって生じる微細な気泡は、攪拌のみでは十分に脱気処理を行うことができず、凝集不良、脱水不良を生じさせることが度々あり問題であった。
また、汚泥濃縮により発生する脱離液中に含まれる溶解性リンは、水処理系に返送されることが多いために、水処理系の処理水のリン残留率を上昇させることがあり問題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の前記問題点を解決することを目的とする。すなわち、汚泥処理方法の中でも、特に汚泥中の固形物を濃縮する工程が存在する汚泥処理方法及び装置において、嫌気的条件下での滞留時間が長く、二酸化炭素、硫化水素等の生物代謝に起因する微細な気泡が多く含まれるような状態が発生する場合において、汚泥中のＳＳ分を安定的に浮上濃縮分離でき、かつ脱離水中の溶解性リン濃度を軽減し、かつ浮上濃縮分離した汚泥の凝集性能、及び脱水性能を高められる汚泥処理方法及び装置を提供することを課題とする。
また、本発明は、汚泥を分離するために汚泥を滞留する際に、嫌気的条件下でのガスの発生による汚泥の浮上の問題点を、汚泥の浮上分離に積極的に利用し、かつその際浮上濃縮分離した汚泥に対する凝集剤の処理が効率良く行われるようにする方法及び装置を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ね、汚泥が浮上しやすいという現象を積極的に活用し、汚泥の濃縮を重力濃縮槽ではなく浮上濃縮槽で行い、かつ汚泥を浮上濃縮槽に投入する前に、汚泥に酸性の溶液を添加することにより、汚泥中のＳＳが安定的に浮上濃縮分離できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、次の手段により前記の課題を解決した。
（１）有機性汚泥に対して濃縮、凝集、脱水等の処理を施す汚泥処理方法において、該汚泥を嫌気的条件下におき、酸性の溶液を添加し、該汚泥を浮上分離し、分離された汚泥を含む液体を減圧処理して、脱水処理することを特徴とする汚泥処理方法。
（２）前記分離された汚泥を含む液体の減圧処理として、前記液体を真空容器内で回転する有底のふるい体の遠心力により前記液体を加速して該真空容器内の壁面に衝突させ、前記液体中の気体を連続的に脱気することにより気体を除去することを特徴とする前記（１）記載の汚泥処理方法。
（３）有機性汚泥に対して濃縮、凝集、脱水等の処理を施す汚泥処理装置において、嫌気的条件下にあった該汚泥を導入し、酸性の溶液を添加する装置、酸性の溶液が添加された汚泥を浮上分離する浮上分離濃縮装置、浮上濃縮分離された汚泥を含む液体を減圧処理する真空脱気装置、及び脱水処理する脱水装置とを有することを特徴とする汚泥処理装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために、本発明では、嫌気的条件下で所定時間以上経過させ、二酸化炭素、硫化水素等の多数の微細な気泡を含むかまたはそれらが溶存する汚泥に対して、酸性の溶液を添加することにより、二酸化炭素、硫化水素等を気相に排出させて、気泡として汚泥粒子に付着させることにより、汚泥を浮上分離させて濃縮し、その後浮上している該濃縮汚泥を液から取り出し又は取り出さずに、該濃縮汚泥を減圧処理することにより微細な気泡の多くを液相から排除し、後段の凝集性能、及び脱水性能を高い効率で行うことが可能とする。
酸性の溶液としては、ポリ鉄、硫酸バンド、ＰＡＣ等の鉄系、又はアルミニウム系の酸性の無機凝集剤が好ましい。すなわち、酸性の無機凝集剤を用いた場合には、二酸化炭素、硫化水素等を気相に排出させて、気泡として汚泥粒子に付着させることにより、汚泥を浮上分離させ濃縮するとともに、脱離液中に溶解するリン成分をリン酸鉄、リン酸アルミニウムの形態で固形物化して、あわせて浮上させ濃縮できる。また、これらの無機凝集剤は後段の脱水処理の凝集助剤として働くので都合がよい。
前記酸性の溶液におけるｐＨは１〜３の範囲であることが好ましい。また、実際上では、その酸性の溶液におけるｐＨもさることながら、酸性の溶液を添加した後の液のｐＨの大きさが重要であって、そのｐＨは４〜６．５であることが好ましく、より好ましくは５〜５．５である。
【０００９】
汚泥が所定の時間以上嫌気的条件下にないような場合には、汚泥溶液中に溶存する二酸化炭素や、硫化水素の成分が少ないために、酸性の無機凝集剤を添加した場合でも発生する気体成分が少なく、汚泥の浮上濃縮性能が少ない場合があるので、その場合は人為的に汚泥を嫌気的条件下におき、発生する気体成分が十分にあるようにする方法も有効である。
嫌気性処理の条件としては、溶存酸素濃度１ｍｇ／リットル以下で３０分以上が好ましい。
【００１０】
また、減圧処理としては特開平７−１３６４０６号公報に開示されているような脱気装置（以後、薄膜真空脱気装置と称する）を使用することが望ましい。該脱気装置は、真空容器内で回転する有底のふるい体の遠心力により対象液体を加速し対象液体を該真空容器内の壁面に衝突させ、対象液体中の気体を除去する方式の連続脱気装置である。該脱気装置内部において、汚泥粒子はふるい体の回転力により物理的な衝撃を受けるとともに、真空容器内の壁面において薄膜状態にされる。この薄膜状態の汚泥は、容器で真空にさらされるために、非常に微細な気泡までがほぼ完全に除去される。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明を実際に組み込んだ処理施設の運転結果の一例について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
【００１２】
実施例
図１にＡ汚泥処理施設における従来方法を行う処理設備のフローと本発明の方法による処理施設のフローを併せて示す。本発明の方法による処理施設は、複数の下水処理場で発生する汚泥をパイプラインを介して１つの汚泥処理場に送泥することにより、集約的に汚泥処理を行っているＡ施設におけるフローの改良例として示される。
本発明の方法による処理施設は、Ｙ終末処理場からのパイプラインから送られて来る汚泥を受けてポリ鉄などの鉄系またはアルミニウム系の無機凝集剤を添加するポリ鉄混和槽１、無機凝集剤を添加された汚泥の浮上分離を行う浮上分離装置２、そのあと汚泥液を減圧して脱気する真空脱気装置３、真空脱気装置３からの汚泥５を脱水処理して脱水ケーキ７として系外へ排出する脱水装置４が、この順に直列に設置されて構成されている。なお、６は真空脱気装置３からの脱離水である。
【００１３】
一方、Ａ汚泥処理施設の従来方法を行う設備は、パイプラインで受けた汚泥の重力濃縮槽１１からの濃縮汚泥２０を脱水して脱水ケーキ２１として系外へ排出する脱水設備１５からなる汚泥ケーキ生成ラインと、重力濃縮槽１１からの脱離水１９と流入水１０が入る最初沈殿槽１２、その後に続く水処理設備１３と処理水１８として系外へ排出する最終沈殿槽１４の処理水生成ラインからなり、前記処理水生成ラインにおける最初沈殿槽１２からの濃縮汚泥１６と最終沈殿槽１４からの濃縮汚泥１７は共に重力濃縮槽１１へ送られるように構成されている。
【００１４】
Ａ汚泥処理施設に送泥されてくる汚泥は、有機性の汚泥であり、汚泥の一部は長距離にわたるパイプラインで送られるために、その間に主として嫌気性微生物の代謝による醗酵が進行し、種々のガスが発生し易い環境が作られている。また、圧送ポンプにより幾分加圧された状態で運ばれていることから、発生ガスの一部は汚泥中に溶存している。そのために、Ａ施設の重力濃縮槽に投入された直後には大気に解放されて圧力が低下した分の分圧でガスが発生し易く、さらに重力濃縮槽に投入された後においても、活性が残っている微生物の代謝作用により連続的にガスが発生し続けるため、汚泥が常時浮上する状態が生じている。
この状態の重力濃縮槽の固形物回収率は約５０％であった。本発明による方法では、重力濃縮槽に投入する前の汚泥に対して、ポリ鉄混和槽１でポリ硫酸鉄（ｐＨ２．０）を汚泥中対ＳＳ濃度に対してＦｅ換算で約１．５％添加した後（添加後のｐＨ５．３）、浮上分離装置２に入れ、９０分の滞留時間で汚泥を浮上濃縮させた後、該濃縮汚泥に対して薄膜真空脱気装置３による脱気処理を行い、その後、両性ポリマーにより凝集処理を行い、既設脱水機と同じベルトプレス型脱水機を用いる脱水装置４により脱水処理を行った。
【００１５】
第１表にＡ汚泥処理施設における本発明方法を採用した場合の処理成績と、従来方法による処理成績を示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
従来方法による処理では、重力濃縮槽において汚泥の浮上が発生するために、沈降濃縮汚泥の濃度が低く０．１５〜０．７６％である。脱離液のＳＳ濃度は０．６８〜３．１９％であり、沈降汚泥よりも高い。つまり、このケースにおいて重力濃縮槽は濃縮槽の機能を全く果していないことになる。沈降汚泥の引き抜き量を大きくし、高速で脱水処理を行うことにより、重力濃縮槽の固形物回収率を高める運転を行ってきたが、回収率は２５．８〜６３．４％で非常に悪い状態である。
引き抜き汚泥濃度が低いことから、脱水前の凝集工程における凝集剤添加率は比較的高い０．７２〜１．２０％ｔｏＳＳである。濃縮槽脱離液ＰＯ₄ −Ｐ濃度は、３５．８〜５６．４ｍｇ／リットルとほぼ原汚泥のレベルと同程度であった。また、凝集性が良くないことが起因して脱水性も悪く、脱水ケーキのケーキ含水率は８１．７〜８４．２％であった。
【００１８】
しかし、本発明の方法による処理に変えた場合、その直後からＡ汚泥処理施設の処理効率は格段に向上した。重力濃縮槽投入汚泥の濃度は、本発明方法の実施前とほとんど変化は無かったにもかかわらず、浮上濃縮汚泥濃度は２．７８〜３．９８％まで上昇し、脱離液ＳＳ濃度は０．０２〜０．０７％まで低下した。本来の濃縮槽（「沈降」と「浮上」の違いはあるが）における濃縮の性能が回復したことにより、固形物回収率は９８．９〜９９．４％まで改善された。
また、濃縮槽脱離液ＰＯ₄ −Ｐ濃度は、本発明方法の方がポリ鉄を添加していることから、０．４〜３．６ｍｇ／リットルと低レベルであった。また、濃縮汚泥濃度が上昇したことにより、凝集性、脱水性は大幅に改善され、凝集剤添加率、脱水ケーキ含水率は、それぞれ０．７８〜０．９８％ｔｏＳＳ、７２．５〜７６．９％と良好な成績を示した。
【００１９】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、汚泥処理のような濃厚な有機排水の長時間の嫌気的処理条件下で、二酸化炭素、硫化水素等の生物代謝に起因する微細な気泡が多く含まれる状態が発生する場合においても、汚泥中のＳＳ分を安定的に浮上濃縮分離し、かつ脱離水中の溶解性リン濃度を低減し、かつ浮上濃縮分離した汚泥の凝集性能、及び脱水性能を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥処理方法を実施する装置と従来の下水汚泥処理方法を実施する装置の比較を示すフローシートである。
【符号の説明】
１ ポリ鉄混和槽
２ 浮上分離装置
３ 真空脱気装置
４ 脱水装置
５ 汚泥
６ 脱離水
７ 脱水ケーキ
１０ 流入水
１１ 重力濃縮槽
１２ 最初沈殿槽
１３ 水処理設備
１４ 最終沈殿槽
１５ 脱水設備
１６ 濃縮汚泥
１７ 濃縮汚泥
１８ 処理水
１９ 脱離水
２０ 濃縮汚泥
２１ 脱水ケーキ

Claims (3)

1. 有機性汚泥に対して濃縮、凝集、脱水等の処理を施す汚泥処理方法において、該汚泥を嫌気的条件下におき、酸性の溶液を添加し、該汚泥を浮上分離し、分離された汚泥を含む液体を減圧処理して、脱水処理することを特徴とする汚泥処理方法。
2. 前記分離された汚泥を含む液体の減圧処理として、前記液体を真空容器内で回転する有底のふるい体の遠心力により前記液体を加速して該真空容器内の壁面に衝突させ、前記液体中の気体を連続的に脱気することにより気体を除去することを特徴とする請求項１記載の汚泥処理方法。
3. 有機性汚泥に対して濃縮、凝集、脱水等の処理を施す汚泥処理装置において、嫌気的条件下にあった該汚泥を導入し、酸性の溶液を添加する装置、酸性の溶液が添加された汚泥を浮上分離する浮上分離濃縮装置、浮上濃縮分離された汚泥を含む液体を減圧処理する真空脱気装置、及び脱水処理する脱水装置とを有することを特徴とする汚泥処理装置。

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