JP3705466B2 - 濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置 - Google Patents
濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥や廃水を濃縮して脱水する濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、汚泥や廃水を処理する設備として、これらを濃縮して脱水する処理設備が用いられている。
ここで云う汚泥や廃水とは、特に、上水、下水、し尿、産業排水その他の水処理において発生する汚泥や懸濁液（以下、原汚泥ともいう）であり、これらの原汚泥を処理する場合、濃縮して脱水することが行われている。
そして、この処理方法には、例えば、凝集剤を使用して原汚泥を濃縮、及び脱水する方法がある。この場合、原汚泥の性状変化に対応して凝集剤の添加量を調節し、濃縮汚泥濃度を所定範囲内に制御することが行われている。
【０００３】
また、上述の汚泥や廃水を濃縮してから脱水する場合、例えば下水処理場から発生する原汚泥は、濃縮工程としては、薬注（凝集剤注入）設備と遠心濃縮機を使用し、脱水工程としては、新たな薬注設備とベルトプレス脱水機を設けるなどの設備であり、濃縮機と脱水機は別々の装置を使用することがほとんどであり、その各々処理工程に凝集反応装置が設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとき凝集剤を使用して汚泥を濃縮、及び脱水する設備並びに該設備の運転方法においては、原汚泥の性状変化に対応して凝集剤の添加量を調節し、濃縮汚泥濃度を所定範囲内に制御することは難しく、更にこの制御を簡単なしくみで且つ自動で行うことは非常に困難であった。
【０００５】
特に、下水処理場から発生する原汚泥を処理する方法として多く採用されている方法で、濃縮工程としては、薬注設備と遠心濃縮機を使用し、脱水工程としては、新たな薬注設備とベルトプレス脱水機を設ける方法にあっては、濃縮設備および脱水設備は、ともに設備面積、設備費、使用電力等の面でコストが大きくなり、設備費ならびにランニングコスト削減が課題となる場合が多かった。
【０００６】
また、遠心濃縮機によって得られた濃縮汚泥の濃度は、遠心力、薬注率、差速等により調整する場合が多いが、原汚泥の性状変化に対して、瞬時に対応可能な制御方法は非常に少なかった。
近年は、脱水装置の改良等により、脱水設備の中の凝集反応装置を濃縮機能を兼ね備えた濃縮型凝集反応装置に改良することで、上述したコスト面で改善が見られるようになってきている。
【０００７】
しかし、その場合でも、濃縮機能を持つ凝集反応装置の性能上の制約から、薬注条件は、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用する２液法が一般的であった。この２液法は、２種類の凝集剤を使用することから１液法よりも薬注設備費、薬品コストが大きくなる場合があり、且つ薬注制御が複雑で適正な維持管理を行うにはかなりの熟練が要求される。
【０００８】
特に、原汚泥の性状が頻繁に変化する場合には、運転管理者は常に原汚泥の性状をモニターし、必要に応じて薬注条件を変更しなければならなかった。
また、２液法は、脱水ケーキ中に無機凝集剤由来のアルミニウムや鉄が混入するため、脱水ケーキを他の目的で有効利用する場合等は使用できないという大きな問題があった。
【０００９】
上述の２液法の薬注を自動制御する方法は種々提案されている。しかし、この２液法の場合は、複数のセンサーと複雑な薬注制御機構が必要となり、結果的にコスト高になる場合がある。
【００１０】
また、原汚泥の濃度計や流量計の読み値等から算出した原汚泥の固形物負荷量に対して、凝集剤を一定の添加率で添加する方式等も提案されているが、この方式では適当な薬注量を常に維持することはできなかった。なぜなら、原汚泥のコロイド電荷量、Ｍアルカリ度、ｐＨ、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等が変化すると、原汚泥濃度が一定の場合でも凝集剤の適正添加率は大きく変動するため、薬注率を原汚泥の固形物負荷量に対して一定に固定するこの方法による薬注制御は不完全なものであった。
薬注量が適正でないと、未凝集の汚泥や分離水に含まれる過剰な凝集剤により、スリット状、またはメッシュ状の分離スクリーン等が目詰まりを起こし、スクリーンでの分離効率、すなわち濃縮効率が低下する等、濃縮効率が安定しない場合が多かった。
【００１１】
このように、濃縮脱水システム全体のイニシャルコスト、凝集剤等の薬品代や維持管理費用を含めたランニングコスト、脱水ケーキの有効利用、および原汚泥の性状変化に対する適正な薬注量制御機構等の点から総合的に判断して、その全てを十分に満足する有効な濃縮脱水方法及び薬注制御方法は提案されていないのが現状であった。
【００１２】
特に、現状の脱水設備並びに脱水方法として、濃縮型でない通常型の凝集反応装置とベルトプレス型脱水機の組み合わせで脱水処理を行っている場合において、既存の脱水機をそのまま使用しつつ、薬注設備などを新たに追加せずに、脱水機の処理性能を大幅に改善し、且つランニングコストの増加を抑えることは、極めて困難であった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ランニングコスト、脱水ケーキの有効利用、および原汚泥の性状変化に対する適正な薬注量の適正な制御等総合的にみて、十分に満足する有効な濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る目的は以下の構成により達成される。
（１）原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮した後、濃縮汚泥を、重力脱水濾過部を有する脱水装置で脱水する方法において、該重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを予め設定し、該重力脱水濾過部における濃縮汚泥の測定水位ＸがＰに近接するように該凝集剤の添加量を制御することを特徴とする濃縮脱水方法。
【００１５】
（２）原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標汚泥濃縮倍率Ｒを設定し、原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実汚泥濃縮倍率ＳがＲに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする前記（１）の濃縮脱水方法。
【００１６】
（３）原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標濃縮汚泥濃度Ｔを設定し、原汚泥濃度Ｃｏと原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実濃縮汚泥濃度ＵがＴに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする前記（１）の濃縮脱水方法。
【００１７】
（４）原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮する濃縮型凝集反応装置と、原汚泥に凝集剤を添加する凝集剤添加装置と、該濃縮型凝集反応装置からの濃縮汚泥を重力脱水する重力脱水濾過部を有する脱水装置と、該脱水装置の重力脱水濾過部の測定水位Ｘを検知し、Ｘに基づき該凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量を制御するプログラマブル調節計とを有する濃縮脱水装置。
【００１８】
（５）前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから汚泥濃縮倍率Ｓを算出し、Ｓに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する前記（４）の濃縮脱水装置。
【００１９】
（６）前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の濃度Ｃｏと該原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから濃縮汚泥濃度Ｕを算出し、Ｕに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する前記（４）の濃縮脱水装置。
（７）前記脱水装置が、ベルトプレス型脱水装置である前記（４）の濃縮脱水装置。
【００２０】
なお、本発明でいう「望ましい汚泥の濃縮脱水効率」とは、単に、汚泥の最も高い濃縮脱水効率に限定されるものではなく、凝集剤の適正添加量、処理速度、処理安定性、脱水ケーキの利用性等を含め、様々な目的に応じて、所望に設定する濃縮脱水効率をいうものである。
また、本発明で使用する重力脱水濾過部を有する脱水装置は、特に限定されないが、ろ布が常に目詰まりのない状態で運転されるものとして、ベルトプレス型脱水装置が好ましい。
【００２１】
（作用）
本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置によれば、脱水装置には重力脱水濾過部と圧搾脱水部等で構成され該重力脱水濾過部の水位を測定できるセンサーを搭載したものを採用し、攪拌機以外の駆動装置を用いないような簡単な構造の濃縮型凝集反応装置を採用し、脱水装置の重力脱水濾過部の水位の変化により凝集剤の添加量を制御するようにしたので、原汚泥の性状が変化した場合でも凝集剤の添加量を適正値に自動調節することが可能になり、使用する凝集剤が高分子凝集剤のみであっても濃縮型凝集反応を可能にし、運転の仕方によっては薬品使用量の軽減化が可能になり、且つ濃縮型凝集反応装置の濃縮効率を適正範囲内に自動調節することが可能になる。
【００２２】
また、本発明に係る装置の濃縮脱水方法によれば、重力脱水濾過部の設定水位を調節することで、所定範囲内の希望する濃縮効率、脱水効率に調節することを可能にすることもできる。
その上、本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置を、汎用型のベルトプレス型脱水装置等を採用している多くの脱水施設に適用した場合、凝集反応槽を濃縮型凝集反応槽に改造し、脱水装置の重力脱水濾過部に信号発信可能な水位センサーを設けて、その指示値から薬注量を決定、調節するプログラマブル調節計を組み込むだけで原汚泥の性状変化に対応した薬注自動制御が可能となり、汚泥を常に所定の濃度範囲まで濃縮することが可能となるので、脱水性能が大幅に改善され、しかもランニングコストを抑えことができる。
【００２３】
本発明に係る運転方法においては、凝集剤の適正薬注量、および濃縮効率は、重力脱水濾過部の脱水性を目安にして制御している。また、重力脱水性能の指標としての重力脱水濾過部の水位は、凝集汚泥粒子と脱水ろ液の分離性の良し悪しを直接的に表した数値であるので、汚泥の濃度、コロイド電荷量、Ｍアルカリ度、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等の変動にともなって、凝集剤の過不足が生じた場合には、すぐさま重力脱水濾過部の水位変動という現象が生じ、その水位を薬注量の変化で調節することにより、汚泥の性状変化に伴った適正な薬注量の調節を常に行うことができる。
【００２４】
しかも、この重力脱水濾過部の脱水性は、原理的には、濃縮凝集装置内のスリット面での分離性とほとんど同じ性質をもつので、重力脱水濾過部の脱水性が改善された場合、同様に濃縮凝集装置での濃縮効率も改善されることになる。そのため、重力脱水濾過部の設定水位を変化させて濃縮効率を操作することが可能になるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置の概念を示す図である。
濃縮型凝集反応装置１において、原汚泥に、凝集剤添加装置２から凝集剤を添加し、攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮し、分離水と濃縮汚泥とに分離する。濃縮型凝集反応装置１で得られた濃縮汚泥を、脱水装置３の重力脱水濾過部へ導入する。このとき、重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを予め設定する。脱水装置３の重力脱水濾過部へ導入した濃縮汚泥の測定水位Ｘが目標水位Ｐに近接になるように、プログラマブル調節計４で、凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量を制御する。
【００２６】
例えば、プログラマブル調節計４により、測定水位Ｘと目標水位Ｐとが等しい場合には、凝集剤添加量を現状維持し、測定水位Ｘが目標水位Ｐより高い場合には、凝集剤添加量を増加させ、測定水位Ｘが目標水位Ｐより低い場合には、凝集剤添加量を減少させる。
上記の操作の流れを図２に示す。
【００２７】
また、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置においては、原汚泥が濃縮型凝集反応装置１にて、常に所定範囲の濃縮倍率で濃縮されるように上記目標水位Ｐを設定するようにしてもよい。
この場合、原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標汚泥濃縮倍率Ｒを設定し、濃縮型凝集反応装置１に流入する原汚泥の流量Ｑ1 と凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と濃縮型凝集反応装置１から流出する分離水の流量Ｑ3 とから算出される汚泥濃縮倍率Ｓが、Ｒに近接するように、プログラマブル調節計４で目標水位Ｐを制御する。
【００２８】
例えば、プログラマブル調節計４により、汚泥濃縮倍率Ｓと目標汚泥濃縮倍率Ｒとが等しい場合には、目標水位Ｐを現状維持し、汚泥濃縮倍率Ｓが目標汚泥濃縮倍率Ｒより高い場合には、目標水位Ｐを上昇させ、汚泥濃縮倍率Ｓが目標汚泥濃縮倍率Ｒより低い場合には、目標水位Ｐを降下させる。
上記の操作の流れを図３に示す。また、汚泥濃縮倍率Ｓは以下の式で算出される。
Ｓ＝（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）／（Ｑ1 ＋Ｑ2 −Ｑ3 ）
【００２９】
さらに、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置においては、原汚泥が濃縮型凝集反応装置１にて、常に所定範囲の濃度に濃縮されるようにするため、上記目標水位Ｐを設定するようにしてもよい。
この場合、原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標濃縮汚泥濃度Ｔを設定し、濃縮型凝集反応装置１に流入する原汚泥の濃度Ｃｏと原汚泥の流量Ｑ1 と凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と濃縮型凝集反応装置１から流出する分離水の流量Ｑ3 とから算出される濃縮汚泥濃度Ｕが、Ｔに近接するように、プログラマブル調節計４で目標水位Ｐを制御する。
【００３０】
例えば、プログラマブル調節計４により、濃縮汚泥濃度Ｕと目標濃縮汚泥濃度Ｔとが等しい場合には、目標水位Ｐを現状維持し、濃縮汚泥濃度Ｕが目標濃縮汚泥濃度Ｔより高い場合には、目標水位Ｐを上昇させ、濃縮汚泥濃度Ｕが目標濃縮汚泥濃度Ｔより低い場合には、目標水位Ｐを降下させる。
上記の操作の流れを図４に示す。また、濃縮汚泥濃度Ｕは以下の式で算出される。
Ｕ＝Ｃｏ×（Ｑ1 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 −Ｑ3 ））
【００３１】
なお、本発明の濃縮脱水装置の主要部である濃縮型凝集反応装置１と脱水装置３の詳細についてを、以下に説明する。
図５は、濃縮型凝集反応装置１を示す要部断面図であり、図６は、重力脱水濾過部を有する脱水装置３の一例であるベルトプレス型脱水装置を示す概略図である。
本実施の形態においては、図５または図６に示すように、濃縮型凝集反応装置１（以下、濃縮凝集装置）と、例えば重力脱水濾過部３１と圧搾脱水部３２を有する一般的なベルトプレス型脱水装置２を使用した構成である。
【００３２】
図５に示す濃縮型凝集反応装置１は、その全体形状が、縦型円筒状であり、上部側面に濃縮汚泥流出管１１、中段側面に分離水流出管１２、下部側面に原汚泥供給管１３と、凝集剤供給管１４がそれぞれ接続されている。
槽上部にはモータ等の駆動装置１５があり、この駆動装置１５は、槽内を攪拌するための攪拌羽根１６と例えばブラシからなるスクレーパ１７を回転させる。分離水を分離するスクリーン１８は、くさびの太いほうを外側にしたウェッジワイヤーのリングを水平にして、それを垂直方向に、例えば１mm間隔で重ねてある。
【００３３】
各ウェッジワイヤーは、垂直方向のサポートバーにより固定されている。スクレーパ１７のブラシの毛は耐摩耗性が強く、形状記憶性の特殊ネオナイロン系素材で、直径０．４mmのものを使用している。また、ブラシの毛先は、サポートバーにわずかに接触する長さにカットしてある。
槽内中央部には、スクリーン１８表面の上向流速を高めるためのドラフトチューブ１９がある。
そして、分離水は自然流下し、その流量制御はテレスコープ弁２０で行うようになっている。また、濃縮汚泥流出管１１から排出された濃縮汚泥は、脱水装置３の重力脱水濾過部３１に供給される（図５のＡから図６のＡに供給）。
【００３４】
図６に示すベルトプレス型脱水装置３は、その重力脱水濾過部３１には、信号発信可能な水位計３２を装備し、該水位計３２はその値から所定の関数に基づいて適正薬注量を決定するコントローラ４に接続している。
なお、図６において、３３は濾液を集液する集液手段であり、重力ろ布ベルト３４、圧搾ろ布ベルト３５は、濃縮汚泥をはさみ込むことのできるろ布ベルトである。また、重力ろ布ベルト３４、圧搾ろ布ベルト３５の有効ろ布幅は、例えば５０ｃｍ〜数ｍ程度にすることができる。また、重力ろ布ベルト３４と圧搾ろ布ベルト３５は、別々のろ布を使用し、各々は別々の駆動装置により駆動しろ布速度はともに可変である。また、３６、３７は濃縮汚泥に圧搾するためのプレスロールである。
【００３５】
上述のように構成された装置の運転方法について説明する。
運転手順は、以下のように行う。
スタートアップでは、原汚泥供給量は目標処理速度を満足する量に設定し、重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位、重力ろ布速度、濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度、分離水の流量調節装置であるテレスコープ弁２０を適当に設定し、凝集剤添加量は、凝集試験の適正値より多少多目に設定してスタートする。
【００３６】
しばらくすると、凝集剤添加量は徐々に適正値に自動調整される。凝集剤添加量が適正値になったら分離水量が最大流量排出されるように、流量調節装置（テレスコープ弁２０）を調節する。本実施の形態における流量調節装置（テレスコープ弁２０）は分離水量を常時直接調節するのではなく、分離水量の上限を制限するリミッターの機能を持つ。
ここで、更に薬注率を下げたい場合は、重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位を高く、または重力ろ布速度を速く、または濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度を遅くする。または、これらを組み合わせることにより５〜３０％の薬注量軽減化が図れる場合がある。
その場合、薬注率が低下すると脱水ケーキの含水率が約１〜３ポイント上昇するのでその点を考慮して調整する必要がある。
【００３７】
濃縮倍率及び濃縮濃度の調節は、脱水装置３の重力脱水濾過部３１の（目標）水位設定値を調節することにより分離水を増減され調節する。薬注の自動制御を行っている時の薬注量の変動要因としては、先に示した重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位、重力ろ布速度、濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度の他に、原汚泥供給量、原汚泥性状、重力ろ布の目詰まり状態、凝集剤の溶解濃度等がある。
【００３８】
この中の原汚泥性状は、先に述べた理由に基づき、原汚泥濃度、コロイド荷重量、Ｍアルカリ度、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等の因子を含んだ適正添加量に関与する総合的な原汚泥の性状を意味する。汚泥の脱水ケーキ含水率の変動要因としては、原汚泥性状、薬注量、濃縮汚泥濃度、ろ布張力、圧搾ろ布速度、圧搾ろ布の目詰まり状態等がある。薬注自動制御運転のプログラムは、原汚泥の性状や脱水装置の機種により様々である。
【００３９】
最も簡単な制御方法としては、重力脱水濾過部３１の水位をＰＩＤ制御等により一定値に制御する方法がある。すなわち、重力脱水濾過部３１の水位が初期設定値より上昇した場合、これは原汚泥の性状が変化（例えばコロイド荷電量の絶対値が上昇）し、濃縮効率または重力脱水効率が低下したことを意味するため凝集剤添加量を大きくすることで濃縮・脱水効率を改善し、水位を下げる。
重力脱水濾過部３１の水位が低下した場合は、逆に凝集剤添加率を小さくすることで濃縮・脱水効率を低下させ、必要以上の凝集剤添加を防止する。この薬注自動制御が連続的に機能するためには、凝集剤添加率の初期設定値が、ビーカ凝集試験での適正添加率よりやや少なめである必要があり、そのために設定水位に下限値を設ける場合がある。
【００４０】
また、常に凝集剤添加率が適正値より少なめであるので、濃縮型凝集反応装置１の固液分離用多孔質壁部であるスクリーン１８と重力ろ布３４のフィルター目は、凝集剤不足が原因で、常に分離水中に存在する微細な浮遊物質により多少の目詰まり状態が生じており、凝集剤添加率の増加があれば、すぐさまこの微細な浮遊物質の一部が凝集し、双方のろ過性能を改善する状態にある。
【００４１】
ベルトプレス型脱水装置３において、重力脱水濾過部３１の水位高は、処理速度を制限する要因の一つである。例えば、汚泥粒子が比較的小さく低濃度の濃縮汚泥を処理する場合等は、重力脱水濾過部３１の脱水性が特に悪くなるために、重力脱水濾過部３１の水位が上昇し、重力脱水が十分に行えなくなる。
その場合は、原汚泥供給量を小さくして脱水運転を行う必要があるために、処理速度が制約される。
【００４２】
一方、本実施の形態は、重力ろ布速度と重力脱水濾過部３１の水位を調節することにより、原汚泥性状が大きく変化する場合でも、濃縮効率を自動的に制御し濃縮汚泥濃度を所定の範囲内にすることが可能である。このため、脱水装置３の処理能力を最大限に引き出すことが可能となる。例えば、汚泥のＳＳ濃度が、５〜２５g/リットルで最小濃度から最大濃度まで５倍程度の範囲で変化する場合でも、濃縮汚泥ＳＳ濃度は、１５〜３５g/リットルで最小濃度から最大濃度まで約２倍の範囲内に調節することが可能になる。
【００４３】
濃縮型凝集反応装置１で分離される分離水は、流量調節装置であるテレスコープ弁２０により生じる、例えば３０〜１００mm程度のヘッド差をドライビングフォースとして分離スクリーンを通過し、そのヘッド差は、流入原汚泥濃度にかかわらず一定である。このために、濃縮型凝集反応装置１の槽内濃度が小さい場合は分離水量は多く、槽内濃度が大きい場合は分離水量が少なくなる。つまり、流入原汚泥が低濃度の場合は分離水量が多く、高濃度の場合は分離水量が少なくなり、濃縮汚泥濃度の差は結果的に流入原汚泥濃度の差より縮小することになる。この縮小傾向は重力ろ布設定速度、および重力脱水濾過部３１の設定水位が小さくなるほど顕著になる。
【００４４】
さらに、原汚泥の濃縮効率を調節する必要がある場合、例えば濃縮効率を大きくしたい場合は、重力脱水濾過部３１の初期設定水位を下げ、濃縮効率を小さくしたい場合は、該設定水位を上げることで濃縮効率の調節が可能になる。
このような濃縮効率の制御が、重力脱水濾過部３１の設定水位の調節で可能になる理由としては、重力脱水濾過部３１の水位の高低は、凝集汚泥の重力ろ布目からの水切り具合の良し悪しを直接的に表すとともに、同時に濃縮型凝集反応装置１の分離スクリーン１８からの分離水の通過具合の良し悪しを反映していることにある。
【００４５】
濃縮型凝集反応装置１の濃縮倍率を厳密に制御する必要がある場合は、分離水量を測定する流量計を設け、その指示値と、原汚泥供給量、凝集剤供給量から算出される濃縮倍率が目標濃縮倍率より小さい場合は、重力脱水濾過部３１の設定水位を低く、逆の場合は高くする制御を付加することにより、濃縮倍率の設定が可能になる。
【００４６】
濃縮型凝集反応装置１で濃縮された濃縮汚泥の濃度を厳密に制御する必要がある場合は、流入原汚泥の濃度を測定する濃度計を設けて、その指示値と、汚泥供給量、凝集剤供給量、分離水量から算出される濃縮汚泥濃度が目標濃縮汚泥濃度より小さい場合は、重力脱水濾過部３１の設定水位を低く、逆の場合は高くする制御を付加することにより、濃縮汚泥濃度の設定が可能になる。
濃縮汚泥の濃度や濃縮倍率が一定範囲内に制限されると、脱水装置３の運転操作が容易になり、処理速度や脱水ケーキ含水率等の処理性能の変動幅が小さくなり安定した処理成績が得られる。
濃縮効率は、ビーカ凝集試験の適正添加率の時に最大になる。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明の概念を取り入れた濃縮型凝集反応装置１とベルトプレス型脱水装置３の組み合わせによる濃縮脱水設備の一実施例について詳細に説明する。
Ａ汚泥処理場では、製造から１５年以上経過している複数のベルトプレス型脱水装置（基本的構成は、図６に示す構成と同じ）により、下水混合生汚泥を脱水処理している。
近年の汚泥の低濃度化により、ベルトプレス型脱水装置の処理速度は減少の一途をたどり、このままでは必要処理量を満足することが困難になると判断し、本発明に係る方法および装置を採用した。但し、脱水ケーキを焼却した後の灰を有効利用しており、アルミや鉄の含有率が増加すると問題となるために無機凝集剤を使用してはならないこと、既設の脱水装置に使用している凝集剤をそのまま使用すること等の制約があった。
【００４８】
本発明に係る方法および装置は、複数ある既設脱水装置の内の１台のみに採用した。以下、説明の便宜上、本発明を適用した装置を、１号脱水装置とする。
なお、本発明を採用にあたっては、既存の凝集反応槽を、図５に示す濃縮型凝集反応装置１に変更し、既設の重力脱水濾過部３１の水位計を利用し、該水位により凝集剤注入量を制御するためのプログラマブル調節計を使用した。
【００４９】
図５および図６に示す濃縮型凝集反応装置１およびベルトプレス型脱水装置３の構造について、具体的に説明する。
・使用した濃縮型凝集反応装置１の形状は、縦型円筒状で、直径１．１ｍ、有効濾過面積２．５ｍ2 、有効容積ｍ3 である。
・スクリーン１８は、くさびの太いほうを内側にしたウェッジワイヤーのリングを水平にして、それを垂直方向に、１mm間隔で重ねた構成とした。
【００５０】
・スクレーパ１７のブラシの毛は、形状記憶性の特殊ネオナイロン系素材で、直径０．４mmのものを使用した。また、ブラシの毛先は、サポートバーにわずかに接触する長さにカットした設定とした。
・濃縮型凝集反応装置１の原汚泥供給管１３は５０ｍｍφ、濃縮汚泥排出管１１は１５０ｍｍφである。
・ろ布ベルト３４、３５の有効ろ布幅は３ｍとした。両ベルトは、別々の駆動装置により駆動し、ろ布速度はともに可変とした。
【００５１】
１号脱水装置の運転操作条件は、事前に行ったプレ試験の結果より決定した。脱水運転は、基本的に２４時間連続自動運転とし、必要に応じて原汚泥供給量等を変更した。使用した凝集剤は、既設脱水装置と同一のカチオン系の高分子凝集剤とした。１号機による濃縮脱水運転は３か月以上行った。
以下に３か月間の１号脱水装置の処理成績と他の脱水装置の処理成績を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
処理対象となる原汚泥のＳＳ濃度は７．８〜２５．５(g／リットル）の範囲で変化した。この原汚泥は、１号脱水装置の濃縮型凝集反応装置により、２０．１〜３４．５(g／リットル）の範囲に凝縮された。
汚泥濃度は、濃縮前と比較してから約１．５〜３倍に濃縮され、濃縮前には、最大値と最小値で３倍以上の濃度差があったものが濃縮後には約１．７倍の差に縮小した。
１号脱水装置の濃縮型凝集反応装置は、低濃度の原汚泥を約３倍に濃縮できることから、重力脱水濾過部の水位高を起こすことなく原汚泥供給量は最大で５５（m3/h）まで処理することが可能であった。それにより、低濃度原汚泥の場合の処理速度は、１５１（kgDS/mh ）で既設の５７（kg/DS/mh）の約３倍量となった。
【００５４】
表１から判るように、平均値で比較した場合でも１号機は既設脱水装置の約２．５倍量の処理速度を達成することができた。凝集剤添加率は、既設脱水装置の平均値０．８０％よりも０．１３ポイント低い０．６７％に低下させることができた。また、ケーキ含水率は１号機と既設脱水装置の間で大きな差は生じなかったが、１号脱水装置は既設脱水装置の２．５倍の処理速度で運転しており１号脱水装置の圧搾ろ布速度は、既設脱水装置の２倍程度に大きくしていることを考慮すると１号脱水装置の脱水性能の方が極めて優れていることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置によれば、脱水装置には重力脱水濾過部と圧搾脱水部等で構成され該重力脱水濾過部の水位を測定できるセンサーを搭載したものを採用し、攪拌機以外の駆動装置を用いないような簡単な構造の濃縮型凝集反応装置を採用し、重力脱水濾過部の水位の変化により凝集剤の添加量を制御するようにしたので、汚泥の性状が変化した場合でも凝集剤の添加量を適正値に自動調節することが可能になり、使用する凝集剤が高分子凝集剤のみであっても濃縮型凝集反応を可能にし、運転の仕方によっては薬品使用量の軽減化が可能になるだけでなく、濃縮型凝集反応装置の濃縮効率を自動調節にて高めることができる。
【００５６】
さらにまた、本発明に係る濃縮脱水方法は、重力脱水濾過部の設定水位を調節することで、所定範囲内の希望する濃縮効率、脱水効率に調節することを可能にすることもでき、その上、例えば、汎用のベルトプレス型脱水装置を採用している多くの脱水施設に本発明を適用した場合、凝集反応槽を濃縮型凝集反応槽に改造し、重力脱水濾過部に信号発信可能な水位センサーを設けて、その指示値から薬注量を決定するプログラムを組み込むだけで原汚泥の性状変化に対応した薬注自動制御が可能となり、原汚泥を常に所定の濃度範囲まで濃縮することが可能となったので、脱水性能が大幅に改善することができ、しかも、処理施設のランニングコストを大幅に抑えことのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濃縮脱水方法及び装置の概念を示す図である。
【図２】本発明に係る濃縮脱水方法の操作概略を示すフロー図である。
【図３】本発明に係る濃縮脱水方法の他の操作概略を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る濃縮脱水方法の他の操作概略を示すフロー図である。
【図５】本発明に係る濃縮型凝集反応装置の一実施の形態における要部断面図である。
【図６】本発明に係る濃縮型凝集反応装置を適用したベルトプレス型脱水装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 濃縮型凝集反応装置
２ 凝集剤添加装置
３ 脱水装置
４ プグラマブル調節計
１１ 濃縮汚泥流出管
１２ 分離水流出管
１３ 原汚泥供給管
１４ 凝集剤供給管
１５ 駆動装置
１６ 攪拌羽根
１７ スクレーパ
１８ スクリーン
１９ ドラフトチューブ
２０ テレスコープ弁
３１ 重力脱水濾過部
３２ 水位計
３３ 集液手段
３４ 重力ろ布ベルト
３５ 圧搾ろ布ベルト
３６ プレスロール
３７ プレスロール
３８ 圧搾脱水部
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥や廃水を濃縮して脱水する濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、汚泥や廃水を処理する設備として、これらを濃縮して脱水する処理設備が用いられている。
ここで云う汚泥や廃水とは、特に、上水、下水、し尿、産業排水その他の水処理において発生する汚泥や懸濁液（以下、原汚泥ともいう）であり、これらの原汚泥を処理する場合、濃縮して脱水することが行われている。
そして、この処理方法には、例えば、凝集剤を使用して原汚泥を濃縮、及び脱水する方法がある。この場合、原汚泥の性状変化に対応して凝集剤の添加量を調節し、濃縮汚泥濃度を所定範囲内に制御することが行われている。
【０００３】
また、上述の汚泥や廃水を濃縮してから脱水する場合、例えば下水処理場から発生する原汚泥は、濃縮工程としては、薬注（凝集剤注入）設備と遠心濃縮機を使用し、脱水工程としては、新たな薬注設備とベルトプレス脱水機を設けるなどの設備であり、濃縮機と脱水機は別々の装置を使用することがほとんどであり、その各々処理工程に凝集反応装置が設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとき凝集剤を使用して汚泥を濃縮、及び脱水する設備並びに該設備の運転方法においては、原汚泥の性状変化に対応して凝集剤の添加量を調節し、濃縮汚泥濃度を所定範囲内に制御することは難しく、更にこの制御を簡単なしくみで且つ自動で行うことは非常に困難であった。
【０００５】
特に、下水処理場から発生する原汚泥を処理する方法として多く採用されている方法で、濃縮工程としては、薬注設備と遠心濃縮機を使用し、脱水工程としては、新たな薬注設備とベルトプレス脱水機を設ける方法にあっては、濃縮設備および脱水設備は、ともに設備面積、設備費、使用電力等の面でコストが大きくなり、設備費ならびにランニングコスト削減が課題となる場合が多かった。
【０００６】
また、遠心濃縮機によって得られた濃縮汚泥の濃度は、遠心力、薬注率、差速等により調整する場合が多いが、原汚泥の性状変化に対して、瞬時に対応可能な制御方法は非常に少なかった。
近年は、脱水装置の改良等により、脱水設備の中の凝集反応装置を濃縮機能を兼ね備えた濃縮型凝集反応装置に改良することで、上述したコスト面で改善が見られるようになってきている。
【０００７】
しかし、その場合でも、濃縮機能を持つ凝集反応装置の性能上の制約から、薬注条件は、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用する２液法が一般的であった。この２液法は、２種類の凝集剤を使用することから１液法よりも薬注設備費、薬品コストが大きくなる場合があり、且つ薬注制御が複雑で適正な維持管理を行うにはかなりの熟練が要求される。
【０００８】
特に、原汚泥の性状が頻繁に変化する場合には、運転管理者は常に原汚泥の性状をモニターし、必要に応じて薬注条件を変更しなければならなかった。
また、２液法は、脱水ケーキ中に無機凝集剤由来のアルミニウムや鉄が混入するため、脱水ケーキを他の目的で有効利用する場合等は使用できないという大きな問題があった。
【０００９】
上述の２液法の薬注を自動制御する方法は種々提案されている。しかし、この２液法の場合は、複数のセンサーと複雑な薬注制御機構が必要となり、結果的にコスト高になる場合がある。
【００１０】
また、原汚泥の濃度計や流量計の読み値等から算出した原汚泥の固形物負荷量に対して、凝集剤を一定の添加率で添加する方式等も提案されているが、この方式では適当な薬注量を常に維持することはできなかった。なぜなら、原汚泥のコロイド電荷量、Ｍアルカリ度、ｐＨ、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等が変化すると、原汚泥濃度が一定の場合でも凝集剤の適正添加率は大きく変動するため、薬注率を原汚泥の固形物負荷量に対して一定に固定するこの方法による薬注制御は不完全なものであった。
薬注量が適正でないと、未凝集の汚泥や分離水に含まれる過剰な凝集剤により、スリット状、またはメッシュ状の分離スクリーン等が目詰まりを起こし、スクリーンでの分離効率、すなわち濃縮効率が低下する等、濃縮効率が安定しない場合が多かった。
【００１１】
このように、濃縮脱水システム全体のイニシャルコスト、凝集剤等の薬品代や維持管理費用を含めたランニングコスト、脱水ケーキの有効利用、および原汚泥の性状変化に対する適正な薬注量制御機構等の点から総合的に判断して、その全てを十分に満足する有効な濃縮脱水方法及び薬注制御方法は提案されていないのが現状であった。
【００１２】
特に、現状の脱水設備並びに脱水方法として、濃縮型でない通常型の凝集反応装置とベルトプレス型脱水機の組み合わせで脱水処理を行っている場合において、既存の脱水機をそのまま使用しつつ、薬注設備などを新たに追加せずに、脱水機の処理性能を大幅に改善し、且つランニングコストの増加を抑えることは、極めて困難であった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ランニングコスト、脱水ケーキの有効利用、および原汚泥の性状変化に対する適正な薬注量の適正な制御等総合的にみて、十分に満足する有効な濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る目的は以下の構成により達成される。
（１）原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮した後、濃縮汚泥を、重力脱水濾過部を有する脱水装置で脱水する方法において、該重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを予め設定し、該重力脱水濾過部における濃縮汚泥の測定水位ＸがＰに近接するように該凝集剤の添加量を制御することを特徴とする濃縮脱水方法。
【００１５】
（２）原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標汚泥濃縮倍率Ｒを設定し、原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実汚泥濃縮倍率ＳがＲに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする前記（１）の濃縮脱水方法。
【００１６】
（３）原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標濃縮汚泥濃度Ｔを設定し、原汚泥濃度Ｃｏと原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実濃縮汚泥濃度ＵがＴに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする前記（１）の濃縮脱水方法。
【００１７】
（４）原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮する濃縮型凝集反応装置と、原汚泥に凝集剤を添加する凝集剤添加装置と、該濃縮型凝集反応装置からの濃縮汚泥を重力脱水する重力脱水濾過部を有する脱水装置と、該脱水装置の重力脱水濾過部の測定水位Ｘを検知し、Ｘに基づき該凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量を制御するプログラマブル調節計とを有する濃縮脱水装置。
【００１８】
（５）前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから汚泥濃縮倍率Ｓを算出し、Ｓに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する前記（４）の濃縮脱水装置。
【００１９】
（６）前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の濃度Ｃｏと該原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから濃縮汚泥濃度Ｕを算出し、Ｕに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する前記（４）の濃縮脱水装置。
（７）前記脱水装置が、ベルトプレス型脱水装置である前記（４）の濃縮脱水装置。
【００２０】
なお、本発明でいう「望ましい汚泥の濃縮脱水効率」とは、単に、汚泥の最も高い濃縮脱水効率に限定されるものではなく、凝集剤の適正添加量、処理速度、処理安定性、脱水ケーキの利用性等を含め、様々な目的に応じて、所望に設定する濃縮脱水効率をいうものである。
また、本発明で使用する重力脱水濾過部を有する脱水装置は、特に限定されないが、ろ布が常に目詰まりのない状態で運転されるものとして、ベルトプレス型脱水装置が好ましい。
【００２１】
（作用）
本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置によれば、脱水装置には重力脱水濾過部と圧搾脱水部等で構成され該重力脱水濾過部の水位を測定できるセンサーを搭載したものを採用し、攪拌機以外の駆動装置を用いないような簡単な構造の濃縮型凝集反応装置を採用し、脱水装置の重力脱水濾過部の水位の変化により凝集剤の添加量を制御するようにしたので、原汚泥の性状が変化した場合でも凝集剤の添加量を適正値に自動調節することが可能になり、使用する凝集剤が高分子凝集剤のみであっても濃縮型凝集反応を可能にし、運転の仕方によっては薬品使用量の軽減化が可能になり、且つ濃縮型凝集反応装置の濃縮効率を適正範囲内に自動調節することが可能になる。
【００２２】
また、本発明に係る装置の濃縮脱水方法によれば、重力脱水濾過部の設定水位を調節することで、所定範囲内の希望する濃縮効率、脱水効率に調節することを可能にすることもできる。
その上、本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置を、汎用型のベルトプレス型脱水装置等を採用している多くの脱水施設に適用した場合、凝集反応槽を濃縮型凝集反応槽に改造し、脱水装置の重力脱水濾過部に信号発信可能な水位センサーを設けて、その指示値から薬注量を決定、調節するプログラマブル調節計を組み込むだけで原汚泥の性状変化に対応した薬注自動制御が可能となり、汚泥を常に所定の濃度範囲まで濃縮することが可能となるので、脱水性能が大幅に改善され、しかもランニングコストを抑えことができる。
【００２３】
本発明に係る運転方法においては、凝集剤の適正薬注量、および濃縮効率は、重力脱水濾過部の脱水性を目安にして制御している。また、重力脱水性能の指標としての重力脱水濾過部の水位は、凝集汚泥粒子と脱水ろ液の分離性の良し悪しを直接的に表した数値であるので、汚泥の濃度、コロイド電荷量、Ｍアルカリ度、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等の変動にともなって、凝集剤の過不足が生じた場合には、すぐさま重力脱水濾過部の水位変動という現象が生じ、その水位を薬注量の変化で調節することにより、汚泥の性状変化に伴った適正な薬注量の調節を常に行うことができる。
【００２４】
しかも、この重力脱水濾過部の脱水性は、原理的には、濃縮凝集装置内のスリット面での分離性とほとんど同じ性質をもつので、重力脱水濾過部の脱水性が改善された場合、同様に濃縮凝集装置での濃縮効率も改善されることになる。そのため、重力脱水濾過部の設定水位を変化させて濃縮効率を操作することが可能になるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置の概念を示す図である。
濃縮型凝集反応装置１において、原汚泥に、凝集剤添加装置２から凝集剤を添加し、攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮し、分離水と濃縮汚泥とに分離する。濃縮型凝集反応装置１で得られた濃縮汚泥を、脱水装置３の重力脱水濾過部へ導入する。このとき、重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを予め設定する。脱水装置３の重力脱水濾過部へ導入した濃縮汚泥の測定水位Ｘが目標水位Ｐに近接になるように、プログラマブル調節計４で、凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量を制御する。
【００２６】
例えば、プログラマブル調節計４により、測定水位Ｘと目標水位Ｐとが等しい場合には、凝集剤添加量を現状維持し、測定水位Ｘが目標水位Ｐより高い場合には、凝集剤添加量を増加させ、測定水位Ｘが目標水位Ｐより低い場合には、凝集剤添加量を減少させる。
上記の操作の流れを図２に示す。
【００２７】
また、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置においては、原汚泥が濃縮型凝集反応装置１にて、常に所定範囲の濃縮倍率で濃縮されるように上記目標水位Ｐを設定するようにしてもよい。
この場合、原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標汚泥濃縮倍率Ｒを設定し、濃縮型凝集反応装置１に流入する原汚泥の流量Ｑ1 と凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と濃縮型凝集反応装置１から流出する分離水の流量Ｑ3 とから算出される汚泥濃縮倍率Ｓが、Ｒに近接するように、プログラマブル調節計４で目標水位Ｐを制御する。
【００２８】
例えば、プログラマブル調節計４により、汚泥濃縮倍率Ｓと目標汚泥濃縮倍率Ｒとが等しい場合には、目標水位Ｐを現状維持し、汚泥濃縮倍率Ｓが目標汚泥濃縮倍率Ｒより高い場合には、目標水位Ｐを上昇させ、汚泥濃縮倍率Ｓが目標汚泥濃縮倍率Ｒより低い場合には、目標水位Ｐを降下させる。
上記の操作の流れを図３に示す。また、汚泥濃縮倍率Ｓは以下の式で算出される。
Ｓ＝（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）／（Ｑ1 ＋Ｑ2 −Ｑ3 ）
【００２９】
さらに、本発明の濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置においては、原汚泥が濃縮型凝集反応装置１にて、常に所定範囲の濃度に濃縮されるようにするため、上記目標水位Ｐを設定するようにしてもよい。
この場合、原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標濃縮汚泥濃度Ｔを設定し、濃縮型凝集反応装置１に流入する原汚泥の濃度Ｃｏと原汚泥の流量Ｑ1 と凝集剤添加装置２から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と濃縮型凝集反応装置１から流出する分離水の流量Ｑ3 とから算出される濃縮汚泥濃度Ｕが、Ｔに近接するように、プログラマブル調節計４で目標水位Ｐを制御する。
【００３０】
例えば、プログラマブル調節計４により、濃縮汚泥濃度Ｕと目標濃縮汚泥濃度Ｔとが等しい場合には、目標水位Ｐを現状維持し、濃縮汚泥濃度Ｕが目標濃縮汚泥濃度Ｔより高い場合には、目標水位Ｐを上昇させ、濃縮汚泥濃度Ｕが目標濃縮汚泥濃度Ｔより低い場合には、目標水位Ｐを降下させる。
上記の操作の流れを図４に示す。また、濃縮汚泥濃度Ｕは以下の式で算出される。
Ｕ＝Ｃｏ×（Ｑ1 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 −Ｑ3 ））
【００３１】
なお、本発明の濃縮脱水装置の主要部である濃縮型凝集反応装置１と脱水装置３の詳細についてを、以下に説明する。
図５は、濃縮型凝集反応装置１を示す要部断面図であり、図６は、重力脱水濾過部を有する脱水装置３の一例であるベルトプレス型脱水装置を示す概略図である。
本実施の形態においては、図５または図６に示すように、濃縮型凝集反応装置１（以下、濃縮凝集装置）と、例えば重力脱水濾過部３１と圧搾脱水部３２を有する一般的なベルトプレス型脱水装置２を使用した構成である。
【００３２】
図５に示す濃縮型凝集反応装置１は、その全体形状が、縦型円筒状であり、上部側面に濃縮汚泥流出管１１、中段側面に分離水流出管１２、下部側面に原汚泥供給管１３と、凝集剤供給管１４がそれぞれ接続されている。
槽上部にはモータ等の駆動装置１５があり、この駆動装置１５は、槽内を攪拌するための攪拌羽根１６と例えばブラシからなるスクレーパ１７を回転させる。分離水を分離するスクリーン１８は、くさびの太いほうを外側にしたウェッジワイヤーのリングを水平にして、それを垂直方向に、例えば１mm間隔で重ねてある。
【００３３】
各ウェッジワイヤーは、垂直方向のサポートバーにより固定されている。スクレーパ１７のブラシの毛は耐摩耗性が強く、形状記憶性の特殊ネオナイロン系素材で、直径０．４mmのものを使用している。また、ブラシの毛先は、サポートバーにわずかに接触する長さにカットしてある。
槽内中央部には、スクリーン１８表面の上向流速を高めるためのドラフトチューブ１９がある。
そして、分離水は自然流下し、その流量制御はテレスコープ弁２０で行うようになっている。また、濃縮汚泥流出管１１から排出された濃縮汚泥は、脱水装置３の重力脱水濾過部３１に供給される（図５のＡから図６のＡに供給）。
【００３４】
図６に示すベルトプレス型脱水装置３は、その重力脱水濾過部３１には、信号発信可能な水位計３２を装備し、該水位計３２はその値から所定の関数に基づいて適正薬注量を決定するコントローラ４に接続している。
なお、図６において、３３は濾液を集液する集液手段であり、重力ろ布ベルト３４、圧搾ろ布ベルト３５は、濃縮汚泥をはさみ込むことのできるろ布ベルトである。また、重力ろ布ベルト３４、圧搾ろ布ベルト３５の有効ろ布幅は、例えば５０ｃｍ〜数ｍ程度にすることができる。また、重力ろ布ベルト３４と圧搾ろ布ベルト３５は、別々のろ布を使用し、各々は別々の駆動装置により駆動しろ布速度はともに可変である。また、３６、３７は濃縮汚泥に圧搾するためのプレスロールである。
【００３５】
上述のように構成された装置の運転方法について説明する。
運転手順は、以下のように行う。
スタートアップでは、原汚泥供給量は目標処理速度を満足する量に設定し、重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位、重力ろ布速度、濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度、分離水の流量調節装置であるテレスコープ弁２０を適当に設定し、凝集剤添加量は、凝集試験の適正値より多少多目に設定してスタートする。
【００３６】
しばらくすると、凝集剤添加量は徐々に適正値に自動調整される。凝集剤添加量が適正値になったら分離水量が最大流量排出されるように、流量調節装置（テレスコープ弁２０）を調節する。本実施の形態における流量調節装置（テレスコープ弁２０）は分離水量を常時直接調節するのではなく、分離水量の上限を制限するリミッターの機能を持つ。
ここで、更に薬注率を下げたい場合は、重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位を高く、または重力ろ布速度を速く、または濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度を遅くする。または、これらを組み合わせることにより５〜３０％の薬注量軽減化が図れる場合がある。
その場合、薬注率が低下すると脱水ケーキの含水率が約１〜３ポイント上昇するのでその点を考慮して調整する必要がある。
【００３７】
濃縮倍率及び濃縮濃度の調節は、脱水装置３の重力脱水濾過部３１の（目標）水位設定値を調節することにより分離水を増減され調節する。薬注の自動制御を行っている時の薬注量の変動要因としては、先に示した重力脱水濾過部３１の設定（目標）水位、重力ろ布速度、濃縮型凝集反応装置１の撹拌速度の他に、原汚泥供給量、原汚泥性状、重力ろ布の目詰まり状態、凝集剤の溶解濃度等がある。
【００３８】
この中の原汚泥性状は、先に述べた理由に基づき、原汚泥濃度、コロイド荷重量、Ｍアルカリ度、粒径３μｍ以下の汚泥粒子の比率等の因子を含んだ適正添加量に関与する総合的な原汚泥の性状を意味する。汚泥の脱水ケーキ含水率の変動要因としては、原汚泥性状、薬注量、濃縮汚泥濃度、ろ布張力、圧搾ろ布速度、圧搾ろ布の目詰まり状態等がある。薬注自動制御運転のプログラムは、原汚泥の性状や脱水装置の機種により様々である。
【００３９】
最も簡単な制御方法としては、重力脱水濾過部３１の水位をＰＩＤ制御等により一定値に制御する方法がある。すなわち、重力脱水濾過部３１の水位が初期設定値より上昇した場合、これは原汚泥の性状が変化（例えばコロイド荷電量の絶対値が上昇）し、濃縮効率または重力脱水効率が低下したことを意味するため凝集剤添加量を大きくすることで濃縮・脱水効率を改善し、水位を下げる。
重力脱水濾過部３１の水位が低下した場合は、逆に凝集剤添加率を小さくすることで濃縮・脱水効率を低下させ、必要以上の凝集剤添加を防止する。この薬注自動制御が連続的に機能するためには、凝集剤添加率の初期設定値が、ビーカ凝集試験での適正添加率よりやや少なめである必要があり、そのために設定水位に下限値を設ける場合がある。
【００４０】
また、常に凝集剤添加率が適正値より少なめであるので、濃縮型凝集反応装置１の固液分離用多孔質壁部であるスクリーン１８と重力ろ布３４のフィルター目は、凝集剤不足が原因で、常に分離水中に存在する微細な浮遊物質により多少の目詰まり状態が生じており、凝集剤添加率の増加があれば、すぐさまこの微細な浮遊物質の一部が凝集し、双方のろ過性能を改善する状態にある。
【００４１】
ベルトプレス型脱水装置３において、重力脱水濾過部３１の水位高は、処理速度を制限する要因の一つである。例えば、汚泥粒子が比較的小さく低濃度の濃縮汚泥を処理する場合等は、重力脱水濾過部３１の脱水性が特に悪くなるために、重力脱水濾過部３１の水位が上昇し、重力脱水が十分に行えなくなる。
その場合は、原汚泥供給量を小さくして脱水運転を行う必要があるために、処理速度が制約される。
【００４２】
一方、本実施の形態は、重力ろ布速度と重力脱水濾過部３１の水位を調節することにより、原汚泥性状が大きく変化する場合でも、濃縮効率を自動的に制御し濃縮汚泥濃度を所定の範囲内にすることが可能である。このため、脱水装置３の処理能力を最大限に引き出すことが可能となる。例えば、汚泥のＳＳ濃度が、５〜２５g/リットルで最小濃度から最大濃度まで５倍程度の範囲で変化する場合でも、濃縮汚泥ＳＳ濃度は、１５〜３５g/リットルで最小濃度から最大濃度まで約２倍の範囲内に調節することが可能になる。
【００４３】
濃縮型凝集反応装置１で分離される分離水は、流量調節装置であるテレスコープ弁２０により生じる、例えば３０〜１００mm程度のヘッド差をドライビングフォースとして分離スクリーンを通過し、そのヘッド差は、流入原汚泥濃度にかかわらず一定である。このために、濃縮型凝集反応装置１の槽内濃度が小さい場合は分離水量は多く、槽内濃度が大きい場合は分離水量が少なくなる。つまり、流入原汚泥が低濃度の場合は分離水量が多く、高濃度の場合は分離水量が少なくなり、濃縮汚泥濃度の差は結果的に流入原汚泥濃度の差より縮小することになる。この縮小傾向は重力ろ布設定速度、および重力脱水濾過部３１の設定水位が小さくなるほど顕著になる。
【００４４】
さらに、原汚泥の濃縮効率を調節する必要がある場合、例えば濃縮効率を大きくしたい場合は、重力脱水濾過部３１の初期設定水位を下げ、濃縮効率を小さくしたい場合は、該設定水位を上げることで濃縮効率の調節が可能になる。
このような濃縮効率の制御が、重力脱水濾過部３１の設定水位の調節で可能になる理由としては、重力脱水濾過部３１の水位の高低は、凝集汚泥の重力ろ布目からの水切り具合の良し悪しを直接的に表すとともに、同時に濃縮型凝集反応装置１の分離スクリーン１８からの分離水の通過具合の良し悪しを反映していることにある。
【００４５】
濃縮型凝集反応装置１の濃縮倍率を厳密に制御する必要がある場合は、分離水量を測定する流量計を設け、その指示値と、原汚泥供給量、凝集剤供給量から算出される濃縮倍率が目標濃縮倍率より小さい場合は、重力脱水濾過部３１の設定水位を低く、逆の場合は高くする制御を付加することにより、濃縮倍率の設定が可能になる。
【００４６】
濃縮型凝集反応装置１で濃縮された濃縮汚泥の濃度を厳密に制御する必要がある場合は、流入原汚泥の濃度を測定する濃度計を設けて、その指示値と、汚泥供給量、凝集剤供給量、分離水量から算出される濃縮汚泥濃度が目標濃縮汚泥濃度より小さい場合は、重力脱水濾過部３１の設定水位を低く、逆の場合は高くする制御を付加することにより、濃縮汚泥濃度の設定が可能になる。
濃縮汚泥の濃度や濃縮倍率が一定範囲内に制限されると、脱水装置３の運転操作が容易になり、処理速度や脱水ケーキ含水率等の処理性能の変動幅が小さくなり安定した処理成績が得られる。
濃縮効率は、ビーカ凝集試験の適正添加率の時に最大になる。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明の概念を取り入れた濃縮型凝集反応装置１とベルトプレス型脱水装置３の組み合わせによる濃縮脱水設備の一実施例について詳細に説明する。
Ａ汚泥処理場では、製造から１５年以上経過している複数のベルトプレス型脱水装置（基本的構成は、図６に示す構成と同じ）により、下水混合生汚泥を脱水処理している。
近年の汚泥の低濃度化により、ベルトプレス型脱水装置の処理速度は減少の一途をたどり、このままでは必要処理量を満足することが困難になると判断し、本発明に係る方法および装置を採用した。但し、脱水ケーキを焼却した後の灰を有効利用しており、アルミや鉄の含有率が増加すると問題となるために無機凝集剤を使用してはならないこと、既設の脱水装置に使用している凝集剤をそのまま使用すること等の制約があった。
【００４８】
本発明に係る方法および装置は、複数ある既設脱水装置の内の１台のみに採用した。以下、説明の便宜上、本発明を適用した装置を、１号脱水装置とする。
なお、本発明を採用にあたっては、既存の凝集反応槽を、図５に示す濃縮型凝集反応装置１に変更し、既設の重力脱水濾過部３１の水位計を利用し、該水位により凝集剤注入量を制御するためのプログラマブル調節計を使用した。
【００４９】
図５および図６に示す濃縮型凝集反応装置１およびベルトプレス型脱水装置３の構造について、具体的に説明する。
・使用した濃縮型凝集反応装置１の形状は、縦型円筒状で、直径１．１ｍ、有効濾過面積２．５ｍ2 、有効容積ｍ3 である。
・スクリーン１８は、くさびの太いほうを内側にしたウェッジワイヤーのリングを水平にして、それを垂直方向に、１mm間隔で重ねた構成とした。
【００５０】
・スクレーパ１７のブラシの毛は、形状記憶性の特殊ネオナイロン系素材で、直径０．４mmのものを使用した。また、ブラシの毛先は、サポートバーにわずかに接触する長さにカットした設定とした。
・濃縮型凝集反応装置１の原汚泥供給管１３は５０ｍｍφ、濃縮汚泥排出管１１は１５０ｍｍφである。
・ろ布ベルト３４、３５の有効ろ布幅は３ｍとした。両ベルトは、別々の駆動装置により駆動し、ろ布速度はともに可変とした。
【００５１】
１号脱水装置の運転操作条件は、事前に行ったプレ試験の結果より決定した。脱水運転は、基本的に２４時間連続自動運転とし、必要に応じて原汚泥供給量等を変更した。使用した凝集剤は、既設脱水装置と同一のカチオン系の高分子凝集剤とした。１号機による濃縮脱水運転は３か月以上行った。
以下に３か月間の１号脱水装置の処理成績と他の脱水装置の処理成績を表１に示す。
【００５２】
【表１】
処理対象となる原汚泥のＳＳ濃度は７．８〜２５．５(g／リットル）の範囲で変化した。この原汚泥は、１号脱水装置の濃縮型凝集反応装置により、２０．１〜３４．５(g／リットル）の範囲に凝縮された。
汚泥濃度は、濃縮前と比較してから約１．５〜３倍に濃縮され、濃縮前には、最大値と最小値で３倍以上の濃度差があったものが濃縮後には約１．７倍の差に縮小した。
１号脱水装置の濃縮型凝集反応装置は、低濃度の原汚泥を約３倍に濃縮できることから、重力脱水濾過部の水位高を起こすことなく原汚泥供給量は最大で５５（m3/h）まで処理することが可能であった。それにより、低濃度原汚泥の場合の処理速度は、１５１（kgDS/mh ）で既設の５７（kg/DS/mh）の約３倍量となった。
【００５４】
表１から判るように、平均値で比較した場合でも１号機は既設脱水装置の約２．５倍量の処理速度を達成することができた。凝集剤添加率は、既設脱水装置の平均値０．８０％よりも０．１３ポイント低い０．６７％に低下させることができた。また、ケーキ含水率は１号機と既設脱水装置の間で大きな差は生じなかったが、１号脱水装置は既設脱水装置の２．５倍の処理速度で運転しており１号脱水装置の圧搾ろ布速度は、既設脱水装置の２倍程度に大きくしていることを考慮すると１号脱水装置の脱水性能の方が極めて優れていることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る濃縮脱水方法及び濃縮脱水装置によれば、脱水装置には重力脱水濾過部と圧搾脱水部等で構成され該重力脱水濾過部の水位を測定できるセンサーを搭載したものを採用し、攪拌機以外の駆動装置を用いないような簡単な構造の濃縮型凝集反応装置を採用し、重力脱水濾過部の水位の変化により凝集剤の添加量を制御するようにしたので、汚泥の性状が変化した場合でも凝集剤の添加量を適正値に自動調節することが可能になり、使用する凝集剤が高分子凝集剤のみであっても濃縮型凝集反応を可能にし、運転の仕方によっては薬品使用量の軽減化が可能になるだけでなく、濃縮型凝集反応装置の濃縮効率を自動調節にて高めることができる。
【００５６】
さらにまた、本発明に係る濃縮脱水方法は、重力脱水濾過部の設定水位を調節することで、所定範囲内の希望する濃縮効率、脱水効率に調節することを可能にすることもでき、その上、例えば、汎用のベルトプレス型脱水装置を採用している多くの脱水施設に本発明を適用した場合、凝集反応槽を濃縮型凝集反応槽に改造し、重力脱水濾過部に信号発信可能な水位センサーを設けて、その指示値から薬注量を決定するプログラムを組み込むだけで原汚泥の性状変化に対応した薬注自動制御が可能となり、原汚泥を常に所定の濃度範囲まで濃縮することが可能となったので、脱水性能が大幅に改善することができ、しかも、処理施設のランニングコストを大幅に抑えことのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濃縮脱水方法及び装置の概念を示す図である。
【図２】本発明に係る濃縮脱水方法の操作概略を示すフロー図である。
【図３】本発明に係る濃縮脱水方法の他の操作概略を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る濃縮脱水方法の他の操作概略を示すフロー図である。
【図５】本発明に係る濃縮型凝集反応装置の一実施の形態における要部断面図である。
【図６】本発明に係る濃縮型凝集反応装置を適用したベルトプレス型脱水装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 濃縮型凝集反応装置
２ 凝集剤添加装置
３ 脱水装置
４ プグラマブル調節計
１１ 濃縮汚泥流出管
１２ 分離水流出管
１３ 原汚泥供給管
１４ 凝集剤供給管
１５ 駆動装置
１６ 攪拌羽根
１７ スクレーパ
１８ スクリーン
１９ ドラフトチューブ
２０ テレスコープ弁
３１ 重力脱水濾過部
３２ 水位計
３３ 集液手段
３４ 重力ろ布ベルト
３５ 圧搾ろ布ベルト
３６ プレスロール
３７ プレスロール
３８ 圧搾脱水部
Claims (7)
- 原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮した後、濃縮汚泥を、重力脱水濾過部を有する脱水装置で脱水する方法において、該重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを予め設定し、該重力脱水濾過部における濃縮汚泥の測定水位ＸがＰに近接するように該凝集剤の添加量を制御することを特徴とする濃縮脱水方法。
- 原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標汚泥濃縮倍率Ｒを設定し、原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実汚泥濃縮倍率ＳがＲに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする請求項１記載の濃縮脱水方法。
- 原汚泥の濃縮の際に、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標濃縮汚泥濃度Ｔを設定し、原汚泥濃度Ｃｏと原汚泥流量Ｑ1 と凝集剤添加量Ｑ2 と該濃縮により生じる分離水の流量Ｑ3 とから算出される実濃縮汚泥濃度ＵがＴに近接するように前記目標水位Ｐを制御することを特徴とする請求項１記載の濃縮脱水方法。
- 原汚泥に凝集剤を添加し攪拌し生じた凝集汚泥を濾別して濃縮する濃縮型凝集反応装置と、原汚泥に凝集剤を添加する凝集剤添加装置と、該濃縮型凝集反応装置からの濃縮汚泥を重力脱水する重力脱水濾過部を有する脱水装置と、該脱水装置の重力脱水濾過部の測定水位Ｘを検知し、Ｘに基づき該凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量を制御するプログラマブル調節計とを有する濃縮脱水装置。
- 前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから汚泥濃縮倍率Ｓを算出し、Ｓに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する請求項４記載の濃縮脱水装置。
- 前記濃縮型凝集反応装置に流入する原汚泥の濃度Ｃｏと該原汚泥の流量Ｑ1 と前記凝集剤添加装置から添加される凝集剤添加量Ｑ2 と前記濃縮型凝集反応装置から流出する分離水の流量Ｑ3 とから濃縮汚泥濃度Ｕを算出し、Ｕに基づき、前記脱水装置の重力脱水濾過部にて、望ましい汚泥の濃縮脱水効率が得られる目標水位Ｐを設定するプログラマブル調節計を有する請求項４記載の濃縮脱水装置。
- 前記脱水装置が、ベルトプレス型脱水装置である請求項４記載の濃縮脱水装置。
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