JP3986144B2 - 汚泥の処理方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥の処理方法に係り、特に、浄水設備、工業用水設備等から排出される汚泥の処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄水設備、工業用水設備における通常の処理工程は、着水井、凝集沈でん池、ろ過池を配した処理工程であり、後段の排水処理工程では、凝集沈でん池から排出された汚泥を重力濃縮した後、無薬注フィルタープレスで脱水処理するのが一般的である。
その脱水ケーキの大半は埋め立て処分されていたが、近年、処分地の減少に伴う用地確保が難しくなり、浄水脱水ケーキを農業関係に有効利用するケースが年々増加している。
しかしながら、浄水設備、工業用水設備の取水源は河川であり、河川中には、濁質分に含まれるマンガンと、水に溶解している水溶性マンガンが存在している。これら設備で取水する原水中には、存在する単位体積当たりのマンガン量が微量であっても、これら設備から発生する汚泥中には、マンガンが濃縮された状態で存在し、長時間にわたり設備内に滞留し、その雰囲気が還元状態になることが多いため、４価の固体状のマンガンが還元され、２価のマンガン濃度の上昇を招いている。
【０００３】
還元された２価マンガンは、水中に残留すると同時に有機物の膠質と錯体を形成したり、粘土鉱物中にとり込まれたりする。これらマンガンを総称して置換性マンガンという。置換性マンガンは環境の変化により容易に２価マンガンを液側に放出するため水溶性マンガンの供給液となっている。
ところで、脱水ケーキに含まれる前記水溶性マンガン（２価マンガン）濃度が高い場合、植物の成長が抑制される矮化現象が発生し、植物の生育に悪影響を及ぼす。そこで、このような場合には、従来は水溶性マンガン濃度を低下させるために、浄水脱水ケーキに他の一般土壌を多くブレンドすることにより対応していたが、多大の労力が必要であった。
一方、浄水汚泥からマンガンを除去する方法として、特開平６−３６４０６号公報、特開平７−２２２９７号公報が開示されている。これらの方法では、再濃縮装置が必要であるためかなりの敷地面積が必要になったり、最終的に汚泥が脱水されるのに時間がかかり、溶出したマンガンが汚泥に再吸着される等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、浄水及び工業用水設備から発生する汚泥中のマンガン濃度を低下させ、より農業有効利用材として有効な汚泥を得ることができる汚泥の処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、マンガンを含有する汚泥に、酸を添加して汚泥ｐＨを酸性にし、汚泥粒子が含有マンガンを水側に溶出させる還元工程と、還元工程を経た汚泥をフィルタープレスで脱水する脱水工程からなる汚泥の処理方法において、前記脱水工程は、該フィルタープレスでろ過工程終了後に、該フィルタープレスのろ室容量と等倍量以上の水を圧入する汚泥洗浄工程を設け、ろ過工程で捕集された汚泥を洗浄した後、圧搾工程で汚泥を圧搾脱水することとしたものである。
前記処理方法において、脱水工程では、ろ過工程から排出されるろ液及び汚泥洗浄工程に用いた洗浄排水を、マンガン排水処理工程で除マンガン処理し、その処理水の少なくとも一部を、前記汚泥洗浄工程の洗浄水として使用することができる。
また、本発明では、マンガンを含有する汚泥を処理する装置であって、該汚泥と酸を混合する混合槽と、該混合槽から得られる前記酸と汚泥の混合物を滞留させる還元槽と、該還元槽の底部から引き抜かれた濃縮汚泥を脱水するフィルタープレスとからなり、該フィルタープレスは、ろ過終了後の脱水汚染を洗浄する手段と、該洗浄した汚泥を圧搾脱水する手段とを有することを特徴とする汚泥の処理装置としたものである。
前記汚泥の処理装置は、前記還元槽からの上澄水と、前記フィルタープレスのろ過及び洗浄排水とを受ける排水槽と、該排水槽の排水中のマンガンを除去する除マンガン装置とを具備することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
浄水汚泥中に含まれるマンガンは、比較的安定な二酸化マンガン（４価）、有機物の膠質と錯体を形成する２価マンガン及び粘土鉱物に含まれる２価の置換性マンガン、比較的容易に還元される易還元性マンガン（３価といわれている）等にわけられる。このうち、本発明が主に除去対象としているのは、２価のマンガンであり、中でもその含有率割合の高い水溶性マンガンの供給源である置換性マンガンである。
前述したように、浄水設備の取水源は河川であり、多くの粘土鉱物が浄水場施設に流入し濃縮される。置換性マンガンは、この粘土鉱物や有機物に２価イオン状で取り込まれているものと考えられる。元来、粘土鉱物には、置かれた環境によって、自分が保持する陽イオンと外環境中の陽イオンを交換するという陽イオン交換能がある。
【０００７】
そこで、本発明では、まず還元工程で、汚泥ｐＨを酸性にすることにより、汚泥に水素イオンを提供する。それにより、粘土鉱物の陽イオン交換能を利用して、粘土鉱物中の２価マンガンと水素イオンとを置換し、粘土鉱物中の２価マンガンを水中に溶出させる。反応は比較的速いものの半日以上放置する方が好ましく、放置時間中に上澄水が生じる場合には、上澄水を除去し後段の除マンガン処理装置で処理することもできる。また、設定ｐＨは低ければ低い方がよいが、反応時間が経過するにつれて粘土鉱物中に水素イオンが吸着されるため、ｐＨが上昇するので、後段での中和処理を省略するために設定ｐＨは５以上が好ましい。
さらに、使用する酸は、硫酸、硝酸、塩酸あるいは有機酸等であり、反応を促進させるために酸と汚泥を十分に混合する必要がある。
【０００８】
次に、脱水工程では、脱水機としてフィルタープレスを使用する。フィルタープレスは、工程がろ過工程及び圧搾工程からなっているのが一般的である。本発明では、さらに、通常の工程の他に汚泥洗浄工程を設ける。
還元工程を経た汚泥は、フィルタープレスに供給され、まず、ろ過工程でろ過濃縮される。このとき、汚泥から溶出したマンガンの大部分はろ液と共に機外に排出されるが、この段階では、汚泥はスラリー状であるため、高濃度のマンガンを溶解した水が混在している。圧搾工程でさらに減容化されるが、完全に水分が除去されるわけではないので、高濃度のマンガンを溶解した水が残ることになり、農業有効利用材としては好ましいものではない。
【０００９】
そこで、フィルタープレスのろ室容積と等倍量以上の清水（あるいは、後段の除マンガン装置の処理水）を圧入し、高濃度のマンガンを溶解した水と置換する。これがフィルタープレスにおける汚泥洗浄工程である。この汚泥洗浄工程に要する時間は、フィルタープレスのろ過速度に影響を与えるため、極力短い方がよく、そのためには、ろ布表面に形成されたケーキ層を破壊した後、水を圧入した方がよい。
汚泥洗浄工程終了後、通常の圧搾工程に入り、洗浄した汚泥を圧搾脱水し、脱水ケーキを得る。この後、農業有効利用材とするために、脱水ケーキは破砕、殺菌乾燥されることになる。
【００１０】
一方、フィルタープレスから排出されるろ液及び洗浄排水には、高濃度の水溶性マンガンが溶解しており、このままの状態では着水井に返送することはできず、除マンガン処理する必要がある。その処理方法としては、マンガン砂を流動媒体とした流動床晶析法、塩素酸化によるマンガン砂晶析法、アルカリ凝析法等があるが、装置がコンパクトであり、処理水が比較的低アルカリ性で、トリハロメタンの発生、逆洗排水がでない流動床晶析法が好ましく、除マンガン処理装置から排出される処理水の少なくとも一部を、前記汚泥洗浄工程で洗浄水として使用する方が、浄水の節約となり効率的である。なお、除去されたマンガンは、排マンガン砂として系外に排出される。
本発明のフィルタープレスを用いた脱水工程のフローシートを図２に示し、比較のため従来のフィルタープレスの脱水工程のフローシートを図３に示す。このように、本発明では、脱水工程に汚泥洗浄工程を設けている点に特徴を有する。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
本発明の処理方法を実施する装置の全体構成図を図１に示し、図１に基づいて以下に説明する。
還元槽１に滞留時間２〜３分程度の攪拌装置とｐＨ計が設置された混合槽２を設け、硫酸８と汚泥７を混合した。同時に、汚泥ｐＨが５になるように硫酸注入量を制御した。ｐＨ調整後、混合槽２からオーバーフローして還元槽１（有効容積２ｍ³ ）に流入した汚泥７は本槽１で約１２時間滞留し、その間に置換性マンガンを水中に溶出させる。生成した上澄水１０は排水槽４へ移送し、濃縮汚泥１１は底部から引き抜き、短時間ろ布走行タイプのフィルタープレス３で脱水した。
【００１２】
なお、用いたフィルタープレス３のろ室容積は約１２０リットルで、ろ過面積は１０ｍ² である。フィルタープレス３のろ過時間は１５分とし圧搾時間は２０分とした。また、汚泥洗浄工程ではフィルタープレス３ろ室容量と等倍量（１２０リットル）の浄水１５をろ過工程終了後に圧入した。
還元槽１からの上澄水１０、及びフィルタープレス３ろ液及び洗浄排水９は、一旦、排水槽４に受け、流動床晶析除マンガン処理装置５で除マンガン処理した。処理水１２は処理水槽６に受け着水井１３に放流した。
各工程でのマンガン濃度変化を調べた結果を表１に示す。ここで、置換性マンガンには水溶性マンガンも含まれており、置換性マンガンと水溶性マンガンの定量値が一致した場合、置換性マンガンの全量が水溶性マンガンに転換（陽イオン交換により粘土鉱物に吸着されていたマンガンが水中に溶出）したことを示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１からわかるように、本発明によれば、汚泥７が脱水されて脱水ケーキ１４になるまでに、原汚泥中の置換性マンガンは９６．３％除去されている。
マンガン含有量の許容値は植物によっても異なり、定かな値は提示されていないが、本実験で目標とした値は、矮化現象を抑制できるとされる、脱水ケーキ１０ｇを５０ｍｌの水で抽出したときの水溶性マンガン濃度が１ｍｇ／リットルとなる値である（ケーキ含水率を５０％とすると１０ｍｇ／ｋｇ−ＤＳとなる）。本結果では、２．４ｍｇ／ｋｇ−ＤＳであり、十分、目標値を満足した。また、本発明の洗浄工程を省略した場合のケーキ中の水溶性マンガンは、１２．５ｍｇ／ｋｇ−ＤＳと目標値を達成できなかった。
また、除マンガン処理装置としては、マンガン砂を流動媒体とした水溶性マンガンを炭酸マンガンとしてマンガン砂表面に晶析除去する流動床晶析除マンガン装置を使用した（特開平８−２９５２５０号）。その処理水１２中の水溶性マンガンは０．２ｍｇ／リットルであり、除去率は９６．３％であった。この水質であれば十分洗浄水１２′として使用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、大幅な設備を追加することなく、浄水汚泥からの除マンガンが可能となり、浄水汚泥をＭｎ障害を引き起こすことのない肥料あるいは土壌改良材として供給することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を実施する装置の全体構成図。
【図２】本発明のフィルタープレスを用いる脱水工程のフローシート。
【図３】公知のフィルタープレスを用いる脱水工程のフローシート。
【符号の説明】
１：還元槽、２：混合槽、３：フィルタープレス、４：排水槽、５：流動床晶析除マンガン装置、６：処理水槽、７：汚泥、８：硫酸、９：ろ液及び洗浄排水、１０：上澄水、１１：濃縮汚泥、１２：処理水、１２′：洗浄水、１３：着水井へ、１４：脱水ケーキ、１５：浄水、１６：排マンガン砂

Claims (4)

1. マンガンを含有する汚泥に、酸を添加して汚泥ｐＨを酸性にし、汚泥粒子が含有マンガンを水側に溶出させる還元工程と、還元工程を経た汚泥をフィルタープレスで脱水する脱水工程からなる汚泥の処理方法において、前記脱水工程は、該フィルタープレスでろ過工程終了後に、該フィルタープレスのろ室容量と等倍量以上の水を圧入する汚泥洗浄工程を設け、ろ過工程で捕集された汚泥を洗浄した後、圧搾工程で汚泥を圧搾脱水することを特徴とする汚泥の処理方法。
2. 前記脱水工程では、ろ過工程から排出されるろ液及び汚泥洗浄工程に用いた洗浄排水を、マンガン排水処理工程で除マンガン処理し、その処理水の少なくとも一部を、前記汚泥工程の洗浄水として使用することを特徴とする請求項１記載の浄水汚泥の処理方法。
3. マンガンを含有する汚泥を処理する装置であって、該汚泥と酸を混合する混合槽と、該混合槽から得られる前記酸と汚泥の混合物を滞留させる還元槽と、該還元槽の底部から引き抜かれた濃縮汚泥を脱水するフィルタープレスとからなり、該フィルタープレスは、ろ過終了後の脱水汚染を洗浄する手段と、該洗浄した汚泥を圧搾脱水する手段とを有することを特徴とする汚泥の処理装置。
4. 前記汚泥の処理装置は、前記還元槽からの上澄水と、前記フィルタープレスのろ過及び洗浄排水とを受ける排水槽と、該排水槽の排水中のマンガンを除去する除マンガン装置とを具備することを特徴とする請求項３記載の汚泥の処理装置。

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