JP4061196B2 - 安定化されたフロックを用いるフロキュレーション−デカンテーションによる水処理から得られたスラッジを濃縮する方法及びプラント - Google Patents

Description

本発明は、水処理法から得られたスラッジを処理する分野に関する。

具体的には、本発明は、微粒砂により又はそれに相当する材料により安定化されたフロックを用いるフロキュレーション−デカンテーションによる水処理のためのプラントから得られたスラッジを処理する分野に関する。

水処理プラントにおいて、処理すべき水から沈降可能の諸物質を分離する沈降機から抽出されたスラッジは、リッター当り１５グラム（ｇｍ）を超える乾物濃度まで、スラッジ沈降機の底部ですでに濃縮されていることがあり、リッター当り１００ｇｍよりも多くなりうる。これらの濃縮沈降機は、スラッジの再循環ループをしばしば備えており、沈降機の底部から抽出されたスラッジの一部をフロキュレーションゾーンに再循環させる。

この技術は、スラッジを長期間にわたり沈降機の底部に引き止めておくという欠点を有しており、これにより、スラッジ沈降機において発酵や塩析汚染という現象が起きる結果になる。

従って、スラッジを濃縮するために特別の構造がしばしば用意されていて、沈降したスラッジを濃縮のためこの構造に案内し、たいていリッター当り１０又は５ｇｍ未満であるスラッジの濃度を１５ｇｍどころか５０ｇｍより高く、リッター当り１００ｇｍを上回るまでの濃度に変える。

以後シックナーと呼ぶこの濃縮構造は、沈殿池と同様に、その中に濃縮すべきスラッジが導入され、そして、重力の作用により濃縮されたスラッジは、フロックを取り込んだ水から沈降中のフロックを分離するのを容易にする回転レーキの助けを通常は借りて、シックナーの底部から抽出する。濃縮されたスラッジから除かれた水は、シックナーの上方部分においてオーバーフローにより回収される。

これらのシックナーは、単一エレメントの沈降機の形態とするか、或いはめったにないが、プレート式沈降機の形態とすることができる。これらの沈降機の大きさは、鉱物粒子を非常に多く含んだ脱炭酸塩後のスラッジのような極めて特別のスラッジの場合を除いて、シルでの負荷（１日当りの懸濁物質のｋｇ量で表される濃縮すべき懸濁物質（ＭＩＳ＝matter in suspension）の日負荷を通常シル表面（sill surface）と呼ばれるシックナーの底面の表面積で割った値）が１２０ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日を超えないように、当業者により設計される。従って、レアウ（Ｌ'Ｅａｕ）の技術論文集（９版、第２巻、９２１頁）は、フレッシュ一次スラッジについて８０〜１２０ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日、一次スラッジ及びフレッシュ活性スラッジについて４５〜７０ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日、金属水酸化物（沈泥なし）を含む飲料水フロキュレーションスラッジについて１５〜２５ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日の質量流量について説明している。

特に本出願人による仏国特許発明第２６２７７０４号及び第２７３９０９４号明細書に記載されたような、粒状物質で安定化された物理化学的沈降フロキュレーションの場合、沈降機は、１もしくは２ｇｍＭＩＳ／リッターよりも高いＭＩＳ濃度に達しうる水を処理するときに、５０〜１００、或いは２００ｍ／ｈｒにまでも達しうる非常に高い沈降速度（処理水の流量ｍ³／ｈｒを“ミラー（mirror）”沈降の表面積で割った値）に基づいて算定されている。簡単な算定によると、１００ｍ／ｈｒで１ｇｍ／リッターの濃度をもつ水を処理するときに、ミラー沈降の表面積ｍ²当たり、１ｍ²につき１００ｋｇ／ＭＩＳ／ｈｒを生産する上述のような沈降池は、シックナーが最大で１００ｋｇＭＩＳ／ｍ²／シル／日であることを基準として伝統的な方法で大きさが決められているときに、ミラー沈降の表面１ｍ²当り、少なくとも２４ｍ²のシックナーのシル表面を必要とすることが示されている。

このような濃縮表面は、微粒砂の安定化されたフロックと共に迅速沈降池を用いるときに要求されるコンパクト性と一般に全く両立できない。

本発明の目的は、これらの問題を解決することである。

この目的は、微粒砂又はその他の稠密な粒状材料で安定化された（ballasted）フロックを用いるフロキュレーションデカンテーションによる水処理ユニットから得られたスラッジを濃縮するための方法において、沈降したスラッジを液体サイクロンで処理する工程に加えて、
安定化されたフロキュレーションデカンテーションユニットの液体サイクロンからのオーバーフロースラッジを脱ガスする脱ガス工程であって、１００ｍ／ｈｒ未満の表面脱ガス速度に対応する脱ガス表面に対して実施される脱ガス工程と、
前記スラッジ中に少なくとも一種の凝集剤を注入する注入工程と、
シックナーのシル表面に基づいて算定した２００ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷及び１０ｇｍ／ｌよりも大きな濃度で、少なくとも１つの層状シックナーにおいて前記スラッジを濃縮する濃縮工程と
からなる連続工程を含むことを特徴とする濃縮方法に関する本発明により達成される。

実際に、微粒砂のような粒状バラストの安定化されたフロックを用いるフロキュレーションデカンテーションによる水処理から出たスラッジは、再利用バラスト材料からそれを分離する液体サイクロンのオーバーフロー出口で脱ガスが行われ、かつ先行の再フロキュレーションを伴う場合に限り、迅速なスラッジ濃縮に対して予期しない適性を有することに本出願人は気付いた。

有利な変形例によると、本方法は、凝集剤（flocculating agent）の注入の上流側において少なくとも一種の凝析剤（coagulating agent）を注入する補充の注入工程を含んでいる。このような添加により、必要であれば、オーバーフローの改善を得ることが可能になる。

前記脱ガス工程は、６０ｍ／ｈｒ未満の表面脱ガス速度に対応する脱ガス表面で行われることが好ましい。

また、前記凝集剤の注入工程は、攪拌されるフロキュレーションゾーン内で１０分以下、好ましくは４〜６分の滞留時間で行われ、前記フロキュレーションゾーンの表面は脱ガスゾーンの全て又は一部を構成することができることが好ましい。

本発明の有利な実施例によると、前記濃縮工程は、ブレード下の自由高さが２〜４メートルの間にある層状シックナーにおいて行われ、前記濃縮方法は、スラッジブランケットの高さを２つの予め規定した高さの間に維持できるようなスラッジブランケットの高さの制御工程を含んでいる。これら高さはどちらも少なくとも１．５メートルである。

前記スラッジが三次下水処理から発生する場合、前記濃縮工程は、１５ｇｍ／ｌより高い抽出スラッジの濃度について、３００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることが好ましい。

前記スラッジが一次下水処理から発生するか、又は雨の時における合流された下水オーバーフローである場合、前記濃縮工程は、２５ｇｍ／ｌより高い抽出スラッジの濃度について、１０００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることが好ましい。

前記濃縮すべきスラッジが脱炭酸塩処理を除く地表水の沈降処理により発生する場合、前記濃縮工程は、１０ｇｍ／ｌより高い抽出スラッジの濃度について、２００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることが好ましい。

実施において、シックナーの底部とフロキュレーターとの間にスラッジの再循環ループの存在を必要とすることなく（しかし、その存在を除外することなく）、１２０ｋｇ／ｍ²／日未満の大きさの伝統的なシックナーよりも、２〜１２．５倍以上もコンパクトなシックナーを使用することができる。

したがって、本発明は、非常にコンパクトな構造で、安定化されたフロキュレーションデカンテーションスラッジを以下の値を超える濃度まで濃縮することを可能にする。
安定化されたフロキュレーションの前に、生物学的に処理された下水の安定化されたフロキュレーションによる三次処理スラッジについて、２０ｇｍ／ｌ。
一次下水又は雨水排水管からのオーバーフローを安定化されたフロキュレーションにより処理したスラッジについて、３５ｇｍ／ｌ。
飲料水用でろ過前の水を安定化されたフロキュレーションにより処理したスラッジについて、１０〜１００ｇｍ／ｌ以上。

上記の濃度は、保守を必要とするか（シックナーの底部からスラッジを連続的又は半連続的に抽出する場合）、又は少なくとも２メートルの高さまでスラッジブラケンットを周期的に上昇させることを必要とする（シックナーの底部で弁を開くことによりスラッジを周期的に抽出する場合）。

シルにおけるこのような負荷は、濃縮すべきスラッジ及び濃縮されたスラッジの濃度に応じて、ミラーでの高速度（シックナーのオーバーフロー水流量を上方のデカンテーションゾーンのミラー表面積で割った値）を課することに注目すべきである。ミラーにおけるこれら高速度は、ヘーゼン速度（Hazen speed）（シックナーからのオーバーフロー水流量をプレートにより水平面上に投影された総表面で割った値）を所要のオーバーフロー品質と両立できる範囲内に維持するような方法で、シックナーの上側部分におけるデカンテーションプレートの介在に由来するオーバーフロー水中の懸濁物質（ＭＩＳ）の異常な喪失を伴うことなく受け入れられる。

本発明の変形例によると、前記濃縮工程からのオーバーフロー水は、安定化されたフロックと共に前記層状デカンテーションプラントの先端部に戻される。

本発明の別の変形例によると、前記濃縮方法は、前記濃縮工程からのスラッジを前記凝集剤の注入工程に再循環させるための工程を含まない。

更なる変形例によると、前記濃縮方法は、前記濃縮工程からくるスラッジを前記凝集剤の注入工程に再循環させるための工程を含む。

また、本発明は、微粒砂又はその他の稠密な粒状材料で安定化されたフロックを用いるフロキュレーションデカンテーションによる少なくとも１つの水処理ユニットから得られたスラッジのための層状濃縮プラントにおいて、該層状濃縮プラントは、流入するスラッジの流量に対して１００ｍ／ｈｒの脱ガス速度に対応する最小総表面積をもつ１つ又は複数の通路又はタンクの形態に製作できる少なくとも１つの脱ガスゾーンと、少なくとも一種の凝集剤の注入手段と、層状デカンテーションゾーンを構成する少なくとも１つの濃縮沈降機と、プレート下のスラッジの濃縮ゾーンと、スラッジの抽出装置と、前記プレートの上方における清浄化したオーバーフロー水の抽出装置とを有しており、前記シックナーのシルにおける表面は、ｋｇＭＩＳ／日で表される濃縮すべきＭＩＳの流量を最小許容負荷２００ｋｇ／ｍ²／日で割ることにより得られたものよりも小さいことを特徴とする層状濃縮プラントに関する。

本発明はまた、好ましくは、前記凝集剤の注入手段の上流側に設けられた凝析剤の注入手段を備えている。

本発明の有利な変形例によると、前記脱ガスゾーンの最大総表面は、流入するスラッジの流量に対して６０ｍ／ｈｒの脱ガス速度に対応している。

本発明による前記層状濃縮プラントは、少なくとも１つの攪拌されるフロキュレーションタンクを備え、該フロキュレーションタンクの表面は、前記脱ガスゾーンの全部又は一部とすることができることが有利である。

前記シックナー沈降機は、長さが０．５〜３メートル、代表的には１．５メートルであり、間隔が５〜１５ｃｍ、好ましくは７．５〜１０ｃｍであり、水平に対して形成される角度が５５°より大きく、好ましくは６０°である複数のプレートから構成されていることが好ましく、前記プレートの底部及びシルの間の自由高さは２〜４メートルの間にあり、前記シックナー沈降機は、スラッジレーキ装置を有すると共に、スラッジブランケットの高さを２つの予め規定した高さの間に維持するように監視するセンサを備えている。前記高さはどちらも少なくとも１．５メートルである。

変形例によると、本発明の前記層状濃縮プラントは、前記濃縮ゾーンの下方部と前記フロキュレーションゾーンとの間にスラッジのための再循環ループを含まない。

別の変形例によると、前記層状濃縮プラントは、前記プレート下の濃縮ゾーンの下方部と前記フロキュレーションゾーンとの間にスラッジの一部を再循環させるための、配管及びスラッジポンプから構成される再循環ループを有している。

本発明は、図面を参照して本発明の非限定的な実施形態についての以下の記載を読むことにより、その種々の利点と共により良く理解されよう。図１は、本発明のプラントを示す概要図である。

図１を参照すると、微粒砂で安定化されたフロックを用いるフロキュレーションデカンテーションのための水処理ユニット２は、凝析（coagulation）ゾーン２ａと、フロキュレーションゾーン２ｂと、層状沈降ゾーン２ｃとを伝統的な方法で備えている。層状沈降ゾーンから抽出された微粒砂及びスラッジの混合物は、通路１０により液体サイクロンユニット１に運ばれ、そこで微粒砂は残余のスラッジから分離される。こうして分離された微粒砂は、フロキュレーションデカンテーションによる水処理ユニット２に再注入される。

本発明によれば、液体サイクロンユニット１から出るスラッジは、通路１１により運ばれ、デカンテーションプレートゾーンを備えたシックナー６に運ばれる前に、脱ガスゾーン３において脱気される。このデカンテーションプレートゾーンは、傾斜プレート６ａと、ブレード下のスラッジ濃縮ゾーン６ｂと、スラッジの抽出装置７と、ブレード６ａの上方にある清浄オーバーフロー水９のための抽出ゾーンとを含んでいる。

このゾーン３は、例えば、特定のタンク、又は液体サイクロンで処理したスラッジをシックナー６に運ぶ通路の全部又は一部のように、液体サイクロン処理中に取り込んだガスからスラッジを分離することが可能なものなら何でも、任意の形態とすることができる。図１に示した実施例において、この脱ガスゾーン３は、シックナー６の直ぐ上流側に設けられた槽の形態である。

脱ガスゾーン３の多さは、濃縮すべきスラッジの流量を、１００ｍ／ｈｒ未満、好ましくは６０ｍ／ｈｒ未満、更に好ましくは３０ｍ／ｈｒ未満の表面速度で割った比率よりも大きい脱ガス表面積を基準として決められる。

脱ガス後、ポリマーを、一般的にはアニオン性のポリマーをスラッジに添加するが、その添加レベルは、濃縮するスラッジに対して０．５〜５ｇｍ／ｍ³、代表的には１〜３ｇｍ／ｍ³である。

このポリマー注入４は、シックナー６への注入前の管路で行うことができるが、好ましいのは、図１に示すように、水の滞留時間を１０分台の後半以下、好ましくは４〜６分にして、若干攪拌されるフロキュレーター５に注入することである。凝集剤としてはポリマーを使用することができ、例えば、濃縮するスラッジ１リッター当たり活性物質０．５〜５ｍｇのレベルである。

凝集したスラッジは、その後、シックナー６のプレート６ａの下方に、又はプレート群の中でその縁部のそばに導入される。

これらプレート６ａは、０．５ｍ〜３ｍの間、代表的には１．５ｍの長さを有すると共に、５〜１５ｃｍ、好ましくは７．５〜１０ｃｍの間隔を有しており、また、水平に対するプレートの角度は、５５°よりも大きく、好ましくは６０°に等しい。それらは、オーバーフローが１０ｍ／ｈｒ未満、代表的には１〜３ｍ／ｈｒのへーゼン速度（Hazen speed）を確実に有するように考えられ設定されている。

スラッジは、シックナー６の下方部において濃縮され、十分な自由高さ（典型的には２〜４ｍの間）がプレートの底部とスラッジ排出弁７との間に設定されているので、濃縮されたスラッジは、急峻な傾斜を有するピラミッド型抽出ホッパーの場合、重力のみによりスラッジ排出弁に運ばれ、又は傾斜の小さい底部の場合、スクレーパによりスラッジ排出弁に運ばれる。濃縮を向上させるためにレーキ８が設置されるのが好ましい。

スラッジは、スラッジレベル検出器の制御下に、スラッジブランケットのレベルを予め規定された２つの高さの間に維持するか、或いは、濃度検出器を用いて抽出されたスラッジの濃度を監視しながら又は監視することなく、抽出弁を周期的に開くことにより、抽出される。

濃縮されたスラッジから分離された水は、典型的には、水抽出における良好な放水を確実にするスパウトによって、シックナー６からオーバーフロー９により回収される。

オーバーフロー水は、その品質に基づいて、安定化されたフロックを用いたフロキュレータ−デカンタにより処理された水と直接に混合することができ、あるいは、図１に示すように、安定化されたフロキュレーションデカンテーションによる処理の先端部に戻すことができる。

一例として、上述の原理に基づいて製作された層状シックナーは、表面速度６０ｍ／ｈｒの脱ガスゾーンと、水平に対して６０°をなし、幅が１ｍ、長さが１．５ｍで、７５ｃｍ間隔の４枚のプレートと、そのプレート下のシックナーのためにスラッジを供給する配管中に凝集剤を直接注入することによるプレフロキュレーションと、高さが３ｍで円筒形のピラミッド形状のプレート下の濃縮ゾーンと、水平に対して６０°で傾斜した側壁をもつシックナー底部のピラミッド形ホッパーとを有しており、そして濃縮ゾーン内にはレーキがなく、かつ最小で１．５ｍの高さの下で抽出をする該シックナーにより、一次公共下水の安定化されたデカンテーションスラッジに関して以下の性能をもつことが可能となった。
濃縮するスラッジの濃度：２ｇｍＭＩＳ／ｌ。
濃縮されたスラッジの濃度：＞３０ｇｍＭＩＳ／ｌ。
シルでの負荷：１０００〜１５００ｋｇＭＩＳ／ｍ²シル／日。
濃縮オーバーフロー：＜３００ｍｇＭＩＳ／ｌ。

本発明のプラントを示す概要図である。

Claims (18)

1. 微粒砂又はその他の稠密な粒状材料で安定化されたフロックを用いるフロキュレーションデカンテーションによる水処理ユニットから得られたスラッジを濃縮するための方法であって、沈降したスラッジを液体サイクロンで処理する工程に加えて、
   安定化されたフロキュレーションデカンテーションユニットの液体サイクロン処理からのオーバーフロースラッジを脱ガスする脱ガス工程であって、１００ｍ／ｈｒ未満の表面脱ガス速度に対応する脱ガス表面に対して実施される脱ガス工程と、
   前記スラッジ中への少なくとも一種の凝集剤を注入する注入工程と、
   シックナーのシル表面に基づいて算定した２００ｋｇＭＩＳ／ｍ²／日よりも大きいシルにおける負荷及び１０ｇｍ／ｌよりも大きい濃度で、少なくとも１つの層状シックナーで前記スラッジを濃縮する濃縮工程と
   からなる連続工程を含むことを特徴とする方法。
2. 前記凝集剤の注入の上流側で少なくとも一種の凝析剤を注入する補充の注入工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の濃縮方法。
3. 前記脱ガス工程が、６０ｍ／ｈｒ未満の表面脱ガス速度に対応する脱ガス表面に対して実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の濃縮方法。
4. 前記凝集剤の注入工程が、攪拌されるフロキュレーションゾーン内で１０分以下、好ましくは４〜６分の滞留時間で行われ、前記フロキュレーションゾーンの表面が、脱ガスゾーンの全て又は一部を構成することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の濃縮方法。
5. 前記濃縮工程が、ブレード下の自由高さが２〜４メートルの間にある層状シックナーにおいて行われ、前記濃縮方法が、スラッジブランケットの高さを２つの予め規定した高さの間に維持するように監視する工程を含み、前記高さがどちらも少なくとも１．５メートルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の濃縮方法。
6. 前記スラッジが三次下水処理から発生するものであり、前記濃縮工程が、１５ｇｍ／ｌより大きい抽出スラッジの濃度について３００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の濃縮方法。
7. 前記スラッジが一次下水処理から発生するか、又は雨の時における合流された下水オーバーフローから発生するものであり、前記濃縮工程が、２５ｇｍ／ｌより大きい抽出スラッジの濃度について１０００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の濃縮方法。
8. 前記濃縮すべきスラッジが脱炭酸塩処理を除く地表水の沈降処理により発生するものであり、前記濃縮工程が、１０ｇｍ／ｌより大きい抽出スラッジの濃度について２００ｋｇ／ｍ²／日よりも大きなシルでの負荷で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の濃縮方法。
9. 前記濃縮工程からのオーバーフロー水が、前記安定化されたフロックを有する層状デカンテーションプラントの先端部に戻されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の濃縮方法。
10. 前記濃縮工程からのスラッジを前記凝集剤の注入工程に再循環させるための工程を含まないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の濃縮方法。
11. 前記濃縮工程から発生するスラッジを前記凝集剤の注入工程に再循環させるための工程を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の濃縮方法。
12. 微粒砂又はその他の稠密な粒状材料で安定化されたフロックを用いるフロキュレーションデカンテーションにより少なくとも１つの水処理ユニット（２）から得られるスラッジのための層状濃縮プラントにおいて、該層状濃縮プラントが、流入するスラッジの流量に対して１００ｍ／ｈｒの脱ガス速度に対応する最小総表面をもつ１つ又は複数の通路又は槽の形態で製作された少なくとも１つの脱ガスゾーン（３）と、少なくとも一種の凝集剤の注入手段（４）と、層状デカンテーションゾーンを構成する少なくとも１つのシックナー沈降機（６）と、プレート下のスラッジのための濃縮ゾーンと、スラッジの抽出装置と、前記プレートの上方における清浄化したオーバーフロー水の抽出装置とを有しており、前記シックナーのシルでの表面が、ｋｇＭＩＳ／日で表される濃縮されるＭＩＳの流量を最小許容負荷２００ｋｇ／ｍ²／日で割ることにより得られたものよりも小さいことを特徴とする層状濃縮プラント。
13. 前記凝集剤の注入手段の上流側に設けられた凝析剤の注入手段を含むことを特徴とする請求項１２に記載の濃縮プラント。
14. 前記脱ガスゾーン（３）の最大総表面が、流入するスラッジの流量に対して脱ガス速度６０ｍ／ｈｒに対応していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の濃縮プラント。
15. 少なくとも１つの攪拌されるフロキュレーションタンクを含み、該フロキュレーションタンクの表面が、前記脱ガスゾーンの全部又は一部となることができることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の濃縮プラント。
16. 前記シックナー沈降機（６）は、長さが０．５〜３メートル、代表的には１．５メートルであり、間隔が５〜１５ｃｍ、好ましくは７．５〜１０ｃｍであり、水平に対して形成される角度が５５°より大きく、好ましくは６０°である複数のプレート（６ａ）を含み、該プレートの底部及びシルの間の自由高さが２〜４メートルの間にあり、前記シックナー沈降機が、スラッジレーキ装置（８）を有するとともに、スラッジブランケットの高さを２つの予め規定した高さの間に維持するように監視するセンサを含み、前記高さがどちらも少なくとも１．５メートルであることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の濃縮プラント。
17. 前記濃縮ゾーンの下方部と前記フロキュレーションゾーンとの間のスラッジ再循環ループを含まないことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の濃縮プラント。
18. 前記プレート下の濃縮ゾーンの下方部と前記フロキュレーションゾーンとの間でスラッジの一部を再循環させるための、配管及びスラッジポンプから構成される再循環ループを含むことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の濃縮プラント。

Images