JP4141554B2

JP4141554B2 - 汚泥中のリンの溶出防止方法および汚泥中のリンの溶出防止剤

Info

Publication number: JP4141554B2
Application number: JP35523298A
Authority: JP
Inventors: 真佐留滝; 茂田辺
Original assignee: Dia Nitrix Co Ltd
Current assignee: Dia Nitrix Co Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP2000176491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水処理で発生する汚泥を濃縮し、脱水あるいは搬送する廃水処理システムにおける汚泥中のリンの溶出防止方法および汚泥処理に使用される汚泥中のリンの溶出防止剤に関し、詳しくは、汚泥に固定化されたリンの溶出を防止し、汚泥の濃縮および脱水で発生する分離水中のリン濃度を低減させる汚泥中のリンの溶出防止方法および汚泥中のリンの溶出防止剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、し尿や下水などの都市廃水、工場等からの有機性産業廃水などは、その中に含まれる種々の懸濁物質（ＳＳ）を取り除く処理が施されてから、河川などに放流されている。
上記都市廃水や有機性産業廃水の処理システムにおいては、例えば図２に示すように、まず、処理しようとする廃水原水が最初沈殿池に導入され、ここで比較的大きな懸濁物質が沈殿分離される。次に、曝気槽にて、活性汚泥により廃水中の水溶性有機成分等を分解する生物処理がなされる。その後、最終沈殿池にて汚泥が沈殿分離された後、処理水は河川などに放流され、一方、沈殿した汚泥は曝気槽に返送される。
【０００３】
また、一般的に最終沈殿池からの汚泥の一部は、余剰汚泥として、最初沈殿池からの初沈汚泥とともに汚泥濃縮槽にて濃縮される。ここでの分離水は返流水として最初沈殿池に返送される。濃縮された汚泥は汚泥貯留槽に送られて貯留される。
汚泥貯留槽に貯留した汚泥は、適宜、脱水処理され、または脱水設備のない施設においては他の処理施設へと搬送されて処理される。脱水処理によって分離された分離水もまた、返流水として最初沈殿池へと返送されるのが一般的である。
【０００４】
このような廃水処理システムにおいては、汚泥の濃縮処理や脱水処理の汚泥処理過程で汚泥から溶出する高濃度のリンが、返流水と一緒に最初沈殿池に返送されという問題があった。リンを高濃度で含む返流水は、最終沈殿池から河川等への放流される処理水のリン濃度へも影響を与えるため、汚泥処理過程からの返流水中に含まれるリンの低減が望まれていた。
【０００５】
このような問題を解決する方法としては、鉄系、アルミニウム系等の無機凝集剤を利用した脱リン方法が提案されている。例えば、無機凝集剤が添加された汚泥を濃縮し、この濃縮汚泥にアニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤を添加して凝集フロックを生成させ、脱水する方法（特開昭６１−２３４９９９号公報）、無機凝集剤を添加した汚泥を濃縮し、この濃縮汚泥にさらに無機凝集剤を添加した後、アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤を添加して凝集フロックを生成させ、脱水する方法（特開昭６３−９１２００号公報）、最初沈殿池および最終沈殿池からの汚泥それぞれに無機凝集剤を添加した後、アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤を添加して凝集フロックを生成させ、脱水する方法（特開昭６３−９１１９９号公報）等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉄系、アルミニウム系等の無機凝集剤を使用してリンを汚泥中に固定化したとしても、経時によりリンが再溶出してしまい、脱リン効果が長時間持続しないという問題があった。すなわち、ほとんどの処理場では、汚泥の濃縮に固形分の自然沈降を利用した重力濃縮槽を使用しているため、汚泥の濃縮に時間がかかり、無機凝集剤を添加してリンを固定化しても、汚泥を濃縮している間にリンが分離水中へ再溶出してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、汚泥中に固定化されたリンの溶出を防止し、薬剤注入装置以外に新たな設備を必要とせずに、汚泥の濃縮処理や脱水処理によって分離された分離水中のリン濃度を低減させるための新たな汚泥中のリンの溶出防止方法、および汚泥中にリンを固定化し、かつリンの再溶出を防止する汚泥中のリンの溶出防止剤を開発する目的でなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の汚泥中のリンの溶出防止方法は、廃水処理で発生する汚泥を濃縮した後、脱水あるいは搬送する廃水処理システムにおける汚泥中のリンの溶出防止方法において、脱水あるいは搬送する前の汚泥に、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とを添加することを特徴とする。
また、本発明の汚泥中のリンの溶出防止剤は、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とを含有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１に示す一例を参照して説明する。
この例では、まず、処理しようとする廃水原水は最初沈殿池に導入される。この最初沈殿池では、比較的大きな懸濁物質が沈殿分離される。そして、廃水は曝気槽で活性汚泥によって生物処理され、廃水中の水溶性有機成分等が分解される。なお、ここでは曝気槽の代わりに嫌気・好気循環式硝化脱窒槽のような種々の生物処理法を適用してもよい。次いで、最終沈殿池に導かれて活性汚泥のフロックが分離沈殿される。そして、最終沈殿池での処理水は放流され、最終沈殿池で沈降した汚泥の一部は余剰汚泥として、最初沈殿池からの初沈汚泥とともに汚泥濃縮槽に供給される。
【００１０】
汚泥濃縮槽に供給された汚泥には、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とが添加される。そして、この汚泥は、汚泥濃縮槽で重力沈降によって濃縮される。汚泥濃縮槽で分離された分離水は返流水として最初沈殿池に返送され、汚泥濃縮槽で濃縮された濃縮汚泥は汚泥貯留槽に貯留される。汚泥貯留槽に貯留した汚泥は、適宜、脱水処理され、または脱水設備のない施設においては他の処理施設へと搬送されて処理される。脱水処理によって分離された分離水もまた、返流水として最初沈殿池へと返送される。
【００１１】
本発明においては、前記汚泥濃縮槽等にて、通常の汚泥処理で添加される鉄系やアルミニウム系の無機凝集剤に加えて、新たにリンの溶出防止効果を有する、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物を添加して、前記無機凝集剤と無機化合物とを併用することに特徴がある。
【００１２】
本発明に係る無機凝集剤としては、鉄系凝集剤、アルミニウム系凝集剤が用いられる。鉄系凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄等の３価の鉄塩が挙げられる。アルミニウム系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムカリウム、硫酸アルミニウムアンモニウム、アルミン酸ナトリウム等のアルミニウム塩が挙げられる。中でも、汚泥の凝集能力に優れることから、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムが好適に用いられる。これら無機凝集剤は、単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
【００１３】
前記無機凝集剤の添加量は、汚泥の凝集が観察され、汚泥中の溶解性リン濃度が１ｍｇ／Ｌ以下になる程度が好ましく、通常、汚泥中の懸濁物質（ＳＳ）１００重量部に対して１〜２００重量部となる量が好ましいが、これに限定されるものではない。１重量部未満では、溶解性リンの除去が不十分となる。また、２００重量部を超えると、後の濃縮汚泥の脱水処理に悪影響を与えるので好ましくない。
【００１４】
本発明に係る無機化合物としては、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物が用いられる。亜鉛系化合物としては、例えば、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛アンモニウム等が挙げられる。銅系化合物としては、例えば、硫酸銅、塩化銅、酸化第二銅等が挙げられる。硝酸系化合物としては、例えば、硝酸カルシウム、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム等が挙げられる。中でも、リンの溶出防止効果に優れることから、塩化亜鉛、塩化亜鉛アンモニウムが好適に用いられる。これら無機化合物は、単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
【００１５】
前記無機化合物の添加量は、特に限定はされないが、汚泥中の懸濁物質（ＳＳ）１００重量部に対して０．１〜２０重量部となる量が好ましい。０．１重量部未満では、リンの再溶出防止効果が不十分となる。また、２０重量部を超えて添加しても、リンの再溶出防止効果の大きな向上が望めず、経済的でないため好ましくない。
【００１６】
前記無機凝集剤および無機化合物の添加方法は、これらが脱水あるいは搬送する前の汚泥に添加されていれば、特に限定されず、例えば、両方を汚泥濃縮槽または汚泥貯留槽に加える方法、一方を汚泥濃縮槽にもう一方を汚泥貯留槽に加える方法等が挙げられる。汚泥に無機凝集剤および無機化合物が十分撹拌混合され、汚泥濃縮槽から出る分離水中のリン濃度を下げることができることから、汚泥濃縮槽に添加する方法が好ましい。
また、添加順序も、特に限定されず、まず無機凝集剤を添加し、次いで無機化合物を添加してもよく、まず無機化合物を添加して、次いで無機凝集剤を添加してもよく、無機凝集剤と無機化合物を同時に添加してもよい。また、前記無機凝集剤と無機化合物とをあらかじめ混合し、この混合物を汚泥中のリンの溶出防止剤として汚泥に添加してもよい。
【００１７】
本発明における汚泥の濃縮方法としては、例示された重力沈降による重力濃縮法以外に、遠心濃縮法、膜濃縮法等の公知の方法を適用できるが、これらに限定されるものではない。
このようにして得られた濃縮汚泥は、高分子凝集剤を添加して脱水する。脱水方法としては、ベルトプレス脱水法、遠心脱水法、スクリュープレス脱水法、フィルタープレス脱水法等の公知の方法を適用できるが、これらに限定されるものではない。濃縮汚泥に高分子凝集剤を添加することによって、脱水ケーキ含水率の低下、濾液量の増加等の効果が得られる。
【００１８】
前記高分子凝集剤としては、カチオン系やアニオン系、両性系の公知の高分子凝集剤を用いることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
カチオン系高分子凝集剤としては、例えば、ポリアミン、ポリエチレンイミン等の縮合系高分子凝集剤、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性物ないしホフマン分解物、ポリアミジン系高分子凝集剤、およびジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドもしくはこれらの中和塩や四級塩からなる重合体もしくは共重合体、あるいはこれらのカチオン性モノマーに対して（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド等を共重合させたもの等が挙げられる。
アニオン系高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミドと、（メタ）アクリル酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸またはこれらの塩との共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物等が挙げられる。
【００１９】
両性系の高分子凝集剤とは、分子内にアニオン性基としてカルボキシル基またはその塩を有し、カチオン性基として第三級アミン、その中和塩、四級塩等を有する高分子凝集剤であり、これらのイオン性成分の他にノニオン成分が含まれているものであってもよい。この両性系の高分子凝集剤は通常、前記のカチオン性基、アニオン性基や更にノニオン性基を有するモノマー単位を共重合することによって得られるものである。構成単位となるアニオン性モノマー単位としては、アクリル酸、メタクリル酸、もしくはこれらのアルカリ金属塩等を挙げることができる。カチオン性モノマー単位としては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドもしくはこれらの中和塩や四級塩等を挙げることができる。ノニオン性のモノマー単位としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド等を挙げることができる。
【００２０】
本発明の汚泥中のリンの溶出防止方法においては、濃縮前の汚泥に前記無機凝集剤と無機化合物とを添加しているので、汚泥中にリンを固定化し、かつ固定化されたリンの溶出を防止し、汚泥の濃縮処理や脱水処理によって分離される分離水中のリン濃度を低減させることができる。
また、本発明の汚泥処理剤は、前記無機凝集剤と無機化合物とを含有しているので、これが添加された汚泥中にリンを固定化し、かつ固定化されたリンの溶出を防止し、汚泥の濃縮処理や脱水処理によって分離される分離水中のリン濃度を低減させることができる。
【００２１】
本発明において、汚泥中に固定化されたリンの溶出が防止される理由としては、次のようなことが考えられる。
すなわち、無機凝集剤によるリンの固定化は、例えば、鉄系凝集剤を用いた場合、鉄イオンとリン酸イオンとの反応による難溶性金属リン酸塩の生成（下記（式１））、および下記（式２）のようにして生成する水酸化鉄へのリン酸イオンの吸着によって行われているものと考えられている。
Fe³⁺ ＋ PO₄ ^3- → FePO₄ ↓ （式１）
Fe³⁺ ＋３OH^- → Fe(OH)₃ ↓ （式２）
【００２２】
通常、汚泥濃縮槽内等の嫌気性雰囲気では、難溶性である３価の鉄イオンが易溶性である２価の鉄イオンに還元されてしまい、経時により鉄イオンが液相に溶出し、吸着していたリンを放出するため、固定化されていたリンは、分離水中に再溶出してしまう。しかしながら、塩化亜鉛等の無機化合物が存在することによって、汚泥の嫌気化が抑制され、鉄イオンが還元されにくい環境となっているため、リンの再溶出を防止しているものと考えられる。
【００２３】
【実施例】
［実施例１］
濃縮前の下水汚泥（ｐＨ＝６．８、ＳＳ＝１．２５重量％、ＶＳＳ（ＳＳの強熱減量）＝５４．６％）に、無機凝集剤としてポリ硫酸第二鉄を、汚泥中のＳＳに対して１３重量％となるように添加し、ついで無機化合物として塩化亜鉛を、汚泥中のＳＳに対して０．８重量％となるように添加した。これを重力沈降によって２４時間濃縮した後、上澄み液と沈降濃縮汚泥とに分離し、それぞれの溶解性リン濃度を測定した。溶解性リン濃度は、溶解性リンをモリブデンブルー吸光光度法にて測定した。結果を表１に示す。
【００２４】
［比較例１］
塩化亜鉛を添加しなかった以外は、実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
塩化亜鉛を添加しない場合、上澄み液、沈降濃縮汚泥ともに、溶出性リン濃度の増加が見られた。
【００２５】
【表１】

【００２６】
［実施例２］
ポリ硫酸第二鉄の代わりに、硫酸アルミニウムを汚泥中のＳＳに対して２０重量％となるように添加した以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２７】
［比較例２］
塩化亜鉛を添加しなかった以外は、実施例２と同様に行った。結果を表２に示す。
塩化亜鉛を添加しない場合、上澄み液、沈降濃縮汚泥ともに、溶出性リン濃度の増加が見られた。
【００２８】
【表２】

【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の汚泥中のリンの溶出防止方法によれば、脱水あるいは搬送する前の汚泥に鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とを添加しているので、汚泥中にリンを固定化し、かつ固定化されたリンの溶出を防止し、汚泥の濃縮処理や脱水処理によって分離される分離水中のリン濃度を低減させることができ、そして、汚泥処理過程から廃水処理過程へ返送される返流水中のリンの量を低減させ、河川等に放流される処理水中のリン濃度を低減させることができる。
また、本発明の汚泥中のリンの溶出防止剤は、前記無機凝集剤と無機化合物とを含有しているので、これが添加された汚泥中にリンを固定化し、かつ固定化されたリンの溶出を防止し、汚泥の濃縮処理や脱水処理によって分離される分離水中のリン濃度を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】廃水処理システムの一例を示す流れ図である。
【図２】従来例の廃水処理システムを示す流れ図である。

Claims

廃水処理で発生する汚泥を濃縮した後、脱水あるいは搬送する廃水処理システムにおける汚泥中のリンの溶出防止方法において、
脱水あるいは搬送する前の汚泥に、鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とを添加することを特徴とする汚泥中のリンの溶出防止方法。
鉄系凝集剤およびアルミニウム系凝集剤からなる群より選ばれる１種以上の無機凝集剤と、亜鉛系化合物、銅系化合物および硝酸系化合物からなる群より選ばれる１種以上の無機化合物とを含有することを特徴とする汚泥中のリンの溶出防止剤。