JP4422531B2 - 凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法に関するものである。

従来、配管を用いて凝集助剤スラリーを流す用途は、種々あった。例えば、汚泥処理においては、塩化第二鉄等の凝集剤と消石灰等の凝集助剤とによって汚泥処理によって生じた汚泥を凝集させて凝集汚泥とし、この凝集汚泥を濾過して、脱水ケーキと脱水濾液とに分離している（特許文献１参照）。

ここで、凝集助剤として用いられる消石灰は、水に溶かして消石灰スラリーとして汚泥中に投入されるが、経時的に配管等の内壁に付着して硬い固着物を生成させる性質がある（特許文献２、段落番号０００６、特許文献３、段落番号０００８参照）。

特開２０００−３０１２００号公報（第２−５貢、図１） 特開２００１−２５６５０号公報 特許第３３３６３２７号公報

ところで、消石灰スラリーを使用する場合、配管への付着物の固着は、消石灰スラリーを送るスラリーポンプへの負荷の増加を招き、また輸送量の低下を招く。このため、消石灰スラリーを流す配管内部を定期的に高圧水で洗浄し、あるいは配管自体を交換しなければならず、洗浄や交換の労力がかかるうえ、高い作業コストを強いられるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝集助剤スラリーを流す配管の内壁への付着物の固着を簡便な手段によって抑制し、配管を長期にわたって安定して使用することができる凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる凝集助剤は、研磨性を有する濾過助剤が混合されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる凝集助剤は、上記の発明において、前記凝集助剤は、消石灰であることを特徴とする。

また、本発明にかかる凝集助剤は、上記の発明において、前記研磨性を有する濾過助剤は、膨張パーライトの粉砕物あるいはシラスバルーンの粉砕物であることを特徴とする。

また、本発明にかかる凝集助剤は、上記の発明において、前記消石灰と前記研磨性を有する濾過助剤との重量比が６５：３５〜９５：５の範囲であることを特徴とする。

また、本発明にかかる凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法は、上記の発明において、凝集助剤スラリーを流す際に配管内壁への付着物の固着を抑制する凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法であって、研磨性を有する濾過助剤を混合した凝集助剤スラリーを流すことを特徴とする。

本発明にかかる凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法は、研磨性を有する濾過助剤を所定の重量比で凝集助剤に混合することによって、配管を長期にわたって安定して使用することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、この発明の凝集助剤を水に溶かした凝集助剤スラリーを用いる汚泥処理設備の模式図である。この発明にかかる凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法は、凝集助剤に研磨性を有する濾過助剤を混合することによって、凝集助剤スラリーが配管を流れるときに、配管への付着物の固着を抑制することを特徴とする。

図１に示すように、汚泥処理設備１は、下水処理によって生じた濃縮汚泥を貯留する濃縮汚泥槽２と、凝集助剤と研磨性を有する濾過助剤とを水で混合して凝集助剤スラリーとする溶解槽３と、凝集剤を貯留する塩化第二鉄溶液槽４と、濃縮汚泥を更に凝集させる凝集汚泥槽５と、凝集汚泥槽５で凝集された凝集汚泥を脱水ケーキと脱水濾液とに分離するフィルタプレス６とを有している。

凝集助剤は、塩化第二鉄溶液による汚泥の凝集を補助するもので、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）、例えばＪＩＳ Ｒ ９００１に規定される工業用消石灰が用いられる。

濾過助剤は、汚泥中に含まれる固形物によって濾滓濾過になることを防ぎ、効率良く濾過を行うためのもので、二酸化珪素を主成分とする天然火山ガラスである真珠岩、松脂岩、黒曜岩を粉砕し、焼成炉で急速に加熱、膨張させた後、粉砕した破砕パーライトや、破砕物が混じっていれば膨張しただけで粉砕していないパーライトのほか、シラスバルーンの粉砕物等が使用される。

この実施の形態では、濾過助剤に破砕パーライトを用いることによって、濾過性能の向上に加えて、さらに研磨性が発揮されるようにしている。破砕パーライトは、膨張パーライトを硬質のローラー等によって圧搾して作成されるものであり、作成された破砕パーライトの拡大写真を図２に示す。図２に示すように、破砕パーライトは、不規則形状を有する小片であり、個々の小片は、細かく（粒子径：２〜１５０μｍ、平均粒子径：１８μｍ）、薄く（厚さ：０．３〜１μｍ）、硬く（モース硬度：５．５〜７．０）、尖った端部形状を有している。また、破砕パーライトは、浮水性が小さく（比重：１〜２．５）、水と混合した場合、浮上することがない。しかし、破砕パーライトの浮水性は、極端に小さくないため、僅かな攪拌によって、また僅かな流れによって水中に一様に分布し、浮遊する。

つまり、破砕パーライトは、細かく、薄い特性によって、消石灰スラリー中に一様に分布する性質を持ち、また、硬く、尖った端部形状、大きい比重特性によって配管内の付着物を研磨する性質を持つ。結果的に、破砕パーライトは、上述した双方の性質を兼ね備えることによって、消石灰スラリーに混合された場合、配管７内を一様に研磨する性能を有する。

汚泥処理設備１において濃縮汚泥の処理が開始されると、図３−１に示すように、汚泥処理の都度、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９が配管７によって溶解槽３から凝集汚泥槽５に輸送される。図３−２に示すように、濃縮汚泥の処理が繰り返され、配管７の内壁の小さな凹凸部分に、あるいは配管７の接続部等に生ずる流れの澱み部分に、消石灰スラリー９に起因した水酸化カルシウムを主成分とするスケール１０が付着する。

このため、消石灰スラリーに破砕パーライト８が混合されていない場合、長期にわたって消石灰スラリーの輸送が繰り返されると、スケール１０を核として付着物が固着し、この固着物が成長し、放置すると配管７が閉塞する。

しかし、図３−３に示すように、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９を輸送した場合、配管７の内壁は、破砕パーライト８の衝突を繰り返して受け、破砕パーライト８によって付着したスケール１０が研磨され、スケール１０が除去される。ただし、長期にわたって消石灰スラリー９の輸送が繰り返されると、スケール１０の付着力が破砕パーライト８の研磨力よりも優るため、スケール１０の固着を完全に防止することはできない。しかし、破砕パーライト８は、スケール１０の固着を完全に防止できないまでも抑制することができる。

そこで、破砕パーライト８の固着抑制効果を確認する目的で、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９を輸送した場合と、破砕パーライト８を混合しない消石灰スラリー９を輸送した場合との比較実験を行った。

図４にこの比較実験に用いた実験装置の概要構成を示す。実験装置は、消石灰スラリー９を貯留するタンク１１と、消石灰スラリー９を流す循環パイプ１２と、消石灰スラリー９を循環させるロータリーポンプ１３とを有している。また、循環パイプ１２は、付着物の固着状況を比較するための、試験管１４を有しており、また、試験管１４に実際の汚泥処理設備１と同じ流速（３０ｍ／ｍｉｎ）の消石灰スラリー９が流れるように調節するため、バイパスパイプ１５が分岐して設けられている。

この比較実験は、消石灰スラリー９を、試験管１４を介して循環パイプ１２を循環させて流し、実験装置を約８時間稼動し、約１６時間休止し、この稼動と休止との繰り返しを連続して総計６００時間行った。

この比較実験において、２種類の消石灰スラリー９を用いた。１種類は、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９であり、この内訳は、９０ｗｔ％の水，８ｗｔ％の消石灰，２ｗｔ％の破砕パーライト８である。他の１種類は、破砕パーライト８を混合しない消石灰スラリー９であり、この内訳は、９０ｗｔ％の水，１０ｗｔ％の消石灰である。

スケール１０の固着量の確認は、循環パイプ１２の一部、長さ５００ｍｍ，内径１２．７ｍｍの試験管１４を定期的に取り外して、重量を計量し、試験管１４の重量増加分をスケール１０の固着量として確認を行った。そして、実験の経過時間に対してスケール１０の固着量をプロットした。

図５に上述の比較実験によって得られた比較結果を示す。図５に示すように、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９を流した場合、約６００時間経過した段階で、１本の試験管１４当たり０．５ｇのスケール１０の固着抑制効果があった。この結果をもとに、試験管１４の内壁の面積から単位面積当たりのスケール１０の固着の抑制量を換算すると、約２５ｇ／ｍ²・６００ｈｒの固着抑制効果になる。また、１日当たりのスケール１０の固着量を計量した結果、破砕パーライト８を混合した消石灰スラリー９においては、０．０９６ｇ／ｍ・ｄａｙであり、破砕パーライト８を混合しない消石灰スラリー９においては、０．１３６ｇ／ｍ・ｄａｙであり、スケール１０の固着量が２９％抑制されたことになる。

一方、破砕パーライト８と消石灰との重量比を変化させ、重量比に対する凝集助剤としての濾過性能と研磨性能との相関関係を調べる実験を行った。図６，７にこの実験の結果を示す。図６は、図１におけるフィルタプレス６を想定して行った濾過性能試験結果を示すグラフである。この実験では、濃縮汚泥を２Ｌ、塩化第二鉄溶液（３７．５％）を９．４７ｇ、消石灰スラリー９（１０％）１３４ｇを使用した。なお、消石灰スラリー９は、水が１２９．６ｇ（９０ｗｔ％）、消石灰と破砕パーライト８との混合物が１４．４ｇ（１０ｗｔ％）としている。そして、消石灰と破砕パーライト８との重量比を変化させ、２０分経過時の濾過液量をプロットした。図６に示すように、破砕パーライト８の重量比が増加し、消石灰に対する破砕パーライト８の重量比が６５：３５超えると、濾過液量が急激に減少する。これは、消石灰スラリー９のアルカリ濃度の不足が顕著になり、濾過性能が急激に落ちていることを示している。

また、図７は、図１における配管７を想定して行った研磨性能試験結果を示すグラフである。この実験では、水９０ｗｔ％、消石灰と破砕パーライト８の混合物１０ｗｔ％を使用した。そして、消石灰と破砕パーライト８との重量比を変化させ、６００時間経過時のスケール１０の固着量をプロットした。図７に示すように、破砕パーライト８の重量比が９５：５近辺からスケール１０の固着量が急激に増加する。これは、消石灰スラリー９中の破砕パーライト８の不足が顕著になり、研磨効果が急激に失われていることを示している。

図６および図７に示した結果から、凝集性能を維持し、かつ研磨効果を維持するには、消石灰スラリー９中の消石灰と破砕パーライト８との重量比を、９５：５〜６５：３５の範囲に設定することが好ましい。

汚泥処理設備１において、配管７内壁の総面積は多大であるから、固着抑制効果によって抑制されるスケール１０の総固着抑制量も多大なものとなる。さらに、この実験では、破砕パーライト８を循環させて使用するため、破砕パーライト８が実験装置を循環するうちに細片化し、破砕パーライト８自体がスケール１０に取り込まれて固着して、破砕パーライト８の総量が減少して、研磨効果が小さくなることを考慮すると、汚泥処理設備１においては、破砕パーライト８を循環させて使用することは無いので、図５に示す以上の研磨効果をあげられることが期待できる。

また、破砕パーライト８は、化学的に安定であるため、凝集汚泥槽より下流において、凝集汚泥槽から接続される他の配管内の内壁に付着するスケールの固着を抑制するという効果も期待できる。

なお、この実施の形態では、濾過助剤に破砕パーライト８を用いるようにしていたが、破砕パーライト８に代えて破砕シラスバルーンを用いるようにしてもよい。破砕シラスバルーンも破砕パーライト８と同等の性質を持つからである。

この発明の実施の形態にかかる凝集助剤及び凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法を用いた汚泥処理設備１を説明する模式図である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤を拡大した顕微鏡写真である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の研磨効果を示す模式図である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の研磨効果を示す模式図である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の研磨効果を示す模式図である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の研磨効果を確認する実験に用いた実験装置の構成を示す概要図である。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の研磨効果を示すグラフである。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の重量比に対する濾過性能を示すグラフである。 この発明の実施の形態にかかる濾過助剤の重量比に対する研磨性能を示すグラフである。

符号の説明

１ 汚泥処理設備
２ 濃縮汚泥槽
３ 溶解槽
４ 塩化第二鉄溶液槽
５ 凝集汚泥槽
６ フィルタプレス
７ 配管
８ 破砕パーライト
９ 消石灰スラリー
１０ スケール
１１ タンク
１２ 循環パイプ
１３ ロータリーポンプ
１４ 試験管
１５ バイパスパイプ

Claims (2)

1. 消石灰と、膨張パーライトの粉砕物あるいはシラスバルーンの粉砕物を用いた濾過助剤との重量比を６５：３５〜９５：５の範囲にして、前記消石灰と前記濾過助剤とを混合してなり、当該凝集助剤のスラリーを流す際に配管内壁への付着物を抑制することを特徴とする凝集助剤。
2. 凝集助剤スラリーを流す際に配管内壁への付着物の固着を抑制する凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法であって、
   消石灰と、膨張パーライトの粉砕物あるいはシラスバルーンの粉砕物を用いた濾過助剤との重量比を６５：３５〜９５：５の範囲にして、前記消石灰と前記濾過助剤とを混合した凝集助剤スラリーを流すことを特徴とする凝集助剤スラリーの配管固着抑制方法。

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