JP4537282B2 - 汚泥処理設備および汚泥処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥処理設備および汚泥処理方法に係り、より詳しくは、下水処理場等の最初沈殿槽から排出されるし渣含有汚泥を処理するに際して、し渣含有汚泥を濃縮する脱水機のし渣含有汚泥が流入する汚泥流入口の目詰まりを防止することにより稼動率の向上を可能ならしめると共に、後段の前処理および消化処理の安定運転を可能ならしめるようにした汚泥処理設備および汚泥処理方法に関する。

下水や廃水等の汚水を曝気槽により活性汚泥処理し、活性汚泥処理した被処理水の上澄みを河川等に放流する一方、し渣含有汚泥を濃縮し、調整した後に加熱、かつ加水分解すると共に、消化槽で発酵させてメタンガスを得た後に、脱水して脱水ケーキとするようにした汚泥処理設備がある。このような汚泥処理設備としては、例えば後述する構成になるものが公知である。以下、従来例１に係る汚泥処理設備を、添付図面を参照しながら説明する。

従来例１に係る汚泥処理設備は、その概略図の図２に示すとおりである。即ち、下水は、先ず、最初沈殿池（最初沈殿槽に相当する。）に導入され、この最初沈殿池でし渣等の固形物質を沈殿分離させた後に、曝気槽を経て最終沈殿池（最終沈殿槽に相当する。）に送られる、そして、最終沈殿池において静置され、上澄みＰＨ調整などが施された後、放流水として排出される。一方、最初沈殿池、および最終沈殿池の底に沈殿した汚泥は回収されて汚泥濃縮槽に送られ、汚泥濃縮槽においてさらに凝縮される。次いで、汚泥消化槽で嫌気性発酵させることにより消化処理された後に、超音波発振器が取付けられてなる汚泥貯留槽に送られる。この汚泥貯留槽において、先ず、汚泥に対して時間、超音波を照射した後に、凝集剤を加えて凝集沈殿処理が行われる。凝集沈殿した汚泥は、汚泥脱水機に送られて脱水されことにより、脱水汚泥となる。次いで、この脱水汚泥はケーキホッパに送られ、このケーキホッパから外部に搬出されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

従来例２に係る汚泥処理設備は、その概略図の図３、およびその浄化装置の概略図の図４に示すとおりである。即ち、汚水が供給される最初沈殿池５１と、この最初沈殿池５１から流出する汚水を活性汚泥処理するための曝気槽５２と、この曝気槽５２で活性汚泥処理された曝気処理液から活性汚泥を分離するための最終沈殿池５３と、この最終沈殿池５３から分離除去された汚泥を消化し易くするための前処理装置５５と、前処理した汚泥を嫌気消化するための分解槽（消化槽）５６と、この分解槽５６の処理物を脱水処理するための脱水装置５７と、この脱水装置５７からの脱水液を最初沈殿池５１に戻すための返送ライン６１とを備えた汚泥処理設備において、後述する構成になる浄化装置５９が、前記曝気槽５２と返送ライン６１との間に配設されている。このような汚泥処理設備における脱水装置５７として、プレス式脱水機や遠心分離機（以下、遠心脱水機という。）等を使用することができる。なお、図３に示す符号５４は汚泥を高濃度（例えば、汚泥濃度８〜１５％）に濃縮するための濃縮装置であって、このような濃縮装置としてはプレス式脱水機や遠心脱水機等が用いられる。

前記浄化装置５９は、図４に示すように構成されている。即ち、脱水液を活性汚泥処理するための曝気部８１と、曝気処理した液から活性汚泥を分離除去する液ろ過部８２とを有する浄化槽８０で構成されている。前記曝気部８１には曝気用気体供給口８３が槽底付近に設置されており、前記液ろ過部８２には膜分離のためのユニット８４が槽の中程度の高さに設置されている。そして、この液ろ過部８２でろ過された液は返送ライン６１を介して最初沈殿池５１に戻される（例えば、特許文献２参照。）。

なお、従来例に係る典型的な遠心脱水機としては、例えば、その断面図の図５に示すような構成になるものが公知である。この遠心脱水機は、一端側内周部が先細り状に傾斜させられた外形略円筒状をなして中心軸線Ｏ回りに回転可能に支持される回転ボール９１を備えている。この回転ボール９１内には、この回転ボール９１と同軸的にスクリュコンベア９７が配置されており、前記回転ボール９１と差速をもって同方向に回転されるように構成されている。前記スクリュコンベア９７と前記回転ボール９１との間の環状空間Ｃ内に軸線Ｏ方向中央部から供給された被処理物（し渣含有汚泥）Ｐは、この回転ボール９１の遠心力によって固液分離され、そして分離された固形分Ｓは環状空間Ｃの一端側に開口した固形分排出口９４から排出されるように構成されている。さらに、この固形分排出口９４に固形分Ｓの排出量を調整する弁体１０４が設けられると共に、分離液Ｌは軸線Ｏ方向他端側において環状空間Ｃの内周側に開口した分離液流路１０１から排出されるように構成されている。

なお、この遠心脱水機の長手方向（図における左右方向）の両端付近の符号９２，９３は略円筒状の軸端部であり、これら軸端部９２，９３に外嵌されてなる符合９５は軸受であり、符号９６はベルト９６ａ、プーリ９３ａを介して回転ボール９１を回転させるモータ等の回転手段である。また、これら軸端部９２，９３の内側に嵌合され、スクリュコンベア９７の端部を支持してなるものは軸受９８であり、このスクリュコンベア９７の図における右側の端部に設けられてなるものは、このスクリュコンベア９７を回転させるモータ等の回転手段である（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１１−１９６９７号公報 特開２００４−１６９６９号公報 特開２００２−３３６７３５号公報

脱水機には、ベルトプレス形脱水機、遠心脱水機、スクリュープレス、回転式加圧脱水機があるが、上記のような汚泥処理設備には、何れの形式の脱水機も採用することができる。ところで、脱水すべき汚泥や排水には、例えば、毛髪、ビニル片等の比較的長いし渣が含有されている場合がある。このようなし渣含有汚泥や汚水をベルトプレス形脱水機に供給した場合には問題がない。しかしながら、このようなし渣含有汚泥や汚水を遠心脱水機に供給すると、この遠心脱水機の本体の内部の径中心に配設され、先端部付近の外周に設けられ、外周方向にし渣含有汚泥や汚水を排出して脱水室に流入させる複数の汚泥流入口（直径４０ｍｍ程度）がし渣で塞がれ、遠心脱水機によるし渣含有汚泥や汚水の脱水ができなくなるという問題が生じる。また、スクリュープレスや回転式加圧脱水機も同様の問題を有している。

因みに、このような遠心脱水機では、２４時間程度の運転で汚泥流入口が目詰まりしてしまい、２４時間程度しか連続運転することができない。従って、汚泥流入口に目詰まりしたし渣を除去するために、脱水機の運転を停止すると共に、分解、組立て作業をしなければならないから、汚泥処理設備の稼動率が低下するばかりでなく、メンテナンスコストが嵩むという問題があった。また、上記のとおり、し渣含有汚泥の濃縮処理が連続的に行われなくなるため、後段の前処理および消化処理も不安定となり、し渣含有汚泥の処理能力も低下する恐れが生じるという問題もあった。

従って、本発明の目的は、最初沈殿槽から排出されるし渣含有汚泥を処理するに際して、し渣含有汚泥中のし渣に起因する脱水機の汚泥流入口の目詰まりを防止することを可能ならしめる汚泥処理設備および汚泥処理方法を提供することである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って課題を解決するために、本発明の請求項１に係る汚泥処理設備が採用した手段は、し渣含有汚泥中の固形物質をより小さな粒子に破砕する第１破砕機と、この第１破砕機で破砕されたし渣含有汚泥を受入れて濃縮するための遠心脱水機またはスクリュープレスまたは回転式加圧脱水機の内のいずれかである脱水機と、この脱水機で脱水された濃縮汚泥を受入れて破砕する第２破砕機と、この第２破砕機で破砕された濃縮汚泥を受入れて消化し易くする前処理槽と、この前処理槽で前処理された前処理液を発酵させてメタンを発生させる消化槽とを備えてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る汚泥処理設備が採用した手段は、請求項１に記載の汚泥処理設備において、前記第１破砕機の上段側に、し渣含有汚泥を受入れる受入れ槽を設け、前記第１破砕機から前記受入れ槽に連通する汚泥戻しラインを設けたことを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る汚泥処理設備が採用した手段は、請求項２に記載の汚泥処理設備において、前記第２破砕機と前記前処理槽との間に、前記第２破砕機で破砕された濃縮汚泥中の固形物の濃度を均一にする調整槽を設け、この調整槽から前記第２破砕機に連通する汚泥戻しラインを設けたことを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る汚泥処理方法が採用した手段は、前記請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の汚泥処理設備を用いて、し渣含有汚泥を処理することを特徴とするものである。

本発明の請求項１乃至３に係る汚泥処理設備では、遠心脱水機またはスクリュープレスまたは回転式加圧脱水機の内のいずれかである脱水機の前段側に、固体物質をより小さな粒子に破砕するための第１破砕機（例えば、マセレータポンプ）が配設されている。従って、本発明の請求項１乃至３に係る汚泥処理設備によれば、第１破砕機によるし渣含有汚泥中の毛髪やビニル片等のし渣の破砕により小さな粒子になるように破砕されて脱水機の汚泥流入口に供給されるから、この排水流入口がし渣により目詰まりするような恐れがない。よって、し渣含有汚泥が安定して連続的に濃縮されるため、後段側において濃縮汚泥は安定して前処理されると共に、消化処理されることとなる。

本発明の請求項２に係る汚泥処理装置では、第１破砕機の前段側に、し渣含有汚泥を受入れる受入れ槽が設けられ、第１破砕機から受入れ槽に連通する汚泥戻しラインが設けられている。従って、発明の請求項２に係る汚泥処理装置によれば、受入れ槽と第１破砕機との間でし渣含有汚泥を循環させて破砕したし渣を前記脱水機に供給することができるから、この第１破砕機によるし渣の小粒子化効率が向上し、前記脱水機の汚泥流入口の目詰まりをより確実に防止することができる。

本発明の請求項３に係る汚泥処理設備では、第２破砕機と前処理槽との間に、第２破砕機で破砕された濃縮汚泥中の固形物の濃度を均一にする調整槽が設けられ、この調整槽から前記第２破砕機に連通する汚泥戻しラインが設けられている。従って、本発明の請求項３に係る汚泥処理設備によれば、第２破砕機と調整槽との間でし渣含有濃縮汚泥を循環させることにより、調整槽内におけるし渣含有濃縮汚泥の固形分濃度の均一性を向上させることができるから、後段においてし渣含有濃縮汚泥を安定して効率良く前処理および消化処理することができる。

本発明の請求項４に係る汚泥処理方法では、前記請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の汚泥処理設備を用いて、し渣含有汚泥が処理される。従って、本発明の請求項４に係る汚泥処理方法によれば、し渣含有汚泥は安定して効率良く前処理および消化処理される。

以下、本発明の汚泥処理方法を実施する、本発明の形態に係る汚泥処理設備を、脱水機が遠心脱水機である場合を例として、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の形態に係る汚泥処理設備の模式的構成説明図である。なお、遠心脱水機の構成については、段落番号〔０００６〕において説明した従来例（特開２００２−３３６７３５号公報）に係る遠心脱水機とほぼ同構成であるから、遠心脱水機の構成に係る説明については割愛する。

図１に示す符号１は、本発明の形態に係る汚泥処理設備１′を組込んだ汚水処理設備である。この汚水処理設備１は、処理すべき下水等の汚水が流入する最初沈殿槽２、この最初沈殿槽２から流入する１次処理水を活性汚泥処理する曝気槽３を備えている。また、この曝気層３から流入する曝気処理された曝気処理液から活性汚泥を分離し、上澄みを処理水として放流する最終沈殿槽４を備えている。そして、汚泥処理設備１′は。前記最初沈殿槽２、および最終沈殿槽４の底に沈殿した毛髪、ビニル片等のし渣を含む汚泥（水分；９４〜９９ｗｔ％程度）、および最終沈殿槽４の底の微生物の汚泥（水分；９４〜９９ｗｔ％程度）を受入れる受入れ槽５を備えている。なお、水分を９４〜９９ｗｔ％程度含む汚泥にするために、最初沈殿槽２と受入れ槽５との間、および最終沈殿槽４と受入れ槽５との間のそれぞれに濃縮装置が設けられることがある。

また、前記受入れ槽５から排出された毛髪、ビニル片等のし渣を含有するし渣含有汚泥は、図示しない破砕刃を有する第１破砕機６で破砕されてポンプ７に供給されるようになっている。第１破砕機６とポンプ７は、破砕機能とポンプ機能を有するマセレータポンプに置換することが、設備の簡素化にとって好ましい。このようなマセレータポンプとしては、例えば、特開平６−１５４７５２号公報において開示されてなる公知の構成のものを使用することができる。

なお、前記第１破砕機６から受入れ槽５の上部に連通してなるものは、第１汚泥戻しライン６ａであって、この第１汚泥戻しライン６ａにより受入れ槽５と第１破砕機６との間でし渣含有汚泥を循環させて破砕することができる。従って、第１破砕機６によるし渣の小粒子化効率が向上するという効果を得ることができる。

前記第１破砕機６で小粒子化されたし渣を含有するし渣含有汚泥は、ポンプ７を介して上記従来例に係る遠心脱水機とほぼ同構成になる遠心脱水機８に供給される。そして、この遠心脱水機８で脱水されて、固形分が８〜２０ｗｔ％程度、好ましくは１０〜１５ｗｔ％のし渣含有濃縮汚泥となって、前記第１破砕機６と同構成になる第２破砕機９に供給され、この第２破砕機９で破砕されたし渣含有濃縮汚泥は調整槽１０に供給される。そして、この調整槽１０に供給されたし渣含有濃縮汚泥は固形分濃度が均一になるように調整される。また、第２破砕機９もマセレータポンプとすることも可能である。

なお、前記調整槽１０の下部から第２破砕機９に連通してなるものは、第２汚泥戻しライン９ａであって、この第２汚泥戻しライン９ａにより第２破砕機９と調整槽１０との間でし渣含有濃縮汚泥を循環させることにより、調整槽１０内におけるし渣含有濃縮汚泥の固形分濃度の均一性を向上させることができる。

前記調整槽１０により固形分が均一化された調整濃縮汚泥は前処理槽１１に供給され、この前処理槽１１内において、後段側の消化処理を促進し易くするために可溶化される。
前処理槽１１で採用される調整濃縮汚泥の可溶化方法としては、例えば加熱、超音波、高電圧パルス印加、高圧気体導入、オゾン供給、粉砕、酸添加、アルカリ添加、または酵素添加等の種々の手段を挙げることができる。しかしながら、消化により発生するメタンを有効利用する観点からすると加熱することが好ましく、調整濃縮汚泥は１２０〜２２０℃（好ましくは、１５０〜１８０℃）、０．１〜６時間（好ましくは、０．２〜２時間）の条件で加熱・加水分解される。このような条件下で調整濃縮汚泥から生成された反応処理液は消化槽１２に供給される。

前記消化槽１２に供給された反応処理液は、この消化槽１２内において発酵してメタンを発生する。発酵済みの処理液は、図示しない最終脱水機に供給されて脱水されて汚泥ケーキとなり、然るべき方法により処理されることとなる。そして、前記遠心脱水機８、前記最終脱水機により分離された分離液は、例えば図示しない分離液処理槽に集液されると共に、前記最初沈殿槽２に流入する下水に混入されるように構成されている。なお、前記消化槽１２で発生したメタンの一部は、前記前処理槽１１における調整濃縮汚泥を加熱するための燃料として活用される。

以下、上記構成になる汚泥処理設備１′の作用態様を説明する。即ち、この汚泥処理設備１′では、遠心脱水機８の前段側に、固体物質をより小さな粒子とする第１破砕機（例えば、マセレータポンプ）６が配設されている。従って、第１破砕機６の破砕刃によるし渣含有汚泥中の毛髪やビニル片等のし渣の破砕により小さな粒子になるように破砕されて遠心脱水機８の汚泥流入口に供給されるから、この汚泥流入口がし渣により目詰まりするような恐れがない。よって、し渣含有汚泥が安定して連続的に濃縮されるため、後段側において濃縮汚泥は安定して前処理されると共に、消化処理されることとなる。

なお、以上の形態においては、第１破砕機６から受入れ槽５の上部に第１汚泥戻しライン６ａを、また調整槽１０の下部から第２破砕機９に第２汚泥戻しライン９ａをそれぞれ連通させることにより、し渣含有汚泥、またはし渣含有濃縮汚泥を循環させる場合の例を説明した。しかしながら、第１汚泥戻しライン６ａや第２汚泥戻しライン９ａを設けなくてもそれなりの効果が得られ、また脱水機は遠心脱水機に限らず、例えばスクリュープレス（例えば、特開２００４−１９５５２４に記載されたもの）や回転式加圧脱水機（例えば、特表２００４−５３２７３３に記載されたもの）に対しても本発明の技術的思想を適用することができるので、上記形態に係る汚泥処理設備１′の構成に限定されるものではない。また、上記形態に係る汚泥処理設備１′は、本発明の１具体例に過ぎないから、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在である。

本発明の形態に係る汚泥処理設備の模式的構成説明図である。 従来例１に係る汚泥処理設備の概略図である。 従来例２に係る汚泥処理設備の概略図である。 従来例２に係る汚泥処理設備の浄化装置の概略図である。 従来例に係る典型的な遠心脱水機の断面図である。

符号の説明

１…汚水処理設備、１′…汚泥処理設備、２…最初沈殿槽、３…曝気槽、４…最終沈殿槽、５…受入れ槽、６…第１破砕機，６ａ…第１汚泥戻しライン、７…ポンプ、８…遠心脱水機。９…第２破砕機，９ａ…第２汚泥戻しライン、１０…調整槽、１１…前処理槽、１２…消化槽。

Claims (4)

1. し渣含有汚泥中の固形物質をより小さな粒子に破砕する第１破砕機と、この第１破砕機で破砕されたし渣含有汚泥を受入れて濃縮するための遠心脱水機またはスクリュープレスまたは回転式加圧脱水機の内のいずれかである脱水機と、この脱水機で脱水された濃縮汚泥を受入れて破砕する第２破砕機と、この第２破砕機で破砕された濃縮汚泥を受入れて消化し易くする前処理槽と、この前処理槽で前処理された前処理液を発酵させてメタンを発生させる消化槽とを備えてなることを特徴とする汚泥処理設備。
2. 前記第１破砕機の上段側に、し渣含有汚泥を受入れる受入れ槽を設け、前記第１破砕機から前記受入れ槽に連通する汚泥戻しラインを設けたことを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理設備。
3. 前記第２破砕機と前記前処理槽との間に、前記第２破砕機で破砕された濃縮汚泥中の固形物の濃度を均一にする調整槽を設け、この調整槽から前記第２破砕機に連通する汚泥戻しラインを設けたことを特徴とする請求項２に記載の汚泥処理設備。
4. 前記請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の汚泥処理設備を用いて、し渣含有汚泥を処理することを特徴とする汚泥処理方法。