JP4563073B2

JP4563073B2 - 汚泥の洗浄方法ならびにその装置

Info

Publication number: JP4563073B2
Application number: JP2004140522A
Authority: JP
Inventors: 正明岡島
Original assignee: 正明岡島
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: JP2005007386A

Description

本発明は、重金属等の有害、ないしは不要成分を含有する汚染土壌や水処理における汚泥、ごみ焼却灰等（以下これらを単に「汚泥」という）の有害ないし不要成分を除去する汚泥の洗浄方法ならびにその装置に関する。

重金属等の有害、ないしは不要成分を含有する汚染土壌や、水処理における汚泥、ごみ焼却灰等はそのままでは埋め立て処理等を行うことができないので、こうした有害ないし不要成分を除去する何らかの洗浄処理が必要であり、さまざまの提案がなされている。たとえば特許文献１には、循環法による汚染土壌の浄化装置及び方法が記載されている。図４によりこれを簡単に説明する。

図４は特許文献１に記載された従来の技術における一実施例を示す洗浄槽の概略図で、91は蓋付きの洗浄槽、92、93は溶剤または洗浄剤の供給口、94は排出口、95は洗浄剤の供給ポンプ、96は循環ポンプ、97は排出ポンプ、98a 〜98d は操作弁、Ｆは濾過フィルタ、99はその支持部である。

洗浄槽91の蓋を開いて内部に洗浄しようとする汚泥を投入する。洗浄槽91の内部には格子状の支持部99の上に濾過フィルタＦが敷設されているので、投入された汚泥はその上に堆積される。

操作弁98c 、98d を閉じ、98a 、98b を開放して供給ポンプ95により上段の供給口92から洗浄槽91内に溶剤または洗浄剤を供給し、循環ポンプ96により洗浄槽91内で溶剤または洗浄剤を所定時間循環させることにより汚泥内の油、ＰＣＢ、ダイオキシン等の有害ないし不要成分を溶剤または洗浄剤内に抽出して汚泥を浄化した後、洗浄槽91内に残った浄化された泥を取り出して再利用し、操作弁98d を開いて排出ポンプ97により洗浄槽91内の溶剤または洗浄剤を排出する。

操作弁98b を閉じ、操作弁98c を開いて下段の供給口93から洗浄槽91内に溶剤または洗浄剤を供給するようにすれば、フィルタＦの目詰まりを解消することができる。
特開２００３−８８８４７号公報

ところで、特許文献１に記載された従来の技術においては、洗浄槽91内に汚泥を所定量ずつ投入して行うバッチ処理であるため能率が低く、かつ１回の循環における抽出量が少ないため有害ないし不要成分を所定濃度以下まで低下させるには多くの回数の循環を必要とし、長時間と多量の新水を要するなどの問題点がある。

本発明は、従来の技術におけるこのような問題点を解消し、汚泥内の有害ないし不要成分を少量の新水で効率よく連続的に除去することのできる汚泥の洗浄方法ならびにそのための装置を実現することを目的とする。

本発明の汚泥の洗浄方法は、汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とするものであるか、予め洗浄剤を添加した汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とするものであるか、また汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水ならびに洗浄剤を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とするものであるか、あるいは、前記排出されたオーバーフロー水を前段の洗浄塔の下部に供給することを特徴とするものである。

また、本発明の汚泥の洗浄装置は、縦長円筒状の洗浄塔の頂部に取り付けられ、汚泥の投入口と凝集剤注入ノズルとを備えた内筒と、前記洗浄塔底部から沈降したフロックを引き抜く排出口と、これに接続されるフロック粉砕能力の高い移送ポンプと、前記洗浄塔の下部から塔内に新水ならびに洗浄剤を供給する新水ノズルと、塔内を攪拌する攪拌機と、洗浄塔頂部からオーバーフローするオーバーフロー水を受けるオーバーフロータンクと、を有する前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とするものであるか、前記新水ノズルに加えて洗浄塔の中部から塔内に洗浄剤を供給する洗浄剤ノズルを備えたものである。

本発明によれば、重金属等のイオン化される有害ないし不要成分を効率よく連続的に除去することができ、汚泥を埋め立て用その他に安全に有効利用できるという、すぐれた効果を奏する。

まず図１により本発明の洗浄装置の基本単位である洗浄塔を説明する。この図は単一の洗浄塔の構成を示す概念図で、1 は縦長円筒状の洗浄塔（本体）、２は処理しようとするスラリー状の汚泥を投入する投入口、３は洗浄塔１上部に同心円状に挿入された内筒、４は洗浄塔１底部に設けられ、沈降した内容物を排出する排出口、５は排出口から内容物を引き抜いて移送する移送ポンプ、６は洗浄塔１内に縦方向に設けられた回転軸および複数のプロペラよりなる攪拌機、７は洗浄塔１下部に挿入され、新水（上水、浄水ともいう）を洗浄塔１内に供給する新水ノズル、８は洗浄塔１の中段付近に挿入され、洗浄剤を洗浄塔１内に供給する洗浄剤ノズル、９は投入される汚泥に凝集剤を混入する凝集剤注入ノズル、１０は洗浄塔１頂部からあふれた液が流入するオーバーフロータンク、１１はオーバーフロータンクからのオーバーフロー水を流しだすオーバーフロー管である。

本発明の洗浄塔１は基本構造としてはレーキ付きの沈降管であって、頂部の内筒３内に処理しようとする汚泥を凝集剤とともに投入し、新水を満たした塔内に落下させ、フロックを生成して沈降させて下方から上昇してくる新水と洗浄剤に向流で接触させ、洗浄されながら沈降したフロック、すなわち汚泥を底部から引き抜くと同時に、有害ないし不要成分を抽出したオーバーフロー水を頂部から流し出す機能を有している。

本発明が対象とする汚泥中の有害ないし不要成分とは本発明における洗浄剤によってイオン化されるものであって、これらの化学変化によって有害ないし不要成分をイオン化して新水内に移行させ、汚泥を洗浄するのである。

洗浄剤は塩酸、硫酸、硝酸等の酸、苛性ソーダ、苛性カリ等のアルカリが基本であるが、酸化剤、還元剤、酵素等も使用できる。また、例えば海砂の浄化のような元々水溶性の汚泥を洗浄する場合や、あるいはイオン化されている汚泥を洗浄する場合などには洗浄剤を必要としない。

洗浄剤は新水に添加してもよい。また、洗浄塔内で洗浄剤と接触させる代わりに、洗浄しようとする汚泥に予め汚泥に洗浄剤を添加しておいてから凝集剤とともに洗浄塔内に投入してもよい。特に有害物質が重金属の場合など、短時間の接触ではなかなかイオン化しないので、事前の添加が好ましい。これらの場合、図１における洗浄剤ノズル８は新水ノズル７で兼用するか、あるいは全く省略できる。一方洗浄剤を多量に使用する場合には、図１に示すとおり洗浄塔の中部、すなわち下降流と上昇流との中間である平衡層の位置で洗浄剤ノズル８を使用して供給するのが濃度が保持され最も効果的である。

凝集剤としてはノニオン性、アニオン性、カチオン性等の有機高分子系、たとえば、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアミジン系の高分子凝集剤が好ましい。凝集させることによって見掛け比重を増加させて沈降を促進するとともに、攪拌ならびに移送ポンプによるフロック破壊によって有害ないし不要成分の溶解効果を高めることができる。添加量は、汚泥の固形物量に対して0.01〜1.0 ％程度である。

系内に送り込まれるのは汚泥、凝集剤、新水、洗浄剤であり、系から取り出されるのは底部に沈降したフロックと頂部からのオーバーフロー水である。追って説明するように、この洗浄塔１を多段に設置し、同じ処理を繰り返すことにより最終段の洗浄塔１から取り出されるフロックは有害ないし不要成分をほとんど含まない浄化泥となり、埋め立て用土その他として安全に再利用できる。一方、有害ないし不要成分は各段からのオーバーフロー水内に抽出されるので、これを集めて従来公知の水処理施設により処理を行えばよい。

汚泥と凝集剤とは図１のように別個に投入、注入してもよいし、事前に混合、又はフロック化したものを投入してもよい。凝集反応を早期に効率よく行わせるために、これらは塔内に直接投入するのではなく、水の混入していない内筒内に投入し、すその部分から塔内に落下させるのがよい。

移送ポンプは、フロックの粉砕能力の高い渦巻きポンプ、ギヤポンプなどが好ましい。攪拌機は多段パドル式で、回転は10〜200 ｒｐｍ程度の低速ないし中速である。

図２は、図１に示した洗浄塔１を４段に組み合わせた汚泥洗浄施設の例を示すブロック図である。同一構造の洗浄塔1a、1b、1c、1dが４基並んで設置されており、凝集剤、洗浄剤、新水はそれぞれの洗浄塔1a、1b、1c、1dに投入あるいは注入され、またそれぞれの洗浄塔1a、1b、1c、1dからのオーバーフロー水は最終的に水処理施設に集められる。図２では、第２段以降のオーバーフロー水の有害成分含有率がきわめて低いことから後段のオーバーフロー水を前段の新水として利用して新水使用量の削減と水処理施設における負荷の軽減を図る場合の例を示しているが、各段のオーバーフロー水を並行して１カ所の水処理施設に集め、各段の新水ノズルにそれぞれ新水をつなぎ込んでもよいことは、いうまでもない。さらに、水処理施設において処理した後の水を「新水」として再利用することも可能である。

処理対象である汚泥は第１段の洗浄塔1aの投入口2aに投入され、その排出口4aから移送ポンプ5aを介して第２段の投入口2bを通って洗浄塔1b内に投入され、同様にして最終的に浄化泥として第４段の排出口4dから移送ポンプ5dにより系外に取り出される。

図２の例では汚泥は同じ洗浄処理を繰り返し４回受けるわけであるが、本発明者らの実験によると、第１段の洗浄塔1a内のフロックの挙動と、第２段以降のそれとには若干の相違が認められる。図３によりこれを簡単に説明する。

図３（ａ）は第１段の洗浄塔1a内を示す模式図である。内筒３の内部にスラリー状の汚泥と凝集剤が投入され、すその部分から塔内に落下して行く過程で凝集剤の作用によりフロックが生成され、徐々に径が大きくなって下方に沈降する。一方、（ｂ）は第２段以降の洗浄塔1b（1c、1d）内を示す模式図である。第１段の洗浄塔1aから引き抜かれた内容物は、移送ポンプ5aを通過する際に大径のフロックが一旦押しつぶされるため、再び凝集剤を混入して大きな径に成長させるが、内部水の少ない締まりのあるフロックとして塔内を沈降する。第１段に比較して沈降速度が速く、洗浄効率、回収率、濃縮率が高い。そして底部から高さｈの範囲内に沈降、堆積してスラッジゾーンを形成する。スラッジゾーンの高さｈは追って説明するように新水の注入量と移送ポンプによる引き抜き量によって決まり、上方からのフロックの沈下が続いても密度が上昇するのみでスラッジゾーンの高さｈはほとんど変化しない。

攪拌は凝集反応を促進するとともに塔内の流れを均一化し、フロックを引き締める効果がある。洗浄塔の底部では堆積したフロックの圧密効果によってスラリーの濃度が上昇し、引き抜き量の削減による効率化が図られる。

本発明の実施例におけるこの間の成分の変化を実験データにより説明する。

表１は実験に使用した汚泥ならびに洗浄用新水の性状および分析結果である。除去する重金属を想定して汚泥に鉄イオンを添加し、洗浄剤には酸を使用し、事前に添加してｐＨ値をおよそ４とした。また洗浄効果の指標としてイオン化状態を把握するため、塩化ナトリウムを添加して電気伝導度を測定することとした。粗浮遊物量は下水道試験法に基づく２００メッシュ金網濾過による残量である。なお表２以下の各数値は単位の表示を省略しているが、いずれも表１と同一である。実験装置は図１に示す形状であり、洗浄塔の内径85ｍｍ、有効高さ500 ｍｍ、容積３リットルである。

表２は、比較のため凝集剤を混入せず、かつ塔内の攪拌も行わない操業例である。運転条件は、投入口からの汚泥の投入量毎時３０リットル、洗浄用新水注入量毎時３０リットル、底部排出口からの内容物排出量毎時３０リットル、オーバーフロータンクからのオーバーフロー水量毎時３０リットルで、オーバーフロー水と排出内容物の性状および分析結果は表２に示すとおりであった。

いま、
洗浄効率＝投入物の電気伝導度÷（排出物の電気伝導度−新水の電気伝導度）
と定義すると、表１の元の汚泥と比較して排出物における電気伝導度で見た洗浄効率は2.2 、同じく鉄イオン濃度で見た洗浄効率は2.5 である。また固形物回収率、すなわちオーバーフロー水と排出内容物の固形物の合計に対する排出内容物の固形物の割合は48.9％である。

表３は他の条件は全く同じで、塔内の攪拌を行った場合のデータである。攪拌機はパドル形２枚羽根を３段に設け、100 ｒｐｍで攪拌を行った。洗浄効率は表２とあまり相違は見られず、固形物回収率はむしろ低下している。

つぎからは汚泥に凝集剤を混入したデータである。表４は汚泥中の固形物量に対して同じく固形物量で0.1 ％の有機高分子系凝集剤を混入した他、運転条件は表３と同じである。新水注入量はこれまでと同じ毎時３０リットルであるが、この量は塔内の沈降速度を上回らないことが必要である。表３と比較すると洗浄効率はほとんど変わらないが、固形物回収率は大幅に向上している。

表５は表４の運転条件の内排出口からの引き抜き量を半減して毎時１５リットルとし、その結果オーバーフロー水量を毎時４５リットルとした場合のデータで、その他の条件は表４と同じである。引き抜き量を減らした結果、浮遊固形物の回収率が若干低下しているが、洗浄効率は表４とほぼ同等である。

表２、３と表４、５を比較すると、ｐＨ値においても、オーバーフローした水と排出内容物とにおいて、高分子凝集剤添加による置換効果が表れているのが認められる。

つぎに表６に示すのは、図２で説明したように洗浄塔を４基、４段直列に組み合わせた場合のデータである。各段における運転条件は、投入口からの汚泥の投入量毎時３０リットル、洗浄用新水注入量毎時３０リットル、底部排出口からの内容物排出量毎時３０リットル、オーバーフロータンクからのオーバーフロー水量毎時３０リットルで、第１段における凝集剤の混入量は対固形物量で0.1 ％、第２段以降は0.02％である。1 段ごとの「洗浄効率」と、その段までの合計である「全洗浄効率」とを示してあるが、電気伝導度、鉄イオン濃度のいずれを見ても１段ごとの洗浄効率がほぼ２倍と一定水準であり、段数を増すほどに全洗浄効率が向上しており、最終段では電気伝導度で24.6倍、鉄イオン濃度55.2倍というきわめて高い数値を示し、固形物回収率は実に99.9％となっている。

つづいて第２段における引き抜き量を変化させてオーバーフロー水量を変えた場合の第２段における洗浄効果の変化を表７に示す。引き抜き量を低減することによってスラッジゾーン高さｈは増大するがスラッジゾーン上面の界面は安定しており、回収率は低下せず洗浄効率は大幅に上昇することがわかる。

本発明の洗浄装置における洗浄塔を示す概念図である。図１に示す洗浄塔を４段に組み合わせた実施例の汚泥洗浄施設を示すブロック図である。（ａ）は第１段、（ｂ）は第２段以降の洗浄塔内を示す模式図である。従来の技術における洗浄槽の概略図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｄ洗浄塔
２、２ａ、２ｂ投入口
３内筒
４、４ａ〜４ｄ排出口
５、５ａ〜５ｄ移送ポンプ
６攪拌機
７新水ノズル
８洗浄剤ノズル
９凝集剤注入ノズル
１０オーバーフロータンク
１１オーバーフロー管
９１洗浄槽
９２、９３供給口
９４排出口
９５供給ポンプ
９６循環ポンプ
９７排出ポンプ
９８ａ〜９８ｄ操作弁
９９支持部
Ｆ濾過フィルタ

Claims

汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とする汚泥の洗浄方法。
予め洗浄剤を添加した汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とする汚泥の洗浄方法。
汚泥を凝集剤とともに縦長円筒状の洗浄塔の頂部に投入する一方、この洗浄塔の下部から新水ならびに洗浄剤を塔内に供給し、塔内を攪拌して前記汚泥を凝集させてフロックとして沈降させると同時に汚泥内の有害ないし不要成分を新水内に移行させ、オーバーフロー水を排出するとともに洗浄されながら沈降した前記フロックを前記洗浄塔底部から引き抜く前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記汚泥を投入した直列先頭の洗浄塔から引き抜いた前記フロックを移送ポンプによって粉砕しながら直列第２段の洗浄塔の頂部に投入して、順次、直列後尾の洗浄塔まで前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とする汚泥の洗浄方法。
前記排出されたオーバーフロー水を前段の洗浄塔の下部に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の汚泥の洗浄方法。
縦長円筒状の洗浄塔（１）の頂部に取り付けられ、汚泥の投入口（２）と凝集剤注入ノズル（９）とを備えた内筒（３）と、前記洗浄塔（１）底部から沈降したフロックを引き抜く排出口（４）と、これに接続されるフロック粉砕能力の高い移送ポンプ（５）と、前記洗浄塔（１）の下部から塔内に新水ならびに洗浄剤を供給する新水ノズル（７）と、塔内を攪拌する攪拌機（６）と、洗浄塔（１）頂部からオーバーフローするオーバーフロー水を受けるオーバーフロータンク（10）と、を有する前記洗浄塔を直列に複数台設置し、前記フロックの粉砕と洗浄の処理を繰り返し行うことを特徴とする汚泥の洗浄装置。
前記新水ノズル（７）に加えて洗浄塔（１）の中部から塔内に洗浄剤を供給する洗浄剤ノズル（８）を備えた請求項５に記載の汚泥の洗浄装置。