JP5057955B2

JP5057955B2 - 汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮装置

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Publication number: JP5057955B2
Application number: JP2007322242A
Authority: JP
Inventors: 透関谷; 正行高橋; 宏志白濱
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: JP2009142744A

Description

本発明は、アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥の濃縮方法及び濃縮装置に関する。

アルミ系の凝集剤を用いて凝集沈澱等の水処理を行う水処理方法は、一般産業、上水道及び下水道等において広く用いられている。この処理は水中の夾雑物の除去においては非常に優れた方法ではあるが、凝集剤としてアルミ系等のものが使用されることから、処理の結果発生する汚泥には水酸化アルミニウム等の水酸化金属化合物が多量に含まれる。

汚泥の処理方法としては、例えば特許文献１に記載されるように、高分子凝集剤を使用して汚泥を濃縮脱水する方法が知られている。また、薬品を使用しない方法として、重力沈降により汚泥の濃縮を行い、加圧脱水等で脱水して固形化処理を行う方法が知られている。

しかし、上記のような水酸化アルミニウム等を含む汚泥は、汚泥に含まれる水酸化金属化合物が膨潤するために汚泥の沈降濃縮性が非常に悪く、発生する汚泥は含水率が高く、濃縮処理や脱水処理がしにくいものになっている。そのため、重力沈降による濃縮では汚泥の濃縮濃度が低いため、加圧脱水等で固形化まで脱水するのに時間を要し、大型の加圧脱水装置を必要としていた。また含水率を低下させることが困難で産業廃棄物としての汚泥の量が非常に多いものとなっていた。

また消石灰を直接汚泥に添加し、脱水処理を行う方法も行われているが、アルカリ排水が多量に発生し、アルカリ溶解するものが排水に含まれるため、中和処理とその夾雑物の除去が必要となっていた（例えば非特許文献１参照）。また消石灰と空気中の炭酸ガスとが反応して生成する炭酸カルシウムが脱水処理の際の濾布に析出し、濾布の目詰まりを発生させるという問題があり、濾布の頻繁な洗浄と、塩酸等による化学洗浄を必要としていた。

そこで特許文献２には、汚泥の沈降濃縮性を改善することによって汚泥の減容化を図るために、アルミ系又は／及び鉄系凝集剤を使用して凝集沈殿を行う際に発生する沈殿汚泥の濃縮において、汚泥に硫酸を添加した後、カルシウムイオンの存在下でアルカリ剤を添加することが記載されている。

特許第３７０９８２５号公報特開２００７−１９６０８６号公報水道施設設計指針２０００年日本水道協会，ｐ３７７

特許文献２の方法により汚泥の沈降濃縮性が改善され、汚泥の減容化が可能であるが、汚泥の減容化は不十分であり汚泥のさらなる減容化が求められている。また、後段の脱水処理において安定した処理を行うために減容化後の汚泥の高濃度状態における汚泥濃度の調整が求められている。

本発明は、アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥を減容化することができ、減容化後の汚泥の高濃度状態における汚泥濃度の調整を行うことができる汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮装置である。

本発明は、アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥の濃縮方法であって、前記汚泥を酸により処理する酸処理工程と、前記酸により処理した汚泥をアルカリ剤であるカルシウム剤及びマグネシウム剤により処理するアルカリ処理工程と、を含み、前記アルカリ処理工程において、前記カルシウム剤と前記マグネシウム剤との混合比率を変更して、得られる汚泥の濃度を調整する汚泥濃縮方法である。

また、前記汚泥濃縮方法において、前記カルシウム剤が水酸化カルシウムであることが好ましい。

また、前記汚泥濃縮方法において、前記マグネシウム剤が水酸化マグネシウムであることが好ましい。

また、前記汚泥濃縮方法において、前記酸が硫酸であることが好ましい。

また、前記汚泥濃縮方法において、前記酸に対する前記アルカリ剤の化学当量比は、１．２〜２の範囲であることが好ましい。

また、前記汚泥濃縮方法において、前記カルシウム剤に対する前記マグネシウム剤の混合比率は、３５〜７５％の範囲であることが好ましい。

また、本発明は、アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥の濃縮装置であって、前記汚泥を酸により処理するための酸処理槽と、前記酸処理槽に前記酸を添加する酸添加手段と、前記酸により処理した汚泥をアルカリ剤であるカルシウム剤及びマグネシウム剤のうち少なくとも１つにより処理するためのアルカリ処理槽と、前記アルカリ処理槽に前記アルカリ剤を添加するアルカリ剤添加手段と、前記アルカリ剤であるカルシウム剤とマグネシウム剤との混合比率を変更して、前記アルカリ処理により得られる汚泥の濃度を調整する手段と、を有する汚泥濃縮装置である。

本発明では、アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥を酸で処理した後、アルカリ剤であるカルシウム剤及びマグネシウム剤のうち少なくとも１つにより処理することにより、汚泥の沈降濃縮性を改善して、汚泥を減容化することができ、減容化後の汚泥の高濃度状態における汚泥濃度の調整を行うことができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る汚泥濃縮装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。汚泥濃縮装置１は、アルミ系凝集剤を使用した凝集沈澱等の水処理装置からの汚泥を濃縮調整する汚泥濃縮調整槽１０と、汚泥を酸により処理するための酸処理槽１２と、酸により処理した汚泥をアルカリ剤により処理するためのアルカリ処理槽１４と、酸を貯蔵するための酸貯槽１６と、アルカリ剤を貯蔵するためのアルカリ剤貯槽であるカルシウム剤貯槽１８及びマグネシウム剤貯槽２０と、アルカリ剤により処理した汚泥を沈降濃縮するための汚泥沈降槽２２と、脱水装置２４とを備える。

図１の汚泥濃縮装置１において、水処理装置からの汚泥配管４８が汚泥濃縮調整槽１０に接続され、汚泥濃縮調整槽１０は汚泥配管５０によりポンプ２６を介して酸処理槽１２に接続されている。酸処理槽１２は酸処理液配管５２によりポンプ２８を介してアルカリ処理槽１４に接続され、アルカリ処理槽１４はアルカリ処理液配管５４によりポンプ３０を介して汚泥沈降槽２２に接続されている。汚泥沈降槽２２は汚泥配管５６によりポンプ３８を介して脱水装置２４の入口に接続されている。酸処理槽１２には、酸貯槽１６が酸配管５８により酸添加手段としてのポンプ３２を介して接続されており、モータ、撹拌羽根等を備える撹拌装置４０が設置されている。アルカリ処理槽１４には、カルシウム剤貯槽１８がカルシウム剤配管６０によりアルカリ剤添加手段としてのポンプ３４を介して、マグネシウム剤貯槽２０がマグネシウム剤配管６２によりアルカリ剤添加手段としてのポンプ３６を介してそれぞれ接続されており、モータ、撹拌羽根等を備える撹拌装置４２が設置されている。カルシウム剤貯槽１８及びマグネシウム剤貯槽２０には、モータ、撹拌羽根等を備える撹拌装置４４，４６がそれぞれ設置されている。

本実施形態に係る汚泥濃縮方法及び汚泥濃縮装置１の動作について説明する。

水処理装置からの汚泥は、汚泥配管４８を通して汚泥濃縮調整槽１０へと移送され、そこで重力沈降等によって濃度が濃縮調整される。濃縮調整によって減容化した酸処理対象汚泥は、ポンプ２６により汚泥濃縮調整槽１０から引き抜かれて汚泥配管５０を通して酸処理槽１２に移送され、酸貯層１６からポンプ３２により酸配管５８を通して送られる酸と混合され、酸処理される（酸処理工程）。添加した酸により酸処理対象汚泥に含まれる水酸化アルミニウム等が溶解され、例えばアルミニウムイオンと硫酸イオンの形でイオン化される。酸処理を円滑に進めるために、汚泥配管５０と酸配管５８とを酸処理槽１２への流入前に接続し、酸処理対象汚泥と酸との混合を予め行ってもよい。酸処理槽１２において、撹拌装置４０により酸処理液を撹拌して処理の促進を図ってもよい。

続いて酸処理された汚泥を含む酸処理液は、酸処理槽１２からポンプ２８により酸処理液配管５２を通してアルカリ処理槽１４へと移送され、カルシウム剤貯槽１８からポンプ３４によりカルシウム剤配管６０を通して水酸化カルシウム等のカルシウム剤が、マグネシウム剤貯槽２０からポンプ３６によりマグネシウム剤配管６２を通して水酸化マグネシウム等のマグネシウム剤が添加されてアルカリ処理される（アルカリ処理工程）。アルカリ処理槽１４において、撹拌装置４２によりアルカリ処理液を撹拌して処理の促進を図ってもよい。

アルカリ処理された汚泥を含むアルカリ処理液は、アルカリ処理槽１４からポンプ３０によりアルカリ処理液配管５４を通して汚泥沈降槽２２へと移送され、重力沈降等により沈降濃縮され減容化される。汚泥沈降槽２２において汚泥と分離された分離水（上澄水）は放流もしくは再利用等が行われる。一方、汚泥沈降槽２２において減容化された汚泥は、さらに水分を減少させて固形化され産業廃棄物として処分されてもよいし、必要に応じてさらなる脱水処理が行われて再利用されてもよい。例えば、汚泥沈降槽２２において減容化された汚泥はポンプ３８により汚泥配管５６を通して脱水装置２４に送られ、脱水処理を経て廃棄物等として排出される。

本実施形態ではアルカリ剤としてカルシウム剤とマグネシウム剤のうち少なくとも１つを使用、好ましくはカルシウム剤とマグネシウム剤とを併用することにより、汚泥の沈降濃縮性を改善することができる。このため汚泥の大幅な減容化が可能となると共に、汚泥の脱水処理における脱水性、含水率をも改善することができ、従って処理の最終段階で発生する産業廃棄物の量を大幅に削減することができる。以下、酸として硫酸、カルシウム剤として水酸化カルシウム、マグネシウム剤として水酸化マグネシウムを用いた場合を例として推定される汚泥の減容化の機構について説明する。

まず、酸処理槽１２において添加した硫酸により酸処理対象汚泥に含まれる水酸化アルミニウム等が溶解しイオン化する。次に、アルカリ処理槽１４において水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムを添加することにより、硫酸で溶解した汚泥中のアルミニウムイオンが水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムにより中和されると同時に水酸化アルミニウムとして再び析出（再凝集）する。そして、この水酸化アルミニウム、不溶解の状態で残留している水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムから生成するカルシウムイオンと硫酸イオンとの反応により生じた硫酸カルシウム、汚泥中の濁質成分等の複数の共存物質による共沈現象が発生すると考えられる。

（１）硫酸による水酸化アルミニウムの溶解
３Ｈ_２ＳＯ_４＋２Ａｌ（ＯＨ）_３ → ６Ｈ_２Ｏ＋２Ａｌ^３＋＋３ＳＯ_４ ^２−
（２）アルカリ処理
３Ｃａ（ＯＨ）_２ → ３Ｃａ^２＋＋６ＯＨ⁻
３Ｍｇ（ＯＨ）_２ → ３Ｍｇ^２＋＋６ＯＨ⁻
２Ａｌ^３＋＋６ＯＨ⁻ → ２Ａｌ（ＯＨ）_３ ↓
３Ｃａ^２＋＋３ＳＯ_４ ^２− → ３ＣａＳＯ_４ ↓
３Ｍｇ^２＋＋３ＳＯ_４ ^２− → ３ＭｇＳＯ_４

すなわち、硫酸酸性下では、添加した水酸化カルシウムは溶解性の低い硫酸カルシウム（石膏）となる。一方、添加した水酸化マグネシウムの一部は硫酸マグネシウムとなるが、溶解性が高いためにＭｇ^２＋イオンとして存在する。そのため水酸化カルシウム単独使用時のように大量の硫酸カルシウムを生成させることなく中和反応を行うことができ、凝集に関与する固形物量を減らすことができる。添加した水酸化マグネシウムはアルカリ剤の添加により中和反応が進行した中性付近では溶解性が非常に悪く、水酸化マグネシウムとしてそのまま不溶解の状態で存在する。この不溶解の水酸化マグネシウムはそれ自体が凝集作用を有し、凝集フロックを形成するものと推定される。このとき、この不溶解の水酸化マグネシウムと上記のように再凝集した水酸化アルミニウムと硫酸カルシウム等が共沈する。この現象により、水酸化カルシウムをアルカリ剤として単独使用する際に比較して汚泥の沈降濃縮性が大幅に改善され、汚泥の大幅な減容化が可能となる。汚泥の減容化は、後段での脱水処理の効率を飛躍的に高めることができる。なお、硫酸カルシウムは石膏とも呼ばれるが石膏には三種の形があり、生成した硫酸カルシウムがどの形であるか不明であるが、常温での反応が主であるため、結晶水のないＣａＳＯ_４の形であると推定される。

本実施形態の酸処理において用いられる酸としては、硫酸、塩酸等が挙げられるが、硫酸が好ましい。硫酸カルシウムの生成量を調整して減容化を制御するために、酸処理対象汚泥を溶解する際の酸として硫酸と塩酸を併用してもよい。しかし、硫酸と塩酸を併用することにより硫酸カルシウムの生成量を調整することは可能であるが、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム共に塩酸では溶解性の非常に高い塩化マグネシウム及び塩化カルシウムを生成し、共沈現象の発現に必要な凝集反応物が少なくなるため、硫酸と塩酸を併用しても減容化の程度は低い場合がある。さらに塩酸の薬剤の添加管理が複雑になる。このため、酸としては硫酸が好ましい。

酸処理対象汚泥に含まれる水酸化アルミニウム等のイオン化は一部に留めても効果があるため、予め反応試験を行い、できるだけ経済的な酸の添加量に設定しておくことが好ましい。

酸処理槽１２における反応液は、ｐＨが５未満になるように調整することが好ましく、ｐＨが４以下になるように調整することがより好ましく、ｐＨが３以下になるように調整することが更に好ましい。ランニングコスト等の観点からは、ｐＨが２．５〜３になるように調整することが好ましいが、ｐＨが１．５〜２．５になるように調整することで反応時間を短縮することができ、装置を小型化することができる。

カルシウム剤としては、カルシウムを含むアルカリ剤であって、溶解してカルシウムイオンを生成するものであればよく特に制限はないが、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム（生石灰）、塩化カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム塩のうち少なくとも１つが挙げられる。これらのうち、水酸化カルシウム、酸化カルシウムが好ましく、水酸化カルシウムがより好ましい。

水酸化カルシウム、酸化カルシウムは水に対する溶解度が小さいことから、バルクでの局部的な反応を制限しながら、水酸化カルシウム粒子や酸化カルシウム粒子の周辺を中心に凝集反応と結晶生成反応が進行すると考えられる。そのため、当該粒子を核として水酸化アルミニウム等の再凝集がおこり、この再凝集の際に硫酸カルシウム等の取り込みを円滑に行うことができ、脱水性のよい汚泥を得ることができると考えられる。また、酸化カルシウムを使用した場合には、酸化カルシウムが水に溶解する際の発熱反応による加温効果により、上記反応の促進と汚泥の沈降促進効果も期待できる。

マグネシウム剤としては、マグネシウムを含むアルカリ剤であって、溶解してマグネシウムイオンを生成するものであればよく特に制限はないが、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム等のマグネシウム塩のうち少なくとも１つが挙げられる。これらのうち、酸に対する中和能力と凝集力等の観点から水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムが好ましく、水酸化マグネシウムがより好ましい。

カルシウム剤及びマグネシウム剤は粉体状もしくは水等の溶媒に混合させたスラリ状のどちらでも効果は発現するので都合の良いものを採用すればよい。取り扱い易さの点ではスラリ状として用いる方が優れることが多い。なお、スラリとして用いる場合は、カルシウム剤貯槽１８及びマグネシウム剤貯槽２０において、カルシウム剤及びマグネシウム剤が沈降しないように撹拌装置４４，４６により撹拌することが好ましい。

カルシウム剤及びマグネシウム剤は、酸の添加とともに、あるいは、酸を添加した後に添加することができる。また、汚泥に添加するアルカリ剤としては、カルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンの存在下で苛性ソーダ、炭酸ナトリウム等のアルカリ剤を添加する形態であってもよい。

カルシウム剤及びマグネシウム剤の添加順序は、カルシウム剤を加えてからマグネシウム剤を添加しても、マグネシウム剤を加えてからカルシウム剤を添加しても、カルシウム剤をマグネシウム剤とともに添加してもよい。マグネシウム剤として例えば水酸化マグネシウムを用いる場合、水酸化マグネシウムは上記の通り中性領域では水に対する溶解性が低いため、酸性領域で添加して溶解させることが望ましいことから、添加順序としては、マグネシウム剤を加えてからカルシウム剤を添加することが好ましい。

本実施形態において、カルシウム剤とマグネシウム剤の添加に際してはカルシウム剤とマグネシウム剤とを含む混合剤を使用してもよい。この場合は、図１のカルシウム剤貯槽１８及びマグネシウム剤貯槽２０は１つのアルカリ剤貯槽とすればよい。

本実施形態においては、高分子凝集剤を使用しなくても十分な沈降性を得ることができるが、さらに沈降性を向上させるために高分子凝集剤を使用してもよい。

アルカリ処理槽１４における反応液は、分離水の放流もしくは再利用の観点から、ｐＨが４以上になるように調整することが好ましく、ｐＨが４．５〜９になるように調整することがより好ましく、ｐＨが６．０〜８．５になるように調整することが更に好ましい。

減容化後の汚泥の濃度はカルシウム剤とマグネシウム剤との混合比率を変更することにより、後段での処理に応じて目的とする減容化の程度に濃度を調整することができる。また、カルシウム剤とマグネシウム剤との混合比率の変更により、上澄水（分離水）の清澄性を調整することができる。

例えば、水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムの添加量を変更、すなわち水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとの混合比率を変更することで、硫酸カルシウムの生成量と不溶解の水酸化マグネシウムの量を調整することにより、分離水の水質を向上させながら汚泥の減容化の濃度を調整できる。したがって、汚泥濃度を調整して例えば一定にすることが可能なため、後段の脱水処理の運転管理を円滑に進めることができる。

減容化汚泥濃度の調整において、例えば減容化汚泥の濃度を高めたい場合は水酸化カルシウムに対する水酸化マグネシウムの比率を高くし、低めたい場合は水酸化マグネシウムに対する水酸化カルシウムの比率を高くすることができる。

アルカリ剤として水酸化マグネシウムを単独で使用した場合には、最も減容化汚泥の濃度が高くなるが、後段の汚泥の重力沈降等による分離の操作で発生する分離水に懸濁質が多く含まれ、またそれに伴う色度が発生し、減容化が進行している状況（沈降汚泥と分離水との界面等）が見にくい場合がある。そして、この懸濁質が多く含まれる分離水は放流もしくは再利用等においても障害となる場合がある。この状況を改善するために、アルカリ剤として水酸化マグネシウムに加えて水酸化カルシウムを用いると、減容化を損なうことなく分離水の懸濁質の低減と色度の低減を図りながら減容化を調整することができる。

上記の通り、水酸化カルシウムの添加により、硫酸カルシウムの生成反応と中和反応とが並行して起きる。その硫酸カルシウムの結晶と中和反応で生成した水酸化アルミニウムとが凝集反応を起こし、硫酸カルシウムと不溶解の水酸化マグネシウムを取り込みながら共沈現象により汚泥の減容化が行われ、同時に分離水は清澄となる。この分離水の清澄性は水酸化マグネシウムに対する水酸化カルシウムの比率が高くなるほど高まり、同時に硫酸カルシウムの生成量が多くなり、全体の固形物質量が増加し、減容化の程度が低くなる。

カルシウム剤に対するマグネシウム剤の混合比率（（マグネシウム剤の重量／（マグネシウム剤の重量＋カルシウム剤の重量））×１００）は、０〜１００％の範囲で適宜決めて、減容化後の汚泥の高濃度状態における汚泥濃度の調整を行えばよいが、汚泥の減容化と分離水の清澄性のバランス等の観点から３５〜６５％の範囲であることが好ましい。

分離水の清澄性の指標としては、例えばＳＳ（浮遊懸濁固形物：ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）により表すことができ、ＳＳとして例えば１０（ｍｇ／Ｌ）以下とすることができる。

酸に対するアルカリ剤の化学当量比（アルカリ剤／酸）は、撹拌混合装置の形成や、粉体の粒度特性等の観点から１．２〜２の範囲であることが好ましい。なお、本明細書において「化学当量」とは「モル当量」のことを指す。

以上のように本実施形態では、水処理装置からの汚泥を酸を用いて酸性とした後、カルシウム剤を添加することにより汚泥の減容化がなされるが、アルカリ剤としてマグネシウム剤を併用使用することにより、カルシウム剤単独使用時と比べて、例えば１．１倍〜３倍程度の減容化と、減容化後の汚泥の高濃度状態における汚泥濃度の調整ができる。また、マグネシウム剤及びカルシウム剤の併用処理による減容化で発生した分離水を両アルカリ剤の添加比率を変えることにより、例えば中性液として清澄にすることができる。

汚泥の沈降濃縮性及び汚泥の脱水性等が改善されれば、高価な脱水処理装置の設備容量の削減や、産業廃棄物の投棄量の低減が可能となる。特に、上水道で行われているような、アルミ系の凝集剤としてポリ塩化アルミニウムや硫酸バンドを用いる凝集沈澱処理から発生する汚泥に対しては、非常に顕著な濃縮減容化効果があり、発生汚泥の処理が問題となっている浄水場等において大変に有用な技術となりうる。天日乾燥床を用いる場合においても、濃度が上昇すれば張り込み深さを浅くすることが可能となり、いままで以上に乾燥の進行が早くなり、運用が容易となり、乾燥床の面積も削減することができる等の効果につながる。

また、分離水が中性液として清澄であることは、排水として放流の場合は排水基準に触れることがなく、２次処理の必要がなく、また汚泥濃縮装置の運転管理面では汚泥の界面監視を容易に行うことができる。

本実施形態において、酸処理槽１２における酸の添加に際して汚泥を含む液を撹拌することが好ましい。酸処理槽１２における撹拌強度が強ければ強いほど早く酸が全体に拡散し溶解が早く進行し、装置容量が小さくなるため、撹拌装置４０の撹拌強度は強い方が好ましく、例えばＧ値（撹拌の強さを示す指標）を１５０ｓ^−１以上となるように設定することが好ましい。

また、本実施形態において、アルカリ処理槽１４におけるアルカリ剤の添加に際しても汚泥を含む液を撹拌することが好ましい。アルカリ処理槽１４における撹拌装置４２の撹拌強度は、生成したフロックを破壊しないように設定することが好ましく、酸処理槽１２における撹拌装置４０の撹拌強度より低い強度に設定することが好ましい。例えば、アルカリ処理槽１４における撹拌装置４２の撹拌強度はいわゆるＧ値が１０〜１５０ｓ^−１となるように設定することが好ましく、Ｇ値が５０〜１２０ｓ^−１となるように設定することがより好ましい。

温度条件によっては、アルカリ処理槽１４ではアルカリ処理により、結晶水の付加した不溶性の硫酸カルシウム等が生成するため、酸処理液及びアルカリ剤の注入点は注意が必要である。すなわち、硫酸カルシウム等の生成に際してアルカリ処理槽１４内の壁もしくは撹拌装置４２の撹拌羽根及び軸等に硫酸カルシウム等のスケールが蓄積する場合があるため、生成した濃度の高い硫酸カルシウム等とアルカリ剤との接触をできるだけ最少となるような注入点とすることが好ましい。例えば、酸処理槽１２から移送された酸処理液の注入点とカルシウム剤及びマグネシウム剤の注入点を、アルカリ処理槽１４の中心部を中心として対称の位置に配置することが好ましい。

本実施形態においては、汚泥等を酸処理槽１２、アルカリ処理槽１４、汚泥沈降槽２２、脱水装置２４へポンプで移送しているが、ポンプを使用せず、水位差を利用して配管やトラフで移送してもよい。なお、小規模の処理においては、酸処理槽１２にアルカリ剤を入れ、この槽において、汚泥の濃縮と上澄水の分離を行う回分式の装置形態でも十分に本実施形態の効果を発揮することができる。

脱水装置２４としては、加圧脱水機や乾燥機等が用いられる。

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜７）
以下、ある浄水場において発生した汚泥を図１に示すような汚泥濃縮装置を用いて処理した例を示す。この浄水場は、河川水を水源とし、濁度が低く、しかもフミン質系の色度を有しているため、凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を使用し、約５０ｍｇ／Ｌの注入により、凝集フロックを生成させ、凝集沈澱処理と濾過処理により、上水道としての水質に適合した処理を行っている。凝集フロックは沈殿池において凝集沈澱汚泥となる。その汚泥については固形化処理を行い、産業廃棄物として廃棄している。固形化処理の過程では、まず汚泥の重力沈降濃縮により汚泥の濃縮を行い、その濃縮汚泥を加圧脱水機により脱水処理することにより固形化（脱水ケーキ）する。脱水ケーキは産業廃棄物として処分される。

この浄水場において発生する凝集沈澱汚泥は、原水水質として高色度、低濁、高ＰＡＣ注入率のために、水酸化アルミニウムの含有率が高く、非常に沈降濃縮性が悪く、汚泥濃度が４８時間沈降濃縮を行っても１．６％にしか達しない汚泥性状となっている。汚泥濃度が低いということは薄い大量の汚泥を処理することになり、汚泥処理施設が非常に大きな施設となり、同時に脱水固化するにも大型の脱水設備を必要としている。

そこで本実施例においては、当該浄水場において発生する汚泥に表１に示すように濃度７０％の硫酸を添加し、添加後１５分経過後に表１に示すような添加量、割合でアルカリ剤として水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムを混合剤としてスラリ状で添加し、さらに１時間経過後の上澄水のＳＳ（ｍｇ／Ｌ）、１時間経過後及び２４時間経過後の減容化汚泥界面、２４時間経過後の上澄水のＳＳを調べた。結果を表１に示す。上澄水（分離水）のＳＳについては、環境庁告示５９号付表８の方法で、減容化汚泥界面については、メスシリンダを用いた目視で測定した。

（比較例１，２）
アルカリ剤として水酸化マグネシウムのみ（比較例１）、水酸化カルシウムのみ（比較例２）を使用した以外は、実施例１〜７と同様にしてそれぞれ処理を行った。結果を表１に示す。

実施例１〜７の結果からわかるように、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの添加量を調整することにより、汚泥減容化の濃度を調整することができた。比較例１の水酸化マグネシウムを単独で使用した場合には、上澄水の浮遊懸濁質が非常に多く、また減容化の程度は実施例１〜３の水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの併用に比べて低かった。

水酸化マグネシウムの単独使用においても汚泥の減容化の進行は見られるが、減容化により発生する上澄水のＳＳ値が高く、実施例１〜７ではメスシリンダのガラスを通した側面から汚泥減容化の状況を観察できたが、比較例１では上からの観察ができない状況であった。

汚泥濃縮装置の運転では減容化界面の目視観察ができることは装置性能を引き出し、安定運転ができる点で非常に重要である。また上澄水を余剰水として排水放流する場合においても無処理で放流できることが望ましい。実施例１〜７の水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの併用処理はこの減容化処理において、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの両薬剤比率を調整することにより減容化汚泥濃度を実施例２の５．７１倍〜実施例７の２．７０倍まで調整ができるとともに、上澄水の水質を改善できることを示している。

これは水酸化マグネシウムを添加することにより、水酸化カルシウム単独使用の場合と比較して、硫酸と水酸化カルシウムとの反応によって生じる硫酸カルシウムの量を調整することができ、汚泥中で生成する固形物量が変化し、汚泥の減容化を制御する因子として働くものと推測される。また硫酸カルシウムの生成は、共沈現象に先立つ凝集反応にも影響を与え、水酸化マグネシウム単独使用で見られる浮遊懸濁質をも取込みながら共沈現象を起こしているものと推測される。

また水酸化マグネシウムは酸性液には溶解するが、ｐＨが中性に近づくにつれて溶解性が非常に小さくなる。中和が進むにつれて水酸化マグネシウムの一部が不溶解の状態として残留している状況となっていると推測される。硫酸当量より多いアルカリ剤添加量で減容化が最も起きていることは、一部不溶解の水酸化マグネシウムが共沈現象に関係しているものと推測される。

共沈による減容化の進行は、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムを加えることにより、酸性汚泥中に溶解しているアルミニウム分を水酸化アルミニウムに生成させながら、硫酸イオンと水酸化カルシウムとの反応で発生した硫酸カルシウムと、不溶解の水酸化マグネシウムと、汚泥中の固形物及び硫酸で溶解しアルカリ剤の添加により再度固形物になった物質等による多成分の関連物質による共沈現象によるものと推測される。

実施例２及び実施例３では、水酸化カルシウムを加えることにより、浮遊懸濁質の少ない上澄水の生成と、水酸化マグネシウム単独使用（比較例１）より強力な沈降濃縮とを起こすことを示している。

比較例１の水酸化マグネシウム単独使用及び実施例１のような水酸化カルシウムの少ない状況では硫酸カルシウムの生成がない、またはほとんどないため、凝集を含めた共沈現象が起こりにくく汚泥の減容化倍率が低くなるものと推測される。

実施例１〜７は凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を使用して発生した汚泥を用いたもので、従来の方法であれば後段の脱水処理として加圧脱水を使用する際は汚泥の濃度により脱水能力が大幅に変化し、脱水処理後の脱水ケーキ発生量が大きく変動する等の運転管理上の問題点があった。本実施例ではアルカリ剤として水酸化マグネシウム単独使用時を上回る減容化を達成し、加圧脱水機の能力を向上させながら、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの添加量を調整することにより減容化汚泥濃度と後段の加圧脱水機の運転管理を容易にすることができた。

加圧脱水機のケーキ発生量を制御できることは後段の汚泥乾燥等においても取扱量が一定となり、汚泥発生量と性状変動の激しい上水汚泥の処理においては運転管理面で有用な手段を提供できることになる。

実施例１〜７は、沈降後の上澄水を放流可能な中性とした減容化処理の実施例である。排水の放流を考えた場合、上澄水を中性とすることが必要条件となる。この実施例１〜７においては水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムを混合剤として同時添加する場合であり、酸の当量に対して使用した総アルカリ当量が１．７〜１．９倍程度必要となった。水酸化マグネシウムに対する水酸化カルシウムの比率を多くすると酸の当量に対して使用した総アルカリ当量が高くなる傾向となった。

硫酸に対して当量以上の総アルカリ当量が必要とされる要因としては、硫酸カルシウムが生成する際の硫酸カルシウムの生成反応の速度が速いため、生成した硫酸カルシウムによって溶解速度の遅い不溶解の水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムの表面が被覆されて溶解が妨げられるためと、水酸化マグネシウムの溶解が中性領域では殆ど起こらないので不溶解の状態で残留していることが要因と推測される。なお、この現象は撹拌状況にも左右されるものと推測される。

しかし撹拌操作を長時間行っても総アルカリ当量の改善は困難であったため、実用的な装置では実施例のような総アルカリ当量が必要であると考えられる。なお、汚泥は非常に多くの物質で構成されているため、上記考察はあくまでも推定に過ぎない。

本発明の実施形態に係る汚泥濃縮装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１汚泥濃縮装置、１０汚泥濃縮調整槽、１２酸処理槽、１４アルカリ処理槽、１６酸貯槽、１８カルシウム剤貯槽、２０マグネシウム剤貯槽、２２汚泥沈降槽、２４脱水装置、２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８ポンプ、４０，４２，４４，４６撹拌装置、４８，５０，５６汚泥配管、５８酸配管、６０カルシウム剤配管、５２酸処理液配管、５４アルカリ処理液配管、６２マグネシウム剤配管。

Claims

アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥の濃縮方法であって、
前記汚泥を酸により処理する酸処理工程と、
前記酸により処理した汚泥をアルカリ剤であるカルシウム剤及びマグネシウム剤により処理するアルカリ処理工程と、
を含み、
前記アルカリ処理工程において、前記カルシウム剤と前記マグネシウム剤との混合比率を変更して、得られる汚泥の濃度を調整することを特徴とする汚泥濃縮方法。
請求項１に記載の汚泥濃縮方法であって、
前記カルシウム剤が水酸化カルシウムであることを特徴とする汚泥濃縮方法。
請求項１または２に記載の汚泥濃縮方法であって、
前記マグネシウム剤が水酸化マグネシウムであることを特徴とする汚泥濃縮方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥濃縮方法であって、
前記酸が硫酸であることを特徴とする汚泥濃縮方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚泥濃縮方法であって、
前記酸に対する前記アルカリ剤の化学当量比は、１．２〜２の範囲であることを特徴とする汚泥濃縮方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥濃縮方法であって、
前記カルシウム剤に対する前記マグネシウム剤の混合比率は、３５〜７５％の範囲であることを特徴とする汚泥濃縮方法。
アルミ系凝集剤を使用した水処理において発生する汚泥の濃縮装置であって、
前記汚泥を酸により処理するための酸処理槽と、
前記酸処理槽に前記酸を添加する酸添加手段と、
前記酸により処理した汚泥をアルカリ剤であるカルシウム剤及びマグネシウム剤により処理するためのアルカリ処理槽と、
前記アルカリ処理槽に前記アルカリ剤を添加するアルカリ剤添加手段と、
前記アルカリ剤であるカルシウム剤とマグネシウム剤との混合比率を変更して、前記アルカリ処理により得られる汚泥の濃度を調整する手段と、
を有することを特徴とする汚泥濃縮装置。