JP5347133B2 - 汚泥処理方法及び汚泥処理システム - Google Patents
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Description
原汚泥を減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥を得る減圧濃縮工程と、
高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として上記減圧濃縮工程で得られる濃縮汚泥を減圧吸引するための真空状態を形成する真空形成工程と、
上記濃縮汚泥と高温蒸気とを接触させ、可溶化汚泥を得る可溶化工程と、
上記可溶化汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離工程と、
上記脱気汚泥を嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と
を有する汚泥処理方法である。
原汚泥を減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥を得る減圧濃縮装置と、
高温蒸気を高速で噴出させる高温蒸気噴出装置と、
上記高温蒸気を動作流体として用い、上記減圧濃縮装置で得られる濃縮汚泥を減圧吸引するための真空状態を形成するエジェクターと、
上記濃縮汚泥と高温蒸気とを接触させ、可溶化汚泥を得る可溶化槽と、
上記可溶化汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離槽と、
上記脱気汚泥を嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵槽と
を備える汚泥処理システムである。
減圧濃縮工程STP1は、原汚泥Pを減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥Qを得るための工程である。この減圧濃縮工程STP1において、減圧下で原汚泥P中の溶存ガスが発泡し、発泡ガスが発生する。かかる発泡ガスが原汚泥P中の固体成分を同伴して浮上し、発泡ガスを含む固体成分と液体成分とに固液分離する。かかる発泡ガスを含む固体成分が浮上し積層するにつれて固体成分の層が厚く形成され、圧密による高い濃縮効果を発揮し、その結果、高濃度の濃縮汚泥Qを得ることができる。つまり、減圧濃縮工程STP1は、原汚泥Pを減圧下で発泡させるという簡易な手段により、原汚泥Pの高濃度化を効果的かつ確実に実現することができる。また、この濃縮汚泥Qは、浮上移動の最終地点の位置、即ち、最上位に蓄積されることから、高濃度かつ高粘度の濃縮汚泥Qの排出や回収を上方から容易に達成することができ、濃縮汚泥Qの排出の容易化を実現することができる。なお、上述の液体成分は脱離液Rとして取り扱い、減圧濃縮工程STP1から排出することができる。
真空形成工程STP2は、高温蒸気Sを高速で噴出させ、この高温蒸気Sを動作流体として真空状態を形成するための工程である。具体的には、この真空形成工程STP2は、高速で噴出された高温蒸気Sをエジェクター等に通過させることで、高温蒸気Sの流速が増す代わりに圧力が低下し、かかる圧力損失により真空状態を容易に発生させることができ、上述した減圧濃縮工程STP1で得られる濃縮汚泥Qを容易に減圧吸引することができる。また、真空形成工程STP2で噴出される高温蒸気Sは、後述する可溶化工程STP3において凝縮発熱により濃縮汚泥Qを容易に可溶化することができる。つまり、真空形成工程STP2は、高温蒸気Sを高速で噴出させるという一つの操作で、減圧濃縮工程STP1における濃縮汚泥Qの減圧吸引に加え、可溶化工程STP3における濃縮汚泥Qの可溶化も実現できることから、エネルギーの効果的かつ効率的な利用を達成することができる。なお、かかる真空形成工程STP2における真空状態を利用して、上述の減圧濃縮工程STP1における減圧を行うこともできる。
可溶化工程STP3は、上記濃縮汚泥Qと高温蒸気Sとを接触させ、可溶化汚泥Tを得るための工程である。具体的には、可溶化工程STP3は、真空形成工程STP2において噴出された高温蒸気Sと、減圧吸引された濃縮汚泥Qとを真空条件下で接触させ、次いで大気圧下に解放することで高温蒸気Sの凝縮衝撃により濃縮汚泥Qを加熱すると同時に分解し、低粘度で流動性が高く、加熱されている可溶化汚泥Tを得ることができる。このような可溶化汚泥Tは、後述するメタン発酵工程STP5におけるメタン発酵の消化速度や消化率を飛躍的に向上させることから、可溶化工程STP3は、高濃度汚泥のメタン発酵の効率化を十分に実現することができる。
固気分離工程STP4は、上記可溶化汚泥Tを滞留させて脱気し、脱気汚泥Uを得るための工程である。具体的には、固気分離工程STP4は、可溶化工程STP3で得られる流動性の高い可溶化汚泥Tを滞留させて脱気し、脱気汚泥Uと脱気ガスとに効果的かつ確実に固気分離できると共に、高い流動性を損なうことなく汚泥密度を向上させ、搬送性や取り扱いの容易性を向上させることができる。かかる脱気ガスは、上述の通り、減圧濃縮工程STP1の減圧下で原汚泥Pから発生した発泡ガスに由来し、具体的にはアンモニアガス、水素ガス、硫化水素ガス、メタンガス、二酸化炭素ガス等の混合ガスである。つまり、固気分離工程STP4は、後述するメタン発酵工程STP5におけるメタン発酵を阻害するアンモニアガスを十分に脱気できることから、このアンモニアガスの脱気により高濃度汚泥のメタン発酵の効率化を効果的かつ確実なものとすることができる。
メタン発酵工程STP5は、上記脱気汚泥Uを嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥Vを得るための工程である。かかるメタン発酵工程STP5において、上述の固気分離工程STP4で得られる高濃度の脱気汚泥Uが嫌気性条件下でのメタン発酵の消化速度や消化率を飛躍的に向上させることから、高濃度汚泥のメタン発酵の効率化を十分に実現することができる。また、この脱気汚泥Uは、上述の通り加熱された可溶化汚泥Tを脱気したものであり、かかる脱気汚泥Uがメタン発酵工程STP5におけるメタン発酵に最適な温度を維持できることから、メタン発酵工程STP5において特段の加熱手段を設けることなく、良好なメタン発酵をエネルギー効率的に維持することができる。なお、このメタン発酵工程STP5において、硫化水素ガス、メタンガス、アンモニアガス、二酸化炭素ガス等の消化ガスが発生する。
減圧濃縮装置2は、原汚泥Pを減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥Qを得るための装置である。具体的には、減圧濃縮装置2は、原汚泥供給部8、脱離液排出部9、濃縮汚泥排出部10を主として備える。なお、原汚泥供給部8、脱離液排出部9、濃縮汚泥排出部10には、本発明の目的を損なわない範囲で、原汚泥の供給量や脱離液及び濃縮汚泥の排出量を調整すると共に減圧濃縮装置2内部の減圧状態を調整するための調整弁(図示せず)をさらに備えることができる。
高温蒸気噴出装置3は、高温蒸気Sを高速で噴出させるための装置である。かかる高温蒸気噴出装置3の種類としては、特に限定されず、例えば、公知の蒸気ボイラー等が挙げられる。また、高温蒸気噴出装置3は、本発明の目的を損なわない範囲で、高温蒸気の温度、噴出圧力及び噴出量などを調整する調整機構(図示せず)等をさらに備えることができる。
エジェクター4は、上記高温蒸気Sを動作流体として用い、真空状態を形成するための装置である。具体的には、エジェクター4は、後述の汚泥濃縮装置2における減圧状態の形成や濃縮汚泥Qの減圧吸引を行うと共に、後述する可溶化槽5に濃縮汚泥Q及び高温蒸気Sを供給するための装置である。このエジェクター4は、主としてノズル及びディフューザー(図示せず)から構成される。かかるノズル及びディフューザーは、適当な距離を置いて対向しており、このノズルに、高温蒸気Sが高速で通過することで、高温蒸気Sの流速が増す代わりに圧力が低下し、かかる圧力損失によりノズルとディフューザーとの間に真空状態を発生させることができる。なお、かかるノズルやディフューザーの寸法、形状、配置等については、要求される到達真空圧や吸い込み流量等に応じて自在に調整することができる。
可溶化槽5は、上記濃縮汚泥Qと高温蒸気Sとを接触させ、可溶化汚泥Tを得るための装置である。具体的には、この可溶化槽5は、エジェクター4を通過した高温蒸気Sと濃縮汚泥Qとを接触させ、大気圧下に解放することで高温蒸気Sの凝縮衝撃により濃縮汚泥Qを加熱すると同時に分解し、可溶化汚泥Tを得ることができる。かかる可溶化槽5の形状や素材については、高温蒸気Sと濃縮汚泥Qとの接触や大気圧下での解放を実現できるものであれば、特に限定されず、公知の形状や素材を使用することができる。
固気分離槽6は、上記可溶化汚泥Tを滞留させて脱気し、脱気汚泥Uを得るための装置である。具体的には、固気分離槽6は、可溶化槽5で得られる流動性の高い可溶化汚泥Tを滞留させて脱気し、脱気汚泥Uと脱気ガスとに固気分離する装置である。この固気分離槽6は、脱気ガスを外部に排出するためのガス排出部11、脱気汚泥Uを外部に排出するための脱気汚泥排出部12を主として備える。
メタン発酵槽7は、上記脱気汚泥Uを嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥Vを得るための部材である。具体的には、このメタン発酵槽7は、脱気汚泥Uをメタン発酵槽7に供給するための脱気汚泥供給部13、消化汚泥Vを外部に排出するための消化汚泥排出部14を主として備え、加えて、メタン発酵槽7内部の汚泥を撹拌するための撹拌機構(図示せず)、メタン発酵槽7におけるメタン発酵により発生した消化ガスを回収するガスタンク等の回収装置を備えることができる。また、脱気汚泥供給部13及び消化汚泥排出部14には、本発明の目的を損なわない範囲で、脱気汚泥Uの供給量や消化汚泥Vの排出量を調整するための調整弁(図示せず)をさらに備えることができる。なお、このメタン発酵槽7の形状や素材については、特に限定されず、公知の形状や素材を使用することができる。なお、上述した消化ガスの回収ラインに、固気分離槽6の脱気ガスラインを連結してガスタンク等の回収装置を共有化することができる。
汚泥処理システム1の操作手順について、作用効果を踏まえて詳説する。
2 減圧濃縮装置
3 高温蒸気噴出装置
4 エジェクター
5 可溶化槽
6 固気分離槽
7 メタン発酵槽
8 原汚泥供給部
9 脱離液排出部
10 濃縮汚泥排出部
11 ガス排出部
12 脱気汚泥排出部
13 脱気汚泥供給部
14 消化汚泥排出部
15 メタン発酵槽
16 可溶化固気分離槽
17 可溶化部
18 固気分離部
P 原汚泥
Q 濃縮汚泥
R 脱離液
S 高温蒸気
T 可溶化汚泥
U 脱気汚泥
V 消化汚泥
Claims (4)
- 原汚泥を減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥を得る減圧濃縮工程と、
高温蒸気を高速で噴出させ、この高温蒸気を動作流体として上記減圧濃縮工程で得られる濃縮汚泥を減圧吸引するための真空状態を形成する真空形成工程と、
上記濃縮汚泥と高温蒸気とを接触させ、可溶化汚泥を得る可溶化工程と、
上記可溶化汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離工程と、
上記脱気汚泥を嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵工程と
を有する汚泥処理方法。 - 上記メタン発酵工程で得られる消化汚泥を原汚泥として用いる請求項1記載の汚泥処理方法。
- 原汚泥を減圧下で発泡させ、発泡ガスと同伴させて浮上濃縮を図り、濃縮汚泥を得る減圧濃縮装置と、
高温蒸気を高速で噴出させる高温蒸気噴出装置と、
上記高温蒸気を動作流体として用い、上記減圧濃縮装置で得られる濃縮汚泥を減圧吸引するための真空状態を形成するエジェクターと、
上記濃縮汚泥と高温蒸気とを接触させ、可溶化汚泥を得る可溶化槽と、
上記可溶化汚泥を滞留させて脱気し、脱気汚泥を得る固気分離槽と、
上記脱気汚泥を嫌気性条件下でメタン発酵させ、消化汚泥を得るメタン発酵槽と
を備える汚泥処理システム。 - 上記メタン発酵槽で得られる消化汚泥を原汚泥として用いる請求項3記載の汚泥処理システム。
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