JP5774392B2 - 遠心脱水装置およびこれを用いた遠心脱水方法 - Google Patents
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Description
凝集剤の添加方法として、高分子凝集剤だけを使用する1液調質法と、汚泥と無機凝集剤を混合して汚泥を高密度化させた後に、高分子凝集剤を添加する2液調質法(特許文献1,2を参照)とがある。
2液調質法は、1液調質法と比較して、脱水汚泥の含水率が1〜3%低下する薬品調質法であり、現在多くの汚泥脱水機に採用されている。
(1)脱水汚泥の含水率の低減化に限界がある。
(2)専用の高分子凝集剤を用いる必要がある。
(3)設計面や設備面を工夫する必要がある。
(4)脱水汚泥の含水率を適正に、且つ10%以上の広い範囲にわたり調整できる手段を備えていない。
(1)脱水汚泥の含水率の低減に限界がある点
2液調質法は、1液調質法と比較して、脱水汚泥の含水率を1〜3%低下させることが可能であるが、含水率が80%をやや下回るのが限界であった。しかし、コスト削減、温室効果ガス排出量の抑制等のためにも、更なる低含水率化が求められている。
(2)専用の高分子凝集剤を用いる必要がある点
排水から発生する汚泥の1液調質法による脱水では、汚泥の基質に合わせ、主として汎用性の高いカチオン系高分子凝集剤が使用されるのに対して、2液調質法では、2液(高分子凝集剤と無機凝集剤)の反応効果を高めるため、両性系高分子凝集剤が使用されることが多い。なお、両性系高分子凝集剤は、1液調質法で使用すると十分な脱水性能が得られないため、2液調質法での使用に限定され、他の調質法への流用が困難である。
二つの凝集剤の効果を最大限に発揮させる(汚泥、両性高分子凝集剤、無機凝集剤のマッチングの悪化を防止する)ためには、供給汚泥と無機凝集剤を十分に混合した後に両性高分子凝集剤を添加する必要がある。一般に、供給汚泥と無機凝集剤の混合は配管内で行われるが、これらを十分に混合させるためには、反応時間を確保することを目的に管路(汚泥供給管)の長さを長くしたり、乱流を形成して混合を促進する目的で曲がりを多くしたりする等、設計面での配慮や工夫が必要となる。また、限られた設置スペースの中で、管路長さ等を確保しなければならないため、新たに2液調質法を採用する場合には、管路以外に機械設備面での配慮や運転操作面での工夫が必要となる。
昨今、各種の凝集剤の開発、遠心分離機の改善改良、設計面や設備面での配慮や工夫により、2液調質法では、1液調質法と比較して脱水汚泥の含水率を1〜3%低下させることが可能になってきているが、やはり、脱水汚泥の含水率を5%以上低下させることは至難であり、さらに運転コストの上昇を招いたり、運転操作面での熟練さを要求されたりしてしまう。
汚泥処理施設にある既設の脱水汚泥の汚泥搬送(コンベア)設備、汚泥貯留設備、汚泥処分(焼却処理、農地還元など再利用処理)設備などは、従来の脱水レベル(脱水汚泥含水率80%前後)に合わせた仕様になっており、仮に極めて低い含水率(70%程度)の脱水汚泥を扱うとなると、各設備の個々の運転や他の設備との連動に影響を及ぼし、設備によって仕様より軽い負荷になったり、逆に過負荷になったりして、効率よい安定した汚泥処理・処分に支障をきたすおそれがある。例えば、通常の脱水汚泥を移送する機器において、脱水汚泥の含水率が75%程度であっても駆動装置に負担がかかることから、負担軽減のため、あえて脱水汚泥に水をかけて対応している汚泥処理施設も存在する。
脱水汚泥の処分方法は、汚泥処理場毎に異なり、また同一の処理場においても、処理日によって処分方法が異なる場合もある。すなわち、汚泥処理施設での計画や汚泥性状などに応じて、コンポスト化、セメント原料化、埋立処分、焼却、その他の処理・処分を適宜選択することがある。さらに、汚泥脱水処理ではその処理・処分方法毎に好適な脱水汚泥の含水率があるので、脱水汚泥を一律の含水率としたのでは効率的な処理・処分が困難になってしまう。
上記のような理由から、脱水汚泥の含水率を適正に、且つ10%以上(例えば、混合生汚泥や消化汚泥なら60%台後半〜80%台前半、余剰汚泥なら70%台中盤〜80%台中盤)の広い範囲にわたり容易に調整できることが大変重要である。
図1はこの発明の実施の形態1による遠心分離装置を示す断面図である。
図1の遠心分離装置は、高分子凝集剤が供給された汚泥を脱水汚泥と脱水分離液に固液分離する装置であり、外胴ボウル3と内胴スクリュウ4を備えた遠心分離機1と、前記内胴スクリュウ4に配設された汚泥供給室7内へ、無機凝集剤タンク13に貯留された無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入管23を備えている。
遠心分離機1の運転状態においては、汚泥貯留槽11に貯留されている汚泥が、汚泥供給ポンプ15によって、汚泥供給管14を介して、遠心分離機1の汚泥供給室7に供給される。
表1は無機凝集剤の注入率(%/TS)と脱水汚泥の含水率との関係を示すグラフである。表1では、脱水処理する汚泥として、消化汚泥(汚泥濃度が1.70〜1.81%)および混合生汚泥(汚泥濃度が3.13〜3.29%)を用いた場合を示している。
b=[(a−ai)×bi+1−(a−ai+1)×bi]/(ai+1−ai) (1)
ただし、aは入力された脱水汚泥の含水率であり、bは入力された脱水汚泥の含水率に対応する無機凝集剤の目標注入率である。
b=[(74.0−73.4)×16.0−(74.0−75.5)×24.0]
/(75.5−73.4)
=18.3%
図2はこの発明の実施の形態2による遠心分離装置を示す断面図である。
上記実施の形態1では、外胴ボウル3の脱水汚泥排出側に形成されているテーパ部が2段テーパ3b,3cとして形成されているものを示したが、実施の形態2では図2に示すように、外胴ボウル3の脱水汚泥排出側に形成されているテーパ部が1段テーパ3dとして形成されていてもよく、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
制御器42は、含水率計41により計測された脱水汚泥の含水率を収集して(ステップST6)、その含水率と目標含水率を比較し、両者が一致しているか否かを判定する(ステップST7)。
このとき、含水率計41により計測された脱水汚泥の含水率と目標含水率が完全に一致していない場合でも、両者の差分が許容範囲内(例えば、目標含水率の±1%以内)であれば、両者が一致していると判断するようにしてもよい。
制御器42は、含水率計41により計測された脱水汚泥の含水率が目標含水率と一致していないと判断すると、含水率計41により計測された脱水汚泥の含水率が、目標含水率より高ければ(ステップST8)、無機凝集剤注入ポンプ24の回転数を上げる制御(または、開閉弁26の開度を上げる制御)を実施する(ステップST9)。
一方、含水率計41により計測された脱水汚泥の含水率が、目標含水率より低ければ、無機凝集剤注入ポンプ24の回転数を下げる制御(または、開閉弁26の開度を下げる制御)を実施する(ステップST10)。
図4はこの発明の実施の形態3による遠心分離装置を示す断面図であり、図において、図1および図2と同一符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
実負荷運転が開始されると(ステップST11)、上記実施の形態1と同様に、汚泥貯留槽11に貯留されている汚泥が、汚泥供給ポンプ15によって、遠心分離機1の汚泥供給室7に供給される。
図6は、この発明の実施の形態4による遠心分離装置を示す断面図であり、図において、図1、図2および図4と同一符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
実負荷運転が開始されると(ステップST31)、上記実施の形態1と同様に、汚泥貯留槽11に貯留されている汚泥が、汚泥供給ポンプ15によって、遠心分離機1の汚泥供給室7に供給される。
図8は、この発明の実施の形態5による遠心分離装置を示す断面図であり、図において、図1、図2、図4および図6と同一符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1〜4では、内胴スクリュウ4に配設された汚泥供給室7内へ無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入管23が設けられているものを示したが、実施の形態5では、図8に示すように、無機凝集剤供給管20を汚泥供給管14に接続することで、予め、無機凝集剤を脱水処理する汚泥に注入(前段注入)する構成とした。
このため、この実施の形態5では、予め汚泥に無機凝集剤を前段注入する構造の遠心分離装置を示している。
図8の遠心分離装置では、無機凝集剤の前段注入手段として、無機凝集剤タンク13から伸びている無機凝集剤供給管20を汚泥供給管14(例えば、高分子凝集剤供給管16の接続部より汚泥貯留槽11側)に接続している。なお、無機凝集剤供給管20には、無機凝集剤供給ポンプ21、流量計22および開閉弁27を配設している。
なお、高分子凝集剤供給管16には、実施の形態1〜4と同様に、高分子凝集剤供給ポンプ17、流量計18および開閉弁19が配設されている。
図9は、この発明の実施の形態6による遠心分離装置を示す断面図であり、図において、図1、図2、図4、図6および図8と同一符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図9に示すように、無機凝集剤注入管23に給水管50を接続する構造とした。
以下、給水管50を接続したものについて説明する。
このような場合、機内注入された無機凝集剤が速やかに分離汚泥に行き渡り、効率よく混合することが困難になり、局所的な無機凝集剤の注入となり、十分に分離汚泥を固液分離することができなくなり、脱水汚泥の低含水率化に支障を来たしかねない。
これにより、プール10内でスクリュウ羽根4cによって脱水汚泥排出口2bへ移送される固液分離が進んだ凝集汚泥(分離汚泥)に対して、無機凝集剤を確実に、且つ広範囲に注入でき、無機凝集剤が速やかに満遍なく行き渡って分離汚泥と混合されるため、良好な脱水性能が得られ、より一層分離汚泥を脱水できて、脱水汚泥を十分に低含水率化することができる。なお、給水は遠心分離機が稼動しているときは連続して行ってもよく、また脱水処理状況に応じて適宜(間欠的に)行ってもよい。
図10は、この発明の実施の形態7による遠心分離装置を示す概略図であり、図において、図1、図2、図4、図6、図8および図9と同一符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図10の遠心脱水装置では、3台の遠心分離機1A,1B,1Cが配置され、各遠心分離機から排出される脱水汚泥は搬送機60(例えば、ベルトコンベアや有軸か無軸のスクリューコンベアなど)で一括搬送され、脱水汚泥を貯留する汚泥ホッパ61に送られる構造となっている。また、各遠心分離機へは、汚泥貯留槽11から汚泥供給管14を介して汚泥が供給されると共に高分子凝集剤が供給され(図示せず)、それぞれ無機凝集剤注入管23A,23B,23Cおよび無機凝集剤注入ポンプ24A,24B,24Cにより、無機凝集剤が機内注入されるようになっている。
さらに、図10では、3台の遠心分離機1A,1B,1Cと1台の搬送機60について例示したが、これに限るものではなく、遠心分離機は2台でも4台以上でもかまわず、また搬送機も2台以上設けてよい。
ここで、消化汚泥に高分子凝集剤のみを注入する1液調質(無機凝集剤無注入)における実験結果を表9に示す。この1液調質(無機凝集剤無注入)による脱水汚泥の含水率は、装置や運転に工夫を凝らしても概ね80〜82%にとどまった。
しかし、本発明によれば、無機凝集剤を注入することにより、安定して10%以上含水率を低下させること(70%以下も可能)ができる。
(1)制御器が計測値を監視して、無機凝集剤の注入量を制御することで、容易に脱水汚泥の含水率を広い範囲にわたり調整することができるため、脱水汚泥処理設備における所望の脱水処理を安定して行うことができる。
(2)無機凝集剤の注入量の制御と、既存の運転制御とを組み合わせることで、正確な脱水処理を行うことができるため、維持管理性や運転管理性が向上すると共に、汚泥処理施設における計画やその使用者の意向に沿って、汚泥処分計画を予定通りに遂行することができる。
(3)複数の脱水汚泥の処分・処分方法を実施している汚泥処理施設においても、容易かつ迅速に、各処理・処分方法に適合した含水率の脱水汚泥を得ることができる。これにより作業性や効率性が格段に向上すると共に、省エネルギーや温室効果ガス削減に有効である。
(4)複雑な構造ではなく、また既存の遠心脱水装置の簡易な改造でも構築でき、さらに既存の汚泥処理や汚泥処分の機械装置をそのまま流用できるので、経済性にとても優れている(性能向上と汚泥処理施設における経済的負担の軽減の両立)。
2 ケーシング、2a 分離液排出口、2b 脱水汚泥排出口、
3 外胴ボウル、3a 直胴部、3b,3c 2段テーパ、3d 1段テーパ、
4 内胴スクリュウ、4a 直胴部、4b 内胴テーパ、4c スクリュウ羽根、
5,6 回転駆動機、
7 汚泥供給室、7a 汚泥供給口、7b,7c 凝集剤流出口、
8,8a,8b 仕切板、10 プール、11 汚泥貯留槽、
12 高分子凝集剤貯留タンク、13 無機凝集剤貯留タンク、
14 汚泥供給管、15 汚泥供給ポンプ、
16 高分子凝集剤供給管、17 高分子凝集剤供給ポンプ、18 流量計、
19 開閉弁、20 無機凝集剤供給管、21 無機凝集剤供給ポンプ、
22 流量計、23,23A,23B,23C 無機凝集剤注入管、
23a,23b 無機凝集剤吐出孔、
24,24A,24B,24C 無機凝集剤注入ポンプ、
25 流量計、26,27 開閉弁、
30 脱水汚泥移送機、31 駆動機
40,42,44,46,48 制御器、
41 含水率計、43 圧力計、45 電流計、47 脱水汚泥移送管、
50 給水管、51 開閉弁、52 給水ポンプ
60 搬送機、61 汚泥ホッパ
Claims (4)
- 高分子凝集剤が供給された汚泥を、外胴ボウルおよび内胴スクリュウを備えた遠心分離機で脱水汚泥と脱水分離液に固液分離する遠心脱水装置において、
無機凝集剤吐出孔を有すると共に前記内胴スクリュウ内を延伸し、
前記遠心分離機に設けられた脱水汚泥排出口に移送される凝集汚泥に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入管、
該無機凝集剤注入管に設けられた無機凝集剤注入ポンプ、
前記脱水汚泥排出口から排出された前記脱水汚泥を移送する脱水汚泥移送機、
前記無機凝集剤の注入量を制御する制御器、
および前記脱水汚泥移送機の移送圧力を測定する圧力計を備え、
前記制御器は、前記圧力計の計測値に基づき、
前記無機凝集剤注入ポンプの運転を制御する
ことを特徴とする遠心脱水装置。 - 高分子凝集剤が供給された汚泥を、外胴ボウルおよび内胴スクリュウを備えた遠心分離機で脱水汚泥と脱水分離液に固液分離する遠心脱水装置において、
無機凝集剤吐出孔を有すると共に前記内胴スクリュウ内を延伸し、
前記遠心分離機に設けられた脱水汚泥排出口に移送される凝集汚泥に無機凝集剤を注入する無機凝集剤注入管、
該無機凝集剤注入管に設けられた無機凝集剤注入ポンプ、
前記脱水汚泥排出口から排出された前記脱水汚泥を移送する脱水汚泥移送機、
前記無機凝集剤の注入量を制御する制御器、
および前記脱水汚泥移送機の駆動機の電流を測定する電流計を備え、
前記制御器は、前記電流計の計測値に基づき、
前記無機凝集剤注入ポンプの運転を制御する
ことを特徴とする遠心脱水装置。 - 請求項1に記載の遠心脱水装置を用いた遠心脱水方法において、
前記脱水汚泥の移送圧力に基づき、
前記制御器で前記無機凝集剤注入ポンプの運転を制御する
ことを特徴とする遠心脱水方法。 - 請求項2に記載の遠心脱水装置を用いた遠心脱水方法において、
前記脱水汚泥移送機の駆動機の電流値に基づき、
前記制御器で前記無機凝集剤注入ポンプの運転を制御する
ことを特徴とする遠心脱水方法。
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