JP5837694B2 - 汚泥の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜1.10
このように、本発明が提案する汚泥の処理方法又は汚泥の処理装置によれば、被処理物である汚泥を凝集させるのに使用する高分子凝集剤の注入量を削減できるばかりか、脱水後に得られる脱水ケーキの含水率を低減できるから、廃棄物量を削減することができる。
本実施形態に係る汚泥の処理方法(以下「本処理方法」と称する)は、第1の高分子凝集剤の溶液を、被処理物としての汚泥に加え、少なくとも1つの撹拌機により、前記汚泥と前記第1の高分子凝集剤の溶液とを混合して混合汚泥を調製する混合汚泥調製工程(本処理方法では「第1撹拌工程」と称する)と、第2の高分子凝集剤の溶液を前記混合汚泥に加え、少なくとも1つの撹拌機により、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液とを混合して凝集フロックを形成させる凝集フロック形成工程(本処理方法では「第2撹拌工程」と称する)と、を有する汚泥の処理方法である。そして、第2撹拌工程で形成した凝集フロックは、必要に応じて脱水機により固液分離し、固体として脱水ケーキを得、液体として脱水ろ液を得るのが好ましい(脱水工程)。
本処理方法において被処理物とし得る汚泥は、有機性汚泥、無機性汚泥のいずれでもよい。
有機性汚泥は無機物を含んでもよい。
ここで、浄水処理で発生する汚泥とは、浄水処理施設における沈殿池、排泥池、濃縮槽などから排出される汚泥などである。
無機性汚泥は有機物を含んでもよい。
第1撹拌工程では、前述した被処理物としての汚泥に対して第1の高分子凝集剤の溶液を加え、撹拌機の回転速度を、通常より高速に設定した少なくとも1つの撹拌機により、前記汚泥と前記第1の高分子凝集剤の溶液とを混合して混合汚泥を調製するのが好ましい。
無機凝集剤を汚泥に加えて撹拌した場合には、汚泥の表面電荷の中和のみであるから、高分子凝集剤を加えて高速撹拌することにより、より大きく、緻密な凝集フロックを形成でき、ろ過性のよい、強固な凝集汚泥を形成できる。このため、無機凝集剤を汚泥に加えて撹拌した場合に比べて、凝集剤を加えて高速撹拌することにより、ろ過速度がより一層大きく、より高い圧搾力での脱水処理が可能となる。
第1の高分子凝集剤としては、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤および両性高分子凝集剤のいずれも用いることができる。有機性汚泥を処理する場合には、カチオン性高分子凝集剤又は両性高分子凝集剤を用いるのが特に好ましい。
DAA系高分子凝集剤には、ジメチルアミノエチルアクリレートの四級化物の重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの四級化物とアクリルアミドとの共重合物などがある。
DAM系高分子凝集剤には、ジメチルアミノエチルメタクリレートの四級化物の重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの四級化物とアクリルアミドとの共重合物などがある。
但し、以上は例示であり、これらに限定するものではない。
高速撹拌によって高分子凝集剤を汚泥中に分散させる場合、高速撹拌により高分子凝集剤の分子鎖が切断されることが生じるため、高分子凝集剤の分子量が低すぎると高分子凝集剤の凝集力が弱まってしまう。このため、分子量が450万以上の高分子凝集剤を使用することにより、たとえ高速撹拌により分子鎖が切断されてもある程度の高分子凝集剤の凝集力を維持することができる。
この際の粘度は、高分子凝集剤を純水に2g/Lで溶解し、B型粘度計を使用し、25℃、60rpmの回転速度で測定した値である。
第1の高分子凝集剤の分子量が450万以上である場合、第1の高分子凝集剤の注入量は、第1の高分子凝集剤と第2の高分子凝集剤の合計注入量の45〜95質量%となるように調整して加えるのが好ましく、中でも50〜95質量%、その中でも特に55〜90質量%を占めるように調整して加えるのが好ましい。
第1撹拌工程における高分子凝集剤の注入量の割合が高すぎると、第2撹拌工程において加える高分子凝集剤の注入量が少なすぎるようになるため、凝集フロックは成長しない可能性がある。この結果、濃縮処理や脱水処理において、ろ過性が悪化する。一方、第1撹拌工程における高分子凝集剤の注入量の割合が低すぎると、第1撹拌工程において、高速撹拌により汚泥に均一に分散する高分子凝集剤の割合が少なくなるため、高速撹拌の効果は低下するようになる。
このため、第1撹拌工程における高分子凝集剤の注入量は、合計注入量の45〜95%に制御することにより、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させるとともに凝集フロックを成長させることができる。
一方、経済性の観点からは水道水、工業用水、地下水、各種廃水処理の処理水が好ましい。この点も、第2の高分子凝集剤の溶液についても同様である。
高分子凝集剤による汚泥の凝集において、高分子凝集剤の溶液は1〜3g/Lに調製するのが一般的であり、通常は3g/L以上の高分子凝集剤の溶液を使用することはない。この理由は、高分子凝集剤濃度が3g/L以上になると、高分子凝集剤の溶液は高粘度になるため、従来の凝集槽で使用される撹拌機の回転速度(10〜500rpm程度)では、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることが難しいからである。
一方、本処理方法の第1撹拌工程における高速撹拌では、3g/L以上の高濃度溶液を使用しても、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることができる。この結果、高分子凝集剤の溶解水量を削減できるメリットが生じる。高濃度の高分子凝集剤の溶液を使用する別のメリットとして、高分子凝集剤を加えた汚泥中の高分子凝集剤の濃度を高めることができるため、高分子凝集剤の注入量を削減でき、脱水処理後の脱水ケーキの含水率を低減できる点を挙げることができる。例えば、1Lの汚泥に2g/Lの高分子凝集剤溶液を200mL注入(高分子凝集剤として0.4g注入)した場合、汚泥中の高分子凝集剤の濃度は333mg/Lである。一方、1Lの汚泥に10g/Lの高分子凝集剤を40mL注入(高分子凝集剤として0.4g注入)した場合、汚泥中の高分子凝集剤の濃度は385mg/Lである。このように、同じ0.4gの高分子凝集剤を加える場合であっても、2g/Lの高分子凝集剤溶液を使用するよりも、10g/Lの高分子凝集剤を使用する方が汚泥中の高分子凝集剤の濃度を高められ、高分子凝集剤の注入量を削減でき、脱水処理後の脱水ケーキの含水率を低減することができる。
第1撹拌工程では、1000rpm以上の高速で撹拌するのが好ましい。より好ましい回転速度は2000rpm以上である。さらにより好ましい回転速度は3000rpm以上である。
該回転速度を高めた場合には、撹拌時間をより短くすればよいので、回転速度の上限は特にないが、現状では15000rpmまで実験的に効果があることを確認している。
高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることにより、無駄な高分子凝集剤を削減でき、高分子凝集剤の注入量を削減することができる。また、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることにより、凝集汚泥が緻密になるため、脱水処理後の脱水ケーキの含水率を低減できる。高分子凝集剤の溶液は高粘度の液体であり、従来の凝集槽で使用される撹拌機の回転速度(10〜500rpm程度)では、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることが難しいうえ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができなかった。このため、高分子凝集剤の注入量の増加や脱水ケーキの含水率の悪化が生じていた。一方、高速撹拌では、高分子凝集剤を均一に汚泥に分散させることができるうえ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができる。このため、高分子凝集剤の注入量を削減でき、脱水ケーキの含水率を低減することができる。
とりわけ、本処理方法の第1撹拌工程では、撹拌機の消費電力A(kW)と、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように、撹拌条件を調整することが重要である。なお、汚泥濃度=TSである。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜1.10
他方、汚泥濃度(g/L)Cに対する汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bの比率(B/C)が顕著に多い場合、すなわち3.5以上の場合には、上記式(1)の値が0.15〜0.40に調整するのが好ましく、脱水ケーキの含水率をより一層効果的に低減するためには、中でも0.20以上或いは0.35以下、さらにその中でも0.20以上或いは0.30以下に調整するのが特に好ましい。
この際、撹拌機の消費電力A(kW)は、同じ撹拌機を使用するとすれば、主に撹拌速度の設定によって調整することができるため、上記の好ましい撹拌速度の範囲内で、汚泥濃度や汚泥の汚泥処理量に応じて上記式(1)が成立するように撹拌速度を設定するのが好ましく、中でも式(1)の値が一定になるように制御するのが好ましい。
但し、撹拌機の消費電力A(kW)は、使用する撹拌機の台数を変化させることによっても調整可能である。
なお、(汚泥処理量B/汚泥濃度C)=汚泥流量であるから、上記式(1)の左式は、消費電力A/汚泥流量と読み替えることもできる。
高速撹拌による撹拌時間が長すぎると、高分子凝集剤の凝集力が弱まる程度まで高分子凝集剤の分子鎖は切断されてしまう。このため、撹拌時間を20秒以下に制御することにより、高分子凝集剤の凝集力を弱めることなく、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができる。
撹拌部容積当たりの消費電力を制御するには、後述する制御装置によって撹拌条件を調整するのが好ましい。
なお、撹拌機における撹拌部の容積とは、撹拌機の撹拌力が作用する領域部分の容積をいう。例えば、撹拌機が撹拌槽を持つ場合であれば、撹拌槽の容積をいう。また、撹拌機が撹拌羽根を持つ場合は、撹拌羽根の撹拌力が作用する領域部分の容積をいう。
高速撹拌する手段としては、撹拌翼、シャフト、モーターから構成される高速撹拌機やローター、ステーター、モーターから構成される高速撹拌機などの高速撹拌機を使用してもよいし、また、インラインミキサーによって高速撹拌してもよい。
インラインミキサーとは、配管に組み込まれたミキサーである。インラインミキサーはラインミキサーとも称される。インラインミキサーのメリットはミキサーが密封されているため、上流にある汚泥用ポンプ、高分子凝集剤用ポンプの2台があれば、下流に液を送ることができる。一方、容器に撹拌機が設置された場合、容器上部が開放されているので、上流にある汚泥用ポンプ、高分子凝集剤用ポンプの他に、もう1台ポンプ或いはポンプ相当のものがないと下流に液を送れない。そのため通常は、ポンプを設置せず、高低差で下流に液を送るのが一般的である。
第1撹拌工程で調製した混合汚泥に対して、第2の高分子凝集剤を加え、前記第1撹拌工程よりも低速の撹拌速度(「通常撹拌」とも称する)に設定された少なくとも1つの撹拌機により、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液を混合して凝集フロックを形成させるのが好ましい。
第1撹拌工程で、高分子凝集剤を汚泥の細部まで均一に分散させることができ、汚泥の表面電荷の中和と、高分子の吸着又は架橋作用による凝集とを同時に行わせることができるため、本第2撹拌工程では、第1撹拌工程で得られた混合汚泥に対して高分子凝集剤を比較的ゆっくりと撹拌混合することにより、大きな凝集フロックを形成させることができ、ろ過性のよい凝集汚泥を形成できる。
第2の高分子凝集剤は、第1の高分子凝集剤の項目で前述した高分子凝集剤と同様のものを用いることができる。この場合、第2の高分子凝集剤は、第1の高分子凝集剤と同一種類の高分子凝集剤を用いることもできるが、異なる種類の高分子凝集剤を用いることができる。高分子凝集剤溶解槽を共用できる観点からは、第2の高分子凝集剤は、第1の高分子凝集剤と同一種類の高分子凝集剤を用いるのが好ましい。
第2撹拌工程における撹拌する際の回転速度は、従来の汚泥の凝集装置において一般的な回転速度、すなわち10〜500rpmであるのが好ましい。その理由は、第2撹拌工程では高分子凝集剤を第1撹拌工程において調製した混合汚泥に緩やかに接触させ、凝集フロックを成長させる必要があるからである。かかる観点から、第2撹拌工程における撹拌する際の回転速度は、中でも20rpm以上或いは400rpm以下、その中でも30rpm以上或いは300rpm以下であるのがさらに好ましい。
なお、第2撹拌工程における撹拌する際の回転速度は、汚泥の種類、汚泥の性状、高分子凝集剤の分子量、高分子凝集剤の溶解濃度などに合わせて、10〜500rpmにおいて調整するのが好ましい。
撹拌する手段としては、撹拌翼、シャフト、モーターから構成される撹拌機などの通常の撹拌機を使用すればよく、特に種類を限定するものではない。
また、インラインミキサーによって撹拌してもよい。
第2撹拌工程で凝集フロックを形成させた後は、脱水機により固液分離し、固体として脱水ケーキを得、液体として脱水ろ液を得ることができる。
例えば、回転する反応槽と、前記混合汚泥と第2の高分子凝集剤の溶液を前記反応槽内に供給する手段と、脱水手段とを備えた装置によって実現可能である。例えば、反応槽が多数の穴を有する回転ドラムであれば、該反応槽の回転によって、前記混合汚泥と第2の高分子凝集剤の溶液を混合して凝集フロックを形成すると共に脱水することができる。また、反応槽が両端に穴を有する回転ドラムであり、該反応槽内部にスクリューコンベアを備えた装置であれば、該反応槽の回転によって、前記汚泥と第2の高分子凝集剤の溶液を混合して凝集フロックを形成すると共に、遠心力によって凝集フロックから脱水ろ液を分離し脱水することができる。
次に、本処理方法を実施するための装置について説明する。
以下、より具体的な装置例として、以下に第1〜第5の処理装置例について説明する。
図1は、第1の実施形態を実施するための装置例を示した概略図である。
図1に示した装置は、汚泥貯槽1に汚泥供給ポンプ4、汚泥流量計12、高速撹拌槽7、通常速度撹拌槽8及び脱水機11が下流側に順次連通して配置されてなる構成を備えている。
高速撹拌槽7には、第1の高分子凝集剤ポンプ5を介して第1の高分子凝集剤溶解槽2が連通して配置され、通常速度撹拌槽8には、第2の高分子凝集剤ポンプ6を介して第2の高分子凝集剤溶解槽3が連通して配置されている。
また、高速撹拌槽7の高速撹拌機9には、前記汚泥流量計12と電気的に接続された制御装置13が電気的に接続されている。
第2の高分子凝集剤の溶液は、第2の高分子凝集剤ポンプ6により、第2の高分子凝集剤溶解槽3から通常速度撹拌槽8に供給される。通常速度撹拌槽8において、通常速度撹拌機10により混合汚泥と第2の高分子凝集剤の溶液が混合され、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させる。
凝集フロックは脱水機11により脱水される。
図2は、上記処理装置例とは異なる他の装置例を示した概略図である。
図2に示した装置は、汚泥貯槽1に汚泥供給ポンプ4、汚泥流量計12、高速撹拌槽7、通常速度撹拌槽8及び脱水機11が下流側に順次連通して配置されてなる構成を備えている。
高速撹拌槽7には、第1の高分子凝集剤ポンプ5を介して第1の高分子凝集剤溶解槽2が連通して配置され、通常速度撹拌槽8には、第2の高分子凝集剤ポンプ6を介して第2の高分子凝集剤溶解槽3が連通して配置されている。
また、高速撹拌槽7の高速撹拌機9には、前記汚泥供給ポンプ4及び汚泥流量計12と電気的に接続された制御装置13が電気的に接続されている。
但し、制御装置13が汚泥供給ポンプ4及び汚泥流量計12と接続されているため、汚泥流量計12を通じて汚泥の汚泥処理量及び汚泥濃度を読み取る一方、高速撹拌機9の消費電力を読み取り、上記式(1)が成り立つように、撹拌条件ばかりか汚泥供給ポンプ4の流量を制御することができる。
図3は、上記処理装置例とは異なる他の装置例を示した概略図である。
図3に示した装置は、汚泥貯槽1に汚泥供給ポンプ4、汚泥流量計12、高速撹拌槽7A、第1バルブ14、高速撹拌槽7B、第2バルブ15、通常速度撹拌槽8及び脱水機11が下流側に順次連通して配置されている。
高速撹拌槽7Aには、第1の高分子凝集剤ポンプ5を介して第1の高分子凝集剤溶解槽2が連通して配置され、通常速度撹拌槽8には第2の高分子凝集剤ポンプ6を介して第2の高分子凝集剤溶解槽3が連通して配置されている。
そして、高速撹拌槽7Aの高速撹拌機9A及び高速撹拌槽7Bの高速撹拌機9Bには、前記汚泥流量計12と電気的に接続された制御装置13が電気的に接続されている。
他方、汚泥流量が大きい場合には、第1バルブ14及び第2バルブ15を開ける一方、第3バルブ16を閉じることにより、高速撹拌槽7Aで高速撹拌により高分子凝集剤と汚泥とを混合した後、高速撹拌槽7Bで再び高速撹拌により高分子凝集剤と汚泥とを混合し、得られた混合汚泥を通常速度撹拌槽8に供給することができる。
図4は、上記処理装置例とは異なる他の装置例を示した概略図である。
図4に示した装置は、汚泥貯槽1に汚泥供給ポンプ4、汚泥流量計12、高速撹拌槽7、通常速度撹拌槽8及び脱水機11が順次下流側に連通して配置されてなる構成を備えている。
高速撹拌槽7には、第1の高分子凝集剤ポンプ5を介して第1の高分子凝集剤溶解槽2が連通して配置され、通常速度撹拌槽8には、第2の高分子凝集剤ポンプ6を介して第1の高分子凝集剤溶解槽2が連通して配置されている。
また、高速撹拌槽7の高速撹拌機9には、前記汚泥流量計12と電気的に接続された制御装置13が電気的に接続されている。
また、第1の高分子凝集剤の溶液は、第2の高分子凝集剤ポンプ6により、第1の高分子凝集剤溶解槽2から通常速度撹拌槽8に供給されるようになっている。
図5は、上記処理装置例とは異なる他の装置例を示した概略図である。
図5に示した装置は、汚泥貯槽1に汚泥供給ポンプ4、汚泥流量計12、高速撹拌槽7、通常速度撹拌槽8及び脱水機11が下流側に順次連通して配置されてなる構成を備えている。
また、高速撹拌槽7の高速撹拌機9には、前記汚泥流量計12と電気的に接続された制御装置13が電気的に接続されている。
このように、各高分子凝集剤を汚泥に加えた後、各撹拌槽にて撹拌するようにしてもよい。
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
本実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1撹拌における撹拌する際の回転速度(すなわち撹拌速度)を、表1に示すように変更することにより消費電力を調整し、下記式(1)の値Rと脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
式(1)・・R=(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B
汚泥濃度(=TS)とは、蒸発残留物のことであり、汚泥を105〜110℃で蒸発乾固したときに残留する物質の濃度である。測定方法は下水試験方法に準拠した。
また、第1の高分子凝集剤の溶液及び第2の高分子凝集剤の溶液は、いずれも高分子凝集剤を水に溶解して得た水溶液であり、その濃度とは、水溶液中の高分子凝集剤の濃度の意味である(後述する実験でも同様)。
汚泥(汚泥流量1.4〜2.9m3/h)に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の65%加え、高速撹拌機(回転速度1250〜2750rpm、消費電力0.48〜2.43kW、撹拌部容積0.8L)により汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の35%加え、撹拌する際の回転速度を150rpmに設定した撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
実験結果を表1に示す。
これらのことから、第1撹拌における撹拌する際の消費電力A、汚泥処理量B及び汚泥濃度Cの関係において、(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量Bの式(1)値Rを0.40〜1.10、好ましくは0.50〜1.00、さらにより好ましくは0.60〜0.90に調整することにより、脱水ケーキの含水率を低減できること、又は汚泥を凝集させ、脱水ケーキを得ることができることが分かった。
本実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をスクリュープレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1撹拌における撹拌する際の回転速度(すなわち撹拌速度)を、表2に示すように変更することにより消費電力を調整し、上記式(1)の値Rと脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
本実験では、実験1とは、異なる汚泥と脱水機を使用した。
実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤b(DAA系高分子凝集剤、分子量800万、粘度280mPa・s)を使用した。第1及び第2の高分子凝集剤の溶液の濃度はともに2g/Lに調整した。
汚泥(汚泥流量1.4m3/h)に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の65%加え、高速撹拌機(回転速度1000〜3000rpm、消費電力0.33〜3.07kW、撹拌部容積0.8L)により汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の35%加え、撹拌する際の回転速度を50rpmに設定した撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にスクリュープレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
実験結果を表2に示す。
このような結果とこれまで発明者が行った試験結果を総合して考慮すると、式(1)値Rを、0.40〜1.10、好ましくは0.50〜1.00、さらにより好ましくは0.60〜0.90に調整することにより、脱水ケーキの含水率を低減できること、又は汚泥を凝集させ、脱水ケーキを得ることができることが分かった。
本実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に注入して第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を注入して第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をスクリュープレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1撹拌における撹拌する際に使用する高速撹拌機の使用台数を変更することにより消費電力を調整し、上記式(1)の値Rと脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
本実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤b(DAA系高分子凝集剤、分子量800万、粘度280mPa・s)を使用した。第1及び第2の高分子凝集剤の溶液の濃度はともに2g/Lに調整した。
汚泥(汚泥流量1.4m3/h)に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の65%注入し、高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。2台の高速撹拌機を使用する場合には、高速撹拌機を直列に接続した。高速撹拌機の回転速度は1000rpm、消費電力は0.33kW、撹拌部容積は0.8Lである。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の35%注入し、撹拌する際の回転速度を50rpmに設定した撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にスクリュープレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
実験結果を表3に示す。
これらのことから、式(1)値Rを0.40以上の範囲に調整することにより、脱水ケーキの含水率を低減できること、又は汚泥を凝集させ、脱水ケーキを得ることができることが分かった。
本実験では、実験1〜3とは異なり、(汚泥処理量B/汚泥濃度C)が顕著に多い場合、すなわち3.5以上の場合における処理条件を検討した。
すなわち、(汚泥処理量B/汚泥濃度C)が3.5以上の場合において、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に注入して第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を注入して第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をスクリュープレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、表4に示すように第1撹拌における撹拌する際の回転速度(すなわち撹拌速度)を変更することにより消費電力を調整し、上記式(1)の値Rと脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
本実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤b(DAA系高分子凝集剤、分子量800万、粘度280mPa・s)を使用した。第1及び第2の高分子凝集剤の溶液の濃度はともに2g/Lに調整した。
汚泥(汚泥流量3.5〜25.0m3/h)に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の65%注入し、高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。高速撹拌機の回転速度は2200〜3700rpm、消費電力は1.4〜4.8kW、撹拌部容積は0.8Lである。次に混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の35%注入し、撹拌する際の回転速度を50rpmに設定した撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にスクリュープレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。これらの結果をもとに、(汚泥処理量B/汚泥濃度C)が3.0〜19.0に対して、脱水ケーキ含水率を低減できた上記式(1)のRを算出した。
実験結果を表4に示す。
このような結果とこれまで発明者が行った試験結果を総合して考慮すると、(汚泥処理量B/汚泥濃度C)が顕著に多い場合、すなわち3.5以上の場合は、式(1)値Rを0.15〜0.40の範囲に調整することにより、脱水ケーキの含水率を低減できること、又は汚泥を凝集させ、脱水ケーキを得ることができることが分かった。
本実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に注入して第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を注入して第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をスクリュープレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1撹拌における撹拌する際の高速撹拌機における撹拌部の容積(以降「撹拌部容積」と称する)を変更することにより、撹拌部容積当たりの消費電力を調整し、撹拌部容積当たりの消費電力と脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
本実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤b(DAA系高分子凝集剤、分子量800万、粘度280mPa・s)を使用した。第1及び第2の高分子凝集剤の溶液の濃度はともに2g/Lに調整した。
汚泥(汚泥流量2.0m3/h)に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の65%注入し、高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。
高速撹拌機の回転速度は2000rpm、消費電力は1.11kW、撹拌部容積は0.8、1.6Lである。次に混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の35%注入し、撹拌する際の回転速度を50rpmに設定した撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にスクリュープレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
実験結果を表5に示す。
参考実験1では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1撹拌における撹拌速度を変更して脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
汚泥O、P、QのTSは、それぞれ12.0、26.2、34.9g/Lである。なお、TSとは、蒸発残留物のことであり、汚泥を105〜110℃で蒸発乾固したときに残留する物質の濃度である。測定方法は下水試験方法に準拠した。
汚泥Oの実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤o(DAM系高分子凝集剤、分子量300万、粘度114mPa・s)を使用した。
汚泥Pの実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤gを使用した。
汚泥Qの実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤h(アミジン系高分子凝集剤、分子量300万、粘度34mPa・s)を使用した。
また、第1の高分子凝集剤の溶液及び第2の高分子凝集剤の溶液は、いずれも高分子凝集剤を水に溶解して得た水溶液であり、その濃度とは、水溶液中の高分子凝集剤の濃度の意味である(後述する参考実験でも同様)。
250mLの汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液(濃度10g/L)を所定量加え、高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を10秒混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液(濃度10g/L)を所定量加え、撹拌速度150rpmの撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を2分間混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
汚泥Pの実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を4mL、第2の高分子凝集剤の溶液を5mL加えた。
汚泥Qの実験では、第1の高分子凝集剤の溶液を20mL、第2の高分子凝集剤の溶液を7mL加えた。
実験結果を表6に示す。なお、表中の「−」はデータが無いことを示している。
これらのことから、高速撹拌の撹拌速度を、好ましくは1000rpm以上、より好ましくは2000rpm以上、さらにより好ましくは3000rpm以上に調整することにより、ケーキ含水率を低減できること、又は汚泥を凝集させ、脱水ケーキを得ることができることが分かった。
参考実験2では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、第1の高分子凝集剤の溶液の濃度を2〜20g/Lの範囲で変更して脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
汚泥Sは汚泥O、Rとは異なる廃水処理施設から採取した。汚泥O、R、SのTSは、それぞれ12.0、12.2、37.1g/Lである。
汚泥O、Rの実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤o(DAM系高分子凝集剤、分子量300万、粘度114mPa・s)を使用した。
汚泥Sの実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤h(アミジン系高分子凝集剤、分子量300万、粘度34mPa・s)を使用した。
実験では、第1及び第2の高分子凝集剤の溶液は同じ濃度に調製した。例えば、第1の高分子凝集剤の溶液を2g/Lに調製した場合、第2の高分子凝集剤の溶液も2g/Lに調製した。第1の高分子凝集剤の溶液を20g/Lに調製した場合、第2の高分子凝集剤の溶液も20g/Lに調製した。
250mLの汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液(濃度2〜20g/L)を所定量加え、撹拌速度10000〜11000rpmの高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を10秒混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液(濃度2〜20g/L)を所定量加え、撹拌速度150rpmの撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を2分間混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。
最後に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
汚泥Oの実験では、第1の高分子凝集剤を合計注入量の50%加え、第2の高分子凝集剤を合計注入量の50%加えた。
汚泥Rの実験では、第1の高分子凝集剤を合計注入量の57%加え、第2の高分子凝集剤を合計注入量の43%加えた。
汚泥Sの実験では、第1の高分子凝集剤を合計注入量の75%加え、第2の高分子凝集剤を合計注入量の25%加えた。
実験結果を表7に示す。
これらのことから、第1の高分子凝集剤溶液の濃度は、好ましくは3g/L以上、より好ましくは5g/L以上、さらにより好ましくは10g/L以上に調製することにより、ケーキ含水率を低減できることが分かった。
参考実験3では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得る工程において、第1の高分子凝集剤の種類を変更して脱水ケーキの含水率、SS回収率との関係を検討した。
高分子凝集剤としては、分子量の異なる高分子凝集剤(o、p、q、r、s、t)を使用した。高分子凝集剤o、p、q、r、tはカチオン性高分子凝集剤であり、中でも高分子凝集剤o、pはDAM系高分子凝集剤、高分子凝集剤q、r、tはDAA系高分子凝集剤である。高分子凝集剤sは両性高分子凝集剤である。
高分子凝集剤o、p、q、r、s、tの分子量(粘度mPa・s)は、それぞれ300万(114mPa・s)、400万(143mPa・s)、500万(147mPa・s)、600万(225mPa・s)、700万(238mPa・s)、800万(280mPa・s)である。
ここで記載した分子量は粘度法より求めた平均分子量である。また、粘度は、高分子凝集剤を水に2g/Lで溶解し、B型粘度計を使用し、25℃、60rpmの回転数で測定した値である。
250mLの汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液(濃度2g/L)を31mL加え、撹拌速度5000rpmの高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を10秒混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液(濃度2g/L)を9mL加え、撹拌速度200rpmの撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を5分間混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。また、SS回収率を測定した。
なお、SS回収率(%)は「(250mLの汚泥から得られた脱水ケーキの乾燥重量)÷(250mLの汚泥に含まれるSS)×100」として算出した。(以降の参考実験でも同様)。
実験結果を表8に示す。
SS回収率の比について、分子量が500万以上(高分子凝集剤q、r、s、t)では97以上であるが、分子量が400万以下(高分子凝集剤o、p)では81〜87であった。一方、どの高分子凝集剤を使用しても、ケーキ含水率は82〜83%の範囲内であった。
これらのことから、分子量は好ましくは450万以上、より好ましくは500万以上の高分子凝集剤を使用することにより、SS回収率を増加させることができることが分かった。
参考実験4では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得る工程において、第1の高分子凝集剤の注入量を変更してSS回収率との関係を検討した。
高分子凝集剤としては、分子量の異なる高分子凝集剤(q、r、s、t)を使用した。
高分子凝集剤q、r、tはカチオン性高分子凝集剤であり、高分子凝集剤sは両性高分子凝集剤である。
高分子凝集剤q、r、s、tの分子量(粘度mPa・s)は、それぞれ500万(147mPa・s)、600万(225mPa・s)、700万(238mPa・s)、800万(280mPa・s)である。
ここで記載した分子量は粘度法より求めた平均分子量である。また、粘度は、高分子凝集剤を水に2g/Lで溶解し、B型粘度計を使用し、25℃、60rpmの回転数で測定した値である。
実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに同じ種類のものを使用し、第1及び第2の高分子凝集剤の溶液は同じ濃度に調製した。
250mLの汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液(濃度2g/L)を所定量加え、撹拌速度5000rpmの高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を10秒混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液(濃度2g/L)を所定量加え、撹拌速度200rpmの撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を5分間混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、脱水ケーキを得、SS回収率を測定した。
実験結果を図6に示す。
この結果から、高速撹拌時に加える高分子凝集剤の注入量を合計注入量の好ましくは45〜95%、より好ましくは50〜95%、さらにより好ましくは55〜90%に調整することにより、SS回収率を増加させることができることが分かった。
参考実験5では、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施した後、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をベルトプレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得る工程において、第1及び第2の高分子凝集剤の合計注入率を変更して脱水ケーキの含水率との関係を検討した。
実験では、第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤h(アミジン系高分子凝集剤、分子量300万、粘度34mPa・s)を使用した。カチオン性高分子凝集剤hは10g/Lに調製した。
250mLの汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液を所定量加え、撹拌速度11000rpmの高速撹拌機により汚泥と高分子凝集剤の溶液を10秒混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に、混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を5mL加え、撹拌速度150rpmの撹拌機により混合汚泥と高分子凝集剤を2分間混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
本実験では、第2の高分子凝集剤の溶液の注入量を一定(5mL)とし、合計注入率に合わせて、第1の高分子凝集剤の注入量を12〜19mLの範囲で変更した。
この参考比較例の実験手順は以下の通りである。
250mLの汚泥に高分子凝集剤の溶液(濃度2g/L)を所定量加え、撹拌速度150rpmの撹拌機により汚泥と高分子凝集剤を3分間混合撹拌し、汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。次に、ベルトプレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
この参考比較例の実験では、合計注入率に合わせて、高分子凝集剤の溶液の注入量を85〜125mLの範囲で変更した。
参考実験5及び参考比較例の実験結果を図7に示す。
参考実験6では、汚泥を希釈水で希釈して汚泥希釈を実施した後、第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加えて第1撹拌を実施し、第2の高分子凝集剤の溶液を加えて第2撹拌を実施し、得られた凝集汚泥をスクリュープレス脱水機により脱水して脱水ケーキを得るという工程において、汚泥希釈を実施することにより脱水ケーキの含水率を低減できるか検討した。
第1及び第2の高分子凝集剤ともに、カチオン性高分子凝集剤h(アミジン系高分子凝集剤、分子量300万、粘度34mPa・s)を使用した。カチオン性高分子凝集剤hは2g/L或いは5g/Lに調製した。高分子凝集剤の溶解には、工業用水を使用した。希釈水には、工業用水を使用した。
汚泥(汚泥流量3.0m3/h)に希釈水(希釈水流量1.5m3/h)を加え、希釈汚泥(1.5倍希釈)を調製した。希釈汚泥に第1の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の70%加え、撹拌速度が3000rpmの高速撹拌機(撹拌部容積0.8L)により希釈汚泥と高分子凝集剤の溶液を混合撹拌し、混合汚泥を調製した。次に混合汚泥に第2の高分子凝集剤の溶液を合計注入量の30%加え、撹拌速度33rpmの撹拌機(撹拌槽容積900L)により混合汚泥と高分子凝集剤を混合撹拌し、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させた。最後にスクリュープレス脱水機により、凝集フロックを脱水し、得られた脱水ケーキの含水率(%)を測定した。
実験結果を表9に示す。
Claims (14)
- 第1の高分子凝集剤の溶液を、被処理物としての汚泥に加え、少なくとも1つの撹拌機により、前記汚泥と前記第1の高分子凝集剤の溶液とを混合して混合汚泥を調製する混合汚泥調製工程と、
第2の高分子凝集剤の溶液を前記混合汚泥に加え、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液とを混合して凝集フロックを形成する凝集フロック形成工程とを有する汚泥の処理方法であって、
混合汚泥調製工程において、回転速度を1000rpm以上に設定し、撹拌部の容積(L)当たりの消費電力(kW)が1.0(kW/L)以上となるように調整した撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように調整して混合を行うことを特徴とする汚泥の処理方法。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜1.10 - 混合汚泥調製工程において、撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように調整して混合を行うことを特徴とする請求項1に記載の汚泥の処理方法。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.40〜1.10 - 混合汚泥調製工程において、撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように調整して混合を行うことを特徴とする請求項1に記載の汚泥の処理方法。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜0.40 - 撹拌機の消費電力Aの調整を、該撹拌機の回転速度の制御によって行うことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の汚泥の処理方法。
- 撹拌機の消費電力Aの調整を、該撹拌機の使用台数の調整によって行うことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の汚泥の処理方法。
- 凝集フロック形成工程では、撹拌機の回転速度を10〜500rpmに設定した少なくとも1つの撹拌機により、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液とを混合して凝集フロックを形成することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の汚泥の処理方法。
- 凝集フロック形成工程では、回転する反応槽内において、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液とを混合して凝集フロックを形成すると共に脱水することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の汚泥の処理方法。
- 第1の高分子凝集剤の溶液を汚泥に加える手段、及び、少なくとも1つの撹拌機を備え、前記汚泥と前記第1の高分子凝集剤の溶液とを混合して混合汚泥を調製する混合汚泥調製装置と、
第2の高分子凝集剤の溶液を前記混合汚泥に加える手段、及び、前記混合汚泥と前記第2の高分子凝集剤の溶液とを混合して凝集フロックを形成する凝集フロック形成装置と、を備えた汚泥の処理装置において、
前記混合汚泥調製装置は、回転速度を1000rpm以上に設定し、撹拌部の容積(L)当たりの消費電力(kW)が1.0(kW/L)以上となるように調整した撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように制御する制御装置を備えたものであることを特徴とする汚泥の処理装置。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜1.10 - 前記制御装置は、撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように制御することを特徴とする請求項8に記載の汚泥の処理装置。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.40〜1.10 - 前記制御装置は、撹拌機の消費電力(kW)Aと、汚泥の汚泥処理量(kg/h)Bと、該汚泥濃度(g/L)Cとの関係が、次の式(1)が成り立つように制御することを特徴とする請求項8に記載の汚泥の処理装置。
式(1)・・(消費電力A×汚泥濃度C)/汚泥処理量B=0.15〜0.40 - 凝集フロック形成装置は、第2の高分子凝集剤の溶液を前記混合汚泥に加える手段、及び、回転速度を10〜500rpmに設定された少なくとも1つの撹拌機を備えた装置である、請求項8〜10の何れかに記載の汚泥の処理装置。
- 混合汚泥調製装置の撹拌機、又は、凝集フロック形成装置の撹拌機、又は、これら両方がインラインミキサーであることを特徴とする請求項8〜11の何れかに記載の汚泥の処理装置。
- 請求項8〜12の何れかに記載の汚泥の処理装置が、機械的な脱水装置に連結されてなる構成を備えた汚泥の処理装置。
- 凝集フロック形成装置は、回転する反応槽と、前記混合汚泥と第2の高分子凝集剤の溶液を前記反応槽内に供給する手段と、脱水手段とを備えた装置である、請求項8〜10の何れかに記載の汚泥の処理装置。
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