JP6941988B2 - 下水汚泥処理設備および下水汚泥処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、消化タンクを備えた下水汚泥処理設備において消化タンクからの消化汚泥や消化脱離液、脱水濾液が流れる配管や汚泥脱水機等へのリン酸マグネシウムアンモニウム（以下、ＭＡＰと称する。）よりなるスケールの付着を抑制することが可能な下水汚泥処理設備および下水汚泥処理方法に関するものである。

ＭＡＰは、特に消化汚泥におけるマグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）濃度やリン酸イオン濃度が高いほど生成し易く、また消化タンクからの配管等において消化タンク内の温度（約３５℃〜５５℃）よりも温度が低下した場合や、脱炭酸等によってｐＨが上昇した場合、あるいは配管の曲がり部、流量計、バルブ等を消化汚泥等が通過し、流体の流れが変化する場合などにＭＡＰスケールが成長し易いことが知られている。

このように析出したＭＡＰのスケールが下水汚泥処理設備の配管の内面に付着して成長すると配管の閉塞を招くため、スケールが付着した配管を取り外して物理的に衝撃を与えることによりスケールを剥離したり、加熱によって配管を膨張させてスケールを剥離したりしなければならない。また、スケールが汚泥脱水機のパンチングメタル等の金属製濾材や脱水濾液の排出用の配管に付着すると、濾材の目詰まりや濾液排出用配管の閉塞を生じて濾過効率の低下を招くことになる。

そこで、このようなＭＡＰスケールの発生を抑制する処理設備および処理方法として、例えば特許文献１には、有機性廃水を被処理水として、ｐＨ調整手段を経由してメタン発酵槽に導入する際に、上記ｐＨ調整手段において酸及び／又はアルカリを添加してメタン発酵槽への流入水のｐＨを調整することにより、被処理水におけるＭＡＰスケールの析出自体を防ぐことが記載されている。

特許第５９３０８０５号公報

しかしながら、このような処理設備および処理方法では、ｐＨ調整手段において被処理水に添加する酸及び／又はアルカリの薬剤をストックする必要があり、またｐＨ調整手段に薬剤を添加する装置やその設置スペース、さらには薬剤が添加された被処理水のｐＨを測定する手段も必要となってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたもので、こうした薬剤の添加によるｐＨの調整によらずに、ＭＡＰのスケールが発生しても、その配管等への付着を防ぐことが可能な下水汚泥処理設備および下水汚泥処理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の下水汚泥処理設備は、下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクを備え、上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に、この配管内を流れる上記流体中のＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）にマイナス電荷を帯電させる電磁処理手段が備えられていることを特徴とする。

また、本発明の下水汚泥処理方法は、下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクを備えた下水汚泥処理設備における上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に電磁処理手段を備えて、この電磁処理手段により、上記配管内を流れる上記流体中のＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）にマイナス電荷を帯電させることを特徴とする。

このような下水汚泥処理設備および下水汚泥処理方法においては、消化タンクよりも下流側に排出されて消化汚泥等の上記流体の温度が下がったり、排出の流れが変化したりしてＭＡＰのスケールが発生して成長しても、上記電磁処理手段によって上記流体中のＭＡＰにマイナス電荷を帯電させることにより、配管と同じマイナス電荷に帯電したスケールが配管との斥力により反発して配管に付着するのを抑えることができる。従って、薬剤等を必要とすることが無く、上述のような要因によってＭＡＰのスケールが発生して成長しても、配管の閉塞や汚泥脱水機の目詰まり等が生じるのを防ぐことができる。

ここで、上記消化タンクの下流側に、この消化タンクから消化汚泥を引き抜く消化汚泥引抜ポンプと、この消化汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽とが備えられている場合には、上述のようにこのようなポンプを経て消化汚泥の流れが変化する場合にＭＡＰのスケールは成長し易いので、上記電磁処理手段は、上記消化タンクと上記消化汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記消化汚泥引抜ポンプと上記貯留槽との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられていることが望ましい。

この電磁処理手段を消化タンクと上記消化汚泥引抜ポンプの間の配管に備えれば、消化汚泥引抜ポンプ内におけるスケールの付着による詰まりを防ぐことができるとともに、消化汚泥引抜ポンプよりも下流側での配管の閉塞も防ぐことができる。また、電磁処理手段を消化汚泥引抜ポンプと貯留槽との間の配管に備えれば、消化汚泥引抜ポンプよりも下流側での配管の閉塞を防ぐことができる。

さらに、上記消化タンクの下流側に、この消化タンクから引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽と、この貯留槽から貯留汚泥を引き抜く貯留汚泥引抜ポンプと、この貯留汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた貯留汚泥を脱水する汚泥脱水機とが備えられている場合には、上記電磁処理手段は、上記貯留槽と上記貯留汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記貯留汚泥引抜ポンプと上記汚泥脱水機との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられていることが望ましい。

電磁処理手段を貯留槽と貯留汚泥引抜ポンプの間の配管に備えれば、貯留汚泥引抜ポンプ内におけるスケールの付着による詰まりと、この貯留汚泥引抜ポンプよりも下流側の汚泥脱水機や配管等における閉塞を防ぐことができる。また、電磁処理手段を貯留汚泥引抜ポンプと上記汚泥脱水機との間の配管に備えても、貯留汚泥引抜ポンプよりも下流側の汚泥脱水機や配管等における閉塞を防ぐことができる。

さらに、このように上記消化タンクの下流側に、消化汚泥を脱水する汚泥脱水機が備えられている場合には、電磁処理手段は、上記汚泥脱水機からの脱水濾液の排出用の配管に備えられていてもよい。この場合には、汚泥脱水機からの脱水濾液の排出用の配管における閉塞を防ぐことができる。

さらにまた、スケールの付着による配管の閉塞は、上述のように配管の曲がり部において発生し易いので、上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥の配管に曲がり部が設けられている場合には、上記電磁処理手段は、上記消化タンクと上記曲がり部との間に備えられていてもよい。なお、配管の曲がり部とは、水平方向に配管が曲がる場合や、水平方向から垂直方向に配管が立ち上がる場合を含む。

以上説明したように、本発明によれば、薬剤をストックしたり、薬剤添加装置やその設置スペース、ｐＨ測定手段等を要したりすることなく、ＭＡＰのスケールが発生しても成長や付着を防止できるため、配管の内面や汚泥脱水機等に閉塞や詰まりを生じるのを防ぐことが可能となり、長期に亙って安定した下水処理を行うことができる。

本発明の下水汚泥処理設備の一実施形態を示す概略図である。 本発明の実施例に対する比較例において電磁処理が未処理の場合の消化汚泥の標準法による汚泥界面を示すものである。 本発明の実施例に対する比較例において電磁処理が未処理の場合の消化汚泥の浸漬法による汚泥界面を示すものである。 本発明の実施例において周波数４０００Ｈｚで電磁処理を行った場合の消化汚泥の標準法による汚泥界面を示すものである。 本発明の実施例において周波数４０００Ｈｚで電磁処理を行った場合の消化汚泥の浸漬法による汚泥界面を示すものである。 本発明の実施例において周波数８０００Ｈｚで電磁処理を行った場合の消化汚泥の標準法による汚泥界面を示すものである。 本発明の実施例において周波数８０００Ｈｚで電磁処理を行った場合の消化汚泥の浸漬法による汚泥界面を示すものである。

図１は、本発明の下水汚泥処理設備の一実施形態を示す概略図であり、この図１を参照しながら、本発明の下水汚泥処理方法の一実施形態についても説明する。図１において符号１で示すのは、下水処理場において発生した下水汚泥Ａが投入される消化タンクであり、この消化タンク１において下水汚泥は約３５℃〜５５℃の温度に保持されて消化され、消化汚泥Ｂとなる。

消化タンク１には、鋼材等の金属材料よりなる配管２が接続されており、この配管２は消化タンク１の下流側の消化汚泥引抜ポンプ３に接続されるとともに、この消化汚泥引抜ポンプ３の下流側には、やはり金属製の配管４が接続されていて、この配管４は消化汚泥Ｂの貯留槽５に接続され、消化汚泥引抜ポンプ３により消化タンク１から配管２を経て引き抜かれた消化汚泥Ｂが配管４を通して貯留槽５に貯留される。ここで、配管４には、消化汚泥引抜ポンプ３から水平方向に延びながら曲がったり、水平方向から垂直方向に立ち上がったりする曲がり部４Ａが設けられている。

さらに、貯留槽５には、やはり金属製の配管６を介して、この貯留槽５に貯留された消化汚泥Ｂである貯留汚泥Ｃを引き抜く貯留汚泥引抜ポンプ７が接続されており、この貯留汚泥引抜ポンプ７は、同じく金属製の配管８を介して汚泥脱水機９に接続されている。この汚泥脱水機９としては、例えばパンチングメタル等の金属製の濾材を有するものが用いられる。こうして、汚泥脱水機９によって脱水された貯留汚泥Ｃの液分は脱水濾液Ｄとして金属製の配管１０から排出され、固形分は脱水ケーキＥとして処理される。

なお、消化タンク１には、場合によっては金属製の配管１１を介して消化汚泥循環ポンプ１２が接続されるとともに、この消化汚泥循環ポンプ１２には、やはり金属製の配管１３を介して熱交換器１４が接続され、さらにこの熱交換器１４は金属製の配管１５を介して消化タンク１に接続される。消化タンク１内の消化汚泥Ｂの温度が低下した場合には、配管１１から消化汚泥循環ポンプ１２によって消化汚泥Ｂを引き抜き、配管１３を介して熱交換器１４に供給して昇温した上で、配管１５を介して消化タンク１に循環させることにより、消化タンク１内の消化汚泥Ｂの温度を維持する。

また、消化タンク１の上部には、消化によって発生した比較的清澄な上澄み液である脱離液Ｆを排出する金属製の配管１６が接続されている。

このような下水汚泥処理設備において、本実施形態では、消化タンク１よりも下流側の配管２、４、６、８、１０、１１、１３、１６の少なくとも１つに、該配管内を流れる貯留汚泥Ｃ、脱水濾液Ｄ、および脱離液Ｆも含めた消化汚泥（流体）Ｂ中のＭＡＰにマイナス電荷を帯電させる電磁処理手段１７が備えられている。図１では、配管２、４、６、８、１０、１１、１３、１６のすべてに電磁処理手段１７が備えられた状態を示している。

ここで、この電磁処理手段１７としては、例えば「コ」字状をなす金属製のヨーク形出力部の両端部で配管を挟み込んで、中央部に信号発信器に接続された電線をコイル状に巻き掛けたヨーク式の電磁処理手段でもよく、また配管の外周に信号発信器に接続された電線を直接コイル状に巻き掛けたコイル式の電磁処理手段でもよい。あるいは、配管を永久磁石で挟み込んだ永久磁石式の電磁処理手段でもよい。

このような下水汚泥処理設備、および該下水汚泥処理設備を用いた本実施形態の下水汚泥処理方法においては、電磁処理手段１７によって消化汚泥Ｂの配管２、４、６、８、１０、１１、１３、１６の少なくとも１つの中を流れる消化汚泥Ｂ中のＭＡＰにマイナス電荷を帯電させることにより、このＭＡＰが同じくマイナス電荷に帯電している配管等と反発するので、配管等の内面にスケールが付着するのを抑制することができる。

従って、この電磁処理手段１７が配設された配管２、４、６、８、１０、１１、１３、１６の少なくとも１つよりも下流側では、配管の閉塞や汚泥脱水機９の目詰まり等が生じるのを防いで、安定した下水処理を行うことができる。また、薬剤を用いてｐＨを調整する場合のように、薬剤をストックしたり、薬剤添加装置やその設置スペース、ｐＨ測定手段等を要したりすることもなく、比較的低コストでスケールの付着を防止することができる。

ここで、上記電磁処理手段１７を、消化タンク１と上記消化汚泥引抜ポンプ３との間の配管２と、この消化汚泥引抜ポンプ３と貯留槽５との間の配管４とのうち少なくとも一方に備えた場合には、消化汚泥引抜ポンプ３から排出される消化汚泥Ｂは流れの変化によるスケール成長に対して効果的である。

また、この場合には、消化タンク１よりも下流側でも比較的上流においてＭＡＰにマイナス電荷を帯電させて、この配管４よりも下流側の各配管６、８、１０や汚泥脱水機９におけるスケールの付着を抑制することができる。さらに、特に配管２に電磁処理手段１７を備えれば、消化汚泥引抜ポンプ３へのスケールの付着も防止できる。

なお、本実施形態では、消化汚泥引抜ポンプ３と貯留槽５との間の配管４に曲がり部４Ａが設けられていて、この曲がり部４Ａでも消化汚泥Ｂの流れが変化してＭＡＰのスケールが成長しやすいのに対し、この曲がり部４Ａと消化タンク１との間の配管２、４の少なくとも一方に電磁処理手段１７を備えることにより、このような曲がり部４Ａにおけるスケールの付着も防止することができる。

さらに、上記電磁処理手段１７を、貯留槽５と貯留汚泥引抜ポンプ７の間の配管６と、この貯留汚泥引抜ポンプ７と汚泥脱水機９との間の配管８とのうち少なくとも一方に備えた場合には、貯留汚泥引抜ポンプ７内におけるスケール付着や、貯留汚泥引抜ポンプ７よりも下流側の汚泥脱水機９や配管１０における閉塞を防ぐことができる。この貯留汚泥引抜ポンプ７から排出される貯留汚泥Ｃも流れの変化によるスケール成長に対して、効果的である。

また、このように消化タンク１の下流側に消化汚泥Ｂ（貯留汚泥Ｃ）を脱水する汚泥脱水機９が備えられている場合に、電磁処理手段１７は、この汚泥脱水機９からの脱水濾液Ｄの排出用の配管１０に備えることにより、脱水濾液Ｄ中でＭＡＰのスケールが発生し成長しても排出用の配管１０に閉塞が生じるのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、やはり消化タンク１の下流側となる消化汚泥循環ポンプ１２との間の配管１１と、この消化汚泥循環ポンプ１２と熱交換器１４との間の配管１３にも電磁処理手段１７が備えられており、これらの配管１１、１３や熱交換器１４と消化タンク１との間の配管１５、および消化汚泥循環ポンプ１２や熱交換器１４におけるＭＡＰのスケール付着も防ぐことができる。なお、これらの電磁処理手段１７は、配管１１、１３の少なくとも一方に設けられていればよい。

さらに、本実施形態では、消化タンク１中の脱離液Ｆを排出する配管１６が接続されており、この配管１６にも電磁処理手段１７を備えることにより、脱離液Ｆ中でＭＡＰのスケールが成長して配管１６を閉塞するのを防ぐことができる。

なお、このように消化タンク１の下流側の配管２、４、６、８、１０、１１、１３、１６の少なくとも１つに電磁処理手段１７を備えるのに併せて、例えば消化タンク１に下水汚泥Ａを投入する配管１８にも電磁処理手段１７を備えるようにしてもよい。

次に、消化汚泥に電磁処理を行うことによるスケール抑制効果を調査した結果を以下に示す。まず、図２および図３は、それぞれ電磁処理を行わなかった未処理の消化汚泥の標準法および浸漬法による汚泥界面を示すものである。また、図４および図５は、配管にヨーク式電磁装置を取り付け、配管内に消化汚泥を供給して配管通過中に４０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合の消化汚泥の標準法および浸漬法による汚泥界面を示すものであり、図６および図７は、同じくヨーク式電磁装置により消化汚泥の配管通過中に８０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合の消化汚泥の標準法および浸漬法による汚泥界面を示すものである。

ここで、標準法とは、試料をガラス板上に滴下して常温にて乾燥し、水滴の乾燥跡付近（界面）の結晶状況を顕微鏡により判断する手法である。また、浸漬法は、試料を５０℃ほどに加温してガラス板を浸漬させ、ガラス板を風乾させた後、浸漬した際の喫水面（界面）の結晶状況を顕微鏡で判断する手法である。このとき、スケール性は界面部への結晶集合性により簡易的に判断することができる。スケール性が高い場合には界面への結晶集合性を有し、スケールとして付着し易い。一方、スケール性が低い場合には界面への結晶集合性が見られず、スケールの付着が抑制される。

電磁処理が未処理の場合の浸漬法による汚泥界面を示す図３では、界面への結晶集中性が見られる。一方、４０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合と８０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合の浸漬法による汚泥界面を示す図５、図７では、汚泥界面が図３と比較して薄くなっている。また、特に８０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合の標準法による汚泥界面を示す図６では、未処理の場合の標準法による汚泥界面を示す図２よりは勿論、４０００Ｈｚの周波数で電磁処理を行った場合の標準法による汚泥界面を示す図４と比較しても、汚泥界面への結晶集合性が低いことが分かる。このことから、消化汚泥に適切な周波数の電磁処理を行うことによりＭＡＰのスケール抑制効果があることが確認でき、周波数としては少なくとも４０００Ｈｚ〜８０００Ｈｚの範囲が有効で、特に周波数が高いほど効果的であることが分かる。

１ 消化タンク
２、４、６、８、１０、１１、１３、１５、１６、１８ 配管
４Ａ 曲がり部
３ 消化汚泥引抜ポンプ
５ 貯留槽
７ 貯留汚泥引抜ポンプ
９ 汚泥脱水機
１２ 消化汚泥循環ポンプ
１４ 熱交換器
１７ 電磁処理手段
Ａ 下水汚泥
Ｂ 消化汚泥
Ｃ 貯留汚泥
Ｄ 脱水濾液
Ｅ 脱水ケーキ
Ｆ 脱離液

Claims (9)

1. 下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクを備え、
   上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、貯留汚泥、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に、この配管内を流れる上記流体中のリン酸マグネシウムアンモニウムにマイナス電荷を帯電させる電磁処理手段が備えられており、
   上記消化タンクの下流側には、この消化タンクから消化汚泥を引き抜く消化汚泥引抜ポンプと、この消化汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽とが備えられ、
   上記電磁処理手段は、上記消化タンクと上記消化汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記消化汚泥引抜ポンプと上記貯留槽との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられている
   ことを特徴とする下水汚泥処理設備。
2. 下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクを備え、
   上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、貯留汚泥、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に、この配管内を流れる上記流体中のリン酸マグネシウムアンモニウムにマイナス電荷を帯電させる電磁処理手段が備えられており、
   上記消化タンクの下流側には、この消化タンクから引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽と、この貯留槽から貯留汚泥を引き抜く貯留汚泥引抜ポンプと、この貯留汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた貯留汚泥を脱水する汚泥脱水機とが備えられ、
   上記電磁処理手段は、上記貯留槽と上記貯留汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記貯留汚泥引抜ポンプと上記汚泥脱水機との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられていることを特徴とする下水汚泥処理設備。
3. 上記消化タンクの下流側には、消化汚泥を脱水する汚泥脱水機が備えられ、
   上記電磁処理手段は、上記汚泥脱水機からの脱水濾液の排出用の配管に備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の下水汚泥処理設備。
4. 上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥の配管には曲がり部が設けられており、
   上記電磁処理手段は、上記消化タンクと上記曲がり部との間に備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の下水汚泥処理設備。
5. 上記消化タンクよりも下流側には、この消化タンクから消化汚泥を引き抜く消化汚泥循環ポンプと、上記消化汚泥循環ポンプの下流に設けられる熱交換器と、上記消化タンクと上記消化汚泥循環ポンプの間の第１の配管と、上記消化汚泥循環ポンプと上記熱交換器の間の第２の配管と、上記熱交換器と上記消化タンクの間の第３の配管と、が設けられ、
   上記電磁処理手段は、上記第１の配管と上記第２の配管とのうち少なくとも一方に備えられていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の下水汚泥処理設備。
6. 上記消化タンクには、上記消化タンク内の離脱液を排出する第４の配管が接続されており、
   上記電磁処理手段は、上記第４の配管に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の下水汚泥処理設備。
7. 上記消化タンクには、上記消化タンクに下水汚泥を投入する第５の配管が接続されており、
   上記電磁処理手段は、上記第５の配管に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の下水汚泥処理設備。
8. 下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクと、上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、貯留汚泥、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に設けられた電磁処理手段と、上記消化タンクの下流側に設けられ、この消化タンクから消化汚泥を引き抜く消化汚泥引抜ポンプと、この消化汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽と、を備え、上記電磁処理手段は、上記消化タンクと上記消化汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記消化汚泥引抜ポンプと上記貯留槽との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられている下水汚泥処理設備において、この電磁処理手段により、上記配管内を流れる上記流体中のリン酸マグネシウムアンモニウムにマイナス電荷を帯電させることを特徴とする下水汚泥処理方法。
9. 下水処理場において発生した汚泥を消化する消化タンクと、上記消化タンクよりも下流側の消化汚泥、脱離液、貯留汚泥、および脱水濾液のうち少なくとも１つの流体が流れる配管に設けられた電磁処理手段と、上記消化タンクの下流側に設けられ、この消化タンクから引き抜かれた消化汚泥を貯留する貯留槽と、この貯留槽から貯留汚泥を引き抜く貯留汚泥引抜ポンプと、この貯留汚泥引抜ポンプによって引き抜かれた貯留汚泥を脱水する汚泥脱水機と、を備え、上記電磁処理手段は、上記貯留槽と上記貯留汚泥引抜ポンプの間の配管と、上記貯留汚泥引抜ポンプと上記汚泥脱水機との間の配管とのうち少なくとも一方に備えられている下水汚泥処理設備において、この電磁処理手段により、上記配管内を流れる上記流体中のリン酸マグネシウムアンモニウムにマイナス電荷を帯電させることを特徴とする下水汚泥処理方法。

Images