JP7050249B2 - 有機汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法に関し、特に汚泥中に夾雑物や毛髪繊維類を含む有機汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法に関する。

従来、下水処理工程で発生する余剰汚泥を高速回転ディスクや高速回転ミルで処理し、剪断力やすり潰し作用により可溶化することで、水処理の余剰汚泥発生量を減量化したり、汚泥消化工程の消化ガス発生量を増加させる技術は知られている。

特許文献１は、一対の砥石の両対向面間を実質上接触させながら摺動させ、摺動する両対向面間の微小間隙に余剰汚泥を通過させてすり砕く余剰汚泥の処理方法が開示されている。

特許文献２は、初沈汚泥、余剰汚泥、その他バイオマス廃棄物等を含む汚泥を１組のディスクで発生する剪断力にて破砕して可溶化した後、バイオマス発酵槽に供給する汚泥処理システムが開示されている。

特許第２８０６４９５号公報 特許第６２７１７８７号公報

特許文献１は、対象汚泥として粒径が安定している余剰汚泥以外の記載や示唆がない。夾雑物や毛髪繊維類を内包する初沈汚泥等を対象とする場合、微小間隙しか開口がない石臼内での詰まりや絡みつきによる不具合が発生する。

特許文献２は、夾雑物や毛髪繊維類を内包する初沈汚泥も対象汚泥として記載されているが、１組のディスク周縁部が大きく開放されており、汚泥のすり潰し作用はない。
このように、ミル機能（すり潰し機能）を持った技術では、初沈汚泥の処置は困難とされてきた。

本発明は、高速回転ミルでありながら長繊維状物を含有する初沈汚泥単独処理を可能とし、余剰汚泥との混合処理や余剰汚泥単独処理も可能な有機汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法を提供する。

長繊維状物を含有する汚泥をすり潰して可溶化する有機汚泥の可溶化装置において、締付装置で離間自在に昇降する固定ディスクと所定の間隙を設けて配設する回転ディスクで構成した対向ディスクと、対向ディスクの内部に形成した円錐状の凹部に連通する供給管と、供給管を挿通し円錐状の凹部に延設する伸縮自在な集塵ロッドを有する集塵装置と、を備えるもので、汚泥に含まれる毛髪等の長繊維状物を装置内にて捕捉するので、長時間安定して運転を継続することが可能となる。

前記対向ディスクを囲うケーシングと、固定ディスクと連結した締付環と、締付環に連結する締付装置と、を備え、締付環は供給管を内挿する開口を有し、締付環の内周端および外周端にはそれぞれ供給管およびケーシングと摺動自在にシールする所定の幅を有するもので、可溶化装置の運転を継続しつつ補足した長繊維状物を排出するので汚泥の調製処理に影響がない。

前記対向ディスクの一方に所定の高さで凸部を形成し、凸部のない位置に締付装置を備えると、対向ディスクの間隙の調整が容易で安定的に調整汚泥を生成することが可能となる。

長繊維状物を含有する有機汚泥の汚泥可溶化方法において、可溶化処理は、汚泥をすり潰す調製工程と、汚泥内の長繊維状物を捕捉する捕捉工程と、補足した長繊維状物の掻き落とし工程と、夾雑物の排出工程と、を備えるもので、可溶化装置を長時間安定して運転を継続することが可能となる。

前記調製工程は、一対のディスクの少なくとも一方を回転させて対象物をすり潰す工程であるであるので、確実に汚泥を調製することができ、後段の汚泥処理に有用である。

本発明の有機汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法は、汚泥に含まれる毛髪等の長繊維状物を装置内にて捕捉するので、長時間安定して運転を継続することが可能となる。補足した長繊維状物は運転を継続しつつ所定の条件下で排出するので汚泥の調製処理に影響がない。
対向ディスクのすり潰し部に所定の凸部を設けるとともに締付装置で押さえているので、対向ディスクの間隙の調整が容易で安定的に調整汚泥を生成することが可能となる。

本発明に係る下水汚泥の処理フローである。 同じく、可溶化装置の縦断面図である。 同じく、図２のＡ－Ａ断面図である。

図１は本発明に係る下水汚泥の処理フローである。本装置の実施例として下水処理場に適用した場合の一例を以下に詳述する。
下水処理場に流れ込んだ流入水を分離する最初沈殿池１と、最初沈殿池１で分離した汚水中の有機物を浄化処理する反応タンク２と、反応タンク２の混合液を分離する最終沈殿池３と、最初沈殿池１で分離した生汚泥を濃縮する重力濃縮槽４と、最終沈殿池３で分離した余剰汚泥を濃縮する機械濃縮装置５と、重力濃縮汚泥および機械濃縮汚泥を調製する可溶化装置６，６と、可溶化装置６で調製した可溶化汚泥を嫌気性処理する消化槽７と、消化汚泥を固液分離する脱水機８からなる。

また、重力濃縮槽４は上澄液を最初沈殿池１前段へ返送している。最終沈殿池３より、余剰汚泥の一部を反応タンク２へ返送している。

なお、本実施例では重力濃縮汚泥と機械濃縮汚泥をそれぞれ個別に可溶化装置６にて調製しているが、上記汚泥を混合した後で１つの可溶化装置６で調製してもよい。

図２は可溶化装置の縦断面図である。
本実施例の可溶化装置６は、回転ディスク９と固定ディスク１０を対向させ、対向させたディスク内部に供給した汚泥を、ディスク表面の粗く微小な凹凸によってすり潰しながら微細化するものである。

対向ディスクは中心部から外周に向かって内部に円錐状の凹部１１を形成し、外周端近傍に水平部を有した円盤状のディスクを回転可能に対向している。一方のディスクは固定ディスク１０であり、中心部に有した供給口１２から内部へ汚泥が供給される。他方のディスクは回転ディスク９であり、他端に電動機１３を有する回転軸１４と連結している。本実施例では、対向ディスクを囲うケーシング１５に電動機１３を載置し、ケーシング１５を連通する回転軸１４を軸封するとともに、軸受にて軸支している。

固定ディスク１０の供給口１２には供給管１６を連通しており、供給管１６に接続する供給孔１７から汚泥を対向ディスクに供給する。また、供給管１６には内部の圧力を検知するための圧力計１８を取り付けている。

供給管１６の端部は集塵装置１９を備えた集塵台２０で密閉しており、集塵装置１９の集塵ロッド２１が対向ディスクの中心部近傍まで延出している。

対向するディスクの中心部の容積は広く、外周に向かうほど容積が狭くなっている。外周端近傍の水平部の間隙は１ｍｍ以下に設定し、中心部に供給された汚泥はポンプによる圧入圧力と回転ディスク９の遠心作用により外周側に移送されながらディスクの内面で微細化される。

微細化により、長さ０．１ｍｍ～３０ｍｍであった汚泥中の絡み合っていた繊維分と夾雑物や有機物は、長さ０．１ｍｍ～１ｍｍにすり潰される。

ディスク外部に排出された汚泥は、ディスクを囲うケーシング１５に連結された排出管２２を経て消化槽７へ送られる。

汚泥性状や処理量に応じて、可溶化装置あるいは対向ディスクを直列あるいは並設の多段に構成してもよい。

ここで、初沈汚泥を主体とする重力濃縮汚泥は、汚泥成分が約５０％、トイレットペーパー由来の短繊維分が約４５％、残りの数％が毛髪類や生理用品由来の長繊維状物あるいは木の葉などの夾雑物で構成されている。トイレットペーパー由来の短繊維分は、汚泥中に分散されて存在しており、対向ディスクの間隙を１ｍｍ程度に設定することで、すり潰されて容易に排出されることが分かっている。毛髪等の長繊維状物や夾雑物は、相互に絡みつき毛玉状になっているものも多く、対向ディスクの間隙からは排出され難い。そのため、その大半は内部空間の凹部に滞留して成長し続ける。それらは新たに供給される汚泥の抵抗となって連続排出を阻害する要因となり、対向ディスク内部の圧力が上昇し、連続運転に支障をきたすことになる。

本実施例では、集塵装置１９を上下に摺動自在な集塵ロッド２１を有する装置で構成しており、集塵ロッド２１を対向ディスクの中心部近傍まで延出した状態にて可溶化装置６を運転する。対向ディスクに供給された汚泥は、回転ディスク９の影響を受けて従動回転する際に、毛髪等の長繊維状物が集塵ロッド２１に絡みつき捕捉される。集塵ロッド２１に捕捉されなかった長繊維状物以外の汚泥は、大半が対向ディスクですり潰されながら外部に排出され、一部は毛玉状になりながら円錐状の凹部１１周辺に蓄積されていく。対向ディスクですり潰し難い汚泥中の夾雑物の内、長繊維状物を集塵ロッド２１にて捕捉するため、凹部１１周辺に蓄積する量が減少し、毛玉の成長速度を遅らせることができる。そのため、長時間に亘って可溶化装置を定常運転することが可能となる。

集塵装置１９は、例えばシリンダのような構成であり、集塵ロッド２１を集塵台２０側に縮小させることで、集塵台２０にて集塵ロッド２１に絡みついている長繊維状物を掻き落とすことができる。掻き落とされた長繊維状物の塊は、対向ディスクの円錐状の凹部１１に落下し、対向ディスクの間隙を大きく開放して機外に排出される。

対向ディスクを囲うケーシング１５の固定ディスク１０側は、電動機１３の回転軸１４方向に摺動自在な締付環２３を備えている。締付環２３は固定ディスク１０と公知の方法で連結しており、締付装置２５を作動させることで締付環２３と固定ディスク１０が同時に摺動する。締付環２３は固定ディスク１０の供給口１２と同様の開口を備え、内周端および外周端にはそれぞれ供給管１６およびケーシング１５と水密を保つためにシールする所定の幅を有している。供給管１６およびケーシング１５とは、例えばОリングのような摺動自在なシール部材２４が備えられている。

締付装置２５は、例えば油圧シリンダのようにロッド部が伸縮自在な部材を用いることが可能で、締付環２３以外の他部材にて固定されている。締付装置２５のロッド部を締付環２３の上面に接続しており、供給管１６およびケーシング１５と水密を維持した状態で、締付環２３を上下に昇降させることにより、固定ディスク１０を回転ディスク９側に離間自在に摺動させる。
なお、締付環２３と固定ディスク１０との間も適宜必要に応じてシール部材等にて水密する。

図３は図２のＡ－Ａ断面図である。
対向ディスクの間隙において、固定ディスク１０の２か所が所定の幅で中心点対称に凸部２６を有している。また、凸部２６のない位置にて同様に中心点対称で締付装置２５にて締付環２３を介して固定ディスク１０を抑えている。締付装置２５の位置は固定ディスク１０の凸部２６を結ぶ直線と中心点で直交する位置が望ましい。

対向ディスクの間隙を設定する際は、固定ディスク１０の凸部２６が回転ディスク９に接触するまで締付装置２５のロッド部を伸長するだけでよい。

回転ディスク９を固定ディスク１０の凸部２６に当接した状態で運転することにより、対向ディスクの間隙を一定に維持した状態で運転が可能となる。

凸部２６の高さは０．５mm～１．５mmが望ましく、汚泥の質や処理量等から適宜調整することにより、安定した可溶化処理が可能となる。

本実施例の凸部２６は、固定ディスク１０の中心点対称に水平部内周端から外周端まで連続的に２か所形成されているが、回転ディスク９側に凸部を形成してもよく、また、位置や数は適宜設定可能で、非連続的に形成しても構わない。

＜初期設定＞
有機汚泥の性状や処理量等に応じて汚泥の供給量および回転ディスク９の回転数を設定する。また、長繊維状物の含有量等に応じて集塵ロッド２１の伸長距離、排出工程Ｓ１に移行する圧力および対向ディスクを開放するために固定ディスク１０を上方に引き上げる締付装置２５の縮小距離および引き上げる時間を設定する。

＜調製工程Ｓ１＞
電動機１３により回転ディスクを予め設定した回転数にて回転させる。その後、汚泥を図示しない供給装置により供給孔１７から可溶化装置内に供給する。供給管１６を通じて対向ディスクの凹部１１に供給された汚泥は、回転ディスク９の遠心力により外方に移動し、水平部で構成された間隙ですり潰された後、対向ディスクの外周端からケーシング１５内に押し出され排出管２２より外部に排出される。

＜捕捉工程Ｓ２＞
対向ディスクに供給された汚泥は、回転ディスク９の影響を受けて従動回転する際に、毛髪等の長繊維状物が集塵ロッド２１に絡みつき捕捉される。集塵ロッド２１に捕捉されなかった長繊維状物以外の汚泥は、大半が対向ディスクですり潰されながら外部に排出され、一部は毛玉状になりながら円錐状の凹部１１周辺に蓄積されていく。

＜圧力検知＞
時間の経過とともに毛玉が成長すると、その毛玉が汚泥排出抵抗となり、対向ディスクの内部圧力が徐々に上昇する。
締付装置２５の締付力以上の内部圧力になると固定ディスク１０が上昇して対向ディスクの間隙が大きくなる。そのため、供給管１６に取り付けている圧力計１８が締付力より大きい予め定めた所定の内部圧力を検知した場合、毛玉の排出工程Ｓ４に移行する。

＜掻き落とし工程Ｓ３＞
対向ディスクの内部圧力が所定の圧力に達すると、排出工程Ｓ４に移行する前に、集塵装置１９の集塵ロッド２１を縮小し、集塵台２０にて集塵ロッド２１に絡みついている夾雑物を対向ディスクの円錐状の凹部１１に掻き落とす。集塵台２０と集塵ロッド２１との摺動部にスクレーパを配設してもよい。

＜排出工程Ｓ４＞
掻き落とし工程Ｓ３が完了すると、締付装置２５のロッドを縮小して固定ディスク１０を上方に引き上げ、対向ディスクの間隙を大きく開放する。対向ディスクの凹部１１に掻き落とされた夾雑物の塊と円錐状の凹部１１で成長した毛玉は、回転ディスク９の遠心力により対向ディスクの大きく開放された間隙からケーシング１５内に移動し、排出管２２より排出される。
夾雑物を排出するのに十分な時間だけ対向ディスクの間隙を大きく開放し、その時間は適宜定めることができる。
なお、上記一連の工程では汚泥供給および回転ディスク９の回転は設定値を維持した状態で行う。

予め定めた開放時間が経過すると、締付装置２５のロッド部を伸長して固定ディスク１０を所定位置に戻して汚泥のすり潰しを再開すると共に、集塵ロッド２１を対向ディスクの凹部１１中央近傍まで伸長する。

本発明の有機汚泥の可溶化装置および汚泥可溶化方法は、汚泥中に含まれる長繊維状物を装置内にて捕捉し、機外に排出することができるので、長時間に亘って安定的な調整汚泥を生成可能である。したがって、汚泥中に長繊維状物が混入している下水汚泥や食品残渣処理に非常に有効で、汚泥消化工程を有する下水処理施設や食品残渣処理施設等に適用できる。下水汚泥処理に適用すると消化工程で発生する消化ガスを増大させることができる。

９ 回転ディスク
１０ 固定ディスク
１１ 凹部
１５ ケーシング
１６ 供給管
１９ 集塵装置
２１ 集塵ロッド
２３ 締付環
２５ 締付装置
２６ 凸部
Ｓ１ 調製工程
Ｓ２ 捕捉工程
Ｓ３ 掻き落とし工程
Ｓ４ 排出工程

Claims (5)

1. 長繊維状物を含有する汚泥をすり潰して可溶化する有機汚泥の可溶化装置において、
   締付装置（２５）で離間自在に昇降する固定ディスク（１０）と所定の間隙を設けて配設する回転ディスク（９）で構成した対向ディスクと、
   対向ディスクの内部に形成した円錐状の凹部（１１）に連通する供給管（１６）と、
   供給管（１６）を挿通し円錐状の凹部（１１）に延設する伸縮自在な集塵ロッド（２１）を有する集塵装置（１９）と、を備える
   ことを特徴とする有機汚泥の可溶化装置。
2. 前記対向ディスクを囲うケーシング（１５）と、
   固定ディスク（１０）と連結した締付環（２３）と、
   締付環（２３）に連結する締付装置（２５）と、を備え
   締付環（２３）は供給管（１６）を内挿する開口を有し、
   締付環（２３）の内周端および外周端にはそれぞれ供給管（１６）およびケーシング（１５）と摺動自在にシールする所定の幅を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の有機汚泥の可溶化装置。
3. 前記対向ディスクの一方に所定の高さで凸部（２６）を形成し、
   凸部（２６）のない位置に締付装置（２５）を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機汚泥の可溶化装置。
4. 長繊維状物を含有する有機汚泥の汚泥可溶化方法において、
   可溶化処理は、
   汚泥をすり潰す調製工程（Ｓ１）と、
   汚泥内の長繊維状物を捕捉する捕捉工程（Ｓ２）と、
   補足した長繊維状物の掻き落とし工程（Ｓ３）と、
   夾雑物の排出工程（Ｓ４）と、を備える
   ことを特徴とする汚泥可溶化方法。
5. 前記調製工程（Ｓ１）は、
   一対のディスクの少なくとも一方を回転させて対象物をすり潰す工程である
   ことを特徴とする請求項４に記載の汚泥可溶化方法。

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