JP7255073B2 - 脱水ケーキの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、固液分離装置により汚泥を脱水した後に、脱水ケーキを洗浄する脱水ケーキの洗浄方法に関する。

従来、上水等の無機性汚泥や、下水、し尿、食品生産加工排水等の有機性汚泥を濃縮・脱水する固液分離装置は知られている。無機性汚泥はフィルタープレス等で加圧脱水し、有機性汚泥は高分子凝集剤で凝集した後にベルトプレス等で加圧脱水して脱水ケーキとろ液とに分離している。

そして、上記汚泥を固液分離する際に、水溶性の不純物を除去あるいは回収する技術として、ろ過室の濃縮汚泥に洗浄水を供給し、本来汚泥が有している水分と洗浄水とを置換した後に脱水する技術は、例えば特許文献１および特許文献２に記載されているように公知である。

また、汚泥を固液分離して脱水ケーキを生成する方法において、汚泥に微細気泡を包含させた状態で固液分離装置にて脱水する方法は、特許文献３に記載されている。

特開２００３－１６４７１１号公報 特開平７－１２４４１７号公報 特開２０１８－１４０３３４号公報

固液分離装置で原液の水分に含まれる水溶性の不純物を除去せずに固液分離すると、生成される脱水ケーキ中に大量の不純物が残留する。

特許文献１は、フィルタープレスによる固形分の分離方法であって、原液をろ過室に供給した後に、ろ過室内に洗浄水を供給して不純物を含有する水分を溶出するものであるが、ろ過室内には供給した洗浄水の水分が大量に残留しており、洗浄水供給後の圧搾・脱水に長時間を要する。また、当初から固形分と接触している水分は分子間力で強固に密着しており、洗浄水を供給しても容易に剥離しない。

特許文献２は、水平ベルトフィルターによる固形分の分離方法であって、原液をろ過ベルト上に供給した後に、真空吸引しつつ洗浄水を散布してケーキの有効成分を洗い出すものであるが、フィルタープレスと同様に、ろ過室内には供給した洗浄水の水分が大量に残留しており、洗浄水供給後の圧搾・脱水に長時間を要する。

特許文献３は、汚泥に微細気泡を包含させた状態で固液分離装置に供給し、固液分離装置により脱水ケーキとろ液とに分離するものであるが、汚泥に微細気泡を均等に混合させるための装置が必要となる。また、微細気泡を包含した脱水ケーキに洗浄水を供給すると、洗浄水の圧力により脱水ケーキ中の微細気泡を剥離・排出し、結果的に洗浄水と微細気泡を置換することになり、洗浄水供給後の圧搾・脱水に長時間を要する。

本発明は、固液分離装置にて汚泥を脱水後、濃縮汚泥に微細気泡を含有する洗浄水を供給し、濃縮汚泥中の水分と微細気泡を含有する洗浄水とを置換する脱水ケーキの洗浄方法を提供する。

本発明は、固液分離装置で脱水した汚泥に洗浄水を供給し、汚泥中の水分と洗浄水とを置換する脱水ケーキの洗浄方法において、微細気泡発生装置で生成した微細気泡を洗浄水に混合し、微細気泡を包含させた洗浄水を脱水ケーキに供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するとともに、汚泥粒子間に微細気泡を付着させるもので、微細気泡を含んだ洗浄水を供給することで、洗浄工程で脱水ケーキの含水率が低下する。

また、複数のろ板を並列してろ板間にろ過室を形成し、ろ過室に汚泥を供給して脱水工程を行った後に洗浄水を供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するフィルタープレスにおいて、微細気泡発生装置で生成した微細気泡を洗浄水に混合し、微細気泡を包含させた洗浄水をろ過室に供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するとともに、汚泥粒子間に微細気泡を付着させると、閉鎖されたろ過室内のため洗浄効率が高い。

洗浄水をろ過室に連通する汚泥供給口から供給し、ろ液および洗浄水をろ過室に連通する排出孔から排出する、あるいは洗浄水をろ過室に連通する一方の排出孔から供給し、ろ液および洗浄水をろ過室に連通する他方の排出孔から排出すると、ろ過室内の脱水ケーキを縦断あるいは横断することにより、圧密された汚泥に含まれる水溶性の不純物を外部に排出する。

ろ過室に汚泥を圧入供給して１次脱水した後、微細気泡を包含した洗浄水を汚泥供給口からろ過室に供給してケーキ洗浄し、ろ過室を圧搾して２次脱水した後、微細気泡を包含した洗浄水をろ液の排出孔からろ過室に供給してケーキ洗浄すると、１次脱水の後、微細気泡を含んだ洗浄水を供給することで、後段の２次脱水での脱水効果が向上するとともに、２次脱水後にも微細気泡を含んだ洗浄水を供給するので、不純物の除去効果が高い。

本発明は、固液分離装置にて生成された脱水ケーキ中の水分を洗浄水に置換することにより、脱水ケーキの水分に含まれる有害な不純物を除去できるものである。特に、微細気泡を含んだ洗浄水を供給することで、マイナス電荷を帯びた微細気泡がプラス電荷の物質（濃縮汚泥中の固形分）に吸着する性質を利用でき、汚泥粒子間を微細気泡が占有し、洗浄工程で含水率が低下する。また、微細気泡が占有した汚泥粒子間がろ液の抜け道となり、後段の２次脱水での脱水効果が向上する。

本発明に係る洗浄方法のフロー図である。 同じく、脱水時の脱水ケーキの状態図である。 同じく、洗浄時の脱水ケーキの状態図である。 同じく、実施例１のフィルタープレスの概念図である。 同じく、実施例１の洗浄水の供給フロー図である。 同じく、実施例２の洗浄水の供給フロー図である。

図１は洗浄方法のフロー図である。無機性汚泥や、下水、し尿、食品生産加工排水等の有機性汚泥（以下「汚泥」という。）を一時的に貯留している汚泥貯留槽１から汚泥供給ポンプ２により汚泥供給管３を介して固液分離装置４に汚泥を移送する。なお、汚泥供給管３に凝集混和槽（図示せず）を配設し、凝集混和槽にて汚泥を凝集させた後、固液分離装置４に供給してもよい。

洗浄水槽５では、微細気泡発生装置６により生成した微細気泡と水を混合した洗浄水を貯留する。洗浄水は洗浄水供給ポンプ７により洗浄水供給管８を介して固液分離装置４に移送する。

微細気泡発生装置６は、およそ５０ミクロン以下の気泡を発生させる装置であって、薬液法、過飽和法、気液２相流旋回法等の公知の装置が存在するが、汚泥性状や固液分離装置４の仕様に応じて適宜選択できる。本実施例では、外部からエアーを取り込み、取り込んだエアーを装置内の回転機構による乱流生成及び攪拌せん断によって微細気泡化して放出する気液２相流旋回法を用いている。

固液分離装置４は、水分を含有した汚泥を固液分離して、ろ液と脱水ケーキとを生成するもので、固液分離装置４が備える圧力可変手段により汚泥にかかる圧力を調整して汚泥から水分を分離するものをいう。

固液分離装置４としては、例えば、加圧式ではフィルタープレス、ベルトプレス、スクリュープレス等の脱水機が適用できる。また、例えば減圧式では真空脱水機が適用できる。

ここでいう脱水ケーキとは、固液分離装置４の脱水作用により生成した脱水ケーキを強固に圧密した結果、およそ６０～９０％の含水率を有する固形物質としたものであって、固形物濃度が１～４％の濃縮汚泥（スラリー）とは相違する。

図２は脱水時の脱水ケーキの状態図である。水溶性の不純物を含有する汚泥は、汚泥貯留槽１から汚泥供給ポンプ２によって汚泥供給管３を通じて固液分離装置４に供給される。そこで、重力作用、減圧作用、圧搾作用、遠心作用等による１次脱水に伴って小さな汚泥粒子が互いに圧密され、粒子間の水分がろ過面１０へと移動して排出される。

しかし、固形分である汚泥粒子と水分は分子間力で密着しており、前記脱水作用を汚泥に付与しても、汚泥粒子間に残存する水分は容易に汚泥粒子から分離しない。

図３は洗浄時の脱水ケーキの状態図である。固液分離装置４による１次脱水後、脱水ケーキのケーキ洗浄を行う。含水率が低下している脱水ケーキに洗浄水を圧入あるいは噴射して汚泥粒子間の水分を洗浄水と置換する。ここでは洗浄水槽５に貯留する洗浄水に、微細気泡発生装置６で生成した微細気泡を包含させ、洗浄水供給ポンプ７によって洗浄水供給管８を通じて固液分離装置４に供給する。汚泥に含まれる水溶性の不純物は、ろ過面１０へと移動して外部に排出される。

洗浄水は、固液分離装置４の仕様あるいは脱水ケーキの圧密状態に応じて、所定の圧力、時間にて供給する。

洗浄水に含有している微細気泡はマイナス電荷を帯びているため、プラス電荷の物質（濃縮汚泥中の固形分）に吸着する性質がある。そのため、気泡が固形分に吸着し、当初から固形分と接触している水分を容易に剥離させる。

圧密された汚泥粒子には微細気泡が付着し、汚泥粒子間に空隙を形成して水分の通路となる。したがって、ケーキ洗浄後に行う２次脱水の際には圧密された汚泥粒子間から残存水分が効率よくろ過面１０へと排出され、脱水効率が向上する。

また、微細気泡を含有することで汚泥の密度が低下し、汚泥粒子間の水分の表面張力が低下する。その結果、汚泥粒子間あるいは汚泥粒子内部に残存する水分が外部に排出され易くなり、脱水効率が向上する。

加圧式のベルトプレス、スクリュープレスでは、汚泥に含まれる水溶性の不純物を取り除くだけでなく、洗浄水に含まれる微細気泡が汚泥粒子間に付着することにより、汚泥粒子間から水分が効率よくろ過面１０へと排出される。

減圧式の真空脱水機では、ろ過面１０から吸引されて圧密堆積した汚泥を、微細気泡を含有する洗浄水にて洗浄することで、汚泥に含まれる水溶性の不純物を取り除くとともに、汚泥粒子間から水分が効率よくろ過面１０へと吸引排出される。

他の方式の固液分離装置４でも同様の技術を適用できるが、特にフィルタープレスに適用すると、１次脱水後の洗浄工程および洗浄工程後の２次脱水工程で高い効果を得られる。

洗浄水は、工業用水等の不純物濃度の低い排水を用いることができ、固液分離装置４の仕様あるいは対象汚泥により任意に使い分けしても構わない。

図４は実施例１のフィルタープレスの概念図である。本実施例では、固液分離装置４として加圧式のフィルタープレスを用いている。フィルタープレス１１は前後のフレーム１２，１３間に橋架したガイドレール１４上に多数のろ板１５…を移動自在に支架している。一方のフレーム１３に設けた開閉装置１６で、多数のろ板１５…を軸方向に移動させるようにしている。ろ板１５には凹面状のろ過床１７が形成され、このろ過床１７にろ布１８を張設し、隣接するろ板１５，１５間にろ過室９を形成している。

フィルタープレス１１には外部から汚泥供給管３を接続して汚泥をろ過室９に供給する。汚泥はろ過室９で固液分離され、固形分は圧密されて脱水ケーキとしてろ過室９に残留し、水分はろ液としてろ液排出管１９から外部に排出される。

また、ろ板１５にはろ過室９に連通する洗浄水供給管８を接続し、洗浄水槽５から洗浄水をろ過室９に供給する。また、ろ板１５にろ液排出管１９の一端を接続し、ろ過室９からろ液排出管１９を経てろ液とともに洗浄水を外部に排出する。

洗浄水供給管８は汚泥供給管３の一部を介して汚泥の供給路側からろ過室９へ連通しており、洗浄水供給管８の一部を分岐してろ液排出管１９の一部を介してろ液の排出路側からもろ過室９へ連通している。

１次脱水として、まず汚泥貯留槽から汚泥供給管を介してフィルタープレス１１に汚泥を供給する。その時、汚泥供給路に介装する弁Ｖ１，Ｖ２およびろ液を外部に排出する経路に介装する弁Ｖ５は開とし、洗浄水路に介装する弁Ｖ３，Ｖ４は全て閉とする。

図５は実施例１の洗浄水の供給フロー図である。隣接するろ板１５，１５にそれぞれ凹面状のろ過床１７，１７を形成してろ過室９を構成している。ろ板１５の上部には供給汚泥の連通管２０が設けてあり、汚泥供給口２２を介してろ過室に連通している。汚泥供給管３から汚泥をろ過室９に圧入供給してろ布１８で固液分離（１次脱水）を行う。分離したろ液は、ろ板１５，１５のろ過床１７，１７に排出し、ろ板１５，１５の下端に設けた一対のろ液の排出孔２１，２１から抜き出して、それぞれろ液排出管１９，１９に排出する。

本実施例の脱水ケーキの洗浄方法では、汚泥の供給路である連通管２０から洗浄水を供給することを特徴とする。まず洗浄水槽５から連通管２０に至るまでに介装している弁Ｖ３，Ｖ２およびろ液を外部に排出する経路に介装する弁Ｖ５を開とし、汚泥の供給路に介装する弁Ｖ１および洗浄水槽５からろ液の排出孔２１に至るまでに介装する弁Ｖ４を閉とする。なお、洗浄水供給管８を汚泥供給管３に接続してあり、汚泥供給管３の一部を介して洗浄水を連通管２０に導入する。洗浄水は連通管２０から各ろ過室９に供給される。

連通管２０からろ過室９に供給された洗浄水は、ろ過室９内の脱水ケーキの内部を縦断しつつ、汚泥に含まれる水溶性の不純物を左右のろ布へと押し出し、ろ過床１７の排出孔２１から外部に排出する。なお、洗浄水の供給圧力、供給時間は汚泥性状等に応じて適宜決定する。

微細気泡を含有する洗浄水を通水することで、汚泥中の水分を洗浄水に置換し、生成される脱水ケーキから不純物を除去できる。また、洗浄水は微細気泡を含んでいるため、洗浄後の汚泥粒子間に微細気泡が残り脱水ケーキの含水率が低下する。

ケーキ洗浄後、汚泥の仕様に応じて２次脱水を行ってもよい。本実施例の２次脱水は、ろ過室９に付設したダイアフラム（図示せず）を膨張させて汚泥を圧搾する。その時、ろ液を排出する経路に介装する弁Ｖ５は開とし、汚泥供給路および洗浄水路に介装する弁Ｖ１～Ｖ４は全て閉とする。

微細気泡を含有する洗浄水でケーキ洗浄を行うことで、洗浄水中の微細気泡が汚泥粒子に付着し、汚泥粒子間に空隙を形成する。２次脱水の前段でケーキ洗浄を行うと、後段の脱水時には汚泥粒子間に形成された空隙から水分が効率よく排出され、含水率を低下させることができる。

図６は実施例２の洗浄水の供給フロー図である。本実施例の脱水ケーキの洗浄方法では、ろ液の排出路から洗浄水を供給することを特徴とする。まず洗浄水槽５から一方のろ液の排出孔２１ａに至るまでに介装している弁Ｖ３，Ｖ４を開とし、汚泥の供給路に介装する弁Ｖ１，Ｖ２および一方のろ液の排出孔２１ａからろ液を外部に排出する経路に介装する弁Ｖ５を閉とする。なお、洗浄水供給管８は一方のろ液排出管１９ａの一部を介して一方の排出孔２１ａに接続してあり、微細気泡を含んだ洗浄水は排出孔２１ａから各ろ過室９に供給される。

一方の排出孔２１ａからろ過室９に供給された洗浄水は、ろ過室９内の脱水ケーキの抵抗によりろ過床１７に沿って広がった後、供給圧力により脱水ケーキ内部を横断し、脱水ケーキ中の水分に含まれる水溶性の不純物を他方へ押し出し、他方の排出孔２１ｂからろ液排出管１９ｂを経て外部に排出される。なお、洗浄水の供給圧力、供給時間は汚泥性状等に応じて適宜決定する。

２次脱水の後段でケーキ洗浄を行うことで、２次脱水時に汚泥から分離した水分を洗浄水と置換し、さらに汚泥中の不純物を除去可能となる。

洗浄水の導入路は、汚泥の供給側からでもろ液の排出側からでも問題なく、フィルタープレス１１の形態に応じて適宜選択できる。また、ケーキ洗浄後に２次脱水を行うこと、および２次脱水後に再度ケーキ洗浄を行うことについてもフィルタープレス１１の仕様や汚泥性状に応じて適宜選択できる。

本発明に係る脱水ケーキの洗浄方法は、脱水ケーキに含まれる水溶性の不純物を除去するとともに、脱水作用を向上させてケーキ含水率が低下するもので、脱水ケーキの後処理の負担を軽減できる。特に、有機性汚泥を多く含む生産プロセスや産業排水に用いる固液分離装置に適しており、環境に配慮した処理方法となる。

４ 固液分離装置
６ 微細気泡発生装置
９ ろ過室
１１ フィルタープレス
１５ ろ板
２１ 排出孔
２２ 汚泥供給口

Claims (5)

1. 固液分離装置（４）で脱水した汚泥に洗浄水を供給し、汚泥中の水分と洗浄水とを置換する脱水ケーキの洗浄方法において、
   微細気泡発生装置（６）で生成した微細気泡を洗浄水に混合し、
   微細気泡を包含させた洗浄水を脱水ケーキに供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するとともに、汚泥粒子間に微細気泡を付着させる
   ことを特徴とする脱水ケーキの洗浄方法。
2. 複数のろ板（１５）を並列してろ板（１５）間にろ過室（９）を形成し、ろ過室（９）に汚泥を供給して脱水工程を行った後に洗浄水を供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するフィルタープレス（１１）において、
   微細気泡発生装置（６）で生成した微細気泡を洗浄水に混合し、
   微細気泡を包含させた洗浄水をろ過室（９）に供給して脱水ケーキ中の水溶性不純物を除去するとともに、汚泥粒子間に微細気泡を付着させる
   ことを特徴とする脱水ケーキの洗浄方法。
3. 前記洗浄水をろ過室（９）に連通する汚泥供給口（２２）から供給し、
   ろ液および洗浄水をろ過室（９）に連通する排出孔（２１）から排出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の脱水ケーキの洗浄方法。
4. 前記洗浄水をろ過室（９）に連通する一方の排出孔（２１）から供給し、
   ろ液および洗浄水をろ過室（９）に連通する他方の排出孔（２１）から排出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の脱水ケーキの洗浄方法。
5. 前記ろ過室（９）に汚泥を圧入供給して１次脱水した後、
   微細気泡を包含した洗浄水を汚泥供給口（２２）からろ過室（９）に供給してケーキ洗浄し、
   ろ過室（９）を圧搾して２次脱水した後、
   微細気泡を包含した洗浄水をろ液の排出孔（２１）からろ過室（９）に供給してケーキ洗浄する
   ことを特徴とする請求項２に記載の脱水ケーキの洗浄方法。

Images