JPH05104100A - 有機質汚泥の調質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価でかつ脱水汚泥含水率を低減することが
できる有機質汚泥の調質方法を提供する。 【構成】 被調質汚泥に多価金属化合物（例：塩化第二
鉄）およびカルボン酸（例：酢酸）を添加することによ
り被調質汚泥のpH値を５．５〜６．５の範囲に維持し、
さらに少量の高分子擬集剤を添加することにより調質を
行なう。必要に応じ、さらに酸化材（例：過酸化水素）
を添加して調質を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般家庭排水や公共排水
等の処理装置において、その排水に含まれる浮遊性固形
物および溶存性固形物の分離により発生する汚泥の脱水
操作時に行われる有機質汚泥の調質方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般家庭排水や公共排水等の処理装置に
おいては、排水は前沈殿、曝気槽におけるエアレーショ
ン、後沈殿を含む一連の操作により排水中の浮遊性固形
物および溶存性固形物が分離され、固形物２．５〜３％
を含む汚泥（スラッジ）に濃縮される。こうして発生し
た汚泥は好気性消化または嫌気性消化のいずれかの方法
により減量化、安定化された後コロイド粒子を凝結する
ため調質され、フィルターにより脱水圧縮して脱水汚泥
（ケーキ）とし、この脱水汚泥を焼却炉に運び焼却す
る。

【０００３】上記工程において、汚泥を脱水圧縮して脱
水汚泥とする際に、汚泥中の有機質コロイド粒子をでき
るだけ凝結させておくことは脱水操作を容易とし、脱水
操作によって得られた脱水汚泥の含水率を少なくするた
め、その後の運搬、焼却のためのエネルギー消費を節約
する上で極めて重要であり、このため脱水操作前の有機
質汚泥の調質は不可欠の工程である。

【０００４】従来脱水操作時における有機質汚泥の調質
方法としては生物法、加熱法および薬剤添加法が知られ
ているが、その中で近年比較的に多用されているのは、
薬剤法中、多価金属・消石灰添加法および高分子凝集剤
添加法である。

【０００５】周知のとおり有機質汚泥のコロイド粒子は
負に荷電しており、この電荷ポテンシャルを低下させ、
コロイド粒子相互間の反撥を減少させることによってコ
ロイド粒子を凝集させることを狙って、従来の多価金属
化合物・消石灰添加法は汚泥中の固形物量に対し約２０
〜２５％の塩化第二鉄等の多価金属化合物をコロイド凝
集剤として添加し、さらに脱水の際汚泥を多孔質にして
しぼり易くするため汚泥中の固形物量に対し約３０〜５
０％の消石灰を添加するものである。この方法による
と、脱水前の被調質汚泥のｐＨは１０以上となる。しか
しながらこの方法によると脱水汚泥の含水率は満足しう
る程度に低下させることができない上に、多量の消石灰
を添加するためスラッジ量が嵩み脱水効率が悪いという
欠点がある。

【０００６】そこで、現在では高分子凝集剤を被調質汚
泥に添加する高分子凝集剤添加法が有機質汚泥調質方法
として広く用いられている。この高分子凝集剤添加法
は、正負いずれかに荷電した分子量の大きい有機物を被
調質汚泥に添加することにより、汚泥中の有機質コロイ
ド粒子を凝結させ、さらにこうして凝結した多数の粒子
からなる凝結物どうしを架橋させることにより脱水汚泥
の含水率を減少せしめようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の高分子凝集
剤添加法によれば、高分子凝集剤の必要添加量は被調質
汚泥中の浮遊性固形物量に対し約０．８０〜１．２０％
とされている。高分子凝集剤は極めて高価であり、被調
質汚泥の固形物量に対しこのように大きな添加比率の高
分子剤を添加しなければならないので、この方法による
有機質汚泥の調質はコスト高となる欠点がある。

【０００８】また、このような高価な高分子凝集剤の多
量添加にもかかわらず、脱水汚泥の含水率は約７９〜８
２％（前処理が嫌気性消化の場合）であり、この含水率
は必ずしも充分満足すべきものではないが、この方法で
はこれよりも低い含水率を得ることは不可能とされてい
る。高分子凝集剤の作用は、前記のとおり、汚泥中の有
機質コロイド粒子を凝結させ、さらにコロイド粒子の凝
結物どうしを架橋させることであるが、低い含水率が得
られないのは、有機質コロイド粒子表面の極性基等によ
る水和物の生成により、各コロイド粒子表面が水和物の
被膜により覆われ、コロイド粒子どうしの凝結により生
成した凝結物が比較的多量の水を含んでいるためであろ
うと考えられている。また高分子凝集剤自身も表面に極
性基を有するため表面に水和物が生成し、脱水汚泥の含
水率の低下を阻げる一要因となっていると考えられてい
る。この方法においては、高分子凝集剤は有機質コロイ
ド粒子どうしの凝結に消費されるものと、コロイド粒子
の凝結物どうしの架橋に消費されるものとの双方が必要
となる上に、極性基による水和物の生成のため有機質コ
ロイド粒子どうしの凝結状態は比較的に弱いものであ
り、こうして生成した弱い凝結状態の凝結物どうしを架
橋させるためには多量の高分子凝集剤が必要となる。こ
れらの理由により、この方法においては、多量の高分子
凝集剤の添加を必要とするものと考えられている。

【０００９】このように、従来の高分子凝集剤添加法は
高価な高分子凝集剤を多量に添加しなければならずコス
ト高となる上に、得られる脱水汚泥含水率も充分満足で
きるものではない。本発明は、上記従来の調質方法の問
題点にかんがみなされたものであって、より安価でしか
もより低い脱水汚泥含水率を得ることができる有機質汚
泥の調質方法を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、上記目的を達成するため研究と実験を重ねた結果、
被調質汚泥に多価金属化合物、カルボン酸および高分子
凝集剤を添加し、被調質汚泥のｐＨ値を５．５〜６．５
の範囲に維持することによって、高分子凝集剤の添加量
を従来方法に比べて大幅に減少させ、汚泥調質のコスト
を低下させるとともに、脱水汚泥含水率を従来方法に比
べて顕著に低下させることができることを発見し、本発
明に到達した。

【００１１】すなわち、本発明の目的を達成する有機質
汚泥の調質方法は、有機質を含む排水の処理工程中発生
する汚泥の脱水操作において、被調質汚泥に多価金属化
合物、カルボン酸および高分子凝集剤を添加し、被調質
汚泥のｐＨ値を５．５〜６．５の範囲に維持することに
より調質を行うことを特徴とするものである。

【００１２】多価金属化合物およびカルボン酸の添加が
汚泥中の有機質コロイド粒子の凝結に及ぼす作用の詳細
なメカニズムは不明であるが、実験の結果これら両者の
添加によりｐＨ値を５．５〜６．５の範囲に維持すると
被調質汚泥中の有機質コロイド粒子の凝結が顕著に行わ
れ、しかもコロイド粒子の凝結により生じた凝結物は従
来の高分子凝集剤による凝結物よりも水和物が少なく、
したがって脱水汚泥の含水率を従来よりも低下させるこ
とができることが判った。

【００１３】下水のｐＨは通常７．５〜８程度である
が、今多価金属化合物として塩化第二鉄を選びその添加
量を種々変化させることにより被調質汚泥のｐＨを変化
させ、被調質汚泥のｐＨ変化と脱水汚泥の含水率変化の
関係を実験により調べた。その結果を図１に示す。有機
質汚泥の減量化・安定化のための前処理が好気性消化か
嫌気性消化かによって生成汚泥の組成が異る。すなわ
ち、汚泥中の全固形物量（有機質、無機質双方を含む）
中８００〜８５０℃の加熱により気化する有機質固形分
である灼熱減量は好気性消化による場合は６８〜７５％
を占めるが、嫌気性消化による場合は５４〜５８％であ
る。このように汚泥の組成が異るため、同一ｐＨにおい
ても好気性消化による被調質汚泥の脱水汚泥含水率は嫌
気性消化による被調質汚泥の脱水汚泥含水率よりも高い
価を示している。なお、図１の実験においてはカルボン
酸として酢酸を浮遊性固形物量に対して０．５％、高分
子凝集剤（分子量中程度）０．０５％を添加した。

【００１４】図１から、従来の高分子凝集剤添加法によ
る嫌気性消化による汚泥の場合の脱水汚泥含水率（７９
〜８２％）よりも低い脱水汚泥含水率が確実に得られる
ｐＨは６．５以下であることが判る。またｐＨ５．５未
満においても従来方法よりも低い脱水汚泥含水率が得ら
れるが、低いｐＨ値では装置中汚泥が接触する部分が急
速に腐蝕するので好ましくない。したがって従来方法よ
りも低い脱水汚泥含水率を得るための最適ｐＨ範囲はｐ
Ｈ５．５〜６．５であることが判った。なお、実験によ
れば、ｐＨ７．０以上およびｐＨ４．５以下のｐＨ領域
においては被調質汚泥はゾル状態となり、コロイド粒子
の凝結は観察されなかった。

【００１５】多価金属酸化物としては塩化第二鉄が好適
であり、その他硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニ
ウム等を使用することができる。コロイド粒子凝結のた
めに適当な多価金属酸化物の添加量は、たとえば塩化第
二鉄の場合は含有灼熱減量の関数として求めることもで
きるが、関数式にこだわることなく、被調質汚泥のｐＨ
維持の添加量を決定しなくてはならない。

【００１６】こうして基準となる多価金属酸化物の添加
量を求め、添加されるカルボン酸によるｐＨ値の低下度
をも考慮して多価金属酸化物およびカルボン酸双方の添
加による被調質汚泥のｐＨが５．５〜６．５の範囲に収
まるように多価金属酸化物の添加量を適宜調節して添加
すればよい。

【００１７】カルボン酸としては酢酸、ギ酸、シュウ
酸、安息香酸等特に限定はないが、工業的にもっとも安
価に入手しうるカルボン酸として酢酸が特に好ましい。
カルボン酸の添加がコロイド粒子凝結に及ぼす作用のメ
カニズムの詳細は上記のとおり不明である。添加された
多価金属化合物と有機質コロイド粒子との反応により生
成した金属水酸化物（たとえば塩化第二鉄を添加した場
合生成する水酸化第一鉄）は極性基を有するため水和し
て水の被膜で覆われ、このためこの水和した金属水酸化
物を多量に含有する脱水汚泥は含水率がその分高くなら
ざるを得ないが、カルボン酸の添加により、カルボン酸
と金属水酸化物が反応してカルボン酸塩となり水和が阻
止される結果脱水汚泥の含水率が低下することもあるの
ではないかと推測される。

【００１８】図２はカルボン酸の添加量と脱水汚泥含水
率の関係を示す実験データのグラフである。この実験に
おいては、被調質汚泥中の灼熱減量に対し１３．５％の
塩化第二鉄を添加し、またカルボン酸として酢酸を添加
し、その添加量を種々変更して脱水汚泥含水率の変化を
観察した。塩化第二鉄と酢酸の添加によるｐＨの変化範
囲は５．６〜６．２であった。なお、塩化第二鉄と酢酸
の添加後さらに灼熱減量に対し０．０５％の高分子凝集
剤を添加した。図２から嫌気性消化汚泥の場合灼熱減量
に対して０．３５％以上のカルボン酸を添加することに
より脱水汚泥含水率を７２〜７６％に押えることができ
ることが判る。

【００１９】本発明の一側面において、有機質汚泥の調
質方法は、上記本発明の調質方法に加えてさらに被調質
汚泥に酸化物を添加することを特徴とする。酸化剤添加
の被調質汚泥に対する作用は第１に汚泥の粘性低下であ
り、第２に汚泥から生じる悪臭に対する消臭作用であ
る。汚泥の粘性低下については好気性消化汚泥と嫌気性
消化汚泥との間で差異があり、酸化剤０．３〜０．５％
の添加量に対し好気性消化汚泥においては汚泥の粘性の
低下傾向が観察されたが、嫌気性汚泥においては粘性低
下傾向はほとんど観察されなかった。これは、処理方式
の関係上好気性消化汚泥の場合は有機物残査中の高分子
有機物質の低分子化が酸化物の添加によりすみやかに進
行し、嫌気性消化汚泥の場合は高分子有機物の低分子化
がすでにほとんど終了しており、酸化剤添加による低分
子化の余地がほとんどないことに由来すると考えられ
る。したがって汚泥の粘性低下作用に関しては、好気性
消化汚泥の場合は酸化剤の添加は有効であり、嫌気性消
化汚泥については不必要と考えられる。一方酸化剤添加
による消臭作用は好気性消化汚泥、嫌気性消化汚泥の双
方とも顕著なものであり、排水処理装置全体の管理上酸
化剤の添加は望ましいものである。

【００２０】酸化剤としては過酸化水素が工業的にもっ
とも安価で大量に入手可能であり最も好ましいが、他の
酸化剤たとえばオゾンも使用可能である。酸化剤として
過酸化水素を使用する場合その添加量は灼熱減量に対し
０．３〜０．５％で充分である。

【００２１】本発明の調質方法によれば、上記のとおり
多価金属化合物とカルボン酸を添加することによって被
調質汚泥のｐＨ値を５．５〜６．５の範囲に維持するこ
とにより、有機質コロイド粒子の凝結を実質的に達成す
ることができるので、従来法のように有機質コロイド粒
子の凝結のために高分子凝集剤を添加する必要はなく、
本発明の方法において添加される高分子凝集剤は主とし
てコロイド粒子の凝結物どうしを架橋する架橋剤として
機能するものと考えられる。したがって、本発明の方法
においては、高分子凝集剤はコロイド粒子凝結物の架橋
にのみ必要な量を添加すればよいので、その添加量は浮
遊性固形物に対し０．０３〜０．０５％程度で充分であ
り、従来法における添加量の約１／２０ですむ。

【００２２】本発明の調質方法は常温で実施することが
できる。本発明の調質方法を実施するための装置の１例
を図３に示す。図３において、１は調質反応槽、２は調
質反応槽攪拌ポンプ、３は調質剤貯槽、４は酸化剤貯
槽、５は調質剤注入ポンプ、６は酸化剤注入ポンプ、７
はｐＨメータ、８は被調質汚泥循環系中に設けられた
弁、９は脱水機への出口に設けられた弁、１３は高分子
凝集剤貯槽、１８は高分子凝集剤供給弁を示す。被調質
汚泥１０は調質反応槽に注入される。調質剤貯槽３には
多価金属化合物１１およびカルボン酸１２が注入され所
定の比率で混合された状態で貯蔵されている。また酸化
剤貯槽４には酸化剤１４が貯蔵されており、高分子凝集
剤貯槽１３には高分子凝集剤１７が貯蔵されている。

【００２３】上記の装置により汚泥の調質を行う場合
は、調質剤注入ポンプを駆動して調質剤貯槽中の多価金
属化合物およびカルボン酸を調質反応槽１に注入添加す
る。またさらに酸化剤の添加を希望する場合は酸化剤注
入ポンプ６を駆動して酸化剤貯槽４中の酸化剤を調質反
応槽１に注入添加する。こうして多価金属化合物、カル
ボン酸および必要に応じ酸化剤を添加された被調質汚泥
は攪拌ポンプ２の駆動により循環系１５を経て循環され
る。調質反応槽１内にはｐＨメータ７が設置されてお
り、多価金属化合物およびカルボン酸の添加により変化
する汚泥のｐＨ値を測定する。ｐＨメーター７はｐＨ制
御系１６に接続されており、調質反応槽１内の汚泥のｐ
Ｈが所定の設定値を超えている場合はｐＨ制御系１６を
介して調質剤注入ポンプが駆動され、多価金属化合物お
よびカルボン酸の添加が継続され、汚泥のｐＨが設定値
に達すると調質剤注入ポンプの駆動が停止される。なお
汚泥の攪拌操作中循環系１４中の弁８は開き出口側の弁
９は閉じている。こうしてｐＨを調整した後高分子凝集
剤供給弁１８を開いて所定量の高分子凝集剤１７を調質
反応槽１内に供給し凝集物の架橋を促進せしめる。こう
して調質を完了したら攪拌ポンプ２の駆動を停止し、弁
８を閉じ弁９を開いて調質反応槽１内の調質ずみ汚泥を
脱水機へ送り脱水操作にかけて脱水汚泥（ケーキ）とす
る。

【００２４】

【実施例】実施例１ 図３に示す装置を使用して嫌気性汚泥の調質を行った。
嫌気性汚泥中の灼熱減量は３．２％、全固形物中の灼熱
減量比は５５％、アルカリ度４０００ｐｐｍであった。
この汚泥に対して多価金属酸化物として塩化第二鉄を１
３．５％、カルボン酸として酢酸を０．５％（いずれも
汚泥中の浮遊性固形物に対する比率）添加した。この結
果被調質汚泥のｐＨは６．０となった。この被調質汚泥
を０．２時間攪拌した後市販の高分子凝集剤（分子量中
程度のもの）を０．０５％（浮遊性固形物比）添加し、
さらに０．１時間攪拌した後０．３時間静置し、次いで
脱水機に送って脱水汚泥とした。脱水汚泥の含水率は７
２％であった。

【００２５】上記実施例の汚泥調質操作に要した費用を
従来の高分子凝集剤と対比して次表に示す。表中ＳＳは
浮遊性固形物を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】以上により、本発明の方法によれば従来の
高分子凝集剤を使用する方法に比べて脱水汚泥の含水率
が低減するばかりでなく調質コストを節約できることが
判る。

【００２８】実施例２ 実施例１と同一の嫌気性消化汚泥に対し実施例１と同一
の調質剤を添加した上に酸化剤として過酸化水素を灼熱
減量に対し０．３％添加し、実施例１と同一の調質条件
で汚泥の調質を行った。得られた脱水汚泥の含水率は７
２％であったが、実施例１の脱水汚泥に比べて悪臭がほ
とんどなく、臭気の面での顕著な改善が認識された。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
調質汚泥に多価金属化合物およびカルボン酸を添加する
ことにより被調質汚泥のｐＨ値を５．５〜６．５の範囲
に維持するようにして調質を行うことにより、従来の高
分子凝集剤を使用する方法に比べて高価な高分子凝集剤
の使用量を１／２０以下に押えることができ、汚泥調質
費を有意に軽減することができる。また脱水汚泥の含水
率を約７２〜７６％という従来法で得られなかった価に
まで低減することができるので、脱水機に対する負担が
軽減されるばかりでなく、脱水汚泥の運搬や焼却に要す
るエネルギーが大幅に低減できるという顕著な効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】被調質汚泥のｐＨと脱水汚泥含水率の関係を示
す図である。

【図２】被調質汚泥に対するカルボン酸添加量と脱水汚
泥含水率の関係を示す図である。

【図３】本発明の方法を実施するための装置の１例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 調質反応槽 ３ 調質剤貯槽 ４ 酸化剤貯槽 １３ 高分子凝集剤貯槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機質を含む排水の処理工程中発生する
   汚泥の脱水操作において、被調質汚泥に多価金属化合
   物、カルボン酸および高分子凝集剤を添加し、被調質汚
   泥のｐＨ値を５．５〜６．５の範囲に維持することによ
   り調質を行うことを特徴とする有機質汚泥の調質方法。
2. 【請求項２】被調質汚泥にさらに酸化物を添加すること
   を特徴とする請求項１記載の有機質汚泥の調質方法。