JPH10510213A - 製紙廃水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製紙工程で生成された二次スラッジに吸水性材料と乾燥した繊維を加えて二次スラッジを脱水し、更に二次スラッジに乾燥した繊維を混合して、次に機械的手段による脱水を可能とするような構造及び低水分の二次スラッジを生産する。好ましい繊維を付与する材料は製紙工程において容易に生産されるもの、特に乾燥した一次スラッジ、乾燥した微細物及び樹皮、及びボイラからのフライアッシュである。

Description

【発明の詳細な説明】 製紙廃水の処理方法 〔技術分野〕 本発明は、一般にスラッジの処理、特に製紙工程で生成されるスラッジの処理 に関する。 〔背景技術〕 製造業における環境効果への意識の高まりにより、製造物生産において副産物 の量を減少させることに長足の進歩がなされている。歴史的に製紙はエネルギー 集約的かつ大量の水を必要とするものと考えられている。そのため紙産業は製紙 用の水をリサイクルする技術を開発し、今や製紙に要する水資源は実質的に減少 したものとなっている。 製紙産業の水資源に対する影響に長足の進歩がなされたと同時に、紙自体も経 済的にリサイクルできる材料とされるに至っている。既に、板紙、一定品質の段 ボール原紙及び新聞用紙の製造に使用される繊維の重要な部分がリサイクルされ た紙繊維で作られている。残念ながら紙は無限にリサイクルすることはできない 。元来木材チップで作られた繊維でも紙繊維としてリサイクルする毎に、繊維の 一定のパーセンテージは細片に破砕され、紙の形成には使用できなくなる。これ らの木材繊維の細粒は、廃水の再使用を可能にするために廃水から分離しなけれ ばならない。分離されたものがスラッジである。 スラッジは、一次スラッジと二次スラッジに分けられる。一次スラッジは通常 生成されるスラッジの70％であり、比較的大きな木材繊維の粒子からなる。これ らの粒子は、重い粒子を沈澱させて分離する除濁装置中に廃水を保持することに より廃水かつ分離することができる。二次スラッジは、余りにも細か過ぎて合理 的な時間内には廃水から沈澱しない粒子からなる。 紙をリサクルすることは、製紙プロセスにおいて生成される一次スラッジ及び 二次スラッジ共にその量を増加させる。紙繊維は再使用するにつれて、細かく砕 かれて新しい紙の製造に使用できない繊維のパーセンテージが増大する。二次ス ラッジはコロイド及びコロイド状粒子からなる。二次スラッジは、凝集プロセス 、即ち、凝集剤を用いて微細な粒子同志を結合させ除濁装置中で沈澱させるのに 充 分な大きさの塊を形成させることにより、除濁装置内で二次スラッジ粒子として 沈澱させることができる。 一次スラッジは、例えばラインガー(Lyengar)の米国特許第4,582,568 号に見 られるスクリュプレス、又はベルトプレスといった機械的手段で容易に脱水する ことができる。脱水された一次スラッジは、例えばトムソン(Thompson)らの米国 特許第5,207,009 号に示された回転ドラム式ドライヤにより乾燥することができ る。乾燥された二次スラッジは、製紙プロセスで使用するエネルギー生産のため のボイラ燃料として使用することができる。 しかしながら、二次スラッジはゼラチンの粘稠土を有し、機械的脱水手段では 効果が得られない。二次スラッジのある程度の脱水は、二次スラッジを一次スラ ッジと混合し二次スラッジに一次スラッジ中に含まれる繊維材料を付加させるこ とにより達成されてきた。繊維材料は、凝集された粒子と繊維材料間にある程度 の結合を与え、それにより混合されたスラッジの機械的手段による脱水をある程 度容易化する。同様なもの、但しより効果の高いものであるが、マクファーリン (R.F.McFarlin)らの「燐酸塩の効果、理論と実際」P.429 〜446(SME,1993)に示 されたような、新聞古紙繊維のパルプに燐酸クレーを混合するものである。 二次スラッジの効果的な脱水が行われない限り、二次スラッジの処理は、リサ イクル繊維の使用の増大につれて増々緊急の問題となる。水分の多い二次スラッ ジの乾燥はエネルギーを要し高価となる。スラッジの埋立は費用及び環境の観点 から同様に好ましくない。 必要なものは、製紙プロセスで生成される二次スラッジの脱水方法である。 〔発明の開示〕 本発明による方法は、過剰な自由水分と凝集されたスラッジを吸収する能力を 有する乾燥した繊維と乾燥した粒子材料を二次スラッジに加え、混合することに より、二次スラッジと吸収された水分を結合して機械的手段により更に脱水する ことを可能とするような構造を付与して二次スラッジを脱水する方法に関する。 本発明による方法は、水を吸収する能力のある材料と乾燥した繊維を二次スラ ッジに加えそれらを混合させて、機械的手段により更に乾燥できるような構造と 低い水分を有する改善された二次スラッジを生成させることにより製紙プロセス において生成される二次スラッジを脱水する。好ましい繊維を付与する材料は、 製紙プロセスにおいて容易に生産されるもの、特に乾燥した一次スラッジ、乾燥 した微細物及びボイラのフライアッシュである。 本発明の特徴は、製紙プロセスにおいて生成される二次スラッジを脱水する方 法を提供することである。 本発明の別の特徴は、製紙プロセスにおいて生成される二次スラッジからエネ ルギーを回収する方法を提供することである。 本発明の更なる目的、特徴及び利点は、以下の詳細説明と付随する図面から明 らかにされよう。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、二次スラッジを脱水しリサイクルするプロセスフローの略式線図であ る。 図２は、図１において述べられた典型的な曝気タンク及びミキサの断面略図で ある。 図３は、図２の３−３線に沿った曝気タンクの断面図である。 〔発明を実施するための最良の形態〕 図１〜図３を参照し、廃水から粒状廃物を除去するプロセスを説明する。これ らの図において、開示される方法の実施のために使用される構成品に数字の符号 をつけてある。廃水から粒状物を除去する広範なプロセスのうち特に、二次スラ ッジの脱水方法について説明する。製紙工場からの廃水は基本的に二成分、即ち 、溶解成分と懸濁成分、を有する。溶解成分は、脱リグニン、漂白、その他の繊 維処理プロセスにおいて使用される種々の薬剤を含むが、本発明の対象でなくこ こでは説明されない。溶解薬剤のみを含む廃水は通常、再使用のためリサイクル されるか又は薬剤が再使用のため回収される。 しかしながら懸濁物は廃水の再使用又は処理に先立って除去しなければならな い。懸濁物は主として、製紙には使用できない木材や植物の繊維からなる。細か くて紙形成ワイヤ上に保持し得ない繊維片や短かくて適正強度の紙を形成し得な い繊維片が、製紙工場廃水の懸濁物となる成分の例である。懸濁物の他の成分は 、樹皮粉、木材粉、ごみ屑である。廃水中の懸濁物は二成分、即ち、一次スラッ ジ と二次スラッジ、に分かれる。 図１に示すように、廃水の流れ20は一次除濁装置22に入り、ここで一次スラッ ジは除濁装置22の底24に沈澱する。除濁装置22における一次スラッジの沈澱は、 廃水中の粒子分が沈澱し易いように水分速度を充分低くすることにより促進され る。除濁装置22の底24は排出部26に向って傾斜しており、ここから一次スラッジ はポンプ28により排出する。 廃水の流れ20内の懸濁物の一部は、小さ過ぎて廃水中で容易に沈澱し得ない粒 子として保持される。これらの粒子はコロイド性状である。容易に沈澱しない粒 状物の一部は二次スラッジを構成し、通常廃水中の全懸濁物の約30％である。二 次スラッジを含む上澄み廃水30は、曝気タンク32に送られる。曝気タンク32は二 機能、即ち、廃水中に含まれる溶解有機物を酸化してBOD(生化学的酸素要求量) を下げるための廃水の曝気機能及び二次スラッジを凝集させて沈澱させる機能、 を有する。 凝集剤が上澄み廃水30に添加される。凝集剤は通常、個々の懸濁した粒子を結 合させて沈澱により廃水から分離できる大きさの塊にする有機化合物である。曝 気タンク32は、除濁装置22と同様、傾斜した底34を有し、ここから二次スラッジ ポンプ38を有する排出部36への排出を行う。曝気タンク32から排出部36に出てい く二次スラッジは好ましくない水分とゼリーのような粘性を有する。曝気タンク 32内の二次スラッジの二次上澄み廃水は引出され、除濁された廃水31中に含まれ る溶解物の回収又は処理のためのプロセスに送られる。 これまでに説明された工程は慣用のものであり、曝気タンクから集められた二 次スラッジは従来、埋立処理又は汚泥処理システムによる処理が行われていた。 二次スラッジ廃物の処理は上記のように行われているものの、そのための費用 は、最近の投棄又は汚泥処理の費用の上昇のため高いものとなっている。 しかしながら、二次スラッジの処理に伴う費用や産業廃物の処理の気をそぐ環 境規制のことはさておいても、実験室段階で二次スラッジの活用又はリサイクル が可能とされたすべてのプロセスが実用価値があるものとは限らない。実際的な 解決策は添加薬剤を最少とし、連続的に大量の処理が出来るものでなければなら ない。図１に示されたプロセスはこの目的を達成する。 本発明の処理プロセスは、二次スラッジに乾燥した繊維、細粒物及び／又はフ ライアッシュを含む乾燥した水分吸収性廃物を混合する。混合は、図１に示した ように、乾燥した吸収性材料を二次スラッジ中に分散させる高効率攪拌装置42を 有するミキサ40により行われる。乾燥した繊維及び粒子の材料を加えることは二 次スラッジ中に含まれる水分をスラッジ粒子から分離する効果を有する。これは 実際には、スラッジの形態及び加える乾燥材料の種類により、スラッジから水分 を除去するか又は水分からスラッジ粒子を分離するかによって行うことができる 。狙いとする結果は、慣用のスクリュプレス44による脱水が行い易い構造をもっ たスラッジ混合物である。二次スラッジを脱水し易くする構造上の改善を得る材 料は好ましくは、乾燥した一次スラッジや、樹皮微粉、フライアッシュといった 乾燥した吸水性粒子である。 二次スラッジに加えられる乾燥繊維や粒子材料は、二次スラッジが結合できる 繊維及び粒子物質を与えることにより同質化された物質を機械により脱水可能と する相当高いせん断強度を二次スラッジ中に持たせるように、過剰な自由水分を 吸収して二次スラッジの構造を改善する。フライアッシュも二次スラッジの構造 を改善する粒子である。フライアッシュは、水の良き吸収剤であり二次スラッジ から水分を吸収する。 スクリュプレス44から出たスラッジは、通常50％より低い水分を有し、一般に 木屑燃料として知られる生樹皮材の廃物とその他の外来材料と混合される。木屑 燃料は、製紙プロセスに使用する蒸気の生産に効率よく使用するには通常乾燥を 必要とする。かくして、木屑燃料に二次スラッジを含む混合物を加えたものは、 慣用の回転式ドライヤに投入され、ここで木屑燃料とスラッジ混合物は、蒸気を 生産するボイラでの燃焼に適した水準まで乾燥される。図１に開示されたプロセ スは、二次スラッジを脱水して二次スラッジを経済的に乾燥できるようにしたも のである。 スラッジは、乾燥後、他の製紙プロセスの動力のための経済的な燃料として使 用することができる。全プロセスを経済的にするために、水分を吸収し二次スラ ッジの構造を改善する材料はそれ自体が製紙プロセスの廃物か又は副産物でなけ ればならない。 図１に示されたミキサ40には、三種の脱水材料、即ち、乾燥繊維、フライアッ シュ及び乾燥細粒、が投入される。繊維は基本的に一次スラッジの処理によって 得られるものである。一次スラッジはポンプ28によりホッパ48に送られ、ここか らスクリュプレス50に投入される。スクリュプレス50は、混合されたスラッジの 脱水に使用されるスクリュプレス44と類似のものである。スクリュプレスは円筒 のスクリーン内で回転するねじ式スクリュを使用する。スクリーン端はばね又は 空圧で作動するプランジャにより閉じられており、ねじ式スクリュによりスラッ ジは閉じられたスクリーン端に押付けられる。この押付力によりスラッジの水分 は円筒のスクリーン壁を通って脱水される。閉鎮端に十分な圧縮力が形成された 後、ばね又は空圧による閉鎮栓は一方に移動し、材料はスクリーン端から出てい く。 スクリーンを出た後、一次スラッジはドライヤ52に投入される。ドライヤは、 一次スラッジと共にドライヤ内に入る熱ガスの流れ54により加熱される。一次ス ラッジがドライヤ52内で乾燥されると、乾燥されたスラッジの大半は浮遊状にな り集塵装置（サイクロン）56に達し、ここでガス流れから分離され、集塵装置を 出て引取スクリュ58に至る。ここから乾燥された一次スラッジは搬送システムに よりミキサに送られ、そこで二次スラッジと合流する。ボイラからのフライアッ シュ60もミキサ40に送られる。混合されたスラッジは更にドライヤ46において木 屑燃料と混ぜられるが、この時あるパーセンテージのスラッジはドライヤを加熱 する煙道ガス62と共にドライヤから出ていく。これらの微細な粒子は第二の集塵 装置（サイクロン）64で回収されるが、ここで粒子はガス系統から分離され、集 塵装置を出て引取スクリュ66に至る。ここからスラッジ材料は搬送システムによ りミキサ40に戻される。 二次スラッジの脱水プロセスにおける材料の投入ループには、ボイラ及び廃物 回収システムから生じたリサイクル材料を活用することが望ましい。同様に、加 熱ガス流れを再利用することにより、エネルギー使用を最少化することが望まし い。かくして、ボイラ燃料ドライヤ46には、ボイラからの排出物である。煙道ガ ス62を供給する。燃焼空気はファン68により入口燃料ガス70と混合され、耐火物 を内張りした燃焼室72において燃焼が行われる。サイクロン56からの希釈用ガス の流れ67は燃焼室72又は混合室77又はその双方の内部において燃焼ガスと混合さ れる。加熱された燃焼ガスは燃焼室72から混合室77を通ってスラッジドライヤ52 の入口部に送られる。希釈用ガスの流れ67の一部は、ボイラ燃料ドライヤ46の入 口部へ送られる。 集塵装置から希釈用ガスを再循環させる理由は、ドライヤ内での燃焼を防止す るため、ドライヤ52,46 に送るガスの酸素成分を調整することにある。集塵装置 64を出るガスは、大気への放出の前に、吸込ファンにより湿式スクラバ又は電気 集塵装置といったガス浄化設備に送られる。 図２及び図３において、曝気タンク32及びミキサ40の実施の形態が示されてい る。上澄み廃水30は四角い曝気タンク32の底36に入る。タンク上部の周囲には、 浄化された廃水31を静かに流す傾斜堰が設けられている。沈澱を助けるため、曝 気タンク32にはその底34にスラッジバッフル（回り止め板）82が取付けられてい る。スラッジバッフル82が曝気タンクの底34と合流するところには、図３に示さ れたように、スラッジ送り穴84がスラッジバッフル82の部分に形成されている。 スラッジバッフル82とスラッジ送り穴84は、スラッジが沈澱しスラッジ搬送スク リュ90に向って移動する助けとなる。 スラッジ搬送スクリュは、駆動装置86により駆動され、支持軸受88を通ってタ ンク32内に延びている。搬送スクリュ90の先端は曝気タンクの排出部36に隣接す る軸受92により支持されている。スラッジ搬送管94がミキサ40の底96と連通して いる。モータ100 により駆動される高能率攪拌装置42が二次スラッジと前記した ような乾燥した吸収材料とを混合する。混合されたスラッジは、ミキサ40を出て 、モータにより流れの自動制御を行う制御弁98を通り、図１に示したように、ス クリュプレス44に入る。 なお、一次スラッジと二次スラッジの比率は、70〜30％であるが、これは廃水 20を生成するプロセスにより、より高くもより低くもなり得る。特にリサイクル 紙の処理の場合には、二次スラッジのパーセンテージはより高くなる。 また、脱水可能な混合物を作るためには、必ずしもすべての乾燥された一次ス ラッジを二次スラッジに加える必要はなく、二次スラッジを脱水する能力は、二 次スラッジに加えられる乾燥繊維及び／又はその他の乾燥粒子の量どミキサ内の 保持時間とに関係する。 更に、スクリュプレスの代りに、スラッジを包み込み圧縮力によりベルトを通 して水分を取る多孔性のベルトを用いるベルトプレスを使用することも可能であ る。 図１に示した如く、ボイラ燃料ドライヤは通常スラッジドライヤ52よりも大き く、また、スラッジの処理には回転式又は非回転式の種々の形態のドライヤを使 用することも可能である。 また、ドライヤは慣用のガスバーナで加熱することもでき、更に、場合によっ ては、ドライヤ内での燃焼を防止するため乾燥に使用するガスは酸素成分を充分 に低くすることが望ましい。 更に、図１に示されたプロセスは連続したプロセスであるが、除濁装置20及び 曝気タンク32は通常、沈澱をタンク内で行わせるために数基のタンクを並べて使 用するものである。 ボイラからのアッシュ成分には、二次スラッジ内の不燃物が付加されることに なるが、生成される余分なアッシュや固体成分の量は脱水された基のスラッジに 比べて実質的に少量であるため、埋立その他の処理の費用は大巾に節約される。 紙は木以外の広範な植物繊維源、例えば竹、砂糖きび廃物及び麻、から作るこ とができ、このような非木材資源を使用する時は、二次スラッジの脱水に有用な 廃物が更に入手できることになる。 ここに説明したプロセスは図示された装置以外の装置で実施することができる 。例えば、ミキサや高能率攪拌装置は流体動力学を利用したミキサで代替するこ とができる。懸濁装置や曝気タンクは濾過方式のもので代替可能である。ポンプ や搬送システムは重力供給方式で、また、回転ドラム式ドライヤは別の形式のド ライヤで代替可能である。 本発明は、ここに図示され説明された特定の構成及び配置に限定されず、以下 の請求の範囲内に入るそれらの修正をも含むものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．懸濁装置(22)内で沈澱させることにより廃水中の二次スラッジから一次ス ラッジを分離して一次スラッジを含む沈澱物と二次スラッジを含む上澄み液(30) を生成させる工程と； 前記沈澱物を濾過スクリーンに押付けで前記一次スラッジを機械的に脱水する 工程と； 前記一次スラッジを機械的に脱水した後乾燥して、乾燥した一次スラッジを生 成させる工程と； 前記廃水の上澄み液(30)に凝集剤を混合する工程と； 二次上澄み液を形成する前記上澄み液から前記二次スラッジを沈澱させる工程 と； 前記二次スラッジから前記上澄み液を傾斜流出させる工程と； 前記上澄み液流出後の二次スラッジに有効量の乾燥した吸水性粒状物を混合し 混合物を生成させる工程；及び 前記混合物を濾過スクリーンに押付けて前記混合物を機械的に脱水する工程； を備えてなることを特徴とする製紙廃水(20)の処理方法。 ２．前記混合物を機械的に脱水する方法はスクリュプレス(44)を採用すること を特徴とする請求の範囲１に記載された方法。 ３．前記乾燥した吸水性粒状物は、乾燥した一次スラッジ、ボイラからのフラ イアッシュ及び集塵装置からの微細物のグループから選択された少くとも一材料 を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載された方法。 ４．前記有効量の乾燥した粒状物は、前記乾燥した一次スラッジの実質的全量 からなることを特徴とする請求の範囲１に記載された方法。 ５．前記脱水された混合物をドライヤ(46)中で乾燥する工程を更に備えてなる ことを特徴とする請求の範囲１に記載された方法。 ６．前記混合物を乾燥する工程は、前記混合物を木屑燃料と共に回転式ドライ ヤに投入し前記混合物と木屑燃料を乾燥してボイラ用燃料とすることを含むこと を特徴とする請求の範囲５に記載された方法。 ７．二次スラッジに有効量の乾燥した吸水性粒状物を混合して混合物を生成さ せる工程；及び 前記混合物を濾過スクリーンに押付けて前記混合物を機械的に脱水する工程； を備えてなることを特徴とする製紙廃水から回収された二次スラッジの処理方 法。 ８．前記混合物を機械的に脱水する方法はスクリュプレス(44)を採用すること を特徴とする請求の範囲７に記載された方法。 ９．前記乾燥した吸水性粒状物は、乾燥した一次スラッジ、ボイラからのフラ イアッシュ及び集塵装置からの微細物から選択された少くとも一材料を含むこと を特徴とする請求の範囲７に記載された方法。 10．前記二次スラッジと混合された前記有効量の乾燥した吸水性粒状物は、前 記廃水から分離されて乾燥された一次スラッジの実質的に全量であることを特徴 とする請求の範囲７に記載された方法。 11．前記脱水された混合物をドライヤ(46)中で乾燥する工程を更に備えてなる ことを特徴とする請求の範囲７に記載された方法。 12．前記混合物を乾燥する工程は、前記混合物を木屑燃料と共に回転式ドライ ヤ(46)に投入し前記混合物と木屑燃料を乾燥してボイラ用燃料とすることを含む ことを特徴とする請求の範囲11に記載された方法。