JPS5926359B2 - 汚泥処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下水処理場、工場廃水処理場から出る有機質汚
泥の処理方法に関するものである。

下水処理施設の大型化が進むにつれて汚泥の持つエネル
ギーの回収が重要な課題になってきて、その対策の一環
として、メタン含有ガス（以下メタンガスという）を発
生する嫌気性消化法が注目を浴びている。

第１図は在来法の工程図の１例で、汚水１を最初沈殿池
２に導入し、生汚泥５を沈殿分離した後、エアレーショ
ンタンク３で曝気しつつ微生物により分解し、最終沈殿
池４で余剰汚泥を分離し、上澄液を送り出す。

ここで、最初沈殿池とはエアレーション（曝気）に先立
って汚水の含む固体物質を沈殿させる池槽、最終沈殿池
とはエアレーション完了後に汚水の含む好気性菌体な主
とした固体物質を沈殿させる池槽を意味する。

一方、最初沈殿池２から引抜かれた生汚泥５および最終
沈殿池４で生じた余剰汚泥６を濃縮タンク７に送り、沈
殿分離し、濃縮タンク７の底に溜った汚泥を嫌気性消化
タンク（以下消化タンクという）３７に投入する。

投入された汚泥は、タンク内で、嫌気性菌により分解さ
れ、メタンガス（低位発熱量５５００ｋｃａｌ／Ｎ−程
度）を発生し、その分だけ、汚泥の量が減りかつ安定化
される。

しかしながら、この方法では嫌気性菌の活動を好適に保
つ条件を維持する対策が採られていないため、有機物の
分解率が悪く、特に冬期にはメタンガスの発生量が減少
する欠点があった。

この嫌気性消化の効率を向上させるための対策として、
汚泥を熱処理した後消化する改良法の研究が進められた
。

第２図は熱処理後消化する改良法の１例の工程図で、難
分解性の余剰汚泥６を濃縮タンク７で濃縮した後熱処理
装置Ａで、例えば、１７０℃で３０分加熱することによ
り、複雑な有機化合物が低分子化し、水溶性物質が増加
し、また、嫌気性菌による分解が容易になる。

この熱処理後の汚泥と、嫌気性菌により分解を受は易い
生汚泥５とを混合して、消化タンク３７内に投入すると
、消化速度が速くなって、より短かい時間で、より多（
のメタンガスが発生することになる。

この改良法は熱処理後の懸濁液から汚泥を分離すること
なく、全量を消化タンクに投入するので、熱処理後汚泥
を分離する設備を必要とせず、環境に悪臭が漏れること
が少なく、さらに第１図に示した在来法、または、最初
沈殿池２の生汚泥５と、最終沈殿池４の余剰汚泥６とを
混合して熱処理、中温消化する変形方法に比べて、メタ
ンガス発生量が約５０容量パーセント増加するメリット
がある。

しかしながら、この改良法で得られる消化汚泥は粒子が
小さく、熱凝集性が悪く、ｒ過しにくいので、脱水汚泥
は水分含有量が多く燃料としての価値はほとんどない。

そのため、前記余剰汚泥濃縮物を熱処理するために発生
メタンガスのほぼ全量を使用しなければならないという
致命的な欠点がある。

第１図に示した在来法では、汚泥濃度を４重量パーセン
トと仮定すると、消化タンクで発生するメタンガスで消
化タンクの加熱を行って、さらにその残りを汚泥焼却用
に使用できるのである。

さらに維持費を比較しても第１図に示した在来法の方が
第２図に示した熱処理後消化する方法よりも約２０％も
安いことがわかってきた。

上記の事情にかんがみ、本発明の目的はメタンガス発生
量が多く、汚泥の脱水性が良好で、汚泥処理システム全
体のエネルギー効率の高い処理方法を提供することであ
る。

この目的達成のため、本発明の汚泥処理方法は、第１工
程として消化タンク内で沈殿した消化汚泥の水分含有量
を調節し、またはしないで、フィードバックし、最終沈
殿池の余剰汚泥、またはその濃縮物と混合し、熱処理し
た後、濃縮し、沈殿汚泥と上澄液に分ける工程を含むの
である。

この熱処理操作により、第２図に示した改良法で述べた
効果のほか余剰汚泥またはその濃縮物が熱凝集する際、
消化汚泥の微粒子を抱きこみ、粗大フロックが形成され
、熱処理後の懸濁液から沈殿分離した汚泥の濾過性が良
好になり、凝集剤を注入（以下薬注という）せずとも、
フィルタプレスで、水分約５０重量パーセントまで容易
に脱水できる。

生成した脱水ケーキは低位発熱量約１０００ｋｃａｌ／
ｋｇで、助熱剤として重油を用いることなく焼却でき、
そのエネルギーにより廃熱ボイラーで水蒸気を作ること
ができる。

次に本発明を特徴づける第２の工程は、最初沈殿池から
の生汚泥またはその濃縮物を熱処理後懸濁液の上澄液と
混合調温するのであって、生汚泥を熱処理しないのは、
そのままで、嫌気性菌により容易に分解されるからであ
る。

本発明を特徴づける第３の工程は上記調温混合物を消化
タンク内で嫌気性菌により分解してメタンガスを発生さ
せ、消化タンク内で沈殿した消化汚泥を水分調整し、ま
たはしないで、フィードバックして、第１の工程におけ
ることで、かくすることにより、前述のごとく微粉の消
化汚泥が、沢過器にかけられることなく粗大化するので
ある。

以下、本発明の実施の一態様を第３図に示した実施例に
より具体的に説明する。

下水処理場に送り込まれた汚水１は、最初沈殿池２にお
いて、重力により沈殿分離が行われ、水より重い浮遊物
質（以下生汚泥という）が沈降する。

上澄汚水はエアレーションタンク３に流入してその中で
好気性微生物と混合接触しつつ生物的浄化を受け、ＢＯ
Ｄ、ＣＯＤの少ない処理水と好気性微生物群（以下活性
汚泥という）とになり、最終沈殿池４に流入して活性汚
泥がその底に溜まり、処理水はさらに塩素殺菌処理され
た後、河川に放流される。

最終沈殿池４から排出された余剰活性汚泥（以下余剰汚
泥という）６は約９９．５重量パーセントの水分を含み
、濃縮タンク７に流入し、１２時間以上滞留して水分９
８〜９８．５重量パーセントに濃縮され、容積が約１／
３になる。

濃縮タンク７下部の濃縮汚泥８はポンプ９により引抜か
れ、遠心分離器１０で濃縮されて水分９４〜９６重量パ
ーセントになり濃縮汚泥タンク１１に入る。

この濃縮汚泥タンク１１へ消化タンク３９，３７内の消
化汚泥４０．４１が水分約９５重量パーセントに調整さ
れてフィードバックされ、混合される。

濃縮タンク１１内の汚泥は水分９５〜９６重量パーセン
トの状態で汚泥ポンプ１２により加圧され、涜１熱交換
器１３に送入され、扁１熱交換器１３と７１６２熱交換
器１４との間を循環する熱媒により予熱されて１１０’
Ｃ〜１７０℃となり、反応タンク１５で、後述する廃熱
ボイラー１６ａで発生した蒸気が送入され、温度上昇し
て１５０〜２００℃となり、２０〜９０分間滞留する。

汚泥中の有機物はこの熱処理操作で、脱水し易い粗大粒
子と嫌気性分解を受は易い溶液とになる。

もし、熱処理汚泥の臭気が強い場合には、上記処理条件
のもとで、反応タンク１５中にコンプレッサー１７を経
て小量の空気を送りこみエアレーションすることにより
、臭気を減らすことができるが、この操作は同時に脱水
性を良くする効果もある。

第４図は消化汚泥４０，４１と余剰汚泥６との混合汚泥
について、消化汚泥と余剰汚泥の重量比が４０： ６０
、水分含有率９６重量パーセント、熱処理時間６０分、
沢過圧７ｋｇ／ｃｒＡ、 沢過時間６０分、脱水ケーキ
水分５０重量パーセントの場合の熱処理温度と沢過速度
の関係を示したもので、熱処理温度が１５０℃以上であ
れば、高温になるほど脱水性が良くなることを示してい
る。

反応タンク１５内で熱処理された汚泥は／ｆ６２熱交換
器１４内で熱媒により冷却され５０〜９５℃の温度とな
り、蒸発缶１８に流入し減圧蒸発して３８〜７０℃に降
温すると同時に悪臭成分を除去された後、熱処理汚泥濃
縮タンク２１に送り込まれ、重力により水分９０〜９２
重量パーセントを含む汚泥２１ａと浮遊物質の少ない上
澄液２１ｂとに分けられる。

汚泥２１ａはポンプ２２により引抜かれフィルタープレ
ス２３に送られるが、粒子が大きいので、薬注を行わな
くても極めて容易に脱水され、水分的５０重量パーセン
ト、低位発熱量約１０００ ｋｃａｌ ／ｋｇの脱水ケ
ーキになる。

脱水ケーキは脱水ケーキホッパー２５に送られ、スクリ
ューコンベヤで引き出され、破砕され、廃熱ボイラー付
汚泥焼却炉１６のホッパーに送られ、次に火床段に移り
、空気過剰率１．１前後で焼却され、生じた灰は灰溜め
ホッパー２６に送られる。

焼却炉で発生した約８５０℃の燃焼ガスは廃熱ボイラー
１６ａを加熱し、蒸気を発生して降温し、２３０°〜２
８０°Ｃとなり排風機２７で、煙突２８から大気中に放
出される。

廃熱ボイラー１６ａに発生した１０〜２０ ｋｇ／ｃｒ
ｔｔの蒸気は反応タンク１５と温度調整器３４などに送
られ、加熱と温度調整に利用される。

さて、一方、最初沈殿池２から引抜かれた水分９７〜９
９重量パーセントの生汚泥５は濃縮タンク２９に流入し
、１２時間以上滞留して固液分離し、水分９４〜９６重
量パーセントまで下がり、ポンプ３０により引抜かれ、
ガスエンジン４５の冷却用熱媒およびその廃熱回収ボイ
ラー４５ａからの温水と熱交換して３５〜５０℃まで加
熱され、混合タンク３２内で、前記上澄液２１ａおよび
フィルタープレス２３から出て（るＰ液２４と混合する
。

次に混合タンク３２内の汚泥はポンプ３３により引抜か
れ、温度調整器３４に送入され、消化タンク内にて発酵
温度範囲（例えば中温消化の場合３３〜３６℃）内の最
適温度に保つため、冷却水３５および廃熱ボイラー１６
ａからの蒸気により、直接または間接接触により調整さ
れる。

温度調整器３４を出た汚泥は、ポンプ３８により消化タ
ンク３７の底部からフィードバックされた種汚泥とじゅ
うぶん混合した後、同タンク内に送入され、５〜１５日
間滞留して、含有有機物が嫌気性菌により分解し、メタ
ン含有量６０〜７０％、低位発熱量約５５００ ｋｃａ
ｌ ／ｋｇのメタンガスを投入汚泥の容量の約１０〜１
５倍量発生する。

第５図は消化温度を３５℃に保った場合の本発明の方法
（熱処理汚泥分離タンク上澄液２１ｂと生汚泥濃縮物と
の重量混合比７５：２５）と第１図に示した工程の在来
法とについて、１日あたりのメタンガス発生倍数（メタ
ンガス発生量−７日）／（投入汚泥量７７Ｉ９／日）を
、ある運転日数のうち６日間について例示したもので、
本発明の方法では消化日数１５日、１０Ｂ、５日の３種
類の場合について、また、従来法では消化日数３０日の
場合について示しているが、例えば本発明の方法で消化
日数が１５日の場合、在来法の約１．５倍のメタンガス
が発生するなど、本発明の方法による場合、メタンガス
発生量が著しく多いことがわかる。

第１消化タンク３７で汚泥中の有機物の分解がほぼ終り
、メタンガス発生量が少なくなった消化汚泥と上澄液は
第２消化タンク３９部分に移動し３〜５日間滞留させ沈
殿分離する。

第２消化タンクは汚泥の沈殿が主目的で必らずしも密閉
する必要はなく、ガス発生量が少ない場合、大気開放型
タンクにすることもできる。

第２消化タンク３９の底部に溜った消化汚泥と、もし第
１消化タンク３７内に汚泥が異常蓄積した場合にはその
消化汚泥４１とを合せて、水分が９５重量パーセント以
下の場合はそのまま、９５重量パーセント以上の場合に
は遠心分離機４２により、水分をほぼ９５重量パーセン
トまで下げて濃縮タンク１１にフィードバックする。

本実施例では消化タンクを第１および第２消化タンクと
して設置しているが、単一の消化タンクとして両タンク
の機能を兼ねさせることができるのはいうまでもない。

第１消化タンク３７、または第１消化タンク３７と第２
消化タンク３９とで発生したメタンガスは、脱硫装置４
３を通り硫化水素を除いた後、ガス溜め４４に貯えられ
、汚泥熱処理用、脱水ケーキ焼却用に用い、残部を前記
ガスチエンジン４５に使用し、発電機４６により発電し
てその電力を汚泥処理工場用その他に用いる。

本発明の汚泥処理方法は上記した構成になっているので
、メタンガスの発生量が多く、熱処理後の懸濁液から沈
殿分離した汚泥は薬注を行うことなく容易に脱水でき、
焼却の際の発熱量は廃熱ボイラーが回収できるので、熱
効率が高い。

しかも上記したメリットの割には建設費、維持費ともに
安く、悪臭による環境汚染も少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来法の工程図、第２図は熱処理後嫌気性消化
を行う改良法の工程図、第３図は本発明の実施態様を示
す工程図である。 また第４図は消化汚泥と余剰汚泥との混合物に対する熱
処理温度と沢過速度の関係を示し、第５図は本発明の方
法と第１図に示した在来法とのメタンガス発生量を比較
したものである。 ２・・・・・・最初沈殿池、３・・・・・・エアレーシ
ョンタンク、４・・・・・・最終沈殿池、７・・・・・
・濃縮タンク、１１・・・・・・濃縮汚泥タン久１５・
・・・・・反応タンク、１６・・・・・・廃熱ボイラー
付汚泥焼却炉、１８・・・・・・蒸発缶、２０・・・・
・・負圧発生器、２１・・・・・・熱処理ｉ汚泥濃縮タ
ンク、２３・・・・・・フィルタープレス、２６・・・
・・・灰溜めホッパー、２９・・・・・・濃縮タンク、
３１・・・・・・熱交換器、３２・・・・・・混合タン
ク、３４・・・・・・温度調整器、３γ・・・・・・第
１消化タンク、３９・・・・・・第２消化タンク、Ａ・
・・・・・熱処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機質汚泥の処理方法において、 （イ）消化タンク内で沈殿した汚泥をフィードバックし
   て、最終沈殿池の余剰汚泥と混合し、熱処理した後、濃
   縮し、沈殿汚泥と上澄液とに分ける工程、 （ロ）（イ）の工程の上澄液と最初沈殿池の生汚泥とを
   混合し、調温する工程、 （・→ （Ｉ：Ｉ）の工程で作った調温混合物を消化タ
   ンク内で嫌気性菌により分解させ、メタンガスを発生さ
   せるとともに、消化汚泥を沈殿させる工程、の各工程を
   含む汚泥処理方法。 ２ 工程（イ）において、消化タンク内で沈殿した汚泥
   が、その水分含有量が調整されたものである特許請求の
   範囲第１項記載の汚泥処理方法。 ３ 工程（イ）において、最終沈殿池の余剰汚泥が、そ
   の濃縮物である特許請求の範囲第１項または同第２項記
   載の汚泥処理方法。 ４ 工程（ロ）において、最初沈殿池の生汚泥が、その
   濃縮物である特許請求の範囲第１項、同第２項、同第３
   項のいずれか１つに記載の汚泥処理方法。