JPWO2002074703A1 - 液体処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、下水処理場や各種排水処理設備において濃縮処理が必要な懸濁液、とりわけ腐敗が進行し有害な臭気成分等を多量に含み濃縮処理が困難な汚泥等に対して、効率よく濃縮処理を行う技術に関する。また、濃縮工程における臭気物質の発生を防止し、濃縮汚泥や下部分離液に含まれる臭気成分及び炭酸等を大幅に軽減する。すなわち、液体中の蒸発残留物質を濃縮または脱水するプロセスにおいて、該汚泥を１５分未満の時間の間、圧力５〜７０ｋＰａの減圧下におくことで、該液体中の溶存気体成分の一部を気相に移行させるとともに該液体中の微生物の活性化を制限する。そして、その減圧条件下において減圧処理を施した後、該液体を重力濃縮槽に導入し重力濃縮を行う、または該減圧処理液体または該重力濃縮汚泥を凝集反応槽に導入して凝集し、その後、脱水機により脱水する。

Description

技術分野
本発明は、液体に含まれる複数の成分の一部を使用目的に合わせて分離する技術に関するもので、とりわけ下水処理場や各種排水処理設備等において液体中の浮遊性懸濁物質または油分等を濃縮処理することが要求される液体の処理方法および装置に関するものである。
特に、該液体を密閉型容器に導入し減圧下に置くことで、懸濁液中からガス成分が気相に放出される現象を利用し、減圧処理後の汚泥の重力濃縮性、凝集性、及び脱水性の向上、臭気発生量の軽減等をはかる技術に関する。また、凝集反応装置に分離水を系外に排除する機構を付加することで凝集汚泥を濃縮し、該凝集濃縮汚泥を直接脱水することで重力濃縮や遠心濃縮などの濃縮工程を省略することを可能にする汚泥処理技術に関する。さらに、減圧処理装置の上部と底部から液体を引き抜ける機構等を付加することで、該装置内で発生する気泡を液体中の浮遊性固形物等に付着させ、気泡とともに浮上した浮上濃縮液を浮遊性懸濁物質等の濃縮汚泥として系外に取り出すことを可能にし、後段の濃縮、凝集、及び脱水等の処理を大幅に効率化する技術に関する。
背景技術
液体の一部を分離する工程は製造工程や排水処理工程の中で様々存在するが、水処理プロセスの中のとりわけ懸濁液から懸濁物質を濃縮する工程において、採用されている濃縮技術は様々存在する。懸濁液を濃縮する工程は以降のプロセスの処理速度を左右する重要な工程として位置づけられている場合が多い。一般的な濃縮方法としては、逆円錐型のシクナー等により比重差を利用して浮遊性懸濁物質を重力沈降濃縮させる重力濃縮法、懸濁液に凝集剤を添加して混合した後に重力沈降濃縮させる凝集沈殿濃縮法、懸濁液を気液混合状態で加圧した後に大気圧下に戻すことで該懸濁液中に気泡を発生させ、気泡に付着して浮上する浮遊性固形物を濃縮汚泥として取り出す加圧浮上法、及び高速回転するドラム内に懸濁液を供給し遠心力により固液分離を行う遠心濃縮法等が用いられている。しかし、これらの濃縮法は適応できる対象懸濁液として、沈降性が良い、密度差が大きい、容易に固形物に付着した気泡を取り除き易い等の前提条件が必要であった。その上、臭気成分が多量に溶存するような懸濁液の場合はこれらの濃縮工程において臭気成分が発生し、濃縮工程における作業環境を悪化させていた。
具体的な例を上げて説明する。大都市部等において複数の下水処理場で発生した汚泥を集中的に処理する集約汚泥処理場等において、各処理場からパイプライン輸送されてきた汚泥（到着汚泥と呼ぶ）等は、閉鎖された空間内における滞留時間が特に長く、汚泥の腐敗が激しくなる場合が多い。汚泥が腐敗すると汚泥中に硫化水素や炭酸などの微細なガス成分が多く含まれるため、大気開放された時に汚泥から発生する臭気成分が多くなるとともに、汚泥の凝集及び脱水性が著しく悪くなる場合が多い。この種の汚泥は重力沈降濃縮や機械濃縮では濃縮性が悪い上、濃縮工程における臭気の発生は抑制できない上、後段の汚泥の凝集工程及び脱水工程において処理性能が低下する等の問題点もあった。これらの問題は結果的に、脱臭設備の大型化、凝集剤の添加量増加、及び脱水ケーキ含水率の上昇等の問題を引き起こし、処理場の設備及びランニングコスト上昇の一因となる場合が多かった。
発明の開示
本発明は従来技術の前記問題点を解決することを目的とする。すなわち、下水処理場や各種排水処理設備において濃縮処理が必要な懸濁液、とりわけ腐敗が進行し有害な臭気成分等を多量に含み濃縮処理が困難な汚泥等に対して、効率よく濃縮処理を行う技術を提供することを目的とする。また、濃縮工程における臭気物質の発生を防止し、該濃縮操作後の濃縮汚泥や下部分離液に含まれる臭気成分及び炭酸等を大幅に軽減して臭気の発生を著しく小さくし、後段の凝集処理、脱水処理等において、作業環境に放出される汚泥からの臭気成分の大幅な軽減と、後段の凝集及び脱水性に悪影響を及ぼす微細な気泡を除去し汚泥の凝集性及び脱水性の向上を図るような懸濁液濃縮方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題の解決のため、鋭意検討を重ね、汚泥に対して所定条件下の減圧処理を施すことで、汚泥から発生する臭気成分の軽減と汚泥の重力濃縮性、凝集性及び脱水性等が向上することを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は次の手段により前記の課題を解決した。
（１）液体中の蒸発残留物質を濃縮または脱水するプロセスにおいて、該汚泥を１５分未満の時間の間、圧力５〜７０ｋＰａの減圧下におくことで、該液体中の溶存気体成分の一部を気相に移行させるとともに該液体中の微生物の活性化を制限する。そして、その減圧条件下において減圧処理を施した後、該液体を重力濃縮槽に導入し重力濃縮を行う、または該減圧処理液体または該重力濃縮汚泥を凝集反応槽に導入して凝集し、その後、脱水機により脱水する。
（２）上記減圧処理を施した後に、重力濃縮槽に導入せずに直接凝集反応槽にて凝集し、脱水機により脱水する。そして、脱水の前段に使用する凝集反応槽として、該凝集反応槽内で生成した分離水の一部を系外に取り出すことで脱水機に投入する凝集汚泥の濃度を高める機能をもつ濃縮型凝集反応槽を採用する。
（３）減圧処理装置が、液体供給ポンプ、真空ポンプ、及び液体引き抜きポンプの３つのポンプと接続する密閉型容器であり、該容器内において、減圧下で供給された液体を薄膜状にするとともに液体にせん断力を与える機構を有し、また、連続供給連続排出が可能な装置とする。
（４）濃縮型凝集反応槽として、槽下部より液体と凝集剤を供給し、槽内で回転する攪拌機により液体と凝集剤を混合し、槽上部に設置された円筒型分離スクリーンにより分離水のみを系外に排出し、分離スクリーンに付着する凝集フロックを剥離させるためのスクレーパを、減速機を介して攪拌機に連結させて回転させる。
（５）減圧処理装置に導入した液体を、該装置内にできる水面の近傍に位置する液体と、底面近傍の液体を該容器外に別々にかつ連続的に排出する。
（６）浮遊性懸濁物質を含む液体を処理対象とし、減圧下において液中から発生する気泡を浮遊性懸濁物質に付着させ、該気泡とともに浮上し濃縮した浮遊性懸濁物質の一部または全部と、浮遊性懸濁物質の濃度が低下した残りの液体を別々に排出する。
（７）液体を分離する装置として、容器内の水位を任意に調節することができる機構を備えた密閉型容器、該容器内に対象となる液体を供給する手段、該容器内上部の気相を減圧する手段、減圧下にある該液体の一部を該容器下部から連続的に排出する手段、及び該液体の水面付近に存在する該液体の一部を減圧下において連続的に排出する手段を備える。
（８）浮遊性懸濁物質を含む液体を処理対象とし、該浮遊性懸濁物質を濃縮するプロセスとして、該液体を上記（７）に記載の液体分離装置により分離し、該装置内の底面近傍から引抜いた液体を重力沈降濃縮槽に導入することで沈降濃縮汚泥を得る。さらに該沈降濃縮汚泥と該液体分離装置の水面近傍に位置する液体を引抜いた浮上濃縮汚泥を混合することで、混合汚泥を生成し、最終的な濃縮汚泥とする。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。例として３種類の処理方式により説明する。図１、図２、図３は本発明の３種類の汚泥処理方法を示すブロック図である。
図１は、汚泥を減圧装置２により所定の条件下で減圧脱気処理し、減圧脱気処理汚泥３を重力濃縮した後に後段の凝集反応装置１１、及び脱水装置７により処理するプロセスである。図２は、同様に減圧装置２により減圧脱気処理し、そのまま重力濃縮せずに濃縮型凝集反応槽４、及び脱水装置７により処理するプロセスである。図３は、汚泥中の懸濁物質等を同様な条件下で減圧装置２により減圧脱気処理する。そして、浮上濃縮した汚泥を混合槽に送り、該減圧装置２において浮上しなかった汚泥を重力濃縮し、該重力濃縮汚泥を混合槽に送り、先の浮上濃縮汚泥と混合し、該混合汚泥を凝集反応槽４で凝集し、脱水装置７により脱水して処理するプロセスである。以下、図１、図２、図３の処理方式をそれぞれケース１、ケース２、ケース３として説明する。
図４は、比較のための従来のプロセスを示すブロック図である。パイプラインにより輸送された流入汚泥１は、重力濃縮槽９により重力濃縮され、濃縮汚泥１０が得られる。この濃縮汚泥１０を凝集反応槽１１で凝集し、凝集フロック６を生成する。そして、脱水装置７により脱水し、脱水ケーキ８を得る。
上記本発明のケース１乃至３に係るプロセスにおいては、最初に、減圧装置２において流入汚泥に減圧脱気処理を施す。減圧脱気処理としては、液体を減圧下におくことで、液体中に包含される液体もしくは溶存する液体成分を気相に移行させるとともに、液体中の微生物の活性化を制限する処理を行う。この処理は、圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気下で液体を１５分未満の時間の間保持することにより行われる。この減圧脱気処理には、後述する図５に示す形式の装置を用いることが好ましい。
次に、減圧装置２を使用した汚泥の減圧脱気処理プロセスに関して説明する。汚泥は、汚泥供給ポンプにより連続的に脱気装置に供給される。該減圧装置２内では、装置上部から配管接続された真空ポンプにより、常時上記５〜７０ｋＰａの減圧状態を保っている。該装置に供給された汚泥は、該装置内で高速回転する有底のふるい体の上で遠心力を受けて加速され、該ふるい体上で薄膜状にされる。薄膜状の汚泥粒子は、減圧雰囲気下において効率よく脱気され、さらに該遠心力により該真空容器内の壁面に衝突することで、脱気効果が促進される。さらに、汚泥が上記減圧雰囲気下に所定時間保持されることで、微生物の活性化が抑制される。これらの物理的処理により、凝集性、及び脱水性の阻害要因である汚泥中の非常に微細な気泡までがほぼ完全に除去される。
本発明者等の、特願平１１−８２３３１「汚泥中の微生物不活化方法並びに微生物不活化装置および汚泥」に開示された汚泥処理においても、減圧処理により汚泥の不活性化と汚泥中のガス成分の軽減が可能となることが述べられている。その特許出願では微生物の不活性化を目的とした減圧条件を採用するが、本発明では微生物の活性化をある程度抑制するための減圧処理を行うことを一つの特徴としている。すなわち本発明者等は対象となる汚泥を減圧装置２内で１５分未満の時間の間、圧力５〜７０ｋＰａの減圧下におくことにより、微生物の活性化を抑制することが可能であることを見出し、本発明に到ったものである。本発明の目的が、汚泥の濃縮性、凝集性、脱水性にあることは上記特許出願と共通するが、微生物を不活性化させるまでのエネルギーをかけずともこれらの目的を達成でき、微生物の完全な不活性化が後段の処理において一部別の問題を引き起こす可能性が出てきたことから、これらの条件を採用したものである。
本発明者等により出願された特願平１１−８２３３１における汚泥中の微生物の不活性化方法では、「本発明の…（中略）…微生物不活性化方法は汚泥中の微生物を死滅させることはできないものの、汚泥中の微生物をほぼ２４時間〜４８時間程度の間不活性化することができる」と記載している。ここで「微生物の不活性化」という表現は、「活性を持つ微生物ならばその生物代謝によって本来発生するであろう硫化水素や二酸化炭素等のガス成分の発生量を、少なくとも２４時間〜４８時間以上の間ゼロとする、もしくは大幅に減少させるまで微生物の活性を低下させること」を意味する。ここで、微生物が自らの代謝によりガス状物質をほとんど放出しないという状態は、微生物が減圧および衝突等のせん断力によって物理的なダメージを受けることによりもたらされ、微生物は死滅しているか、あるいは死滅はしていないものの通常の生物代謝を行えない状態となっていると推定される。
本発明者等は、特願平１１−８２３３１を出願した後の研究において、より詳細に微生物の不活性化処理と汚泥の重力濃縮性及び汚泥水質の変化を調査した結果、微生物の不活性化処理はあるレベル以上に行うと汚泥性状の変化が生じる為に、水処理プロセス全体から判断して好ましくない一面があり、また、汚泥の沈降性は微生物の不活性化をあるレベル以下にした場合においても十分に期待する沈降性能を得られることを突き止めた。
図５はそのデータの一部である。汚泥に対して減圧装置により減圧処理を行った時の微生物活性化率（図５Ａ）、減圧処理後の沈降濃縮倍率（図５Ｂ）、及び減圧処理後の汚泥中の溶解性リン濃度の比率（対減圧処理前）（図５Ｃ）を示した図である。ここで「微生物活性化率」の定義としては、減圧処理しない場合に汚泥中の微生物が４８時間以内に発生させるガス状物質（気体）の量を１００とし各減圧条件において減圧処理した後４８時間以内に発生するガス状物質（気体）の量の相対比率（％）とした。
減圧処理時間が長くなるにしたがって微生物活性化率が低下し、沈降濃縮倍率及び溶解性リン相対比率は増加している。微生物を完全に不活性化させるためには、微生物活性化率の図５Ａより、減圧時間は３０分以上必要となり、１５分未満の減圧処理時間では、微生物の不活性化は不十分であると言える。しかしながら、本発明の目的の１つは減圧処理後の汚泥の沈降濃縮性を高めることにあることから、沈降濃縮性が改善される範囲であれば微生物の不活性化は完全でなくてもよい。減圧処理時間を短くできるということは、装置のコンパクト化を測れることを意味しており、装置製作コスト上も有利である。また、微生物に対して減圧処理を長時間行うと細胞壁を破られる微生物の数が増加し、微生物の菌体内に存在した溶解性リン成分等が菌体外に溶出しやすくなる。汚泥中の溶解性リン濃度が増加すると、汚泥の脱水ろ液中のリン濃度が増加し、最終的にはそのリンは返流水として水処理系に戻されて処理されることになる。
近年、下水処理場におけるリンや窒素の除去対策は非常に大きな課題となっている中で、返流水中のリン濃度の増加につながる処理は極力最小限にする必要がある。以上のことから、減圧処理による微生物の活性化を必要最小限のレベルに制限する本発明のプロセスでは、微生物を単に不活性化する方式と比較して、様々なメリットが生じるのである。
図６は、本発明の減圧処理プロセスに好適な連続脱気装置（減圧装置）を示す。この連続脱気装置は、真空容器２１の内部上方に回転ふるい２７が設けられ、その中心に供給管２４の供給口が開口していて、脱気すべき汚泥を回転ふるい２７に供給するようになっている。真空容器２１の形状は上方の円筒状の内壁とその下方に続く円筒状容器の貯留部２９とを有している。蓋２２には真空容器２１内に突出する仕切体２３の中央に主軸２６が設けられ、主軸２６の下端には、パンチングプレート製の筒状のふるい体２７ａと円板２７ｂからなるふるい体である回転ふるい２７が固設されている。
汚泥は、供給管２４からモータＭで回転されている回転ふるい２７上に落下し、遠心力によって半径方向に加速された状態でふるいの細孔を通過するとき及び通過したのちに速度を有する粒子となって真空容器の内壁に衝突して一次脱気が行われる。回転ふるい２７を通過した汚泥は、下部の貯留部２９に貯留され、減圧雰囲気下の減圧処理を受け、上部引抜管３０ａまたは下部引抜管３０ｂより図示しないポンプにより連続的に引抜かれる。真空容器２１内の気相部は、排気管３１から図示しない真空ポンプにより排気され、本発明の減圧処理においては、圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気に保たれる。また、この装置においては、微生物の活性化を抑制（制限）するように、所定時間の減圧処理を受ける必要があるために、容器中の滞留時間を制御する流量制御手段、液面位置制御手段を備えている。
また、前記濃縮型凝集反応槽４としては、例えば図７〜９に示すものを用いることができる。この濃縮型凝集反応槽４は、図７の縦断面図に示すように、槽の上部壁がスクリーン３３で構成される槽本体３２の内部の上方にドラフトチューブ３５が配置され、下方にシャフト４４に支持された攪拌羽根４５が配設されている。凝集反応槽の下部の汚泥供給管３６から汚泥がポリマー供給管３７からのポリマーと共に供給されて、槽本体３２内で攪拌羽根４５により攪拌されて凝集反応し、その凝集物はスクリーン３３でろ過され、スクリーン３３を通った分離水は分離水溜まり３４に入り、立ち上がり管３８、テレスコープ弁４８を経て、分離水流出管４９から流出する。スクリーン３３でその通過を阻止された汚泥はスクリーン３３の目を詰めるので、スクリーン３３の内側に設けた１次ブラシ４０と外側に設けた２次ブラシ４１を回転させてスクリーン３３を清掃する。
スクリーン３３によるろ過により汚泥が濃縮されるので、槽本体３２の液面に近くに開口する濃縮汚泥流出管３９から濃縮汚泥を排出させる。
スクリーン３３は、図９に示す構造を有するものであり、ウエッジワイヤー５２とサポートバー５３とからなり、前記１次ブラシ４０に当たるブラシ５４のみを図示しているが、このブラシ５４がスクリーン３３の内面に沿って円周状に回転・移動することにより、ブラシ５４の毛５５がスクリーン３３の目に入って掻くことにより、スクリーン３３の目を詰めている凝集汚泥を掻きだす。この作用により凝集汚泥の濃縮を連続的に行うことができる。
図８は、他の形式の濃縮型凝集反応装置の縦断説明図を示したものであって、濃縮汚泥流出管３９がスクリーン３３に直接取り付けられ、スクリーン３３を貫いて凝集反応槽内に開口している。スクリーン３３の内面に沿って回転するスクレーバ５１によりスクリーン３３の内面で濃縮汚泥が掻き取られ、集められた濃縮汚泥をその開口から濃縮汚泥流出管３９を通して外部に取り出すものである。
次に、汚泥の減圧脱気処理を含むプロセスについて説明する。
有機性汚泥１は、図示しない汚泥供給ポンプにより連続的に脱気装置２に供給される。該脱気装置２内は、脱気装置２上部から配管接続された図示しない真空ポンプにより、常時、圧力５〜７０ｋＰａの減圧状態を保持している。
該装置２に供給された汚泥１は、該装置２内で主軸に結合して高速回転する、円板上の周囲にふるい体でなる周壁を有するふるい２７上に供給され、そこで遠心力を受けて加速され、該円板上で薄膜状にされる。該薄膜状にされた汚泥粒子は、真空下において効率よく脱気され、更に、該遠心力により該真空容器内の壁面に衝突することによって、脱気効果が促進される。これらの物理的処理により、凝集性、及び脱水性の阻害要因である汚泥中の非常に微細な気泡までが、ほぼ完全に除去される。なお、該ふるい体は、供給汚泥中の屎査量や汚泥性状の条件により省略することも可能である。
ふるい２７を通過した汚泥は、貯留部２９に滞留した後、引抜管３０ａまたは３０ｂから引抜かれる。この時、減圧装置２内では、汚泥中の微生物の活性が制限されるように１５分未満の減圧処理を受ける。従って、この減圧処理を受けた汚泥は、後段のプロセスで十分な沈降性が得られると共に、汚泥中の微生物にある程度の活性が存在し、これにより分離水等における溶解性リン濃度の増加等の不都合が防止される。
脱気された汚泥は、該脱気装置２の下部から系外に連続的に引き抜かれる。この時、浮遊性懸濁物質を含む液体では、減圧下において液体中から発生する気泡を浮遊性懸濁物質に付着させ、その気泡と共に浮上して濃縮した汚泥を上部の引抜管３０ａから引抜くことが好ましい。また、同時に浮遊性懸濁物質の濃度が低下した残りの液体を貯留部２９の下部に設けた引抜管３０ｂから引抜くことが好ましい。このように、この装置２においては、水面の近傍に位置する液体と底面近傍の液体とを容器内に別々にかつ連続的に排出することができる。
次に、後段のプロセスについて説明する。ケース１では、流入汚泥１に対して上述した減圧装置２で脱気処理を行った脱気処理汚泥３を重力濃縮槽９において重力濃縮する。そして、重力濃縮された汚泥１０を凝集反応槽１１に導入し、凝集フロック６を生成する。凝集反応槽１１で上澄水として分離した分離水５を水処理系にそれぞれ送る。凝集フロック６は脱水装置７により脱水され、脱水ケーキ８を得る。
ケース２では、流入汚泥１を減圧装置２により減圧脱気処理した汚泥を濃縮型凝集反応槽４に導入する。濃縮型凝集反応槽４としては、図７乃至９に示すような濃縮型凝集反応装置を使用することが好ましい。該濃縮型凝集反応槽４は被処理液の凝集と分離・濃縮を単一の装置で行なうことを可能にした、濃縮用スクリーンを配置した濃縮型凝集反応装置である。該濃縮型凝集反応槽４の下部から導入された脱気処理汚泥は、同じく該濃縮型凝集反応槽４の下部から導入された高分子凝集剤と該濃縮型凝集反応槽の内部において混合攪拌され、凝集フロック６を形成する。この時、汚泥が既に脱気されていることで、汚泥粒子と凝集剤の接触を阻む微細気泡が存在せず、効率よく凝集剤が汚泥粒子に絡まるために凝集剤注入率の軽減を図ることができる。
凝集フロック６は該濃縮型凝集反応槽４内壁の濃縮スクリーンにてろ過され、該濃縮型凝集反応槽４から分離水５が排出される。この過程で、凝集フロックは汚泥濃度が２〜５倍程度に濃縮される。濃縮された凝集フロック６は濃縮汚泥流出管から系外に排出される。更に凝集フロックを脱水装置７に導入する。この時、脱気処理により汚泥と凝集剤がしっかりと結合した凝集フロック６が生成されていることから、脱水ケーキ８の含水率は従来法よりも低下する。
本プロセスでは、従来の処理法で使用していた重力濃縮槽や遠心濃縮機を使用しないため、これらの装置に使用していたスペース、動力費等が必要で無くなる。さらに、汚泥の処理場内の滞留時間が小さくなるため、処理場内で発生する汚泥由来の臭気成分が大幅に軽減される。また、汚泥の減圧脱気処理段階で、微生物の活性が制限された状態で処理されるので、分離水のリン濃度が増加する等の微生物を完全に不活性化した時の弊害が防止される。
ケース３は、特に油分などの成分が多い汚泥を対象汚泥とする場合に好適である。減圧装置２内において発生し浮上する気泡は浮遊性固形物や極性の小さい油分等に付着して見掛け比重が小さくなるため、これらの物質は気泡とともに懸濁液水面近傍まで浮上し、水面近傍において浮上濃縮汚泥層が形成される。該浮上濃縮汚泥層は濃縮汚泥排出ポンプにより連続的に系外に排出される。該容器下部からは該懸濁液中の浮遊性固形物の一部が除かれた後の下部分離液を下部分離液排出ポンプにより連続的に系外に排出する。
該容器内は供給ポンプ、浮上濃縮汚泥排出ポンプ、下部分離液排出ポンプ等の流量計や装置内に装備されたレベル計の信号を受けて、調節計により各ポンプ流量を調節することにより常時一定水位になるように制御されている。該容器内において減圧処理を施された浮上濃縮汚泥と下部分離液はいずれも減圧雰囲気下において該懸濁液中に溶存する硫化水素やメチルメルカプタン等の気体成分の多くが除かれている。このために臭気は大幅に軽減されており、後段の凝集反応槽４における凝集処理や、脱水装置７における脱水処理において発生する臭気成分は大幅に減少する。
減圧装置２において分離した浮上濃縮汚泥は、直接凝集反応槽４に導入され高分子凝集剤と混合攪拌する場合もあるが、凝集反応槽４に送る前に一旦混合槽１２へ送る。減圧濃縮装置２において分離した下部分離液の性状は、原懸濁液の性状により異なるが、該下部分離液中の懸濁物質濃度が比較的小さい場合は、濃縮分離液として水処理工程に送り処理し、懸濁物質濃度が比較的大きい場合は下部分離汚泥として従来型の重力濃縮槽において重力沈降濃縮する。該下部分離汚泥は、減圧濃縮装置２により減圧処理がされているため、沈降性を阻害する微細な気泡等が著しく少なく該下部分離汚泥中の懸濁物質の沈降性は非常に良好である。重力濃縮槽により濃縮された沈降濃縮汚泥は減圧濃縮装置２により分離した浮上濃縮汚泥と混合槽１２において混合することで最終的な濃縮汚泥１３とし、後段の凝集反応槽１１に送り凝集する。この時、該濃縮汚泥は減圧処理されていることで、汚泥粒子と凝集剤の接触を阻む微細気泡が極めて少なく、効率よく凝集剤が汚泥粒子に絡まるために凝集剤注入率の軽減を図ることができる。
次に、凝集フロック６は脱水装置７に導入され、脱水ケーキ８が生成される。この時、減圧処理により汚泥と凝集剤がしっかりと結合した凝集フロック６が生成されていることから、脱水ケーキ８の含水率は従来法よりも低下し処理性能が向上する。本プロセスを採用することにより、汚泥の性状によっては従来処理法で使用していた重力濃縮槽や遠心濃縮機を使用しないで汚泥を濃縮することが可能となるため、これらの装置に使用していたスペース、動力費等が必要で無くなる上、汚泥の処理場内の滞留時間が小さくなるため、処理場内で発生する汚泥由来の臭気成分が大幅に軽減される。また、汚泥の減圧脱気処理段階で、微生物の活性が制限された状態で処理されるので、分離水のリン濃度が増加する等の微生物を完全に不活性化した時の弊害が防止される。
また、処理対象となる液体中に含まれる懸濁物質の濃度に関わらず、油分等が多く含まれるような場合は、本システムの減圧濃縮装置２を使用することにより油分を濃縮することが可能である。一般的に油分は水と比較して比重が小さい場合が多いが、エマルジョンの状態では水と油分は分離されない。その場合液体を減圧下においた時に液体中から発生する気泡は極性がないので、その微細気泡は極性が小さい油分等と良く付着し浮上しやすく、水分と分離される場合がある。この原理を応用することにより液体から油分を浮上濃縮分離することができる。
［実施例］
以下に、本発明のケース１、２、３についての処理施設の運転結果の一例について説明する。なお、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
従来法及び本発明のケース１、２、３による処理施設は、共に複数の下水処理場で発生する汚泥をパイプラインを介して１つの汚泥処理場に送泥することにより、集約的に汚泥処理を行なう例についてのものである。
従来の汚泥処理施設は、複数の下水処理場からのパイプラインから送られてくる汚泥を受けて重力濃縮して濃縮汚泥１０を得る重力濃縮槽９、高分子凝集剤と重力濃縮槽９からの濃縮汚泥１０を混合し、凝集フロック６を作り排出する凝集反応槽１１、凝集反応槽１１からの凝集フロック６を脱水し、脱水ケーキ８として排出するベルトプレス型脱水装置７から構成されている。
本発明のケース１による処理施設は、パイプラインで受けた汚泥１を減圧脱気処理を施す減圧装置２、減圧脱気処理を施した汚泥３を重力濃縮して濃縮汚泥１０を得る重力濃縮槽９、高分子凝集剤と脱気装置２からの汚泥を混合し凝集フロック６を作り排出する凝集反応槽１１、凝集反応槽１１からの凝集フロックを脱水し、脱水ケーキ８として排出するベルトプレス型脱水装置７から構成されている。ここで、減圧装置２では圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気下で１５分未満の減圧脱気処理が行われる。
本発明のケース２による処理施設は、パイプラインで受けた汚泥１を減圧脱気処理を施す減圧装置２、高分子凝集剤と脱気装置２からの汚泥を混合し凝集フロック６を作りながら、更に分離水５を排出する濃縮型凝集反応槽４、濃縮型凝集反応槽４からの凝集フロック６を脱水し、脱水ケーキ８として排出するベルトプレス型脱水装置７から構成されている。同様に、減圧装置２では圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気下で１５分未満の減圧脱気処理が行われる。
本発明のケース３による処理施設は、パイプラインで受けた汚泥１を減圧脱気処理を施す減圧装置２、減圧処理を施した汚泥の内該減圧装置２の底部から引き抜かれた脱気処理汚泥３ａを重力濃縮して沈降濃縮汚泥１５を得る重力濃縮槽９、減圧処理を施した汚泥の内減圧装置２の上部から引き抜かれた浮上濃縮汚泥１４と重力濃縮槽９において濃縮された沈降濃縮汚泥１５を混合する濃縮汚泥混合槽１２、濃縮混合汚泥１３と高分子凝集剤を混合し凝集フロック６を作り排出する凝集反応槽１１、凝集反応槽１１からの凝集フロック６を脱水し、脱水ケーキ８として排出するベルトプレス型脱水装置７から構成されている。同様に、減圧装置２では圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気下で１５分未満の減圧脱気処理が行われる。
パイプラインを通じて汚泥処理施設に送泥されてくる汚泥１は、有機性の下水汚泥であり、長距離にわたる輸送の間に、主として嫌気性微生物の代謝による発酵が進行し、種々のガスが発生しやすい環境が作られている。また、圧送ポンプにより幾分加圧された状態で運ばれてくることから、発生したガスの一部が汚泥に包含される。この汚泥を、従来方法により、脱水まで行なった場合、まず、重力濃縮槽内にて大量のスカムが発生し、処理水に影響を及ぼす。また十分重力濃縮できない状態で濃縮汚泥を排出する。また、得られた濃縮汚泥はまだ幾分ガス成分を含有していることから、濃縮型凝集反応槽内にて、高分子凝集剤との混和が効率的に行われず、十分な凝集フロックを得るには高い薬注率を必要とする。更に、脱水工程では、元々大量のガス成分を含有する汚泥の凝集フロックであることから、脱水性が悪く脱水ケーキの含水率の上昇が起こる。
本発明による方法では、パイプラインを通じて送られてくる汚泥１に対して、直接減圧脱気処理を施し、汚泥中のガス成分を系外に分離する。
その後、ケース１では脱気処理汚泥を重力濃縮槽９において重力濃縮することで濃縮汚泥を得、後段の凝集反応槽１１にて凝集し、脱水機７により脱水する。ケース２では、脱気処理汚泥を重力濃縮せずに濃縮型凝集反応装置４により造粒濃縮し、脱水機７により脱水する。ケース３では脱気処理汚泥のうち該減圧装置２内で浮上濃縮した汚泥を濃縮汚泥混合槽１２に送り、該減圧装置２内で浮上しなかった汚泥は重力濃縮槽９に送り、該重力濃縮槽９において重力濃縮した沈降濃縮汚泥は、濃縮汚泥混合槽１２にて浮上濃縮汚泥と混合されて混合濃縮汚泥となる。該混合濃縮汚泥１３は凝集反応槽１１にて凝集され、次に脱水機７で脱水される。いずれの減圧処理後の汚泥も汚泥中のガス成分が除去されたことで、凝集性の向上、臭気の軽減、薬注率の低下、ケーキ含水率の低下が図れる。さらに、微生物の不活性化に伴う弊害が回避される。

次に、第１表の処理成績例について説明する。
従来方法による処理では、重力濃縮槽において流入汚泥がガス成分を大量に含んでいるため、スカムが発生し、重力濃縮槽の機能が低下したため、重力濃縮槽排出汚泥濃度は０．９〜１．６％に留まった。後段の凝集反応槽での凝集剤添加率は０．５９〜０．７８％（ｔｏＳＳ）、重力濃縮槽のＳＳ回収率は５１〜７５％、脱水ケーキ含水率は７９．２〜８２．５％となった。
本発明の３つのケースはいずれも凝集剤添加率で約０．１〜０．２ポイント、ケーキ含水率で約４ポイント、ＳＳ回収率で約２０ポイント処理性能が向上した。
また、これらの処理プロセス全体において発生する臭気成分の量を相対的に比較するために、測定対象となる汚泥を以下のように定めてＨ_２Ｓ濃度を測定した。本発明のプロセスでは減圧装置２から排泥される脱気汚泥、従来法によるプロセスでは重力濃縮槽９に投入される直前の汚泥について、各々の汚泥１Ｌ（リットル）を採取し、臭気袋に直ちに入れ、空気を１Ｌ（リットル）入れることで、液相：気相＝１：１（体積比）で封入する。
そして、２５℃にて各々のプロセスにおいて滞留する時間分（本発明のプロセス＝１時間、従来法＝９時間（重力濃縮槽８時間＋濃縮汚泥貯留槽１時間））静置した後に発生した気相のＨ_２Ｓ濃度を測定した。脱水ケーキについては各々の処理フローで得られた脱水ケーキを乾燥物重量３０ｇを採取し、臭気袋に直に入れ、空気を１Ｌ（リットル）入れて封入する。そして、２５℃にて１時間静置した後に発生した気相のＨ_２Ｓ濃度を測定した。
その結果、汚泥から発するＨ_２Ｓ濃度は従来法では１５〜１２０ｐｐｍであったのに対し、３つの本発明のケースではいずれも約３ｐｐｍ以下であった。ケーキから発するＨ_２Ｓ濃度は、従来法では３．５〜４６ｐｐｍであったのに対し、本発明のケースでは約１ｐｐｍとなり、汚泥及びケーキについて、それらから発生する臭気を大幅に抑制できることが分かった。
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、下水処理場や各種排水処理設備において発生する有機汚泥について、特に激しい腐敗によって大量のガス成分を包含した汚泥を減圧脱気し、重力濃縮槽または濃縮型凝集反応槽にて濃縮する方式を採用することにより、処理場内で発生する汚泥由来の臭気成分を大幅に軽減し、汚泥に添加する凝集剤の添加量を大幅に軽減し、さらに脱水処理において、脱水ケーキ含水率の低下を図ることができる。そして、減圧脱気処理において微生物の活性を制限するようにしたので、微生物の不活性化による弊害を回避できる。
また、従来汚泥処理の第一段階にある濃縮工程を省くことができるため、設備費用、ランニングコストの軽減を図ることができる。
産業上の利用可能性
本発明は、下水処理場や各種排水処理設備等において、液体中の浮遊性懸濁物質または油分等を濃縮処理することが要求される液体の処理分野に好適に利用可能である。本発明によれば、汚泥の重力濃縮性、凝集性、及び脱水性の向上、臭気発生量の軽減等をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のケース１の液体処理方法を示すフロー図である。
図２は本発明のケース２の液体処理方法を示すフロー図である。
図３は本発明のケース３の液体処理方法を示すフロー図である。
図４は上記ケース１，２，３に対応した従来の液体処理方法を示すフロー図である。
図５Ａは減圧処理時間に対する微生物活性化率を示すグラフであり、図５Ｂは減圧処理時間に対する減圧処理後の沈降濃縮倍率を示すグラフであり、図５Ｃは減圧処理時間に対する減圧処理後の汚泥中の溶解性リン濃度の比率を示すグラフである。
図６は本発明のプロセスに好適な減圧処理装置を示す断面図である。
図７は本発明のプロセスに好適な濃縮型凝集反応装置を示す断面図である。
図８は図７の変形例の濃縮型凝集反応装置を示す断面図である。
図９は上記濃縮型凝集反応装置におけるスクリーン部分の斜視図である。

Claims (22)

1. 液体中の浮遊性懸濁物質を濃縮または凝集した後に脱水するプロセスにおいて、
   前記液体を減圧下におくことで、該液体中に包含される気体及び該液体中に溶存する気体成分の一部を気相に移行させるとともに該液体中の微生物の活性化を制限する減圧処理を施した後、前記液体中の汚泥を濃縮または凝集した後に脱水することを特徴とする液体処理方法。
2. 前記液体中の微生物の活性化を制限する減圧処理は、前記液体を１５分未満の時間の間、圧力５〜７０ｋＰａの減圧雰囲気に置くことを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
3. 前記減圧処理を施した後、前記液体を重力濃縮槽に導入して重力濃縮し、該重力濃縮された汚泥を脱水機により脱水することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
4. 前記減圧処理を施した後、前記液体を凝集反応槽に導入して凝集し、該凝集された汚泥を脱水機により脱水することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
5. 前記減圧処理を施した後、前記液体を重力濃縮槽に導入して重力濃縮し、該重力濃縮された汚泥を凝集反応槽に導入して凝集し、該凝集された汚泥を脱水機により脱水することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
6. 前記脱水機の前段に使用する凝集反応槽として、該凝集反応槽内で生成した分離水の一部を系外に取り出すことで、脱水機に投入する凝集汚泥の濃度を高めることを特徴とする請求項４記載の液体処理方法。
7. 前記減圧処理に用いる装置が、液体供給ポンプ、真空ポンプ、及び液体引き抜きポンプと接続する密閉型容器であり、該容器内において、減圧下で供給された液体を薄膜状にするとともに、液体にせん断力を与えつつ脱気することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
8. 前記減圧処理に用いる装置が、液体の連続供給および連続排出を行うことを特徴とする請求項７記載の液体処理方法。
9. 濃縮型凝集反応槽として、槽下部より液体と凝集剤を供給し、槽内で回転する攪拌機により液体と凝集剤を混合し、槽上部に設置された円筒型分離スクリーンにより分離水のみを系外に排出し、分離スクリーンに付着する凝集フロックを剥離させることを特徴とする請求項４記載の液体処理方法。
10. 前記分離スクリーンに付着する凝集フロックを剥離させるためのスクレーパを、減速機を介して前記攪拌機に連結させて回転させることを特徴とする請求項９記載の液体処理方法。
11. 前記減圧処理に用いる密閉容器に導入した液体について、該容器内にできる水面近傍の液体と底面近傍の液体とを該容器外に別々にかつ連続的に排出することを特徴とする請求項７記載の液体処理方法。
12. 浮遊性懸濁物質を含む液体を処理対象とし、減圧下において液中から発生する気泡を浮遊性懸濁物質に付着させ、該気泡とともに浮上し濃縮した浮遊性懸濁物質の一部または全部と、浮遊性懸濁物質の濃度が低下した残りの液体を別々に排出することを特徴とする請求項１１記載の液体処理方法。
13. 浮遊性懸濁物質を含む液体を処理対象とし、前記液体を減圧下の容器内で水面近傍の液体と底面近傍の液体とに分離し、該装置内の底面近傍から引抜いた液体を重力沈降濃縮槽に導入することで沈降濃縮汚泥を形成し、さらに該沈降濃縮汚泥と前記水面近傍の液体から引き抜いた浮上濃縮汚泥とを混合することで最終的な濃縮汚泥を形成することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
14. 液体を分離する方法として、密閉型容器内に対象となる液体を供給し、該容器内の上部の気相を減圧し、該容器内の水面近傍の液体と底面近傍の液体を、該容器外に別々にかつ連続的に排出することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
15. 浮遊性懸濁物質を含む液体を処理対象とし、減圧下において液中から発生する気泡を前記浮遊性懸濁物質に付着させ、前記気泡とともに浮上し濃縮した浮遊性懸濁物質の一部または全部と、浮遊性懸濁物質の濃度が低下した残りの液体を別々に排出することを特徴とする請求項１４記載の液体処理方法。
16. 有機性汚泥を脱水する方法において、該汚泥を減圧条件下におき、脱気処理を施した後、濃縮処理を行うことなく、直接凝集反応槽に導入し、該凝集反応槽にて凝集後、脱水機により脱水することを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
17. 前記凝集反応槽として、該凝集反応槽内で生成した分離水の一部を系外に取り出すことで脱水機に投入する凝集汚泥の濃度を高める機能を有する濃縮型凝集反応槽を用いることを特徴とする請求項１６記載の処理方法。
18. 密閉容器と、前記容器内に処理対象となる液体を供給する手段と、前記容器内上部の気相を減圧する手段と、減圧下にある前記液体の一部を前記容器下部から連続的に排出する手段と、前記液体の水面付近に存在する部分を減圧下において連続的に排出する手段とを備え、前記液体中の微生物の活性化を制限するように減圧脱気することを特徴とする液体処理装置。
19. 密閉型容器と、前記容器内部に処理対象の液体を供給するポンプと、前記容器内部を減圧雰囲気下に保持する真空ポンプと、微生物の活性化を制限するように減圧処理された前記処理対象の液体を引抜くポンプとを備えた減圧処理装置と、重力沈降濃縮槽および／または凝集反応糟とを備えたことを特徴とする液体処理装置。
20. 前記減圧処理装置は、前記容器内において、減圧雰囲気下で供給された処理対象の液体を薄膜状にすると共に剪断力を付与する機構を備えたことを特徴とする請求項１９記載の液体処理装置。
21. 前記減圧処理装置は、前記処理対象の液体を連続供給および連続排出が可能な機構を備えたことを特徴とする請求項１９記載の液体処理装置。
22. 前記凝集反応槽として、槽下部より汚泥と凝集剤を供給し、槽内で回転する撹拌機により汚泥と凝集剤を混合し、槽上部に設置された円筒型分離スクリーンにより分離水のみを系外に排出し、分離スクリーンに付着する凝集フロックを剥離させるためのスクレーパを、減速機を介して撹拌機に連結させて回転させることができる濃縮型凝集反応槽を用いたことを特徴とする請求項１９記載の液体処理装置。

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