汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法
【課題】汚泥の脱水処理で生じる脱水分離液の排出量を十分に低減することができる汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法を提供すること。
【解決手段】本発明の汚泥脱水装置１０は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽２と、凝集剤溶液調製槽２からの凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部３と、混和部３からの混和物を脱水処理する脱水手段４と、脱水手段４での脱水処理によって混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽２に返送する返送手段Ｌ１１とを備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の汚泥脱水装置１０は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽２と、凝集剤溶液調製槽２からの凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部３と、混和部３からの混和物を脱水処理する脱水手段４と、脱水手段４での脱水処理によって混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽２に返送する返送手段Ｌ１１とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥の脱水処理は、通常、汚泥に脱水助剤を添加して行う。脱水助剤としては高分子凝集剤及び無機凝集剤が挙げられ、これらのうち一方又は両方が汚泥に対して添加される。例えば、特許文献１には高分子凝集剤を用いて汚泥を脱水処理する方法が記載されている。
【０００３】
脱水助剤として使用される高分子凝集剤は、粉体又は質量濃度１５０〜４００ｇ／ｌ程度のディスパージョン型もしくはエマルジョン型の液体である。汚泥中に高分子凝集剤を十分に分散させるため、高分子凝集剤は適当な濃度の水溶液として汚泥に添加される。高分子凝集剤の水溶液の質量濃度はアニオン系で１〜２ｇ／ｌ、カチオン系２〜３ｇ／ｌとすることが一般的である。このように、高分子凝集剤を水で溶解又は希釈することにより高分子凝集剤の水溶液が調製される。
【特許文献１】特公平７−５１２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、所定濃度の高分子凝集剤の水溶液を調製するための水として、上水や井戸水などの清浄水が使用されており、これらの清浄水は汚泥の脱水処理プロセスの系外から導入されるものである。高分子凝集剤の水溶液を上述のような質量濃度とするためには、系外から清浄水を相当量導入する必要がある。
【０００５】
また、汚泥に対する高分子凝集剤の添加量は、汚泥の固形物の全質量を基準として、１〜２質量％とすることが一般的である。このため、例えば、メタン発酵汚泥のように固形物の含有量が多い汚泥を脱水処理する場合、固形物の含有量に応じた所定量の高分子凝集剤が水溶液の状態で添加される。従って、高分子凝集剤の水溶液の使用量が増大するに伴い、当該水溶液を調製するために系外から導入される清浄水の量が増大してしまう。
【０００６】
例えば、固形物の質量濃度が５０ｇ／ｌである汚泥１００ｍ３に対し、当該固形物の質量を基準として、高分子凝集剤の添加量が２質量％となるように高分子凝集剤を添加する場合において、汚泥に添加する高分子凝集剤水溶液の量について検討する。粉末の高分子凝集剤を水に溶解し、質量濃度２ｇ／ｌの高分子凝集剤水溶液を調製すると仮定すると、高分子凝集剤水溶液の量は、
［１００（ｍ３）×５０（ｇ／ｌ）×２（質量％）］／２（ｇ／ｌ）＝５０（ｍ３）
と算出される。このように、汚水１００ｍ３に対して高分子凝集剤水溶液５０ｍ３を添加する必要がある。従って、高分子凝集剤添加後の汚泥量は添加前の１．５倍となってしまう。
【０００７】
上記のように系外からの清浄水の導入量が増大すると汚泥脱水機に対する負荷が高くなるのみならず、汚泥脱水機の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷も高くなってしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、汚泥の脱水処理で生じる脱水分離液の排出量を十分に低減することができる汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の汚泥脱水装置は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽と、凝集剤溶液調製槽からの凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部と、混和部からの混和物を脱水処理する脱水手段と、脱水手段での脱水処理によって混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽に返送する返送手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の汚泥脱水装置によれば、脱水分離液の少なくとも一部が凝集剤溶液調製槽に返送され、凝集剤水溶液の調製に使用される。このため、本発明に係る汚泥脱水装置で生じる排水量につき、脱水分離液の返送量に相当する量を削減可能である。これにより、汚泥脱水装置の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷を低減することができる。
【００１１】
本発明の汚泥脱水装置は、脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去する除去手段を更に備えることが好ましい。浮遊物質の濃度が十分に低減された脱水分離液は、当該濃度が高い脱水分離液と比較して凝集剤水溶液の調製に使用する水として好適なためである。浮遊物質の濃度が十分に低減された脱水分離液を用いて調製された高分子凝集剤水溶液を使用すると、脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共に浮遊物質（以下、「ＳＳ」という。）の回収率を十分に高くすることができる。
【００１２】
また、本発明の汚泥脱水装置は、返送手段で返送される脱水分離液よりも浮遊物質の濃度が低い清浄水を凝集剤溶液調製槽に供給する清浄水供給手段と、凝集剤水溶液の調製に使用する清浄水供給手段からの清浄水と返送手段で返送される脱水分離液との混合比率を変化自在な混合比率可変手段とを更に備えることが好ましい。
【００１３】
このような清浄水供給手段及び混合比率可変手段を備える汚泥脱水装置によれば、返送される脱水分離液のＳＳ濃度に応じて脱水分離液と清浄水とを混合することができる。これにより、凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度を所定値以下となるように混合比率を変更することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、上記の混合比率可変手段を制御する混合比率制御手段を更に備えることが好ましい。これにより、凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度を所定値以下に制御することが容易となる。ＳＳ濃度が所定値以下である水を用いて調製された凝集剤水溶液を使用することで脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共にＳＳ物質の回収率を十分に高くすることができる。
【００１５】
本発明では、凝集剤溶液調製槽に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定手段を備えることが好ましい。このような濃度測定手段を備える汚泥脱水装置によれば、返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定することが可能である。この測定結果に基づき、上記の混合比率可変手段及び混合比率制御手段を連動させることで、脱水分離液と清浄水との混合比率を自動的に制御することが容易となる。
【００１６】
また、凝集剤溶液調製槽内において凝集剤水溶液の調製に使用される水のＳＳ濃度は３０００ｍｇ／ｌ以下であることが好ましい。ＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌ以下である水を用いて調製された凝集剤水溶液を使用することで脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共にＳＳ物質の回収率を十分に高くすることができる。
【００１７】
本発明の汚泥脱水方法は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を凝集剤溶液調製槽にて調製する凝集剤溶液調製工程と、凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和して混和物を得る混和工程と、混和物を脱水処理する脱水工程と、脱水工程によって分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽に返送する返送工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の汚泥脱水方法によれば、脱水分離液の少なくとも一部が凝集剤溶液調製槽に返送され、凝集剤水溶液の調製に使用される。このため、本発明に係る汚泥脱水方法で生じる脱水分離液の排水量につき、脱水分離液の返送量に相当する量を削減可能である。これにより、汚泥脱水装置の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、汚泥の脱水処理で生じる脱水分離液の排出量を十分に低減することができる。このため、汚泥の脱水処理で生じる排水の浄化を行う排水処理設備の水量負荷を十分に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
まず、図１を参照し、本発明に係る汚泥脱水装置の第１実施形態について説明する。図１に示す汚泥脱水装置１０は、汚泥貯槽１、凝集剤溶液調製槽２、混和槽（混和部）３、脱水機（脱水手段）４、脱水分離液槽５、ポンプ、流量計などの測定器及びこれらの構成を連結するライン並びに運転条件を自動制御するための自動制御手段１５を備えている。
【００２２】
汚泥貯槽１は、脱水処理すべき汚泥（以下、場合により「被処理汚泥」という。）を貯留するための槽である。凝集剤溶液調製槽２は被処理汚泥に添加する高分子凝集剤水溶液を調製するための槽である。混和槽３は被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混和するための槽である。脱水機４は混和槽３で得られた混和物を脱水処理して脱水分離液と脱水汚泥とに分離するための装置である。脱水分離液槽５は脱水機４で分離された脱水分離液を貯留するための槽である。
【００２３】
汚泥貯槽１は、汚泥を汚泥貯槽１に供給するラインＬ１と、貯留されている被処理汚泥を混和槽３に移送するラインＬ２とを備えている。ラインＬ２は、被処理汚泥を混和槽３に供給するポンプＰ１及びラインＬ２内を流れる被処理汚泥の流量を測定する流量計Ｆ１を備えている。汚泥供給手段は、汚泥貯槽１、ラインＬ２並びにラインＬ２に設けられたポンプＰ１及び流量計Ｆ１により構成されている。
【００２４】
凝集剤溶液調製槽２は、攪拌機を備えており、高分子凝集剤と水とを混合攪拌できる構成となっている。また、凝集剤溶液調製槽２は、高分子凝集剤及び清浄水をそれぞれ汚泥脱水装置１０に供給するラインＬ３及びラインＬ４と、調製された高分子凝集剤水溶液を混和槽３に供給するラインＬ５とを備えている。ラインＬ３は凝集剤溶液調製槽２に所定量の高分子凝集剤を供給する凝集剤供給器Ｗ１、ラインＬ４は供給する清浄水の流量を測定する流量計Ｆ３及び当該流量を調整する自動弁Ｖ２、ラインＬ５は高分子凝集剤水溶液を混和槽３に移送するポンプＰ４及びラインＬ５内を流れる当該水溶液の流量を測定する流量計Ｆ２をそれぞれ備えている。清浄水供給手段は、ラインＬ４並びにこれに設けられた自動弁Ｖ２及び流量計Ｆ３により構成されている。
【００２５】
凝集剤供給器Ｗ１は、ラインＬ３により供給される高分子凝集剤が粉体又は液体であるかに応じて好適な構成のものを用いればよい。高分子凝集剤が、粉体である場合は定量フィーダ及び重量計などを、液体である場合はレベル計、重量計及び流量計などを用いることができる。
【００２６】
混和槽３は、攪拌機を備えており、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混合攪拌できる構成となっている。また、混和槽３は、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液との混和物を脱水機４に供給するラインＬ６を備えている。なお、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混和できるものであれば、混和部としては槽に限定されず、例えば、ラインＬ２で移送される被処理汚泥に対して高分子凝集剤水溶液をラインＬ２中に直接添加してもよい。
【００２７】
脱水機４は、混和物から分離された脱水分離液及び脱水汚泥をそれぞれ、脱水分離液槽５に移送するラインＬ７及び汚泥処理設備に移送するラインＬ８を備えている。脱水機４としては、あらゆる脱水機が適用可能であり、例えば、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、ロータリープレス脱水機などが挙げられる。これらの脱水機は１種を単独もしくは複数で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
脱水分離液槽５は、貯留されている脱水分離液を移送するラインＬ９と、脱水分離液を脱水分離液槽５に返送する循環ラインＬ１０を備えている。ラインＬ９及び循環ラインＬ１０にはそれぞれ、ポンプＰ２及びポンプＰ３が設けられている。
【００２９】
循環ラインＬ１０は、脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定器（濃度測定手段）Ｘ１を備えている。濃度測定器Ｘ１としては、超音波、赤外線、マイクロ波及びレーザー光から選ばれる１つ又は２つ以上を組み合わせて利用した構成の濃度測定器を採用することができる。なお、濃度測定器Ｘ１の設置位置は、凝集剤溶液調製槽２に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定できる位置であれば、循環ラインＬ１０に限定されない。濃度測定器Ｘ１は、例えば、脱水分離液槽５に直接設置してもよく、後述する返送ラインＬ１１に設置してもよい。
【００３０】
ポンプＰ２によって脱水分離液槽５に貯留されている脱水分離液が排出される。ポンプＰ２から吐出される脱水分離液の一部又は全量が凝集剤溶液調製槽２に移送され、凝集剤溶液調製槽２に移送されない脱水分離液は排水処理設備へと移送される。
【００３１】
返送ラインＬ１１は、ポンプＰ２から吐出される脱水分離液の少なくとも一部を凝集剤溶液調製槽２に返送するラインである。本実施形態において返送手段は、返送ラインＬ１１及びポンプＰ２によって構成されている。
【００３２】
返送ラインＬ１１の一端はラインＬ９のポンプＰ２の吐出側と接続されており、他の一端は凝集剤溶液調製槽２に接続されている。返送ラインＬ１１は返送する脱水分離液の流量を測定する流量計Ｆ４及び当該流量を調整する自動弁Ｖ１を備えている。
【００３３】
自動制御手段（混合比率制御手段）１５は、凝集剤溶液調製槽２への清浄水の供給量と脱水分離液の返送量とを自動的に調整するためのものである。自動制御手段１５によって凝集剤溶液調製槽２内の高分子凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度が好適な範囲内となるように調整される。
【００３４】
自動制御手段１５は、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ１で測定されるそれぞれの測定値を受信するデータ受信部１６と、データ受信部１６で受信された各測定値に基づき、自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度をそれぞれ調節する指示を出力する指示出力部１７とを有する。自動制御手段１５は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータのハードウェア及びソフトウェアを利用して構成されている。混合比率可変手段は、自動弁Ｖ１及び自動弁Ｖ２により構成されている。
【００３５】
以下、汚泥脱水装置１０で行われる脱水処理の方法について説明するが、その説明に先立ち、汚泥脱水装置１０に供給される汚泥、高分子凝集剤及び清浄水について説明する。
【００３６】
ラインＬ１を通じて汚泥貯槽１に供給される汚泥としては、有機汚泥及び無機汚泥が挙げられ、例えば、有機汚泥としてはし尿、下水汚泥、食品・化学・紙パルプ工場等から排出される汚泥などが挙げられる。
【００３７】
汚泥脱水装置１０によって脱水処理をする汚泥としては、固形物の質量濃度が２０〜３００ｇ／ｌ（より好ましくは５０〜１００ｇ／ｌ）のものが好適である。
【００３８】
ラインＬ３を通じて凝集剤溶液調製槽２に供給する高分子凝集剤の種類としては、アニオン系及びカチオン系が挙げられる。アニオン系高分子凝集剤として、例えば、アクリルアミド、アクリル酸ソーダ共重合物などが挙げられる。カチオン系高分子凝集剤として、例えば、ポリジシアンジアミド系、ポリジアリルアミン系、ポリアミン系等の共重合物及びジシアンジアミドとホルムアルデヒドとの重縮合物などが挙げられる。これらの高分子凝集剤は、粉体又は液体のいずれであってもよい。液体の高分子凝集剤としては、質量濃度１５０〜４００ｇ／ｌ程度のディスパージョン型もしくはエマルジョン型のものが挙げられる。
【００３９】
ラインＬ４を通じて凝集剤溶液調製槽２に供給する清浄水は、脱水分離液を希釈してこれを高分子凝集剤水溶液の調製に使用し得る程度にＳＳ濃度を低減するために使用される。従って、清浄水のＳＳ濃度は、返送ラインＬ１１で返送される脱水分離液のそれよりも低い必要がある。上記の用途で用いられるため、清浄水としてはＳＳ濃度及び蒸発残留物濃度（以下、「ＴＳ濃度」という。）がより低く且つ一定に保たれているものが好ましく、例えば、上水、井戸水及び工水などが好適である。
【００４０】
次に、汚泥の脱水処理の方法について詳細に説明する。
【００４１】
汚泥貯槽１に貯留された汚泥は、ポンプＰ１によってラインＬ２を通じて被処理汚泥として混和槽３に移送される。ポンプＰ１の吐出量は流量計Ｆ１により測定し、設定した値となるようにポンプＰ１のインバータにより制御される。
【００４２】
ラインＬ３及びラインＬ４を通じ、それぞれ高分子凝集剤及び清浄水が凝集剤溶液調製槽２に供給される。また、凝集剤溶液調製槽２には返送ラインＬ１１を通じて脱水分離液槽５から脱水分離液が供給される。凝集剤溶液調製槽２において高分子凝集剤と、清浄水及び脱水分離液とが混合され、高分子凝集剤水溶液が調製される（凝集剤溶液調製工程）。
【００４３】
高分子凝集剤水溶液の質量濃度は、アニオン系で１〜２ｇ／ｌ、カチオン系で２〜３ｇ／ｌとなるように調整することが好ましい。
【００４４】
凝集剤溶液調製槽２で調整された高分子凝集剤水溶液は、ポンプＰ４によってラインＬ５を通じて混和槽３に移送される。ポンプＰ４の吐出量は流量計Ｆ２により測定し、設定した値となるようにポンプＰ４のインバータにより制御される。なお、ポンプＰ４の吐出量は、高分子凝集剤水溶液に含まれる高分子凝集剤（乾燥状態）の質量が被処理汚泥の固形物の質量を基準として、１〜２質量％となるように設定することが好ましい。混和槽３において、被処理汚泥の固形物に対する高分子凝集剤の質量が１質量％未満であると脱水汚泥の含水率を十分に低くすることが困難となる傾向がある。他方、２質量％を越えて高分子凝集剤を添加することもできるが経済性の観点から上限を２質量％とすることが好ましい。
【００４５】
混和槽３において被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とが混和される（混和工程）。混和工程においては、脱水汚泥の含水率をより低減する観点から、無機凝集剤を添加して混和物を調製してもよい。無機凝集剤として、例えば、鉄系及びアルミ系などのものが挙げられる。無機凝集剤を添加する場合は水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤を更に添加して混和物のｐＨを好適な値に調整することが好ましい。
【００４６】
なお、無機凝集剤の添加は、混和工程で行う場合に限られるものではなく、混和される以前の被処理汚泥又は混和後の被処理汚泥に対して無機凝集剤を添加してもよい。また、無機凝集剤を添加して脱水処理を行う場合の脱水機４としては、例えば、フィルタープレス、スクリュープレス又はベルトプレス等が好ましい。
【００４７】
混和工程で得られた混和物は、ラインＬ６を介して脱水機４に移送される。混和物は脱水機４による脱水処理によって脱水分離液と脱水汚泥とに分離される（脱水工程）。脱水処理によって分離された脱水分離液はラインＬ７を介して脱水分離液槽５に移送される。他方、混和物から分離された脱水汚泥はラインＬ８を介して汚泥処理設備に移送される。汚泥処理設備において脱水汚泥の堆肥化や炭化又は焼却といった処理が行われる。
【００４８】
脱水分離液槽５に貯留された脱水分離液は、返送ラインＬ１１を介して凝集剤溶液調製槽２に返送される（返送工程）。凝集剤溶液調製槽２に返送する脱水分離液の量は、流量計Ｆ４により測定され、自動弁Ｖ１により設定された量に調整される。
【００４９】
凝集剤溶液調製槽２に導入される脱水分離液及び清浄水の量の比率は、脱水分離液のＳＳ濃度に基づき設定することができる。具体的には、脱水分離液のＳＳ濃度が所定値以下の場合は、高分子凝集剤水溶液の調製に必要な水の全量を脱水分離液で賄うことが可能である。他方、脱水分離液のＳＳ濃度が所定値を超える場合は、高分子凝集剤水溶液の調製に使用する水（以下、「高分子凝集剤溶解水」）のＳＳ濃度が所定値以下となるように、ラインＬ４を通じて凝集剤溶液調製槽２に清浄水を供給する。凝集剤溶液調製槽２に供給する清浄水の量は、流量計Ｆ３により測定され、自動弁Ｖ２により設定された量に調整される。
【００５０】
高分子凝集剤溶解水のＳＳ濃度の上記所定値は、脱水処理する汚泥の特性に応じて決定することが好ましいが、例えば、汚泥がメタン発酵汚泥の場合、経験的に３０００ｍｇ／ｌとすることができる。また、高分子凝集剤溶解水は、ＴＳ濃度９０００ｍｇ／ｌ以下、塩素イオン濃度１００００ｍｇ／ｌ以下、アンモニアイオン濃度４０００ｍｇ／ｌ以下、鉄イオン濃度（Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋の総量）１００ｍｇ／ｌ以下、ｐＨ６〜８であることが好ましい。
【００５１】
高分子凝集剤溶解水に含まれる浮遊物質や塩素イオン、アンモニアイオン及び鉄イオンなどの溶解物並びに高分子凝集剤溶解水のｐＨは、汚泥の脱水処理において脱水汚泥の含水率及びＳＳの回収率に影響を与えるものである。このため、各濃度又はｐＨが上記範囲外である高分子凝集剤溶解水を用いた場合、脱水性が悪化する傾向がある。
【００５２】
汚泥脱水装置１０で汚泥の脱水処理を開始するにあたり、予め脱水処理対象の汚泥の脱水処理を行って脱水分離液の特性を測定する工程（脱水分離液測定工程）を行うことが好ましい。この結果に基づき、汚泥脱水装置１０に供する汚泥の性質に合わせて高分子凝集剤溶解水のＳＳ濃度の所定値を決定することができる。測定すべき脱水分離液の特性として、ＳＳ濃度、ＴＳ濃度、塩素イオン濃度、アンモニアイオン濃度、鉄イオン濃度及びｐＨなどが挙げられる。例えば、脱水分離液測定工程において、種々の運転条件のメタン発酵槽から生じる汚泥の脱水処理を行い、脱水分離液のＳＳ濃度とＴＳ濃度との関係及び脱水処理された脱水汚泥の含水率を測定する。この結果に基づき、ＳＳ濃度の所定値を決定すればよい。
【００５３】
図２にメタン発酵汚泥を脱水処理して得た脱水分離液のＳＳ濃度とＴＳ濃度との関係を例示する。これらの値はほぼ比例関係にあり、このメタン発酵汚泥の場合、ＳＳ濃度の値に５０００〜６０００を加えた値がＴＳ濃度の値となることがわかる。このように、脱水分離液測定工程を行って予め脱水分離液のＴＳ濃度とＳＳ濃度との関係を調べることで、濃度測定器Ｘ１によりＳＳ濃度を監視すればＴＳ濃度を推定することができる。
【００５４】
なお、ＳＳ濃度及びＴＳ濃度はいずれも汚泥の脱水性などに影響を与えるものであるが、ＳＳ濃度の測定結果からＴＳ濃度の値を推定する理由は、ＴＳ濃度の自動、連続測定が困難なためである。
【００５５】
更に、汚泥脱水装置１０に供される汚泥の性質が経時的に変化し、例えば、脱水分離液のＴＳ濃度のみが上昇した場合、ＳＳ濃度を監視する濃度測定器Ｘ１ではその経時的な変化を捉えることができない。脱水分離液のＴＳ濃度の上昇に伴い、高分子凝集剤溶解水のＴＳ濃度も上昇するため、汚泥の脱水性などが低下してしまう。
【００５６】
上記のような事態を防止するため、脱水分離液のＴＳ濃度を測定する工程（ＴＳ濃度測定工程）を適宜行うことが好ましい。このＴＳ濃度測定工程で測定されるＴＳ濃度と濃度測定器Ｘ１によるＳＳ濃度に基づき、ＳＳ濃度の所定値を再設定することで、好適な条件で脱水処理を行うことができる。
【００５７】
以上、第１実施形態に係る汚泥脱水装置ついて説明したが、汚泥脱水装置１０としては以下のような形態であってもよい。例えば、自動制御手段１５につき、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ１からの測定値に加え、凝集剤供給器W１、流量計Ｆ１及び流量計Ｆ２からの測定値がデータ受信部１６で受信される構成としてもよい。そして、データ受信部１６で受信された各測定値に基づき、指示出力部１７から自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度、並びに、凝集剤供給器Ｗ１、ポンプＰ１、ポンプＰ２、ポンプＰ３及びポンプ４の吐出量を設定する構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態は自動弁Ｖ１，Ｖ２により構成される混合比率可変手段を自動制御する構成であるが、自動弁の代わりに手動弁を用い、これらを手動制御することで脱水分離液と清浄水との混合比率を制御する構成としてもよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図３を参照し、本発明に係る汚泥脱水装置の第２実施形態について説明する。図３に示す汚泥脱水装置２０は、脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去するための除去手段として沈殿槽７を備え、更にこれの後段に沈殿分離液槽９を備える点において第１実施形態に係る汚泥脱水装置１０と相違する。汚泥脱水装置２０は、汚泥脱水装置１０のラインＬ９のポンプＰ２の後に沈殿槽７及び沈殿分離液槽９が設置された構成となっている。沈殿槽７及び沈殿分離液槽９を備えることに伴い、ポンプの設置位置及び各構成を連結するラインについても汚泥脱水装置１０と相違する。以下、これらの相違点及びこれに由来する本実施形態の作用について説明する。
【００６０】
沈殿槽７は、脱水分離液槽５の後段に設けられている。ポンプＰ２から吐出される脱水分離液がラインＬ９ａを通じて沈殿槽７に供給される。沈殿槽７は、底部に沈殿した汚泥を掻き寄せるための汚泥掻寄機１８と、掻き寄せられた汚泥を汚泥貯槽１に返送するラインＬ１２と、沈殿槽７で処理された脱水分離液を沈殿分離液槽９に移送するラインＬ９ｂとを備えている。沈殿槽７において脱水分離液に含まれる浮遊物質を沈降及び濃縮させ、これをポンプＰ５により引抜き、汚泥貯槽１に返送する。このように脱水分離液のＳＳ濃度を低減することができる。汚泥貯槽１に返送された汚泥は、再度脱水処理に供される。
【００６１】
なお、脱水分離液に含まれる浮遊物質を分離できるものであれば、特に沈殿槽に限定されず、加圧浮上槽、回転式のスクリーンなどを用いてもよい。
【００６２】
沈殿分離液槽９は、沈殿槽７からの脱水分離液を貯留するための槽であり、沈殿槽７の後段に設けられている。沈殿分離液槽９は、貯留されている脱水分離液を移送するラインＬ９ｃと、脱水分離液を沈殿分離液槽９に返送する循環ラインＬ１３を備えている。ラインＬ９ｃ及び循環ラインＬ１３にはそれぞれ、ポンプＰ６及びポンプＰ７が設けられている。
【００６３】
循環ラインＬ１３は、脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定器Ｘ２を備えている。濃度測定器Ｘ２としては、濃度測定器Ｘ１と同様の構成のものを使用することができる。また、濃度測定器Ｘ２の設置位置は、凝集剤溶液調製槽２に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定できる位置であれば、循環ラインＬ１３に限定されない。濃度測定器Ｘ２は、例えば、沈殿分離液槽９に直接設置してもよく、返送ラインＬ１１に設置してもよい。
【００６４】
ポンプＰ６によって沈殿分離液槽９に貯留されている脱水分離液が排出される。ポンプＰ６から吐出される脱水分離液の一部又は全量が凝集剤溶液調製槽２に移送され、凝集剤溶液調製槽２に移送されない脱水分離液は排水処理設備へと移送される。
【００６５】
本実施形態においては、ポンプＰ６から吐出される脱水分離液の少なくとも一部が返送ラインＬ１１を通じて凝集剤溶液調製槽２に返送される。本実施形態において返送手段は、返送ラインＬ１１及びポンプＰ６によって構成されている。なお、返送ラインＬ１１の一端はラインＬ９のポンプＰ６の吐出側と接続されており、他の一端は凝集剤溶液調製槽２に接続されている。
【００６６】
本実施形態においては、自動制御手段１５のデータ受信部１６は、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ２で測定されるそれぞれの測定値を受信する構成となっている。そして、指示出力部１７はデータ受信部１６で受信された各測定値に基づき、自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度をそれぞれ調節する指示を出力する。
【００６７】
本実施形態に係る汚泥脱水装置２０によれば、沈殿槽７において脱水分離液に含まれる浮遊物質が除去される。このため、脱水機４で分離された脱水分離液のＳＳ濃度が比較的高い場合であっても、これを十分に低減することができる。脱水分離液のＳＳ濃度が十分に低下しているため、これを希釈するための清浄水の量をより低減することができる。
【実施例】
【００６８】
以下に実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６９】
図１に示す汚泥脱水装置と同様の構成からなる装置を用いてメタン発酵汚泥に対してカチオン系高分子凝集剤を添加して脱水処理を行った。脱水処理に供したメタン発酵汚泥に含まれる固形物の質量濃度は平均３０ｇ／ｌであった。高分子凝集剤は汚泥の固形物の全質量に対して１．５質量％となるように添加した。
【００７０】
また、凝集剤溶液調製槽にＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌを超える脱水分離液が返送されると、凝集剤溶液調製槽に清浄水が供給されるように自動制御装置を設定した。
【００７１】
図４は脱水処理期間中の各種パラメータの変動を示すグラフである。図４に示すように、脱水分離液のＳＳ濃度は、脱水処理を行っている全期間（１００日）にわたって２０００ｍｇ／ｌ以下に保たれていたため、高分子凝集剤溶解水はすべて脱水分離液で賄うことができた。なお、脱水処理期間中、脱水汚泥の含水率は６０〜７０質量％（脱水汚泥の全質量基準）、脱水分離液のＴＳ濃度は８０００ｍｇ／ｌ以下で安定した運転が可能であった。また、脱水分離液の塩素イオン濃度、アンモニアイオン濃度及ｐＨはそれぞれ、１７００ｍｇ／ｌ以下、１６００ｍｇ／ｌ以下及び７．９〜８．６であった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る汚泥脱水装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】消化汚泥のＳＳ濃度とＴＳ濃度の関係を例示するグラフである。
【図３】本発明に係る汚泥脱水装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図４】脱水処理期間中の各種パラメータの変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２０…汚泥脱水装置、１…汚泥貯槽（汚泥供給手段）、２…凝集剤溶液調製槽、３…混和槽（混和部）、４…脱水機（脱水手段）、５…脱水分離液槽、７…沈殿槽（除去手段）、９…沈殿分離液槽、１５…自動制御手段（混合比率制御手段）、Ｌ４…ライン（清浄水供給手段）、Ｌ１１…返送ライン（返送手段）、Ｖ１，Ｖ２…自動弁（混合比率可変手段）、Ｘ１，Ｘ２…濃度測定器（濃度測定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥の脱水処理は、通常、汚泥に脱水助剤を添加して行う。脱水助剤としては高分子凝集剤及び無機凝集剤が挙げられ、これらのうち一方又は両方が汚泥に対して添加される。例えば、特許文献１には高分子凝集剤を用いて汚泥を脱水処理する方法が記載されている。
【０００３】
脱水助剤として使用される高分子凝集剤は、粉体又は質量濃度１５０〜４００ｇ／ｌ程度のディスパージョン型もしくはエマルジョン型の液体である。汚泥中に高分子凝集剤を十分に分散させるため、高分子凝集剤は適当な濃度の水溶液として汚泥に添加される。高分子凝集剤の水溶液の質量濃度はアニオン系で１〜２ｇ／ｌ、カチオン系２〜３ｇ／ｌとすることが一般的である。このように、高分子凝集剤を水で溶解又は希釈することにより高分子凝集剤の水溶液が調製される。
【特許文献１】特公平７−５１２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、所定濃度の高分子凝集剤の水溶液を調製するための水として、上水や井戸水などの清浄水が使用されており、これらの清浄水は汚泥の脱水処理プロセスの系外から導入されるものである。高分子凝集剤の水溶液を上述のような質量濃度とするためには、系外から清浄水を相当量導入する必要がある。
【０００５】
また、汚泥に対する高分子凝集剤の添加量は、汚泥の固形物の全質量を基準として、１〜２質量％とすることが一般的である。このため、例えば、メタン発酵汚泥のように固形物の含有量が多い汚泥を脱水処理する場合、固形物の含有量に応じた所定量の高分子凝集剤が水溶液の状態で添加される。従って、高分子凝集剤の水溶液の使用量が増大するに伴い、当該水溶液を調製するために系外から導入される清浄水の量が増大してしまう。
【０００６】
例えば、固形物の質量濃度が５０ｇ／ｌである汚泥１００ｍ３に対し、当該固形物の質量を基準として、高分子凝集剤の添加量が２質量％となるように高分子凝集剤を添加する場合において、汚泥に添加する高分子凝集剤水溶液の量について検討する。粉末の高分子凝集剤を水に溶解し、質量濃度２ｇ／ｌの高分子凝集剤水溶液を調製すると仮定すると、高分子凝集剤水溶液の量は、
［１００（ｍ３）×５０（ｇ／ｌ）×２（質量％）］／２（ｇ／ｌ）＝５０（ｍ３）
と算出される。このように、汚水１００ｍ３に対して高分子凝集剤水溶液５０ｍ３を添加する必要がある。従って、高分子凝集剤添加後の汚泥量は添加前の１．５倍となってしまう。
【０００７】
上記のように系外からの清浄水の導入量が増大すると汚泥脱水機に対する負荷が高くなるのみならず、汚泥脱水機の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷も高くなってしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、汚泥の脱水処理で生じる脱水分離液の排出量を十分に低減することができる汚泥脱水装置及び汚泥脱水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の汚泥脱水装置は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽と、凝集剤溶液調製槽からの凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部と、混和部からの混和物を脱水処理する脱水手段と、脱水手段での脱水処理によって混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽に返送する返送手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の汚泥脱水装置によれば、脱水分離液の少なくとも一部が凝集剤溶液調製槽に返送され、凝集剤水溶液の調製に使用される。このため、本発明に係る汚泥脱水装置で生じる排水量につき、脱水分離液の返送量に相当する量を削減可能である。これにより、汚泥脱水装置の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷を低減することができる。
【００１１】
本発明の汚泥脱水装置は、脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去する除去手段を更に備えることが好ましい。浮遊物質の濃度が十分に低減された脱水分離液は、当該濃度が高い脱水分離液と比較して凝集剤水溶液の調製に使用する水として好適なためである。浮遊物質の濃度が十分に低減された脱水分離液を用いて調製された高分子凝集剤水溶液を使用すると、脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共に浮遊物質（以下、「ＳＳ」という。）の回収率を十分に高くすることができる。
【００１２】
また、本発明の汚泥脱水装置は、返送手段で返送される脱水分離液よりも浮遊物質の濃度が低い清浄水を凝集剤溶液調製槽に供給する清浄水供給手段と、凝集剤水溶液の調製に使用する清浄水供給手段からの清浄水と返送手段で返送される脱水分離液との混合比率を変化自在な混合比率可変手段とを更に備えることが好ましい。
【００１３】
このような清浄水供給手段及び混合比率可変手段を備える汚泥脱水装置によれば、返送される脱水分離液のＳＳ濃度に応じて脱水分離液と清浄水とを混合することができる。これにより、凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度を所定値以下となるように混合比率を変更することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、上記の混合比率可変手段を制御する混合比率制御手段を更に備えることが好ましい。これにより、凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度を所定値以下に制御することが容易となる。ＳＳ濃度が所定値以下である水を用いて調製された凝集剤水溶液を使用することで脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共にＳＳ物質の回収率を十分に高くすることができる。
【００１５】
本発明では、凝集剤溶液調製槽に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定手段を備えることが好ましい。このような濃度測定手段を備える汚泥脱水装置によれば、返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定することが可能である。この測定結果に基づき、上記の混合比率可変手段及び混合比率制御手段を連動させることで、脱水分離液と清浄水との混合比率を自動的に制御することが容易となる。
【００１６】
また、凝集剤溶液調製槽内において凝集剤水溶液の調製に使用される水のＳＳ濃度は３０００ｍｇ／ｌ以下であることが好ましい。ＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌ以下である水を用いて調製された凝集剤水溶液を使用することで脱水汚泥の含水率を十分に低下させることができると共にＳＳ物質の回収率を十分に高くすることができる。
【００１７】
本発明の汚泥脱水方法は、凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を凝集剤溶液調製槽にて調製する凝集剤溶液調製工程と、凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和して混和物を得る混和工程と、混和物を脱水処理する脱水工程と、脱水工程によって分離された脱水分離液の少なくとも一部を、凝集剤溶液調製槽に返送する返送工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の汚泥脱水方法によれば、脱水分離液の少なくとも一部が凝集剤溶液調製槽に返送され、凝集剤水溶液の調製に使用される。このため、本発明に係る汚泥脱水方法で生じる脱水分離液の排水量につき、脱水分離液の返送量に相当する量を削減可能である。これにより、汚泥脱水装置の後段に設けられる排水処理設備の流量負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、汚泥の脱水処理で生じる脱水分離液の排出量を十分に低減することができる。このため、汚泥の脱水処理で生じる排水の浄化を行う排水処理設備の水量負荷を十分に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
まず、図１を参照し、本発明に係る汚泥脱水装置の第１実施形態について説明する。図１に示す汚泥脱水装置１０は、汚泥貯槽１、凝集剤溶液調製槽２、混和槽（混和部）３、脱水機（脱水手段）４、脱水分離液槽５、ポンプ、流量計などの測定器及びこれらの構成を連結するライン並びに運転条件を自動制御するための自動制御手段１５を備えている。
【００２２】
汚泥貯槽１は、脱水処理すべき汚泥（以下、場合により「被処理汚泥」という。）を貯留するための槽である。凝集剤溶液調製槽２は被処理汚泥に添加する高分子凝集剤水溶液を調製するための槽である。混和槽３は被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混和するための槽である。脱水機４は混和槽３で得られた混和物を脱水処理して脱水分離液と脱水汚泥とに分離するための装置である。脱水分離液槽５は脱水機４で分離された脱水分離液を貯留するための槽である。
【００２３】
汚泥貯槽１は、汚泥を汚泥貯槽１に供給するラインＬ１と、貯留されている被処理汚泥を混和槽３に移送するラインＬ２とを備えている。ラインＬ２は、被処理汚泥を混和槽３に供給するポンプＰ１及びラインＬ２内を流れる被処理汚泥の流量を測定する流量計Ｆ１を備えている。汚泥供給手段は、汚泥貯槽１、ラインＬ２並びにラインＬ２に設けられたポンプＰ１及び流量計Ｆ１により構成されている。
【００２４】
凝集剤溶液調製槽２は、攪拌機を備えており、高分子凝集剤と水とを混合攪拌できる構成となっている。また、凝集剤溶液調製槽２は、高分子凝集剤及び清浄水をそれぞれ汚泥脱水装置１０に供給するラインＬ３及びラインＬ４と、調製された高分子凝集剤水溶液を混和槽３に供給するラインＬ５とを備えている。ラインＬ３は凝集剤溶液調製槽２に所定量の高分子凝集剤を供給する凝集剤供給器Ｗ１、ラインＬ４は供給する清浄水の流量を測定する流量計Ｆ３及び当該流量を調整する自動弁Ｖ２、ラインＬ５は高分子凝集剤水溶液を混和槽３に移送するポンプＰ４及びラインＬ５内を流れる当該水溶液の流量を測定する流量計Ｆ２をそれぞれ備えている。清浄水供給手段は、ラインＬ４並びにこれに設けられた自動弁Ｖ２及び流量計Ｆ３により構成されている。
【００２５】
凝集剤供給器Ｗ１は、ラインＬ３により供給される高分子凝集剤が粉体又は液体であるかに応じて好適な構成のものを用いればよい。高分子凝集剤が、粉体である場合は定量フィーダ及び重量計などを、液体である場合はレベル計、重量計及び流量計などを用いることができる。
【００２６】
混和槽３は、攪拌機を備えており、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混合攪拌できる構成となっている。また、混和槽３は、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液との混和物を脱水機４に供給するラインＬ６を備えている。なお、被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とを混和できるものであれば、混和部としては槽に限定されず、例えば、ラインＬ２で移送される被処理汚泥に対して高分子凝集剤水溶液をラインＬ２中に直接添加してもよい。
【００２７】
脱水機４は、混和物から分離された脱水分離液及び脱水汚泥をそれぞれ、脱水分離液槽５に移送するラインＬ７及び汚泥処理設備に移送するラインＬ８を備えている。脱水機４としては、あらゆる脱水機が適用可能であり、例えば、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、ロータリープレス脱水機などが挙げられる。これらの脱水機は１種を単独もしくは複数で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
脱水分離液槽５は、貯留されている脱水分離液を移送するラインＬ９と、脱水分離液を脱水分離液槽５に返送する循環ラインＬ１０を備えている。ラインＬ９及び循環ラインＬ１０にはそれぞれ、ポンプＰ２及びポンプＰ３が設けられている。
【００２９】
循環ラインＬ１０は、脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定器（濃度測定手段）Ｘ１を備えている。濃度測定器Ｘ１としては、超音波、赤外線、マイクロ波及びレーザー光から選ばれる１つ又は２つ以上を組み合わせて利用した構成の濃度測定器を採用することができる。なお、濃度測定器Ｘ１の設置位置は、凝集剤溶液調製槽２に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定できる位置であれば、循環ラインＬ１０に限定されない。濃度測定器Ｘ１は、例えば、脱水分離液槽５に直接設置してもよく、後述する返送ラインＬ１１に設置してもよい。
【００３０】
ポンプＰ２によって脱水分離液槽５に貯留されている脱水分離液が排出される。ポンプＰ２から吐出される脱水分離液の一部又は全量が凝集剤溶液調製槽２に移送され、凝集剤溶液調製槽２に移送されない脱水分離液は排水処理設備へと移送される。
【００３１】
返送ラインＬ１１は、ポンプＰ２から吐出される脱水分離液の少なくとも一部を凝集剤溶液調製槽２に返送するラインである。本実施形態において返送手段は、返送ラインＬ１１及びポンプＰ２によって構成されている。
【００３２】
返送ラインＬ１１の一端はラインＬ９のポンプＰ２の吐出側と接続されており、他の一端は凝集剤溶液調製槽２に接続されている。返送ラインＬ１１は返送する脱水分離液の流量を測定する流量計Ｆ４及び当該流量を調整する自動弁Ｖ１を備えている。
【００３３】
自動制御手段（混合比率制御手段）１５は、凝集剤溶液調製槽２への清浄水の供給量と脱水分離液の返送量とを自動的に調整するためのものである。自動制御手段１５によって凝集剤溶液調製槽２内の高分子凝集剤水溶液の調製に使用する水のＳＳ濃度が好適な範囲内となるように調整される。
【００３４】
自動制御手段１５は、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ１で測定されるそれぞれの測定値を受信するデータ受信部１６と、データ受信部１６で受信された各測定値に基づき、自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度をそれぞれ調節する指示を出力する指示出力部１７とを有する。自動制御手段１５は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータのハードウェア及びソフトウェアを利用して構成されている。混合比率可変手段は、自動弁Ｖ１及び自動弁Ｖ２により構成されている。
【００３５】
以下、汚泥脱水装置１０で行われる脱水処理の方法について説明するが、その説明に先立ち、汚泥脱水装置１０に供給される汚泥、高分子凝集剤及び清浄水について説明する。
【００３６】
ラインＬ１を通じて汚泥貯槽１に供給される汚泥としては、有機汚泥及び無機汚泥が挙げられ、例えば、有機汚泥としてはし尿、下水汚泥、食品・化学・紙パルプ工場等から排出される汚泥などが挙げられる。
【００３７】
汚泥脱水装置１０によって脱水処理をする汚泥としては、固形物の質量濃度が２０〜３００ｇ／ｌ（より好ましくは５０〜１００ｇ／ｌ）のものが好適である。
【００３８】
ラインＬ３を通じて凝集剤溶液調製槽２に供給する高分子凝集剤の種類としては、アニオン系及びカチオン系が挙げられる。アニオン系高分子凝集剤として、例えば、アクリルアミド、アクリル酸ソーダ共重合物などが挙げられる。カチオン系高分子凝集剤として、例えば、ポリジシアンジアミド系、ポリジアリルアミン系、ポリアミン系等の共重合物及びジシアンジアミドとホルムアルデヒドとの重縮合物などが挙げられる。これらの高分子凝集剤は、粉体又は液体のいずれであってもよい。液体の高分子凝集剤としては、質量濃度１５０〜４００ｇ／ｌ程度のディスパージョン型もしくはエマルジョン型のものが挙げられる。
【００３９】
ラインＬ４を通じて凝集剤溶液調製槽２に供給する清浄水は、脱水分離液を希釈してこれを高分子凝集剤水溶液の調製に使用し得る程度にＳＳ濃度を低減するために使用される。従って、清浄水のＳＳ濃度は、返送ラインＬ１１で返送される脱水分離液のそれよりも低い必要がある。上記の用途で用いられるため、清浄水としてはＳＳ濃度及び蒸発残留物濃度（以下、「ＴＳ濃度」という。）がより低く且つ一定に保たれているものが好ましく、例えば、上水、井戸水及び工水などが好適である。
【００４０】
次に、汚泥の脱水処理の方法について詳細に説明する。
【００４１】
汚泥貯槽１に貯留された汚泥は、ポンプＰ１によってラインＬ２を通じて被処理汚泥として混和槽３に移送される。ポンプＰ１の吐出量は流量計Ｆ１により測定し、設定した値となるようにポンプＰ１のインバータにより制御される。
【００４２】
ラインＬ３及びラインＬ４を通じ、それぞれ高分子凝集剤及び清浄水が凝集剤溶液調製槽２に供給される。また、凝集剤溶液調製槽２には返送ラインＬ１１を通じて脱水分離液槽５から脱水分離液が供給される。凝集剤溶液調製槽２において高分子凝集剤と、清浄水及び脱水分離液とが混合され、高分子凝集剤水溶液が調製される（凝集剤溶液調製工程）。
【００４３】
高分子凝集剤水溶液の質量濃度は、アニオン系で１〜２ｇ／ｌ、カチオン系で２〜３ｇ／ｌとなるように調整することが好ましい。
【００４４】
凝集剤溶液調製槽２で調整された高分子凝集剤水溶液は、ポンプＰ４によってラインＬ５を通じて混和槽３に移送される。ポンプＰ４の吐出量は流量計Ｆ２により測定し、設定した値となるようにポンプＰ４のインバータにより制御される。なお、ポンプＰ４の吐出量は、高分子凝集剤水溶液に含まれる高分子凝集剤（乾燥状態）の質量が被処理汚泥の固形物の質量を基準として、１〜２質量％となるように設定することが好ましい。混和槽３において、被処理汚泥の固形物に対する高分子凝集剤の質量が１質量％未満であると脱水汚泥の含水率を十分に低くすることが困難となる傾向がある。他方、２質量％を越えて高分子凝集剤を添加することもできるが経済性の観点から上限を２質量％とすることが好ましい。
【００４５】
混和槽３において被処理汚泥と高分子凝集剤水溶液とが混和される（混和工程）。混和工程においては、脱水汚泥の含水率をより低減する観点から、無機凝集剤を添加して混和物を調製してもよい。無機凝集剤として、例えば、鉄系及びアルミ系などのものが挙げられる。無機凝集剤を添加する場合は水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤を更に添加して混和物のｐＨを好適な値に調整することが好ましい。
【００４６】
なお、無機凝集剤の添加は、混和工程で行う場合に限られるものではなく、混和される以前の被処理汚泥又は混和後の被処理汚泥に対して無機凝集剤を添加してもよい。また、無機凝集剤を添加して脱水処理を行う場合の脱水機４としては、例えば、フィルタープレス、スクリュープレス又はベルトプレス等が好ましい。
【００４７】
混和工程で得られた混和物は、ラインＬ６を介して脱水機４に移送される。混和物は脱水機４による脱水処理によって脱水分離液と脱水汚泥とに分離される（脱水工程）。脱水処理によって分離された脱水分離液はラインＬ７を介して脱水分離液槽５に移送される。他方、混和物から分離された脱水汚泥はラインＬ８を介して汚泥処理設備に移送される。汚泥処理設備において脱水汚泥の堆肥化や炭化又は焼却といった処理が行われる。
【００４８】
脱水分離液槽５に貯留された脱水分離液は、返送ラインＬ１１を介して凝集剤溶液調製槽２に返送される（返送工程）。凝集剤溶液調製槽２に返送する脱水分離液の量は、流量計Ｆ４により測定され、自動弁Ｖ１により設定された量に調整される。
【００４９】
凝集剤溶液調製槽２に導入される脱水分離液及び清浄水の量の比率は、脱水分離液のＳＳ濃度に基づき設定することができる。具体的には、脱水分離液のＳＳ濃度が所定値以下の場合は、高分子凝集剤水溶液の調製に必要な水の全量を脱水分離液で賄うことが可能である。他方、脱水分離液のＳＳ濃度が所定値を超える場合は、高分子凝集剤水溶液の調製に使用する水（以下、「高分子凝集剤溶解水」）のＳＳ濃度が所定値以下となるように、ラインＬ４を通じて凝集剤溶液調製槽２に清浄水を供給する。凝集剤溶液調製槽２に供給する清浄水の量は、流量計Ｆ３により測定され、自動弁Ｖ２により設定された量に調整される。
【００５０】
高分子凝集剤溶解水のＳＳ濃度の上記所定値は、脱水処理する汚泥の特性に応じて決定することが好ましいが、例えば、汚泥がメタン発酵汚泥の場合、経験的に３０００ｍｇ／ｌとすることができる。また、高分子凝集剤溶解水は、ＴＳ濃度９０００ｍｇ／ｌ以下、塩素イオン濃度１００００ｍｇ／ｌ以下、アンモニアイオン濃度４０００ｍｇ／ｌ以下、鉄イオン濃度（Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋の総量）１００ｍｇ／ｌ以下、ｐＨ６〜８であることが好ましい。
【００５１】
高分子凝集剤溶解水に含まれる浮遊物質や塩素イオン、アンモニアイオン及び鉄イオンなどの溶解物並びに高分子凝集剤溶解水のｐＨは、汚泥の脱水処理において脱水汚泥の含水率及びＳＳの回収率に影響を与えるものである。このため、各濃度又はｐＨが上記範囲外である高分子凝集剤溶解水を用いた場合、脱水性が悪化する傾向がある。
【００５２】
汚泥脱水装置１０で汚泥の脱水処理を開始するにあたり、予め脱水処理対象の汚泥の脱水処理を行って脱水分離液の特性を測定する工程（脱水分離液測定工程）を行うことが好ましい。この結果に基づき、汚泥脱水装置１０に供する汚泥の性質に合わせて高分子凝集剤溶解水のＳＳ濃度の所定値を決定することができる。測定すべき脱水分離液の特性として、ＳＳ濃度、ＴＳ濃度、塩素イオン濃度、アンモニアイオン濃度、鉄イオン濃度及びｐＨなどが挙げられる。例えば、脱水分離液測定工程において、種々の運転条件のメタン発酵槽から生じる汚泥の脱水処理を行い、脱水分離液のＳＳ濃度とＴＳ濃度との関係及び脱水処理された脱水汚泥の含水率を測定する。この結果に基づき、ＳＳ濃度の所定値を決定すればよい。
【００５３】
図２にメタン発酵汚泥を脱水処理して得た脱水分離液のＳＳ濃度とＴＳ濃度との関係を例示する。これらの値はほぼ比例関係にあり、このメタン発酵汚泥の場合、ＳＳ濃度の値に５０００〜６０００を加えた値がＴＳ濃度の値となることがわかる。このように、脱水分離液測定工程を行って予め脱水分離液のＴＳ濃度とＳＳ濃度との関係を調べることで、濃度測定器Ｘ１によりＳＳ濃度を監視すればＴＳ濃度を推定することができる。
【００５４】
なお、ＳＳ濃度及びＴＳ濃度はいずれも汚泥の脱水性などに影響を与えるものであるが、ＳＳ濃度の測定結果からＴＳ濃度の値を推定する理由は、ＴＳ濃度の自動、連続測定が困難なためである。
【００５５】
更に、汚泥脱水装置１０に供される汚泥の性質が経時的に変化し、例えば、脱水分離液のＴＳ濃度のみが上昇した場合、ＳＳ濃度を監視する濃度測定器Ｘ１ではその経時的な変化を捉えることができない。脱水分離液のＴＳ濃度の上昇に伴い、高分子凝集剤溶解水のＴＳ濃度も上昇するため、汚泥の脱水性などが低下してしまう。
【００５６】
上記のような事態を防止するため、脱水分離液のＴＳ濃度を測定する工程（ＴＳ濃度測定工程）を適宜行うことが好ましい。このＴＳ濃度測定工程で測定されるＴＳ濃度と濃度測定器Ｘ１によるＳＳ濃度に基づき、ＳＳ濃度の所定値を再設定することで、好適な条件で脱水処理を行うことができる。
【００５７】
以上、第１実施形態に係る汚泥脱水装置ついて説明したが、汚泥脱水装置１０としては以下のような形態であってもよい。例えば、自動制御手段１５につき、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ１からの測定値に加え、凝集剤供給器W１、流量計Ｆ１及び流量計Ｆ２からの測定値がデータ受信部１６で受信される構成としてもよい。そして、データ受信部１６で受信された各測定値に基づき、指示出力部１７から自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度、並びに、凝集剤供給器Ｗ１、ポンプＰ１、ポンプＰ２、ポンプＰ３及びポンプ４の吐出量を設定する構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態は自動弁Ｖ１，Ｖ２により構成される混合比率可変手段を自動制御する構成であるが、自動弁の代わりに手動弁を用い、これらを手動制御することで脱水分離液と清浄水との混合比率を制御する構成としてもよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図３を参照し、本発明に係る汚泥脱水装置の第２実施形態について説明する。図３に示す汚泥脱水装置２０は、脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去するための除去手段として沈殿槽７を備え、更にこれの後段に沈殿分離液槽９を備える点において第１実施形態に係る汚泥脱水装置１０と相違する。汚泥脱水装置２０は、汚泥脱水装置１０のラインＬ９のポンプＰ２の後に沈殿槽７及び沈殿分離液槽９が設置された構成となっている。沈殿槽７及び沈殿分離液槽９を備えることに伴い、ポンプの設置位置及び各構成を連結するラインについても汚泥脱水装置１０と相違する。以下、これらの相違点及びこれに由来する本実施形態の作用について説明する。
【００６０】
沈殿槽７は、脱水分離液槽５の後段に設けられている。ポンプＰ２から吐出される脱水分離液がラインＬ９ａを通じて沈殿槽７に供給される。沈殿槽７は、底部に沈殿した汚泥を掻き寄せるための汚泥掻寄機１８と、掻き寄せられた汚泥を汚泥貯槽１に返送するラインＬ１２と、沈殿槽７で処理された脱水分離液を沈殿分離液槽９に移送するラインＬ９ｂとを備えている。沈殿槽７において脱水分離液に含まれる浮遊物質を沈降及び濃縮させ、これをポンプＰ５により引抜き、汚泥貯槽１に返送する。このように脱水分離液のＳＳ濃度を低減することができる。汚泥貯槽１に返送された汚泥は、再度脱水処理に供される。
【００６１】
なお、脱水分離液に含まれる浮遊物質を分離できるものであれば、特に沈殿槽に限定されず、加圧浮上槽、回転式のスクリーンなどを用いてもよい。
【００６２】
沈殿分離液槽９は、沈殿槽７からの脱水分離液を貯留するための槽であり、沈殿槽７の後段に設けられている。沈殿分離液槽９は、貯留されている脱水分離液を移送するラインＬ９ｃと、脱水分離液を沈殿分離液槽９に返送する循環ラインＬ１３を備えている。ラインＬ９ｃ及び循環ラインＬ１３にはそれぞれ、ポンプＰ６及びポンプＰ７が設けられている。
【００６３】
循環ラインＬ１３は、脱水分離液のＳＳ濃度を測定する濃度測定器Ｘ２を備えている。濃度測定器Ｘ２としては、濃度測定器Ｘ１と同様の構成のものを使用することができる。また、濃度測定器Ｘ２の設置位置は、凝集剤溶液調製槽２に返送される脱水分離液のＳＳ濃度を測定できる位置であれば、循環ラインＬ１３に限定されない。濃度測定器Ｘ２は、例えば、沈殿分離液槽９に直接設置してもよく、返送ラインＬ１１に設置してもよい。
【００６４】
ポンプＰ６によって沈殿分離液槽９に貯留されている脱水分離液が排出される。ポンプＰ６から吐出される脱水分離液の一部又は全量が凝集剤溶液調製槽２に移送され、凝集剤溶液調製槽２に移送されない脱水分離液は排水処理設備へと移送される。
【００６５】
本実施形態においては、ポンプＰ６から吐出される脱水分離液の少なくとも一部が返送ラインＬ１１を通じて凝集剤溶液調製槽２に返送される。本実施形態において返送手段は、返送ラインＬ１１及びポンプＰ６によって構成されている。なお、返送ラインＬ１１の一端はラインＬ９のポンプＰ６の吐出側と接続されており、他の一端は凝集剤溶液調製槽２に接続されている。
【００６６】
本実施形態においては、自動制御手段１５のデータ受信部１６は、流量計Ｆ３、流量計Ｆ４及び濃度測定器Ｘ２で測定されるそれぞれの測定値を受信する構成となっている。そして、指示出力部１７はデータ受信部１６で受信された各測定値に基づき、自動弁Ｖ２及び自動弁Ｖ１の開度をそれぞれ調節する指示を出力する。
【００６７】
本実施形態に係る汚泥脱水装置２０によれば、沈殿槽７において脱水分離液に含まれる浮遊物質が除去される。このため、脱水機４で分離された脱水分離液のＳＳ濃度が比較的高い場合であっても、これを十分に低減することができる。脱水分離液のＳＳ濃度が十分に低下しているため、これを希釈するための清浄水の量をより低減することができる。
【実施例】
【００６８】
以下に実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６９】
図１に示す汚泥脱水装置と同様の構成からなる装置を用いてメタン発酵汚泥に対してカチオン系高分子凝集剤を添加して脱水処理を行った。脱水処理に供したメタン発酵汚泥に含まれる固形物の質量濃度は平均３０ｇ／ｌであった。高分子凝集剤は汚泥の固形物の全質量に対して１．５質量％となるように添加した。
【００７０】
また、凝集剤溶液調製槽にＳＳ濃度が３０００ｍｇ／ｌを超える脱水分離液が返送されると、凝集剤溶液調製槽に清浄水が供給されるように自動制御装置を設定した。
【００７１】
図４は脱水処理期間中の各種パラメータの変動を示すグラフである。図４に示すように、脱水分離液のＳＳ濃度は、脱水処理を行っている全期間（１００日）にわたって２０００ｍｇ／ｌ以下に保たれていたため、高分子凝集剤溶解水はすべて脱水分離液で賄うことができた。なお、脱水処理期間中、脱水汚泥の含水率は６０〜７０質量％（脱水汚泥の全質量基準）、脱水分離液のＴＳ濃度は８０００ｍｇ／ｌ以下で安定した運転が可能であった。また、脱水分離液の塩素イオン濃度、アンモニアイオン濃度及ｐＨはそれぞれ、１７００ｍｇ／ｌ以下、１６００ｍｇ／ｌ以下及び７．９〜８．６であった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る汚泥脱水装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】消化汚泥のＳＳ濃度とＴＳ濃度の関係を例示するグラフである。
【図３】本発明に係る汚泥脱水装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図４】脱水処理期間中の各種パラメータの変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２０…汚泥脱水装置、１…汚泥貯槽（汚泥供給手段）、２…凝集剤溶液調製槽、３…混和槽（混和部）、４…脱水機（脱水手段）、５…脱水分離液槽、７…沈殿槽（除去手段）、９…沈殿分離液槽、１５…自動制御手段（混合比率制御手段）、Ｌ４…ライン（清浄水供給手段）、Ｌ１１…返送ライン（返送手段）、Ｖ１，Ｖ２…自動弁（混合比率可変手段）、Ｘ１，Ｘ２…濃度測定器（濃度測定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽と、
前記凝集剤溶液調製槽からの前記凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部と、
前記混和部からの混和物を脱水処理する脱水手段と、
前記脱水手段での脱水処理によって前記混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、前記凝集剤溶液調製槽に返送する返送手段と、
を備えることを特徴とする汚泥脱水装置。
【請求項２】
前記脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去する除去手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の汚泥脱水装置。
【請求項３】
前記返送手段で返送される脱水分離液よりも浮遊物質の濃度が低い清浄水を前記凝集剤溶液調製槽に供給する清浄水供給手段と、前記凝集剤水溶液の調製に使用する前記清浄水供給手段からの前記清浄水と前記返送手段で返送される脱水分離液との混合比率を変化自在な混合比率可変手段とを更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥脱水装置。
【請求項４】
前記混合比率可変手段を制御する混合比率制御手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の汚泥脱水装置。
【請求項５】
前記凝集剤溶液調製槽に返送される前記脱水分離液の浮遊物質濃度を測定する濃度測定手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の汚泥脱水装置。
【請求項６】
前記凝集剤溶液調製槽内において前記凝集剤水溶液の調製に使用される水の浮遊物質濃度が３０００ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の汚泥脱水装置。
【請求項７】
凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を凝集剤溶液調製槽にて調製する凝集剤溶液調製工程と、
前記凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和して混和物を得る混和工程と、
前記混和物を脱水処理する脱水工程と、
前記脱水工程によって分離された脱水分離液の少なくとも一部を、前記凝集剤溶液調製槽に返送する返送工程と、
を備えることを特徴とする汚泥脱水方法。
【請求項１】
凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を調製する凝集剤溶液調製槽と、
前記凝集剤溶液調製槽からの前記凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和する混和部と、
前記混和部からの混和物を脱水処理する脱水手段と、
前記脱水手段での脱水処理によって前記混和物から分離された脱水分離液の少なくとも一部を、前記凝集剤溶液調製槽に返送する返送手段と、
を備えることを特徴とする汚泥脱水装置。
【請求項２】
前記脱水分離液に含まれる浮遊物質を除去する除去手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の汚泥脱水装置。
【請求項３】
前記返送手段で返送される脱水分離液よりも浮遊物質の濃度が低い清浄水を前記凝集剤溶液調製槽に供給する清浄水供給手段と、前記凝集剤水溶液の調製に使用する前記清浄水供給手段からの前記清浄水と前記返送手段で返送される脱水分離液との混合比率を変化自在な混合比率可変手段とを更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥脱水装置。
【請求項４】
前記混合比率可変手段を制御する混合比率制御手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の汚泥脱水装置。
【請求項５】
前記凝集剤溶液調製槽に返送される前記脱水分離液の浮遊物質濃度を測定する濃度測定手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の汚泥脱水装置。
【請求項６】
前記凝集剤溶液調製槽内において前記凝集剤水溶液の調製に使用される水の浮遊物質濃度が３０００ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の汚泥脱水装置。
【請求項７】
凝集剤と水とを混合して凝集剤水溶液を凝集剤溶液調製槽にて調製する凝集剤溶液調製工程と、
前記凝集剤水溶液と脱水処理すべき汚泥とを混和して混和物を得る混和工程と、
前記混和物を脱水処理する脱水工程と、
前記脱水工程によって分離された脱水分離液の少なくとも一部を、前記凝集剤溶液調製槽に返送する返送工程と、
を備えることを特徴とする汚泥脱水方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２７５７９０（Ｐ２００７−２７５７９０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６１２１（Ｐ２００６−１０６１２１）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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