(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥の処理流れの上流側から下流側に向けて順に配される濃縮機および脱水機と、前記濃縮機に供給される汚泥と前記脱水機に供給される汚泥の両方に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段とを備え、前記濃縮機で汚泥を濃縮する濃縮工程を実施するとともに、前記脱水機で汚泥を脱水する脱水工程を実施するように構成される汚泥処理システムにおいて、
前記濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程で前記凝集剤添加手段によって添加される高分子凝集剤の添加率を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記濃縮機からのろ液の流量および濁度に基づいて、前記濃縮機からの汚泥の濃度が５〜６％で一定となるように前記濃縮工程での高分子凝集剤添加率を前記濃縮機への投入全固形物量に対して０．５％以上に制御するとともに、前記脱水機からの汚泥の濃度が２３〜２５％で一定となるように前記脱水工程での高分子凝集剤添加率を前記脱水機への投入全固形物量に対して０．４％以下に制御することを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項２】
汚泥の処理流れの上流側から下流側に向けて順に配される濃縮機および脱水機と、前記濃縮機に供給される汚泥と前記脱水機に供給される汚泥の両方に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段とを備え、前記濃縮機で汚泥を濃縮する濃縮工程を実施するとともに、前記脱水機で汚泥を脱水する脱水工程を実施するように構成される汚泥処理システムにおいて、
前記濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程で前記凝集剤添加手段によって添加される高分子凝集剤の添加率を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記濃縮機からの汚泥の濃度が５〜６％で一定となるように前記濃縮工程での高分子凝集剤添加率を前記濃縮機への投入全固形物量に対して０．５％以上に制御するとともに、前記脱水機からの脱離液の流量および濁度に基づいて、前記脱水機からの汚泥の濃度が２３〜２５％で一定となるように前記脱水工程での高分子凝集剤添加率を前記脱水機への投入全固形物量に対して０．４％以下に制御することを特徴とする汚泥処理システム。
【請求項３】
前記濃縮機は、スクリーン目幅が０．１〜１．０ｍｍのドラムスクリーンを用いた回転ドラム型濃縮機である請求項１または２のいずれかに記載の汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥に高分子凝集剤を添加して濃縮工程と脱水工程を行う汚泥処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下水処理場の汚泥処理システムにおいては、図３（ａ）に示されるように、重力濃縮、常圧浮上、遠心濃縮機などで汚泥を濃縮し、更に濃縮汚泥に高分子凝集剤を添加して脱水処理を行うようにされている。近年では、省動力型でコンパクトな機械濃縮機が採用されており、図３（ｂ）に示されるように、濃縮工程で高分子凝集剤を添加して濃縮機に投入することにより、濃縮汚泥性状の安定化を実現している。
【０００３】
また、省動力型の機械濃縮機としてドラムスクリーンによる濃縮機（回転ドラム型濃縮機）を用いて、ろ液のＳＳ（懸濁固形物）濃度を監視して、高分子凝集剤添加率を一定に制御することで、高分子凝集剤の過剰な投入を防ぐようにした汚泥処理システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、高分子凝集剤を用いた機械濃縮システムでは、濃縮工程と脱水工程のトータル薬注率で評価し、従来法（図３（ｂ）参照）と同等以下の薬注率で、省エネルギーで低コストな汚泥濃縮脱水システムが提案されている（非特許文献１参照）。本システムでは、濃縮工程での薬注率を変化させることで、濃縮機の処理性能が調整できることを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８３５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】和田浩幹、他２名、「省エネルギー・低コスト型汚泥濃縮脱水システムの実証運転」、下水道研究発表会、２０１０年、Ｉ−７−７、ｐ．１８８−１９０
【０００７】
上記の従来技術では、以下のような問題点がある。
（１）脱水機に投入する濃縮汚泥濃度は４%程度で、濃度計で監視しているが、精度良く測定することが難しいため、安定した脱水性状を得ることができず、脱水工程での高分子凝集剤の添加が過剰気味になる。
（２）濃縮工程による濃縮汚泥濃度を３〜４%程度としたのでは、脱水工程での濃縮汚泥のフロックが小さくなるため、脱水工程で多くの高分子凝集剤が必要になる。また、汚泥性状が安定しないため、脱水工程の前に、濃度調整用の設備（貯留槽や濃度計、濃度調整用ミキサーなど）を設ける必要がある。
（３）機械濃縮機の場合、機械整備・点検中に運転を停止する必要があるため、停止中の汚泥処理のために貯留槽の滞留時間を多くしたり、予め余裕をもたせた濃縮機を選定したり、あるいは予備機を設けたりする必要があるため、過大な設備を設けなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、高分子凝集剤の過剰な使用を抑制することができるとともに、コンパクトな設備でしかも省エネルギーで安定した汚泥性状を得ることができる汚泥処理システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による汚泥処理システムは、第１に、
汚泥の処理流れの上流側から下流側に向けて順に配される濃縮機および脱水機と、前記濃縮機に供給される汚泥と前記脱水機に供給される汚泥の両方に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段とを備え、前記濃縮機で汚泥を濃縮する濃縮工程を実施するとともに、前記脱水機で汚泥を脱水する脱水工程を実施するように構成される汚泥処理システムにおいて、
前記濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程で前記凝集剤添加手段によって添加される高分子凝集剤の添加率を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記濃縮機からのろ液の流量および濁度に基づいて、前記濃縮機からの汚泥の濃度が５〜６％で一定となるように前記濃縮工程での高分子凝集剤添加率を前記濃縮機への投入全固形物量に対して０．５％以上に制御するとともに、前記脱水機からの汚泥の濃度が２３〜２５％で一定となるように前記脱水工程での高分子凝集剤添加率を前記脱水機への投入全固形物量に対して０．４％以下に制御することを特徴とするものである（第１発明）。
【００１０】
また、本発明による汚泥処理システムは、第２に、
汚泥の処理流れの上流側から下流側に向けて順に配される濃縮機および脱水機と、前記濃縮機に供給される汚泥と前記脱水機に供給される汚泥の両方に高分子凝集剤を添加する凝集剤添加手段とを備え、前記濃縮機で汚泥を濃縮する濃縮工程を実施するとともに、前記脱水機で汚泥を脱水する脱水工程を実施するように構成される汚泥処理システムにおいて、
前記濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程で前記凝集剤添加手段によって添加される高分子凝集剤の添加率を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記濃縮機からの汚泥の濃度が５〜６％で一定となるように前記濃縮工程での高分子凝集剤添加率を前記濃縮機への投入全固形物量に対して０．５％以上に制御するとともに、前記脱水機からの脱離液の流量および濁度に基づいて、前記脱水機からの汚泥の濃度が２３〜２５％で一定となるように前記脱水工程での高分子凝集剤添加率を前記脱水機への投入全固形物量に対して０．４％以下に制御することを特徴とするものである（第２発明）。
【００１２】
前記各発明において、前記濃縮機は、スクリーン目幅が０．１〜１．０ｍｍのドラムスクリーンを用いた回転ドラム型濃縮機であるのが好ましい（第３発明）。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明および第２発明においては、濃縮機からの汚泥の濃度が５〜６％で一定となるように濃縮工程での高分子凝集剤添加率が濃縮機への投入全固形物量に対して０．５％以上に制御されるとともに、脱水機からの汚泥の濃度が２３〜２５％で一定となるように脱水工程での高分子凝集剤添加率が脱水機への投入全固形物量に対して０．４％以下に制御される。こうして、濃縮工程および脱水工程におけるそれぞれの高分子凝集剤添加率が制御されることにより、高分子凝集剤の過剰な使用を抑制することができるとともに、安定した汚泥性状を得ることができる。
また、濃縮工程での高分子凝集剤添加率が脱水工程での高分子凝集剤添加率よりも多い添加率となるように制御される。こうして、濃縮工程で得られる濃縮汚泥濃度を上げて汚泥フロックを大きくすると、水が抜けやすい状態となるため、濃縮機の処理能力を従来よりも例えば３〜５倍に引き上げることができる。したがって、濃縮工程で使用される濃縮機として、従来のものよりも小型のものを採用することができ、消費電力（ＣＯ２）を低減することができる。
また、濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程において汚泥濃度が一定に制御されるので、濃縮工程と脱水工程との間に貯留槽が不要で設備のコンパクト化を図ることができ、必要な電力の削減を図ることができる。
【００１４】
特に、第１発明の構成を採用することにより、濃縮汚泥濃度をより正確に５〜６％で一定に制御することができる。
【００１５】
また、第２発明の構成を採用することにより、脱水汚泥濃度をより正確に２３〜２５％で一定に制御することができる。
【００１６】
第４発明の構成を採用することにより、濃縮工程と脱水工程のトータルでの高分子凝集剤添加率を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る汚泥処理システムの概略システム構成図
【図２】温室効果ガス発生量の比較結果を表すグラフ
【図３】従来技術の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明による汚泥処理システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には、本発明の一実施形態に係る汚泥処理システムの概略システム構成図が示されている。
【００２０】
＜汚泥処理システムの概略構成の説明＞
図１に示される汚泥処理システム１は、下水処理場から発生する汚泥を、濃縮工程で濃縮した後、脱水工程を経て含水率を下げ、処分もしくは有効利用するためのものである。
この汚泥処理システム１は、主として、濃縮機２および脱水機３と、第１凝集剤注入ポンプ４と、第２凝集剤注入ポンプ５と、制御装置６とを備えている。
【００２１】
＜濃縮機の説明＞
濃縮機２は、回転ドラム型濃縮機であって、遠心濃縮機に比べて回転速度が遅くて済むため、消費電力が少なく、騒音・振動も少なく、しかも設置スペースも小さくて済むという利点がある。
この濃縮機２は、ケーシング１０の内部にドラムスクリーン１１が回転可能に配置されて構成されている。
【００２２】
＜ドラムスクリーンの説明＞
ドラムスクリーン１１は、略円筒形状を呈しており、その外周部にはウェッジワイヤが互いに所定の間隙を存して多数配列されている。互いに隣接するウェッジワイヤ間に設けられる間隙（スクリーン目幅）は、汚泥の固液分離の際における排液部として機能する。本実施形態では、そのスクリーン目幅が０．１〜１．０ｍｍに設定されており、従来の濃縮機のスクリーン目幅よりも大きくされている。なお、スクリーン目幅が０．１ｍｍよりも小さいと、汚泥中の水分などの液体部分の分離効率が低くなる。また、スクリーン目幅が１．０ｍｍよりも大きいと、汚泥の固体部分の捕捉効率が低くなる。
【００２３】
＜濃縮機による濃縮作用の説明＞
この濃縮機２においては、ドラムスクリーン１１の長手方向の一端側に設けられた汚泥投入口１２から汚泥が投入されるようになっている。投入された汚泥中の液体部分（ろ液）は、ドラムスクリーン１１の下方に設けられるろ液排出口１３から排出される。一方、汚泥中の固体部分（フロック）は、ドラムスクリーン１１の下流側に設けられる汚泥排出口１４から排出され、脱水機３へと送られる。こうして、固液分離が行われ、汚泥が濃縮される。
【００２４】
＜濃縮機回りの計装装置の説明＞
濃縮機２の汚泥投入口１２に投入される汚泥に関し、その流量は流量計３１によって計測され、その濃度は濃度計４１によって計測される。
濃縮機２のろ液排出口１３から排出されるろ液に関し、その流量は流量計３２によって計測され、その濁度は濁度計４２によって計測される。
濃縮機２の汚泥排出口１４から排出される濃縮汚泥に関し、その流量は流量計３３によって計測される。
【００２５】
＜脱水機回りの計装装置の説明＞
脱水機３の脱離液排出口２７から排出される脱離液に関し、その流量は流量計３４によって計測され、その濁度は濁度計４３によって計測される。
脱水機３の汚泥排出口２８から排出される脱水汚泥に関し、その流量は流量計３５によって計測される。
【００２６】
＜第１凝集剤注入ポンプの説明＞
第１凝集剤注入ポンプ４は、濃縮機２に供給される汚泥に高分子凝集剤を添加するためのものであって、ポンプ駆動信号に応じて高分子凝集剤を濃縮機２に注入する。この第１凝集剤注入ポンプ４によって濃縮機２に注入される高分子凝集剤の流量は、流量計３６によって計測される。
【００２７】
＜第２凝集剤注入ポンプの説明＞
第２凝集剤注入ポンプ５は、脱水機３に供給される汚泥に高分子凝集剤を添加するためのものであって、ポンプ駆動信号に応じて高分子凝集剤を脱水機３に注入する。この第２凝集剤注入ポンプ５によって脱水機３に注入される高分子凝集剤の流量は、流量計３７によって計測される。
【００２８】
＜制御装置の説明＞
制御装置６は、汚泥濃度演算部６ａ、凝集剤添加率設定部６ｂおよびポンプ駆動制御部６ｃを有し、マイクロコンピュータを主体に構成されている。
【００２９】
＜汚泥濃度演算部の説明＞
汚泥濃度演算部６ａは、濃縮機２の回りの計装装置からＳＳ収支により次のようにして濃縮機２からの濃縮汚泥濃度を演算する。
すなわち、濃縮機２への投入ＴＳ（全固形物）量からろ液のＳＳ量を差し引いた量を、濃縮汚泥量で割ることで濃縮汚泥濃度を求める。
ここで、投入ＴＳ量は、流量計３１および濃度計４１のそれぞれの計測信号に基づいて、投入汚泥量×ＴＳ濃度から求められる。また、ろ液のＳＳ量は、流量計３２および濁度計４２のそれぞれの計測信号に基づいて、ろ液量×濁度から求められる。また、濃縮汚泥量は、流量計３３の計測信号から求められる。
【００３０】
＜同上＞
また、汚泥濃度演算部６ａは、脱水機３の回りの計装装置からＳＳ収支により次のようにして脱水機３からの脱水汚泥濃度を演算する。
すなわち、脱水機３への投入ＴＳ（全固形物）量から脱離液のＳＳ量を差し引いた量を、脱水汚泥量で割ることで脱水汚泥濃度を求める。
ここで、投入ＴＳ量は、流量計３３の計測信号と先に求められた濃縮汚泥濃度の値とに基づいて、濃縮機２からの汚泥量×ＴＳ濃度から求められる。また、脱離液のＳＳ量は、流量計３４および濁度計４３のそれぞれの計測信号に基づいて、ろ液量×濁度から求められる。また、脱水汚泥量は、流量計３５の計測信号から求められる。
【００３１】
＜凝集剤添加率設定部の説明＞
凝集剤添加率設定部６ｂは、汚泥濃度演算部６ａによって求められた濃縮汚泥濃度が目標濃度Ｃ１％となるように、高分子凝集剤添加率の目標値としての高分子凝集剤添加率ａ％−ＴＳを設定する。
同様に、凝集剤添加率設定部６ｂは、汚泥濃度演算部６ａによって求められた脱水汚泥濃度が目標濃度Ｃ２％となるように、高分子凝集剤添加率の目標値としての高分子凝集剤添加率ｂ％−ＴＳを設定する。
【００３２】
＜ポンプ駆動制御部の説明＞
ポンプ駆動制御部６ｃは、第１凝集剤注入ポンプ４による高分子凝集剤の注入にて高分子凝集剤添加率がａ％−ＴＳとなる目標ポンプ吐出流量を演算し、流量計３６の計測信号をフィードバック信号として、ポンプ吐出流量がその目標ポンプ吐出流量に達するようなポンプ駆動信号を第１凝集剤注入ポンプ４に向けて出力する。
同様に、ポンプ駆動制御部６ｃは、第２凝集剤注入ポンプ５による高分子凝集剤の注入にて高分子凝集剤添加率がｂ％−ＴＳとなる目標ポンプ吐出流量を演算し、流量計３７の計測信号をフィードバック信号として、ポンプ吐出流量がその目標ポンプ吐出流量に達するようなポンプ駆動信号を第２凝集剤注入ポンプ５に向けて出力する。
【００３３】
＜汚泥処理システムの作用効果＞
以上に述べたように構成される本実施形態の汚泥処理システム１においては、濃縮機２からの濃縮汚泥濃度Ｃ１％が第１所定濃度で一定となるように濃縮工程での高分子凝集剤添加率ａ％−ＴＳが制御される。
また、脱水機３からの脱水汚泥濃度Ｃ２%が第２所定濃度で一定となるように脱水工程での高分子凝集剤添加率ｂ％−ＴＳが制御される。本実施形態では、濃縮工程において通常より多い高分子凝集剤添加率とされることで、脱水性のよい大きな汚泥フロックが得られるので、脱水工程での高分子凝集剤添加率が少なくて済む。
【００３４】
＜同上＞
本実施形態の汚泥処理システム１によれば、濃縮工程および脱水工程のそれぞれの工程において汚泥濃度が一定となるように、濃縮工程および脱水工程におけるそれぞれの高分子凝集剤添加率が制御されるので、高分子凝集剤の過剰な使用を抑制することができるとともに、安定した汚泥性状を得ることができ、しかも濃縮工程と脱水工程との間に貯留槽が不要で設備のコンパクト化を図ることができ、必要な電力の削減を図ることができる。
また、濃縮工程での高分子凝集剤添加率が脱水工程での高分子凝集剤添加率よりも多い添加率となるように制御される。こうして、濃縮工程で得られる濃縮汚泥濃度を上げて汚泥フロックを大きくすると、水が抜けやすい状態となるため、濃縮機の処理能力を従来よりも例えば３〜５倍に引き上げることができる。したがって、濃縮工程で使用される濃縮機として、従来のものよりも小型のものを採用することができ、消費電力（ＣＯ２）を低減することができる。
【００３５】
＜本発明との用語の対応関係の説明＞
第１凝集剤注入ポンプ４および第２凝集剤注入ポンプ５を含む構成が本発明の「凝集剤添加手段」に対応する。
ポンプ駆動制御部６ｃが本発明の「制御手段」に対応する。
【００３６】
以上、本発明の汚泥処理システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明による汚泥処理システムの具体的な実施例について、以下に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３８】
汚泥処理システムに関し、従来法による比較例１と本発明による実施例１，２とにおける温室効果ガス発生量を比較した。温室効果ガス発生源としては、使用される薬品と電気とがある。比較条件を以下の表１に示す。なお、汚泥処理システムのハード構成に関しては、比較例１と実施例１，２とは、基本的に図１に示されるものと同様である。
【００３９】
【表１】
0005999877.tif 000002
【００４０】
比較例１は、濃縮工程の汚泥濃度を４％程度とするものであるが、濃縮工程で高分子凝集剤を表１に示される所定の添加率で添加し、かつ省エネ型機械濃縮機を用いた処理例である。
実施例１は、濃縮工程の汚泥濃度を６%程度とするもので、汚泥中の繊維状物質が２０%−ＳＳ以下の場合の処理例である。
実施例２は、実施例１と同様に、濃縮工程の汚泥濃度を６%程度とするものであるが、汚泥中の繊維状物質が２０%−ＳＳ以上含まれている場合の処理例である。
【００４１】
比較例１と実施例１，２の比較結果が図２に示されている。
図２に示されるように、実施例１，２のものは、比較例１のものと比べて、５〜２５%程度の温室効果ガス削減効果がある。
【００４２】
なお、濃縮汚泥濃度Ｃ１％を５〜６％程度とするとき、凝集剤添加率ａ％−ＴＳは０．５〜０．６％−ＴＳ以上とされる。これにより、大きい汚泥フロックで脱水機３に供給することができ、脱水分離性を向上させることができる。
更に、脱水汚泥濃度Ｃ２％を２３〜２５％程度とするとき、凝集剤添加率ｂ％−ＴＳは０〜０．４％−ＴＳ以下とされる。
【００４３】
なお、比較例１における濃縮工程および脱水工程の添加率をそれぞれをＡ％−ＴＳおよびＢ％−ＴＳとし、実施例１，２における濃縮工程および脱水工程の添加率をそれぞれをａ％−ＴＳおよびｂ％−ＴＳとし、濃縮機のスクリーン目幅を従来よりも大きい目幅とした場合、表１に示されるように、高分子凝集剤添加率をａ％−ＴＳ＞ｂ％−ＴＳかつａ％−ＴＳ＞０．５％−ＴＳとすることで、実施例１，２の濃縮工程と脱水工程のトータル添加率（ａ＋ｂ）は、従来のトータル添加率（Ａ＋Ｂ）と同等またはそれよりも少なくて済むことが分かる。
また、汚泥中の繊維状物質が２０%−ＳＳ以上の場合、脱水工程での薬注率ｂ％−ＴＳは、０〜０．１％−ＴＳとなり（実施例２参照）、更に（ａ＋ｂ）＜（Ａ＋Ｂ）となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の汚泥処理システムは、高分子凝集剤の過剰な使用を抑制することができるとともに、コンパクトな設備でしかも省エネルギーで安定した汚泥性状を得ることができるという特性を有していることから、下水処理場等から発生する汚泥の濃縮・脱水処理の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１      汚泥処理システム
２      濃縮機
３      脱水機
４      第１凝集剤注入ポンプ（凝集剤添加手段）
５      第２凝集剤注入ポンプ（凝集剤添加手段）
６      制御装置
６ａ    汚泥濃度演算部
６ｂ    凝集剤添加率演算部
６ｃ    ポンプ駆動制御部（制御手段）
【図１】
0005999877.tif 000003
【図２】
0005999877.tif 000004
【図３】
0005999877.tif 000005