(57)【要約】【課題】消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水するに当たり、高分子凝集剤による凝集効果及び高分子凝集剤の活用効率の更なる向上を図り、少ない高分子凝集剤添加量で脱水性に優れた凝集汚泥を得る。【解決手段】消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水する汚泥処理システムであって、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集反応させる汚泥反応槽と、該汚泥反応槽からの凝集汚泥を脱水する汚泥脱水機と、高分子凝集剤に溶解水を添加して高分子凝集剤溶液を得る高分子凝集剤溶解槽と、該高分子凝集剤溶解槽内の高分子凝集剤溶液を前記汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプとを備える汚泥処理システムにおいて、該汚泥反応槽に注入される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈する高分子凝集剤溶液希釈手段を有する汚泥処理システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水する汚泥処理システムであって、
消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集反応させる汚泥反応槽と、該汚泥反応槽からの凝集汚泥を脱水する汚泥脱水機と、
高分子凝集剤に溶解水を添加して高分子凝集剤溶液を得る高分子凝集剤溶解槽と、
該高分子凝集剤溶解槽内の高分子凝集剤溶液を前記汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプとを備える汚泥処理システムにおいて、
該汚泥反応槽に注入される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈する高分子凝集剤溶液希釈手段を有する汚泥処理システム。
【請求項２】
前記高分子凝集剤溶液希釈手段が、前記高分子凝集剤注入ポンプから吐出される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加する手段である請求項１に記載の汚泥処理システム。
【請求項３】
前記汚泥反応槽に導入される消化汚泥の汚泥濃度に比例して該汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げる撹拌制御手段を有する請求項１又は２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、消化汚泥に高分子凝集剤（ポリマー凝集剤）を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水する汚泥処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水の最初沈殿汚泥や余剰汚泥、あるいは、家畜の糞尿や食品残渣をはじめとする有機性廃棄物の嫌気発酵によるバイオガス発電など、嫌気性消化により発生するメタンの再生可能エネルギーとしての活用が拡大している。嫌気性消化によって発酵を終えた残渣は、消化汚泥として排出される。この消化汚泥は、通常、脱水処理を経て埋め立てや焼却処分されている。消化汚泥の脱水方法としては、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水機で脱水する方法が一般的に行われている。
【０００３】
消化汚泥はその濃度が高いとＭアルカリ度や粘度が高くなり、高分子凝集剤との反応性が低下する傾向がある。特許文献１には、消化汚泥に凝集剤を添加して凝集処理するに当たり、消化汚泥を希釈水で希釈して汚泥の電気伝導度及びＭアルカリ度を下げることが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、紙パプロセス用歩留り向上剤である水溶性ポリマーの凝集効果を高めるための水溶性ポリマーの溶解、希釈方法が記載されている。特許文献２では、水溶性ポリマーの溶解濃度を低くして凝集効果を高めているが、紙パプロセス用歩留り向上剤としての溶解方法に限定されており、汚泥の凝集処理についての示唆はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６１２１１６５号公報
【特許文献２】特許第５１４９４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されるように、消化汚泥を希釈水で希釈した後高分子凝集剤を添加したり、消化汚泥に高分子凝集剤と共に希釈水を混合して希釈したりすることで、高分子凝集剤による凝集効果を高め、高分子凝集剤の必要添加量の低減或いは凝集汚泥濃度の増大、更にはこれを脱水処理して得られる脱水ケーキの含水率の低減を図ることができるが、更なる高分子凝集剤による凝集効果の向上、高分子凝集剤の活用効率の向上が望まれる。
【０００７】
本発明は、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水するに当たり、高分子凝集剤による凝集効果及び高分子凝集剤の活用効率の更なる向上を図り、少ない高分子凝集剤添加量で脱水性に優れた凝集汚泥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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、消化汚泥を希釈水で希釈するのではなく、高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈することで、高分子凝集剤と消化汚泥との反応性を高めることができ、高分子凝集剤による凝集効果及び高分子凝集剤の活用効率をより一層高め、少ない高分子凝集剤添加量で脱水性に優れた凝集汚泥を得ることができることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１０】
［１］  消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水する汚泥処理システムであって、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集反応させる汚泥反応槽と、該汚泥反応槽からの凝集汚泥を脱水する汚泥脱水機と、高分子凝集剤に溶解水を添加して高分子凝集剤溶液を得る高分子凝集剤溶解槽と、該高分子凝集剤溶解槽内の高分子凝集剤溶液を前記汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプとを備える汚泥処理システムにおいて、該汚泥反応槽に注入される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈する高分子凝集剤溶液希釈手段を有する汚泥処理システム。
【００１１】
［２］  前記高分子凝集剤溶液希釈手段が、前記高分子凝集剤注入ポンプから吐出される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加する手段である［１］に記載の汚泥処理システム。
【００１２】
［３］  前記汚泥反応槽に導入される消化汚泥の汚泥濃度に比例して該汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げる撹拌制御手段を有する［１］又は［２］に記載の汚泥処理システム。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水するに当たり、消化汚泥に添加する高分子凝集剤溶液を希釈水で希釈することにより、高分子凝集剤溶液の粘度を下げ、高分子凝集剤による凝集効果及び高分子凝集剤の活用効率を高めて、少ない高分子凝集剤添加量で脱水性に優れた凝集汚泥を得ることができる。
【００１４】
高分子凝集剤溶液を希釈水で希釈する方法には特に制限はないが、高分子凝集剤溶液を汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプの吐出側で希釈水を添加することが、高分子凝集剤溶解槽容量、高分子凝集剤注入ポンプ容量を増やすことなく、高分子凝集剤溶液の希釈を行うことができ、実用上のコストメリットが大きい。
【００１５】
また、消化汚泥の汚泥濃度が高い場合には、汚泥濃度に比例して汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げることで、消化汚泥と高分子凝集剤との反応性を高め、凝集効果をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の汚泥処理システムの実施の形態の一例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の汚泥処理システムは、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集処理し、凝集汚泥を脱水する汚泥処理システムであって、消化汚泥に高分子凝集剤を添加して凝集反応させる汚泥反応槽と、該汚泥反応槽からの凝集汚泥を脱水する汚泥脱水機と、高分子凝集剤に溶解水を添加して高分子凝集剤溶液を得る高分子凝集剤溶解槽と、該高分子凝集剤溶解槽内の高分子凝集剤溶液を前記汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプとを備える汚泥処理システムにおいて、該汚泥反応槽に注入される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈する高分子凝集剤溶液希釈手段を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の汚泥処理システムの一実施形態では高分子凝集剤溶液希釈手段は、高分子凝集剤注入ポンプから吐出される高分子凝集剤溶液に希釈水を添加する手段である。
【００２０】
また、本発明の汚泥処理システムの一実施形態では、汚泥反応槽に導入される消化汚泥の汚泥濃度に比例して汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げる撹拌制御手段を有する。
【００２１】
［メカニズム］
消化汚泥は、汚泥濃度が高いと高分子凝集剤との反応性が低下するため、従来法では、消化汚泥を希釈水で希釈し、希釈した消化汚泥に高分子凝集剤溶液が添加されている。
これに対して、本発明では、高分子凝集剤溶液を希釈水で希釈して消化汚泥に添加する。
これは以下の理由による。
高分子凝集剤は粘度が高く（通常２００〜３００ｍＰ・ｓ）、高分子凝集剤溶液の高分子凝集剤の溶解濃度が高いと消化汚泥との反応性が悪くなる。従って、同じ量の希釈水で希釈を行う場合、消化汚泥を希釈するよりも高分子凝集剤溶液を希釈して粘度を下げる方が、消化汚泥の汚泥濃度の低減と高分子凝集剤溶液の粘度低減の両方を兼ねることができ、効率的である。即ち、高分子凝集剤溶液に添加された希釈水は、消化汚泥と混合されたときに汚泥濃度を下げるためにも機能し、消化汚泥の希釈効果をも得ることができる。
このため、本発明では、高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈することで、消化汚泥と高分子凝集剤との反応性を高め、高分子凝集剤使用量を削減する。
【００２２】
消化汚泥を希釈水で希釈する従来法に比べて、本発明によれば、高分子凝集剤溶液を希釈することで、同じ希釈水量での希釈で、高分子凝集剤使用量を５〜１０％程度削減することができる。
高分子凝集剤溶液の希釈に当たり、希釈水は、高分子凝集剤溶解槽に添加してもよく、高分子凝集剤溶液を汚泥反応槽に注入する高分子凝集剤注入ポンプの吸込側に添加しても吐出側に添加してもよいが、高分子凝集剤溶解槽に希釈水を添加する場合、高分子凝集剤溶解槽の容量が増大し、設備の大型化につながる。また、高分子凝集剤注入ポンプの吸込側に添加する場合もポンプ容量が増大し、設備の大型化につながる。
これに対して、高分子凝集剤注入ポンプの吐出側で希釈水を添加することで、高分子凝集剤溶解槽容量や高分子凝集剤注入ポンプ容量を増大させることなく、本発明を実施することができる。
【００２３】
また、通常、高分子凝集剤による汚泥の凝集処理では、凝集フロックが破壊されないように、汚泥反応槽における撹拌機の撹拌速度を下げ、ゆっくりと回転させるが、本発明においては、消化汚泥濃度が高い場合、高分子凝集剤と消化汚泥との反応性が低下して凝集効率が低下する場合には、被処理消化汚泥の汚泥濃度に比例して汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げ、消化汚泥と高分子凝集剤との反応性を高める。
【００２４】
例えば、消化汚泥の汚泥濃度が３％を超えた場合において、汚泥反応槽の撹拌機の撹拌速度を上げることで、撹拌速度を固定した場合に比べて、高分子凝集剤使用量を５〜１０％程度削減することができる。
【００２５】
［汚泥処理システム］
以下、図１を参照して実施の形態について説明する。
【００２６】
高分子凝集剤が供給される高分子凝集溶解槽１に溶解水が配管７を介して供給され、高分子凝集剤溶解槽１内で高分子凝集剤溶液が調製される。高分子凝集剤溶解槽１で調製された高分子凝集剤溶液は高分子凝集剤注入ポンプ２により配管８を介して定量的に汚泥反応槽３に供給される。この汚泥反応槽３には消化汚泥が配管１０を介して供給され、汚泥反応槽３内で消化汚泥が高分子凝集剤と反応して凝集処理される。
【００２７】
高分子凝集剤の供給場所は、汚泥反応槽３に限らず汚泥供給配管１０でもよい。汚泥反応槽６の凝集汚泥は、濃縮装置１１を経て汚泥脱水機４に供給され、脱水処理される。
【００２８】
本発明では、必要に応じて流量を調整した希釈水を配管７または配管９にて供給する。流量調整する希釈水は配管７、配管９のいずれでもよく限定しない。ただし、希釈水を高分子凝集剤溶解槽１や高分子凝集剤注入ポンプ２の吸込側に添加すると、前述の通り、装置の大型化を招くため、本発明では、好ましくは、図１に示されるように、希釈水配管９より高分子凝集剤注入ポンプ２の吐出側の配管８に希釈水を注入して高分子凝集剤溶液を希釈する。
【００２９】
図１では、汚泥脱水機４の前段に濃縮装置１１を設けて汚泥反応槽３からの凝集汚泥を濃縮した後脱水処理するようにしているが、この濃縮装置１１を省略して汚泥反応槽３からの凝集汚泥を直接脱水機４で脱水処理してもよい。
【００３０】
図１の汚泥処理システムでは、汚泥反応槽３に消化汚泥を供給する配管１０に汚泥濃度計５を設け、消化汚泥の汚泥濃度を測定し、図示しない制御装置により、測定された汚泥濃度に応じて、汚泥反応槽３の撹拌機６の撹拌速度（回転速度）を調整するように構成される。
【００３１】
［消化汚泥］
本発明の汚泥処理システムで処理対象とする消化汚泥としては、下水の最初沈殿汚泥や余剰汚泥、あるいは、家畜の糞尿や食品残渣をはじめとする各種の有機性廃棄物を原料とした嫌気発酵槽から排出される消化汚泥が挙げられる。この消化汚泥の汚泥濃度は、通常１〜５％程度である。
【００３２】
［高分子凝集剤］
消化汚泥に添加する高分子凝集剤としては、ポリアミジン系のカチオン性高分子凝集剤、ポリアクリル酸系の両性高分子凝集剤などが挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの高分子凝集剤は、通常０．１〜０．５重量％程度の濃度の高分子凝集剤溶液として用いられるが、本発明では、このような濃度の高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して更に希釈して消化汚泥に添加する。
【００３３】
なお、本発明の汚泥処理システムは、高分子凝集剤と無機凝集剤とを併用する脱水処理にも適用可能である。
【００３４】
［溶解水・希釈水］
高分子凝集剤の溶解に用いる溶解水、高分子凝集剤溶液の希釈に用いる希釈水としては、市水の他、嫌気性発酵処理に供される汚泥を、発酵処理に先立ち固液分離して得られる分離液や、濃縮装置１１の濃縮ろ液、脱水機４の脱離液、他のシステムにおける排出分離液等を用いることができる。
【００３５】
［希釈の程度］
高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して希釈する際の希釈倍率には特に制限はなく、処理する消化汚泥の汚泥濃度や、高分子凝集剤の粘度等によって適宜決定される。
【００３６】
通常の場合、消化汚泥のＭアルカリ度が５，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ以下となるのに必要な希釈水量とすることが好ましく、例えば一例としては、高分子凝集剤濃度
０．４〜０．５重量％程度の高分子凝集剤溶液に希釈水を添加して２〜５倍程度希釈し、高分子凝集剤濃度０．０５〜０．２重量％程度の希釈高分子凝集剤溶液とする方法が挙げられる。
【００３７】
［撹拌速度の制御］
被処理消化汚泥の汚泥濃度に応じて、汚泥反応槽３の撹拌機６の撹拌速度を制御する場合、その制御方法には特に制限はないが、例えば、次のような方法が挙げられる。
（１）  消化汚泥の汚泥濃度が３％未満（例えば１〜２％程度）と薄い場合には、撹拌速度を一定とし、汚泥濃度が３％を超えた場合（例えば３〜５％程度）には、汚泥濃度の上昇に比例して撹拌速度を上げる。
（２）  消化汚泥の汚泥濃度が３％未満（例えば１〜２％程度）と薄い場合には、第１の撹拌速度で一定とし、汚泥濃度が３％を起えた場合（例えば３〜５％程度）には、第１の撹拌速度よりも大きい第２の撹拌速度で一定とする。
（３）  消化汚泥の汚泥濃度に比例して、汚泥濃度が高い程撹拌速度が高くなるように、撹拌速度を変える。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３９】
［実施例１］
汚泥反応槽を模擬して、ビーカーに１００ｍｌの消化汚泥（食品製造残さ等をメタン発酵した後の消化汚泥、汚泥濃度約２．５％）を入れた。
ここへ、０．２重量％濃度の高分子凝集剤（ポリアミジン系高分子凝集剤、栗田工業株式会社製クリファームＤＰ−５０７）溶液４５ｍｌに希釈水５５ｍｌを加えて希釈し、合計１００ｍｌとした希釈高分子凝集剤溶液を添加して撹拌することで凝集処理した。この希釈高分子凝集剤溶液の添加量は、消化汚泥に対する高分子凝集剤の添加量として１，８００ｍｇ／Ｌに相当する。
得られた凝集汚泥を圧搾試験機で圧搾することにより脱水処理し、脱水ケーキの含水率を赤外線式簡易含水率測定装置（クリケットＦＤ−２４０）により測定したところ７８．０％であった。
【００４０】
［比較例１］
希釈水を高分子凝集剤溶液に添加する代りにビーカー内の消化汚泥に添加し、その後希釈していない０．４重量％濃度の高分子凝集剤溶液を消化汚泥に対する高分子凝集剤の添加量が１，８００ｍｇ／Ｌとなるように４５ｍｌ添加したこと以外は、実施例１と同様にして凝集、脱水処理したところ、得られた脱水ケーキ含水率は７８．９％であり、実施例１よりも高かった。
この結果から、実施例１の方が比較例１よりも高分子凝集剤の活用効率が高いことが分かる。
【００４１】
比較例１において、実施例１と同じ含水率の脱水ケーキが得られるように高分子凝集剤溶液の添加量を増量したところ、消化汚泥に対する高分子凝集剤添加量として２，０００ｍｇ／Ｌ必要であり、高分子凝集剤溶液を希釈する本発明方法であれば、消化汚泥を希釈する従来法に比べて高分子凝集剤使用量を約１０％削減できることが判明した。
【００４２】
［実施例２］
実施例１とは異なる消化汚泥（菓子類製造残渣等をメタン発酵した後の消化汚泥：汚泥濃度約４％）について実施例１と同様の方法で消化汚泥の凝集、脱水処理を行った。
この消化汚泥に高分子凝集剤（ポリアミジン系高分子凝集剤、栗田工業株式会社製クリフィックスＣＰ−１１１）を１，２００ｍｇ／Ｌ注入してビーカーにおける攪拌回転子は１２０ｒｐｍで回転させて処理を行ったところ（そのほかの試験条件は実施例１と同じ）、得られた脱水ケーキの含水率は、７９．４％であった。
【００４３】
[比較例２]
実施例２と同じ消化汚泥に対して、ビーカーにおける撹拌回転子は８０ｒｐｍで回転させてして処理を行った（そのほかの試験条件は実施例２と同じ）ところ、得られた脱水ケーキの含水率は、８４．２％であった。
【００４４】
実施例２の消化汚泥を約４希釈して汚泥濃度１％の消化汚泥にて同様に撹拌回転子の回転速度を８０ｒｐｍと１２０ｒｐｍに変更して試験したが、それぞれの脱水ケーキ含水率は８３．２％と８３．４％となり明確な差はなかった。
【００４５】
実施例２の消化汚泥を机上試験にて希釈して濃度を変え試験したところ汚泥濃度が２％以上の場合において、脱水ケーキの含水率が低減し、高分子凝集剤による凝集効果が低下することが分かった。
これに対して、汚泥濃度が２％以上の場合は撹拌速度により含水率の差が表れ、汚泥濃度３％以上では撹拌速度１２０ｒｐｍとして処理を行ったところ、表１に示す通り脱水ケーキの含水率は８０％以下で、良好な凝集効果が得られた。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
本汚泥で撹拌速度一定の場合において、脱水ケーキの含水率を８０％以下に抑えるためには、高分子凝集剤添加量を増やす必要があり、汚泥濃度に応じて撹拌速度を制御することで、高分子凝集剤添加量を削減できることが確認された。
【００４８】
実施例２、比較例２より汚泥により撹拌強度が影響する濃度が違うことが確認された。
【符号の説明】
【００４９】
１  高分子凝集剤溶解槽
２  高分子凝集剤注入ポンプ
３  汚泥反応槽
４  汚泥脱水機
５  汚泥濃度計
１１  濃縮装置
【図１】
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