(57)【要約】【課題】効率のよい天日乾燥法と粉砕しやすい乾燥汚泥の提供。【解決手段】天日乾燥する生汚泥に、凍結・融解処理を施した汚泥を混合して天日乾燥床に投入し乾燥する。また、凍結・融解処理を施した汚泥と生汚泥とを少なくとも１層づつ、交互に天日乾燥床に投入してもよい。汚泥中の凍結・融解汚泥の比率は、３０〜１００重量％の範囲に調整することが好ましい。凍結・融解汚泥と生汚泥との混合汚泥は、沈殿性が向上して上澄水との分離が速く容易であるのみならず、汚泥のろ過特性が向上して脱水汚泥中の残量水分率を低下させる効果を有する。乾燥汚泥は従来のように硬く固まらない。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天日乾燥する生汚泥に、凍結・融解処理を施した汚泥を混合して天日乾燥床に投入し、乾燥することを特徴とする汚泥の天日乾燥法。
【請求項２】
凍結・融解処理を施した汚泥と生汚泥とを少なくとも１層づつ、交互に天日乾燥床に投入することを特徴とする汚泥の天日乾燥法。
【請求項３】
天日乾燥床に投入する汚泥中の凍結・融解汚泥の比率を、３０〜１００重量％の範囲に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥の天日乾燥法。
【請求項４】
前記の凍結・融解処理を施した汚泥に替えて、汚泥を凍結・融解した後、凍結・融解汚泥を沈殿させ上澄水を分離して濃縮した凍結・融解・濃縮汚泥を用いることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の汚泥の天日乾燥法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水汚泥、とくに浄水場から排出される汚泥の天日乾燥法に関する。具体的には、汚泥の凍結・融解処理を利用して汚泥の天日乾燥における高効率化を図るものである。本発明において、「生汚泥」は乾燥するために天日乾燥床に投入される凍結・融解処理の施されていない汚泥を、「凍結・融解汚泥」は前記の凍結・融解処理を施された汚泥をいう。
【０００２】
【従来の技術】
通常、浄水場、排水処理場等では、取り込んだ原水中に含まれている懸濁物質等を排泥池や濃縮装置を設けて汚泥として濃縮、分離し、濃縮した汚泥を乾燥装置や脱水装置を用いてさらに共存する水を分離した後、適法に処理している。天日乾燥法は、前記の濃縮汚泥を乾燥する一手段であって、一般には、排泥池、濃縮装置などを利用して水分率が２〜５重量％程度になるまで濃縮した生汚泥を天日乾燥床に投入して静置し、上澄水およびろ過水を除去して汚泥中の水分率を低下させ、さらに天日等の自然蒸発によって汚泥乾燥を行う方法である。搬送、利用のし易さから水分率を３０〜６５重量％程度まで乾燥させることが多く、汚泥の濃縮、脱水工程における最終工程として位置づけられている。このようにして乾燥された汚泥は園芸用土等に有効利用することができる。天日乾燥法は、排泥の頻度が少なく、立地、気象条件が適し用地の確保が容易な場合、他の脱水法に比較して設備及び操業コストが小さく、維持管理が容易な優れた方法である。
【０００３】
図１は天日乾燥床の一例を示す平面図、図２は図１に記載したＡ部の垂直方向断面図である。天日乾燥床は、上面を開放したプール状のコンクリート枠体１内部を適宜の広さの乾燥床２に区切って形成されており、それぞれの乾燥床の底部３にはろ過水を集めて導出するための集水主管４及び必要によっては集水支管５が設られている。乾燥床２にはろ材として砂利、採石等（４号程度の大きさが一般的、大きさの異なる砂利を複数の層に重ねることもある）を敷き、その上に川砂等を敷き詰める。汚泥８はろ材７の表面から１５０ｃｍ程度まで投入する。汚泥投入後はそのまま固形分を沈降させ、上澄水は角落とし（溢流堰の一種、上下にスライドし液高を調整できる）９により上澄水取出口１０を通って抜き出される。ろ過水は集水管５、４を経て上澄水とともに排水の排出口６から乾燥床外に導出される。残る汚泥は、自然乾燥されてろ材上、数十ｃｍ程度の乾燥汚泥になる。乾燥汚泥はシャベル等機械的に乾燥床から取り出し、粉砕して例えば園芸用土や埋土として利用する。ろ過水や上澄水は原水の取水口の返送されるか、適法に処理して河川等に放流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで天日乾燥法には、設備や操業のためのコストが小さいという利点がある反面、弱点は乾燥に時間がかかり大きな敷地を必要とすることである。通常、生汚泥は、ろ過性が悪く、とくに冬場にその傾向が顕著であり、１回の乾燥に６〜１０か月を要する場合がある。また、乾燥汚泥は、厚さが数十ｃｍになるので天日乾燥汚泥を園芸培養土等に有効利用するためには、これを天日乾燥床から取り出し、２〜５ｃｍ程度の粒子に粉砕する必要がある。しかし、一般に天日乾燥汚泥の塊は硬く粉砕しにくいという問題がある。前記したこれらの課題を解決して効率のよい天日乾燥法と粉砕しやすい乾燥汚泥を取得するために研究を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段として本発明は、天日乾燥する生汚泥に、凍結・融解処理を施した汚泥を混合して天日乾燥床に投入し、乾燥することを特徴とする汚泥の天日乾燥法を提供する。さらに、本発明は、凍結・融解処理を施した汚泥と生汚泥とを少なくとも１層づつ、交互に天日乾燥床に投入することを特徴とする汚泥の天日乾燥法を提供する。前記の天日乾燥法においては、天日乾燥床に投入する汚泥中の凍結・融解汚泥の比率は、３０〜１００重量％の範囲に調整することが好ましい。また、前記の凍結・融解処理を施した汚泥に替えて、汚泥を凍結・融解した後、凍結・融解汚泥を沈殿させ上澄水を分離して濃縮した凍結・融解・濃縮汚泥を用いれば、さらに効率的に天日乾燥を施すことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を詳しく具体的に説明する。本発明を利用して乾燥させようとする生汚泥は、有機質でも無機質でもよく、沈降分離されたままの汚泥、あるいは何らかの方法でさらに濃縮されている汚泥であってもよい。また、本発明において汚泥の水分率（重量％）は、重量Ｗ１の汚泥を１０５℃の熱風循環乾燥機内に入れて完全に乾燥した後、乾燥重量Ｗ２を測定し｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１｝×１００％を算出した。
【０００７】
さて、本発明は、乾燥しようとする生汚泥に凍結・溶融処理を施した汚泥を混合し、乾燥床に投入して天日乾燥すれば、乾燥に要する日数が大幅に短縮され、かつ、乾燥汚泥が従来のように硬く固まらずに粉砕が容易になる、という効果を見出すことにより、天日乾燥法における前記の課題を解決する手段として、完成されたものである。生汚泥と凍結・乾燥汚泥とは、あらかじめ混合して投入してもよく、また、少なくとも１層ずつを交互に投入し積層てもよい。後者の場合、好ましくは凍結・融解汚泥層を最下層にする。天日乾燥床に投入する汚泥中の凍結・融解汚泥量は、扱う汚泥の特性や操業条件にもよるが、一般的に好ましくは３０〜１００重量％、とくに４０〜８０重量％の範囲が好ましい。３０重量％以下では凍結・融解汚泥の混入効果が小さくなり、多すぎると凍結・融解汚泥の費用がかさみ経済的有利性が失われる。
【０００８】
汚泥の凍結・融解には、例えば槽内部に伝熱管を配列した凍結・融解槽を用いる。濃縮槽等からの排泥を凍結・融解槽に投入し、伝熱管に冷媒を流して投入汚泥を凍結する。凍結条件は、装置の構造や処理する汚泥の特性、供給温度など及び予備試験や経験にもとづいて決めることが多い。一般的には伝熱管等に−１０〜−３０℃の冷ブラインを１〜３時間流通させて凍結させる。所定の凍結処理後に冷媒を熱媒に切り替えて凍結汚泥を融解させることによって、汚泥の凍結・融解処理を実施する。凍結・融解用の汚泥には、一般に乾燥させようとする生汚泥を使用するがそれに限られるものではない。また、凍結汚泥を融解した後、汚泥を沈降させて上澄水を系外に排出して汚泥を濃縮し、凍結・融解・濃縮汚泥にして乾燥工程での負荷を小さくしておくと効率的である。
【０００９】
汚泥は、凍結時、固体中に取り込まれている水が、伝熱管冷却面に引き抜かれて氷になり固形分が凝集する。すなわち、汚泥中の水を凍結することによって汚泥がミクロ的に水から分離されて凝集し、ろ過性、脱水性が向上するとともに、乾燥後、凍結処理した汚泥は硬く固化することがなくなる。生汚泥に、凝集した凍結・融解汚泥を混用することにより、生汚泥のろ過性、脱水性は向上し、生汚泥の乾燥による固化が防止される。さらに、凍結・融解汚泥自体が、Ａｌ２Ｏ３を２０〜３０重量％程度含有しており、生汚泥に対し硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムと同様に凝集沈殿助剤としての効果を奏し、生汚泥の凝集を促進させる作用があるので、混用する生汚泥の特性改良に寄与したものと考えられている。
【００１０】
このようにして処理された凍結・融解汚泥と生汚泥との混合汚泥は、沈殿性が向上して上澄水との分離が速く容易であるのみならず、汚泥のろ過特性が向上して脱水汚泥中の残量水分率を低下させる効果を有する。さらにろ材（ろ布）の目詰まりトラブルが減少し、また、脱水終了後の汚泥は従来の乾燥汚泥のように硬く固まっておらず容易に粉砕することができる。かつ、ろ材（ろ布）との分離も容易になる。
【００１１】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、実験用の汚泥天日乾燥床を使用して実験したので、図３及び図４を参照して説明する。図３は前記実験用汚泥乾燥床の断面図である。実験用には、鋼板製容器２１の側壁及び底板を厚さ５ｃｍの断熱材２２で覆った外寸が５０×５０×９０（深さ）の乾燥床を６基用い、いづれも底からから１０ｃｍの厚さに１０〜２０ｍｍφの砂利２３を、その上１０ｃｍの厚さに４〜６ｍｍφの砂利２４を、さらに５ｃｍの厚さに１〜２ｍｍφの砂利２５を敷き、さらにその上１０ｃｍの厚さで川砂２６を敷いた。また、底板にはろ過水を連続的に排出する排出口２７を取り付けた。この乾燥床の処理汚泥容量は約０．１２５ｍ３であった。
【００１２】
一方、伝熱コイルを内蔵する容量０．６ｍ３の冷凍・融解槽（不図示）に、生汚泥約０．６ｍ３を投入して伝熱コイルに−２０℃の冷媒を１００分間流して汚泥を凍結させた後、冷媒を３０℃の熱媒に切り替えて９０分間流し凍結汚泥を融解して凍結・融解汚泥とした。
【００１３】
前記の実験用汚泥乾燥床に、全体の汚泥量１００重量部に対し、それぞれ凍結・融解汚泥をイ：０、ロ：２０、ハ：４０、ニ：６０、ホ：８０、ヘ：１００各重量部、残部を生汚泥とする６種類の混合汚泥２８を０．１２５ｍ３づつ調合し、各乾燥床に投入した。投入汚泥の水分はいずれも９６重量％であった。底部のろ過水排出口は常時開放し、上澄水は２日に１回、汚泥表面まで排出させた。汚泥／上澄水の界面高さの経日変化を約６０日後の含有水分率とともに図４に示す。また、得られた乾燥汚泥のうちハ〜ヘは、塊を指で強く押さえると容易に崩れる程度の硬さであった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明を利用し、原汚泥に凍結・融解あるいは凍結・融解・濃縮された汚泥を添加して天日乾燥することによって、天日乾燥に要する日数を短縮することができる。天日乾燥床の処理効率が向上し、機械脱水量を低減して排水処理コスト下げる効果がある。また、前記の本発明に係る天日乾燥汚泥は、従来の天日乾燥汚泥のように硬く固まらないので粉砕しやすく、容易に２ｍｍφ程度にまで粉砕できるので、園芸用土等として有効に利用しやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】天日乾燥床の一例を示す平面図、
【図２】図１に記載したＡ部の垂直方向断面図
【図３】実験用汚泥乾燥床の断面図
【図４】実施例の結果（凍結・融解汚泥の混合比をパラメータとする、汚泥／上澄水の界面高さの経日変化、及び汚泥水分率）を示したグラフ
【符号の説明】
１：上面を開放したプール状のコンクリート枠体
２：乾燥床                      ３：乾燥床底
４：ろ過水を床外に排出するための集水主管
５：同前集水支管                ６：上澄水、ろ過水排出口
７：ろ材（砂利、採石等）        ８：川砂等
９：汚泥                      １０：角落とし
１１：上澄水取出口              １２：仕切溝
２１：鋼板製容器                ２２：断熱材
２３：１０〜２０ｍｍφの砂利    ２４：４〜６ｍｍφの砂利
２５：１〜２ｍｍφの砂利        ２６：川砂
２７：上澄水及びろ過水の排出口  ２８：調合汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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