(57)【要約】【課題】  減圧容器内を真空にする過程を簡単に行える装置がない。【解決手段】  原汚泥を溜める原汚泥貯留槽３と、原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器２と、この減圧容器２に原汚泥を供給する汚泥供給管６とポンプ８と、この減圧容器２内の汚泥又は気体を排出する排気管７と、この減圧容器２内の汚泥を前記原汚泥貯留槽３に前記排出口から排出する汚泥排出管１１と、この減圧容器２内で固液分離した液体分と固体分とを前記排出口から排出する排出管１２，１３とを設け、これら汚泥供給管６と排気管７と汚泥排出管１１と排出管１２，１３とを開閉可能に構成するとともに汚泥排出管１１の下端を液面下でシールし、このシールした液面に作用する大気圧と減圧容器２内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に前記減圧容器２を配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原汚泥を溜める原汚泥貯留槽と、原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器と、該減圧容器に原汚泥を供給する汚泥供給管と、該減圧容器内の汚泥又は気体を排出する排気管と、該減圧容器内の汚泥を前記原汚泥貯留槽に前記排出口から排出する汚泥排出管と、該減圧容器内で固液分離した液体分と固体分とを前記排出口から排出する排出管とを設け、これら汚泥供給管と排気管と汚泥排出管と排出管とを開閉可能に構成するとともに該汚泥排出管の下端を液面下でシールし、該シールした液面に作用する大気圧と減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に前記減圧容器を配置した汚泥濃縮装置。
【請求項２】
請求項１記載の汚泥濃縮装置において、
前記減圧容器内で分離した液体分を排出する脱離液槽と、該減圧容器内で分離した固体分を排出する濃縮汚泥貯留槽とを設け、前記減圧容器から液体分と固体分とを排出する排出管を液体排出管と固体排出管とで構成し、該液体排出管の下端を前記脱離液槽の液面下でシールし、該固体排出管の下端を前記濃縮汚泥貯留槽の液面下でシールするとともに、前記汚泥供給管と排気管と汚泥排出管との下端を前記原汚泥貯留槽の液面下でシールするようにした汚泥濃縮装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の汚泥濃縮装置において、
前記減圧容器内を原汚泥で満たした後、該減圧容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって原汚泥貯留槽に排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより固液分離し、減圧容器の下部に分離された脱離液を排出した後、減圧容器の上部に分離された浮上分離汚泥を排出し、その後、前記真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給して汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させる操作を順次繰り返して原汚泥を連続的に濃縮する制御装置を設けた汚泥濃縮装置。
【請求項４】
原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器を、該減圧容器の排出口から原汚泥貯留槽へ汚泥を排出する汚泥排出管の下端をシールする液面に作用する大気圧と該減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置し、該減圧容器内を原汚泥で満たした後、該容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内に原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより濃縮する汚泥濃縮方法。
【請求項５】
原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器を、該減圧容器の排出口から原汚泥貯留槽へ汚泥を排出する汚泥排出管の下端をシールする液面に作用する大気圧と該減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置し、該減圧容器内を原汚泥で満たした後、該容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより固液分離し、減圧容器の下部に分離された脱離液を排出した後、減圧容器の上部に分離された浮上分離汚泥を排出し、その後、前記真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給して汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させる操作を順次繰り返して原汚泥を連続的に濃縮する汚泥濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、下水汚泥等の汚泥を固液分離して濃縮する汚泥濃縮装置とその濃縮方法に関し、詳しくは、汚泥中の固体分を減圧浮上させて液体分と分離させて濃縮（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、「脱気」も含む。）する汚泥濃縮装置とその濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下水汚泥等の汚泥処理において、汚泥の腐敗を防止する技術、減量の為に濃縮、脱水する技術などの開発が盛んに行われている。
【０００３】
この汚泥を濃縮する技術として、真空の減圧容器内に汚泥を投入し、汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより固液分離し、減圧容器の下部に分離された脱離液を排出した後、減圧容器の上部に分離された浮上分離汚泥を排出する技術が知られている。
【０００４】
このような汚泥を濃縮する技術において、汚泥中の脱気などを目的とした真空を作り出すための方法として、密閉タンクの気層側を真空ポンプで吸引する方法と、容器内に満たされた液体をポンプで排出する方法とがある。
【０００５】
前記気層側を真空ポンプで吸引する従来技術としては、真空容器を利用して汚泥中の微細気泡を完全除去するために、容器内の気体を真空ポンプで排出して容器内を真空にしようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、前記容器内の液体をポンプで排出する従来技術として、本出願人が先に出願した発明では、容器内に満たされた液体を下部から吸引ポンプで吸い出して容器上部に真空層を形成し、この真空層に汚泥を投入することにより、嫌気性汚泥から発生する二酸化炭素（ＣＯ2 ）やメタン（ＣＨ4 ）等の溶存ガスを汚泥に同伴させることにより上部に浮上させて固液分離を促するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２７１５９６号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−１５６３９９号公報（第４頁、図１−８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の場合、動力ロスが大きい真空ポンプを使用して気体を排出するため、装置の動力損失が大きくなる。しかも、真空ポンプを冷却する冷却水などが必要な場合もあり、多くの費用を要する装置となる。
【０００８】
また、前記特許文献２の場合、液体をポンプで排出するため、条件によっては吸引時にキャビテーションを起こすので、配管振動やポンプ磨耗などの対策が必要となる。しかも、汚泥中の髪の毛等の異物を排出できるような対策も必要である。
【０００９】
そこで、本願発明は、減圧容器内を真空にする過程をできるだけ簡単に行える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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本願発明の汚泥処理装置は、原汚泥を溜める原汚泥貯留槽と、原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器と、該減圧容器に原汚泥を供給する汚泥供給管と、該減圧容器内の汚泥又は気体を排出する排気管と、該減圧容器内の汚泥を前記原汚泥貯留槽に前記排出口から排出する汚泥排出管と、該減圧容器内で固液分離した液体分と固体分とを前記排出口から排出する排出管とを設け、これら汚泥供給管と排気管と汚泥排出管と排出管とを開閉可能に構成するとともに該汚泥排出管の下端を液面下でシールし、該シールした液面に作用する大気圧と減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に前記減圧容器を配置している。この減圧容器内の汚泥圧力と大気圧とがつり合う高さよりも高い位置とは、いわゆるトリチェリの真空の原理に基くものであり、減圧容器内の汚泥が自然落下して排出された時に容器の内部が真空状態となるような高さをいう。このように、汚泥の自然落下を利用して減圧容器内に真空を作るので、気体や液体を吸引する動力を要することなく簡単に容器内を真空にすることができる。
【００１１】
また、この汚泥濃縮装置において、前記減圧容器内で分離した液体分を排出する脱離液槽と、該減圧容器内で分離した固体分を排出する濃縮汚泥貯留槽とを設け、前記減圧容器から液体分と固体分とを排出する排出管を液体排出管と固体排出管とで構成し、該液体排出管の下端を前記脱離液槽の液面下でシールし、該固体排出管の下端を前記濃縮汚泥貯留槽の液面下でシールするとともに、前記汚泥供給管と排気管と汚泥排出管との下端を前記原汚泥貯留槽の液面下でシールするようにすれば、減圧容器内で分離した固体分と液体分とをそれぞれの槽に効率良く分離することができる。
【００１２】
さらに、これらの汚泥濃縮装置において、前記減圧容器内を原汚泥で満たした後、該減圧容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって原汚泥貯留槽に排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより固液分離し、減圧容器の下部に分離された脱離液を前記脱離液槽へ排出した後、減圧容器の上部に分離された浮上分離汚泥を前記濃縮汚泥貯留槽へ排出し、その後、前記真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給して汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させる操作を順次繰り返すことにより連続的に濃縮処理を行うことができる。
【００１３】
一方、本願発明の汚泥濃縮方法は、原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器を、該減圧容器の排出口から原汚泥貯留槽へ汚泥を排出する汚泥排出管の下端をシールする液面に作用する大気圧と該減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置し、該減圧容器内を原汚泥で満たした後、該容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内に原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより濃縮するようにしている。この方法によっても、いわゆるトリチェリの真空を利用した汚泥の自然落下によって減圧容器内に真空を作るので、気体や液体を吸引する動力を要することなく簡単に容器内を真空にすることができる。
【００１４】
また、原汚泥を供給する供給口を上部に有し下部に排出口を有する密閉可能な減圧容器を、該減圧容器の排出口から原汚泥貯留槽へ汚泥を排出する汚泥排出管の下端をシールする液面に作用する大気圧と該減圧容器内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置し、該減圧容器内を原汚泥で満たした後、該容器内の汚泥を、前記排出口から自然落下によって排出することにより容器内に真空を形成し、該真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給することにより汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させて発泡したガスに汚泥の固体分を同伴させて浮上させることにより固液分離し、減圧容器の下部に分離された脱離液を前記脱離液槽へ排出した後、減圧容器の上部に分離された浮上分離汚泥を前記濃縮汚泥貯留槽へ排出し、その後、前記真空の容器内のほぼ中間位置まで原汚泥を供給して汚泥中の溶存ガスを減圧発泡させる操作を順次繰り返して原汚泥を連続的に濃縮するようにすれば、トリチェリの真空を利用した汚泥の自然落下によって動力を要することなく簡単に容器内を真空にすることができるとともに、減圧容器のほぼ中間位置の容量で連続的に原汚泥を濃縮することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明は、以上説明したような手段により、真空ポンプを使用することなくタンク内を真空にできるので、動力ロスが少なく、設備費用の低減、取り扱いが簡易な汚泥濃縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示す汚泥濃縮装置の構成図である。
【００１７】
図示するように、汚泥濃縮装置１には、原汚泥を固液分離する減圧容器２と、原汚泥Ｏを貯留する原汚泥貯留槽３と、減圧容器２内で分離した脱離液Ｗを排出する脱離液槽４と、減圧容器２内で分離した濃縮汚泥Ｓを排出する濃縮汚泥貯留槽５とが設けられている。原汚泥貯留槽３に貯留される原汚泥としては、水処理で出てきた汚泥が溜められる。
【００１８】
この実施形態における減圧容器２は密閉可能な容器であり、上部は筒状で下部はコーン状に狭まる円錐形に形成されている。この円錐形の部分は、後述するように減圧容器２内に供給した原汚泥Ｏ及び濃縮汚泥Ｓが自重で落下できる傾斜角に形成されている。
【００１９】
前記減圧容器２と原汚泥貯留槽３との間には、原汚泥貯留槽３から減圧容器２の上部に設けられた供給口に原汚泥を供給する汚泥供給管６と、減圧容器２内のガス等の気体やオーバーフローした原汚泥を原汚泥貯留槽３に排出する排気管７とが設けられている。
【００２０】
前記汚泥供給管６の下端には、原汚泥貯留槽３から原汚泥をくみ上げて減圧容器２に供給する原汚泥くみ上げポンプ８が設けられている。また、これら汚泥供給管６と排気管７とにはそれぞれ開閉弁９，１０が設けられている。
【００２１】
なお、ポンプ８は、後述するように原汚泥貯留槽３から１０メートル以上の高さに設置される減圧容器２に原汚泥Ｏを供給するので、その高さに原汚泥Ｏを供給できるような吐出圧力を有するものが用いられる。
【００２２】
さらに、前記減圧容器２の下部に設けられた排出口には、減圧容器２内の汚泥を排出する汚泥排出管１１と、減圧容器２内で固液分離した液体分を排出する液体排出管１２と、固液分離した固体分を排出する固体排出管１３とが分岐するように設けられている。これら汚泥排出管１１と液体排出管１２と固体排出管１３とにも開閉弁１４，１５，１６が備えられている。
【００２３】
また、これら汚泥供給管６と排気管７と汚泥排出管１１との下端は前記原汚泥貯留槽３の液面下でシールされ、前記液体排出管１２の下端は前記脱離液槽４の液面下でシールされ、前記固体排出管１３の下端は前記濃縮汚泥貯留槽５の液面下でシールされている。このように全ての管６，７，１１，１２，１３の下端が液面下でシールされ、管の端部から減圧容器２内に空気が入らないように構成されている。
【００２４】
そして、前記減圧容器２が、汚泥排出管１１の下端をシールする原汚泥貯留槽３の液面に作用する大気圧と減圧容器２内の汚泥圧力とがつり合う高さよりも高い位置に配置されている。すなわち、図示する高さＨが減圧容器２内の汚泥圧力と原汚泥貯留槽３の液面に作用する大気圧とがつり合う高さよりも高く設定されており、このように減圧容器２を高い位置に配置することにより、減圧容器２と汚泥排出管１１とが連通したときに、いわゆるトリチェリの真空の原理によって減圧容器２の内部の汚泥は自重で落下し、汚泥が落下した減圧容器２内が真空状態となるようにしている。
【００２５】
この減圧容器２の原汚泥貯留槽３の液面からの高さＨとしては、トリチェリの真空では水の圧力と大気圧とがつり合う高さとしては約１０メートルとされているが、汚泥排出管１１の内部での圧力損失等を考慮し、１３メートル以上の高さを確保するのが好ましい。
【００２６】
このようにトリチェリの真空の原理を利用することにより、原汚泥を充満させた所定高さに配置した減圧容器２内から原汚泥を自然落下で排出することによって、原汚泥の液体と大気圧との圧力がバランスする位置まで原汚泥が落下した上部に真空を作ることができるので、真空ポンプを使用せずに減圧容器２内を簡単に真空にすることができる。
【００２７】
図２(a),(b) は、図１に示す汚泥濃縮装置によって汚泥を濃縮する工程を示す構成図であり、図３(a),(b) は、図２に示す汚泥濃縮工程に続く濃縮工程を示す構成図、図４(a),(b) は、図３に示す汚泥濃縮工程に続く濃縮工程を示す構成図である。これらの図に基き前記汚泥濃縮装置１によって原汚泥を濃縮する流れを以下に説明する。
【００２８】
まず、図２(a) に示すように、減圧容器２の下部に設けられた排出管１１，１２，１３の開閉弁１４，１５，１６を全て閉じ、くみ上げポンプ８によって原汚泥貯留槽３から減圧容器２に原汚泥Ｏをくみ上げて減圧容器２内を原汚泥Ｏで満杯にする。この時、減圧容器２の上部に設けられた排気管７の開閉弁１０を開放して減圧容器２内のガス等を排出し、減圧容器２内が原汚泥Ｏで満たされた状態で汚泥供給管６の開閉弁９と排気管７の開閉弁１０とを閉じて減圧容器２を密閉状態にする。
【００２９】
次に、図２(b) に示すように、減圧容器２の下部に設けられた原汚泥貯留槽３に戻る汚泥排出管１１の開閉弁１４のみを開放する。これにより、減圧容器２が原汚泥貯留槽３から１０メートル以上高い位置に配置されているので、減圧容器２内の原汚泥Ｏが自重によって原汚泥貯留槽３へと自然落下して排出される。この時、トリチェリの真空の原理から、汚泥が排出された後の減圧容器２内が真空となる。
【００３０】
つまり、減圧容器２の下端と原汚泥貯留槽３の液面との間に１０メートル以上の高低差を設けているので、減圧容器２内の原汚泥Ｏは自重による自然落下で原汚泥貯留槽３に戻り、この時に減圧容器２内の上方から順に真空となる。このようにトリチェリの真空を利用することにより、吸引動力を要することなく減圧容器２内を真空にしている。このようにして減圧容器２内のほぼ全量の原汚泥Ｏを原汚泥貯留槽３に排出することにより、減圧容器２内を真空状態にしている。
【００３１】
その後、図３(a) に示すように、汚泥排出管１１の開閉弁１４を閉じ、汚泥供給管６の開閉弁９を開けて、原汚泥くみ上げポンプ８によって原汚泥貯留槽３から真空となった減圧容器２内に再び原汚泥Ｏを供給する。この真空となった減圧容器２内へ再度原汚泥Ｏを供給する量としては、減圧容器２の容量の半分程度であり、供給した後に汚泥供給管６の開閉弁９が閉じられる。
【００３２】
このようにして真空状態となった減圧容器２内に供給された原汚泥Ｏは、汚泥中の二酸化炭素（ＣＯ2 ）やメタン（ＣＨ4 ）等の溶存ガスが発泡し、その発泡したガスの泡が原汚泥中の固体分に付着して固体分を同伴して上方に浮かせて集めるので、減圧容器２内で上部を固体分、下部を液体分に分離させることができる。
【００３３】
これにより、減圧容器２内の原汚泥を固液分離して濃縮または脱気することができ、容器下部に脱離液Ｗが溜まり、容器上部に濃縮汚泥Ｓが溜まった状態となる。このように真空状態の減圧容器２内に原汚泥Ｏを供給して溶存ガスを減圧発泡させることにより固液分離がなされる。
【００３４】
そして、図３(b) に示すように、固液分離されて減圧容器２の下部に溜まった脱離液Ｗは、液体排出管１２の開閉弁１５を開放することにより脱離液槽４へと排出される。この開閉弁１５を開放して脱離液Ｗを排出する操作は、減圧容器２に設けられた図示しないセンサによって制御され、減圧容器２から脱離液Ｗの排出が終了したら開閉弁１５が閉じられる。この時も、脱離液槽４の液面と減圧容器２との高低差が１０メートル以上あるので、脱離液Ｗは脱離液槽４へ自然落下で排出することができる。
【００３５】
また、図４(a) に示すように、減圧容器２の脱離液上部に溜まった濃縮汚泥Ｓは、固体排出管１３の開閉弁１６を開放することにより濃縮汚泥貯留槽５へと排出される。この濃縮汚泥Ｓの排出も、濃縮汚泥貯留槽５の液面と減圧容器２との高低差が１０メートル以上あるので、濃縮汚泥Ｓは濃縮汚泥貯留槽５へ自然落下で排出することができる。
【００３６】
その後は、図４(b) に示すように、上述した図３(a) の操作へと進み、真空状態の減圧容器２内に容量の半分程度の原汚泥Ｏを供給して減圧発泡させて固液分離し、図３(b) 、図４(a) に示すように、分離した脱離液と濃縮汚泥とをそれぞれ排出する操作が繰り返される。
【００３７】
このように原汚泥Ｏを減圧発泡させて固液分離することによる汚泥の濃縮は、図示しない制御装置でポンプ８と各開閉弁９，１０，１４，１５，１６とを制御することによって自動制御することも可能であり、連続的な濃縮作業も可能である。
【００３８】
以上のように、この汚泥濃縮装置１ではトリチェリの真空の原理を利用するように減圧容器２の配置自体を高くし、原汚泥（液体）を自重のみで減圧容器２の外へ排出することによって減圧容器２内が真空状態となるようにしたので、容器内を真空にするためのポンプが不要となって設備が小さくなり、イニシャルコスト、ランニングコスト、取り扱いの簡易性などの面で優れた汚泥濃縮装置１を構成することが可能となる。
【００３９】
なお、前記実施形態における脱離液槽４は、液体排出管１２の下端を液面下でシールできる構成であればよく、脱離液を溜めるような構成であっても常に流すような構成であってもよく、前記実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
また、前記実施形態ではポンプ８によって減圧容器２内に原汚泥Ｏを供給しているが、減圧容器２よりも高所に原汚泥貯留槽（図示略）を設け、その原汚泥貯留槽のヘッド圧力によって減圧容器内に原汚泥Ｏを供給するように構成してもよい。
【００４１】
さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本願発明に係る汚泥濃縮装置は、減圧容器内を真空にするためにポンプを使用しないので、特殊なポンプを使用しなければならない原汚泥を濃縮する場合に有用である。また、原汚泥を脱気するようなものにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本願発明の一実施形態を示す汚泥濃縮装置の構成図である。
【図２】(a),(b) は、図１に示す汚泥濃縮装置によって汚泥を濃縮する工程を示す構成図である。
【図３】(a),(b) は、図２に示す汚泥濃縮工程に続く濃縮工程を示す構成図である。
【図４】(a),(b) は、図３に示す汚泥濃縮工程に続く濃縮工程を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…汚泥濃縮装置
２…減圧容器
３…原汚泥貯留槽
４…脱離液槽
５…濃縮汚泥貯留槽
６…汚泥供給管
７…排気管
８…ポンプ
９，１０…開閉弁
１１…汚泥排出管
１２…液体排出管
１３…固体排出管
１４，１５，１６…開閉弁
Ｏ…原汚泥
Ｓ…濃縮汚泥
Ｗ…脱離液
Ｈ…高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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