(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を収容可能な貯槽と、この貯槽内に収容した前記汚泥を凍結融解する凍結融解装置と、この凍結融解装置により凍結融解した汚泥を更に脱水する脱水装置とを備えていて、前記凍結融解装置と脱水装置との間に、前記凍結融解装置により凍結融解された汚泥と未凍結融解の汚泥とを混合する混合槽が設けられている汚泥処理設備において、前記凍結融解装置がアンモニア吸収冷凍機と接続されていると共に前記凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、清澄液を抜き出す管台が上下方向に数箇所にわたり設けられていることを特徴とする汚泥処理設備。
【請求項２】
前記貯槽内に収容した前記汚泥を濃縮する濃縮槽を備え、この濃縮槽から汚泥の一部を前記混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置に送給可能になっていて、前記混合槽に送給する凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合が５０％以下である請求項１の汚泥処理設備。
【請求項３】
汚泥を収容する貯槽から、所定量の前記汚泥を凍結融解装置に送給して凍結融解し、この凍結融解装置により凍結融解した汚泥を更に脱水装置により脱水する汚泥処理方法において、凍結融解されていない前記汚泥の一部を混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置により凍結融解し、前記凍結融解装置がアンモニア吸収冷凍機と接続されていると共に前記凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、上下方向の数箇所にわたり設けられている管台から清澄液を抜き出すと共に、凍結融解した汚泥と他の未凍結融解の汚泥とを混合槽中にて混合し、これらを前記脱水装置により脱水することを特徴とする汚泥処理方法。
【請求項４】
前記貯槽内に収容した前記汚泥を濃縮槽に送給して濃縮し、この濃縮槽から汚泥の一部を前記混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置に送給し、これらを前記混合槽で混合し、この混合槽での凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合を５０％以下とする請求項３の汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被処理物処理設備および被処理物処理方法に関し、詳しくは、汚泥などの被処理物を凍結融解して脱水を促進しつつ処理する被処理物処理設備および被処理物処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚泥処理する場合、汚泥は一般に大量の水分を含んでいるので、汚泥を水分から分離、すなわち固液分離を必要とする。しかしながら汚泥の性状は、原水の状態や使用する凝集剤によって異なり、その成分は一般に、水酸化アルミニウム、粘土質、コロイド質、微生物および他の有機、無機の物質で構成されていて、水分が多くゼラチン状をなしている。従って、ろ過性が悪く、しかも分離された汚泥の含水率が高いので、輸送費、埋め立て焼却などの後処理に少なくない負担がかかる。そのため、後処理する前に薬品注入による凝集作用を利用する方法が用いられている。無機系凝集剤の石灰、塩化第二鉄を注入薬品として使用する場合、ろ過性は改善されるが、薬品注入することによって処分汚泥量が増量するという問題がある。
【０００３】
そこで、この問題を解消する汚泥処理方法として、凍結融解装置を用いて汚泥を凍結融解する方法が開発されている。この凍結融解装置は、断熱材で外壁を被覆した凍結融解槽に処理する汚泥を投入すると共に、凍結融解槽内部に配設された熱交換用配管に吸収冷凍機からの冷ブラインを通流して汚泥を凍結させ、凍結完了後配管に温ブラインを通流し、凍結汚泥を融解させる。そして、融解完了後、凍結融解槽の底部に設けられた汚泥開閉弁を開いて、脱水装置に導入するなど、固液分離槽に被処理物を導入して脱水の進行した汚泥を分離するようになっている。
【０００４】
凍結融解法の原理は、汚泥中に含有する水分とその表面に付着する水分が存在することに着目し、冷凍されることにより水分を氷の結晶として成長させ、その際に汚泥は未凍結ゾーンに押しやられて微細な粒子同士が大きなブロック状に結合合体しながら濃縮して、ろ過特性を改善するものである。
【０００５】
凍結融解槽は、汚泥を内部に収容可能になっていると共に、槽内部に蛇行した熱交換用配管が配置されていて、この熱交換用配管に冷ブラインを通流させて汚泥の水分を凍結させる際、汚泥粒子を凝集させ粗大化を図る。そして、吸収冷凍機から温ブラインを通流させて汚泥を融解することにより、次工程の脱水処理を効果的に促進させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、凍結融解槽に投入される汚泥は、予め汚泥濃縮槽に貯留されて自然濃縮され、その後、遠心分離機により汚泥は１／５〜１／８に減容され、凍結融解槽を用いた処理工程での脱水性の向上を図るようにしているが、遠心分離機は設備コストも高く、電気消費量も大きいため、装置全体の設備コストや処理コストの高騰をもたらしていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、大掛かりで高価な遠心分離機を使用しなくても、凍結融解装置を用いた脱水処理を効率的なものにできる被処理物処理設備および被処理物処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る汚泥処理設備の特徴構成は、汚泥を収容可能な貯槽と、この貯槽内に収容した前記汚泥を凍結融解する凍結融解装置と、この凍結融解装置により凍結融解した被処理物を更に脱水する脱水装置とを備えていて、前記凍結融解装置と脱水装置との間に、前記凍結融解装置により凍結融解された汚泥と未凍結融解の汚泥とを混合する混合槽が設けられている汚泥処理設備において、前記凍結融解装置がアンモニア吸収冷凍機と接続されていると共に前記凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、清澄液を抜き出す管台が上下方向に数箇所にわたりが設けられていることにある。
【０００９】
本発明者らは、水分含有量の多い汚泥を脱水処理する際、汚泥の全量を遠心分離機によって処理し、ついで凍結融解装置に送給して凍結融解処理し、凍結融解した汚泥を脱水機に送給して脱水する従来技術に対して、凍結融解した汚泥に、未凍結融解の汚泥のかなりの量を混合して、その後、脱水装置を用いて脱水しても、同程度の脱水率が得られることを見いだした。かかる知見に基づき、その結果を利用することによって凍結融解装置での負荷を著しく軽減させることができる本発明を完成したものである。
【００１０】
従って、本発明の構成によれば、汚泥の全量を凍結融解装置に送給して凍結融解する場合に比べて、凍結融解処理する汚泥の量を低減することができるので、単位処理量あたりの処理コストを低くすることができ、しかも、設備コストが高くて電気消費量が大きい遠心分離機を設ける必要がない。たとえ、汚泥が各種汚泥のように水分含有量が高く、そのため性状の季節変動が大きい場合でも、混合槽での混合割合を制御することによって変動を抑制できるため、年間を通して低水分の脱水汚泥とすることができる。しかも、凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、清澄液を抜き出す管台が上下方向に数箇所にわたり設けられていることから、汚泥をそのまま静置するだけでは、固形状物と液状物とが分離するには多大の時間を要し、実質的に固液分離することは困難というべきであるが、凍結融解処理により容易に固液分離が進行するので、全体として水分除去ができて都合がよい。しかも、凍結融解装置にアンモニア吸収冷凍機が接続され、冷媒としてアンモニアを使用すると、環境に有害なフロンを用いることなく、安価で熱力学的に優れた物性を有する冷媒として機能するので都合がよい。
【００１１】
その結果、簡単な構造であっても、大掛かりで高価な遠心分離機を使用することなく、凍結融解装置を用いた脱水処理を効率的なものにできる汚泥処理設備を提供することができた。
【００１２】
前記貯槽内に収容した前記汚泥を濃縮する濃縮槽を備え、この濃縮槽から汚泥の一部を前記混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置に送給可能になっていて、前記混合槽に送給する凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合が５０％以下であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、貯槽した汚泥を凍結融解装置に送給する前に、汚泥を濃縮する濃縮槽を備えたので、ここで水分除去を行うことができ、より効率良く脱水処理することができると共に、混合槽で混合する凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合が５０％以下であるため、確実に脱水効率を高めることができる。
【００１４】
更に、本発明に係る汚泥処理方法の特徴構成は、汚泥を収容する貯槽から、所定量の前記汚泥を凍結融解装置に送給して凍結融解し、この凍結融解装置により凍結融解した汚泥を更に脱水装置により脱水する方法において、凍結融解されていない前記汚泥の一部を混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置により凍結融解し、前記凍結融解装置がアンモニア吸収冷凍機と接続されていると共に前記凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、上下方向の数箇所にわたり設けられている管台から清澄液を抜き出すと共に、凍結融解した汚泥と他の未凍結融解の汚泥とを混合槽中にて混合し、これらを前記脱水装置により脱水することにある。
【００１５】
この構成によれば、処理コストを低くすることができ、しかも設備コストが高く電気消費量も大きい遠心分離機を設ける必要がなく、たとえ、汚泥が各種汚泥のように水分含有量が高く、そのため性状の季節変動が大きい場合でも、混合槽での混合割合を制御することによって変動を抑制できるため、年間を通して低水分の脱水汚泥とすることができる。しかも、凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、上下方向の数箇所にわたり清澄液を抜き出す管台が設けられていることから、凍結融解処理により容易に固液分離が進行するので、全体として水分除去ができて都合がよい。しかも、凍結融解装置にアンモニア吸収冷凍機が接続され、冷媒としてアンモニアを使用すると、環境に有害なフロンを用いることなく、安価で熱力学的に優れた物性を有する冷媒として機能するので都合がよい。その結果、大掛かりで高価な遠心分離機を使用しなくても、凍結融解装置を用いた脱水処理を効率的なものにできる汚泥処理方法を提供することができた。
【００１６】
前記貯槽内に収容した前記汚泥を濃縮槽に送給して濃縮し、この濃縮槽から汚泥の一部を前記混合槽に送給すると共に、他の汚泥を前記凍結融解装置に送給し、これらを前記混合槽で混合し、この混合槽での凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合を５０％以下とすることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、より効率良く脱水処理することができると共に、混合槽で混合する凍結融解汚泥と未凍結融解汚泥からなる汚泥に対する未凍結融解汚泥の割合が５０％以下であるため、確実に脱水効率を高めることができて都合がよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る汚泥処理設備の概略全体構造を示す。この汚泥処理設備は、汚泥の一種である汚泥を一旦貯槽する汚泥貯槽１と、この汚泥貯槽１と配管で連結され所定量の汚泥を供給される汚泥濃縮槽２と、濃縮された汚泥の大部分を送給し凍結融解して汚泥中の水分を低減する凍結融解装置３と、濃縮されただけで未凍結融解の汚泥（以下、生汚泥ということがある）と凍結融解された汚泥とを混合する混合槽４と、更に、この混合槽４と接続されていて混合槽４からの混合汚泥を送給されて、混合汚泥中の水分を低減させる脱水装置５などを備えて構成されている。
【００１９】
そして、凍結融解装置３には、図示はしないが、吸収冷凍機などが接続されて、凍結融解を効率的に行うようになっている。吸収冷凍機としては、アンモニア吸収冷凍機を用いる。冷媒としてアンモニアを使用すると、環境に有害なフロンを用いることなく、安価で熱力学的に優れた物性を有する冷媒として機能するので都合がよいからである。このアンモニア吸収冷凍機を作動させる駆動源として、汚泥の焼却、コージェネレーション等の排熱エネルギーを供給するようにすると、一層ランニングコストを低減できて都合がよい。
【００２０】
汚泥濃縮槽２は、必ずしも必要ではないが、これを設けておくと、汚泥貯槽１から送給される大量の汚泥中の水分を減量し、減容化するのに都合がよく、処理効率（脱水ケーキ量／脱水汚泥処理量）を高めることができる。汚泥濃縮槽２としては、遠心濃縮、浮上濃縮などの機械濃縮方式、あるいは汚泥を自然沈降濃縮する方式のもの等を採用することができるが、自然沈降濃縮方式を採用すると、ランニングコストを低くできる。尚、図１でＰは汚泥圧入ポンプであり、図番６は混合槽４中で汚泥の混合を促進させる攪拌機である。
【００２１】
脱水装置５としては、多数のロールに２枚のろ布を組み込みろ布を先行させて脱水するベルトプレス、スクリューを回転させながら背圧板に押しつけるようにしたスクリュープレス、多重円板形脱水機など、各種脱水機を使用できる。
【００２２】
このように本実施形態では、濃縮された汚泥の全てを凍結融解装置３に投入するのではなく、濃縮された汚泥の一部を凍結融解すると共に、凍結融解しない生汚泥の両者を投入する混合槽４を設けたことに特徴がある。濃縮された汚泥の全量を凍結融解処理することなく、一部のみを凍結融解し、凍結融解された汚泥を、残りの凍結融解されていない生汚泥と共に混合槽４に送給することによって、生汚泥中の水分排出を促進するため、その分凍結融解処理する汚泥の投入量を少なくでき、凍結融解に要する電気量を大きく減少させることができて、それでいて汚泥中の水分を顕著に低減できるのである。
【００２３】
凍結融解された汚泥に凍結融解されていない生汚泥を投入する割合は、前者に後者を５０％以下、より好ましくは４０％以下程度混合することが好ましい。混合槽４における生汚泥の混合比率と、脱水装置５で脱水した後の汚泥中の水分の関係を調べた試験結果を、図２に示す。このときの凍結融解装置での凍結温度は−１５℃で、凍結速度は１３．５ｍｍ／ｈであった。凍結融解した汚泥を加圧、ろ過してから、その水分を測定した。
【００２４】
図２は、混合槽中における生汚泥混合割合（％）と脱水装置での脱水率（％）との関係を示すもので、生汚泥混合割合が５０％以下、より好ましくは４０％以下の混合汚泥を脱水装置により脱水すると、水分が急激に低下し、６０％前後にまで低下することが分かる。この程度にまで低下した汚泥中の水分は、全量を凍結融解装置により処理した汚泥を脱水装置によって脱水した汚泥と略同様の水分含有量といえるものである。従って、凍結融解装置に投入し凍結融解処理してから脱水装置によって汚泥水分を除去する従来工程に比べて、コストのかかる凍結融解装置への投入量を少なくすることができることになる。
【００２５】
尚、上記実施形態における汚泥は、水分を比較的多く含む汚れた泥状物質を広く総称するものとし、もとより浄水場や下水処理場で発生する汚泥、産業廃水処理汚泥、埋め立て廃水処理汚泥、し尿処理汚泥などあらゆる種類の汚泥を含むものである。
【００２６】
上記実施形態に示した汚泥処理設備において、凍結融解装置を構成する凍結融解槽の側面に、汚泥が凍結され融解される際に排除されて上層に分離された水分（清澄液）を抜き出す管台（図示略）が上下方向に数個所にわたり取り付けられる構造を付加してある。このようにすると、汚泥をそのまま静置するだけでは、固形状物と液状物とが分離するには多大の時間を要し、実質的に固液分離することは困難というべきであるが、凍結融解処理により容易に固液分離が進行するので、全体として一層水分除去ができて都合がよい。
【００２７】
例えば、凍結融解処理をしていない汚泥では、１２０分静置しても濃縮層と清澄液との比は、８：２に留まっているのに対して、凍結融解処理した汚泥では１５分後には濃縮層と清澄液との比が、１：９に分離する結果が得られた。かかる現象を利用して、清澄液（この場合水分）を管台から抜き出すことにより、後工程の脱水処理を容易かつ効果的なものとするのである。
【００２８】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態に示した汚泥処理設備において、凍結融解装置により凍結融解槽内の汚泥を凍結させるに際して、汚泥を振動させるバイブレーター等の振動手段を備えるようにしてもよい。
【００２９】
この構成によれば、汚泥を槽内で凍結する際に、振動手段によって振動を与えることにより、凍結が進行して凍結界面に凝集した固形分が振動によって強制的に凍結界面を移動させられるため、凍結水流路が確実に確保され、過冷却状態で汚泥が氷中に閉じ込められるといったことを確実に防止できる。つまり、固形分が分離された状態で凍結するのを防止するため、固形分どうしの大きな集合、凝集量を増加させることができて、汚泥のろ過特性を向上させることができる。又、過冷却が生じ難いため、結果的に凍結が促進されることになり、凍結処理が促進されて、顕著な脱水効果を発揮し得ることになる。従って、清澄液の排除が一層効率的に行われて都合がよい。
【００３０】
振動手段としては、連続的あるいは間欠的な機械的打撃を与えるものの他、電気信号から機械的に振動を与えるようなものであってもよく、超音波振動を与えるようなものでもよい。振動手段を用いて、冷・温ブラインを通流させる熱交換用の配管に、汚泥の温度が０℃になった時点から、周期的または間欠的に振動を与えることが好ましい。振動手段による振動が槽内の汚泥に直接的に伝達されて、汚泥の過冷却を効果的に防止でき、しかも振動を与える手段が構造的に複雑でないため、設置コストの高騰を防止できると共に、保守も楽である。
【００３１】
（２）上記実施形態において、凍結融解槽で汚泥を凍結する際、槽内に汚泥と共に氷核活性タンパク質様物質を投入して、凍結を促進させるようにしてもよい。その場合、予め作成した汚泥と氷核活性タンパク質様物質との混合物を凍結融解槽に投入して凍結・融解を行うようにすることが好ましい。つまり、予め汚泥と氷核活性タンパク質様物質との予混合物を作成する予混合槽（図示略）を設けておき、この予混合槽から予混合物を凍結融解槽に投入するようにする。
【００３２】
氷核活性タンパク質様物質としては、氷核活性細菌であるErwinia herbicola, Pseudomonus fluorescens, Pseudomonas syringage菌などをＬ培地その他を用いて培養し、集菌すると共に物理的に破壊して殺菌し、これを凍結乾燥後、粉砕して粉末状にしたもの等を用いることができる。
【００３３】
このようにすると、予め汚泥と氷核活性タンパク質様物質との混合物を作成するため、これらが均一に入り交じって混合され、これを凍結融解槽に投入すると、氷核活性タンパク質様物質の存在により汚泥の凍結開始温度が上昇すると共に、均一分散した氷核活性タンパク質様物質の周辺から凍結が開始し、これら凍結を開始した多数の微細な汚泥を核として、凍結融解槽中の汚泥の凍結がムラを生じることなく効率的に成長し、凍結効率を極めて高いものとすることができる。従って、脱水時の濾過比抵抗が小さくなって、水分を排除し易くなり脱水工程を効率良く行うことができる。
【００３４】
又、使用する氷核活性タンパク質様物質は氷核活性細菌より得られるのであり、生菌のままではないため、汚染その他の問題を生じることがなく、取り扱いが容易であり、作業効率も高いものである。汚泥のような汚泥の凍結を効率よく行うことによって凍結に要するエネルギーを少なくでき、しかも次工程での脱水処理の効率を高めて脱水性を一層良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る汚泥処理装置の概略全体構成図
【図２】  図１の汚泥処理装置の混合槽中における生汚泥混合割合（％）と脱水装置での脱水率（％）との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  貯槽
３  凍結融解装置
４  混合槽
５  脱水装置
【図１】
0004165996.tif 000002
【図２】
0004165996.tif 000003