(57)【要約】  凝集剤をスラッジに注入するステップと該スラッジを脱水するステップとを含む凝集剤によるスラッジの脱水方法であって、この方法は脱水の前に実施し、該スラッジを混合して、スラッジを分解し粘度を低下させるステップを含むことを特徴とする。また上記方法を実施するための設備に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集剤をスラッジに注入するステップと、該スラッジを脱水するステップとを含む、凝集剤によるスラッジの脱水方法であって、前記脱水ステップの前に該スラッジを混合して、スラッジを分解し粘度を低下させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記スラッジを混合する事前ステップは５ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの回転速度で回転する軸上に回転可能に装着されたブレードを備えた円筒チャンバを有するミキサーに該スラッジを注入することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回転速度は１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記脱水ステップは少なくとも１つの遠心分離機を用いて実施される遠心分離ステップであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載方法。
【請求項５】
前記凝集剤を注入するステップは、前記事前ステップの最中もしくはその前に該凝集剤を注入して実行されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記事前ステップの最中もしくはその前に温水及び／または生蒸気やフラッシュ蒸気及び／または凝縮物を注入してスラッジを予熱することを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記事前ステップの最中もしくはその前にスラッジに希釈水を注入することを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記事前ステップの最中もしくはその前にスラッジに酸素を注入することを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記事前ステップの最中もしくはその前にスラッジに凝固試薬を注入することを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実施するためのプラントであって、スラッジの脱水装置及び凝集剤を注入するための手段を有し、混合物が前記脱水装置の上流に設けられていることを特徴とするプラント。
【請求項１１】
前記ミキサーは回転可能に装着されたブレードを備えた円筒チャンバを有することを特徴とする請求項１１に記載のプラント。
【請求項１２】
前記脱水装置は遠心分離機であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のプラント。
【請求項１３】
前記ミキサーは凝集剤を注入するための手段に接続されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のプラント。
【請求項１４】
前記ミキサーは有機もしくは無機の凝固剤を注入するための手段に接続されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のプラント。
【請求項１５】
前記ミキサーは希釈水を注入するための手段に接続されていることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のプラント。
【請求項１６】
前記ミキサーは温水及び／または生蒸気及び／またはフラッシュ蒸気及び／または凝縮物を注入するための手段に接続されていることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のプラント。
【請求項１７】
前記ミキサーは圧縮空気を注入するための手段に接続されていることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のプラント。
【請求項１８】
前記ダイナミックミキサーと前記脱水装置との間に脱気チャンバを備えることを特徴とする請求項１７に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機成分を含むもしくは同成分を含まないスラッジ処理の分野に属する。本発明は特に浄化ステーションから送られてくる、他の廃棄物が混入した可能性があるか他の廃棄物を含まないスラッジの処理に関し、また、飲料水の生産やその他の工業生産において排出されるスラッジの処理に関するものである。
より具体的には本発明はスラッジの脱水方法に関し、この方法はポリマーなどの凝集剤をスラッジに注入するものでありスラッジはどのような由来のものであっても構わない。以下では、かかる方法を「凝集剤による脱水」と称する。
上記方法は特に、既に増粘している可能性があり、乾燥度合が低いかもしくは実際の乾燥固形分が１５質量％以下（好ましくは２〜７質量％）と低いスラッジを脱水するために用いられる。「スラッジの乾燥固形分」とはスラッジが含有する固形物の割合（質量％）を示すものと理解されたい。実際のところスラッジは無機物と水の混合物からなる流体であり、スラッジが工業廃棄物である場合は化学残留物を含み、場合によっては有機物を含むこともある。スラッジの乾燥固形分（ｄｒｙ ｃｏｎｔｅｎｔ）は、スラッジ全量に対する乾燥成分の重量比を求めることで算出できる。
スラッジは特に浄水処理や家庭用もしくは工業用脱水を処理する際に発生する。
【背景技術】
【０００２】
工業化及び都市化が進むにつれ、水処理によって発生するスラッジの量は増える一方である。
【０００３】
ここ数十年間において、このスラッジの量を低減するための方法が開発されており、その中でも脱水方法が知られている。
【０００４】
かかる脱水方法は、様々な種類の装置（遠心分離機、ドラム、テーブル、トレイフィルター、ベルトフィルターなど）を用いて実施され、使用する設備内で、適当な凝集剤及び／または凝固試薬を用いてスラッジと水分を分離するものである。
【０００５】
凝集剤による脱水方法を実施するためのコストは、凝集剤のコストに大きく左右される。特にある種のスラッジはとりわけ脱水が難しく大量の凝集剤を添加する必要があり、かかる方法を実施するプラントにかかるコストを増加させてしまう。
【０００６】
このため、従来においては凝集剤の使用量を最適化したり凝集剤自体を不要にするなどの様々な方法が提案されてきた。
【０００７】
その方法として、Ｄｅｇｒｅｍｏｎｔ社（Ｄｅｇｒｅｍｏｎ ｃｏｍｐａｎｙ）によるＤｅｈｙｄｒｉｓ Ｌｉｍｅ（登録商標）法が挙げられる。この方法はミキサーの中で脱水対象のスラッジに石灰を混ぜ合わせた後に遠心分離機に搬送して、遠心分離機のスパウトへポリマーを注入するものである。
【０００８】
上記技術は、凝集剤以外の添加物すなわち石灰を加える必要があり、そのためにスラッジの質量が増加してしまう問題がある。添加(分散)するポリマーの量を削減した分は石灰の添加及びスラッジ排出量の増加に伴う支出によって少なくともその一部は相殺されてしまう。
【０００９】
Ｄｅｇｒｅｍｏｎｔ社（Ｄｅｇｒｅｍｏｎｔ ｆｉｒｍ）によるＤｅｈｙｄｒｉｓ Ｏｓｍｏ（登録商標）も知られており、この方法はスラッジを磁場に曝してスラッジのゼータ電位を変化させるものである。
【００１０】
この方法は、複雑な技術を用いて磁場を発生させなくてはならないという問題がある。
【００１１】
Ａｑｕｅｎ社（ｆｉｒｍ  Ａｑｕｅｎ）によるＦｌｏｃＦｏｒｍｅｒ法も知られている。この方法は２つのメインステップを実施するものであり、最初のステップにおいて、スラッジを受容する攪拌チャンバにポリマーを注入する。第２のステップにおいてスラッジとポリマーの混合物を、より大容量の第２のチャンバにて軽く攪拌してフロックを形成する。
【００１２】
この方法は、恐らく大容量のフロック形成チャンバが必要となり、それに伴いエネルギー消費量が増加する問題がある。さらに、かかる方法を実施するための装置を脱水プラントとは別に設けなくてはならない。装置は該プラントの上流に設けて別々に管理する必要がある。
【００１３】
Ｏｒｅｇｅ社（Ｏｒｅｇｅ  ｆｉｒｍ）によるＳＬＧ（登録商標）法も挙げられる。この方法はスラッジを１〜２バールオーダーの軽い圧縮空気流に曝した後スラッジと圧縮空気の混合体を減圧して、その後の脱水処理を容易にするものである。しかしながら、ポリマーを遠心分離機のスパウトに注入することに変わりなく、さらに従来推奨されてきたように状況によってはスラッジ吸入管においてポリマーを、距離は様々であるが、遠心分離機の上流に移動させて注入することもある。
【００１４】
この方法は大型化の問題と、例えば圧縮機や反応器やさらに分離機などのメンテナンスを必要とする、コストが高い一連の装置を配備する問題がある。
【００１５】
ＥＭＯ社によるＩＨＭ（ｉｎｌｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｍｉｘｅｒ）も挙げられる。この装置においては、ポリマーが遠心分離機の上流にて注入される。その後、スラッジとポリマーの混合物の状態を改良するために、バルブを用いて乱流を発生させる。乱流を発生させるために必要なエネルギーは流体自体、つまりは遠心分離機の供給ポンプから供給される。上記従来技術が巨大な設備を用いて実施されるという事実に加えて、従来技術のいずれも石灰の添加以外のポリマーの実際の削減量を明らかにしていない。さらに、乾燥固形分の大幅な増加はみられず、すなわち、１．５％以上の乾燥固形分は得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、従来と同程度の凝集剤の消費量及び同程度の性能の遠心分離機を用いて実施するスラッジ脱水方法を提示すること及び／または既存の遠心分離機などの脱水装置の負荷を最適化すること及び／または凝集剤によって得られる固相の割合を増やすことにある。
【００１７】
また、本発明の目的は既存の脱水方法を損なうことなく容易に既存の方法に組み込める方法を提示することにある。
【００１８】
また、本発明の目的はかかる方法を実施するためのプラントを提示することにある。
【００１９】
本発明の目的は少なくともある実施形態において既存の脱水装置を組み入れ、動作を最適化できるプラントを提示することにある。
【００２０】
特に本発明の目的はスラッジを脱水するために既に設置されている遠心分離機の動作を最適化するプラントを提示することにある。
【００２１】
また、本発明の目的は既に設置されている遠心分離機などの脱水設備を分解や移動や取替することなく非常に容易に設置できるプラントを提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した目的及び本明細書によって明らかになるであろうその他の目的は凝集剤によるスラッジの脱水方法に関する発明によって達成される。この方法は、凝集剤をスラッジに注入するステップと、該スラッジを脱水するステップとを含む、凝集剤によるスラッジの脱水方法であって、脱水ステップの前に該スラッジを混合して、スラッジを分解し粘度を低下させるステップを含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明は容易に実施可能な方法を提供するものであり、該方法は脱水対象のスラッジを、先に実施する物理的処理のステップに供するものであり、このステップはスラッジを分解して粘度を低下させるように混合することを含んでいる。このステップは確かにスラッジの凝集剤に対する親和性を効率的に向上させることが分かっており、必然的に脱水装置内の凝集剤の効率をも向上させるものである。このステップはまた、スラッジ内に存在する最大及び／または最重量の各粒子を細かくして、これにより各粒子に結合している水分をより多く取り除くものである。効率が向上することにより、同じ量の凝集剤を用いて脱水装置の排出口地点における乾燥固形分を増加させ、あるいは所定の乾燥固形分を得るためにスラッジに添加される凝集剤の量を好適に削減でき、もしくは凝集剤による有機物の捕集効率を向上させ、または脱水装置の負荷を再び増加させることができる。いずれの場合も、本発明はかかる装置の稼働コストとスラッジ脱水にかかるコストを大幅に削減できる。
【００２４】
好ましくは、前記スラッジを混合する事前ステップは５ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、好ましくは１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの回転速度で回転する軸上に回転可能に装着されたブレードを備えた円筒チャンバを有するミキサーに該スラッジを注入することを含む。このような混合速度はさらに本発明の目的を最適化、すなわち、凝集剤の効率を向上させるものである。
【００２５】
好ましくは、脱水ステップは少なくとも１つの遠心分離機を用いて実施される遠心分離ステップである。遠心分離機は一般的にスラッジの脱水に用いられる。遠心分離機は高価な設備の一つであり、その価格は大きさや性能に大きく左右される。よって、本発明にかかる方法は性能が悪い（古い）設備を、より性能が優れた（より新しい）設備に交換する代わりとなる経済的な方策を提供するものである。
【００２６】
本発明の一変形例（ｏｎｅ ｖａｒｉａｎｔ）によれば、ポリマーの注入は遠心分離機のスパウトに対して行われる。遠心分離機の「スパウト」とは、遠心分離の対象となる材料を注入する場所を指す。
【００２７】
一方、本発明の特に好適な一変形例によれば、前記凝集剤を注入するステップは、前記事前ステップの最中もしくはその前に該凝集剤を注入して実行される。かかるステップは凝集剤の効率、ひいては脱水装置の性能をさらに最適化するものである。この一変形例によれば、凝集剤は再組成されたスラッジと混ぜ合わされ、凝集剤の機能が最適化された密な混合体を形成する。
【００２８】
本発明の一変形例によれば、上記方法は、先に実施するステップの最中もしくはその前にスラッジに添加物、とりわけ塩化第一鉄などの凝固剤を注入することをさらに含む。このステップは凝集剤のスラッジへの作用をさらに最適化するものである。
【００２９】
本発明の一変形例によれば上記方法はスラッジを予熱するために、前記事前ステップの最中もしくはその前に温水及び／または生蒸気やフラッシュ蒸気及び／または凝縮物（かかる凝縮物は他の方法によって生成でき、サイト（ｓｉｔｅ）で得られるものである）を注入することを含む。この予熱ステップは、さらにスラッジの粘度を低下させ凝集剤の消費量を最適化しながら同時に脱水性能を最適化する。
【００３０】
本発明の一変形例によれば、前記事前ステップの最中もしくはその前にスラッジに希釈水を注入することをさらに含む。このステップによれば、スラッジを希釈して凝集剤とスラッジの間の結合（ｃｏｎｔａｃｔ）をさらに最適化できる。
【００３１】
同様に、本発明の一変形例によれば、前記事前ステップの最中もしくはその前にスラッジに酸素を注入することを含む。このステップは、ミキサーのチャンバ内でスラッジ、ポリマー、空気からなるエマルジョンを形成する際に凝集剤がスラッジと反応するのを助けるものである。
【００３２】
これらの流体の全てが高速でミキサーのチャンバ内で混合され、それに応じて容積を計算する。
【００３３】
本発明はまた、本発明にかかる上記方法を実施するためのプラントに関し、このプラントはスラッジの脱水装置及び凝集剤を注入するための手段を有し、ミキサーが脱水装置の上流に設けられている。かかるミキサーは該脱水装置を含む既存のプラントに容易に組み込むことができ、より動的（ｄｙｎａｍｉｃ）な設備性能が得られる。
【００３４】
好ましくは、上記ミキサーは、回転可能に装着されたブレードを備えた円筒チャンバを有する。かかるミキサーは市販されている。ブレードはスラッジを混合するためだけのものであり、チャンバ内でスラッジを前方に移動させる操作とは無関係である。円筒チャンバは容量が小さく、チャンバ内での滞留時間は数秒のオーダーと極めて短い。
【００３５】
上述したように脱水装置は好ましくは遠心分離機である。
【００３６】
好ましくは、ミキサーはポリマーなどの凝集剤を注入する手段に接続されている。
【００３７】
一変形例によれば、ミキサーは塩化第一鉄などの有機もしくは無機の凝固剤を注入する手段に接続されている。
【００３８】
一変形例によれば、ミキサーは希釈水を注入する手段に接続されている。
【００３９】
また、一変形例によれば、ミキサーは温水及び／または生蒸気及び／またはフラッシュ蒸気及び／または凝縮物を注入してスラッジを予熱するための手段に接続されている。
【００４０】
また、一変形例によれば、ミキサーは圧縮空気を注入するための手段に接続されている。
【００４１】
この場合、プラントはダイナミックミキサーと脱水装置との間に設けられた脱気チャンバを含むことが好ましい。
【００４２】
本発明及び本発明の様々な利点は、以下に例示的に述べる実施形態及び添付の図面からさらに容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかるプラントを示す模式図である。
【図２】図１に示すプラントが稼働している間の凝集剤（ポリマー）消費量を示すグラフであり、一方には本発明の方法を用いた場合を、他方には従来の方法を用いた場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
［プラント］
図１には、遠心分離機（Ａｎｄｒｉｔｚ（登録商標）、Ｄ２Ｌ型）からなるスラッジ脱水装置を備えたプラントを示している。この遠心分離機１はスラッジ供給手段２とポリマー注入手段３に接続されている。
【００４５】
本発明によれば、プラント内において、上記の脱水装置の上流にミキサー４が設けられており、このミキサー４には、圧縮空気５を注入するための手段、すなわち、給水手段６及び塩化第一鉄を注入するための手段６ａが接続されている。
【００４６】
スラッジ供給手段２とポリマー注入手段３と圧縮空気注入手段５及び給水手段６はそれぞれ管１２、１３、１５、１６によってコレクタ７に接続されている。各バルブ２２、２３、２５、２６によって、スラッジとポリマーと圧縮空気及びそれに含まれる水分を分配できる。コレクタ７に圧縮空気を供給するための管１５は流量計５５を備えている。
【００４７】
スラッジ供給手段２とポリマー注入手段３と給水手段６は管３２、３３、３６によってそれぞれ遠心分離機１に接続されている。バルブ４２、４３、４６によって、スラッジとポリマー及び水分をスパウトに直接注入できる。
【００４８】
水分をコレクタ７及び遠心分離機１にそれぞれ送り込むための各管１６、３６は流量計５６を備えている。
【００４９】
圧縮空気注入手段５の一部は管３５によって排出口８ａを有する脱気チャンバ８に接続され、バルブ４５によって圧縮空気がこの排出口へ流れるようになっている。脱気チャンバは管９によって遠心分離機１のスパウトに接続されている。
【００５０】
本発明によれば、ミキサー４はブレード４ｃが装着された回転軸４ｂを有する円筒チャンバ４ａを含んでいる。回転軸はモータによって駆動され（図１では図示省略）モータはブレードを５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍという高い回転速度で回転させることができる。
【００５１】
ミキサー４は、共通の管を介してコレクタ７からのスラッジとポリマーと塩化第一鉄と水分及び圧縮空気を受容する。混合スラッジは管１１を通じて脱気チャンバ８に搬送される。
【００５２】
上述したプラントでは水とポリマーと圧縮空気をコレクタ７及び／または遠心分離機１へ搬送可能である。
【００５３】
［方法］
上記プラントにおいて混合スラッジを従来技術と本発明の方法に応じて脱水した。スラッジが含有する乾燥固形分の当初の値は２８％である。
【００５４】
上記実験中、遠心分離機は常に最大出力（２０００Ｇ）にて使用した。
【００５５】
第１の実験ではバルブ２２、２３、２５、２６、４５、４６は閉じており、バルブ４２、４３のみが開いており、スラッジやポリマーの供給手段２、３から供給されたスラッジとポリマーを従来技術のようにミキサーを経由せずに直接遠心分離機１のスパウトに注入した。
【００５６】
本発明を用いた第２の実験では、バルブ２３、２５、２６、４５、４６は閉じたままとした。バルブ２２を開いてコレクタ７を介してミキサー４にスラッジを供給し、バルブ４２は閉じた。バルブ４３は開いたままとし、引き続きポリマーを遠心分離機１のスパウトに搬送するようにした。
【００５７】
第３の実験では、バルブ２５，２６，３５，４６は閉じたままとした。バルブ２２は開いたままとし、バルブ４３は閉じ、バルブ２３を開いて本発明を用いてスラッジとポリマーをミキサー４に搬送するようにした。
【００５８】
３つの実験のそれぞれにおいて、ポリマーを５ｋｇ／ＴＤＭ（ｔｏｎｎｅｓ  ｏｆ  ｄｒｙ  ｍａｔｔｅｒ）、７．５ｋｇ／ＴＤＭ、１１ｋｇ／ＴＤＭの異なる添加量にて用いた。
【００５９】
ミキサーは第２及び第３の実験にて用い、ブレードの回転速度は２０００ｒｐｍとした。この速度により脱気チャンバ８を介して遠心分離機１に搬送する前にスラッジを分解することができる。
【００６０】
スラッジに添加する必要がなかったため、塩化第一鉄は添加しなかった。
【００６１】
遠心分離機１の排出口にてスラッジの乾燥固形分を計測した値を図２に示すグラフにまとめて示す。
【００６２】
これら結果からポリマーの添加量が同じであれば、本発明の場合、とりわけダイナミックミキサーの上流に設けられたコレクタ内でポリマー注入がなされた場合、スラッジの乾燥固形分を大きく増やすことができることが分かる。
【００６３】
よって、固形分１トン（ＴＤＭ）当たりのポリマー添加量が１１．３ｋｇの場合、本発明によれば、スラッジの乾燥固形分は３２％であり、ポリマーをダイナミックミキサーの上流で注入した場合はさらに３３％という値が得られた。一方、従来技術による乾燥固形分は２８．５％しかなかった。ここでは、スラッジに添加する必要がなかったため、塩化第一鉄及び圧縮空気は添加していない。２９％の乾燥固形分に相応する量は、ポリマーを５ｋｇ／ＴＤＭの割合で加えるだけで得られ、ポリマーの量を約５０％低減できた。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2017537785.tif 000006
2017537785.tif 000007
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