難脱水対応強化型スクリュープレス脱水機の下水汚泥への適用
Application to the Sewage Sludge of the Diﬃcult-to-Dewater Enhanced
Screw Press Dehydrator

中村暢大＊Nobuhiro Nakamura

多様な汚泥にて多くの脱水実績を持つ「難脱水対応強化型スクリュープレス脱水機」について，下水処理場で導入が進む難脱水性の消化汚泥および現行下水処理場で多く採用される混合生汚泥に対する脱水性能実証試験を行った。凝集部で適正な凝集フロックを形成し，脱水部でその収縮に合わせた適正な力を加えることで，従来スクリュープレス脱水機では難しいと思われていた消化汚泥，さらには消化汚泥を含む高 VTS（Volatile Total Solid，汚泥中の有機物の指標）汚泥などの難脱水性汚泥に対しても，脱水の低動力・低含水率化を実証した。
Sewage treatment plants produce a lot of digested sludge, mixed raw sludge（digested sludge of high-VTScontent）and other types of sludge that are difficult to dewater. It was long believed difficult to dewater thesekinds of sludges with a conventional screw press dehydrator. The “enhanced screw press dehydrator” has amechanism—consisting of a coagulation section for appropriately forming flocs and a dehydration section forapplying an appropriate force for compacting them—that has proven effective at dewatering a variety ofsludges. Dehydration performance of the “enhanced screw press dehydrator” was tested on theaforementioned difficult-to-dewater sludges and verified to reduce the water content of dewatered sludge
with less power than required by conventional equipment.

Key Words：
脱水Dehydration

濃縮Concentrated

凝集Coagulation

クFloc

フロッスクリュープレス

Screw Press【セールスポイント】
・凝集部で適正な凝集フロックを形成し，脱水部でその収縮に合わせて適正な力を加えることにより，確実に難脱水汚泥を低含水率化する・スクリュープレスであるため，低動力である。
・低動力および低含水率化により，LCC および温室効果ガス排出量を低減する。

2＊

神鋼環境メンテナンス㈱ 水処理本部 技術部 第三技術室

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

ま え が き１），２）

1.

は，焼却など後段プロセスの処理費用や CO2 排出２に示す。消化汚泥と比較して脱水が容易である混量の低減に寄与する重要な技術課題である。

合生汚泥試験では，前濃縮と２次凝集操作を行わな下水汚泥処理における含水率および動力の低減

脱水機のフローおよび特長

本脱水機の概略図を図１，フローおよび特長を図

近年，食生活の変化などによる汚泥性状の変化

いシンプルなフローとした。本脱水機は適正な凝集（高 VTS 化），国策である下水エネルギー利活用のフロックを形成し，その凝集フロックの収縮に合わ推進による消化設備（消化汚泥）の増加，下水道施せ適正な力を徐々に加えて脱水することで低含水設の広域化 ･ 共同化の推進などによる汚泥の難脱水率，低動力化を実現する。脱水機の主要な特長は下化が進んでいる。難脱水汚泥の低含水率化に対応す記のとおり。

る脱水機の開発は進んでいるが，仕様，能力を満足する結果を得られない場合も出てきており，確実に難脱水汚泥を低動力で低含水率化できる脱水機の開高濃度濃縮機

１次凝集装置２次高機能凝集装置

発が求められている。
代表的な低動力型機器としてはスクリュープレス脱水機があり，高分子凝集剤の性能向上および価格低減とあいまって適用が拡大している。このたび，多様な汚泥にて多くの脱水実績を持つ「難脱水対応強化型スクリュープレス脱水機」の下水汚泥への適用について，日本下水道事業団，（株）北淩，（株）
神鋼環境ソリューションの３者共同で実証試験を実脱水機ホッパ施したので，その結果について報告する。対象汚泥は，難脱水性の消化汚泥および現行下水処理場で多脱水機く採用される混合生汚泥とした。

図１

特長１

適正な凝集フロックの形成
高分子凝集剤
M

特長１

前濃縮による高濃度化

特長２

凝集方法の最適化
MM

２次高機能機凝集装置

凝集方法の最適化○

薬注点の最適化等で凝集効果を極限まで高める。
➡ 薬注条件最適化○

撹拌強度を任意設定可能（前・後段で機能分離）➡ 混合条件最適化

特長３

汚泥のホッパ供給

フロックを壊さないよう穏やかに安定的な供給を行う。
➡ フロックの変化に合わせた適正な力を徐々に加える脱水

脱水機ホッパM

特長２

凝集操作（フロック形成）は脱水の中で最重要ポイント。
高機能凝集装置で脱水機投入前に確実にフロック形成する。

M
無機凝集剤
高分子凝集剤

１次凝集装置

前濃縮による高濃度化

従来の機械濃縮よりさらに高濃度化し，脱水に悪影響を及ぼす因子を排除 ➡ 薬品反応効率の最大化

高濃度濃縮機汚泥

汚泥（凝集フロック）
徐々に水が抜けて収縮し，より強固に

脱水機

脱水ケーキ

脱水機概略図⇦ 背圧

特長３

汚泥のホッパ供給⇦
脱水ケーキ

凝集フロックに適正な力を加える脱水
図２Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

ろ過ゾーン
重力ろ過

中圧ゾーン

高圧ゾーン

容積変化による圧搾ろ過

背圧による剪断

脱水機のフローおよび特長

神鋼環境ソリューション技報

3

表１
項目

TS（機械濃縮汚泥）
汚 泥 性 状 VTS

79～76

消 化 汚 泥混合生汚泥

1.0～2.0程度

3.576～7373～70＃100繊維状物％5実証機スクリーン径mm

φ1 000kg-DS/h210※1脱 水 試 験 脱水ケーキ含水率性 能 目 標 値 高分子凝集剤添加率
無機凝集剤添加率
SS 回収率
従来型 脱水ケーキ含水率
スクリュープレス
脱 水 性 能 無機凝集剤添加率

※２％％

処理量

※１脱水試験性能目標値％

79％対 TS7870～6788～8686～83

83～80

101010202020φ20077

2.276
2.1151915191720767575747472

1.4

1.3％対 TS

300％

9395％
％対 TS―

85――※2―082

1.28181790

日本下水道事業団「標準仕様書」の圧入式スクリュープレス脱水機の脱水性能から消化汚泥で９ポイント，混合生汚泥で７ポイント低減を目標とした。
日本下水道事業団における消化汚泥の脱水は，高分子凝集剤のみの１液調質を標準とする。

１）前濃縮による高濃度化表２

高濃度濃縮機により，脱水機前段で水分を排出し

項

目

消化汚泥

混合生汚泥

試験場所

A 処理場

B 処理場

処理水量（m3/d）

約200 000

約12 000て汚泥を減容化し，脱水時間を確保する。さらにア
ルカリ度など脱水に悪影響を及ぼす因子を分離液に排出して低減することで，薬品反応効率を上げるこ

試験条件

水処理方式とが可能である。

高度処理

濃縮方式

２）凝集方法の最適化
高機能凝集装置は薬品の多段注入などにより薬注条件を最適化するだけでなく，可変速撹拌機２台を持ち，撹拌強度を個別調整することで，汚泥に合わせた最適な混合条件を調整できる構造である。また
前濃縮による高濃度化を行う場合，濃縮後に２次高機能凝集装置にて再凝集操作を行うことで無機，高分子凝集剤を確実かつ効果的に機能させ，最適な凝集フロックを形成し，脱水機に供給することが可能となる。前濃縮前段の１次凝集装置は撹拌機１台のTS（％）

平均2.04（1.9～2.2）

平均2.8（2.3～3.4）

VTS（％）

平均74（71～77）

平均84（79～89）＃100繊維状物（％）

平均5.1（2.3～8.2）

平均19（2.9～41）

スクリーン径（mm）

φ1 000

φ200

脱水方式

高効率
二段凝集方式

高効率
単段凝集方式

シンプルな構造としている。
薬注方式

３）汚泥のホッパ供給
凝集フロックの収縮に合わせた適正な力で徐々に２液１液（高分子＋無機） （高分子のみ）脱水していくために，脱水機ホッパに受入れた凝集フロックをその自重とスクリューによる搬送のみで，無理なく機内に取込むホッパ供給を採用する。

2.

目標値および試験条件

表１に今回の脱水試験性能目標値（以降，目標供給部では負荷をかけずに重力ろ過を行い，凝集値），表２に試験条件を示す。目標値は日本下水道

フロックの収縮に合わせてスクリューによる搬送力

事業団「標準仕様書」１）の既存スクリュープレス脱をゆっくりと増して脱水することで，凝集フロック

水機性能表の脱水ケーキ含水率を消化で９ポインの内部まで水を抜き，低含水率で安定した運転を実ト，混合生で７ポイント低減する数値とした。消化現する。

汚泥試験は，脱水機スクリーン径φ1 000 mm の実

4

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

証機を用いて，処理水量約200 000 m3/d の A 処理場減できた。また，処理量を優先すると，脱水ケーキで実施した。混合生汚泥試験は，脱水機スクリーン含水率の目標値（以降，目標含水率），目標薬注率3

径φ200 mm の実証機を用いて，約12 000 m /d の Bおよび回収率を達成した状態で，目標処理量の約２処理場にて実施した。高分子凝集剤はアミジン系を倍（390～420 kg-DS/h）を処理できた。このとき，含まないカチオン系とし，無機凝集剤はポリ硫酸第高分子凝集剤添加率は目標値と同等であったが，無二鉄を使用した。

機凝集剤添加率は20 ％対 TS 以下と，目標値の30 ％試験結果

3.

対 TS から大幅に低減可能であった。

消化汚泥試験結果

3. 1

混合生汚泥試験結果

3. 2

図３に，消化汚泥において処理量を210～420 kg-

図５に，混合生汚泥において処理量を19～39 kg-DS/h における脱水ケーキ含水率の関係を示す。まDS/h における脱水ケーキ含水率の関係を示す。また図４に，処理量と無機凝集剤添加率の関係を示た図６に，処理量を増減させたときの高分子凝集剤す。四季を通じて目標値を達成した。

添加率のデータを示す。四季を通じて目標値を達成

含水率低減を優先すると，処理量，薬注率およびした。

SS 回収率の目標値（以降，目標処理量，目標薬注含水率低減を優先すると，目標処理量，薬注率，率，目標回収率）を達成した状態で，脱水ケーキ含回収率を達成した状態で，脱水ケーキ含水率を目標水率を表１の目標値からさらに2.8～4.6ポイント低値からさらに4.3～9.7ポイント低減できた。また，
8473100

150200250300

春季

夏季

秋季

冬季

350

400

1.8倍

781.5倍767270686664450

処理量（kg-DS/h）

1020

図５

冬季

35

線形（四季）

30
高 VTS 77 ％
難脱水汚泥2010 ポイント（30 ％以上）低減（高 VTS 域のみ７ポイント低減）
150

200

250

300

350

400

図４

Vol. 16 No. 2（2020 ／ 3）

冬季

1.2
1.00.80.6

目標値※添加率は VTS による

0.40.2450

消化汚泥試験の処理量と無機凝集剤添加率の関係

夏季

秋季

1.40.0

処理量（kg-DS/h）

春季
線形（四季）

1.60.7ポイント

秋季

40

10100

40

混合生汚泥試験の処理量と含水率の関係

1.80.9ポイント

夏季

高分子凝集剤添加率（％対 TS）

無機凝集剤添加率（％対 TS）

春季

目標値

15

冬季

302.05025

夏季：各季の含水率および処理量の到達点

消化汚泥試験の処理量と含水率の関係

45

春季
秋季処理量（kg-DS/h）：各季の含水率および処理量の到達点

図３9.7ポイント

1.6倍

744.8ポイント※含水率はVTS による75※含水率は VTS による２倍

80

8.2ポイント

目標値

2.8ポイント

2.9ポイント77

2.8ポイント

約1.9倍

79

目標値

82

脱水ケーキ含水率（％）

81

4.6ポイント

脱水ケーキ含水率（％）

約２倍

4.3ポイント

83

10203040

処理量（kg-DS/h）

図６

混合生汚泥試験の処理量と高分子凝集剤添加率の関係

神鋼環境ソリューション技報

5

SS 回収率 平均値 96 ％脱水ケーキ含水率

SS 回収率

600

処理量

500

95
目標回収率

90

平均93 ％以上

400

処理量 平均値 309 kg-DS/h

300

85
目標処理量
80

目標含水率

75
70

平均210 kg-DS/h 以上
200

平均78 ％以下

100

脱水ケーキ含水率 平均値 76.5 ％051015処理量（kg-DS/h）

脱水ケーキ含水率または SS 回収率（％）

100202530354045500経過時間（h）

図７

消化汚泥試験の連続運転結果

処理量を優先すると，目標含水率，薬注率および回（1）脱水ケーキ含水率は，目標処理量を達成しつ収率を達成した状態で，目標処理量の1.5～２倍（27つ，目標値からさらに2.8～4.6ポイントの低～35 kg-DS/h）を処理できた。このとき，高分子凝減が可能であった。

集剤添加率を目標値からさらに0.7～0.9ポイント低減でき大きな改善を達成した。
3. 3（2）処理量は，目標含水率を達成しつつ，目標値の約２倍での運転が可能であった。

連続運転結果２）混合生汚泥に対して，前濃縮を行わないシンプ

消化汚泥試験では，実機レベルのφ1 000実証機

ルなフローで，四季を通じて目標値を達成した。

にて四季ごとの48～92時間連続運転を実施し，脱水（1）脱水ケーキ含水率は，目標処理量を達成しつ機の安定運転を確認した。図７に，一般的にもっとつ，目標値からさらに4.3～9.7ポイントの低も脱水が難しいといわれる冬季の連続運転結果を示減が可能であった。

す。脱水ケーキ含水率平均76.5 ％，SS 回収率平均（2）処理量は，目標含水率を達成しつつ，目標値96 ％，処理量平均309 kg-DS/h で安定した運転を確の1.5～２倍の運転が可能であった。

認した。このときの高分子凝集剤添加率は平均2.2３）消化汚泥および混合生汚泥において連続運転を％対 TS，無機凝集剤添加率は平均20 ％対 TS であ実施し，安定した性能が発揮できることを確認った。連続運転中は基本的にスクリュー回転数などした。の運転操作条件の変更を行わなかった。

最後に，共同研究者である日本下水道事業団，株

混合生汚泥試験では，処理場の既設脱水設備の運式会社北淩およびフィールド提供などの多大なご協転が日中のみであったため，４～６時間の連続運転力をいただきました関係者の方々に深く感謝の意をを行い，安定して性能を満足した。

表します。

むすび

難脱水対応強化型スクリュープレス脱水機の実証試験を実施し，以下の結果が得られた。
１）難脱水性である消化汚泥に対して，四季を通じて目標値を達成した。

6［参考文献］
１） 日 本 下 水 道 事 業 団： 標 準 仕 様 書， 平 成31年 度 版，
p.12-44２）中村：第56回下水道研究発表会講演集，令和元年度，
p.1160-1162

神鋼環境ソリューション技報

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