JPH11511068A - スラッジの脱水 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
下水のスラッジのような水性スラッジに(裁断されたセルロース系材料のような)繊維質材料を混入し、そして(a)その混合物にそれがフィルター上に支持されているときに圧力又は減圧を、また(b)そのフィルターを通して抜き取られるべき・・液体に電場を同時に適用することにより、水性スラッジの脱水を行う。
Description
【発明の詳細な説明】
スラッジの脱水
本発明は水性スラッジ(即ち、液相−固相混合物)からの液相の除去に関し、
下水のスラッジ又は同様の物理的特性を有する他のスラッジに特に適用可能であ
る。本明細書では、便宜上、スラッジの脱水に対して言及されるが、本発明はス
ラッジから任意の水性液相を除去することにも及ぶものと理解されるべきである
。水性相は溶液であることができる。
色々な理由から、スラッジを商業的に経済的な程度まで脱水してその輸送、取
り扱い、貯蔵、廃棄又は再使用を容易ならしめることが望ましいことが多い。従
来の1つの方法は、フィルターを覆っているスラッジに圧力又は減圧を適用して
水のような液体を除去するものである。しかし、固/液分離相に適用可能な改良
された方法を案出することが長い間切望されて来た。本発明は下水スラッジの処
理を参照して例証されるが、このようなスラッジに制限される訳ではない。同様
の特色を持つ他の適用例もあることを理解すべきである。例えば、飲料水の処理
から得られるスラッジ、並びに石炭屑、粒径が一般に0.1mm未満である他の
微細な鉱物質の屑のような鉱物質のスラッジ、更には食品工業や化学工業から出
るスラッジを本発明の諸態様で処理するのが有用となる可能性があると考えられ
る。
本発明の特に重要な適用領域は、無機物質を含有し、また電流に耐えかつ電流
を通す材料を含むスラッジに対するものである。
スラッジの脱水に関して従来公にされた提案に電気脱水(electrodewatering
:EDW)がある。しかし、非常に長い間文献において提案され、本発明者が熟
知するに至ったそのような方法にもかかわらず、EDWが下水スラッジのような
スラッジに適用されたと報告されたと言うEDWの重要な適用例はない。
EDWは濾過性を高める方法であって、スラッジに、そのスラッジをケークと
なす際に、及びケークの脱飽和中に電流を流すことから成る。電場は、脱水の程
度と速度の両方を改善するように適用された圧力によって達成されるものに加え
て、脱水のための余分の力となると考えられる。EDWの機構はよく分かってい
ないが、それは電気泳動(懸濁状態の帯電粒子が反対に帯電している電極へと移
動する現象を含む)と電気浸透(粒子の電荷を補償する帯電イオンが反対に帯電
している電極へと移動する現象を含む)を含む動電学的現象に依拠すると考えら
れる。しかし、脱水の程度と速度を改善する電力のコストは、特に、脱水が困難
なタイプのスラッジに対しては非常に大きいと思われる。
EDWについて考察している従来の刊行物の例に、次のものがある:
ポーランド(Poland)、クラコー(Cracow)で1994年5月23〜27日に
開かれた第12回国際石炭予備会議(12th International Coal Preparation of
Congress)におけるベンディト(Bendit)等の“微粉炭及び屑の脱水の改良(I
mproving the Dewatering of Fine Coal and Tailings)”;
オハイオ州(Ohio)、コロンバス(Columbus)のバッテレ・プレス社(Battel
le Press)から1986年に刊行されたロックハート N.C.(Lockhart N C
)著“固液分離における進歩(Advances in Solid Liquid Separation)”、第
10章[編者:H.S.ムラリドハバ(H SMuralidhava)];
Wat.Sci.Tech.、第22巻、第12号、第259−268頁(1990年)
の近藤及び平岡共著“加圧電気浸透脱水機(PED)の商業化
(Commercialization of Pressurized Electroosmotic Dehydrator(PED))”。
ベンディト等は微粉炭と鉱物質の屑の脱水について専ら考察し、水平ベルトタ
イプの実物宣伝規模の真空フィルターが、電場を追加の駆動力として提供するこ
とによりうまく改良されたと報告している。脱水は微粉炭と超微粉炭並びに屑の
場合に著しく高められた。この著者等は電気的に補助された方法が、困難なコロ
イド懸濁液に一般に有用となると言う可能性を認めている。
ロックハートは電気脱水について広範に考察し、そして各種の鉱物処理プラン
ト(石炭の洗浄、砂の洗浄、鉱物の処理、微粉炭の諸製品、褐炭等)から出る屑
を用いての研究、またモデル粘土懸濁液についての研究から得た実験結果を考察
している。ロックハートは電気脱水の基礎について考察し、その機構における電
気分解の重要性を含めて幾つかの局面を論じているが、電気分解がどのように関
係しているかは不明であり、電気分解だけを検討してもイオンにより輸送される
水の容量についての説明とはならないと結論している。
近藤と平岡は、下水処理プラントから生ずる生物活性スラッジ(biological a
ctivated sludge)中の含水量を減ずる必要について考察しているが、電気浸透
プロセスを用いた研究で効果的な商業化を妨げていた諸問題が明らかにされたと
認めている。この著者等は化学処理法のコストを電気浸透法による水の除去を助
けるための電力のコストに対比して論じている。加圧電気浸透脱水系で電解質を
適当な重合体と組み合わせて添加することにより、脱水速度が向上すると言う結
果を報告している。
これらの提案にもかかわらず、本発明者は電気脱水法が用いられている商業規
模のプラントが開発され、確立され又は経済的に実施可能であると証明されてい
ることを知らない。簡単に言うと、如何なる方法の商業的適用も、その方法が資
本コストの観点から魅力があるかどうか、また運転コストの点で有効であるかど
うかに左右されるのである。
本発明は、1つの面においては、水性スラッジ中の液相を減少させる方法に存
し、その方法は繊維材料を水性スラッジに混入し、そして(a)フィルターを有
する濾過法において圧力又は減圧を、また(b)そのフィルター上に支持されて
いるスラッジに電場を同時に適用し、それによってその液相をそのフィルターを
通して抜き取る工程を含んで成る。
本発明は、少なくとも主成分として有機材料を含み、微粉砕されている繊維質
材料が約5〜15重量%(乾燥固体として)の範囲の量で混入しているスラッジ
を処理する方法に特に適用可能である。しかし、更に一般的には、もっと広い範
囲の量の繊維質材料が使用可能であって、特に水性スラッジが下水の処理プラン
トに由来するものである場合にそうである。
下水の処理プラントでは、処理することが求められるスラッジのタイプにかな
り色々なものがある。あるものは他のものよりも処理が困難である。本発明のあ
る1つの態様には、生物学的栄養の除去プラントから出るもののような、処理が
困難であると認められているスラッジに関して有望な結果があることが見いださ
れている。そのようなスラッジにおける粒子の大きさは測定するのが難しいが、
典型的には0.1〜100ミクロンの範囲であって、粒子の大部分はこの範囲の
下方領域にある。
本発明は、分離された液体を濾過段階中に汲み出す方法で実施されるのが好ま
しく、その場合そのプロセスがバッチプロセスとして運転されるならば、脱水さ
れた固体は周期的に除去されることになる。
本発明による方法では、各種の繊維質材料、例えばカオウール(kaowool)、
裁断された紙、又はココナツ繊維及びバガス(これはサトウキビの圧搾操作から
排出される繊維材料である)のような他のセルロース系繊維が用い得る。この方
法では、脱水を向上させるために、更に、ある種の非繊維質の添加剤を含めるこ
とができる。例えば、塩化カルシウムのような塩類の添加で有益な結果が達成可
能である。
本発明の諸態様は広範囲の繊維質材料と繊維の大きさに対して効果があると考
えられる。受け入れられているように、繊維の大きさを特徴付けるのは非常に困
難であるが、裁断紙と下水スラッジの場合の一般的な目安として非常に細かく裁
断された新聞用紙を用いたが、これは繊維の大きさが略0.05〜0.5mmの
長さであると分類するのが便利であるだろう。
今度は添付図面について言及、説明する。添付図面において、
図1は、補助濾過法の公知の原理を模式的に例示、説明するものであり;
図2は、ベンディト等によって考察された微細な懸濁物の濾過/脱水における
機械的工程について一般に受け入れられている説明を例証するものであり;
図3は、裁断された新聞用紙を添加剤として用いている本発明の1態様を使用
した場合の結果を例示、説明するものであり;
図4は、図3で報告された態様の電力消費量を例示、説明するものであり;
図5は、ある範囲の繊維質添加剤を用いている態様について比較データーを例
示、説明するものであり;
図6は、繊維質の添加剤とは反対に非繊維質の添加剤を単に使用した場合の対
照となるデーターを示すものであり;
図7は、電場で圧力を使用しているが、如何なる添加剤も用いていない場合の
電気脱水結果を示しているもう1つの比較用グラフであり;そして
図8は、図3〜7の結果を引き出すのに用いられた実験室規模のフィルターの
略図である。
まず図1を参照して説明すると、図1Aは電場のみを使用し、圧力は用いられ
ていない場合の濾過の原理を例示、説明するもので、それより粒状物質は電場の
下で上方の陽極へと優先的に移動することが分かる。図1Bは電場なしで濾過す
る場合の既知の圧力を例示、説明するもので、この場合固体粒子は本図、セル底
部に示されるフィルターFへと移動する。図1Cは諸特徴が組み合わさって生ず
る電気的に補助された圧力法の機構を例示、説明するもので、大ざっぱな言い方
ではあるが(in crude terms)、一部の固体が上方の陽極の方へと移動すること
に因りフィルターケークの圧縮速度に低下が生ずるので、一層良好な分離特性が
得られると信じられている。
今度は図2を参照して説明すると、図2には微細な懸濁物の濾過/脱水におけ
るフィルターケーク形成の通常の図が例示、説明されている。図2Aは、初めに
水性の固体粒子14の群と液体15を支持している、フィルター材料11と細孔
12を有するフィルター10を模式的に示している構造体の一部分を、著しく拡
大された尺度で示している図である。
図2Bは初めの懸濁液を例示、説明するもので、液相がセルから除去、汲み出
されるにつれて保持された材料の容量が次第に減少し、また図1C〜1Dは、そ
れぞれ、フィルターの細孔を横断する初めの橋わたし、ケークの蓄積、完全なケ
ークの形成及び濾過段階の完了を示し、その後に、図1Eでの、水の絞り取りに
よるケークの圧縮が続き、この時点で空気又はスチームの強制侵入により圧縮ケ
ークを脱飽和させることができる。最後に、図2Fでは、ケークのひび割れに因
る空気の漏出が例示、説明されている。
今度は図3及び4を参照して説明すると、下水のスラッジ及び0.8kg/ト
ンのフロックレント(flocculent)(Zetag 92)と共に10重量%の細かく裁断
された新聞用紙から初めの混合物を調製し、これを10バールの圧力に、そして
同時に100アンペア/m2の電場に付した。使用した装置は図8で説明される
もので、このフィルター装置は円筒体20を含み、この円筒体20は円筒状の主
内腔21と円錐形の端ぐり22を有し、その端ぐり22は軸方向排水管23に通
じている。実施に際しては、装置の中央ゾーン24に置かれたスラッジから水を
抜き出すために、排水管23に減圧が適用される。内腔21には円筒状のプラン
ジャー25が取り付けられ、加えられる圧力Pで下方に押し込まれるようになっ
ている。
内腔21の底部には中心のある(centred)円盤状金属陰極26が取り付けら
れている。この陰極には孔があけられており、そしてその陰極はフィルタークロ
ス27Aを支持している。陰極26は導線28で負のDC電位源に接続されてい
る。
プランジャー25の端部の円盤状キャビティの中には焼結金属製有孔陽極29
が取り付けられ、それもまたフィルタークロス27Bで覆われている。陽極29
の背後、上方には円盤状の流体抜き取りキャビティ30が配置され、そして排出
ダクト31に接続され、その排出ダクトは真空源に接続されたパイプ32に通じ
ており、スラッジからフィルタークロス27B及び陽極29を通して除去された
水を汲み上げるようになっている。
使用時には時間の関数として放出された液体の容量がモニターされ、そして濾
過は30分間行われた。
図3及び4のデーターは正味の脱水の進行に及ぼす添加された固体の影響を示
している。繊維質の新聞用紙のような添加剤を用いる本発明の態様によれば、添
加剤が存在しない場合の対応するデーターの組とは著しく違って、濾過速度の著
しい加速と電力必要量の著しい低下が達成される。図5のデーターに示されると
おり、ある範囲の繊維質添加剤が試験された。これらの実施例では、処理プロセ
スを開始する前に、スラッジに25〜30重量%の繊維質材料の添加剤が配合さ
れた。バガスとココナツ繊維がより速いことが判明した。
図6の対照用データーは粉末添加剤に関するもので、図5に示され、報告され
たデーターと同じスラッジ供給原料と同じ有効用量が用いられた。かくして、繊
維質の添加剤が粉末添加剤と比較して顕著に有益な効果を持っていた。
図7は、同様の条件下で行われたが、如何なる添加剤も存在しない場合の実験
結果を示すものである。前のように、10バールの減圧により圧力を適用し、同
時に100アンペア/m2の電場を適用した。
ここで留意すべきは、図5及び6ではフィルターケーク中の固体の合計量につ
いて述べられており、従ってフィルターケーク中のスラッジ固体の最終値は、値
が10重量%減ぜられなければならないと言うことである。しかして、言及され
たスラッジ中の平均では、最終のスラッジ固体は(初期材料中に25〜30重量
%の添加剤が含まれていることに因り)約40重量%から30重量%まで減ぜら
れるべきである。
本発明者は、何らかの特定の理論に縛られる訳ではないが、スラッジ粒子の大
きさに比較して大きさが相対的に粗い固体を含めると、フィルターケークの透過
性が高まることを提案するものである。本発明者は、繊維質添加剤の使用により
、その繊維がフィルターケーク全体に連続の網状組織を形成することが可能とな
り、かくして(繊維が多孔質であるならば、その繊維の外側か内側のいずれかに
)余分の通路を与えることができ、水がその通路に沿って移動可能となることを
提案するものである。達成される透過性の向上と余分の通路は、脱水改善の主因
子であると考えられる。
【手続補正書】特許法第184条の4第4項
【提出日】1997年1月22日
【補正内容】
請求の範囲
1.水性スラッジを処理して該水性スラッジ中の液相を減少させる方法にして
、次の:
(i)繊維質材料を該スラッジに混入し、そして
(ii)ある濾過法において該スラッジをフィルターの上に支持し、同時に該ス
ラッジに
(a)圧力又は減圧、及び
(b)電場
を適用し、それによって該液相を該フィルターを通して抜き取る
工程を含んで成る上記の方法。
2.主に有機材料のスラッジと微粉砕されている繊維質材料を用いることから
成る、請求の範囲第1項に記載の方法。
3.繊維長が1mm未満である繊維材料を用い、かつ粒子の平均の大きさが実
質的に1mm未満であるスラッジを用いることから成る、請求の範囲第2項に記
載の方法。
4.繊維質材料をスラッジに混入して約5〜40重量%の繊維質材料(乾燥固
体として)を含有する混合物を形成する、前記請求の範囲のいずれか1項に記載
の方法。
5.混入工程で、繊維質材料が得られる混合物の5〜15重量%(乾燥固体と
して)の範囲にあるそのような混合物を形成する、請求の範囲第4項に記載の方
法。
6.繊維質材料の一部として(a)カオウール、(b)裁断紙、(c)ココナ
ツ繊維、(d)バガス、(e)その他の裁断されたセルロース系繊維の内の1種
又は2種以上を使用することを含む、前記請求の範囲のいずれか1項に記載の方
法。
7.スラッジに粉末化された鉱物質材料を混入する工程を更に含む、前記請求
の範囲のいずれか1項に記載の方法。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1997年5月5日
【補正内容】
今度は図2を参照して説明すると、図2には微細な懸濁物の濾過/脱水におけ
るフィルターケーク形成の通常の図が例示、説明されている。図2Aは、初めに
水性の固体粒子14の群と液体15を支持している、フィルター材料11と細孔
12を有するフィルター10を模式的に示している構造体の一部分を、著しく拡
大された尺度で示している図である。
図2Bは初めの懸濁液を例示、説明するもので、液相がセルから除去、汲み出
されるにつれて保持された材料の容量が次第に減少し、また図2C〜2Dは、そ
れぞれ、フィルターの細孔を横断する初めの橋わたし、ケークの蓄積、完全なケ
ークの形成及び濾過段階の完了を示し、その後に、図2Eでの、水の絞り取りに
よるケークの圧縮が続き、この時点で空気又はスチームの強制侵入により圧縮ケ
ークを脱飽和させることができる。最後に、図2Fでは、ケークのひび割れに因
る空気の漏出が例示、説明されている。
今度は図3及び4を参照して説明すると、下水のスラッジ及び0.8kg/ト
ンの凝集剤(Zetag 92)と共に10重量%の細かく裁断された新聞用紙から初め
の混合物を調製し、これを10バールの圧力に、そして同時に100アンペア/
m2の電場に付した。使用した装置は図8で説明されるもので、このフィルター
装置は円筒体20を含み、この円筒体20は円筒状の主内腔21と円錐形の端ぐ
り22を有し、その端ぐり22は軸方向排水管23に通じている。実施に際して
は、装置の中央ゾーン24に置かれたスラッジから水を抜き出すために、排水管
23に減圧が適用される。内腔21には円筒状のプランジャー25が取り付けら
れ、加えられる圧力Pで下方に押し込まれるようになっている。
内腔21の底部には中心のある(centred)円盤状金属陰極26が取り付けら
れている。この陰極には孔があけられており、そしてその陰極はフィルタークロ
ス27Aを支持している。陰極26は導線28で負のDC電位源に接続されてい
る。
プランジャー25の端部の円盤状キャビティの中には焼結金属製有孔陽極29
が取り付けられ、それもまたフィルタークロス27Bで覆われている。陽極29
の背後、上方には円盤状の流体抜き取りキャビティ30が配置され、そして排出
ダクト31に接続され、その排出ダクトは真空源に接続されたパイプ32に通じ
ており、スラッジからフィルタークロス27B及び陽極29を通して除去された
水を汲み上げるようになっている。
使用時には時間の関数として放出された液体の容量がモニターされ、そして濾
過は30分間行われた。
図3及び4のデーターは正味の脱水の進行に及ぼす添加された固体の影響を示
している。繊維質の新聞用紙のような添加剤を用いる本発明の態様によれば、添
加剤が存在しない場合の対応するデーターの組とは著しく違って、濾過速度の著
しい加速と電力必要量の著しい低下が達成される。図5のデーターに示されると
おり、ある範囲の繊維質添加剤が試験された。これらの実施例では、処理プロセ
スを開始する前に、スラッジに25〜30重量%の繊維質材料の添加剤が配合さ
れた。バガスとココナツ繊維がより速いことが判明した。
図6の対照用データーは粉末添加剤に関するもので、図5に示され、報告され
たデーターと同じスラッジ供給原料と同じ有効用量が用いられた。かくして、繊
維質の添加剤が粉末添加剤と比較して顕著に有益な効果を持っていた。
図7は、同様の条件下で行われたが、如何なる添加剤も存在しない場合の実験
結果を示すものである。前のように、10バールの圧力を100アンペア/m2
の電場と共に適用した。
ここで留意すべきは、図5及び6ではフィルターケーク中の固体の合計量につ
いて述べられており、従ってフィルターケーク中のスラッジ固体の最終値は、値
が10重量%減ぜられなければならないと言うことである。しかして、言及され
たスラッジ中の平均では、最終のスラッジ固体は(初期材料中に25〜30重量
%の添加剤が含まれていることに因り)約40重量%から30重量%まで減ぜら
れるべきである。
8.鉱物質材料が塩化カルシウムである、請求の範囲第7項に記載の方法(原
請求の範囲第8項に相当:補正なし)。
9.スラッジとして下水のスラッジを用いる、前記請求の範囲のいずれか1項
に記載の方法(原請求の範囲第9項に相当:補正なし)。
10.生物学的栄養プロセス(biological nutrient process)からの下水ス
ラッジを脱水する方法にして、次の:
(i)該下水スラッジに繊維長が主に0.05〜0.5mmの範囲にある短繊
維長の繊維質材料を混入して混合物を作り、
(ii)該混合物をフィルター上に支持し、
(iii)該混合物に
(a)圧力又は減圧、及び
(b)電場
を同時に適用して該混合物から該フィルターを通して水を抜き取り、そして
(i)脱水されたスラッジを該フィルターから除去する
工程を含んで成る上記の方法(原請求の範囲第10項に相当:補正なし)。
11.約10バールの圧力と約100アンペア/m2の電場を適用、使用する
ことを含む、前記請求の範囲のいずれか1項に記載の方法(原請求の範囲第11
項に相当:補正あり)。
12.添付図面の内の図3、4、5を参照して実質的に説明され、そして図5
を参照して説明される添加剤の任意の1種を使用し、かつ図6を参照して説明さ
れる追加の添加剤を用い又は用いない請求の範囲第1項に記載の方法(原請求の
範囲第12項に相当:補正なし)。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
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Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
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MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,R
O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM
,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.水性スラッジを処理して該水性スラッジ中の液相を減少させる方法にして 、繊維質材料を該スラッジに混入し、そして(a)フィルターを有する濾過法に おいて圧力又は減圧を、また(b)該フィルター上に支持されているスラッジに 電場を同時に適用し、それによって該液相を該フィルターを通して抜き取る工程 を含んで成る上記の方法。 2.主に有機材料のスラッジと微粉砕されている繊維質材料を用いることから 成る、請求の範囲第1項に記載の方法。 3.繊維長が1mm未満である繊維材料を用い、かつ粒子の平均の大きさが実 質的に1mm未満であるスラッジを用いることから成る、請求の範囲第2項に記 載の方法。 4.繊維質材料をスラッジに混入して約5〜40重量%の繊維質材料(乾燥固 体として)を含有する混合物を形成する、前記請求の範囲のいずれか1項に記載 の方法。 5.混入工程で、繊維質材料が得られる混合物の5〜15重量%(乾燥固体と して)の範囲にあるそのような混合物を形成する、請求の範囲第4項に記載の方 法。 6.繊維質材料の一部として(a)カオウール、(b)裁断紙、(c)ココナ ツ繊維、(d)バガス、(e)その他の裁断されたセルロース系繊維の内の1種 又は2種以上を使用することを含む、前記請求の範囲のいずれか1項に記載の方 法。 7.スラッジに粉末化された鉱物質材料を混入する工程を更に含む、前記請求 の範囲のいずれか1項に記載の方法。 8.鉱物質材料が塩化カルシウムである、請求の範囲第7項に記載の方法。 9.スラッジとして下水のスラッジを用いる、前記請求の範囲のいずれか1項 に記載の方法。 10.生物学的栄養プロセス(biological nutrient process)からの下水ス ラッジを脱水する方法にして、次の: (i)該下水スラッジに繊維長が主に0.05〜0.5mmの範囲にある短繊 維長の繊維質材料を混入して混合物を作り、 (ii)該混合物をフィルター上に支持し、 (iii)該混合物に (a)圧力又は減圧、及び (b)電場 を同時に適用して該混合物から該フィルターを通して水を抜き取り、そして (iv)脱水されたスラッジを該フィルターから除去する 工程を含んで成る上記の方法。 11.約10バールの減圧と約100アンペア/m2の電場を適用、使用する ことを含む、前記請求の範囲のいずれか1項に記載の方法。 12.添付図面の内の図3、4、5を参照して実質的に説明され、そして図5 を参照して説明される添加剤の任意の1種を使用し、かつ図6を参照して説明さ れる追加の添加剤を用い又は用いない請求の範囲第1項に記載の方法。
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