JPS5854639B2 - 汚泥濃縮法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、汚泥処理に際しての汚泥の濃縮法およびその
装置に関する。

例えば、下水処理の過程で発生する汚泥は９８％以上の
水分を含んでおり、一般には汚泥の濃縮、薬剤注入等に
よる前処理、脱水、乾燥・焼却等の処理を経て廃棄され
ている。

今日のように、公害規制、衛生等の環境条件の変化によ
り大量に発生する汚泥はこのように含水率が高いことか
ら、先ず最初に濃縮して、後に続く工程での処理の負担
を軽減する必要がある。

汚泥濃縮法として現在広く採用されている方式は、シッ
クナーを使った方式のものであるが、これは汚泥中の固
体弁の平均見掛は比重がほぼ１．０３程度であることに
基づき重力により固体弁を沈降分離しようとする方法で
ある。

しかしこの方式では沈降に時間がかかり、またその濃縮
の程度も満足のゆくものではない。

一方、従来技術として、加圧空気の溶解・析出により生
成した気泡に汚泥中の固体弁を吸着させて浮上させる加
圧浮上法も提案されている。

この方法によれば、汚泥中の固体弁の重力による沈降速
度に比較して気泡に吸着した固体弁の浮上速度が早いの
で、分離効率はシックナ一方式よりもすぐれている。

しかしながら加圧浮上法の場合、起泡機構として水と空
気とを加圧タンクに導入し、３〜５ｋｇ／ａ？ｉ程度に
加圧して水中に空気を溶解させ、次いでこの空気を溶解
させた水と流入してくる汚泥とを混合する際に混合槽の
圧力を大気圧にもどして過剰溶解空気を析出させて気泡
を混合槽内で発生させている。

そのため（ｉ）空気を溶解させるための加圧に要する動
力消費量が太きい、（１１）加圧、減圧の機構が複雑た
ため操作が安定しない、（ｉｉｉ）溶解する空気量が少
ないため気泡量が少ない、（１ｖ）固形分と気体との結
合が物理的吸着であるので、その結合力が弱い、（Ｖ）
固形分との吸着は気泡の表面積に比例するため極微細気
泡が必要である、（ｖＤ汚泥中の固形分の供給量の変化
に対し気泡量を追随して変えることができないため、分
離効率がゴ定しない、等の欠点があり、余り実用的とい
うことはできない。

かくして、本発明の目的は、従来の加圧浮上方式の上述
のような欠点を除去した方法を提供することである。

ここに、本発明者らは、従来の加圧浮上法の泡発生機構
を種々検討した結果、加圧−減圧機構を必ずしも採用し
なくとも、適宜起泡剤を使用することにより泡沫の形成
が常圧下で可能であり、しかもその泡沫の大きさ、量も
単に機械的攪拌により調整し得、かかる泡沫でも汚泥中
の固形分の吸着・浮上が可能であることを見出し、本発
明を完成した。

さらに、本発明者らは、汚泥中の固形分が表面負あるい
は正に帯電していることに着目し、泡沫との電気化学的
な吸着（化学吸着）を行なわせれば泡沫と固形分との結
合が一層安定すること、および従来の加圧浮上方式では
その気泡発生機構の点から気泡のキャリアとして水の使
用が不可欠であったのであるが、表面が帯電した泡沫を
形成すれば一層十分安定な泡沫が得られ、気泡のキャリ
アとしての水を使用する必要がないことを見出して、本
発明を完成した。

よって、本発明は、起泡剤、高分子凝集剤および気体な
液相に導入することによって泡沫を発生させ、発生した
泡沫を流入してくる汚泥に混合し、得られる泡沫−汚泥
混合物を浮上帯域に導き該泡沫に吸着した汚泥固形分を
浮上分離する汚泥濃縮法である。

上記泡沫の表面を帯電させることによって、泡沫の生成
および吸着作用は一層安定化する。

本発明による浮上の原理は、従来の加圧浮上法と同様に
、汚泥中のフロックすなわち固形分（見掛は比重約１．
０２〜１．３０）に微細な泡沫を付着させ、フロックの
見掛は比重を１以下とし、水とのこのような比重差を利
用し、水中から固形分を浮上させることである。

しかしながら、従来の方ン 法によれば、気泡−固形分の吸着形態が気泡の表面積に
左右される物理的吸着であるため、フロック径に対し充
分小さい気泡性が要求され、そのような微細気泡の生成
を加圧−減圧操作で制御することは実際なかなか難かし
い。

また、気泡のキャリアとして加圧水を使用し、流入する
汚泥との混合時に減圧して気泡を生成させるため汚泥の
希釈はさげられず、その分だけ装置を大形化しなげれば
ならない。

本発明によれば、汚泥との混合装置とは別に泡沫生成装
置つまり起泡帯域を設は適宜起泡剤を使用することによ
って、微細な泡沫が得られ、そのような泡沫のみを汚泥
に混入でき、さらにその際、泡沫表面を薬剤処理して正
あるいは負に電荷を帯電させ、フロックとの吸着形態を
化学吸着（すなわち、泡沫と固形分との凝集反応）とす
ることにより、固形分と泡沫との結合を一層強固にでき
るのである。

なお、上記固形分は、汚泥が有機物から成る場合には、
その表面が負に帯電しており、一方、無機物から成る場
合には、正に帯電している。

したがって、処理する汚泥によって、得られる泡沫の表
面を反対の電荷を有するように正あるいは負に帯電させ
るのである。

本発明における泡沫発生は液相に起泡剤、高分子凝集剤
および気体（例えば空気、酸素）を導入するだけで行な
い得、泡沫の微細化は、これを機械的に攪拌するだけで
容易に行なわれる。

起泡剤としては代表的にはアルキルア□ンや第４級アン
モニウム塩等の陽イオン界面活性剤があり、従来の加圧
浮上式にみられる気泡（キャリアとしての水の存在が不
可欠）と異なり泡沫（キャリアを必要としない）を形成
するものであれば特に制限されるものではない。

起泡剤を加える液相は一般に水であり、これは浮上弁り
帯域の清澄水を一部分取して利用することができる。

起泡剤を液相に添加する手段として、直接液相に起泡剤
を添加する方法のほか、液相に導入する気体に起泡剤を
同伴させて気体と共に液相に供給してもよい。

また、起泡剤は粉末状のもののほか、液状のものを使用
してもよい。

本発明によれば、上記起泡剤を加えた液相な機械的に攪
拌することにより、たとえばホモジナイザーあるいはタ
ービン型攪拌装置によって機械的に攪拌することにより
、泡沫の大きさの調整が行なわれ得、一般に、回転数を
大きくすることによって泡沫の直径は小さくなるが、経
済性の点から直径３００〜５００μｍの泡沫とするのが
好ましい。

なお、従来の加圧浮上式の気泡は直径がほぼ１００−１
３０μｍである。

このようにして発生した泡沫はそれ自体安定であって、
流入してくる汚泥中の固形分の量に応じて必要量だけを
混合し得る。

また、起泡時に起泡剤と共にカチオン性あるいはアニオ
ン性高分子凝集剤を併用することにより、泡沫の表面に
正あるいは負電荷を帯電させ、泡沫の安定性を向上し、
および汚泥固形分との結合力の強化を図ることができる
。

混合操作も単に機械的に押出して攪拌するだけでよい。

また、発生した気泡は、流入してくる汚泥流路中に単に
押出すことによっても、汚泥と混合することができる。

このように汚泥との混合は、具体的には、汚泥との混合
槽を設ける場合にはスクリューコンベアあるいは空気輸
送によって行なってもよく、流入してくる汚泥に直接投
入する場合には、エジェクターによって泡沫を汚泥中に
吸引投入してもよい。

次に添付図面に従って本発明をさらに説明する。

第１図は、公知の加圧浮上法の略式フローシートである
。

ライン１から供給される汚泥は混合槽２においてライン
３からの凝集剤と混合され、汚泥中の浮遊物質がフロッ
ク状に凝集する。

次いでこの汚泥はライン４を経て浮上槽５に送られる。

一方、浮上槽５からライン６を経て取り出される清澄水
の１部を分取し、加圧ポンプ７により加圧する。

コンプレッサ８から供給される空気はミキサー９におい
て上記清澄水に混合され、加圧タンク１０において加圧
・溶解される。

このように高圧下で空気を溶解させた加圧水は、ライン
１１から減圧弁１２を介して、ライン４内の流入汚泥内
に解放する。

加圧水内に溶解した空気はこのときの圧力解放によって
析出し、気泡となって汚泥中の固形分に吸着する。

得られた汚泥−気泡混合物はライン４から浮上槽５に送
られ、ここで比重差により固形分が浮上分離する。

浮上した固形分はライン１３から取り出され、次の処理
に付される。

第２図は、本発明に係る方法の略式フローシートである
。

ライン２１からの流入汚泥は、混合帯域（混合槽）２２
において、ライン２３から供給される泡沫と混合される
。

混合帯域には適宜攪拌装置（図示せず）が設けられてい
る。

汚泥内に混合された泡沫は汚泥中の固形分（見掛は比重
約１．０２〜１．３）の表面に吸着し、さらに攪拌によ
り分割された固形分の内部に取り込まれる。

得られた汚泥−泡沫混合物の見掛は比重ははＫ ０．４
〜０．６程度にまで小さくなる。

汚泥−泡沫混合物はライン２４から浮上帯域２５に送ら
れる。

浮上帯域２５における固形分の浮上分離ははＫ ０．５
時間で完結し、浮上分離された固形分はライン２６から
回収され、次の処理に付される。

流入汚泥の固形分に対する回収率はほぼ１００％であり
、固形分濃度は９％程度である。

一方、浮上帯域２５からの清澄水はライン２７から回収
されるが、その一部は分取されて、調整帯域２８におい
て、ライン２９からの起泡剤および高分子凝集剤が混合
される。

起泡剤添加量は分取した水量に対しはｘｏ、１ｓｆＩ／
ｌである。

また、高分子凝集剤は０．３〜ｏ、ｔ？／ｌの範囲で添
加される。

ポンプ３０を介して送られた起泡剤（および高分子剤）
含有清澄水は起泡帯域３１においてライン３２からの気
体（空気または酸素）が導入され、泡沫が形成される。

本発明によれば、気体の導入だけで十分微細な泡沫が得
られるが、この気泡帯域に攪拌手段を設けて攪拌するこ
とによって、得られる気泡の大きさを調整することがで
きる。

得られた泡沫は、前述のようにライン２３を経て混合帯
域に送られる。

本発明によれば、従来の加圧浮上法の場合のようにキャ
リアとしての水を使用していないことから上記泡沫は、
例えば、図示例のように混合帯域２２つまり混合槽を設
けた場合には、スクリューコンベアあるいは空気輸送等
の機械的手段によって押出すことによって混合帯域２２
に押出され混合される。

なお、混合槽を設けずに直接に流入汚泥に混合する場合
にはエジェクターによって泡沫を汚泥中に吸引させても
よい。

本発明により分離された汚泥固形分の見掛は比重は０．
４〜０．６、一般には０．５以下であり、従来の加圧浮
上分離法による場合の０．８〜０．９と比較して著しく
小さくなっている。

このようにして得られた濃縮汚泥はスポンジ状で圧縮性
があるため、従来、薬品添加の後にロールプレスしてい
たのに対し、本発明の場合、得られた濃縮汚泥はそのま
まロールプレスにかげることができる。

したがって、その取扱いおよび処理が容易であり、薬品
の使用も必要でなくなる等、経済的利点も大きい。

なお、遠心分離処理をする場合にも、固形分と泡沫との
結合力が強いため、また固形分−泡沫の混合物の見掛は
比重が一般に０．５以下と小さいため、水のみの分離が
容易に行なわれ得る。

また、導入する気体として酸素を使用した場合、汚泥固
形分の好気性消化処理にそのまま付することができ、処
理工程の大巾な簡約化が可能となる。

実験例 １ ※ 第２図に示すと同様の装置を使って本発明方法によ
り活性汚泥法により生ずる余剰汚泥を濃縮処理した。

処理汚泥 固形分見掛は比重 １．０３ ｐＨ６，８ 起泡剤としてラウリルトリメチルアンモニウムクロライ
ドを使い、浮上槽から分取した清澄水１１当り０．１５
５’およびビニルピリジン共重合物塩の高分子凝集剤を
清澄水１１当り０．２５ｆ−０，５１添加し、これを気
泡装置に送り、ホモジナイザーを使って機械的攪拌を施
し、生じた泡沫を強制的に混合槽内に押出して、２１／
ｍ１ｔｔで流入してくる汚泥に混合した。

約１０分間混合・攪拌してから浮上分離槽に送り、約０
．５時間かげて固形分の浮上・分離を行なった。

結果は次の通り。したがって、本発明によれば、常に必
要量の泡沫のみを汚泥と機械的に混合するだけでよい。

また表面を帯電させた泡沫は非常に安定であって、混合
・攪拌時にも泡沫同志が集合することもなく、むしろ、
開裂したフロックの内部に入り込む傾向を有し、その見
掛は比重を、０，４〜０．５程度までに低下させること
ができる。

実験例 ２ 第２図に示すと同様の実装置を使って、本発明方法に基
づき活性汚泥法により生ずる余剰汚泥を濃縮処理した。

使用した薬品は、実験例１と同様ラウリルトリメチルア
ンモニウムクロライドと、ビニルピリジン共重合物塩の
高分子凝集剤で、浮上槽から分取した清澄水１１当りに
０．２〜０．３５１添加し、これを起泡装置に送り、タ
ービン翼を使って機械攪拌を施し、生じた泡沫を強制的
に混合槽内に押出して、１１１〜２０１／ｍｉ！Ｌで流
入してくる汚泥に混合した。

その混合物を表面積０．３３２ｉの浮上分離槽に送り、
固形分の浮上分離を行なった。

伺、表中の水位高は、浮上分離槽の液面高さを示し、浮
上分離槽に取り付けられた可動堰により調節され、浮上
固形分（フロス）の滞留時間の増減ができる。

又、クロス滞留時間は、浮上槽の水位より上にあるクロ
スの体積に対して表示した。

結果は第２表の通り。

このように、本発明によれば、結合力の強いフロック−
泡沫混合物が得られ、しかも泡沫のみを汚泥に加えるた
め、その泡沫量を任意に変えることによって、固形分を
はｒ１００％にまで分離できる。

泡沫の生成、搬送および混合はすべて常圧下で行ない得
るため装置が簡単になり、動力費の低減、操作の安定性
の向上、さらには設備投下資本の大巾な低下が実現され
る。

濃縮率も従来の加圧浮上法に比較してはＭ５０％程度向
上する。

以上のように、本発明によれば、水処理装置より発生す
る余剰汚泥を速やかにしかも容易に濃縮し、容積を減少
させ、次工程の負担を軽減できる。

本発明により処理される汚泥の供給源としては、下水処
理場、鉱山廃水、墜道工事水替廃水さらには工場廃水等
があり、特に本発明がこれらの点で制限されるものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知の加圧浮上法の略式フローシート；およ
び第２図は、本発明の方法の略式フローシートである。 ２２：混合帯域、２５：浮上分離帯域、３１：起泡帯域
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 起泡剤、高分子凝集剤および気体を液相に導入する
   ことによって表面が帯電された泡沫を発生させること、
   発生した泡沫を流入してくる汚泥に混合して、上記泡沫
   に汚泥中の固形分を吸着させること、得られた泡沫〜汚
   泥混合物を浮上帯域に導き、前記泡沫に吸着した前記固
   形分を浮上分離することからなる、汚泥濃縮法。 ２ 前記気体が空気または酸素である、特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３ 混合帯域、浮上帯域および起泡帯域から構成され、
   前記浮上帯域からの清澄水の一部を分取して起泡剤と高
   分子凝集剤を添加する手段、前記起泡帯域に前記起泡剤
   と高分子凝集剤を含む清澄水を送る手段、前記起泡帯域
   において前記起泡剤と高分子凝集剤を含む清澄水に気体
   を導入することにより起泡させる手段、および得られた
   泡沫を前記混合帯域に送る手段を備えた汚泥濃縮装置。 ４ 前記起泡帯域に機械的攪拌手段を設け、発生する泡
   沫の大きさを特徴する特許請求の範囲第３項記載の装置
   。