JPS6029318B2 - 汚泥の濃縮方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、汚泥を加圧浮上濃縮プロセスにより濃縮する
方法及びその装置に関する。

近年、下水道の普及に伴って下水汚泥をはじめとする汚
泥の処理・処分問題は、今や、技術的、経済的な両面に
おける再検討が必要とされている。

これらの汚泥の処理・処分方法は、一般に、これらを３
〜４％程度に濃縮した後、消化一楽注−脱水−焼却、薬
注−脱水−焼却、熱処理−脱水−焼却、または湿式酸化
−脱水などの方法により処理され、埋立て処分されるか
、又は焼却工程を経ずに脱水汚泥を緑地や農地へ還元し
有効利用されている。これらの処理方法において、装置
の建設費や維持費理費を左右するのは、汚泥の星であり
、同量の汚泥固形物を処理する場合、高濃度であればあ
る程、装置の建設費や維持管理費は安くなる。さらに、
汚泥処理プロセスへの濃度が不安定であれば、管理面に
おいて問題が生じるものとなる。したがって汚泥をより
高濃度でかつ安定した濃縮汚泥として供給し得る技術の
確立は、汚泥処理プロセス全般について、性能的かつ経
済的な両面において非常に有利に働くものである。加圧
浮上濃縮プロセスは、処理すべき汚泥などの固形物に微
細気泡を付着せしめ、固形物の見掛け比重を水などの同
伴流体よりも軽くし、その浮力を利用して分離、濃縮す
る技術であり、重力だけに頼る重力沈降方式濃縮プロセ
スに比べ原理的に有利とされる。ところで、下水汚泥は
、最初沈澱池において沈降分離された最初沈澱池汚泥（
生汚泥）と、ェアレーションタンクにおいて発生する余
剰活性汚泥などであるが、これら汚泥は有機成分が多い
程、濃縮されにくい。

これは微生物を主体とする有機成分がその大部分を占め
るためであり、水と比べた場合の比重差がほとんどなく
、しかも親水性のコロイドゾルのため圧密作用を受け難
い。このような余剰活性汚泥などの有機成分を多く含有
する汚泥を、加圧浮上濃縮プロセスにより濃縮する場合
には、汚泥に微細気泡をより多く付着させ、かつ微細気
泡付着汚泥を長時間、浮上濃縮タンクに滞留させておく
必要が生じる。

しかし、浮上濃縮タンクで微細気泡の発生量を増加させ
るのは、原理的に限度がある。従って汚泥に微細気泡を
より多く付着させるために処理すべき汚泥を大幅に希釈
し、微細気泡量に対する浮上濃縮タンクに供給される汚
泥の固形物量を少なくして処理しているのが実情であり
、浮上濃縮タンクが大きくなって経済的でないという問
題があった。また、従来の加圧浮上濃縮プロセスは濃縮
汚泥の取り出しがあまり正確でないために安定した高濃
度の濃縮汚泥が得られないという欠点があった。この理
由としては、取り出した濃縮汚泥中の気泡により濃縮汚
泥の流量が正確に測定できないことなどが考えられる。
こ欠点を一部解決する手段として、実開昭５４−９０７
６５や特関昭５４−１４７６５０で見られる様に浮上濃
縮タンクの浮上汚泥ゾーンの厚さをつねに一定して濃縮
汚泥を取り出すことが提案されている。しかしながらこ
の方法によっても、浮上濃縮タンクに供給される汚泥の
流量及ぴ濃度の蓬時的変動には対応出来ず、結局安定し
たかつ高濃度汚泥が得られないという問題が依然として
解決されていない。このように、従来の加圧浮上濃縮プ
ロセスで汚泥を濃縮する場合にあっては、濃縮汚泥を高
濃度でかつ安定した状態で得ることができず、実用化に
おいては多くの課題を有していた。本発明者は、下水汚
泥などの汚泥を加圧浮上濃縮プロセスを用いて濃縮する
方法において、濃縮泥の到達濃度をより高く、かつ安定
した状態で連続的に取り出すために鋭意研究を行なった
結果、浮上濃縮タンクに供総合される空気量と供孫舎固
形物量との気固比と、浮上汚泥ゾーンの汚泥滞留時間と
、濃縮汚泥濃度との相関関係を知見し、本発明をなすに
至った。

以下本発明を説明する。

本発明において、汚泥を加圧浮上濃縮させるには、浮上
汚泥を分離させた後の分離水を一部循環し、これを加圧
した後、ほぼ同圧の空気を供給し、空気を水に溶解させ
た後減圧することにより微細気泡を発生させて処理すべ
き汚泥を供給して発生気泡を汚泥に付着させ、浮上濃縮
タンクにおいて浮上分離、濃縮する循環加圧方式や、処
理すべき汚泥をそのままか、または分離水などによって
希釈調整したスラリーを加圧し、これにほぼ同圧の空気
を供給し、溶解された後減圧し、微細気泡を発生させる
と同時に汚泥粒子に付着させ、浮上濃縮タンクにおいて
浮上分離、濃縮する全加圧方式等の種々の方式が採用さ
れる。

なお、浮上濃縮タンクの形状は竪物や横型、または円形
や矩型など各種のものが用いられる。

本発明では、かかる浮上濃縮プロセスにより汚泥を濃縮
するに際して、浮上濃縮タンクに供給された供給汚泥の
固形物量と供給空気量との気固比と、濃縮汚泥濃度と、
浮上汚泥ゾーン滞留時間との相関関係から上記供給汚泥
が所望の濃縮汚泥濃度まで到達する時間を逐次定め、そ
れに基づいて上記供給汚泥の流量と、上記固形量と上記
所望濃縮汚泥濃度から求めた浮上濃縮タンクから排出さ
れるべき濃縮汚泥流量と、の差に応じて浮上汚泥を分離
した分離水を排出する方法である。まず、浮上濃縮タン
クから排出されるべき濃縮汚泥流量は、浮上濃縮タンク
に供給される汚泥の流量と濃度を流量計や汚泥濃度計等
で連続的に浪江定して、これらの測定値から汚泥の供給
固形物量を算出し、次いでこれら供給固形物量を目標と
する濃縮汚泥濃度値で割ることにより求められる。

なお、分離水の濃度は濃縮汚泥濃度に比べ希薄なため上
記の様に無視しても良いが、分離中に含まれる回収出来
ない固形物をも考慮すればさらに正確なものとなる。こ
の場合、分離水中の未回収固形物濃度を濁度計などの汚
泥濃度計によって連続的に測定して、排出すべき制御分
離水量を次式で求める方法と、Ｆ３＝Ｆ，（ん−Ａ，） Ａ２−ん Ｆ，：供給汚泥流量 Ｆ３：制御分離水量 Ａ，：供給汚泥濃度 ん：目標とする濃縮汚泥濃度 ん：分離水中の未回収固形物濃度 分離水中の固形物濃度を測定せずに下記の二式の関係か
ら試行錯誤法で排出すべき制御分離水量を求める方法な
どがある。

Ｆ，＝Ｆ２十Ｆ３ Ｆ，Ａ，＝Ｆ２Ａ２十Ｆ３Ａ３ Ｆ２：排出されるべき濃縮汚泥流量 一方、本装置を運転する場合、まず最初に供給される汚
泥が浮上分離され、浮上汚泥ゾーンを形成しても、所定
の時間滞留させておく必要があるため、おのずと供給汚
泥の測定時点と濃縮汚泥の排出時点のずれが生ずる。

すなわち、供給汚泥の測定時点の信号は所定の濃度まで
濃縮するための所要時間を考慮して分離水の排出を制御
するものである。次に、この滞留時間を求める方法を気
固比と濃度汚泥濃度を用いて説明する。

第１図は浮上汚泥ゾーンの汚泥滞留時間と濃縮汚泥濃度
との相関関係を示したもので、汚泥に付着する空気量と
供給固形物量との気固比の変化によってそれらの関係が
相違することを知見し、実際に処理する汚泥をサンプリ
ングし試験により作成したものである。

気固比は汚泥に付着する微細気泡の重量とその汚泥（固
形分）の重量との比であるが、これは加圧浮上濃縮プロ
セスにおいて水に溶解させた空気重量を上記汚泥の固形
物重量で割って求めることが出来る。

ところで、浮上濃縮タンクで発生する微細気泡は、前述
の様に限度があり、加圧する圧力および加圧対象水の温
度が同一ならば、一定であると見ることができ、一度上
記溶解空気量を測定してしまえば連続的に測定する必要
はない。

従って、気団比は供給汚泥濃度に逆比例するものであり
、加圧浮上濃縮プロセス運転中における気固比の変動は
、供給汚泥濃度の変化におきかえることができる。そし
て、上記算出した気固比と目標とする濃縮汚泥濃度とか
ら第１図より浮上汚泥ゾーン滞留時間がわかる。

なお、浮上濃縮タンクにおける汚泥の滞留時間は該汚泥
が浮上汚泥ゾーンに到る時間を加味すればさらに正確に
なるが、この時間はわずかであり無視出来る。つまり、
この気固比が大きい程、所定の濃縮汚泥濃度に達するま
での所要時間、即ち滞留時間が短くなり、逆に気団比が
小さくなるほど同一濃度に達するまでの時間が長くなる
関係にある。上述の汚泥滞留時間は、第１図の関係をコ
ンピュータ等に記憶させておけば、供給汚泥の濃度や流
量の変動があっても即座に定めることができ、サンプル
値ＰＩＤやギャップ付ＰＩＤなどの公知の制御方法によ
り、汚泥滞留時間後に測定時の汚泥流量と推算濃縮汚泥
流量との差に応じた量の分離水を逐次排出出来る。

また、濃縮汚泥の取り出し‘ま、濃縮汚泥を浮上濃縮タ
ンクの浮上汚泥ゾーンの表面から濃縮汚泥集泥用趣流せ
きをオーバーフローさせることによって行ない、このオ
ーバーフローの塁は分離水の流量によって支配されるた
め、分離水の排出流量を前述の如く制御することにより
、はじめて濃縮汚泥が無制限に流出することを防止し、
かつ浮上汚泥ゾーンを安定化させることが可能となる。

この時、濃縮汚泥のかき寄せ機は、あくまで濃縮汚泥が
偏流を起こさないようにかき寄せるもので、かき寄せ機
のかき寄せ頻度は表面の濃縮汚泥が均一にかき寄せられ
るよう調整され、かつ、汚泥の濃縮傾向に応じて１〜６
０分の間で決定される。従釆、濃縮度を高める手段とし
ては気固比をより大きくする、即ち、供給汚泥を希釈し
てその濃度を下げる工夫と共に、固形物負荷を６０〜９
０ｋ９−ｓｓ／〆・日におさえて行なわれていたが、こ
れらはいずれもプラント規模をむやみに大きくするだレ
ナで、何ら経済的効果を期待し得るものではない。本発
明においては、浮上濃縮タンクに供給される汚泥の流量
及び濃度の変動に応じて分離水の流量制御という新しい
方法を導入することにより、装置性能が十分に発揮でき
、かつ大幅に装置規模を縦少することができる。

すなわち、本発明によれば供給汚泥の濃度をむやみに希
釈する必要はなく固形物負荷も５０〜６００〔ｋ９一ｓ
ｓ／〆・日〕、好ましくは１００〜３００〔ｋ９−ｓｓ
／れ・日〕の範囲とすることが可能となり、浮上濃縮タ
ンクの容量を小さくすることが出来るとともに、高濃度
の濃縮汚泥をさらに安定した状態で連続して得ることが
出来る。

第２図は本発明の濃縮装置の様態の１つを示しており、
第２図中１は原水タンク、２は加圧タンク、３は浮上濃
縮タンクである。

汚泥はこの原水タンクーから加圧タンク２を通って浮上
濃縮タンク３に移送され、浮上濃縮タンク３内で浮上分
離濃縮されるが、原水タンクーから加圧タンク２に移送
される途中でポンプ４により加圧されると共に空気が導
入され、また加圧タンク２から浮上濃縮タンク３に移送
される途中で弁５により減圧されることは周知の通りで
ある。そして本様態にあっては、原水タンクー内に、浮
上濃縮タンク３に供給される汚泥の濃度を測定する汚泥
濃度計１１が装備され、また原水タンクーから加圧タン
ク２に汚泥を移送する管路には浮上濃縮タンク３に供給
する汚泥の流量を測定する流量計１２が装備され、さら
に、浮上濃縮タンク３の分離水排出口には流量調整弁９
が装備されており、これら汚泥濃度計１１と流量計１２
と流量調整弁９はそれぞれ演算制御装置１３に接続され
ている。この演算制御装置１３は、汚泥濃度計１１と流
量計１２とからそれぞれ測定信号を入力すると汚泥の供
給固形物量を算出し、次いでこの供給固形物量と目標と
する濃縮汚泥濃度で割算し濃縮汚泥趣流トラフより流出
する濃縮汚泥流量を算出し、その後この濃縮汚泥流量と
供給汚泥流量との差に相当する分離水を浮上濃縮タンク
３から排出するように流量調整弁９に制御信号を逐次送
るようになされている。なお、この演算制御装置１３は
、供給汚泥濃度及び流量の当該測定時点から、濃縮汚泥
が所定の濃度にまで到達する所要時間則ち必要汚泥滞留
時間を上記測定時点の供給固形物量を基にあらかじめ設
定されている空気溶解量から気固比を算出し、第１図の
濃縮汚泥濃度と浮上汚泥ゾーン滞留時間の関係から決定
して、その滞留時間後に上記制御すべき分離水量値をサ
ンプル値ＰＩＤ制御によって、その制御信号を流量調整
弁９に送っている。しかして、上記濃縦装置によれば、
演算制御装置１３により流量調整弁９から排出される分
離水の流量が正確に規定され、また人手を要さず自動化
が可能となる。

以上説明したように本発明によれば、浮上汚泥ゾーンの
容量が供孫合汚泥の濃度や流量の大きな変動があっても
正確に保持されて、高濃度の汚泥を連続的に安定した状
態で取り出すことが可能となるばかりか、処理すべき汚
泥を希釈する割合も大幅に小さくなり、浮上濃縮タンク
の容量を大幅に小さくすることが可能となり、非常に経
済的である。

以下、実施例を示し本発明を具体的に説明する。

（実施例） 第２図に示す装置を使用して、浮上濃縮タンクの供給量
を１０〜２０で／ｈｒと変化させて汚泥を処理したとこ
ろ、下記の表に示す各々の結果が得られた。

なお、汚泥中の揮発性物質は７９〜８２％（対全固形物
比）であった。表 この表から明らかな如く、固形物負荷が高いにもかかわ
らず汚泥が３％〜６％程度濃縮された。

なお、比較のため通常の重力沈降方式で上記汚泥を濃縮
させたところ、２．１１％にすぎなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は濃縮汚泥濃度と浮上汚泥ゾーン滞留時間との関
係を示すグラフ、第２図は本発明の装置の様態の１つを
示すフローシートである。 １…原水タンク、２…加圧タンク、３・・・浮上濃縮タ
ンク、６・・・浮上汚泥ゾーン、９…流量調整弁、１１
・・・汚泥濃度計、１２・・・流量計、１３…演算制御
装置。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 汚泥を加圧浮上濃縮プロセスにより濃縮する方法に
   おいて、浮上濃縮タンクに供給される汚泥の供給固形物
   量と供給空気量とから気固比を求め、この気固比と汚泥
   濃度と浮上汚泥ゾーン滞留時間との相関関係から上記供
   給汚泥が、所望汚泥濃度まで到達する時間を逐次求める
   と同時に、供給汚泥流量と、上記供給固形物量および上
   記所望汚泥濃度から求めた浮上濃縮タンクから排出され
   るべき濃縮汚泥流量との差を求め、上記時間に基づいて
   上記差に相当する量の、浮上汚泥を分離した分離水を排
   出することを特徴とする汚泥の濃縮方法。 ２ 前記分離水の排出流量の制御を、浮上濃縮タンクに
   供給する供給汚泥流量と浮上濃縮タンクの濃縮汚泥越流
   トラフから排出すべき濃縮汚泥流量との差に相当する量
   の分離水を浮上濃縮タンクの分離水排出口に設けた流量
   調整弁から排出するよう該流量調整弁を操作することに
   より行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の汚泥の濃縮方法。 ３ 浮上濃縮タンクに供給される汚泥の流量を測定する
   流量計と、該汚泥の濃度を測定する汚泥濃度計と、これ
   ら流量計と汚泥濃度計からそれぞれ測定信号を入力して
   汚泥の供給固形物量を算出し、上記供給固形物量と供給
   空気量との気固比と、濃縮汚泥濃度と、浮上汚泥ゾーン
   滞留時間との相関関係から供給された汚泥を浮上濃縮タ
   ンクに滞留させる時間を逐次定め、それに基づいて上記
   供給固形物量と目標とする濃縮汚泥濃度とから濃縮汚泥
   越流トラフから流出する濃縮汚泥流量を算出し、この濃
   縮汚泥流量と供給汚泥流量との差を算出してこの差に応
   じて分離水を排出するように浮上濃縮タンクの分離水排
   出口に設けた流量調整弁に制御信号を送る演算制御装置
   とを具備してなることを特徴とする汚泥の濃縮装置。