JP2005053765A - 澱粉製造廃水処理汚泥の堆肥化方法及び澱粉製造廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 澱粉製造廃水に適した、澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法及び澱粉製造廃水方法を提供する。
【解決手段】 澱粉製造廃水処理によって分離された汚泥の堆肥化に先立って、汚泥が水分２０％以下に乾燥され、得られた乾燥汚泥が貯蔵される。前記汚泥を分離された液の生物処理で得られるバイオガスが前記汚泥の乾燥の燃料として使用される。そのうえ、前記乾燥汚泥は他の農業・畜産の廃棄物と混合されたうえ、長期間に亘って堆肥化される。また、前記澱粉製造廃水処理に当って、加温された澱粉製造廃水から固形分が分離されて、残った液が、減圧下でフラッシュし、降温すると共に、そのフラッシュした水蒸気が、新しく供給される澱粉製造廃水と接触、凝縮し、その澱粉製造廃水を昇温させる
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、馬鈴薯等から澱粉が製造される過程で排出される澱粉製造廃水、特に高濃度の分散質を含むデカンタ廃水造廃水から分離された高水分の汚泥の堆肥化処理方法及び澱粉製造廃水処理方法に関する。

例えば馬鈴薯からの澱粉の製造は図４に示すように行なわれている。すなわち、原料の馬鈴薯はフリューム（流送水）及びロータリワッシャによって水洗され、付着した畑の土が除去される。次いでウルトララスプによって細かく磨り潰される。その細かく磨り潰された馬鈴薯は水中に分散されたうえ、デカンタで靜置されることによって固形分が沈降し、分離する。その固形分はハイスクリーンを何度も通過させられるうちに粕が分離される。その粕が分離された固形分（澱粉乳）は、セパレータで洗浄、分級されることによって、蛋白質その他の不純物が除去され、さらに真空ろ過、乾燥等によって水分が除去されることによって純度の高い澱粉となる。

上記過程で排出される主たる廃水は、上述のようにデカンタ廃水とセパレータ廃水の２種類であるが、これらは真の溶液ではなく、分散質である巨大粒子がコロイド状に分散したものである。そのうち、セパレータ廃水はＢＯＤが１，０００〜２，０００ｐｐｍと分散質が少なく、生物処理も可能であるが、デカンタ廃水はＢＯＤが２×１０^４〜４×１０^４ｐｐｍと分散質がセパレータ廃水に較べて一桁多く、しかも生物処理の障害となる蛋白質を多量に含んでいる。

従って、このデカンタ廃水は、生物処理に先立って、例えば７０℃に加温され、それによってデカンタ廃水中の分散質のうち、蛋白質分の一部が熱変性し、凝結し、汚泥として沈殿し、残りの液（中間排水）と分離される。なお、その中間排水からは生物処理によってもさらに汚泥が沈殿分離される。

これらの汚泥は、その有効利用のため、一般に堆肥化されている。例えば農業・畜産の盛んな北海道では、牛糞や畑生ごみ等の廃棄物と混合されたうえ、堆肥化されている。

しかしながら、澱粉製造とその廃水処理とは若干時期的にずれはあるものの、８月中旬から１１月中旬の約三ヶ月間に限られていて、規模にもよるが、短期間に大量の汚泥（例えば水分８０％で数万ｔ）が発生する。それはそのまま放置されることが許されず、特に腐敗対策が必要で直ちに堆肥化される必要があり、限定された僅かの期間しか稼動しない、大規模の堆肥化設備が必要となると言う問題点がある。

また、例え前述のように農業・畜産廃棄物（例えば水分８０％で年間数万ｔ）に添加され、同時処理される場合も、デカンタ廃水汚泥の発生量が小さければ、それ程でもないが、その量が大きく（例えば農業・畜産廃棄物の堆肥化設備を大きく上回るように）なれば、それだけ設備の増強が必要となる。しかも、澱粉廃水汚泥が添加される期間とそうでない期間では、堆肥の品質に著しい相違が生じ、Ｎ分の不足も懸念される。その他、汚泥、廃棄物はいずれも水分８０％程度を含むため、外部からの熱の供給がなされるか、又は堆肥の一部が戻されるかしなければ、発酵熱だけではその水分が十分除去されず、良質の堆肥が得られないと言う問題点もある。

前述のように、澱粉製造廃水処理に当って、澱粉製造デカンタ廃水は例えば７０℃に加温され、多量の蛋白質を含む分散質が沈殿分離され、残った液は中間排水として生物処理されることになるが、その好適温度は５０℃以下の低い温度であって、冷却が必要である。また、上記澱粉製造デカンタ廃水の７０℃への加温に通常スチームが使われている。このことから、固形分が分離され、残った液の持つ熱量の回収によってそれ自身が減温されると共に、その回収熱が、新しく供給される低温の澱粉製造廃液の一部の加温に使用され、スチーム消費量が低減されることが望ましいという問題点がある。

発明が解決しようとする課題

そこで本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、馬鈴薯等から澱粉が製造される過程で排出される澱粉製造廃水、特に高濃度の分散質を含むデカンタ廃水に適した、澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法及び澱粉製造廃水処理方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

上記の目的を達するために、請求項１の発明の澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法は、澱粉製造廃水処理によって分離された高水分の汚泥の堆肥化に先立って、汚泥が水分２０％以下に乾燥される。

請求項１の発明によれば、水分２０％以下に乾燥された乾燥汚泥は、減量され、運搬容易であり、また、腐敗やかびの発生がなく、悪臭を発することもなく、長期の貯蔵保管も可能である。また、乾燥汚泥はそれだけでは堆肥化に必要な水分が低過ぎるため、水分の添加が必要となるが、得られた堆肥の戻しは不要となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記汚泥の乾燥によって得られた乾燥汚泥が貯蔵される。

請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、澱粉製造時期に限定されず、堆肥化の時間的自由度が増大され、任意の時期、しかも任意の期間、堆肥の需要に合わせて堆肥化可能となり、それに伴って堆肥化設備の規模も小さくなり、その設備負担が低減される。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、前記澱粉製造廃水処理によって汚泥を分離された中間排水の生物処理で得られる主としてメタンガスよりなるバイオガスが前記汚泥の乾燥の燃料として使用される。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加えて、乾燥設備は必要であるが、それに要する燃料が前記中間排水の生物処理で副生するバイオガスによって賄われるため、乾燥に伴なう燃料負担増は皆無である。

請求項４の発明は、請求項１乃至３に記載のいずれかの発明の構成に加えて、前記乾燥された汚泥が他の農業・畜産の廃棄物に混合されたうえ、堆肥化される。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至３に記載のいずれかの発明の作用効果に加えて、堆肥の品質が安定化し、Ｎの不足の懸念も解消される。また、水分の高い農業・畜産の廃棄物に乾燥汚泥が添加され、水分調整がなされるため、堆肥の戻しは不要となる。

請求項５の発明の澱粉製造廃水処理方法は、加温された澱粉製造廃水からが固形分が分離されて、残った液が、減圧されることによって断熱的にフラッシュし、蒸発潜熱を奪われて降温すると共に、そのフラッシュによって生じた水蒸気が、新しく供給される、好ましくはバロメトリックコンデンサ内で加温前の澱粉製造廃水と接触、凝縮し、その澱粉製造廃水に凝縮潜熱を与えて昇温させる。

請求項５の発明によれば、新しく供給される供給される澱粉製造廃水が昇温し、それに必要なスチームの消費量が低減されると共に、前記残った液が生物処理に適した温度又はそれに近い温度まで降温する。なお、バロメトリックコンデンサは構造簡単で安価であり、デカンタ廃水の性状の変動に対しても安定して作動する。

本発明の実施の形態例として、澱粉製造廃水のうち、特にデカンタ廃水からの汚泥の堆肥化方法について図１により説明すると、先ず前記デカンタ廃水がその加温処理され、次のように汚泥が分離される。すなわち、澱粉製造が行なわれる８月中旬から１１月中旬の約三ヶ月間、その間に次々と排出されるデカンタ廃水は、６０℃以上、好ましくは７０℃以下に加温される。その加温は簡単であるという理由からスチームの吹き込みによって行なわれるが、これに限定されるものではなく、スチームとの間接熱交換されてもよく、また、固形分離後の残りの液との間接熱交換又はそれの減圧フラッシュによって生じた水蒸気との直接接触（後述）によって補われてもよい。

それによってデカンタ廃水中の分散質のうち、蛋白質分の一部が熱変性し、凝結し、固形分として沈殿し、遠心分離機ＣＦその他の手段によって水分約８０％の汚泥が残りの液と分離される。

残りの液は、例えば重力によって凝縮水を大気中に放出することによって内部を減圧に維持するよう構成されたバロメトリックコンデンサＢＣに連通、減圧されたフラッシュドラムＦＤに送られる。そのフラッシュドラムＦＤでは液が断熱的にフラッシュするため減温されたうえ、中間排水として後述のように生物処理される。なお、そのフラッシュによって生じたスチームは、前記バロメトリックコンデンサＦＣ内で新しく供給されたデカンタ排水と接触、凝縮し、その潜熱をそのデカンタ排水に与え、昇温させると共に、それによって生じた凝縮水とデカンタ廃水との混合液は、大気圧とバランスする高い液柱よりなる大気脚ＢＬを通じ、その重力によって前記フラッシュドラムＦＤ内の減圧を維持しながら大気圧下に放出される。これについての詳細は後述する。

生物処理について説明すると、前記中間排水は河川等に放流可能にその分散質が、図に示すように以下の処理を受けることによって固形分、ＢＯＤ、窒素分、硫黄分が許容値以下に低減浄化されると共に、メタンを主成分とする高い発熱量のバイオガスが副生するよう構成されている。

詳細説明すると、中間排水の分散質は先ず嫌気性条件下で酸生成菌によって酸発酵し、低級のアルコール、脂肪酸、アミノ酸にまで分解、可溶化される。さらにそのアルコール、脂肪酸、アミノ酸は嫌気性条件下でメタン生成細菌によってメタン発酵し、メタン、炭酸ガス及びアンモニア，硝酸形態の窒素を生成する。それらは、大半が液中に溶解残留するアンモニア，硝酸形態の窒素を除き、バイオガスとして液から離脱する。そのバイオガスは硫黄分を含んでいるため、脱硫され、後述のように、汚泥の乾燥だけでなく、デカンタ排水加温用スチーム発生その他の燃料として利用される。

上記メタン発酵を終わった、残りの液中の各形態の窒素分は僅少であるため、先ず硝酸形態の窒素が硝化を経ずに、そのまま嫌気性条件下で脱窒菌によって還元され、窒素ガスとなって液から分離される。それによってもなお液中に残っている（アンモニア形態の）窒素分は好気性条件下で酸化され、硝酸形態の窒素に変換されたうえ、ＢＯＤが除去され、シックナ等によって汚泥が分離（固液分離）され、得られた浄化水は河川等にそのまま放流される。なお、これらの処理の過程で分離された汚泥は全て加温処理によって分離された汚泥に加えられたうえ、乾燥処理される。

次に汚泥の乾燥処理について説明する。上述の汚泥（水分約８０％）は、先ず上述のバイオガスの燃焼によって得られた熱によって、加熱され、水分２０％以下に乾燥され、得られた乾燥汚泥はサイロ等に貯蔵保管される。乾燥機としては、ロータリドライヤ、攪拌翼式ドライヤ、流動式ドライヤ等が用いられる。熱交換方式としては、燃焼ガスとの直接熱交換方式やスチームとの間接熱交換式があり、そのいずれでもよい。以上の処理は、時間的に若干の遅れはあるが、澱粉製造と略並行して行なわれる。

汚泥の堆肥化処理について説明する。堆肥化処理は乾燥汚泥単独でも可能であるが、農業・畜産の盛んな北海道等で、それらの廃棄物と併せて、年間を通じて行なわれることが好ましい。

すなわち、サイロ等に貯蔵保管された乾燥汚泥が、高水分（約８０％）の農業・畜産廃棄物と適当な割合で混合され、それによって水分調整が行なわれると共に、必要な空気が吹き込まれれば、発酵し、堆肥化が進む。その際、乾燥汚泥によって水分調整が行なわれているため、これらの混合物は、生成した堆肥の戻しや外からの熱補給を殆ど又は全く受けることなしに、発酵熱のみで適温に保持され、堆肥化が順調に進む。また、年間を通じて、乾燥汚泥の組成・性状が均等化されるため、堆肥の品質も安定し、Ｎ分が不足するおそれは全く無い。

例えば澱粉製造が８月中旬から１１月中旬までの三ヶ月間行なわれ、その間１０ｔ／ｈのデカンタ廃水から発生する汚泥（１．１３ｔ／ｈ，水分８０％）と，年間を通じて発生する農業・畜産廃棄物（８，０００ｔ（１．０ｔ／ｈ），水分８０％）と，が組み合わされた場合の従来例と本発明との物質・熱の流れを比較すると、図１及び図２の通りである。

なお、従来例と本発明との違いは、デカンタ廃水汚泥が高水分（例えば８０％）の農業・畜産廃棄物と混合されるに当って、乾燥されず、高水分のままであるのに対して、本発明では、生物処理によって副生するバイオガスを燃料として、デカンタ廃水汚泥が水分２０％まで乾燥されたものでり、しかも貯蔵され、例えば２倍の６ヶ月又はそれ以上の期間に亘って分散して使用されることである。なお、水分２０％以下の乾燥汚泥は、長期の貯蔵によっても腐敗することはない。

従来例では、通常の場合、農業・畜産廃棄物の処理量が１．０ｔ／ｈであるのに対して、澱粉製造の行なわれる３ヶ月間は、処理量が２．１３Ｔｔ／ｈと倍増し、水分調整のための戻し堆肥が０．４４ｔ／ｈとなるため、設備能力の増強が必要であるが、本発明では、澱粉製造の行なわれる３ヶ月間の２倍の６ヶ月間、減容された乾燥汚泥が使用されるため、処理量が１．２８ｔ／ｈと僅かに増大するだけであり、しかも、水分調整のための戻しが不要であって、設備能力の増強は不要である。

しかも、副生するバイオガスの総発熱量が４．０ＭＪ／ｈ（９．６８×１０^５ｋｃａｌ／ｈ）に達し、デカンタ廃水汚泥の乾燥に必要な熱量をやや多めに見て、水蒸気潜熱の約２倍としても、その３．７７ＭＪ／ｈ（９．０２×１０^５ｋｃａｌ／ｈ）を上回り、それによって乾燥に必要な熱は十分賄なわれる。

最後に前述のフラッシュドラムとバロメトリックコンデンサとを備え、固形分と分離された残りの液の減温と新しく供給されるデカンタ廃水の昇温とを可能にする澱粉製造廃水処理方法について、図３により詳述する。

デカンタ廃水が７０℃に加温されると、上述のように分散質が凝結し、固形分として沈殿、遠心分離機ＣＦによって水分約８０％の汚泥が残りの液と分離される。７０℃の残りの液はポンプ（図示省略）によってバロメトリックコンデンサＢＣに連通し、減圧されたフラッシュドラムＦＤに導かれ、断熱的にフラッシュし、蒸発潜熱を奪われて降温する（４５℃）。前記降温した残りの液は、中間排水として、適温又はそれに近い温度となって生物処理される。

フラッシュによって生じた水蒸気は、長い大気脚ＢＬを備えたバロメトリックコンデンサＢＣに進み、ポンプ（図示省略）によつて新しく供給される、１５℃のデカンタ廃液と接触、凝縮し、それに蒸発潜熱を与えて昇温させる（４２℃）。この昇温したデカンタ廃液はさらにスチームによってさらに加温されることによつて７０℃に達し、分散質が沈殿する。以上、残りの液の熱回収によってデカンタ廃液の１５℃から７０℃への加温に必要なスチームの量が略半減される。

なお、その際凝縮水とデカンタ廃水との混合液が大気脚ＢＬを経て大気圧下に放出され、それによって上記フラッシュドラムＦＤ内の減圧が確保される。また、デカンタ廃水等に含まれていたり、漏入したりする非凝縮性ガスがフラッシュドラムＦＤ内に蓄積し、減圧が損われることがないよう、図示されないスチームエジェクタや真空ポンプＶＰ等のよって吸引除去される。

前記フラッシュによって生じた水蒸気の、新しく供給されるデカンタ排水との接触による凝縮は、別の形式によってもよいが、バロメトリックコンデンサは構造簡単で安価であり、デカンタ廃水の性状の変動に対しても安定して作動する。また、フラッシュと凝縮とが繰り返し複数段行なわれれば、残りの液の降温と新しく供給されるデカンタ廃水の昇温とがさらに進む（多段フラッシュ）。

発明の効果

以上のとおり請求項１の発明によれば、水分２０％以下に乾燥された乾燥汚泥は、減量され、運搬容易であり、また、腐敗やかびの発生がなく、悪臭を発することもなく、長期の貯蔵保管も可能である。また、乾燥汚泥はそれだけでは堆肥化に必要な水分が低過ぎるため、水分の添加が必要となるが、得られた堆肥の戻しは不要となる。

請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、澱粉製造時期に限定されず、堆肥化の時間的自由度が増大され、任意の時期、しかも任意の期間、堆肥の需要に合わせて堆肥化可能となり、それに伴って堆肥化設備の規模も小さくなり、その設備負担が低減される。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、乾燥設備は必要であるが、それに要する燃料が前記中間排水の生物処理で副生するバイオガスによって賄われるため、乾燥に伴なう燃料負担増は皆無である。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至３に記載のいずれかのの効果に加えて、堆肥の品質が安定化し、Ｎの不足の懸念も解消される。また、水分の高い農業・畜産の廃棄物に乾燥汚泥が添加され、水分調整がなされるため、農業・畜産の廃棄物のみの堆肥化で必要であった堆肥の戻しも不要となる。

請求項５の発明によれば、新しく供給される供給される澱粉製造廃水が昇温し、それに必要なスチームの消費量が低減されると共に、前記残った液が生物処理に適した温度又はそれに近い温度まで降温する。

本発明の澱粉製造廃水処理汚泥の堆肥化方法の実施の形態例を示すブロックフローダイアグラムである。 澱粉製造廃水処理汚泥の堆肥化方法の従来例を示すブロックフローダイアグラムである。 本発明の澱粉製造廃水処理方法の実施の形態例を示すフローダイアグラムである。

符号の説明

ＢＣ バロメトリックコンデンサ
ＢＬ 大気脚
ＣＦ 遠心分離（機）
ＦＤ フラッシュダイアグラム
ＶＰ 真空ポンプ

Claims (5)

1. 澱粉製造廃水処理によって分離された高水分の汚泥の堆肥化に先立って、汚泥が水分２０％以下に乾燥される
   ことを特徴とする澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法。
2. 前記汚泥の乾燥によって得られた乾燥汚泥が貯蔵される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法。
3. 前記澱粉製造廃水処理によって汚泥を分離された中間排水の生物処理で得られるバイオガスが前記汚泥の乾燥の燃料として使用される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法。
4. 前記乾燥された汚泥が他の農業・畜産の廃棄物に混合されたうえ、堆肥化される
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の澱粉製造廃水汚泥の堆肥化方法。
5. 加温された澱粉製造廃水からが固形分が分離されて、残った液が、減圧されることによって断熱的にフラッシュし、蒸発潜熱を奪われて降温すると共に、そのフラッシュによって生じた水蒸気が、新しく供給される、加温前の澱粉製造廃水と接触、凝縮し、その澱粉製造廃水に凝縮潜熱を与えて昇温させる
   ことを特徴とする、澱粉製造廃水処理方法。

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