JP2014188504A - 電気浸透脱水装置のカルシウムスケール付着検知方法及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気浸透脱水装置の陰極へのカルシウムスケール付着を迅速に検知し、陰極を適切に洗浄することができる電気浸透脱水装置のカルシウムスケール付着検知方法及び洗浄方法を提供する。
【解決手段】濾布よりなるコンベヤベルト１がローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、陰極４の上面に沿って無端回動可能とされている。コンベヤベルト１の搬送方向に陽極ユニット２１〜２５が配列されており、下面に陽極板３３が設けられている。電極への通電方式が定電圧方式の場合は、通電電流値が所定時間以上にわたって所定値以下となったときに、陰極４へのカルシウムスケール付着量が多くなったものと判断し、陰極４を酸で洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水の生物処理汚泥、上水汚泥などの含水物を脱水するための電気浸透脱水装置の陰極へのカルシウムスケール付着検知方法及び陰極の洗浄方法に関する。

排水の生物処理過程で発生する汚泥などの含水物を脱水処理する方法として、電気浸透脱水が周知である（特許文献１〜３）。この電気浸透脱水処理では、被処理含水物に通電して、マイナスに荷電した汚泥を陽極側に引き寄せ、一方、汚泥の間隙水を陰極側に移動させて分離させながら加圧力をかけて脱水するため、機械的脱水処理の場合に比べて、脱水効率が高く、汚泥の含水率を更に低減することが可能である。

特許文献１〜３の電気浸透脱水装置は、無端回動するコンベヤベルトの上に汚泥を供給し、コンベヤベルトの下側の陰極板とコンベヤベルトの上方の陽極ユニットとの間で含水物を挟圧すると共に電流を通電して電気浸透脱水するように構成したものである。陽極ユニットはコンベヤ移動方向に複数個配設されている。各陽極ユニットの底面部には水平な陽極板が設置されている。この陽極板はエアシリンダによって押し下げ可能とされると共に、スプリングによって引き上げ可能とされている。コンベヤは、陽極板を上昇させた状態で、１スパン（陽極ユニットの設置間隔）分だけ含水物を移動させる。

特開２０１２−１８３５２３ 特開２０１２−１７６３５８ 特開２０１１−１３６２９２

電気浸透脱水部では陽極と陰極の間に汚泥を挟み込み直流電流を印加するが、この時、電極にスケール等の汚れが付着することがある。たとえば陽極にシリカスケールが付着し、陰極にカルシウムスケールが付着する。

特許文献１には、陽極に付着したスケールを膜厚計で測定し、付着量が多くなった場合に洗浄液で洗浄することが記載されている。特許文献２には、通電電流値が所定時間以上にわたって所定値以下となったときに、陽極へのスケール付着量が多くなったものと判断し、陽極を洗浄することが記載されている。しかしながら、特許文献１，２には、陰極へのカルシウムスケール付着量を検知して陰極洗浄を行うことについての開示はない。

本発明は、電気浸透脱水装置の陰極へのカルシウムスケール付着を迅速に検知し、陰極を適切に洗浄することができる電気浸透脱水装置のカルシウムスケール付着検知方法及び洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の電気浸透脱水装置のカルシウムスケール付着検知方法は、対向配置された電極と、対向する電極間に通電する通電手段と、対向する電極同士の間に配置された濾材と、該濾材同士の間又は濾材と一方の電極との間の電気浸透脱水処理部で被処理含水物を挟圧するための挟圧手段とを有する電気浸透脱水装置の陰極を洗浄する方法において、該通電手段で定電圧方式にて電極間に通電しているときの電流値が所定時間以上にわたって所定値以下であるときに、陰極にカルシウムスケールが所定量以上付着したものと判断するものである。

本発明の電気浸透脱水装置の洗浄方法は、かかるカルシウムスケール付着検知方法により陰極にカルシウムスケールが所定量以上付着したものと判断されたならば、陰極を洗浄することを特徴とするものである。

本発明では、電気浸透脱水装置に定電圧方式で通電しているときに電流値が所定時間以上にわたって所定値以下である場合、陰極にカルシウムスケールが所定量以上付着しているものと判定し、陰極を洗浄する。これにより、陰極のカルシウムスケールを迅速に検知し、適切な時期に陰極を洗浄することができる。

陰極に付着したカルシウムスケールは、酸、特にメタンスルホン酸、スルファミン酸、乳酸により十分に洗浄除去することができる。

陽極にシリカが付着しても脱水効果の低下が起きるが、これは長期間の脱水した場合に起きる。また、特許文献３のように、陽極ユニットにカバーを設けることでシリカスケールの生成を防止できる。この場合、陰極へのカルシウムスケールの生成の方が早くなり、カルシウムスケールによる通電量の低下、ひいては脱水効果の低下が起きる。また、対象とする脱水ケーキによってはシリカはほとんど含まず、カルシウムを高濃度で含む場合がある。このような場合、カルシウムスケールの生成はシリカスケールに比べて速いので、電流の低下はカルシウムスケールによるものであることが多い。従って、カルシウムスケールの付着を検知することにより、電気浸透脱水装置を適切に洗浄することができる。

（ａ）図は実施の形態に係る洗浄方法が適用される電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１の電気浸透脱水装置のコンベヤベルト搬送時の概略的な縦断面図である。 別の実施の形態に用いられる電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図である。 実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１（ａ）及び図２は、実施の形態に係る洗浄方法が適用される電気浸透脱水装置の長手方向（ベルト回動方向）に沿う縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１は脱水工程の様子を示しており、図２は、この電気浸透脱水装置のベルト送り工程の様子を示している。なお、図２ではトレー６及び配管７の図示が省略されている。

［電気浸透脱水装置の説明］
図１，２の通り、濾布よりなるコンベヤベルト１がローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、無端回動可能とされている。

このコンベヤベルト１の上面側が搬送側となっており、下面側が戻り側となっている。コンベヤベルト１の搬送側の下面に板状の陰極４が配置されている。この陰極４は金属などの導電材よりなる板状部材であり、上下方向に貫通する多数の孔を有している。陰極４はローラ２の直近からローラ３の直近まで延在している。

このコンベヤベルト１の上面（搬送部）の搬送方向上流部に被処理含水物（この実施の形態では汚泥Ｓ）を供給するようにホッパー５が設けられている。

陰極４の下側に、陰極４の前記孔を通って落下してくる濾液を受けとめるトレー６が設けられている。

トレー６で集められた濾液は、配管７を介して水処理設備へ送られる。なお、一部の濾液をホッパー５に返送して汚泥に添加してもよい。

コンベヤベルト１の搬送部の上方に陽極ユニット２１，２２，２３，２４，２５が設置されている。なお、図１（ｂ）の通り、コンベヤベルト１の搬送部の両サイドに非導電性の側壁板２０が立設されており、コンベヤベルト１上の汚泥が側方へはみ出ないように構成されている。陽極ユニット２１〜２５は側壁板２０，２０間に配置されている。

この実施の形態では陽極ユニットがコンベヤベルト搬送方向に５個配置されているが、これに限定されない。陽極ユニットは、コンベヤベルト搬送方向に通常は２〜５個程度配置されていればよい。

各陽極ユニット２１〜２５は、下面に固着された陽極板３３と、エアシリンダ（図示略）を有している。エアシリンダは、シリンダ部の上端が電気浸透脱水装置のマシンフレーム（図示略）に連結されており、ピストンロッドの下端が陽極ユニットに連結されている。エアシリンダ内にエアを供給すると、陽極板３３が下方に移動する。エアシリンダからエアを排出すると、陽極板３３が引き上げられて、上昇する。

各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３に対しては、直流電源装置（図示略）から直流電流が通電される。

このように構成された電気浸透脱水装置によって汚泥の脱水処理を行うには、ホッパー５内に供給された汚泥Ｓをコンベヤベルト１上に送り出し、各陽極ユニット２１〜２５に直流電流を通電すると共に、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダにエアを供給し、この汚泥を陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で上方から押圧する。

電圧は、陽極ユニット２１〜２５が正、陰極板４が負となるように印加される。各陽極ユニット２１〜２５に対し同一の電圧を印加するのが装置の運転管理を容易とする点からして好適であるが、搬送方向下流側ほど電圧を高くしたり、逆に低くしたりしてもよい。また、各陽極ユニットの電流値が同一となるように通電制御してもよい。

各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダに対し同一の圧力のエアを供給してもよく、下流側の陽極ユニットほど供給エア圧を大きく又は小さくするようにしてもよい。

このように陽極ユニット２１〜２５と陰極板４との間に通電すると共に陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で汚泥をプレスすることにより、汚泥が電気浸透脱水される。そして、脱水濾液がコンベヤベルト１を透過し、陰極板４の孔を通過してトレー６上に落下する。トレー６上に落下した濾液は、水処理設備に送られて処理する。なお、このトレー６からの電気伝導率の高い濾液をホッパー５内に供給するようにした場合には、被処理汚泥の電気伝導率が高くなり、陽極ユニット２１〜２５と陰極板４との間の汚泥の電気伝導率が高くなり、脱水性が向上する。これにより、得られる脱水汚泥の含水率が低いものとなる。

図１のように各陽極ユニット２１〜２５に通電すると共に、陽極ユニット２１〜２５によって汚泥をプレスするときには、コンベヤベルト１は停止している。陽極ユニット２１〜２５によって所定時間プレス及び通電を行った後、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダからエアを排出し、図２の通り、陽極板３３を上昇させる。そして、コンベヤベルト１を陽極ユニット２１〜２５の配列ピッチの１ピッチ分だけ移動させる。これにより、陽極ユニット２５の下側に位置していた汚泥は、脱水汚泥として送り出され、各陽極ユニット２１〜２４の下側に位置していた汚泥はそれぞれ１段だけ下流側の陽極ユニット２２〜２５の下側に移動する。コンベヤベルト１の搬送面の末端側の脱水汚泥は、ローラ３を通り過ぎた位置でコンベヤベルト１から送り出される。また、ホッパー５から未脱水処理汚泥が陽極ユニット２１の下側に導入される。次いで、各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３を押し下げると共に各陽極ユニット２１〜２５と陰極４との間に通電し、汚泥の電気浸透脱水処理を行う。以下、この工程を繰り返すことにより、汚泥を電気浸透脱水処理する。

［陰極へのカルシウムスケール付着の検知］
電気浸透脱水装置の運転を継続していると、陰極４に次第にカルシウムスケールが付着してくるので、定電圧方式で通電しているときには電流値が次第に低下する。そのため、定電圧方式の場合は、通電電流値が所定時間以上にわたって所定値以下となったときには、陰極４へのカルシウムスケール付着量が多くなったものと判断し、陰極を洗浄する。

この所定値及び所定時間は、汚泥の性状や通電条件によって変わるので、実験的に定めるのが好ましい。通常の場合、所定時間は０．１〜２．０時間の間から選定された時間となる。

なお、陽極にはシリカスケールが付着するが、陽極へのシリカスケールの付着は陰極へのカルシウムスケールの付着に比べて少ない。また、陽極へのシリカスケールの付着は、特許文献３のように陽極に導電性被覆層を設けることにより防止することができる。

［電気浸透脱水装置の洗浄方法］
陰極４の洗浄を行うには、電極を取り外して洗浄したり、洗浄液を注ぎかけたりするのが好ましい。

この洗浄液としては、酸の水溶液が好ましい。酸としては、スルファミン酸、メタンスルホン酸、乳酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸などが良い。陰極はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）で作成していることが多く、塩酸（ＨＣＬ）溶液は陰極を腐食させる。また、硫酸はカルシウムと反応して、硫酸カルシウム（石膏）を生成するので適当ではない。その他、硝酸、クエン酸、リンゴ酸、酢酸などの酸も使用可能あるが、ＳＵＳ腐食性が低く、カルシウム除去効果が高い酸性溶液としては、スルファミン酸、メタンスルホン酸、乳酸が適している。酸の濃度は２〜２０ｗｔ％程度が好ましいが、それ以上であってもよい。

上記実施の形態では、陽極ユニット２１〜２５とコンベヤベルト１及び陰極４によって汚泥を電気浸透脱水する電気浸透脱水装置に本発明方法を適用しているが、本発明は別型式の電気浸透脱水装置にも適用可能である。例えば、図３のように陽極ドラム６１と、陰極を兼ねるコンベヤベルト６２との間で汚泥Ｓを挟圧する電気浸透脱水装置６０にも本発明を適用できる。

本発明では、洗浄液による洗浄の後に、電極や濾材に残留した洗浄液や酸を除去するために、水洗いしてもよい。

本発明の効果を確認するために次の実験を行った。
＜実験１＞
スケールが付着していない、直径１００ｍｍの陽極と陰極との間に汚泥１６０ｇを挟み、直流６０Ｖを９分間にわたって印加し、通電電流値、濾液量及び温度の経時変化を測定した。結果を図４に示す。なお、陰極は多孔板よりなる。

＜実験２＞
陰極としてカルシウムスケールが２ｇ付着したものを用いたことは同様にして通電電流値の経時変化を測定した。結果を図４に示す。

図４の通り、カルシウムスケールが付着していると、カルシウムスケールが付着していない場合に比べて電流値が約１〜１．５Ａ低下している。

したがって、通電時の(電圧印加時の)電流値が一定時間以上(例えば１時間以上)低い状態で継続した場合、スケールが付着したと判断できる。この電流値は、汚泥の性状(汚泥中の電解質濃度や汚泥固形物中に含有する無機成分量)などにより異なるため、汚泥性状に従って実験的に定めるのが好ましい。

＜実験３＞
カルシウムスケールが付着した実験２の陰極にメタンスルホン酸１０％溶液を２００ｍＬ散布して５分放置し、その後水洗いして除去したＣａ量を測定したところ、溶出したＣａ量はほぼ２ｇであった。

また、再度メタンスルホン酸１０％溶液２００ｍＬを散布して、除去したＣａ量を測定しても、Ｃａはほとんどなく、第１回目の洗浄でほぼ全量のＣａが除去されたことが認められた。

１ コンベヤベルト
２，３ ローラ
４ 陰極
５ ホッパー
６ トレー
２１〜２５ 陽極ユニット
３３ 陽極板

Claims (3)

1. 対向配置された電極と、
   対向する電極間に通電する通電手段と、
   対向する電極同士の間に配置された濾材と、
   該濾材同士の間又は濾材と一方の電極との間の電気浸透脱水処理部で被処理含水物を挟圧するための挟圧手段と
   を有する電気浸透脱水装置の該陰極へのカルシウムスケールの付着を検知する方法において、
   該通電手段で定電圧方式にて電極間に通電しているときの電流値が所定時間以上にわたって所定値以下であるときに、陰極にカルシウムスケールが付着したものと判定することを特徴とする電気浸透脱水装置のカルシウムスケール付着検知方法。
2. 請求項１のカルシウムスケール付着検知方法によってカルシウムスケールが付着したものと判定された場合に、前記陰極を洗浄することを特徴とする電気浸透脱水装置の洗浄方法。
3. 請求項２において、前記陰極を酸で洗浄する方法であって、該酸がメタンスルホン酸、スルファミン酸及び乳酸の少なくとも１種であることを特徴とする電気浸透脱水装置の洗浄方法。

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