JP3570605B2

JP3570605B2 - 汚泥浄化装置

Info

Publication number: JP3570605B2
Application number: JP29102697A
Authority: JP
Inventors: 典英佐保; 尚志磯上; 穣森田; 文隆半田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: JPH11123399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥浄化装置に関し、特に原水の浄化後に生じる汚泥を効率よく分離、除去できる汚泥浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海、湖沼、河川、貯水池等の連続水浄化装置の１つに磁気分離技術を用いたものがあり、例えば特開昭５９−３７１号に開示されている。これは、高勾配磁気フィルタを用いた磁気分離装置で、水処理する原水に磁気分離工程への前処理として、原水取水後に、例えば四三酸化鉄等の磁性粉と凝縮剤としての硫酸バン土やポリ塩化アルミニュウムを加えて撹絆する。これによって原水中の固形浮遊物や藻類、菌類、微生物等の不純物は、凝縮剤によって磁性フロックと結合し、コロイド状の多数の磁性を持った磁性凝集体、即ち磁性物質となる。これらの磁性物質は磁気分離部を通過する際に分離部に吸引され原水中から分離される。
【０００３】
図２は、上記した磁気分離装置の運転操作基本フローを示したもので、運転は次のように行われる。貯水池１の原水は、導水管２から大きなゴミを取るためのフィルタ３を通したのち、ポンプ４で原水貯槽５に原水６としていったん蓄えられる。この原水６に、薬剤調整装置７から四三酸化鉄の磁性粉とポリ塩化アルミニュウムやポリ鉄や高分子ポリマ等の凝集剤を導管８を通じて加え、撹絆槽９にてモータ１０で回転する撹絆機１１で撹絆し、磁性フロックの磁性物質を含む前処理水１２を製造する。前処理水１２は弁１３、導水管１４を通り磁気分離容器１５内に流入する。
空心コイル１６には直流電源装置１７から直流電源が供給され、その直流電流に比例した磁場が円筒状の磁気分離容器１５内に発生する。この磁場は鉄製のヨーク１９で囲まれて磁力線の通路を形成している通水用の多孔磁極１８によって均一化され、この均一化された磁場によって、高勾配磁気フィルタ２０に充填されたマトリックス状の磁性細線が磁化される。磁気分離容器１５内の磁場は、磁化された磁性細線充填物のために乱れを生じ、局部的に磁束の疎密ができ、高磁場勾配となる部分が多数発生する。このような高勾配磁気フィルタ２０へ磁性フロックを含んだ前処理水１２を下方から上向流で送水すると、原水中の磁性フロックは充填物の磁性細線表面に、大きな磁力で捕捉され、浄化された原水は処理水として弁２１、導水管２２を通り、処理水槽２３にいったん蓄えられ、導水管２４を通じて貯水池１に戻される。
【０００４】
磁性フロックの一定量が高勾配磁気フィルタ２０に捕捉されると、磁気分離の性能を回復させるために、フィルタの逆洗が行われる。逆洗時には、先ず弁１３を閉じて前処理水１２の送水を止める。次に、直流電源を切り、磁場を無くした後、高勾配磁気フィルタ２０の上部から弁２１を通じて処理水を所定の量逆流させ、弁２５を開く。また、この時、空気タンク２６から弁２７、導管２８を通じて空気を供給し、エヤーバブリングを行いながら磁性細線表面に付着した磁性フロックを洗浄除去し、洗浄水を逆洗処理水槽２９に蓄える。
【０００５】
この洗浄水は、逆洗処理水槽２９から図示を省略した機械攪拌機に導かれ、ここで磁性フロックが破砕され、生じた磁性粉がフロックから分離される。この磁性粉は、磁性粉回収機すなわち磁選機を通じて回収され、再度薬剤調整装置７へ運ばれて利用される。一方、磁性粉が分離された残りのフロックは、遠心分離機やベルトプレス機等によりその水分ができるだけ除去され、運び出されて埋め立て地等に廃棄されたり、焼却される。
また、逆洗処理水槽２９にたまった洗浄水の別の処理方法としては、逆洗処理水槽２９からの洗浄水を遠心分離機やベルトプレス機等にかけてその水分をできるだけ除き、含水率を低くしたのち焼却炉で焼却する。そしてその焼却灰から磁石を用いた磁選機で磁性粉を回収し、残りの灰は埋め立て地等に廃棄する。
フィルタの逆洗処理が終わると、再び弁２５、弁２７を閉じ、空心コイル１６に直流電源装置１７から直流電源を流し、弁２７を開いて磁気分離を再開する。
【０００６】
連続水浄化装置に加圧浮上分離技術や沈降分離技術等の比重差分離技術が用いられることもある。この種の固液分離技術を応用した湖沼、貯水池等の比重差分離装置では、水処理する原水に対する浮上分離工程への前処理として、大きなゴミを取るためのフィルタを通してポンプで原水貯槽にいったん蓄えられた原水に、薬剤調整装置からポリ塩化アルミニュウム、硫酸バン土、ポリ鉄等の凝集剤を加え、撹絆槽で撹絆し、フロックを含む前処理水を製造する。ここまでは磁気分離技術を用いる場合と同様であるが、磁性粉は特に投入されない。前処理水は弁、導水管を通り浮上分離容器内に導かれるが、浮上分離容器の下部からは、加圧水発生装置から空気が溶解した高圧水が注入される。この高圧水は大気開放により減圧され、溶解している空気は微細な気泡となって浮上分離容器内を浮上する。この時、気泡が前処理水中のフロックに付着し、フロックを自由界面の水面に浮上させる。浮上したフロックは掻き取り回収機で回収され原水から分離除去される。また、沈降分離装置では、浮上分離容器の代わりに沈降容器を用い、容器内には気泡を入れず比重が水より大きいフロックを自重で沈降させ、容器下部からフロックを回収し、原水からフロックを分離除去する。この回収されたフロックは、遠心分離機やベルトやプレス機等により水分をできるだけ除かれ、含水率を低くして運び出され、埋め立て地等に廃棄されたり、焼却される。
【０００７】
連続水浄化装置のさらに別の技術として、特開平６−５１１１９０号に開示されているように、超臨界水下で有機物や無機物を酸化する方法がある。対象としている汚泥は無機物と有機物を含む汚泥で、昇温過程より酸化剤を汚泥と一緒に混入して、３５０℃以上、２１０気圧以上の超臨界水下で処理する。この場合、処理後の無機固形物は処理液体との比重差で液体と分離される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
磁気分離技術を用いたときは、磁性粉を回収して再利用する。このために機械攪拌して磁性粉を磁性フロックから分離する方法を用いると、微細な磁性粉はまだ微細な汚泥中に混在しており、これらは磁選機では回収することは困難で、回収率が低減する問題がある。焼却灰から磁選機で磁性粉を回収した場合は、再生磁性粉は、焼却時に磁性粉例えばマグネタイトが高温で酸化してヘマタイトに変化し、磁化率が低下する。このため、磁性粉を再利用する場合、磁気分離性能が低下し、使用する薬剤量が増加し運転コストが増加するという問題がある。また、何れの方法でも、再生磁性粉に凝集体片が付着するので、これをそのまま原水中に戻して再利用すると、処理する原水の汚濁濃度を上昇させることになるとともに、凝集体片が付着した磁性粉は再度使用するとき凝集性能が低下する問題がある。
また、いずれの水浄化装置においても、汚泥を埋め立て地等に廃棄し、焼却する場所は、汚泥生成場所から遠く離れている場合が多い。従ってそこまで汚泥を運搬するためには汚泥の含水率を低減させ、運搬車から水が漏洩しないように対処する必要があり、遠心分離機やベルトプレス機等により脱水を行うが、このために汚泥中にさらに高分子凝集剤を添加し脱水率を向上する処理法がとられるので、高分子凝集剤分だけ余分に汚泥量が増加する問題がある。同時に汚泥を運搬するコストがかかる問題、さらには搬出日まで汚泥を一時的にストックしなければならず、蛋白質を多量に含むプランクトンのアオコ等を多量に含む汚泥をストックする場合、保管中に腐り悪臭を発生する問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、とくに磁気分離技術を用いた水浄化装置で発生する汚泥を良好に処理し、かつ使用した磁性粉を良好に回収することのできる汚泥浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、
処理対象とする原水に磁性粒子と凝集剤を添加して生じた磁性フロックを磁気的フロック分離手段により原水から分離し，生じた汚泥を浄化するための汚泥浄化装置であって、
前記汚泥を、前記磁性粒子が酸化を生じない高温高圧水とするための第１の高温高圧水発生手段と、
該手段により高温高圧となった汚泥中の前記磁性フロックから分離した磁性粒子を磁気的に分離して取り出すための第１の磁気分離手段と、
該手段により磁性粒子が除かれた後の高温高圧汚泥に酸化剤を加えたのちさらに高温高圧として超臨界水状態とするための第２の高温高圧水発生手段と、
を備えたことを特徴とする汚泥浄化装置を開示する。
【００１１】
また、本発明は、前記第２の高温高圧発生手段により超臨界状態となった汚泥から、酸化により生じた金属化合物を除去するための第２の磁気分離手段を設けたことを特徴とする汚泥浄化装置を開示する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明になる汚泥浄化装置の構成例を示すもので、運転操作基本フローで図示したものである。同図において、逆洗処理水槽２９には、図２で示した磁気分離式の水浄化装置によって原水から取り出された洗浄水が貯えられているとする。この磁性フロックの含有濃度が高くなっている洗浄水つまり汚泥は、逆洗処理水槽２９低部から搬出され、配管３０を通じてスラリ加圧ポンプ３１に導入される。このスラリ加圧ポンプ３１入口部では、薬剤タンク３２から、高温高圧水で処理する際必要な水、反応促進剤、中和剤としてのアルカリ溶液等が弁３３を通して汚泥に添加される。
１０ＭＰａ以上にスラリ加圧ポンプ３１で加圧された汚泥は、反応管３４内に吐出され、電源３６により加熱されたヒータ３５及び処理後の汚泥から熱回収を行う余熱熱交換器３７により約３５０℃未満に加熱されて亜臨界状態となり、磁性粉分離機３８へ導かれる。
【００１４】
ここで汚泥の処理過程における成分の変化をみると、まず図２の磁気分離式の水浄化装置で前処理された前処理水１２には、原水６に磁性粉及び凝集剤を加えて攪拌することにより、図３に示したように、磁性粉７０、藻類等の固形物７１が凝集材７２の作用で凝縮され、磁性フロックが形成されている。洗浄水２９には、磁気作用により磁性フロックが分離され、前述のように濃縮されて存在している。このような洗浄水２９を加圧、加熱して亜臨界状態とすると、図４に示したように、凝集した磁性フロックはその結合が破壊され、フロック中の固形物がバラバラになり、有機物は油状の粘性の高い液体と水分が混在した亜臨界溶液７３となり、汚泥中の磁性粉７０の周りから凝集剤が剥がれ、磁性粉単体で分離した状態となる。そしてこの亜臨界状態の温度では、磁性粉の酸化は起こらない。そこでこの亜臨界状態となった汚泥を磁性粉分離機３８へ導き、ここで攪拌手段（図示せず）で磁性粉の分離を促進しながら磁性粉７０を電磁石３９で容器端部に捕集する。この動作を続けている内に、ある程度の磁性粉が蓄積すると、電磁石３９の電源を切り、もしくは通電電流を小さくして電磁力を小さくし、弁４０を開いて内圧を利用して磁性粉スラリを回収する。この磁性粉は磁気分離に再利用する。
【００１５】
磁性粉分離機３８で磁性粉が除去された反応管３４’の汚泥には、高温高圧水酸化処理する際必要な、酸素や過酸化水素水や空気、さらに汚泥が酸性のときは反応促進剤のアルカリ溶液等が、薬剤タンク４１から弁４２、ポンプ４３を通して添加される。スラリ加圧ポンプ３１により１０ＭＰａ以上に加圧されている汚泥は、処理後の熱回収用の余熱熱交換器４４及び電源４６により加熱されているヒータ４５を通り、約３５０℃以上に加熱される。こうして反応管３４’内の水は超臨界状態となり、添加された空気や酸素等の酸化剤により有機物や凝集剤が酸化され、図５に示したように有機物は炭酸ガス７４や窒素ガス７５、水７６等に分解される。これにより、植物、動物プランクトン等の有機物および有機系凝集剤は、炭酸ガスや窒素ガス、水等に分解される。一方、無機凝集剤の金属イオン、硫酸イオン、塩素イオンは、酸化金属７７、りん酸塩７８等の金属塩と、塩酸や硫酸７９等に変化し、汚泥の固形成分は大幅に低減し、大幅に減容される。また、汚泥が酸性のときは薬剤タンク４１から石灰等のアルカリ性物質を添加するので、有機物分解反応が促進されるとともに、生成物の塩酸、硫酸と反応し塩の固形物に変化し、汚泥処理水を中和することができる。
【００１６】
この図５のような状態になった汚泥処理水は高温となっているので、余熱熱交換器４４と余熱熱交換器３７で反応前の汚泥を加熱することによりその熱エネルギーを回収再利用される。そして弁４７で大気圧まで減圧され、配管４８を通って汚泥処理水タンク４９に貯蔵される。このタンク４９の上部からは窒素ガスや炭酸ガス等の気体が弁５２、配管５３を通して大気に放出され、固形物は下部から配管５４を通してスラリとしてタンク外に排出される。また、必要があれば、薬剤タンク５０から処理水を中和するための中和剤等を弁５１を通して注入する。
タンク４９から排出されたスラリ中には銅やマンガンや水銀等の金属酸化物粒子、りん酸塩等が含まれているが、これらは磁化率を有している。そこで図２に示したのと同様な磁石構成の磁気分離装置５５により、これらの金属酸化物粒子、りん酸塩等を汚泥処理水から分離し、弁５６、配管５７を通してこれらを除去する。こうして除去した分離物は、磁化率の違いを利用して、磁場強さや磁気勾配が異なる複数個の磁気分離装置でそれぞれの固形物を分離し、区別して回収し再利用することができる。こうして金属酸化物等を除去した後のスラリは、廃土として配管５８から排出され、スラリ中の水分は中和処理され、排水される。
【００１７】
なお、図１の構成では、磁性粉分離機３８及び磁気分離装置５５はそれぞれ独立に設けるものとして説明したが、これらは図２の磁気分離容器１５、多孔磁極１８、高勾配磁気フィルタ２０等から成る磁気分離装置と同様な構造である。従って、配管系が特に複雑になったり長くなったりしなければ、高勾配磁気フィルタ２０の一部を仕切って複数の磁性分離装置として使用するようにしてもよく、上記３つの磁気分離手段の２または３個を一体構造として形成することもできる。この場合、容器、ヨーク、空心コイルとその電源等は共用となるので、経済的な構成となる。
【００１８】
以上に説明した本発明の汚泥浄化装置によれば、汚泥を高温高圧水として凝集剤の凝集作用を壊し、これによって汚泥中の磁性粉の周りから凝集剤が剥がれるようにして、磁性粉単体で分離する。従って、純度の高い磁性粉を、余分な不純物を添加しなくても容易に取り出すことができ、また、磁性粉の酸化温度となる前に汚泥中から分離できるので、磁化率を低下させることがなく、再利用効率を高めることができる。また、汚泥の減容化により、汚泥処理コストも大幅に低減できる。また、汚泥物中の動植物プランクトン等に含まれる重金属イオンも酸化処理されて金属酸化物となり、他の金属酸化物とともにを分離除去されるから、廃棄汚泥から重金属を除去することができ、二次汚染も防止できる。さらにこれら酸化処理は、大気と隔離した容器内で行われ、排気ガスは炭酸ガスや窒素ガス等であるので、悪臭を防止することができる。
【００１９】
なお、ポリ塩化アルミニュウムやポリ鉄等の凝集剤を使用した比重差分離装置等の他の浄化装置で発生した汚泥の場合にも、図１の構成で磁性粉分離機３８と電磁石３９、弁４０を除いた汚泥浄化装置とすれば、磁性粉の回収、再利用の効果を除いたその他の効果は同様に生じる。この場合、凝集剤中のアルミニュウムを金属酸化物として汚泥処理水から除去でき、アルミニュウムを除去した汚泥として廃棄するので、二次汚染をもたらすことが無い。また、浄化装置から発生した汚泥の含水率が、一般にはトラック等では水分が多すぎて運搬不可能な、例えば８５％より大きくても、浄化装置近くの場所に設置した汚泥浄化装置の高温高圧水で酸化処理できるので、低回転数遠心脱水装置や小型のベルト加圧脱水装置で脱水するだけでよく、装置コストを低減できる効果がある。
【００２０】
また、以上では、被処理水としては動物プラクトンや植物プランクトンから生じる汚泥の浄化装置に関して記載したが、有機、無機物質、重金属物質や化学物質等を含む、海水、河川水、湖沼水、工業廃水、ゴミ処理場の雨水廃水、下水、排煙洗浄水等か発生する汚泥の浄化にも使用できることは明らかである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、純度の高い磁性粉を回収できるので、運転コストを低下でき、連続的に汚泥を高温高圧水で酸化処理でき、さらに処理水中の金属酸化物を分離除去でき、減容化されたスラッジを廃棄処分できるので、２次環境汚染を起こすことなく、汚泥処理コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる汚泥浄化装置の構成例を示すフロー図である。
【図２】従来の磁気分離式の水浄化装置の運転操作基本フローを示す図である。
【図３】磁気分離式の水浄化装置で処理した後の洗浄水（汚泥）の成分説明図である。
【図４】図３の汚泥を加圧、加熱して亜臨界状態としたときの成分説明図である。
【図５】図４の汚泥から磁性粉除去後の汚泥を超臨界状態としたときの成分説明図である。
【符号の説明】
２０高勾配磁気フィルタ
３１加圧ポンプ
３２、５０薬剤タンク
３４反応管
３５、４５ヒータ
３８磁性粉分離機
４１薬剤タンク
４９汚泥処理水タンク
５５磁気分離装置

Claims

処理対象とする原水に磁性粒子と凝集剤を添加して生じた磁性フロックを磁気的フロック分離手段により原水から分離し、生じた汚泥を浄化するための汚泥浄化装置であって、
前記汚泥を、前記磁性粒子が酸化を生じない高温高圧水とするための第1の高温高圧水発生手段と、
該手段により高温高圧となった汚泥中の前記磁性フロックから分離した磁性粒子を磁気的に分離して取り出すための第１の磁気分離手段と、
該手段により磁性粒子が除かれた後の高温高圧汚泥に酸化剤を加えたのちさらに高温高圧として超臨界水状態とするための第２の高温高圧水発生手段と、
を備えたことを特徴とする汚泥浄化装置。
前記第２の高温高圧水発生手段により超臨界状態となった汚泥から、酸化により生じた金属化合物を除去するための第２の磁気分離手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の汚泥浄化装置。
前記第1及び第２の磁気分離手段、及び前記磁気的フロック分離手段の内の少なくとも２つは、磁気分離を行うための原水もしくは汚泥の通路部分のみが互いに隔離され、磁気分離のための磁力発生手段を含む他の部分は一体構造で構成されて成ることを特徴とする請求項１記載の汚泥浄化装置。
前記第２の磁気分離手段により分離除去された金属化合物を、その磁化の強さに応じて分別回収するための分別回収手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の汚泥浄化装置。