JPH0641000B2 - 汚泥の脱水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、下水、し尿・各種産業廃水処理工程で発生す
る汚泥の脱水装置に関するものである。

［従来の技術］ 下水・し尿・各種産業廃水処理工程で発生する汚泥は、
埋立に使用したり、乾燥して焼却処理したりして処分さ
れている。このため、下水・し尿・産業廃水処理工程で
発生した汚泥は脱水して、含水率を低くする必要があ
る。

而して、従来の脱水装置の一例は第５図に示され、図
中、ｃは汚泥ａとカチオン系有機高分子凝集剤ｂを攪
拌、混合して凝集フロックを生成させる攪拌槽、ｄは攪
拌槽ｃからの凝集フロックを脱水するためのスクリュー
デカンタ型遠心分離機である。

上記装置では、汚泥ａにカチオン系有機高分子凝集剤ｂ
を添加し、攪拌槽ｃで両者を混合し、生成した凝集フロ
ックをスクリューデカンタ型遠心分離機ｄに入れて脱水
し、分離液ｅと脱水ケーキｆとに分けていた。ところが
この脱水装置では、凝集フロック中の水分の除去が完全
でないために、得られる脱水ケーキｆの含水率は、消化
汚泥の場合には75〜80％、余剰汚泥の場合には80〜85％
であって含水率が大きく、処理工程としての埋立、乾燥
・焼却の処理コストを大きなものとしていた。

また、従来の脱水装置の他の例としては、第６図に示す
ごとく、第５図に示す攪拌槽ｃを省略したライン注入方
式と呼ばれるものがある。而して該装置では、汚泥ａに
カチオン系有機高分子凝集剤ｂを添加してスクリューデ
カンタ型遠心分離機ｄに入れ分離液ｅと脱水ケーキｆと
に分けるようにしているが、第５図に示す装置と同様の
含水率が得られるに過ぎない。

さらに、従来の脱水装置の他の例としては、第７図に示
すように攪拌槽ｃとスクリューデカンタ型遠心分離機ｄ
の間に別の攪拌槽ｈを設置したものがある。而して該装
置では、第１段として汚泥ａにカチオン系有機高分子凝
集剤ｂを添加し、第１段の攪拌槽ｃで急速攪拌して汚泥
粒子のマイナス荷電を中和し、次の第２段としてアニオ
ン系有機高分子凝集剤ｇを添加し、第２段の攪拌槽ｈで
攪拌して緻密で大きなフロックを生成させた後、脱水機
ｄに入れて分離液ｅと脱水ケーキｆとに分離していた。
この第７図に示す装置による脱水は二液法と称するもの
であるが、凝集剤と汚泥との混合がむずかしく、適切な
攪拌速度（回転数）、攪拌時間のコントロールが複雑で
あり、高価な有機高分子凝集剤を２種類も使用するので
薬剤費が大きく、脱水ケーキｆの含水率改善も２〜３％
程度であった。

さらにまた、第５図〜第７図の装置では、カチオン系有
機高分子凝集剤ｂの添加前あるいは添加後に、無機凝集
剤、例えば塩化第二鉄、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニ
ウムなどを汚泥に添加して、凝集性の改善あるいは脱水
の改善を行うことが検討されている。この各従来の装置
による脱水は、汚泥の凝集後に無機凝集剤を添加する
と、凝集フロックは微細化するものの固くなり、脱水性
はよくなるといわれているが、脱水ケーキ含水率改善は
１％程度であった。

以上のように従来装置による汚泥の脱水は、いずれも凝
集剤を汚泥に添加してから脱水するという前添加の脱水
であって、脱水効果のある凝集フロックの生成に主眼が
あるが、どのような凝集フロックがよいか不明な点が多
く、また汚泥性状の変動に対する追従性がわるく、下水
・し尿・産業廃水処理場では、適切な凝集剤の選定を模
索している現状である。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の模索のひとつの方向として、近年、汚泥に有機高
分子凝集剤を添加して攪拌槽で攪拌した後、汚泥をスク
リューデカンタ型遠心分離機により脱水して固体もしく
は半固体のケーキ性の汚泥とし、しかる後スクリューデ
カンタ型遠心分離機内でケーキ状の汚泥に無機凝集剤を
添加してケーキ状の汚泥をさらに脱水することが検討さ
れている。

しかしながら、従来のスクリューデカンタ型遠心分離機
では、汚泥を供給し脱水することはできても、スクリュ
ーデカンタ型遠心分離機内である程度脱水されたケーキ
状の汚泥に無機凝集剤を添加することはできず、従っ
て、最終物として得られる脱水ケーキの脱水率を十分に
向上させることができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑み、スクリューデカンタ型遠心
分離機内にあるケーキ状の汚泥に無機凝集剤を添加し得
るようにし、もって最終生成物として得られる脱水ケー
キの含水率を向上させることを目的としてなしたもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、汚泥に有機高分子凝集剤を添加して攪拌、混
合し凝集フロックを生成させる攪拌槽と、攪拌槽で生成
された凝集フロックを脱水して得られた分離液及び汚泥
堆積物を取出すようにしたスクリューデカンタ型遠心分
離機を備え、該スクリューデカンタ型遠心分離機は、一
端側から軸線方向中途部までは略同一径に形成され且つ
軸線方向中途部から他端側へ向けて先細りテーパ状に形
成された高速回転可能な中空状の外胴と、該外胴内に同
心状に格納されると共に外周にスクリューが固設された
高速回転可能な中空状の内胴と、該内胴内に外胴の小径
側から内胴内の軸線方向中途部まで挿入され且つ内胴内
に凝集フロックを供給し得るようにした内管と、該内管
に所定の隙間を隔てて外嵌され且つ隙間内を無機凝集剤
が内胴の軸線方向中途部へ向って流れるようにした外管
を備え、前記内胴には、前記内管から内胴内へ導入され
た凝集フロックを外胴内へ送出させる凝集フロック吐出
口が形成され、前記外胴の大径側先端部の側板には分離
液を排出するためのオリィフィスが形成され、前記外胴
の小径側先端近傍には脱水された汚泥堆積物を排出する
汚泥堆積物吐出口が形成され、前記外管の内胴内先端側
には、外管を通って供給された無機添加剤を内胴内へ送
出す無機添加剤吐出口が形成され、内胴の軸線方向中途
部には、外胴内周のテーパ部を脱水されつつ小径側へ移
動する汚泥堆積物に内胴内から無機凝集剤を添加する無
機凝集剤吐出口が形成されているものである。

［作用］ 有機高分子凝集剤の添加された汚泥は攪拌槽で攪拌され
て凝集フロックが生成され、該凝集フロックは、攪拌槽
からスクリューデカンタ型遠心分離機の内管を通って内
胴内に導入され、内胴から凝集フロック吐出口を通って
外胴内に送出され、外胴内周に沿って外胴の径の小さい
方へ移動しつつ脱水が行われる。

また、脱水が行われつつ外胴内を径の小さい方向へ移動
しているケーキ状の汚泥には、外管、外管に設けた無機
凝集剤吐出口、内胴に設けた無機凝集剤吐出口より無機
凝集剤が添加され、これにより汚泥内部に残留している
水分は十分に除去され、脱水率が向上する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明装置の系統を示すもので、図中、３は
攪拌槽、４はスクリューデカンタ型遠心分離機である。
而して、本実施例では、汚泥１に有機高分子凝集剤２を
添加し、攪拌槽３で両者を混合し、生成した凝集フロッ
クをスクリューデカンタ型遠心分離機４に入れる。

スクリューデカンタ型遠心分離機４内の脱水は、前脱水
５と後脱水６とに分けて考えることができ、後脱水にお
いて無機凝集剤７を添加し得るようになっている。また
スクリューデカンタ型遠心分離機４によって凝集フロッ
クは分離液８と脱水ケーキ９とに分離して排出される。

後脱水６において添加される無機凝集剤７としては、塩
化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄等の通常の鉄塩ある
いはポリ硫酸鉄のような高分子状の鉄塩等が使用され、
その強力な水分排除力により汚泥内部の残留水分を除去
し、最終物として得られる脱水ケーキ９の含水率を低減
させる。

次に本実施例に用いるスクリューデカンタ型遠心分離機
の一例を第２図により説明する。

第２図において、１０は一端側から軸線方向中途部まで
略同一径に形成され且つ軸線方向中途部から他端側へ向
けて先細りテーパ状に形成された外胴、１１は外胴１０
内に略同心状に格納されると共に外周にスクリュー２３
が固設された内胴であって、外胴１０は軸受１２により
支持されている。また外胴１０および内胴１１は高速回
転可能になっている。

内胴１１の内部は室１３と室１４とに分けてあって、室
１３の中心にはフィードパイプ１５が挿入されている。
該フィードパイプ１５は、外胴１０の小径側から内胴１
１内の軸線方向中途部まで挿入され且つ内胴１１の室１
４内に凝集フロック１８を供給し得るようにした内管１
７と、該内管１７に所定の隙間を隔てて同心状に外嵌さ
れ且つ隙間内を無機凝集剤７が内胴１１の室１３の奥ま
で送られるようにした外管１６を備え、該外管１６には
図示してないポンプにより送給された無機凝集剤７を外
管１６へ導入し得るよう側管１９が接続されている。

内胴１１の室１４側の内周には、内胴１１内に供給され
た凝集フロック１８を外胴１０内へ送出させる凝集フロ
ック吐出口２０が形成され、外胴１０の大径側先端部の
側板には、分離液８を排出するためのオリィフィス２２
が形成され、外胴１０の小径側先端部近傍には含水率の
低くなった汚泥堆積物２１を吐出する汚泥堆積物吐出口
２４が形成され、外管１６の内胴１１内先端側には、外
管１６を通って供給された無機凝集剤７を内胴１１内へ
送出する無機添加剤吐出口２５が形成され、内胴１１の
軸線方向中途部には、外胴１０内のテーパ部を脱水され
つつ小径側へ移動する汚泥堆積物２１に内胴１１の室１
３から無機凝集剤７を添加するための無機凝集剤吐出口
２６が形成されている。

凝集フロック１８は内管１７を通って室１４に入り、凝
集フロック吐出口２０から外胴１０内に吐出される。そ
して外胴１０の高速回転による遠心力で分離液８と汚泥
堆積物２１とに分離されて前脱水５（第１図参照）さ
れ、分離液８はオリィフィス２２からオーバーフローし
て外胴１０から排出される。汚泥堆積物２１は遠心力に
より圧密されて後脱水６（第１図参照）が行なわれ、次
に説明するようにさらに水分が除去された後、汚泥堆積
物吐出口２４の外にかき出される。

外管１６に供給された無機凝集剤７は、外管１６の無機
凝集剤吐出口２５から室１３に入り、さらに無機凝集剤
吐出口２６から外胴１０の内部に吐出される。そして圧
密によって固体もしくは半固体のケーキ状となっている
汚泥堆積物２１の表面に噴霧されて内部に浸透する。こ
れによって汚泥堆積物２１の内部に残留している水分は
除去され、分離液８に加えられ排出される。このように
して含水率の低くなった汚泥堆積物２１が、前述したよ
うに汚泥堆積物吐出口２４の外にかき出されることにな
る。

従来において無機凝集剤を加える場合には、スラリー状
の汚泥に無機凝集剤を添加していたので、無機凝集剤が
汚泥の固形物粒子と反応する以前に液体部分と反応して
しまい、無機凝集剤が有効に働かず、損失があったが、
本実施例では、前脱水５（第１図参照）した含水率の低
いケーキ状の汚泥に無機凝集剤７を添加するため、液体
部分との反応による効率低下がなく、汚泥粒子に有効な
脱水作用を及ぼすことになる。

上述のスクリューデカンタ型遠心分離機４により、無機
凝集剤７としてポリ硫酸鉄を使用した場合の汚泥脱水の
実験例を示すと、第１表のようになる。

以上の実験１および実験２とも、無機凝集剤添加の効果
は明瞭で、添加せずの場合より、5.0〜5.5％の含水率低
減が認められた。

第３図は、実験室にて卓上遠心機を用い、下水消化汚泥
をスクリューデカンタ型遠心分離機による従来法で得た
脱水ケーキ22ｇを試料とした場合の遠心時間と含水率と
の関係を示したグラフである。卓上遠心分離機に入れる
試料の含水率は77.3％であって、一方の実験は脱水ケー
キをそのまま使用し、他方の実験は試料にポリ硫酸鉄を
１ml添加したものを使用しており、何れも小孔をあけた
円筒状の試験用脱水容器に試料を入れ、遠心効果1,520
Ｇで遠心脱水した場合を示している。第３図からわかる
ように、ポリ硫酸鉄を添加すると大巾に含水率が低下
し、例えば遠心時間３０秒では75.5-71.0＝4.5％の含水
率低下がみられ、また遠心時間5.5分では74.6-65.5＝9.
1％の含水率低下があって、無機凝集剤を添加すること
による脱水効果は、大きいことがわかる。

無機凝集剤はいずれも安価で、有機高分子凝集剤に比
べ、1/20〜1/40の価格である。ポリ硫酸鉄の価格を50円
／kg、有機高分子凝集剤の価格を1500円／kgとすると、
汚泥流量１m³/hrに要する凝集剤の費用は次のようにな
る。

ポリ硫酸鉄の場合 ポリ硫酸鉄添加量20ml/min.＝29g/min （比重1.45） 有機高分子凝集剤の場合 溶解濃度を0.3％とすると、添加量は2.131/minとなる。

次に、脱水ケーキを焼却する場合、燃料（重油）単価を
70円／kg-oil、可燃分の高位発熱量を5,000kcal/kgとす
ると、脱水ケーキ含水率と補助燃料費との関係は、第４
図に示すようになる。第１表の実験１の脱水ケーキを焼
却する場合の補助燃料費を第４図で見ると、次のように
なる。

ポリ硫酸鉄添加 ケーキ含水率 72.7％ 補助燃料費 ６円−oil/kg-ds ポリ硫酸鉄添加なし ケーキ含水率 77.7％ 補助燃料費 13円−oil/kg-ds 凝集剤の費用と補助燃料費とを合計した汚泥の処分費用
は、第２表のようになる。

第２表からわかるように、ポリ硫酸鉄を添加した場合の
汚泥焼却処分費用は、無添加の場合に比べ２円／kg-ds
だけコスト減になる。

［発明の効果］ 本発明は、次のような効果がある。

（ｉ）従来のスクリューデカンタ型遠心分離機を一部改
造して無機凝集剤を添加するための機構を加えるだけ
で、含水率の低減ができる。

（ii）既設の装置でもスクリューデカンタ型遠心分離機
の一部を改造することにより、簡単に脱水率を向上させ
ることができる。

（iii）脱水ケーキの脱水に、安価な無機凝集剤を使用
し、しかも固体もしくは半固体のケーキ状態の汚泥に添
加するので、凝集剤の使用量が少なく、かつ、含水率の
低減効果が大きい。

（iv）カチオン、アニオンの２液添加法のごとく、混合
・攪拌条件を厳密に定めなくても、脱水機の運転が容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の脱水装置の系統を示すブロックダイヤ
グラム、第２図は本発明の脱水装置に用いるスクリュー
デカンタ型遠心分離機の断面図、第３図は遠心時間と脱
水ケーキの含水率との関係を示すグラフ、第４図は脱水
ケーキ含水率と補助燃料費との関係を示すグラフ、第５
図ないし第７図は従来の脱水装置の系統を示すブロック
ダイヤグラムである。 図中、１は汚泥、２は有機高分子凝集剤、３は攪拌槽、
４はスクリューデカンタ型遠心分離機、７は無機凝集
剤、８は分離液、９は脱水ケーキ、１０は外胴、１１は
内胴、１６は外管、１７は内管、１８は凝集フロック、
２０は凝集フロック吐出口、２１は汚泥堆積物、２２は
オリィフィス、２３はスクリュー、２４は汚泥堆積物吐
出口、２５，２６は無機凝集剤吐出口である。

フロントページの続き (72)発明者 北山 和茂 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−49900（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−257256（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−94797（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭42−2225（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】汚泥に有機高分子凝集剤を添加して攪拌、
   混合し凝集フロックを生成させる攪拌槽と、攪拌槽で生
   成された凝集フロックを脱水して得られた分離液及び汚
   泥堆積物を取出すようにしたスクリューデカンタ型遠心
   分離機を備え、該スクリューデカンタ型遠心分離機は、
   一端側から軸線方向中途部までは略同一径に形成され且
   つ軸線方向中途部から他端側へ向けて先細りテーパ状に
   形成された高速回転可能な中空状の外胴と、該外胴内に
   同心状に格納されると共に外周にスクリューが固設され
   た高速回転可能な中空状の内胴と、該内胴内に外胴の小
   径側から内胴内の軸線方向中途部まで挿入され且つ内胴
   内に凝集フロックを供給し得るようにした内管と、該内
   管に所定の隙間を隔てて外嵌され且つ隙間内を無機凝集
   剤が内胴の軸線方向中途部へ向って流れるようにした外
   管を備え、前記内胴には、前記内管から内胴内へ導入さ
   れた凝集フロックを外胴内へ送出させる凝集フロック吐
   出口が形成され、前記外胴の大径側先端部の側板には分
   離液を排出するためのオリィフィスが形成され、前記外
   胴の小径側先端近傍には脱水された汚泥堆積物を排出す
   る汚泥堆積物吐出口が形成され、前記外管の内胴内先端
   側には、外管を通って供給された無機添加剤を内胴内へ
   送出す無機添加剤吐出口が形成され、内胴の軸線方向中
   途部には、外胴内周のテーパ部を脱水されつつ小径側へ
   移動する汚泥堆積物に内胴内から無機凝集剤を添加する
   無機凝集剤吐出口が形成されていることを特徴とする汚
   泥の脱水装置。