JP4887335B2 - 汚泥の脱水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、主としてダム湖・港湾・河川の浚渫工事、トンネル掘削工事等で発生する汚泥の脱水処理装置に関する。

ダム湖・港湾・河川の浚渫工事、トンネル掘削工事等で発生した水、粘土、シルトなどの混合物（以下、「汚泥」という。）は、脱水処理装置によって水が分離され脱水ケーキとされる。凝集反応槽にて汚泥と凝集剤とが攪拌混合されて凝集汚泥（フロック）が生成され、スクリュープレスの濾筒内に供給され、該濾筒内に配設されたスクリューの回転により当該濾筒内を搬送されつつ圧搾脱水されて脱水ケーキとなる。

スクリュープレスには、濾筒を水平方向に長手とした横型のものと、濾筒を上下方向に長手とした縦型のものとがある。ダム湖の浚渫工事の現場となる山間地やトンネル掘削工事の現場となる都市部では、スクリュープレスの設置スペースを広く確保することが困難な場合が多く、狭い場所にも設置できる縦型スクリュープレスが好適に使用される。

縦型スクリュープレスでは、濾筒の下部に設けた受入口から当該濾筒内に供給された凝集汚泥をスクリューの回転により当該濾筒内を上方に搬送しつつ圧搾脱水して、濾筒内の上端の排出口から上方に押し出される被圧搾物（脱水ケーキ）を外部に排出している（例えば、特許文献１参照）。凝集汚泥は、ポンプにて加圧されて濾筒内に供給される。
特開２００５−７４３８４号公報

しかしながら、凝集汚泥をポンプにて加圧して濾筒内に供給すると、ポンプを通過する際に凝集汚泥が粉砕され細粒分が生じる。この汚泥の細粒分は、濾筒の網目を通過（リーク）して濾液と共に排出されるため、脱水ケーキの生成効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、濾筒に供給される際に凝集汚泥が細粒化されることなく、脱水ケーキ生成の高効率化を図ることが可能な汚泥の脱水処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、凝集反応槽にて汚泥と凝集剤とが攪拌混合されて凝集汚泥が生成され、該凝集汚泥が縦型スクリュープレスの濾筒内に当該濾筒の下部に設けた受入口から供給され、該濾筒内に配設されたスクリューの回転により凝集汚泥が当該濾筒内を上方に搬送されつつ圧搾脱水されるようにした汚泥の脱水処理装置において、前記受入口より上方に前記凝集反応槽が配設され、該凝集反応槽から前記受入口に凝集汚泥を供給する供給パイプを備え、当該供給パイプ内に凝集汚泥が滞留し、該供給パイプ内に滞留する凝集汚泥の高さが前記濾筒内上端よりも低い状態を維持して、凝集汚泥を前記濾筒内に加圧供給することを特徴とする。

本発明によれば、縦型スクリュープレスの濾筒への凝集汚泥の受入口より上方に配設された凝集反応槽から当該受入口に向けて凝集汚泥（フロック）を供給する供給パイプ内に凝集汚泥が滞留する状態を維持する。そして、供給パイプ内に滞留する凝集汚泥自体の自重によって、凝集汚泥を濾筒内に加圧供給する。そのため、凝集汚泥を加圧するためにポンプを用いる必要がないので、凝集反応槽から濾筒に至る間、凝集汚泥はほとんど細粒化されない。従って、脱水ケーキの生成効率を向上することが可能となる。

また、本発明において、供給パイプ内に滞留する凝集汚泥の高さが前記濾筒内上端よりも低い所定範囲となる状態を維持することが好ましい。

この場合、凝集汚泥を濾筒内に加圧供給する際の圧力が所定範囲となる。そのため、凝集汚泥を濾筒内に適切な圧力で加圧供給することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る汚泥の脱水処理装置について説明する。図１を参照して、この汚泥の脱水処理装置Ａは、主として、汚泥貯留槽（原泥槽）１、ラインミキサー２、アニオン系凝集剤供給部３、カチオン系凝集剤供給部４、凝集反応槽５、供給パイプ６、縦型スクリュープレス７、及び濾液処理槽８から構成されている。

汚泥貯留槽１は、濃度調整された汚泥を貯留する。汚泥は、ダム湖・港湾・河川の浚渫工事、トンネル掘削工事等で発生した泥状物から礫や砂が除去された、水、粘土、シルトなどからなる混合物である。汚泥は、その含水率が８０％程度となるように適宜水で希釈され濃度調整されている。また、固化や後述する凝集効果を高める観点から、汚泥の固形分の１０％程度のフライアッシュを汚泥に混和しておくことが好ましい。汚泥貯留槽１に貯留される汚泥は、沈降防止のために、モータＭにより回転駆動する攪拌翼により攪拌される。汚泥貯留槽１内に貯留される汚泥は、ポンプＰ１により吐出されて、管路１１を介して凝集反応槽５に向けて圧送される。

ラインミキサー２は、汚泥貯留槽１と凝集反応槽５との間を接続する管路１１に介設されている。ラインミキサー２は、螺旋状の邪魔板をパイプ内に設けたスタティック型ミキサーであり、ポンプＰ１により汚泥貯留槽１から吐出され管路１１を圧送される汚泥を攪拌する。

アニオン系凝集剤供給部３は、主に、アニオン系凝集剤溶解槽３１と２つの連通するアニオン系凝集剤貯留槽３２とから構成されている。アニオン系凝集剤溶解槽３１は、フィーダ（図示せず）から供給されるアニオン系凝集剤と、清水槽３３から供給される清水とを、モータＭにより回転駆動する攪拌翼により混合攪拌して、アニオン系凝集剤を溶解する。この溶解されたアニオン系凝集剤（以下、アニオン系溶解凝集剤という。）は、ポンプＰ２により吐出されて、アニオン系凝集剤貯留槽３２に供給される。アニオン系凝集剤貯留槽３２は、その槽内にアニオン系溶解凝集剤を、モータＭにより回転駆動する攪拌翼によって攪拌しながら貯留する。

一方のアニオン系凝集剤貯留槽３２内に貯留するアニオン系溶解凝集剤は、ポンプＰ３により吐出されて、ラインミキサー２より上流側の管路１１の部分に設けた投入口（第１の投入口）１２から管路１１内に投入され、ラインミキサー２で汚泥と攪拌されて混合される。汚泥にアニオン系凝集剤を混合すると粘度が高くなる。そのため、アニオン系溶解凝集剤を投入口１２から過度に投入すると、汚泥を凝集反応槽５まで圧送できなくなる。そこで、投入口１２からのアニオン系溶解凝集剤の投入量は凝集反応槽５まで汚泥をポンプ圧送可能な程度の量とする。他方のアニオン系凝集剤貯留槽３２内に貯留するアニオン系溶解凝集剤は、ポンプＰ４により吐出されて、凝集反応槽５に設けた投入口（第２の投入口）５１から凝集反応槽５内に投入される。投入口５１からのアニオン系溶解凝集剤の投入量は、汚泥の凝集効果を高くするために必要なアニオン系溶解凝集剤の量より投入口１２からのアニオン系溶解凝集剤の投入量を差し引いた量に設定する。

カチオン系凝集剤供給部４は、主に、カチオン系凝集剤溶解槽４１とカチオン系凝集剤貯留槽４２とから構成されている。カチオン系凝集剤溶解槽４１は、フィーダ（図示せず）から供給されるカチオン系凝集剤と、清水槽３３から供給される清水とを、モータＭにより回転駆動する攪拌翼により混合攪拌して、カチオン系凝集剤を溶解する。この溶解されたカチオン系凝集剤（以下、カチオン系溶解凝集剤という。）は、ポンプＰ５により吐出されて、カチオン系凝集剤貯留槽４２に供給される。カチオン系凝集剤貯留槽４２は、その槽内にカチオン系溶解凝集剤を、モータＭにより回転駆動する攪拌翼によって攪拌しながら貯留する。

カチオン系凝集剤貯留槽４２内に貯留するカチオン系溶解凝集剤は、ポンプＰ６により吐出されて、凝集反応槽５の投入口５１より下流側に設けた投入口５２から凝集反応槽５内に投入される。投入口５２からは、汚泥の凝集効果を高くするために必要な量のカチオン系溶解凝集剤を投入する。

凝集反応槽５は、詳細は図示されていないが、攪拌翼が形成された回転軸がモータＭにより回転駆動することにより内部に滞留する滞留物を攪拌すると共に、滞留物を上流側から下流側に移送する二軸のパドルミキサーである。尚、この凝集反応槽５内に送り翼が形成された回転軸を設け、これをモータＭにより回転駆動することにより滞留物を移送するようにしてもよい。凝集反応槽５は、架台５３によって縦型スクリュープレス７の上部と同じ程度の高さに位置して配設されている。

ラインミキサー２にてアニオン系凝集剤と攪拌混合されてある程度凝集し粘度が高まった状態の汚泥が、受入口５４から凝集反応槽５内に供給される。凝集反応槽５内に供給された汚泥は、滞留物として攪拌翼により攪拌されると共に送り翼により下流側に移送されながら、投入口５１から投入されたアニオン系溶解凝集剤、及びその下流側の投入口５２から投入されたカチオン系溶解凝集剤と順次混合されて反応することにより、さらに凝集が進行して凝集汚泥（フロック）となる。

攪拌翼及び必要に応じて送り翼が回転する槽の下流側の側壁が堰５５となっており、堰５５を越えて溢れ出た凝集汚泥が、凝集反応槽５の底部に設けた排出口５６から下方に落下する。排出口５６の直下には、傾斜スクリーン５７が配設されている。この傾斜スクリーン５７は、細かい網目が多数形成された水切り用のスクリーンであり、受箱の上に傾斜して設置されている。傾斜スクリーン５７の網目を通過した液体や微粒子は受箱を介して濾液処理槽８に送られる。一方、傾斜スクリーン５７の網目を通過できない凝集汚泥は、供給パイプ６内に落下する。

供給パイプ６は、凝集反応槽５から縦型スクリュープレス７に凝集汚泥を供給するパイプであり、主として上下方向に伸びており、凝集反応槽５の排出口５６から排出された凝集汚泥をその上部から内部に受け入れる。供給パイプ６又は凝集反応槽５には、その上部に外部と連通する開口（図示せず）が設けられており、この開口から空気が自由に行き来し、供給パイプ６内の圧が大気圧と等しくなるようになっている。

供給パイプ６は、凝集反応槽５と縦型スクリュープレス７とを連通する太い主パイプ６１とは別に、主パイプ６１から分岐して上下方向に伸びる細い副パイプ６２を有している。この副パイプ６２には、高低２つの界面センサ６３，６４が配設されている。界面センサ６３，６４は、凝集汚泥と水との界面の高さが、それぞれ所定高さを超えるか否かを検知する。このように高低２つの界面センサ６３，６４を設けることによって、供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さが所定範囲となる状態を維持することが可能となる。具体的には、供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さが上限を超えたことを高い位置の界面センサ６３により検知した場合には、ポンプＰ１を停止して、汚泥貯留槽１からの汚泥の供給を停止する。一方、供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さが下限を下回ったことを低い位置の界面センサ６４により検知した場合には、ポンプＰ１の出力を上げて、汚泥貯留槽１からの汚泥の供給量を増加させる。この供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さの上限及び下限の設定については後述する。

縦型スクリュープレス７は、上下方向を長手とする濾筒７１と、濾筒７１内に回転自在に配設されたスクリュー７２と、水平方向に隙間Ｓを設けて濾筒７１の周囲を覆う覆筒７３とを備え、濾筒７１内に供給された凝集汚泥をスクリュー７２にて上方に搬送させつつ圧搾脱水して、分離した水を濾筒７１から隙間Ｓに排出する。

縦型スクリュープレス７は、柱や梁等で構成され上下方向を長手とする四角柱状の枠体７４を有しており、枠体７４の下部に底板７５が横設されている。底板７５には、パンチングメタル等で形成される円筒状の濾筒７１が立設されている。覆筒７３は、この枠体７４を構成する縦柱間に下端が底板７５に当接するように取り付けられたシールド板で構成されている。濾筒７１の下部には受入口７６が開設されており、供給パイプ６から供給される凝集汚泥が受入口７６から濾筒７１内に投入される。尚、濾筒７１の外周面には補強枠が設けられている。

濾筒７１内にはスクリュー７２が回転自在に挿通されている。スクリュー７２は、濾筒７１の下端側から上端側に向けて次第に拡径するテーパー状のスクリュー軸と、スクリュー軸の外周面に固定した螺旋状のスクリュー羽根とから構成されている。スクリュー７２は、濾筒７１の上方に設けられたモータＭにより回転駆動される。

スクリュー７２を回転させると、受入口７６から受け入れた凝集汚泥がスクリュー羽根による送り作用で濾筒７１の下方から上方に搬送される。濾筒７１とスクリュー軸との間の空間は上方に向けて次第に狭くなっているため、凝集汚泥は濾筒７１の上方に向けて搬送されつつ圧搾される。凝集汚泥の水分は濾筒７１を通して搾り出され、濾液として隙間Ｓを落下して、底板７５に形成された開口（図示せず）と集水枡７７とを介して、濾液処理槽８に排出される。また、水を噴きかけて濾筒７１の外表面を洗浄する散水管７８が設けられており、この水も同様に濾液処理槽８に排出される。濾筒７１の上端に連設された排出室７９の底面には排出口７９ａが開設されている。脱水された凝集汚泥である脱水ケーキＣは、排出口７９ａから排出室７９に押し出され、排出口シュート７９ｂを介して外部に排出される。また、排出口７９ａの上方には、エアシリンダ７９ｃを介して邪魔板７９ｄが排出口７９ａ側に付勢された状態で設けられており、この邪魔板７９ｄを押し上げながら脱水ケーキＣが排出口７９ａより排出される。そして、この状態でのエアシリンダ７９ｃのシリンダ圧を計測し、これを脱水ケーキＣの強度や含水率を表す間接指標として汚泥の脱水処理装置Ａ全体の運転管理に使用する。

ここで、上記した供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さの上限及び下限は、フライアッシュの添加割合、凝集剤の添加割合や凝集汚泥の濃度といったスクリュープレス７に供給される凝集汚泥の性状や縦型スクリュープレス７の運転条件（スクリュー７２の回転速度）に従って、所定範囲の強度若しくは含水率の脱水ケーキＣを得ることができる範囲として設定される。

凝集汚泥は、濾筒７１内を上方移動する際、下方からの加圧により上方移動される液体的性状からスクリュー羽根による機械的作用により上方移動される固体的性状に徐々に移行する。凝集汚泥の供給パイプ６内での高さが濾筒７１内において液体的性状を有する高さの範囲内であると供給パイプ６内での凝集汚泥の高さより上方へ凝集汚泥を移送することが困難になる。このため、供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さの下限は、この濾筒７１内において液体的性状を有する高さの範囲より上方に位置させる必要がある。

一方、上限は、脱水ケーキＣが過度に圧搾され濾筒７１内で閉塞することのないように、脱水ケーキＣの強度や含水率及びこれを間接的に表す邪魔板７９ｄを付勢するエアシリンダ７９ｃのシリンダ圧やスクリュー７２の回転トルクなどの指標を基に設定する。

濾液処理槽８は、縦型スクリュープレス７から排出された濾液及び傾斜スクリーン５７の網目を通過した液体からなる排水を処理する。排水には、濾筒７１や傾斜スクリーン５７に形成された細かな孔を通過した汚泥の細粒分も若干残存する。

濾液処理槽８は、沈殿槽８１と排水槽８２とを備える。沈殿槽８１は、排水を受け入れる。排水中に含まれる汚泥の細粒分は、時間経過に伴い沈殿し、沈殿槽８１の底部に堆積する。尚、凝集剤を添加して汚泥の細粒分を凝集させ沈殿を促進させてもよい。沈殿槽８１の底部に沈殿した汚泥の細粒分は、ポンプＰ７により吐出されて、ラインミキサー２と凝集反応槽５との間の部分の管路１１内に送り返される。尚、汚泥貯留槽１とラインミキサー２との間の部分の管路１１内や、汚泥貯留槽１内に送り返してもよい。

沈殿槽８１と排水槽８２との間には堰８３が設けられており、沈殿槽８１に貯留された水分の上澄みが堰８３を越えて排水槽８２に放出されるようになっている。排水槽８２に貯留された排水は、ポンプＰ８により吐出されて、雑排水槽９に送られる。

排水槽８２には、フロートスイッチ（図示せず）が設けられている。このフロートスイッチは、排水槽８２の水位が所定範囲にあるか否かを検知するレベルセンサであり、その水位が所定範囲の上限を超えた場合には、ポンプＰ１を停止して、汚泥貯留槽１からの汚泥の供給を停止する。一方、水位が所定範囲の下限を下回った場合には、ポンプＰ８を停止して、排水槽８２からの雑排水槽９への排水の移送を停止する。

ところで、縦型スクリュープレス７では、凝集汚泥が濾筒７１内で上方に移動することをアシストするため、濾筒７１に凝集汚泥を加圧供給する必要がある。ここで、凝集反応槽５が地面に設置されている場合には、凝集反応槽５から濾筒７１に凝集汚泥をポンプ圧送することが必要となる。そして、ポンプにより凝集汚泥が粉砕されて細粒分が生じる。汚泥の細粒分は、濾筒７１を通過して濾液処理槽８に排出されるため、送り返して再度処理を行う必要があり、脱水ケーキの生成効率が劣ることになる。

これに対し、本実施形態に係る汚泥の脱水処理装置Ａでは、凝集反応槽５は架台５３によって縦型スクリュープレス７の上部と同じ程度の高さに位置させているので、凝集反応槽５底部の排出口５６と濾筒７１の下部に設けた受入口７６とを連通する供給パイプ６は上下方向に長いものとなっている。そして、供給パイプ６内に凝集汚泥が滞留する状態を維持することによって、当該凝集汚泥の自重により凝集汚泥を縦型スクリュープレス７の濾筒７１内に加圧供給している。すなわち、凝集反応槽５の排出口５６から供給パイプ６内に落下した凝集汚泥は、自重及びその後に落下してくる凝集汚泥により濾筒７１に向けて送られる。そのため、ポンプ圧送する場合と異なり、汚泥の細粒分はほとんど生じず、脱水ケーキの生成効率が向上する。

さらに、汚泥の脱水処理装置Ａでは、供給パイプ６内に滞留する凝集汚泥の高さが所定範囲となる状態を界面センサ６３，６４を用いて維持して、凝集汚泥を濾筒７１内に適切な圧力で供給できるようにしている。界面センサ６３，６４の検知結果によるポンプＰ１の操作は、ＣＰＵ等からなる制御手段を用いて自動化してもよいし、検知結果を報知する警告音を聞いたなどした作業員が行ってもよい。

本発明の一実施形態に係る汚泥の脱水処理装置を示す説明図。

符号の説明

１…汚泥貯留槽、２…ラインミキサー、３…アニオン系凝集剤供給部、４…カチオン系凝集剤供給部、５…凝集反応槽、６…供給パイプ、７…縦型スクリュープレス、８…濾液処理槽、９…雑排水処理槽、５３…架台、６１…主パイプ、６２…副パイプ、６３，６４…界面センサ、７１…濾筒、７２…スクリュー、７３…覆筒、７６…受入口、Ａ…汚泥の脱水処理装置

Claims (2)

1. 凝集反応槽にて汚泥と凝集剤とが攪拌混合されて凝集汚泥が生成され、該凝集汚泥が縦型スクリュープレスの濾筒内に当該濾筒の下部に設けた受入口から供給され、該濾筒内に配設されたスクリューの回転により凝集汚泥が当該濾筒内を上方に搬送されつつ圧搾脱水されるようにした汚泥の脱水処理装置において、
   前記受入口より上方に前記凝集反応槽が配設され、該凝集反応槽から前記受入口に凝集汚泥を供給する供給パイプを備え、当該供給パイプ内に凝集汚泥が滞留し、該供給パイプ内に滞留する凝集汚泥の高さが前記濾筒内上端よりも低い状態を維持して、凝集汚泥を前記濾筒内に加圧供給することを特徴とする汚泥の脱水処理装置。
2. 前記供給パイプ内に滞留する凝集汚泥の高さが前記濾筒内上端よりも低い所定範囲となる状態を維持することを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水処理装置。