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技術 汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置

出願人 栗田工業株式会社
発明者 梅本麻由武川将士竹林哲
出願日 2017年12月8日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2017-236144
公開日 2019年6月27日 (1年0ヶ月経過) 公開番号 2019-103952
状態 未査定
技術分野 凝集又は沈殿 汚泥処理
主要キーワード 加熱槽内 脱水排水 アルキルアミノメタクリレート 卓上プレス 初期加熱 嫌気消化槽 ケーキ型 濃縮設備
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年6月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

脱水のための設備コスト及びランニングコストが安価である汚泥脱水方法および汚泥脱水装置を提供する。

解決手段

消化汚泥を60℃以上に0.5時間以上加熱した後、高分子凝集剤を添加して凝集し、凝集汚泥を脱水する汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置。高分子凝集剤は疎水基を有すること、疎水基を有する高分子凝集剤はDAM系高分子凝集剤であること、及び加熱温度が60〜80℃であり、加熱時間が0.5〜5時間であることが好ましい。消化汚泥を加熱した後、常温に戻さずに凝集させてもよく、常温に戻してから凝集させてもよい。

概要

背景

下水の最初沈殿汚泥余剰汚泥、あるいは、家畜糞尿食品残渣をはじめとする有機性廃棄物嫌気発酵によるバイオガス発電など、嫌気性消化より発生するメタン再生可能エネルギーとしての活用が拡大している。嫌気性消化によって発酵を終えた残渣は、消化汚泥として排出される。この消化汚泥は、脱水処理を経て埋め立てや焼却処分されるのが一般的である。

消化汚泥の脱水方法としては、高分子凝集剤凝集し、脱水機脱水する方法が一般的に行われている。しかし、消化汚泥は、難脱水性であるため、含水率が高く、脱水ケーキ発生量が多い。そのため、含水率低減による脱水ケーキの減量化技術が求められている。

特許文献1には、消化汚泥を遠心脱水した後、130〜180℃に加熱加圧し、次いで再度遠心脱水する方法が記載されている。

特許文献2には、消化汚泥を凝集処理し、この凝集汚泥濃縮機濃縮した後、スクリュープレス等の脱水機で脱水する方法であって、脱水機を加熱することにより、脱水される濃縮汚泥間接加熱しながら脱水する方法が記載されている。

概要

脱水のための設備コスト及びランニングコストが安価である汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置を提供する。消化汚泥を60℃以上に0.5時間以上加熱した後、高分子凝集剤を添加して凝集し、凝集汚泥を脱水する汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置。高分子凝集剤は疎水基を有すること、疎水基を有する高分子凝集剤はDAM系高分子凝集剤であること、及び加熱温度が60〜80℃であり、加熱時間が0.5〜5時間であることが好ましい。消化汚泥を加熱した後、常温に戻さずに凝集させてもよく、常温に戻してから凝集させてもよい。

目的

本発明は、脱水のための設備コスト及びランニングコストが安価である汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

消化汚泥を60℃以上に0.5時間以上保持した後、高分子凝集剤を添加して凝集し、凝集汚泥脱水する汚泥脱水方法

請求項2

請求項1において、高分子凝集剤は疎水基を有する高分子凝集剤であることを特徴とする汚泥の脱水方法。

請求項3

請求項2において、前記疎水基を有する高分子凝集剤はDAM系高分子凝集剤であることを特徴とする汚泥の脱水方法。

請求項4

請求項1〜3のいずれかにおいて、加熱温度が60〜80℃であり、加熱時間が0.5〜5時間であることを特徴とする汚泥の脱水方法。

請求項5

消化汚泥が導入される滞留時間0.5時間以上の加熱槽と、加熱槽に付設された加熱槽内の消化汚泥を60℃以上に加温する加熱手段と、加熱槽から排出された消化汚泥を高分子凝集剤により凝集して凝集汚泥を得ると共に凝集汚泥を脱水する凝集脱水手段とを備えた汚泥脱水装置

請求項6

消化汚泥が導入される滞留時間0.5時間以上の加熱槽と、加熱槽に付設された加熱槽内の消化汚泥を60℃以上に加温する加熱手段と、加熱槽から排出された消化汚泥を高分子凝集剤により凝集して凝集汚泥を得る凝集槽と、該凝集槽から排出された凝集汚泥を脱水する脱水手段とを備えた汚泥脱水装置。

請求項7

請求項5又は6において、高分子凝集剤は疎水基を有する高分子凝集剤であることを特徴とする汚泥脱水装置。

請求項8

請求項7において、前記疎水基を有する高分子凝集剤はDAM系高分子凝集剤であることを特徴とする汚泥脱水装置。

請求項9

請求項5〜8のいずれかにおいて、加熱温度が60〜80℃であり、加熱時間が0.5〜5時間であるよう制御する手段を有することを特徴とする汚泥脱水装置。

技術分野

0001

本発明は、嫌気性消化槽より排出される消化汚泥消化液と呼ばれる場合もある)の脱水方法および汚泥脱水装置に関するものである。

背景技術

0002

下水の最初沈殿汚泥余剰汚泥、あるいは、家畜糞尿食品残渣をはじめとする有機性廃棄物嫌気発酵によるバイオガス発電など、嫌気性消化より発生するメタン再生可能エネルギーとしての活用が拡大している。嫌気性消化によって発酵を終えた残渣は、消化汚泥として排出される。この消化汚泥は、脱水処理を経て埋め立てや焼却処分されるのが一般的である。

0003

消化汚泥の脱水方法としては、高分子凝集剤凝集し、脱水機脱水する方法が一般的に行われている。しかし、消化汚泥は、難脱水性であるため、含水率が高く、脱水ケーキ発生量が多い。そのため、含水率低減による脱水ケーキの減量化技術が求められている。

0004

特許文献1には、消化汚泥を遠心脱水した後、130〜180℃に加熱加圧し、次いで再度遠心脱水する方法が記載されている。

0005

特許文献2には、消化汚泥を凝集処理し、この凝集汚泥濃縮機濃縮した後、スクリュープレス等の脱水機で脱水する方法であって、脱水機を加熱することにより、脱水される濃縮汚泥間接加熱しながら脱水する方法が記載されている。

先行技術

0006

特開昭55−116500号公報
特開2016−107265号公報

発明が解決しようとする課題

0007

特許文献1による方法は、130〜180℃という高温加熱処理加圧下で行うものであり、加熱にかかる費用が膨大であると共に、耐圧反応槽が必要など設備面での費用も増大する。特許文献2の方法では事前に濃縮する設備が必要であるが、嫌気性消化汚泥沈降分離性が悪く、濃縮するためには高分子凝集剤による凝集処理が不可欠である。また、間接加熱機構が組み込まれたスクリュープレス等の特殊な脱水機が必要である。

0008

本発明は、脱水のための設備コスト及びランニングコストが安価である汚泥の脱水方法および汚泥脱水装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明の汚泥の脱水方法は、消化汚泥を60℃以上に0.5時間以上加熱した後、高分子凝集剤を添加して凝集し、凝集汚泥を脱水する汚泥の脱水方法である。

0010

本発明の汚泥の脱水装置は、消化汚泥が導入される滞留時間0.5時間以上の加熱槽と、加熱槽に付設された加熱槽内の消化汚泥を60℃以上に加温する加熱手段と、加熱槽から排出された消化汚泥を高分子凝集剤により凝集して凝集汚泥を得ると共に凝集汚泥を脱水する凝集脱水手段とを備えたものである。

0011

本発明の汚泥の脱水装置は、消化汚泥が導入される滞留時間0.5時間以上の加熱槽と、加熱槽に付設された加熱槽内の消化汚泥を60℃以上に加温する加熱手段と、加熱槽から排出された消化汚泥を高分子凝集剤により凝集して凝集汚泥を得る凝集槽と、該凝集槽から排出された凝集汚泥を脱水する脱水手段とを備えたものである。

0012

本発明の一態様では、高分子凝集剤は疎水基を有する高分子凝集剤である。

0013

本発明の一態様では、前記疎水基を有する高分子凝集剤はDAM系高分子凝集剤である。

0014

本発明の一態様では、加熱温度が60〜80℃であり、加熱時間が0.5〜5時間である。

発明の効果

0015

嫌気性消化液(汚泥)は、嫌気性細菌代謝物由来の比較的分子量の大きい(数万以上程度)タンパク質を多量に含んでいる。タンパク質は立体構造を有しており、立体構造の中に水分子を抱え込んでいる。タンパク質は水分子が内在したままカチオン性の高分子凝集剤に取り込まれやすい為、消化液の凝集汚泥は含水率が高くなりやすい。

0016

本発明では、消化汚泥がタンパク質を多く含んでいることに着目し、タンパク質が少なくとも部分的に変性する60℃以上、例えば60〜80℃に加熱し、変性したタンパク質を含む消化汚泥に対し、高い脱水効果を発揮する高分子凝集剤を用いて凝集し、脱水する。これにより、含水率の低い脱水汚泥を得ることができる。

0017

本発明では、消化汚泥の加熱温度が60〜80℃程度と低いと共に、加熱時に加圧することが不要であるため、加熱に要する加熱費用及び設備費用を抑えることができる。また、凝集剤として高分子凝集剤のみを用いれば足りるため、薬品コストも安価となる。

0018

本発明では、消化汚泥を濃縮処理することなく直接凝集処理するので、消化汚泥の濃縮設備が不要であり、設備費用を抑えることができる。また、脱水機も間接加熱機構が不要であり、有機汚泥脱水に一般的に用いられる脱水機、例えば、遠心脱水機ベルトプレス、スクリュープレスなどを用いることができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一例を示すフロー図である。
実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

0020

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

0021

本発明では、図1(a)のように、消化汚泥を60℃以上、好ましくは60〜80℃に加熱した後、高分子凝集剤を添加し、凝集し、凝集汚泥を脱水する。また、図1(b)のように、加熱槽で加熱された消化汚泥を凝集槽に導入し、凝集処理した後、脱水機に導入し、脱水ケーキを取り出す。脱水排水は系外に排出し、別途処理する。

0022

消化汚泥としては、食品廃棄物または下水汚泥原料とした嫌気消化槽から排出される消化液(細胞外高分子物質を主成分としたタンパク質を多量に含む汚泥;0.45μmフィルター濾過した溶解性のタンパク質のローリー法により分析した濃度として386mg/L以上程度)などが例示される。この消化汚泥の含水率は、通常80〜90wt%程度である。

0023

消化汚泥の加熱温度は、タンパク質変性させるために60℃以上とする。また、加熱コストを抑制するために、加熱温度は好ましくは80℃以下とする。加熱時間は0.5時間以上、例えば0.5〜5時間、特に0.5〜3時間が好ましい。なお、加熱時間とは消化汚泥が60℃以上に保持されている時間のことであり、初期加熱時の低温時間帯は含まれない。

0024

消化汚泥を加熱するには、温水で加熱しても良く、蒸気など高温ガスにより加熱しても良い。温水で加熱するには例えば加熱槽から槽内液を一部取り出して熱交換器通液し温水と熱交換することで加熱することができる。

0025

加熱するための熱源は、例えば、以下が例示されるが、これらに限定されない。
(イ)消化槽で発生するメタンガスを用いてボイラー加熱する。
(ロ)重油を用いてボイラー加熱する。
(ハ)プラント系内に排熱がある場合は(例えば発電機から排出される排温水)、その排熱を用いて加熱しても良い。
(ニ)予熱(例えば60℃までの加熱)にプラント系内の排熱を用いて、その後、設定温度(例えば80℃)に達しない分の加熱分は、例えば消化槽から発生したメタンガスの一部を用いてボイラー加熱をしても良い。
(ホ) 予熱(例えば60℃までの加熱)にプラント系内の排熱を用いて、その後、設定温度(例えば80℃)に達しない分の加熱分は例えば重油を用いてボイラー加熱をしても良い。
(ヘ) またガスで加熱するには例えば加熱槽内にガス吹込み手段を浸漬して高温ガスを吹き込むことで加熱することができる。

0026

この加熱条件によって、消化汚泥中に多分に含まれるタンパク質は変性し立体構造が崩れる。立体構造が崩れることで立体構造中に含まれていた水分はタンパク質の立体構造の外に出る。また、立体構造が崩れることで、内側に折りたたまれていた疎水基がタンパク質の表面上に出てくると考えられる。この加熱条件は比較的低温で加熱時間も短いことから、従来技術と比較して加熱処理にかかるコストを削減することが出来る。

0027

このように加熱された汚泥に対しメタクリル酸アミノアルキルエステル系アクリル酸アミノアルキルエステル系、ポリビニルアミジン系などの高分子凝集剤で効果を発揮できるが、好ましくは疎水基を有する高分子凝集剤を添加する。これにより、変性したタンパク質同士が結合した塊を含む凝集フロックが形成されるため、含水率の低い脱水ケーキを得ることができる。

0028

水溶性高分子凝集剤の中でも疎水基を有する高分子凝集剤は、親水基を有する高分子凝集剤よりも、加熱処理された消化汚泥の含水率低減効果が高い。タンパク質は通常立体構造をとっており、内側に水分子を抱えている。タンパク質が変性すると立体構造が崩れ、ほどけて紐状となるため、立体構造内部に含まれていた水分子が外に放出され、また、内側の疎水基が表面に出てくるため、変性したタンパク質は水分子を抱え込みにくくなると推定される。変性したタンパク質は変性していないタンパク質よりも、疎水基を有する高分子凝集剤に結合しやすい。その結果、脱水ケーキの含水率を著しく低減することが出来ると考えられる。

0029

疎水基を有する高分子凝集剤としては、DAM(アルキルアミノメタクリレート四級重合物)系高分子凝集剤が好適である。

0030

消化汚泥への高分子凝集剤の添加量は、0.5〜4.0%/TS特に1.0〜3.0%/TS程度が好適である。

0031

なお、加熱した消化汚泥を冷却せずに高分子凝集剤を添加してもよく、降温させて(例えば常温に戻して)から高分子凝集剤を添加してもよい。

0032

凝集処理により生じた凝集汚泥は、脱水機によって脱水される。脱水機には間接加熱機構が不要である。脱水機としては、遠心脱水機、スクリュープレス、ベルトプレス、電気浸透脱水機など各種のものを用いることができる。遠心脱水機を用いる場合は図1(a)、その他の脱水機の場合は図1(b)のフローとするのが好ましい。

0033

本発明の汚泥の脱水方法は、加熱温度が60〜80℃程度と比較的低温であり、加熱時間が30分〜5時間程度と短時間であることから、加熱処理に必要なコストを抑えることができる。

0034

また、消化汚泥を、嫌気消化槽から排出されたままの状態、すなわち濃縮をせずに加熱するため、濃縮機を必要としない。そのため、設備費が抑えられ、省スペースである。また、高分子凝集剤のみを使用して凝集させるため、薬品コストも抑えることができる。さらに、脱水機としても汎用型のもので足り、設備コストが安価である。

0035

以下の実施例及び比較例では、消化汚泥として、食品残渣嫌気性消化汚泥(含水率は表1〜3に記載)を用いた。

0036

また、高分子凝集剤として次のものを用いた。

0037

DAM系高分子凝集剤:田工業株式会社クリファームPC895
アミジン系高分子凝集剤:栗田工業株式会社クリフィックスCP111
DAA系高分子凝集剤:栗田工業株式会社クリフィックスPC688

0038

[実施例1〜3、比較例1,2]
消化汚泥を入れた三角フラスコを、ウォーターバスを用いて表1〜3に示す温度、時間加熱した。

0039

表1に示す高分子凝集剤を濃度0.3wt%になるように純水に溶解させた。

0040

加熱した消化汚泥を常温に戻した後、その200mLを高速ミキサー投入し、高分子凝集剤溶解液を60mL(高分子凝集剤として900mg/L)添加し、直ちに4000rpmで5秒間、強撹拌して消化汚泥と高分子凝集剤を反応させた。

0041

凝集した汚泥を、濾布をセットしたブロナーロートを用いて重力濾過した。濾過後の凝集汚泥を、ケーキ型枠(30mmφ×17.5mmH)にスパーテラを用いて充填し、卓上プレス機を用いて面圧1.0kg/cm2、60sの条件で圧搾した。その後、金属製のへらを用いて、濾布から剥離させて脱水ケーキを得た。このケーキを、105℃の恒温機で12h乾燥させ、含水率を求めた。各結果を表1〜3に示す。

0042

0043

0044

0045

表1〜3の通り、加熱時間を0.5時間以上とし、加熱温度を60〜80℃とし、高分子凝集剤としてDAM系のものを用いることにより、含水率の低い脱水汚泥が得られる。

0046

なお、90℃よりも高温では、大型の加熱/冷却設備が必要となる上に、エネルギー効率も悪いため、60〜80℃が経済的である。

0047

50℃の加熱処理では、十分に脱水されず(比較例1−1)、また、60℃の加熱処理でも加熱時間が10分では、80℃の加熱処理時と比較して含水率が低い(比較例2−1,2−3)。これは、変性するタンパク質の割合が小さいためであると考えられる。

0048

表2の通り、60℃又は80℃で加熱時間が30分以上であれば、十分な脱水効果が得られる。なお、表1〜3には示さなかったが、5時間を超えても脱水率に大きな向上は見られなかった。

0049

表3の通り、疎水基を有するDAM系高分子凝集剤は、疎水基を持たない他の高分子凝集剤より脱水効果に優れる。変性タンパク質優先的に凝集し、効果的に含水率が下がったと考えられる。

0050

[実施例4、比較例4]
消化汚泥の加熱時間を0、30、60又は180分とし、加熱後直ちに高分子凝集剤としてDAM系(栗田工業株式会社クリファームPC895)又はDAA系(栗田工業株式会社PC688)を添加した。その他は上記実施例3−1,3−3と同様とした。脱水汚泥の含水率を図2に示す。

実施例

0051

図2の通り、消化汚泥を加熱した後、常温に戻さず、加熱後すぐに凝集させても、加熱時間が30分以上であれば、含水率が十分に低下する。また、疎水基を有する高分子凝集剤(図中KP201H)の方が大きく脱水ケーキ含水率を低下させることが認められた。

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