排水処理における汚泥とは何ですか?プラントオペレーターのための実践ガイド

排水処理における汚泥とは何ですか?

すべての下水処理プラントでは、無視できない残留物、つまり汚泥が生成されます。一次清澄機、二次清澄機、および化学凝集タンクから、沈殿した汚染物質は、まだ残っている黒っぽい粘稠なスラリーとして収集されます。 95 ～ 99 重量％の水 。言い換えれば、処理施設から出る「廃棄物」の大部分は、流入する流れから除去されるはずだった水です。

米国 EPA は、下水汚泥を都市廃水処理中に生成される固体、半固体、または液体の残留物と定義しています。ブリタニカ百科事典でも同様の定義が使用されています。つまり、廃水処理プロセスの副産物として生成される固体、半固体、またはスラリー状の残留物質です。有益な再利用のための規制基準を満たすようにスラッジが安定化されると、それはバイオソリッドと呼ばれます。

汚泥の組成は発生源によって変化します。で 都市下水処理場 、汚泥には国内の有機物、窒素、リンが豊富に含まれています。工業現場では、化学沈殿物、重金属、または油が含まれる可能性があります。変わらないのは、廃棄または再利用する前に、固形分を濃縮し、水分含有量を減らし、残りの材料を安定させるという作業です。

以下の表は、治療法を決定する上で最も重要な部分をまとめたものです。

処理列車内で汚泥はどのように生成されるのでしょうか?

汚泥は単一の物質ではありません。汚泥はプロセスのさまざまな時点で形成され、その発生場所が脱水装置内での汚泥の挙動を制御します。

一次汚泥

ふるい分けと砂の除去後、一次清澄機は最も重い有機固体を沈殿させます。一次汚泥は、従来の都市の流れにおける懸濁物質の約 50 ～ 60% を運びます。繊維質でザラザラしていて強い臭気がありますが、比較的容易に水を放出するため、濃縮および脱水が最も容易な汚泥となります。

二次（生物）汚泥

生物反応器は、溶解した有機物を細菌バイオマスに変換します。そのバイオマスが二次浄化槽に沈殿すると、廃棄物活性汚泥 (WAS) として除去されます。 WAS では、タンク内の乾燥固形分はわずか 0.5 ～ 1.5% となり、その細菌細胞は水と非常に強固に結合するため、より多くのポリマーと脱水時の滞留時間を長くする必要があります。なぜなら 汚泥の種類が異なれば脱水に対する反応も異なります 、一次汚泥専用のサイズの機械は、WAS が支配的な流れでは苦戦することがよくあります。したがって、ほとんどのプラントは 2 つのストリームを混合して、より一貫した飼料を作成します。

化学汚泥

リンの除去または凝固のために化学薬品を投与すると、金属水酸化物の凝集が生成されます。化学スラッジは密度が高く、粒子が細かく、研磨性があります。ポリマーの需要が高まり、ポンプシールやプレススクリーンの寿命が短くなる可能性があります。脱水前に一次汚泥、二次汚泥、および化学汚泥を均質化するバッファタンクは、簡単な投資であり、下流側に大きなメリットをもたらします。

図 1. 沈殿タンクの概略図: 飼料は中心付近に入り、浄化された流出液は縁からオーバーフローし、スラッジブランケットは濃縮のためにアンダーフローとして取り出されます。

本当の問題は水分含有量です

水分含有量は汚泥管理において最も重要な数値です。生の都市汚泥は通常、97 ～ 99% が水分です。増粘により粒子間の自由水を除去し、脱水により結合水を追い出し、乾燥により残りを蒸発させます。各ステージの効果は以下の通りです。

一般的な治療段階全体で水分が減少します。ステージ値は、都市汚泥の一般的に達成される範囲を表します。実際の数値は、スラッジの発生源、ポリマーの添加量、および装置の性能によって異なります。

算数は驚くべきものです。水分 99% の汚泥 1 トンには、乾燥固体がわずか 10 kg 含まれています。同じ固形分を乾燥固形分 25% まで脱水すると、約 40 kg のケーキが生成され、保管、ポンプ、運搬に必要な重量が 25 分の 1 に削減されます。このため、脱水装置への投資は通常、短い稼働期間内の輸送コストの節約によって回収されます。

未処理汚泥はなぜ直接処分できないのか

未処理の汚泥は生物学的に不安定です。有機物は分解を続け、硫化水素とアンモニアを放出します。材料は臭いを発し、媒介動物を引き寄せ、環境に放出されると酸素を消費します。サルモネラ菌や腸内ウイルスなどの病原体は、生の汚泥中で数週間生存するため、直接の土地処分は公衆衛生上の本当のリスクをもたらします。

規制当局は厳格な規則で対応した。米国では、EPA の 40 CFR Part 503 規則により、バイオソリッドは土地利用前に病原体指標および重金属の制限を満たすことが求められています。ヨーロッパでは、都市廃水処理指令と各国のフォローアップ法により、汚泥の安定化と栄養分回収が業界に推進されています。したがって、汚泥の処理は許可が必要であり、選択ではありません。

コストもこの主張を裏付けるものである。業界の推定では通常、 下水処理施設の運営予算の 20 ～ 50% 汚泥の処理・処分まで。運搬料金とチップ料金は重量に応じて請求されるため、ケーキに水を残すとそのままお金に変わります。

汚泥処理列車

汚泥の種類に関係なく、処理シーケンスは同じ 4 段階のロジックに従います。つまり、濃縮、安定化、脱水、そして必要に応じて乾燥です。各段階では、水の異なる割合が対象となり、次のステップに向けて材料が準備されます。

増粘

増粘 concentrates sludge from about 1% to 4–6% dry solids by removing free water. Gravity belt thickeners, drum thickeners and flotation units are common choices. The water removed is returned to the plant inlet, and the smaller sludge volume allows downstream digesters or dewatering machines to be sized smaller.

脱水

機械的脱水により、濃縮後に残った水分が除去されます。ベルト フィルター プレスと遠心分離機は大流量の主力製品ですが、チャンバー フィルター プレスはバッチ操作で高い乾燥度を実現します。あ スクリュープレス汚泥脱水機 遠心分離機のような高速回転や洗浄水の必要がなく、ゆっくりと回転するスクリューが汚泥をウェッジ ワイヤー スクリーンに押し付けるため、生物汚泥や工業汚泥にとって一般的な選択肢です。

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廃棄ルートでさらに乾燥したケーキが必要な場合は、 高圧ベルト連続汚泥深層脱水機 段階的に高い圧力を加えてケーキ固形分を約 25% から 35 ～ 60% まで押し出し、埋立地または焼却に送られるトン数をさらに大幅に削減します。

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典型的なケーキ乾燥固形物は、一般的な脱水および乾燥技術に対応します。バーは、機器のデータシートや業界の文献で報告されている最小値から最大値までを表します。

乾燥

熱乾燥は、乾燥固形分が 60 ～ 85% の製品を必要とする工場向けに行われます。安定した顆粒は、臭いなく保管でき、より高いエネルギー回収率で焼却でき、または代替燃料として販売できます。低温乾燥機はヒートポンプまたは廃熱を使用して 40 ～ 75°C で動作するため、高温システムよりも安全でエネルギー効率が高くなります。あ 低温ベルト式汚泥乾燥機 残留熱が利用できる場所、またはプラントで最終質量を大幅に削減する必要がある場所に適しています。比較する演算子 低温乾燥と高温乾燥 出口の乾燥度だけでなく、除去された水のキログラム当たりの全エネルギー投入量を計算する必要があります。

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処理済み汚泥の行き着く先

エンドポイントによって、どの程度の治療が正当化されるかが決まります。安定化されたバイオソリッドの土地利用は、多くの地域で主流の方法です。米国EPAは、国内で生産されるバイオソリッドの半分以上が土地利用されていると報告しており、ユーロスタットの統計では、EUの下水汚泥の約半分が農地で使用されていることが示されている。農地が利用できない場合、脱水ケーキは埋立地に送られるか、エネルギー回収を伴う焼却に送られます。

ヨーロッパと中国における規制変更の方向性は、リンの回収、カーボンニュートラルな操業、埋め立て処分の削減に向けられています。オペレーターにとって実際的な教訓は単純です。スラッジがより乾燥し、より安定していると、これらすべての選択肢が開かれますが、湿った不安定なケーキはそれらが制限されます。

よくある質問