2-(3)-4 雨天時流入 SS の水処理及び汚泥処理への影響について 東部第一下水道事務所砂町水再生センター水質管理係 熊田翔史 佐々木啓行 篠崎真弓 半沢修 1. はじめに砂町水再生センター ( 以下センター ) には 砂系 東陽 Ⅰ 系 東陽 Ⅱ 系 東陽 Ⅲ 系の水処理施設と東部スラッジプラ
8
0
0
全文
(2) 汚 泥 量 、脱 水 ケ ー キ 含 水 率 な ど を 測 定 し 、雨 天 時 の 流 入 SS が セ ン タ ー の 水 処 理 、汚 泥 処 理 に及ぼす影響について考察した。. 都営地下鉄新宿線 東京メトロ東西線 水道本管. 図 1. 大島幹線の伏せ越し構造. ２．調査方法 ２．１. 流 入 SS 量. 平 成 22 年 2 月 か ら 9 月 ま で 、降 雨 日 に 自 動 採 水 器 を 用 い て 1 時 間 間 隔 で 砂 系 第 一 沈 殿 池 流 入 水 を 採 水 し 、 ろ 紙 法 で SS 濃 度 を 測 定 し た 。 そ し て セ ン タ ー 受 水 量 か ら 流 入 SS の DS 量を算出した。 ２．２. 水処理への影響. 平 成 22 年 4 月 か ら 6 月 の 砂 町 汚 泥 処 理 工 場 の 重 力 濃 縮 槽 越 流 水（ 以 下 、返 水 ）を ろ 紙 法 で SS 濃 度 、 過 マ ン ガ ン 酸 カ リ ウ ム 法 で COD 濃 度 を 測 定 し 、 雨 天 時 の 流 入 SS 量 が 水 処 理 へ 及ぼす影響について解析した。 ２．３. 汚泥処理への影響. 雨 天 時 の 流 入 SS 量 と 遠 心 脱 水 汚 泥 量 、脱 水 ケ ー キ 含 水 率 の 関 係 を 解 析 し た 。遠 心 脱 水 汚 泥量、及び脱水ケーキ含水率はそれぞれ東部スラッジプラントの汚泥処理月報より引用し た。東部スラッジプラントでは、遠心脱水機にカチオンの高分子凝集剤を添加し、濃縮汚 泥の脱水を行っている。また、脱水ケーキ含水率は赤外線水分計で測定した。 ３．結果及び考察 ３．１. 流 入 SS 量. 平 成 22 年 2 月 か ら 9 月 ま で 、雨 天 時 流 入 SS 調 査 を 計 16 回 実 施 し た 。対 照 と し て 晴 天 時 に 同 調 査 を 1 回 （ 5 月 17 日 ） 行 っ た 。 そ の 結 果 を 表 1 に 示 す 。. - 142 -.
(3) 表 1. 雨 天 時 流 入 SS 調 査 結 果 の 一 覧. 調査時間. 降雨総量. 降雨強度. 無 降 雨 期 間 *2. 流 入 SS 量. [時 間 ]. [mm]. [mm/時 ]. [日 ]. [DSt]. 5.17-18. 24. 0. 0. 5. 35. 1. 2.26. 8. 3. 1.5. 10. 122. 2. 3.4-5. 11. 9. 3. 3. 118. 3. 3.9-10. 13. 25.5. 6. 1. 286. 4. 3.21. 12. 7. 5. 4. 41.8. 5. 3.24. 12. 16. 2.5. 2. 181. 6. 4.5. 15. 10. 2. 10. 116. 7. 4.12-13. 18. 21. 3.5. 6. 194. 8. 4.20-21. 16. 6.5. 2.5. 2. 89.8. 9. 4.27-28. 22. 32. 10.5. 4. 371. 10. 5.7-8. 16. 5. 2. 8. 58. 11. 5.19-20. 24. 20. 3. 6. 214. 12. 6.14-15. 24. 14. 2.5. 17. 390. 13. 6.16. 13. 14. 6.5. 1. 318. 14. 6.18-19. 24. 23.5. 9. 1. 85. 15. 7.9-10. 24. 20. 12. 1. 243. 16. 9.8-9. 24. 86.5. 42.5. 29. 705. No. 調査日. 0. 備考 晴天時調査. *1 降 雨 総 量 、 流 入 SS 量 は そ れ ぞ れ 調 査 時 間 の 総 量 で あ る 。 *2 総 降 水 量 5mm 以 下 を 無 降 雨 日 と し た 。 無 降 雨 期 間 は 調 査 前 日 ま で の 無 降 雨 日 継 続 日 数 。. 本 調 査 の 雨 天 時 流 入 SS 量 の 最 大 値 は 、 9 月 8 日 の 705 DSt で あ っ た 。 最 大 と な っ た 理 由 は 、 総 雨 量 86.5 mm、 無 降 雨 期 間 29 日 と そ れ ぞ れ 調 査期間中の最大、最長であっ たためであると考えられる。 晴 天 日（ 5/17）、雨 天 日（ 9/8） の 流 入 SS 量 の 経 時 変 化 を 図 2 に 示 し た 。 晴 天 日 の 流 入 SS 量はほとんど変化しないが、 雨 天 日 の 流 入 SS 量 は 明 ら か に 降 雨 開 始 2～ 3 時 間 で 急 増 し た 。 時 間 あ た り の 流 入 SS 量の最大値は、降雨開始直後 図 2. 晴 天 時 と 雨 天 時 の 流 入 SS 量 の 比 較. - 143 -.
(4) の 10 倍 以 上 で あ っ た 。ま た 、流 入. 800. SS 量 が 50 DSt/時 以 上 の 高 流 入 700. 705. SS 時 間 帯 は 4 時 間 継 続 し た 。そ し. 流 入SS 量 [DSt]. 600. て 、 晴 天 日 の 総 流 入 SS 量 35 DSｔ に 対 し 、 雨 天 日 の SS 量 は 705 DS. 500. 6/14-15 400. 390. y = 7.5297x + 71.148 R² = 0.7568 371. 入 SS 量 は 晴 天 日 と 比 較 し て 最 大. 318. 300. 286. 200. 181. で 20.1 倍 増 加 し た こ と に な る 。こ. 243 214 194. のように降雨の影響により極めて. 6/1 8-19. 大 量 の SS が セ ン タ ー に 流 入 し て. 122. 100 35. 118 116 89.8 58.0 41.8. 85. いることがわかる。. 0 0. ｔに達した。従って、雨天日の流. 20. 40. 60. 80. 100. 次に、各調査日の総雨量と流入 SS 量 の 関 係 を 図 3 に 示 し た 。総 雨. 調 査時間の総雨量 [ mm]. 量が増加するにしたがって、流入 図 3. 調 査 時 間 の 総 雨 量 と 流 入 SS 量 の 関 係. SS 量 は 直 線 的 に 上 昇 し た 。し か し な が ら 、 総 雨 量 20 mm 前 後 の 同 程. 度 の 雨 量 が 観 測 さ れ て い る に も か か わ ら ず 、流 入 SS 量 に い く つ か ば ら つ き が 存 在 し た 。 こ の 原 因 と し て 、 無 降 雨 期 間 の 影 響 が 考 え ら れ る 。 6 月 18 日 は 、 総 雨 量 23.5 mm と あ る 程 度 ま と ま っ た 降 雨 が あ る に も 関 わ ら ず 、 流 入 SS 量 は 85 DSt と 降 雨 5mm 以 上 の 雨 天 時 と し て 最 小 値 で あ っ た 。 こ れ は 、 6 月 18 日 の 無 降 雨 期 間 が 1 日 と 短 く 、 か つ 6 月 14～ 16 日 の 3 日 間 に か け て 約 35 mm に 及 ぶ 連 続 降 雨 の 影 響 が 考 え ら れ る（ 図 4）。つ ま り 、6 月 18 日 は 幹 線 内 に 堆 積 し て い た SS が 前 日 ま で に ほ と ん ど 流 出 し 、 幹 線 内 堆 積 SS 量 が 少 量 に な っ て い た と 考 え ら れ る 。 一 方 、 6 月 14 日 は 流 入 SS 量 が 390 DSt で あ り 、 図 3 の 近 似 直 線 か ら 大 き く 外 れ て い た 。 こ れ は 、 6 月 14 日 の 無 降 雨 期 間 が 17 日 と 非 常 に 長 く 、 幹 線 内 に 大 量 の SS が 堆 積 し て い た た め で あ る と 考 え ら れ る （ 図 4）。 従 っ て 、 流 入 SS 量 は 総 雨 量 と 無 降 雨. 図 4. 6 月 の 総 雨 量 と 流 入 SS 量. - 144 -.
(5) 期 間 の 両 方 に 強 く 影 響 さ れ る こ と が 示 唆 さ れ た 。以 上 の 結 果 よ り 、降 雨 と 流 入 SS 量 の 関 係 は、既報の結果と同様であることが再確認できた。 ３．２. 水処理への影響. 雨 天 時 の 大 量 の 流 入 SS が 、セ ン タ ー の 水 処 理 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 述 べ る 。図 5 に 流 入 SS 量 と 返 水 SS 濃 度 、 COD 濃 度 の 関 係 を 図 示 し た 。 流 入 SS 量 が 200 DSt を 超 え る と （ 4 月 27 日 、 5 月 20 日 、 6 月 14 日 、 6 月 16 日 ）、 そ の 後 返 水 SS 濃 度 が 顕 著 に 上 昇 し た 。 同 様 に COD 濃 度 も 増 加 し た 。 特 に 、 6 月 14 日 、 16 日 の 流 入 SS 量 は 300 DSt 以 上 に な り 、 同 月 16 日 の 返 水 SS 濃 度 は 約 5,000 mg/L ま で 極 め て 高 く 上 昇 し た 。そ の 後 も 返 水 の SS 濃 度 が 、高 い 水 準 で 数 日 間 継 続 し た 。こ れ は 大 量 の 流 入 SS に よ り 、第 一 沈 殿 池 の 沈 殿 汚 泥 を 濃 縮 し て い る 重 力 濃 縮 槽 の 能 力 が 超 過 し た た め で あ る と 考 え ら れ る 。 つ ま り 、 流 入 SS 量 が 200 DSt 以 上 に な る と 重 力 濃 縮 槽 の 固 形 物 負 荷 量 が 100 kg/m 2 ･日 以 上 と な る た め 、 濃 縮 汚 泥 の 一 部 が 返 水 に 越 流 し 返 水 水 質 が 悪 化 し た と 考 え ら れ る 。 な お 、 6 月 9 日 ～ 11 日 に か け て 返 水 SS 濃 度 が 上 昇 し て い る が 、こ れ は 東 部 ス ラ ッ ジ プ ラ ン ト の 焼 却 炉 全 停 止 の 影 響 で あ る 。上 記 の 結 果 か ら 、 流 入 SS 量 が 200 DSt 以 上 に な る と 返 水 SS 濃 度 が 急 激 に 上 昇 す る こ と が 明 らかになった。. 流入SS量. 返水SS濃度. 返水COD濃度 5,000. 流入SS量[DSt]. 焼却炉停止. 400. 4,000. 300. 3,000. 200. 2,000. 100. 1,000. 0. 0 4/1. 4/11. 4/21. 図 5 ３．３. 返水SS濃度、返水COD濃度[mg/L]. 500. 5/1. 5/11. 5/21. 5/31. 6/10. 6/20. 6/30. 流 入 SS 量 と 返 水 SS 濃 度 、 COD 濃 度 の 経 日 変 化. 汚泥処理への影響. ３．３．１. 脱水汚泥量. 雨 天 時 の 流 入 SS が 、 汚 泥 処 理 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 述 べ る 。 図 6 は 、 流 入 SS 量 と 脱 水 汚 泥 量 、 降 雨 量 の 経 日 変 化 で あ る （ 4 月 か ら 6 月 の 脱 水 汚 泥 量 の 平 均 値 は 172 DSｔ ）。 降. - 145 -.
(6) 雨 後 の 脱 水 汚 泥 量 は 増 加 傾 向 に あ っ た 。 た だ 、 4 月 14 日 ～ 16 日 、 同 月 20～ 23 日 な ど の 連 続降雨期はその増加が緩やかになっていた。なお、6 月 9 日に脱水汚泥量が急激に減少し て い る が 、既 に 述 べ た よ う に 東 部 ス ラ ッ ジ プ ラ ン ト の 焼 却 炉 全 停 止 の 影 響 で あ る 。流 入 SS 量 が 200 DSｔ 以 上 に な る と 、 い ず れ も 流 入 SS 量 が 脱 水 汚 泥 量 を 上 回 っ て お り 、 明 ら か に SS を 処 理 し き れ て い な い こ と が わ か る 。 従 っ て 、 雨 天 時 の 大 量 の 流 入 SS は 、 セ ン タ ー 内 で汚泥循環を引き起こしていることが示唆された。この結果から、雨天時における重力濃 縮 槽 や 遠 心 脱 水 機 な ど の 設 備 能 力 に 限 界 が あ る と 思 わ れ る 。 今 後 20 mm 以 上 の 降 雨 が 予 想 さ れ る と き は 大 量 の 流 入 SS が あ る こ と を 前 提 に 、脱 水 ケ ー キ 貯 留 槽 に 余 裕 を 持 た せ て お く などの対策が必要である。. 焼却炉停止. 図 6 ３．３．２. 流 入 SS 量 と 脱 水 汚 泥 量 、 降 雨 量 の 経 日 変 化. 脱水汚泥の含水率. 平 成 22 年 4 月 ～ 6 月 の 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 と 降 雨 量 の 関 係 を 図 7 に 図 示 し た 。同 期 間 の 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 の 平 均 値 は 、75.8％ で あ る 。脱 水 ケ ー キ 含 水 率 は 、降 雨 直 後 73～ 74％ 程 度 ま で 急 激 に 低 下 し た 。こ れ は 、雨 天 時 の 流 入 SS 中 の 砂 分 が 、晴 天 時 よ り 多 い た め で あ る と 考えられる。しかし、無降雨期間が長くなるとと脱水ケーキ含水率は着実に上昇する傾向 に あ っ た 。 例 え ば 、 5 月 下 旬 か ら 6 月 上 旬 に か け て 無 降 雨 日 （ 5 mm 以 下 の 降 雨 日 ） が 14 日 間 継 続 し て い た 。こ の 期 間 の 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 は 、平 成 22 年 度 4 月 ～ 6 月 期 の 最 大 値 で あ る 77.5 %ま で 上 昇 し た 。 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 上 昇 の 原 因 は 、 セ ン タ ー 内 で 循 環 し て い る 汚 泥の腐敗により、汚泥の脱水に重要と言われている粗繊維分の減少にあると考えられる。 平 成 21 年 か ら 23 年 に セ ン タ ー 水 質 管 理 係 で 測 定 し た 遠 心 脱 水 機 投 入 汚 泥 の 粗 繊 維 分 の デ ー タ よ り 、 遠 心 脱 水 投 入 汚 泥 の 粗 繊 維 分 が 10 ％ 以 下 に な る と 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 が 著 し く 悪 化 し 、 80 ％ を 容 易 に 超 過 し た (data not shown)。 東 部 ス ラ ッ ジ プ ラ ン ト で は 、 遠 心 脱 水機の高分子凝集剤としてカチオンのポリアクリルアミド 系を使用している。高分子凝集. - 146 -.
(7) 図 7. 脱水ケーキ含水率と降雨量の関係. 剤 に よ る 架 橋 構 造 の 形 成 や 電 気 的 中 和 作 用 に よ っ て 、濃 縮 汚 泥 中 の 粗 繊 維 分 や SS 分 な ど を 凝集し、脱水している。このため、遠心脱水機投入汚泥の粗繊維分は、汚泥の脱水性に関 して重要なファクターの一つであると考えられる。 以 上 の 結 果 よ り 、雨 天 時 の 大 量 の 流 入 SS は 降 雨 量 や 無 降 雨 期 間 に 強 く 依 存 し て お り 、こ れまでに報告された結果の検証をすることができた。また、水処理、汚泥処理の影響とし て、汚泥処理返水の急激な悪化やセンター内の汚泥循環の可能性が示された。さらに、無 降雨期間の長期化により、脱水ケーキ含水率に悪影響を及ぼすことが示唆された。 ４. 今後の課題. ４．１. 雨 天 時 流 入 SS 量 の 予 測 と 運 転 対 応. 平 成 11 年 度 か ら の 調 査 と 本 調 査 に よ り 、無 降 雨 期 間 の 影 響 を 考 慮 し な け れ ば な ら な い が 、 降 水 量 と 流 入 SS 量 の 関 係 は 明 ら か に な っ た 。降 水 量 が 20 mm 以 上 と 予 想 さ れ る 場 合 、連 続 降 雨 期 以 外 で あ れ ば 、流 入 SS 量 は 200 DSt を 上 回 る と 予 測 で き る 。従 っ て 、降 雨 前 に あ ら かじめ適切な対策をとる必要がある。例えば、本調査のデータを基にして効果的な雨天時 貯 留 池 の 活 用 な ど が 挙 げ ら れ る 。 雨 天 日 の 流 入 SS 量 は 降 雨 開 始 2～ 3 時 間 で 急 増 し 、 高 負 荷 時 間 は 3～ 4 時 間 継 続 し た こ と か ら 、こ の 時 間 帯 に 雨 天 時 貯 留 池 を 使 用 す る こ と が 有 効 で あ る 。 そ の 結 果 、 大 量 の 流 入 SS 量 を 分 散 さ せ る 効 果 が あ る 。 ４．２. 幹線フラッシング効果の検証. 東 陽・大 島 幹 線 の 伏 せ 越 し 部 に 堆 積 し た 大 量 の SS を 除 去 す る 方 法 の 1 つ と し て 、幹 線 の フラッシングがある。幹線のフラッシングとはあらかじめ幹線を高水位にし、その後大型 ポンプなどを使用して瞬時に幹線滞留下水を揚水する方法である。このとき同時に、伏せ 越 し に 堆 積 し た SS も セ ン タ ー に 流 入 す る と 予 測 さ れ る 。幹 線 の フ ラ ッ シ ン グ に よ り 降 雨 前 に 幹 線 に 堆 積 し た SS を 除 去 で き る た め 、 雨 天 時 に 大 量 の SS が セ ン タ ー に 流 入 す る こ と を. - 147 -.
(8) 未然に防ぐことが可能である。そのため、汚泥の腐敗も抑制することができる。従って、 幹線のフラッシングは、センター内の汚泥循環の軽減、返水の水質悪化の低減、脱水ケー キの含水率向上などに寄与すると考えられる。また、定期的にフラッシングを実施するこ と で SS 流 入 の 平 準 化 を 行 う こ と が 可 能 で あ る 。な お 、幹 線 を 高 水 位 に す る た め 所 管 事 務 所 の管路施設課等と事前調整や流入水の適切な配分などは当然必要である。 ４．３. 脱水ケーキ含水率の向上. 脱 水 ケ ー キ 含 水 率 が 上 昇 す る と 、水 分 多 過 の た め 全 体 の 汚 泥 処 理 DS 量 が 減 少 す る 。さ ら に、凝集剤使用量の増加や都市ガスの補助燃料の増大など非常に多くのコストがかかる。 ゆえに、遠心脱水機投入汚泥の濃度や粗繊維分を十分に把握し、脱水ケーキ含水率が悪化 する前に対策を講じなければならない。 ５．まとめ 本調査より以下のことが分かった。 （１）本調査により、過去に報告された内容について詳細に検証ができた。 （ ２ ） 雨 天 時 流 入 SS に よ り 、 汚 泥 処 理 返 水 が 悪 化 す る 可 能 性 が 示 さ れ た 。 （ ３ ） 雨 天 時 流 入 SS に よ り 、 セ ン タ ー 内 で 汚 泥 循 環 が 示 唆 さ れ た 。 ６．参考文献 １）東京都下水道局砂町水再生センター水質管理年報 ２ ）山 本 ら：遮 集 幹 線 に お け る 雨 天 時 流 入 水 調 査 、東 京 都 下 水 道 局 技 術 調 査 年 報（ 2000 年 ） ３ ）石 井 ら：東 陽・大 島 遮 集 幹 線 の SS の 流 入 特 性 に つ い て 、東 京 都 下 水 道 局 技 術 調 査 年 報 （ 2003 年 ） ４ ） 石 井 ら ： 降 雨 履 歴 と 流 入 SS に つ い て 、 東 京 都 下 水 道 局 技 術 調 査 年 報 （ 2001 年 ） ５ ）吉 田 ら：東 陽・大 島 幹 線 か ら の 雨 天 時 SS 流 入 負 荷 の 現 状 、東 京 都 下 水 道 局 技 術 調 査 年 報 （ 2007 年 ） ６）東京都下水道局砂町水再生センター東部スラッジプラント年報. 以上. - 148 -.
(9)
関連したドキュメント
鉄道 ・JR 宇都宮線（東北本線） 、高崎線 ・JR 湘南新宿ライン.. ・JR 埼京線 ・JR 京浜東北線
○「調査期間(平成 6 年〜10 年)」と｢平成 12 年〜16 年｣の状況の比較検証 . ・多くの観測井において、 「平成 12 年から
水処理土木第一グループ 水処理土木第二グループ 水処理土木第三グループ 土木第一グループ ※２ 土木第二グループ 土木第三グループ ※２ 土木第四グループ
水処理土木第一グループ 水処理土木第二グループ 水処理土木第三グループ 土木第一グループ ※２ 土木第二グループ 土木第三グループ ※２ 土木第四グループ
上水道施設 水道事業の用に供する施設 下水道施設 公共下水道の用に供する施設 廃棄物処理施設 ごみ焼却場と他の処理施設. 【区分Ⅱ】
都内の観測井の配置図を図－４に示す。平成２１年現在、４２地点９１観測 井において地下水位の観測を行っている。水準測量 ※５
高レベル放射性汚染水処理設備の長期間の停止及び豪雨等に備え，滞留水の移 送・処理を行うことでタービン建屋等の水位を OP.3,000
（Yc） 、有楽町層砂質土層（Ys） 、埋没段丘堆積層（Bts）、東京層第一粘土層上部層（Tcu） 、東京
