JP2010075872A - 排水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥の発生量を減らして曝気槽の小型化を行う。
【解決手段】返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理装置３と、このオゾン処理装置３によるオゾン処理後の水を生物学的処理槽４とを有し、返送汚泥を供給することなく排水の原水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理することにより、原水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を、後段の生物学的処理槽４により処理可能な所定値以下まで低減させた後、生物学的処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水、し尿、工場排水や生活排水等の排水を生物学的処理する排水処理方法および装置に関する。

下水、し尿、工場排水や生活排水等の有機物を含む排水の処理方法としては、好気性微生物による生物学的処理を行う活性汚泥法が最も一般的である。活性汚泥法では、多くの種類の微生物からなる活性汚泥が排水中の有機物を分解することにより、排水を浄化する。一方で、この課程において微生物は、排水中の有機物を栄養源として成長、増殖、死滅（汚泥化）を繰り返す。汚泥化した微生物の一部は、再度生物学的処理によって分解されるが、一部は余剰汚泥となる。

余剰汚泥は、土壌改良材、コンポスト材料としての再利用が進められているものの、大部分は産業廃棄物となるので、この余剰汚泥の減容化が大きな課題となっている。従来、この余剰汚泥を減容化する方法として、最終沈殿槽より引き抜かれた有機性汚泥をオゾン酸化して可溶化した後、好気性微生物により生物学的に分解する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。また、本発明者自身も、特許文献６において、生物学的処理前の水にオゾンを溶解させた後、生物学的処理を行う方法を提案している。

特開平６−２０６０８８号公報 特開平９−１２２６７９号公報 特開２００２−２８６８６号公報 特開平１０−２１６６８８号公報 特開２００１−２３２３９０号公報 特開２００６−８８１１６号公報

上記特許文献１〜５に記載のように、余剰汚泥をオゾン酸化することによって減容化しようとする場合、汚泥のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）およびＣＯＤ（化学的酸素要求量）を改善するのに大量のオゾンが消費されるため、大量のオゾンガスが必要となる。そのため、これらの方法を実施しようとする場合、大量のオゾンガスを供給するための大掛かりなオゾン発生器が必要となるため、汚泥処理に莫大な費用が掛かることになる。

また、特許文献６に記載の方法では、生物学的処理を行う前の水を循環してオゾンを溶解させた後に、生物学的処理を行うことで、原水中の生物分解性有機物を分解してＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を低減させているが、汚泥についても返送してオゾンを溶解させている。そのため、この返送汚泥のＢＯＤおよびＣＯＤを改善するのにオゾンが余計に消費されることになり、オゾン発生のために多大なエネルギが必要となる。

そこで、本発明においては、特許文献６に記載の方法を改良して、さらに汚泥の発生量を減らして曝気槽の小型化を行うことが可能な排水処理方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の排水処理方法は、排水を生物学的処理する排水処理方法であって、返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理工程と、このオゾン処理工程によるオゾン処理後の水を生物学的処理する曝気工程とを含む。

また、本発明の排水処理装置は、排水を生物学的処理する排水処理装置であって、返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理装置と、このオゾン処理装置によるオゾン処理後の水を生物学的処理する曝気槽とを有するものである。

これらの発明によれば、返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理することにより、原水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を、後段の曝気工程により処理可能な所定値以下まで低減させた後、生物学的処理を行う。これにより、生物学的処理に必要な微生物量は、この所定値以下まで低減させた水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を処理するのに最低限必要な量で良いため、この生物学的処理により発生する汚泥量も最低となる。

なお、従来の方法では、生物学的処理により発生した汚泥を減容化するために、この発生した汚泥を返送して繰り返しオゾン処理を行うことが基本であるが、本発明では生物学的処理を行う前に、生物学的処理前の水のみを取り込んで、汚泥の発生の元となるこの原水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量をオゾン処理によって所定値以下まで低減させている。しかも、このオゾン処理に際して、返送汚泥を一切供給しないことで、オゾン処理に必要なオゾン量も少なくて済むうえ、この返送汚泥をさらに処理するための微生物量も不要となり、生物学的処理により発生する汚泥量も少なくなる。

また、本発明の排水処理装置は、排水の原水が導入される調整槽を有し、オゾン処理装置は、調整槽内の原水を循環させてオゾン処理させるものであることが望ましい。これにより、調整槽内の原水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を後段の曝気工程により処理可能な所定値以下になるまで、この調整槽内の原水を循環させ続けてオゾン処理を行うことができ、後段の曝気工程により処理する水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を容易に調整することが可能となる。

ここで、オゾン処理装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器と、生物学的処理前の水およびオゾン発生器により発生させたオゾンガスが導入されて原水にオゾンを溶解させる加圧タンクとから構成されるものであることが望ましい。このオゾン処理装置では、加圧下で原水にオゾンを溶解させることにより、原水にオゾンを効率良く溶解させることができる。

（１）返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理し、このオゾン処理後の水を生物学的処理する構成により、原水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を、後段の曝気工程により処理可能な所定値以下まで低減させた後に、生物学的処理を行うので、生物学的処理に必要な微生物量は、この所定値以下まで低減させた水のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を処理するのに最低限必要な量で済む。これにより、生物学的処理により発生する汚泥量も最低となり、曝気槽を小型化することができ、曝気に必要なエアー量も少なくなる。

（２）排水の原水が導入される調整槽を有し、オゾン処理装置が、調整槽内の原水を循環させてオゾン処理させるものであることにより、曝気槽の大きさに応じてその曝気槽により処理可能なＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量となるまで、調整槽内の原水を容易にオゾン処理することが可能となる。これにより、調整槽内で原水が無菌化されるので、後段の曝気槽内の微生物は優位種のみとなり、安定した生物学的処理を行うことが可能となる。また、オゾン処理により難分解性物質が低分子化されるので、後段の生物学的処理をスムーズに行うことが可能となる。

（３）オゾン処理装置が、オゾンガスを発生させるオゾン発生器と、生物学的処理前の水およびオゾン発生器により発生させたオゾンガスが導入されて原水にオゾンを溶解させる加圧タンクとから構成されるものであることにより、原水にオゾンを効率良く溶解させることができるので、オゾン処理に使用されずに無駄となるオゾン量を少なくすることができ、ランニングコストを抑えることが可能となる。

図１は本発明の実施の形態における排水処理装置の概略構成図である。
図１において、本発明の実施の形態における排水処理装置１は、排水の原水を導入して濃度や流入量等の調整を行う調整槽２と、調整槽２内の原水を循環させてオゾンを溶解させることにより酸化処理するオゾン処理装置３と、生物学的処理を行う第１曝気槽４ａ、第２曝気槽４ｂおよび第３曝気槽４ｃとからなる生物学的処理槽４と、生物学的処理後の水と汚泥とを分離する沈殿槽５と、沈殿槽５により分離した水の消毒を行う消毒槽６と、沈殿槽５により分離した汚泥を濃縮する濃縮槽７と、濃縮槽７により濃縮した汚泥をプレス処理するプレス装置８とを有する。

調整槽２には、この調整槽２内の原水にオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理装置３が併設されている。オゾン処理装置３には、オゾンガスを発生させるオゾン発生器３ａが接続されている。オゾン処理装置３は、調整槽２内の原水を吸引し、この吸引した原水にオゾン発生器３ａにより発生させたオゾンガスを溶解させることにより酸化処理し、調整槽２内へ戻すものである。図１に示すブロア９は、生物学的処理槽４の各曝気槽４ａ〜４ｃへ曝気用の空気を供給するものである。

なお、図１に示すように、調整槽２には、沈殿槽５の下方に溜まった汚泥は返送されず、排水の原水が導入されるのみである。すなわち、本実施形態における排水処理装置１では、調整槽２からオゾン処理装置３に取り込んで循環させる水は、排水の原水のみであり、返送汚泥は一切含まない。したがって、オゾン処理装置３によって行うオゾン処理は、排水の原水自体のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量を低減させるためにのみ行うものであり、オゾン発生器３ａにより供給するオゾン量は、原水自体のＢＯＤ、ＣＯＤおよびＳＳ量に対応して設定される。

ここで、オゾン処理装置３について詳細に説明する。図２はオゾン処理装置３の構成図である。図２に示すように、本実施形態におけるオゾン処理装置３は、前述のオゾン発生器３ａと、調整槽２から原水を吸引するポンプ３ｂと、ポンプ３ｂにより吸引した原水にオゾン発生器３ａにより発生させたオゾンガスを溶解させて酸化処理させる加圧タンク３ｃとから構成される。加圧タンク３ｃ内は、０．１５ＭＰａ程度に加圧してある。

このオゾン処理装置３では、加圧タンク３ｃ内にオゾン発生器３ａから加圧タンク３ｃ内の圧力よりも大きな圧力、例えば０．２ＭＰａでオゾンガスが供給され、ポンプ３ｂにより吸入された水が加圧タンク３ｃ内の水面に向かってノズル３ｄから斜め方向に吐出される。このとき、加圧タンク３ｃ内の水は、ノズル３ｄから斜め方向に吐出される水によって攪拌されている。そして、この水面にノズル３ｄから水が叩き付けられる際に、加圧タンク３ｃ内のオゾンガスと接触し、水中にオゾンが溶解する。また、このようにオゾンが溶解された水が攪拌されることで、水中の固形物がオゾンによって酸化分解される。

ここで、オゾンは非常に不安定な物質であるため、次に示すように、有機物と直接反応して酸素に分解されるものと、水中で自己分解するものとがある。
（１）直接反応 Ｏ₃＋Ｍ（有機物）→ＭＯ＋Ｏ₂
（２）自己分解 Ｏ₃＋Ｈ₂Ｏ→ＨＯ₃ ⁺＋ＯＨ^-
ＨＯ₃ ⁺＋ＯＨ^-→２ＨＯ₂・
Ｏ₃＋ＨＯ₂・→ＯＨ・＋２Ｏ₂

上の（２）に示すように、オゾンは水で分解（加水分解）されることによりヒドロペルオキシラジカル（ＨＯ₂・）となり、さらにオゾンと反応することにより、ＯＨラジカル（ＯＨ・）が生成される。すなわち、オゾン処理装置３内の水中に非常に強い酸化力を有するＯＨラジカルが発生する。そのため、このＯＨラジカルによって水中の有機物は酸化分解され、低分子化される。

なお、図２の例では、加圧タンク３ｃ内にオゾン発生器３ａからオゾンガスを供給しているが、オゾン発生器３ａをノズル３ｄの配管の途中に接続してオゾンガスを注入する構成とすることも可能である。また、オゾン発生器３ａから供給するオゾンガスの圧力が加圧タンク３ｃ内の圧力よりも小さい場合には、ノズル３ｄの配管の途中にインジェクタ（図示せず。）を設けて強制的にオゾンガスを注入する構成とすることもできる。要するに、オゾン処理装置３としては、吸入した水とオゾンガスとを接触させて溶解させ、酸化分解させるものであれば良い。なお、オゾン処理装置３としては、例えば、特許第２９７３３０５号、特許第３１８１５２３号、特許第３３５４８８８号や特許第３７７６０９１号などを用いることができる。また、インジェクタとしては、例えば、特許第３６０９０１４号などを用いることができる。

上記構成の排水処理装置１では、調整槽２に導入された排水の原水は、調整槽２において濃度や流入量等の調整が行われながら、オゾン処理装置３により循環的にオゾン処理がなされ、後段の生物学的処理槽４において発生する汚泥の元となるＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量が低減される。なお、オゾン処理装置３により溶解させるオゾンは不安定物質であり、反応後すぐに酸素に変わること、また有機物量に対してオゾン量を決定することから、このオゾン処理装置３による処理後の水にはオゾンは含まれず、生物学的処理槽４での生物学的処理に必要な酸素を多量に含むことになる。

そして、後段の生物学的処理槽４では、順次第１曝気槽４ａ、第２曝気槽４ｂ、第３曝気槽４ｃにより曝気処理がなされる。これらの曝気槽４ａ〜４ｃは、排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量が調整槽２において低減されているので、容量は小さく、また微生物量も少ない。特に、本実施形態における排水処理装置１では、オゾン処理を行う調整槽２へ汚泥を返送しないので、オゾン処理に必要なオゾン量も少なくて済むうえ、生物学的処理槽４での処理に必要な微生物量も少なくて済むし、前段のオゾン処理によって水が酸化されて酸素を多量に含むため酸素量も少なくて済む。また、酸素量が少なくて済むことにより、電気代も少なくて済む。

この生物学的処理後の水は沈殿槽５へ送られるが、上述のように生物学的処理槽４で良好に処理された水には栄養分が含まれないため、微生物は固まり、大きなフロック（凝集物）へと成長するので、沈降性が良い。また、この水には酸素が多く含まれているので、好気状態でリンを吸収する脱リン菌の脱リン効果も高い。この沈殿槽５の上澄み分は消毒槽６で消毒され、ＰＨ調整された後、放流される。また、沈殿槽５の下方に溜まった汚泥については、必要に応じて一部は第１曝気槽４ａへ戻され、再処理される。また、他の一部は濃縮槽７で濃縮され、プレス装置８によりプレス処理され、排水処理装置１外へと排出される。

本実施形態における排水処理装置１では、返送汚泥を供給することなく生物学的処理前の排水の原水のみを循環してオゾンを溶解させて酸化処理し、無菌化した後、生物学的処理を行うので、原水や返送汚泥に含まれる微生物と生物学的処理槽４の微生物との微生物同士を戦わせる必要がなく、スムーズに生物学的処理を行うことができる。これにより、排水の生物学的処理を行う微生物への負荷を軽減し、生物学的処理により発生する汚泥量そのものを低減することができる。すなわち、原水のＢＯＤ、ＳＯＤ、ＳＳ量をオゾン処理によって半分に軽減すれば、発生する汚泥量も半分となり、生物学的処理槽４の容量も小さくなる。また、汚泥の発生量が減ることにより、汚泥をプレス処理する際に使用する凝集剤の使用量も少なくなる。

このように、本実施形態における排水処理装置１では、従来のように発生した汚泥を減容化するのではなく、汚泥そのものの発生量を減らすことにより、排水の生物学的処理に必要な微生物の量を減らすことができる。微生物濃度は処理対象の原水濃度によって異なるが、従来の排水処理装置では５０００〜９０００ｍｇ／Ｌ程度のところ、本実施形態における排水処理装置１では３０００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度で充分に処理することができる。

これにより、生物学的処理の槽容量を小さくすることができ、設備を小型化することができる。さらに、微生物への酸素供給量も減らすことができるので、酸素供給に必要なエネルギを減らし、ランニングコストを削減することができる。この排水処理装置１によれば、生物学的処理に使用する電気量は従来比で１／２、汚泥量は５〜７割減、酸、アルカリ、凝集剤等の薬品使用量１／２、設備スペースは１／２、ランニングコストは１／２を実現できる。

なお、本実施形態における排水処理装置１では、原水に窒素を含む場合であっても、調整槽２内の原水を循環させてオゾンを溶解させることにより酸化処理を行うため、調整槽２は好気状態である。そのため、調整槽２で硝化が行われることになり、アンモニアが発生せず、下水処理場のような低濃度の窒素を含む場合であってもそのまま処理することが可能である。この場合、アンモニアが後段の生物化学的処理槽４に流入しないので、生物化学的処理槽４の酸素量を少なくすることができる。

なお、本発明の別の実施形態として、下水処理場などのようにアンモニア対窒素が低濃度であって調整槽がないか、あるいは調整槽が小さく、前沈殿槽に原水を取り込んでＳＳ除去する場合は、その前沈殿槽内の原水を取り込んでオゾンを溶解させることにより酸化処理する構成としても良い。あるいは、調整槽の前段で、原水を取り込んでオゾンを溶解させることにより酸化処理する構成とすることも可能である。要するに、返送汚泥を供給することなく、生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理した後、このオゾン処理後の水を生物学的処理することで、生物学的処理に必要な微生物量は最低限必要な量で済み、生物学的処理により発生する汚泥量も最低となり、曝気槽を小型化し、曝気に必要な酸素量も少なくすることができる。

ジュース工場の排水を排水処理装置１に取り込んで処理を行い、確認試験を行った。ジュース工場の設備概要は以下の通りである。
原水量 ：３０００ｍ³／日
ＣＯＤ（Ｍｎ）：５００ｐｐｍ（調整槽）
処理時間 ：２４Ｈ
原水調整槽 ：３０００ｍ³
曝気槽 ：１５００ｍ³×２系統
オゾン処理装置：１５０ｍ³／Ｈ
オゾン発生装置：３００ｇ／Ｈ

表１は排水処理装置１の導入前と導入後との比較表である。

表１から分かるように、導入前後でＣＯＤ（Ｍｎ）、ＭＬＳＳの濃度は大きく改善している。特に、ＭＬＳＳが約１／２に改善されていることから、曝気槽の負荷が低減し、曝気ブロワの電気量および余剰汚泥の発生量を大きく削減することができた。また、薬品使用量および人件費も削減することができた。さらに、既存設備では放流水のＣＯＤが上限管理値を超えているため、希釈して放流する必要があったが、排水処理装置１の導入後は希釈なしで放流することが可能となった。

本発明の排水処理方法および装置は、下水、し尿、工場排水や生活排水等の排水を生物学的処理する方法および装置として有用であり、特に、ジュース工場や焼酎工場等の窒素量が放流基準値以下の排水を処理するものとして好適である。また、下水処理場など低濃度のアンモニア対窒素が含まれる排水には大きな効果があり、温室効果ガスである二酸化炭素の削減に繋がることから、排出権取引に好適である。

本発明の実施の形態における排水処理装置の概略構成図である。 オゾン処理装置の構成図である。

符号の説明

１ 排水処理装置
２ 調整槽
３ オゾン処理装置
３ａ オゾン発生器
３ｂ ポンプ
３ｃ 加圧タンク
３ｄ ノズル
４ 生物学的処理槽
４ａ 第１曝気槽
４ｂ 第２曝気槽
４ｃ 第３曝気槽
５ 沈殿槽
６ 消毒槽
７ 濃縮槽
８ プレス装置
９ ブロア

Claims (4)

1. 排水を生物学的処理する排水処理方法であって、
   返送汚泥を供給することなく前記生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理工程と、
   このオゾン処理工程によるオゾン処理後の水を生物学的処理する曝気工程と
   を含む排水処理方法。
2. 排水を生物学的処理する排水処理装置であって、
   返送汚泥を供給することなく前記生物学的処理前の水のみを取り込んでオゾンを溶解させて酸化処理するオゾン処理装置と、
   このオゾン処理装置によるオゾン処理後の水を生物学的処理する曝気槽と
   を有する排水処理装置。
3. 前記排水の原水が導入される調整槽を有し、
   前記オゾン処理装置は、前記調整槽内の原水を循環させてオゾン処理させるものである請求項２記載の排水処理装置。
4. 前記オゾン処理装置は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器と、前記生物学的処理前の水および前記オゾン発生器により発生させたオゾンガスが導入されて前記原水にオゾンを溶解させる加圧タンクとから構成されるものである請求項２または３に記載の排水処理装置。

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