JP4787814B2 - 有機性汚水の浄化方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業廃水等の有機性廃水を汚泥処理する汚水浄化方法とその装置に関する。更に詳しくは、有機性廃水等の汚水を微生物処理により活性汚泥化し汚泥を改質して汚水を浄化する処理方法とその装置に関する。

近年、環境汚染、特に河川や湖沼、池等の水域に水環境汚濁物質の蓄積が多くなっていることが懸念され、自然環境への汚染を防止する対策が種々なされているが、まだ十分とは言えずその処置は急務となっている。例えば、前述の河川等は生活排水で代表される食品廃水等の流入で、有機汚濁され水質が悪化するからである。これらの水域の汚濁は、その水域が水源となっている場合は、水利用や美観の観点から、悪臭、その他の理由でその周辺環境に深刻な悪影響を及ぼすことになる。また、総量規制下にある産業廃水規制は、年々その厳しさを増しており従来の廃水処理方法を見直す必要に迫られている。

今までの浄化方法については、例えば接触酸化法、即ち、プラスチック材やハニカムチューブ材等の接触材に汚水を通水することで、有機物をこの接触材の表面の微生物分解作用によって分解浄化する方法が知られている。又、環境保全浄化の１つとして、生物化学的処理（活性汚泥法）が知られており実施されている。例えば、汚水に酸素を与え汚水中の有機物を微生物等により処理する好気性処理法と、酸素を与えない嫌気性処理法が知られている。

この処理方法は一般的によく利用されている方法であって、生物化学的酸素要求量で表示されるＢＯＤ、化学酸素要求量で表示されるＣＯＤ等を基準に、また廃水中の有機性炭素、窒素化合物等の数値で処理状態が示される。これは曝気（エアレーション）として、空気と廃水を接触させ酸素を廃水に溶解させて好気性微生物に与え処理する方法がその例である。

更に、これらの処理方法にオゾンを加えて強い酸化力で殺菌、脱色、脱臭等を施すことも知られている。これらの技術の例として、好気性生物処理でオゾン処理する処理方法が、例えば、固液分離された分離汚泥の一部を曝気処理工程に戻し、オゾン処理する例が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。又、好気性処理法と嫌気性処理法とを組み合わせて処理する方法も知られている（例えば、特許文献４、５参照）。
更に、有機性廃水を処理する例として、噴流によるキャビテーションを発生させ殺菌等を行い、廃水を無害化する技術も知られている（例えば、特許文献６参照）。

特許第３５２５４５８号公報 特許第３６４８７５１号公報 特許第３４１４００７号公報 特開平７−９６２８７号公報 特開２００１−１７０６８０号公報 特開２００５−３０５３９８号公報

以上説明したように、従来から廃水を汚泥の減容化により浄化し、河川等へ放流することは、前述した好気性処理法、嫌気性処理法等の活性汚泥法を含め種々の方法で広く行われている。しかしながら、これらの活性汚泥法は処理汚泥中の有機物の約５０％程度しか分解されないといわれており、現状は必ずしも満足すべき処理がなされているわけではない。

このため、物理化学的処理として、オゾン処理等も行われている。しかし、これをもってしても、現状は分解できなかった余剰汚泥を完全になくすようなことはできていない。又、余剰の汚泥を好気性処理装置の曝気槽に戻して再処理することも行われているが、結果的に曝気槽に入れるべき汚泥の量が増加し、減容化の処理効率を低下させる問題点があった。

又、曝気槽内の汚泥も返送汚泥を加えた場合に活性化させる処理としては、必ずしも一定状態を維持し水質を安定化させる処理形態になっていない。一般にこの曝気槽では、オゾン処理も行われるが、この場合生きた微生物と死んだ微生物の汚泥バランスが崩れ、このオゾン処理によって生じる難生物分解性有機物については、かえって分解が十分行われない場合もあり問題を有している。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために創案されたもので、次の目的を達成する。本発明の目的は、汚水の水質状態を安定させ定状態を維持するようにして生物処理を活性化させる浄化技術とその装置の提供にある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の有機性汚水の浄化方法は、
有機物を含む汚水を浄化する処理方法であって、
前記汚水を固形残渣除去装置により前記汚水中の固形残渣を除去する前処理工程と、
前記固形残渣が除去された前記汚水の送水流量を調整して貯留する貯留工程と、
前記送水流量が調整された前記汚水に、酸素及び／又はオゾンを加えて汚泥攪拌し前記汚水の水質を定状態に維持する定状態維持処理工程と、
前記定状態維持処理のなされた前記汚水に、空気を供給して曝気し活性化する汚泥活性処理のための汚泥活性処理工程と、
前記汚泥活性処理がなされた前記汚水を固液分離させる分離処理工程と、
前記固液分離された前記汚水の浄化水を放流させる放流処理工程と
からなり、
前記分離処理工程において、分離された前記汚水の一部を前記定状態維持処理工程のみに導き、前記前処理がなされ流量が調整された前記汚水と共に攪拌混合して再度前記定状態維持処理を行うようにし、
前記定状態維持処理工程は、前記汚水を噴流によりキャビテーションを発生させて処理させる工程を含むことを特徴とする。

本発明２の有機性汚水の浄化装置は、
有機物を含む汚水を浄化する処理装置であって、
前記汚水から固形残渣を除去するための固形残渣除去手段を有する原水槽（１）と、
前記固形残渣を除去された前記汚水の送水流量を調整して貯留する調整槽（２）と、
前記調整槽で流量調整された前記汚水と、後記沈殿放流槽から返送された汚水に酸素及び／又はオゾンを加えて汚泥攪拌し前記汚水の水質を定状態に維持処理する汚泥還元槽（３）と、
前記定状態に維持処理のなされた前記汚水に空気を供給して曝気し汚泥を活性化して汚泥活性処理する曝気槽（５）と、
前記汚泥活性処理のなされた前記汚水を沈殿処理により固液分離し、前記汚水を浄化水にして放流させる沈殿放流槽（６）と
前記沈殿放流槽で分離された前記汚水の一部を前記汚泥還元槽にのみ導く配管路（９）とからなり、
前記汚泥還元槽には、前記汚水を噴流によりキャビテーションを発生させて処理させるための噴流生成装置（４）が配置されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明は、曝気する前の工程で、汚泥還元槽により汚水の水質を安定化させて、次の曝気槽の内部環境を定状態に維持するようにしたので、汚泥処理が安定した。又、本発明は、返送汚泥を汚泥還元槽に導き原水からの汚水と攪拌混合して、曝気処理する前に汚水に酸素を供給し高濃度酸素水として、高濃度酸素状態を汚泥還元槽で定状態に維持し、更にこれにオゾンの供給で酸化分解を促進するようにした。

この結果、次工程の曝気槽での曝気処理は、安定し所定の廃水（汚泥）処理ができるようになった。結果的に好気性処理が円滑に行え、効率的に廃水処理ができるようになったことから、放流水質も改善された。

以下、本発明に関わる有機性汚水の浄化方法とその装置について、以下、図１のブロック図をベースに説明する。本実施の形態においては、廃水から浄化水までの一連の水液を「汚水」として以下説明する。原水槽１は、工場廃水、食品廃水等の汚水を一時的に貯留し、汚水の前処理を行なうための一種のタンクである。この原水槽１の汚水は、多くのＳＳ（浮遊物質や懸濁物質の不溶性物質）と夾雑物等の種々雑多のものを含んでいるので、廃水を送水する前の前処理として、特に固形物については、廃水から残渣除去装置であるスクリーン、フィルター等で夾雑物等の固形残渣を取り除き高濃度汚水とする。

夾雑物等の固形残渣を取り除くことで、配管の目詰りを防止し、後工程の処理を容易にさせる。この原水槽１は、連続処理するものであり、即ち流体状態で流動する流れの中で直接処理されるような公知のスクリーン、フィルター手段を含むものである。調整槽２は、流量を調整するものであり、夾雑物等の固形残渣が除かれた原水槽１の高濃度汚水を貯留し、かつ定量の汚水を配管で連続的に汚泥還元槽３に供給する。この供給は、図示していないが、粘性物、流体を加圧して送ることができる汚水ポンプにより行われる。この流量調整は、好気性微生物により処理するための活性汚泥処理状態を、次工程以降において最適にするために汚水の単位時間当たりの流量を決定するためのものである。

汚泥還元槽３は、調整槽２からの汚水の流入と返送される余剰汚泥を混合し、一定化した状態で曝気槽５へ送るためのものである。この汚泥還元槽３は、浄化処理設備の１つであり、定量的に供給された汚水を一定で安定化した状態に維持した水質の汚水にするための処理を行なう。これにより曝気槽５での前処理段階での流入負荷変動を抑えることが可能で、生物処理の安定化が図れる。原水槽１、調整槽２を介して供給された汚水は、中間処理の形でこの汚泥還元槽３に導かれる。この汚泥還元槽３には、後述するように酸素、又は酸素とオゾンが供給される。

酸素は汚水を高濃度酸素状態にするためのものである。又、オゾンは酸化作用を促すためのものであり、殺菌作用もある。オゾンは、汚泥含有液中の汚泥に接触してその酸化反応を行う。オゾン処理については、ｐＨ５以下の酸性領域で行うと酸化分解効率が高くなることが知られている。これらのために、この汚泥還元槽３には、酸素発生器とオゾン発生器が付随して設けられている。又、この汚泥還元槽３には、後述する固液分解され処理された汚水の一部が返送汚泥として戻される。

従来は、この返送汚泥を曝気槽５に戻して処理していたが、本実施の形態の場合は汚泥還元槽３に戻すことを特徴としている。曝気槽５は、元来好気性生物等により有機物を分解し、安定して微生物等によって分解、酸化等の処理するための槽である。この曝気槽５に返送汚泥を戻すと、曝気槽５の環境が不安定となり、水質状態が一定しないおそれがあり、特に好気性菌の活動が必ずしも十分に行われないのが現状である。

従って、この汚泥還元槽３には、調整槽２からの原水の汚水と返送汚泥が混合攪拌された汚水として存在する。返送汚泥とは、活性汚泥法において、曝気槽５内のＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）を一定濃度に維持するために、後述する沈殿槽６から一部を返送し、循環利用する活性汚泥をいう。この活性汚泥には、微生物や原生動物が含まれている。これを戻すことで、即ち、これを汚泥還元槽３へ戻すことで、原水の汚水と返送汚泥を攪拌し、酸素及び／又はオゾンを供給することにより、生物分解しやすく、安定し定状態を維持する水質の汚水とする。

即ち、汚泥還元槽３に、酸素、又は酸素とオゾンの供給で、余剰な活性汚泥の細胞膜を破壊する等で、活性汚泥は分解され曝気処理に対応して、酸素がリッチな定状態の水質とすることができる。この汚泥還元槽３において、酸素を供給することは、前もって酸素濃度を高めることに寄与する。次工程の曝気処理においては、更に酸素濃度が高められ、従来の倍の酸素濃度とすることが可能である。

又、この汚泥還元槽３には噴流生成装置４を設けているので、汚水をキャビテーション流に、即ち、渦流にすることで、投入ガスの反応を高め、混合に加え、水中有機物の微細化、殺菌、殺虫、脱臭等の浄化が可能である。この噴流生成装置４は、図２、図３で示すように、噴流を内部に生成するための扁平の箱形形状の噴流ボックスとノズル等から構成されている。さらに詳述すると、図は単独による噴流生成装置４の全体図を示している。

ノズルを含む噴流ボックス１１は扁平形状の箱形態のものである。汚水をこの噴流ボックス１１に、強制的に流すためのポンプ１２が付随して取り付けられている。この噴流生成装置４は、汚泥還元槽３に一体的に取り付けられている。不要の場合には取り外しも可能である。吸込み口１３からポンプ１２により吸い込まれた汚泥還元槽３の汚水は、配管１４を介して噴流ボックス１１に導かれ噴流化する。この噴流生成装置４は全体をカバー１５で覆われ、単独で移動搬送が可能となっている。

この噴流ボックス１１は扁平状にしたのが特徴で、汚水がこの噴流ボックス１１に設けられたノズルから噴射されると、キャビテーションを発生し噴流化する。このノズルから汚水と共に、酸素及び／又はオゾンが吸引される。この吸引は、ノズルの外周部側から汚水を供給し、そのノズルの中心部から酸素、オゾンを吸引している。汚水の中に繊維質が多くてノズルが詰まりやすい場合、噴流ボックス１１の側面の中心部から酸素、オゾンを吸引することもある。これは、ノズルが２重管構造のため、汚水の通路が狭くなり粘り気の有る繊維などがあるとすぐに詰まるためである。この噴流ボックス１１の構造、機能は、本出願人に係る特開平１１−３１９８１９号、特開２００５−３０５３９６号（特許文献６）等で公知であり、詳細な説明は省略する。概略説明すると、噴流ボックス１１の内部空間はその高さと幅が規定されている。

又、噴流吐出穴の穴径と長さによっても条件が設定され、キャビテーションを発生させるようにしている。この発生条件の理由は、高さが大きいと渦はそれが一旦発生しても持続せずすぐに破壊されて消滅する。角運動量を有する渦は、立体空間では安定せず平面内で安定する。このような渦の中心領域は、高さ方向に直交する平面内で、概ね内部空間の全体で上下２面壁を除く４面壁に沿うように周回運動する。なお、噴流ボックス１１は、低いポンプ圧の場合は必ずしもキャビテーションが発生しないが、キャビテーションを発生させなくても、噴流ボックス１１の内壁面によるコアンダ効果、渦流等により、汚水、酸素、オゾン等を均一に攪拌するものとしても使用できるし、本実施の形態の噴流生成装置４としても、その攪拌機能だけでも目的は達成できる。

この噴流生成装置４を適用することで、汚水中の原生動物、細菌等の細胞破壊、細胞活性の無効化、溶存気体の分離、有害物質の無効化、乳化等を効率的に行う。この噴流による汚水処理は、酸素、オゾンとのバランスもあるが、最適条件で使用すると、汚水浄化に尚一層の効果がある。但し、この噴流による処理は、次工程の好気性生物処理の好適条件を乱さないようにすることが必要である。この噴流生成装置４は、加圧された汚水を供給し噴流状態にするようにしている。この汚泥還元槽３で処理された汚水は、前述したように曝気処理前に定状態を維持する安定した水質に、即ち、微生物分解のし易い環境の汚水としたものである。

この汚泥還元槽３の処理機能は、本発明の特徴をなすものである。その特徴について改めて説明する。この汚泥還元槽３の第１の特徴は、調整槽２からの原水と、沈殿槽６からの返送汚泥が流入するところで、原水、及び返送汚泥を混合処理による一括処理が可能である。即ち、Ｂ０Ｄ、ＣＯＤの一次処理（物理処理）が可能にしたことに特徴がある。また、難分解性有機物の破砕、分解処理が可能である。更に、生物処理が困難な汚泥の細胞壁破壊が可能である。

第２の特徴は、曝気槽５内に見られるような生物フロックの破壊がないことである。即ち、沈降性の要となるフロック形成を阻害しないことである。第３の特徴は、ｐＨの安定化をもたらすことができることである。後工程の曝気槽５内においての変動を少なくすることができる。即ち、流入原水のｐＨは４．０〜５．０と低いので、返送汚泥との混合により、汚泥還元槽３内のｐＨを６．０〜７．０に調整して変えることができる。

第４の特徴は、ＤＯ値（溶存酸素濃度）の安定化が図れることである。前述同様に、後工程の曝気槽５内においての変動を少なくすることができる。流入原水及び返送汚泥内のＤＯ値が低い場合は、直ちに最適値に改善して曝気槽５に送水できる。例えば、実際の例で言えば、流入ＤＯ値が平均２．０〜３．０mg/Ｌであったものが、平均１０．０mg/Ｌ以上に大幅に改善された。このようなことから、汚泥還元槽３の処理特性として、放流水中のＳＳの減少に効果を示し、放流水質の改善を促していることを示している。

これらのことは、後述する実施例のデータで裏付けられている。次にこの状態の汚水を次工程の曝気槽５へ導く。この曝気槽５では、汚泥還元槽３で処理された有機性汚水を、この曝気槽５内で活性汚泥の存在下に好気性生物処理し有機物を生物分解する。曝気槽５は図示していないが、下部に空気又は酸素の気泡を吐出するブロワーが設けられており、汚水を空気又は酸素と混合攪拌させ酸素を汚水に供給するようになっている。

又、この曝気槽５は、第１曝気槽５ａと第２曝気槽５ｂの２段階の槽を構成している。第１曝気槽５ａで生物分解できない汚水は、第２曝気槽５ｂで生物分解するようにしている。基本的には第１曝気槽５ａと第２曝気槽５ｂは、工場等からの汚水を受け入れて生物処理を行なう槽であり、流入する汚水を段階的に処理し、清浄化する槽である。即ち、第１曝気槽５ａは、高濃度原水を受け入れて一時処理を行うと共に、生物処理の前処理としての意味がある。その後、第２曝気槽５ｂでさらに生物処理を完結し、固液分離性を促進することになる。

汚水中に含まれる無機、有機成分を生物処理により分解し、固液分離をスムースに進めるために、先ず第１曝気槽５ａで高濃度原水を受け入れ一次処理を行なうとともに生物処理の前工程としての一次処理を行なう。その後にこの汚水を第２曝気槽５ｂに送り、この第２曝気槽５ｂでさらに生物処理を完結し、２段構成で固液分離性を促進する。

この第１曝気槽５ａと第２曝気槽５ｂでは、前述の汚泥還元槽３からの汚水を受けることで、原水の汚水と返送される返送汚泥を混合し一定化した状態になっているので、流入負荷変動を抑えることが可能となり、生物処理の安定化が図れることになる。又、有機物の形態やアンモニアの形態で汚水に含まれる窒素は、好気的処理で酸化され硝酸塩となる。このように汚水は曝気槽５で微生物により生物分解される。

汚泥還元槽３での汚水は、原水の汚水と配管路９を介して後述する沈殿槽６から返送された返送汚泥を混合攪拌したものとなる。従って、曝気槽５での好気性微生物による生物処理は、前工程によって水質を定状態に維持するようにしているのでスムーズに行える。容易に生物分解され除去されることにより、ＢＯＤ成分を低下させることができる。このことは余剰汚泥が減容化されることを意味する。この結果、汚泥還元槽３への返送量が増すことにもなり、浄化効率を高めることになる。

次に、理解を容易にするため、気泡処理（既存の曝気）と噴流処理の差異について説明する。空気曝気方式は、空気中の酸素濃度が低く（２０．９％）、且つ混合ガスとして酸素の溶解効率が低い（５％未満）。このことから大型ブロワーによるエアの送風を行うことで、酸素濃度を高めることが行われている。曝気槽５の攪拌作用としては有効であるが、溶存酸素濃度をキープするためには、電力消費が大きい。又、過曝気の原因ともなる。

更に、オゾン処理においても、溶解効率が低いので、高濃度なオゾンガスを必要とする。これに対して噴流処理は、供給酸素（濃度９０％以上）を９０％以上溶解することができる。オゾンにおいても９０％以上の溶解を可能としていることから、その反応性を最大限に引き出すことが可能である。このように本発明に適用した噴流処理は汚泥還元槽３で極めて有効な機能を果たす。

生物分解の終った汚水は、次に曝気槽５内から沈殿槽６に導かれる。沈殿槽６では曝気処理された汚泥を含む汚水を固液分離し、分離液と分離汚泥に分離される。本実施の形態では汚泥還元槽３が配置されているので、効率的に曝気槽５での処理が効率的に行われるので、結果的に沈殿槽６から排出される処理液が多くなる。沈殿槽６からの返送汚泥の返送量は、返送汚泥量に対するオゾン処理汚泥の量の比が、所定の適正値になるようにコントロールされながら決定される。返送汚泥とオゾン処理汚泥のバランスが保たれ、汚泥の活性が阻害されることなく、好気性処理がなされる。これにより、水質の低下は防止される。

更に、沈殿槽６の上澄み液、即ち処理液は浄化水として、即ち、好気性微生物による有機物の分解処理が所定値以上に完全になされたものとして、放流槽８に導かれ、最終的に河川等に放流される。この放流の前には、消毒処理がなされ、例えば、塩素消毒処理がなされる。これらの一連の処理は、有機汚泥減容率が所定の範囲になるように制御されながら処理される。これは活性汚泥の沈降性と脱水性が悪いと、汚泥中の無機質含有量が低くなるが、前述の処理を施すことでそれが解消され、沈降性等をよくする効果がある。

以上実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態で説明した内容に限定されないことはいうまでもない。

本発明の有機性汚水の浄化方法とその装置を実施した浄化処理の例において、次に示す結果を得ている。
廃液の種類：炊飯・パックライス製造工場の廃水処理（主に洗米、米浸漬水の廃液）である。特に洗米廃水は高濃度ＢＯＤの廃水である。
設置場所：石川県白山市 松任農協食品加工工場

図１は、本発明の浄化装置を示すブロック図である。 図２は、噴流生成装置４の平面図である。 図３は、噴流生成装置４の正面図である。

符号の説明

１…原水槽
２…調整槽
３…汚泥還元槽
４…噴流生成装置
５…曝気槽
６…沈殿槽
７…余剰汚泥槽
８…放流槽
９…配管路
１１…噴流ボックス
１２…ポンプ

Claims (2)

1. 有機物を含む汚水を浄化する処理方法であって、
   前記汚水を固形残渣除去装置により前記汚水中の固形残渣を除去する前処理工程と、
   前記固形残渣が除去された前記汚水の送水流量を調整して貯留する貯留工程と、
   前記送水流量が調整された前記汚水に、酸素及び／又はオゾンを加えて汚泥攪拌し前記汚水の水質を定状態に維持する定状態維持処理工程と、
   前記定状態維持処理のなされた前記汚水に、空気を供給して曝気し活性化する汚泥活性処理のための汚泥活性処理工程と、
   前記汚泥活性処理がなされた前記汚水を固液分離させる分離処理工程と、
   前記固液分離された前記汚水の浄化水を放流させる放流処理工程と
   からなり、
   前記分離処理工程において、分離された前記汚水の一部を前記定状態維持処理工程のみに導き、前記前処理がなされ流量が調整された前記汚水と共に攪拌混合して再度前記定状態維持処理を行うようにし、
   前記定状態維持処理工程は、前記汚水を噴流によりキャビテーションを発生させて処理させる工程を含むことを特徴とする有機性汚水の浄化方法。
2. 有機物を含む汚水を浄化する処理装置であって、
   前記汚水から固形残渣を除去するための固形残渣除去手段を有する原水槽（１）と、
   前記固形残渣を除去された前記汚水の送水流量を調整して貯留する調整槽（２）と、
   前記調整槽で流量調整された前記汚水と、後記沈殿放流槽から返送された汚水に酸素及び／又はオゾンを加えて汚泥攪拌し前記汚水の水質を定状態に維持処理する汚泥還元槽（３）と、
   前記定状態に維持処理のなされた前記汚水に空気を供給して曝気し汚泥を活性化して汚泥活性処理する曝気槽（５）と、
   前記汚泥活性処理のなされた前記汚水を沈殿処理により固液分離し、前記汚水を浄化水にして放流させる沈殿放流槽（６）と、
   前記沈殿放流槽で分離された前記汚水の一部を前記汚泥還元槽にのみ導く配管路（９）とからなり、
   前記汚泥還元槽には、前記汚水を噴流によりキャビテーションを発生させて処理させるための噴流生成装置（４）が配置されていることを特徴とする有機性汚水の浄化装置。

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