JP2003340461A

JP2003340461A - 排水の除菌システム

Info

Publication number: JP2003340461A
Application number: JP2002155938A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Watanabe; 一志渡邊
Original assignee: Toshiba Plant Construction Corp
Current assignee: Toshiba Plant Construction Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で操作性がよく長期間安定に運転できる
除菌システムの提供。【構成】除菌システムは、排水に含まれている油分を
除去する油分除去装置２と、油分を除去した排水を加圧
する加圧手段３と、その加圧された排水を除菌する除菌
装置４を備えている。除菌装置４は容器５とその容器内
に充填した多数の圧電セラミックス粒子９を有し、該圧
電セラミックス粒子９は加圧下に排水中の溶存酸素と水
から過酸化水素を生成するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排水の除菌システム
に関し、詳しくは過酸化水素を発生する圧電セラミック
スを利用した除菌装置により排水の除菌を行うシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場排水、農業排水、家庭排水などの種
々の排水が存在するが、一般にこれら排水は排水処理施
設で環境放出できる程度、もしくは工業用水などに再利
用出来る程度まで処理され、その際副生する汚泥処理は
環境汚染しないように別途処理される。

【０００３】再利用できる程度にまで処理する排水処理
システムでは、先ず排水を中和、沈殿、凝集、篩い分け
等の化学的または物理的な処理を行って清澄水と汚泥に
分離する（一次処理）。次に一次処理で発生した汚泥を
脱水、乾燥、焼却などの処理を行う（二次処理）。さら
に一次処理で発生した清澄水に存在する雑菌類を除菌処
理する（三次処理）。除菌処理された排水は工業用水や
農業用水に再利用できるが、近年になって無菌栽培とし
ての溶液栽培法にも多く利用されている。

【０００４】従来から採用されている除菌方法として、
塩素や次亜塩素酸を使用して化学的に殺菌する方法、紫
外線ランプなどの殺菌性光線を照射する方法、オゾンガ
スで殺菌する方法などが知られている。最後のオゾンで
殺菌する方法は、乾燥装置で乾燥した空気をオゾン発生
器に供給し、そこで高圧放電により発生したオゾンを排
水中に吹き込む方法であり、大量の排水を高い効率で除
菌することができる。しかしこの方法は設備が大型で高
価になり運転コストも高いので、小規模システムでは採
用し難いという問題がある。

【０００５】一方、野菜の殺菌など小規模なシステムに
使用できる装置として、圧電セラミックス粒子を利用し
た装置が知られている（特許第２９５５５０２号）。こ
の方法は水道水などの原水を加圧して圧電セラミックス
粒子を収容した容器に供給し、加圧下における圧電セラ
ミックス粒子の電子放出作用によって水と溶存酸素から
過酸過水素を発生させ、得られた過酸化水素水を野菜の
洗浄水として供給するものである。しかし上記特許には
排水の除菌に関する記載はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記圧電セラミックス
粒子により生成した過酸化水素は不安定であり、装置か
ら流出する短い時間内に殺菌水として使用する必要があ
る。そのため前記特許の野菜洗浄殺菌の方法と同じやり
かたを排水処理に応用する方法、すなわち得られた過酸
化水素水を配管等で排水中に添加して除菌する方法で
は、過酸化水素の不安定性もあり、操作性が悪く実用的
ではない。

【０００７】また、得られた過酸化水素水は排水中に添
加することにより著しく希釈され、過酸化水素の濃度が
大幅に低下するので添加量も多くなり、結果として除菌
装置が大型になるおそれがある。一方、一次処理しただ
けの排水は水道水などより清浄度が低く、僅かな油分が
残留している場合もある。

【０００８】排水中に油分が含まれていると、それが圧
電セラミックス粒子の表面に付着して除菌性能を低下さ
せる。さらに前記排水中には油分のほかに各種の僅かな
不純物も残留することがあり、それら汚染物質は油分ほ
どではなくとも、圧電セラミックス粒子の除菌性能を低
下させる。そこで本発明は前記圧電セラミックス粒子を
利用し、小型で操作性がよく、且つ長期間安定に運転で
きる除菌システムを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、排水
に含まれている油分を除去する油分除去装置と、油分を
除去した排水を加圧する加圧手段と、その加圧された排
水を除菌する除菌装置を備え、前記除菌装置は容器とそ
の容器内に充填した多数の圧電セラミックス粒子を有
し、該圧電セラミックス粒子は加圧下に排水中の溶存酸
素と水から過酸化水素を生成するように構成したことを
特徴とする排水の除菌システムである。（請求項１）

【００１０】上記除菌システムにおいて、油分を除去し
た排水を濾過する濾過装置を設け、その濾過水を加圧手
段で加圧して除菌装置に供給することができる。（請求
項２）

【００１１】上記濾過装置を設けた除菌システムにおい
て、濾過装置１０から流出する濾過水をさらに限外濾過
する限外濾過膜装置を設け、その限外濾過水を加圧手段
で加圧して除菌装置に供給することもできる。（請求項
３）

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
より説明する。図１は本発明に係る除菌システムのプロ
セスフロー図である。１は排水処理施設、２は排水処理
施設１から排出する排水中に含まれている油分を除去す
る油分除去装置、３は油分除去装置２から流出する排水
を加圧する加圧手段、４は加圧手段３で加圧された排水
を除菌する除菌装置である。

【００１３】油分除去装置２は例えば遠心分離式の分離
装置、油水分離槽を用いた分離装置など、一般的にこの
分野で使用されている装置を採用することができる。加
圧手段３は軸流式の加圧ポンプなどを使用することがで
き、その出口側に設けた調整弁等（図示せず）を調整す
ることにより、要求圧力に応じた値に昇圧した排水を除
菌装置に供給する。

【００１４】除菌装置４は容器５と、容器５の一方の端
部付近に設けた入口部６および他方の端部付近に設けた
出口部７と、容器５内に設けた一対の多孔板８、８と、
多孔板８，８の間に充填した多数の圧電セラミックス粒
子９により構成される。圧電セラミックス粒子９は加圧
された排水に溶け込んでいる溶存酸素と水から過酸化水
素を発生し、その過酸化水素が排水の除菌を行う。

【００１５】次に本発明に使用する圧電セラミックス粒
子９を具体的に説明する。圧電セラミックス粒子９は酸
化アルミニウム（Ａ１₂Ｏ₃）とチタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ₃）を含むセラミックスであり、例えば炭酸バ
リウム、酸化チタン、酸化アルミニウムおよびゲルマニ
ウム化合物を混合した主剤とバインダーとしての粘土を
１：２の割合で均一に混合し、造粒装置等で細かい球状
に成形した後、大気中において１０００℃〜１３０００
℃の温度で焼成して得られる。球形に形成する際は、生
成する圧電セラミックス粒子９の粒径が例えば１３ｍｍ
程度になるようにその粒径を設定する。

【００１６】前記各成分の混合割合は、焼成後のセラミ
ックス中に例えばチタン酸バリウムが７８重量％、酸化
アルミニウムが２０重量％、ゲルマニウム組成物が２重
量％になるように混合する。その際炭酸バリウムと酸化
チタンとは、チタン酸バリウムを効率よく生成させるた
めに１：１のモル比で混合する。また前記粘土は、焼成
後のセラミックス中における酸化物の割合が例えば二酸
化珪素（ＳｉＯ₂）９０重％、酸化第二鉄（Ｆｅ
₂Ｏ₃）０．５重量％、酸化ナトリウム（ＮａＯ）０．
５重量％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）１重量％、酸化
カルシウム（ＣａＯ）１重量％、酸化カリウム（Ｋ
₂Ｏ）７重量％になるよう組成のものを選択する。

【００１７】上記圧電セラミックス粒子９に２．５〜
５．５気圧程度に加圧した排水が衝突するとその運動エ
ネルギーが熱エネルギーに変換され、その結果排水の一
部がイオンに解離して水素イオン（Ｈ⁺）と水酸イオン
（ＯＨ）が生成する。なお通常の水中にも僅かな水素イ
オン（Ｈ⁺）と水酸イオン（ＯＨ）は存在するが、そこ
に上記のように水素イオン（Ｈ⁺）と水酸イオン（Ｏ
Ｈ）が更に生成するので、通常の水中より水素イオン
（Ｈ⁺）と水酸イオン（ＯＨ）の濃度が高くなる。

【００１８】圧電セラミックス粒子９に排水が接触する
と、粒子を構成するチタン酸バリウムの圧電作用により
電子が放出され、排水中に溶存している酸素分子
（Ｏ₂）の一部にその電子を供与する。すると酸素分子
と供与電子から分子状酸素のアニオン（Ｏ₂ ^-）が生成
する。この分子状酸素のアニオンは高い反応性を有する
活性酸素の一種で、排水中の前記水素イオンと反応して
過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と分子状酸素（Ｏ₂）を生成す
る。その際、過酸化水素の生成により排水の水素イオン
が消費されて相対的に水酸イオンが増加するので、排水
のｐＨは上昇する。従ってこのｐＨの上昇の程度から過
酸化水素の生成割合を推定することができる。

【００１９】生成した過酸化水素は不安定で、短い時間
内に分解して水（Ｈ₂Ｏ）と発生期酸素［Ｏ］になる。
しかし本発明では生成した過酸化水素が直ちに排水に作
用して目的とする殺菌等を行うので、過酸化水素の不安
定性は問題ない。

【００２０】図１のプロセスフローにより排水を除菌す
るには、先ず排水処理施設１から流出する排水中に含ま
れている油分を油分除去装置２で除去し、次に油分を除
去した排水を加圧手段３で加圧して除菌装置４の入口部
６に供給する。入口部６から容器５内に流入した排水は
多孔板８の多数の孔から噴出し、充填された圧電セラミ
ックス粒子９に衝突する。この衝突により圧電セラミッ
クス粒子９の前記作用により排水中の溶存酸素と水から
過酸化水素が発生する。過酸化水素は排水中で直ちに除
菌作用に消費され、除菌された排水が出口部７から排出
する。

【００２１】このように排水中に含まれている油分を予
め除去してから除菌装置４で除菌操作をすることによ
り、除菌装置４に充填された圧電セラミックス９の表面
に油分が付着して除菌性能を低下させるおそれがなくな
る。

【００２２】排水処理施設１から排出する排水中に、例
えばアンモニア態窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、硫
黄化合物、リン化合物などが僅かに残存している場合も
ある。しかし過酸化水素はこれら不純物も有効に除去す
る作用を有している。例えばアンモニア態窒素は過酸化
水素と反応して水と窒素ガスに分解され、硝酸態窒素や
亜硝酸態窒素は過酸化水素と反応して水と窒素ガスに分
解され、硫黄化合物は過酸化水素と反応して水と単原子
状硫黄（気体）に分解され、リン化合物は水とリン化水
素ガスに分解される。したがって過酸化水素による除
菌除去と同時にこれら不純物も除去できる。

【００２３】図２は本発明に係る除菌システムの他のプ
ロセスフロー図である。１は排水処理施設、２は油分除
去装置、３は加圧手段、４は除菌装置であり、これらは
図１の場合と同じものが使用される。本実施の形態が図
１の例と異なる部分は、油分除去装置２と加圧手段３の
間に濾過装置１０を設けた点であり、その他は同じよう
に構成される。したがって重複する説明は省略する。

【００２４】排水処理施設１で処理した排水中には油分
のほかに各種不純物を僅かに含んでいる場合があり、そ
れら不純物が圧電セラミックス９の表面に付着すると油
分と同じようにその除菌性能を低下させる。僅かに含ま
れる不純物としては分散状態のゴミや浮遊物などがあ
る。そこで、このような場合には濾過装置１０でこれら
不純物を濾過して取り除き、その排水を加圧手段３で加
圧し除菌装置４に供給している。なお濾過装置１０とし
ては、一般に水処理の分野で使用されている濾布式や分
離膜式などの濾過装置を採用することができる。

【００２５】排水処理施設１で処理した排水には、濾過
装置１０では除去できないμオーダの微細な不純物や汚
染物質が残存している場合もある。これら微細な不純物
等を含む排水を除菌装置４に長期間供給すると、圧電セ
ラミックス粒子９の表面にそれが層状に付着して除菌性
能を低下させる。従って排水中にこれら微細な不純物等
が残存している場合には、予めそれを除去してから除菌
装置４に供給することが望ましい。

【００２６】このような微細な不純物等を除去するに
は、図２に示すように、濾過装置１０と加圧手段３の間
に限外濾過膜装置１１を別途設ける。そして油分除去装
置２から流出する排水は濾過装置１０でゴミなどの不純
物等を除去された後に限外濾過膜装置１１に流入し、そ
こで微細な不純物等をさらに除去した後、加圧手段３で
加圧し除菌装置４に供給される。一般的な限外濾過膜装
置１１として、多数の中空糸を束ねて容器内に収容した
限外濾過膜モジュールを複数並列接続することにより構
成した装置がある。限外濾過膜装置は種々の性能および
容量のものが市販されているので、その中から除菌シス
テムに適したものを選択すればよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明に係る除菌システム
は、排水に含まれている油分を除去する油分除去装置
と、油分を除去した排水を加圧する加圧手段と、加圧さ
れた排水を除菌する除菌装置を備え、前記除菌装置は容
器とその容器内に充填した多数の圧電セラミックス粒子
を有し、該圧電セラミックス粒子は加圧下に排水中の溶
存酸素と水から過酸化水素を生成するように構成されて
いることを特徴とする。

【００２８】上記のように構成した除菌システムでは、
生成した過酸化水素が直ちに排水の除菌を行うので除菌
効率が極めて高く、操作性もよい。また生成装置から過
酸化水素水を除菌場所に供給する方式ではないので、除
菌装置回りに各種の配管類を設置する必要もなく、装置
をコンパクト化できる。さらに、一次処理しただけの排
水中に僅かな油分などが残留していても、その油分を油
分除去装置で予め除去して除菌装置に供給するようにし
たので、除菌装置における圧電セラミックスの除菌性能
を長期間持続することができる。

【００２９】上記除菌システムにおいて、油分を除去し
た排水を濾過する濾過装置を設け、その濾過水を加圧手
段で加圧して除菌装置に供給することができる。このよ
うな濾過装置を設けることにより、排水中にゴミなどの
不純物が含まれている場合でも、それら不純物を濾過装
置で予め除去分離した排水を除菌装置に供給できるの
で、除菌装置における圧電セラミックスへの不純物付着
による除菌性能低下を回避し、その除菌性能を長期間持
続することができる。

【００３０】上記濾過装置を設けた除菌システムにおい
て、濾過装置から流出する濾過水を限外濾過する限外濾
過膜装置を設け、その限外濾過水を加圧手段で加圧して
除菌装置に供給することができる。このような限外濾過
膜装置を設けることにより、排水中に微細な不純物や浮
遊物が含まれている場合でも、それら微細な不純物等を
限外濾過膜装置で除去分離した排水を除菌装置に供給で
きるので、除菌装置における圧電セラミックスの微細な
不純物等の付着による除菌性能低下を回避し、その除菌
性能を長期間持続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る除菌システムのプロセスフロー
図。

【図２】本発明に係る除菌システムの他のプロセスフロ
ー図。

【符号の説明】

１排水処理施設２油分除去装置３加圧手段４除菌装置５容器６入口部７出口部８多孔板９圧電セラミックス粒子１０濾過装置１１限外濾過膜装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/50 ５６０Ｃ０２Ｆ 1/50 ５６０Ｅ５６０ＺＢ０１Ｄ 61/14 Ｂ０１Ｄ 61/14 Ｃ０１Ｂ 15/027 Ｃ０１Ｂ 15/027 Ｃ０２Ｆ 1/38 ＺＡＢＣ０２Ｆ 1/38 ＺＡＢＣ０４Ｂ 35/46 Ｃ０４Ｂ 35/46 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排水に含まれている油分を除去する油分
除去装置２と、油分を除去した排水を加圧する加圧手段
３と、その加圧された排水を除菌する除菌装置４を備
え、前記除菌装置４は容器５と、その容器５内に充填し
た多数の圧電セラミックス粒子９を有し、該圧電セラミ
ックス粒子９は加圧下に排水中の溶存酸素と水から過酸
化水素を生成するように構成されていることを特徴とす
る排水の除菌システム。
【請求項２】請求項１において、油分を除去した排水
を濾過する濾過装置１０を設け、その濾過水を加圧手段
３で加圧して除菌装置４に供給することを特徴とする排
水の除菌システム。
【請求項３】請求項２において、濾過装置１０から流
出する濾過水を限外濾過する限外濾過膜装置１１を設
け、その限外濾過水を加圧手段３で加圧して除菌装置４
に供給することを特徴とする排水の除菌システム。