JP3893402B2 - 排ガス排水処理装置および排ガス排水処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、排ガス排水処理装置および排ガス排水処理方法に関する。この発明は、たとえば、２００４年４月から施行された水質汚濁防止法の一部改正による窒素の総量規制や２００１年４月から施行されたＰＲＴＲ法（環境汚染物質排出・移動登録）への対応として、主として半導体工場から排水される高濃度窒素排水(高濃度アンモニア含有排水等)やアミノエタノール含有排水を効率的に処理できると同時に、省エネルギーでイニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストを削減できる排ガス排水処理装置および排ガス排水処理方法に関する。

従来、高濃度窒素排水、具体的には、約３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア含有排水のような高濃度窒素排水は、生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理できなかった。すなわち、窒素含有排水が微生物処理されているケースでは、アンモニア濃度が数百ｐｐｍと低い濃度での処理が一般的であった。

このため、３０００ｐｐｍ以上の高濃度アンモニア含有排水は、物理的方法としての蒸発缶を用いて１/１０程度まで濃縮し、その濃縮液を産業廃棄物として処分していた。この蒸発缶で濃縮して、産業廃棄物として工場より排出する方法では、濃縮物が産業廃棄物に該当する。このため、事業所からの産業廃棄物の増加や、その産業廃棄物としての濃縮液の処分方法が、一般的には焼却であることにより、重油等の燃料の使用による大気汚染等の課題があった。

また、上記蒸発缶による処理方法では、エネルギーを多量に消費し、かつ大きなプラント設備となるので、イニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストが大きいという課題があった。

また、別の従来技術として、特許文献１(特開２０００−３０８９００号公報)において、生物処理法が開示されている。この従来技術の生物処理法によれば、アンモニア性窒素を高濃度に含有する排水を処理する際に発生する亜硝酸性窒素による処理効率低下を防止して安定した処理を行うことができる。この生物処理法は、具体的には、亜硝酸性窒素に耐性のある独立栄養細菌を用いた生物学的脱窒素法により亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元して排水から除去する。

このアンモニア含有排水の処理方法は、硝化槽、脱窒槽、紫外線酸化槽や硝化槽、光触媒紫外線酸化槽、脱窒槽、紫外線酸化槽での処理が開示されている。

また、特許文献２(特許第３４６７６７１号公報)では、もう１つの従来技術として別の生物処理法が記載されている。

この生物処理方法は、原水槽内の有機性排水を、送液ポンプにより脱窒槽および硝化槽に順々に送り込むとともに両槽間で循環させることより、有機性排水中に含まれるアンモニア態窒素を生物学的硝化および脱窒反応を用いて窒素ガスに還元して除去し、さらに吸引ポンプを用いて、硝化槽内の排水中に浸漬されたろ過膜ユニットにより汚泥と処理水とを分離する硝化脱窒方法である。

この硝化脱窒方法の特徴として、脱窒槽から硝化槽へ送る導管を途中で分岐させ、分岐部の先端を脱窒槽内に開口させ、脱窒槽から硝化槽へ送り込まれる有機性排水の一部を脱窒槽内の有機性排水中に吹き出させている。つまり、この硝化脱窒方法では、排水を送液ポンプにより脱窒槽および硝化槽に順々に送り込むとともに両槽間で循環させる。

また、特許文献３(特許第３０９５６２０号公報)において、さらに別の従来技術としての生物処理法が記載されている。

この生物処理方法では、有機物を含む原水が流入する脱窒槽と、この脱窒槽の脱窒槽混合液が流入する硝化槽と、この硝化槽の硝化液を上記脱窒槽へ循環させる硝化液循環流路と、上記硝化槽内に配置した硝化槽散気装置とを備えた生物学的窒素除去装置による処理を行う。

より詳しくは、この生物学的窒素除去装置では、脱窒槽に流入する原水中の浮遊物質を捕捉し除去する脱窒菌固定化担体充填ゾーンを脱窒槽内に設けている。また、原水導入流路および硝化液循環流路を脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンの下方位置に連通させ、脱窒槽の底部に脱窒菌固定化担体充填ゾーンで捕捉し除去した浮遊物質を堆積するための汚泥ホッパー部を設け、汚泥ホッパー部にホッパー散気装置を設けている。

しかし、上述の如く、従来は、３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア含有排水は、生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理はされていなかった。すなわち、生物毒性が高いため、微生物処理できない高濃度アンモニア排水は、焼却法や濃縮法で処理されていた。このため、濃縮法では、エネルギーの多量消費と濃縮液による産業廃棄物の増加という問題がある。

一方、さらに他の従来技術として、ナノバブルを利用した処理方法および処理装置が、特許文献４(特開２００４−１２１９６２号公報)に記載されている。

この従来技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、この従来技術では、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。

また、さらに別の従来技術として、特許文献５(特開２００３−３３４５４８号公報)には、ナノ気泡の生成方法が記載されている。

この従来技術では、液体中において、(１)液体の一部を分解ガス化する工程、(２)液体中で超音波を印加する工程または、(３)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程を有することを開示している。

ところが、上記２つの従来技術では、ナノバブルを利用した汚濁水の浄化あるいはナノバブルを利用して固体表面の汚れを除去することを開示しているが、排ガスと排水を処理する際の処理効率や処理水質を向上させる技術については開示していない。
特開２０００−３０８９００号公報 特許第３４６７６７１号公報 特許第３０９５６２０号公報 特開２００４−１２１９６２号公報 特開２００３−３３４５４８号公報

そこで、この発明の課題は、処理効率の向上と、処理コストの低減を実現できる排ガス排水処理方法および排ガス排水処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の排ガス排水処理方法は、排ガスを処理する洗浄水としてマイクロナノバブルを含有するマイクロナノバブル水を使用し、上記排ガスを処理した洗浄水を排水の処理に再使用することを特徴としている。

この発明の排ガス排水処理方法によれば、マイクロナノバブル水を洗浄水として排ガスを処理するので、マイクロナノバブルがもつ物体表面の高速洗浄機能により、排ガスを効率良く洗浄できる。また、上記排ガスを処理した洗浄水を排水の処理に再使用することにより、この洗浄水に含まれるマイクロナノバブルを排水処理に役立てることができ、排水処理効率の向上を図れる。すなわち、このマイクロナノバブルは、(１) 界面活性作用と殺菌作用、(２)汚れ成分の吸着機能、(３) 物体表面の高速洗浄機能、(４) 殺菌機能、(５) 触媒的作用，機能（６）微生物の活性を高める作用・機能などを有している。

したがって、この発明の排ガス排水処理方法によれば、排ガスおよび排水の処理効率向上を図れ、処理コストの低減を図れる。

ここで、３種類のバブルについて説明する。

(ｉ) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。

(ii) マイクロバブルは、直径が５０ミクロン(μｍ)以下の微細気泡で、水中で縮小していき、ついには消滅(完全溶解)してしまう。

(iii) ナノバブルは、マイクロバブルよりもさらに小さいバブルで直径が数１００ｎｍ以下(例えば直径が１００〜２００ｎｍ)で、いつまでも水の中に存在することが可能なバブルと言われている。

したがって、ここでは、マイクロナノバブルとは、上記マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルである。

また、一実施形態の排水処理装置は、マイクロナノバブルを含有するマイクロナノバブル水を作製するマイクロナノバブル水作製部と、
上記マイクロナノバブル水作製部が作製したマイクロナノバブル水を洗浄水として排ガスを処理する排ガス処理部と、
上記排ガスを処理した洗浄水が導入される排水処理部とを備え、
上記排水処理部は液中膜を有し、
上記マイクロナノバブル水作製部は、上記排水処理部の液中膜から得られた処理水を原水として上記マイクロナノバブル水を作製し、
上記排水処理部は、調整槽と、脱窒槽と、液中膜を含む硝化槽とを有し、
上記マイクロナノバブル水作製部は、マイクロナノバブル発生機を含むマイクロナノバブル反応槽であり、
上記排ガス処理部は水スクラバーであり、
上記排水処理部の調整槽に窒素排水が導入され、
上記排ガス処理部で排ガスを処理した洗浄水を排水として、上記排水処理部の調整槽へ導入する排水導入部を有する。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、マイクロナノバブル水作製部で作製したマイクロナノバブル水を洗浄水として排ガスを処理するので、マイクロナノバブルがもつ物体表面の高速洗浄機能により、排ガスを効率良く洗浄できる。また、上記排ガスを処理した洗浄水を排水の処理に使用することにより、この洗浄水に含まれるマイクロナノバブルを排水処理に役立てることができ、排水処理効率の向上を図れる。

したがって、この排ガス排水処理装置によれば、排ガスおよび排水の処理効率向上を図れ、処理コストの低減を図れる。なお、排水処理部で排水を処理した処理水を原水として上記マイクロナノバブル水を作製すれば、排ガス処理に関するランニングコストの低減を図れる。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、上記マイクロナノバブル水作製部は、上記排水処理部の液中膜から得られた処理水を原水として上記マイクロナノバブル水を作製する。上記処理水には電解質を多く含んでいるので、効率よくマイクロナノバブルを作製できる。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、排ガス処理部が水スクラバーであるので、比較的容易に排ガス処理システムを構築できる。また、この実施形態では、マイクロナノバブル反応槽は、排水処理部が有する硝化槽の液中膜から得られた処理水を原水としてマイクロナノバブル水を作製し、このマイクロナノバブル反応槽からのマイクロナノバブル水を上記水スクラバーの洗浄水として利用する。したがって、排水処理部に導入された排水の処理水を、排ガス処理部としての水スクラバーの洗浄水として有効にリサイクルできる。

また、一実施形態の排水処理装置では、上記排水処理部の調整槽に窒素排水が導入され、
上記排ガス処理部で排ガスを処理した洗浄水を排水として、上記排水処理部の調整槽へ導入する排水導入部を有する。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、上記排水処理部の調整槽では、上記排ガス処理部からの排水に含まれるマイクロナノバブルにより、高濃度な窒素排水を前処理できる。このマイクロナノバブルは、排水処理部で循環使用可能である。

すなわち、マイクロナノバブルは水中において、長く維持される性質があるので、排ガス処理部から調整槽に導入される排水は、マイクロナノバブルを含んだ排水となる。調整槽で、高濃度な窒素排水とマイクロナノバブルを含む排水とを混合すると、マイクロナノバブルによる酸化前処理が可能となる。この調整槽で前処理することによって、装置全体特に硝化槽の小型化が可能となり、イニシャルコストの削減につながる。この実施形態では、排水を脱窒槽，硝化槽で微生物処理する前に調整槽でマイクロナノバブル処理(例えばアンモニア性窒素を硝酸性窒素まで部分的に酸化処理)できる。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記排ガス処理部は、窒素化合物を含有する排ガスを処理する。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、マイクロナノバブルの高速洗浄機能によって、排ガスが含有する窒素を洗浄水に効率的に移行させることができる。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記排ガスは、アミノエタノールを含有する排ガスである。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、上記排ガス処理部では、上記マイクロナノバブルを含有する洗浄水でもって、気液の接触の原理に従い、排ガスが含有するアミノエタノールを排ガス側から洗浄水側に効率的に移行させて排ガスを処理できる。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記排ガス処理部は、
上記マイクロナノバブル水作製部からのマイクロナノバブル水を洗浄水として散水する上部と、
上記散水された洗浄水を貯留する下部と、
上記下部から上部に洗浄水を循環させる循環部とを備える。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、排ガス処理部は、洗浄水と、この洗浄水を循環させた循環水との２種類のマイクロナノバブル含有水によって、排ガスを洗浄するので、排ガス処理の性能を向上できる。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記硝化槽は、上記液中膜を洗浄するマイクロナノバブルを発生するマイクロナノバブル発生機を有する。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、上記硝化槽の液中膜を、マイクロナノバブル発生機が発生するマイクロナノバブルで洗浄するので、液中膜を確実に洗浄でき、液中膜の処理水量を増加させることができる。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記硝化槽は、上記液中膜を洗浄する空気を吐出する散気管を有する。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、散気管が吐出する空気と、マイクロナノバブル発生機が発生するマイクロナノバブルの両方でもって、硝化槽の液中膜を洗浄する。したがって、２種類のバブルの組み合わせによって、より効率よく液中膜を洗浄できる。

また、一実施形態の排ガス排水処理方法では、上記排ガスが、揮発性有機化合物を含む排ガスである。

この実施形態の排ガス排水処理方法によれば、洗浄水がマイクロナノバブル水であるので、排ガスに含まれるアセトン等の揮発性有機化合物に対しても、洗浄が確実に実施される。

また、一実施形態の排ガス排水処理装置では、上記排ガスが、揮発性有機化合物を含む排ガスである。

この実施形態の排ガス排水処理装置によれば、洗浄水がマイクロナノバブル水であるので、排ガスに含まれるアセトン等の揮発性有機化合物に対しても、洗浄が確実に実施される。

この発明の排ガス排水処理方法によれば、マイクロナノバブル水を洗浄水として排ガスを処理するので、マイクロナノバブルがもつ物体表面の高速洗浄機能により、排ガスを効率良く洗浄できる。また、上記排ガスを処理した洗浄水を排水の処理に使用することにより、この洗浄水に含まれるマイクロナノバブルを排水処理に役立てることができ、排水処理効率の向上を図れる。したがって、この発明の排ガス排水処理方法によれば、排ガスおよび排水の処理効率向上を図れ、処理コストの低減を図れる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１に、この発明の排ガス排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す。この第１実施形態は、調整槽１と、脱窒槽３と、液中膜１６を有する硝化槽１１と、マイクロナノバブル水作製部としてのマイクロナノバブル反応槽３１と、排ガス処理部としてのスクラバー１８を備える。

上記調整槽１には、高濃度窒素排水が導入されると共に、排水導入部である配管Ｌ１を経由して上記スクラバー１８からの揮発性有機化合物としてのアミノエタノール含有排水がオーバーフローにより導入される。この調整槽１では、導入される排水の水量と水質が調整される。この調整槽１に導入される高濃度窒素排水の一例としては、半導体工場からの高濃度窒素排水があり、この高濃度窒素排水としては、半導体工場からのＣＭＰ(ケミカルメカニカルポリッシング)工程からの高濃度アンモニア含有排水がある。

上記排ガス処理部としてのスクラバー１８からのアミノエタノール含有排水を調整槽１に導入しているので、このアミノエタノールを調整槽１の後段の脱窒槽３での水素供与体として利用できる。これにより、脱窒槽３における水素供与体としてメタノールを使用する場合に比べて、薬品費用を節約できる。また、このアミノエタノール含有排水には、後述するように、マイクロナノバブルが存在しているので、このマイクロナノバブルが、高濃度窒素排水である高濃度アンモニア含有排水中のアンモニアを部分的に酸化処理する。この調整槽１からの処理水は、調整槽ポンプ２によって、配管３９を経由して、脱窒槽３の下部８に導入される。

一方、この脱窒槽３の上部９には、生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥が導入されている。この生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥に含まれるリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の微量要素によって、脱窒槽３や硝化槽１１での槽内全ての微生物の活性を促進することができる。特に、硝化槽１１では、設置された液中膜１６を使用して、処理水を高濃度微生物処理するから、上記処理水に上記微量要素が含有されていることで、微生物の活性を高めて、微生物による処理を安定化でき増強できる。又、マイクロナノバブルも微生物の活性を高める。

また、脱窒槽３の上部９よりも下部８の方が、重力により微生物濃度が高濃度となっているので、調整槽１からの被処理水を調整槽ポンプ２によって脱窒槽３の下部８に導入することによって、被処理水が脱窒槽３の微生物に与える刺激を抑制できる。これにより、微生物による処理を安定化でき増強できる。

また、脱窒槽３には、上部９と下部８との境をなす分離壁４Ａが内壁に設置されている。また、脱窒槽３には、槽内の横方向の略中央で上下方向に延びる仕切板６が配置されている。この仕切板６と分離壁４Ａとの間に散気管５が配置されている。この散気管５は脱窒槽用ブロワー７に接続されている。この脱窒槽３では、上記仕切板６と散気管５との組み合わせによるエアーリフトの効果を発生させることができる。つまり、散気管５が吐出する空気の気泡により仕切板６に沿った水流が生じる。つまり、この脱窒槽３では、図１において、仕切板６の右側の散気管５が設置されたエリアでは上昇水流Ｗ１が生じ、仕切板６の左側のエリアでは下降水流Ｗ２が生じる。これにより、脱窒槽３では、処理水のＭＬＳＳ(混合液懸濁物質(Ｍixed Ｌiquor Ｓuspended Ｓolid))濃度が１５０００ｐｐｍ以上の濃度であっても、槽内の撹拌を行うことができる。すなわち、この脱窒槽３では、脱窒槽３内に撹拌ができない部分いわゆるデットスペースができないように、仕切板６と散気管５を設置して、エアーリフト方式による脱窒槽３全体の撹拌を実施している。

なお、上記脱窒槽用ブロワー７はタイマー等によって所望の設定がなされる間欠運転を基本としている。

ただし、この脱窒槽３の側壁には分離壁４Ａが設置されているので、脱窒槽３の上部９と脱窒槽３の下部８を比較した場合、脱窒槽３の上部９の方が上記エアーリフト効果による撹拌がスムーズに進行している。この脱窒槽３の下部８は、ある程度の撹拌は必要であるが、脱窒槽３の下部８では自然沈降による沈降でもって微生物を高濃度に濃縮するから、脱窒槽３の上部９に比べると、撹拌は少ないほうが良い。

この脱窒槽３の下部８には、硝化槽１１が有する半嫌気部１３の下部ホッパー部２６に接続された返送配管Ｌ１０および返送汚泥ポンプ１０を経由して、下部ホッパー部２６から微生物を含む高濃度返送汚泥が多量に導入される。この返送配管Ｌ１０と返送汚泥ポンプ１０とが構成する返送部によって、硝化槽１１の下部の半嫌気部１３の半嫌気性汚泥を、空気中の酸素に全くさらすことなく、脱窒槽３の下部８に移動させることができる。

この脱窒槽３に導入された高濃度窒素排水は、アミノエタノール含有排水中のアミノエタノールを水素供与体として、下部８において嫌気的に処理された後、脱窒槽３の上部９に流動し、この上部９からの自然流下によって、硝化槽１１の下部の半嫌気部１３に導入される。

この硝化槽１１は、上部の好気部１２と下部の半嫌気部１３とを有する。また、この硝化槽１１は、槽内壁に取り付けられた分離壁４Ｂを有する。この分離壁４Ｂは好気部１２と半嫌気部１３との境をなす。この好気部１２には液中膜１７が配置されている。また、この硝化槽１１は、槽内の横方向の中央部で上下方向に延びる仕切板１４を有する。この仕切板１４は上下方向の略上半分に亘って存在している。図１において、この仕切板１４の右側のエリアに液中膜１６が設置されている。この液中膜１６には処理水を導出するための重力配管１７が接続されている。また、この液中膜１６と仕切板１４との間には、散気管１５Ａが配置され、この散気管１５Ａは硝化槽用ブロワー３０に接続されている。この散気管１５Ａと仕切板１４との組み合わせにより、エアーリフトの効果が発生して、散気管１５Ａが吐出する空気によって仕切板１４に沿った水流が生じる。つまり、この硝化槽１１では、図１において、仕切板６の右側のエリアでは上昇水流Ｗ１１が生じ、仕切板６の左側のエリアでは下降水流Ｗ１２が生じる。これにより、硝化槽１１では、処理水のＭＬＳＳ濃度が１５０００ｐｐｍ以上の濃度であっても、槽内の撹拌を行うことができる。

この硝化槽１１においては、液中膜１６が設置されていることより、処理水中の微生物は硝化槽１１に留まるか、上述の返送汚泥ポンプ１０によって脱窒槽３の下部８に返送されるかである。この返送汚泥ポンプ１０による脱窒槽３の下部８への返送汚泥の移送は、通常のポンプを利用した方法であり、多量の返送汚泥を空気に晒すことなく移送することができるので、返送汚泥の嫌気性を確実に維持できる。

また、この液中膜１６からは、重力配管１７を通って処理水が流出される一方、送水ポンプ２２と送水配管３３を通ってマイクロナノバブル反応槽３１のマイクロナノバブル発生機３２に送水される。さらに、この液中膜１６には、送水ポンプ２３と送水配管２５が接続され、この送水ポンプ２３と送水配管２５は液中膜１６の下方に配置されたマイクロナノバブル発生機２７に接続されている。したがって、この液中膜１６からの処理水は、上記送水ポンプ２３と送水配管２５を通って上記マイクロナノバブル発生機２７に導入される。このマイクロナノバブル発生機２７には空気吸い込み管２４が接続され、この空気吸い込み管２４からの空気が供給される。

一方、上記返送汚泥ポンプ１０によって、半嫌気部１３の下部ホッパー部２６から脱窒槽３の下部８に返送された微生物汚泥は、脱窒槽３の上部９を通って、再び硝化槽１１の半嫌気部１３に戻り、循環することとなる。両槽を微生物汚泥が循環することにより、両槽の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。ところで、微生物濃度がＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)濃度で１００００ｐｐｍ以上と高いと通常の撹拌機、水中撹拌機および循環ポンプによる撹拌では、撹拌ができないデットスペースが発生する。これに対して、この実施形態では、仕切板１４と散気管１５Ａとの組み合わせによって、仕切板１４に沿った水流を発生させて、エアーリフト方式による槽内全体の撹拌を実施して、撹拌ができないデットスペースの発生を防いでいる。

また、この硝化槽１１にも、側壁には分離壁４Ｂが設置されているので、好気部１２と半嫌気部１３を比較した場合、好気部１２の方が撹拌がスムーズに進行している。半嫌気部１３は、ある程度の撹拌は必要であるが、半嫌気部１３では自然沈降による沈降で、微生物を高濃度に濃縮するので、好気部１２と比較して撹拌は少ないほうが良い。このような脱窒槽３と硝化槽１１における両槽の微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)で１００００ｐｐｍ以上を維持する。

また、液中膜１６には、ガイドとしての液中膜カバー２８が取り付けられている。この液中膜カバー２８によって、マイクロナノバブル発生機２７から発生したマイクロナノバブルが上方向に集まって上昇するから、液中膜１６を効率よく洗浄できる。また、マイクロナノバブル発生機２７の下方には、散気管１５Ｂが配置されている。この散気管１５Ｂは硝化槽用ブロワー３０に接続されている。この散気管１５Ｂには、ガイドとしての散気管カバー２９が設置されている。この散気管カバー２９は、硝化槽用ブロワー３０から供給されて散気管１５Ｂから吐出する空気を、上方のマイクロナノバブル発生機２７を経由して、効率よく液中膜１６に当てることによって、液中膜１６の洗浄効果をより高めることができる。

なお、液中膜１６を洗浄するためのマイクロナノバブル発生機２７の運転と硝化槽用ブロワー３０の運転は、別々に独立して運転しても構わないし、両者を同時運転しても良い。両者を同時運転すれば、散気管１５Ｂからの気泡とマイクロナノバブル発生機２７が発生するマイクロナノバブルとの両者により洗浄効果が一層高まる。いずれを選択するから、液中膜１６の状態を見て決定すれば良い。

尚、元に戻るが、前述の脱窒槽３には、嫌気性の度合いを測定するため、酸化還元電位計(図示せず)が設置されている。脱窒槽３内では、返送汚泥ポンプ１０によって硝化槽１１の半嫌気部１３から導入された処理水中の硝酸性窒素が、嫌気性微生物により、水素供与体であるアミノエタノールの存在下で、窒素ガスまで還元処理される。上記処理水中の硝酸性窒素は、高濃度窒素排水としての、高濃度アンモニア排水やアミノエタノールが、硝化槽１１の好気部１２において、微生物により分解されて硝酸性窒素に変化したものである。

また、脱窒槽３内においては、アミノエタノール以外の有機物は、嫌気性微生物により、生物学的に分解処理される。次に、脱窒槽３の脱窒槽上部９より流出した処理水は、上述のごとく、硝化槽１１の下部である半嫌気部１３に導入される。ここで、嫌気部とは、溶存酸素が全く無い状態であり、好気部とは溶存酸素が数ｐｐｍに維持されている状態であり、半嫌気部とは溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度と定義する。

また、硝化槽１１の上部の好気部１２では、散気管１５Ａから吐出する空気によって水流が発生するが、硝化槽１１に分離壁４Ｂを設置したことによって、その水流が下部の半嫌気部１３に対して多少は影響するものの、好気部１２より多くは影響させないようにできる。硝化槽１１内の微生物濃度が高濃度であることによって、図１に示す程度の大きさの分離壁４Ｂであっても、好気部１２での水流による半嫌気部１３に対する影響を最小限とすることができる。

また、この実施形態では、脱窒槽３と硝化槽１１との間に設置された返送汚泥ポンプ１０と返送汚泥配管Ｌ１０とによる循環システムにおいて、硝化槽１１に下部の半嫌気部１３を設けた。したがって、脱窒槽３で嫌気性微生物によって処理された処理水と共に硝化槽１１に移動してくる嫌気性微生物を、ストレートに直接に好気部１２に導入するのではなく、半嫌気部１３を経て好気部１２に導入する。これにより、硝化槽１１へ移動して来る嫌気性微生物に対する環境ストレスを少なくすることができる。この嫌気性微生物に対する環境ストレスが少ない方が、窒素を処理する際の処理効率を向上できる。

また、硝化槽１１では、半嫌気部１３に特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物および好気性微生物のみならず半嫌気部１３に繁殖する各種微生物によって処理水を処理することによって、微生物処理効率を総合的に向上できる。また、この半嫌気部１３を設けることによって、半嫌気部１３で繁殖する微生物が汚泥の減溶化(減容化)に役立つことを発見した。また、この半嫌気部１３には曝気設備としての散気管が設置されていないので曝気されていないが、曝気されている上部の好気部１２の多少の水流の影響を受けて、半嫌気部の条件である溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度となる。これにより、半嫌気部１３では半嫌気性が維持される。

なお、液中膜１６を洗浄するための散気管１５Ｂとマイクロナノバブル発生機２７が半嫌気部１３に設置されているが、マイクロナノバブル量や散気管１５からの吐出空気量を調整して、半嫌気状態を維持すればよい。これらのことにより、半嫌気状態でもやや溶存酸素濃度が高い半嫌気状態とすることが可能である。また、液中膜１６としては、平膜タイプと中空糸膜の２種類が市販されているがどちらを採用しても良い。また、この液中膜１６を通った処理水は液中膜１６と連結している重力配管１７から、重力により、自然に流れ出てくる。すなわち、この重力配管１７は、水頭差を利用して処理水を流出させる方式であるので、電力を必要とせず、省エネルギー運転が可能となる。また、液中膜１６の透過水量が低下した場合、すなわち処理水量が低下した場合には、液中膜１６自体を次亜塩素酸ソーダ等で洗浄している。

また、この第１実施形態では、マイクロナノバブルを硝化槽１１で発生させることで、硝化槽１１での酸素の溶解効率が大幅に増加し、硝化槽用ブロワー３０の運転時間を大幅に削減して、省エネルギーを達成できる。すなわち、マイクロナノバブルの効果により、硝化槽１１のためのブロワー３０を間欠運転とした場合でも硝化槽１１の上部の好気部１２の溶存酸素を維持できた。

上述の如く、硝化槽１１の上方に設置されている送水ポンプ２２と送水配管３３とを経由して、液中膜１６でろ過された水がマイクロナノバブル反応槽３１に導入される。このマイクロナノバブル反応槽３１は、その内部に、マイクロナノバブル発生機３２が設置されている。このマイクロナノバブル発生機３２には、空気吸込管３４と液中膜１６からの処理水の送水配管３３が接続されている。このマイクロナノバブル発生機３２は、空気吸込管３４から空気が供給され、送水配管３３から処理水が供給される。マイクロナノバブル発生機３２は、上記処理水と空気から、マイクロナノバブルを発生する。

このマイクロナノバブル発生機３２は、市販されているものを採用でき、メーカーを限定するものではない。一例として、このマイクロナノバブル発生機３２としては、株式会社 ナノプラネット研究所のものを採用できる。また、他の商品として、西華産業株式会社のマイクロバブル水製造装置を選定して、マイクロバブルを製造するマイクロナノバブル発生機３２として、転用しても特に問題はない。

このマイクロナノバブル反応槽３１においては、液中膜１６から導入された処理水にマイクロナノバブル発生機３２で発生したマイクロナノバブルを存在させて、マイクロナノバブル水を生成する。そして、このマイクロナノバブルを含んだマイクロナノバブル水は、配管３７を通って、スクラバー１８の上側散水管１９Ａからスクラバー洗浄水として散水される。

この排ガス処理部としてのスクラバー１８では、生産装置で使用されたアミノエタノールを含む排ガスが、排ガス入口２０を通って排気ファン(図示せず)でスクラバー１８の下部１８Ｂに導入される。上記スクラバー洗浄水には、マイクロナノバブルが存在しているので、排ガス入口２０から下部１８Ｂに導入された排ガス中のアミノエタノールは、効率的に洗浄水側へ移行させられる。このスクラバー１８は、上下方向における上部１８Ａの領域に、２本の散水管１９Ａ、１９Ｂが設置されている。上側散水管１９Ａは下側散水管１９Ｂよりも上に配置されている。上側散水管１９Ａは、上記したように、マイクロナノバブル反応槽３１からのスクラバー洗浄水が導入される配管３７に接続されている。一方、下側散水管１９Ｂは、スクラバー１８内の下の領域に貯留されている洗浄水を循環部である循環ポンプ３５でくみ上げて循環水として下の散水管１９Ｂから散水される。このスクラバー１８では、上側散水管１９Ａからの洗浄水と下側散水管１９Ｂからの循環水の２種類のマイクロナノバブル含有水によって、排ガスを洗浄して、最上部の処理ガス出口２１から処理後のガスを排出するので、排ガス処理の性能を向上できる。

このスクラバー１８の下部１８Ｂに貯留したマイクロナノバブルを含む洗浄水やマイクロナノバブルを含む循環水は、アミノエタノール含有排水となって、調整槽１に導入される。

尚、上記実施形態では、具体的一例として、揮発性有機化合物を含有する排ガスが、生産装置で使用されたアミノエタノールを含有する排ガスである場合を説明したが、揮発性有機化合物を含有する排ガスとしては、アミノエタノールを含有する排ガスの他に、イソプロピールアルコールを含有する排ガス、アセトンを含有する排ガス、酢酸ブチルを含有する排ガスなどがあげられる。

(第２の実施の形態)
次に、図２に、この発明の排ガス排水処理装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、上記マイクロナノバブル反応槽３１とスクラバー１８との間の配管３７に流れるマイクロナノバブル水にアルカリが添加される点だけが、前述の第１実施形態と異なる。

この第２実施形態では、スクラバー１８でのスクラバー洗浄水となるマイクロナノバブル水にアルカリが添加されているので、スクラバー１８での排ガス処理性能を向上できる。上記添加するアルカリとしては、一例として苛性ソーダなどがある。

(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の排ガス排水処理装置の第３実施形態を示す。この第３の実施形態では、マイクロナノバブル反応槽３１とスクラバー１８との間の配管３７に流れるマイクロナノバブル水に酸が添加される点だけが、前述の第１実施形態と異なる。

この第３実施形態では、スクラバー１８でのスクラバー洗浄水となるマイクロナノバブル水に酸が添加されているので、スクラバー１８での排ガス処理性能を向上できる。上記添加する酸としては、一例として硫酸などがある。

(第４の実施の形態)
次に、図４に、この発明の排ガス排水処理装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態では、マイクロナノバブル反応槽３１とスクラバー１８との間の配管３７に流れるマイクロナノバブル水にオゾン水が添加される点だけが、前述の第１実施形態と異なる。

この第４実施形態では、スクラバー１８でのスクラバー洗浄水となるマイクロナノバブル水にオゾン水が添加されているので、スクラバー１８での排ガス処理性能を向上できる。

(第５の実施の形態)
次に、図５に、この発明の排ガス排水処理装置の第５実施形態を示す。図１の第１実施形態における脱窒槽３および硝化槽１１には充填材が充填されていなかったのに対し、この第５実施形態では、脱窒槽３Ｎおよび硝化槽１１Ｎに充填材として塩化ビニリデン充填物３６Ａおよび３６Ｂが充填されている。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を説明する。

この第５実施形態では、高濃度窒素排水に対する窒素処理効率を上げるために、脱窒槽３Ｎおよび硝化槽１１Ｎに塩化ビニリデン充填物３６Ａおよび３６Ｂを充填している。この塩化ビニリデン充填物３６Ａおよび３６Ｂによって、充填物がない場合に比べて、各槽３Ｎ，１１Ｎにおいて各槽の全体を平均すると微生物濃度が高濃度となる。その上、塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂに微生物が付着繁殖して、充填物がない状態に比べて、微生物がより安定化し、高濃度窒素排水に対する窒素処理能力が向上する。

なお、この塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂを各水槽３Ｎ，１１Ｎの全体に配置した場合には、槽全体で微生物濃度が高濃度となるので好ましい。この排ガス排水処理装置の試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂには微生物が繁殖する。この塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂの表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、窒素の処理効率の向上につながる。また、上記塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂの材質は、強固で化学物質に侵されない塩化ビニリデンであり、半永久的に使用できる。この塩化ビニリデン充填物３６Ａ，３６Ｂとしては、バイオコード、リングレース、バイオマルチリーフ、バイオモジュール等の商品があるが、排水の性状に合わせて選定すれば良い。上記硝化槽１１Ｎの好気部１２では、処理水中のアンモニア性窒素が好気性微生物により酸化分解されて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素となる。

尚、上記実施形態では、具体的一例として、揮発性有機化合物を含有する排ガスが、生産装置で使用されたアミノエタノールを含有する排ガスである場合を説明したが、揮発性有機化合物を含有する排ガスとしては、アミノエタノールを含有する排ガスの他に、イソプロピールアルコールを含有する排ガス、アセトンを含有する排ガス、酢酸ブチルを含有する排ガスなどがあげられる。なお、上記排ガスが含む揮発性有機化合物としては揮発性有機化合物(ＶＯＣ(Ｖolatile Ｏrganic Ｃompounds)と呼ばれるもののいずれもが該当することは勿論である。

(実験例)
図１に示す第１実施形態と同様の構成の実験装置を製作した。この実験装置において、調整槽１の容量は５０リットル、脱窒槽３の容量は１００リットル、硝化槽１１の容量は２００リットル、マイクロナノバブル反応槽３１の容量は２０リットルとした。上記実験装置において、約２ケ月間にわたる微生物の訓養終了後、微生物濃度を１８０００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度３３４０ｐｐｍの高濃度窒素排水を、アミノエタノール含有排水と共に、調整槽１に連続的に導入した。そして、１ケ間の経過後、水質が安定するのを待って、重力配管１７の出口の窒素濃度を測定したところ、１８ｐｐｍであった。

尚、図６Ａに、高濃度窒素排水の窒素濃度が２０００ｐｐｍである場合に、上記第１〜第５実施形態における各槽での処理水の滞留時間を表すタイミングチャートの一例を示す。また、図６Ｂに、高濃度窒素排水の窒素濃度が４０００ｐｐｍである場合に、上記第１〜第５実施形態における各槽での処理水の滞留時間を表すタイミングチャートの一例を示す。

この発明の排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。 この発明の排水処理装置の第５実施形態を模式的に示す図である。 上記第１〜第５実施形態における窒素排水の窒素濃度が２０００ｐｐｍである場合のタイミングチャートの一例である。 上記第１〜第５実施形態における窒素排水の窒素濃度が４０００ｐｐｍである場合のタイミングチャートの一例である。

符号の説明

１ 調整槽
２ 調整槽ポンプ
３、３Ｎ 脱窒槽
４ 分離壁
５ 散気管
６ 仕切板
７ 脱窒槽用ブロワー
８ 下部
９ 上部
１０ 返送汚泥ポンプ
１１、１１Ｎ 硝化槽
１２ 好気部
１３ 半嫌気部
１４ 仕切板
１５ 散気管
１６ 液中膜
１７ 重力配管
１８ スクラバー
１９Ａ 上側散水管
１９Ｂ 下側散水管
２０ 排ガス入口
２１ 処理ガス出口
２２ 送水ポンプ
２３ 送水ポンプ
２４ 空気吸込管
２５ 送水配管
２６ 下部ホッパー部
２７ マイクロナノバブル発生機
２８ 液中膜カバー
２９ 散気管カバー
３０ 硝化槽用ブロワー
３１ マイクロナノバブル反応槽
３２ マイクロナノバブル発生機
３３ 送水配管
３４ 空気吸込管
３５ 循環ポンプ
３６Ａ、３６Ｂ 塩化ビニリデン充填物
３７ 配管

Claims (3)

1. 排ガスを処理する洗浄水としてマイクロナノバブルを含有するマイクロナノバブル水を使用し、
   上記排ガスを処理した洗浄水を排水の処理に再使用することを特徴とする排ガス排水処理方法。
2. マイクロナノバブルを含有するマイクロナノバブル水を作製するマイクロナノバブル水作製部と、
   上記マイクロナノバブル水作製部が作製したマイクロナノバブル水を洗浄水として排ガスを処理する排ガス処理部と、
   上記排ガスを処理した洗浄水が導入される排水処理部とを備え、
   上記排水処理部は液中膜を有し、
   上記マイクロナノバブル水作製部は、上記排水処理部の液中膜から得られた処理水を原水として上記マイクロナノバブル水を作製し、
   上記排水処理部は、調整槽と、脱窒槽と、液中膜を含む硝化槽とを有し、
   上記マイクロナノバブル水作製部は、マイクロナノバブル発生機を含むマイクロナノバブル反応槽であり、
   上記排ガス処理部は水スクラバーであり、
   上記排水処理部の調整槽に窒素排水が導入され、
   上記排ガス処理部で排ガスを処理した洗浄水を排水として、上記排水処理部の調整槽へ導入する排水導入部を有することを特徴とする排ガス排水処理装置。
3. 請求項１に記載の排ガス排水処理方法において、
   上記排ガスが、揮発性有機化合物を含む排ガスであることを特徴とする排ガス排水処理方法。

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