JP4973461B2 - 排水の処理装置および排水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、工場における、排水の処理装置および排水の処理方法に関する。

従来の排水の処理装置は、排水を凝集処理した後に、沈殿物の脱水を行い、その脱水した沈殿物を廃棄するものが知られている（例えば、特許文献１、ＦＩＧ１の２６、４０参照）。
特開平１−６３１００号公報

このような排水の処理装置では、排水から分離した廃棄物の表面の水分は脱水手段により、容易に除去できるが、この廃棄物の内側の水分は容易に除去できないため、多くの水分を含んだまま運搬し、埋め立て等されるため費用が高くなり、処分場などの確保が難しくなるという問題がある。

そこで、本発明は、脱水後の水分含有率を減らし、排水から分離した廃棄物の処理費用を低減することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明の排水の処理装置は、廃棄物を含有する液体中に、微細空気を入れる微細空気混入手段と、微細空気混入手段により微細空気が入れられた液体中の微細空気入廃棄物のフロックを大きくするフロック拡大手段と、フロック拡大手段により分離した微細空気入廃棄物を物理的手段で脱水する脱水手段と、脱水手段により脱水した微細空気入廃棄物を加熱する加熱手段とからなることを特徴としている。

このような構成によれば、排水中の粒子と微細空気が混合した状態で排水中の粒子が凝集するため、凝集の結果できた大きな粒子の中に多数の微細空気が含まれる。

そのため、大きな粒子を分離してその大きな粒子の集合物である微細空気入廃棄物を脱水するときは、空気が大きな粒子の中の水を押し出すために、脱水された微細空気入廃棄物は従来よりも水分が少ない状態となり、さらに、空気が通った後は多数の微細な孔となる。

その結果、脱水後の微細空気入廃棄物を加熱するときは、微細空気が膨張して残りの水分を押し出すとともに、多数の微細な孔から水蒸気が放出され、最終的にできる廃棄物の水分量は、従来に比べて少なくなり、その結果として処理費用の低減が図れる。

本発明の排水の処理装置は、廃棄物を含有する液体中に、微細空気を入れる微細空気混入手段と、微細空気混入手段により微細空気が入れられた液体中の微細空気入廃棄物のフロックを大きくするフロック拡大手段と、フロック拡大手段により分離した微細空気入廃棄物を物理的手段で脱水する脱水手段と、脱水手段により脱水した微細空気入廃棄物を加熱する加熱手段とからなることを特徴とする。

このようにすることにより、排水の処理装置からでる廃棄物の水分量を削減することができる。

また、本発明の排水の処理装置は、さらに、フロック拡大手段は、微細空気混入手段により微細空気が入れられた液体中に凝集剤を投入する手段であることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、排水の処理装置からでる廃棄物の水分量を削減することができ、ろ過するための、ろ布の目詰まりを防止することができる。

また、本発明の排水の処理装置は、微細空気の直径の平均値が５０μｍ以下であることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、沈殿物の中に微細空気をとどまらせることができる。

また、本発明の排水の処理装置は、微細空気の直径の平均値が１５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、沈殿物の中に微細空気がとどまりやすくなる。

また、本発明の排水の処理装置は、凝集剤が高分子凝集剤であることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、排水中の微細空気入廃棄物のフロックの大きさを大きくすることができるため、脱水時の水はけをよくすることが可能となる。

また、本発明の排水の処理装置は、廃棄物を含有する液体中に少なくともポリ塩化アルミニウムを含んでいることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、高分子凝集剤が凝集助剤として働き、フロックをさらに大きくすることが可能となる。

また、本発明の排水の処理装置は、廃棄物を含有する液体中に少なくとも塩化鉄を含んでいることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、高分子凝集剤が凝集助剤として働き、フロックをさらに大きくすることが可能となる。

また、本発明の排水の処理装置は、廃棄物を含有する液体中に少なくとも生物処理余剰汚泥を含んでいることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、生物処理余剰汚泥についても本発明を適用することができる。

また、本発明の排水の処理装置は、加圧水発生装置を用いて微細空気を発生させることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、微細空気を大量に発生させることが可能となる。

また、本発明の排水の処理装置は、気泡水製造装置を用いて微細空気を発生させることを特徴としてもよい。

このようにすることにより、微細空気の直径の平均値を１５μｍ以上２５μｍ以下にすることが可能となる。

また、本発明の排水の処理装置は、加圧タンク式の微細空気発生手段を用いて微細空気を発生させることを特徴としてもよい。

このようにすることによっても、微細空気を簡易な設備で発生させることが可能となる。

本発明の排水の処理方法は、廃棄物を含有する液体中に、微細空気を入れる微細空気混入工程と、微細空気混入工程により微細空気が入れられた液体中の微細空気入廃棄物のフロックを大きくするフロック拡大工程と、フロック拡大工程により分離した微細空気入廃棄物を物理的手段で脱水する脱水工程と、脱水工程により脱水した微細空気入廃棄物を加熱する加熱手段とからなることを特徴とする。

このようにすることにより、排水の処理装置からでる廃棄物の水分量を削減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の排水の処理装置の構成図である。

製造工程からの排水１は第１の容器（混和槽）２に導かれる。

排水１は無機物を含有する排水、または有機物を生物学的処理した後の排水である。

すなわち、排水１は廃棄物を含有した排水であって、当業者では汚泥と表現されている。

また、第１の容器２の近くには、微細空気混入手段として機能する微細空気発生手段３が設置され、この微細空気発生手段３で直径２０μｍ前後の空気の泡（微細空気）が含まれた水を発生させ、この微細空気が含まれた水も第１の容器２に導かれる。

第１の容器２には攪拌手段４が設置され、第１の容器２に入れられた排水１と微細空気が均一に混ぜられる。

第１の容器２で攪拌された微細空気を含んだ排水１は、第２の容器（凝集槽）５に導かれる。

第２の容器５には、凝集剤投入手段６と攪拌手段７が設置され、凝集剤投入手段６は微細空気を含む排水１の中に凝集剤を投入し、その後、攪拌手段７が排水１を攪拌する。

その結果、排水１中の小さな粒が凝集剤により集まりより大きな粒となるが、このときに、排水１中に散らばっていた微細空気が大量に大きな粒の中に取り込まれる。

このようにして、排水１が、水分と、微細空気を取り込んだ大きな粒に分かれた後に、この排水１は下ろ布８の上に導かれる。

下ろ布８は水分は通すが大きな粒は通さないために、重力により、水分だけが下に落ちる。

排水１の内水分の大部分が下ろ布８の下に落ち、下ろ布８の上には排水１中にあった大きな粒が残り、この大きな粒の集まりが微細空気入廃棄物となる。

重力により水分が減った排水１の微細空気入廃棄物は下ろ布８の移動により図の右側に移動する。

下ろ布８の右側の上には上ろ布９があり、この微細空気入廃棄物を下ろ布８と上ろ布９で圧搾することにより、さらに水分を減らす。

微細空気入廃棄物中には、微細空気が大量に含まれているために、圧力が加わったときに、微細空気が微細空気入廃棄物中の水を押し出す。

このため、微細空気を入れない場合に比べて、圧搾後の水分は少なくなる。

また、圧縮時に微細空気が通った後が無数の孔となり、多孔質となる。

このようにして、圧搾で水分を減らした微細空気入廃棄物は、加熱手段１０のある場所まで導かれる。

加熱手段１０により、微細空気入廃棄物は加熱され、水分は水蒸気となって、空気中に放出されるが、上記の圧縮手段で多孔質となっているために、微細空気入廃棄物内部の水分も蒸発しやすくなる。

また、加熱時に微細空気が膨張し、微細空気の周りの水を外側に押し出す効果もあり、より、水分が蒸発しやすくなる。

さらに、加熱前の水分量が従来よりも少ないために、水分を蒸発させるための燃料も従来よりも少なくなる。

以上のようにして、加熱された微細空気入廃棄物は、廃棄物として外部へ運び出され、適切に管理される。

以上のようにして、排水１から水分が取り除かれた微細空気入廃棄物は、従来よりも水分が少ないために、運搬、管理、処理の費用や管理、処理の場所が従来よりも少なくてよい。

（微細空気発生手段３の説明）
上記の微細空気発生手段３について説明する。

図２は微細空気を発生させるしくみの説明図である。

微細空気を発生させる装置は、吸引部１１、ミキシング部１２と吐出部１３からなる。

吸引部１１においては、圧力をかけられた水がミキシング部１２に送られるが、途中に空気を吸い込む孔がありこの孔から泡が発生する。

ミキシング部１２では、空気と水の混合物に圧力がかかっているために水の中に空気が溶けこむ。

吐出部１３で空気が溶け込んだ水が大気圧に減圧され、水に溶け込んでいた空気が微細空気として析出する。

図３はこの原理を実現する装置の構成図である。

ミキシング部１２では、空気を水に溶け込ませる時間を確保するために、水が長時間滞留するようになっている。

また、水に溶け込まなかった余剰の空気を逃がす出口が設けられている。

ミキシング部１２で水に空気を溶け込ませた後に、吐出部１３で水を大気圧まで減圧する。

水が大気圧になることにより、水中に微細空気（直径の平均は１５μｍ以上２５μｍ以下）が発生する。

本発明の効果を得るためには、泡の直径の平均値は５０μｍ以下である必要があるが、この装置で発生させたものはその範囲内となる。

なお、泡の直径は１５μ以上２５μｍ以下であると、さらに排水内に留まり、微細空気入廃棄物に取り込まれやすいため、この範囲がさらに好ましい。

（凝集剤について）
凝集剤については、高分子凝集剤が好ましい。

高分子凝集剤を用いることにより、廃液中の粒が集まって出来る粒の大きさが大きくなり、ろ布の網目を塞ぐ可能性が少なくなり、ろ布による脱水の速度が上がり、ろ布の寿命も長くなる。

また、排水１がポリ塩化アルミや塩化鉄などの凝集剤を含んでいるときは、高分子凝集剤は、ポリ塩化アルミや塩化鉄などの凝集剤の凝集助剤として働き、ポリ塩化アルミや塩化鉄で凝集した粒をさらに大きくする働きをする。

（加熱手段１０について）
加熱手段は、溝が切られたステンレス製の複数のドラムの中に蒸気を供給したものである。

蒸気の熱はドラムを介して微細空気入廃棄物に伝わり、微細空気入廃棄物が加熱される。

加熱により、脱水された微細空気入廃棄物はドラムとドラムの隙間から落ちドラムの下で回収される。

回収された微細空気入廃棄物は外に運び出される。

なお、加熱手段１０はこの方法に限られることはない。

例えば、図４は他の加熱手段の上面図と側面図である。

中空の管１４に孔の開いた大きな円盤（伝熱率の高い物質でできている。）１５と孔のあいた小さな円盤（伝熱率の高い物質でできている。）１６が複数取り付けられていて、中空の管１４の中の孔１７には蒸気が送り込まれていて、大きな円盤１５と小さな円盤１６を加熱している。

図５は微細空気入廃棄物が乗せられた状態の側面図である。

排水１から脱水された微細空気入廃棄物は円盤から熱が伝わり、加熱される。

加熱され、脱水が終わった微細空気入廃棄物は、大きな円盤１５と小さな円盤１６の隙間から落ちる。

大きな円盤１５と小さな円盤１６の隙間から落ちた微細空気入廃棄物は、外部に運び出される。

（第２の実施の形態）
微細空気発生手段は第１の実施の形態で説明したものに限られない。

たとえば、加圧タンク内で空気を排水１に溶かし、第１の容器２内で、加圧された排水１を開放するようにしてもよい。

このようにすることによっても、排水１内に微細空気を供給することが可能である。

このように、排水１に直接、空気を溶かすことにより、排水１以外の水（第１の実施の形態で微細空気を発生させるための水）が不要となり、第２の容器５で凝集剤を加える排水１が少なくなる。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では、加圧タンクを用いて、微細空気を派生させたが、これに限らず、水と空気の混合物をポンプに入れることによって微細空気を発生させてもよい。

第６図は第３の実施の形態において、微細空気発生手段として用いるポンプの断面図である。

ポンプの入り口から水と空気を供給して、モーターでローター１８を回転させると、
ローター１８とステーター１９の間にできる閉じられた空間が図の右側から左側に移動することにより、水と空気の混合物が左へ送られる。

バルブ２０の右側からポンプで送られてきた水と空気が圧縮され、バルブの左側に噴出するときに微細空気が発生する。

ポンプに供給する水として、微細空気入廃棄物が含まれていない水を用いれば、ステーター１９とローター１８の磨耗やポンプの故障を防ぐことができるというメリットがある。

一方、ポンプに供給する水として、排水１を用いた場合は、第２の容器５に送られる排水１の量を減らすことができるメリットがある。

なお、上記の実施の形態では、脱水手段として、下ろ布８と上ろ布９で圧搾したが、これに代えて、回転するドラムの中に微細空気入廃棄物を投入して、遠心力を用いて脱水を行う遠心脱水装置を用いてもよい。

また、さらに、実施の形態で示したベルトプレスや上記の遠心脱水以外の方法でもよく、たとえばフィルタープレスによって脱水を行ってもよい。

また、上記の実施の形態では、加熱手段として、加熱されたドラムまたは円盤の上に微細空気入廃棄物を置いたが、これに代えて、回転するドラムの中で、微細空気入廃棄物を加熱された空気と接触させる装置を用いてもよい。

このようにすることにより、微細空気入廃棄物の向きをかえながら加熱することが可能となる。

また、さらに、加熱手段として、微細空気入廃棄物に水が吸収する周波数の電波を照射する装置を用いてもよい。

水が吸収する周波数の電波を照射することにより、微細空気入廃棄物中の水分が加熱され、水を蒸発させることが可能となる。

なお、排水１処理後の微細空気入廃棄物の水分量が少なくなるメリットを得る代わりに、使用する凝集剤の量を少なくできるメリットを得ることができる。

図７は投入された凝集剤と排水１処理後の微細空気入廃棄物の水分量の関係を表したグラフである。

図７からわかるように、凝集剤の投入量が同じであれば、排水１に微細空気を入れることにより、排水１を処理したあとの微細空気入廃棄物の水分量は少なくなる。

また、排水１を処理した微細空気入廃棄物の水分量が同じであれば、排水１に微細空気を入れることにより、投入する凝集剤を減らすことが可能となる。

本発明の排水の処理装置および排水の処理方法は、排水処理に利用可能である。

また、溶液中の粒子を抽出して水分を除去する技術に利用可能である。

本発明の第１の実施の形態における排水の処理装置の構成図 本発明の第１の実施の形態における微細空気発生手段の説明図 本発明の第１の実施の形態における微細空気発生手段の構成図 （ａ）本発明の第１の実施の形態における加熱手段の上面図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における加熱手段の側面図 本発明の第１の実施の形態における加熱手段の側面図 本発明の第３の実施の形態における微細空気発生手段の断面図 凝集剤の投入量と微細空気入廃棄物の水分量の関係を表すグラフ

符号の説明

１ 排水
２ 第１の容器
３ 微細空気発生手段
４ 攪拌手段
５ 第２の容器
６ 凝集剤投入手段
７ 攪拌手段
８ 下ろ布
９ 上ろ布
１０ 加熱手段

Claims (12)

1. 廃棄物を含有する液体中に、微細空気を入れる微細空気混入手段と、
   前記微細空気混入手段により微細空気が入れられた液体中の微細空気入廃棄物のフロックを大きくするフロック拡大手段と、
   前記フロック拡大手段により分離した微細空気入廃棄物を物理的手段で脱水する脱水手段と、
   前記脱水手段により脱水した微細空気入廃棄物を加熱する加熱手段とからなることを特徴とする
   排水の処理装置。
2. 前記フロック拡大手段は、前記微細空気混入手段により微細空気が入れられた液体中に凝集剤を投入する手段であることを特徴とする請求項１記載の排水の処理装置。
3. 前記微細空気の直径の平均値が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の排水の処理装置。
4. 前記微細空気の直径の平均値が１５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の排水の処理装置。
5. 前記凝集剤が高分子凝集剤であることを特徴とする請求項２記載の排水の処理装置。
6. 廃棄物を含有する液体中に少なくともポリ塩化アルミニウムを含んでいることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
7. 廃棄物を含有する液体中に少なくとも塩化鉄を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
8. 廃棄物を含有する液体中に少なくとも生物処理余剰汚泥を含んでいることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
9. 加圧水発生装置を用いて微細空気を発生させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
10. 気泡水製造装置を用いて微細空気を発生させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
11. 加圧タンク式の微細空気発生手段を用いて微細空気を発生させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の排水の処理装置。
12. （排水の処理方法）
    廃棄物を含有する液体中に、微細空気を入れる微細空気混入工程と、
    前記微細空気混入工程により微細空気が入れられた液体中の微細空気入廃棄物のフロックを大きくするフロック拡大工程と、
    前記フロック拡大工程により分離した微細空気入廃棄物を物理的手段で脱水する脱水工程と、
    前記脱水工程により脱水した微細空気入廃棄物を加熱する加熱工程とからなることを特徴とする
    排水の処理方法。
    

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