JP5305526B2 - 生活廃水処理システム - Google Patents

Description

この発明は、住宅において台所、風呂、洗面から生じる雑廃水やトイレから生じる汚水を浄化して、再利用するための生活廃水処理システムに関する。

住宅から出る生活廃水の発生量は、１人１日当たり約２００リットルといわれており、世帯別にすると大量の生活廃水が発生することになる。

これらの生活廃水は都市部ではそのまま下水道に流し、下水処理施設ではそれを浄化して河川、湖沼または海へ放流していた。また、下水道が完備していない地域では浄化槽で処理した後、河川などに放流したり、地中に浸透させていた。

一方、台所で生じる残飯は通常は生ゴミとして収集場所に廃棄し、それを公的な回収事業者が回収し焼却場で焼却するか、流し台に設けたディスポーザで破砕して雑廃水と共に下水道に流していた。

また、エコロジーの観点から生ゴミをコンポスト化する試みもなされている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１０４７８５号公報

前記の通り、住宅から出る生活廃水の発生量は、１人１日当たり約２００リットルといわれているが、これを言い換えれば１人１日当たり２００リットルの上水を消費しているということであり、これは限りある水資源の保護の観点から考慮しなければならない問題であった。

一方、収集場所に廃棄された生ゴミは焼却場まで搬送されなればならず、そのための車両の走行により化石燃料が消費され、また、焼却処理するに際しても化石燃料が消費され、省資源および二酸化炭素排出による地球温暖化防止の観点から解決が望まれた。

この場合、生ゴミを廃棄しないでディスポーザで破砕して雑廃水と共に下水道に流す場合は、結局、下水処理施設で処理をしなくてはならない問題を生じた。

一方、生ゴミをコンポスト化することはエコロジーの観点から好ましく、地球環境にも優しいが一般家庭で日常的に実践するには手間などの負担が増大し、実施が敬遠されやすい問題があった。

この発明は以上の従来技術の問題点を解消した生活廃水処理システムを提供することを目的として創作されたものであり、住宅より生じる生活廃水を浄化、再処理するシステムにおいて、残飯を破砕して廃水経路に流すディスポーザ、廃水経路からの廃水を一旦貯水する廃水ストックヤード、廃水ストックヤードから廃水を取り出して減圧環境下で水蒸気と固体物に分離する蒸発槽、蒸発槽からの水蒸気を液化して貯水する復水貯水槽、復水貯水槽から水を取り出して上水として供給する上水経路を設け、廃水ストックヤードの廃水が所定量に達するか、または予め設定した時間帯になると廃水を蒸発槽に移動し、蒸発槽では減圧による自然蒸発に加えて予め設定した時間帯に加熱装置による強制蒸発を行うことを特徴とする。

また、ここでは第２発明として前記の生活廃水処理システムにおいて、夜間の就寝時間帯に廃水の蒸発槽への移動を開始し、さらに予め電力契約で決定された深夜の低額時間帯に加熱装置による強制蒸発を行う生活廃水処理システムも開示する。

また、ここでは第３発明として前記の生活廃水処理システムにおいて、トイレからの汚水を廃水ストックヤードとは別系統の蒸発焼却槽に貯留し、上記の蒸発焼却槽で減圧環境下で水蒸気と固体分に分離し、蒸気は液化して廃貯水槽に貯留した後に廃水するとともに、固形分は蒸発焼却槽で焼却する生活廃水処理システムも開示する。

また、ここでは第４発明として前記の第３発明の生活廃水処理システムにおいて、蒸発焼却槽を並列に２つ設け、水蒸気と固体分への分離および固形分の焼却作業と汚水の貯留作業を時間ごとに交代に振り分けて行う生活廃水処理システムも開示する。

この発明の生活廃水処理システムの第１発明および第２発明は次の作用・効果を生じる。
(1) 生活廃水は水分の沸点が降下する減圧環境下での自然蒸発および加熱装置による強制蒸発により水蒸気と固体物に分離され、水蒸気は液化して上水として再使用されるので、新たに補給する上水は最小限で済み、省資源に寄与する。
(2) 残飯はディスポーザにより破砕され生活廃水とともに廃水経路に流されるが、減圧環境下での自然蒸発および加熱装置による強制蒸発により水分が抜かれて最小限の容積の残渣となるので、生ゴミに比べて焼却場までの搬送エネルギーや焼却場での焼却エネルギーが小さく済み、化石燃料の消費量が軽減され、省資源および二酸化炭素排出量の抑制に寄与する。
(3) 生活廃水は廃水されて直ちに蒸発槽で水蒸気と固体物に分離されるのでなく、廃水ストックヤードに一旦貯水された後に、廃水が所定量に達するか、または予め設定した時間帯になってから蒸発槽に移動されるので、水蒸気と固体物の分離作業を予め設定したスケジュールで行うことが可能となる。よって、回収すべき残渣が生じる時間を毎日一定時刻に設定したり、第２発明のように電力を要する加熱装置による強制蒸発を予め電力契約で決定された深夜の低額時間帯に設定することにより、この生活廃水処理システムの稼働のために居住者が行うべき作業をルーチン化したり、負担すべき電力コストを最小限に押さえることが可能となり、無理なくこのシステムを導入することができる。
(4) 前記の場合、加熱装置による強制蒸発に電力を使用しても、それまでの時間は水分の沸点が降下する減圧環境下での自然蒸発が行われるシステムとしているので、加熱装置の稼働時間を短縮でき電力コストを軽減できる。

次に、この発明の生活廃水処理システムの第３発明および第４発明は次の作用・効果を生じる。
(1) 汚水は水分の沸点が降下する減圧環境下での自然蒸発および加熱装置による強制蒸発により水蒸気と固体物に分離され、水蒸気は液化して浄化した水として排出されるので河川などに放流しても環境を損なうことがなく、また、下水道に放流しても処理施設に負担を与えることがない。
(2) 第４発明によれば、蒸発焼却槽を並列に２つ設け、水蒸気と固体分への分離および固形分の焼却作業と汚水の貯留作業を時間ごとに交代に振り分けて行うので、水蒸気と固体物の分離作業を予め設定したスケジュールで行うことが可能となる。よって、回収すべき残渣が生じる時間を毎日一定時刻に設定したり、電力を要する加熱装置による強制蒸発を予め電力契約で決定された深夜の低額時間帯に設定することにより、この生活廃水処理システムの稼働のために居住者が行うべき作業をルーチン化したり、負担すべき電力コストを最小限に押さえることが可能となり、無理なくこのシステムを導入することができる。(3) 前記の場合、加熱装置による強制蒸発に電力を使用しても、水分の沸点が降下する減圧環境下での自然蒸発が行われるシステムを併用しているので、加熱装置の稼働時間を短縮でき電力コストを軽減できる。

この発明の生活廃水処理システムの第１発明のブロック図。 同上、第４発明のブロック図。

図１はこの発明の生活廃水処理システムの第１発明の構成を示すブロック図である。この発明においては住宅内の風呂１１、洗面１２、洗濯１３、シンク（台所）１４から生じる生活廃水は廃水経路を介して先ず廃水ストックヤード１に貯水される。この場合、台所から出る残飯はシンク１４の排水口に設けられたディスポーザ１５により破砕され、廃水とともに廃水ストックヤード１に貯水される。すなわち、廃水経路には固形分を含んだ水が廃水される。

図中符号２は前記の廃水ストックヤード１から廃水を取り出して減圧環境下で水蒸気と固体物に分離する蒸発槽である。この蒸発槽２では固形分を含んだ廃水は、水分の沸点が降下する減圧環境下での自然蒸発および加熱装置２Ｃによる強制蒸発により水蒸気と固体物に分離される。加熱装置２Ｃとしては電熱ヒータが想定される。前記の固形分は、残渣は残渣取り出し口２Ａより、油脂は油脂取り出し口２Ｂよりそれぞれ取り出されて廃棄される。蒸発槽２において図中符号Ｓ４は蒸発槽負圧保護センサ、Ｓ５は蒸発槽内圧センサ、Ｓ６は蒸発槽内廃水温度センサ、Ｓ７は蒸発槽内水位センサである。蒸発条件は蒸発槽２内に取り込まれる廃水の温度により異なってくるので、それにより負圧の度合いを制御するためにこれらのセンサが必要となる。

水蒸気は復水器３により液化され、復水経路を介してＡ復水貯水槽４Ａ、Ｂ復水貯水槽４Ｂに貯水される。貯水された水は復水経路から上水経路に流されて風呂１１、洗面１２、洗濯１３、シンク（台所）１４の他、トイレ１６で上水として利用される。なお、Ａ復水貯水槽４Ａ、Ｂ復水貯水槽４Ｂに貯水された復水は塩素滅菌装置７により消毒が行われるとともに、臭気抜き装置５により臭気が抜かれる。上記の滅菌は予め設定した時間に水位センサＳ９、Ｓ１０により検出した貯水槽内の水位により濃度を調整して行われる。

以上のシステムは漫然と稼働されるのでなく、下記の２４時間サイクルのタイムスケジュールに沿って稼働される。
−昼間モード−
(1) Ａ復水貯水槽４Ａ、Ｂ復水貯水槽４Ｂのいずれにも貯水されていない場合は、それを水位センサＳ９、Ｓ１０で検出して、バルブＶ２、Ｖ３を閉じ、水源側のバルブＶ１を開くことにより上水経路は復水経路から遮断され、水道などの外部の水源から水が供給される。一方、Ａ復水貯水槽４Ａ、Ｂ復水貯水槽４Ｂのいずれかに貯水されている場合は、水源側のバルブＶ１を閉じ、バルブＶ２、Ｖ３を開くことにより上水経路は水源側から遮断され、吸水ポンプ９により貯水槽から水が供給される。この状態で風呂１１、洗面１２、洗濯１３、シンク（台所）１４などで水が使用され、廃水は廃水ストックヤード１に貯水されていく。

(2) 廃水ストックヤード１の廃水が所定量に達すると、ストックカウンターセンサＳ１によりそれを検出し、真空ポンプ６からの吸引により蒸発槽２の負圧が上昇され、これに合わせて廃水ストックヤードと蒸発槽間の連動バルブＶ４が開放され廃水ストックヤードの廃水は蒸発槽に取り込まれ、取り込みが終了すると吸引終了センサＳ２によりそれを検出して連動バルブＶ４は閉じられる。

(3) 蒸発槽２では水分の沸点が降下する減圧環境下での廃水の自然蒸発が開始され、水蒸気は復水器３により液化され、復水経路を介してＡ復水貯水槽４Ａ、Ｂ復水貯水槽４Ｂのいずれかに貯水される。

(4) この発明においては廃水ストックヤード１の貯水可能容量（この実施例では２００リットルを想定）に対し蒸発槽２の容量（この実施例では１７５６リットルを想定）を大きく設定しており、前記の廃水ストックヤードから蒸発槽への移動作業は１日のうちに何回か繰り返されることになる。

−夜間モード−
(5) 夜間の予め設定した時間（この実施例では午後１０時を設定）になると、廃水ストックヤード１の状態とかかわりなく、強制的に内部の廃水は蒸発槽２に移動して廃水ストックヤードは一旦空になる。この場合、廃水経路から廃水が廃水ストックヤードに貯留され満杯になった場合にはストックカウンターセンサＳ１によりそれを検出し、上水経路中の復水経路側のバルブＶ３と水源側のバルブＶ１を閉じ、風呂１１、洗面１２、洗濯１３、シンク（台所）１４の上水の供給を遮断する。つまり、夜間モードにおいてこれらで使用できる水の量は廃水ストックヤードの貯水可能容量分（この実施例では２００リットル）ということになる。なお、この場合トイレ１６に関してはバルブＶ３をそれより水源側に配することにより復水経路からの上水を使えるようにしている。

(6) 蒸発槽２では予め電力契約で決定された深夜の低額時間帯（この実施例では午後１１時を設定）になると加熱装置２Ｃによる強制蒸発を行って蒸発を促進させ、これを設定した時間（この実施例では午前５時を設定）まで行う。

−早朝モード−
(7) 早朝の予め設定した時間（この実施例では午前５時〜６時を設定）に蒸発槽２の残渣取り出し口２Ａより残渣を、油脂取り出し口２Ｂより油脂をそれぞれ取り出して回収のために所定の容器にストックする。この実施例においては利用者が上記作業を懈怠することのないために、残渣取り出し口２Ａおよび油脂取り出し口２Ｂを開くことにより生活廃水処理システムの稼働が停止し、取り出し口を閉じてリセットボタンを押すことにより稼働が開始されるようにしている。

この発明の生活廃水処理システムにおいては、廃水は経路内を循環して外部に排出することはない。一方、廃水ストックヤード１が満杯になった場合は、新たな廃水によりオーバーフローしないように上水経路を一旦遮断して、廃水ストックヤードの廃水を蒸発槽２に移動する。従って、前記したように２４時間のサイクルで稼働されるこの発明のシステムでは、１日で使用できる水は「（廃水ストックヤードの貯水可能容量）×（廃水ストックヤードから蒸発槽への２４時間あたりの水の最大移動回数）＋（廃水ストックヤードの貯水可能容量）」となる。この実施例では上記移動回数を６回と想定し、廃水ストックヤードの貯水可能容量は２００リットルと想定しているので、１日で使用できる水は１２００リットル＋２００リットルとなる。この発明においてはこのように規制することにより利用者に水資源の節約を促すことになる。

図２はこの発明の生活廃水処理システムの第４発明の構成を示すブロック図である。この発明においてはトイレからの汚水はトイレ導入管２０を経て廃水ストックヤードとは別系統の蒸発焼却槽であるＡ蒸発焼却便槽２１Ａ、Ｂ蒸発焼却便槽２１Ｂに貯留され、これらの蒸発焼却槽において減圧環境下で水蒸気と固体分に分離され、水蒸気は復水器２４により液化して廃貯水槽２５に貯留した後に排水ポンプ３１により廃水経路３０に放流されるとともに、固形分は蒸発焼却槽で焼却される。

Ａ蒸発焼却便槽２１Ａ、Ｂ蒸発焼却便槽２１Ｂにおいて図中符号Ｇ、Ｇ１は負圧の制御のための蒸発槽内圧センサ、Ｈ、Ｈ１は蒸発槽内水位センサである。また、図中符号２２Ａ、２２Ｂは残渣を焼却する残渣焼却パンである。この実施例では焼却手段としてマイクロ波による加熱を採用している。

前記の蒸発焼却便槽において焼却された残渣の灰は残り灰エアーチューブ２２から高圧空気を残渣焼却パンに吹きつけることにより攪拌され、ドラフトチューブ２９を介して残り灰集塵機２６により集塵される。また、残り灰が酸素不足で炭化して紛状化しないことを防止するために残渣焼却時炭化防止用エアー供給機Ｆ、Ｆ１により残渣焼却パンに空気が導入される。

前記Ａ蒸発焼却便槽２１Ａ、Ｂ蒸発焼却便槽２１Ｂは並列に設けられ、水蒸気と固体分への分離および固形分の焼却作業と汚水の貯留作業を下記の２４時間サイクルのタイムスケジュールに沿って交互に振り分けて行う。

(1) 夜間の予め設定した時間（この実施例では午後１０時を設定）から汚水をトイレ導入管２０を介してＡ蒸発焼却便槽２１Ａにストックし始め２４時間後に終了する。この場合の各バルブの状態は次の通りである。以下、バルブの開放状態を○で、閉止状態を×で示すこととする。
（トイレ導入管２０からの） バルブＡ−○ バルブＡ１−×
（復水器２４への） バルブＢ−× バルブＢ１−○
（残り灰エアーチューブ２２の） バルブＣ−× バルブＣ１−×
（ドラフトチューブ２９の） バルブＤ−× バルブＤ１−×
（排煙、排気処理パイプ２３の） バルブＥ−○ バルブＥ１−×

(2) ２４時間後、Ａ蒸発焼却便槽２１Ａは汚水の貯留モードから処理モードに切り替わる。一方、Ｂ蒸発焼却便槽２１Ｂは汚水の処理モードから貯留モードに切り替わる。この場合の各バルブの状態は次の通りである。
（トイレ導入管２０からの） バルブＡ−× バルブＡ１−○
（復水器２４への） バルブＢ−○ バルブＢ１−×
（残り灰エアーチューブ２２の） バルブＣ−× バルブＣ１−×
（ドラフトチューブ２９の） バルブＤ−× バルブＤ１−×
（排煙、排気処理パイプ２３の） バルブＥ−× バルブＥ１−○

(3) 汚水の処理モードに入ったＡ蒸発焼却便槽２１Ａにおいては、負圧を上昇させるために真空ポンプ２８が始動し、水分の沸点が降下する減圧環境下での汚水の自然蒸発が開始され、水蒸気は復水器２４により液化され廃貯水槽２５に貯留される。一方、残渣焼却パン２２Ａの電源も投入される。

(4) 前記の蒸発工程は１８時間で完了するように、負圧を調整するとともに、残渣焼却パン２２Ａの加熱による槽内の温度管理も行われる。

(5) １８時間経過後は、残渣中の水分と残渣焼却排気（熱）を大気中に放出する排煙、排気工程に入り、これは２時間続く。この間に残渣焼却時炭化防止用エアー供給機Ｆにより残渣焼却パンに空気が１５分間導入される。この場合の各バルブの状態は次の通りである。
（トイレ導入管２０からの） バルブＡ−× バルブＡ１−○
（復水器２４への） バルブＢ−× バルブＢ１−×
（残り灰エアーチューブ２２の） バルブＣ−× バルブＣ１−×
（ドラフトチューブ２９の） バルブＤ−× バルブＤ１−×
（排煙、排気処理パイプ２３の） バルブＥ−○ バルブＥ１−○

(6) ２時間経過後は、残渣焼却パン２２Ａの電源が切断され。残り灰の攪拌と集塵工程に入り、これは３０分間続く。一方、Ａ槽、Ｂ槽コントロールバルブＬが開放されるとともに、排水ポンプ３１が作動して廃貯水槽２５に貯留した水を放流して空にする。この場合の各バルブの状態は次の通りである。
（トイレ導入管２０からの） バルブＡ−× バルブＡ１−○
（復水器２４への） バルブＢ−× バルブＢ１−×
（残り灰エアーチューブ２２の） バルブＣ−○ バルブＣ１−×
（ドラフトチューブ２９の） バルブＤ−○ バルブＤ１−×
（排煙、排気処理パイプ２３の） バルブＥ−× バルブＥ１−○

(7) ３０分経過後は、受け入れ準備工程に入り、これは３時間３０分間続く。この場合の各バルブの状態は次の通りである。
（トイレ導入管２０からの） バルブＡ−× バルブＡ１−○
（復水器２４への） バルブＢ−× バルブＢ１−×
（残り灰エアーチューブ２２の） バルブＣ−× バルブＣ１−×
（ドラフトチューブ２９の） バルブＤ−× バルブＤ１−×
（排煙、排気処理パイプ２３の） バルブＥ−○ バルブＥ１−○
(8) ３時間３０分後、Ｂ蒸発焼却便槽２１Ｂは汚水の貯留モードから処理モードに切り替わり、前記(2) 〜(7) のＡ蒸発焼却便槽２１と同じ作用を果たす。Ａ蒸発焼却便槽２１は汚水の貯留モードに切り替わり、前記(1) の作用を果たす。

１ 廃水ストックヤード
２ 蒸発槽
４Ａ、４Ｂ 復水貯水槽

Claims (4)

1. 住宅より生じる生活廃水を浄化、再処理するシステムにおいて、残飯を破砕して廃水経路に流すディスポーザ、廃水経路からの廃水を一旦貯水する廃水ストックヤード、廃水ストックヤードから廃水を取り出して減圧環境下で水蒸気と固体物に分離する蒸発槽、蒸発槽からの水蒸気を液化して貯水する復水貯水槽、復水貯水槽から水を取り出して上水として供給する上水経路を設け、廃水ストックヤードの廃水が所定量に達するか、または予め設定した時間帯になると廃水を蒸発槽に移動し、蒸発槽では減圧による自然蒸発に加えて予め設定した時間帯に加熱装置による強制蒸発を行うことを特徴とする生活廃水処理システム。
2. 夜間の就寝時間帯に廃水の蒸発槽への移動を開始し、さらに予め電力契約で決定された深夜の低額時間帯に加熱装置による強制蒸発を行う請求項１記載の生活廃水処理システム。
3. トイレからの汚水は廃水ストックヤードとは別系統の蒸発焼却槽に貯留し、上記の蒸発焼却槽で減圧環境下で水蒸気と固体分に分離し、蒸気は液化して廃貯水槽に貯留した後に廃水するとともに、固形分は蒸発焼却槽で焼却する請求項１または２記載の生活廃水処理システム。
4. 蒸発焼却槽を並列に２つ設け、水蒸気と固体分への分離および固形分の焼却作業と汚水の貯留作業を時間ごとに交代に振り分けて行う請求項３に記載の生活廃水処理システム。
   

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