JP6750930B2 - 汚排水浄化システム - Google Patents
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Description
すなわち,有機物を放置すると環境的に不衛生な状態となるため,これを適切に処理する必要がある。有機物の処理として,下水に流すことが方法として考えられるが,下水設備が整っていない環境においては,下水に流すことはできない。このことから,そのような環境においては,有機物を,その場において,分解・処理する必要が生じる。
しかるに,下水設備が整っていない環境では,電気や水道などの他の設備も整っておらず,処理に必要なエネルギーや水の供給が十分でないことも多い。このことから,分解・処理を行う方法としては,できる限り自己完結的な方法であることが好ましい。例えば,特許文献1に,このような自己完結式の汚排水浄化システムに関する技術が開示されている。
しかるに,かかる先行技術にも課題が残されていた。すなわち,先行技術においては,図14に示すように,システムを構成する各槽が配管で繋がれている。そして,各槽間は比較的距離が空いていることから,輸送時や日常使用時における揺れや振動などにより,各槽間の位置関係にゆがみが生じることとなる。そのため,隙間を通して配置される配管にズレが生じ,あるいは,配管と槽との結合部分にヒビが生じることとなり,故障などにつながってしまう。このように,先行技術は,システム全体が,耐久性やメンテナンス性に乏しいという課題を有していた。
加えて,本発明の汚排水浄化システムは,促進酸化槽において酸化による有機物の分解とともに,槽内に流入・発生した固形物を浮遊させ,スカムポンプによって返送する構成となっており,酸化による分解と固形物の浮遊分離を可能とするものである。
本発明の第一の構成は,
汚排水発生源から供給される汚排水を嫌気性菌により浄化処理する嫌気槽と,
前記嫌気槽で浄化処理された汚排水を脱窒菌により浄化処理する無酸素槽と,
前記無酸素槽で浄化処理された汚排水を硝化菌により浄化処理する好気槽と,
前記好気槽で浄化処理された汚排水を酸化分解により浄化処理する促進酸化槽と,
を備え,
これら各槽が他のいずれか又は複数の槽に近接して配置され,各槽における水位が同一に保持される汚排水浄化システムであって,
前記嫌気槽には,断続的に起動する水中ポンプが設置され,
前記水中ポンプには,他端が固液分離機の流入口に接続された第一移送管の一端が接続され,
前記固液分離機の流出口には,他端が前記無酸素槽内に位置する第二移送管の一端が接続され,
前記促進酸化槽には,スカムポンプが浮設され,
前記スカムポンプには,他端が前記嫌気槽内に位置する返送管の一端が接続されていることを特徴とする汚排水浄化システムである。
本発明の第三の構成は,前記高分子有機酸が,フルボ酸(fulvic acid),フミン酸(humic acid)のいずれか又は複数を少なくとも含むことを特徴とする第二の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第四の構成は,前記促進酸化槽における酸化分解が,さらに電気分解を組み合わせることによって行われることを特徴とする第二又は第三の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第五の構成は,前記促進酸化槽が,その中心部に電気分解槽を備えることを特徴とする第四の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第六の構成は,マイクロバブル発生器をさらに備え,前記促進酸化槽の底部においてマイクロバブルを発生させることにより,固形物を浮遊させることを特徴とする第一から第五の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第七の構成は,前記促進酸化槽と前記電気分解槽が,同心の円筒状に形成されていることを特徴とする第五又は第六の構成に記載の汚排水浄化システムである。
前記促進酸化槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第一膜分離槽と,
前記第一膜分離槽で浄化処理された汚排水をオゾンにより浄化処理するオゾン接触槽と,
前記オゾン接触槽で浄化処理された汚排水を生物活性炭により浄化処理する生物活性炭槽と,をさらに備えたことを特徴とする第一から第七の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第九の構成は,前記生物活性炭槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第二膜分離槽をさらに備えたことを特徴とする第八の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第十の構成は,前記促進酸化槽で浄化処理された汚排水を生物処理により浄化処理する生物曝気槽と,前記生物曝気槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第一膜分離槽と,前記第一膜分離槽で浄化処理された汚排水をオゾンにより浄化処理するオゾン接触槽と,前記オゾン接触槽で浄化処理された汚排水を生物活性炭により浄化処理する生物活性炭槽と,をさらに備えたことを特徴とする第一から第七の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第十一の構成は,生物活性炭槽で浄化処理された汚排水を貯める処理水槽と,前記処理水槽に貯められた処理水が移送され,当該処理水を膜分離により浄化処理する第二膜分離槽をさらに備えたことを特徴とする第十の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の第十二の構成は,前記第一膜分離槽ないし第二膜分離槽において用いられる膜が,MF膜(精密ろ過膜),UF膜(限外ろ過膜),NF膜(ナノろ過膜)ないしRO膜(逆浸透膜)のいずれか又は複数から選択されることを特徴とする第九又は第十一の構成に記載の汚排水浄化システムである。
本発明の汚排水浄化システムは,浄化処理などを行う各槽を近接配置して,配管の長さをできるだけ短縮するとともに,促進酸化槽を設けて分解能を更に向上させたことを特徴とする。
そして,これらの構成により,本発明の汚排水浄化システムは,配管のズレや歪みが極めて生じにくい構造となっているものである。
なお,本発明において,「近接して配置」とは,各槽間が接している,もしくは,移動や日常使用時における各槽間の位置のズレが故障に繋がらないほど近接していることとして定義される。
本発明の汚排水浄化システムにおいては,他の構成要素を備えることもできる。このような任意の構成要素としては,促進酸化槽に続いて配置される,第一膜分離槽,オゾン接触槽,生物活性炭槽,第二膜分離槽を挙げることができる。これらの構成要素を備えることにより,促進酸化槽までで浄化処理された汚排水についてさらに浄化処理を行い,法的規制をクリアできる程度,もしくは,飲料水や洗浄水として利用できる程度にまで浄化処理することが可能となるので,本発明の汚排水浄化システムの有用性を向上させることができるという効果が得られる。
なお,本発明において,「水位が同一に保持」とは,重力によって処理水の移動が生じうる程度の同一であればよく,この意味において,厳密に同一であることを必ずしも必要とするものではない。
すなわち,図6などに例示されるように畜舎や簡易トイレなどにおける糞尿処理,簡易ハウスにおける糞尿ならびに生活排水処理など,有機物の分解に関わる種々の用途として用いることができる。
[嫌気槽]
嫌気槽は,汚排水発生源から供給される汚排水を嫌気性菌により浄化処理する機能を果たす。また,嫌気槽は,固液分離機に連結されており,これに原水あるいは処理水を供給することにより,システムからの固形物の除去を補助する機能を果たす。嫌気槽は,これらの機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
嫌気槽は,典型的には,図2,図3に示すように,円筒状の形状であって,内部に嫌気性菌を備えるとともに,水中ポンプとこれに接続された移送管により,固液分離機に連結された構成とすればよい。
無酸素槽は,嫌気槽から供給される汚排水中の窒素成分を脱窒菌により浄化処理する機能を果たす。無酸素槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
無酸素槽は,典型的には,図2,図3に示すように,円筒状の形状であって,内部に脱窒菌を備えた構成とすればよい。
好気槽は,無酸素槽から供給される汚排水を好気性菌により有機物の浄化処理する機能を果たす。好気槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。このような好気性菌として,例えば,枯草菌,ポリリン酸蓄積細菌(PAO)や後述する硝化菌などを用いることができる。
好気槽は,典型的には,図2,図3に示すように,円筒状の形状であって,内部に好気性菌を備えた構成とすればよい。
促進酸化槽は,好気槽から供給される汚排水を酸化分解により浄化処理する機能と,槽内に流入・発生した固形物をスカムポンプによって嫌気槽に返送する機能と,を果たす。促進酸化槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
また,促進酸化槽においては,・OH Radical(単に「ヒドロキシルラジカル」と略する)をはじめとする種々の反応がなされることから,ラジカル反応に対して耐性の高い素材を用いることが好ましく,例えば,ステンレス素材のものなどを用いることが好ましい。
促進酸化の手法については,オゾン(O3)の供給,過酸化水素(H2O2)の供給,高分子有機酸(高電子密度有機酸)の供給,UVの照射,超音波装置,これらを単独もしくは複数組み合わせて用いることができる。これにより,促進酸化を効果的に行うことができるという効果が得られる。
高分子有機酸については,槽内におけるPHを調整するとともに,オゾンとの反応によってラジカルを発生させる高電子密度を持つ有機酸である限り,特に限定されるものではなく,種々の高分子有機酸を用いることができる。このような高分子有機酸としては,典型的には,フルボ酸(fulvic acid),フミン酸(humic acid)を用いることができ,これらのいずれか又は複数を少なくとも含んでいることが好ましい。
高分子有機酸は,下記式に例示されるように,オゾンとの電子移動反応を通じて,ヒドロキシルラジカルなどのラジカル体を発生し,促進酸化槽における酸化反応を促すことが可能となる。
(式1)O3+高電子密度有機酸 → O3・有機酸(オゾン付加体有機酸)
(式2)O3・有機酸(オゾン付加体有機酸) → O3 -+有機酸+
(式3)O3 -+H+ →HO3 →OH+O2
この場合,促進酸化槽は,その中心部に,電気分解を行う電気分解槽を備えることが好ましい。かかる好ましい構成によれば,中心部における促進酸化による分解の機能と,外部における浮遊分離の機能と,を分けることが可能となるので,汚排水の酸化分解と固形物の除去を効率良く行うことができるという効果が得られる。
マイクロバブル発生器については,促進酸化槽の底部におけるマイクロバブルの発生が可能な限り,特に限定されるものではなく,種々の性能のものを採用することができ,また,種々の位置に設置することができる。マイクロバブル発生器は,典型的には,図2,図4に示すように,促進酸化槽の上部に設置することができる。
すなわち,オゾンや過酸化水素,さらには図5に示すような紫外線(UV)などを組み合わせて用いることにより,強力な酸化剤であるヒドロキシルラジカルを発生させ,水中の難分解性汚染物質を分解・除去することが可能となる。特に,ダイオキシン類や環境ホルモン,農薬などの微料汚染物質の分解・除去に優れた効果を発揮することが期待できる。
さらに,オゾンや過酸化水素,UVなどによる分解が行われた後の主たる生成物は,酸素や水であるため,二次廃棄物がほとんど発生しないという効果が得られる。
また,促進酸化槽で発生したヒドロキシルラジカルを用いることにより,汚排水における脱色や脱臭,COD低減,殺菌などの効果も同時にもたらすことが可能となる。
第一膜分離槽は,促進酸化槽から供給される汚排水を膜分離により浄化処理する機能を果たす。第一膜分離槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
また,第一膜分離槽は,後述する第二膜分離槽と比較すると,いわゆる粗分離としての性質を有するものであり,第一膜分離槽ないし第二膜分離槽において用いられる膜としては,MF膜(精密ろ過膜),UF膜(限外ろ過膜),NF膜(ナノろ過膜)ないしRO膜(逆浸透膜)を適宜組み合わせて用いればよい。第一膜分離槽においては,典型的には,UF膜を用いればよい。
オゾン接触槽は,第一膜分離槽から供給される汚排水をオゾンにより浄化処理する機能を果たす。オゾン接触槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
生物活性炭槽は,オゾン接触槽から供給される汚排水を生物活性炭により浄化処理する機能を果たす。生物活性炭槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
第二膜分離槽は,生物活性炭槽から供給される汚排水を膜分離により浄化処理する機能を果たす。第二膜分離槽は,かかる機能を果たす限り,特に限定されるものではなく,種々の構成のものを採用することができる。
第二膜分離槽は,処理水を最終的にシステム外へ放出する出口として機能するものであり,放出された処理水の使用用途に応じて,適宜,用いる膜を選択することができる。
[実施の形態1]
以下,本発明の実施の形態1における汚排水浄化システムの構成について,図1から図5を参照しながら説明する。
原水集水槽2,嫌気槽3,無酸素槽4,好気槽5,促進酸化槽6は,それぞれ,円筒タンクからなり,これらは縦置きにされている。
また,第一膜分離槽7,オゾン接触槽8,生物活性炭槽9,第二膜分離槽10,処理水貯水槽11は,それぞれ,角筒タンクからなり,これらも縦置きにされている。
なお,これらの円筒タンクや角筒タンクの素材については特に限定する必要はなく,典型的には,PVC(ポリ塩化ビニル)製のものを用いればよい。
また,促進酸化槽6やオゾン接触槽8においては,ラジカル反応などに対して耐性の高い素材を用いる必要があり,典型的には,ステンレス素材などを用いればよい。
以上の構成により,重力に従った自然流荷原理により処理水の移動が可能となり,移動のための最小限のエネルギーで自己完結式の汚排水浄化システムとして機能させることが可能になる。
また,各槽が近接して配置されていることにより,各槽間の位置のズレをほとんど無くすことができるとともに,配管の長さをできるだけ短縮することが可能となる。そして,かかる構成により,配管のズレや歪みが極めて生じにくい汚排水浄化システムを実現することが可能となる。
また,第一膜分離槽7内の汚排水は,自吸式ポンプ18によってオゾン接触槽8に汲み上げられるように構成されている。そして,オゾン接触槽8に汲み上げられた汚排水は,連通管16等を介して生物活性炭槽9,第二膜分離槽10,処理水貯水槽11の順に移動する。このように,第一膜分離槽7内の汚排水は,自動的にオゾン接触槽8,生物活性炭槽9,第二膜分離槽10,処理水貯水槽11の順に移動するので,流量調整槽を別途設けなくても,汚排水の流れに如何なる問題も発生することはない。その結果,汚排水浄化システムのコンパクト化を図ることができる。
なお,ここでは,第一膜分離槽7内の汚排水が,自吸式ポンプ18によってオゾン接触槽8に汲み上げられるように構成されている場合を例に挙げて説明したが,必ずしもかかる構成に限定されるものではない。例えば,第一膜分離処理後の汚排水を,重力に従ってオゾン接触槽8に移動させるための連通孔(不図示)を底部に設けるようにしてもよい。
また,嫌気槽3内には,断続的に起動する水中ポンプ19が設置されている。そして,当該水中ポンプ19には,他端が固液分離機(デカンタ)20の流入口に接続された第一移送管21の一端が接続され,固液分離機20の流出口には,他端が無酸素槽4内に位置する第二移送管22の一端が接続されている。これにより,嫌気槽3に汲み上げられた汚排水に含まれている微細固形物を,固液分離機20の吐出口から吐出して除去できるようにされている。
図2中,参照符号23は,嫌気槽3中の嫌気菌により有機物の嫌気分解処理と好気槽から返送されたPAO菌によりリン処理を促進させるために嫌気槽3内を撹拌する撹拌用ポンプを示している。
無酸素槽4の上部には,自吸式ポンプ24が設置されている。そして,自吸式ポンプ24の流入口には,他端が後段の好気槽5内に位置する第一返送管25の一端が接続され,自吸式ポンプ24の流出口には,他端が無酸素槽4の水面に位置する第二返送管26の一端が接続されている。これにより,無酸素槽4には,好気槽5で増殖された硝化菌によってアンモニア態窒素が硝化されることで硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が返送され,無酸素槽内で増殖された脱窒菌と無酸素状態で接触する。そして,脱窒菌が汚排水中の有機物成分を水素供与体として脱窒を行うことにより,汚排水中の硝酸態窒素が窒素ガスに変化して除去される。
図2中,参照符号27は,無酸素槽4中の窒素除去処理を促進させるために無酸素槽4内を撹拌する撹拌用ポンプを示している。
無酸素槽4の上方には,自吸式ポンプ28が設置されている。そして,自吸式ポンプ28の流入口には,他端が好気槽5内に位置する第三返送管29の一端が接続され,自吸式ポンプ28の流出口には,他端が嫌気槽3の水面の真上に位置する第四返送管30の一端が接続されている。これにより,嫌気槽3,無酸素槽4,好気槽5での一連の浄化処理を繰り返し行うことができるので,浄化処理の品質を高めることが可能となる。
なお,好気槽5は,上流側の好気槽5aと,下流側の好気槽5bと,からなっている。そして,無酸素槽4と上流側の好気槽5aとが,底部で連通孔13を介して直接繋がっている。また,第一返送管25の他端は,上流側の好気槽5a内に位置している。また,第三返送管29の他端は,下流側の好気槽5b内に位置している。
また,嫌気槽3,無酸素槽4,好気槽5においては,遠赤外線を通じて微生物の活性化と保温断熱効果が高められるように工夫されている。
図2から図4に示すように,促進酸化槽6には,スカムポンプ31が浮設され,当該スカムポンプ31には,他端が嫌気槽3の水面の真上に位置する第五返送管32の一端が接続されている。これにより,促進酸化槽6内に流入・発生した微細固形物を,嫌気槽3に返送し,固液分離機20の吐出口から吐出して除去できるようにされている。
促進酸化循環装置本体35は,揚水管36に接続された微細気泡発生ノズル39と,当該微細気泡発生ノズル39と放出管38との間に順に配置された,UVランプ40,TiO2 ボール41が封入された石英管42,気液混合管43と,を備えており,微細気泡発生ノズル39部分に過酸化水素(H2O2),高分子有機酸(フルボ酸,フミン酸など),オゾン(O3)を単独もしくは複数組み合わせて送り込むことができるようにされている。
促進酸化槽6内には,PVC(ポリ塩化ビニル)製の円筒タンクからなる電気分解槽33が同心状に配置されており,電気分解槽33の内周面には,TiO2陽陰極板46a,46bが配置されている。そして,促進酸化槽6と電気分解槽33は,底部で連通孔47を介して直接繋がっている。また,電気分解槽33と促進酸化槽6は,上部で連通管48を介して連通されている。ここで,連通管48は,上述した連通管14,15,16等とほぼ同じ高さの位置に設けられている。
また,促進酸化槽6における酸化分解において,上記のように,さらに電気分解を組み合わせることにより,促進酸化槽6における酸化分解をさらに効率良く行うことが可能となる。
第一膜分離槽7は,後述する第二膜分離槽10と比較すると,いわゆる粗分離としての性質を有するものであり,膜(メンブレイン)としてはUF膜(限外ろ過膜)49が用いられている。
図2中,参照符号50は散気管を示しており,当該散気管50は,活性汚泥への酸素供給と気泡の上昇流による膜面洗浄の機能を果たす。
なお,第一膜分離槽7で捕捉された固形物や剥離した生物膜は,逆洗水として嫌気槽3へ移送される。
図2中,参照符号51は水中ポンプ式のナノマイクロバブルインジェックトを示しており,当該ナノマイクロバブルインジェックト51により,オゾンを含むナノマイクロバブルを発生させて,第一膜分離槽7で浄化処理された汚排水をさらに浄化処理することができるようにされている。
第二膜分離槽10における膜としては,得られる処理水の使用用途に応じて,MF膜(精密ろ過膜),NF膜(ナノろ過膜)ないしRO膜(逆浸透膜)などが用いられる。
次に,本発明の実施の形態2における汚排水浄化システムの構成について,図7から図13を参照しながら説明する。
生物活性炭槽9で浄化処理された汚排水は,処理水槽55(図8では不図示)に貯められる。処理水槽55に貯められた処理水は,第二膜分離槽10(図8では不図示)に移送され,MF膜(精密ろ過膜),NF膜(ナノろ過膜)などを用いた膜分離により浄化処理されて処理水槽55に返送される。そして,水質が政令で定める技術上の基準に適合していれば,河川等に放流される。一方,水質が政令で定める技術上の基準に適合していなければ,河川等に放流されることなく,産業用水として使用される。また,第二膜分離槽10でRO膜(逆浸透膜)を用いた膜分離により浄化処理されて得られた処理水は,精製水槽56に貯められ,精製水(飲用水)として使用される。
また,促進酸化槽6は,円筒タンクからなり,この円筒タンクも縦置きにされている。
なお,これらの円筒タンクや角筒タンクの素材については特に限定する必要はないが,典型的には,PVC(ポリ塩化ビニル)製のものを用いればよい。
また,促進酸化槽6においては,ラジカル反応などに対して耐性の高い素材を用いる必要があり,典型的には,ステンレス素材などを用いればよい。
以上の構成により,重力に従った処理水の移動が可能となり,移動のための最小限のエネルギーで自己完結式の汚排水浄化システムとして機能させることが可能になる。
また,各槽が近接して配置されていることにより,各槽間の位置のズレをほとんど無くすことができるとともに,配管の長さをできるだけ短縮することが可能となる。そして,かかる構成により,配管のズレや歪みが極めて生じにくい汚排水浄化システムを実現することが可能となる。
また,第一膜分離槽7内の汚排水は,自吸式ポンプ18によってオゾン接触槽8に汲み上げられるように構成されている。そして,オゾン接触槽8に汲み上げられた汚排水は,連通管16等を介して生物活性炭槽9,処理水槽55,第二膜分離槽10,精製水槽56の順に移動する。このように,第一膜分離槽7内の汚排水は,自動的にオゾン接触槽8,生物活性炭槽9,処理水槽55,第二膜分離槽10,精製水槽56の順に移動するので,流量調整槽を別途設けなくても,汚排水の流れに如何なる問題も発生することはない。その結果,汚排水浄化システムのコンパクト化を図ることができる。
なお,ここでは,第一膜分離槽7内の汚排水が,自吸式ポンプ18によってオゾン接触槽8に汲み上げられるように構成されている場合を例に挙げて説明したが,必ずしもかかる構成に限定されるものではない。例えば,第一膜分離処理後の汚排水を,重力に従ってオゾン接触槽8に移動させるための連通孔(不図示)を底部に設けるようにしてもよい。
また,嫌気槽3内には,断続的に起動する水中ポンプ19が設置されている。そして,当該水中ポンプ19には,他端が固液分離機20の流入口に接続された第一移送管21の一端が接続され,固液分離機20の流出口には,他端が無酸素槽4内に位置する第二移送管22の一端が接続されている。これにより,嫌気槽3に汲み上げられた汚排水に含まれている微細固形物を,固液分離機20の吐出口から吐出して除去できるようにされている。
無酸素槽4の上部には,自吸式ポンプ24が設置されている。そして,自吸式ポンプ24の流入口には,他端が後段の好気槽5内に位置する第一返送管25の一端が接続され,自吸式ポンプ24の流出口には,他端が無酸素槽4内に位置する第二返送管26の一端が接続されている。これにより,無酸素槽4には,好気槽5で増殖された硝化菌も返送され,嫌気槽3で浄化処理された汚排水と脱窒菌とが無酸素状態で接触する。そして,嫌気槽3で浄化処理された汚排水は無酸素槽で増殖されている脱窒菌が汚排水中の有機物成分を水素供与体として脱窒を行うことにより,汚排水中の硝酸態窒素が窒素ガスに変化して除去される。
図2中,参照符号59は,硝化菌が固定される微生物担体を示している。また,参照符号60は,無酸素槽4中の活性汚泥濃度を均一化するために無酸素槽4内を撹拌する下向式撹拌ポンプを示している。
図2中,参照符号61は,硝化菌が固定される微生物担体を示している。
無酸素槽4の上方には,自吸式ポンプ28が設置されている。そして,自吸式ポンプ28の流入口には,他端が好気槽5内に位置する第三返送管29の一端が接続され,自吸式ポンプ28の流出口には,他端が嫌気槽3の水面の真上に位置する第四返送管30の一端が接続されている。これにより,嫌気槽3,無酸素槽4,好気槽5での一連の浄化処理を繰り返し行うことができるので,浄化処理の品質を高めることが可能となる。
なお,好気槽5は,上流側の好気槽5aと,下流側の好気槽5bと,からなっている。そして,無酸素槽4と上流側の好気槽5aとが,底部で連通孔13を介して直接繋がっている。また,第一返送管25の他端は,上流側の好気槽5a内に位置している。また,第三返送管29の他端は,下流側の好気槽5b内に位置している。
また,無酸素槽4,好気槽5においては,遠赤外線ランプにより,微生物の活性化と保温断熱効果が高められるように工夫されている。
図8から図10に示すように,促進酸化槽6には,スカムポンプ31が浮設され,当該スカムポンプ31には,他端が嫌気槽3の水面の真上に位置する第五返送管32の一端が接続されている。これにより,促進酸化槽6内に流入・発生した微細固形物を,嫌気槽3に返送し,固液分離機20の吐出口から吐出して除去できるようにされている。
促進酸化装置本体63は,揚水管64に接続されたインジェックト型ナノマイクロバブル発生ノズル67と,当該ナノマイクロバブル発生ノズル67と放出管66との間に順に配置された,気液混合管68と,円筒型超音波噴射振動子69と,を備えており,ナノマイクロバブル発生ノズル67部分にオゾン(O3)ガス,過酸化水素水(H2O2)を単独もしくは組み合わせて送り込むことができるようにされている。
促進酸化槽6内には,円筒タンクからなる電気分解槽33が同心状に配置されており,電気分解槽33の内周面には,TiO2陽陰極板46a,46bが配置されている。そして,促進酸化槽6と電気分解槽33は,底部で連通孔47を介して直接繋がっている。なお,インライン促進酸化装置(マイクロバブル発生器)62の水中ポンプ65は,電気分解槽33の底部に設置されており,放出管66は,電気分解槽33の外側に配置されている。また,図8,図10中,参照符号70は,槽内に有機酸であるフミン酸(humic acid)を溶出させる腐植土を示している。
なお,促進酸化槽6内の円筒タンクの素材については特に限定する必要はないが,典型的には,PVC(ポリ塩化ビニル)製のものを用いればよい。
また,促進酸化槽6における酸化分解において,上記のように,さらに電気分解を組み合わせることにより,促進酸化槽6における酸化分解をさらに効率良く行うことが可能となる。
この場合,ナノマイクロバブル(微細気泡)は,旋回流によって10から50μm径の気泡となり,1から10mm程度のミリバブルに比べて溶解率が高くなる。すなわち,円筒状の電気分解槽33およびインライン促進酸化装置62を備えた本実施の形態の促進酸化槽(旋回流(渦流)式促進酸化槽)6の構成によれば,オゾンガスを溶解させるための加圧溶解タンクを用いることなく溶解率を高めることができる。
第一膜分離槽7は,後述する第二膜分離槽10と比較すると,いわゆる粗分離としての性質を有するものであり,膜(メンブレイン)としてはUF膜(限外ろ過膜)49が用いられている。
図8中,参照符号50は散気管を示しており,当該散気管50は,活性汚泥への酸素供給と気泡の上昇流による膜面洗浄の機能を果たす。
図8中,参照符号51は水中ポンプ式のナノマイクロバブルインジェックトを示しており,当該ナノマイクロバブルインジェックト51により,オゾンを含むナノマイクロバブルを発生させて,第一膜分離槽7で浄化処理された汚排水をさらに浄化処理することができるようにされている。また,参照符号72は,光触媒であるTiO2ボールを示しており,当該TiO2ボールに紫外線を照射するだけで殺菌処理が可能となる。
より具体的には,インライン促進酸化装置73は,促進酸化装置本体74と,促進酸化槽6内に設置され,揚水管64を介して促進酸化装置本体74の一端に接続された水中ポンプ65と,促進酸化装置本体74の他端に接続された放出管66と,を備えている。
促進酸化装置本体74は,揚水管64に接続されたナノマイクロバブル発生ノズル67と,当該ナノマイクロバブル発生ノズル67と放出管66との間に順に配置された,インジェックター75と,円筒型超音波噴射振動子69と,を備えており,ナノマイクロバブル発生ノズル67部分にオゾン水を,インジェックター75部分に過酸化水素水をそれぞれ送り込むことができるようにされている。
昨今,有機物処理について,下記が技術的課題として重要となっている。
(1) 高分子凝集剤など化学薬品を排除し,産業廃棄物の処理量を低減すること。
(2) 世界的な水資源不足問題を解消するために,汚排水の放流処理はもちろんのこと,産業用水として再使用が可能な程度にまで分解・精製処理が可能であること。
(3) コンパクトで経済的であること。
(4) 畜産糞尿処理の脱色や微量化学物質,病原性微生物の除去などの難分解性物質の浄化処理が可能であること。
特にオゾン処理法は,処理に伴って汚泥などの二次廃棄物が生じないことや反応後オゾンが無害な酸素になることから,溶存酸素が必要な微生物処理方式には極めて有用な処理技術である。
しかしながら,オゾンを単独で用いるオゾン処理法では,処理水中の亜硝酸態窒素や有機性物質などの還元性物質がオゾンと反応し消失してしまう一方,オゾンと反応性が低い物質もあり,分解が困難な物質がある点で課題を有するものである。
しかるに,促進酸化法(AOP)の根幹であるヒドロキシルラジカルを安定的に発生させるために様々な方法が試されているが,これは至っていない状況であり,今も研究が進んでいる状況である。
A2O2方式は,A2O方式の生物処理法から促進酸化処理後,改めて生物曝気槽を設ける処理方式である。固液分離装置前段に嫌気槽を位置させることで浮上スラッチ,リンを過剰摂取したPAO菌を原水嫌気槽に返送処理する。また,促進酸化槽の前段階で無酸素槽を設け,生物学的窒素とリン除去を行い,窒素除去に必要な炭素源として有機物を利用することで,メタノールの注入を省略することができる。さらに,促進酸化槽を設けて生物処理方式とを組合せることにより,下記の利点ないし技術的特徴を有する。
(1) 活性汚泥法など,従来の生物処理には曝気後沈澱及び脱水処理が必要であったが,促進酸化槽におけるナノマイクロバブルによるスラッチの浮上処理で,沈澱及び脱水処理が不要になる。
(2) 促進酸化槽の過酸化水素を生物処理するとともに,オゾンと過酸化水素は最終的には酸素になり処理水中において高い酸素濃度を維持できるため,これを生物処理(好気性菌による処理)に利用可能である。
(3) オゾン+高分子有機酸触媒剤という,新しい方法のヒドロキシルラジカル生成法を提供するものである。すなわち,促進酸化槽内に腐植土を吊るすことでフミン酸(Humic Acid)やフルボ酸(Fulvic Acid)を放出する。もしくは,液状フミン酸(Humic Acid)フルボ酸(Fulvic Acid)を直接供給する,これらにより,ヒドロキシルラジカル生成の触媒作用を行う。
(4) 促進酸化槽でナノマイクロバブルを利用してスラッチを浮上させ,スカムポンプでの分離処理が出来ることから,沈殿槽と脱水工程が要らない。
(5) 促進酸化槽に最適化された,一体型インライン促進酸化装置の開発。
(6) インジェクターとの一体型の気液注入方法の開発。
(7) 促進酸化槽の構造上の特徴として円筒型とし,旋回流を造る。
(8) ナノマイクロバブル発生ノズルにより効率的溶解が出来るので,従来のオゾン溶存率を高める為の高圧タンクが要らない。
(1) 曝気槽の容量,曝気時間,配管省略などコンパクト化。
(2) 浄化処理副産物や沈殿物などの二次廃棄物の無発生。
(3) 産業廃棄物量の低減と世界的な水資源不足を解消。
(4) 高分子凝集剤などの化学薬品(バルキング解消用,消泡剤など)を排除して最終処理水に化学成分を残さないので産業用水として最適。
(5) 畜産糞尿の固液分離後の固形物は有機肥料のクオリティの向上。
(6) 凝集剤必要時は凝集性バイオポリマー(微生物凝集剤)の開発使用。
3 嫌気槽
4 無酸素槽
5 好気槽
6 促進酸化槽
12,13連通孔
14 連通管
19 水中ポンプ
20 固液分離機(デカンタ)
21 第一移送管
22 第二移送管
31 スカムポンプ
32 第五返送管
Claims (11)
- 汚排水発生源から供給される汚排水を嫌気性菌により浄化処理する嫌気槽と,
前記嫌気槽で浄化処理された汚排水を脱窒菌により浄化処理する無酸素槽と,
前記無酸素槽で浄化処理された汚排水を好気性菌により浄化処理する好気槽と,
前記好気槽で浄化処理された汚排水を酸化分解により浄化処理する促進酸化槽と,
を備え,
これら各槽が他のいずれか又は複数の槽に近接して配置され,各槽における水位が同一に保持される汚排水浄化システムであって,
前記嫌気槽には,断続的に起動する水中ポンプが設置され,
前記水中ポンプには,他端が固液分離機の流入口に接続された第一移送管の一端が接続され,
前記固液分離機の流出口には,他端が前記無酸素槽内に位置する第二移送管の一端が接続され,
前記促進酸化槽には,スカムポンプが浮設され,前記スカムポンプには,他端が前記嫌気槽内に位置する返送管の一端が接続されており,
さらに,
前記促進酸化槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第一膜分離槽と,
前記第一膜分離槽で浄化処理された汚排水をオゾンにより浄化処理するオゾン接触槽と,
前記オゾン接触槽で浄化処理された汚排水を生物活性炭により浄化処理する生物活性炭槽と,
を備えることを特徴とする汚排水浄化システム。 - 汚排水発生源から供給される汚排水を嫌気性菌により浄化処理する嫌気槽と,
前記嫌気槽で浄化処理された汚排水を脱窒菌により浄化処理する無酸素槽と,
前記無酸素槽で浄化処理された汚排水を好気性菌により浄化処理する好気槽と,
前記好気槽で浄化処理された汚排水を酸化分解により浄化処理する促進酸化槽と,
を備え,
これら各槽が他のいずれか又は複数の槽に近接して配置され,各槽における水位が同一に保持される汚排水浄化システムであって,
前記嫌気槽には,断続的に起動する水中ポンプが設置され,
前記水中ポンプには,他端が固液分離機の流入口に接続された第一移送管の一端が接続され,
前記固液分離機の流出口には,他端が前記無酸素槽内に位置する第二移送管の一端が接続され,
前記促進酸化槽には,スカムポンプが浮設され,前記スカムポンプには,他端が前記嫌気槽内に位置する返送管の一端が接続されており,
さらに,
前記促進酸化槽で浄化処理された汚排水を生物処理により浄化処理する生物曝気槽と,
前記生物曝気槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第一膜分離槽と,
前記第一膜分離槽で浄化処理された汚排水をオゾンにより浄化処理するオゾン接触槽と,
前記オゾン接触槽で浄化処理された汚排水を生物活性炭により浄化処理する生物活性炭槽と,
を備えることを特徴とする汚排水浄化システム。 - 前記促進酸化槽における酸化分解が,オゾンの供給,過酸化水素の供給,高分子有機酸の供給,UV照射,超音波噴射のいずれか又は複数を組み合わせることによって行われる請求項1又は2に記載の汚排水浄化システム。
- 前記高分子有機酸が,フルボ酸(fulvic acid),フミン酸(humic acid)のいずれか又は複数を少なくとも含む請求項3に記載の汚排水浄化システム。
- 前記促進酸化槽における酸化分解が,さらに電気分解を組み合わせることによって行われる請求項3又は4に記載の汚排水浄化システム。
- 前記促進酸化槽が,その中心部に電気分解槽を備える請求項5に記載の汚排水浄化システム。
- マイクロバブル発生器をさらに備え,前記促進酸化槽の底部においてマイクロバブルを発生させることにより,固形物を浮遊させる請求項1から6のいずれか1項に記載の汚排水浄化システム。
- 前記促進酸化槽と前記電気分解槽が,同心の円筒状に形成されている請求項6又は7に記載の汚排水浄化システム。
- 前記生物活性炭槽で浄化処理された汚排水を膜分離により浄化処理する第二膜分離槽をさらに備えた請求項1に記載の汚排水浄化システム。
- 生物活性炭槽で浄化処理された汚排水を貯める処理水槽と,
前記処理水槽に貯められた処理水が移送され,当該処理水を膜分離により浄化処理する第二膜分離槽をさらに備えた請求項2に記載の汚排水浄化システム。 - 前記第一膜分離槽ないし第二膜分離槽において用いられる膜が,MF膜(精密ろ過膜),UF膜(限外ろ過膜),NF膜(ナノろ過膜)ないしRO膜(逆浸透膜)のいずれか又は複数から選択される請求項9又は10に記載の汚排水浄化システム。
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