JP2014094322A - 多段階の有機廃水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝集剤の添加を行わずに高濃度の有機廃水を効果的に処理できる、多段階の廃水処理システムを提供する。
【解決手段】多段階の有機廃水処理システム１である。有機廃水を最初に受け入れて浮遊物質除去を行う第１処理部１０を備える。第１処理部１０は、有機廃水を貯留する処理槽１１の内部にオゾンを注入するオゾン注入装置１２と、処理槽１１の内部で発生するスカムＳを回収するスカム回収機構とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、食品工場から排出される廃水など、高濃度な有機廃水を対象とした多段階の廃水処理システムに関する。

例えば、食品工場から排出される廃水には有機物や油分が高濃度で含まれるため、所定の水質基準を満たすまで廃水処理が行われた後に放流されるのが一般的である。

図１に、そのような廃水処理を目的とした多段階の廃水処理システムの一例を示す。

図示の廃水処理システムは、高レベルな水質まで有機廃水を浄化できる高度廃水処理システムである。主に、浮遊物質除去処理を行う第１処理部１０１、生物学的処理を行う第２処理部１０２、及びオゾン処理を行う第３処理部１０３、で廃水処理システムが構成されている。

この廃水処理システムでは、廃水はまずスクリーン等によって大きな屑が除去された後、第１処理部１０１に流入する。廃水には、微細な食品屑や可溶性の有機物、油分等の汚染物質が多量に含まれているため、第１処理部１０１で細かな浮遊物質や油分の除去が行われる。

第１処理部１０１では通常、凝集剤の添加による加圧浮上処理または凝集沈澱処理が行われている。

第１処理部１０１で処理された廃水中に残る有機物を除去するため、第２処理部１０２では、接触酸化法や活性汚泥法等による生物学的処理が行われる。すなわち、微生物による分解作用を利用して有機物が除去される。生物学的処理では、沈澱池等の固液分離処理が行われる場合もある。

生物学的処理で所定の水質基準を下回ればそのまま放流可能であるが、この廃水処理システムでは更に高度なレベルまで水質が向上できるように、オゾン処理を行う第３処理部１０３が設けられている。

オゾンは非常に強力な酸化力を有し、殺菌や脱色、脱臭、難分解性物質の分解等の作用があるが、浮遊物質や有機物にも反応し消費されてしまうため、一般的には浮遊物質除去処理、生物学的処理などの有機物除去後の高度処理に用いられる。

放流先が下水道などの場合、浮遊物質除去を行う１段階の廃水処理だけで放流基準を満たし、放流が可能な場合もある。

例えば特許文献１には、家庭や工場からの排水を浄化タンクで浄化して放流する排水浄化システムが開示されている。

詳しくは超微細気泡により浮遊物質を浮上させる方法であり、オゾンは色度や臭気除去のために併用されている。

特許文献２には、下水を再生水に処理する水処理設備が開示されている。この水処理設備には、水面に溜まるスカム（濁質の集積物）を排出する機構が設けられている。つまりこの対象水は、浮遊物質除去、生物学的処理後の、浮遊物質や有機物除去後の水が対象である。

特開２００３−１５４３５７号公報 特開２０１１−２１８２６６号公報

高濃度な有機廃水処理を対象とした多段階の廃水処理システムにおいて、浮遊物質除去のために凝集剤を添加して加圧浮上処理または凝集沈澱処理を行うと、回収される廃棄物量は、浮遊物質の量に凝集剤量が付加され、廃棄物の貯留設備、脱水設備などの機器の大型化およびその処理コストが企業の大きな負担となっている。

また凝集剤には金属塩や化学物質等が含まれているため、食品工場であれば本来排出される浮遊物質は食品残渣のみであり有価物として回収可能であるが、凝集剤添加により回収された浮遊物質由来の廃棄物は家畜の餌等にリサイクルできず、産業廃棄物として処理せざるを得ない。また、生産物の変化などにより廃水の負荷が既存の排水処理システムの設計値より高くなり、処理困難になった場合、負荷低減対策が必要となるが、浮遊物質除去設備がない施設では加圧浮上処理装置や凝集沈殿処理装置を新たに設置したり、有機物除去能力増強のために生物処理用のばっ気槽を新・増築したりする必要があるが、その費用は莫大で、かつ廃棄物処理費用も増加してしまうため、事業者にとって大きな負担となる。

そこで本発明の目的は、高濃度な有機廃水において、凝集剤の添加の代わりにオゾン処理を行うことによって浮遊物質を除去できる、高濃度な有機廃水の多段階処理システムを提供することにある。

本発明は、多段階廃水処理システムであって、スクリーン等によって大きな屑が除去された有機廃水を受け入れて浮遊物質除去を行う第１処理部を備える。前記第１処理部は、前記有機廃水を貯留する処理槽と、前記処理槽の内部にオゾンを注入するオゾン注入装置と、前記処理槽の内部で発生するスカムを回収するスカム回収機構と、を有している。

この有機廃水処理システムは、多段階の廃水処理システムであり、複数の処理工程で構成されている。従来、浮遊物質・有機物除去後の高度処理後で用いることが一般的であるオゾンを、浮遊物質・有機物除去前に適用する。つまり、第１処理部では、オゾンの凝集作用を利用し浮遊物質をスカムとして回収するものである。

通常一般的な多段階の有機廃水処理システムに設置されている流量調整槽等が設置されているが、これら流量調整槽等をオゾン処理槽として兼用できる。従って、既存の設備に浮遊物質除去処理がない場合に浮遊物質除去処理を追加したい場合、新たに浮遊物質除去処理用の加圧浮上処理装置や凝集沈殿処理装置を設置することなく、この流量調整槽をオゾン処理槽として使用すれば簡単な改造を施すだけで実現できる。また、既存の設備に浮遊物質除去処理設備があるがオゾン処理を行いたい場合も、新たにオゾン処理槽を設ける必要がない。

前記処理槽へのオゾンの注入量は、当該処理槽の内部での消費量よりも少なく設定するのが好ましい。

従来の高度処理のように、浮遊物質・有機物が除去された水を対象として脱色や特定の難分解性有機物の分解が目的であれば、いかに反応効率をよくしても排オゾンはゼロにはならず、そのまま大気に放出できる濃度ではないため、排オゾン分解設備の設置が必要になる。しかし、高濃度有機廃水中の浮遊物質の凝集が目的であれば、高濃度有機排水中に微量なオゾン注入で十分な作用が得られることがわかった。その結果排オゾンが出ず、排オゾン分解設備が不要であるこという効果があることもわかった。

つまり、有機廃水の有機物量が高濃度であることを利用して、処理槽へのオゾンの注入量が消費量よりも少なくなるように設定すれば、処理槽からオゾンが漏れ出ることが無く、排オゾン分解設備の設置を不要にできるのである。

また、前記オゾン注入装置は、前記有機廃水とオゾンとを混合してオゾン混合廃水を形成するエジェクタと、前記オゾン混合廃水を前記処理槽に注入する注入機構と、を有し、前記オゾン混合廃水における前記有機廃水に対する前記オゾンの混合比率が、０．５以下に設定することができる。

そうすれば、十分にオゾンを溶解させつつ、オゾンガスの微細気泡化を防ぐことによってスカムの発泡による分離回収困難を防ぐことが出来る。

前記第１処理部に連続して生物学的処理を行う第２処理部を更に備えるのが好ましい。

第１処理部で注入されるオゾンガスは、コストの点から工業的には酸素ガスから製造することが多い。そのため、第１処理部から流出する廃水中には、オゾン注入により酸素も同時に注入され、その結果第１処理部から流出する時点で、排水は溶存酸素濃度が非常に高くなっている。第２処理部で生物学的処理を行えば、その有機廃水中の溶存酸素量を有効に利用でき、酸素供給に必要なばっ気風量も低減できる可能性がある。

また、前記第２処理部よりも後段に高度処理用のオゾン処理を行う第３処理部の２箇所のオゾン処理を備える場合には、前記第１処理部と前記第３処理部とで、オゾンの供給源を共用するとよい。

そうすればイニシャルコストが抑えられる。また、既存の廃水処理システムに高度処理用のオゾン処理設備があり、かつオゾン発生量に余力がある場合には、前述の流量調整槽をオゾン処理槽とする比較的簡素な改造を施すだけで、本発明の廃水処理システムが実現できる。

本発明の廃水処理システムによれば、前段で凝集剤の添加を行わずに高濃度の有機廃水から浮遊物質を除去できる。また、負荷低減が必要な廃水処理施設において、安価に対策を取ることができる。

従来の多段階廃水処理システムの一例を示すブロック図である。 実施形態の多段階廃水処理システムの一例を示すブロック図である。 第１処理部及び第２処理部の具体的構成を示す概略図である。 変形例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図２に、本発明を適用した有機廃水の多段階処理システム（単に廃水処理システム１ともいう）のブロック図を示す。

この廃水処理システム１は、従来の高度廃水処理システムとほぼ同様の構成からなり、浮遊物質除去処理を行う第１処理部１０、生物学的処理を行う第２処理部２０、及びオゾン処理を行う第３処理部３０で構成されている。処理対象となる有機廃水は、最初に第１処理部１０に受け入れられた後、第２処理部２０、第３処理部３０と順次処理され、河川等に放流される。

処理対象となる廃水は、例えば食品工場から排出される食品由来の廃水であり、製造する際に発生する食品屑や油分等の汚染物質を高濃度に含む高濃度有機廃水である（単に廃水ともいう）。

廃水に含まれる比較的大きな汚染物質については、廃水処理システム１に流入する前にメッシュ状のスクリーン等を用いて除去されるが、廃水には、まだ微細な食品屑や可溶性の有機物、油分等の汚染物質が懸濁した状態で含まれている。

廃水の汚染物質の濃度は、例えば有機物の濃度としては５００ｍｇ／Ｌ（ＢＯＤ）以上である。また、油分の濃度としては１０ｍｇ／Ｌ（ノルマルヘキサン抽出物質含有量）以上であり、浮遊物質量（ＳＳ）としては５０ｍｇ／Ｌ以上である。

図３に、第１処理部１０及び第２処理部２０の具体的構成を示す。

第１処理部１０は、処理槽１１やオゾン注入装置１２、スカム回収槽１３などで構成されている。

処理槽１１は、排水管２から排出される廃水を連続的に受け入れて貯留する。本実施形態の処理槽１１は、廃水が貯留される貯留槽１１ａと、貯留槽１１ａに隣接して設けられるスカム排出溝１１ｂとを有している。貯留槽１１ａの容量は、廃水の処理量に応じて適宜選定される。

貯留槽１１ａとスカム排出溝１１ｂとは、処理槽１１の側壁よりも高さの低い仕切壁１１ｃによって区画されている。スカム排出溝１１ｂには、スカム回収槽１３に向かって延びるスカム排出管１１ｄが接続されている。仕切壁１１ｃやスカム排出溝１１ｂ、スカム排出管１１ｄ及びスカム回収槽１３でスカム回収機構が構成されている。排出管の途中にスカム排出ポンプを設置してもよい。

なお、図示しないが、貯留槽１１ａの廃水は、一定の範囲で上下動するように制御されており、その最上位の水位では、廃水の水面が仕切壁１１ｃの上端よりも僅かに下側に位置するように設定されている。

オゾン注入装置１２は、エジェクタ１２ａやポンプ１２ｂ、廃水導入管１２ｃ、注入管１２ｄなどで構成されている。廃水導入管１２ｃの一端は排水管２に接続され、廃水導入管１２ｃの他端はエジェクタ１２ａに接続されている。ポンプ１２ｂは廃水導入管１２ｃの途中に設置されており、適宜、一定量の廃水をエジェクタ１２ａに送り込むように制御されている。

エジェクタ１２ａには、また、ガス管３を通じて一定量のオゾンが供給される。エジェクタ１２ａでは廃水とオゾンとが混合され、オゾン混合廃水が形成される。エジェクタ１２ａの吐出口に注入管１２ｄの一端が接続されており、注入管１２ｄの他端は貯留槽１１ａの底壁に接続され、貯留槽１１ａの内部に連通している。

オゾン混合廃水は、注入管１２ｄを通じて貯留槽１１ａの内部に注入される。本実施形態では、ポンプ１２ｂや注入管１２ｄ等によって注入機構が構成されている。オゾン混合廃水が注入されることにより、貯留槽１１ａの内部ではオゾンの凝集作用が働き、廃水中に含まれる浮遊物質がスカムとして分離される。

このとき、貯留槽１１ａから未反応なオゾンが漏れ出すと人体および周辺環境に悪影響を及ぼす。そのため通常は、漏れ出すオゾンを回収して分解処理する排オゾン設備が設置されるが、この廃水処理システム１では排オゾン設備が不要になっている。

その理由は、高濃度の有機廃水に微量なオゾンを直接作用させることにより、注入したオゾンの全てが貯留槽１１ａの内部で酸素に分解することにある。すなわち、貯留槽１１ａへのオゾンの注入量は、貯留槽１１ａの内部でのオゾンの消費量よりも少なくなるように設定されているのである。

本実施形態では、エジェクタ１２ａで形成されるオゾン混合廃水において、廃水に対するオゾンの混合比率（液ガス比）が、０．５以下に設定されている。

液ガス比が０．５より大きくなると、オゾンの溶解が不十分になり、貯留槽１１ａからのオゾンが未反応のまま漏れ出し十分な効果が得られない。また排オゾン処理が必要になる。それに対し液ガス比が０．５以下であれば、オゾンが高濃度の有機廃水と十分反応し、注入したオゾンの全てを貯留槽１１ａの内部で消費させることができる。従って排オゾン処理が不要になり、排オゾン設備を設置しなくて済む。

なお、液ガス比は０．１以上に設定するのが好ましい。０．１より小さいと、気泡が微細になり、スカムＳが発泡してスカムＳの回収が困難になる。

廃水中に適度なオゾンを注入することにより、廃水に含まれる汚染物質が凝集して浮上する。その結果、スカムＳ（凝集物が集まったもの）が形成され、貯留槽１１ａに貯留された廃水の水面に多量のスカムＳが溜まる。水面に溜まったスカムＳは、水位の上昇により、仕切壁１１ｃを乗り越えてスカム排出溝１１ｂに流入する。

スカムＳは、強制的にスカム排出溝１１ｂに流し込むようにしてもよい。例えば第１処理部１０に、スライドアームを有するスカム排出装置を別途設けることができる。そして、水位が上位に達した時にスライドアームを廃水の水面部分でスライドさせることにより、スカムＳをスカム排出溝１１ｂの側に寄せ付け、スカムＳを強制的にスカム排出溝１１ｂに流し込む。

スカム排出溝１１ｂに流入したスカムＳは、スカム排出管１１ｄを通じてスカム回収槽１３に貯留される。スカム回収槽１３に貯留されたスカムＳは、凝集剤による凝集沈澱物のような金属塩や化学物質を含まず、食品由来の物質のみで構成されているため、家畜の餌等にリサイクルできる。スカムＳの量も従来に比べて少量になる。

第１処理部１０で、スカムＳが除去された廃水は、送水ポンプ４により第１送水管５を通じて第２処理部２０に送られる。第２処理部２０は、生物処理槽２１やエアレーション装置２２などで構成されている。

生物処理槽２１の内部には、活性汚泥が収容されている。従って、廃水中に残存している有機物は、生物処理槽２１に滞留している間に微生物によって分解される。

エアレーション装置２２は、生物処理槽２１の底部に設置されている。エアレーション装置２２が廃水に空気を送り込むことにより、好気性微生物に酸素を供給し、有機物の分解が促進する。

オゾンは当然高濃度有機排水中の成分と反応し残留していないので、廃水が生物処理槽２１に送られても活性汚泥中の微生物が死滅する心配はない。しかも第１処理部で注入されるオゾンガスは、工業的には酸素ガスから製造することが多い。そのため、第１処理部から流出する廃水中には、オゾン注入により酸素も同時に注入され、その結果溶存酸素濃度の高い廃水となっている。従って、第１処理部から排出される廃水の溶存酸素量は通常より高い。第２処理部で生物学的処理を行えば、その有機廃水中の溶存酸素量を有効に利用でき、生物処理に酸素供給に必要なエアレーション装置２２の設備も小型化または省電力化できる可能性がある。

生物処理槽２１で処理された廃水は、図示しないが固液分離が行われた後に第２送水管６を通じて第３処理部３０に送られる。第３処理部３０では、従来と同様にオゾン処理による高度廃水処理が行われる。廃水中の汚染物質の大部分は第１処理部１０及び第２処理部２０で除去されているため、第３処理部３０では、オゾンにより、廃水に低濃度で残存する汚染物質を効率よく除去することが出来る。

本実施形態の廃水処理システム１では、第１処理部１０と第３処理部３０とでオゾンの供給源が共用されており、第３処理部３０に設置されているオゾン発生装置３１から第１処理部１０のエジェクタ１２ａにオゾンが供給されている。

この場合、第３処理部３０が既存の廃水処理システムとして既に組み込まれており、オゾン発生機に余力があった。このシステムの生物学的処理部の負荷低減を実施したいとき、流量調整槽に第３処理部３０からのオゾンガスを分岐させ、オゾン溶解装置を設置するという比較的簡素な改造を施すだけで、本発明の廃水処理システム１が実現できるため、設備コストも抑制できる。

なお、本発明にかかる廃水処理システムは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、図４に示すように、廃水導入管１２ｃの一端は排水管２ではなく、貯留槽１１ａに接続し、貯留槽１１ａに貯留されている廃水を循環させながら、オゾンを添加してもよい。

廃水処理システム１は一例であり、第１処理部１０以降に、第２処理部２０や第３処理部３０以外の処理部を設けてもよい。例えば、生物処理槽２１の代わりに膜処理を設置し、膜による有機物除去を行う処理部を設けてもよい。

第３処理部３０は必須ではない。第３処理部３０が無い場合には第１処理部１０にオゾン発生装置を設置する必要があるが、その場合でもオゾンの注入量は比較的少量でよいため、安価にできる。

処理槽１１の内部に浮上型スカム回収装置を設置してもよい。そうすれば、スカムＳの回収を促進できる。廃水導入管１２ｃの一端は貯留槽１１ａに接続してあってもよい。

スカム回収機構は、例示であり、仕様に応じて適宜選択できる。

１ 廃水処理システム
１０ 第１処理部
１１ 処理槽
１２ オゾン注入装置
２０ 第２処理部
３０ 第３処理部
Ｓ スカム

Claims (5)

1. 多段階の有機廃水処理システムであって、
   有機廃水を浮遊物質除去を行う第１処理部を備え、
   前記第１処理部は、
   前記有機廃水を貯留する処理槽と、
   前記処理槽の内部にオゾンを注入するオゾン注入装置と、
   前記処理槽の内部で発生するスカムを回収するスカム回収機構と、
   を有している有機廃水処理システム。
2. 請求項１に記載の有機廃水処理システムにおいて、
   前記処理槽へのオゾンの注入量が、当該処理槽の内部での消費量よりも少なく設定されている有機廃水処理システム。
3. 請求項２に記載の有機廃水処理システムにおいて、
   前記オゾン注入装置は、
   前記有機廃水とオゾンとを混合してオゾン混合廃水を形成するエジェクタと、
   前記オゾン混合廃水を前記処理槽に注入する注入機構と、
   を有し、
   前記オゾン混合廃水における前記有機廃水に対する前記オゾンの混合比率が、０．５以下に設定されている有機廃水処理システム。
4. 請求項１に記載の有機廃水処理システムにおいて、
   前記第１処理部に連続して生物学的処理を行う第２処理部を更に備える有機廃水処理システム。
5. 請求項１に記載の有機廃水処理システムにおいて、
   前記第２処理部よりも後段に、オゾン処理を行う第３処理部を更に備え、
   前記第１処理部と前記第３処理部とで、オゾンの供給源が共用されている有機廃水処理システム。

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