JP6644607B2 - 排水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、排水処理システムに関する。

従来、排水から懸濁物質を除去する排水処理システムが知られている。例えば特許文献１に記載された排水処理システムでは、排水に水溶性脂肪酸塩を添加して所定濃度以上とすることにより、排水に対する生物処理等の処理効率の向上が図られている。

特開２００１−１７９２８３号公報

ところで、排水処理システムには、排水に凝結剤及び凝集剤を添加することで懸濁物質からフロックを形成させ、固液分離を行うものがある。このような排水処理システムでは、フロックの形成を阻害する界面活性剤等の物質が懸濁物質に含まれる場合、フロックの形成に際し、凝結剤及び凝集剤の供給量が著しく増加する。この場合、凝結剤及び凝集剤の薬品コストの増大、汚泥の発生量の増加、汚泥の処分コストの増大といった問題が生じる。

本発明は、このような課題を解決するために為されたものであり、フロックの形成に際し、凝結剤及び凝集剤の供給量の増加を抑制することができる排水処理システムを提供することを目的とする。

本発明の排水処理システムは、排水に凝結剤を添加する凝結剤添加手段と、凝結剤が添加された排水が流入する反応部と、反応部に凝集剤を供給する凝集剤供給手段と、反応部に生物処理汚泥を供給する汚泥供給手段と、を備える。

このような排水処理システムによれば、排水中の懸濁物質が凝結剤によって凝結し、凝結した懸濁物質が凝集剤によって凝集してフロックを形成する。このとき、生物処理汚泥が、凝結した懸濁物質と凝集剤とを繋ぐバインダーとして作用するため、多量の凝結剤及び凝集剤を供給しなくてもフロックの形成が促進される。よって、フロックの形成に際し、凝結剤及び凝集剤の供給量の増加を抑制することができる。

ここで、凝集剤供給手段は、反応部に第１凝集剤を供給する第１凝集剤供給手段と、反応部に第２凝集剤を供給する第２凝集剤供給手段と、を有してもよい。この場合、排水中の懸濁物質の種類に応じて、好適な第１凝集剤及び第２凝集剤の組み合わせを選択することができる。

また、第１凝集剤は、負に帯電しており、第２凝集剤は、正に帯電していてもよい。一般に、凝結剤は正に帯電しており、生物処理汚泥は負に帯電しており、懸濁物質は正に帯電している部位と負に帯電している部位とを有している。このため、上記構成を備える場合、懸濁物質の負に帯電している部位は、正に帯電している凝結剤に引き寄せられて荷電中和される。これにより、懸濁物質は凝結する。すなわち、凝結剤を取り囲むように、複数の懸濁物質が当該凝結剤に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側には懸濁物質の正に帯電している部位が位置することとなり、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用によって互いに退け合って凝集し難い状態となる。次いで、負に帯電している第１凝集剤は、懸濁物質の正に帯電している部位に引き寄せられる。これにより、第１凝集剤は、凝結した懸濁物質に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側における正電荷が小さくなるため、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用が弱まって凝集し易い状態となる。また、凝結した懸濁物質に第１凝集剤が引き寄せられることによって、凝結した懸濁物質のみの状態と比較して凝集に寄与する表面積が大きくなる。そして、生物処理汚泥がバインダーとなり、正に帯電している第２凝集剤による架橋反応が当該バインダーにより進んでフロックが成長するため、フロックの形成が一層促進される。

また、反応部には、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、この順に供給されてもよい。この場合、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、凝結した懸濁物質を確実にこの順に取り囲むことができる。

また、反応部において、第１凝集剤が供給される位置と第２凝集剤が供給される位置とは分離されていてもよい。この場合、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、凝結した懸濁物質を確実にこの順に取り囲むことができる。

本発明によれば、フロックの形成に際し、凝結剤及び凝集剤の供給量の増加を抑制することができる。

本実施形態の排水処理システムを示す構成図である。 フロックの微視的な状態を模式的に示す図である。

以下、本発明による排水処理システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の排水処理システムを示す構成図である。図１に示すように、排水処理システム１は、懸濁物質として界面活性剤を含んだ排水の固液分離を行い、排水から懸濁物質が除去された処理水を排出するシステムである。例えば、排水処理システム１は、洗剤又は石鹸の製造工場からの排水、潤滑油等を使用する機械又は設備の洗浄による排水の処理において好適に用いられる。

排水処理システム１は、前処理部１０、生物処理槽７、沈殿槽８を上流側から下流側にこの順に備えると共に、前処理部１０に薬剤を搬送する薬剤搬送ラインＬ１、沈殿槽８から生物処理汚泥を搬送する汚泥搬送ラインＬ２を備える。薬剤搬送ラインＬ１は、凝結剤添加ライン（凝結剤添加手段）Ｌ１０、第１凝集剤供給ライン（第１凝集剤供給手段、凝集剤供給手段）Ｌ１１、第２凝集剤供給ライン（第２凝集剤供給手段、凝集剤供給手段）Ｌ１２を有する。汚泥搬送ラインＬ２は、余剰汚泥排出ラインＬ２０、第１汚泥返送ラインＬ２１、第２汚泥返送ライン（汚泥供給手段）Ｌ２２を有する。

前処理部１０は、排水が生物処理槽７に導入される前に当該排水の懸濁物質濃度を予め低下させて、生物処理槽７の負荷を低減させるための設備である。前処理部１０は、排水が導入される凝結槽２、反応部１１、加圧浮上槽６をこの順に有する。反応部１１は、第１凝集槽３、汚泥供給槽４、第２凝集槽５をこの順に含む。

凝結槽２は、排水と凝結剤とを混合するための槽である。凝結槽２には凝結剤添加ラインＬ１０が接続されている。凝結剤添加ラインＬ１０は、凝結槽２に導入された排水に凝結剤を添加する。凝結剤とは、排水中に帯電し分散している懸濁物質を荷電中和により不溶化する物質（すなわち、懸濁物質を凝結させる物質）である。一般に、凝結剤は排水中において正に帯電している。ここでは、凝結剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）が用いられている。なお、凝結剤としては、例えば、硫酸バンド等のＡｌ系無機凝結剤が用いられてもよく、塩化第一鉄、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等のＦｅ系無機凝結剤が用いられてもよく、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタアクリル酸エステル系のポリマー等の電荷調整剤として機能する有機凝結剤が用いられてもよい。

第１凝集槽３は、凝結槽２からの排水と第１凝集剤（凝集剤）とを混合するための槽である。第１凝集槽３には第１凝集剤供給ラインＬ１１が接続されている。第１凝集剤供給ラインＬ１１は、第１凝集槽３に第１凝集剤を供給する。凝集剤とは、鎖状の分子構造を有し、凝結剤によって不溶化された懸濁物質を絡め取ることによりフロックを形成・成長させる物質（すなわち、凝結した懸濁物質を凝集させる物質）である。ここでは、第１凝集剤として負に帯電したアニオンポリマーが用いられている。第１凝集剤に適用可能なアニオンポリマーとしては、例えばポリアクリル酸アミド系のポリマー等が挙げられる。

汚泥供給槽４は、第１凝集槽３からの排水と生物処理汚泥とを混合するための槽である。汚泥供給槽４には第２汚泥返送ラインＬ２２が接続されている。第２汚泥返送ラインＬ２２は、汚泥供給槽４に生物処理汚泥を供給するためのラインである（詳しくは後述）。

第２凝集槽５は、汚泥供給槽４からの排水と第２凝集剤（凝集剤）とを混合するための槽である。第２凝集槽５には第２凝集剤供給ラインＬ１２が接続されている。第２凝集剤供給ラインＬ１２は、第２凝集槽５に第２凝集剤を供給する。ここでは、第２凝集剤として正に帯電したカチオンポリマーが用いられている。第２凝集剤に適用可能なカチオンポリマーとしては、例えばポリアクリルアミド系、ポリメタアクリル酸エステル系のポリマー等が挙げられる。

加圧浮上槽６は、加圧浮上分離の手法によって、排水中からフロックを固液分離して除去するための槽である。加圧浮上槽６では、加圧された状態で加圧水タンク（不図示）に貯留された加圧水が、大気圧に減圧されつつ排水に混合される。これにより、微細な泡が排水中に発生してフロックに付着し、当該フロックを水面に浮上させる。このようにして固液分離されたフロックが除去された後、排水は後段の生物処理槽７に導入される。

生物処理槽７は、槽内に生存する微生物を利用して、加圧浮上槽６からの懸濁物質を含む排水に対して生物処理を行うための槽である。生物処理槽７では、好気性処理が行われ、生物処理汚泥として好気性活性汚泥が生成される。なお、生物処理槽７には、槽内の排水を撹拌するための撹拌装置が設けられていてもよい。

沈殿槽８は、生物処理が行われた生物処理槽７からの排水中から生物処理汚泥を固液分離して除去するための槽である。沈殿槽８では、生物処理汚泥が沈殿する。沈殿槽８の上澄水は、処理水として後段に排出される。一方、沈殿槽８において沈殿した生物処理汚泥は、汚泥搬送ラインＬ２によって沈殿槽８から搬送される。

第１汚泥返送ラインＬ２１は、生物処理汚泥の内の一部（図中における第１返送汚泥）を沈殿槽８から生物処理槽７に返送するためのラインである。第１汚泥返送ラインＬ２１は、第１返送汚泥を沈殿槽８から生物処理槽７に返送することによって、生物処理槽７に微生物を供給する。

第２汚泥返送ラインＬ２２は、第１汚泥返送ラインＬ２１から分岐し、生物処理汚泥の内の一部（図中における第２返送汚泥）を沈殿槽８から汚泥供給槽４に返送する。

余剰汚泥排出ラインＬ２０は、沈殿槽８で固液分離された生物処理汚泥の内、第１返送汚泥及び第２返送汚泥を除いた残部を余剰汚泥として系外へ排出するためのラインである。

続いて、排水処理システム１の動作について説明する。図２は、フロックの微視的な状態を模式的に示す図である。図１及び図２に示すように、排水処理システム１では、まず、懸濁物質として界面活性剤を含んだ排水が凝結槽２に導入される。図２中においては、物質ＳＳが懸濁物質を示している。ここで、凝結剤添加ラインＬ１０を介して、凝結槽２に導入された排水に、凝結剤としてＰＡＣが添加される。一般に、凝結剤は正に帯電しており、懸濁物質は正に帯電している部位と負に帯電している部位とを有している。図２中においては、物質Ａｌ^３＋が凝結剤を示しており、懸濁物質の一端側にてマイナス符号で表される部位が、負に帯電している部位を示し、その他端側の部位が、正に帯電している部位を示している。

懸濁物質の負に帯電している部位は、正に帯電している凝結剤に引き寄せられて荷電中和される。これにより、懸濁物質は凝結する。すなわち、凝結剤を取り囲むように、複数の懸濁物質が当該凝結剤に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側には懸濁物質の正に帯電している部位が位置することとなり、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用によって互いに退け合って凝集し難い状態となる。

次いで、凝結剤が添加された排水が反応部１１に流入し、第１凝集槽３に導入される。ここで、第１凝集剤供給ラインＬ１１を介して、第１凝集槽３に、第１凝集剤として負に帯電しているアニオンポリマーが供給される。図２中においては、破線で表される物質Ａがアニオンポリマーを示している。

負に帯電している第１凝集剤は、懸濁物質の正に帯電している部位に引き寄せられる。これにより、第１凝集剤は、凝結した懸濁物質に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側における正電荷が小さくなるため、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用が弱まって凝集し易い状態となる。また、凝結した懸濁物質に第１凝集剤が引き寄せられることによって、凝結した懸濁物質のみの状態と比較して凝集に寄与する表面積が大きくなる。

次いで、第１凝集槽３からの排水が汚泥供給槽４に導入される。ここで、第２汚泥返送ラインＬ２２を介して、汚泥供給槽４に、沈殿槽８から搬送された生物処理汚泥が第２返送汚泥として供給される。一般に、生物処理汚泥は負に帯電している。図２中においては、物質Ａｓが生物処理汚泥を示している。

次いで、汚泥供給槽４からの排水が第２凝集槽５に導入される。ここで、第２凝集剤供給ラインＬ１２を介して、第２凝集槽５に、第２凝集剤として正に帯電しているカチオンポリマーが供給される。図２中においては、実線で表される物質Ｋがカチオンポリマーを示している。

これにより、生物処理汚泥がバインダーとなり、正に帯電している第２凝集剤による架橋反応が当該バインダーにより進む。よって、懸濁物質から形成されるフロックの成長が促進される。

成長が促進されたフロックは、加圧浮上槽６で固液分離され除去される。そして、加圧浮上槽６からの排水に対して生物処理槽７で好気性処理が行われ、生物処理汚泥を含む生物処理槽７からの排水が沈殿槽８で固液分離される。沈殿槽８で沈殿した生物処理汚泥の内、第１返送汚泥は生物処理槽７に返送され、第２返送汚泥は汚泥供給槽４に返送され前述した図２に示す処理に供される。

以上説明したように、本実施形態の排水処理システム１によれば、排水中の懸濁物質が凝結剤によって凝結し、凝結した懸濁物質が凝集剤によって凝集してフロックを形成する。このとき、生物処理汚泥が、凝結した懸濁物質と凝集剤とを繋ぐバインダーとして作用するため、多量の凝結剤及び凝集剤を供給しなくてもフロックの形成が促進される。よって、フロックの形成に際し、凝結剤及び凝集剤の供給量の増加を抑制することができる。

また、凝集剤供給手段は、反応部１１に第１凝集剤を供給する第１凝集剤供給ラインＬ１１と、反応部１１に第２凝集剤を供給する第２凝集剤供給ラインＬ１２と、を有する。このため、排水中の懸濁物質の種類に応じて、好適な第１凝集剤及び第２凝集剤の組み合わせを選択することができる。

また、第１凝集剤は、負に帯電したアニオンポリマーであり、第２凝集剤は、正に帯電したカチオンポリマーである。一般に、凝結剤は正に帯電しており、生物処理汚泥は負に帯電しており、懸濁物質は正に帯電している部位と負に帯電している部位とを有している。このため、懸濁物質の負に帯電している部位は、正に帯電している凝結剤に引き寄せられて荷電中和される。これにより、懸濁物質は凝結する。すなわち、凝結剤を取り囲むように、複数の懸濁物質が当該凝結剤に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側には懸濁物質の正に帯電している部位が位置することとなり、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用によって互いに退け合って凝集し難い状態となる。次いで、負に帯電している第１凝集剤は、懸濁物質の正に帯電している部位に引き寄せられる。これにより、第１凝集剤は、凝結した懸濁物質に引き寄せられる。その結果、凝結した懸濁物質の外周側における正電荷が小さくなるため、凝結した懸濁物質同士は、正電荷の反発力の作用が弱まって凝集し易い状態となる。また、凝結した懸濁物質に第１凝集剤が引き寄せられることによって、凝結した懸濁物質のみの状態と比較して凝集に寄与する表面積が大きくなる。そして、生物処理汚泥がバインダーとなり、正に帯電している第２凝集剤による架橋反応が当該バインダーにより進んでフロックが成長するため、フロックの形成が一層促進される。

また、反応部１１には、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、この順に供給される。このため、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、凝結した懸濁物質を確実にこの順に取り囲むことができる。

また、反応部１１において、第１凝集剤が供給される位置である第１凝集槽３と、第２凝集剤が供給される位置である第２凝集槽５とは分離されている。このため、第１凝集剤、生物処理汚泥、第２凝集剤が、凝結した懸濁物質を確実にこの順に取り囲むことができる。

なお、本発明の排水処理システム１は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、前処理部１０は凝結槽２を有するが、前処理部１０は凝結槽２を有していなくてもよい。この場合、凝結剤添加ラインＬ１０を介して、配管を流れる排水に凝結剤が添加されてもよい。

また、上記実施形態では、前処理部１０は第１凝集槽３を有するが、前処理部１０は第１凝集槽３を有していなくてもよい。この場合、第１凝集剤供給ラインＬ１１を介して、排水が流れる配管に第１凝集剤が供給されてもよい。

また、上記実施形態では、前処理部１０は汚泥供給槽４を有するが、前処理部１０は汚泥供給槽４を有していなくてもよい。この場合、第２汚泥返送ラインＬ２２を介して、排水が流れる配管に生物処理汚泥が供給されてもよい。

また、上記実施形態では、前処理部１０は第２凝集槽５を有するが、前処理部１０は第２凝集槽５を有していなくてもよい。この場合、第２凝集剤供給ラインＬ１２を介して、排水が流れる配管に第２凝集剤が供給されてもよい。

また、上記実施形態では、第１凝集槽３と汚泥供給槽４とは分離された二つの槽であるが、第１凝集槽３と汚泥供給槽４とは分離されていない一つの槽であってもよい。

また、上記実施形態では、第２汚泥返送ラインＬ２２は第１汚泥返送ラインＬ２１から分岐して汚泥供給槽４に第２返送汚泥を供給するとしたが、第２汚泥返送ラインＬ２２は、途中で分岐せずに直接汚泥供給槽４に第２返送汚泥を供給してもよい。

また、上記実施形態では、汚泥供給手段は、沈殿槽８から汚泥供給槽４に生物処理汚泥を返送する第２汚泥返送ラインＬ２２であるとしたが、汚泥供給手段の構成はこれに限定されない。要は、汚泥供給手段は、汚泥供給槽４に生物処理汚泥を供給することができるものであればよい。例えば、汚泥供給手段は、別の排水処理システム等において生成された生物処理汚泥を汚泥供給槽４に供給するものであってもよい。

また、上記実施形態では、生物処理槽７において排水に対して好気性処理を行うが、排水に対して嫌気処理を行ってもよい。この場合、嫌気性消化汚泥が生物処理汚泥として生成され、第２返送汚泥として汚泥供給槽４に返送される。

また、上記実施形態では、第１凝集剤としてアニオンポリマーが用いられ、第２凝集剤としてカチオンポリマーが用いられている。しかし、第１凝集剤及び第２凝集剤は、排水中の懸濁物質の種類に応じて例えば以下の組み合わせから選択されて用いられてもよい。すなわち、第１凝集剤及び第２凝集剤は、アニオンポリマー、ノニオンポリマー、両性ポリマーの何れかを含む第１凝集剤と、カチオンポリマー、ノニオンポリマー、両性ポリマーの何れかを含む第２凝集剤とから好適な組み合わせが選択されて用いられてもよい。

また、上記実施形態では、前処理部１０において、固液分離の手法として加圧浮上槽６にて加圧浮上分離を行うこととしたが、固液分離の手法としては、例えば凝集沈殿分離又は脱水機を用いた固液分離を行ってもよい。或いは、固液分離の手法としては、孔径がμｍオーダーである膜による分離、スリット径がｍｍオーダーであるスクリーンによる分離等を行ってもよい。脱水機としては、例えば遠心分離、ベルトプレス、フィルタープレス、スクリュープレス等の脱水機を用いることができる。

１…排水処理システム、１１…反応部、Ｌ１０…凝結剤添加ライン（凝結剤添加手段）、Ｌ１１…第１凝集剤供給ライン（凝集剤供給手段）、Ｌ１２…第２凝集剤供給ライン（凝集剤供給手段）、Ｌ２２…第２汚泥返送ライン（汚泥供給手段）。

Claims (2)

1. 排水に凝結剤を添加する凝結剤添加手段と、
   前記凝結剤が添加された前記排水が流入する反応部と、
   前記反応部に凝集剤を供給する凝集剤供給手段と、
   前記反応部に生物処理汚泥を供給する汚泥供給手段と、を備え、
   前記凝集剤供給手段は、前記反応部に第１凝集剤を供給する第１凝集剤供給手段と、前記反応部に第２凝集剤を供給する第２凝集剤供給手段と、を有し、
   前記第１凝集剤は、負に帯電しており、
   前記第２凝集剤は、正に帯電しており、
   前記反応部には、前記第１凝集剤、前記生物処理汚泥、前記第２凝集剤が、この順に供給される、排水処理システム。
2. 前記反応部において、前記第１凝集剤が供給される位置と前記第２凝集剤が供給される位置とは分離されている、請求項１に記載の排水処理システム。

Images