廃水前処理方法及び廃水前処理装置
【課題】
曝気槽に導入する廃水を前処理して、溶存酸素量（Dissolved Oxygen：ＤＯ）を飛躍的に高める廃水前処理方法及び装置を提供することを目的とする。また、曝気処理を効率化し、曝気処理に要するランニングコストを低減することを目的とする。
【解決手段】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽３にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理において、前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線１１２を巻きつけてなる活水装置１１に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法及びその方法に用いる廃水前処理装置により、上記の課題を解決する。
曝気槽に導入する廃水を前処理して、溶存酸素量（Dissolved Oxygen：ＤＯ）を飛躍的に高める廃水前処理方法及び装置を提供することを目的とする。また、曝気処理を効率化し、曝気処理に要するランニングコストを低減することを目的とする。
【解決手段】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽３にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理において、前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線１１２を巻きつけてなる活水装置１１に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法及びその方法に用いる廃水前処理装置により、上記の課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性微生物による廃水処理を行うに際して、廃水を前処理する廃水前処理方法及びその方法に用いる廃水前処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場廃水を排出する際には、好気性微生物を利用した曝気処理が行われる。この処理方法は活性汚泥法と呼ばれる。好気性微生物を十分に繁殖させ有機物を分解するには曝気施設の長時間に亘る稼働が求められ、ランニングコストが嵩んでいた。
【０００３】
特許文献１には、工場廃水（原水）を磁界又は電界に通して、工場廃水の溶存酸素量を高めて、曝気槽内の微生物濃度を高めることが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、超微細化装置なるものを使用して、キャビテーションを生じさせて含有有機物や汚泥の超微細化を図り、その後、微細化された廃水と発酵菌を混合して曝気槽で曝気処理を行う処理法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、酸素曝気式脱窒処理装置が記載されており、酸素富裕ガスと脱窒液を混合する酸素混合装置４が記載されている。段落００２１には、酸素富裕ガスとして、濃縮酸素や純酸素を使用することが記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、箱体と、箱体の中に向けて液体を噴射するジェットノズルと、流体を引き込むための流体誘引孔を備えた液体変質用泡箱が開示されている。しかし、ここには活水装置に関する記載や、曝気処理にこの箱体を用いることは記載されていない。
【０００７】
特許文献１ないし４は、それぞれ廃水処理の効率化を図ったものであるが、さらなる効率化の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０８８０（３頁カラム３及びカラム４）
【特許文献２】特開２００６−２１２４８３（図１、段落００１５、段落００２２等）
【特許文献３】特開平９−８５２７９（図１、図２、段落００２１等）
【特許文献４】特許公報第３３７３４４４号（図１、図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
曝気槽に導入する廃水を前処理して、溶存酸素量（Dissolved Oxygen：ＤＯ）を飛躍的に高める廃水前処理方法及びその方法に用いる排水前処理装置を提供することを目的とする。また、曝気処理を効率化し、曝気処理等に要するランニングコストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理方法において、前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法により上記の課題を解決する。
【００１１】
本発明の方法は、内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置と、前記活水装置から供給される活性化された廃水と前記酸素濃縮装置から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置と、前記活水装置に廃水を供給するポンプとからなる廃水前処理装置を使用することで実現できる。
【００１２】
キャビテーションとは、スクリュプロペラ等、液体の流れの中で圧力がごく短時間だけ低くなった場合に、気泡が生じて、その気泡がスクリュプロペラ表面に付着して圧壊する現象としてよく知られている。スクリュプロペラの表面はジェット流によるエロージョン（壊食）で穿孔する場合さえある。
【００１３】
このエロージョンにより、廃水中の有機物が微細化されることは、特許文献１に記載されているところである。本発明者らは、廃水を、通電した導電線を巻き付けたパイプ中に通して活性化し、そこにキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合すると、溶存酸素量が飛躍的に高まることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の適用対象となる廃水としては、食品工場等の工場廃水、屎尿等の有機物を多量に含む廃水が例示されるが、好気性微生物により処理可能なものである限り特に限定されない。
【００１５】
キャビテーションを発生させるには、公知のキャビテーション発生用のノズルを利用すればよい。例えば、液体を噴出させて周辺に圧力変化を生じせしめてキャビテーションを生じさせるものが挙げられる。ノズル周辺には濃縮酸素の供給口を設けて、噴流により濃縮酸素を誘引させる構造としてもよいし、ポンプ等を利用して注入する構造としてもよい。本発明では、キャビテーション発生用のノズルに濃縮酸素の供給口を設けて混合装置として利用する。キャビテーション発生用のノズルは、混合室へ向けて設置し、混合室内に渦流を形成すると、酸素の溶解効率が高まるのでより好ましい。混合室の形状は、混合室の壁面にコアンダ効果により水が引き寄せられるような扁平形状すると渦流が形成されやすく好ましい。
【００１６】
本発明で使用する酸素濃縮装置は公知の物を使用する。ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）式、酸素富化膜式等、高濃度の酸素を供給できるものであれば特に限定されない。
【００１７】
本発明で使用する活水装置は、内部に廃水を通水可能なパイプに導電線を巻き付けて構成する。パイプはポリ塩化ビニル等の合成樹脂製のものを使用すればよい。大径のパイプを使用して大量の水を活性化させる場合は、パイプの中心部を流れる廃水が活性化されにくくなる。また、コイル外側に発生する磁界を有効に利用することができない。したがって、パイプを多重構造にして、導電線を巻き付けた小径パイプを大径パイプで覆うようにしてもよい。すなわち、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなる活水装置であって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水するものである。小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水し導電線に通電することにより、小径パイプ内及び小径パイプと大径パイプ間の廃水を同時に活性化することができる。
【００１８】
上記の多重構造のパイプからなる活水装置は、水質浄化以外の用途にも使用できる。例えば、多重構造のパイプからなる活水装置で処理した水（以下、処理水と呼ぶ）は配管内等のスケール除去剤として作用する。また、処理水を窓ガラス等の洗浄水として使用すれば、窓ガラスの表面から汚れを剥離し、優れた洗浄効果を発揮する。
【００１９】
バッファータンクは、曝気槽の前に設ける。バッファータンクは、沈殿槽として機能し、廃水中の固形物を沈殿させて曝気槽に固形物が持ち込まれることを防ぐ。また、廃水の排出量の増減によって、曝気槽の水量が著しく変化することを防ぐ。固形物が少ない場合や、廃水の排出量が一定の場合はバッファータンクを省略しても構わない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の廃水前処理方法及び廃水前処理装置によれば、廃水中の溶存酸素量を飛躍的に高めて、好気性微生物よる有機物の分解効率を高めることができる。従来のように曝気処理を長時間行う必要がなくなるので、曝気処理に要する電気代等のランニングコストを低減することが可能となる。また、従来の曝気処理で問題となっていた余剰汚泥の発生を削減することも可能となる。さらに、従来の処理系で問題となっていた悪臭を削減し、速やかに廃水を浄化することが可能になる。
【００２１】
本発明の廃水前処理装置は、曝気槽の改修工事等を必要としない。したがって、既存の施設を利用して、本発明の廃水前処理装置を適用することができる。また、本発明の廃水前処理装置は曝気槽外に設置されるものである。したがって、装置のメンテナンス性に優れ、消耗部品の交換も極めて容易である。
【００２２】
活水装置を、多重構造とすることで、活水処理される廃水の量を増大させて、本発明の廃水前処理を効率化することができる。例えば、小径パイプと大径パイプの間の容積を、小径パイプ内部と同じ容積となるようにすれば、従来と同じ電力で２倍量の廃水を活性化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の廃水前処理装置及び廃水前処理方法を示すブロック図である。
【図２】本発明における活水装置の斜視図である。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図３】本発明における活水装置の別例を示す部分破断斜視図である。内部構造を示すため、大径パイプを切り欠いて図示した。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図４】本発明における活水装置の別例を示す部分破断斜視図である。内部構造を示すため、大径パイプと仕切り用パイプを切り欠いて図示した。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図５】本発明における混合装置の斜視図である。
【図６】図５に示した混合装置のＡ‐Ａ断面図である。
【図７】本発明の廃水前処理装置及び廃水前処理方法の別例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２５】
図１は、曝気槽３の前に、流量調整用のバッファータンク２を設け、バッファータンク２に本発明の廃水前処理装置１を設置して、循環して廃水前処理方法を行う例である。曝気槽３で好気性微生物により分解処理を受けた廃水は、沈殿槽４に移送され、固形分（Ｐ）と水分（Ｗ）に分離され、水分（Ｗ）は系外に放流される。
【００２６】
図１に示したように、本発明の廃水前処理装置１は、内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置１１と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置１２と、前記活水装置１１から供給された活性化された廃水と前記酸素濃縮装置１２から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置１３と、前記活水装置に廃水を供給するポンプ１４とからなる。
【００２７】
本例では、バッファータンク２内に送水用のポンプ１４を設置し、入水側パイプ１１１を介して廃水を活水装置１１に送り込む構成としている。活水装置１１は、図２に示したように、ポリ塩化ビニルのパイプに樹脂コーティングした導電線１１２を巻き付けてなるもの（導電コイル）である。導電線１１２は電源ユニット１１４に接続し通電される。活水装置１１で活性化された廃水は吐水側パイプ１１３から吐出され混合装置１３の噴射ノズル１３１に導入される。
【００２８】
活水装置１１としては、図３に示した別例の活水装置１１を使用してもよい。すなわち、内部に廃水を通水する小径パイプ１１５（第１パイプ）に導電線１１２を巻き付けてなるものであって、前記パイプ１１５より径の大きい大径パイプ１１７（第２パイプ）内に小径パイプ１１５及び導電線１１２を内装して２重に構成し、小径パイプ１１５内部と、小径パイプ１１５及び大径パイプ１１７の間に廃水を通水するものである。
【００２９】
また、図４に示したように、小径パイプ１１５（第１パイプ）と大径パイプ１１７（第２パイプ）の間に仕切り用パイプ１１６（第３パイプ）を入れて導電線１１２が濡れないように３重にしてもよい。図４の矢印で模式的に示したように、廃水は小径パイプ１１５内部と、仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間を流れる。導電線１１２は上記と同様に樹脂コーティングしたものである。導電線１１２は、仕切り用パイプ１１６及び大径パイプ１１７に導電線１１２が通る径の貫通孔を穿孔し、そこから外部に取り出して図２と同様の電源ユニット１１４に接続する。貫通孔にはパッキンを取り付けることで液漏れを防止すればよい。また、貫通孔を設けない場合は、パイプの右又は左端において仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間に形成される廃水流路をゴム栓や壁面で塞いで防水し、その上でパイプの右又は左端から導電線を取り出す構造としてもよい。この場合、仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間に廃水を導入するために、大径パイプ１１７の左端又は右端付近の外周面に注水口と排水口をそれぞれ設ければよい。
【００３０】
混合装置１３としては、例えば図5及び図６に示したものを使用する。すなわち、内部に流路１３１ａを有し活水装置１１から吐出された廃水を噴射する噴射ノズル１３１と、噴射ノズル１３１から噴出された廃水で渦流を形成する混合室１３２と、混合された廃水を吐出する吐出口１３３とを備えた混合装置１３である。噴射ノズル１３１には濃縮酸素の供給口１３４を設け、混合室１３２で発生する渦流とキャビテーションにより、活性化した廃水に濃縮酸素を溶解させる構造となっている。混合室１３２は、高さの小さい扁平な空間として形成される。噴射ノズル１３１から噴射された廃水は、コアンダ効果により、混合室１３２の右又は左の側壁面に引き寄せられて渦流を形成する。噴射ノズル１３１の噴射方向を右側壁側に向けるか、左側壁側に向けるか調節することで渦流の回転方向を調節することができる。噴射ノズル１３１の噴射方向を調節可能に混合装置１３に取り付けて、右巻きと左巻きの渦流を交互に繰り返すように運転することで、よりいっそう溶存酸素量を高めることができる。混合室１３２で濃縮酸素を溶解させた廃水は、排出口１３３より吐出され配管１３５に流れ込む。配管１３５の末端はバッファーファンク２内に開口しており（図１）、本発明の廃水前処理装置１で処理された廃水はバッファータンク２に戻される。本例の廃水前処理装置は循環型であり、廃水を循環させながら、溶存酸素量を高めることができる。
【００３１】
本例の酸素濃縮装置１２、活水装置１１、混合装置１３は全て地上に設けられ、バッファータンク２には、入水側配管１１１と配管１３５が入水するのみである。したがって、メンテナンス性に優れ、また、既存の施設に対して本発明の廃水前処理装置１を適用することが容易である。
【００３２】
本例では、溶存酸素計測器６（ＤＯ計測器）と、制御盤５を設置している。すなわち、溶存酸素計測器６のプローブ６１で曝気槽内の溶存酸素量を計測し、その計測値に基づいて制御盤５で、酸素濃縮装置１２、活水装置１１、混合器１３、バッファータンク２のポンプ１４、曝気槽３のポンプをフィードバック制御するものである。制御盤５と溶存酸素計測器６は必須ではなく省略しても構わない。
【００３３】
また、図７に示したように、本例のバッファータンク２を排し、曝気槽３に直接に廃水を導入する構成としてもよい。この別例では、工場廃水の配管１３６に導電線１１２を巻き付けて活水装置１１としている。活水装置１１の装置構成は図２と同様であるため図示は省略する。活水装置１１で活性化された廃水は、混合装置１３で酸素濃縮装置１２から供給される濃縮酸素とキャビテーションを起こしながら渦流で混合される。混合装置は、本例と同じ図５及び図６の混合装置１３を使用する。別例では、本例と同様に制御盤５と、溶存酸素計測器６を設けたが、これらは必須ではない。
【実施例】
【００３４】
[実施例１]
上述の本例で示した廃水前処理装置１（図１）を使用して、廃水の浄化処理を行った。すなわち、食品工場から排出された廃水をバッファータンク２に貯留し、活水装置１１で活性化し、その後、活性化された廃水と、酸素濃縮装置１２から供給される濃縮酸素とを混合装置１３で混合し、バッファータンク２に戻す方法である。制御盤５及び溶存酸素計測器６は外して廃水前処理を行った。
【００３５】
活水装置１１としては、内径６５ｍｍの塩化ビニルパイプに直径２ｍｍの銅線を樹脂コーティングした導電線を１２回巻き付けて、多少のスペースを空けてさらに１２回巻き付け、計２４回導電線を巻き付けたものを使用した。運転条件としては、常時１００Ｖの電圧が印加される状態とし、ポンプ１４によって４００Ｌ／ｍｉｎの流速で廃水を活水装置１１に供給した。
【００３６】
混合装置１３としては、直径１６ｍｍの内径の流路１３１ａを備えた噴射ノズル１３１を使用した（図６）。混合室１３２は奥行き６５ｍｍ、幅４２０ｍｍ、高さ６７０ｍｍの扁平形状で、コアンダ効果により渦流が発生しやすい形状としてある。さらに、噴射ノズル１３１は、左右に噴射方向を調節可能に設けて、右巻きと左巻きの渦流が交互に形成されるようにした。供給口１３４からは、１０ｍｌ／ｍｉｎの流速で９０％以上の濃縮酸素を供給した。
【００３７】
上記の装置構成で、５分間に亘ってバッファータンク２内の廃水を、図１の廃水前処理装置１に循環させた。５分経過後、混合装置１３から吐出される廃水をバケツに一杯に溜めて、溶存酸素量（ＤＯ）を電極法により測定した。測定結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３７．８℃であった。
【００３８】
その後、前処理を終えた廃水を順次、曝気槽３に移送して、エアフィルター３２、ポンプ３１を介して６．５ｍ３／ｍｉｎの流速で空気を連続的に曝気槽３に供給した。次いで、曝気処理を終えた廃水を、沈殿槽４に移送して固形分（Ｐ）と水分（Ｗ）に分離した。分離した水分（Ｗ）は系外に放流した。
【００３９】
[実施例２]
実施例１の活水装置１１に替えて、図３に示した別例の活水装置１１を使用して、実施例２とした。すなわち、活水装置１１による廃水の活性化は、小径パイプ１１５の内部と、小径パイプ１１５と大径パイプ１１７の間に同時に廃水を通水し、小径パイプ１１５に巻き付けられる導電線１１２に通電して、小径パイプ１１５の内部と、小径パイプ１１５と大径パイプ１１７の間の廃水を同時に活性化する構成である。廃水前処理装置１の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４０】
実施例２について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．６℃であった。
【００４１】
[比較例１]
実施例１の活水装置１１を排して、比較例１とした。すなわち、酸素濃縮装置１２からの濃縮酸素と廃水とを図５及び図６の混合措置１３で混合する構成である。その他の構成や装置の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４２】
比較例１について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．３℃であった。
【００４３】
[比較例２]
実施例１の活水装置１１、混合装置１３及び酸素濃縮装置１２を排して、比較例２とした。すなわち、曝気槽３でのみ空気を供給する構成である。その他の構成や装置の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４４】
比較例１について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．０℃であった。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から明らかなように、実施例１では循環開始後わずか５分でＤＯが８．５ｍｇ／Ｌに達した。実施例２では、実施例１を上回り循環開始後わずか５分でＤＯが１１．１ｍｇ／Ｌに達した。それに対して、比較例１では７．２ｍｇ／Ｌ、比較例２では２．３ｍｇ／Ｌであった。１気圧下、３５℃での蒸留水の飽和溶存酸素量が７．０４ｍｇ／Ｌであるから、本発明によれば、ごく短時間で廃水中に高濃度の酸素を溶け込ませることが可能となることがわかる。
【００４７】
また、実施例１及び２の廃水前処理方法を行った後の曝気処理及び固形分の沈殿処理では、嫌気性菌の繁殖に由来する嫌気臭（硫化水素など）を完全に解消することができた。それに対して、比較例１及び２の方法では、５分の前処理では不十分であり、嫌気臭が問題となった。また、活性汚泥沈降率（ＳＶ３０）を測定・算出したところ、比較例１が７８％程度、比較例２が９８％程度であったのが、実施例１及び２の廃水前処理方法を適用したところ、５０〜６０％程度まで改善することができた。これにより、余剰汚泥の引き抜き量を低減することが可能になり、経費を従来（比較例２）よりも２０〜３０％程度削減することができた。比較例１の削減量は２０％程度であった。さらに、実施例１及び２の廃水前処によれば、ごく短時間の曝気処理で基準値を下回るＢＯＤを達成することができた。これにより、従来（比較例２）の曝気処理で要していた電気代を４５〜５０％程度削減することができた。比較例１の電気代削減は３０％程度であった。
【符号の説明】
【００４８】
１ 廃水前処理装置
１１ 活水装置
１１１ 入水側パイプ
１１２ 導電線
１１３ 吐水側パイプ
１１４ 電源ユニット
１１５ 小径パイプ
１１６ 仕切り用パイプ
１１７ 大径パイプ
１２ 酸素濃縮装置
１３ 混合装置
１３１ 噴射ノズル
１３２ 混合室
１３３ 吐出口
１３４ 供給口
１４ ポンプ
３１ ポンプ
３２ エアフィルター
４ 沈殿槽
５ 制御盤
６ 溶存酸素計測器
６１ プローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好気性微生物による廃水処理を行うに際して、廃水を前処理する廃水前処理方法及びその方法に用いる廃水前処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場廃水を排出する際には、好気性微生物を利用した曝気処理が行われる。この処理方法は活性汚泥法と呼ばれる。好気性微生物を十分に繁殖させ有機物を分解するには曝気施設の長時間に亘る稼働が求められ、ランニングコストが嵩んでいた。
【０００３】
特許文献１には、工場廃水（原水）を磁界又は電界に通して、工場廃水の溶存酸素量を高めて、曝気槽内の微生物濃度を高めることが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、超微細化装置なるものを使用して、キャビテーションを生じさせて含有有機物や汚泥の超微細化を図り、その後、微細化された廃水と発酵菌を混合して曝気槽で曝気処理を行う処理法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、酸素曝気式脱窒処理装置が記載されており、酸素富裕ガスと脱窒液を混合する酸素混合装置４が記載されている。段落００２１には、酸素富裕ガスとして、濃縮酸素や純酸素を使用することが記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、箱体と、箱体の中に向けて液体を噴射するジェットノズルと、流体を引き込むための流体誘引孔を備えた液体変質用泡箱が開示されている。しかし、ここには活水装置に関する記載や、曝気処理にこの箱体を用いることは記載されていない。
【０００７】
特許文献１ないし４は、それぞれ廃水処理の効率化を図ったものであるが、さらなる効率化の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０８８０（３頁カラム３及びカラム４）
【特許文献２】特開２００６−２１２４８３（図１、段落００１５、段落００２２等）
【特許文献３】特開平９−８５２７９（図１、図２、段落００２１等）
【特許文献４】特許公報第３３７３４４４号（図１、図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
曝気槽に導入する廃水を前処理して、溶存酸素量（Dissolved Oxygen：ＤＯ）を飛躍的に高める廃水前処理方法及びその方法に用いる排水前処理装置を提供することを目的とする。また、曝気処理を効率化し、曝気処理等に要するランニングコストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理方法において、前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法により上記の課題を解決する。
【００１１】
本発明の方法は、内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置と、前記活水装置から供給される活性化された廃水と前記酸素濃縮装置から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置と、前記活水装置に廃水を供給するポンプとからなる廃水前処理装置を使用することで実現できる。
【００１２】
キャビテーションとは、スクリュプロペラ等、液体の流れの中で圧力がごく短時間だけ低くなった場合に、気泡が生じて、その気泡がスクリュプロペラ表面に付着して圧壊する現象としてよく知られている。スクリュプロペラの表面はジェット流によるエロージョン（壊食）で穿孔する場合さえある。
【００１３】
このエロージョンにより、廃水中の有機物が微細化されることは、特許文献１に記載されているところである。本発明者らは、廃水を、通電した導電線を巻き付けたパイプ中に通して活性化し、そこにキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合すると、溶存酸素量が飛躍的に高まることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の適用対象となる廃水としては、食品工場等の工場廃水、屎尿等の有機物を多量に含む廃水が例示されるが、好気性微生物により処理可能なものである限り特に限定されない。
【００１５】
キャビテーションを発生させるには、公知のキャビテーション発生用のノズルを利用すればよい。例えば、液体を噴出させて周辺に圧力変化を生じせしめてキャビテーションを生じさせるものが挙げられる。ノズル周辺には濃縮酸素の供給口を設けて、噴流により濃縮酸素を誘引させる構造としてもよいし、ポンプ等を利用して注入する構造としてもよい。本発明では、キャビテーション発生用のノズルに濃縮酸素の供給口を設けて混合装置として利用する。キャビテーション発生用のノズルは、混合室へ向けて設置し、混合室内に渦流を形成すると、酸素の溶解効率が高まるのでより好ましい。混合室の形状は、混合室の壁面にコアンダ効果により水が引き寄せられるような扁平形状すると渦流が形成されやすく好ましい。
【００１６】
本発明で使用する酸素濃縮装置は公知の物を使用する。ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）式、酸素富化膜式等、高濃度の酸素を供給できるものであれば特に限定されない。
【００１７】
本発明で使用する活水装置は、内部に廃水を通水可能なパイプに導電線を巻き付けて構成する。パイプはポリ塩化ビニル等の合成樹脂製のものを使用すればよい。大径のパイプを使用して大量の水を活性化させる場合は、パイプの中心部を流れる廃水が活性化されにくくなる。また、コイル外側に発生する磁界を有効に利用することができない。したがって、パイプを多重構造にして、導電線を巻き付けた小径パイプを大径パイプで覆うようにしてもよい。すなわち、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなる活水装置であって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水するものである。小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水し導電線に通電することにより、小径パイプ内及び小径パイプと大径パイプ間の廃水を同時に活性化することができる。
【００１８】
上記の多重構造のパイプからなる活水装置は、水質浄化以外の用途にも使用できる。例えば、多重構造のパイプからなる活水装置で処理した水（以下、処理水と呼ぶ）は配管内等のスケール除去剤として作用する。また、処理水を窓ガラス等の洗浄水として使用すれば、窓ガラスの表面から汚れを剥離し、優れた洗浄効果を発揮する。
【００１９】
バッファータンクは、曝気槽の前に設ける。バッファータンクは、沈殿槽として機能し、廃水中の固形物を沈殿させて曝気槽に固形物が持ち込まれることを防ぐ。また、廃水の排出量の増減によって、曝気槽の水量が著しく変化することを防ぐ。固形物が少ない場合や、廃水の排出量が一定の場合はバッファータンクを省略しても構わない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の廃水前処理方法及び廃水前処理装置によれば、廃水中の溶存酸素量を飛躍的に高めて、好気性微生物よる有機物の分解効率を高めることができる。従来のように曝気処理を長時間行う必要がなくなるので、曝気処理に要する電気代等のランニングコストを低減することが可能となる。また、従来の曝気処理で問題となっていた余剰汚泥の発生を削減することも可能となる。さらに、従来の処理系で問題となっていた悪臭を削減し、速やかに廃水を浄化することが可能になる。
【００２１】
本発明の廃水前処理装置は、曝気槽の改修工事等を必要としない。したがって、既存の施設を利用して、本発明の廃水前処理装置を適用することができる。また、本発明の廃水前処理装置は曝気槽外に設置されるものである。したがって、装置のメンテナンス性に優れ、消耗部品の交換も極めて容易である。
【００２２】
活水装置を、多重構造とすることで、活水処理される廃水の量を増大させて、本発明の廃水前処理を効率化することができる。例えば、小径パイプと大径パイプの間の容積を、小径パイプ内部と同じ容積となるようにすれば、従来と同じ電力で２倍量の廃水を活性化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の廃水前処理装置及び廃水前処理方法を示すブロック図である。
【図２】本発明における活水装置の斜視図である。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図３】本発明における活水装置の別例を示す部分破断斜視図である。内部構造を示すため、大径パイプを切り欠いて図示した。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図４】本発明における活水装置の別例を示す部分破断斜視図である。内部構造を示すため、大径パイプと仕切り用パイプを切り欠いて図示した。矢印で廃水の流れを模式的に示した。
【図５】本発明における混合装置の斜視図である。
【図６】図５に示した混合装置のＡ‐Ａ断面図である。
【図７】本発明の廃水前処理装置及び廃水前処理方法の別例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２５】
図１は、曝気槽３の前に、流量調整用のバッファータンク２を設け、バッファータンク２に本発明の廃水前処理装置１を設置して、循環して廃水前処理方法を行う例である。曝気槽３で好気性微生物により分解処理を受けた廃水は、沈殿槽４に移送され、固形分（Ｐ）と水分（Ｗ）に分離され、水分（Ｗ）は系外に放流される。
【００２６】
図１に示したように、本発明の廃水前処理装置１は、内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置１１と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置１２と、前記活水装置１１から供給された活性化された廃水と前記酸素濃縮装置１２から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置１３と、前記活水装置に廃水を供給するポンプ１４とからなる。
【００２７】
本例では、バッファータンク２内に送水用のポンプ１４を設置し、入水側パイプ１１１を介して廃水を活水装置１１に送り込む構成としている。活水装置１１は、図２に示したように、ポリ塩化ビニルのパイプに樹脂コーティングした導電線１１２を巻き付けてなるもの（導電コイル）である。導電線１１２は電源ユニット１１４に接続し通電される。活水装置１１で活性化された廃水は吐水側パイプ１１３から吐出され混合装置１３の噴射ノズル１３１に導入される。
【００２８】
活水装置１１としては、図３に示した別例の活水装置１１を使用してもよい。すなわち、内部に廃水を通水する小径パイプ１１５（第１パイプ）に導電線１１２を巻き付けてなるものであって、前記パイプ１１５より径の大きい大径パイプ１１７（第２パイプ）内に小径パイプ１１５及び導電線１１２を内装して２重に構成し、小径パイプ１１５内部と、小径パイプ１１５及び大径パイプ１１７の間に廃水を通水するものである。
【００２９】
また、図４に示したように、小径パイプ１１５（第１パイプ）と大径パイプ１１７（第２パイプ）の間に仕切り用パイプ１１６（第３パイプ）を入れて導電線１１２が濡れないように３重にしてもよい。図４の矢印で模式的に示したように、廃水は小径パイプ１１５内部と、仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間を流れる。導電線１１２は上記と同様に樹脂コーティングしたものである。導電線１１２は、仕切り用パイプ１１６及び大径パイプ１１７に導電線１１２が通る径の貫通孔を穿孔し、そこから外部に取り出して図２と同様の電源ユニット１１４に接続する。貫通孔にはパッキンを取り付けることで液漏れを防止すればよい。また、貫通孔を設けない場合は、パイプの右又は左端において仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間に形成される廃水流路をゴム栓や壁面で塞いで防水し、その上でパイプの右又は左端から導電線を取り出す構造としてもよい。この場合、仕切り用パイプ１１６と大径パイプ１１７の間に廃水を導入するために、大径パイプ１１７の左端又は右端付近の外周面に注水口と排水口をそれぞれ設ければよい。
【００３０】
混合装置１３としては、例えば図5及び図６に示したものを使用する。すなわち、内部に流路１３１ａを有し活水装置１１から吐出された廃水を噴射する噴射ノズル１３１と、噴射ノズル１３１から噴出された廃水で渦流を形成する混合室１３２と、混合された廃水を吐出する吐出口１３３とを備えた混合装置１３である。噴射ノズル１３１には濃縮酸素の供給口１３４を設け、混合室１３２で発生する渦流とキャビテーションにより、活性化した廃水に濃縮酸素を溶解させる構造となっている。混合室１３２は、高さの小さい扁平な空間として形成される。噴射ノズル１３１から噴射された廃水は、コアンダ効果により、混合室１３２の右又は左の側壁面に引き寄せられて渦流を形成する。噴射ノズル１３１の噴射方向を右側壁側に向けるか、左側壁側に向けるか調節することで渦流の回転方向を調節することができる。噴射ノズル１３１の噴射方向を調節可能に混合装置１３に取り付けて、右巻きと左巻きの渦流を交互に繰り返すように運転することで、よりいっそう溶存酸素量を高めることができる。混合室１３２で濃縮酸素を溶解させた廃水は、排出口１３３より吐出され配管１３５に流れ込む。配管１３５の末端はバッファーファンク２内に開口しており（図１）、本発明の廃水前処理装置１で処理された廃水はバッファータンク２に戻される。本例の廃水前処理装置は循環型であり、廃水を循環させながら、溶存酸素量を高めることができる。
【００３１】
本例の酸素濃縮装置１２、活水装置１１、混合装置１３は全て地上に設けられ、バッファータンク２には、入水側配管１１１と配管１３５が入水するのみである。したがって、メンテナンス性に優れ、また、既存の施設に対して本発明の廃水前処理装置１を適用することが容易である。
【００３２】
本例では、溶存酸素計測器６（ＤＯ計測器）と、制御盤５を設置している。すなわち、溶存酸素計測器６のプローブ６１で曝気槽内の溶存酸素量を計測し、その計測値に基づいて制御盤５で、酸素濃縮装置１２、活水装置１１、混合器１３、バッファータンク２のポンプ１４、曝気槽３のポンプをフィードバック制御するものである。制御盤５と溶存酸素計測器６は必須ではなく省略しても構わない。
【００３３】
また、図７に示したように、本例のバッファータンク２を排し、曝気槽３に直接に廃水を導入する構成としてもよい。この別例では、工場廃水の配管１３６に導電線１１２を巻き付けて活水装置１１としている。活水装置１１の装置構成は図２と同様であるため図示は省略する。活水装置１１で活性化された廃水は、混合装置１３で酸素濃縮装置１２から供給される濃縮酸素とキャビテーションを起こしながら渦流で混合される。混合装置は、本例と同じ図５及び図６の混合装置１３を使用する。別例では、本例と同様に制御盤５と、溶存酸素計測器６を設けたが、これらは必須ではない。
【実施例】
【００３４】
[実施例１]
上述の本例で示した廃水前処理装置１（図１）を使用して、廃水の浄化処理を行った。すなわち、食品工場から排出された廃水をバッファータンク２に貯留し、活水装置１１で活性化し、その後、活性化された廃水と、酸素濃縮装置１２から供給される濃縮酸素とを混合装置１３で混合し、バッファータンク２に戻す方法である。制御盤５及び溶存酸素計測器６は外して廃水前処理を行った。
【００３５】
活水装置１１としては、内径６５ｍｍの塩化ビニルパイプに直径２ｍｍの銅線を樹脂コーティングした導電線を１２回巻き付けて、多少のスペースを空けてさらに１２回巻き付け、計２４回導電線を巻き付けたものを使用した。運転条件としては、常時１００Ｖの電圧が印加される状態とし、ポンプ１４によって４００Ｌ／ｍｉｎの流速で廃水を活水装置１１に供給した。
【００３６】
混合装置１３としては、直径１６ｍｍの内径の流路１３１ａを備えた噴射ノズル１３１を使用した（図６）。混合室１３２は奥行き６５ｍｍ、幅４２０ｍｍ、高さ６７０ｍｍの扁平形状で、コアンダ効果により渦流が発生しやすい形状としてある。さらに、噴射ノズル１３１は、左右に噴射方向を調節可能に設けて、右巻きと左巻きの渦流が交互に形成されるようにした。供給口１３４からは、１０ｍｌ／ｍｉｎの流速で９０％以上の濃縮酸素を供給した。
【００３７】
上記の装置構成で、５分間に亘ってバッファータンク２内の廃水を、図１の廃水前処理装置１に循環させた。５分経過後、混合装置１３から吐出される廃水をバケツに一杯に溜めて、溶存酸素量（ＤＯ）を電極法により測定した。測定結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３７．８℃であった。
【００３８】
その後、前処理を終えた廃水を順次、曝気槽３に移送して、エアフィルター３２、ポンプ３１を介して６．５ｍ３／ｍｉｎの流速で空気を連続的に曝気槽３に供給した。次いで、曝気処理を終えた廃水を、沈殿槽４に移送して固形分（Ｐ）と水分（Ｗ）に分離した。分離した水分（Ｗ）は系外に放流した。
【００３９】
[実施例２]
実施例１の活水装置１１に替えて、図３に示した別例の活水装置１１を使用して、実施例２とした。すなわち、活水装置１１による廃水の活性化は、小径パイプ１１５の内部と、小径パイプ１１５と大径パイプ１１７の間に同時に廃水を通水し、小径パイプ１１５に巻き付けられる導電線１１２に通電して、小径パイプ１１５の内部と、小径パイプ１１５と大径パイプ１１７の間の廃水を同時に活性化する構成である。廃水前処理装置１の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４０】
実施例２について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．６℃であった。
【００４１】
[比較例１]
実施例１の活水装置１１を排して、比較例１とした。すなわち、酸素濃縮装置１２からの濃縮酸素と廃水とを図５及び図６の混合措置１３で混合する構成である。その他の構成や装置の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４２】
比較例１について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．３℃であった。
【００４３】
[比較例２]
実施例１の活水装置１１、混合装置１３及び酸素濃縮装置１２を排して、比較例２とした。すなわち、曝気槽３でのみ空気を供給する構成である。その他の構成や装置の運転条件は実施例１と同様とした。
【００４４】
比較例１について、溶存酸素量（ＤＯ）を実施例１と同じ電極法にて測定した。結果を表１に示す。バケツに溜めた廃水の温度は３５．０℃であった。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から明らかなように、実施例１では循環開始後わずか５分でＤＯが８．５ｍｇ／Ｌに達した。実施例２では、実施例１を上回り循環開始後わずか５分でＤＯが１１．１ｍｇ／Ｌに達した。それに対して、比較例１では７．２ｍｇ／Ｌ、比較例２では２．３ｍｇ／Ｌであった。１気圧下、３５℃での蒸留水の飽和溶存酸素量が７．０４ｍｇ／Ｌであるから、本発明によれば、ごく短時間で廃水中に高濃度の酸素を溶け込ませることが可能となることがわかる。
【００４７】
また、実施例１及び２の廃水前処理方法を行った後の曝気処理及び固形分の沈殿処理では、嫌気性菌の繁殖に由来する嫌気臭（硫化水素など）を完全に解消することができた。それに対して、比較例１及び２の方法では、５分の前処理では不十分であり、嫌気臭が問題となった。また、活性汚泥沈降率（ＳＶ３０）を測定・算出したところ、比較例１が７８％程度、比較例２が９８％程度であったのが、実施例１及び２の廃水前処理方法を適用したところ、５０〜６０％程度まで改善することができた。これにより、余剰汚泥の引き抜き量を低減することが可能になり、経費を従来（比較例２）よりも２０〜３０％程度削減することができた。比較例１の削減量は２０％程度であった。さらに、実施例１及び２の廃水前処によれば、ごく短時間の曝気処理で基準値を下回るＢＯＤを達成することができた。これにより、従来（比較例２）の曝気処理で要していた電気代を４５〜５０％程度削減することができた。比較例１の電気代削減は３０％程度であった。
【符号の説明】
【００４８】
１ 廃水前処理装置
１１ 活水装置
１１１ 入水側パイプ
１１２ 導電線
１１３ 吐水側パイプ
１１４ 電源ユニット
１１５ 小径パイプ
１１６ 仕切り用パイプ
１１７ 大径パイプ
１２ 酸素濃縮装置
１３ 混合装置
１３１ 噴射ノズル
１３２ 混合室
１３３ 吐出口
１３４ 供給口
１４ ポンプ
３１ ポンプ
３２ エアフィルター
４ 沈殿槽
５ 制御盤
６ 溶存酸素計測器
６１ プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理方法において、
前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法。
【請求項２】
活水装置は、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなるものであって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水し導電線に通電することにより、小径パイプ内及び小径パイプと大径パイプ間の廃水を同時に活性化する請求項１に記載の廃水前処理方法。
【請求項３】
内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置と、前記活水装置から供給された活性化された廃水と前記酸素濃縮装置から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置と、前記活水装置に廃水を移送する移送ポンプとからなる廃水前処理装置。
【請求項４】
活水装置は、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなるものであって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水するものである請求項３に記載の廃水前処理装置。
【請求項１】
廃水を噴出させてキャビテーションを起こしてそのエロージョン作用で廃水を前処理し、その後、曝気槽にて好気性微生物により分解処理を行う廃水処理方法において、
前記前処理における廃水は、通水可能なパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置に通した後、活性化された廃水を噴出させてキャビテーションを起こしながら濃縮酸素を混合することを特徴とする廃水前処理方法。
【請求項２】
活水装置は、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなるものであって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水し導電線に通電することにより、小径パイプ内及び小径パイプと大径パイプ間の廃水を同時に活性化する請求項１に記載の廃水前処理方法。
【請求項３】
内部に廃水を通水するパイプに導電線を巻きつけてなる活水装置と、濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置と、前記活水装置から供給された活性化された廃水と前記酸素濃縮装置から供給された濃縮酸素とをキャビテーションを起こしながら混合する混合装置と、前記活水装置に廃水を移送する移送ポンプとからなる廃水前処理装置。
【請求項４】
活水装置は、内部に廃水を通水する小径パイプに導電線を巻き付けてなるものであって、前記パイプより径の大きい大径パイプ内に小径パイプ及び導電線を内装して多重に構成し、小径パイプ内部及び小径パイプと大径パイプの間に廃水を通水するものである請求項３に記載の廃水前処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７５９８８（Ｐ２０１２−７５９８８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１０７６（Ｐ２０１０−２２１０７６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９６０７８５３３）山陽施設工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９６０７８５３３）山陽施設工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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