排水処理システム
【課題】活性汚泥処理装置が大型化することやランニングコストが増大することを防止しつつ、高効率にかつ安定的に排水を処理することが可能な排水処理システムを提供する。
【解決手段】排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００と、燃焼装置３００とを備える。排水処理装置１００は排水中の有機化合物を吸着および脱着可能な吸着素子１１１、１２１を含み、排水を連続的に処理することで一次処理水と脱着ガスとを排出する。活性汚泥処理装置２００は、有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、一次処理水を二次処理水として排出する。
【解決手段】排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００と、燃焼装置３００とを備える。排水処理装置１００は排水中の有機化合物を吸着および脱着可能な吸着素子１１１、１２１を含み、排水を連続的に処理することで一次処理水と脱着ガスとを排出する。活性汚泥処理装置２００は、有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、一次処理水を二次処理水として排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで、当該排水を清浄化する排水処理システムに関する。特に、各種工場や研究施設等から排出される有機化合物を含有する産業排水から有機化合物を効率的に除去することで、当該産業排水を清浄化する排水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機化合物を含有する排水を清浄化する排水処理装置として、活性汚泥処理装置が利用されている。活性汚泥処理装置は、主としてバクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物等の好気性微生物群を含む活性汚泥を用いて排水を清浄化させる装置であり、たとえば特許文献１等にその詳細が開示されている。
【０００３】
活性汚泥処理装置は、上述した活性汚泥に排水を供給して、これを撹拌および曝気することで当該排水中に含まれる有機化合物を微生物を用いて分解して除去し、活性汚泥を分離することでクリーンな浄水に清浄化して排出する装置である。
【０００４】
上述した活性汚泥処理装置においては、有機化合物の分解に微生物が利用されるため、当該微生物が有機化合物を分解するのに適した条件を連続的に安定して維持することが非常に難しくなる。そのため、活性汚泥処理装置を備えた排水処理システムとした場合には、安定的に排水の処理能力を維持することが困難になる問題があった。
【０００５】
そこで、活性汚泥処理装置から排出される水は、吸着材としてカートリッジ式の活性炭を用いた交換式排水処理装置を用いて処理されることが一般的に行なわれており、その場合には、当該水に含まれる有機化合物がカートリッジ式の活性炭によって除去され、クリーンな浄水として交換式排水処理装置から排出されることになる。
【０００６】
しかし、交換式排水処理装置においては、有機化合物を一定時間吸着し続けることによって吸着材の吸着能力が飽和に達すれば、それ以降吸着が実質的には行なわれず、新品への交換作業、もしくは一旦装置から吸着材を取り外して再生処理を行なう作業が必要になる。したがって、交換式排水処理装置を利用して活性汚泥処理装置から排出される水を処理する排水処理システムとした場合には、連続的に当該水を処理することができず、排水処理システム自体をその都度停止させる必要があった。
【０００７】
また、水の清浄化は、空気の清浄化とは異なり、微生物の繁殖が不可避であり、吸着材の寿命は短くなってしまう。したがって、交換式排水処理装置を利用して活性汚泥処理装置から排出される水を処理する排水処理システムとした場合には、上述した吸着材の交換作業や再生処理作業を頻繁に行なう必要が生じ、その労力やランニングコストが増大するといった問題もあった。
【０００８】
また、高濃度に有機化合物を含有する排水を大量に活性汚泥処理装置で処理する場合には、必要となる活性汚泥の量もこれに伴って増大することになり、装置の大型化や設置コストの増加が不可避となる。加えて、活性汚泥処理装置においては、処理すべき排水に含まれる有機化合物の量に応じて活性汚泥の量を常時調節して最適化することが必要になるが、そのためには余剰の活性汚泥を常時回収して装置から排出することが必要であり、この余剰汚泥の廃棄に手間やコストがかかる問題があった。したがって、前記のように活性汚泥の量を増加させた場合には、廃棄すべき余剰汚泥の量も増加してしまい、そのランニングコストも大幅に増加してしまう問題があった。
【０００９】
かかる問題を解決するために、吸着工程と脱着工程を交互に行うことで高効率、かつ安定的に除去できる吸脱着式の水処理装置および水処理システムが検討されている（例えば、特許文献２および３参照）。この水処理システムは、水の連続浄化を実現し、基本的には吸着材の交換が必要なく、多量有機物質を高効率、かつ安定に除去することができる。
【００１０】
しかし、前記特許文献２や３に記載の水処理システムにおいても、技術的な課題があった。例えば、特許文献３において、活性汚泥装置から発生する余剰汚泥は沈殿槽にて分離させているが、余剰汚泥が極微量でも分離できずに流出してしまうと、活性汚泥装置の後段に接続されている吸脱着式の水処理装置の吸着材に余剰汚泥が蓄積し、加熱ガスで吸着材から余剰汚泥が脱離しないため、吸着材の吸着能が短期間で低下する場合があり、そのような状況になった場合、交換式吸着装置と同様に、排水処理システムをその都度停止させ、吸着材の交換する必要があり、手間がかかる、コスト増大などが問題となる。
【００１１】
また、排水中の有機化合物の濃度が高濃度である場合、活性汚泥への負荷を下げるために、活性汚泥装置へ排水を導入する前に工業用水等で数十倍から数百倍に希釈される場合がある。例えば１，４−ジオキサンといった微生物にとって難分解性の有機化合物や微生物にとって毒性の高い有機化合物を高濃度に含む排水を処理する場合、さらに希釈するケースもある。このような場合、活性汚泥処理後の排水量も増大するだけでなく、排水量の増大により吸着線速が増大することにより、有機化合物量が希釈なしの場合と同量であったとしても、吸着能が低下する場合もあり、後段に接続された吸脱着式の水処理装置の大型化、コスト増大などが課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１０７９１号公報
【特許文献２】特開２００６−５５７１２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４２７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、活性汚泥処理装置が大型化防止やランニングコストの増大防止が可能で、システムを停止させることなく、生分解性の低い有機化合物を含む排水においても連続的に排水の清浄化が可能で、高効率に、かつ安定的に排水を処理することが可能な排水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に基づく排水処理システムは、有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで、当該排水を清浄化するものであって、排水処理装置と、活性汚泥処理装置とを備えている。
【００１５】
前記排水処理装置は、有機化合物を含有する排水を接触させることで有機化合物を吸着し、ガスを接触させることで吸着した前記有機化合物を脱着する吸着材を含有した吸着素子を有し、前記吸着素子に有機化合物を含有する排水を供給することで、有機化合物を前記吸着素子に吸着させ、吸着素子を通過した水を一次処理水として排出する。その後、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで、前記吸着素子に吸着した前記有機化合物を脱着させて、前記有機化合物を含有する脱着ガスとして排出するものである。
ここで、前記排水処理装置は、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を吸着処理を行なう部分に移行させるとともに、前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を脱着処理を行なう部分に移行させることで、連続的に排水を処理可能なものである。
【００１６】
前記活性汚泥処理装置は、前記排水処理装置に接続され、前記排水処理装置から排出された一次処理水中の前記有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、活性汚泥に一次処理水を接触させることで微生物によって前記有機化合物を分解させて除去し、二次処理水として排出するものである。
【００１７】
本発明の排水処理装置においては、前記排水処理装置が、前記吸着素子にガスを吹き付けることで、前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばし、これを除去排水として排出するものであることが好ましい。その場合には、前記排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排水処理装置に再度供給されるように構成されていることも好ましい。
【００１８】
本発明の排水処理装置においては、前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトのいずれか１種を少なくとも含んでいることが好ましい。
【００１９】
本発明の排水処理装置においては、燃焼装置が接続され、前記排水処理装置から排出された脱着ガスを燃焼させて酸化分解することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、活性汚泥処理装置の大型化防止やランニングコストの増大防止が可能で、システムを停止させることなく連続的に排水の清浄化が可能で、特に難分解性の有機化合物が高濃度に含有する排水を、高効率に、かつ安定的に処理することが可能な排水処理システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における排水処理システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２における排水処理システムのシステム構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３における排水処理システムのシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことにする。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における排水処理システムのシステム構成図である。以下においては、この図１を参照して、本実施の形態における排水処理システム１Ａの構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ａは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００とを主として備えている。
【００２５】
排水処理装置１００は、吸着素子１１１、１２１がそれぞれ収容された第１処理槽１１０および第２処理槽１２０を有している。吸着素子１１１、１２１は、有機化合物を含有する排水を接触させることで、前記排水に含有される有機化合物を吸着する。すなわち、排水処理装置１００においては、吸着素子１１１、１２１に前記排水を供給することで、前記排水に含有されている有機化合物が、吸着素子１１１、１２１によって吸着され、これにより前記排水が清浄化されて、一次処理水として排出されることになる。
また、吸着素子１１１、１２１は、加熱ガスを接触させることで吸着した前記有機化合物を脱着する。したがって、排水処理装置１００においては、吸着素子１１１、１２１に加熱ガスを供給することで、前記有機化合物が吸着素子１１１、１２１から脱着され、これにより加熱ガスが有機化合物を含有する脱着ガスとして排出されることになる。
【００２６】
第１処理槽１１０および第２処理槽１２０には、配管ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ接続されている。配管ラインＬ１は、有機化合物を含有する排水を第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０１、Ｖ１０２によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ２は、加熱ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０３、Ｖ１０４によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ３は、一次処理水を第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管であり、バルブＶ１０５、Ｖ１０６によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ４は、脱着ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管ラインであり、バルブＶ１０７、Ｖ１０８によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００２７】
第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とは、上述したバルブＶ１０１〜Ｖ１０８の開閉を操作することによって、交互に吸着槽および脱着槽として機能する。具体的には、第１処理槽１１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が脱着槽として機能し、第１処理槽１１０が脱着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が吸着槽として機能する。すなわち、本実施の形態における排水処理装置１００においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。なお、配管ラインＬ１は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽に有機化合物を含有する排水を供給し、配管ラインＬ２は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて当該脱着槽に加熱ガスを供給する。また、配管ラインＬ３は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽から一次処理水を排出し、配管ラインＬ４は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて脱着ガスを排出する。
【００２８】
なお、排水処理装置１００から排出される一次処理水は、水中の有機化合物の含有量は減少され、特に微生物にとって分解が困難な有機化合物が大幅に除去されており、次の活性汚泥処理装置への処理の負荷が軽減されたものになる。
【００２９】
吸着素子１１１、１２１は、吸着材として活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。吸着素子１１１、１２１は、吸着材として、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、より好ましくは、活性炭素繊維が利用される。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、水との接触効率が高く、特に水中の有機化合物の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて極めて高い吸着効率を実現できる。
【００３０】
吸着素子１１１、１２１に利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が７００〜２０００ｍ2／ｇ、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ3／ｇ、平均細孔径が１７〜１８Åのものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が７００ｍ2／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ3／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、有機化合物の吸着量が低くなるためであり、またＢＥＴ比表面積が２０００ｍ2／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ3／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質等の吸着能力が低下したり、強度が弱くなったり、素材のコストが高くなって経済的に不利になったりするためである。
【００３１】
活性汚泥処理装置２００は、曝気槽２１０と沈殿槽２２０とを主として有している。曝気槽２１０は、曝気装置２１１と図示しない撹拌装置とを含んでおり、曝気槽２１０の内部には、バクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物等の好気性微生物群を含む活性汚泥が充填されている。曝気槽２１０は、前記活性汚泥に前記排水処理装置から排出された一次処理水を供給することで、活性汚泥と一次処理水とを接触させ、これを撹拌および曝気することで一次処理水に含有される有機化合物を分解して除去するための処理槽である。
【００３２】
一方、沈殿槽２２０は、曝気槽２１０にて処理された活性汚泥を含む水を固液分離することで活性汚泥と二次処理水とに分離するための処理槽である。
【００３３】
活性汚泥処理装置２００には、配管ラインＬ３、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９が接続されている。配管ラインＬ３は、曝気槽２１０に一次処理水を供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ５は、曝気装置２１１に酸素を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ６は、曝気槽２１０から活性汚泥を含む水を排出し、これを沈殿槽２２０に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ７は、沈殿槽２２０から排出された活性汚泥のうち、余剰分を余剰汚泥として排出するための配管ラインであり、配管ラインＬ８は、沈殿槽２２０から排出された活性汚泥のうち、必要分を返送汚泥として曝気槽２１０に返送するための配管ラインである。また、配管ラインＬ９は、沈殿槽２２０から二次処理水を排出するための配管ラインである。
【００３４】
活性汚泥処理装置２００は、配管ラインＬ３を介して曝気槽２１０に供給された一次処理水が曝気槽２１０内において活性汚泥と混ざり合い、この混ざり合った排水と活性汚泥とが、配管ラインＬ５を介して曝気装置２１１に供給されて当該曝気装置２１１から排出される酸素によって、曝気されつつ撹拌されることで有機化合物の分解が行なわれる。分解後の活性汚泥を含む水は、配管ラインＬ６を介して沈殿槽２２０に送られ、沈殿槽２２０において固液分離され、その上澄み液が配管ラインＬ９を介して二次処理水として排出される。この活性汚泥処理装置２００から排出される二次処理水は、活性汚泥処理装置２００に供給される一次処理水に比べ、有機化合物の含有量は大幅に減少しており、河川・下水放流可能なレベルまで清浄化されているものである。
【００３５】
次に、前記図１を参照して、本実施の形態における排水処理システム１Ａにおいて行なわれる排水の清浄化処理の詳細について説明する。なお、以下の説明は、排水処理装置１００の第１処理槽１１０が吸着槽として機能し、第２処理槽１２０が脱着槽として機能している状態に基づいたものであるが、これら吸着槽と脱着槽とが入れ替わった場合にも、同様の処理が行なわれる。
【００３６】
図１に示すように、有機化合物を含有する排水は、配管ラインＬ１を経由して、排水処理装置１００に導入される。導入された前記排水は、第１処理槽１１０に送られて吸着素子１１１と接触し、前記排水に含有される有機化合物が吸着素子１１１によって吸着される。有機化合物が吸着素子１１１によって吸着された後の水は、配管ラインＬ３に導入されて一次処理水として排水処理装置１００から排出される。
【００３７】
一方、排水処理装置１００には、前記排水の導入と並行して、配管ラインＬ２を経由して加熱ガスが導入される。導入された加熱ガスは、第２処理槽１２０に送られて吸着素子１２１と接触し、吸着素子１２１に吸着されていた有機化合物を脱着させる。吸着素子１２１から脱着された有機化合物を含む加熱ガスは、配管ラインＬ４に導入されて脱着ガスとして排水処理装置１００から排出される。
【００３８】
排水処理装置１００から排出された一次処理水は、配管ラインＬ３を経由して活性汚泥処理装置２００に導入される。導入された一次処理水は、活性汚泥と接触させることで当該一次処理水に含有される有機化合物が分解されて除去され、有機化合物が除去された後の水は、配管ラインＬ９に導入されて二次処理水として活性汚泥処理装置２００から排出される。排出された二次処理水は、その後、河川放流もしくは通常の下水としての処理がなされる。
【００３９】
以上の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、活性汚泥処理装置２００の前処理装置として排水処理装置１００が機能することになり、活性汚泥処理装置のみで排水処理システムを構築した場合に比べ、活性汚泥処理装置２００にて処理する排水中の有機化合物量が低減されるだけでなく、特に活性汚泥による生物分解が困難である、もしくは微生物にとって毒性の高い有機化合物が、排水処理装置１００にて除去されるため、活性汚泥処理装置２００を小型に構成することが可能である。さらに、生物分解困難な有機化合物を含有した排水である場合も処理可能となるため、排水処理システム１Ａ全体としての清浄化処理の処理能力を安定化させることができる。したがって、活性汚泥処理装置２００の大型化防止やランニングコストが増大防止が可能で、高効率にかつ安定的に排水を処理することが可能な排水処理システムとすることができる。
【００４０】
また、上述の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、排水処理装置１００から排出される排水を活性汚泥処理装置２００において連続的に処理することが可能になるため、システムを停止させることなく連続的に排ガスの清浄化を行なうことが可能になる。 したがって、活性汚泥処理装置のバックアップ装置としてカートリッジ式の吸着材を備えた交換式排水処理装置を使用した場合に比べ、カートリッジ式の吸着材の新品への交換作業や取り外しての再生処理作業が不要となり、その労力やランニングコストの増大が生じないことになる。
【００４１】
また、上述の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、排水処理装置１００の第１処理槽１１０および第２処理槽１２０において吸着処理および脱着処理が交互に連続的に繰り返されることになる。このように吸着処理および脱着処理が交互に連続的に繰り返されるように構成することにより、低コストで安定的に高い能力で排水に含まれる有機化合物を除去することができる。したがって、前記構成を採用することにより、高効率にかつ安定的に排水を清浄化処理できる排水処理システムとすることができる。なお、特に上述の如くの排水処理装置１００とすることにより、微生物の繁殖が抑制でき、そのため藻の発生等を防止することも可能になる。
【００４２】
さらに、本実施の形態の如くの排水処理システム１Ａは、活性汚泥処理装置のみを具備する既存の排水処理システムに対して、排水処理装置１００を増設するのみで容易に実現できるものであるため、既存の設備の有効活用が可能で経済性にも優れたものとなる。
【００４３】
また、上述の本実施の形態における排水処理システム１Ａにおいては、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０が吸着槽および脱着槽に交互に入れ替わる構成の排水処理装置１００を採用した場合を例示して説明を行なったが、これとは異なる構成の排水処理装置を採用してもよい。以下に、その例を図２および図３を参照して説明する。
【００４４】
図２および図３は、本実施の形態における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。なお、これら図２および図３においては、排水処理装置に具備される吸着材および当該吸着材近傍に配置される構成要素のみを図示し、その他の構成要素の図示は省略している。
【００４５】
図２は、円柱状の外形を有する吸着材１５０を利用した場合を示している。図２に示すように、円柱状の外形を有する吸着材１５０を利用する場合には、軸方向に流体が流動可能となるように構成された吸着材１５０の軸中心に回転軸１６１を設け、この回転軸１６１をアクチュエータ等によって回転駆動する。そして、吸着材１５０の軸方向の両端面に近接して図２においては示さない配管ラインＬ１〜Ｌ４（図１参照）を接続し、吸着材１５０の一部を吸着処理を行なうための部分（図２において符号１５１で示す部分）として利用し、吸着材１５０の他の一部を脱着処理を行なうための部分（図２において符号１５２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材１５０の符号１５１で示す部分には、軸方向の一方から有機化合物を含有する排水が導入され、軸方向の他方から一次処理水が導出されることになり、吸着材１５０の符号１５２で示す部分には、軸方向の一方から加熱ガスが導入され、軸方向の他方から脱着ガスが導出されることになる。
【００４６】
ここで、図２に示す排水処理装置においては、吸着材１５０が回転軸１６１を回転中心として図中矢印Ａ方向に所定の速度で回転する。これにより、吸着材１５０の吸着処理が完了した部分は脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材１５０の脱着処理が完了した部分は吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。
【００４７】
また、図３は、円筒状の外形を有する吸着材１７０を利用した場合を示している。図３に示すように、円筒状の外形を有する吸着材１７０を利用する場合には、径方向に流体が流動可能となるように、たとえば金属製の枠体１８５によって囲われた単位吸着ユニット１７５を周方向に複数並べて円筒状とし、これを図示しないアクチュエータ等によって軸中心に回転駆動する。そして、吸着材１７０に近接して図３においては示さない配管ラインＬ１〜Ｌ４（図１参照）を接続し、吸着材１７０の単位吸着ユニットの一部を吸着処理を行なうための部分（図３において符号１７１で示す部分）として利用し、単位吸着ユニットの他の一部を脱着処理を行なうための部分（図３において符号１７２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材１７０の符号１７１で示す単位吸着ユニットには、径方向外側から有機化合物を含有する排水が導入され、径方向内側に向けて一次処理水が導出されて軸方向の一方に向けて排出されることになり、吸着材１７０の符号１７２で示す単位吸着ユニットには、導入管１８１を介して径方向内側から加熱ガスが導入され、径方向外側に向けて脱着ガスが導出されて導出管１８２を介して排出されることになる。
【００４８】
ここで、図３に示す排水処理装置においては、吸着材１７０が軸中心に図中矢印Ａ方向に所定の速度で段階的に回転する。これにより、吸着材１７０の吸着処理が完了した単位吸着ユニットは脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材１７０の脱着処理が完了した単位吸着ユニットは吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。
【００４９】
なお、図２および図３に示す如くの形状の吸着材１５０、１７０を利用する場合には、当該吸着材１５０、１７０を、粒状物を充填したものや繊維状物を充填したもので構成することとしてもよいが、ハニカム状の構造を有するもので構成するとなお好ましい。これは、吸着材１５０、１７０をハニカム状の構造を有するもので構成することにより、圧力損失を極めて低く抑えることが可能となり、処理能力が増大するとともに、ゴミ等の固形物による目詰まりの発生も比較的低く抑えることができるためである。
【００５０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における排水処理システムの構成を示す模式図である。なお、図４においては、上述の本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａと同様の部分の図示は省略している。以下においては、この図４を参照して本実施の形態における排水処理システム１Ｂの構成について説明する。
【００５１】
図４に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ｂは、上述した本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａと、排水処理装置１００の構成において相違している。本実施の形態における排水処理システム１Ｂにおいては、排水処理装置１００に加熱ガスを導入するための配管ラインＬ２に、排水処理装置１００にガスを導入するための配管ラインＬ１０が接続されており、これら配管ラインＬ２、Ｌ１０の排水処理装置１００に対する接続／非接続状態を切り替えるためのバルブＶ１０９、Ｖ１１０が、配管ラインＬ２、Ｌ１０にそれぞれ設けられている。また、本実施の形態における排水処理システム１Ｂにおいては、排水処理装置１００から脱着ガスを排出するための配管ラインＬ４に、排水処理装置１００から除去排水を排出するための配管ラインＬ１２が接続されており、これら配管ラインＬ４、Ｌ１２の排水処理装置１００に対する接続／非接続状態を切り替えるためのバルブＶ１１１、Ｖ１１２が、配管ラインＬ４、Ｌ１２にそれぞれ設けられている。なお、配管ラインＬ１２の他端は、排水処理装置１００に排水を導入するための配管ラインＬ１に接続されている。
【００５２】
本実施の形態における排水処理システム１Ｂの排水処理装置１００においては、吸着処理と脱着処理との間に脱水処理（パージ処理）が実施される。具体的には、上述の本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａの場合と同様に、排水処理装置１００においては、バルブＶ１０１〜１０８の開閉が操作されることによって第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とが交互に吸着槽および脱着槽に切り替わるが、脱着槽に切り替わった際には、まず当該脱着槽と配管ラインＬ１０および配管ラインＬ１２とが接続され、配管ラインＬ１０を介して脱着槽にガスが導入されて吸着材に吹き付けられることによって吸着材の表面に付着した余剰の排水を吹き飛ばす脱水処理が行なわれ、吹き飛ばされた除去排水は、配管ラインＬ１２および配管ラインＬ１を経由して排水処理装置１００へと再度供給される。そして、当該脱水処理を所定時間行なった後に、脱着槽と配管ラインＬ１０および配管ラインＬ１２の接続が解除され、配管ラインＬ１１および配管ラインＬ４が脱着槽に接続されて脱着処理が行なわれる。
なお、脱水処理の際に脱着槽に導入されるガスとしては、高温でより低湿なガスが利用されることが好ましく、たとえば所定の温度に昇温された乾燥空気を利用することが好適である。
【００５３】
以上において説明した本実施の形態における排水処理システム１Ｂの如くの構成を採用することにより、上述した本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａの如くの構成を採用した場合に得られる効果に加え、脱水処理を加えた効果として、吸着素子１１１、１２１からの有機化合物の脱着効率が大幅に増加するため、より高効率にかつ安定的に排水を清浄化処理できる排水処理システムとできる効果が得られる。なお、上述した本実施の形態においては、排水処理装置１００から排出される除去排水が当該排水処理装置１００に再度供給されるように構成した場合を例示して説明を行なったが、当該除去排水は、交換式の吸着素子を備えた排水処理装置等を別途用いて清浄化処理されるように構成してもよい。
【００５４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における排水処理システムの構成を示す模式図である。以下においては、この図５を参照して本実施の形態における排水処理システム１Ｃの構成について説明する。
【００５５】
図５に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００と、燃焼装置３００とを主として備えている。
【００５６】
燃焼装置３００は、排水処理装置１００から排出される脱着ガスを燃焼させて酸化分解させるための装置であり、配管ラインＬ４、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５に接続されている。燃焼装置３００は、熱交換器３１０と加熱炉３２０とを有しており、熱交換器３１０は、加熱炉３２０に導入される脱着ガスを予め予熱するためのものであり、加熱炉３２０は、電熱ヒータ３２１を用いて導入された脱着ガスを燃焼させるためのものである。配管ラインＬ４は、排水処理装置１００から排出された脱着ガスを熱交換器３１０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ１３は、熱交換器３１０で予熱された脱着ガスを加熱炉３２０に導入するための配管ラインである。また、配管ラインＬ１４、Ｌ１５は、加熱炉３２０にて脱着ガスが燃焼することによって生成される分解ガスを熱交換器３１０を経由させて外部に排出するための配管ラインである。
【００５７】
燃焼装置３００としては、特にその種類が限定されるものではないが、たとえば脱着ガスを６５０〜８００℃の高温で直接的に酸化分解させる直接燃焼装置や、白金触媒等を利用して脱着ガスを触媒酸化反応させて酸化分解する触媒燃焼装置、蓄熱体を利用して熱回収を行ないつつ経済的に直接酸化分解を行なう蓄熱式直接燃焼装置、白金触媒等と蓄熱体とを組み合わせて効率的に脱着ガスを触媒酸化反応させて酸化分解する蓄熱式触媒燃焼装置等を使用することが可能である。当該燃焼装置３００を用いて脱着ガスを酸化分解させることにより、有害な有機化合物は完全に除去される。
【００５８】
図５に示す通り、本実施の形態における排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００から排出された脱着ガスは、配管ラインＬ４を経由して燃焼装置３００に送られ、加熱炉３２０にて燃焼することで酸化分解する。加熱炉３２０にて生成された分解ガスは、配管ラインＬ１４、熱交換器、配管ラインＬ１５を経由し、燃焼装置３００から排出される。この分解ガスは、主として二酸化炭素と水蒸気とを含む人体に対して無害なガスである。
【００５９】
以上の如くの排水処理システム１Ｃとすることにより、排水処理装置１００から排出される脱着ガスを無害化することが可能となり、排水処理として完結されたシステムとなる。
【００６０】
以上において説明した本発明の実施の形態１から３における排水処理システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃの特徴的な構成は、相互に組み合わせることが可能である。たとえば、図２および図３に示した如くの構成の吸着材１５０、１７０を含む排水処理装置を本発明の実施の形態２および３における排水処理システム１Ｂおよび１Ｃの排水処理装置１００に適用してもよい。なお、その場合には、吸着材１５０、１７０の脱着処理を行なうためのゾーンに脱水処理を行なうためのゾーンが設けられ、当該脱水処理を行なうためのゾーンに位置する部分の吸着材１５０、１７０に近接して上述した配管ラインＬ１１、Ｌ１２が接続され、吸着処理と脱着処理の間に脱水処理が行なわれるように排水処理装置１００が構成されることになる。
【００６１】
また、以上において説明した本発明の実施の形態１から３においては、排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置として、連続的に処理が行なわれる連続式活性汚泥処理装置を例示して説明を行なったが、回分式に処理が行なわれる回分式活性汚泥処理装置を利用することも当然に可能である。また、上述した本発明の実施の形態１から３においては、排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置として、沈殿槽を用いて固液分離を行なうものを例示して説明を行なったが、この他にも曝気槽に設けた膜にて膜分離を行なうものなど種々の構成のものを利用できる。このように、本発明が適用可能な排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置としては、どのような形式のものであってもよい。
【００６２】
また、以上において説明した本発明の実施の形態１から３においては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を特に示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。
【００６３】
このように、今回開示した前記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【実施例】
【００６４】
以下、実施の形態３の実施例によりさらに本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、評価は下記の方法によりおこなった。
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）を求めた。
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）
（有機化合物除去効果）
エステル重合の生産設備から排出される排水を原水とした。主に１，４−ジオキサン１０００ｍｇ／Ｌ、アセトアルデヒド１４０００ｍｇ／Ｌ、エチレングリコール５０００ｍｇ／Ｌを含む排水である。また、排水量は１０Ｌ／ｈｒとし、各溶剤の排出量は１，４−ジオキサン１００００ｍｇ／ｈｒ、１４００００ｍｇ／ｈｒ、５００００ｍｇ／ｈｒとなる。温度３０℃の水を空間速度（ＳＶ）５で流し、５００時間運転後の排水処理装置、活性汚泥処理装置、燃焼装置の入出の１，４−ジオキサン、エチレングリコール、アセトアルデヒド濃度を測定し、各溶剤排出量を算出して除去効果を確認した。
（溶剤濃度評価）
入口・出口の水濃度およびガスをガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
【００６５】
＜実施例１＞
排水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１５００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図２のダンパー切替方式の排水処理装置に設置して原水を処理水量１０Ｌ／ｈｒになるように導入し、一次処理水を得た。
【００６６】
次に、排水処理装置の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を使用し、脱着の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。吸着工程における吸着時間は６０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は５ｍｉｎ、脱着工程における脱着時間は５５ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の一次処理水中の１，４−ジオキサン濃度は表1に示すとおり、３００ｍｇ／ｈｒであり、除去率は９７％であった。しかし、アセトアルデヒド及びエチレングリコール濃度は、それぞれ１２６０００ｍｇ／ｈｒ及び４５０００ｍｇ／ｈｒであり、約１０％の除去率であった。
また、脱着ガス中の各溶剤濃度は表３に示すように１，４−ジオキサン２００ｐｐｍ、アセトアルデヒド１８００ｐｐｍ、エチレングリコール４００ｐｐｍであった。
【００６７】
本実施例の排水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも約９７％の効率で１，４−ジオキサンの処理が可能であった。吸着と脱着を連続して行い処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができた。
【００６８】
次に、容量が６００Ｌの原水調整槽、容量が７５Ｌの希釈槽容量、容量がいずれも１２５０Ｌの２つの担体流動曝気槽、容量が１２５０Ｌの２つの活性汚泥槽および容量が２５００Ｌの沈殿槽からなる図５の活性汚泥処理装置を用いて、排水処理装置から排出された一次処理水を供給量１０Ｌ／ｈｒで導入し、二次処理水を得た。前記の担体流動曝気槽にはポリビニルアルコール架橋ゲル担体（直径約４ｍｍ）を１２５Ｌ投入した。また、前記の一次処理水中の有機化合物濃度は高く、微生物に対して負荷が高いため、希釈槽から供給される工業用水により２０倍に希釈され、担体流動曝気槽及び活性汚泥槽には２００Ｌ／ｈｒで導入した。運転開始５００時間時点での二次処理水の各濃度及び量を表２に示す。 １，４−ジオキサン濃度は難生物分解な有機溶剤であるため、二次処理水中の１，４−ジオキサン量は３００ｍｇ／ｈｒであり、低減しなかった。しかし、生物分解性の高いエチレングリコール、アセトアルデヒドに関してはそれぞれ４００ｍｇ／ｈｒ、２００ｍｇ／ｈｒと大幅に低減さており、良好に処理できた。
【００６９】
次に、燃焼装置の触媒として白金触媒０．４Ｌを図５の燃焼装置に設置して、前記排水処理装置から排出される脱着ガスを風量０．４Ｎｍ３／ｍｉｎで供給し、熱交換器及び予熱ヒーターにより３００℃に昇温した後、触媒に接触させ、脱着ガス中の溶剤が触媒にて酸化分解させ、分解ガスを得た。運転開始５００ｈｒ後の分解ガス中の各溶剤の濃度を表４に示す。分解ガス中の１，４−ジオキサン、アセトアルデヒド、エチレングリコール濃度はそれぞれ１ｐｐｍ以下であり、良好に処理できた。また、分解ガスの平均温度は４２０℃であり、図５に示す通り、熱交換器に通過させて、燃焼装置へ供給するガスの予熱に利用したところ、予熱ヒーターの使用に必要な電力量が３ｋＷｈと非常に低電力量で予熱が可能であった。
【００７０】
＜比較例１＞
容量が６００Ｌの原水調整槽、容量が７５Ｌの希釈槽容量、容量がいずれも１２５０Ｌの２つの担体流動曝気槽、容量が１２５０Ｌの２つの活性汚泥槽および容量が２５００Ｌの沈殿槽からなる図５の活性汚泥処理装置を用いて、原水を供給量１０Ｌ／ｈｒで導入し、処理水を得た。前記の担体流動曝気槽にはポリビニルアルコール架橋ゲル担体（直径約４ｍｍ）を１２５Ｌ投入した。また、前記の原水中の有機化合物濃度は高く、微生物に対して負荷が高いため、希釈槽から供給される工業用水により２０倍に希釈され、担体流動曝気槽及び活性汚泥槽には２００Ｌ／ｈｒで導入した。運転開始５００時間時点での処理水の各濃度及び量を表１に示す。生物分解性の高いエチレングリコール、アセトアルデヒドに関してはそれぞれ６００ｍｇ／ｈｒ、４００ｍｇ／ｈｒと大幅に低減さており、良好に処理できた。しかし、１，４−ジオキサン濃度は難生物分解な有機化合物であるため、処理水中の１，４−ジオキサン量は１００００ｍｇ／ｈｒであり、低減しなかった。
【００７１】
次に、排水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１５００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、ダンパー切替方式の排水処理装置に設置して、活性汚泥装置から排出された一次処理水を処理水量２００Ｌ／ｈｒになるように導入し、二次処理水を得た。
【００７２】
次に、排水処理装置の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を使用し、脱着の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。吸着工程における吸着時間は６０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は５ｍｉｎ、脱着工程における脱着時間は５５ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の二次処理水中の１，４−ジオキサン濃度は５０００ｍｇ／ｈｒ、アセトアルデヒド５５０ｍｇ／ｈｒ、エチレングリコール３５０ｍｇ／ｈｒであり、表２に示すように、実施例１と比較すると、特に１，４−ジオキサンの処理効率が著しく低下した。
また、脱着ガス中の各溶剤濃度は、表３に示す通り、１，４−ジオキサン１００ｐｐｍ、アセトアルデヒド１００ｐｐｍ、エチレングリコール５０ｐｐｍであった。
【００７３】
次に、燃焼装置の触媒として白金触媒０．４Ｌを図５の燃焼装置に設置して、前記排水処理装置から排出される脱着ガスを風量０．４Ｎｍ３／ｍｉｎで供給し、熱交換器及び予熱ヒーターにより３００℃に昇温した後、触媒に接触させ、脱着ガス中の溶剤が触媒にて酸化分解させ、分解ガスを得た。運転開始５００ｈｒ後の分解ガス中の各溶剤の濃度を表４に示す。分解ガス中の１，４−ジオキサン、アセトアルデヒド、エチレングリコール濃度はそれぞれ１ｐｐｍ以下であり、良好に処理できた。しかし、分解ガスの平均温度は３２０℃であり、図５に示す通り、熱交換器に通過させて、燃焼装置へ供給するガスの予熱に利用したところ、予熱ヒーターの使用に必要な電力量が１５ｋＷｈとなり、実施例１と比較して予熱に５倍の電力量が必要であった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
【表２】
【００７６】
【表３】
【００７７】
【表４】
【符号の説明】
【００７８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 排水処理システム、１００ 排水処理装置、１１０ 第１処理槽、１１１ 吸着素子、１２０ 第２処理槽、１２１ 吸着素子、１５０ 吸着材、１６１ 回転軸、１７０ 吸着材、１７５ 単位吸着ユニット、１８１ 導入管、１８２ 導出管、１８５ 枠体、２００ 活性汚泥処理装置、２１０ 曝気槽、２１１ 曝気装置、２２０ 沈殿槽、３００ 燃焼装置、３１０ 熱交換器、３２０ 燃焼炉、３２１ 電熱ヒーター、Ｌ１〜Ｌ１５ 配管ライン、Ｖ１０１〜Ｖ１１２ バルブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで、当該排水を清浄化する排水処理システムに関する。特に、各種工場や研究施設等から排出される有機化合物を含有する産業排水から有機化合物を効率的に除去することで、当該産業排水を清浄化する排水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機化合物を含有する排水を清浄化する排水処理装置として、活性汚泥処理装置が利用されている。活性汚泥処理装置は、主としてバクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物等の好気性微生物群を含む活性汚泥を用いて排水を清浄化させる装置であり、たとえば特許文献１等にその詳細が開示されている。
【０００３】
活性汚泥処理装置は、上述した活性汚泥に排水を供給して、これを撹拌および曝気することで当該排水中に含まれる有機化合物を微生物を用いて分解して除去し、活性汚泥を分離することでクリーンな浄水に清浄化して排出する装置である。
【０００４】
上述した活性汚泥処理装置においては、有機化合物の分解に微生物が利用されるため、当該微生物が有機化合物を分解するのに適した条件を連続的に安定して維持することが非常に難しくなる。そのため、活性汚泥処理装置を備えた排水処理システムとした場合には、安定的に排水の処理能力を維持することが困難になる問題があった。
【０００５】
そこで、活性汚泥処理装置から排出される水は、吸着材としてカートリッジ式の活性炭を用いた交換式排水処理装置を用いて処理されることが一般的に行なわれており、その場合には、当該水に含まれる有機化合物がカートリッジ式の活性炭によって除去され、クリーンな浄水として交換式排水処理装置から排出されることになる。
【０００６】
しかし、交換式排水処理装置においては、有機化合物を一定時間吸着し続けることによって吸着材の吸着能力が飽和に達すれば、それ以降吸着が実質的には行なわれず、新品への交換作業、もしくは一旦装置から吸着材を取り外して再生処理を行なう作業が必要になる。したがって、交換式排水処理装置を利用して活性汚泥処理装置から排出される水を処理する排水処理システムとした場合には、連続的に当該水を処理することができず、排水処理システム自体をその都度停止させる必要があった。
【０００７】
また、水の清浄化は、空気の清浄化とは異なり、微生物の繁殖が不可避であり、吸着材の寿命は短くなってしまう。したがって、交換式排水処理装置を利用して活性汚泥処理装置から排出される水を処理する排水処理システムとした場合には、上述した吸着材の交換作業や再生処理作業を頻繁に行なう必要が生じ、その労力やランニングコストが増大するといった問題もあった。
【０００８】
また、高濃度に有機化合物を含有する排水を大量に活性汚泥処理装置で処理する場合には、必要となる活性汚泥の量もこれに伴って増大することになり、装置の大型化や設置コストの増加が不可避となる。加えて、活性汚泥処理装置においては、処理すべき排水に含まれる有機化合物の量に応じて活性汚泥の量を常時調節して最適化することが必要になるが、そのためには余剰の活性汚泥を常時回収して装置から排出することが必要であり、この余剰汚泥の廃棄に手間やコストがかかる問題があった。したがって、前記のように活性汚泥の量を増加させた場合には、廃棄すべき余剰汚泥の量も増加してしまい、そのランニングコストも大幅に増加してしまう問題があった。
【０００９】
かかる問題を解決するために、吸着工程と脱着工程を交互に行うことで高効率、かつ安定的に除去できる吸脱着式の水処理装置および水処理システムが検討されている（例えば、特許文献２および３参照）。この水処理システムは、水の連続浄化を実現し、基本的には吸着材の交換が必要なく、多量有機物質を高効率、かつ安定に除去することができる。
【００１０】
しかし、前記特許文献２や３に記載の水処理システムにおいても、技術的な課題があった。例えば、特許文献３において、活性汚泥装置から発生する余剰汚泥は沈殿槽にて分離させているが、余剰汚泥が極微量でも分離できずに流出してしまうと、活性汚泥装置の後段に接続されている吸脱着式の水処理装置の吸着材に余剰汚泥が蓄積し、加熱ガスで吸着材から余剰汚泥が脱離しないため、吸着材の吸着能が短期間で低下する場合があり、そのような状況になった場合、交換式吸着装置と同様に、排水処理システムをその都度停止させ、吸着材の交換する必要があり、手間がかかる、コスト増大などが問題となる。
【００１１】
また、排水中の有機化合物の濃度が高濃度である場合、活性汚泥への負荷を下げるために、活性汚泥装置へ排水を導入する前に工業用水等で数十倍から数百倍に希釈される場合がある。例えば１，４−ジオキサンといった微生物にとって難分解性の有機化合物や微生物にとって毒性の高い有機化合物を高濃度に含む排水を処理する場合、さらに希釈するケースもある。このような場合、活性汚泥処理後の排水量も増大するだけでなく、排水量の増大により吸着線速が増大することにより、有機化合物量が希釈なしの場合と同量であったとしても、吸着能が低下する場合もあり、後段に接続された吸脱着式の水処理装置の大型化、コスト増大などが課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１０７９１号公報
【特許文献２】特開２００６−５５７１２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４２７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、活性汚泥処理装置が大型化防止やランニングコストの増大防止が可能で、システムを停止させることなく、生分解性の低い有機化合物を含む排水においても連続的に排水の清浄化が可能で、高効率に、かつ安定的に排水を処理することが可能な排水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に基づく排水処理システムは、有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで、当該排水を清浄化するものであって、排水処理装置と、活性汚泥処理装置とを備えている。
【００１５】
前記排水処理装置は、有機化合物を含有する排水を接触させることで有機化合物を吸着し、ガスを接触させることで吸着した前記有機化合物を脱着する吸着材を含有した吸着素子を有し、前記吸着素子に有機化合物を含有する排水を供給することで、有機化合物を前記吸着素子に吸着させ、吸着素子を通過した水を一次処理水として排出する。その後、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで、前記吸着素子に吸着した前記有機化合物を脱着させて、前記有機化合物を含有する脱着ガスとして排出するものである。
ここで、前記排水処理装置は、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を吸着処理を行なう部分に移行させるとともに、前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を脱着処理を行なう部分に移行させることで、連続的に排水を処理可能なものである。
【００１６】
前記活性汚泥処理装置は、前記排水処理装置に接続され、前記排水処理装置から排出された一次処理水中の前記有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、活性汚泥に一次処理水を接触させることで微生物によって前記有機化合物を分解させて除去し、二次処理水として排出するものである。
【００１７】
本発明の排水処理装置においては、前記排水処理装置が、前記吸着素子にガスを吹き付けることで、前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばし、これを除去排水として排出するものであることが好ましい。その場合には、前記排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排水処理装置に再度供給されるように構成されていることも好ましい。
【００１８】
本発明の排水処理装置においては、前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトのいずれか１種を少なくとも含んでいることが好ましい。
【００１９】
本発明の排水処理装置においては、燃焼装置が接続され、前記排水処理装置から排出された脱着ガスを燃焼させて酸化分解することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、活性汚泥処理装置の大型化防止やランニングコストの増大防止が可能で、システムを停止させることなく連続的に排水の清浄化が可能で、特に難分解性の有機化合物が高濃度に含有する排水を、高効率に、かつ安定的に処理することが可能な排水処理システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における排水処理システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２における排水処理システムのシステム構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３における排水処理システムのシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことにする。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における排水処理システムのシステム構成図である。以下においては、この図１を参照して、本実施の形態における排水処理システム１Ａの構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ａは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００とを主として備えている。
【００２５】
排水処理装置１００は、吸着素子１１１、１２１がそれぞれ収容された第１処理槽１１０および第２処理槽１２０を有している。吸着素子１１１、１２１は、有機化合物を含有する排水を接触させることで、前記排水に含有される有機化合物を吸着する。すなわち、排水処理装置１００においては、吸着素子１１１、１２１に前記排水を供給することで、前記排水に含有されている有機化合物が、吸着素子１１１、１２１によって吸着され、これにより前記排水が清浄化されて、一次処理水として排出されることになる。
また、吸着素子１１１、１２１は、加熱ガスを接触させることで吸着した前記有機化合物を脱着する。したがって、排水処理装置１００においては、吸着素子１１１、１２１に加熱ガスを供給することで、前記有機化合物が吸着素子１１１、１２１から脱着され、これにより加熱ガスが有機化合物を含有する脱着ガスとして排出されることになる。
【００２６】
第１処理槽１１０および第２処理槽１２０には、配管ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ接続されている。配管ラインＬ１は、有機化合物を含有する排水を第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０１、Ｖ１０２によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ２は、加熱ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０３、Ｖ１０４によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ３は、一次処理水を第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管であり、バルブＶ１０５、Ｖ１０６によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ４は、脱着ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管ラインであり、バルブＶ１０７、Ｖ１０８によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００２７】
第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とは、上述したバルブＶ１０１〜Ｖ１０８の開閉を操作することによって、交互に吸着槽および脱着槽として機能する。具体的には、第１処理槽１１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が脱着槽として機能し、第１処理槽１１０が脱着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が吸着槽として機能する。すなわち、本実施の形態における排水処理装置１００においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。なお、配管ラインＬ１は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽に有機化合物を含有する排水を供給し、配管ラインＬ２は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて当該脱着槽に加熱ガスを供給する。また、配管ラインＬ３は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽から一次処理水を排出し、配管ラインＬ４は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて脱着ガスを排出する。
【００２８】
なお、排水処理装置１００から排出される一次処理水は、水中の有機化合物の含有量は減少され、特に微生物にとって分解が困難な有機化合物が大幅に除去されており、次の活性汚泥処理装置への処理の負荷が軽減されたものになる。
【００２９】
吸着素子１１１、１２１は、吸着材として活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。吸着素子１１１、１２１は、吸着材として、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、より好ましくは、活性炭素繊維が利用される。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、水との接触効率が高く、特に水中の有機化合物の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて極めて高い吸着効率を実現できる。
【００３０】
吸着素子１１１、１２１に利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が７００〜２０００ｍ2／ｇ、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ3／ｇ、平均細孔径が１７〜１８Åのものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が７００ｍ2／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ3／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、有機化合物の吸着量が低くなるためであり、またＢＥＴ比表面積が２０００ｍ2／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ3／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質等の吸着能力が低下したり、強度が弱くなったり、素材のコストが高くなって経済的に不利になったりするためである。
【００３１】
活性汚泥処理装置２００は、曝気槽２１０と沈殿槽２２０とを主として有している。曝気槽２１０は、曝気装置２１１と図示しない撹拌装置とを含んでおり、曝気槽２１０の内部には、バクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物等の好気性微生物群を含む活性汚泥が充填されている。曝気槽２１０は、前記活性汚泥に前記排水処理装置から排出された一次処理水を供給することで、活性汚泥と一次処理水とを接触させ、これを撹拌および曝気することで一次処理水に含有される有機化合物を分解して除去するための処理槽である。
【００３２】
一方、沈殿槽２２０は、曝気槽２１０にて処理された活性汚泥を含む水を固液分離することで活性汚泥と二次処理水とに分離するための処理槽である。
【００３３】
活性汚泥処理装置２００には、配管ラインＬ３、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９が接続されている。配管ラインＬ３は、曝気槽２１０に一次処理水を供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ５は、曝気装置２１１に酸素を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ６は、曝気槽２１０から活性汚泥を含む水を排出し、これを沈殿槽２２０に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ７は、沈殿槽２２０から排出された活性汚泥のうち、余剰分を余剰汚泥として排出するための配管ラインであり、配管ラインＬ８は、沈殿槽２２０から排出された活性汚泥のうち、必要分を返送汚泥として曝気槽２１０に返送するための配管ラインである。また、配管ラインＬ９は、沈殿槽２２０から二次処理水を排出するための配管ラインである。
【００３４】
活性汚泥処理装置２００は、配管ラインＬ３を介して曝気槽２１０に供給された一次処理水が曝気槽２１０内において活性汚泥と混ざり合い、この混ざり合った排水と活性汚泥とが、配管ラインＬ５を介して曝気装置２１１に供給されて当該曝気装置２１１から排出される酸素によって、曝気されつつ撹拌されることで有機化合物の分解が行なわれる。分解後の活性汚泥を含む水は、配管ラインＬ６を介して沈殿槽２２０に送られ、沈殿槽２２０において固液分離され、その上澄み液が配管ラインＬ９を介して二次処理水として排出される。この活性汚泥処理装置２００から排出される二次処理水は、活性汚泥処理装置２００に供給される一次処理水に比べ、有機化合物の含有量は大幅に減少しており、河川・下水放流可能なレベルまで清浄化されているものである。
【００３５】
次に、前記図１を参照して、本実施の形態における排水処理システム１Ａにおいて行なわれる排水の清浄化処理の詳細について説明する。なお、以下の説明は、排水処理装置１００の第１処理槽１１０が吸着槽として機能し、第２処理槽１２０が脱着槽として機能している状態に基づいたものであるが、これら吸着槽と脱着槽とが入れ替わった場合にも、同様の処理が行なわれる。
【００３６】
図１に示すように、有機化合物を含有する排水は、配管ラインＬ１を経由して、排水処理装置１００に導入される。導入された前記排水は、第１処理槽１１０に送られて吸着素子１１１と接触し、前記排水に含有される有機化合物が吸着素子１１１によって吸着される。有機化合物が吸着素子１１１によって吸着された後の水は、配管ラインＬ３に導入されて一次処理水として排水処理装置１００から排出される。
【００３７】
一方、排水処理装置１００には、前記排水の導入と並行して、配管ラインＬ２を経由して加熱ガスが導入される。導入された加熱ガスは、第２処理槽１２０に送られて吸着素子１２１と接触し、吸着素子１２１に吸着されていた有機化合物を脱着させる。吸着素子１２１から脱着された有機化合物を含む加熱ガスは、配管ラインＬ４に導入されて脱着ガスとして排水処理装置１００から排出される。
【００３８】
排水処理装置１００から排出された一次処理水は、配管ラインＬ３を経由して活性汚泥処理装置２００に導入される。導入された一次処理水は、活性汚泥と接触させることで当該一次処理水に含有される有機化合物が分解されて除去され、有機化合物が除去された後の水は、配管ラインＬ９に導入されて二次処理水として活性汚泥処理装置２００から排出される。排出された二次処理水は、その後、河川放流もしくは通常の下水としての処理がなされる。
【００３９】
以上の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、活性汚泥処理装置２００の前処理装置として排水処理装置１００が機能することになり、活性汚泥処理装置のみで排水処理システムを構築した場合に比べ、活性汚泥処理装置２００にて処理する排水中の有機化合物量が低減されるだけでなく、特に活性汚泥による生物分解が困難である、もしくは微生物にとって毒性の高い有機化合物が、排水処理装置１００にて除去されるため、活性汚泥処理装置２００を小型に構成することが可能である。さらに、生物分解困難な有機化合物を含有した排水である場合も処理可能となるため、排水処理システム１Ａ全体としての清浄化処理の処理能力を安定化させることができる。したがって、活性汚泥処理装置２００の大型化防止やランニングコストが増大防止が可能で、高効率にかつ安定的に排水を処理することが可能な排水処理システムとすることができる。
【００４０】
また、上述の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、排水処理装置１００から排出される排水を活性汚泥処理装置２００において連続的に処理することが可能になるため、システムを停止させることなく連続的に排ガスの清浄化を行なうことが可能になる。 したがって、活性汚泥処理装置のバックアップ装置としてカートリッジ式の吸着材を備えた交換式排水処理装置を使用した場合に比べ、カートリッジ式の吸着材の新品への交換作業や取り外しての再生処理作業が不要となり、その労力やランニングコストの増大が生じないことになる。
【００４１】
また、上述の如くの排水処理システム１Ａとすることにより、排水処理装置１００の第１処理槽１１０および第２処理槽１２０において吸着処理および脱着処理が交互に連続的に繰り返されることになる。このように吸着処理および脱着処理が交互に連続的に繰り返されるように構成することにより、低コストで安定的に高い能力で排水に含まれる有機化合物を除去することができる。したがって、前記構成を採用することにより、高効率にかつ安定的に排水を清浄化処理できる排水処理システムとすることができる。なお、特に上述の如くの排水処理装置１００とすることにより、微生物の繁殖が抑制でき、そのため藻の発生等を防止することも可能になる。
【００４２】
さらに、本実施の形態の如くの排水処理システム１Ａは、活性汚泥処理装置のみを具備する既存の排水処理システムに対して、排水処理装置１００を増設するのみで容易に実現できるものであるため、既存の設備の有効活用が可能で経済性にも優れたものとなる。
【００４３】
また、上述の本実施の形態における排水処理システム１Ａにおいては、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０が吸着槽および脱着槽に交互に入れ替わる構成の排水処理装置１００を採用した場合を例示して説明を行なったが、これとは異なる構成の排水処理装置を採用してもよい。以下に、その例を図２および図３を参照して説明する。
【００４４】
図２および図３は、本実施の形態における排水処理システムにおいて利用可能な他の排水処理装置の例を示す模式図である。なお、これら図２および図３においては、排水処理装置に具備される吸着材および当該吸着材近傍に配置される構成要素のみを図示し、その他の構成要素の図示は省略している。
【００４５】
図２は、円柱状の外形を有する吸着材１５０を利用した場合を示している。図２に示すように、円柱状の外形を有する吸着材１５０を利用する場合には、軸方向に流体が流動可能となるように構成された吸着材１５０の軸中心に回転軸１６１を設け、この回転軸１６１をアクチュエータ等によって回転駆動する。そして、吸着材１５０の軸方向の両端面に近接して図２においては示さない配管ラインＬ１〜Ｌ４（図１参照）を接続し、吸着材１５０の一部を吸着処理を行なうための部分（図２において符号１５１で示す部分）として利用し、吸着材１５０の他の一部を脱着処理を行なうための部分（図２において符号１５２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材１５０の符号１５１で示す部分には、軸方向の一方から有機化合物を含有する排水が導入され、軸方向の他方から一次処理水が導出されることになり、吸着材１５０の符号１５２で示す部分には、軸方向の一方から加熱ガスが導入され、軸方向の他方から脱着ガスが導出されることになる。
【００４６】
ここで、図２に示す排水処理装置においては、吸着材１５０が回転軸１６１を回転中心として図中矢印Ａ方向に所定の速度で回転する。これにより、吸着材１５０の吸着処理が完了した部分は脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材１５０の脱着処理が完了した部分は吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。
【００４７】
また、図３は、円筒状の外形を有する吸着材１７０を利用した場合を示している。図３に示すように、円筒状の外形を有する吸着材１７０を利用する場合には、径方向に流体が流動可能となるように、たとえば金属製の枠体１８５によって囲われた単位吸着ユニット１７５を周方向に複数並べて円筒状とし、これを図示しないアクチュエータ等によって軸中心に回転駆動する。そして、吸着材１７０に近接して図３においては示さない配管ラインＬ１〜Ｌ４（図１参照）を接続し、吸着材１７０の単位吸着ユニットの一部を吸着処理を行なうための部分（図３において符号１７１で示す部分）として利用し、単位吸着ユニットの他の一部を脱着処理を行なうための部分（図３において符号１７２で示す部分）として利用する。すなわち、吸着材１７０の符号１７１で示す単位吸着ユニットには、径方向外側から有機化合物を含有する排水が導入され、径方向内側に向けて一次処理水が導出されて軸方向の一方に向けて排出されることになり、吸着材１７０の符号１７２で示す単位吸着ユニットには、導入管１８１を介して径方向内側から加熱ガスが導入され、径方向外側に向けて脱着ガスが導出されて導出管１８２を介して排出されることになる。
【００４８】
ここで、図３に示す排水処理装置においては、吸着材１７０が軸中心に図中矢印Ａ方向に所定の速度で段階的に回転する。これにより、吸着材１７０の吸着処理が完了した単位吸着ユニットは脱着処理を行なうゾーンへと移動するとともに、吸着材１７０の脱着処理が完了した単位吸着ユニットは吸着処理を行なうゾーンへと移動することになる。したがって、当該排水処理装置においては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。
【００４９】
なお、図２および図３に示す如くの形状の吸着材１５０、１７０を利用する場合には、当該吸着材１５０、１７０を、粒状物を充填したものや繊維状物を充填したもので構成することとしてもよいが、ハニカム状の構造を有するもので構成するとなお好ましい。これは、吸着材１５０、１７０をハニカム状の構造を有するもので構成することにより、圧力損失を極めて低く抑えることが可能となり、処理能力が増大するとともに、ゴミ等の固形物による目詰まりの発生も比較的低く抑えることができるためである。
【００５０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における排水処理システムの構成を示す模式図である。なお、図４においては、上述の本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａと同様の部分の図示は省略している。以下においては、この図４を参照して本実施の形態における排水処理システム１Ｂの構成について説明する。
【００５１】
図４に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ｂは、上述した本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａと、排水処理装置１００の構成において相違している。本実施の形態における排水処理システム１Ｂにおいては、排水処理装置１００に加熱ガスを導入するための配管ラインＬ２に、排水処理装置１００にガスを導入するための配管ラインＬ１０が接続されており、これら配管ラインＬ２、Ｌ１０の排水処理装置１００に対する接続／非接続状態を切り替えるためのバルブＶ１０９、Ｖ１１０が、配管ラインＬ２、Ｌ１０にそれぞれ設けられている。また、本実施の形態における排水処理システム１Ｂにおいては、排水処理装置１００から脱着ガスを排出するための配管ラインＬ４に、排水処理装置１００から除去排水を排出するための配管ラインＬ１２が接続されており、これら配管ラインＬ４、Ｌ１２の排水処理装置１００に対する接続／非接続状態を切り替えるためのバルブＶ１１１、Ｖ１１２が、配管ラインＬ４、Ｌ１２にそれぞれ設けられている。なお、配管ラインＬ１２の他端は、排水処理装置１００に排水を導入するための配管ラインＬ１に接続されている。
【００５２】
本実施の形態における排水処理システム１Ｂの排水処理装置１００においては、吸着処理と脱着処理との間に脱水処理（パージ処理）が実施される。具体的には、上述の本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａの場合と同様に、排水処理装置１００においては、バルブＶ１０１〜１０８の開閉が操作されることによって第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とが交互に吸着槽および脱着槽に切り替わるが、脱着槽に切り替わった際には、まず当該脱着槽と配管ラインＬ１０および配管ラインＬ１２とが接続され、配管ラインＬ１０を介して脱着槽にガスが導入されて吸着材に吹き付けられることによって吸着材の表面に付着した余剰の排水を吹き飛ばす脱水処理が行なわれ、吹き飛ばされた除去排水は、配管ラインＬ１２および配管ラインＬ１を経由して排水処理装置１００へと再度供給される。そして、当該脱水処理を所定時間行なった後に、脱着槽と配管ラインＬ１０および配管ラインＬ１２の接続が解除され、配管ラインＬ１１および配管ラインＬ４が脱着槽に接続されて脱着処理が行なわれる。
なお、脱水処理の際に脱着槽に導入されるガスとしては、高温でより低湿なガスが利用されることが好ましく、たとえば所定の温度に昇温された乾燥空気を利用することが好適である。
【００５３】
以上において説明した本実施の形態における排水処理システム１Ｂの如くの構成を採用することにより、上述した本発明の実施の形態１における排水処理システム１Ａの如くの構成を採用した場合に得られる効果に加え、脱水処理を加えた効果として、吸着素子１１１、１２１からの有機化合物の脱着効率が大幅に増加するため、より高効率にかつ安定的に排水を清浄化処理できる排水処理システムとできる効果が得られる。なお、上述した本実施の形態においては、排水処理装置１００から排出される除去排水が当該排水処理装置１００に再度供給されるように構成した場合を例示して説明を行なったが、当該除去排水は、交換式の吸着素子を備えた排水処理装置等を別途用いて清浄化処理されるように構成してもよい。
【００５４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における排水処理システムの構成を示す模式図である。以下においては、この図５を参照して本実施の形態における排水処理システム１Ｃの構成について説明する。
【００５５】
図５に示すように、本実施の形態における排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００と、活性汚泥処理装置２００と、燃焼装置３００とを主として備えている。
【００５６】
燃焼装置３００は、排水処理装置１００から排出される脱着ガスを燃焼させて酸化分解させるための装置であり、配管ラインＬ４、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５に接続されている。燃焼装置３００は、熱交換器３１０と加熱炉３２０とを有しており、熱交換器３１０は、加熱炉３２０に導入される脱着ガスを予め予熱するためのものであり、加熱炉３２０は、電熱ヒータ３２１を用いて導入された脱着ガスを燃焼させるためのものである。配管ラインＬ４は、排水処理装置１００から排出された脱着ガスを熱交換器３１０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ１３は、熱交換器３１０で予熱された脱着ガスを加熱炉３２０に導入するための配管ラインである。また、配管ラインＬ１４、Ｌ１５は、加熱炉３２０にて脱着ガスが燃焼することによって生成される分解ガスを熱交換器３１０を経由させて外部に排出するための配管ラインである。
【００５７】
燃焼装置３００としては、特にその種類が限定されるものではないが、たとえば脱着ガスを６５０〜８００℃の高温で直接的に酸化分解させる直接燃焼装置や、白金触媒等を利用して脱着ガスを触媒酸化反応させて酸化分解する触媒燃焼装置、蓄熱体を利用して熱回収を行ないつつ経済的に直接酸化分解を行なう蓄熱式直接燃焼装置、白金触媒等と蓄熱体とを組み合わせて効率的に脱着ガスを触媒酸化反応させて酸化分解する蓄熱式触媒燃焼装置等を使用することが可能である。当該燃焼装置３００を用いて脱着ガスを酸化分解させることにより、有害な有機化合物は完全に除去される。
【００５８】
図５に示す通り、本実施の形態における排水処理システム１Ｃは、排水処理装置１００から排出された脱着ガスは、配管ラインＬ４を経由して燃焼装置３００に送られ、加熱炉３２０にて燃焼することで酸化分解する。加熱炉３２０にて生成された分解ガスは、配管ラインＬ１４、熱交換器、配管ラインＬ１５を経由し、燃焼装置３００から排出される。この分解ガスは、主として二酸化炭素と水蒸気とを含む人体に対して無害なガスである。
【００５９】
以上の如くの排水処理システム１Ｃとすることにより、排水処理装置１００から排出される脱着ガスを無害化することが可能となり、排水処理として完結されたシステムとなる。
【００６０】
以上において説明した本発明の実施の形態１から３における排水処理システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃの特徴的な構成は、相互に組み合わせることが可能である。たとえば、図２および図３に示した如くの構成の吸着材１５０、１７０を含む排水処理装置を本発明の実施の形態２および３における排水処理システム１Ｂおよび１Ｃの排水処理装置１００に適用してもよい。なお、その場合には、吸着材１５０、１７０の脱着処理を行なうためのゾーンに脱水処理を行なうためのゾーンが設けられ、当該脱水処理を行なうためのゾーンに位置する部分の吸着材１５０、１７０に近接して上述した配管ラインＬ１１、Ｌ１２が接続され、吸着処理と脱着処理の間に脱水処理が行なわれるように排水処理装置１００が構成されることになる。
【００６１】
また、以上において説明した本発明の実施の形態１から３においては、排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置として、連続的に処理が行なわれる連続式活性汚泥処理装置を例示して説明を行なったが、回分式に処理が行なわれる回分式活性汚泥処理装置を利用することも当然に可能である。また、上述した本発明の実施の形態１から３においては、排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置として、沈殿槽を用いて固液分離を行なうものを例示して説明を行なったが、この他にも曝気槽に設けた膜にて膜分離を行なうものなど種々の構成のものを利用できる。このように、本発明が適用可能な排水処理システムに具備される活性汚泥処理装置としては、どのような形式のものであってもよい。
【００６２】
また、以上において説明した本発明の実施の形態１から３においては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を特に示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。
【００６３】
このように、今回開示した前記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【実施例】
【００６４】
以下、実施の形態３の実施例によりさらに本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、評価は下記の方法によりおこなった。
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）を求めた。
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）
（有機化合物除去効果）
エステル重合の生産設備から排出される排水を原水とした。主に１，４−ジオキサン１０００ｍｇ／Ｌ、アセトアルデヒド１４０００ｍｇ／Ｌ、エチレングリコール５０００ｍｇ／Ｌを含む排水である。また、排水量は１０Ｌ／ｈｒとし、各溶剤の排出量は１，４−ジオキサン１００００ｍｇ／ｈｒ、１４００００ｍｇ／ｈｒ、５００００ｍｇ／ｈｒとなる。温度３０℃の水を空間速度（ＳＶ）５で流し、５００時間運転後の排水処理装置、活性汚泥処理装置、燃焼装置の入出の１，４−ジオキサン、エチレングリコール、アセトアルデヒド濃度を測定し、各溶剤排出量を算出して除去効果を確認した。
（溶剤濃度評価）
入口・出口の水濃度およびガスをガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
【００６５】
＜実施例１＞
排水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１５００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図２のダンパー切替方式の排水処理装置に設置して原水を処理水量１０Ｌ／ｈｒになるように導入し、一次処理水を得た。
【００６６】
次に、排水処理装置の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を使用し、脱着の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。吸着工程における吸着時間は６０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は５ｍｉｎ、脱着工程における脱着時間は５５ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の一次処理水中の１，４−ジオキサン濃度は表1に示すとおり、３００ｍｇ／ｈｒであり、除去率は９７％であった。しかし、アセトアルデヒド及びエチレングリコール濃度は、それぞれ１２６０００ｍｇ／ｈｒ及び４５０００ｍｇ／ｈｒであり、約１０％の除去率であった。
また、脱着ガス中の各溶剤濃度は表３に示すように１，４−ジオキサン２００ｐｐｍ、アセトアルデヒド１８００ｐｐｍ、エチレングリコール４００ｐｐｍであった。
【００６７】
本実施例の排水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも約９７％の効率で１，４−ジオキサンの処理が可能であった。吸着と脱着を連続して行い処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができた。
【００６８】
次に、容量が６００Ｌの原水調整槽、容量が７５Ｌの希釈槽容量、容量がいずれも１２５０Ｌの２つの担体流動曝気槽、容量が１２５０Ｌの２つの活性汚泥槽および容量が２５００Ｌの沈殿槽からなる図５の活性汚泥処理装置を用いて、排水処理装置から排出された一次処理水を供給量１０Ｌ／ｈｒで導入し、二次処理水を得た。前記の担体流動曝気槽にはポリビニルアルコール架橋ゲル担体（直径約４ｍｍ）を１２５Ｌ投入した。また、前記の一次処理水中の有機化合物濃度は高く、微生物に対して負荷が高いため、希釈槽から供給される工業用水により２０倍に希釈され、担体流動曝気槽及び活性汚泥槽には２００Ｌ／ｈｒで導入した。運転開始５００時間時点での二次処理水の各濃度及び量を表２に示す。 １，４−ジオキサン濃度は難生物分解な有機溶剤であるため、二次処理水中の１，４−ジオキサン量は３００ｍｇ／ｈｒであり、低減しなかった。しかし、生物分解性の高いエチレングリコール、アセトアルデヒドに関してはそれぞれ４００ｍｇ／ｈｒ、２００ｍｇ／ｈｒと大幅に低減さており、良好に処理できた。
【００６９】
次に、燃焼装置の触媒として白金触媒０．４Ｌを図５の燃焼装置に設置して、前記排水処理装置から排出される脱着ガスを風量０．４Ｎｍ３／ｍｉｎで供給し、熱交換器及び予熱ヒーターにより３００℃に昇温した後、触媒に接触させ、脱着ガス中の溶剤が触媒にて酸化分解させ、分解ガスを得た。運転開始５００ｈｒ後の分解ガス中の各溶剤の濃度を表４に示す。分解ガス中の１，４−ジオキサン、アセトアルデヒド、エチレングリコール濃度はそれぞれ１ｐｐｍ以下であり、良好に処理できた。また、分解ガスの平均温度は４２０℃であり、図５に示す通り、熱交換器に通過させて、燃焼装置へ供給するガスの予熱に利用したところ、予熱ヒーターの使用に必要な電力量が３ｋＷｈと非常に低電力量で予熱が可能であった。
【００７０】
＜比較例１＞
容量が６００Ｌの原水調整槽、容量が７５Ｌの希釈槽容量、容量がいずれも１２５０Ｌの２つの担体流動曝気槽、容量が１２５０Ｌの２つの活性汚泥槽および容量が２５００Ｌの沈殿槽からなる図５の活性汚泥処理装置を用いて、原水を供給量１０Ｌ／ｈｒで導入し、処理水を得た。前記の担体流動曝気槽にはポリビニルアルコール架橋ゲル担体（直径約４ｍｍ）を１２５Ｌ投入した。また、前記の原水中の有機化合物濃度は高く、微生物に対して負荷が高いため、希釈槽から供給される工業用水により２０倍に希釈され、担体流動曝気槽及び活性汚泥槽には２００Ｌ／ｈｒで導入した。運転開始５００時間時点での処理水の各濃度及び量を表１に示す。生物分解性の高いエチレングリコール、アセトアルデヒドに関してはそれぞれ６００ｍｇ／ｈｒ、４００ｍｇ／ｈｒと大幅に低減さており、良好に処理できた。しかし、１，４−ジオキサン濃度は難生物分解な有機化合物であるため、処理水中の１，４−ジオキサン量は１００００ｍｇ／ｈｒであり、低減しなかった。
【００７１】
次に、排水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１５００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、ダンパー切替方式の排水処理装置に設置して、活性汚泥装置から排出された一次処理水を処理水量２００Ｌ／ｈｒになるように導入し、二次処理水を得た。
【００７２】
次に、排水処理装置の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を使用し、脱着の風速を５０ｃｍ／ｓｅｃとした。吸着工程における吸着時間は６０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は５ｍｉｎ、脱着工程における脱着時間は５５ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の二次処理水中の１，４−ジオキサン濃度は５０００ｍｇ／ｈｒ、アセトアルデヒド５５０ｍｇ／ｈｒ、エチレングリコール３５０ｍｇ／ｈｒであり、表２に示すように、実施例１と比較すると、特に１，４−ジオキサンの処理効率が著しく低下した。
また、脱着ガス中の各溶剤濃度は、表３に示す通り、１，４−ジオキサン１００ｐｐｍ、アセトアルデヒド１００ｐｐｍ、エチレングリコール５０ｐｐｍであった。
【００７３】
次に、燃焼装置の触媒として白金触媒０．４Ｌを図５の燃焼装置に設置して、前記排水処理装置から排出される脱着ガスを風量０．４Ｎｍ３／ｍｉｎで供給し、熱交換器及び予熱ヒーターにより３００℃に昇温した後、触媒に接触させ、脱着ガス中の溶剤が触媒にて酸化分解させ、分解ガスを得た。運転開始５００ｈｒ後の分解ガス中の各溶剤の濃度を表４に示す。分解ガス中の１，４−ジオキサン、アセトアルデヒド、エチレングリコール濃度はそれぞれ１ｐｐｍ以下であり、良好に処理できた。しかし、分解ガスの平均温度は３２０℃であり、図５に示す通り、熱交換器に通過させて、燃焼装置へ供給するガスの予熱に利用したところ、予熱ヒーターの使用に必要な電力量が１５ｋＷｈとなり、実施例１と比較して予熱に５倍の電力量が必要であった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
【表２】
【００７６】
【表３】
【００７７】
【表４】
【符号の説明】
【００７８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 排水処理システム、１００ 排水処理装置、１１０ 第１処理槽、１１１ 吸着素子、１２０ 第２処理槽、１２１ 吸着素子、１５０ 吸着材、１６１ 回転軸、１７０ 吸着材、１７５ 単位吸着ユニット、１８１ 導入管、１８２ 導出管、１８５ 枠体、２００ 活性汚泥処理装置、２１０ 曝気槽、２１１ 曝気装置、２２０ 沈殿槽、３００ 燃焼装置、３１０ 熱交換器、３２０ 燃焼炉、３２１ 電熱ヒーター、Ｌ１〜Ｌ１５ 配管ライン、Ｖ１０１〜Ｖ１１２ バルブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで当該排水を清浄化する排水処理システムであって、
有機化合物を含有する排水を接触させることで有機化合物を吸着し、加熱ガスを接触させることで吸着した有機化合物を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に排水を供給することで有機化合物を前記吸着素子に吸着させて一次処理水として排出し、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機化合物を前記吸着素子から脱着させて有機化合物を含有する脱着ガスとして排出する排水処理装置と、
前記排水処理装置に接続され、有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、前記排水処理装置から排出された一次処理水を当該活性汚泥に接触させることで微生物によって有機化合物を分解させて除去して二次処理水として排出する活性汚泥処理装置とを備え、
前記排水処理装置は、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を吸着処理を行なう部分に移行させるとともに前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を脱着処理を行なう部分に移行させることで連続的に一次処理水を処理可能なものである、排水処理システム。
【請求項２】
前記排水処理装置は、前記吸着素子にガスを吹き付けることで前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばしてこれを除去排水として排出する、請求項１に記載の排水処理システム。
【請求項３】
前記排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排水処理装置に再度供給されるように構成された、請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項４】
前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項５】
前記排水処理装置に接続され、前記排水処理装置から排出された脱着ガスを燃焼させて酸化分解して分解ガスを排出する燃焼装置を備えている請求項１から４のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項１】
有機化合物を含有する排水から有機化合物を除去することで当該排水を清浄化する排水処理システムであって、
有機化合物を含有する排水を接触させることで有機化合物を吸着し、加熱ガスを接触させることで吸着した有機化合物を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に排水を供給することで有機化合物を前記吸着素子に吸着させて一次処理水として排出し、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機化合物を前記吸着素子から脱着させて有機化合物を含有する脱着ガスとして排出する排水処理装置と、
前記排水処理装置に接続され、有機化合物を分解する微生物が含まれた活性汚泥を有し、前記排水処理装置から排出された一次処理水を当該活性汚泥に接触させることで微生物によって有機化合物を分解させて除去して二次処理水として排出する活性汚泥処理装置とを備え、
前記排水処理装置は、前記吸着素子の脱着処理が完了した部分を吸着処理を行なう部分に移行させるとともに前記吸着素子の吸着処理が完了した部分を脱着処理を行なう部分に移行させることで連続的に一次処理水を処理可能なものである、排水処理システム。
【請求項２】
前記排水処理装置は、前記吸着素子にガスを吹き付けることで前記吸着素子に付着した余剰の排水を吹き飛ばしてこれを除去排水として排出する、請求項１に記載の排水処理システム。
【請求項３】
前記排水処理装置から排出された除去排水が、排水として前記排水処理装置に再度供給されるように構成された、請求項２に記載の排水処理システム。
【請求項４】
前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の排水処理システム。
【請求項５】
前記排水処理装置に接続され、前記排水処理装置から排出された脱着ガスを燃焼させて酸化分解して分解ガスを排出する燃焼装置を備えている請求項１から４のいずれかに記載の排水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−３５２３２（Ｐ２０１２−３５２３２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８００９４（Ｐ２０１０−１８００９４）
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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