排水処理方法及び排水処理システム
【課題】工場内設備である窒素ガス製造装置と排水処理システムをあわせて工場全体の効率的な設備運転が必要とされていた。
【解決手段】窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする排水処理方法。
【解決手段】窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や電池といった電子デバイス等の製造工場で使用される排水処理方法および排水処理システムにかかわるものであり、特に工場内で使用される窒素ガス製造装置と排水処理装置を組み合わせる事によって、工場全体として省エネ、低コストを達成しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス等の工場では、主として洗浄や原料加工のために、有機溶媒が使用される。これらの有機溶媒は、排水として廃棄されるが、環境汚染につながるために、そのまま廃棄するわけにはいかない。そのため、これらの排水を、環境に無害な物質に浄化するために、排水処理システムが提案されている。
【０００３】
有機溶媒等の窒素含有排水（以後「有機性排水」という。）の浄化処理にはいくつかの方法があるが、大気汚染がなく、コストも安価にできるという理由から微生物を利用した処理方法が多用されている。この処理方法の基本的な考え方は、有機性排水を嫌気性雰囲気中の脱窒菌を利用してアンモニア性窒素物質まで分解し、次にそのアンモニア性窒素物質を好気性雰囲気中の硝化菌を利用して硝酸性窒素物質に分解するというものである。硝酸性窒素物質は、再び脱窒菌を利用して窒素と水に分解することができる。
【０００４】
従って、排水処理システムには、有機性排水を嫌気性雰囲気で分解する嫌気槽と、嫌気槽で生成されたアンモニア性窒素物質を分解する好気槽を有する。また、好気槽は槽内を好気性雰囲気にするために、空気を送風する曝気装置が備えられる。
【０００５】
一方、電子デバイス等の工場では、さまざまな目的で窒素ガスが利用される。これは、原料の加工中に発火しやすい物質の取り扱いや、耐熱限界以上の温度で接合処理を行うことがあるからである。そのため、このような工場では、窒素ガスの製造装置を個別に有する場合が多い。
【０００６】
窒素ガスの製造は、深冷分離法や、膜分離法、ＰＳＡ式ガス分離法といった方法を利用する。いずれの方法も、空気を原材料とし、空気中の窒素以外の物質を分離することで窒素ガスを得るものである。空気中で窒素の次に多く含まれる成分は酸素であるので、窒素ガスを製造すると、その副産物として酸素リッチな空気（以後「酸素富化ガス」と呼ぶ）を得る事ができる。
【０００７】
以上のように電子デバイス等の工場では、排水処理システムと窒素ガス製造装置が併設される場合が多い。そこで、これらの設備全体としての省エネ運転が課題となる。
【０００８】
特許文献１には、窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを好気性処理槽への曝気へ混入させることで、好気性処理槽中の酸素量を増やし、曝気を供給する曝気装置の省エネと酸素富化ガスの効率的な利用を狙った発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２２９４３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを排水浄化システムで利用するのは、窒素ガス製造装置の効率的な利用である。しかし、排水処理システム自体がさまざまな副産物を排出するので、これらの利用をさらに検討する余地がある。本発明は、このような見地から工場内設備である窒素ガス製造装置と排水処理システムの、より効率的な利用を目指して想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、嫌気槽から排出される窒素ガスを窒素ガス製造装置の製造ガスとともに、工場内のユースポイントで利用する。具体的には、本発明の排水処理方法は、
窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、
前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、
前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、
前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の排水処理システムは、
原料空気を取り込む吸入口と
生成した窒素を送出する主ガス送出口と
副生産された酸素富化ガスを送出する副ガス送出口を有する窒素ガス製造装置と、
有機物を含む排水を導入し嫌気雰囲気で一次処理水を得る嫌気槽と、
前記一次処理水を導入し好気雰囲気で二次処理水を得る好気槽と、
空気を吸入し前記好気槽へ曝気を供給する曝気装置と、
前記嫌気槽からの放出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記嫌気槽から、前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える三方弁と、
前記酸素濃度計の出力値に応じて前記三方弁を切り替える制御装置を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、嫌気槽から排出される放出ガス（窒素リッチなガス）を、工場内で利用するために窒素ガス製造装置で製造した窒素ガスと共に、工場内のユースポイントで利用するので、排水処理システムを有効に利用することができる。
【００１４】
また、さらに窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを好気槽の曝気に混入させることで、工場設備の効率的な運用および省エネを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の排水処理システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の排水処理システムを図を用いて説明する。なお、本実施の形態での説明は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲内で本説明以外の形態へ変更することを妨げるものではない。
【００１７】
図１には、本発明の排水処理システム１の概要を示す。工場からの有機性排水５０は、まず嫌気槽２に送られる。嫌気槽２には、脱窒菌が生成している。これらの微生物は、有機物と亜硝酸や硝酸などの硝酸性窒素物質を使って増殖する従属栄養細菌と呼ばれる微生物である。これらの微生物は、嫌気性雰囲気中では、酸素の代わりに硝酸性窒素物質で代謝を行い、窒素を放出する。また、この際に有機物をアンモニア性窒素物質に分解する。
【００１８】
アンモニア性窒素物質に分解された有機性排水（以後「一次処理水５１」とも呼ぶ。）は、好気槽３に移される。好気槽３では、硝化菌が発生しており、酸素の存在下でアンモニア性窒素物質を亜硝酸や硝酸（硝酸性窒素物質）に分解する。
【００１９】
好気槽３で生成された硝酸性窒素物質５３は、一部が嫌気槽２へ返される。脱窒菌が必要な硝酸性窒素物質の供給のためである。また、嫌気槽２ではアンモニア性窒素物質が生成されるが、その際の副産物として生成される水酸基は、好気槽３へ一次処理水５１の一部として送られる。好気槽３中の硝化菌はもともと中性で活動するが、アンモニア性窒素物質を分解して硝酸性窒素物質を生成すると、水素イオンが発生し、好気槽３の中が酸性になってしまう。一次処理水５１中の水酸基は、これを中和するために使われる。
【００２０】
好気槽３で処理された排水５２（以後「二次処理水５２」とも呼ぶ）は、沈殿槽（図示せず）に送られ、汚泥を沈殿させる。汚泥は、硝化菌といった微生物の集合体であるので、定期的に汲みだして好気槽３へ返される。
【００２１】
また、好気槽３には、液中を好気性雰囲気にするために、曝気装置４が配設される。曝気装置４は、大気４０ａをブロア５で吸引し、好気槽３の底に配置した散気管６から吹き出す装置である。ブロア５で大気４０ａを吸引する際に、酸素富化装置７中の酸素富化膜８を通過させて酸素濃度を高くした気体を送ることで、処理の効果をより高くすることができる。
【００２２】
次に窒素ガス製造装置１０について同じく図１を参照して説明する。窒素ガス製造装置１０としては、ＰＳＡ（プレッシャー・スイング・吸着）式ガス分離装置を例示する。ＰＳＡ式ガス分離装置には、吸着槽が２連（１１ａと１１ｂ）装備されている。なお、２連の吸着槽をまとめて示す場合は、吸着槽１１という。この吸着槽１１には、分子篩炭（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ）が充填されている。この分子篩炭は、分子の大きさによって吸着速度に差がある。
【００２３】
そして、吸着時に加圧すると分子の小さい酸素が、酸素より分子の大きな窒素より早く吸着される。逆に、減圧すると吸着した酸素が脱着する。そこで、２連の吸着槽１１を交互に加圧減圧を繰り返すことで、窒素ガスと酸素富化ガスを得る事ができる。
【００２４】
より具体的には、例えば吸着槽１１ｂで加圧しながら原料空気４０を流すことで酸素を吸着させ窒素ガス４１Ｎを得ている場合は、他の吸着槽１１ａは、減圧し分子篩炭に吸着した酸素４１ｏを放出させる。これらは、図示しないバルブと圧力および減圧装置によって行われる。なお、分子篩炭に吸着した酸素を放出させることを逆洗と呼ぶ。
【００２５】
従って、窒素ガス製造装置１０には、原料空気４０を取り込む吸入口１０ａと、原料空気４０から分離した主ガスとなる窒素ガス４１を送出する主ガス送出口１０ｂと、副産物として得られる酸素富化ガス４２を送出する副ガス送出口１０ｃを有する。副ガスである酸素富化ガス４２は、直接若しくは昇圧装置１３を介して、ブロア５に酸素富化ガス４２ｂを供給する酸素富化装置７に、若しくはブロア５が吐き出し散気管６に送られるパイプ中に、供給される。曝気中に酸素を混入させることで、曝気量が少なくても好気槽３は十分に好気性雰囲気を維持することができる。
【００２６】
酸素富化装置７は、大気４０ａを酸素富化膜８に通すことによって酸素富化ガス４２ｂを得ているが、窒素ガス製造装置１０からの副産物である酸素富化ガス４２ａが投入されると、より高い酸素濃度を有する酸素富化ガス４２ｂを容易に得る事ができ、酸素富化膜８の効率的な利用を図ることができる。この点は、設備全体から見て低コストに寄与する。なお、酸素富化装置７を通過しているか否かに関わらず、酸素富化ガス４２ａがブロア５に供給されていれば、酸素富化ガス４２ａは曝気装置４に送り込まれていると言える。
【００２７】
なお、ＰＳＡ式ガス分離装置１０では、空気から酸素を分離して窒素を得るので、酸素および窒素以外の成分である、浮遊物、水分、二酸化炭素といった不純物とみなされる物質は、フィルタ、冷却、二酸化炭素吸着といった方法で、空気から分離するような前処理工程を行ってもよい。図１では、前処理工程を行う機器を、一括して前処理装置１２として表したが、それぞれ別々の装置で構成してもよい。
【００２８】
窒素ガス製造装置１０で製造された窒素ガス４１は、一度バッファタンク１４に貯留され、配管等によって工場内使用窒素ガス４７として工場内のユースポイント１８に送られる。
【００２９】
次に本発明特有の構成について説明する。本発明では、嫌気槽２内で発生する窒素ガスをそのまま廃棄するのではなく、窒素ガス製造装置１０の原料として利用する。そのため、密閉された嫌気槽２から排出された放出ガス４４中の酸素濃度を検出する酸素濃度計２０と、嫌気槽２から窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側と、窒素ガス製造装置１０の主ガス送出口１０ｂの下流側へ流路を切り替えることができる三方弁２２と、酸素濃度計２０による酸素濃度に応じて三方弁２２を制御する制御装置２１を有する。
【００３０】
嫌気槽２中の脱窒菌は、有機物をアンモニア性窒素物質にまで分解するが、その際に硝酸若しくは亜硝酸を消費し、水（水酸基）と窒素ガスを放出する。したがって嫌気槽２からは、窒素ガスが放出される。そこで、嫌気槽２から放出されたガスを、窒素ガス製造装置１０の原料空気４０とすることで、分離しなければならない酸素量が少なくて済む。
【００３１】
特に窒素ガス製造装置１０がＰＳＡ式ガス分離方式の場合においては、原料空気４０中の酸素を分子篩炭に吸着させることで窒素ガスを得ているので、原料空気４０中の酸素が少なければ、分離させる酸素量が少なくてよい。その結果、２連の吸着槽１１の切替時間を長くすることができるので、窒素ガス製造装置１０を効率的に運転できるという効果を奏する。このような効果は、深冷分離法や膜分離法などに比べＰＳＡ式ガス分離方式の場合に、より顕著に表れる。
【００３２】
酸素濃度計２０は、嫌気槽２から放出された放出ガス４４中の酸素濃度を計測するもので、方式は特に限定されるものではなく、磁気式、ジルコニア式、限界電流式といった方式を利用することができる。本発明では、酸素濃度計２０は持ち運び性や小型化を考慮する必要はないからである。ただし、計測した酸素濃度を電気式若しくは光学式に出力する出力端子を有する必要がある。三方弁２２を制御する制御装置２１に伝達するためである。なお、酸素濃度計２０は、窒素濃度計に置き換えてもよい。ただし、酸素濃度計２０であれば、嫌気槽２中の酸素濃度を常にモニタできるので、嫌気槽２の清掃作業における作業員の安全性も確保できるので好適である。
【００３３】
制御装置２１も構成は特に限定されることはなく、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリの組合せで構成されていてもよいし、ＰＩＤ制御や所謂シーケンサと呼ばれるものであってもよい。制御の対象が複雑ではないからである。
【００３４】
三方弁２２は、嫌気槽２からの放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側と、主ガス送出口１０ｂの下流側のどちらかに流路変更をするように設置される。吸入口１０ａの上流側とは、吸入口１０ａであってもよいし、また吸入口１０ａに引き込まれる空気に混入させるような位置であってもよい。より具体的には、粉塵や水分、二酸化炭素を分離する前処理装置１２の直後などである。
【００３５】
主ガス送出口１０ｂの下流側とは、主ガス送出口１０ｂであってもよいし、バッファタンク１４であってもよい。また、主ガス送出口１０ｂの下流側は、バッファタンク１４に送る前に設けられた貯留場所であってもよい。具体的には、昇圧装置２３などである。嫌気槽２から三方弁２２を通じて流れる窒素ガス４５は、量的には窒素ガス製造装置１０からの窒素ガス４１と比較して少ないので、直接バッファタンク１４や主ガス送出口１０ｂに接続しては、窒素ガスが逆流するおそれもあるからである。
【００３６】
三方弁２２も制御装置２１によって流路を切り替えることができれば、タイプに限定されない。中を流す気体に腐食性のガスが混入するおそれは少ないからである。
【００３７】
次に本発明の排水処理システム１の動作について説明する。工場内で生成された有機性排水５０は、嫌気槽２に送られ、有機物がアンモニア性窒素物質に分解され一次処理水５１となる。一次処理水５１は、好気槽３に送られ、硝酸性窒素物質にまで分解される。硝酸性窒素物質は一部脱窒菌用として嫌気槽２にもどされる（５３）。また、好気槽３では処理液が酸性となるが、一次処理水５１がアルカリ性のため中和される。
【００３８】
有機物が十分に分解された処理水は、二次処理水５２として沈殿槽に送られ、上澄みは全窒素計などで窒素含有量を確認した後、放流される。
【００３９】
一方、窒素ガス製造装置１０は、前処理された原料空気４０を取り込み、酸素を吸着分離することで窒素ガス４１を主ガス送出口１０ｂから、また副産物として酸素富化ガス４２を副ガス送出口１０ｃから送出する。窒素ガス４１はバッファタンク１４に送られ、そこからユースポイント１８に工場内で利用する窒素ガス４７として送られる。酸素富化ガス４２は、昇圧装置１３を用いて昇圧した後、酸素富化装置７を介してブロア５から曝気として好気槽３内の散気管６に送られる。
【００４０】
嫌気槽２からの放出ガス４４は、酸素濃度計２０によって酸素濃度が測定される。測定値は、信号Ｓｏとして制御装置２１に送られる。制御装置２１は、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素量が十分に低い濃度であれば、三方弁２２で窒素ガス製造装置１０の下流側に流路を切り替える。すなわち、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素濃度が十分に低いということは、放出ガス４４中の窒素濃度がそのままでも十分に工場内で使用できるほど高いと判断して、放出ガス４４をそのまま工場内で利用する。もちろん、昇圧装置２３を介してバッファタンク１４に送ってもよいし、そのまま、特定のユースポイント１８に送ってもよい。
【００４１】
なお、主ガス送出口１０ｂの下流側に流路を変更する場合は、制御装置２１は少なくともその旨の信号Ｓｄを生成する。すなわち、この制御装置２１が昇圧装置２３自体を制御している場合は、信号Ｓｄを内部信号として用い、昇圧装置２３を駆動させる。また、昇圧装置２３が独自で制御部を有する場合は、制御装置２１は信号Ｓｄを昇圧装置２３の制御部に送信する。昇圧装置２３の制御部はこの信号Ｓｄによって駆動のタイミングを知る。
【００４２】
もし、酸素濃度計２０からの信号Ｓｏによって放出ガス４４中には、酸素が多く含まれていると判断された場合は、制御装置２１は、放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａ上流側に流路を切り替える。すなわち、放出ガス４４ａを窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として使用する。なお、制御装置２１から三方弁２２への信号はＣｐとする。
【００４３】
酸素濃度が高いといっても、嫌気槽２から放出される放出ガス４４は、通常の空気より窒素リッチな気体なので、窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として利用することで、吸着槽１１の切替時間を長くすることができる。吸着すべき酸素量が少ないからである。これは、逆洗の時間を短くでき、吸着槽１１の延命化という効果も奏する。
【００４４】
従って、放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０に流す際には、ＰＳＡ式ガス分離装置１０の分離タンクの切替時間を長くするように制御することができる。ここで、酸素濃度計２０によって三方弁２２を制御する制御装置２１は、少なくとも放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側に送るという信号Ｓｓを生成する。すなわち、この制御装置２１自体がＰＳＡ式ガス分離装置１０の運転を制御してもよいし、ＰＳＡ式ガス分離装置１０を制御する制御部に、この信号Ｓｓを送信してもよい。ＰＳＡ式ガス分離装置１０が独自に制御部を有する場合は、制御部は信号Ｓｓを受信することで、吸着槽１１の切替時間を長めに変更する。
【００４５】
以上のように、本発明の排水処理システム１は、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素濃度の高低によって放出ガス４４中の窒素ガス濃度を判断し、工場内で使用される窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として、若しくは使用される窒素ガス４５ａとして利用することとしたので、工場の設備全体の効率的な運転ができる。また、窒素リッチな空気を窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として利用することができるので、窒素ガス４１を効率的に製造することができる。特に窒素ガス製造装置１０がＰＳＡ式ガス分離方式である場合は、吸着分離する酸素量が少ないので、効率的な運転をすることができる。
【００４６】
なお、放出ガス４４中の酸素濃度の測定については、放出ガス４４中の窒素ガス濃度を判断するための基データの取得が目的であるので、放出ガス４４の窒素ガス濃度を直接測定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の排水処理システムは、半導体、電池といった電子デバイス製造工場を始め、化学工場、食品製造工場等、各種のプラント設備で窒素ガス製造装置と排水処理システムを共設している場所で利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排水処理システム
２ 嫌気槽
３ 好気槽
４ 曝気装置
５ ブロア
６ 散気管
７ 酸素富化装置
８ 酸素富化膜
１０ 窒素ガス製造装置（ＰＳＡ式ガス分離装置）
１０ａ 吸入口
１０ｂ 主ガス送出口
１０ｃ 副ガス送出口
１１、１１ａ、１１ｂ 吸着槽
１２ 前処理装置
１３ 昇圧装置
１４ バッファタンク
１８ ユースポイント
２０ 酸素濃度計
２１ 制御装置
２２ 三方弁
２３ 昇圧装置
４０ 原料空気
４０ａ 大気
４１、４１Ｎ 窒素ガス
４１ｏ 酸素
４２、４２ａ、４２ｂ 酸素富化ガス
４４ 放出ガス
４５、４５ａ、４７ 窒素ガス
５０ 有機性排水
５１ 一次処理水
５２ 二次処理水
５３ 嫌気槽中の硝酸や亜硝酸（硝酸性窒素物質）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や電池といった電子デバイス等の製造工場で使用される排水処理方法および排水処理システムにかかわるものであり、特に工場内で使用される窒素ガス製造装置と排水処理装置を組み合わせる事によって、工場全体として省エネ、低コストを達成しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス等の工場では、主として洗浄や原料加工のために、有機溶媒が使用される。これらの有機溶媒は、排水として廃棄されるが、環境汚染につながるために、そのまま廃棄するわけにはいかない。そのため、これらの排水を、環境に無害な物質に浄化するために、排水処理システムが提案されている。
【０００３】
有機溶媒等の窒素含有排水（以後「有機性排水」という。）の浄化処理にはいくつかの方法があるが、大気汚染がなく、コストも安価にできるという理由から微生物を利用した処理方法が多用されている。この処理方法の基本的な考え方は、有機性排水を嫌気性雰囲気中の脱窒菌を利用してアンモニア性窒素物質まで分解し、次にそのアンモニア性窒素物質を好気性雰囲気中の硝化菌を利用して硝酸性窒素物質に分解するというものである。硝酸性窒素物質は、再び脱窒菌を利用して窒素と水に分解することができる。
【０００４】
従って、排水処理システムには、有機性排水を嫌気性雰囲気で分解する嫌気槽と、嫌気槽で生成されたアンモニア性窒素物質を分解する好気槽を有する。また、好気槽は槽内を好気性雰囲気にするために、空気を送風する曝気装置が備えられる。
【０００５】
一方、電子デバイス等の工場では、さまざまな目的で窒素ガスが利用される。これは、原料の加工中に発火しやすい物質の取り扱いや、耐熱限界以上の温度で接合処理を行うことがあるからである。そのため、このような工場では、窒素ガスの製造装置を個別に有する場合が多い。
【０００６】
窒素ガスの製造は、深冷分離法や、膜分離法、ＰＳＡ式ガス分離法といった方法を利用する。いずれの方法も、空気を原材料とし、空気中の窒素以外の物質を分離することで窒素ガスを得るものである。空気中で窒素の次に多く含まれる成分は酸素であるので、窒素ガスを製造すると、その副産物として酸素リッチな空気（以後「酸素富化ガス」と呼ぶ）を得る事ができる。
【０００７】
以上のように電子デバイス等の工場では、排水処理システムと窒素ガス製造装置が併設される場合が多い。そこで、これらの設備全体としての省エネ運転が課題となる。
【０００８】
特許文献１には、窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを好気性処理槽への曝気へ混入させることで、好気性処理槽中の酸素量を増やし、曝気を供給する曝気装置の省エネと酸素富化ガスの効率的な利用を狙った発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２２９４３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを排水浄化システムで利用するのは、窒素ガス製造装置の効率的な利用である。しかし、排水処理システム自体がさまざまな副産物を排出するので、これらの利用をさらに検討する余地がある。本発明は、このような見地から工場内設備である窒素ガス製造装置と排水処理システムの、より効率的な利用を目指して想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、嫌気槽から排出される窒素ガスを窒素ガス製造装置の製造ガスとともに、工場内のユースポイントで利用する。具体的には、本発明の排水処理方法は、
窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、
前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、
前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、
前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の排水処理システムは、
原料空気を取り込む吸入口と
生成した窒素を送出する主ガス送出口と
副生産された酸素富化ガスを送出する副ガス送出口を有する窒素ガス製造装置と、
有機物を含む排水を導入し嫌気雰囲気で一次処理水を得る嫌気槽と、
前記一次処理水を導入し好気雰囲気で二次処理水を得る好気槽と、
空気を吸入し前記好気槽へ曝気を供給する曝気装置と、
前記嫌気槽からの放出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記嫌気槽から、前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える三方弁と、
前記酸素濃度計の出力値に応じて前記三方弁を切り替える制御装置を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、嫌気槽から排出される放出ガス（窒素リッチなガス）を、工場内で利用するために窒素ガス製造装置で製造した窒素ガスと共に、工場内のユースポイントで利用するので、排水処理システムを有効に利用することができる。
【００１４】
また、さらに窒素ガス製造装置の副産物である酸素富化ガスを好気槽の曝気に混入させることで、工場設備の効率的な運用および省エネを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の排水処理システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の排水処理システムを図を用いて説明する。なお、本実施の形態での説明は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲内で本説明以外の形態へ変更することを妨げるものではない。
【００１７】
図１には、本発明の排水処理システム１の概要を示す。工場からの有機性排水５０は、まず嫌気槽２に送られる。嫌気槽２には、脱窒菌が生成している。これらの微生物は、有機物と亜硝酸や硝酸などの硝酸性窒素物質を使って増殖する従属栄養細菌と呼ばれる微生物である。これらの微生物は、嫌気性雰囲気中では、酸素の代わりに硝酸性窒素物質で代謝を行い、窒素を放出する。また、この際に有機物をアンモニア性窒素物質に分解する。
【００１８】
アンモニア性窒素物質に分解された有機性排水（以後「一次処理水５１」とも呼ぶ。）は、好気槽３に移される。好気槽３では、硝化菌が発生しており、酸素の存在下でアンモニア性窒素物質を亜硝酸や硝酸（硝酸性窒素物質）に分解する。
【００１９】
好気槽３で生成された硝酸性窒素物質５３は、一部が嫌気槽２へ返される。脱窒菌が必要な硝酸性窒素物質の供給のためである。また、嫌気槽２ではアンモニア性窒素物質が生成されるが、その際の副産物として生成される水酸基は、好気槽３へ一次処理水５１の一部として送られる。好気槽３中の硝化菌はもともと中性で活動するが、アンモニア性窒素物質を分解して硝酸性窒素物質を生成すると、水素イオンが発生し、好気槽３の中が酸性になってしまう。一次処理水５１中の水酸基は、これを中和するために使われる。
【００２０】
好気槽３で処理された排水５２（以後「二次処理水５２」とも呼ぶ）は、沈殿槽（図示せず）に送られ、汚泥を沈殿させる。汚泥は、硝化菌といった微生物の集合体であるので、定期的に汲みだして好気槽３へ返される。
【００２１】
また、好気槽３には、液中を好気性雰囲気にするために、曝気装置４が配設される。曝気装置４は、大気４０ａをブロア５で吸引し、好気槽３の底に配置した散気管６から吹き出す装置である。ブロア５で大気４０ａを吸引する際に、酸素富化装置７中の酸素富化膜８を通過させて酸素濃度を高くした気体を送ることで、処理の効果をより高くすることができる。
【００２２】
次に窒素ガス製造装置１０について同じく図１を参照して説明する。窒素ガス製造装置１０としては、ＰＳＡ（プレッシャー・スイング・吸着）式ガス分離装置を例示する。ＰＳＡ式ガス分離装置には、吸着槽が２連（１１ａと１１ｂ）装備されている。なお、２連の吸着槽をまとめて示す場合は、吸着槽１１という。この吸着槽１１には、分子篩炭（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ）が充填されている。この分子篩炭は、分子の大きさによって吸着速度に差がある。
【００２３】
そして、吸着時に加圧すると分子の小さい酸素が、酸素より分子の大きな窒素より早く吸着される。逆に、減圧すると吸着した酸素が脱着する。そこで、２連の吸着槽１１を交互に加圧減圧を繰り返すことで、窒素ガスと酸素富化ガスを得る事ができる。
【００２４】
より具体的には、例えば吸着槽１１ｂで加圧しながら原料空気４０を流すことで酸素を吸着させ窒素ガス４１Ｎを得ている場合は、他の吸着槽１１ａは、減圧し分子篩炭に吸着した酸素４１ｏを放出させる。これらは、図示しないバルブと圧力および減圧装置によって行われる。なお、分子篩炭に吸着した酸素を放出させることを逆洗と呼ぶ。
【００２５】
従って、窒素ガス製造装置１０には、原料空気４０を取り込む吸入口１０ａと、原料空気４０から分離した主ガスとなる窒素ガス４１を送出する主ガス送出口１０ｂと、副産物として得られる酸素富化ガス４２を送出する副ガス送出口１０ｃを有する。副ガスである酸素富化ガス４２は、直接若しくは昇圧装置１３を介して、ブロア５に酸素富化ガス４２ｂを供給する酸素富化装置７に、若しくはブロア５が吐き出し散気管６に送られるパイプ中に、供給される。曝気中に酸素を混入させることで、曝気量が少なくても好気槽３は十分に好気性雰囲気を維持することができる。
【００２６】
酸素富化装置７は、大気４０ａを酸素富化膜８に通すことによって酸素富化ガス４２ｂを得ているが、窒素ガス製造装置１０からの副産物である酸素富化ガス４２ａが投入されると、より高い酸素濃度を有する酸素富化ガス４２ｂを容易に得る事ができ、酸素富化膜８の効率的な利用を図ることができる。この点は、設備全体から見て低コストに寄与する。なお、酸素富化装置７を通過しているか否かに関わらず、酸素富化ガス４２ａがブロア５に供給されていれば、酸素富化ガス４２ａは曝気装置４に送り込まれていると言える。
【００２７】
なお、ＰＳＡ式ガス分離装置１０では、空気から酸素を分離して窒素を得るので、酸素および窒素以外の成分である、浮遊物、水分、二酸化炭素といった不純物とみなされる物質は、フィルタ、冷却、二酸化炭素吸着といった方法で、空気から分離するような前処理工程を行ってもよい。図１では、前処理工程を行う機器を、一括して前処理装置１２として表したが、それぞれ別々の装置で構成してもよい。
【００２８】
窒素ガス製造装置１０で製造された窒素ガス４１は、一度バッファタンク１４に貯留され、配管等によって工場内使用窒素ガス４７として工場内のユースポイント１８に送られる。
【００２９】
次に本発明特有の構成について説明する。本発明では、嫌気槽２内で発生する窒素ガスをそのまま廃棄するのではなく、窒素ガス製造装置１０の原料として利用する。そのため、密閉された嫌気槽２から排出された放出ガス４４中の酸素濃度を検出する酸素濃度計２０と、嫌気槽２から窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側と、窒素ガス製造装置１０の主ガス送出口１０ｂの下流側へ流路を切り替えることができる三方弁２２と、酸素濃度計２０による酸素濃度に応じて三方弁２２を制御する制御装置２１を有する。
【００３０】
嫌気槽２中の脱窒菌は、有機物をアンモニア性窒素物質にまで分解するが、その際に硝酸若しくは亜硝酸を消費し、水（水酸基）と窒素ガスを放出する。したがって嫌気槽２からは、窒素ガスが放出される。そこで、嫌気槽２から放出されたガスを、窒素ガス製造装置１０の原料空気４０とすることで、分離しなければならない酸素量が少なくて済む。
【００３１】
特に窒素ガス製造装置１０がＰＳＡ式ガス分離方式の場合においては、原料空気４０中の酸素を分子篩炭に吸着させることで窒素ガスを得ているので、原料空気４０中の酸素が少なければ、分離させる酸素量が少なくてよい。その結果、２連の吸着槽１１の切替時間を長くすることができるので、窒素ガス製造装置１０を効率的に運転できるという効果を奏する。このような効果は、深冷分離法や膜分離法などに比べＰＳＡ式ガス分離方式の場合に、より顕著に表れる。
【００３２】
酸素濃度計２０は、嫌気槽２から放出された放出ガス４４中の酸素濃度を計測するもので、方式は特に限定されるものではなく、磁気式、ジルコニア式、限界電流式といった方式を利用することができる。本発明では、酸素濃度計２０は持ち運び性や小型化を考慮する必要はないからである。ただし、計測した酸素濃度を電気式若しくは光学式に出力する出力端子を有する必要がある。三方弁２２を制御する制御装置２１に伝達するためである。なお、酸素濃度計２０は、窒素濃度計に置き換えてもよい。ただし、酸素濃度計２０であれば、嫌気槽２中の酸素濃度を常にモニタできるので、嫌気槽２の清掃作業における作業員の安全性も確保できるので好適である。
【００３３】
制御装置２１も構成は特に限定されることはなく、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリの組合せで構成されていてもよいし、ＰＩＤ制御や所謂シーケンサと呼ばれるものであってもよい。制御の対象が複雑ではないからである。
【００３４】
三方弁２２は、嫌気槽２からの放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側と、主ガス送出口１０ｂの下流側のどちらかに流路変更をするように設置される。吸入口１０ａの上流側とは、吸入口１０ａであってもよいし、また吸入口１０ａに引き込まれる空気に混入させるような位置であってもよい。より具体的には、粉塵や水分、二酸化炭素を分離する前処理装置１２の直後などである。
【００３５】
主ガス送出口１０ｂの下流側とは、主ガス送出口１０ｂであってもよいし、バッファタンク１４であってもよい。また、主ガス送出口１０ｂの下流側は、バッファタンク１４に送る前に設けられた貯留場所であってもよい。具体的には、昇圧装置２３などである。嫌気槽２から三方弁２２を通じて流れる窒素ガス４５は、量的には窒素ガス製造装置１０からの窒素ガス４１と比較して少ないので、直接バッファタンク１４や主ガス送出口１０ｂに接続しては、窒素ガスが逆流するおそれもあるからである。
【００３６】
三方弁２２も制御装置２１によって流路を切り替えることができれば、タイプに限定されない。中を流す気体に腐食性のガスが混入するおそれは少ないからである。
【００３７】
次に本発明の排水処理システム１の動作について説明する。工場内で生成された有機性排水５０は、嫌気槽２に送られ、有機物がアンモニア性窒素物質に分解され一次処理水５１となる。一次処理水５１は、好気槽３に送られ、硝酸性窒素物質にまで分解される。硝酸性窒素物質は一部脱窒菌用として嫌気槽２にもどされる（５３）。また、好気槽３では処理液が酸性となるが、一次処理水５１がアルカリ性のため中和される。
【００３８】
有機物が十分に分解された処理水は、二次処理水５２として沈殿槽に送られ、上澄みは全窒素計などで窒素含有量を確認した後、放流される。
【００３９】
一方、窒素ガス製造装置１０は、前処理された原料空気４０を取り込み、酸素を吸着分離することで窒素ガス４１を主ガス送出口１０ｂから、また副産物として酸素富化ガス４２を副ガス送出口１０ｃから送出する。窒素ガス４１はバッファタンク１４に送られ、そこからユースポイント１８に工場内で利用する窒素ガス４７として送られる。酸素富化ガス４２は、昇圧装置１３を用いて昇圧した後、酸素富化装置７を介してブロア５から曝気として好気槽３内の散気管６に送られる。
【００４０】
嫌気槽２からの放出ガス４４は、酸素濃度計２０によって酸素濃度が測定される。測定値は、信号Ｓｏとして制御装置２１に送られる。制御装置２１は、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素量が十分に低い濃度であれば、三方弁２２で窒素ガス製造装置１０の下流側に流路を切り替える。すなわち、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素濃度が十分に低いということは、放出ガス４４中の窒素濃度がそのままでも十分に工場内で使用できるほど高いと判断して、放出ガス４４をそのまま工場内で利用する。もちろん、昇圧装置２３を介してバッファタンク１４に送ってもよいし、そのまま、特定のユースポイント１８に送ってもよい。
【００４１】
なお、主ガス送出口１０ｂの下流側に流路を変更する場合は、制御装置２１は少なくともその旨の信号Ｓｄを生成する。すなわち、この制御装置２１が昇圧装置２３自体を制御している場合は、信号Ｓｄを内部信号として用い、昇圧装置２３を駆動させる。また、昇圧装置２３が独自で制御部を有する場合は、制御装置２１は信号Ｓｄを昇圧装置２３の制御部に送信する。昇圧装置２３の制御部はこの信号Ｓｄによって駆動のタイミングを知る。
【００４２】
もし、酸素濃度計２０からの信号Ｓｏによって放出ガス４４中には、酸素が多く含まれていると判断された場合は、制御装置２１は、放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａ上流側に流路を切り替える。すなわち、放出ガス４４ａを窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として使用する。なお、制御装置２１から三方弁２２への信号はＣｐとする。
【００４３】
酸素濃度が高いといっても、嫌気槽２から放出される放出ガス４４は、通常の空気より窒素リッチな気体なので、窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として利用することで、吸着槽１１の切替時間を長くすることができる。吸着すべき酸素量が少ないからである。これは、逆洗の時間を短くでき、吸着槽１１の延命化という効果も奏する。
【００４４】
従って、放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０に流す際には、ＰＳＡ式ガス分離装置１０の分離タンクの切替時間を長くするように制御することができる。ここで、酸素濃度計２０によって三方弁２２を制御する制御装置２１は、少なくとも放出ガス４４を窒素ガス製造装置１０の吸入口１０ａの上流側に送るという信号Ｓｓを生成する。すなわち、この制御装置２１自体がＰＳＡ式ガス分離装置１０の運転を制御してもよいし、ＰＳＡ式ガス分離装置１０を制御する制御部に、この信号Ｓｓを送信してもよい。ＰＳＡ式ガス分離装置１０が独自に制御部を有する場合は、制御部は信号Ｓｓを受信することで、吸着槽１１の切替時間を長めに変更する。
【００４５】
以上のように、本発明の排水処理システム１は、嫌気槽２からの放出ガス４４中の酸素濃度の高低によって放出ガス４４中の窒素ガス濃度を判断し、工場内で使用される窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として、若しくは使用される窒素ガス４５ａとして利用することとしたので、工場の設備全体の効率的な運転ができる。また、窒素リッチな空気を窒素ガス製造装置１０の原料空気４０として利用することができるので、窒素ガス４１を効率的に製造することができる。特に窒素ガス製造装置１０がＰＳＡ式ガス分離方式である場合は、吸着分離する酸素量が少ないので、効率的な運転をすることができる。
【００４６】
なお、放出ガス４４中の酸素濃度の測定については、放出ガス４４中の窒素ガス濃度を判断するための基データの取得が目的であるので、放出ガス４４の窒素ガス濃度を直接測定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の排水処理システムは、半導体、電池といった電子デバイス製造工場を始め、化学工場、食品製造工場等、各種のプラント設備で窒素ガス製造装置と排水処理システムを共設している場所で利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排水処理システム
２ 嫌気槽
３ 好気槽
４ 曝気装置
５ ブロア
６ 散気管
７ 酸素富化装置
８ 酸素富化膜
１０ 窒素ガス製造装置（ＰＳＡ式ガス分離装置）
１０ａ 吸入口
１０ｂ 主ガス送出口
１０ｃ 副ガス送出口
１１、１１ａ、１１ｂ 吸着槽
１２ 前処理装置
１３ 昇圧装置
１４ バッファタンク
１８ ユースポイント
２０ 酸素濃度計
２１ 制御装置
２２ 三方弁
２３ 昇圧装置
４０ 原料空気
４０ａ 大気
４１、４１Ｎ 窒素ガス
４１ｏ 酸素
４２、４２ａ、４２ｂ 酸素富化ガス
４４ 放出ガス
４５、４５ａ、４７ 窒素ガス
５０ 有機性排水
５１ 一次処理水
５２ 二次処理水
５３ 嫌気槽中の硝酸や亜硝酸（硝酸性窒素物質）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、
前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、
前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、
前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記曝気中に酸素富化ガスを供給する工程をさらに有する請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記窒素製造ガス装置が窒素を製造する際に副生成する酸素富化空気を前記酸素富化ガスとして前記曝気中に供給する工程を有する請求項２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記窒素ガス製造装置はＰＳＡ式ガス分離である請求項１乃至３に記載された排水処理方法。
【請求項５】
原料空気を取り込む吸入口と
生成した窒素を送出する主ガス送出口と
副生産された酸素富化ガスを送出する副ガス送出口を有する窒素ガス製造装置と、
有機物を含む排水を導入し嫌気雰囲気で一次処理水を得る嫌気槽と、
前記一次処理水を導入し好気雰囲気で二次処理水を得る好気槽と、
空気を吸入し前記好気槽へ曝気を供給する曝気装置と、
前記嫌気槽からの放出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記嫌気槽から、前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える三方弁と、
前記酸素濃度計の出力値に応じて前記三方弁を切り替える制御装置を有する排水処理システム。
【請求項６】
前記曝気装置は、大気吸引側に酸素富化装置を有する請求項５に記載された排水処理システム。
【請求項７】
前記副ガス送出口からの酸素富化ガスは前記曝気装置に送りこまれる請求項６に記載された排水処理システム。
【請求項８】
前記窒素ガス製造装置はＰＳＡ式ガス分離装置である請求項５乃至７のうちの１の請求項に記載された排水処理システム。
【請求項９】
前記制御装置は前記三方弁を前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える際には、それぞれ個別の信号を生成する請求項５乃至８のうちの１の請求項に記載された排水処理システム。
【請求項１】
窒素ガス製造装置を用いる施設から排出される排水を嫌気槽中で処理し一次処理水を得る嫌気処理工程と、
前記一次処理水を曝気が供給された好気槽中で処理し二次処理水を得る好気処理工程を有する排水処理方法であって、
前記嫌気処理工程で発生した放出気体を前記窒素ガス製造装置の原料空気とする工程と、
前記放出気体中の窒素濃度が所定値以上であった場合は、前記窒素ガス製造装置の製造した窒素ガスと混合する工程とを有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記曝気中に酸素富化ガスを供給する工程をさらに有する請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記窒素製造ガス装置が窒素を製造する際に副生成する酸素富化空気を前記酸素富化ガスとして前記曝気中に供給する工程を有する請求項２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記窒素ガス製造装置はＰＳＡ式ガス分離である請求項１乃至３に記載された排水処理方法。
【請求項５】
原料空気を取り込む吸入口と
生成した窒素を送出する主ガス送出口と
副生産された酸素富化ガスを送出する副ガス送出口を有する窒素ガス製造装置と、
有機物を含む排水を導入し嫌気雰囲気で一次処理水を得る嫌気槽と、
前記一次処理水を導入し好気雰囲気で二次処理水を得る好気槽と、
空気を吸入し前記好気槽へ曝気を供給する曝気装置と、
前記嫌気槽からの放出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計と、
前記嫌気槽から、前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える三方弁と、
前記酸素濃度計の出力値に応じて前記三方弁を切り替える制御装置を有する排水処理システム。
【請求項６】
前記曝気装置は、大気吸引側に酸素富化装置を有する請求項５に記載された排水処理システム。
【請求項７】
前記副ガス送出口からの酸素富化ガスは前記曝気装置に送りこまれる請求項６に記載された排水処理システム。
【請求項８】
前記窒素ガス製造装置はＰＳＡ式ガス分離装置である請求項５乃至７のうちの１の請求項に記載された排水処理システム。
【請求項９】
前記制御装置は前記三方弁を前記窒素ガス製造装置の吸入口の上流側若しくは主ガス送出口の下流側へ流路を切り替える際には、それぞれ個別の信号を生成する請求項５乃至８のうちの１の請求項に記載された排水処理システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−７６０３１（Ｐ２０１２−７６０３１Ａ）
【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２０１０−２２４５１１（Ｐ２０１０−２２４５１１）
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【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１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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