JP2007105581A - 不溶性物質含有廃水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不溶性物質を分離せず、且つ特殊な生物処理装置を必要とせずに直接生物処理できる不溶性物質含有廃水の処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】不溶性物質を細かくせん断して生物処理に適した粒径で廃水中に分散させ、さらに、微生物賦活剤を添加することにより廃水中において不溶性物質を効率よく生物処理する。
【選択図】なし

Description

本発明は、不溶性物質含有廃水の処理方法及び処理装置に関するものである。さらに詳しくは、廃水に含有される不溶性物質を分離せず、且つ特殊な生物処理装置を必要とせずに直接生物処理できるようにするための処理方法及び処理装置に関するものである。

一般に不溶性物質（例えば油脂類や蛋白質や澱粉などのゲル状物質など）含有廃水は、図７に示すように、不溶性物質分離工程２７で不溶性物質と廃水に分離され、分離された廃水は生物処理工程２８を経て処理水分離工程２９で汚泥と上澄み液３０に分離され、上澄み液３０は消毒工程（図示せず）を経て放流され、汚泥は濃縮・貯留工程（図示せず）を経て処理系外へ余剰汚泥３１として搬出される。一方、不溶性物質分離工程２７で分離された不溶性物質は一般的には汚泥とともに処理される。しかしながら、不溶性物質が油脂類や蛋白質、澱粉などであることから、腐敗が早く、取扱いが困難で、臭気が発生し易いなど作業環境が悪く、分離量も多量に発生するといった問題が生じ、昨今の環境問題に多大に影響していた。

また、廃水中の不溶性物質を分離する為には加圧浮上装置などの大掛かりな装置が必要となるため、装置の運転や、分離物の処理にも時間と労力とコストが掛かり、廃水処理施設の運営に支障をきたすことが問題となっていた。

そのため、不溶性物質の代表例である油脂類においては、油脂類を分離せずに廃水中に分散させて生物処理する方法（特許文献１参照）が考案されている。

一方、油脂含有廃水中の油脂類の分散及び生物処理する方法に関しては、乳化剤を連続または間欠的に添加し、油分の８０容量％以上を１〜１００μｍの粒子径に調整した後に、流動床型の生物処理装置を用いて良好に生物処理する方法（特許文献２参照）が考案されている。この方法に使用される生物処理装置は、一般に流動床方式といわれる、流動性の担体を充填し、担体上に微生物を保持させ、好気的に生物処理を行う装置である。充填する担体としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの各種材質からできたスポンジ状発泡体やフェルト状にからめて一部を加熱融着した熱融着繊維などからなる担体が使用されている。担体の形状としては、１０〜１００ｍｍ角の略直方体或いは同程度の容積を有する略球体等の様々な形状のものが使用されている。

特公平６−７７７５５号公報 特開２００１−２５９６７３号公報

しかしながら、前記特許文献１の装置においては、空気による混合攪拌でしかないことから、廃水中の油脂類の分散度合いが低く、殆ど乳化分散されず、廃水中の油脂類が生物により分解処理されにくいという問題点が存在している。

そのような問題点を解決する為に、特許文献２の手法においては、油脂含有廃水中に乳化剤を連続または間欠的に添加し油脂類を分散させているものの、油脂類を良好に分解処理するためには特殊な流動床型生物処理装置が必要であることから、既設の生物処理施設を改造もしくは新設といった建設コストが増大するという問題が生じている。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、不溶性物質を分離せず、且つ特殊な生物処理装置を必要とせずに直接生物処理できる不溶性物質含有廃水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、不溶性物質含有廃水を生物処理により廃水処理する方法において、該廃水処理中に、少なくとも、不溶性物質を廃水中に分散させる分散工程と、少なくともポリフェノール類及び／または有機酸金属塩類からなる微生物賦活剤を添加する添加工程とを有することを特徴とし、下記の構成を好ましい態様として含む。

前記不溶性物質が油脂類であること。

前記生物処理により廃水処理する方法が、少なくとも、流入工程、前処理工程、流量調整工程、生物処理工程及び処理水分離工程を含むこと。

前記分散工程が生物処理工程より前に、前記添加工程が処理水分離工程より前に設けられること。

前記分散工程に添加工程が含まれること。

前記分散工程における不溶性物質を廃水中に分散させる手段が、不溶性物質含有廃水中で攪拌羽を回転させ、回転中心部に生ずる負圧により回転中心部に該不溶性物質含有廃水を吸い込み、撹拌羽の回転により発生するせん断力・撹拌力によって、不溶性物質を廃水中に微細に分散させること。

前記添加工程に用いる微生物賦活剤のポリフェノール類が、タンニン、ルチン、ケルセチンのうち少なくとも一種から選ばれ、前記有機酸金属塩類が蟻酸、酢酸のナトリウム塩またはカリウム塩のうち少なくとも一種から選ばれること。

前記生物処理工程において、該微生物賦活剤の濃度が１ｐｐｂ〜１ｐｐｍに保持されるように添加されること。

本発明の不溶性物質含有廃水の処理装置は、不溶性物質含有廃水を導入する導入管と、導入された該不溶性物質含有廃水を一時貯留する水槽と、貯留された該不溶性物質含有廃水と微生物賦活剤を分散混合する分散機器と、分散混合された処理水を移送する移送管とを具備した分散装置と、
該微生物賦活剤を貯留する微生物賦活剤槽と、該微生物賦活剤を該水槽に滴下する手段と
を具備した添加装置とで構成されていることを特徴とする。

尚、本発明において油脂類とは動植物性の油や、鉱物油のことである。

本発明は以上のような構成をしており、以下の優れた効果が得られる。

不溶性物質含有廃水を生物処理により廃水処理する方法において、不溶性物質が分散装置により分散処理されることで不溶性物質の生物処理が良好に行われる。さらに、ポリフェノール類及び有機酸金属塩からなる微生物賦活剤が添加され生物処理が活性化することにより、不溶性物質含有廃水中の不溶性物質を特殊な生物処理装置を必要とせずに処理でき、従来よりもより高い処理性能が得られる。

よって、本発明を使用することにより、不溶性物質を予め分離することなく且つ特殊な生物処理装置を必要とせずに不溶性物質を含有する廃水の処理を行うことができ、廃棄物の削減や環境汚染の防止に大きく寄与できる。また、食品加工業など液体にゲル状物質を分散させる装置としても利用できる。さらに、気体と液体との反応装置としての利用もできる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

［実施形態１］
図１は本発明の第一の実施形態を示した処理フローチャートである。また、図２は、第一の実施形態において分散工程及び添加工程が設けられる許容範囲を示した処理フローチャートである。

図１に示すように、本実施形態は不溶性物質含有廃水１を流し入れる流入工程２と、前処理工程３、流量調整工程４、分散工程５、生物処理工程６、添加工程７及び処理水分離工程８で構成される。

本実施形態においては、分散工程５は流量調整工程４の後であるが、図２に示すように、分散工程５が設けられる位置は、流量調整工程４後に限られず、生物処理工程６に導入される廃水中の不溶性物質を分散できればどこに設けられてもよく、例えば、前処理工程３より前、前処理工程３中、前処理工程３と流量調整工程４の間、流量調整工程４中、さらには流入工程２中に設けても良い。また、添加工程７が設けられる場所は生物処理工程６中に限られず、処理水分離工程８より前で生物処理工程６中に微生物賦活剤を添加できればどこに設けられてもよく、例えば、前処理工程３より前、前処理工程３中、前処理工程３と流量調整工程４の間、流量調整工程４中、流量調整工程４と生物処理工程６の間、さらには流入工程２中に設けても良い。

次に第一の実施形態の作用について説明する。図１において、不溶性物質含有廃水１は、その発生場所から、管路等で構成された流入工程２を経由して前処理工程３に導入される。前処理工程３では、不溶性物質含有廃水１中の大きな固形物の除去が行われ、次に流量調整工程４へ送られる。流量調整工程４では生物処理工程６での不溶性物質含有廃水１の処理量を考慮し、流量調整が行なわれ、調整された流量で定量ずつ分散工程５へ送られ、分散工程５で不溶性物質を分散した後、生物処理工程６へ移送される。生物処理工程６では送られた不溶性物質含有廃水１は、ばっ気槽等の生物処理槽で処理される。一方、添加工程７から添加される微生物賦活剤は、生物処理工程６のばっ気槽等に添加され、微生物の活性を高める働きをする。生物処理された処理水は処理水分離工程８へ移送される。処理水分離工程８では汚泥と上澄み液に分離され、汚泥は生物処理工程６に返送されるか、濃縮・貯留工程（図示せず）を経て処理系外へ余剰汚泥９として搬出される。また、上澄み液１０は消毒工程（図示せず）で消毒されて放流される。

本発明に用いられる微生物賦活剤は、ポリフェノール類及び／または有機酸金属塩類から構成されている。

ポリフェノール類としては、タンニン、ルチン、ケルセチン、アントシアニン、クロロゲン酸などが挙げられ特に限定されないが、中でもタンニン、ルチン、ケルセチンが好ましい。

有機酸金属塩としては、蟻酸ナトリウム、蟻酸カリウム、蟻酸マグネシウム、蟻酸カルシウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、プロピオン酸マグネシウム、プロピオン酸カルシウム、酪酸ナトリウム、酪酸カリウム、酪酸マグネシウム、酪酸カルシウムなどが挙げられ特に限定されないが、なかでも蟻酸ナトリウム、蟻酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウムが好ましい。

また、前記微生物賦活剤は生物処理工程６における濃度が常に１ｐｐｂ〜１ｐｐｍ、好ましくは１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｂになるように添加される。生物処理工程６における前記微生物賦活剤の濃度は、微生物活性化効果を有するためには１ｐｐｂ以上が好ましく、活性汚泥に対する殺菌剤として作用せず、放流水の水質が悪化するのを防ぐためには１ｐｐｍ以下が好ましい。

本発明における微生物賦活剤の詳細な作用機構は明らかでないが、微生物賦活剤が生物処理工程の微生物の呼吸活性等を向上させることによって生物処理が活性化されるため、不溶性物質含有廃水中の不溶性物質を特殊な生物処理装置を必要とせずに処理でき、従来よりも高い廃水処理性能が得られるものと考えられる。

本発明における不溶性物質含有廃水の処理方法を実現するためには、以下のような処理装置を使用すると効果的である。本発明における処理装置の一実施形態を図３に基づいて説明するが、本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図３は第一の実施形態の処理装置を示した模式図である。図３において、１１は不溶性物質含有廃水１を滞留させる水槽で、２０は水槽１１における側壁である。水槽１１の上方には、水槽１１に不溶性物質含有廃水１を導入する導入管１２が配置されており、水槽１１の下方側面に処理水を移送するための移送管１３が設けられている。水槽１１中の１４は、攪拌羽１５、駆動部１６、空気管１７、ドラフトチューブ１９により構成された分散機器である。本分散機器１４は、駆動部１６による攪拌羽１５の回転により生じる負圧の中心部となる位置に、一端を開口させた空気管１７が設けられている。さらに、攪拌羽１５の回転中心部の鉛直上方にはドラフトチューブ１９が設けられており、ドラフトチューブ１９の上端部は不溶性物質含有廃水１の水面近傍に開口するように配置され、下端は攪拌羽１５の中心部の吸い込み部分に相当する位置に開口するように設けられている。

尚、本実施形態においては、分散機器１４として攪拌羽１５によるものを用いたが、不溶性物質が分散できるものならどのような機器でもよく、超音波を用いたもの等も利用でき、特に限定されない。

以上のように構成することで、本分散機器は次のような作用が生じる。水槽１１に導入管１２より不溶性物質含有廃水１が導入され、水槽１１を満たす。導入管１２により導入された不溶性物質含有廃水１は、攪拌羽１５の回転により、攪拌羽１５付近の不溶性物質含有廃水１が攪拌羽１５から離反する方向に移動されるよう攪拌によって水槽１１の側壁２０方向へ移動し、側壁２０に沿って上昇流２４となって水面付近へ移動していく。一方、攪拌羽１５の中心部は、不溶性物質含有廃水１が側壁２０方向へ移動することにより負圧が生じることになり、上方より不溶性物質含有廃水１を吸い込むこととなる。

また、攪拌羽１５の中心部で負圧となる位置に一端を開口させるように設けられた空気管１７では、攪拌羽１５の中心部に発生した負圧により内部の気圧が下がり、空中に開口された端部より空気が吸い込まれ、攪拌羽１５の中心部で開口された他端部より空気が排出される。排出された空気は、不溶性物質含有廃水１と共に攪拌羽５に至り、攪拌羽５の回転せん断により細かくせん断され微細気泡８を形成し、不溶性物質含有廃水１中に送り出される。

尚、この際水槽１１内の不溶性物質含有廃水１の水深を浅くすることや、攪拌羽１５の回転数をあげることで、攪拌羽１５の回転中心部上方の水面付近の不溶性物質含有廃水１までをも攪拌羽１５に向かって引き込むことができ、水面上に浮遊する不溶性物質を効率よく攪拌羽１５にまで導入し、細かくせん断して、分散させることができる。このように分散された不溶性物質含有廃水１の不溶性物質の粒径は生物処理に適している。

そして、攪拌羽１５の回転により水槽１１の側壁２０付近にまで送り出された微細気泡１８の上昇作用により、水槽１１の側壁２０付近の不溶性物質含有廃水１の上昇流２４の勢いが増すこととなる。さらに、攪拌羽１５の吸い込み部分に相当する位置にドラフトチューブ１９を設置することにより、側壁２０付近の上昇流２４と攪拌羽１５に吸い込まれる下降流２５が区画されるので、中心部分に発生する下降流２５がより確実なものとなり、側壁２０付近で滞留する不溶性物質を殆どなくすことができる。

また、このようにドラフトチューブ１９を設けることで、側壁２０付近で起きる勢いのある上昇流２４を確実に攪拌羽１５の中心部へ導入することができることから、水面上の不溶性物質だけでなく、不溶性物質含有廃水１中に浮遊する不溶性物質についても確実に、また、効率よく攪拌羽１５にまで導入でき、回転せん断力の影響を受けて細かく分散され、廃水中に微細に分散されることとなる。尚、ドラフトチューブ１９と水槽１１の隙間を狭くし、さらに大量の不溶性物質含有廃水１を処理できるように縦長の水槽１１を用いることで水槽１１内の不溶性物質含有廃水１をより大量に、より効率よくせん断できる。さらに、攪拌羽１５の回転数を増加させることで、ドラフトチューブ１９に導入される不溶性物質含有廃水１の時間当たりの量が多くなり、攪拌羽１５を通過する流量が増えることで、短時間でより小さくせん断されることとなる。

［実施形態２］
図４は本発明の第二の実施形態を示した処理フローチャートである。第一の実施形態との違いは、分散工程５中に添加工程７を設けたところである。尚、その他の部分は第一の実施形態と同じであるため説明を割愛する。

次に本実施形態の作用について説明する。不溶性物質含有廃水１を分散工程５に導入し、不溶性物質含有廃水１中の不溶性物質を分散させるとともに、分散工程５中に設けられた添加工程７により微生物賦活剤を不溶性物質含有廃水１中に添加する。この工程で処理を行なえば、不溶性物質含有廃水１中に均一に微生物賦活剤が拡散することとなり、偏った添加とならず、より高い効果が得られる。

本実施形態における処理装置を図５に基づいて説明するが、本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図５は第二の実施形態の処理装置を示した模式図である。本実施形態において、処理装置は分散装置と添加装置で構成されている。図５において分散装置内の分散機器１４に関する構成は図３の装置と同じであるため説明を割愛する。

図５中、２１は微生物賦活剤を貯留する微生物賦活剤槽である。本実施形態では微生物賦活剤を水槽に送るために移送ポンプ２２を用いる。２３は微生物賦活剤が通過し、水槽１１に滴下するための配管である。尚、移送ポンプ２２を用いずに、微生物賦活剤槽２１の下部に配管２３を設けてバルブの開閉等で滴下を行ってもよい。

次に本実施形態の処理装置の作用について説明するが、分散装置の分散機器１４に関する作用は同じであるため説明を割愛する。

図５の装置において、微生物賦活剤槽２１に貯留された微生物賦活剤は、移送ポンプ２２により送られ、配管２３を通って水槽１１に添加される。そして、水槽１１内の攪拌羽１５により均一に撹拌混合され、水槽１１内の不溶性物質含有廃水１中に均一に分散される。

先に説明した本発明の実施形態の装置を用いて生物分解処理試験を行なった。その結果について以下に示す。不溶性物質として油脂類を用い、実施例１は本発明の第二の実施形態に基づき処理を行った。また比較例１として分散工程及び添加工程を含まない生物分解処理試験を、比較例２として分散工程のみを含む生物分解処理試験を、比較例３として添加工程のみを含む生物分解処理試験をそれぞれ行った。

本試験においては、水道水を原水に、食品産業でよく用いられるラードを混入した模擬油脂含有廃水を用いて実施し、その時の分散粒子の粒子径分布を測定し、粒子径分布よりメジアン径を算出した。測定装置及び試験方法を以下に示す。ここで言うところのメジアン径とは、粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。

〔油滴の粒径分布及びメジアン径の測定装置〕
堀場製作所製：レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０Ｗ）
測定原理：Ｍｉｅ散乱理論に基づく
光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、タングステンランプの併用式

〔油分濃度の測定装置〕
堀場製作所製：油分濃度計（ＯＣＭＡ−３００）
測定原理：非分散赤外線吸収法

〔試験方法〕
表１に本試験に用いた条件を示す。生物処理は活性汚泥を用い、油脂類はラードを水道水に分散させたものを使用した。分散粒子のメジアン径は６μｍであった。微生物賦活剤としてタンニン及び酢酸ナトリウムを使用した。油脂類、微生物賦活剤を４日間繰り返し与え、５日目に上澄み液の油分濃度を上記装置により測定した。

図６は実施例１及び比較例１〜比較例３の生物分解処理試験を行った後の、上澄み液の油分濃度を示したグラフである。図６より、油脂類を分散せず且つ微生物賦活剤を添加せずに生物処理試験した比較例１の残存油分濃度は６０８ｍｇ／Ｌであった。また、油脂類を分散せず、微生物賦活剤を添加して生物処理試験した比較例２の残存油分濃度は４６８ｍｇ／Ｌであった。一方、油脂類を分散処理し、微生物賦活剤を添加せずに生物処理試験した比較例３の残存油分濃度は８ｍｇ／Ｌであった。さらに、油脂類を分散処理し、且つ微生物賦活剤を添加して生物処理試験した実施例１の残存油分濃度は１ｍｇ／Ｌであった。

以上のことから、油脂類を分散させ、且つ微生物賦活剤を添加することにより高レベルな油脂類の処理が可能であることが確認できた。

本発明の第一の実施形態を示した処理フローチャートである。 第一の実施形態において分散工程及び添加工程の設けられる範囲を示した処理フローチャートである。 第一の実施形態の処理装置を示した模式図である。 本発明の第二の実施形態を示した処理フローチャートである。 第二の実施形態の処理装置を示した模式図である。 実施例及び比較例の生物分解処理試験後の上澄み液の残存油分濃度を示したグラフである。 従来の不溶性物質含有廃水の処理フローチャートである。

符号の説明

１ 不溶性物質含有廃水
２ 流入工程
３ 前処理工程
４ 流量調整工程
５ 分散工程
６ 生物処理工程
７ 添加工程
８ 処理水分離工程
９ 余剰汚泥
１０ 上澄み液
１１ 水槽
１２ 導入管
１３ 移送管
１４ 分散機器
１５ 攪拌羽
１６ 駆動部
１７ 空気管
１８ 気泡
１９ ドラフトチューブ
２０ 側壁
２１ 微生物賦活剤槽
２２ 移送ポンプ
２３ 配管
２４ 上昇流
２５ 下降流
２６ 不溶性物質含有廃水
２７ 不溶性物質分離工程
２８ 生物処理工程
２９ 処理水分離工程
３０ 上澄み液
３１ 余剰汚泥

Claims (9)

1. 不溶性物質含有廃水を生物処理により廃水処理する方法において、該廃水処理中に、少なくとも、不溶性物質を廃水中に分散させる分散工程と、少なくともポリフェノール類及び／または有機酸金属塩類からなる微生物賦活剤を添加する添加工程とを有することを特徴とする不溶性物質含有廃水の処理方法。
2. 前記不溶性物質が油脂類であることを特徴とする請求項１に記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
3. 前記生物処理により廃水処理する方法が、少なくとも、流入工程、前処理工程、流量調整工程、生物処理工程及び処理水分離工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
4. 前記分散工程が生物処理工程より前に、前記添加工程が処理水分離工程より前に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
5. 前記分散工程に添加工程が含まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
6. 前記分散工程における不溶性物質を廃水中に分散させる手段が、不溶性物質含有廃水中で攪拌羽を回転させ、回転中心部に生ずる負圧により回転中心部に該不溶性物質含有廃水を吸い込み、撹拌羽の回転により発生するせん断力・撹拌力によって、不溶性物質を廃水中に微細に分散させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
7. 前記添加工程に用いる微生物賦活剤のポリフェノール類が、タンニン、ルチン、ケルセチンのうち少なくとも一種から選ばれ、前記有機酸金属塩類が蟻酸、酢酸のナトリウム塩またはカリウム塩のうち少なくとも一種から選ばれることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
8. 前記生物処理工程において、該微生物賦活剤の濃度が１ｐｐｂ〜１ｐｐｍに保持されるように添加されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の不溶性物質含有廃水の処理方法。
9. 不溶性物質含有廃水を導入する導入管と、導入された該不溶性物質含有廃水を一時貯留する水槽と、貯留された該不溶性物質含有廃水と微生物賦活剤を分散混合する分散機器と、分散混合された処理水を移送する移送管とを具備した分散装置と、
   該微生物賦活剤を貯留する微生物賦活剤槽と、該微生物賦活剤を該水槽に滴下する手段と
   を具備した添加装置と
   で構成されていることを特徴とする不溶性物質含有廃水の処理装置。

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