JP2007136278A - 汚水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚水中の難分解性有機物等を、上記汚水と粘土コロイド粒子を含む粘性土(粘土)とを混合し、汚水を処理する装置及び方法であって、処理操作が簡単で、ランニングコストも小さいものを提供することを目的とする。
【解決手段】粘土コロイド粒子を含む粘性土(粘土)を混合攪拌槽で一定の濃度に調整し、難分解性有機物を含む汚水と混合し、難分解性有機物を粘土コロイドに吸着させて、浮上分離槽で粘土粒子を分離させて処理水を得る。
上記粘性土(粘土)と上記汚水を混合した混合水を攪拌するための空気を供給し、上記浮上分離槽内の混合水を上記混合攪拌槽へ返送して、上記浮上分離槽内にスラリーゾーンを形成させて、粘土粒子を分離させて処理水を得る装置及び方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物最終処分場浸出水などの汚水に含まれる難分解性の有機物の指標となる高濃度なＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）、色度成分等を粘土コロイド粒子の吸着力を利用して除去する汚水処理装置に関する。

廃棄物最終処分場浸出水などの汚水には、腐植質が多く含まれている。腐植質とは、分子量数千から一万程度のフミン酸類やフルボ酸類等の難分解性有機物質である。これらを多く含む汚水はＣＯＤ濃度や色度が高く、未処理のまま放流することはできない。
処理方法としては分子量の多いフミン酸類は酸性凝集沈殿法、分子量の比較的小さいフルボ酸類は活性炭吸着処理等で処理が行われている。しかしこれらの水処理は高価であり、また複雑な操作を必要とする。
特に埋め立てが終了した最終処分場浸出水の処理においては、浸出水の処理のみが要求され、埋め立てが終了してからも１０〜２０年に渡っての処理が必要となる。また最終処分場が終了していることから無人の管理となり、構造が簡易で、かつ運転管理の容易な処理装置が要求される。

埋め立てが終了した最終処分場からの浸出水においては、高分子のフミン酸類によるＣＯＤ比率が大きく、また浸出水の色度もフミン酸類が起因の茶褐色がほとんどである。埋め立てが終了した浸出水に含まれるＣＯＤを放流可能な水質までにするためには、フミン酸類を除去することでその目的の大部分は達成される。粘土コロイドは高分子のフミン酸類の吸着に優れ、比較的低分子のフルボ酸類については吸着効果が低い。浸出水の処理水水質に更に高度なＣＯＤ濃度の低減が求められる場合は、活性炭吸着処理を併用することが必要となる。
汚水中にある難分解性の高分子有機物を除去するためには多量の凝集剤等を使用し、その結果、多量の汚泥が発生する処理が必要であった。
また、これら水処理装置としては、上向流ろ過装置などが提案されている（特許文献１）。

特開２００５−８０４

通常、上記の腐植質や色度成分は酸性凝集沈殿処理に加えて、活性炭吸着処理による方法等が用いられている。しかし、酸性凝集沈殿処理は低ｐＨに調整後、高濃度の無機凝集剤の注入をし、更にｐＨを中性にさせることが必要であり、処理操作が複雑で、かつランニングコストも大きいという問題がある。

また、粘土鉱物の吸着特性を利用した処理方法として土壌処理がある。この方法は土壌表層に散水等をして、汚水を土壌に浸み込ませて、土壌中の微生物による浄化や微生物で浄化できない高分子物質や無機イオンの吸着処理に適用されている。しかし吸着に関しては土壌中に僅かに含まれる微細粒子のみが関わることから処理効率が悪い。土壌処理の効率の悪い原因は土壌に含まれる粒子の大部分は粗大な粒子であり、粗大な粘土粒子はイオン交換能力、吸着力等に対しては不活性である。浄化に寄与するのは表面積が大きい微細な粘土コロイドのみである。この微細な粘土コロイドを水中に分散させ、汚水と水中内で接触させることにより効率のよい浄化が得られる。そのためには使用する粘質土(粘土)の量はSV（Ｓｌｕｄｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ）濃度で３０〜５０％程度に調整をする必要がある。しかし粘土鉱物は比重が大きいため沈降し易い性質があると共に粘着力が大きいことから、常に装置内では閉塞し易いという問題がある。

また、粘土コロイドは水中にあることにより、汚水との接触効率が高く、短時間で吸着除去ができるが、水中の粘土コロイドは膨潤し、分散、浮遊しているため、混合水から処理水を分離し、除去する操作が難しい。そのため、粘土コロイドの優れた吸着特性を知りながら、水処理に応用できなかった。

本発明は上記問題を解決するためのなされたものであって、粘土コロイドを含む粘質土のみにより、汚水と水中で混合させることにより、難分解性の有機物質を吸着除去することができるとともに、装置の構造は簡便で、運転管理も容易となる装置を提供する。

上記課題を解決するため、一般に存在する粘質土(粘土)の土壌中から粗大粒子を除き、粘土コロイドを多く含む微細な粘土鉱物粒子のみを処理装置に投入し、水と混合攪拌をする。
装置は上記粘土と上記汚水を混合して攪拌する混合攪拌槽と粘土粒子を分離して処理水を得る浮上分離槽からなる処理槽を有する。
混合攪拌槽内には攪拌するための空気散気装置を取り付ける。混合攪拌槽と浮上分離槽との間には、仕切板を取り付け、仕切板の下部は混合攪拌槽から浮上分離槽へ混合水が流入できる開口を設ける。処理された水は浮上分離槽の上層にある処理水トラフから排水される。
混合攪拌槽から仕切板の開口を通って、SV濃度で30〜50％の混合水が浮上分離槽の処理水トラフに向かって上向流により流入する。浮上分離槽内では上昇する水流による流れと流れ内にある粘土粒子が沈降しようとする力がバランスし、スラリーゾーンが形成される。スラリーゾーンの界面から処理水は上向きの流れで処理水トラフから排水される。
懸濁物質はスラリーゾーン内を上昇する過程で粘土粒子に吸着される。スラリーゾーン帯が長ければ長いほど懸濁物質が多く吸着され、処理水は清浄になる。スラリーゾーンの界面と処理水トラフの間では傾斜した仕切板により、分離面積が大きくなっていることから処理水中に残存するコロイダルな懸濁物質は分離され、処理水中から除去され、清浄な処理水となって排水されることを特徴とする。

粘土コロイド粒子として用いられる粘土鉱物は水中で自然にくずれて膨潤し易く、静置したとき、比較的沈降分離がし易い粘土質の火山灰土（ローム）などが好適である。

スラリーゾーン帯を長くし、その上層の界面を上げるためには、仕切板下部からの流入水を多くする。そのために浮上分離槽内のスラリーゾーンから直接混合水を引き抜き、混合攪拌槽へ返送し循環させる。引き抜かれた混合水は別に設ける水位調整装置に送られ、ポンプ等により混合攪拌槽へ返送する。水位調整装置からの返送水が多くなるほど、仕切板下部からの流入水量が増加し、上向流が強まり、スラリーゾーン帯が長くなり、その上層の界面が上昇する。

本発明によれば、凝集剤等の薬品を使わずに、粘土コロイドを含む粘土鉱物のみによって、難分解性な有機物を吸着除去することができる。また粘土コロイドは相当の濃度で調整されることから短時間で吸着除去ができる。
また、装置が簡易な構造であるため、簡単に扱うことができて、コストも安価である。

以下、本発明の実施例に係る汚水処理装置ついて、図を参照して説明する。
図１、図２に示すように、本実施例に係る汚水処理装置１は、処理槽２、仕切板３、処理水トラフ４、スラリー引抜管５、水位調整装置６、返送水ポンプ７、返送水配管８、汚水供給管９、散気装置１０、空気供給ブロワー１１、開口１２、処理水導出管１３から構成される。
また、処理槽２内を仕切板３により仕切ることにより、混合攪拌槽２ａ、浮上分離槽２ｂが形成される。

混合攪拌槽２ａは、汚水供給管９より供給される汚水と、粘土コロイド粒子を含む粘質土(粘土)とが混合され、空気供給ブロワー１１により散気装置１０から供給される空気により攪拌される水槽である。粘質土(粘土)は運転前に水を張った水槽にあらかじめ投入し、攪拌をしておく。粘質土(粘土)の補給は水槽下部に一部沈降して堆積するため、水槽中の濃度を確認しながら補給をする。また処理槽は定期的に清掃し、下層に堆積する粘土を除去する。清掃頻度は堆積しやすい粗大粒子の混入によるが年に数回程度でよい。粘土コロイドの吸着除去の反応は短時間で行われるが、処理槽はＳＶ濃度の調整、攪拌効率、浮上分離槽容量の確保等から、混合攪拌槽２ａは、実際は必要容量より大きく作る必要があるためである。汚水は混合水濃度がＳＶ濃度で３０〜５０％で約１時間程度、混合攪拌する。汚水中の難分解性有機物(ＣＯＤ)や色度成分は１時間以内で吸着除去される。

浮上分離槽２ｂは、混合攪拌槽２ａから仕切板３の下部より流入する混合水が処理水トラフ４へ上向流により排水される水槽である。
図３に示すように、浮上分離槽２ｂの中間付近には混合水の上向きの流れによりスラリーゾーンが形成され、界面が出現する。スラリーゾーンは、上昇しようとする水流の力と、粘土粒子に働く重力による沈降しようとする力とのバランスにより形成される。スラリーゾーンは、単位時間当たりに流入する混合水の水量が多いほど上向流量は大きくなり、スラリーゾーン帯も拡大する。スラリーゾーンでは、粘土粒子により懸濁物質が吸着され、スラリーゾーン上層部では上向きの水流により粘土粒子が浮上できる限界面で粘土粒子があるゾーンと粘土粒子が分離・除去された水との界面が出現する。またスラリーゾーンのＳＶ濃度は混合攪拌槽２ａのＳＶ濃度と等しい。

処理水トラフ４は浮上分離槽２ｂ上層部にあり、上向してくる処理水を集水し、外部へ排水するために設けられている。
浮上分離槽２ｂで出現する界面から処理水トラフまでの空間では、処理水中に残存するピンフロックとなった懸濁物質が沈降分離をする。当該空間では沈降分離面積が大きくなっており、上向流速も小さいため、スラリーゾーン内で分離できなかった懸濁物質が沈降分離される。

仕切板３は、混合攪拌槽２ａと浮上分離槽２ｂとを下部において開口１２を形成することで、両槽を連結させる。仕切板３は浮上分離槽２ｂの水平面が、下部より上部の方が徐々に広くなるように傾斜して設ける。仕切板３が斜めに取り付けられている理由は以下による。
（１）スラリーゾーンからでた処理水には懸濁物質が残存する。スラリーゾーンより上層部においては残存する懸濁物質を沈殿分離するための面積負荷を小さくするため、広い分離面積が必要となる。（２）浮上分離槽２ｂ底部は狭くなることから、スラリーゾーン中の粘土粒子が逆流し難くなり、粘土粒子の保持がし易くなる。（３）浮上分離槽２ｂ内に混合攪拌槽２ａ内にある散気装置１０からの空気は仕切板に沿って斜めに上昇するため、仕切板に近接して、散気管を設置しても浮上分離槽２ｂには巻き込まれない。（４）粘質土中に混入する粗大粒子は仕切板に沿って攪拌空気と共に上昇し、散気装置から、より遠方に運ばれるため、仕切板の下部では粗大粒子による閉塞が防止できる。

返送水ポンプ７は、浮上分離槽２ｂに取り付けられたスラリー引抜き管５から水位調整装置６に流入する混合水を混合攪拌槽２ａに返送する返送水量を調整する揚水ポンプである。

空気供給ブロワー１１は、混合攪拌槽２ａに取り付けられた散気装置１０に攪拌空気を供給するブロワーである。

汚水供給管９は、処理槽２の混合攪拌槽２ａに汚水を供給するための管であり、連続した供給を行う。

散気装置１０は、空気供給ブロワー１１から供給される空気により混合攪拌槽２ａ内を攪拌するための管であり、攪拌空気は、混合攪拌槽２ａに粘質土(粘土)中、比重の大きい粗大粒子の沈降堆積を防止する。

返送水管８は、水位調整装置からの返送水を混合攪拌槽２ａに返送する管である。

処理水トラフ４は、浮上分離槽２ｂの上層で得られる上澄水を処理水として集水するために設ける。処理水トラフ４以降は、本汚水処理装置１外へ配管等で排水される。また。処理水トラフ４は浮上分離槽２ｂの側部全面に取り付けられる。

次に、本実施例に係る汚水処理装置による処理工程を説明する。
まず、処理水槽２に水を張る。空気供給ポンプ１１の連続運転で散気装置１０から空気攪拌を行う。あらかじめＳＶ濃度で３０〜５０％とする粘質土(粘土)を混合攪拌槽２ａに投入する。

混合攪拌槽２ａ内のＳＶ濃度が所定の濃度であることを確認して、水位調整装置６にある返送水ポンプ７を運転し、返送水配管８から混合攪拌槽２ａに返送する。

返送水ポンプ７を運転することで仕切り板下部の開口１２から混合攪拌槽２ａ内の混合水が浮上分離槽２ｂに流入する。浮上分離槽２ｂ内は下層から混合水が流入することで上向流となる。この時、汚水はまだ受け入れないため処理水トラフ４への水流がないことから、浮上分離槽２ｂ内のスラリーゾーンは水位調整装置６への引抜き管５の位置となる。

混合攪拌槽２ａに汚水供給管９から定量の汚水を連続して供給する。処理水トラフ４への水流があることによって、浮上分離槽２ｂ内のスラリーゾーン上層の界面が上昇し、スラリーゾーン帯が処理水トラフ４へ向かって広がる。汚水の供給量が適切な量である場合、スラリーゾーン上層の界面と処理水トラフ４の間は混合水から分離された処理水となる。界面と処理水トラフ４の空間で処理水に残存する微細な懸濁物質は沈降除去がされ、清浄な処理水として処理水トラフ４に集水される。そして、処理水導出管１３から汚水処理装置１外へ導出される。
界面と処理水トラフ４の空間は懸濁物質の沈降除去に対して、処理水水質に影響する空間であることから、返送水ポンプ７の吐出量から返送水の水量を調整し、浮上分離槽２ｂ内への上向流となる循環水量を調整して、適切なスラリーゾーン上層の界面に設定する。
これにより、凝集剤等の薬品を使わずに、粘土コロイドを含む粘土鉱物のみによって、難分解性な有機物を吸着除去することができる。また粘土コロイドは相当の濃度で調整されることから短時間で吸着除去ができる。
また、装置が簡易な構造であるため、簡単に扱うことができて、コストも安価である。

本発明の実施形態に係る汚水処理装置の断面図。 本実施形態に係る汚水処理装置の上方斜視図。 本実施形態に係る汚水処理装置の水の流れを示す斜視図。

符号の説明

１・・・汚水処理装置、２・・・処理槽、２ａ・・・混合攪拌槽、２ｂ・・・浮上分離槽、３・・・仕切板、４・・・処理水トラフ、５・・・スラリー引抜管、６・・・水位調整装置、７・・・返送水ポンプ、８・・・返送水配管、９・・・汚水供給管、１０・・・散気装置、１１・・・空気供給ブロワー、１２・・・開口、１３・・・処理水導出管

Claims (4)

1. 粘土コロイドを含む粘質土と難分解性有機物を含む汚水を水中で混合攪拌させ、その混合水から粘土粒子を分離させて処理水を得るための装置であって、
   上記粘質土と汚水を混合する混合攪拌槽と、混合水から粘土粒子を分離させる浮上分離槽からなり、
   上記浮上分離槽上部に処理水トラフを設け、
   上記浮上分離層中の粘土コロイドの吸着力により、汚水中から難分解性有機物を吸着・除去することにより処理された処理水を上記処理水トラフから得る、
   ことを特徴とする汚水処理装置。
2. 上記混合攪拌槽と上記浮上分離槽との間には、下部が開口となった仕切板を取り付け、
   上記混合攪拌槽からの汚水と粘土の混合水を、上記開口を介して上向流で浮上分離槽へ流入させることで、上記浮上分離槽の中間部分に、沈降しようとする粘土粒子と上向きに流れる水流の力バランスからスラリーゾーンを形成することで処理水を分離する、
   請求項１記載の汚水処理装置。
3. 上記仕切板は浮上分離槽の上部が下部より広くなるように傾斜をつけて設けることにより、上部の広い部分は分離面積を大きくすることで処理水中に残存する懸濁物質の分離効率を高め、下部の狭くなる部分はスラリーゾーンから粘土粒子が逆流し難くする、
   請求項２記載の汚水処理装置。
4. 上記浮上分離層のスラリーゾーンから汚水と粘土の混合水を引抜き、混合攪拌槽へ循環させることで、浮上分離槽への上向流の流量を変化させてスラリーゾーンの界面位置を制御する水位調整装置をさらに設け、
   請求項１記載の汚水処理装置。