JP2008253860A - Waste water treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡が崩壊するときの衝撃力により排水中の可溶有機成分を効率よく分解する排水処理方法に関するものである。 The present invention relates to a wastewater treatment method for efficiently decomposing soluble organic components in wastewater by impact force when cavitation is generated and cavitation bubbles collapse.
近年、環境規制は厳しくなる方向にあり、それに伴って排水処理技術に対する要求も高まっているのが現状である。従来から多く使用されている排水処理法としては、活性汚泥処理等といった好気性生物処理が挙げられるが、一般的に好気性生物処理は空気や酸素を供給するためのブロアに多大な電力を要することが問題になっている。 In recent years, environmental regulations are becoming stricter, and the demand for wastewater treatment technology is increasing accordingly. Conventionally used wastewater treatment methods include aerobic biological treatment such as activated sludge treatment. Generally, aerobic biological treatment requires a large amount of power for a blower for supplying air and oxygen. That is a problem.
また、活性汚泥処理では、好気性微生物である汚泥の浮遊する生物処理槽内に排水を供給し、空気で曝気することにより、排水中に含まれる有機物が微生物の生物学的作用によって酸化分解される。しかし、有機物を生物学的に分解処理する際、増殖した微生物が汚泥として大量に発生することから、沈殿槽等で分離濃縮した余剰汚泥の一部を生物処理槽へ返送、残りは余剰汚泥として系外に排出する必要がある。系外に排出された余剰汚泥は濃縮・脱水した後、焼却や埋め立て等により処分されており、この余剰汚泥の処分にもコストがかかっている。この他にも、運転に用いられるBOD容積負荷が低く、設備が大きくなるために広い敷地を必要とすること等といった問題点も抱えている。 In activated sludge treatment, wastewater is supplied into a biological treatment tank in which sludge, which is an aerobic microorganism, floats, and aerated with air, so that organic substances contained in the wastewater are oxidized and decomposed by the biological action of the microorganisms. The However, when biologically decomposing organic matter, the grown microorganisms are generated in large quantities as sludge, so a part of the excess sludge separated and concentrated in the sedimentation tank etc. is returned to the biological treatment tank, and the rest as surplus sludge. It is necessary to discharge out of the system. Excess sludge discharged outside the system is concentrated and dehydrated and then disposed of by incineration or landfill, and disposal of this surplus sludge is also costly. In addition to this, there are problems such as the need for a large site because the BOD volumetric load used for operation is low and the facilities are large.
特開平11−330166号公報(特許文献1)では、活性汚泥処理の前段に、高負荷の有機物を含む排水を生物処理する場合に用いられる流動床法を設ける方法が示されている。ここでは、流動床法の後段に活性汚泥処理を設けただけでは、汚泥転換率が高く余剰汚泥の発生量も多くなるので、2段の活性汚泥処理を行って、余剰汚泥の発生量を低下することができるとされている。しかしながら、このように2段の活性汚泥処理を行うためには装置が大型化するという問題があった。また、この方法では、余剰汚泥を低減させることができるものの依然不十分であった。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-330166 (Patent Document 1) discloses a method of providing a fluidized bed method used when biologically treating wastewater containing a high load of organic matter before the activated sludge treatment. Here, simply by providing activated sludge treatment at the latter stage of the fluidized bed method, the sludge conversion rate is high and the amount of surplus sludge generated increases, so two-stage activated sludge treatment is performed to reduce the amount of surplus sludge generated. It is supposed to be possible. However, in order to perform the two-stage activated sludge treatment in this way, there is a problem that the apparatus becomes large. Moreover, although this method can reduce excess sludge, it is still insufficient.
特公平5−87320号公報(特許文献2)には、COD成分含有排水中で放電することにより、溶存空気(酸素)から水中で直接オゾンや活性酸素種(OHラジカル)を生成させ、あるいは促進剤としての紫外線を発生させて、生物的に分解され易い排水に変化させてから生物処理する方法が示されている。しかし、可溶有機成分の低減といった効果は不明瞭である。また、現実的には安定した水中放電を実現することが困難なため、実用化するまでには至っていない。 JP-B-5-87320 (Patent Document 2) generates or promotes ozone or active oxygen species (OH radicals) directly in water from dissolved air (oxygen) by discharging in wastewater containing COD components. It shows a method of biological treatment after generating ultraviolet rays as an agent to change the wastewater to be easily biodegradable. However, the effect of reducing soluble organic components is unclear. Moreover, practically, it is difficult to realize a stable underwater discharge, so that it has not yet been put into practical use.
特開2001−225060号公報(特許文献3)では、キャビテーションを用いた水処理法について報告されている。しかし、この技術から得られる効果は、キャビテーションを利用して溶質から拘束水を分離し、その再拘束を防ぐことにより、凝集剤をほとんど用いずに溶質物質を容易に凝集分離できることであって、直接的に溶存有機物の低減を行うものではない。また、キャビテーションの発生方法を超音波振動子に限定しているため、可溶有機物の低減といった観点から見ると、効果の度合いは極めて不明瞭である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-225060 (Patent Document 3) reports on a water treatment method using cavitation. However, the effect obtained from this technology is that the solute substance can be easily agglomerated and separated almost without using a flocculant by separating the restraint water from the solute using cavitation and preventing the re-restraint. It does not directly reduce dissolved organic matter. Further, since the generation method of cavitation is limited to the ultrasonic vibrator, the degree of the effect is extremely unclear from the viewpoint of reducing soluble organic matter.
特開2005−305398号公報(特許文献4)では、廃液を加圧して噴射することによりキャビテーションを発生させる有機性廃棄物の処理装置について記載されている。しかし、この装置により得られる効果は、渦流中心のキャビテーションを崩壊させることにより発生した衝撃力を利用して、食品廃棄物廃液に浮遊する細胞を破壊殺菌するものであり、可溶有機物質の低減についての効果は不明瞭である。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-305398 (Patent Document 4) describes an organic waste treatment apparatus that generates cavitation by pressurizing and injecting a waste liquid. However, the effect obtained with this device is to destroy and sterilize cells floating in food waste waste liquid by using the impact force generated by disrupting the cavitation at the center of the eddy current, thereby reducing soluble organic substances. The effect on is unclear.
特開2002−126730号公報(特許文献5)では、キャビテーションを利用して半導体製造工程における洗浄排水を処理する方法について記載されている。ここでは、排水を加圧して噴射することによりキャビテーションを発生させると共に、キャビテーション発生手段の前後においてラジカル発生促進手段を設け、低エネルギーで排水中の可溶有機成分を分解する方法が示されている。しかし、処理液の噴射時の圧力が低いため、この方法で処理できる排液の負荷は低く、可溶有機成分を分解する効果は不十分であった。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-126730 (Patent Document 5) describes a method of treating cleaning wastewater in a semiconductor manufacturing process using cavitation. Here, a method is shown in which cavitation is generated by pressurizing and injecting wastewater, and radical generation promoting means are provided before and after the cavitation generating means to decompose soluble organic components in the wastewater with low energy. . However, since the pressure at the time of injecting the treatment liquid is low, the load of the waste liquid that can be treated by this method is low, and the effect of decomposing soluble organic components is insufficient.
上述したように、従来の好気性生物処理が抱える高いブロア消費電力や余剰汚泥処分、広い敷地の確保等を必要としない排水処理技術、さらに排水の種類に対して汎用性があり、排水中の可溶有機成分を効率良く低減させることができる新しい排水処理技術が望まれていた。本発明は、従来の好気性生物処理等に比べて消費電力が小さく、生物処理では処理が困難であった排水中の可溶有機物質を効率良く低減させることができる新規排水処理法を提供しようとするものである。 As mentioned above, high blower power consumption and surplus sludge disposal that conventional aerobic biological treatment has, wastewater treatment technology that does not require securing a large site, etc., and versatility for the type of wastewater, A new wastewater treatment technique capable of efficiently reducing soluble organic components has been desired. The present invention provides a new wastewater treatment method that can efficiently reduce soluble organic substances in wastewater, which consumes less power than conventional aerobic biological treatments, etc., and was difficult to treat with biological treatments. It is what.
そこで本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、加圧された排水をノズルを介して噴射することによりキャビテーション気泡を発生させ、かつ酸化剤の存在下で該キャビテーション気泡により排水中の可溶有機成分を処理することにより、キャビテーション気泡の崩壊時の衝撃力及び酸化剤の作用によって、排水中の可溶有機物質を効率よく低減できることを見出した。さらには、酸化剤として、パルプの漂白工程で未反応のまま排出された廃オゾンを利用することによって、廃オゾン処理設備や処理コストを不要とできることを見出した。 Therefore, as a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have generated cavitation bubbles by injecting pressurized wastewater through a nozzle, and the cavitation in the presence of an oxidizing agent. It has been found that by treating the soluble organic components in the wastewater with bubbles, the soluble organic substances in the wastewater can be efficiently reduced by the impact force when the cavitation bubbles collapse and the action of the oxidizing agent. Furthermore, the present inventors have found that waste ozone treatment equipment and treatment costs can be made unnecessary by using waste ozone discharged in an unreacted state in the pulp bleaching step as an oxidizing agent.
キャビテーションは、加藤の成書(加藤洋治編著、新版キャビテーション 基礎と最近の進歩、槇書店、1999)にあるように、キャビテーション気泡の崩壊時に数μmオーダーの局所的領域に数GPaに及ぶ高衝撃圧を発生し、また気泡崩壊時に断熱圧縮により微視的にみると数千℃に温度が上昇する。その結果、キャビテーションを発生した場合には温度上昇を伴う。これらのことから、キャビテーションは流体機械に損傷、振動、性能低下などの害悪をもたらす面があり、解決すべき技術課題とされてきた。近年、キャビテーションについて研究が急速的に進み、キャビテーション噴流の力学的パラメーターを操作因子として、キャビテーションの発生領域や衝撃圧まで高精度に制御できるようになった。その結果、気泡の崩壊衝撃力を制御することにより、その強力なエネルギーを有効活用させることが期待されはじめている。従って、流体力学的パラメーターに基づく操作、調整を行うことでキャビテーションを高精度に制御することが可能となった。これは技術的作用効果の安定性を保持することが可能であることを示しており、従来このように流体機械で自然発生的に生じる制御不能の害悪をもたらすキャビテーションではなく、制御されたキャビテーションによって発生する気泡を積極的に排水に導入し、そのエネルギーを有効利用することが本発明の特徴である。 As shown in Kato's book (edited by Yoji Kato, new edition of Cavitation Basics and Recent Advances, Tsuji Shoten, 1999), cavitation is a high impact pressure that reaches several GPa in the local region of the order of several μm when the cavitation bubbles collapse. The temperature rises to several thousand degrees Celsius when viewed microscopically by adiabatic compression when the bubbles collapse. As a result, when cavitation occurs, the temperature increases. For these reasons, cavitation has been a technical problem to be solved because it causes damage to the fluid machine, such as damage, vibration, and performance degradation. In recent years, research on cavitation has progressed rapidly, and it has become possible to control the cavitation generation region and impact pressure with high accuracy using the mechanical parameters of the cavitation jet as operating factors. As a result, it is beginning to be expected to effectively utilize the powerful energy by controlling the bubble collapse impact force. Therefore, it has become possible to control cavitation with high accuracy by performing operations and adjustments based on hydrodynamic parameters. This shows that it is possible to maintain the stability of the technical effect, and not by cavitation that caused uncontrollable harm that naturally occurs in fluid machinery in the past, but by controlled cavitation. It is a feature of the present invention that the generated bubbles are actively introduced into the waste water and the energy is effectively used.
本発明により、従来の好気性生物処理等に比べて消費電力が小さく、生物処理では処理が困難であった排水中の可溶有機物質を効率良く低減させることができる。さらには、廃オゾンを利用することにより、従来必要であった廃オゾンの処理設備や処理コストを不要とすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently reduce soluble organic substances in waste water, which consumes less power than conventional aerobic biological treatments and is difficult to perform in biological treatments. Furthermore, by using waste ozone, it becomes possible to eliminate the waste ozone processing equipment and processing cost that were required in the past.
本発明の処理対象となる可溶性有機成分を含む排水については、製紙系排水や化学系排水を初めとした広い濃度範囲の排水が対象とされ、特に限定されるものではないが、ノズルでの詰まり等を考慮すると、できるだけ異物の少ないものが好ましい。特に、製紙系排水や化学系排水は、生物処理では困難な可溶有機成分を含有するため好ましい。このうち、製紙系排水とは、パルプ及び/または紙の製造工程にて発生する排水をいい、具体的には、パルプ及び/または紙の製造工程にて発生する白水、用水、工水、再用水、工業用水、洗浄機の洗浄後の水、搾水機(例えば、DNTウォッシャー、エキストラクター、スクリュープレスなど)の搾水、フローテーターのフロスまたはリジェクト、加圧浮上装置のスカム及びアクセプト、シャワー水、フェルトなどの洗浄水、原料の希釈水、また、これらの水を浮上分離、泡沫分離、沈降分離、膜分離、遠心分離、凝集分離など分離処理した後の水等が挙げられる。ここで、パルプの製造工程で発生する排水には、リグニン、ヘミセルロース等が含まれ、紙の製造工程で発生する排水には、でんぷん、サイズ剤、填料、染料等が含まれる。 The wastewater containing soluble organic components to be treated according to the present invention is a wastewater in a wide concentration range including papermaking wastewater and chemical wastewater, and is not particularly limited, but is clogged with a nozzle. In view of the above, those having as little foreign matter as possible are preferable. In particular, papermaking wastewater and chemical wastewater are preferable because they contain soluble organic components that are difficult in biological treatment. Of these, papermaking wastewater refers to wastewater generated in the pulp and / or paper manufacturing process. Specifically, white water, irrigation water, industrial water, recycled water generated in the pulp and / or paper manufacturing process. Water for washing, industrial water, water after washing of the washing machine, squeezing of a water pump (eg, DNT washer, extractor, screw press, etc.), floss or rejection of a floatator, scum and accept of a pressure levitation device, shower Examples thereof include water, washing water such as felt, diluted water of raw materials, and water after separation treatment such as flotation separation, foam separation, sedimentation separation, membrane separation, centrifugation, and coagulation separation. Here, the effluent generated in the pulp manufacturing process includes lignin, hemicellulose, and the like, and the effluent generated in the paper manufacturing process includes starch, sizing agent, filler, dye, and the like.
処理対象となる排水中の固形分濃度は、0.01mg/L〜10g/Lが好ましく、0.1mg/L〜5g/Lがより好ましい。すなわち、0.01mg/L未満である場合や10g/Lを超える場合、処理効率が悪いため好ましくない。 The solid content concentration in the wastewater to be treated is preferably 0.01 mg / L to 10 g / L, more preferably 0.1 mg / L to 5 g / L. That is, when it is less than 0.01 mg / L or more than 10 g / L, the processing efficiency is poor, which is not preferable.
本発明において、加圧された排水をノズルを介して噴射することによりキャビテーション気泡をを発生させる、すなわち、排水自体を液体噴流としてノズルを介して噴射させることによって可溶有機成分とキャビテーション気泡を効果的に接触させることができる。また、液体噴流が噴流をなす流体は、流動状態であれば液体、気体、粉体等の固体の何れでもよく、またそれらの混合物であってもよい。更に必要であれば上記の流体に、新たな流体として、別の流体を加えることができる。上記流体と新たな流体は、均一に混合して噴射してもよいが、別個に噴射してもよい。 In the present invention, cavitation bubbles are generated by injecting pressurized wastewater through the nozzle, that is, the soluble organic component and the cavitation bubbles are effective by injecting the wastewater itself as a liquid jet through the nozzle. Can be contacted. In addition, the fluid in which the liquid jet forms a jet may be a solid such as liquid, gas, powder, or the like as long as it is in a fluid state. Further, if necessary, another fluid can be added as a new fluid to the above fluid. The fluid and the new fluid may be uniformly mixed and ejected, but may be ejected separately.
液体噴流とは、液体または液体の中に固体粒子や気体が分散あるいは混在する流体の噴流であり、本発明においては無機粒子のスラリーや気泡を含む液体噴流も該当する。ここで云う気体は、キャビテーションによる気泡を含んでいてもよい。 The liquid jet is a jet of a fluid or a fluid in which solid particles or gas are dispersed or mixed in the liquid, and in the present invention, a liquid jet containing a slurry of inorganic particles or bubbles is also applicable. The gas referred to here may include bubbles due to cavitation.
キャビテーションは液体が加速され、局所的な圧力がその液体の蒸気圧より低くなったときに発生するため、流速及び圧力が特に重要となる。このことから、キャビテーション状態を表わす基本的な無次元数、キャビテーション数(Cavitation Number)σは次の数式1のように定義される(加藤洋治編著、新版キャビテーション基礎と最近の進歩、槇書店、1999)。 Since cavitation occurs when a liquid is accelerated and the local pressure is lower than the vapor pressure of the liquid, flow rate and pressure are particularly important. From this, the basic dimensionless number representing the cavitation state, the cavitation number σ, is defined as the following Equation 1 (edited by Yoji Kato, new edition of cavitation basics and recent advances, Tsuji Shoten, 1999 ).
(p∞:一般流の圧力、U∞:一般流の流速、pv:流体の蒸気圧、ρ:流体の密度)
ここで、キャビテーション数が大きいということは、その流れ場がキャビテーションを発生し難い状態にあるということを示す。特にキャビテーション噴流のようなノズルあるいはオリフィス管を通してキャビテーションを発生させる場合は、ノズル上流側圧力p1、ノズル下流側圧力p2、、試料水の飽和蒸気圧pvから、キャビテーション数σは下記式(2)のように書きかえることができ、キャビテーション噴流では、p1、p2、pv間の圧力差が大きく、p1≫p2≫pvとなることから、キャビテーション数σはさらに以下のように近似することができる(H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47(4), 381 1998)。
(P ∞: pressure general flow, U ∞: flow rate of the general flow, p v: fluid vapor pressure, [rho: the density of the fluid)
Here, a large number of cavitations indicates that the flow field is in a state where cavitation is difficult to occur. In particular, when cavitation is generated through a nozzle or orifice tube such as a cavitation jet, the cavitation number σ is calculated from the following equation (from the nozzle upstream pressure p 1 , the nozzle downstream pressure p 2 , and the saturated vapor pressure p v of the sample water: 2) In the cavitation jet, the pressure difference between p 1 , p 2 and p v is large and p 1 >> p 2 >> p v. Therefore, the cavitation number σ is (H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47 (4), 381 1998).
本発明におけるキャビテーションの条件は、上述したキャビテーション数σが0.001以上0.5以下であることが望ましく、0.003以上0.2以下であることが好ましく、0.01以上0.1以下であることが特に好ましい。キャビテーション数σが0.001未満である場合、キャビテーション気泡が崩壊する時の周囲との圧力差が低いため効果が小さくなり、0.5より大である場合は、流れの圧力差が低くキャビテーションが発生し難くなる。
The cavitation condition in the present invention is preferably such that the cavitation number σ is 0.001 or more and 0.5 or less, preferably 0.003 or more and 0.2 or less, and particularly preferably 0.01 or more and 0.1 or less. If the cavitation number σ is less than 0.001, the effect is small because the pressure difference with the surroundings when the cavitation bubbles collapse is low, and if it is greater than 0.5, the flow pressure difference is low and cavitation is difficult to occur. .
本発明において、容器内の排水に対して、ノズルを通じて噴射液を噴射して液体噴流によるキャビテーションを発生させる。その際に、噴射液の圧力(上流側圧力)は0.01MPa以上30MPa以下であることが望ましく、0.7MPa以上15MPa以下であることが好ましく、2MPa以上10MPa以下であることが特に好ましい。上流側圧力が0.01MPa未満では下流側圧力との間で圧力差を生じ難く作用効果は小さい。また、30MPaより高い場合、特殊なポンプ及び圧力容器を必要とし、消費エネルギーが大きくなることからコスト的に不利である。一方、容器内の圧力(下流側圧力)は静圧で0.01MPa以上、0.5MPa以下が好ましく、0.05MPa以上0.3MPa以下が特に好ましい。また、容器内の圧力と噴射液の圧力との圧力比は0.001〜0.5の範囲が好ましい。 In the present invention, cavitation due to a liquid jet is generated by ejecting a jet liquid through a nozzle to the waste water in the container. In that case, the pressure of the spray liquid (upstream pressure) is desirably 0.01 MPa or more and 30 MPa or less, preferably 0.7 MPa or more and 15 MPa or less, and particularly preferably 2 MPa or more and 10 MPa or less. When the upstream pressure is less than 0.01 MPa, it is difficult to produce a pressure difference from the downstream pressure, and the effect is small. On the other hand, when the pressure is higher than 30 MPa, a special pump and a pressure vessel are required, and energy consumption increases, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the pressure in the container (downstream pressure) is preferably 0.01 MPa or more and 0.5 MPa or less in static pressure, and particularly preferably 0.05 MPa or more and 0.3 MPa or less. Further, the pressure ratio between the pressure in the container and the pressure of the spray liquid is preferably in the range of 0.001 to 0.5.
また、噴射液の噴流の速度は1m/秒以上200m/秒以下の範囲であることが望ましく、20m/秒以上100m/秒以下の範囲であることが好ましい。噴流の速度が1m/秒未満である場合、圧力低下が低く、キャビテーションが発生し難くいため、その効果は弱い。一方、200m/秒より大きい場合、高圧を要し特別な装置が必要であり、コスト的に不利である。 Further, the jet velocity of the jet liquid is desirably in the range of 1 m / second to 200 m / second, and preferably in the range of 20 m / second to 100 m / second. When the jet velocity is less than 1 m / sec, the effect is weak because the pressure drop is low and cavitation hardly occurs. On the other hand, when it is higher than 200 m / sec, a high pressure is required and a special device is required, which is disadvantageous in terms of cost.
本発明で使用するポンプの種類としては、プランジャーポンプが好ましい。また、高圧発生源には多段遠心ポンプ等を用いても良いが、軸封が難しいうえ保守性に劣る。さらに、高速回転であることからバランスを取りにくく、安定した処理が難しいというデメリットがある。 A plunger pump is preferable as the type of pump used in the present invention. In addition, a multistage centrifugal pump or the like may be used as the high pressure generation source, but the shaft seal is difficult and the maintainability is poor. Furthermore, since it is high-speed rotation, there is a demerit that it is difficult to balance and stable processing is difficult.
本発明で使用するノズルは、開口径がφ0.5〜5.0mmであることが好ましい。ノズルの開口径がφ0.5mmより小さい場合、ノズルの開口部に異物等が詰まり易いうえ、一定圧力における処理量が少なく処理効率が低くなる。一方、φ5.0mmより大きい場合、キャビテーションの発生効率が低く、処理によって得られる効果も小さい。ただし、ノズルの開口部は必ずしも丸穴である必要はなく、処理対象やメンテナンスの容易さを考慮してスリット状にすることも可能である。 The nozzle used in the present invention preferably has an opening diameter of φ0.5 to 5.0 mm. When the nozzle opening diameter is smaller than φ0.5 mm, foreign matter or the like is easily clogged in the nozzle opening, and the processing amount at a constant pressure is small and the processing efficiency is low. On the other hand, when it is larger than φ5.0 mm, the generation efficiency of cavitation is low and the effect obtained by the processing is also small. However, the opening of the nozzle does not necessarily have to be a round hole, and can be formed into a slit shape in consideration of the processing target and ease of maintenance.
本発明におけるキャビテーション発生場所としてはタンクなど任意の容器内もしくは配管内を選ぶことができるが、これらに限定するものではない。また、ワンパスで処理することも可能であるが、必要回数だけ循環することによって更に効果を増大できる。さらに複数の発生手段を用いて並列で、あるいは順列で処理することができる。 In the present invention, the cavitation generation place can be selected from any container such as a tank or inside a pipe, but is not limited thereto. Further, although it is possible to perform processing in one pass, the effect can be further increased by circulating the required number of times. Furthermore, it can be processed in parallel or in permutation using a plurality of generating means.
キャビテーションを発生させるための噴射は、大気開放の容器の中でなされても良いが、キャビテーションをコントロールするために圧力容器の中でなされるのが好ましい。 Injection for generating cavitation may be performed in a container open to the atmosphere, but is preferably performed in a pressure container in order to control cavitation.
本発明においては、排水の処理前後もしくはノズル部にて、酸化剤を添加する。酸化剤とは、オゾン、酸素、過酸化水素、塩素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。このうち、オゾンは酸化ポテンシャルが高く、可溶有機成分の分解効果が高いため、好ましい。特に、パルプの漂白工程で未反応のまま排出された廃オゾンを使用することが好ましい。すなわち、従来はパルプの製造工程で未反応のまま排出された廃オゾンを、オゾン処理設備で分解後に排出する必要があったが、本発明でこの廃オゾンを使用することにより、廃オゾン処理設備及び処理コストを不要とすることができる。その他、本発明での処理後に未反応のまま排出された未利用オゾンを用いることもできる。 In the present invention, an oxidizing agent is added before and after the waste water treatment or at the nozzle portion. Examples of the oxidizing agent include ozone, oxygen, hydrogen peroxide, chlorine, and the like, but are not limited thereto. Of these, ozone is preferable because it has a high oxidation potential and a high decomposition effect on soluble organic components. In particular, it is preferable to use waste ozone discharged in an unreacted state in the pulp bleaching step. That is, conventionally, waste ozone that was discharged unreacted in the pulp manufacturing process had to be discharged after being decomposed by the ozone treatment facility. By using this waste ozone in the present invention, waste ozone treatment facility is used. In addition, processing costs can be eliminated. In addition, it is also possible to use unused ozone that has been discharged unreacted after the treatment in the present invention.
オゾンの添加量としては10〜10000mg/Lが好ましい。すなわち、10mg/Lより少ない場合はキャビテーションとの相乗効果も小さくなり、10000mg/Lよりも多い場合は添加量に対する十分な効果が得られないうえ、装置自体の腐食も懸念される。 The amount of ozone added is preferably 10 to 10,000 mg / L. That is, when the amount is less than 10 mg / L, the synergistic effect with cavitation becomes small. When the amount is more than 10000 mg / L, a sufficient effect on the addition amount cannot be obtained, and corrosion of the device itself is concerned.
本発明では、液体の噴射圧力を高めることで、噴射液の流速が増大し、これに伴って圧力が低下し、より強力なキャビテーションが発生する。更に被噴射液を収める容器内を加圧することで、キャビテーション気泡が崩壊する領域の圧力が高くなり、気泡と周囲の圧力差が大きくなるため気泡は激しく崩壊し、衝撃力も大となる。キャビテーションは液体中の気体の量に影響され、気体が多過ぎる場合は気泡同士の衝突と合一が起こるため崩壊衝撃力が他の気泡に吸収されるクッション効果を生じるため衝撃力が弱まる。従って、溶存気体と蒸気圧の影響を受けるため、その処理温度は5℃以上70℃以下であることが好ましく、特に10℃以上60℃以下であることが好ましい。一般には、融点と沸点の中間点で衝撃力が最大となると考えられることから、水溶液の場合、50℃前後が好適であるが、それ以下の温度であっても、蒸気圧の影響を受けないため、上記の範囲であれば高い効果が得られる。 In the present invention, by increasing the jetting pressure of the liquid, the flow velocity of the jetting liquid is increased, and the pressure is lowered accordingly, and stronger cavitation is generated. Furthermore, by pressurizing the inside of the container for storing the liquid to be jetted, the pressure in the region where the cavitation bubbles collapse is increased, and the pressure difference between the bubbles and the surroundings increases, so that the bubbles collapse violently and the impact force increases. Cavitation is influenced by the amount of gas in the liquid, and when there is too much gas, collision and coalescence of bubbles occur, so that a collapse impact force is absorbed by other bubbles, and the impact force is weakened. Therefore, since it is influenced by dissolved gas and vapor pressure, the treatment temperature is preferably 5 ° C. or more and 70 ° C. or less, and particularly preferably 10 ° C. or more and 60 ° C. or less. In general, the impact force is considered to be maximum at the midpoint between the melting point and the boiling point, so in the case of an aqueous solution, around 50 ° C is suitable, but even at a temperature lower than that, it is not affected by the vapor pressure. Therefore, a high effect can be obtained within the above range.
本発明においては、界面活性剤を添加することでキャビテーションを発生させるために必要なエネルギーを低減することができる。使用する界面活性剤としては、公知または新規の界面活性剤、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸などのアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらの単一成分からなるものでも2種以上の成分の混合物でも良い。添加量は噴射液及び/または被噴射液の表面張力を低下させるために必要な量であればよい。 In the present invention, the energy necessary for generating cavitation can be reduced by adding a surfactant. As the surfactant to be used, known or novel surfactants, for example, nonionic surfactants such as fatty acid salts, higher alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, higher alcohols, alkylphenols, alkylene oxide adducts such as fatty acids, etc. , Anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants and the like. These may be a single component or a mixture of two or more components. The addition amount may be an amount necessary for reducing the surface tension of the jet liquid and / or the liquid to be jetted.
[作用]
本発明により、排水中の可溶有機物質が低減する理由としては、次の理由が考えられる。キャビテーションにより生じる微細な気泡の崩壊時には局所的領域強力なエネルギーが発生する。従って、微細な気泡が可溶有機成分の近傍で崩壊する際、その衝撃力が可溶有機物質の結合を切って、低分子化するもの考えられる。また、酸化剤の酸化作用により、可溶有機成分の分解が促進されるものと考えられる。特に、酸化剤としてオゾンを添加した場合、キャビテーションにより生じる微細気泡の崩壊時に、オゾン気泡が微細化され、液中での滞留時間が長くなくなることにより、可溶有機生物を分解する効果が向上すると考えられる。また、キャビテーション気泡の崩壊時の衝撃力は強力であることから、機械的攪拌によりオゾン気泡を微細化する方法より、効率よくオゾンを分散することができるため、消費電力を小さくすることができると考えられる。
[Action]
The following reasons can be considered as the reason why soluble organic substances in the wastewater are reduced by the present invention. When the fine bubbles generated by cavitation break down, strong energy is generated in the local region. Therefore, when the fine bubbles collapse in the vicinity of the soluble organic component, it is considered that the impact force cuts the bond of the soluble organic substance and lowers the molecular weight. Moreover, it is thought that decomposition | disassembly of a soluble organic component is accelerated | stimulated by the oxidizing action of an oxidizing agent. In particular, when ozone is added as an oxidant, the effect of decomposing soluble organic organisms is improved by the fact that ozone bubbles are miniaturized and the residence time in the liquid is not prolonged when the fine bubbles generated by cavitation collapse. Conceivable. In addition, since the impact force at the time of collapse of cavitation bubbles is strong, it is possible to disperse ozone more efficiently than the method of refining ozone bubbles by mechanical agitation, so that power consumption can be reduced. Conceivable.
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
[実施例1]
製紙工場から採取したマシン系排水(CODMn:195mg/L)を、図1に示されるキャビテーション噴流式装置を用いて、直径1.5mmのノズルを介して噴射し、ノズル部からオゾンを140mg/Lとなるよう添加し、30分処理を行った。その際、噴射液の圧力(上流圧)は7MPa(噴流の流速70m/秒)被噴射容器の圧力(下流圧)は0.1MPaであった。
処理前後の排水のCODMnをJIS K−0102に従って測定し、CODMn減少率を求めた。また、各波長(波長:254nm,270nm,440nm)の吸収で示される色度を測定し、色度減少率を求めた。なお、254nmの色度は炭化水素、270nmの色度は芳香族炭化水素、440nmの色度は濁度を表す。
[Example 1]
Machine system wastewater (COD Mn : 195 mg / L) collected from a paper mill is jetted through a 1.5 mm diameter nozzle using the cavitation jet type device shown in FIG. 1, and ozone is 140 mg / L from the nozzle part. And added for 30 minutes. At that time, the pressure of the jet liquid (upstream pressure) was 7 MPa (jet flow velocity 70 m / sec), and the pressure of the jetted container (downstream pressure) was 0.1 MPa.
The COD Mn of the waste water before and after treatment was measured according to JIS K-0102, and the COD Mn reduction rate was determined. Moreover, the chromaticity shown by the absorption of each wavelength (wavelength: 254 nm, 270 nm, 440 nm) was measured, and the chromaticity reduction rate was obtained. The chromaticity at 254 nm represents a hydrocarbon, the chromaticity at 270 nm represents an aromatic hydrocarbon, and the chromaticity at 440 nm represents turbidity.
[実施例2]
製紙工場から採取したマシン系排水(CODMn:200mg/L)を用い、上流圧を0.5MPa、下流圧を0.01MPaにした以外は、実施例1と同様に処理を行った。
[Example 2]
The treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that machine-type waste water (COD Mn : 200 mg / L) collected from a paper mill was used and the upstream pressure was 0.5 MPa and the downstream pressure was 0.01 MPa.
[比較例1]
製紙工場から採取したマシン系排水(CODMn:220mg/L)を用い、オゾンの代わりに空気を1.0L/minとなるように添加した以外は、実施例1と同様に処理を行った。
[Comparative Example 1]
The treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that machine-type waste water (COD Mn : 220 mg / L) collected from a paper mill was used and air was added to 1.0 L / min instead of ozone.
[比較例2]
製紙工場から採取したマシン系排水(CODMn:210mg/L)を用い、キャビテーション噴流式装置を用いる代わりに、木下式ボールフィルター(G4)を用いてオゾンを水中に分散させた以外は、実施例1と同様に処理を行った。
[Comparative Example 2]
Example except that machine drainage (COD Mn : 210 mg / L) collected from a paper mill was used and ozone was dispersed in water using a Kinoshita ball filter (G4) instead of using a cavitation jet type device The same treatment as in 1 was performed.
[実施例3]
製紙工場から採取したパルプ系排水(CODMn:365mg/L)を使用した以外は、実施例1と同様に処理を行った。処理前後の排水のCODMnを測定し、CODMn及減少率を求めた。
[Example 3]
The treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that pulp-based wastewater (COD Mn : 365 mg / L) collected from a paper mill was used. The COD Mn of the waste water before and after treatment was measured, and the COD Mn and the decrease rate were obtained.
[実施例4]
製紙工場から採取したパルプ系排水(CODMn:390mg/L)を使用し、上流圧を0.5MPa、下流圧を0.01MPaにした以外は、実施例3と同様に処理を行った。
[Example 4]
The treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that pulp-based waste water (COD Mn : 390 mg / L) collected from a paper mill was used and the upstream pressure was 0.5 MPa and the downstream pressure was 0.01 MPa.
[比較例3]
製紙工場から採取したパルプ系排水(CODMn:385mg/L)を使用し、オゾンの代わりに空気を1.0L/minとなるように添加した以外は、実施例3と同様に処理を行った。
[Comparative Example 3]
Treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that pulp-based waste water (COD Mn : 385 mg / L) collected from a paper mill was used and air was added to 1.0 L / min instead of ozone.
[比較例4]
製紙工場から採取したパルプ系排水(CODMn:400mg/L)キャビテーション噴流式装置を用いる代わりに、木下式ボールフィルター(G4)を用いてオゾンを水中に分散させた以外は、実施例4と同様に処理を行った。
[Comparative Example 4]
Example 4 except that ozone was dispersed in water using a Kinoshita ball filter (G4) instead of using a pulp-based wastewater (COD Mn : 400 mg / L) cavitation jet-type device collected from a paper mill. Was processed.
実施例1、2、比較例1、2におけるCODMn除去率、各波長(波長:254nm,270nm,440nm)の吸収で示される色度の減少率を表1に示した。 Table 1 shows the COD Mn removal rate in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 and the reduction rate of chromaticity indicated by absorption at each wavelength (wavelength: 254 nm, 270 nm, 440 nm).
実施例3、4、比較例3、4におけるCODMn除去率の吸収で示される色度の減少率を表1に示した。
Table 1 shows the chromaticity reduction rate indicated by the absorption of the COD Mn removal rate in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4.
表1、2の結果から、製紙工場から採取したマシン系排水(CODMn:195〜220mg/L)をノズルを介して排水中に噴射しキャビテーション気泡を発生させ、同時にオゾンを含む気体を添加した場合において、高いCODMn除去効果が見られた。また、表2の結果から、製紙工場から採取したパルプ系排水(CODMn:365〜400mg/L)を用いた場合も同様の結果であった。一方、オゾンを含む気体を添加しなかった場合、さらには、キャビテーション処理装置を用いずにオゾンを含む気体を添加した場合には、CODMn除去効果は低かった。
また、表1の結果から、炭化水素(254nm)、芳香族炭化水素(270nm)、濁度(440nm)のいずれにおいても、製紙工場から採取した排水をノズルを介して排水中に噴射しキャビテーション気泡を発生させ、同時にオゾンを含む気体を添加した場合の分解性が最も効果的であった。
From the results in Tables 1 and 2, machine wastewater (COD Mn : 195 to 220 mg / L) collected from the paper mill was injected into the wastewater through the nozzle to generate cavitation bubbles, and at the same time a gas containing ozone was added. In some cases, a high COD Mn removal effect was seen. From the results shown in Table 2, the same results were obtained when pulp-based wastewater (COD Mn : 365 to 400 mg / L) collected from a paper mill was used. On the other hand, when the gas containing ozone was not added, and when the gas containing ozone was added without using a cavitation treatment apparatus, the COD Mn removal effect was low.
In addition, from the results in Table 1, for any of hydrocarbons (254 nm), aromatic hydrocarbons (270 nm), and turbidity (440 nm), wastewater collected from the paper mill is injected into the wastewater through nozzles and cavitation bubbles. The decomposability when the gas containing ozone was added at the same time was the most effective.
1:試料タンク
2:ノズル
3:キャビテーション噴流セル
4:プランジャポンプ
5:上流側圧力制御弁
6:下流側圧力制御弁
7:上流側圧力計
8:下流側圧力計
9:給水弁
10:循環弁
11:排水弁
12:温度センサー
13:ミキサー
1: Sample tank 2: Nozzle 3: Cavitation jet cell 4: Plunger pump 5: Upstream pressure control valve 6: Downstream pressure control valve 7: Upstream pressure gauge 8: Downstream pressure gauge 9: Water supply valve 10: Circulation valve 11: Drain valve 12: Temperature sensor 13: Mixer
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- 2007-03-30 JP JP2007095534A patent/JP2008253860A/en active Pending
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