JP2019013880A - 水処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このことから前記排水は、通常、上記のような処理対象物質を除去するための種々の水処理工程を行った後に放流や再利用がされている。
また、各都道府県では、条例によって前記一律基準よりも厳しい「上乗せ基準」を定めて放流水の水質規制を行っている場合がある。
このような生物応答試験では、良好な結果が得られるとは限らず、法定排水基準を満たす水であっても良好な結果が得られない場合がある。
これは、放流水が生物に与える影響に複合的な要因が存在するためであると考えられる。
即ち、上記のような現象は、放流水が法定排水基準を満たしていても放流水に含まれている1つの物質と別の物質との量比が特定の関係になっている場合や、法定排水基準に特段の定めが無い物質の存在などによって水生生物に悪影響が生じる場合があるためであると考えられる。
このことからは、環境への実質的な影響を考慮すると放流水の水質を生物応答試験で評価することが望ましいといえる。
その一方で、生物応答試験による放流水の評価だけでは、水処理方法にどのような条件変更を加えれば生物応答試験の結果が改善されるのかが判然としない。
そのため、従来の水処理方法では、生物応答試験によって放流水が環境にどのような影響を与えるかが把握できたとしても生物応答試験の結果が良好な放流水をより確実に得ることが困難になっている。
即ち、上記課題を解決すべく本発明は、処理対象物質を含む排水に対して前記処理対象物質を除去する水処理工程を実施し、複数の前記水処理工程を順次実施して放流水を得る水処理方法であって、前記複数の水処理工程の内の一水処理工程よりも下流側の水と、前記一水処理工程よりも上流側の水とを含む複数の水に対して生物応答試験を実施する水処理方法を提供する。
以下においては、除去すべき処理対象物質として、有機性窒素や金属イオンなどの水溶解性成分とともに浮遊性固体などの水不溶性成分を含有する排水を処理する場合を例に本発明の実施の形態について説明する。
まず、図1を参照しつつ水処理設備について説明する。
図1は、本実施形態の水処理方法に利用される水処理設備の一態様を例示した概略図である。
本実施形態の水処理設備では、前記処理対象物質を除去する水処理工程が実施され、複数の前記水処理工程が順次実施されて最終的な処理水が放流水とされる。
水処理設備1は、第2の水処理工程として、前記簡易曝気槽10で曝気された後の曝気処理水に対して生物処理を実施するための生物処理槽20をさらに備えている。
水処理設備1は、第3の水処理工程として、前記生物処理槽20で生物処理された後の生物処理水に対して沈殿分離を実施するための沈殿槽30を備えている。
水処理設備1は、第4の水処理工程として、前記沈殿槽30の上澄み液である沈殿処理水に含まれている浮遊物を除去すべく該沈殿処理水に対して砂ろ過を実施する砂ろ過槽40を備えている。
そして、本実施形態の水処理設備1は、通常、第1の逆浸透膜ろ過で得られる第1RO処理水に対して第2の逆浸透膜ろ過を実施し、該第2の逆浸透膜ろ過で得られる第2RO処理水を放流水として系外に放出し得るように構成されている。
また、本実施形態の水処理設備1は、前記曝気処理水、前記生物処理水、前記沈殿処理水、前記砂ろ過処理水、及び、前記第1RO処理水の何れか1以上を、状況に応じて、系外に放出し得るように構成されている。
このとき系外へ放出される水は、法定排水基準を満足した水質であり、且つ放流しても水生生物への影響を及ぼさない、若しくは、影響があっても実質的な問題にならない程度の水である。
さらに、本実施形態の水処理設備1は、前記曝気処理水、前記生物処理水、前記沈殿処理水、前記砂ろ過処理水、前記第1RO処理水、及び、前記第2RO処理水に対して生物応答試験を実施し得るように構成されている。
また、本実施形態の水処理設備1では、前記曝気処理水、前記生物処理水、前記沈殿処理水、前記砂ろ過処理水、前記第1RO処理水、及び、前記第2RO処理水に対して「排水基準」を満たす水質となっているかどうかを確認する試験(確認試験)が実施される。
該簡易曝気槽10からは、導入された被処理水よりも溶存酸素濃度が高く、有機性窒素の一部が硝酸性窒素に変換された水が曝気処理水として排出される。
該生物処理槽20では、有機性窒素が分解除去されるとともに曝気処理水に含まれている有機物と金属イオンとが細菌の増殖に利用される。
従って、生物処理槽20からは水溶解性の処理対象物質の含有率が曝気処理水よりも低減された水が生物処理水として排出される。
該凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄などの無機凝集剤や、ポリアクリルアミド系アイオノマーなどの有機高分子凝集剤が用いられ得る。
また、前記沈殿槽30では、沈殿性を促進すべく前記生物処理水にpH調整剤が添加され、槽内水のpHが中性程度(例えば、pH6〜8)となるようにpH調整剤が添加される。
該pH調整剤や前記凝集剤が過剰に添加されて水中に多く残存すると新たに処理対象物質を生じさせることになるため、その使用量は水質等に併せて都度調整することが好ましい。
前記第1の逆浸透膜ろ過装置50、及び、前記第2の逆浸透膜ろ過装置60としては、例えば、中空糸膜タイプやスパイラル膜タイプ、平膜のディスクタイプのものを採用することができる。
第1の逆浸透膜ろ過装置50、及び、第2の逆浸透膜ろ過装置60は、それぞれ用いる逆浸透膜のタイプや材質を共通させても異ならせてもよい。
本実施形態における第1の逆浸透膜ろ過装置50では平膜のディスクタイプを用いており、例えば、第1RO処理水の塩化物イオン濃度が約1000mg/L(例えば、500mg/L以上2000mg/L以下)となるように逆浸透膜ろ過が実施され得る。
本実施形態における第2の逆浸透膜ろ過装置60ではスパイラル膜タイプを用いており、例えば、第2RO処理水の塩化物イオン濃度が100mg/L未満となるように逆浸透膜ろ過が実施され得る。
本実施形態の水処理設備1は、第1RO処理水及び第2RO処理水の両方の電気伝導度を測定する電気伝導度計を備えている。
また、本実施形態の水処理設備1は、逆浸透膜ろ過装置よりも上流側の水の一部を該逆浸透膜ろ過装置よりも下流側に供給するためのバイパス流路をさらに備えていることが好ましい。
本実施形態の水処理設備1は、第1の逆浸透膜ろ過装置50よりも上流側の水(例えば砂ろ過処理水)の一部を必要に応じて第1の逆浸透膜ろ過装置50を通過させずに第1の逆浸透膜ろ過装置50よりも下流側に供給する第1のバイパス流路(図示せず)と、前記第1RO処理水の一部を必要に応じて第2の逆浸透膜ろ過装置60を通過させずに第2の逆浸透膜ろ過装置60よりも下流側に供給する第2のバイパス流路(図示せず)とをさらに備えている。
このことで本実施形態の水処理方法では、各水処理工程の上流側の水と下流側の水とに対して生物応答試験と法定排水基準に係る確認試験とが実施されることになる。
そのため本実施形態の水処理方法では各水処理工程が生物応答試験に与える影響を把握することができる。
また、本発明者が見出した事項によれば、水中のイオンを逆浸透膜ろ過で除去し過ぎると生物の生育に必要なミネラル分が大きく不足して生物応答試験の結果を低下させる因子となる。
そのため、本実施形態の水処理方法では、各水処理工程の上下流の水を用いた生物応答試験の結果に基づいて各水処理工程の試験条件を変更することで、環境に影響を与え難い放流水を得ることができる。
その場合、生物応答試験の結果が良好な放流水を得るためには、逆浸透膜ろ過装置50,60の運転条件を調整すればよい。
そのため、逆浸透膜ろ過装置50,60のいずれか一方の運転を停止したり、これらの逆浸透膜ろ過装置50,60の運転条件を緩慢なものに変更したりすることで生物応答試験と確認試験との両方に合格する水を得ることができる。
なお、逆浸透膜ろ過装置50,60の運転条件を緩慢にするとは、逆浸透膜での塩類の除去率(以下「脱塩率」ともいう)を低減させることを意味する。
脱塩率を低減するための具体的な方法としては、逆浸透膜ろ過装置50,60に供給する水の圧力を低下させる方法、逆浸透膜ろ過装置50,60に供給する水の温度を上昇させる方法、逆浸透膜ろ過装置での回収率(透過水量/供給水量)を上げる方法、などが挙げられる。
なお、要すれば、逆浸透膜ろ過装置50,60に供給する水にミネラル分を添加し、該水の塩濃度を上昇させることによって脱塩率を低減させるようにしてもよい。
なお、当然ながら砂ろ過処理水や第1RO処理水の第2RO処理水への添加は、通常、添加後の水質が排水基準を満たす範囲で実施される。
即ち、本実施形態においては、複数の水処理工程が順次実施された後の水に対し、直前の水処理工程よりも上流側の水の一部を添加して生物応答試験と確認試験との両方に合格する水を得ることができる。
即ち、本実施形態の水処理方法では、第1RO処理水や第2RO処理水の電気伝導度が規定値よりも低い場合は、放流水にミネラル分が不足する可能性が高いと判断し逆浸透膜ろ過装置50,60の運転条件を緩慢にしたり、或いは、逆浸透膜ろ過装置50,60よりも上流側の水の一部をバイパス流路を通じて下流側に供給することで生物応答試験と確認試験との両方に合格する水を得ることができる。
その場合、凝集剤やpH調整剤の種類や添加量を変更したり、特定のイオンを捕捉するキレート剤の添加によって生物応答試験の結果の改善を図ったりすることができる。
さらに、本実施形態の水処理方法では、少なくとも1つの水処理工程後の上流側の水と下流側の水とに対して生物応答試験と法定排水基準に係る確認試験とが実施されるため、当該水処理工程を通過することで法定排水基準において管理対象となっている成分の含有率がどのように変化するかについての情報が得られるとともにそれに伴って生物応答試験の結果がどのように変化するかが情報として得られる。
従って、本実施形態の水処理方法では、法定排水基準で管理対象となっている成分が生物応答試験に与える影響も把握し易くなる。
特に、最も下流側の水処理工程の直前の第1RO処理水は、少なくとも一度逆浸透膜処理が行われているために前記生物応答試験と前記確認試験との両方に合格する可能性があり、周辺環境に放流するのに適した水質を有する可能性がある。
このような水を放流水とすることにより本実施形態の水処理方法では、水処理の効率向上が図られ得るとともに第6の水処理工程を実施するためのエネルギー消費を削減することができる。
即ち、このような方法で水処理を実施することで、より環境に優しい水処理方法が提供され得る。
このような観点からは、仮に曝気処理水や砂ろ過処理水などの他の処理水に対する生物応答試験と法定排水基準に係る確認試験とを実施するのを省略することがあっても第1RO処理水に対しては生物応答試験と確認試験とを実施することが好ましい。
なお、最も下流側において実施される第6の水処理工程よりも上流側の水処理工程後の水が法定排水基準を満たすものの生物応答試験に合格していない場合は、この最も下流側の水処理工程よりも上流側の水処理工程における処理条件を変更するなどして法定排水基準と生物応答試験との両方に合格する水が得られるようにして当該水を放流水とすればよい。
水処理工程における処理条件を変更しても法定排水基準を満たすものの生物応答試験に合格する水が得られ難い場合には、この水をそのまま放流水としてもよい。
なお、最も下流側において実施される水処理工程よりも上流側の複数の水処理工程後の水が法定排水基準を満たすものの生物応答試験に合格しない場合は、水生生物への影響を優先して生物応答試験の結果が最も合格レベルに近い水を放流水としてもよく、工程の簡略化による省エネルギー効果を優先して最も上流側で法定排水基準を満たしている水を放流水としてもよい。
これら試験で課題が認められた場合は、その要因を推定するための検討を実施し、省略した下流側の水処理工程が必要であると判断された場合には、その時点で省略されている下流側の水処理工程の実施を復活させることができる。
試験は、例えば、魚類(例えば、ゼブラフィッシュ:Danio rerio、メダカ:Oryzias latipes)、ミジンコ(例えば、ニセネコゼミジンコ:Ceriodaphnia dubia)、藻類(例えば、ムレミカヅキモ:Pseudokirchneriella subcapitata)などを用いた短期慢性毒性試験によって実施することができる。
より具体的には、ゼブラフィッシュなどの魚類を用いる場合、生物応答試験は、OECD TG No.212「Fish,Short−term Toxicity Teston Embryo and Sac−Fry Stages」に準拠して実施できる。
ミジンコを用いる場合、生物応答試験は、OECDのEcoTox−Statistics Ver.2.6のTG No.211に準拠して実施できる。
藻類を用いる場合、生物応答試験は、OECD TG No. 201「Freshwater Alga and Cyanobacteria,Growth Inhibition Test」に準拠して実施できる。
本実施形態の水処理方法では、水質の変動を考慮し、各水処理工程で、定期的(例えば1時間毎)に数回(例えば5回)のサンプリングを実施し、これら採水を混合したものを生物応答試験の検体とすることが好ましい。
このことにより生物応答試験に影響を与える因子を特定し易くなる。
生物応答試験については、魚類、ミジンコ、藻類ともにNOEC(No Observed Effect Concentration:無影響濃度)が10%以上の場合、生物への影響が見られないという暫定的な基準とされている。
従って、本実施形態での生物応答試験の合否は、原則的には、魚類、ミジンコ、藻類ともにNOECが10%以上であるか10%未満であるかをもって判定することができる。
しかしながら、生物応答試験がギリギリ合格となるようなレベル(例えば、NOECが10%以上20%未満のレベル)では、被処理水の水質の変動等によってNOECが10%未満となることも予想されるので、その場合は、引き続き継続的な試験(1回/月程度)により状況を監視することが好ましい。
このようなことから、本実施形態においては、生物応答試験の合否判定の基準を引き上げておくことが好ましく、魚類、ミジンコ、藻類ともにNOECが20%以上であることを生物応答試験の合否判定の基準とすることが好ましい。
但し、この場合も、生物応答試験がギリギリ合格となるようなレベル(例えば、NOECが20%以上40%未満のレベル)においては、水質の変動が想定されるので上記よりは頻度が低くとも、継続的な試験(1回/2ヶ月程度)により状況を監視することが好ましい。
魚類、ミジンコ、藻類ともにNOECが40%以上の場合は安心できる状況である。
従って、NOECが40%以上であるか40%未満であるかを生物応答試験の合否判定の基準とすることがとりわけ好ましい。
この場合は、状況を監視するために1回/半年程度の試験を継続することが好ましい。
また、魚類、ミジンコ、藻類の個別の特性としては下記を検討する。
魚類は主に窒素、アンモニアの影響を受けるため、影響があった場合はその要因を検討する。
ミジンコは主に塩分、金属の影響を受けるため、影響があった場合はその要因を検討する。
藻類は主に窒素、界面活性剤、金属の影響を受けるため、影響があった場合はその要因を検討する。
前記確認試験の合否は、水質汚濁防止法(排水基準を定める省令:昭和46年総理府令第35号)により定められた「一律排水基準」を満たすかどうかで判定することができ、水処理設備が設置されている地方自治体によって定められた「上乗せ基準」を満たすかどうかで判定することが好ましい。
また、本実施形態の水処理方法では、より正確に生物応答試験への影響を把握することができるように第1の水処理工程よりも下流側の全ての水処理工程の直前、直後の水に対して法定排水基準に係る確認試験と生物応答試験とを実施しているが、本発明における効果を発揮させる上においては少なくとも一つの水処理工程の上流側と下流側とにおいて生物応答試験を実施すればよく、生物応答試験の対象となる水は当該水処理工程の直前や直後から採取しなくてもよい。
例えば、第4の水処理工程後の水と、第6の水処理工程後の水とに対して生物応答試験を実施し、第5の水処理工程後の水に対して生物応答試験を実施しなくても第5の水処理工程及び第6の水処理工程を実施することで生物応答試験にどのような変化が現れるのか把握できる点においては前記に例示した態様での水処理方法と同じである。
また、水処理方法に用いる設備としても、本実施形態においては、前記のような態様のものを例示しているが本発明で用いる水処理設備は前記に例示の態様のものに限定されるものではない。
10 簡易曝気槽
20 生物処理槽
21 硝化槽
30 沈殿槽
40 砂ろ過槽
50 第1の逆浸透膜ろ過装置
60 第2の逆浸透膜ろ過装置
Claims (3)
- 処理対象物質を含む排水に対して前記処理対象物質を除去する水処理工程を実施し、複数の前記水処理工程を順次実施して放流水を得る水処理方法であって、
前記複数の水処理工程の内の一水処理工程よりも下流側の水と、前記一水処理工程よりも上流側の水とを含む複数の水に対して生物応答試験を実施する水処理方法。 - 前記下流側の水と、前記上流側の水と、を同じ日に採取して前記生物応答試験を実施する請求項1記載の水処理方法。
- 前記生物応答試験とともに法定排水基準を満たすかどうかの確認試験を実施し、最も下流側において実施される前記水処理工程よりも上流側の水が前記生物応答試験と前記確認試験との両方に合格した場合は、該水を前記放流水とする請求項1又は2記載の水処理方法。
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