JP2019034295A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりもコンパクトで、小規模事業所にも導入可能で、しかも多機能で、かつ微生物を利用した水処理装置を提供する。【解決手段】 ろ材を充填し得る槽本体１の内部に、下端に開口部２ｂを有する内筒体２ａを配し、内筒体２ａから槽本体１の外部に連通する溢流管５とバイパス管４ａを設けて、水処理装置を構成することにより、処理水を槽本体１の上部から供給し、開口部２ｂから内筒部２ａに流入させ、溢流管５またはバイパス管４ａを経由して処理水タンク８に還流させ、十分に浄化されるまで、処理水タンク８と槽本体１との間を循環させる。また、バイパス管４ａに設けられたバルブ３ａの開閉により、槽本体１内のバルブ３ａの上の領域を散水床としたり、浸漬ろ床としたりすることも可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、微生物を利用して、主に食肉や魚介類の加工処理に用いた排水を浄化するための水処理装置に関し、特に小規模の事業所に適合するコンパクトな汚水排水浄化処理槽の水処理装置に関するものである。

排水に含まれる有機物を微生物に分解させ、浄化する処理方法が広く行われている。ここで用いられる微生物には、酸素が存在する環境に棲息する好気性微生物と、酸素が存在しない環境で棲息する嫌気性微生物がある。

好気性微生物を用いる好気性処理は、処理水中に浮遊するか、ろ材表面に付着する微生物に、泡状の空気の供給、つまりエアレーションを行いながら、有機物を分解するもので、大規模な下水処理、浄化槽のような小規模排水処理などに採用されている。

また、嫌気性微生物を用いる嫌気性処理は、高濃度の有機物を含む排水処理に採用され、好気性処理に比較すると、次のような利点がある。（１）エアレーション不要であるため、省エネルギーの観点で有用である。（２）メタンや有機酸の回収が可能である。（３）好気性処理に比較すると汚泥の発生量が少ない。

微生物を用いた水処理の分野では、多くの先行技術が開示されている。例えば、特許文献１には、反応槽における金属塩の濃度を有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒ量を基準に規定するとともに、運転時期によって有機性排水のＣＯＤ_Ｃｒに対する金属塩の濃度を変えることにより、安定な運転立上げと処理を行うとともに、ランニングコストを抑制する排水処理方法が開示されている。

また、特許文献２には、嫌気性微生物を付着させる担体が貯留され、かつ処理水が通水される嫌気処理リアクタと、前記担体に対する前記嫌気性微生物の付着量を判定する微生物付着量判定機構と、前記微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、前記嫌気処理リアクタに対する前記処理水の流量を制御する流量制御機構と、前記微生物付着量判定機構の判定結果に基づき、前記担体への前記嫌気性微生物の付着を促進させる促進剤を前記嫌気処理リアクタに供給する微生物量制御機構と、を備える有機性排水の処理装置が開示されている。

微生物を利用した水処理装置については、前記の先行技術文献の他にも、処理槽の構造など、装置の構成要素毎に多数の先行技術が開示されている。しかしながら、例えば水産物の加工処理業においては、小規模な事業所が、各地の漁港の近辺に散在していることに鑑みると、コンパクト化された水処理装置の潜在的な需要が多いと考えられるが、前記２件の施工技術に開示されている装置は、いずれも多種の機器を必要とするもので、小規模事業所における運用には、適用が困難である。

特開２０１７−０２９８８２号公報 特開２０１６−１６３８５５号公報

従って、本発明の課題は、従来よりもコンパクトで、小規模事業所にも導入可能で、しかも多機能で、かつ微生物を利用した水処理装置を提供することにある。

本発明は、前記課題に鑑み、ろ材と称される微生物を棲息させるための担体を充填し、処理の対象となる排水を通水するための槽の構造や、エアレーション機構や、処理の対象となる水の循環機構などを、鋭意検討した結果なされたものである。

即ち、本発明は、筒形状を備えた槽本体と、中心軸の方向が前記槽本体とほぼ同一となるように前記槽本の内部に配され、下端部に開口部が設けられてなる筒形状を備えた内筒体と、処理の対象となる処理水を貯留する処理水槽と、前記処理水を、前記槽本体の上部から導入するための処理水導入手段と、前記槽本体の底部に設けられてなる散気手段と、前記槽本体から、前記開口部を経由して前記内筒体の内部に流入し、前記内筒体の上端近傍に達した前記処理水を、槽本体の外部に溢流させるために設けられてなる、溢流管と、前記開口部と前記溢流管との間に配され、前記内筒体の内部と前記槽本体の外部に連通する少なくとも一つのバイパス管と、前記溢流管と前記バイパス管から流出する前記処理水を、前記処理水槽へ導入するための還流管とを備え、前記槽本体と前記内筒体の間の空間に、表面に微生物を付着させてなるろ材が充填されてなることを特徴とする水処理装置である。

また、本発明は、前記バイパス管が、流路を閉塞開放するための開閉手段を備えていることを特徴とする、前記の水処理装置である。

また、本発明は、前記ろ材が、カキ殻、多孔質セラミック、高分子材料成形体、高分子材料発泡体から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、前記の水処理装置である。

また、本発明は、前記処理水導入手段と前記散気手段の少なくともいずれかが、管を環状に構成したフープ構造を備えていることを特徴とする、前記の水処理装置である。

また、本発明は、前記処理水導入手段が、前記処理水が流出する管の開口部の下部に、前記処理水が流出する方向と略直交する方向に板状部材が取り付けられ、前記処理水の前記板状部材への衝突により、前記処理水を飛沫とすることが可能な消泡手段を備えていることを特徴とする、前記の水処理装置である。

また、本発明は、前記槽本体における前記溢流管の上部に、前記槽本体と前記還流管と連通するエア抜き管が設けられ、前記エア抜き管は、前記還流管側と前記槽本体側との間が水平、または、前記還流管側が前記槽本体側よりも高くなる傾斜を備えていることを特徴とする、前記の水処理装置である。

本発明の水処理装置は、前記のように、槽本体と、槽本体の内部に設けられ、下端部に開口部が設けられた内筒体を有するので、処理水槽に貯留された処理の対象となる処理水を、槽本体の上から注ぎ込むことにより、内筒体の開口部から内筒体の内部に流入した処理水が、内筒体に設けられた溢流管またはバイパス管まで達すると、処理水槽に還流する構成となっているので、十分に浄化されるまで、処理水を槽本体と処理水槽の間を循環させることが可能である。

そして、バイパス管には、バイパス管を閉塞したり解放したりするための、開閉手段が設けられていて、バイパス管を閉塞することにより、処理水の水位が溢流管に達するまで、槽本体の内部のほぼ全体を、処理水で満たすことができるので、ろ材全体が処理水に浸された、浸漬ろ床の状態となる。

また、バイパス管を開放すると、処理水はパイパス管から外部に流出するので、パイパス管の位置を境界にして、槽本体の上部は、処理水がろ材の表面を覆いながら流れ落ちる、散水ろ床の状態となり、槽本体の下部は浸漬ろ床となる。つまり、一つの水処理装置に、散水ろ床と浸漬ろ床の両方の機能を付与できる。また、エアレーションを停止することで嫌気性処理が可能となり、バイパス管を開放した状態で、エアレーションを停止することで、散水ろ床での好気性処理と、浸漬ろ床での嫌気性処理の両方の機能を発現できる。

本発明の水処理装置において、ろ材としては、カキ殻、多孔質セラミック、高分子材料成形体、高分子材料発泡体などを用いるが好ましいが、基本的に十分に比表面積が大きい材料であれば、重量あたりで必要な微生物棲息量が確保でき、これらの他の材料も使用可能である。また、複数種のろ材を、槽本体内で高さ方向に層をなすように充填することも可能である。

前記のろ材の中でも、特にカキ殻は、次のような特長があり、本発明の水処理装置のろ材として極めて有用である。
（１）カキ殻は、カキ殻有機石灰として用いられるように、カルシウムを多く含むため、酸性の水に浸されると、アルカリ成分を溶出し、酸性の水を緩やかに中和する機能を発現する。
（２）カキ殻は、カルシウムの他に、リン酸、カリウム、マグネシウムなどのミネラルを含み、マンガン、ホウ素、亜鉛なども微量ながら含むため、微生物の栄養源となる。
（３）カキ殻は、微生物により消費されるが、補給が容易で、カキ殻自体は、水産業で生じる廃棄物であり、コスト増に繋がることがない。
（４）カキ殻は、上述のように微生物により消費されるので、補給は必要となるが、定期的な交換作業を行う必要はない。

また、本発明の水処理装置においては、槽本体の底部に散気手段が設けられ、適宜エアレーションを行えるようになっているが、散気手段にはフープ構造を付与することが可能である。ここでフープ構造とは、コンプレッサーから空気を送る管の、空気が噴き出す部分が、環状に構成されたものである。このような散気手段は、空気を送る管の必要な箇所に、管の径よりも径が小さな貫通孔を複数箇設け、細かい泡を槽内に分散させるが、管が環状に構成されていないと、管の端部を閉塞せざるを得ないが、端が閉塞された管に複数の貫通孔を設けると、閉塞した端部付近の空気圧が増加する傾向があり、貫通孔毎の空気の噴出量がばらつくことがある。

このような現象が起こると、槽内の空気泡の分布が不均一となり、装置全体の処理効率が低下するので、本発明においては、環状に構成した管に多数の貫通孔を設け、散気手段として用いる。

また、処理水の導入手段、つまり、処理水を槽本体内に注入するノズルも、複数箇設けることにより、散水ろ床における処理水の分布の均一化が図れるが、この場合も散気手段と同様に、環状に構成したフープ構造の管の適当な位置に取り付けることで、処理水導入の均一性が向上する。

さらに、本発明の水処理装置においては、ノズルの下に板状部材を取り付け、ノズルから流出する処理水を、板状部材に衝突させて飛沫とする、消泡手段を用いることができる。管の開口部から直接槽本体に処理水を導入すると、処理水が空気を巻き込み、泡が生じるが、飛沫とすることで、この現象を抑制できる。シャワーのように、ノズルに多数の細かい貫通孔を設けても、同様の消泡効果が得られるが、処理水には、固形の浮遊物も含まれ、貫通孔の詰まりが頻繁に発生する可能性があるので、このような消泡装置を用いることが望ましい。

なお、本発明の水処理装置において、槽本体は密閉構造ではないので、散気管から槽本体内に放出される空気で、層本体内が高圧となることはないが、さらに安全を期すためには、溢流管の上の位置に、槽本体と還流管を連通するためのエア抜き管を設けることが望ましい。エア抜き管は、水平方向に設けてもよいが、処理水の導入手段から注入される処理水の飛沫や泡が、エア抜き管から還流管に流入する可能性があるので、還流管に接続されている部分が、槽本体に接続されている側の方よりも高い傾斜を備えるのが望ましい。また、エア抜き管は、槽本体の外側に連通していれば、その目的に適うので、必ずしも還流管に接続する必要はない。

本発明の水処理装置の一例の構成を示す図。 本発明の水処理装置の処理水導入手段の一例を示す図。 本発明の水処理装置の消泡手段の一例の斜視図。 本発明の水処理装置の散気手段の一例を示す図

次に本発明の実施の形態について、具体的な図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の水処理装置の一例の構成を示す図である。図１において、１は槽本体、２ａは内筒体、２ｂは開口部、３ａは第一のバルブ、３ｂは第二のバルブ、４ａはバイパス管、４ｂはドレン管、５は溢流管、６はエア抜き管、７は還流管、８は処理水槽、９はポンプ、１０は処理水注入管、１１ａ、１１ｂは処理水導入手段、１２は空気管、１３は散気手段、１４は簀の子、１５は沈殿槽である。

槽本体１や内筒体２ａなどの環状部材は、十分な機械的な強度を備えた材料であればいずれでもよいが、重量の軽減も考慮すると、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が好ましい。図に示したように、この例においては、溢流管５の下部には、一つのバイパス管が設けられているが、バイパス管の数を、増加することが可能であるのは論を俟たない。図１に示したドレン管４ｂは、通常の運転状態では、使用しないので、第二のバルブ３ｂを閉塞しておく。図１の例では、エア抜き管６が設けられているが、前記の理由から図における左側が高くなる傾斜が設けられている。

簀の子１４には、金網やパンチングメタルを用いることが可能であり、その上にろ材を積載するので、やはり十分な機械的な強度が必要である。図中で示した二点鎖線は、第一のバルブ３ａの開閉によって、散水ろ床となったり、浸漬ろ床となったりする領域の、おおよその境界を示している。つまりバルブ３ａを閉塞すれば、ＡとＢの両方の領域が浸漬ろ床となり、第一のバルブ３ａを開放すれば、領域Ｂが浸漬ろ床になり、領域Ａが散水ろ床になる。

また、前記のように本発明の水処理装置においては、異種のろ材を層状に充填することが可能で、例えばＡの領域にはカキ殻を充填し、Ｂの領域にはプラスチック製のろ材を充填することが可能である。ろ床を通過した処理水は、還流管７を経由して処理水槽８に戻り、十分に浄化されるまで、処理水槽８と槽本体１の間を循環し、沈殿槽１５で固形物を沈殿させた後に、環境に放出される。なお、処理水槽８や沈殿槽１５を槽本体１の下部に設置して、装置全体の設置面積を縮小することも可能で、狭い事業所への設置に対応できる。

図２は、本発明の水処理装置の処理水導入手段の一例を示す図で、図２（ａ）は、槽本体１と処理水導入手段の平面図、図２（ｂ）は、槽本体１の一部の断面と処理水導入手段の正面図である。図２において、１０ａは処理水注入管のフープ構造部、１１ｃは処理水導入手段、１６ａ、１６ｂ、１６ｃはメンテナンス用開放孔、１７ａ、１７ｂ、１７ｃはキャップである。なお、操業中は、内筒体２ａの上端とメンテナンス用開放孔１６ａ、１６ｂ、１６ｃには蓋をしておく。

図２に示したように、処理水注入管１０は、管を四角形の環に構成した、処理水注入管のフープ構造部１０ａに接続され、この部分を経由して槽本体１の内部に、処理水を注入する。また、キャップ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、処理水に含まれる固形物が管内に付着した際に、取り除く作業を容易にするために設けたもので、着脱が可能な状態で取り付けられている。

図３は、本発明の水処理装置の消泡手段の一例の斜視図である。図３において、１８はノズル、１９は支持部材、２０は板状部材、２１は水流、２２は飛沫となった水である。処理水をストレートに槽本体１に注入すると、処理水が空気を巻き込み、泡を発生することがあるが、ここに示したように、水流２１を板状部材２０に衝突させて、飛沫２２とすることで、泡の発生を抑制できる。なお、ノズル１８内の水流が乱流となると、ノズル１８から放出され水流２１がノズル１８の内径よりも拡がるので、板状部材の径をノズル内径の３倍程度以上とすることが望ましい。

図４は、本発明の水処理装置の散気手段の一例を示す図で、図４（ａ）は散気手段の取り付け状態を槽本体１の下側から見た図であり、図４（ｂ）はＡＡ断面である。図４において、２３は貫通孔である。ここに示したように、本発明の水処理装置に係る散気手段１３は、内筒体２を経由して槽本体１の下面に導入された空気管１２を、管を円環状に構成したフープ構造の部分に接続し、貫通孔２３から空気を放出する。

貫通孔は、図４（ｂ）に示したように下に向けて取り付けることが望ましい。理由は、上に向けると、処理水に含まれる浮遊固形物が付着して詰まる可能性があるからであり、下に向けて設けることで、固形物が付着した場合は、コンプレッサーから高圧の空気を送って、吹き飛ばすことができる。また、槽本体１内の泡の分布を考慮すると、図４（ｂ）に示した角度θは３０°〜６０°が望ましい。

以上に説明したように、本発明によれば、ろ材が充填され、散水ろ床と浸漬ろ床の機能の両方を発現可能な槽本体と、処理水槽の間を、処理水を循環させることで、従来よりもコンパクトで、狭いところでも設置可能な水処理装置を提供できる。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１・・・槽本体 ２ａ・・・内筒体 ２ｂ・・・開口部
３ａ・・・第一のバルブ ３ｂ・・・第二のバルブ
４ａ・・・バイパス管 ４ｂ・・・ドレン管 ５・・・溢流管
６・・・エア抜き管 ７・・・還流管 ８・・・処理水槽
９・・・ポンプ １０・・・処理水注入管
１０ａ・・・処理水注入管のフープ構造部
１１ａ，１１ｂ，１１Ｃ・・・処理水導入手段 １２・・・空気管
１３・・・散気手段 １４・・・簀の子 １５・・・沈殿槽
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ・・・メンテナンス用開放孔
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・キャップ １８・・・ノズル
１９・・・支持部材 ２０・・・板状部材 ２１・・・水流
２２・・・飛沫となった水 ２３・・・貫通孔

１・・・槽本体 ２ａ・・・内筒体 ２ｂ・・・開口部
３ａ・・・第一のバルブ ３ｂ・・・第二のバルブ
４ａ・・・バイパス管 ４ｂ・・・ドレン管 ５・・・溢流管
６・・・エア抜き管 ７・・・還流管 ８・・・処理水槽
９…ポンプ １０・・・処理水注入管
１０ａ・・・処理水注入管のフープ構造部
１１ａ，１１ｂ，１１Ｃ・・・処理水導入手段 １２・・・空気管
１３・・・散気手段 １４・・・簀の子 １５・・・沈殿槽
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ・・・メンテナンス用開放孔
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・キャップ １８・・・ノズル
１９・・・支持部材 ２０・・・板状部材 ２１・・・水流
２２・・・飛沫となった水 ２３・・・貫通孔

Claims (5)

1. 筒形状を備えた槽本体と、
   中心軸の方向が前記槽本体と同一となるように前記槽本体の内部に配され、下端部に開口部が設けられてなる筒形状を備えた内筒体と、
   処理の対象となる処理水を貯留する処理水槽と、
   前記処理水を、前記槽本体の上部から導入するための処理水導入手段と、
   前記槽本体の底部に設けられてなる散気手段と、
   前記槽本体から、前記開口部を経由して前記内筒体の内部に流入し、前記内筒体の上端に達した前記処理水を、槽本体の外部に溢流させるために設けられてなる、溢流管と、
   前記開口部と前記溢流管との間に配され、前記内筒体の内部と前記槽本体の外部に連通する少なくとも一つのバイパス管と、
   前記溢流管と前記バイパス管から流出する前記処理水を、前記処理水槽へ導入するための還流管とを備え、前記槽本体と前記内筒体の間の空間に、表面に微生物を付着させてなるろ材が充填されてなることを特徴とする水処理装置。
2. 前記バイパス管は、流路を閉塞開放するための開閉手段を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記ろ材は、カキ殻、多孔質セラミック、高分子材料成形体、高分子材料発泡体から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
4. 前記処理水導入手段と前記散気手段の少なくともいずれかは、フープ構造を備えていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水処理装置。
5. 前記処理水導入手段は、前記処理水が流出する管の開口部の下部に、前記処理水が流出する方向と直交する方向に板状部材が取り付けられ、前記処理水の前記板状部材への衝突により、飛沫とすることが可能な消泡手段を備えていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水処理装置。

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