JP2020131099A

JP2020131099A - 水処理装置および水処理方法

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Publication number: JP2020131099A
Application number: JP2019026851A
Authority: JP
Inventors: 幾品川; Iku Shinagawa; 有香吉田; Yuka Yoshida; 崇大小熊; Takahiro Koguma
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-18
Also published as: JP7225894B2

Abstract

【課題】低コストで油脂を分解する。【解決手段】水処理装置１００は、廃水を収容する収容槽１１０と、９０ｇ／Ｎｍ３を上回り４００ｇ／Ｎｍ３以下のオゾンを含む処理ガスを収容槽１１０に供給するオゾン供給部１２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、水処理装置および水処理方法に関する。

廃水を浄化する技術として、活性汚泥法が広く利用されている。しかし、活性汚泥法は、油脂（ノルマルヘキサン抽出物質）を十分に分解できない。このため、活性汚泥法は、油脂の含有量が大きい廃水を浄化できない。

そこで、油脂の含有量が大きい廃水を浄化する技術として、凝集剤を添加して、加圧浮上処理を行う技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−２１６３３３号公報

しかし、上記特許文献１のような加圧浮上処理技術は、凝集剤にコストを要するという問題がある。また、加圧浮上処理では、分離した油脂と凝集剤とが混合されたフロス（スカム）が生じる。このため、加圧浮上処理は、フロスを脱水して廃棄するためにコストを要していた。

本開示は、このような課題に鑑み、低コストで油脂を分解することが可能な水処理装置、および、水処理方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る水処理装置は、廃水を収容する収容槽と、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを収容槽に供給するオゾン供給部と、を備える。

また、収容槽は、廃水を収容する第１反応槽と、第１反応槽を通過した廃水を収容する第２反応槽と、を有し、オゾン供給部は、第２反応槽に処理ガスを供給し、第２反応槽を通過した処理ガスを第１反応槽に供給してもよい。

また、収容槽内には廃水の流れが形成され、オゾン供給部は、廃水の流れに対向するように処理ガスを供給してもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る水処理方法は、廃水を収容し、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを廃水に供給する。

本開示によれば、低コストで油脂を分解することが可能となる。

水処理装置を説明する図である。水処理方法の処理の流れを説明するフローチャートである。変形例のオゾン供給部および第２接続管を説明する図である。測定結果を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

［水処理装置１００］
図１は、水処理装置１００を説明する図である。図１に示すように、水処理装置１００は、収容槽１１０と、オゾン供給部１２０と、通気部１３０と、オゾン分解部１４０とを含む。なお、図１中、実線は、水の流れを示す。また、図１中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。

［収容槽１１０］
収容槽１１０は、廃水を収容する。本実施形態において、収容槽１１０は、第１反応槽２１０と、第１接続管２１２と、第２反応槽２２０と、第２接続管２２２と、オゾン除去槽２３０とを含む。

第１反応槽２１０は、廃水を一時的に収容する。第１反応槽２１０には、不図示の供給機構によって廃水が供給される。廃水は、油脂を含む。油脂は、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸を含む。

第１接続管２１２は、第１反応槽２１０と、第２反応槽２２０とを接続する。廃水は、第１接続管２１２内を通過する。

第２反応槽２２０には、第１接続管２１２を通じて、第１反応槽２１０から廃水が導かれる。したがって、第２反応槽２２０は、第１反応槽２１０を通過した廃水を一時的に収容する。

第２接続管２２２は、第２反応槽２２０と、オゾン除去槽２３０とを接続する。廃水は、第２接続管２２２内を通過する。

オゾン除去槽２３０には、第２接続管２２２を通じて、第２反応槽２２０から廃水（処理水）が導かれる。オゾン除去槽２３０は、第２反応槽２２０を通過した廃水を一時的に収容する。

したがって、廃水は、第１反応槽２１０、第２反応槽２２０、オゾン除去槽２３０の順で通過する。

［オゾン供給部１２０］
オゾン供給部１２０は、まず、第２反応槽２２０に処理ガスを供給する。そして、オゾン供給部１２０は、第２反応槽２２０を通過した処理ガスを第１反応槽２１０に供給する。処理ガスは、オゾンを含むガスである。なお、処理ガス中のオゾンの含有量は、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下であり、好ましくは、１００ｇ／Ｎｍ^３以上４００ｇ／Ｎｍ^３以下である。本実施形態において、オゾン供給部１２０は、酸素供給源３１０と、第１送気管３１２と、ポンプ３１４と、オゾン発生部３２０と、第２送気管３２２と、第３送気管３３０とを含む。

酸素供給源３１０は、酸素を生成する装置（例えば、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置）、または、酸素を貯留する容器（例えば、酸素ボンベ）である。

第１送気管３１２は、酸素供給源３１０とオゾン発生部３２０とを接続する。ポンプ３１４は、第１送気管３１２に設けられる。ポンプ３１４は、吸入側が酸素供給源３１０に接続される。ポンプ３１４は、吐出側がオゾン発生部３２０に接続される。したがって、ポンプ３１４は、第１送気管３１２を通じ、酸素供給源３１０からオゾン発生部３２０に酸素を供給する。

オゾン発生部３２０は、例えば、オゾナイザである。オゾン発生部３２０において、放電環境下に酸素が曝されることにより、オゾンを含む処理ガス生成される。

第２送気管３２２は、オゾン発生部３２０と、第２反応槽２２０の底面とを接続する。したがって、オゾン発生部３２０によって生成された処理ガスは、第２送気管３２２を通じて、第２反応槽２２０に供給される。

これにより、第２反応槽２２０内に収容された（通過する）廃水がオゾンと接触する。したがって、廃水に含まれる油脂は、オゾンにより分解される。

第３送気管３３０は、第２反応槽２２０の上面と、第１反応槽２１０の底面とを接続する。したがって、第２反応槽２２０を通過した処理ガスは、第１反応槽２１０に供給される。

これにより、第１反応槽２１０内に収容された（通過する）廃水がオゾンと接触する。したがって、廃水に含まれる油脂は、オゾンにより分解される。

なお、第２反応槽２２０に供給される処理ガス中のオゾンの含有量が２００ｇ／Ｎｍ^３である場合、第１反応槽２１０には、オゾンの含有量が１４０ｇ／Ｎｍ^３程度の処理ガスが供給される。また、第２反応槽２２０に供給される処理ガス中のオゾンの含有量が１００ｇ／Ｎｍ^３である場合、第１反応槽２１０には、オゾンの含有量が８０ｇ／Ｎｍ^３程度の処理ガスが供給される。

［通気部１３０］
通気部１３０は、オゾン除去槽２３０に収容された廃水（処理水）からオゾンを除去する。本実施形態において、通気部１３０は、通気管１３２と、ポンプ１３４と、第４送気管１３６とを含む。

通気管１３２は、一端が大気開放され、他端がオゾン除去槽２３０の底面に接続される。ポンプ１３４は、通気管１３２に設けられる。ポンプ１３４は、吸入側が通気管１３２の一端側に接続される。ポンプ１３４は、吐出側がオゾン除去槽２３０に接続される。したがって、ポンプ１３４によって、空気は、通気管１３２を通じ、オゾン除去槽２３０に供給される。

したがって、オゾン除去槽２３０に収容された廃水が空気によって曝気される。これにより、オゾン除去槽２３０に収容された廃水からオゾンが除去（気化）される。

第４送気管１３６は、オゾン除去槽２３０の上面と、第３送気管３３０とを接続する。第４送気管１３６は、オゾン除去槽２３０から排気された、オゾンを含む空気を第３送気管３３０に導く。なお、オゾン除去槽２３０から排気されたオゾンを含む空気を、第２反応槽２２０に逆流させずに、第１反応槽２１０に供給する不図示の圧力調整機構が設けられている。

［オゾン分解部１４０］
オゾン分解部１４０は、例えば、デオゾナイザである。排気管１４２は、第１反応槽２１０の上面と、オゾン分解部１４０とを接続する。オゾン分解部１４０は、排気管１４２を通じて、第１反応槽２１０から導かれた処理ガスに含まれるオゾンを分解する。オゾン分解部１４０によってオゾンが分解されたガスは、大気に放出される。

［水処理方法］
続いて、水処理装置１００を用いた水処理方法について説明する。図２は、水処理方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図２に示すように、オゾン供給部１２０は、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを、廃水の流れ方向の後段に位置する第２反応槽２２０に収容された廃水に供給する（後段供給工程Ｓ１１０）。そして、第２反応槽２２０を通過した処理ガスは、第３送気管３３０を通じて、廃水の流れ方向の前段に位置する第１反応槽２１０に供給される（前段供給工程Ｓ１２０）。

以上説明したように、本実施形態の水処理装置１００およびこれを用いた水処理方法は、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを廃水に供給する。処理ガス中のオゾンの含有量が９０ｇ／Ｎｍ^３以下であると、飽和脂肪酸の分解効率が低い。そこで、本実施形態のオゾン供給部１２０は、９０ｇ／Ｎｍ^３を上回るオゾンを含む処理ガスを廃水に供給する。これにより、水処理装置１００は、廃水に含まれる不飽和脂肪酸のみならず、飽和脂肪酸を効率よく分解することが可能となる。なお、水処理装置１００は、油脂のみならず、廃水に含まれるタンパク質も分解することができる。

また、処理ガス中のオゾンの含有量が４００ｇ／Ｎｍ^３以上であると、オゾンの生成に要するコストが増加してしまう。そこで、本実施形態のオゾン供給部１２０は、４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを廃水に供給する。これにより、水処理装置１００は、低コストで油脂を分解することが可能となる。

また、上記したように、オゾン供給部１２０は、まず、第２反応槽２２０に処理ガスを供給し、続いて、第２反応槽２２０を通過した処理ガスを第１反応槽２１０に供給する。これにより、水処理装置１００は、第２反応槽２２０から排気され、未だオゾンが残存している処理ガスで、第１反応槽２１０内の廃水に含まれる油脂を分解することができる。つまり、水処理装置１００は、オゾンを効率よく利用することが可能となる。

また、オゾン供給部１２０は、後段の第２反応槽２２０にオゾンの含有量が相対的に多い処理ガスを供給し、前段の第１反応槽２１０にオゾンの含有量が相対的に少ない処理ガスを供給する。これにより、水処理装置１００は、第２反応槽２２０において、オゾンの含有量が相対的に多い処理ガスでなければ分解できない油脂を分解することが可能となる。また、水処理装置１００は、第１反応槽２１０において、オゾンの含有量が相対的に少ない処理ガスであっても分解可能な油脂を分解することができる。

［変形例］
上記実施形態において、オゾン供給部１２０が、第２反応槽２２０の底面に処理ガスを供給する構成を例に挙げた。しかし、オゾン供給部１２０による処理ガスの供給箇所に限定はない。

図３は、変形例のオゾン供給部１２０および第２接続管２２２を説明する図である。なお、図３中、実線は、水の流れを示す。また、図３中、破線の矢印は、ガスの流れを示す。

図３に示すように、変形例の第２接続管２２２は、対向流形成部２２２ａと、接続部２２２ｂとを含む。対向流形成部２２２ａは、第２接続管２２２における螺旋形状の部分である。対向流形成部２２２ａの上端は、第２反応槽２２０に接続される。接続部２２２ｂは、第２接続管２２２における、対向流形成部２２２ａの下端とオゾン除去槽２３０とを接続する部分である。したがって、対向流形成部２２２ａ内には、廃水の流れが形成される。具体的に説明すると、廃水は、対向流形成部２２２ａ内を上方から下方に向けて流れることになる（下降流となる）。

また、変形例のオゾン供給部１２０は、接続部２２２ｂに処理ガスを供給する。具体的に説明すると、変形例の第２送気管３２２は、オゾン発生部３２０と接続部２２２ｂとを接続する。したがって、オゾン供給部１２０によって供給された処理ガスは、対向流形成部２２２ａ内を下方から上方に向かって流れることになる（上昇流となる）。

以上説明したように、変形例のオゾン供給部１２０は、廃水の流れに対向するように処理ガスを供給する。つまり、オゾン供給部１２０は、廃水の流れと処理ガスとの流れを対向流とする。これにより、変形例の水処理装置１００は、廃水と処理ガスとの接触効率を向上することができる。したがって、変形例の水処理装置１００は、廃水に含まれる油脂を効率よく分解することが可能となる。

［実施例］
油脂（ノルマルヘキサン抽出物質）を含む廃水に処理ガスを供給して油脂の残存量を測定した。なお、実施例Ａにおいて、廃水中の油脂の濃度は、３５０ｍｇ／Ｌとした。実施例Ｂ、Ｃにおいて、廃水中の油脂の濃度は、３２０ｍｇ／Ｌとした。また、実施例Ａは、処理ガス中のオゾンの含有量を５０ｇ／Ｎｍ^３とした。実施例Ｂは、処理ガス中のオゾンの含有量を１００ｇ／Ｎｍ^３とした。実施例Ｃは、処理ガス中のオゾンの含有量を１８０ｇ／Ｎｍ^３とした。

図４は、測定結果を説明する図である。なお、図４中、四角は、実施例Ａを示す。図４中、丸は、実施例Ｂを示す。図４中、三角は、実施例Ｃを示す。

図４に示すように、実施例Ａ〜Ｃのいずれにおいても処理時間を長くするに従って、油脂の残存量が低下することが分かった。

また、実施例Ａでは、処理時間が１５分であると残存量が３００ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が３０分であると残存量が２８０ｍｇ／Ｌ程度となった。なお、実施例Ａでは、処理時間が４０分以上になると、処理時間を長くしても残存量はほとんど変化しないことが確認された。

一方、実施例Ｂでは、処理時間が１５分であると残存量が２７０ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が３０分であると残存量が２４０ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が６０分であると残存量が２３０ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が１２０分であると残存量が２００ｍｇ／Ｌ程度となった。

また、実施例Ｃでは、処理時間が１５分であると残存量が２６０ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が３０分であると残存量が２３０ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が６０分であると残存量が１７５ｍｇ／Ｌ程度となり、処理時間が１２０分であると残存量が１１０ｍｇ／Ｌ程度となった。

このように、処理ガス中のオゾンの含有量を１００／Ｎｍ^３以上とすることにより、廃水中の油脂を効率よく分解できることが確認された。なお、本実施例では、処理ガス中のオゾンの含有量が１００／Ｎｍ^３となるように設定したが、オゾン発生部３２０の公差を勘案すると、実際の含有量が９０／Ｎｍ^３を上回れば同様の効果が認められると考えられる。

以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、収容槽１１０が３つの槽（第１反応槽２１０、第２反応槽２２０、および、オゾン除去槽２３０）を備える構成を例に挙げた。しかし、収容槽１１０は、少なくとも１の槽で構成されていればよい。

また、上記実施形態において、水処理装置１００は、オゾン除去槽２３０、通気部１３０、オゾン分解部１４０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、オゾン除去槽２３０、通気部１３０、オゾン分解部１４０は必須の構成ではない。

また、上記実施形態において、収容槽１１０が第１接続管２１２と、第２接続管２２２とを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、第１接続管２１２および第２接続管２２２は必須の構成ではない。例えば、第１反応槽２１０から第２反応槽２２０へオーバーフロー（越流）で廃水を移動させてもよい。同様に、第２反応槽２２０からオゾン除去槽２３０へオーバーフローで廃水を移動させてもよい。

また、上記変形例において、対向流形成部２２２ａが、螺旋形状である場合を例に挙げた。しかし、対向流形成部２２２ａの形状に限定はない。

また、オゾン供給部１２０は、粒径が１０００μｍ（マイクロバブル）の処理ガスを廃水に供給してもよい。処理ガスをマイクロバブルとして廃水に供給することにより、粒径が１０００μｍを上回る場合と比較して、処理ガスの比表面積を大きくなる。これにより、廃水に対する処理ガス（オゾン）の溶解効率を向上させることができる。したがって、水処理装置１００は、廃水中の油脂の分解効率を向上することが可能となる。

本開示は、水処理装置および水処理方法に利用することができる。

１００水処理装置
１１０収容槽
１２０オゾン供給部
２１０第１反応槽
２２０第２反応槽

Claims

廃水を収容する収容槽と、
９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを前記収容槽に供給するオゾン供給部と、
を備える水処理装置。
前記収容槽は、
廃水を収容する第１反応槽と、
前記第１反応槽を通過した廃水を収容する第２反応槽と、
を有し、
前記オゾン供給部は、前記第２反応槽に前記処理ガスを供給し、前記第２反応槽を通過した処理ガスを前記第１反応槽に供給する請求項１に記載の水処理装置。
前記収容槽内には前記廃水の流れが形成され、
前記オゾン供給部は、前記廃水の流れに対向するように前記処理ガスを供給する請求項１または２に記載の水処理装置。
廃水を収容し、
９０ｇ／Ｎｍ^３を上回り４００ｇ／Ｎｍ^３以下のオゾンを含む処理ガスを前記廃水に供給する水処理方法。