JP2024030687A

JP2024030687A - 水処理システム及び水処理方法

Info

Publication number: JP2024030687A
Application number: JP2022133734A
Authority: JP
Inventors: 晃治陰山; 淳史馬場; 壮文奥村; 一郎山野井; 豊三宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2024042741A1

Abstract

【課題】気候変動抑制に寄与する形態での汚水処理後の汚泥等の有効活用を図ることができる水処理システム及び水処理方法を提供する。
【解決手段】栄養塩を含む被処理水に対して好気性微生物を用いた生物処理を含む処理を行って処理水と汚泥とに分離する水処理設備２４と、処理水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解設備１６と、栄養塩を含む汚泥を、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する第１供給部２２と、を備える。水電解設備１６で生成した酸素は水処理設備２４における生物処理に供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理システム及び水処理方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０２１－１６８１３号公報（特許文献１）がある。この公報には、「酸素ガス供給装置１は、水電解槽と、配管と、を備える。水電解槽は、陽極側セル及び陰極側セルを有し、水を電気分解して酸素ガス及び水素ガスを生成する。配管の第１端部は陽極側セルに接続されている。配管は、酸素ガスを曝気槽の内部に供給する。」と記載されている（要約参照）。

特開２０２１－１６８１３号公報

しかし、特許文献１に開示の技術は、気候変動抑制に寄与する形態での汚水処理後の汚泥等の有効活用という観点からは改善の余地があった。
そこで、本発明は、気候変動抑制に寄与する形態での汚水処理後の汚泥等の有効活用を図ることができる水処理システム及び水処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、栄養塩を含む被処理水に対して好気性微生物を用いた生物処理を含む処理を行って処理水と汚泥とに分離する水処理設備と、前記処理水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解設備と、前記栄養塩を含む前記汚泥を、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する第１供給部と、を備え、前記水電解設備で生成した前記酸素は前記水処理設備における前記生物処理に供すること、を特徴とする。

本発明によれば、気候変動抑制に寄与する形態での汚水処理後の汚泥等の有効活用を図ることができる水処理システム及び水処理方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例２に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例３に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例４に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例５に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例６に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例７に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例８に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例９に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例１０に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例１１に係る水処理システムの概念図である。本発明の実施例１２に係る水処理システムの概念図である。

以下、本発明の実施例（実施形態）について図面を用いて説明する。

図１は、実施例１に係る水処理システムの概念図である。水処理システム１は、リン酸塩や硝酸塩等の栄養塩を含む被処理水に対して好気性微生物を用いた生物処理を含む処理を行って処理水と汚泥とに分離する水処理工程を行う水処理設備２４と、前記の処理水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解工程を行う水電解設備１６とを備えている。また、水処理システム１は、栄養塩を含む前記の汚泥を、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する供給工程を行う第１供給部２２を備えている。水電解設備１６で生成した酸素は水処理設備２４における生物処理に供する。なお、水電解設備１６は、水の電気分解により生じる水素と酸素が混ざらないように、別々に取り出すことができるものが好適である。また、第１供給部２２は、例えばコンベア等の運搬用具や搬送経路のことであり、汚泥の運搬や搬送を行う。海草・海藻類栄養塩供給手段３０は、例えば散布機（スプレッダ）やばらまき機（ブロードキャスタ）等であり、第１供給部２２によって供給（搬送等）された汚泥を海草等に与える。

より詳細に説明する。被処理水供給部１８は水処理設備２４に接続された配管等であり、水処理設備２４に被処理水を供給する。被処理水は、生活排水や、食品工場等から排出される排水等、栄養塩を含む下水である。水処理設備２４で分離後の処理水は処理水供給部２０を介して水電解設備１６に与えられる。処理水供給部２０は、例えば、パイプラインとポンプ等によって構成することができる。水電解設備１６は処理水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成する。このうち、水素ガスは、パイプラインとブロワ等で構成された水素供給部１２によりに水電解設備１６から搬出され、エネルギー資源として消費あるいはストックされる。酸素ガスは、パイプラインとブロワ等で構成された酸素ガス供給部１４で水処理設備２４に供給され、この酸素は水処理設備２４の曝気槽（図示せず）内での曝気に供され、水中の溶存酸素濃度を高めるのに用いられる。水処理設備２４の水中の微生物は溶存酸素を呼吸に用いて栄養塩を含む被処理水を処理し、処理水と汚泥とに分離される。この汚泥は第１供給部２２によって海草・海藻類栄養塩供給手段３０へ与えられ、汚泥に含まれる窒素成分やリン成分が海洋において海草や海藻が光合成する際の肥料として用いられる。第１供給部２２としては、水処理設備２４から海洋が近ければベルトコンベヤ等の搬送手段を用いることができる。水処理設備２４から海洋が遠ければ、水処理設備２４から汚泥をベルトコンベヤ等で搬出して当該汚泥の積み出し基地まで運ぶ経路が第１供給部２２となる。この場合、積み出し基地から海洋上の最終的な目的地までの搬送は車両や船舶等を用いる。水電解設備１６における必要以上の処理水は水処理設備２４からパイプラインとポンプ等の所定の搬送手段７１を介して所定先に排出される。

水処理設備２４はさまざまな処理フローのものが存在するが、水中の好気性微生物を用いた生物処理が含まれるものとし、被処理水の生物処理の後段に、より清澄な処理水を得るための膜ろ過処理や凝集処理、砂ろ過処理などが含まれてもよい。海草や海藻に直接汚泥を供給する海草・海藻類栄養塩供給手段３０は、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部の生育する箇所で機能することが望ましい。海草や海藻の付近に汚泥を供給するため、海上から汚泥を撒くのみではなく、海底付近まで鉛直方向に垂らしたチューブ内を通じて汚泥を供給できることが望ましい。あるいは、汚泥は含水率を低下させて海水よりも比重が大きい乾燥ペレットにして水面から投入し、沈降させることが望ましい。いずれにせよ、汚泥は海洋の海草や海藻の生育する箇所まで運搬・輸送することが必要となる。効率性の面と運搬、輸送時に発生する二酸化炭素の低減の面からは、汚泥の含水率は低いほどよい。

以上のような構成により、まず、酸素ガスを水電解設備１６から水処理設備２４に与えることで、水処理設備２４の中で曝気する際に必要となるブロワの電力消費量を削減できる。従来、水処理設備２４では酸素濃度が約２０％程度の空気を直径が数ミリメートル程度の気泡として数メートル程度の水深の被処理水中に注入していたが、この際のブロワの電力消費量は水処理設備２４の電力消費量の半分程度をも占めるのが一般的である。これに対し、本実施例１では、曝気槽で曝気するのが純粋な酸素である。すなわち、その酸素濃度がほぼ１００％であって空気の約５倍の濃度である酸素ガスを空気の代わりに用いれば、送気量を大幅に低減できる。その結果、ブロワの電力消費量を削減できる。このことは発電所で発電の際に排出される二酸化炭素の低減につながり、気候変動抑制に寄与することが可能となる。水処理設備２４の中の曝気の目的は水中の微生物への溶存酸素供給以外に曝気槽内の攪拌も兼ねているが、送気量が少なくて曝気槽内の攪拌が弱いようであれば曝気槽内に攪拌機を設けることが望ましい。

また、水処理設備２４で分離後の汚泥が海草・海藻類栄養塩供給手段３０へ与えられることも気候変動抑制に寄与する。海水中の窒素成分やリン成分など肥料分が欠乏している海域においては、海草や海藻の光合成が抑制されている場合がある。このような海域へ窒素成分やリン成分を含む汚泥を供給すれば、光合成による海草や海藻の生体量増加が可能となる。その過程で大気中から水中に溶解した二酸化炭素が海草や海藻の中に有機物として固定される。成長および枯死した後の海草や海藻は海底や海溝へ沈殿するため、生体に固定化された炭素成分は長期間大気中に二酸化炭素としては出て来ず、気候変動抑制に寄与できる。

よって、被処理水の処理後の汚泥の有効活用を気候変動抑制に寄与する形態で図ることができる。

図２は、実施例２に係る水処理システムの概念図である。以下に説明する各実施例では、その前に説明した実施例で言及されている設備、装置等と同じものは図面に同一符号で図示して詳細な説明を省略する。
本実施例２が実施例１と異なる点は、第１供給部２２で搬送するのが汚泥ではなく、栄養塩を含む処理水であることと、水処理設備２４から所定の搬送手段７１を介して所定先に排出されるのが余剰の処理水ではなく汚泥である点である。

基本的に水処理設備２４の目的は、被処理水に含まれる固形分や栄養塩を除去して清澄な処理水を得ることである。しかし、栄養塩の除去率は水処理設備２４の種類によって異なる。たとえば、処理フローが複雑な嫌気無酸素好機法（Ａ２Ｏ法）であれば、処理水から多くの栄養塩が除去され、その分だけ汚泥に栄養塩が移行するため、実施例１のように汚泥を海草・海藻類栄養塩供給手段３０へ与えることが有効である。しかし、水処理設備２４の処理フローが単純な標準活性汚泥法であれば、処理水から除去される栄養塩の割合が少ないため、汚泥ではなく処理水を海草・海藻類栄養塩供給手段へ与えることが有効である。これが実施例２の構成である。実施例１の場合と同様に、海草・海藻類栄養塩供給手段３０は、海洋の海草や海藻の生育する箇所で機能することが望ましい。水処理設備２４から河川や海域へ処理水をそのまま放流しても最低限の目的は達成されるかもしれないが、それのみではなく、海草や海藻が生育する海底付近まで延長したパイプ等を通じて処理水を供給できるようにすることが望ましい。

このように、実施例２の構成を取ることでも、水処理設備２４のブロワの電力消費量の削減、及び海草や海藻の成長にともなう大気中の二酸化炭素の固定が可能となり、気候変動抑制に寄与できる。
なお、前記の実施例１，２には示していないが、水電解設備１６の排熱を水処理設備２４へ与えることも有効である。被処理水の水温が低い季節には、水処理設備２４の曝気槽内の微生物の活性が低下して水処理設備２４の処理性能が低下するが、水電解設備１６の排熱で被処理水の水温を上昇すれば水処理設備２４の処理性能の低下を抑制できる。その結果として、前記の酸素の送気量を低減でき、ブロワの電力消費量を削減することができる。

図３は、実施例３に係る水処理システムの概念図である。本実施例３が実施例１と異なるのは、第１供給部２２で海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給される汚泥を対象に、水電解設備１６の排熱により水分を蒸発させる第１水分蒸発設備３６を備えていることである。
すなわち、水電解設備１６では大量の排熱が発生する。この排熱を含む空気は、例えば、パイプラインとブロワ等から構成される排熱供給部３２によって第１水分蒸発設備３６に供給される。第１水分蒸発設備３６では、この排熱で汚泥の水分を蒸発除去し、その結果として含水率の低下した汚泥が海草・海藻類栄養塩供給手段３０へ与えられることとなる。

水処理設備２４は地上に設置されるのが一般的であり、海草や海藻が生育する海洋までにはある程度の距離がある場合が多い。汚泥は水処理設備２４から海草・海藻類栄養塩供給手段３０まで車両、船、パイプラインなどの手段で運搬・輸送する必要がある。同量の栄養塩を運搬するためであれば、含水率が低いほど汚泥の重量や体積が小さくなるため、汚泥の運搬・輸送時に発生する二酸化炭素の量を減らすことができる。たとえば汚泥が１ｋｇあると仮定する。その含水率が９０%の場合には、水分が９００ｇ、乾燥固形分が１００ｇ含まれることを意味する（水分と乾燥固形分の密度が同じと仮定して）。この汚泥に熱を加えて含水率を７０%に低減できたとする。乾燥固形分は変化しないため１００ｇのままであるがこれが３０%、残りの７０%が水分であるため水分は２３３ｇに相当する。したがって、含水率７０%の汚泥の重量は、“１００ｇ＋２３３ｇ＝３３３ｇ”となる。すなわち、汚泥の含水率を９０%から７０%に低減できれば、汚泥の重量及び体積は約１／３となり、汚泥の運搬・輸送時に発生する二酸化炭素の量も単純に考えれば約１／３となる。汚泥の含水率をもっと低減すれば、さらに運搬、輸送時に発生する二酸化炭素の量を減らすことが可能となる。このように汚泥の含水率を低下するため、水電解設備１６の排熱を使用する第１水分蒸発設備３６を用いる。この場合、第１水分蒸発設備３６の熱源として化石燃料や電力を用いないため、新たな二酸化炭素の発生を回避できる。

このように、実施例３によれば、汚泥の運搬、輸送時に発生する二酸化炭素の量を削減でき、もって気候変動抑制に寄与できる。

図４は、実施例４に係る水処理システムの概念図である。本実施例４が実施例３と異なるのは、第１水分蒸発設備３６で発生した水蒸気を水に凝縮する凝縮設備３８を備えていることである。凝縮設備３８で凝縮後の水は処理水に代えて（又は処理水と共に）水電解設備１６での水素と酸素の生成用の水として供される。
水電解設備１６では、電力によって水を水素ガスと酸素ガスに分離（電気分解）するために水が消費される。実施例１では、この水として、水処理設備２４から取り出された処理水を用いるものとしている。第１水分蒸発設備３６で発生した水蒸気を凝縮設備３８に供給する水蒸気供給部３４は、パイプラインとブロワ等により構成することができる。また、凝縮設備３８で凝縮後の水は、パイプラインとポンプ等で構成される水供給部１０により、凝縮設備３８から水電解設備１５に供給される。処理水供給部２０は、本実施例４では設けられていない。

水処理設備２４が被処理水に含まれる含有成分を十分に除去できない場合、水電解設備１６内で不純物が析出するなど悪影響が生じる場合がある。これに対し、本実施例４では凝縮設備３８で得られた蒸留水である水を水電解設備１６へ供給する。蒸留水であるため不純物は極めて少なく、蒸留水を用いれば水電解設備１６内で不純物が析出する悪影響はほぼ無い。その結果として、水電解設備１６のメンテナンスに必要な薬剤や作業を低減することができ、これら薬剤の製造や作業時に発生する二酸化炭素の排出量を低減できる。これは、メンテナンスのため関連設備が停止する期間の削減にもつながる。

このように、実施例４によれば、水電解設備１６のメンテナンスに必要な薬剤や作業、および関連設備の停止期間を削減でき、二酸化炭素の排出量の低減により気候変動抑制に寄与できる。

図５は、実施例５に係る水処理システムの概念図である。本実施例５が実施例４と異なるのは、被処理水の一部を水電解設備１６の排熱の一部で蒸発させて汚泥と水蒸気に分離する第２水分蒸発設備４０を備えている点にある。第２水分蒸発設備４０で分離後の汚泥は、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する。第２水分蒸発設備４０で分離後の水蒸気は、凝縮設備３８で水に凝縮することで、当該水を水電解設備１６での水素と酸素の生成用の水として供する。

被処理水供給部７２は被処理水供給部１８と同様の構成であり、被処理水の一部を第２水分蒸発設備４０に供給する。排熱供給部３２から分岐した排熱供給部７３は、排熱供給部３２と同様の構成であり、水電解設備１６で発生した排熱を含む空気の一部を第２水分蒸発設備４０に供給する。水蒸気供給部７４は、第２水分蒸発設備４０で発生した水蒸気を凝縮設備３８に供給するため、水蒸気供給部３４に接続されている。水蒸気供給部７４の構成は水蒸気供給部３４と同様である。汚泥供給部７５は、第２水分蒸発設備４０で被処理水を乾燥した後に残る汚泥を第１水分蒸発設備３６の後段の第１供給部２２まで運搬し、海草・海藻類栄養塩供給手段３０に汚泥を供給する。汚泥供給部７５は第１供給部２２と同様の構成である。

実施例４に比べて本実施例５では、被処理水からも水蒸気と汚泥を生成する機能が加わっている。水電解設備１６の排熱が多量の場合には、このように被処理水を当該排熱で加温して汚泥をより多く取得することが可能である。その結果として、海草・海藻類栄養塩供給手段３０に与える汚泥を増やすことができ、海洋の海草や海藻をより多く生育できる。水処理設備２４で被処理水を処理して汚泥を得る場合に比べ、第２水分蒸発設備４０で得られた含水率の低い汚泥には濃度の高い窒素成分やリン成分が含まれる。その結果として、海洋の海草や海藻をより多く生育できる。

このように、本実施例５では、より多くの窒素成分やリン成分を海洋の海草や海藻に肥料分として供給できるため、より多くの二酸化炭素を固定でき、気候変動抑制に寄与することができる。

図６は、実施例６に係る水処理システムの概念図である。本実施例６が実施例１と異なるのは、水処理設備２４で分離後の汚泥を材料に消化菌を用いてメタンガスを生成する消化設備４４を備えていることである。消化設備４４で生じる消化液は海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する。
消化設備４４で処理後に生じる消化液は、消化液供給部７０により海草・海藻類栄養塩供給手段３０に供給される。消化液供給部７０は、消化設備４４から海草・海藻類栄養塩供給手段３０まで近距離であれば、パイプラインとポンプ等により構成することができる。これが遠距離であれば、車両、船舶等の運搬手段を消化液供給部７０として用いる。消化設備４４で生成されたメタンガスは、パイプライン、ブロワ等で構成されるメタンガス供給部４２によって消化設備４４外に排出され、エネルギー資源として消費あるいはストックされる。

実施例１では汚泥に含まれる有機物の炭素成分は海草・海藻類栄養塩供給手段３０へ与えられて海洋中へ拡散していくだけであるが、本実施例６では汚泥中の炭素成分をエネルギー資源として有益なメタンガスとして回収できる。
このように、本実施例６によれば、エネルギー資源として有益なメタンガスも生成することが可能となる。

図７は、実施例７に係る水処理システムの概念図である。本実施例７が実施例１と異なるのは、第１供給部２２で海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給される汚泥を対象に水電解設備１６の排熱により水分を蒸発させる第１水分蒸発設備３６と、第１水分蒸発設備３６で発生した水蒸気を水に凝縮する凝縮設備３８と、水処理設備２４で分離後の汚泥に対して消化菌を用いてメタンガスを生成する消化設備４４とを備えている点である。凝縮設備３８で凝縮後の水は水電解設備１６での水素と酸素の生成用の水として供される。消化設備４４で生じる消化液は第１水分蒸発設備３６での処理対象物として供する。すなわち、本実施例は、実施例４と実施例６とを組み合わせたような構成である。

本実施例７によれば、エネルギー資源として水素ガスのみではなく、メタンガスも生成することができる。さらに、凝縮設備３８で得られた蒸留水である水が水電解設備１６へ供給されるため、水電解設備１６内で不純物が析出するなどの悪影響が生じにくい。その結果として、水電解設備１６のメンテナンスに必要な薬剤や作業を減らすことができ、それら薬剤の製造や作業時に発生する二酸化炭素の排出量を低減できる。これは、メンテナンスのため関連設備が停止する期間の削減にもつながる。さらに、第１水分蒸発設備３６で含水率を低減して汚泥の重量や体積を減らすことができるため、汚泥の運搬、輸送時に発生する二酸化炭素の量を低減できる。

このように、水電解設備１６、水処理設備２４、海草・海藻類栄養塩供給手段３０を別々に用いる場合と比べ、図７の構成を取ることでエネルギー資源として有益なメタンガスも得ることができ、水電解設備１６のメンテナンスに必要な薬剤や作業、および関連設備の停止期間を削減でき、さらに汚泥の運搬・輸送時に発生する二酸化炭素の量を削減して、気候変動抑制に寄与することができる。

図８は、実施例８に係る水処理システムの概念図である。本実施例８が実施例７と異なるのは、水電解設備１６で生成された酸素の一部からオゾンを生成するオゾンガス発生設備４８と、水処理設備２４で分離後の汚泥に含まれる有機物をオゾンガス発生設備４８で生成したオゾンで易分解化する汚泥前処理設備５０とを備えていることである。汚泥前処理設備５０で有機物を易分解化後の汚泥は消化設備４４に供する。
水電解設備１６で生成された酸素の一部は、酸素ガス供給部８１でオゾンガス発生設備４８に供給される。酸素ガス供給部８１の構成は酸素ガス供給部１４と同様である。オゾンガス発生設備４８で生成したオゾンは、パイプラインとブロワ等で構成されるオゾン供給部４６で汚泥前処理設備５０に供給される。

オゾンガス発生設備４８では、放電により酸素ガスをオゾンガスに変換し、汚泥前処理設備５０に供給する。汚泥前処理設備５０では、オゾンガスの強力な酸化力によって汚泥に含まれる有機物を易分解化する。この易分解化された汚泥は、メタンガス生成の材料となる。
本実施例８によれば、あらかじめ易分解化された汚泥をメタンガス生成の材料とすることで、消化設備４４で得られるメタンガスの量を実施例７の例より増加させることができる。

図９は、実施例９に係る水処理システムの概念図である。本実施例９が実施例７と異なるのは、被処理水の一部を肥料成分として植物プランクトンを光合成により増殖する植物プランクトン増殖設備５４と、植物プランクトン増殖設備５４で生成された植物プランクトンを含む植物プランクトン含有液から植物プランクトンを分離する植物プランクトン分離供給設備５６とを備えている点である。植物プランクトン増殖設備５４で増殖された植物プランクトンは植物プランクトン分離供給設備５６で分離後に消化設備４４に供されて汚泥とともにメタンガスの生成の材料とされる。

被処理水の一部は、パイプラインとポンプ等で構成された被処理水供給部８２により、植物プランクトン増殖設備５４に供給される。植物プランクトン増殖設備５４で生成された植物プランクトン含有液は、パイプラインとポンプ等で構成された植物プランクトン含有液供給部８３により、植物プランクトン分離供給設備５６に供給する。植物プランクトン分離供給設備５６で分離された植物プランクトンは、ベルトコンベヤ等で構成された植物プランクトン供給部５２によって消化設備４４に供給される。植物プランクトン分離供給設備５６で植物プランクトン含有液から植物プランクトン分離後の処理水は、パイプラインとポンプ等で構成された処理水排出部８４で所定先に排出される。

本実施例９によれば、消化設備４４に供給する有機物に汚泥のみではなく植物プランクトン増殖設備５４で増殖した植物プランクトン５２も加わることにより、消化設備４４で得られるメタンガスの量を実施例７の例より増大させることができる。

図１０は、実施例１０に係る水処理システムの概念図である。本実施例１０が実施例９と異なるのは、栄養塩を含む廃棄物を供給する栄養塩廃棄物供給設備６０からの廃棄物を消化設備４４に供給し、当該廃棄物を汚泥とともに消化設備４４でメタンガスの生成の材料とする第２供給部５８を備えることである。
第２供給部５８は、栄養塩廃棄物供給設備６０から消化設備４４までが短距離なら、ベルトコンベヤやパイプラインとポンプ等で構成でき、長距離なら、栄養塩廃棄物供給設備６０の外の所定の積載場所まで廃棄物を搬出するベルトコンベヤやパイプラインとポンプ等である。積載場所からは、車両や船等の輸送手段で廃棄物を消化設備４４まで運ぶ。

栄養塩廃棄物供給設備６０は、例えば食品工場、食品加工場等であり、有機塩を含む廃棄物を排出する。
本実施例１０によれば、消化設備４４でのメタンガス生成の材料に栄養塩を含む廃棄物も加わることによって、消化設備４４で得られるメタンガスの量を実施例９の例よりも増大させることができる。

図１１は、実施例１１に係る水処理システムの概念図である。本実施例１１が実施例１と異なるのは、水電解設備１６で分離後の酸素の一部を、水生生物を養殖する養殖設備６４に供給する第３供給部９１と、水電解設備から排出される排熱を養殖設備６４に供給する第４供給部９２とを備えることである。
第３供給部９１は、パイプラインとブロワ等で構成できる。第３供給部９１も、排熱を含む空気を供給するパイプラインとブロワ等で構成できる。

本実施例１１によれば、養殖設備６４では、水中に酸素ガスが気泡として曝気され、溶解した溶存酸素が魚類など水生生物の呼吸に用いられ、水生生物が水中で成長あるいは増殖する。酸素ガスは酸素濃度がほぼ１００％であって空気の約５倍の濃度であるため、同じ溶存酸素濃度を得る場合には送気量を大幅に低減できる。その結果、ブロワの電力消費量を削減することができる。このことは発電側で排出される二酸化炭素の低減につながり、気候変動抑制に寄与する。

養殖設備６４で養殖する水生生物が鰻など成長時に低水温より高水温のほうが望ましい水生生物の場合、養殖設備６４に水電解設備１６の排熱を与えることで、より良い水生生物の生育を実現できる。そのため、別途、化石燃料や電力を使って養殖設備６４を加温する場合に比べ、二酸化炭素排出量を低減でき、気候変動抑制に有効である。
このように本実施例１１では、気候変動抑制に寄与しながら水生生物の養殖を行うことができる。

図１２は、実施例１２に係る水処理システムの概念図である。本実施例１２が実施例１１と異なるのは、第３供給部９１及び第４供給部９２は、それぞれ酸素の一部及び排熱を、海草及び海藻のうちの少なくとも一部を食害する食害生物を飼料に加工する飼料化設備６８で生産された飼料で水生生物を養殖する養殖設備６４に供給することである。肥料を飼料化設備６８から養殖設備６４に供給する肥料供給部６６は、両者が近距離ならベルトコンベヤ等で構成し、遠距離なら車両や船等を用いる。

上述のように海草・海藻類栄養塩供給手段３０で窒素成分やリン成分を供給して生体量を増加し二酸化炭素を固定した海草や海藻は、たとえばウニやアイゴなどの食害生物によって食害される場合があり、極端な場合には磯焼けと呼ばれる状態となってしまう。このような食害生物による食害の拡大を抑制するため、食害生物をダイバーなどによって海中にて殺生あるいは捕獲する。ウニの場合、固い殻や棘があるため捕獲してもそのままでは水生生物の飼料とはならないが、殻を割った中身は水生生物の飼料となる。飼料化設備６８は、このように捕獲した食害生物を養殖設備で養殖される水生生物の飼料に加工するものである。その結果、養殖水生生物の餌およびその調達にかかるコストを低減することができる。同時に、捕獲した食害生物の廃棄処理に必要となるコストや手間を削減することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１水処理システム
１６水電解設備
２２第１供給部
２４水処理設備
３６第１水分蒸発設備
３８凝縮設備
４０第２水分蒸発設備
４４消化設備
４８オゾンガス発生設備
５０汚泥前処理設備
５４植物プランクトン増殖設備
５８第２供給部
６０栄養塩廃棄物供給設備
６４養殖設備
６８飼料化設備
９１第３供給部
９２第４供給部

Claims

栄養塩を含む被処理水に対して好気性微生物を用いた生物処理を含む処理を行って処理水と汚泥とに分離する水処理設備と、
前記処理水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解設備と、
前記栄養塩を含む前記汚泥を、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する第１供給部と、を備え、
前記水電解設備で生成した前記酸素は前記水処理設備における前記生物処理に供すること、を特徴とする水処理システム。
前記第１供給部は、前記汚泥に代えて、又は前記汚泥と共に前記栄養塩を含む前記処理水の一部を前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給すること、を特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
前記第１供給部で前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給される前記汚泥を対象に前記水電解設備の排熱により前記汚泥の水分を蒸発させる第１水分蒸発設備を、更に備えていること、を特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
前記第１水分蒸発設備で発生した水蒸気を水に凝縮する凝縮設備を更に備え、
前記凝縮設備で凝縮後の前記水は、前記処理水に代えて、又は前記処理水と共に前記水電解設備での前記水素と酸素の生成用の水として供されること、を特徴とする請求項３に記載の水処理システム。
前記被処理水の一部を前記水電解設備の排熱の一部で蒸発させて汚泥と水蒸気に分離する第２水分蒸発設備を更に備え、
第２水分蒸発設備で分離後の前記汚泥は、前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給し、
第２水分蒸発設備で分離後の前記水蒸気は、前記凝縮設備で水に凝縮することで、当該水を前記水電解設備での前記水素と酸素の生成用の水として供すること、を特徴とする請求項４に記載の水処理システム。
前記水処理設備で分離後の汚泥を材料に消化菌を用いてメタンガスを生成する消化設備を更に備え、
前記消化設備で生じる消化液は前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給すること、を特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
前記第１供給部で前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給される前記汚泥を対象に前記水電解設備の排熱により前記汚泥の水分を蒸発させる第１水分蒸発設備と、
前記第１水分蒸発設備で発生した水蒸気を水に凝縮する凝縮設備と、
前記水処理設備で分離後の汚泥に対して消化菌を用いてメタンガスを生成する消化設備と、を更に備え、
前記凝縮設備で凝縮後の前記水は前記水電解設備での前記水素と酸素の生成用の水として供され、
前記消化設備で生じる消化液は前記第１水分蒸発設備での処理対象物として供すること、を特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
前記水電解設備で生成された酸素の一部からオゾンを生成するオゾンガス発生設備と、
前記水処理設備で分離後の前記汚泥に含まれる有機物を前記オゾンで易分解化する汚泥前処理設備と、を更に備え、
前記汚泥前処理設備で前記有機物を易分解化後の前記汚泥を前記消化設備に供すること、を特徴とする請求項７に記載の水処理システム。
前記被処理水の一部を肥料成分として植物プランクトンを光合成により増殖する植物プランクトン増殖設備を更に備え、
前記植物プランクトン増殖設備で増殖された前記植物プランクトンは前記消化設備に供されて前記汚泥とともに前記メタンガスの生成の材料とされること、を特徴とする請求項７に記載の水処理システム。
栄養塩を含む廃棄物を供給する栄養塩廃棄物供給設備からの廃棄物を前記消化設備に供給し、当該廃棄物を前記汚泥とともに前記メタンガスの生成の材料とする第２供給部を更に備えること、を特徴とする請求項９に記載の水処理システム。
前記水電解設備で分離後の前記酸素の一部を、水生生物を養殖する養殖設備に供給する第３供給部と、
前記水電解設備から排出される排熱を前記養殖設備に供給する第４供給部と、を更に備えること、を特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
前記第３供給部及び前記第４供給部は、それぞれ前記酸素の一部及び前記排熱を、前記海草及び海藻のうちの少なくとも一部を食害する食害生物を飼料に加工する飼料化設備で生産された当該飼料で前記水生生物を養殖する前記養殖設備に供給すること、を特徴とする請求項１１に記載の水処理システム。
栄養塩を含む被処理水に対して好気性微生物を用いた生物処理を含む処理を行って処理水と汚泥とに分離する水処理工程と、
前記被処理水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解工程と、
前記栄養塩を含む前記汚泥を、海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給する供給工程と、を備え、
前記水電解工程で生成した前記酸素は前記水処理工程における前記生物処理に供すること、を特徴とする水処理方法。
前記供給工程は、前記汚泥に代えて前記栄養塩を含む前記処理水の一部を前記海洋の海草及び海藻のうちの少なくとも一部に供給すること、を特徴とする請求項１３に記載の水処理方法。