JP2905787B2 - 汚水の浄化装置 - Google Patents

汚水の浄化装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、汚濁河川・湖沼・港湾海水、生活排水、工
業廃液、屠場廃液、下水、塵芥廃液、塵芥焼却廃液、家
畜屎尿、農薬、殺菌剤、厨房排水等の汚水を高純度に浄
化する装置に関するものである。
〔背景技術〕
従来の汚水処理設備は、膨大な敷地や建物中にコンク
リートの池をつくり、この池の水中に好気性菌を繁殖さ
せた装置を設けて、これに絶えず菌を補給すると共に、
ポンプで水中に空気を送って活性化させたものに、数倍
以上の水で稀釈した汚水を菌に接触させながら、汚水中
に含まれた汚物を微生物に消化させて浄化していた。し
かし完全に浄化させるためには何か月もの時間と大規模
な設備と、多大な費用とを要するばかりか無限に大きな
敷地と設備が必要になってしまうので、中途でやむなく
何倍もの水で薄めて放流していた。そのため、河川、湖
沼、海が汚れた。砂、活性炭、膜その他等の装置で濾過
して浄化するほどぼう大な経費が嵩み、非常に不経済で
あった。
従来、汚水中より汚泥や無機物を凝集除去して水を透
明にするために各種凝集剤の単体が使われてきた。凝集
剤には、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸バンド、
高分子凝集剤等がそれぞれ単体で使われている。汚水や
汚水中に凝集剤の単体を混合攪拌した後、停止して凝集
沈澱させると６時間〜24時間かかっても小石や砂が凝集
して容器の底に堆積するだけで、水は透明にならない。
そこで、土木工事では汚水が透明になるまで繰り返した
が工事費の30％もの費用をかけても水中に溶けた不純物
の除去は不可能であった。
工事現場では発生した汚水をポンプで付近で一番高い
山や岡の上に設けた大きなタンク中に汚水を入れ、この
中に凝集剤単体を混合攪拌した後、停止して６〜24時間
経過後、無機物を凝集沈澱分離してまだ濁った上澄を一
段下に設けた浄化槽中に移し、又、中に凝集剤の単体を
混合攪拌後停止して６〜24時間後、濁った上澄を一段下
の岡に設けた容器中に移す工程を何回も繰返していた。
上記行程を６〜10回以上繰返して最後に透明になった
ものを河川に放流する方法で、現在も工事現場では塩化
鉄、硫酸バンド等の単体が使われている。（但し、汚水
や浄化水のBOD、COD等は一切関係ない。）そのために透
明には浄化されても高濃度に汚染されていた。
現在、学会や産業界では、いかなる凝集剤を使って
も、汚水中に含有する汚物は分離除去して汚水を浄化す
ることは絶対に不可能であるとされている。そのため
に、汚水処理や下水処理場では、汚水中の固形物や無機
物を緩速沈澱やフィルターや凝集剤の単体（塩化第二
鉄）を混合攪拌して後、時間を掛けて沈澱分離させて
後、24時間〜５日間活性汚泥法によってバクテリヤと接
触させ汚物を眼に見えない程度の微小な微生物に空気を
送って繁殖させて消化させて処理していたために広大な
敷地と設備と費用と時間を要しても完全に浄化できない
のでpH調整後、これを濾過して河川に濁水のまま放流し
ていた。
屎尿処理では５〜７日間活性汚泥法で汚水をバクテリ
ヤと接触させた後、１m2当り2,000万円もする高分子膜
を通過させてもCODは90〜95mg/lまでしか下らない。そ
こでこれに塩化第二鉄を混合攪拌して含まれた汚物を凝
集沈澱させた後、さらに活性炭の層中を通過させてCOD3
0mg/lの透明な水にして河川に放流することが限界であ
り、浄化設備は１トン当り2,000万円、処理費は１トン
当り2,500円〜6,000円と高価であった。
〔発明の開示〕
したがって、本発明の目的は、広範囲の分野にわたる
汚水を効率よく安価に高純度の清浄水まで浄化し、リサ
イクルしうる装置を提供することにある。
本発明の装置は、大別して連続式と間欠式のものに分
けられる。
連続式の浄化装置は、浄化槽に汚水を連続して供給し
ながら浄化を連続して行う。この連続式の浄化装置は、
汚水と浄化薬剤とを混合する混合機と、この混合機から
の混合物を受けて無機質・有機質の浮上物・沈澱物と浄
化液とに分離する浄化槽と、浄化液中の上澄液を取り出
す浄化液配管系と、浮上物・沈澱物を取り出すドレイン
配管系とからできている。
間欠式の浄化装置は、浄化槽内に汚水を間欠的に供給
し、浄化槽内の汚水をある程度まで浄化した後、浄化水
と汚水とを間欠的に入れ替える。この間欠式の浄化装置
は、汚水と浄化薬剤とを混合する混合機と、この混合物
を受けて無機質・有機質の浮上物・沈澱物と浄化液とに
分離する浄化槽と、該浄化槽の側壁の所定位置に設けら
れていて浄化液中の上澄液を順次浄化槽外にオーバフロ
ーさせる窓機構と、前記浄化槽の下方周囲に設けられて
いてオーバフローされた上澄液を受ける樋と、該樋から
上澄液を取り出す浄化液配管系と、浮上物・沈澱物を取
り出すドレイン配管系とからできている。
浄化槽内の混合物の攪拌を促進させるために、浄化槽
底部に超音波発振機、攪拌羽根、インジェクタを設けた
り、混合機の先端にインジェクタを設けることもでき
る。インジェクタは気液を高圧高速で噴射する機能をも
っている。
前記窓機構は浄化槽側壁に方形の窓を明けて、その窓
に方形の扉を当てて上下に移動させるか、または浄化槽
側壁に三角形状の窓を明けて、その窓に方形の扉を当て
て横に移動させるものでもよい。窓機構は単数、複数の
いずれでもよい。
前記インジェクタに排気ガスを流入して、排気ガスの
浄化をすることもできる。
浄化装置は、単独の浄化槽のみでもよいが、必要に応
じて横に直列にまたは縦に直列に複数の浄化槽を連結す
ることができる。
汚水発生源によっては（例えば、火力発電所タービン
冷却水、空調用排水等）、高温の汚水がある。この汚水
は浄化された後にも、相当に高温になっている。したが
って、この高温浄化水を熱交換機等に流して、排熱を有
効利用することもできる。
本発明の装置を用いて、例えば、下記の汚水浄化方法
を実施することができる。
その汚水浄化方法は、第１工程として、少なくとも２
種類の凝集剤を汚水中に混入攪拌して無機物・有機物を
浮上・沈澱させる。次いで、第２工程として少なくとも
３種類の凝集剤を上記工程で得られた上澄水中に混入攪
拌して残留無機物・有機物を浮上・沈澱させる。
上記第１および第２工程のうちの少なくとも一方を順
次複数回繰り返す。このようにして、汚水から中水、上
水、超純水を得ることができる。
第１工程で用いられる凝集剤としては、カルシウムを
含有する物質（例えば、石灰、高度晒粉等）と、ポリ塩
化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、ミョ
ウバン、硅酸ナトリウム、塩酸、カセイソーダ、洗剤、
高分子凝集剤等のうちの１種または２種以上とから構成
される。
第２工程で用いられる凝集剤としては、カルシウムを
含有する物質にミョウバンを加えたものを主成分とし
て、さらに前述したポリ塩化アルミニウムの１種または
２種以上とから構成される。
〔図面の簡単な説明〕
第１図は本発明の連続式汚水浄化装置の一実施例の概
略構成説明図である。
第２図は第１図に示す別の実施例の概略構成説明図で
ある。
第３図は本発明の間欠式汚水浄化装置の一実施例の概
略構成説明図である。
第４図は第３図に示す別の実施例の概略構成説明図で
ある。
第５図は本発明の装置に用いる混合機の概略縦断面図
である。
第６図は第５図の混合機の先端に取り付けたインジェ
クタの概略構成説明図である。
第７図は第６図のインジェクタの別の各種変更例の説
明図である。
第８図は本発明の装置に用いるインジェクタの縦断面
図である。
第９図はさらに別のインジェクタの縦断面図である。
第10図は第９図の一部の拡大図である。
第11図は第10図のXI−XI線からみた横断面図である。
第12図は第９図に示すインジェクタの配置例を示す側
面図である。
第13図は第12図（Ｂ）の平面図である。
第14図は本発明の装置に用いる窓機構の各種実施例の
説明図である。
第15図は本発明の装置の別の実施例の概略構成説明図
である。
第16図は本発明の装置の使用例を示す説明図である。
第17図は本発明の装置の応用例を示す説明図である。
第18図は第６図に示すインジェクタの変更例を縦断面
図である。
第19図はインジェクタに用いる気体噴射ノズルの各種
変形例を示す。
〔発明の実施するための最良の形態〕
図面を参照して、本発明の汚水の浄化装置の実施例に
ついて説明する。
本発明の装置は、大別して連続式と間欠式のものに分
けられる。
連続式の浄化装置は、第１図に示すように、浄化槽１
に汚水を連続して供給しながら浄化を連続して行う。こ
の連続式の浄化装置は、汚水と浄化薬剤とを混合する混
合機２と、この混合機２からの混合物を受けて無機質・
有機質の浮上物・沈澱物と浄化液とに分離する浄化槽１
と、浄化液中の上澄液を取り出す浄化液配管系３と、浮
上物・沈澱物を取り出すドレイン配管系４とからできて
いる。
混合機２は、第１図および第５図に示すように、本体
21の一端にモータ22が固定され、モータの出力軸221に
スクリュ・シャフト23が取り付けられる。スクリュ・シ
ャフト23の先端は本体21に回転自在に支持されている。
スクリュ・シャフト先端付近には流量計24が取り付けら
れている。
本体21の中央部には複数に仕切られたホッパ25が固定
され、各弁251をかいして仕切室252が本体21内に連通さ
れる。各仕切室252にはそれぞれ必要な浄化薬剤が供給
される。
本体21の下部には汚水導入管５がポンプ51をかいして
連結されている。汚水導入管５には、浄化液配管系３の
連結管31が弁32をかいして連結されている。浄化液配管
系３の出力管33は弁34をかいして浄化槽１の上方に取り
付けられている。
ドレイン配管系４は、浮上物を吸引除去する上方管41
と沈澱物を除去する下方管42とからできている。下方管
42には弁421,422が取り付けられている。
混合機２の出口には誘導管26が浄化槽１内下方まで延
びていて、汚水と薬剤との混合物を浄化槽１内に誘導す
る。モータ22が始動すると、スクリュ・シャフト23が回
転し、汚水と薬剤とを混合し、誘導管26へ押し出す。
浄化槽１内の混合物の攪拌を促進させるために、浄化
槽底部には攪拌羽根６の外に、第２図に示すように超音
波発振機７、インジェクタ８を設けたり、混合機２の先
端にインジェクタ９（第６図）を設けることもできる。
インジェクタ8,9は気液を高圧高速で噴射する機能をも
っている。これらについては後に詳述する。
浄化槽１は大径管を用いることもできる。
間欠式の浄化装置は、第３図に示すように、浄化槽１
内に汚水を間欠式に供給し、浄化槽１内の汚水をある程
度まで浄化した後、浄化水と汚水とを間欠的に入れ替え
る。この間欠式の浄化装置は、汚水と浄化薬剤とを混合
する混合機２と、この混合物を受けて無機質・有機質の
浮上物・沈澱物と浄化液とに分離する浄化槽１と、浄化
槽側壁の所定位置に設けられていて浄化液中の上澄液を
順次浄化槽１外にオーバフローさせる窓機構11と、浄化
槽１の下方周囲に設けられていてオーバフローされた上
澄液を受ける樋12と、樋12から上澄液を取り出す浄化液
配管系３と、浮上物・沈澱物を取り出すドレイン配管系
４とからできている。
浄化槽内１の混合物の攪拌を促進させるために、浄化
槽底部には攪拌羽根６の外に、第４図に示すように超音
波発振機７、インジェクタ８を設けたり、混合機２の先
端にインジェクタ９（第６図）を設けることもできる。
インジェクタ8,9は気液を高圧高速で噴射する機能をも
っている。これらについては後に詳述する。
第14図に示すように、窓機構11は浄化槽１の側壁13に
方形の窓131を明けて、その窓131に方形の扉132を当て
てシリンダ133により上下に移動させるか、または浄化
槽１の側壁13に三角形状の窓134を明けて、その窓134に
方形の扉132を当ててシリンダ133により横に移動させて
もよい。後者の場合、扉132を三角形状にし、窓134を方
形にしてもよい。
扉132の開閉は、浄化槽内の混合物の浄化度合（例え
ば透明度）を検出器14によって検出し、その検出信号に
もとづいてシリンダ133を作動させればよい。検出器14
は、慣用の光学式、電気式、磁気式、機械式のものを利
用することができる。
窓機構111は、単数または複数のいずれでもよい。
次に、第６図および第７図を参照して、混合機２の先
端にインジェクタ９の構成および作用について説明す
る。
混合機２の出口に取り付けられている誘導管26の先端
部付近に混合ノズル27を設け、また、誘導管26の外周を
間隔をあけて外被管28を設ける。混合ノズル27には浄化
槽１内に通じる穴271を複数個設ける。この穴271からは
浄化液が流入できるようになっている。
ノズル27の先端付近には多数の小孔272が設けられ、
また、その先端は外部に開口している。外被管28の下方
先端はノズル27に連結してその先端を閉じている。外被
管28の上端にはブロワ281が取り付けられ、外気（空
気）または排気ガス等の気体が吸引される。
吸引された気体は、外被管28を通り、ノズル27の小孔
271からノズル内に入り、汚水と薬剤の混合物と、穴271
から吸引された浄化液と混合し、微細気泡および微粒子
からなる気液混合流となって浄化槽１内に噴射される。
ノズル先端に設ける小孔272は、第７図に示すよう
に、ノズル27の全周に設けるか（Ａ）、ノズル27の先端
内に流線形の細長い多孔噴射体273を設けるか（Ｂ）、
または、同じくノズル27の先端内に翼形十字噴射体274
を設けてもよい（Ｃ）。
上述したインジェクタ９の構成において、第18図に示
すように、誘導管26を外側に、外被管28を内側に配置し
てもよい。また、ノズル27の各種変形例を第19図に示
す。
ブロワ281の回転数を変えることにより、気液混合流
の圧力および速度を制御することができる。
第８図から第13図までを参照して、浄化槽１の下部に
設けるインジェクタ８について説明する。
第８図に示すインジェクタ8aは、液体輸送管81の先端
付近に気体輸送管82を差し込んだ構成になっている。気
体輸送管82の先端は閉じられ、その付近に多数の小孔82
1が設けられている。
ここで、液体には汚水、浄化液、薬剤等を含み、ま
た、気体には空気、排気ガス等を含む。
気体と液体とはインジェクタ8a内で混合され、前述し
た気液混合流体を噴射する。
第9,10,11図に示すインジェクタ8bは、混合管83の入
口831に対向離隔させて液体輸送管81を配置し、混合管8
3の入口831の下流側に気体輸送管82の先端を差し込んだ
構成になっている。入口831には管81からの液体の外に
周囲の浄化液をも吸引する。
このインジェクタ8bにおいては、液体輸送管82から噴
射される液体量の約２倍の流量の浄化槽１内の浄化液が
混合管83内に吸い込まれ、強圧で吹き飛ばされるとき、
管82の小孔821より気体を吸出して無数の超微粒気泡に
変ってインジェクタ8bから浄化槽１内に噴射される。こ
のとき、気泡の流れは浄化槽１内の浄化水を回転させな
がら溶解して含まれた物質は浄化水中に吸収され、排気
ガスは浄化される。
第10,11図に示すように、気体輸送管82の先端は流線
形になっていて流体の流れに抵抗を与えないようになっ
ている。
インジェクタ８は、第12図に示すように、縦方向
（Ａ）または横方向（Ｂ）のいずれの方向に配置しても
よい。
また、第13図に示すように、気液混合流は、浄化槽１
の側壁13に一旦衝突させてから側壁13にそわせて流れさ
せるか（Ａ）、最初から側壁13にそわせて流れさせても
よい（Ｂ）。
第15図は汚水と排気ガスとのうちの一方または両方を
浄化する装置の実施例を示す。
ホッパ25内を適数に仕切ってその中に各種薬剤からな
る凝集剤の単体または混合物を入れる。制御盤10のスイ
ッチを入れ、ポンプ101が稼動して浄化槽１内より浄化
水を連結管31をかいして混合機２内に圧入する。
モータ22の回転に連動して回転するスクリュ23によっ
て浄化水が回転されながら先に送られると混合機２内に
設けた流量計24によって混合機２内を通過する水量が計
算される。制御盤10の指示により浄化液１トンに対して
定量の各種必要な種類の凝集浄化剤が供給管251をかい
して混合機２内に投下される。
スクリュ23によって浄化液と適数の凝集剤が混合され
ると、凝集剤と浄化液の混合液は加圧されて誘導管26内
を下向して浄化槽１内に設けたインジェクタ８より強圧
で浄化槽１内に噴射される。
一方、排気ガスは管82から高速で吸引されてインジェ
クタ８から浄化液と混合されて、無数の超微粒粉末気泡
体となってインジェクタ８から噴射され、浄化槽１内を
回転して浄化液と接触混合される。気泡中に含まれたCO
1-3，SO1-3，NO1-5は遂時浄化液中に吸収分解される。C
O1-3は同体積の液体中に溶解して分解し、SO1-3は溶解
して稀硫酸に変り、NO1-5は溶解して稀硝酸に変る。
これらの酸は遂ち各種浄化剤の混合液中で中和して浄
化分解される。同時に、気体は浄化液中を上昇しながら
浄化槽１中に設けた適数のパンチングメタル17や他の障
害物に当って回転や分解しながら浄化を繰り返し、遂に
排気管18より無害になって空気中に放出される。
各種酸を中和したドレインは浄化槽１の底に沈澱して
堆積すると、バルブ421,422を開いて外部に取出して除
去される。
排気ガスと同時または汚水のみを浄化する場合には、
汚水は管５から弁55をかいして混合機２内に注入され、
前述した浄化処理を受け、その上澄水は管33から次工程
の浄化装置に送られる。浄化工程中に発生した浮上物は
上方の吸引管41によって吸引除去され、また、沈澱物は
浄化槽１の底から除去される。
浄化装置は、単独の浄化槽のみでもよいが、第16図に
示すように、必要に応じて横に直列に（Ａ）または縦に
直列に（Ｂ）複数の浄化槽１を連結することができる。
第17図に示すように、汚水発生源200によって（例え
ば、火力発電所タービン冷却水、空調用排水等）、高温
の汚水がある。この汚水は浄化槽１で浄化された後に
も、相当に高温になっている。したがって、この高温浄
化水を熱交換機300等に流して、排熱を利用設備400で有
効利用することができる。第17図においては、利用設備
400は例えば温水プール（Ａ）であったり、海水真水化
装置（Ｂ）であってもよい。
〔産業上の利用可能性〕
本発明は、汚水や排気ガスの浄化のみならず、水泳用
プール、浴場、温泉等の各種娯楽施設内の水の浄化、あ
るいは、工場、劇場、競技場、集会場、展示会場等の空
気の浄化にも利用できる。
さらに、これらの利用可能性を具体的に列挙すれば、
次のとおりである。
（１）地上や宇宙での汚水や、利用して棄てた大量の水
を廉価に浄化して再利用したり、排気を浄化したりして
環境汚染防止を目的として開発した人畜無害な水や空気
の浄化方法と装置。
（２）生活排水、雑排水、産業排水、工場排水、原子
量、火力、ボイラ、空調機器等の冷却水の排水の浄化。
（３）各種廃液、塵芥廃液、焼却場廃液、染料、洗剤、
厨房、屠場、食肉、魚肉、食品加工。
（４）青子、赤潮、藻類、海水、泥水の浄化。
（５）家畜、屎尿、細菌、大腸菌、コレラ菌、サルモネ
ラ菌の殺菌。
（６）燐、窒素、二酸化炭素、シアン、薬品、重金属、
農薬、殺菌剤の製造。
（７）河川、湖沼、池、海、泥の浄化。
（８）上水、中水、下水の浄化。
（９）工事現場の高濁度水の浄化（ダム、トンネル、河
川、土地造成、地下道、ビル、橋梁、しゅんせつ、海洋
開発、隧道工事、大深度地下工事）。
（10）環境汚染防止、水不足や災害時の緊急飲料水確
保。
（11）ICや電子部品の洗浄水、超純水の手前迄浄化後最
終膜の浄化だけで超純水の製造並に再利用。
（12）原子力、火力、ボイラ、燃焼機関、熱機関の冷却
水・加熱水、湯や大量に吸上げた海水、冷却水を浄化脱
塩して上水、中水、産業用水に変換。
（13）砂漠に大きな湖を作りこれに連る運河を作って海
水を浄化脱塩して、淡水化して湖に送り砂漠の緑地化。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/52

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数に仕切られたホッパからそれぞれ供給
    される浄化薬剤と汚水とを本体内に設けたスクリュ・シ
    ャフトによって混合し、該本体の出口に流量計を設け、
    該出口に下方に延びる誘導管を接続してなる混合機と、
    この混合機からの混合物を受けて無機質・有機質の浮上
    物・沈澱物と浄化液とに分離する浄化槽と、浄化液中の
    上澄液を取り出す浄化液配管系と、浮上物・沈澱物を取
    り出すドレイン配管系とからなり、浄化槽に汚水を連続
    して供給しながら浄化を連続して行う汚水の浄化装置。
  2. 【請求項２】浄化槽底部に、気体と液体とを混合して高
    圧高速で噴射するインジェクタを取り付けたことを特徴
    とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】気体と液体とを混合して噴射するインジェ
    クタを前記混合機の先端部付近に取り付け、前記浄化槽
    内下方に配置することを特徴とする請求項１または２記
    載の装置。
  4. 【請求項４】前記インジェクタに供給する気体が排気ガ
    スであることを特徴とした請求項２または３記載の装
    置。
  5. 【請求項５】複数に仕切られたホッパからそれぞれ供給
    される浄化薬剤と汚水とを本体内に設けたスクリュ・シ
    ャフトによって混合し、該本体の出口に流量計を設け、
    該出口に下方に延びる誘導管を接続してなる混合機と、
    この混合機からの混合物を受けて無機質・有機質の浮上
    物・沈澱物と浄化液とに分離する浄化槽と、該浄化槽の
    外側壁の所定位置に設けられていて浄化液中の上澄液を
    順次浄化槽外にオーバフローさせる窓機構と、前記浄化
    槽の下方周囲に設けられていてオーバフローされた上澄
    液を受ける樋と、該樋から上澄液を取り出す浄化液配管
    系と、浮上物・沈澱物を取り出すドレイン配管系とから
    なり、浄化槽内に汚水を間欠的に供給し、浄化槽内の汚
    水をある程度まで浄化した後、浄化水と汚水とを間欠的
    に入れ替える汚水の浄化装置。
  6. 【請求項６】浄化槽底部に、気体と液体とを混合して高
    圧高速で噴射するインジェクタを取り付けたことを特徴
    とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】気体と液体とを混合して噴射するインジェ
    クタを前記混合機の先端部付近に取り付け、前記浄化槽
    内下方に配置することを特徴とする請求項５または６記
    載の装置。
  8. 【請求項８】前記インジクタに供給する気体が排気ガス
    であることを特徴とした請求項６または７記載の装置。
  9. 【請求項９】前記窓機構は、浄化槽側壁に方形の窓を明
    けて、その窓に方形の扉を当てて上下に移動させるよう
    に構成されていることを特徴とした請求項５記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】前記窓機構は浄化槽側壁に三角形状の窓
    を明けて、その窓に外側から方形の扉を当てて横に移動
    させるように構成されていることを特徴とした請求項５
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】高温汚水を浄化した高温浄化水を熱交換
    機等の利用設備に供給することを特徴とした請求項１ま
    たは５記載の装置。
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