JP3955721B2 - 廃水処理装置 - Google Patents
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- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品産業廃水や畜産廃水など有機物と窒素を高濃度に含有する廃水を効果的に処理することができる廃水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
食品産業廃水や畜産廃水など有機物と窒素を高濃度に含有する廃水を処理するため、嫌気性微生物によりメタン発酵処理する嫌気性処理機構を有する廃水処理装置が知られている。
【0003】
廃水を嫌気性微生物によりメタン発酵処理する場合、反応速度を高めるために嫌気性処理機構内で嫌気性微生物の活性を高く維持しておく必要がある。特に、嫌気性微生物の活性は、水温に顕著に影響を受けるため、高負荷で良好な処理を行うためには、水温を最低でも30℃以上に保つことが重要となる。
【0004】
水温が低い廃水を処理するにあたって、このような問題を解決するため、嫌気性処理機構の前段で廃水を予め加温する必要がある。しかしながら、廃水を予め加温すると、エネルギ回収率の低下やランニングコストの向上などにつながり、エネルギ回収というメタン発酵のメリットが充分生かせない結果となっている。また、アンモニア濃度の高い廃水を硝化脱窒する場合、微生物の反応熱が放熱を上回り、硝化脱窒反応槽内の温度が上昇して生物処理が低下する現象が生じることがある。このため、硝化脱窒反応槽内の温度を低下させるため、放熱のための装置を設置・運転する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】
上述のように嫌気性処理機構の前段で廃水を予め加温するとエネルギ回収率が低下する。また硝化脱窒反応槽内では熱の放散という課題がある。
【0006】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、硝化脱窒反応槽による発熱エネルギを効果的に回収して微生物反応を維持し、同時にこのエネルギを嫌気性処理に必要な加温エネルギとして利用することにより、嫌気性処理、硝化脱窒処理とも安定した処理を行うことができる廃水処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機質を含む廃水を嫌気性微生物により処理する嫌気性処理機構と、嫌気性処理機構の上流側に設けられ、廃水を加温する加温槽と、嫌気性処理機構の下流側に設けられ、廃水を更に生物学的硝化脱窒処理する生物学的硝化脱窒反応槽とを備え、加温槽に熱拡散装置を設けるとともに、生物学的硝化脱窒処理槽に熱回収装置を設け、熱回収装置と熱拡散装置とは、必要な熱媒体が流れる伝熱ラインにより接続されていることを特徴とする廃水処理装置である。
【0008】
本発明によれば、生物学的硝化脱窒反応槽における生物学的硝化脱窒処理により発生した反応熱は熱回収装置により回収される。熱回収装置で回収された熱は伝熱ラインにより加温槽内の熱放散装置へ送られ、この熱放散装置により廃水を加温槽内で加温する。加温された廃水は嫌気性処理機構へ送られて嫌気性微生物により処理される。
【0009】
【発明の実施の形態】
第1の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明による廃水処理装置の第1の実施の形態を示す図である。
【0010】
図1において、廃水処理装置は、食品産業廃水や畜産廃水など、有機物と窒素を高濃度に含む廃水を嫌気性微生物によりメタン発酵処理する嫌気性反応槽3と、嫌気性反応槽3の後段(下流側)に設けられた嫌気性処理水槽4と、嫌気性反応槽3の前段(上流側)に設けられたpH調整槽2とを備えている。このうち嫌気性反応槽3と嫌気性処理水槽4とによって嫌気性処理機構が構成される。
【0011】
またpH調整槽2の更に上流側には、廃水を貯える廃水槽1が設けられている。さらに嫌気性処理水槽4には、中継槽5が接続され、また中継槽5には廃水を生物学的硝化脱窒処理する生物学的硝化脱窒反応槽6が接続されている。
【0012】
また生物学的硝化脱窒反応槽6には、汚泥分離槽7および放流槽8が順次接続されている。
【0013】
また生物学的硝化脱窒反応槽6内には、生物学的硝化脱窒反応により発生した反応熱を回収する熱回収装置9が設けられ、pH調整槽2内には廃水を加温する熱放散装置10が設けられている。
【0014】
また熱回収装置9と熱放散装置10とは、必要な熱媒体が流れる伝熱ライン20により接続されている。このため熱回収装置9で回収した熱を熱放散装置10へ送ることができる。また、pH調整槽2は廃水を加温するため加温槽としても機能する。
【0015】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図1において、原水槽1に貯められた、食品廃水や畜産廃水のように有機物と窒素を含む廃水は、pH調整槽2でpH調整されるとともに熱放散装置10により加温され、嫌気性反応槽3に導入される。嫌気性反応槽3では廃水中の汚濁物質である有機物が嫌気性微生物によりメタン発酵分解処理され、メタンガスとして回収される。
【0016】
嫌気性反応槽3内に送られる廃水は、予めpH調整槽2内において熱放散装置10により加温されるため、嫌気性微生物によるメタン発酵分解処理を効果的に行うことができる。嫌気性反応槽3内で処理された廃水は、嫌気性処理水槽4を経て中継槽5へ流入され、更に生物学的硝化脱窒反応槽6へと導入される。この生物学的硝化脱窒反応槽6では廃水中の窒素成分が、硝化・脱窒処理される。生物学的硝化脱窒反応槽6内において、硝化・脱窒処理を行う生物反応によって生成した大量の熱エネルギは、熱回収装置9により回収され、伝熱ライン20を介して熱放散装置10へ送られる。生物学的硝化脱窒反応槽6内で硝化・脱窒処理を受けた廃水は、汚泥分離槽7で汚泥を分離した後、放流槽8より処理水として放流される。
【0017】
本実施の形態によれば、生物学的硝化脱窒反応槽6内において発生した熱を熱回収装置9で回収し、熱放散装置10により嫌気性反応槽3へ送られる廃水を予め加温することができるので、放散エネルギを加温エネルギとしてリサイクルすることができる。このため良好な生物反応の維持と、その運転に必要なランニングコストを安価に抑えることができる。
【0018】
第2の実施の形態
次に図2により、本発明の第2の実施形態について説明する。図2に示す第2の実施の形態は、嫌気性反応槽として、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Bed)型嫌気性処理装置11を設けたものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。図2において図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0019】
図2において、嫌気性反応槽としてUASB型嫌気性処理装置11を設けたので、嫌気性微生物反応を高速化することができ、設置スペースをコンパクトにすることができる。
【0020】
第3の実施の形態
次に図3により、本発明の第3の実施の形態について説明する。図3に示す第3の実施の形態は、嫌気性反応槽3の前処理段(上流側)に、酸生成槽12を設置したものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。図3において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0021】
図3において、酸生成槽12を設置して廃水中の有機物の酸発酵を促進させることにより、嫌気性反応槽3の処理性能を向上させることができ、安定した処理と分解性の向上を図ることが可能となる。
【0022】
第4の実施の形態
次に図4により、本発明の第4の実施形態について説明する。図4に示す第4の実施の形態は、嫌気性反応槽3の前段(上流側)に遠心分離機13を設けたものであり、他は図1に示す第1の実施形態と略同一である。図4において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0023】
図4において、廃水を遠心分離機13で前処理することにより、難分解性有機物や生物に分解不可能な有機性懸濁固形物を取り除くことができる。このため、嫌気性反応槽3以後の懸濁固形物負荷の低減や配管などの閉塞の回避を図ることできる。また、高濃度懸濁固形物含有廃水を処理するため、嫌気性反応槽3の代わりにUASB型嫌気性処理装置11を設けた場合、嫌気性処理をより効果的に行うことができる。
【0024】
なお、遠心分離機13は重力加速度5,000G以上の遠心分離機となっているが、この遠心分離機13の前段に更に重力加速度5,000G未満の前段遠心分離機13aを設けても良い。
【0025】
第5の実施の形態
次に図5により、本発明の第5の実施形態について説明する。図5に示す第5の実施の形態は、生物学的硝化脱窒反応槽6の下流側に設けられた汚泥分離槽7に、膜分離装置14を設けたものであり、他は図1の実施の形態と略同一である。図5において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0026】
図5において、膜分離装置14によって処理水と汚泥を分離することにより、放流水を良好な水質に維持することが可能となる。また、生物学的硝化脱窒反応槽6内の微生物濃度を高めても、膜分離装置14により汚泥を確実に分離できるので、生物学的硝化脱窒反応槽6内において、反応速度の向上、処理の安定性向上、装置のコンパクト化が可能となる。
【0027】
第6の実施の形態
次に図6により、本発明の第6の実施形態について説明する。図6に示す第6の実施の形態は、汚泥分離槽7の下流側に、生物学的硝化脱窒反応槽6からの処理水をさらに高度処理するため脱リン装置15を設けたものであり、他は図1の実施の形態と略同一である。図6において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0028】
図6において、生物学的硝化脱窒反応槽6で処理された処理水を脱リン装置15で処理してリンを除去することにより、窒素とリンの両成分に放流規制がある場合においても、放流基準を満足できる処理水を得ることが可能となる。
【0029】
第7の実施の形態
次に図7により、本発明の第7の実施形態について説明する。図7に示す第7の実施の形態は、嫌気性反応槽3で発生したメタンガスを有効利用するため、嫌気性反応槽3に燃料電池16を接続したものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。図7において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0030】
図7において、嫌気性反応槽3で発生したメタンガスを回収し、燃料電池16を供給する。この燃料電池16はメタンガスを利用して発電を行う。このため、メタンガスを燃料電池16により電気エネルギとして再利用することができる。廃水中の有機物濃度が高く、嫌気性反応槽3の分解率が高い場合、メタンガス回収量が多いため、所内の電力を完全に賄うことができる。このため電力コストを不要にすることができる。なお、燃料電池16の代わりに発電を行うガスエンジン16aを設置してもよい。
【0031】
第8の実施の形態
次に図8により、本発明の第8の実施形態について説明する。図8に示す第8の実施の形態は、嫌気性反応槽3で発生した硫化水素をストリッピングするため、嫌気性反応槽3に脱硫装置18を接続するとともに、嫌気性反応槽3内に脱硫装置18に連結された硫化水素ストリッピング装置17を設置したものであり、他は図1に示す第1の実施の形態と略同一である。図8において、図1に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0032】
図8において、イオウ成分が含まれている廃水を処理する場合には、嫌気性反応槽3で硫化水素が発生し、この硫化水素が嫌気性微生物の活性を阻害する。嫌気性反応槽3で発生した硫化水素を除去するため、嫌気性反応槽3で発生したバイオガスの一部を脱硫装置18に流入させて硫化水素を取り除き、嫌気性反応槽3液層内部に設けた硫化水素ストリッピング装置17により通気する。このようにバイオガスの一部を脱硫させながら循環することにより、発生した硫化水素を順次取り除くことができ、安定した処理を維持することができる。
【0033】
なお図8において、硫化水素ストリッピング装置17および脱硫装置18の代わりに、アンモニアストリッピング装置および脱アンモニア装置を設けてもよい。
【0034】
さらに上記第1の実施の形態〜第8の実施の形態に示す構成要素を所望に応じて組合わせて廃水処理装置を構成してもよい。
【0035】
【発明の効果】
加温を必要とする嫌気性反応槽の放熱装置と、放熱を必要とする生物学的硝化脱窒反応槽の熱回収装置とを伝熱ラインで接続することにより、生物学的硝化脱窒反応槽内の熱を嫌気性反応槽内で有効利用することができる。このため、ランニングコストが低い廃水処理装置を提供することができる。また嫌気性反応槽および生物学的硝化脱窒反応槽内で安定した処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明による廃水処理装置の第1の実施形態を示す構成図。
【図2】発明による廃水処理装置の第2の実施形態を示す構成図。
【図3】発明による廃水処理装置の第3の実施形態を示す構成図。
【図4】発明による廃水処理装置の第4の実施形態を示す構成図。
【図5】発明による廃水処理装置の第5の実施形態を示す構成図。
【図6】発明による廃水処理装置の第6の実施形態を示す構成図。
【図7】発明による廃水処理装置の第7の実施形態を示す構成図。
【図8】発明による廃水処理装置の第8の実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
1 原水槽
2 pH調整槽
3 嫌気性反応槽
4 嫌気性処理水槽
5 中継槽
6 生物学的硝化脱窒反応槽
7 汚泥分離槽
8 放流槽
9 熱回収装置
10 熱放散装置
11 UASB型嫌気性処理装置
12 酸生成槽
13 遠心分離機
14 膜分離装置
15 脱リン装置
16 燃料電池
17 ストリッピング装置
18 脱硫装置
20 伝熱ライン
Claims (8)
- 有機質を含む廃水を嫌気性微生物により処理する嫌気性処理機構と、
嫌気性処理機構の上流側に設けられ、廃水を加温する加温槽と、
嫌気性処理機構の下流側に設けられ、廃水を更に生物学的硝化脱窒処理する生物学的硝化脱窒反応槽とを備え、
加温槽に熱拡散装置を設けるとともに、生物学的硝化脱窒処理槽に熱回収装置を設け、熱回収装置と熱拡散装置とは、必要な熱媒体が流れる伝熱ラインにより接続されていることを特徴とする廃水処理装置。 - 嫌気性処理機構の上流側に、酸生成槽を設けたことを特徴とする請求項1記載の廃水処理装置。
- 生物学的硝化脱窒反応槽の下流側に、処理水と汚泥とを分離する膜分離装置を設けたことを特徴とする請求項1または2のいずれか記載の廃水処理装置。
- 生物学的硝化脱窒反応槽の下流側に、凝集により脱リンする脱リン装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の廃水処理装置。
- 嫌気性処理機構に燃料電池を接続し、嫌気性処理機構で発生したバイオガスを回収して、燃料電池に供給して発電を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の廃水処理装置。
- 嫌気性処理機構にガスエンジンを接続し、嫌気性処理機構で発生したバイオガスを回収して、ガスエンジンに供給して発電を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の廃水処理装置。
- 嫌気性処理機構に、アンモニアストリッピング装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載の廃水処理装置。
- 嫌気性処理機構に、硫化水素ストリッピング装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか記載の廃水処理装置。
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