JP4947741B2 - Co2削減排水処理装置及びco2削減排水処理方法 - Google Patents
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Description
1)一部コンポスト化されている、
2)圧力4.99MPa(50kg/cm2)以上、温度243℃以上で湿式酸化消滅処理が一部行われている、
3)汚泥消化バイオガス回収法も開発されつつある。
1)タンク式曝気、タンク式オゾン汚泥酸化方式である(タンク式であって、共に、タンク内へバブリング方式で通気している)。
2)散気装置の設置位置に掛かるタンク水深圧を利用した超低圧曝気、酸化方式である。
3)通常は散気式粗大気泡、空気(オゾン化気体)曝気であって、難溶性である酸素・オゾンの溶解速度及び溶解・利用効率は極端に低い。
4)上記要因により大型曝気槽、大型反応槽を必要とするプロセスである。
6)後述するOHRラインミキサーによるオゾン汚泥酸化分解処理が可能である旨記載されているが、オゾンガスを混入する気液比率に限界があるため、アイディアにとどまり、下水処理などには未だ実用化されていないのが実状である。
7)超微細気泡化が可能な前記ミキサーは、排水処理系においては、未溶解固形分による閉塞が発生することが危惧され、曝気工程への応用は出来ないと考えられていた。
8)高濃度・高負荷排水処理が可能な、且つ余剰汚泥を発生せず、小型で、省エネルギー型の処理法(プロセス)は、未だ存在しないといえる。
1)好気性微生物の酸素による生物化学作用を促進すること、
2)微量オゾンによる微生物を活性化させること、
3)比較的多量のオゾンによる酸化・分解作用と共に、キャビテーション及び超音波作用との複合相乗効果によって、酸化・分解作用を増幅・促進し、従来に比して大幅に排水処理性能を向上すること、ならびに
4)上記1)、2)、3)を一元化管理すること、
を課題とする。
1)過大スペースを削減することを可能とすること、
2)曝気動力等動力消費の削減、省エネルギー化すること、
3)活性汚泥法による排水処理系を、総合的、効率的に制御・管理すること、
4)高濃度・高負荷排水への対応・処理を可能にすること、
5)余剰汚泥を削減又は消滅させること、
6)併せて悪臭、CO2及びダイオキシンの発生を回避すること、
を実現することを課題とする。
具体的には、
イ.余剰活性汚泥を減容化又は発生させない。
ロ.曝気動力消費量を5〜10分の1以下に削減、省エネルギー化する。
ハ.別途の専用のオゾン酸化槽、廃オゾン処理装置、空気オゾン散気装置、余剰汚泥引抜ポンプ等を必要としない。
ニ.調整槽、沈殿池(槽)に生物化学作用機能を付加することにより、反応槽を縮小又は必要としないようにもする事ができる。
へ.従来は、難溶性ガスの酸素やオゾンの溶解・利用効率は数%〜20%程度と極端に低く、長時間連続通気方式を採用するだけの制御不要の低性能システムであった。例えば、圧力に関してはタンク水深圧利用のため、制御が不可能であった。気液混合比率や処理排水負荷変化にも対応できないため、唯一、大容積タンクと大量一定空気の長時間通気以外に選択肢がなく、自動化、省力化、IT化は非常に限られた工程にのみ使用されるに留まっていたものを、溶解・利用効率をほぼ100%とすることができ、制御も可能となった。
ト.従来不可能とされてきた高濃度・高負荷排水である、し尿、蓄糞尿、工場排水、ディスポーザー生ゴミ処理排水を処理可能になった。
チ.余剰汚泥の系内処理と生ゴミのディスポーザー処理が可能になり、従来の汚泥及び生ゴミの焼却処理が不要となり、CO2の削減及び財政の削減が可能となった。
リ.ディスポーザー利用の普及によって生ゴミや汚泥の収集、運搬が不要となり、住民の利便性とアメニティが向上する。
酸素ガス(空気)・オゾンなどの水への溶解速度、溶解容量、溶解効率を増加させることが出来れば、微生物による生物化学作用を促進し、排水処理の性能を高めることができることは、考え方としては自明である。従来は、それが容易に実現できなかったのである。
1) ガス体の粒子(気泡)を小さくする(水とガス体との気液接触界面を増やし、気泡浮上時間を長くする)、
2) ガス体の粒子(気泡)の数を増やす、
3) ガス体の圧力を上げる、又は気液混合圧力を上げる、
4) ガス体(反応性ガス)の濃度を高め、通気量を増す、
5) 反応槽容積を増す、
6) 液温を下げる、
等が効果的であることは良く知られている。
本発明によれば、気液(気体を含んだ液体)を渦流混合して気体を超微細気泡化し、気液(ガス化溶液)中に一部を溶解し、残余を超微細気泡態化して分散・滞留・貯蔵する機能を有するラインアトマイザーの処理(ワン・パスの処理時間0.5秒以下)により、ガス体の粒子(気泡)を小さくすることを達成する。
本発明の気泡径1μmの気泡と気泡径1,000μmの気泡とを比較すると、
イ)気泡1個あたりの体積比は、約10億分の1、
ロ)発生個数比は、約10億倍、
ハ)気泡1個あたりの表面積比は、約100万分の1、
ニ)全体の表面積比は、約1,000倍、
となり、微細化による接触面積差は明らかである。本発明の効果は、気泡径が小さければ小さいほど、その効果は急速に大きくなる事が知られているが、発明対象が、膨大量の排水処理ということから、経済的に及ぶべき気泡径の適用範囲は、最小径を1nm程度とした。一方、100万トン/日規模の膨大量を処理する公共下水道での既設の排水処理施設に適用する場合(特に、処理能力に余裕がある場合)は、30μm程度の微細気泡化で、十分その経済効果を享受出来るため、最大径は30,000nmと定めた。
イ)微量オゾンや酸素を含む反応性ガスを溶解・分散・滞留・貯蔵した活性汚泥を含むガス化溶液を、排水流入口により近い、反応槽よりも前工程の調整槽(排水の要処理有機物負荷の変動を緩和するために用いられることがある)、沈殿槽またはポンプ槽等に送給することによって、それぞれの槽・設備が有する本来の機能に、生物処理機能を付加し、それらの槽・設備の果たす機能を複合機能化することが可能な新しいプロセスとなる。
液体中に分散する酸素又は酸素とオゾンを含む反応性ガスの粒子(気泡)の大きさを、前述のように、30μm以下、好ましくは1μm以下としても、ガス体の粒子(気泡)の数が少なくては、ガス体はすぐに消費し尽くされてしまい、特に処理すべき排水が、高負荷排水の場合には、補給され難くなることが有り得る。
水へのガス体の溶解は、圧力条件が高い方が早く大量に行われる。処理すべき排水中で消費された反応性ガスを、より短時間に、直ちに補充する必要がある高負荷条件下では、気液混合圧力を上げることによって、ガス体の溶解速度、溶解効率、及び溶解容量を増加させることができる。従来は、ガス体の注入圧を上げたり、タンク水深圧を利用して圧力を上げるものであり、気泡の微細化技術が伴っていなかったために効果に限界があったが、本発明のラインアトマイザーによる処理工程においては、加圧、キャビテーション及び超音波発生、超微細気泡化及び高圧溶解が行われる。適用可能な圧力に格別原理的な制限はないが、用いられる装置等の加圧性能によって適宜上限が制限され得る。
使用する酸素ガス(空気)又はオゾンガスの濃度については、格別の制限はない。酸素および/またはオゾンによる汚染水への処置・措置の種類・内容にしたがって、従来用いられてきた濃度のガス体から選択され得る。酸素が必要なガス体であれば空気でも良く、酸素ガスを富化した空気でも良く、純酸素でも良い。
液温に関しては、格別原理的な制限はない。ガス体の水への溶解だけを考慮すれば、液温は低いほうが望ましいが、水に対して施す処理の種類・内容によっては、化学的反応にしろ、生物化学的反応にしろ、液温が適度に高いほうが効率的で有り得る。また、加熱・冷却にもコストがかかることを考慮すれば、周囲の環境気温ないし常温として差し支えない。
1.流量調整槽=生物化学作用処理槽機能を付加し複合機能化
2.沈殿池(槽)=生物化学作用処理槽機能を付加し複合機能化
3.反応槽=能力増加、状況により縮小又は不要
4.汚泥沈殿池(槽)=生物化学作用処理槽機能を付加し複合機能化
2:翼盤
3:(翼盤の)弦側側縁
4:仕切板
6:(チューブの)内周壁
7:半球状の頭部
8:脚部
9:突起物
10:ステーター
11:ローター
12:排水
13:(流量)調整槽
14:沈殿槽
15:反応槽(嫌気)
16:反応槽(好気)
17:汚泥沈殿槽
18:上澄み液
19:汚泥吸引管路
20:アトマイザー
21:気液圧送ポンプ
22:酸素・オゾンサイクルジェネレーター
23:ラインアトマイザー(20・21を総称して)
24:(酸素を含む)反応ガス用の管路
25:(酸素とオゾンとを含む)反応ガス用の管路
26:返送・送給用管路
27:攪拌機
28:微生物製剤ディスペンサーシステム
29:センサー
30:ラインアトマイザーシステム(20・21・22を総称して)
Claims (8)
- 微生物への反応性ガスの供給に用いられ、
返送汚泥管路の途中に設けられ、返送汚泥に酸素とオゾンを含んだ前記反応性ガスを供給するCO2削減排水処理装置であって、
キャビテーション及び超音波の作用により超微細気泡を発生するラインアトマイザーと、
前記ラインアトマイザーに酸素とオゾンを供給する酸素・オゾンジェネレーターと、
を有し、
前記ラインアトマイザーは、
気体と液体を圧送する気液圧送ポンプと、
前記気液圧送ポンプから圧送された気液を微細化するアトマイザーと、
を有し、
5.394MPa以下の加圧条件で、120000(kHz)以下の超音波を発生させ、前記反応性ガスを前記気液圧送ポンプから前記アトマイザーに圧送させることにより気泡径1,000nm以下の超微細気泡にし、当該超微細気泡を前記返送汚泥中に溶解してガス化溶液を生成することを特徴とするCO2削減排水処理装置。 - 前記気泡径1,000nm以下の超微細気泡は、0.5秒以内に溶解することを特徴とする請求項1に記載のCO2削減排水処理装置。
- 前記ガス化溶液中のオゾン含有濃度は、0.01〜0.04mg/lであることを特徴とする請求項1又は2に記載のCO2削減排水処理装置。
- 前記ガス化溶液を調整槽又は沈殿槽に送給して、前記調整槽又は前記沈殿槽に生物化学作用機能を付加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のCO2削減排水処理装置。
- 微生物への反応性ガスの供給に用いられ、
返送汚泥管路の途中に設けられたCO2削減排水処理装置を使用して、返送汚泥に酸素とオゾンを含んだ前記反応性ガスを供給するCO2削減排水処理方法であって、
前記CO2削減排水処理装置は、
キャビテーション及び超音波の作用により超微細気泡を発生するラインアトマイザーと、
前記ラインアトマイザーに酸素とオゾンを供給する酸素・オゾンジェネレーターと、
を有し、
前記ラインアトマイザーは、
気体と液体を圧送する気液圧送ポンプと、
前記気液圧送ポンプから圧送された気液を微細化するアトマイザーと、
を有し、
5.394MPa以下の加圧条件で、120000(kHz)以下の超音波を発生させ、前記反応性ガスを前記気液圧送ポンプから前記アトマイザーに圧送させることにより気泡径1,000nm以下の超微細気泡にし、当該超微細気泡を前記返送汚泥中に溶解してガス化溶液を生成することを特徴とするCO2削減排水処理方法。 - 前記気泡径1,000nm以下の超微細気泡は、0.5秒以内に溶解することを特徴とする請求項5に記載のCO2削減排水処理方法。
- 前記ガス化溶液中のオゾン含有濃度は、0.01〜0.04mg/lであることを特徴とする請求項5又は6に記載のCO2削減排水処理方法。
- 前記ガス化溶液を調整槽又は沈殿槽に送給して、前記調整槽又は前記沈殿槽に生物化学作用機能を付加することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のCO2削減排水処理方法。
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