JP6532028B2 - 消泡捕集機構 - Google Patents
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Description
<1> フィルターによる固液分離
しかし、処理水中の固形物をより有効に濾し取るためにはフィルターの目をより細かくすることになるが、そうすれば吸着した固形分によって目詰まりを起こしやすくなり、排水の流れが滞り、処理が円滑になされなくなる。それに対処するためには定期的かつ頻繁な逆洗洗浄が必要になる上、フィルター交換等のランニングコストもかかり、技術的にもコスト的にも問題がある。
加圧浮上法は、水の中に空気による微細な気泡(マイクロバブルよりは大きい)を大量に発生させ、これを、凝集剤で凝集させる等した浮遊物質を含む水に混合することで浮遊物質を捕捉させ、気泡の浮力を利用してこれを浮上させることで水から浮遊物質を取り除く技術である。しかし、添加する消泡剤や固形分回収のためのスキマーにランニングコストがかかる上、装置には脱水機が必要で有り、その初期コストもかかる。
ことを特徴とする、消泡捕集機構。
〔2〕 タンパク質含有廃水の廃水処理後の処理水(以下、「一次処理水」ともいう) 中の泡を消泡し、泡中の固形物を捕集するための消泡捕集機構であって、該処理水が流れ る流路と、該流路上に設けられた一または複数の消泡壁と、および該流路上に設けられた 一または複数の捕集部とを備えてなり、該消泡壁および捕集部は該流路を流れる処理水の 水面上に突出するように設けられ、該捕集部は一または複数のコイル状体であることを特 徴とする、消泡捕集機構。
〔3〕 前記消泡壁および捕集部は前記流路の底部上に設けられることを特徴とする、〔1〕、〔2〕のいずれかに記載の消泡捕集機構。
〔4〕 前記消泡壁の下部には一または複数の通水孔(以下、「スリット」ともいう)が設けられていることを特徴とする、〔1〕、〔2〕、〔3〕のいずれかに記載の消泡捕集機構。
〔5〕 前記流路は上流から下流へ傾斜している傾斜流路であることを特徴とする、〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕のいずれかに記載の消泡捕集機構。
〔7〕 前記捕集部は、処理水の滞留が生じる領域内に設けられることを特徴とする、 〔5〕、〔6〕のいずれかに記載の消泡捕集機構。
〔8〕 前記捕集部は、前記消泡壁を乗り越えた処理水が底面に衝突する箇所にも設けられることを特徴とする、〔7〕に記載の消泡捕集機構。
〔9〕 前記捕集部は、水面において格子状をなすように形成されていることを特徴とする、〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕のいずれかに記載の消泡捕集機構。
〔11〕 前記消泡壁の前後少なくともいずれか一方に、処理水面上の泡を遮るための 遮蔽手段(以下、「邪魔板」ともいう)が設けられていることを特徴とする、〔1〕〔2 〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕、〔9〕、〔10〕のいずれかに 記載の消泡捕集機構。
泡:廃水上部に見られる泡。
気泡:廃水中に残存している泡。なお、気泡が存在する廃水は白濁している。
流速の基準:固形分の堆積具合で判断する。
流速が大きい:捕集部に付着した固形分が流される。
流速が適正:固形分が捕集部に堆積している。
図2Aは、循環方式(バッチ式)による本発明廃水消泡処理装置の第一構成例を示すブロック図である。本例廃水消泡処理装置250aは、タンパク質含有廃水処理部(MB処理部)220a、消泡捕集機構210a、および貯留部230aから構成される。処理されるべき廃水は貯留部230aに供給され(処理前の廃水の流れFa)、ポンプ258aを介してMB処理部220aに供給され処理されて一次処理水となり、ついで消泡捕集機構210aに送られて消泡・捕集処理され、二次処理水となり、貯留部230aでの一時貯留を経て再びポンプ258aを介してMB処理部220aに戻され、循環的に処理される(処理中の流れGa)。十分に処理を終えた後、MB処理部220aまたは貯留部230aから二次貯留部257aへと送られ、事後の処理に供される(処理後の流れHa)。二次貯留部257aは既存設備を用いてもよい。本例は、廃水消泡処理装置として最も望ましい構成例である。
循環方式であるため、処理すべき廃水は、第二構成例250bのようにMB処理部220bから供給する方法、また第一構成例250aのように貯留部230aから供給する方法、いずれでもよい。MB処理のためにMB処理部220a等に供された廃水は、MB処理部220a等中のMB発生機に通され、MB槽内の廃水にMBが発生する。そして、気泡入り廃水と泡からなる一次処理水が、廃水誘導路に流れ、消泡捕集機構210a等に送られる。一次処理水は、消泡捕集機構210a等において気泡や泡の消泡、および固形分の捕集がなされる。このとき固形分は、後述するように繊維化された捕集形態で捕集することができる。消泡捕集機構210a等を経た二次処理水が必要回数循環処理された後、処理後の廃水は貯留部230a等での貯留を経て、後処理に供される。なお、消泡捕集機構210a等で捕集された固形分は、定期的または随時、回収・廃棄する。なおまた、ポンプ258a等においては、その吸込み側の配管が廃水で満たされていればよいため、廃水の導入はMB処理部、貯留部のいずれからでもよい。
図5は、スリットを備えた消泡壁の形態例を示す説明図である。スリット58はすなわち、消泡壁52において縦に入っている溝である。スリット5の幅は特に限定されないが、ベンチュリー効果を考慮すれば、より狭い方が望ましい。ベンチュリー効果により廃水の流れの流速を増加させ、 消泡効果が高まる。なお、特にスリットを設けない場合でも、消泡壁の中で水面下になる箇所に通水用の隙間を設けた構成とすることで、一定のベンチュリー効果を得ることが可能である。たとえば、消泡壁全体を底部から少し浮かせて隙間を設けた形態でもよく、水深4mmに対して0.5mm浮かせるだけでも効果があることを確認済みである。
(a) 傾斜流路上に消泡壁が存在しない場合、廃水の流れWに体する抵抗が存在しないため、廃水は徐々に加速する。なお、廃水が流れている間も、廃水中の気泡Kは浮上していく。
(b) 下流に行くほど加速する廃水の流れWは、消泡壁2に衝突することで、廃水の流れWよりも緩やかな消泡壁近傍の水流Wn2へと変化する。この消泡壁近傍の水流Wn2が生じることにより、消泡壁2の直前に廃水溜まりYが生じる。連続する廃水の流れWは下流に行くほど加速しており、それによる廃水の運動量増加により、廃水溜まりYに溜まっていた気泡Kが消泡壁2に衝突することで割れ(消泡)Bが、発生していると考えられる。
(c) 廃水溜まりYでは消泡壁近傍の水流Wn2によって廃水の流れWが緩やかになっているため、気泡Kが浮上しやすい。そして、割れ(すなわち、消泡)Bが発生する。界面に出た気泡(泡A)は水分が減少するため、割れやすくなり、それによって割れ(消泡)Bが発生するものと考えられる。
(e) また、消泡壁2を乗り越えた廃水が、下流側に落下し、底部7に衝突する際にも、割れ(消泡)Bが発生するものと考えられる。
(b−e) 以上の各割れ(消泡)B、B、・・・が同時に発生して、全体としては図示するような消泡がなされているものと考えられる。
これは、スリットを有する円柱棒を用いた消泡壁52である。図示するように、消泡壁52より上流側の廃水が滞留する部分で泡が溜まっており、下流側では泡がないことがわかる。
(1)廃水の流速の抑制
廃水は、上流から下流に流れるため、一定の抵抗がないと加速する。加速すると、捕集対象の固形分であって繊維状をなすものが捕集部に衝突した際にせん断されてしまい、良好に捕集できない可能性がある。そこで、捕集部の前方に、廃水の流速を押さえるための抵抗として消泡壁を設置する。これにより、消泡壁前方に廃水が滞留し、流れが緩やかになる。また、上述の通り、滞留した廃水に含まれる気泡が浮上して泡となり、界面で崩壊し、消泡がなされる。
滞留した廃水の上に泡も滞留する。ここに、流入する泡が堆積される。その際に泡と泡が衝突・合一し、消泡される。
(3)廃水の落下による物理的消泡
消泡壁を乗り越えた廃水が落下し、底面に衝突する際に消泡される。
(4)スリットによるベンチュリー効果
消泡壁下部にスリットを入れると、廃水がスリット通過後に減圧状態になるため、廃水中の気泡が膨張し、破裂する(ベンチュリー効果)。
(1)泡の捕集
消泡壁で消泡しきれなかった泡自体を捕集する。捕集された泡同士が合一し、泡が大きくなることで消泡される。
図10、11は、捕集部の効果を示す写真図である。図10に示すように、消泡しきれなかった泡自体も捕集され(Xa)、合一した泡が大きくなることで消泡が発生し(Xb)、捕集部の構成要素3aに固形分が捕集・堆積し(Xc)、別々の構成要素3aに捕集された固形分同士が合一して線状固形分Xdとなり、これを起点として図11に示すように固形分が堆積し、繊維状固形分Xeへと成長する。
気泡がピン状体やコイル状体等の捕集部の構成要素に衝突することで、物理的に消泡される。このとき、泡に吸着していた固形物は、捕集部に捕集され、また、繊維状になった固形分として積層させることができる。
(3)乱流の形成
廃水を捕集部の構成要素に衝突させることで、流れに変化を持たせて乱流を形成し、廃水内での衝突機会を増加させることによって、気泡を消泡させる。
図12は、捕集部における捕集作用を示す説明図であり、消泡壁による消泡でできた固形分が捕集部で捕集される機序を示す。図示するように、線状固形分Saは捕集部の構成要素3aに捕集されて(図中、Sbは捕集された線状固形分。なお、前出図10のXdと同じ)、繊維状固形分Sc(なお、前出図11のXeと同じ)として堆積、成長する。ピン状体、コイル状体いずれの形態であっても、良好に繊維状固形分Scとして捕集・堆積できる。
なお、図13は、固形分捕集の例を示す写真図であり、これは、コイル状体を用いた捕集部における例である。捕集・堆積により繊維状固形分Xeが形成されている。
MB槽はどのような形状でも構わないが、円筒形であることが特に望ましい。また、容積に対しての高さや底面積に規定はないが、高さを十分に確保した形状であることが望ましい。また、MB発生機には様々なタイプがあるが、中でも旋回流式が望ましい。固形分(SS)や油分の多い廃水を処理する際、吐出口で目詰まりする心配がないからである。なお、MB槽に対して発生機をどのように設置しても構わないが、槽の真下に設置することがより望ましい。
また、図18−3は全方向オーバーフロー型の誘導路の例を示す説明図である。図中、(e1)は側面図、(e2)は正面図、(e3)は作用を示す正面図である。図示するように本例は、MB槽202eの上部にカバー部204eと樋部205eとからなる誘導路203eを設置し、それを消泡捕集機構へと誘導する方式である。MB槽202e上部から排出される廃水のオーバーフローWfは、本誘導路203eによって誘導されて消泡捕集機構へと流れる廃水の流れWmとなる。なお、誘導路203a等自体に凹凸があると、そこで泡が形成されたり、泡が集積する。したがって、誘導路としてどのような方式を採るにせよ、その表面(廃水と接する面)は、凹凸や粗さがない構造とすることがのぞましい。
<実施例 廃水消泡処理装置の試験機製作と効果確認試験>
<1.試験機の製作>
本発明廃水消泡処理装置実施例として、試験機を製作した。
図22は、廃水消泡処理装置実施例(試験機)の基本概念の説明図である。図示する通り、MB処理部V20、消泡捕集機構V10、貯留部V30からなる循環型の廃水消泡処理装置V50である。採取したタンパク質含有廃水VW0をMB処理部V20でのマイクロバブル処理に供し、その処理後の未だ泡・油分・固形分の残存している廃水すなわち一次処理水VW1を消泡捕集機構V10での消泡および固形分等の捕集処理、回収処理に供し、その処理後の廃水すなわち二次処理水VW2を貯留部V30に受けて沈殿分離処理して沈殿物を回収し、その処理後の廃水を再びMB処理部V20に送って、必要回数処理を繰り返す、という循環型の装置である。
(1)MB処理部V20
廃水誘導機構、30L円筒形MB槽、および旋回流式MB発生機から構成した。MB発生条件は下記の通りである。
MBG導入口径:Φ10
廃水流量 :15[L/min]
エア流量 :0.5[L/min]
MBG内圧 :0.15[MPa]
(2)消泡捕集機構V10
3ユニットで1セットとし、3セットで1段としたものを、3段用いて構成した。(後出図23参照)なお、ピン状体を捕集部の構成要素として用いた。
(3)貯留部V30
30〜40L程度の容量の貯留槽を用いた。
製作した試験機を用い、消泡捕集機構における消泡・捕集効果を検証した。
(1)サンプル
しめ鯖製造時に鯖の切り身を漬け込んだ漬け込み液を用いた。塩分濃度6〜8%の塩水に鯖肉片の固形タンパク質、水溶性タンパク質、および鯖から出た油脂が混在している廃液である。
(2)試験方法
比較例1:消泡捕集機構に替えて、これを備えないただの平板による流路を備えた装置を比較例1とした。
発明例1:上述の試験機を発明例1とした。
30L試験機(発明例1)および同容量の比較例1を用いて、廃水処理試験を実施した。なお、いずれも3段構成である。また、30L試験機は総処理水量約60〜70Lであるが、循環処理を2時間行った。
図26は、本発明廃水消泡処理装置の捕集部にコイル状体を用いた場合の説明図である。図中、(a)はコイル状体の詳細図、(b)はこれを用いた消泡捕集機構の側断面視の説明図である。コイル状体Z3としてはコイル状バネを用いた。バネの仕様は次の通りである。
線径:1.5mm、2mmのアルミニウム線を試験した。
バネ直径Zφ:20mmとした。
ネジピッチZp:5mm(隙間3mm)〜9mm(隙間7mm)
コイル状体Z3は、水面において千鳥格子状となるように、またピン状体を用いた場合と同様のユニット内位置に設置した。これを用いて、後は上述の発明例1と同様にして廃水処理試験を行った。
2、42、52…消泡壁
3、53…捕集部
3a、3b…捕集部の構成要素
3Rb…千鳥格子状捕集部
4…遮蔽手段(邪魔板)
5…粗さ構造
6…天井部
7、47、57…底部
10、210a、210b、210c、410…消泡捕集機構
20、220a、220b、220c…タンパク質含有廃水処理部(MB処理部)
230a、230b、230c…貯留部
50、250a、250b、250c…廃水消泡処理装置
58…通水孔(スリット)
201…マイクロバブル発生機
202、202a、202b、202c、202d、202e…マイクロバブル槽(MB槽)
203、203a、203b、203c、203d、203e…廃水誘導路
204e…カバー部
205e…樋部
209d…MB槽延長部
257a、257b…二次貯留部
258a、258b、258c…ポンプ
259c…活性汚泥槽
1910Z…最下流側の消泡捕集機構
1929…誘導路
1930…貯留部
B…気泡や泡の割れ(消泡)
C14…流れの衝突
Fa、Fb、Fc…処理前の廃水の流れ
Ga、Gb、Gc…処理中の流れ
Ha、Hb、Hc…処理後の流れ
K…気泡
Sa…線状の固形分
Sb、Xd…線状固形分
Sc、Xe…繊維状固形分
T10、T10a、T10b…消泡捕集機構
T20、T20a、T20b、T20c、T20d…MB処理部
T30a…原水槽(油水分離用)
T30b…調整槽
T30c…活性汚泥槽
T30d…沈殿槽
T30e…脱水機
T30p…ポンプ
T30s…スクリーン(固形分除去用)
T50…廃水消泡処理装置
T900、T901…廃水処理システム
TCl…塩素
TDs…脱水汚泥産業廃棄物
TFs…薬液
THr…放流
TRb…返送汚泥(菌再利用)
TW…廃水
TYd…余剰汚泥
V2…消泡壁
V3…捕集部
V3c…捕集部の構成要素(ピン状体)
V4a、V4b…遮蔽手段(邪魔板)
V5…粗さ構造
V6…天井部
V7…底部
V8…通水孔(スリット)
V10…消泡捕集機構
V10E…消泡捕集機構の1ユニット
V10S…消泡捕集機構の1セット
V10F…消泡捕集機構の1段
V10p…落とし込み部
V20…MB処理部
V30…貯留部
V50…廃水消泡処理装置
VW0…採取したタンパク質含有廃水
VW1…一次処理水
VW2…二次処理水
W、Wb、Wm…廃水の流れ
Wa…形成してはならないまっすぐな流れ
Wf…オーバーフロー
Wn2…消泡壁近傍の水流
Xa…泡自体の捕集
Xb…消泡の発生
Xc…固形分の捕集・堆積
Y…消泡壁前方で形成された廃水の溜まり(廃水溜まり)
Z2…消泡壁
Z3…捕集部(コイル状体)
Zp…バネのネジピッチ
Zφ…バネの直径
Claims (12)
- タンパク質含有廃水の廃水処理後の処理水(以下、「一次処理水」ともいう)中の泡を消泡し、泡中の固形物を捕集するための消泡捕集機構であって、該処理水が流れる流路と、該流路上に設けられた一または複数の消泡壁と、および該流路上に設けられた一または複数の捕集部とを備えてなり、
該消泡壁および捕集部は該流路を流れる処理水の水面上に突出するように設けられ、
該捕集部は複数のピン状体である
ことを特徴とする、消泡捕集機構。 - タンパク質含有廃水の廃水処理後の処理水(以下、「一次処理水」ともいう)中の泡を消泡し、泡中の固形物を捕集するための消泡捕集機構であって、該処理水が流れる流路と、該流路上に設けられた一または複数の消泡壁と、および該流路上に設けられた一または複数の捕集部とを備えてなり、
該消泡壁および捕集部は該流路を流れる処理水の水面上に突出するように設けられ、
該捕集部は一または複数のコイル状体である
ことを特徴とする、消泡捕集機構。 - 前記消泡壁および捕集部は前記流路の底部上に設けられることを特徴とする、請求項1、 2のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記消泡壁の下部には一または複数の通水孔(以下、「スリット」ともいう)が設けられていることを特徴とする、請求項1、2、3のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記流路は上流から下流へ傾斜している傾斜流路であることを特徴とする、請求項1、2 、3、4のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記消泡壁は複数設けられ、かつ各消泡壁間が、該消泡壁の上流側における処理水の滞留がその上流側の消泡壁に及ばない程度に離間するよう設けられることを特徴とする、請求項5に記載の消泡捕集機構。
- 前記捕集部は、処理水の滞留が生じる領域内に設けられることを特徴とする、請求項5、 6のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記捕集部は、前記消泡壁を乗り越えた処理水が底面に衝突する箇所にも設けられることを特徴とする、請求項7に記載の消泡捕集機構。
- 前記捕集部は、水面において格子状をなすように形成されていることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記格子状は千鳥格子状であることを特徴とする、請求項9に記載の消泡捕集機構。
- 前記消泡壁の前後少なくともいずれか一方に、処理水面上の泡を遮るための遮蔽手段(以下、「邪魔板」ともいう)が設けられていることを特徴とする、請求項1、2、3、4、 5、6、7、8、9、10のいずれかに記載の消泡捕集機構。
- 前記流路の底面の少なくとも一部に、処理水の流れを減速させる粗さ構造が設けられていることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11のいずれかに記載の消泡捕集機構。
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