JP6699792B2 - 水処理装置、脱水汚泥の製造装置、水処理方法および脱水汚泥の製造方法 - Google Patents
水処理装置、脱水汚泥の製造装置、水処理方法および脱水汚泥の製造方法 Download PDFInfo
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Description
なお、汚泥に凝集剤と繊維を添加して凝集する方法が特許文献1に記載されていた。しかし、パルプ繊維などの繊維そのものを、曝気槽に添加した例はなかった。汚泥等を曝気槽に添加して活用する方法が特許文献2および3に記載されていたが、繊維を活用して沈殿効率を高めることは記載されていなかった。
本発明および本発明の好ましい構成は、以下のとおりである。
曝気槽の下流の後沈槽と、を有し、
曝気槽に繊維を添加して、後沈槽で処理水から分離した汚泥の一部を曝気槽に返送する、水処理装置。
[2] 曝気槽が繊維の添加口を有し、
水処理装置が後沈槽から曝気槽への返送汚泥配管を有する、[1]に記載の水処理装置。
[3] 繊維が、製紙工場で発生する繊維系廃棄物由来の繊維もしくはパルプ、または、天然繊維である、[1]または[2]に記載の水処理装置。
[4] 曝気槽が、製紙工場内の排水を流入させる配管を有する、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の水処理装置。
[5] 水処理装置が下水処理場に設置され、
製紙工場由来の繊維を下水処理場で離解させる離解装置をさらに有し、
離解された離解物を曝気槽に添加する、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の水処理装置。
[6] [1]〜[5]のいずれか一項に記載の水処理装置と、
返送汚泥の一部の余剰汚泥および曝気槽に導入されなかった生汚泥を混合する汚泥混合槽と、
脱水機と、
を有する、脱水汚泥の製造装置。
[7] 繊維を曝気槽またはその上流に添加する工程と、
曝気槽の下流の後沈槽で処理水から汚泥を分離する工程と、
汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として曝気槽に導入する工程とを含む、水処理方法。
[8] 被処理水を曝気槽に導入する工程を含み、
汚泥を分離する工程が汚泥を沈殿させる沈殿工程である、[7]に記載の水処理方法。
[9] 繊維の添加量が、10〜1000mg/Lである、[7]または[8]に記載の水処理方法。
[10] 繊維が製紙工場で発生する繊維系廃棄物由来の繊維もしくはパルプ、または、天然繊維である、[7]〜[9]のいずれか1項に記載の水処理方法。
[11] 繊維含有汚泥および生汚泥を混合して混合汚泥を得る工程と、
混合汚泥を脱水する工程を含む、脱水汚泥の製造方法。
[12] [7]〜[10]のいずれか一項に記載の水処理方法を含み、
繊維含有汚泥が返送汚泥として曝気槽で用いなかった余剰汚泥であり、
生汚泥が、被処理水またはこの被処理水由来の沈殿物である、[11]に記載の脱水汚泥の製造方法。
本発明の水処理装置は、曝気槽と、曝気槽の下流の後沈槽と、を有し、曝気槽に繊維を添加して、後沈槽で処理水から分離した汚泥の一部を曝気槽に返送する。
本発明の水処理装置の構成によれば、繊維を活用して沈殿効率を高められ、処理水が清澄となる。
本発明では、(特定のパルプなどの)繊維を曝気槽で添加して(またはその上流に添加する場合は、曝気槽の直前の配管などで添加して)、曝気槽の下流に設置した後沈槽で処理水から分離した汚泥の一部を曝気槽に汚泥返送して、沈殿効率を高め、さらに処理水を清澄とすることができる。
以下、本発明の水処理装置について説明する。
まず、水処理装置の全体構成を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の水処理装置の一例の概略図である。図1に示した水処理装置51では、被処理水1を導入する曝気槽21と、後沈槽22を有する。
図1に示した水処理装置51では、曝気槽21に繊維11を添加して、後沈槽22で処理水2から分離した汚泥3の一部を、返送汚泥4として曝気槽21に返送する。図1に示した水処理装置51では、返送汚泥4は、後沈槽22から曝気槽21への返送汚泥配管(不図示)を通過して、曝気槽21に返送される。
図1に示した水処理装置51では、汚泥3のうち返送汚泥4として曝気槽21で用いなかったものは、余剰汚泥5として系外へ排出することができる。
図2の処理フローでは、製紙工場101から供給される繊維11を、下水処理場201に設置された水処理装置の曝気槽21に添加する。図2における水処理装置は、離解装置132と、混合装置133と、曝気槽21と、後沈槽22とを有し、曝気槽21が繊維の添加口42を有する。離解装置132は、製紙工場101から供給される繊維11が、乾燥繊維(脱水助剤製造装置131で製造された脱水助剤など)である場合に、乾燥繊維を離解するために設けられることが好ましい。ただし、製紙工場101から供給される繊維11の形態によっては、離解装置132や混合装置133を有さない水処理装置を用いてもよい。また、下水処理場が離解装置132や混合装置133を備える場合は、水処理装置が離解装置132や混合装置133を有さないでもよい。
図3の処理フローでは、製紙工場101の排水由来の繊維11を、同じ製紙工場101に設置された水処理装置の曝気槽21に添加する。図3における水処理装置は、曝気槽21と、後沈槽22とを有し、曝気槽21が製紙工場内の排水を流入させる配管41および繊維の添加口42を有する。ただし、曝気槽21が製紙工場内の排水を流入させる配管41の代わりに(またはこれと分岐する流路を設けて)、排水を乾燥繊維とするための脱水助剤製造装置131や離解装置132や混合装置133を有する水処理装置を用いて、繊維11を離解物12として曝気槽21に添加してもよい。
以下、本発明の水処理装置を構成する、各部分の好ましい態様を説明する。
本発明では、曝気槽に繊維を添加する。
曝気槽に被処理水を導入することが好ましい。なお、本発明では、被処理水に含まれる微量の繊維を濃縮するものではなく、被処理水とは別に系外からの繊維を曝気槽に添加することが好ましい。
曝気槽では、公知の曝気部材により、酸素を含む気体が曝気槽内に導入されることが好ましい。曝気槽は活性汚泥槽であることが好ましく、曝気槽では活性汚泥法により水処理が行われることが好ましい。曝気槽には、繊維以外の他の担体(活性炭や、炭素繊維など)を添加しないでよい。
水処理装置の沈殿効率の指標として、例えば曝気槽のSVI(汚泥容量指数;sludge volume index)を用いることができる。曝気槽のSVIは、JIS B 9944−1987に準じて測定することができる。曝気槽のSVIは、40〜200mL/gであることが好ましく、50〜150mL/gであることがより好ましく、60〜100mL/gであることが特に好ましい。曝気槽のSVIは、脱水機への負荷を減らす観点から上下変動が少ない方が好ましい。
繊維は、パルプ由来の繊維であっても、天然繊維であっても、再生繊維などの化学繊維であってもよい。
繊維は、パルプ由来の繊維であることが好ましく、木材パルプ由来の繊維であることがより好ましい。
また、繊維は製紙工場由来であることが好ましく、製紙工場で発生する繊維系廃棄物由来の繊維もしくはパルプ、または、天然繊維であることがより好ましく、製紙工場で発生する繊維質または繊維質を含む排水由来であることがさらに好ましく、製紙工場からのペーパースラッジであることがコスト面で特に好ましい。例えばスクリーン粕等が挙げられる。
繊維としては、例えば特開2014−069145号公報の[0023]〜[0025]に記載のものや、特開2016−112545号公報の[0023]〜[0026]に記載のものや、特開2004−136220号公報の[0023]〜[0026]に記載のものや、他の公知の繊維を用いることができる。なお、本明細書中に記載の文献の内容は、参照して本明細書に組み込まれる。
繊維の太さ、すなわち繊維の短軸長は特に制限はない。例えば、公知の木材パルプ由来の繊維の短軸長と同程度であることが好ましい。繊維の短軸長Dが、繊維の長軸長Lの1/10000〜1/10であることが好ましく、1/100〜1/10であることがより好ましい。
製紙工場の排水に繊維が分散された分散物の状態で曝気槽に添加されることがより好ましい。
また、繊維を乾燥させた乾燥繊維を、離解した後の状態で曝気槽に添加されることもより好ましい。例えば、製紙工場の排水を、脱水助剤製造装置により乾燥させた乾燥繊維(脱水助剤として用いられる)とした後、乾燥繊維を離解装置で離解することができる。
本発明では、曝気槽が、繊維の添加口を有することが好ましい。繊維の添加口としては、形状に特に制限はない。例えば、製紙工場内の排水を流入させる配管と接続できる形状や、離解装置またはその下流の混合装置からの離解物を含む流路と接続できる形状とすることができる。
繊維の添加口は、返送汚泥配管の一部に接続できる形状とし、返送汚泥配管の一部に接続されていてもよい。
本発明では、曝気槽が、製紙工場内の排水を流入させる配管を有することが好ましい。製紙工場内の排水を流入させる配管の形状としては特に制限はない。
後沈槽は曝気槽の下流に設置され、後沈槽で処理水から分離した汚泥の一部を曝気槽に返送する。
後沈槽としては特に制限はなく、通常の沈殿槽を用いることができる。沈殿槽では凝集剤、特に無機凝集剤を添加しないでもよい。
本発明では、後沈槽を通過した、清澄な処理水を得られる。
後沈槽を通過した処理水は、放流または高次処理することができる。
処理水透視度は、JIS K 0102:2013に準じて測定することができる。処理水透視度は5cm以上であることが好ましく、10cm以上であることがより好ましく、20cm以上であることが特に好ましい。
処理水BODは、JIS K 0102:2013に準じて測定することができる。処理水BODは30mg/L以下であることが好ましく、20mg/L以下であることがより好ましく、10mg/L以下であることが特に好ましい。
水処理装置が後沈槽から曝気槽への返送汚泥配管を有することが好ましい。返送汚泥配管の形状としては特に制限はない。余剰汚泥と返送汚泥の割合を制御できる弁を備えることが、後沈槽の沈殿効率を高める観点から好ましい。
水処理装置の好ましい一態様として、製紙工場由来の繊維を下水処理場で離解させる離解装置をさらに有する態様を挙げられる。
離解装置としては特に制限はない。例えば、繊維由来の脱水助剤の離解装置として公知の離解装置を用いることができる。
離解装置は、曝気槽の上流に設けられる。なお、離解装置は、被処理水とは別の流路に設けられることが好ましい。
水処理装置は、離解装置を有する場合、離解装置の下流に混合装置をさらに有することが好ましい。
離解された繊維は、混合装置によって液体に均一に分散され、離解物として曝気槽に添加されることが好ましい。
水処理装置は、その他の装置を備えていてもよい。
水処理装置は、曝気槽の上流に、一次沈殿槽(前沈槽)を備えていることが好ましい。この場合、被処理水のうち、下水や排水を一次沈殿槽で処理した一次処理水を、曝気槽に導入する被処理水として用いることができる。また、一次沈殿槽の沈殿物を、後述の脱水汚泥の製造装置における生汚泥として用いることができる。
本発明の水処理装置の設置場所・用途は、特に制限はない。
本発明では、水処理装置を下水処理場や他の工場に設置する第一の態様、または、水処理装置を製紙工場に設置する第二の態様であることが好ましい。以下、それぞれの態様について、説明する。
水処理装置を下水処理場や他の工場(繊維を供給する当該製紙工場以外の工場)に設置する第一の態様では、製紙工場由来の繊維を下水処理場や他の工場で離解させる離解装置をさらに有し、離解された離解物を曝気槽に添加することが好ましい。他の工場としては特に制限はなく、繊維を供給する当該製紙工場以外の、別の製紙工場であってもよい。特に、水処理装置が下水処理場に設置され、製紙工場由来の繊維を下水処理場で離解させる離解装置をさらに有し、離解された離解物を曝気槽に添加することがより好ましい。
具体的には、水処理方法が、製紙工場由来の繊維を含む排液などを、脱水または乾燥して、下水処理場や他の工場へ運ぶ工程を有することが好ましい。また、必要に応じて、製紙工場由来の繊維に対して、填料や顔料などの不純物を洗浄処理してから、脱水または乾燥の操作をすることが好ましい場合もある。その後、水処理方法が、下水処理場や他の工場で離解させる工程、曝気槽の配管に流入させる工程を有することがより好ましい。
繊維を含む離解物を定常的に曝気槽に添加する制御部を有する構成とすることが、曝気槽内における繊維の時間的なムラを抑制する観点から好ましい。この構成により、常時監視を不要とし、水分低位で安定操業できる。この場合、定常的に添加する繊維を含む離解物の添加量(または繊維添加率)は、あらかじめ設定することができる。すなわち、水処理装置は、曝気槽の下流の指標に基づいて、離解物の添加量を制御するようなフィードバック機構を有さないでもよい。
水処理装置を製紙工場に設置する第二の態様では、曝気槽が、製紙工場内の排水(特にスクリーン装置からの排水)を流入させる配管を有することが好ましい。
製紙工場内の排水を定常的に曝気槽に添加する制御部を有する構成とすることが、曝気槽内における繊維の時間的なムラを抑制する観点から好ましい。この構成により、常時監視を不要とし、水分低位で安定操業できる。この場合、定常的に添加する、製紙工場内の排水の添加量(または繊維添加率)は、あらかじめ設定することができる。すなわち、水処理装置は、曝気槽の下流の指標に基づいて、製紙工場内の排水の添加量を制御するようなフィードバック機構を有さないでもよい。
なお、水処理装置は、曝気槽の下流の指標に基づいて、製紙工場内の排水の添加量(または繊維添加率)を制御するようなフィードバック機構を有していてもよい。従来、繊維を脱水助剤として後述の脱水汚泥の製造装置における脱水機の直前に投与することがあった。この従来の方法における、脱水汚泥の水分量を指標とする脱水助剤(繊維)の添加量のフィードバック制御は、脱水助剤(繊維)の添加量が脱水汚泥の水分量に影響を与えるタイミングが早いため、常時監視が必要であった。これに対し、本発明の水処理装置を有する後述の脱水汚泥の製造装置では、曝気槽またはその上流への製紙工場内の排水(繊維)の添加をする場合、脱水汚泥の水分量からのフィードバックに約2日間かかるため、常時監視せずに、製紙工場内の排水の添加量の設定値を間欠的に監視して制御してもよい。
本発明の脱水汚泥の製造装置は、本発明の水処理装置と、返送汚泥の一部の余剰汚泥および曝気槽に導入されなかった生汚泥を混合する汚泥混合槽と、脱水機と、を有する。
本発明によれば、生汚泥と、(特定のパルプなどの)繊維を含む余剰汚泥とを混合して、燃焼効率を高めた脱水汚泥とし(重油コスト減)、且つ水分を効果的に減少することができる。
従来の方法では、脱水汚泥の水分減少が十分にできない理由は、脱水助剤の分散性が悪いためと想定された。
(特定のパルプなどの)繊維をすでに含む汚泥を用いることにより、脱水助剤の分散性を高めることができ(脱水助剤を曝気槽前で添加すれば分散性を高め得る)、水分を効果的に減少することができる。
汚泥混合槽では、返送汚泥の一部の余剰汚泥および曝気槽に導入されなかった生汚泥を混合する。汚泥混合槽としては、特に制限はない。
脱水機では、余剰汚泥およびの生汚泥の混合汚泥を脱水し、乾燥汚泥を得る。脱水機としては、特に制限はない。例えば、特開2014−069145号公報の[0030]に記載の脱水機を用いることができる。脱水機は、遠心脱水機が好ましく、ベルトプレス脱水機がさらに好ましく、スクリュープレス脱水機が特に好ましい。
本発明の水処理方法は、繊維を曝気槽またはその上流に添加する工程と、曝気槽の下流の後沈槽で処理水から汚泥を分離する工程と、汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として曝気槽に導入する工程とを含む。
本発明の水処理方法は、被処理水を曝気槽に導入する工程を含むことが好ましい。
被処理水としては特に制限はない。被処理水として、下水や排水を用いることができる。排水としては、工場排水や他の産業排水などを挙げることができる。
被処理水は、特に下水を用いる場合、前述の一次沈殿槽を通過した一次処理水を用いることが好ましい。特開2004−136620号公報の雨天時下水を生物処理工程(曝気槽)に直接導入する態様よりも、より沈殿効率を高めることができる。
被処理水には、正電荷を有する化合物が含まれていてもよい。正電荷を有する化合物としては、例えば、特開2016−112545号公報の[0022]に記載の化合物を挙げられる。
本発明の水処理方法は、繊維を曝気槽またはその上流に添加する工程を含む。繊維を、曝気槽またはその直前に添加することが好ましく、曝気槽に添加することがより好ましい。
繊維の添加量は、曝気槽に流入する排水1リットルあたりの繊維添加量のmg数から求められる繊維添加率として、10〜1000mg/Lであることが好ましく、50〜450mg/Lであることがより好ましい。100mg/L以上がさらに好ましく、150mg/L以上であることが特に好ましい。一方、350mg/L以下がさらに好ましく、300mg/L以下であることが特に好ましい。
本発明の水処理方法は、曝気槽の下流の後沈槽で処理水から汚泥を分離する工程を含む。
本発明では、汚泥を分離する工程が汚泥を沈殿させる沈殿工程であることが好ましい。
本発明の水処理方法は、汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として曝気槽に導入する工程を含む。後沈槽で分離された汚泥の一部を返送汚泥として曝気槽に導入し、残りの汚泥を余剰汚泥として、後述の脱水汚泥の製造方法に用いることが好ましい。
本発明の脱水汚泥の製造方法は、繊維含有汚泥および生汚泥を混合して混合汚泥を得る工程と、混合汚泥を脱水する工程を含む。
ここで、生汚泥とは、本発明の水処理装置の前段もしくは後段に設置される水処理装置から排出される汚泥、または本発明の水処理装置を含む処理フロー(もしくは工場)の外部に構成される水処理装置(もしくは生産プラント)から排出される汚泥を指し、有機物と無機物を含む汚泥である。本発明の水処理装置の前段もしくは後段に設置される水処理装置、または本発明の水処理装置を含む処理フローの外部に構成される水処理装置の具体例としては、例えば沈砂装置、一次沈殿槽(単純沈殿装置)、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、砂ろ過装置、繊維ろ過装置、膜ろ過装置、フェントン処理装置、消化装置等が挙げられる。生汚泥の固形物濃度は、0.5〜10%であることが好ましく、1.0〜6.0%であることがさらに好ましく、2.0〜4.0%であることが特に好ましい。本発明では、固形分濃度を調整された生汚泥を用いてもよい。生汚泥の固形物濃度を調整するため、重力式濃縮機や機械式濃縮機を用いてもよい。
繊維含有汚泥と生汚泥は、汚泥混合槽や濃縮機等で混合し、脱水機で混合脱水し、脱水汚泥を製造することが好ましい。
脱水汚泥の製造方法は、本発明の水処理方法を含み、繊維含有汚泥が返送汚泥として曝気槽で用いなかった余剰汚泥であり、生汚泥が、被処理水またはこの被処理水由来の沈殿物であることが好ましい。本発明の水処理装置を構成する曝気槽の前段に一次沈殿槽が設けられる場合、生汚泥は、被処理水由来の沈殿物であることがより好ましく、一次沈殿槽の沈殿物であることが特に好ましい。
製紙工場のスクリーン排水由来の繊維(ペーパースラッジなど。繊維長0.1〜5mm程度)を、表1に記載の繊維添加率で曝気槽に添加し、後沈槽で沈殿処理を行い、処理水を得た。沈殿処理で分離された汚泥の一部は返送汚泥として曝気槽に返送した。
返送汚泥として曝気槽で用いなかった残りの余剰汚泥は、曝気槽に導入されなかった生汚泥とともに汚泥混合槽で混合した。得られた混合汚泥を脱水機で脱水して、脱水汚泥を製造した。
繊維添加率は、曝気槽に流入する排水1リットルあたりの繊維添加量のmg数から求めた。
処理水透視度を、JIS K 0102:2013 工場排水試験方法の「9.透視度」に準じた方法で測定した。
SVIを、JIS B 9944−1987 活性汚泥処理装置の試験方法の「5.12 汚泥体積指標(SVI)」に準じた方法で測定した。
SV30を、JIS B 9944−1987 活性汚泥処理装置の試験方法の「5.6 (3) 活性汚泥沈殿率(SV30)」に準じた方法で測定した。用語の意味はJIS B 9944:1987の「2. (3)」。
処理水BODを、JIS K 0102:2013 工場排水試験方法の「21.BOD」に準じた方法で測定した。
例2〜6より、曝気槽に繊維を添加することによって、沈殿効率が高まり、処理水が清澄となることがわかった。なお、例6は繊維添加率が高いため、材料コストが高かった。
なお、乾燥汚泥の水分量を公知の方法で測定したところ、例1に比較して、例2〜例6では乾燥汚泥の水分量も減った。
2 処理水
3 汚泥
4 返送汚泥
5 余剰汚泥
6 繊維含有汚泥
7 生汚泥
8 混合汚泥
9 脱水汚泥
11 繊維
12 離解物
21 曝気槽
22 後沈槽
23 返送汚泥配管
31 汚泥混合槽
32 脱水機
41 製紙工場内の排水を流入させる配管
42 繊維の添加口
51 水処理装置
101 製紙工場
111 パルプ製造工程
112 抄紙工程
113 排水処理工程
121 残渣処理装置
122 汚泥脱水装置
131 脱水助剤製造装置
132 離解装置
133 混合装置
201 下水処理場
Claims (11)
- 曝気槽と、
前記曝気槽の下流の後沈槽と、を有し、
前記曝気槽に繊維を添加して、前記後沈槽で処理水から分離した汚泥の一部を前記曝気槽に返送する、水処理装置であって、
前記水処理装置が下水処理場に設置され、
製紙工場由来の繊維を前記下水処理場で離解させる離解装置をさらに有し、
離解された離解物を前記曝気槽に添加する、水処理装置。 - 前記曝気槽が繊維の添加口を有し、
前記水処理装置が前記後沈槽から前記曝気槽への返送汚泥配管を有する、請求項1に記載の水処理装置。 - 前記繊維が、製紙工場で発生する繊維系廃棄物由来の繊維もしくはパルプ、または、天然繊維である、請求項1または2に記載の水処理装置。
- 前記曝気槽が、製紙工場内の排水を流入させる配管を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水処理装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の水処理装置と、
返送汚泥の一部の余剰汚泥および前記曝気槽に導入されなかった生汚泥を混合する汚泥混合槽と、
脱水機と、
を有する、脱水汚泥の製造装置。 - 繊維を曝気槽またはその上流に添加する工程と、
前記曝気槽の下流の後沈槽で処理水から汚泥を分離する工程と、
前記汚泥の少なくとも一部を返送汚泥として前記曝気槽に導入する工程とを含む、水処理方法であって、
前記水処理方法が下水処理場で行われ、
製紙工場由来の繊維を前記下水処理場で離解させる離解工程をさらに含み、
離解された離解物を前記曝気槽に添加する、水処理方法。 - 被処理水を曝気槽に導入する工程を含み、
前記汚泥を分離する工程が汚泥を沈殿させる沈殿工程である、請求項6に記載の水処理方法。 - 前記繊維の添加量が、10〜1000mg/Lである、請求項6または7に記載の水処理方法。
- 前記繊維が製紙工場で発生する繊維系廃棄物由来の繊維もしくはパルプ、または、天然繊維である、請求項6〜8のいずれか1項に記載の水処理方法。
- 繊維含有汚泥および生汚泥を混合して混合汚泥を得る工程と、
前記混合汚泥を脱水する工程を含む、脱水汚泥の製造方法であって、
前記脱水汚泥の製造方法が下水処理場で行われ、
製紙工場由来の繊維を前記下水処理場で離解させる離解工程をさらに含み、
離解された離解物を曝気槽に添加して前記繊維含有汚泥を得る、水処理方法。 - 請求項6〜9のいずれか一項に記載の水処理方法を含み、
前記繊維含有汚泥が前記返送汚泥として前記曝気槽で用いなかった余剰汚泥であり、
前記生汚泥が前記被処理水またはこの被処理水由来の沈殿物である、請求項10に記載の脱水汚泥の製造方法。
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