JP6811803B2

JP6811803B2 - 排水処理システム

Info

Publication number: JP6811803B2
Application number: JP2019091239A
Authority: JP
Inventors: 岡本　眞一郎; 眞一郎岡本; 中西　茂樹; 茂樹中西
Original assignee: 株式会社Ｊｒ西日本テクシア; 株式会社ヴェルテックスジャパン
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2039-05-14
Also published as: JP2020185525A

Description

本発明は、排水を処理及び放流するための排水処理システムに関する。

水を使用する施設から排出される排水には汚濁物質が含まれるため、排水を河川等の公共用水域に放流する場合、排水基準を遵守した排水処理をする必要がある。公共用水域とは、河川、湖沼、港湾、沿岸海域、公共溝渠、かんがい用水路、その他公共の用に供される水域や水路であって、下水道は除かれる（水質汚濁防止法参照）。従来から、排水を処理して河川等に放流する排水処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。排水基準には、水質汚濁防止法の規定に基づき、排水基準を定める省令、又は各自治体で定める条例による排水基準がある。排水基準では、例えば、浮遊物質量（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の各指標に規制値が定められている。ＳＳは、水中に浮遊する又は水の濁りの原因となる物質の量である（非特許文献１参照）。ＣＯＤは、水の有機物による汚濁度の指標である（同文献参照）。ＢＯＤは、５日間に水中の好気性微生物によって消費される溶存酸素量である（同文献参照）。

排水処理装置は、処理前の排水（原水）を貯留する原水槽と、排水を処理する処理装置と、処理後の排水（処理水）を貯留する処理水槽とを有する。処理水槽内の排水は、排水基準の指標が測定され、測定された指標が規制値以下であることを確認してから、河川等に放流される。

しかしながら、指標としてのＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤを測定しようとすると、分析に大変時間がかかる。例えば、ＢＯＤの測定には数日を要する。このため、指標の分析中に処理水槽に大量の排水が流入し、処理水槽内の排水の指標が変化するおそれがある。排水の処理を止めると、処理水槽内の排水の指標は変化しないが、原水槽が満水になって、排水処理装置が排水を受け入れることができなくなる。また、指標の確認が迅速に行えないために、処理が不要な排水まで処理装置で処理している可能性がある。

特開２００８−２１２８１６号公報

ＪＩＳＫ０２１６：２０１４「分析化学用語（環境部門）」

本発明は、上記問題を解決するものであり、排水を公共用水域に放流できるか否かを迅速に判定できる排水処理システムを提供することを目的とする。

本発明の排水処理システムは、排水を処理及び放流するためのシステムであって、排水を処理する処理装置と、排水の濁度を測定する濁度計と、当該排水処理システムにおける排水の流れを制御する制御部とを備え、処理対象の排水は、公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関があり、前記指標が規制値以下となるように濁度閾値が予め設定され、前記濁度計が測定した排水の濁度が前記濁度閾値以下であるとき、前記制御部は、その排水を公共用水域に放流できると判定することを特徴とする。

この排水処理システムにおいて、前記処理装置は、電気分解を用いて排水を処理する電解槽を有することが好ましい。

この排水処理システムにおいて、公共用水域への排水基準の前記指標は、浮遊物質量（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、及び濁度から選択される１つ又は複数の指標であり、前記濁度閾値は、全ての前記指標が規制値以下となるように設定されることが好ましい。

この排水処理システムにおいて、前記濁度計として前記処理装置による処理前の排水の濁度を測定する原水濁度計を備え、前記原水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値以下であるとき、前記制御部は、その処理前の排水を公共用水域に放流する。

この排水処理システムにおいて、前記原水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値より大きい所定濁度以上であるとき、前記制御部は、その処理前の排水を下水道に放流する。

この排水処理システムにおいて、処理前の排水を貯留する原水槽と、前記濁度計として前記処理装置による処理後の排水の濁度を測定する処理水濁度計とをさらに備え、前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値を超過し、かつ前記原水槽の水量が所定水量以上であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を下水道に放流することが好ましい。

この排水処理システムにおいて、前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値を超過し、かつ前記原水槽の水量が前記所定水量未満であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を前記原水槽に戻すことが好ましい。

この排水処理システムにおいて、前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値以下であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を公共用水域に放流することが好ましい。

この排水処理システムにおいて、処理対象の排水は、温浴施設から排出される排水であることが好ましい。

本発明の排水処理システムによれば、排水が公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関があることを利用し、測定した濁度に基づいて、その排水を公共用水域に放流できか否かが判定される。排水の濁度は濁度計によってリアルタイムに測定可能であるので、排水処理システムは、排水を公共用水域に放流できるか否かを迅速に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る排水処理システムの処理フロー図。同システムにおける制御のフローチャート。

本発明の一実施形態に係る排水処理システムについて図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、排水処理システム１は、排水を処理及び放流するためのシステムである。この排水処理システム１は、処理装置２と、濁度計３と、制御部４とを備える。処理装置２は、排水を処理（浄化処理）する部分である。濁度計３は、排水の濁度を測定する測定器である。制御部４は、排水処理システム１における排水の流れ等を制御するものである。処理対象の排水は、公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関がある。その指標が規制値以下となるように濁度閾値が予め設定される。濁度計３が測定した排水の濁度が濁度閾値以下であるとき、制御部４は、その排水を公共用水域に放流できると判定する。

本実施形態では、処理装置２は、電解槽２１を有する。電解槽２１は、電気分解を用いて排水を処理する。電解槽２１における処理は、電気分解法による排水の処理であり、電解処理とも呼ばれる。

排水処理システム１において、公共用水域への排水基準の指標は、本実施形態では、浮遊物質量（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、及び濁度から選択される１つ又は複数の指標である。濁度閾値は、全ての指標が規制値以下となるように設定される。なお、指標は、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ、濁度に限定されない。処理対象の排水において、指標は、一つであっても複数であってもよい。指標が濁度自身である場合は、完全な相関である。

本実施形態では、処理対象の排水は、温浴施設から排出される排水である。なお、処理対象の排水は、温浴施設から排出される排水に限定されず、公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関がある排水であれば、その排水に対して排水処理システム１を用いることができる。

排水処理システム１における判定の原理について、実例に基づいて説明する。処理対象の排水における指標の例を表１に示す。

表１に示すように、排水処理システム１を導入するための試験として、ある温浴施設から排出された排水を一定時間ごと（１時間ごと）に採取し、ｐＨ、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ、濁度を測定した。その温浴施設は、公衆浴場法で「その他の公衆浴場」に分類される公衆浴場（いわゆる「スーパー銭湯」）である。この例では、ｐＨ、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ、濁度のうち公共用水域への排水基準の指標は、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤである。ＳＳの規制値は４０、ＣＯＤの規制値は３０、ＢＯＤの規制値は１５である。

この排水において、ＳＳと濁度の相関係数は、＋０．７３８であった。ＣＯＤと濁度の相関係数は、＋０．９１５であった。ＢＯＤと濁度の相関係数は、＋０．８５７であった。すなわち、公共用水域への排水基準の指標ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤは、濁度と相関があった。

ＳＳは、平均値（μ）が１２、最大値が１７、最小値が７、標準偏差（σ）が４、予想最大値（μ＋３σ）が２４であった。すなわち、この排水は、採取時刻にかかわらず、ＳＳが規制値の４０以下である。

ＣＯＤは、平均値が１１．５、最大値が１６、最小値が６．９、標準偏差が３．１、予想最大値が２１であった。すなわち、この排水は、採取時刻にかかわらず、ＣＯＤが規制値の３０以下である。

ＢＯＤは、平均値が１９、最大値が３２、最小値は７、標準偏差が８、予想最大値が４５であった。すなわち、この排水は、ＢＯＤが規制値の１５を超えることがある。

ＳＳ（ｙ）の濁度（ｘ）に対する一次近似式は、傾斜が０．４５、切片が３．９３、ｙ＝０．４５ｘ＋３．９３である。この近似式より、ＳＳの規制値４０に対する濁度は８０である。ＣＯＤ（ｙ）の濁度（ｘ）に対する一次近似式は、ｙ＝０．４３ｘ＋４．０５である。この近似式より、ＣＯＤの規制値３０に対する濁度は６０である。ＢＯＤ（ｙ）の濁度（ｘ）に対する一次近似式は、ｙ＝１．１１ｘ＋０．３２である。この近似式より、ＢＯＤの規制値１５に対する濁度は１３である。ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤの規制値に対する濁度８０、６０、１３の最小値は１３である。すなわち、この排水は、濁度が１３以下であるとき、公共用水域への排水基準の指標ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤが規制値以下となる。したがって、濁度閾値を１３に設定することにより、測定した排水の濁度が濁度閾値以下であるとき、公共用水域への排水基準の指標ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤの全てが規制値以下となり、その排水を公共用水域に放流できると判定される。

この排水を処理した後の排水を一定時間ごと（１時間ごと）に採取し、ｐＨ、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ、濁度を測定した。その排水も、公共用水域への排水基準の指標ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤは、濁度と相関があった。したがって、上述した方法と同様の計算を行って濁度閾値が設定される。そして、測定した排水の濁度が濁度閾値以下であるとき、公共用水域への排水基準の指標ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤが規制値以下となり、その排水を公共用水域に放流できると判定される。なお、処理前の排水と、処理後の排水に対して、各々の濁度閾値を設定しても、共通の濁度閾値を設定してもよい。

このように、処理前の排水について公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関があることを利用し、測定した濁度に基づいて、その処理前の排水を公共用水域に放流できるか否かが判定される。また、処理後の排水について公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関があることを利用し、測定した濁度に基づいて、その処理後の排水を公共用水域に放流できるか否かが判定される。排水の濁度は濁度計によってリアルタイムに測定可能であるので、排水処理システム１は、排水を公共用水域に放流できるか否かを迅速に判定することができる。

なお、排水には、公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関が無いものもありうる。例えば、清酒を排水として排出する場合、清酒は無色透明であるので、指標がＣＯＤやＢＯＤであれば、その指標は濁度と相関が無い。そのような排水に対して、本実施形態の排水処理システム１は適用できない。

いろいろな排水に対する排水処理システム１の適用可否を見出すためには、排水を排出する施設ごとに、公共用水域への排水基準の指標の規制値、処理前の指標及び濁度の測定値、処理後の指標及び濁度の測定値の情報が必要である。このため、排水処理システム１の提供者において、そのような情報を蓄積する排水データベースを構築してもよい。さらに、データ処理用のコンピュータを設け、そのコンピュータが、排水データベースのデータを用い、排水処理システム１の適用可否の判断、及び適用可能である場合の濁度閾値の算出等を行なってもよい。

排水処理システム１の各構成について、さらに詳述する。排水処理システム１は、処理装置２及び制御部４のほか、原水槽５、処理水槽６等を有する（図１参照）。

原水槽５は、処理前の排水（原水）を貯留する水槽である。処理水槽６は、処理後の排水（処理水）を貯留する水槽である。原水槽５、処理装置２、処理水槽６は、配管で接続されている。先ず、排水処理システム１を原水槽５から処理水槽６までの排水の流れに沿って説明する。

施設から排出された排水は、原水槽５に受け入れられる。原水槽５に貯留された排水は、原水供給管７１を経由して原水ポンプＰ１によって処理装置２に送られる。原水供給管７１の入口は、原水槽５内に位置し、フート弁７１１（逆止弁）を有する。原水供給管７１に流入した排水は、ヘアキャッチャー７１２を通り、原水ポンプＰ１に吸入される。ヘアキャッチャー７１２は、排水から毛髪等の粗いゴミを取り除く。原水ポンプＰ１から吐出された排水は、原水ろ過フィルタ２２を通り、電解槽２１に供給される。原水ろ過フィルタ２２は、遠心分離機を複数基並列したマルチサイクロン式であり、排水中の浮遊物を分離除去する。原水ろ過フィルタ２２及び電解槽２１は、処理装置２を構成する。

電解槽２１は、排水を電気分解するための陽極ＥＤ＋及び陰極ＥＤ−を有する。陰極ＥＤ−では還元反応が起こり、陽極ＥＤ＋では酸化反応が起こる。これらの酸化還元反応により、排水中のＢＯＤ成分等の汚濁物質が分解される。

電解槽２１における電解処理に電解質の補助剤が用いられる。補助剤は、例えば、塩化ナトリウムである。塩化ナトリウムは、補助剤溶解タンク８内で水道水に溶解される。その塩化ナトリウム水溶液は、補助剤溶解タンク８から補助剤注入ポンプＰ２により補助剤注入管７２を経由して電解槽２１に送られる。溶解した塩化ナトリウムは、ナトリウムイオンと塩化物イオンに電離している。陽極ＥＤ＋では、塩化物イオンが水と反応して、活性酸素や次亜塩素酸が生成される。そして、その活性酸素や次亜塩素酸が排水中の汚濁物質を酸化分解する。なお、排水に塩化物イオンが十分に含まれる場合は、補助剤は不要である。

本実施形態では、電解槽２１は、２枚のイオン交換膜によって、流入側から順に電解槽２１ａ、２１ｂ、２１ｃの３槽に分かれている。電解槽２１ａは陽極ＥＤ＋を有する。電解槽２１ｂは陰極ＥＤ−を有する。電解槽２１ｃは陽極ＥＤ＋を有する。イオン交換膜は、イオン交換樹脂を膜状にしたもので、イオン交換機能を有し、イオンの選択透過性が大きいので選択透過膜ともいう。電解槽２１は、このような３槽構成によって電解処理（酸化・還元処理）が２段になり、低濃度の有機物を効率良く分解する。

電解槽２１で処理された排水は、処理水槽６に流入する。処理水槽６は、処理後の排水（処理水）を貯留する。

次に、制御部４による制御について説明する。制御部４は、制御ユニットとも呼ばれ、例えば、プログラマブルコントローラーであり、ＣＰＵ、メモリ、及び入出力インターフェース等を有し、プログラムを実行することによって機能する。その入出力インターフェースでは、濁度計３（ＴＢ）や水位計ＬＣ等からの情報が入力され、電動弁ＭＶやポンプＰ等への指令が出力される。なお、制御部４は、コンピュータ又はリレー回路等であってもよい。

排水処理システム１は、濁度計３として原水濁度計３１を備える。原水濁度計３１は、処理前の排水の濁度を測定する。図２に示すように、原水濁度計３１によって測定された排水（原水）の濁度が濁度閾値以下であるとき（図２のステップＳ１０１でＹｅｓ）、制御部４は、その処理前の排水を公共用水域に放流する（ステップＳ１０２）。本実施形態では、公共用水域は河川である（河川放流）。制御部４は、処理前の排水を河川放流するとき、河川放流用の電動弁ＭＶ１を開き、原水ろ過フィルタ２２に向かう電動弁ＭＶ３を閉じ、原水ポンプＰ１を駆動する（図１参照）。

これにより、排水処理システム１は、処理が不要な排水を公共用水域に放流して、処理装置２の処理量が低減され、ランニングコストを低減することができる。このようなことは、制御部４が排水を公共用水域に放流できるか否かを迅速に判定することにより可能になる。

原水濁度計３１によって測定された排水（原水）の濁度が濁度閾値より大きい所定濁度以上であるとき（図２のステップＳ１０３でＹｅｓ）、制御部４は、その処理前の排水を下水道に放流する（下水放流）（ステップＳ１０４）。所定濁度は、処理装置２の処理能力を考慮して設定される。制御部４は、処理前の排水を下水放流するとき、下水放流用の電動弁ＭＶ２を開き、河川放流用の電動弁ＭＶ１及び原水ろ過フィルタ２２に向かう電動弁ＭＶ３を閉じ、原水ポンプＰ１を駆動する（図１参照）。なお、下水道に放流される排水の量は、下水放流流量計ＦＭ１によって測定される。

これにより、排水処理システム１は、排水の汚濁が処理装置２の処理能力を超える場合、その排水を処理せずに下水道に放流することができる。

処理前に排水が放流されなかったとき（図２のステップＳ１０３でＮｏ）、制御部４は、その処理前の排水を処理装置２に処理させる（ステップＳ１０５）。制御部４は、放流用の電動弁ＭＶ１、ＭＶ２を閉じ、原水ろ過フィルタ２２に向かう電動弁ＭＶ３を開き、原水ポンプＰ１を駆動する（図１参照）。

排水処理システム１は、濁度計３として処理水濁度計３２をさらに備える。処理水濁度計３２は、処理水槽６に設けられ、処理後の排水の濁度を測定する。原水槽５には、原水槽の水量を測定する水位計ＬＣ１が設けられている。処理水濁度計３２によって測定された排水（処理水）の濁度が濁度閾値を超過し（図２のステップＳ１０６でＮｏ）、かつ原水槽５の水量が所定水量以上であるとき（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、制御部４は、その処理後の排水を下水道に放流する（下水放流）（ステップＳ１０８）。制御部４は、処理後の排水を下水道に放流するとき、下水排出管７３の電動弁ＭＶ４を開き、放流ポンプＰ３を駆動する（図１参照）。原水槽５の所定水量は、原水槽５の満水の水量より若干低く設定される。なお、下水道に放流される排水の量は、下水放流流量計ＦＭ２によって測定される。

これにより、排水処理システム１は、濁度が濁度閾値を超過している排水を公共用水域に放流しないので、排水基準を遵守することができる。また、その排水が原水槽５に戻されないので、原水槽５が溢れることが防がれる。さらに、下水道に放流される排水（処理水）は、一度は処理装置２によって処理されているので、下水道への負担が軽減される。

排水処理システム１は、処理水濁度計３２によって測定された排水（処理水）の濁度が濁度閾値を超過し（図２のステップＳ１０６でＮｏ）、かつ原水槽５の水量が所定水量未満であるとき（ステップＳ１０７でＮｏ）、制御部４は、その処理後の排水を原水槽５に戻す（ステップＳ１０９）。制御部４は、処理後の排水を原水槽５に戻すとき、返送管７４の電動弁ＭＶ５を開き、放流ポンプＰ３を駆動する（図１参照）。

これにより、処理後の排水の濁度が濁度閾値を超過しているとき、排水が原水槽５に戻されるので、排水が再度処理される。また、原水槽５の水量が所定水量以上であるときには、排水が原水槽５に戻されないので、原水槽５が溢れることが防がれる。

排水処理システム１は、処理水濁度計３２によって測定された排水（処理水）の濁度が濁度閾値以下であるとき（図２のステップＳ１０６でＹｅｓ）、制御部４は、その処理後の排水を公共用水域に放流する（河川放流）（ステップＳ１１０）。制御部４は、処理後の排水を公共用水域に放流するとき、河川排出管７５の電動弁ＭＶ６を開き、放流ポンプＰ３を駆動する（図１参照）。

これにより、排水処理システム１は、濁度が濁度閾値以下の排水を公共用水域に放流するので、排水基準を遵守することができる。排水を公共用水域に放流することにより、下水道に放流する排水の量を減らして、下水道の負担を軽減することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、電解槽２１は、電解槽２１ａ、２１ｂ、２１ｃの３槽構成に限定されず、１槽であってもよい。また、原水槽５の水量は、水位計ＬＣ１で測定することに限定されず、原水槽５の流入量及び流出量を測定して算出してもよい。

１排水処理システム
２処理装置
２１電解槽
２２原水ろ過フィルタ（遠心分離機）
３濁度計
３１原水濁度計
３２処理水濁度計
４制御部
５原水槽

Claims

排水を処理及び放流するための排水処理システムであって、
排水を処理する処理装置と、
排水の濁度を測定する濁度計と、
当該排水処理システムにおける排水の流れを制御する制御部とを備え、
処理対象の排水は、公共用水域への排水基準の指標が濁度と相関があり、
前記指標が規制値以下となるように濁度閾値が予め設定され、
前記濁度計として前記処理装置による処理前の排水の濁度を測定する原水濁度計を備え、
前記原水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値以下であるとき、前記制御部は、その処理前の排水を公共用水域に放流し、
前記原水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値より大きい所定濁度以上であるとき、前記制御部は、その処理前の排水を下水道に放流することを特徴とする排水処理システム。
前記処理装置は、電気分解を用いて排水を処理する電解槽を有することを特徴とする請求項１に記載の排水処理システム。
公共用水域への排水基準の前記指標は、浮遊物質量（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、及び濁度から選択される１つ又は複数の指標であり、
前記濁度閾値は、全ての前記指標が規制値以下となるように設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排水処理システム。
処理前の排水を貯留する原水槽と、
前記濁度計として前記処理装置による処理後の排水の濁度を測定する処理水濁度計とをさらに備え、
前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値を超過し、かつ前記原水槽の水量が所定水量以上であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を下水道に放流することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の排水処理システム。
前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値を超過し、かつ前記原水槽の水量が前記所定水量未満であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を前記原水槽に戻すことを特徴とする請求項４に記載の排水処理システム。
前記処理水濁度計によって測定された排水の濁度が前記濁度閾値以下であるとき、前記制御部は、その処理後の排水を公共用水域に放流することを特徴とする請求項５に記載の排水処理システム。
処理対象の排水は、温浴施設から排出される排水であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の排水処理システム。