JP6882425B2 - 家畜糞尿混合排水の浄化方法 - Google Patents
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Description
そこで、一般的な家畜糞尿の処理現場では、まず原水である糞尿混合排水に、無機系及び高分子系凝集剤を添加して大きなフロックを形成させ、その後、このフロックをスクリュープレス型などの脱水機により糞と尿に固液分離する。
分離物の大半を占める排水は、上述したように水質汚濁防止法の規制を超える高濃度の有機物を含んでいるため、例えば、特許文献1および特許文献2などでは、家畜糞尿混合排水に活性汚泥等による二次的な浄化処理を行ってから、これを公共用水域へ放出している。
このような活性汚泥処理については、凝集・沈殿までに比較的長時間を要し、かつ排水処理設備が複雑でラニングコストも高騰するという課題が指摘されていた。
また、強酸性及び強アルカリ性処理剤を使用するため、排水の処理設備が複雑で、容器の材質選定などの問題点も多かった。
このような背景から、近年の家畜糞尿の処理現場では、排泄糞尿汚泥の大部分を占める液体成分(尿)について、BOD、化学的酸素要求量(COD)、SS、大腸菌群数、窒素含有量、リン含有量などが、水質汚濁防止法に規定される排出基準を十分に満たす、簡便で効率的な家畜糞尿混合排水の浄化方法の開発が望まれている。
家畜としては、例えば、牛、豚、馬、鶏などを採用することができる。
家畜糞尿混合排水とは、畜舎などから排出される洗浄水を含む家畜の糞と尿とが混ざり合った排水である。
貝殻微粉末水溶液とは、水(水道水等)と所定量の貝殻を湿式粉砕して得られる微粉末が混合した水溶液である。
貝殻微粉末の原料となる貝殻の種類は限定されない。例えば、牡蠣殻、ホタテ貝殻、アサリ殻、赤貝殻などを採用することができる。これらは単独で使用しても、複数を併用してもよい。これらの貝殻は貝肉の採取、加工後に多量に廃棄処分されており、その入手は容易である。
平均粒径が0.8μmを超えれば(例えば、5μm〜100μmなど)、貝殻微粉末が大きく(重く)なりすぎて、有機物質等の一部を捕獲した貝殻微粉末が水中で浮遊することができず、沈殿汚泥の上には微粉貝殻懸濁液でなく透明な上澄み液が発生し、水質汚濁防止法に規定される項目のうち、SS値を除いて排出基準を改善する効果が低減してくる。
この場合、0.5質量部未満では、家畜糞尿混合排水に対しての貝殻微粉末の添加量が少なすぎて、微粉貝殻懸濁液が発現し難い。また、3.0質量部を超えれば、家畜糞尿混合排水に対しての貝殻微粉末の添加量が多すぎて、懸濁液沈降分離および凝集剤添加工程における過度の凝集剤使用の原因となり、凝集処理が煩雑になる。特に、貝殻微粉末水溶液の好ましい添加量は、家畜糞尿混合排水100質量部に対して、貝殻微粉末の固形分換算で1.0〜2.0質量部である。この範囲であれば、限定された添加量で十分な排出基準値の達成ができる。
また、貝殻微粉末水溶液が添加された家畜糞尿混合排水を攪拌する方法は任意である。例えば、棒・板・プロペラ状の攪拌子を回転させる撹拌子式攪拌機などを使用してもよい。
貝殻微粉末水溶液を含む家畜糞尿混合排水の攪拌時間は限定されないものの、例えば、30分間以上である。攪拌時間が30分間未満では、家畜糞尿混合排水中に貝殻微粉末水溶液を均質化できないおそれがある。好ましい攪拌時間は、30分間〜60分間である。この範囲であれば、比較的短時間での均質化が可能であり、且つ複数の反応槽を連続的に稼働させることによる効率的な施設の運転が可能となる。
攪拌した家畜糞尿混合排水の静置時間は、攪拌されたこの混合排水が、沈殿汚泥と微粉貝殻懸濁液とに沈降分離できれば任意である。例えば、0.5時間〜24時間でもよい。この場合、0.5時間未満では、攪拌後の混合排水を、沈殿汚泥と微粉貝殻懸濁液とに十分に沈降分離できない。また、24時間を超えれば静置時間が不要に長くなる。特に、攪拌した家畜糞尿混合排水の好ましい静置時間は、6時間〜12時間である。この範囲であれば、複数の汚泥・懸濁液沈殿槽の連続的で効率的な運転が可能となる。
ここでいう「少なくとも有機物質」とは、家畜糞尿混合排水に含まれた各種の有害物質(水質汚染物質)のうち、貝殻微粉末が捕獲するものとして、必ず有機物質が含まれていることを意味する。
ここでいう沈殿汚泥とは、家畜糞尿混合排水に含まれる糞等の固形成分である。
また、ここでいう微粉貝殻懸濁液とは、少なくとも有機物(以下、有機物質等という場合がある)を捕獲した多量の貝殻微粉末が水中に浮遊(ブラウン運動)しているコロイド状のものである。
微粉貝殻懸濁液に凝集剤を添加・攪拌するにあたっては、微粉貝殻懸濁液が生成された反応槽などから、例えば、懸濁液凝集槽などに微粉貝殻懸濁液のみを移送して行った方が、攪拌時などに沈降汚泥の影響がないために好ましい。もちろん、反応槽で行ってもよい。
なお、凝集剤は、例えば、貝殻微粉末水溶液に対して無機系凝集剤を添加し、その後、高分子凝集剤を添加してもよい。
微粉貝殻懸濁液に凝集剤を添加することで、添加後に回収される清澄水の水素イオン濃度は、環境省が規定する水質汚泥防止法の排出基準をクリアする値まで低下できる。
ここでいう粗大固形分とは、有機物質等を捕獲した貝殻微粉末が凝集剤によりかたまり状となったものである。
粗大固形分の大きさは任意である。例えば、0.5mm以上である。0.5mm未満では、スクリーン通過後の排水中に含有する捕獲されない有機物質量が多くなる。
スクリーン(篩)の種類は、外圧(プレス等の加圧又はバキューム等による減圧(負圧))をかけずに(自重のみで)粗大固形分を含んだ凝集剤添加処理水をふるい分け可能なものであれば限定されない。例えば、金網、振動篩を採用することができる。外圧を作用させて粗大固形分の分離除去を行った場合、粗大固形分が壊れて、清澄水に有機物質等が混入してしまう。
スクリーンの目開きは、例えば、0.1mm〜2.0mmである。0.1mm未満では、排水に長時間を要する。また、2.0mmを超えれば、生成した粗大固形分の一部が排水中に混入し、清澄水に含まれる有機物質等の濃度が高まる。スクリーンの好ましい目開きは、0.5mm〜1.0mmである。この範囲であれば、比較的短時間で粗大固形分の混入しない排水が可能である。
貝殻微粉末の粒度が0.1μm未満では、貝殻仕込み量、粉砕時間など粉砕に係わる製造技術上の問題がある。また、1.0μmを超えれば、貝殻微粉末が大きすぎて、家畜糞尿混合排水に貝殻微粉末水溶液を添加・撹拌後に所定時間静置しても、沈殿汚泥の上に微粉貝殻懸濁液を現出することができない。特に、貝殻微粉末の好ましい粒度は、0.2μm〜0.4μmである。この範囲であれば、既存の湿式粉砕技術で容易に製造できる貝殻粉末水溶液を使った効率的な微粉貝殻懸濁液の発現が可能となる。
特に、この範囲の粒子の好ましい積算分布は、80%〜100%である。この範囲であれば、より少ない添加量でBOD,CODなど排出基準値を十分に下回る結果が得られる。
貝殻微粉末は、牡蠣殻、ホタテ貝殻といった貝殻のうち、1種類のみを微粉砕したものでも、複数種類を混合して微粉砕したものでもよい。
次いで、凝集剤添加工程において、微粉貝殻懸濁液に凝集剤を添加して攪拌する。これにより、有機物質等を含む貝殻微粉末が凝集剤の凝集作用で集まり、粗大固形分が生成される。
また、貝殻微粉末の原料である貝殻は産業廃棄物であるため、この不要な貝殻を有効利用することもできる。
反応槽12は、第1のスラリーポンプ21および第1のパイプ22を介して、原水貯留槽11の底部から圧送された家畜糞尿混合排水20と、第2のパイプ23を介して、貝殻微粉末水供給槽13から添加された所定量の貝殻微粉末水溶液24とを貯留するとともに、貯留されたこれらを攪拌する第1の撹拌機25を搭載した沈降分離用の容器である。
牡蠣殻の微粉末である貝殻微粉末50のサイズは、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が60%以上のものである。
なお、貝殻微粉末水供給槽13には、貝殻微粉末水溶液24の均質性を維持するために、この水溶液24を攪拌する第2の撹拌機26が搭載されている。なお、第1,2の撹拌機25,26は、いずれも電動モータMにより攪拌羽根Fの回転軸Sを所定速度で回転させる回転羽根式のものである(後述する第3の撹拌機も同じ)。
振動篩機18は、懸濁液凝集槽15の底部に連結された処理水排出パイプ37から取り出された粗大固形分38を含む凝集剤添加処理水39を、図示しないバイブレータにより振動する篩にかけることで、粗大固形分38と清澄水aとにふるい分ける装置である。網面に残った粗大固形分38は、取り出されて外部排出され、また網下の清澄水aは、清澄水a排出パイプ40を通って河川又は海へ放流される。
図2に示すように、この家畜糞尿排水の浄化方法は、順に施される貝殻微粉末添加・攪拌工程Aと、汚泥・懸濁液沈降分離工程Bと、凝集剤添加工程Cと、粗大固形分スクリーン除去工程Dとを備えている。
貝殻微粉末添加・攪拌工程Aでは、まず、第1のスラリーポンプ21および第1のパイプ22を介して、原水貯留槽11の底部から家畜糞尿混合排水20を反応槽12に圧送して貯留する一方、貝殻微粉末水供給槽13からは、第2のパイプ23を介して、所定量の貝殻微粉末水溶液24を反応槽12に投下する。その後、これらの液体20,24は、第1の撹拌機25を使用して所定の時間だけ攪拌されることで、均一に混合される。
これにより、推測ではあるものの、家畜糞尿混合排水20に含まれた有機物質X等(少なくとも有機物質)が、多孔質の貝殻微粉末50の表面に吸着し、かつ各細孔50aに捕獲される(図3を参照)。
また、貝殻微粉末水溶液24が均一に混合された家畜糞尿混合排水20のPH値は、PH9〜PH10に調整されている。このように、貝殻微粉末水溶液24は強アルカリ性を有しているため、これを家畜糞尿混合排水20と攪拌混合した際に、家畜糞尿混合排水20に含まれた大腸菌等を殺菌することができる。
このうち、沈殿汚泥28は、後に第3のパイプ27を介して、反応槽12の底部から脱水機14に移送され、ここで加圧脱水されて脱水汚泥と排水とに分離される。脱水汚泥は脱水機14から取り出され、汚泥として処理される。一方、排水は排水パイプ29により外部に排出されるものの、これをバイパス管30により反応槽12に戻してもよい。こうすれば、その後の排水の無害化処理等が不要となる。
次いで、第5のパイプ41を介して、無機系凝集剤供給槽16から所定量の無機系凝集剤(ポリ塩化アルミニウムなど)34を、微粉貝殻懸濁液33に所定量だけ添加し、その後、第3の撹拌機36を使用してこれらを所定時間攪拌することで、1回目の凝集を行う。
なお、ここでいう粗大固形分38とは、家畜糞尿混合排水20に含まれる有機物質X等を捕獲した貝殻微粉末50が、各凝集剤34,35の凝集作用によってかたまり状となったものである。
さらに、貝殻微粉末50の原料である牡蠣殻(貝殻)は産業廃棄物であるため、この不要な貝殻を有効利用することもできる。
なお、分離された粗大固形分38は、汚泥として処理される。
表1中に記載された各測定項目の測定値の測定方法は、以下の通りである。
(1)水素イオン濃度:日本薬局方一般試験法のPH測定法
(2)生物化学的酸素要求量(BOD): JIS K 0102 21 隔膜電極法
(3)化学的酸素要求量(COD):JIS K 0102 17 過マンガン酸カリウム酸素消費量
(4)浮遊物質量(SS);JIS K0102 14.1
(5)窒素含有量;JIS K 0102 45.2 紫外線吸収法
(6)燐含有量;JIS K 012 46.1.1 モリブデン青吸光光度法
(7)大腸菌群数:デソキシコーレイト寒天平板培養方法
家畜糞尿混合排水(原水)20の1リットルを原水貯留槽11から反応槽12に圧送し、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が100%(メジアン径0.2822μm)の貝殻微粉末50を、濃度88g/Lで含む貝殻微粉末水溶液24を、貝殻微粉末水供給槽13から0.160リットル(家畜糞尿混合排水20の100質量部に対して貝殻微粉末50の固形分換算で1.4質量部)を添加した。
次いで、第1の撹拌機25による攪拌を中止し、この状態でヘドロ状の液体を1時間静置した。これにより、反応槽12の底部に、固体成分である沈殿汚泥(下層)28が沈降し、この上に液体成分である微粉貝殻懸濁液(上層)33が現出した。
次いで、撹拌により生じた粗大固形分38を、目開き0.5mmの振動篩機18に通して分離除去し、得られた清澄水aについて、水素イオン濃度(PH)、生物化学的酸素要求量(BOD)、化学的酸素要求量(COD)、遊物質量(SS)、窒素含有量、燐含有量、大腸菌群数をそれぞれ測定した。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、これらの分析値は、水質汚濁防止法による排出基準に比べてはるかに低い数値であり、清澄水aのPHは、河川および海などへの放流が可能な8.2であった。
貝殻微粉末水溶液24として、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が75.7%の貝殻微粉末50(メジアン径0.5262μm)を含むもの(微粉貝殻懸濁液33が発生)を採用したほかは、試験例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20を浄化処理した。その結果は、表1に示す通りで、試験例1の場合と同じように、得られた分析値は、水質汚濁防止法による一律排出基準値を何れも下回っていた。
貝殻微粉末水溶液24として、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が60.2%の貝殻微粉末(メジアン径0.7505μm)50を含むもの(微粉貝殻懸濁液33が発生)を採用したほかは、試験例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20を浄化処理した。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、清澄水aの各分析値は水質汚濁防止法による基準値を何れもクリアしていた。
貝殻微粉末水溶液24の代わりに、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が52.2%の貝殻微粉末(メジアン径0.9050μm)50を含むもの(微粉貝殻懸濁液33は発生せず)を採用したほかは、実施例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20を浄化処理した。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、清澄水aの各分析値は、水素イオン濃度(PH値)およびSS値を除いて、環境省の一律排出基準を超過する結果が得られた。
貝殻微粉末水溶液24の代わりに、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が37.5%の貝殻微粉末(メジアン径1.6093μm)50を含むもの(微粉貝殻懸濁液33は発生せず)を採用したほかは、実施例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20の浄化処理を行った。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、清澄水aの各分析値は、水素イオン濃度(PH値)を除いて、環境省の一律排出基準を超過する結果が得られた。
貝殻微粉末水溶液24の代わりに、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が2.6%の貝殻微粉末(メジアン径9.7439μm)50を含むもの(微粉貝殻懸濁液33は発生せず)を採用したほかは、実施例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20の浄化処理を行った。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、清澄水aの各分析値は、水素イオン濃度(PH値)を除いて、環境省の一律排出基準を超過する結果が得られた。
貝殻微粉末水溶液24の代わりに、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が0%の貝殻微粉末(メジアン径20μm)50を含むもの(微粉貝殻懸濁液33は発生せず)を採用したほかは、実施例1と同様にして、家畜糞尿混合排水20の浄化処理を行った。その結果を表1に示す。表1から明らかなように、清澄水aの各分析値は、水素イオン濃度(PH値)を除いて、環境省の一律排出基準を超過する結果が得られた。
20 家畜糞尿混合排水
24 貝殻微粉末水溶液
28 沈殿汚泥
33 微粉貝殻懸濁液
34 無機系凝集剤(凝集剤)
35 高分子系凝集剤(凝集剤)
38 粗大固形分
39 凝集剤添加処理水
A 貝殻微粉末添加・攪拌工程
B 汚泥・懸濁液沈降分離工程
C 凝集剤添加工程
D 粗大固形分スクリーン除去工程
Claims (2)
- 家畜糞尿混合排水に、貝殻微粉末と水とを混ぜ合わせた貝殻微粉末水溶液を添加して撹拌する貝殻微粉末添加・攪拌工程と、
この攪拌した家畜糞尿混合排水を所定時間静置して、下層の沈殿汚泥と、前記家畜糞尿混合排水中の少なくとも有機物質を捕獲した前記貝殻微粉末が浮遊する、上層の微粉貝殻懸濁液とに沈降分離する汚泥・懸濁液沈降分離工程と、
この微粉貝殻懸濁液に凝集剤を添加して撹拌することにより、前記少なくとも有機物質を捕獲した貝殻微粉末を含む粗大固形分を生成させる凝集剤添加工程と、
得られた前記粗大固形分を含む凝集剤添加処理水をスクリーンに通すことで、前記粗大固形分をふるい分けにより除去して清澄水を得る粗大固形分スクリーン除去工程とを備え、
前記貝殻微粉末は、レーザー回折・散乱法により測定する体積基準の粒度分布において、0.1μm〜1.0μmの粒子の積算分布が60%以上のものであることを特徴とする家畜糞尿混合排水の浄化方法。 - 前記貝殻微粉末は、牡蠣殻、ホタテ貝殻を含む貝殻のうち、少なくとも1種を微粉砕したものであることを特徴とする請求項1に記載の家畜糞尿混合排水の浄化方法。
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