JP7215821B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理場や食品工場等から発生する有機性廃水等に対して嫌気処理を行うための水処理装置に関する。

下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水の生物処理として、メタン発酵法が知られている。メタン発酵法とは、有機性廃水に含まれる有機物を、酸素の存在しない条件下で嫌気性微生物の働きによりメタンと二酸化炭素に分解する嫌気性微生物処理である。一般にメタン発酵法では、嫌気性微生物である酸生成菌とメタン発酵菌がメタン発酵に関与している。酸生成菌による処理では、有機物を分解して低級脂肪酸を得る酸生成反応が行われ、メタン発酵菌による処理では、低級脂肪酸を更に分解してメタンと二酸化炭素を得るメタン発酵が行われる。

酸生成反応を行う酸生成槽では、酸生成菌の至適ｐＨに調整されている。例えば、特許文献１には、酸生成過程において、ｐＨを４．０～６．０に調整することが開示されている。

特開昭６１－５４２９２号公報

有機性廃水等の被処理水は水質が変動する場合がある。そのため、酸生成槽では、被処理水のｐＨの変動に応じて酸やアルカリ等のｐＨ調整剤を投入し、酸生成菌による酸生成反応に適したｐＨに調整する。その際、投入されたｐＨ調整剤は、プロペラ撹拌機等により撹拌されて、酸生成槽内に拡散する。

しかし、プロペラ撹拌機等の機械的攪拌では、ｐＨ調整剤が酸生成槽全体に拡散するまでに時間がかかるため、酸生成槽内のｐＨがすぐに安定しないという課題がある。そのため、ｐＨの制御において酸及びアルカリを不必要に投入したり、ｐＨの変動により酸生成菌が弱まったりするという課題がある。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、酸生成槽から流出した酸生成処理水を酸生成槽に循環することにより、酸生成槽内の撹拌力が高まり、酸生成槽内のｐＨがより安定することを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の水処理装置である。

上記課題を解決するための本発明の水処理装置は、酸生成槽と、前記酸生成槽から流出した酸生成処理水を前記酸生成槽に循環する循環部と、前記酸生成槽内又は前記酸生成槽から流出した前記酸生成処理水のｐＨを測定するｐＨ測定部と、測定したｐＨに応じてｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤投入部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の水処理装置によれば、酸生成槽から流出した酸生成処理水を用いて循環流を形成するため、酸生成槽内に投入されたｐＨ調整剤を素早く撹拌することができる。また、酸生成槽内のｐＨが安定するため、ｐＨ調整剤の消費量が削減されるという効果や、安定した酸生成反応ができるという効果を奏する。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、酸生成槽の後段に反応槽と、を備え、循環部は、酸生成槽から流出した酸生成処理水が、該反応槽を通過した後、酸生成槽に流入するという特徴を有する。
この特徴によれば、酸生成処理水は、メタン発酵されて有機物を分解してから酸生成槽に循環することにより、循環流による撹拌だけでなく、酸生成菌も酸生成槽に循環することで菌を維持し、酸生成を促進するという効果もある。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、循環部は、酸生成槽から流出した酸生成処理水が、酸生成槽に直接流入するという特徴を有する。
この特徴によれば、循環部による撹拌を酸生成槽で行うため、後段の反応槽に多量の酸生成処理水を送液する必要がなくなり、後段の反応槽の処理が安定化し、且つ、反応槽が小型化できるという効果を奏する。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、ｐＨ調整剤投入部は、循環部に設けられているという特徴を有する。
この特徴によれば、循環部に投入されたｐＨ調整剤が、循環部を流れる酸生成処理水と共に勢いよく酸生成槽へ流入する。そのため、ｐＨ調整剤が酸生成槽内に拡散する作用がより高まるという効果を奏する。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、ｐＨ調整剤投入部及びｐＨ測定部が循環部に設けられ、かつ、ｐＨ測定部は、ｐＨ調整剤投入部の循環部の流れ方向後方に設置されるという特徴を有する。
この特徴によれば、ｐＨ調整剤が投入される直前の酸生成処理水のｐＨを測定するため、酸生成槽内のｐＨを最も反映したｐＨ調整を行うことができる。

本発明の水処理装置によれば、酸生成槽から流出した酸生成処理水を用いて循環流を形成するため、酸生成槽内に投入されたｐＨ調整剤を素早く撹拌することができる。また、酸生成槽内のｐＨが安定するため、ｐＨ調整剤の消費量が削減されるという効果や、酸生成菌による酸生成反応が優れるという効果を奏する。

本発明の第一の実施態様の水処理装置の構造を示す概略説明図である。 本発明の第二の実施態様の水処理装置の構造を示す概略説明図である。 本発明の第三の実施態様の水処理装置の構造を示す概略説明図である。 本発明の第四の実施態様の水処理装置の構造を示す概略説明図である。 本発明の第五の実施態様の水処理装置の構造を示す概略説明図である。

本発明の水処理装置は、ｐＨ調整剤を投入してｐＨを調整する生物処理装置等に利用するものであり、例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水等を生物処理する生物処理装置等に利用するものである。好ましくは、嫌気微生物処理に利用され、特に好ましくは、メタン発酵法における酸生成槽に利用される。

本発明の水処理装置は、酸生成槽と、酸生成槽から流出した酸生成処理水を酸生成槽に循環する循環部と、酸生成槽内又は酸生成槽から流出した酸生成処理水のｐＨを測定するｐＨ測定部と、測定したｐＨに応じてｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤投入部と、を備えたことを特徴とする。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態は、本発明を限定するものではない。
［第一の実施態様］
図１は、本発明の第一の実施態様の水処理装置１Ａの構造を示す概略説明図である。水処理装置１Ａは、嫌気性微生物により被処理水Ｗ０を嫌気処理するための嫌気性処理装置である。被処理水Ｗ０は、下水処理場や食品工場等から発生する有機性廃水を用いる。酸生成槽２では、酸生成菌により、糖、蛋白質又は油分などの固体や高分子有機物から低級脂肪酸を生成する。反応槽３では、メタン発酵菌により、低級脂肪酸からメタンを生成する。なお、酸生成槽２、反応槽３のいずれも嫌気状態である。

図１に示すように、酸生成槽２の上部には、被処理水Ｗ０を供給するための配管Ｌ０が設けられ、底部には、酸生成処理された酸生成処理水Ｗ１を流出するための配管Ｌ１が設けられている。配管Ｌ１は、反応槽３の底部に連結されており、酸生成槽２から流出した酸生成処理水Ｗ１を反応槽３に供給する。酸生成処理水Ｗ１は反応槽３の底部から上方向に向かって供給され、反応槽３の内部に上向流を形成している。反応槽３には、グラニュール汚泥が保持されており、この上向流によりグラニュール汚泥と酸生成処理水Ｗ１が撹拌混合され、メタン生成反応が促進される。なお、メタン生成反応により生成されたメタンは、反応槽３の上部に設置された配管Ｌ３より、バイオガスＧとして回収される。

反応槽３の上部には、グラニュール汚泥と処理水を分離するための処理水集水部４が設置されている。処理水集水部４は、反応槽３の水面より高く設置された筒体と、筒体の底部開口の下部において上向流を塞き止めるための塞き止め部材を備えた構成であり、例えば、第一の実施態様の処理水集水部４では、下部に向かって断面積が縮小する筒体と、該筒体の底部開口の下部に間隙を開けて配置された断面山型の板部材により構成されている。

筒体の内側の水面付近には、上向きに開口した桶状の処理水流出部５が設置されており、処理水流出部５には、処理水Ｗ２を反応槽外へ排出するための配管Ｌ２が連結されている。配管Ｌ２には、バルブ等の流量調整部材が設けられており、配管Ｌ２から排出する処理水Ｗ２の流量を調整している。処理水Ｗ２の流量は、被処理水Ｗ０の水質、処理水Ｗ２の水質、反応槽３におけるメタン生成効率、反応槽３内における被処理水Ｗ０の滞留時間等を考慮して適宜設定する。

また、処理水流出部５には、流入した処理水の一部（Ｗ３）を酸生成槽２に循環するための配管Ｌ５が連結されている。このように配管Ｌ１、反応槽３、配管Ｌ５は、酸生成槽２から流出した酸生成処理水Ｗ１を処理水Ｗ３として酸生成槽２に循環するための循環部６Ｂを構成している。

酸生成槽２には、酸生成槽２で処理された酸生成処理水Ｗ４を酸生成槽２内で循環するための配管Ｌ４を備え、循環部６Ａを構成している。配管Ｌ４には、酸生成処理水Ｗ４のｐＨを測定するためのｐＨ測定部Ｄ、ｐＨ測定部Ｄにより測定されたｐＨに応じてｐＨ調整剤を投入するためのｐＨ調整剤投入部７が設けられている。

本発明の循環部は、酸生成槽から流出した酸生成処理水を酸生成槽に循環するための構成であり、この循環流によりｐＨ調整剤投入部７より投入されたｐＨ調整剤を素早く混合することができる。循環部は、酸生成槽の容量等に応じて１カ所又は２カ所以上設けてもよい。

循環部の具体的な構成としては、例えば、循環部６Ａのように、酸生成槽２から流出した酸生成処理水Ｗ１が、酸生成槽２に直接流入する構成としても、循環部６Ｂのように、酸生成槽２から流出した酸生成処理水Ｗ１が、反応槽３を通過した後に酸生成槽３に流入する構成としてもよい。
循環部６Ａのように、酸生成槽２に直接流入する構成とする場合には、後段の反応槽３に多量の酸生成処理水Ｗ１を送液する必要がなくなり、後段の反応槽３の処理が安定化し、且つ、反応槽が小型化できるという効果を奏する。
一方、循環部６Ｂのように、反応槽３を通過した後に酸生成槽２に流入する構成とする場合には、酸生成処理水Ｗ１は、反応槽３内を通過した後に酸生成槽２に循環されるため、循環流による攪拌だけでなく、酸生成菌を維持し、酸生成を促進するという効果もある。

また、反応槽３を通過した酸生成処理水Ｗ１は、循環部６Ｂのように、処理水集水部４で集水された処理水の一部（Ｗ３）を酸生成槽２に循環しても、反応槽３内から直接取水して酸生成槽２に循環してもよい。反応槽３内から直接取水して酸生成槽２に循環する場合には、処理水集水部４の容量を小さくすることができるため、反応槽３内から直接取水することが好ましい。

循環部にはポンプＰを備えており、循環する酸生成処理水の水量を調整することができる。ポンプＰの流量を増加することにより、撹拌力を高めることができる。

ｐＨ測定部Ｄの設置位置は、酸生成槽２の内部の環境を把握できれば、いずれの位置に設置してもよい。例えば、酸生成槽２の内部に検出器を設置して、内部の酸生成処理水のｐＨを直接測定してもよいし、配管Ｌ０、Ｌ１等の配管、反応槽３等に設置して、酸生成槽２の内部の環境を間接的に把握してもよい。

ｐＨ調整剤投入部７の設置位置は、酸生成槽２の内部のｐＨを調整することができれば、いずれの位置に設置してもよい。例えば、酸生成槽２に直接投入可能な位置や、被処理水Ｗ０を投入するための配管Ｌ０や、循環部を構成する配管等に設置することができる。被処理水Ｗ０を投入するための配管Ｌ０に設置する場合には、被処理水Ｗ０の変動に対する影響を小さくすることができる。循環部の配管に設置する場合には、循環部に投入されたｐＨ調整剤が、循環部を流れる酸生成処理水と共に勢いよく酸生成槽へ流入するため、ｐＨ調整剤が酸生成槽内に拡散する作用がより高まるという効果を奏する。

ｐＨ測定部とｐＨ調整剤投入部の位置関係は、酸生成槽２内の酸生成処理水の流れを考慮して、投入されたｐＨ調整剤が拡散する前にｐＨ測定部の到達しないように設置する。好ましくは、ｐＨ測定部及びｐＨ調整剤投入部を循環部に設け、ｐＨ測定部がｐＨ調整剤投入部の循環部の流れ方向後方に設置されるように構成する。これによれば、ｐＨ調整剤が投入される直前の酸生成処理水のｐＨを測定するため、酸生成槽内のｐＨを最も反映したｐＨ調整を行うことができる。

本発明の水処理装置は、更にｐＨ制御部を設けることが好ましい。ｐＨ制御部とは、ｐＨ測定部で測定したｐＨに応じて、ｐＨ調整剤の投入量をｐＨ調整剤投入部に指示するための制御装置である。
更に、ｐＨ制御部は、循環部に設けられたポンプＰの流量を制御することが好ましい。ポンプＰの流量の制御は、ｐＨ調整剤の投入に合わせて運転を開始又は停止する制御方法や、所定の流量で運転するポンプＰをｐＨ調整剤の投入に合わせて増減する制御方法や、ｐＨ調整剤の投入量に応じて流量を増減する制御方法等が挙げられる。

［第二の実施態様］
図２は、本発明の第二の実施態様の水処理装置１Ｂの構造を示す概略説明図である。第二の実施態様の水処理装置１Ｂでは、酸生成槽２に設けた循環部６Ａに代えて、循環部６Ｃとして、反応槽３から直接取水して酸生成槽２に酸生成処理水Ｗ５を循環するための配管Ｌ６を備えた構成である。配管Ｌ６は、酸生成槽２の上部に連結されており、酸生成処理水Ｗ５は、酸生成槽２の上部から流入する。この水処理装置１Ｂによれば、循環流により酸生成槽２内の撹拌力を向上するという効果だけでなく、酸生成菌を維持し、酸生成を促進するという効果を奏する。

また、被処理水Ｗ０を投入する配管Ｌ０は酸生成槽２の上部に設けられ、ｐＨ調整剤投入部７は配管Ｌ０の近傍に設置されている。一方、酸生成処理水Ｗ１を反応槽３に送液するための配管Ｌ１は酸生成槽２の下部に設けられ、ｐＨ測定部Ｄは配管Ｌ１の近傍に設置されている。この構成により、循環部６Ｂ及び６Ｃにより形成された循環流の流れ方向において、ｐＨ測定部ＤがｐＨ調整剤投入部７の下流側の遠方に配置される。よって、ｐＨ調整剤の投入後、十分に撹拌された状態の酸生成処理水のｐＨが測定されるため、ｐＨ調整剤の投入が反映された正確なｐＨを測定することができる。更には、配管Ｌ１の近傍にｐＨ測定部Ｄを配置することにより、反応槽３に送液される酸生成処理水Ｗ１のｐＨを正確に制御することが可能である。そのため、反応槽３のｐＨの変動を抑制し、メタン発酵菌の生育を促進することができる。

［第三の実施態様］
図３は、本発明の第三の実施態様の水処理装置１Ｃの構造を示す概略説明図である。第三の実施態様の水処理装置１Ｃでは、第一の実施態様の水処理装置１ＡのｐＨ調整剤投入部７及びｐＨ測定部Ｄの設置する位置を、被処理水Ｗ０を供給するための配管Ｌ０に変更した構成である。

ｐＨ調整剤投入部７及びｐＨ測定部Ｄの位置関係は、被処理水Ｗ０の流れ方向上流側にｐＨ測定部Ｄ、下流側にｐＨ調整剤投入部７を設置している。この水処理装置１Ｃによれば、被処理水Ｗ０の水質の変動に対して、被処理水Ｗ０が酸生成槽２に投入される前にｐＨ調整剤が投入されるため、酸生成槽２に対する被処理水Ｗ０の水質の変動の影響を抑制するという効果を奏する。なお、ｐＨ調整剤が投入された被処理水Ｗ０は、循環部６Ａ及び６Ｂにより形成された酸生成槽２内の流れによって素早く混合される。

［第四の実施態様］
図４は、本発明の第四の実施態様の水処理装置１Ｄの構造を示す概略説明図である。第四の実施態様の水処理装置１Ｄでは、第一の実施態様の水処理装置１Ａに更にｐＨ制御部８を設け、循環部６Ａに設置されたポンプＰ、ｐＨ測定部Ｄ及びｐＨ調整剤投入部７の動作を制御する構成である。

その制御方法は、ｐＨ測定部ＤによりｐＨの異常が検知された場合に、測定されたｐＨに応じてｐＨ調整剤投入部７からｐＨ調整剤として酸又はアルカリが投入されるとともに、ポンプＰの流量が調整される制御方法である。そして、ｐＨが正常となると、ｐＨ調整剤の投入とポンプの運転が元に戻る。

［第五の実施態様］
図５は、本発明の第五の実施態様の水処理装置１Ｅの構造を示す概略説明図である。第五の実施態様の水処理装置１Ｅでは、第二の実施態様の水処理装置１Ａに更にｐＨ制御部８を設け、循環部６Ａに設置されたポンプＰ、ｐＨ測定部Ｄ及びｐＨ調整剤投入部７の動作を制御する構成である。また、ｐＨ測定部Ｄの設置位置を、配管Ｌ１の近傍から循環部６Ｃを構成する配管Ｌ６に変更した。

配管Ｌ１と配管Ｌ６にそれぞれ設けられたポンプＰは、通常は、処理水Ｗ２及びＷ３の流量、反応槽３内のグラニュール汚泥の流動状態を考慮しつつ、酸生成槽２内を常時撹拌するように流量が一定に設定されている。本発明の第五の実施態様の水処理装置１Ｅでは、ｐＨ制御部８を有するため、ｐＨ測定部ＤにおけるｐＨに異常が検知されると、ｐＨ調整剤投入部７からｐＨ調整剤が投入されるとともに、配管Ｌ６のポンプＰの流量が増加して、酸生成槽２内の循環流による撹拌作用を高めることができる。そして、ｐＨが所定の値になると、ｐＨ調整剤の投入を停止し、各ポンプＰの流量を正常時に設定された流量に低下する。

本発明の水処理装置は、ｐＨ調整剤を投入してｐＨを調整する生物処理装置等に利用するものであり、例えば、下水処理場、食品工場等から発生する有機性廃水等を生物処理する生物処理装置等に利用するものである。好ましくは、嫌気微生物処理に利用され、特に好ましくは、メタン発酵法における酸生成槽に利用される。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…水処理装置、２…酸生成槽、３…反応槽、４…処理水集水部、５…処理水流出部、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…循環部、７…ｐＨ調整剤投入部、８…ｐＨ制御部、Ｄ…ｐＨ測定部、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６…配管、Ｗ０…被処理水、Ｗ１…酸生成処理水、Ｗ２…処理水、Ｗ３…処理水、Ｗ４…酸生成処理水、Ｇ…バイオガス、Ｐ…ポンプ

Claims (3)

1. 酸生成槽と、
   前記酸生成槽から流出した酸生成処理水を前記酸生成槽に循環する循環部と、
   前記酸生成槽内又は前記酸生成槽から流出した前記酸生成処理水のｐＨを測定するｐＨ測定部と、
   測定したｐＨに応じてｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤投入部と、
   前記酸生成槽に循環する前記酸生成処理水の流量を制御するｐＨ制御装置と、
   を備え、
   前記循環部は、前記酸生成槽から流出した前記酸生成処理水が、前記酸生成槽に直接流入する循環部６Ａであり、
   前記ｐＨ調整剤投入部は、前記循環部６Ａの配管に設けられ、
   前記ｐＨ制御装置は、前記ｐＨ測定部により異常が検知された場合に、前記酸生成槽に循環する前記酸生成処理水の流量を増加することを特徴とする、水処理装置。
2. 前記酸生成槽の後段に反応槽と、
   前記循環部は、更に、前記酸生成槽から流出した前記酸生成処理水が、前記反応槽を通過した後、前記酸生成槽に流入する循環部６Ｂと、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記ｐＨ測定部が前記循環部６Ａに設けられ、かつ、前記ｐＨ測定部は、前記ｐＨ調整剤投入部の前記循環部６Ａの流れ方向後方に設置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理装置。
   

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