(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物系微小固体物質を含む、ＣＯＤ１０００ｍｇ／Ｌ以上の排水において、
前記排水を条件槽にて、気体が内在した直径が１０〜５０μｍのマイクロバブルを第１マイクロバブル発生装置で発生させ、マイクロバブル処理をする工程と、前記マイクロバブル処理をされた前記排水を泡沫形成槽に導入する工程と、前記泡沫形成槽にて、前記マイクロバブル処理をする工程で処理された前記排水に対して、空気を供給させながら第２マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生させ、前記排水内に泡沫を形成させる工程と、泡沫分離槽にて、前記泡沫を含んだ前記排水を、泡沫相及び液相に分離して、前記泡沫相を掻き出す工程とを具備する泡沫分離を利用した排水前処理方法であって、前記泡沫形成槽にて、前記第２マイクロバブル発生装置により発生した前記マイクロバブルの表面に前記有機物系微小固体物質を付着させると共に、前記有機物系微小固体物質が付着した前記マイクロバブルを上方に浮上させて泡沫を形成させることにより、前記有機物系微小固体物質を処理することを特徴とする泡沫分離を利用した排水前処理方法。
【請求項２】
前記気体がオゾンである請求項１に記載の泡沫分離を利用した排水前処理方法。
【請求項３】
前記第１マイクロバブル発生装置が、更に前記条件槽内に複数台設置されている請求項１又は２に記載の泡沫分離を利用した排水前処理方法。
【請求項４】
前記第２マイクロバブル発生装置がシャフト型である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の泡沫分離を利用した排水前処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の泡沫分離を利用した排水前処理方法にて使用する排水前処理装置であって、
内部に第１マイクロバブル発生装置が設置されている、有機物系微小固体物質を含むＣＯＤ１０００ｍｇ／Ｌの排水を貯蔵するための条件槽、内部に第２マイクロバブル発生装置が設置されている円筒形状の泡沫形成槽、泡沫分離槽及び掻き出し器から成る排水前処理装置であって、前記泡沫形成槽は、底部に空気供給部、下方側面に前記条件槽から前記排水を導入するための排水導入部、上方側面に泡沫形成槽にて形成された泡沫を含んだ排水をオーバーフローするためのオーバーフロー部をそれぞれ具備して成り、前記泡沫形成槽にて、前記第２マイクロバブル発生装置により発生した前記マイクロバブルの表面に前記有機物系微小固体物質を付着させると共に、前記有機物系微小固体物質が付着した前記マイクロバブルを上方に浮上させて泡沫を形成させ、前記泡沫を前記掻き出し器により掻き出すことで、前記有機物系微小固体物質を処理することを特徴とする排水前処理装置。
【請求項６】
前記第１マイクロバブル発生装置が、更に前記条件槽内に複数台設置されている請求項５に記載の排水前処理装置。
【請求項７】
前記第２マイクロバブル発生装置がシャフト型である請求項５又は６に記載の排水前処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その後のマイクロバブル圧壊を利用した排水処理を有効に進行させるため、マイクロバブルの界面に集中しやすい特性を持った有機物系微小固体物質を除去するための泡沫分離を利用した排水前処理方法及び該方法で使用する排水前処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業排水、農業排水及び生活排水等における、排水処理の目的の１つは、排水中の微生物類やフェノールなどの有害物質から成る有機物成分を低減させることである。
【０００３】
上記目的において、例えば特許第４３７８５４３号公報（特許文献１）に開示されているようなマイクロバブル（直径が５０μｍ以下の気泡のことを言う。）の圧壊（消滅）技術が非常に有効である。特許文献１に記載の方法によれば、マイクロバブル圧壊時に発生する大量のフリーラジカルが有機物を酸化分解し、また、前記圧壊過程において、溶解有機物が金属イオンなどを結びつくことで固体として析出する。これらを凝集沈殿などにより分離することで、排水中の有機物成分が効率的に低減される。
【０００４】
このように排水処理において、特許文献１に記載のマイクロバブルの圧壊技術は非常に有効な手段であるが、この圧壊の効率を低減させる因子が、排水中に存在する。その因子とは、主に高分子の有機物を含む（有機物系）微小固体物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｓｏｌｉｄｓ  ：ＳＳ）である。
【０００５】
水中にマイクロバブルを発生させた場合に、有機物系微小固体物質（以下、本件明細書では有機物系ＳＳと記す。）はその気液界面に付着する。これが、マイクロバブルの圧壊過程において、気液界面の面積が縮小すると表面における有機物系ＳＳの密度が急激に増加する。その結果、界面を安定的に保持しようとする作用が生まれるため、水中における気泡の消滅、すなわち圧壊が起こりにくい状況となる。このことを防ぐために、マイクロバブルに物理的な刺激を与えて強制的に圧壊させる手法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では比較的低分子量の有機物に対しては作用効果をもたらすが、高分子量（分子量１万以上）の有機物系ＳＳに対しては、効果を示しにくく、効果を示したとても排水処理の効率が非常に下がってしまうといった問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３７８５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような実情に鑑みた場合、有機物系ＳＳを減らした方がその後の排水処理が優位となり、また、排水処理の効率を上げる観点からも、分子量の大きな有機物系ＳＳは処理の負担となるため、あらかじめ除去した方が全体の効率を上げる点で有利である。
【０００９】
そこで、本発明では、マイクロバブルを使用した排水処理において、効果的に有機物系ＳＳを取り除くために泡沫分離を利用した前処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、有機物系微小固体物質を含む、ＣＯＤ１０００ｍｇ／Ｌ以上の排水において、前記排水を条件槽にて、気体が内在した直径が１０〜５０μｍのマイクロバブルを第１マイクロバブル発生装置で発生させ、マイクロバブル処理をする工程と、前記マイクロバブル処理をされた前記排水を泡沫形成槽に導入する工程と、前記泡沫形成槽にて、前記マイクロバブル処理をする工程で処理された前記排水に対して、空気を供給させながら第２マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生させ、前記排水内に泡沫を形成させる工程と、泡沫分離槽にて、前記泡沫を含んだ前記排水を、泡沫相及び液相に分離して、前記泡沫相を掻き出す工程とを具備する泡沫分離を利用した排水前処理方法であって、前記泡沫形成槽にて、前記第２マイクロバブル発生装置により発生した前記マイクロバブルの表面に前記有機物系微小固体物質を付着させると共に、前記有機物系微小固体物質が付着した前記マイクロバブルを上方に浮上させて泡沫を形成させることにより、前記有機物系微小固体物質を処理することを特徴とすることにより、効果的に達成される。
【００１１】
本発明はまた、前記気体がオゾンであることにより、或いは前記第１マイクロバブル発生装置が、更に前記条件槽内に複数台設置されていることにより、或いは前記第２マイクロバブル発生装置がシャフト型であることにより、より効果的に達成される。
【００１２】
本発明の別の上記目的は、内部に第１マイクロバブル発生装置が設置されている、有機物系微小固体物質を含むＣＯＤ１０００ｍｇ／Ｌの排水を貯蔵するための条件槽、内部に第２マイクロバブル発生装置が設置されている円筒形状の泡沫形成槽、泡沫分離槽及び掻き出し器から成る排水前処理装置であって、前記泡沫形成槽は、底部に空気供給部、下方側面に前記条件槽から前記排水を導入するための排水導入部、上方側面に泡沫形成槽にて形成された泡沫を含んだ排水をオーバーフローするためのオーバーフロー部をそれぞれ具備して成り、前記泡沫形成槽にて、前記第２マイクロバブル発生装置により発生した前記マイクロバブルの表面に前記有機物系微小固体物質を付着させると共に、前記有機物系微小固体物質が付着した前記マイクロバブルを上方に浮上させて泡沫を形成させ、前記泡沫を前記掻き出し器により掻き出すことで、前記有機物系微小固体物質を処理することを特徴とすることにより、効果的に達成される。
【００１３】
本発明はまた、前記第１マイクロバブル発生装置が、更に前記条件槽内に複数台設置されていることにより、或いは前記第２マイクロバブル発生装置がシャフト型であることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の前処理装置及び前処理方法によれば、有機物系ＳＳを泡沫に受け渡すこと、即ち泡沫として有機物系ＳＳを分離することにより、比較的高分子量の有機物系ＳＳを除去することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る排水前処理装置の概略図である。
【図２】本発明に係る排水前処理装置における泡沫形成槽の概略図である。
【図３】本発明に係る排水前処理装置における泡沫形成槽の断面図である。
【図４】本発明に係る排水前処理方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る排水前処理方法について図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明に係る排水前処理装置１の概略図である。
【００１８】
図１に示すように、排水前処理装置１は、３つの部位、即ち条件槽２、泡沫形成槽３及び泡沫分離槽４を具備する。ちなみに前記条件槽２、前記泡沫形成槽３及び前記泡沫分離槽４の容積割合は、前記排水前処理装置１の全容量を１とした場合、条件槽２が約４５％、泡沫形成槽３が約５％、そして泡沫分離槽４が約５０％である。なお、前記割合については、原則的にこれらの比率が好ましいが、適宜変更可能である。
【００１９】
次に条件槽２、泡沫形成槽３及び泡沫分離槽４について説明する。
【００２０】
条件槽２は、内部に第１マイクロバブル発生装置５を１台設置している。該発生装置５については、消費電力が５０Ｗ（気体（オゾン等）吸引量は１〜２Ｌ／分程度、液体の循環量は約４０Ｌ／分、発生するマイクロバブルの平均粒径は３０μｍである。）タイプのものを使用することが好ましいが、消費電力が４００Ｗタイプのものを使用しても良く、消費電力については特に限定されず、該発生装置５の長さ（大きさ）等もまた限定されない。また、該発生装置５については、シャフト型などといったタイプも限定されない。更に、該発生装置５は、条件槽２の内部に複数設置しても構わない。
【００２１】
次に、図２は、図１で示した泡沫形成槽３の詳細図である。泡沫形成槽３は、図２に示すように円筒形状であり、内部にプロペラ７を有した第２マイクロバブル発生装置６を具備し、底部には空気供給部８を具備する。また、該泡沫形成槽３の下方部には、条件槽２から排水を導入するための排水導入部９が設けられ、該泡沫形成槽３の上方部には泡沫を含んだ排水を泡沫分離槽４へオーバーフローさせるためのオーバーフロー部１０が設けられている。該シャフト型マイクロバブル発生装置６は全方位型であり、先端部のプロペラ７から突出したマイクロバブルは３６０°方向全体に広がる。なお、空気供給部８の形状はパイプ状が好ましいが、この限りではない。また、排水導入部９及びオーバーフロー部１０の形状は孔状であれば好ましいが、孔の代わりに管を設けても良い。
【００２２】
また、図３に示すように、該マイクロバブル発生装置６は泡沫形成槽３の中心軸Ｃに沿って設置されており、プロペラ７の回転により円筒槽内の媒体（溶液、気泡および泡沫）が回転する構成となっている。なお、第２マイクロバブル発生装置６については、シャフト型であるということを除き、消費電力及び長さなどといった条件は第１マイクロバブル発生装置５と変わらない。また、泡沫形成槽３の直径は、第２マイクロバブル発生装置６を泡沫形成槽３内部に設置できるほどのものであれば、大きさは問わない。例えば、５０Ｗタイプの装置を使用した場合、目安として２０ｃｍ以上であれば良い。
【００２３】
そして、泡沫形成槽３は、原則排水前処理装置１の中央部に設置されるが、上述した容積割合によって、設置場所は適宜変更可能である。
【００２４】
泡沫分離槽４については、後述する排水の液相をパージするためのパイプ（図示せず）等を設けても良いが、特にそれらを設けなくても良い。
【００２５】
また、図１にて示す掻き取り器１１は、キャタピラ形状のものであるが、この形状に限定されるものではない。
【００２６】
次に、本発明に係る排水前処理方法を、図１の排水前処理装置及び図４のフローチャートを基に説明する。
【００２７】
先ず、条件槽２に排水（原水）を導入し、第１マイクロバブル発生装置５にてマイクロバブルを発生させる（ステップＳ１）。導入された原水はこの条件槽２内で大まかにマイクロバブル処理される。なお、本発明に係る排水前処理方法で使用する該原水は、特に限定はないが、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）が１０００ｍｇ／Ｌ以上のものに対して好適である。ここで、マイクロバブル内部に介在させる気体、即ち第１マイクロバブル発生装置５に吸入させる気体は、オゾンが好ましいが、酸素、窒素、希ガス類及び空気等といった気体でも構わない。ちなみに、マイクロバブル発生装置５にて発生させたマイクロバブルの粒径は１〜数百μｍオーダーである。
【００２８】
次に、条件槽２にてマイクロバブル処理された原水は、泡沫形成槽３の下方部に設けられた排水導入部９を通じて、泡沫形成槽３に導入される（ステップＳ２）。ちなみに、水道水を利用した場合の気泡発生量は２００個／ｍＬ程度であるが、産業排水を対象とした場合には数倍から数十倍の濃度となる。条件槽で溶液中に供給されたマイクロバブルはその表面に有機系微小固体物質（有機物系ＳＳ）を付着させながら、水中において縮小する。発生時よりも縮小し、また表面に有機系微小固体物質をトラップしたマイクロバブルは浮力が小さいため、水の流れに乗って装置の下方部を移動して泡沫形成槽３に導入される。
【００２９】
そして、泡沫形成槽３に導入した原水に対しても、第２マイクロバブル発生装置６によりマイクロバブルを発生させ、マイクロバブル処理を行う（ステップＳ３）。ちなみに、シャフト型マイクロバブル発生装置６により発生させたマイクロバブル内部に介在させる気体は、マイクロバブル発生装置５で発生させたマイクロバブルと同様にオゾンが好ましい。この際、泡沫形成槽３の底部に設けられた空気供給部８から空気を供給する。このとき、空気供給部８から放出された空気の気泡（粒径は数ｍｍ〜３ｃｍ程度）は泡沫形成槽３内の先回流に巻き込まれながら中心軸に沿って上昇してシャフト型マイクロバブル発生装置６のプロペラ７に取り込まれる。ここで強力に攪拌されて水流とともに外側に分散される。プロペラ７からはマイクロバブルも放出されているため、このマイクロバブルと下方（排水導入部９）から取り込まれて放出された粒径の大きい気泡（数百μｍレベル）が、混在した状態で第２マイクロバブル発生装置６の周りを回転しながら上昇する。これらの気泡は泡沫形成槽３内部の狭い空間内での乱流条件により、マイクロバブル及びより前記空気の気泡との接触を繰り返しながら上昇する。また、泡沫形成槽３内は強力な回転状態にあり、遠心力の作用で気泡よりも重い液相部が周囲に押し出されて壁面を伝わって下降するため、上昇に伴い液相に対しての気相（気泡）の割合が向上し、その結果として気泡は泡沫へと変化していく。またこの時、該マイクロバブルに捕獲された有機物系ＳＳは効果的に泡沫に受け渡され、最終的に泡沫形成槽３の上方部、即ちオーバーフロー部１０から泡沫分離槽４へとオーバーフローされる（ステップＳ４）。
【００３０】
次に、泡沫形成槽３からオーバーフローしてきた排水は、泡沫分離槽４内で多量の泡沫と液相が混在する状況である。泡沫分離槽４内において、液相は下方に沈降し、該液相上方に泡沫が覆い泡沫層を成す。上方部に浮上してきた泡沫は掻き取り器１１により外部に掻き出される（ステップＳ５）。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明に係る排水前処理方法について実施例を説明する。なお、本実施例にて使用した排水前処理装置については、図１及び上記実施形態を参照されたい。
【００３２】
［実施例］
原水（排水）として界面活性物質を含む有機系排水を導入した。原水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）は約５万ｍｇ／Ｌであり、ＢＯＤ（生化学的酸素要求量）は約１，０００ｍｇ／Ｌである。ＣＯＤ成分としてその３０％程度を界面活性剤が占めているため、通常の加圧浮上装置では排水量の７０％以上が泡沫化してしまう。このため通常の泡沫分離装置では処理が不可能な性質を持つ原水である。
【００３３】
この原水を約０．１ｍ３／時の割合で処理容量が約１ｍ３の本発明に係る排水前処理装置に連続供給した。
【００３４】
なお、この原水には有機（界面活性剤に由来）系微小固体物質が含まれており、その粒径としては１μｍよりも小さくものが含まれており、原水中の有機物として占める割合は全体の約１５％であった。また組成として分子量が１０，０００以上であり、酸化分解を主体とした排水処理設備においては非常に大きな負担となる有機物である。
【００３５】
次に、原水は排水前処理装置の条件槽に導入され、マイクロバブル処理がされた。マイクロバブル発生装置の吸引ガスとしてはオゾン発生装置からの気体を利用した。吸引ガス量は約２Ｌ／分であり、オゾン濃度は約３５ｇ／ｍ３であった。マイクロバブルの発生量は５０μｍ以下の気泡量として約２，０００個／ｍＬ程度であった。なお、条件槽におけるオゾンマイクロバブル処理によってはＣＯＤ量の低下はほとんど確認できなかった。ただし、オゾンを供給することでシステム全体における有機系固体微粒子の除去率が劇的に向上した。すなわちマイクロバブルの発生源として空気を利用した場合には５０％以下の除去率であったものがオゾンの利用により９５％以上の除去となった。オゾンマイクロバブルの効果により固体微粒子の表面性状が変化したためと考えられる。
【００３６】
泡沫形成槽においては全方位型のシャフトタイプのマイクロバブル発生装置を駆動させた。マイクロバブル発生装置の気体の吸引量は約２Ｌ／分であり、また下方の吸気パイプより約５Ｌ／分の空気を導入した。なお、マイクロバブル発生装置への吸引ガスはオゾンであり、オゾン濃度は約３５ｇ／ｍ３であった。下方からは約５Ｌ／分の空気供給があるため、装置から発生する気泡分布は直径５０μｍ以下の気泡については約２，０００個／ｍＬ程度であったが、５０μｍ〜数百μｍレベルの気泡は１万個／ｍＬ以上含まれていた。これらの気泡は円筒槽内での回転流を受けながら徐々に上昇していき、その過程で液相は遠心力を受けて円筒の壁部分に押しつけられながら相対的に下降していった。その結果、上部に行くほど気体が占める割合が上昇していき、オーバーフローする段階では泡沫と呼ばれる状況になった。
【００３７】
泡沫形成槽からオーバーフローして泡沫分離槽に至った処理水は槽内で静置され、重力の影響を受けてさらに泡沫部分と液相部分に分離される。上部に濃縮した泡沫は掻き出し部により系外に排出された。
【００３８】
なお、実施例は、あくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、広範囲の分子量を有する有機物系ＳＳの除去はもとより、含ヘテロ元素（リン、硫黄、窒素等）有機化合物、有機ハロゲン化合物、有機金属化合物等を成分として含む有機物系ＳＳが含まれている排水にも利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    排水前処理装置
２    条件槽
３    泡沫形成槽
４    泡沫分離槽
５    第１マイクロバブル発生装置
６    第２マイクロバブル発生装置
７    プロペラ
８    空気供給部
９    排水導入部
１０  オーバーフロー部
１１  掻き取り器
【図１】
0005684544.tif 000002
【図２】
0005684544.tif 000003
【図３】
0005684544.tif 000004
【図４】
0005684544.tif 000005