(57)【要約】【課題】廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理装置および廃水の処理方法を提供すること。【解決手段】廃水が流入する原水受槽１１と、原水受槽１１における廃水の懸濁物濃度を測定する手段１２と、懸濁物濃度が測定された後の廃水を収容するとともにそこに凝集剤を添加するための凝集剤添加槽１３と、凝集剤を添加した後の廃水を収容する電解浮上槽２１と、電解浮上槽２１中のフロックを画像撮影する画像撮影手段１４と、得られた画像データを演算処理し、フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理手段１５と、画像演算処理手段１５で算出された電流量を廃水に流す通電手段１６とを備えてなる装置および方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む廃水の懸濁物濃度を測定する懸濁物濃度測定手段と、前記懸濁物濃度値を基準にして前記廃水への凝集剤の添加量を決定し、前記添加量でもって前記廃水に凝集剤を添加する手段と、前記凝集剤を添加した後の廃水中のフロックを画像撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により得られた画像データを演算処理し、前記フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理手段と、前記画像演算処理手段で算出された電流量を前記廃水に流す通電手段とを有することを特徴とする廃水の処理装置。
【請求項２】
有機物を含む廃水が流入する原水受槽と、前記原水受槽における廃水の懸濁物濃度を測定する懸濁物濃度測定手段と、懸濁物濃度が測定された廃水を収容するとともに前記廃水に凝集剤を添加するための凝集剤添加槽と、凝集剤を添加した後の廃水を収容する電解浮上槽と、前記電解浮上槽中のフロックを画像撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により得られた画像データを演算処理し、フロックを電解浮上させるために必要な電流量を算出する画像演算処理手段と、前記画像演算処理手段で算出された電流量を前記電解浮上槽中の廃水に流す通電手段とを備えてなる請求項１に記載の廃水の処理装置。
【請求項３】
前記懸濁物濃度測定手段が、前記原水受槽および凝集剤添加槽間の配管を流れる廃水の懸濁物濃度を測定する請求項２に記載の廃水の処理装置。
【請求項４】
廃水の懸濁物濃度を測定する工程と、前記懸濁物濃度測定工程により得られた懸濁物濃度値を基準にして前記廃水への凝集剤の添加量を決定する工程と、前記添加量でもって前記廃水に凝集剤を添加する工程と、前記凝集剤添加工程により形成されたフロックを画像撮影する画像撮影工程と、前記画像撮影工程により得られた画像データを演算処理し、前記フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理工程と、前記画像演算処理工程で算出された電流量を前記廃水に流す通電工程とを有することを特徴とする廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水処理装置および廃水処理方法に関するものであり、詳しくは、廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理装置および廃水の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水処理に代表される有機物を含む廃水は、主に活性汚泥処理法により処理されてきた。しかし、活性汚泥処理法は、微生物の有機物処理能力が最善となるように管理する必要があるが、この管理は、例えば人手により活性汚泥槽に流入する負荷（ＢＯＤ負荷）を調整したり、活性汚泥槽の浮遊物質濃度の調整を行う必要があり、手間とコストが非常にかかるものであった。
一方、廃水は処理対象地区の経済活動、人口等の変動に伴い、その水質および水量が大きく変化する。したがって、廃水の処理システムも増設または再構成等により適宜変更していく必要がある。しかし、これらの手段は莫大な費用が必要となり、経済性の観点から大きな問題がある。
【０００３】
この課題を解決するために、例えば特許文献１（特開平９−７５９７３号公報）には、処理すべき廃水に通電し、廃水中のＢＯＤ負荷を測定し、その測定された結果に基づいて廃水内の通電量を変動させて、廃水中の汚泥負荷を所望の範囲に調整する汚泥負荷調整方法およびそのための装置が提案されている。
図４は、このような従来の方法および装置を説明するための図である。汚泥負荷調整装置４０は、Ｅ１〜Ｅｎの複数の電極板４１を備えた電解処理槽４２、電解処理水を貯留し、電気抵抗検出センサー４３を備えた電解処理水貯留槽４４、電解処理により分離浮上した浮上汚泥４５を処理するスクレーバー４６、浮上分離した汚泥を貯留する浮上汚泥槽４７、装置の電解処理用電圧、電流および電源の調整装置、廃水・汚泥等の搬送ポンプ用電源、流入廃水および電解処理水の電気抵抗検出器からの信号により、電解装置を制御する回路等の汚泥負荷調整装置を制御する制御装置４８から構成される。
この装置の動作について説明する。予め廃水中の汚泥負荷の最大、最小変動範囲並びにその時の廃水の電気抵抗値を測定し、それに基づき活性汚泥処理に適した変動範囲以内の汚泥負荷に処理するように電解条件を決定し、装置の電解量を設定する。また、汚泥負荷の調整を自動的に行う場合には、廃水の電気抵抗値を測定した結果から、制御装置４８内の電解装置を制御する回路の電気抵抗の閾値を設定する。流入廃水５０は、搬送ポンプにより一定流量にて、電解処理槽４２の下方から電極板４１の下方に流入させる。流入した廃水は電極板４１からの通電により一定時間電解処理され、一部のＢＯＤ成分が分離浮上し、浮上汚泥４５となる。この浮上汚泥４５は、スクレーバー４６により、浮上汚泥槽４７に送られ、最終的には従来の活性汚泥処理システムの余剰汚泥と一緒に処理される。浮上汚泥が除去され、且つ電解処理された廃水は、電解処理槽４２の上方から電解処理水貯留槽４４に流入する。このようにして、この従来技術は、廃水中のＢＯＤ負荷を調節しながら、活性汚泥処理を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−７５９７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１の方法および装置は、廃水中のＢＯＤ濃度を検知する手段として電気抵抗検出センサー４３を設け、該センサーの出力を電解電流の制御に使用している。しかしながら、この手法は、廃水中のＢＯＤ濃度と電気抵抗検出センサーで検出された電気抵抗との相関関係を予め予備実験等により導き出す必要があり、依然手間がかかるという問題点がある。さらに、導き出された相関関係は、ある限定された廃水しか適用できないという問題点もある。さらにまた従来の装置は、廃水中の有機物の濃度が変動した場合、例えば有機物の濃度が希薄な廃水が流入した場合には、手動で処理条件を変更しない限り、電解処理槽４２における電極板４１への過電流が起こり、エネルギーの浪費を招くなどの問題点があった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、上記のような従来の課題を解決し、廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理装置および廃水の処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため本発明は、有機物を含む廃水の懸濁物濃度を測定する懸濁物濃度測定手段と、前記懸濁物濃度値を基準にして前記廃水への凝集剤の添加量を決定し、前記添加量でもって前記廃水に凝集剤を添加する手段と、前記凝集剤を添加した後の廃水中のフロックを画像撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により得られた画像データを演算処理し、前記フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理手段と、前記画像演算処理手段で算出された電流量を前記廃水に流す通電手段とを有することを特徴とする廃水の処理装置である。
この構成によれば、凝集剤の添加量とフロックの電解浮上に必要な電流量を適切に制御することができ、廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理装置が提供される。また、廃水への凝集剤の過剰投入や過電流を防ぎ、エネルギーの浪費をなくすこともできる。
【０００８】
また、本発明は、有機物を含む廃水が流入する原水受槽と、前記原水受槽における廃水の懸濁物濃度を測定する懸濁物濃度測定手段と、懸濁物濃度が測定された廃水を収容するとともに前記廃水に凝集剤を添加するための凝集剤添加槽と、凝集剤を添加した後の廃水を収容する電解浮上槽と、前記電解浮上槽中のフロックを画像撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により得られた画像データを演算処理し、フロックを電解浮上させるために必要な電流量を算出する画像演算処理手段と、前記画像演算処理手段で算出された電流量を前記電解浮上槽中の廃水に流す通電手段とを備えてなる請求項１に記載の廃水の処理装置である。
この構成によれば、廃水の処理効率および精度が一層向上する。
【０００９】
更に本発明は、前記懸濁物濃度測定手段が、前記原水受槽および凝集剤添加槽間の配管を流れる廃水の懸濁物濃度を測定する請求項２に記載の廃水の処理装置である。
この構成によれば、廃水の懸濁物濃度を簡単かつ正確に測定することができる。
【００１０】
また、本発明は、廃水の懸濁物濃度を測定する工程と、前記懸濁物濃度測定工程により得られた懸濁物濃度値を基準にして前記廃水への凝集剤の添加量を決定する工程と、前記添加量でもって前記廃水に凝集剤を添加する工程と、前記凝集剤添加工程により形成されたフロックを画像撮影する画像撮影工程と、前記画像撮影工程により得られた画像データを演算処理し、前記フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理工程と、前記画像演算処理工程で算出された電流量を前記廃水に流す通電工程とを有することを特徴とする廃水の処理方法である。
この構成によれば、凝集剤の添加量とフロックの電解浮上に必要な電流量を適切に制御することができ、廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理方法が提供される。また、廃水への凝集剤の過剰投入や過電流を防ぎ、エネルギーの浪費をなくすこともできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
図１は、本発明の廃水処理装置の一実施形態を説明するための図である。本発明の廃水処理装置１は、有機物を含む廃水が流入する原水受槽１１と、原水受槽１１における廃水の懸濁物濃度を測定する懸濁物濃度測定手段１２と、懸濁物濃度が測定された後の廃水を収容するとともにそこに凝集剤を添加するための凝集剤添加槽１３と、凝集剤を添加した後の廃水中のフロックを画像撮影する画像撮影手段１４と、画像撮影手段１４により得られた画像データを演算処理し、フロックを電解浮上させために必要な電流量を算出する画像演算処理手段１５と、画像演算処理手段１５で算出された電流量を前記廃水に流す通電手段１６とを備えてなる。
【００１２】
本発明においては、まず、廃水の懸濁物濃度を測定する。本実施の形態によれば、原水受槽１１と凝集剤添加槽１３との間の配管に、懸濁物濃度測定手段１２として懸濁物（ＳＳ）濃度計が設置され、該配管を流れる廃水のＳＳ濃度が測定される。ＳＳ濃度計は、市販されているものを利用することができ、濁度計および紫外線吸光度等のＳＳ濃度を測定できる分析機器であればとくに制限されない。
凝集剤添加槽１３には、図示していない攪拌機、ｐＨセンサーおよびｐＨコントローラーが装備され、凝集剤タンク１７および中和剤タンク１８が配管を介して接続されている。また凝集剤タンク１７と凝集剤添加槽１３との間、中和剤タンク１８と凝集剤添加槽１３との間には、凝集剤注入ポンプ１９および中和剤注入ポンプ２０がそれぞれ設けられている。
【００１３】
ここで、ＳＳ濃度計により測定されたＳＳ濃度は、その値を基準にすることにより、廃水への凝集剤の添加量を決定することができる。
すなわち、ＳＳ濃度計と図示していない処理流量計により、廃水のＳＳ濃度と廃水処理流量が計測処理され、下記式（１）の関数を使用して演算処理され、凝集剤の添加量が算出され、それに基き、凝集剤注入ポンプ１９が制御され、所望量の凝集剤が凝集剤タンク１７から凝集剤添加槽１３に送られる。また、凝集剤が有効に反応するための至適ｐＨを獲得するために、前記ｐＨセンサーおよびｐＨコントローラーによって中和剤注入ポンプ２０が制御され、適当量の中和剤が中和剤タンク１８から凝集剤添加槽１３に送られる。
【００１４】
Ｐａ＝α・（Ｆ×Ｓｃ）            （１）
【００１５】
前記式（１）において、Ｐａは凝集剤添加量（ｍｇ／分）であり、αは定数であり、Ｆは廃水処理流量（リットル／分）であり、ＳｃはＳＳ濃度（ｍｇ／リットル）である。凝集剤は懸濁物粒子の荷電を中和し、その結果生じる微細な凝集物質を架橋により粗大化させる役割をもっているので、凝集剤の添加量は、ＳＳ濃度と比例関係にある。なお、凝集剤としては、例えばＡｌ系としてポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等、Ｆｅ系としてポリ硫酸第２鉄、塩化第２鉄等が挙げられる。
【００１６】
図２は、廃水への凝集剤の添加量を決定するためのフロー図である。
まず、廃水のＳＳ濃度と廃水処理流量を計測処理する（Ｓ１）。計測処理は、処理流量計による廃水処理流量Ｆを求めるものであり（Ｓ１１）、かつＳＳ濃度計によるＳＳ濃度Ｓｃを求めるものである（Ｓ１２）。続いて、これらの値を用いて演算処理する（Ｓ２）。この演算処理は、前記式（１）の関数を使用して、関数演算するものである（Ｓ２１）。これにより、凝集剤の添加量が決定され出力され（Ｓ３）、処理を終了する。
【００１７】
このように廃水に適切量の凝集剤が添加されることにより、廃水中にフロックが形成される。フロックが形成された廃水は、続いて電解浮上槽２１にその下部から導入される。電解浮上槽２１には、廃水中のフロックを画像撮影する画像撮影手段１４が備えられている。画像撮影手段１４としては、ＣＣＤカメラまたはビデオカメラを利用することができる。なお、画像撮影手段１４は、電解浮上槽２１の内部または外部に設置することができる。得られた画像データは、フロックを電解浮上させるために必要な電流を算出する画像演算処理手段１５によりデータ処理される。なお、画像演算処理手段１５は、市販されている画像演算処理機（例えばキーエンス社製、商品名ＸＶ−１０００）を利用することができる。画像演算処理機は、フロックの諸状態（フロック直径、フロック数、フロックの沈降速度および沈降加速度）を計測し、下記式（２）の関数を使用して演算処理し、フロックを電解浮上させるために必要な電流量を算出する。そして画像演算処理手段１５で算出された電流量は、通電手段１６（整流器）により、電極ユニット２２に通電され、廃水を電解処理する。
なお、前記フロックの諸状態の測定方法を説明する。フロック直径においては画像中のスケールによって測定する。フロック数は、フロック直径と画像面積中に占めるフロックの割合から計測する。フロックの沈降速度および沈降加速度は、ある一定間隔で気泡の発生を停止させフロックの沈降状態を作り、沈降するフロックを撮影し時間と沈降距離から沈降速度を、そしてその速度に到達するまでの時間から沈降加速度を計測する。
【００１８】
ν＝（ｇ／１８）・（（ρｅ−ρｗ）／μ）・Ｄ２          （２）
Ｍｆ・ａ＜ρｗ・ｇ（Ｖｆ＋Ｖｂ・Ｎ）                                  （３）
Ｂｍｉｎ＝Ｎ・Ｖｂ                                    （４）
Ｂ＝（Ｂｍｉｎ・Ｎｆ）／Ｑａｆ                        （５）
ｉ＝（５．７×１０６×Ｂｍｉｎ×Ｍｆ）／（Ｑａｆ×ｔ）  （６）
【００１９】
前記（２）式において、νは粒子の沈降速度（ｍ／秒）であり、ｇは重力加速度（ｍ／秒２）であり、ρｅおよびρｗは、それぞれフロックおよび水の密度（ｋｇ／ｍ３）であり、μは粘性係数（ｋｇ／ｍ／秒）であり、Ｄはフロック直径（ｍ）である。
式（３）において、Ｍｆはフロック重量（ｋｇ）であり、ａはフロック沈降加速度（ｍ／秒２）であり、Ｖｆはフロック体積（ｍ３）であり、Ｖｂは気泡体積（ｍ３）であり、Ｎは気泡数（個）である。
式（４）において、Ｂｍｉｎは必要気泡量（ｍ３）である。
式（５）において、Ｂは電極発生気泡量（ｋｇ）であり、Ｎｆはフロック数（個）であり、Ｑａｆは気泡とフロックの接触効率であり、用いる装置によって適宜決定できる。
式（６）において、ｉは電流値（Ａ）であり、ｔは通電時間（秒）である。
【００２０】
フロックの密度は、球状粒子の沈降速度を求めるストークスの式を適用して、個々のフロックの沈降速度から求めることができる（式（２）参照）。
フロックが浮上するには、フロックの沈降する力より大きな浮力を与えなければならないことから、式（３）が成り立つ。
フロックの沈降加速度を測定することによって、そのフロックが浮上するための気泡数Ｎの関数が与えられる。この気泡数Ｎと気泡体積Ｖｂから、浮上に必要な気泡量Ｂｍｉｎが算出される（式（４）参照）。
フロック群の浮上分離に必要な電極での発生気泡量Ｂは、フロックと気泡の接触効率も考慮すると、式（５）が成り立つ。
ファラデーの法則から電流値で解くと、式（６）が導き出される。
【００２１】
図３は、廃水に通電する電流量を決定するためのフロー図である。
凝集剤添加後３０分が経過したことを確認し（Ｓ３１）、電解を停止する（Ｓ３２）。続いて、例えばビデオカメラにより廃水中のフロックを撮影する（Ｓ３３）。得られた画像データに基づき、画像演算処理する（Ｓ３４）。画像演算処理は、フロック直径Ｄ（ｍ）、フロック数Ｎｆ（個）、フロック沈降速度ν（ｍ／秒）、フロック沈降加速度ａ（ｍ／秒２）をそれぞれ求め（Ｓ３４１〜Ｓ３４４）、関数演算する（Ｓ３４５）ものである。関数演算は、フロック直径Ｄ（ｍ）、フロック数Ｎｆ（個）、フロック沈降速度ν（ｍ／秒）、フロック沈降加速度ａ（ｍ／秒２）のデータから、前記式（５）に基いて演算する（Ｓ３４５１）ものである。得られた演算値は、電流量として出力され（Ｓ３５）、その電流値の信号を例えば整流器に送り、電流を電極ユニットに通電し、廃水の電解を開始し（Ｓ３６）、所定時間後、処理を終了する。
なお、浮上したフロックは、従来の技術と同様に、最終的には従来の活性汚泥処理システムの余剰汚泥と一緒に処理される。またフロックが除去され、かつ電解処理された廃水は、電解浮上槽２１の上方から図示しない電解処理水貯留槽に流入し、その後廃棄される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、廃水中の有機物の濃度が変動しても、汚泥の電解浮上処理条件を自動的に最適化することができ、手間がかからず、コストも十分に抑制された廃水の処理装置および廃水の処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃水処理装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２】廃水への凝集剤の添加量を決定するためのフロー図である。
【図３】廃水に通電する電流量を決定するためのフロー図である。
【図４】従来の廃水処理方法および装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１    廃水処理装置
１１    原水受槽
１２    懸濁物濃度測定手段
１３    凝集剤添加槽
１４    画像撮影手段
１５    画像演算処理手段
１６    通電手段
１７    凝集剤タンク
１８    中和剤タンク
１９    凝集剤注入ポンプ
２０    中和剤注入ポンプ
２１    電解浮上槽
２２    電極ユニット
【図１】
2004174431.tif 000003
【図２】
2004174431.tif 000004
【図３】
2004174431.tif 000005
【図４】
2004174431.tif 000006