(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を凝集分離する排水処理装置であって、
前記排水に硫化水素含有ガスを接触させるガス接触手段と、
前記ガス接触手段からの前記排水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段と、
前記無機凝集剤の添加により前記排水に生じる凝集汚泥を固液分離する固液分離手段と、
を備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記無機凝集剤が添加された前記排水の水素イオン濃度を調整する水素イオン濃度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記ガス接触手段に供給される硫化水素含有ガスは、有機物をメタン発酵することによって発生するバイオガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記ガス接触手段に供給される排水は、メタン発酵により発生した消化汚泥の活性汚泥処理を経て得られるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水処理装置。
【請求項５】
排水を凝集分離する排水処理方法であって、
前記排水に硫化水素含有ガスを接触させるガス接触工程と、
前記ガス接触工程からの前記排水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加工程と、
前記無機凝集剤添加工程後の前記排水に生じる凝集汚泥を固液分離する固液分離工程と、
を備えることを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生ごみ等の有機性廃棄物は、メタン発酵により処理され、発生した消化汚泥は脱水機で脱水されて汚泥処理装置に供給されると共に、脱水分離液は被処理水として排水処理装置に供給される。
【０００３】
排水処理装置に供給された被処理水は、生物脱窒処理され、汚泥を分離した後に処理水として系外に排出される。汚泥を分離する方法としては、例えば、特許文献１のように、アルミ系や鉄系等の無機凝集剤を添加することによって汚泥を凝集させて分離する凝集分離が用いられる。
【特許文献１】特開平１１−２７７０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、生物脱窒処理等の活性汚泥処理を処された処理水には、多量の炭酸ガスが含まれており、凝集分離のために無機凝集剤を添加しても脱炭酸に消費されてしまうため、理論値よりも多量の無機凝集剤を添加しなければならない。この無機凝集剤の過剰の添加は、凝集汚泥の発生量の増大を招来する。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、凝集分離のための無機凝集剤の添加量を十分に低減可能な排水処理装置及び排水処理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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、排水に対する無機凝集剤の添加に先立ち、排水に硫化水素含有ガスを接触させることで上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の排水処理装置は、排水を凝集分離する排水処理装置であって、排水に硫化水素含有ガスを接触させるガス接触手段と、ガス接触手段からの排水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段と、無機凝集剤の添加により排水に生じる凝集汚泥を固液分離する固液分離手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の排水処理装置が備えるガス接触手段によって、無機凝集剤が添加される前の排水と硫化水素含有ガスとが接触する。排水と硫化水素含有ガスとが接触すると、硫化水素は排水に吸収され、硫黄酸化反応が進行する。この硫黄酸化反応によって排水は酸性側に移行し、排水の脱炭酸が促進される。このため、硫化水素含有ガスとの接触が行われた排水に対して無機凝集剤を添加すれば、脱炭酸に無機凝集剤が消費されることを抑制することができ、添加した無機凝集剤によって効率的な凝集汚泥の形成が可能となる。よって、排水に添加する無機凝集剤の量を十分に低減することができ、ひいては凝集汚泥の発生量の増加が十分に抑制される。
【０００９】
本発明では、無機凝集剤が添加された排水の水素イオン濃度を調整する水素イオン濃度調整手段を更に備えることが好ましい。無機凝集剤が溶解している排水の水素イオン濃度（ｐＨ）を調整することで排水に含まれる浮遊物質やコロイダル物質をより効率的に凝集させることができる。
【００１０】
本発明においては、ガス接触手段に供給される硫化水素含有ガスは、有機物をメタン発酵することによって発生するバイオガスであることが好ましい。有機物をメタン発酵処理することで得られるバイオガスは、硫化水素を数百〜数千体積ｐｐｍ含有するものであり、ガス接触手段に供給される硫化水素含有ガスとして好適である。また、ガス接触手段に供給される排水は、メタン発酵により発生した消化汚泥の活性汚泥処理を経て得られるものであることが好ましい。
【００１１】
なお、本発明では、ガス接触手段において、メタン発酵により発生したバイオガスと、当該メタン発酵により発生した消化汚泥の脱水処理及び当該脱水処理で分離された脱水分離液の活性汚泥処理を経て得られる排水とを接触させることが好ましい。これにより、例えば、有機物をメタン発酵処理する廃棄物処理装置から生じる排水を処理するにあたり、バイオガスを十分に有効利用することが可能である。
【００１２】
本発明の排水処理方法は、排水を凝集分離する排水処理方法であって、排水に硫化水素含有ガスを接触させるガス接触工程と、ガス接触工程からの排水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加工程と、無機凝集剤添加工程後の排水に生じる凝集汚泥を固液分離する固液分離工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の排水処理方法によれば、ガス接触工程を行うことで排水と硫化水素含有ガスとを接触させることができる。排水と硫化水素含有ガスとが接触すると、硫化水素は排水に吸収され、硫黄酸化反応が進行する。この硫黄酸化反応によって排水が酸性側に移行するため排水の脱炭酸が促進される。このため、排水に添加する無機凝集剤の量を十分に低減することができ、ひいては凝集汚泥の発生量の増加が十分に抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、凝集分離のための無機凝集剤の添加量を十分に低減可能な排水処理装置及び排水処理方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る排水処理装置の好適な実施形態を備える廃棄物処理施設の概略構成図である。図１に示す廃棄物処理設備は、廃棄物処理装置１０と、排水処理装置２０とを備えている。
【００１６】
廃棄物処理装置１０は、生ごみ等の有機性廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽１と、メタン発酵により生じた消化汚泥を貯留する消化汚泥貯槽２と、消化汚泥を脱水して脱水汚泥と脱水分離液（排水）とに分離する脱水機３とを備えている。
【００１７】
排水処理装置２０は、廃棄物処理装置１０からの脱水分離液を貯留する脱水分離液貯槽１１と、脱水分離液の脱窒処理及び硝化処理（活性汚泥処理）をそれぞれ行う脱窒槽１２及び硝化槽１３と、硝化脱窒処理後の活性汚泥混合液を固液分離する沈殿槽１４と、沈殿槽１４からの沈殿分離液にメタン発酵槽１からのバイオガス（硫化水素含有ガス）を接触させるガス接触槽（ガス接触手段）１５と、ガス接触槽１５からのガス接触液と無機凝集剤等とを混和し浮遊物質やコロイダル物質などを凝集させて除去する混和凝集装置１６とを備えている。なお、ガス接触槽１５及び混和凝集装置１６の構成について、その概略を図２に示す。
【００１８】
メタン発酵槽１は、嫌気性微生物により有機性廃棄物をメタンガスや炭酸ガス等に分解するためのものである。メタン発酵槽１としては、あらゆるメタン発酵槽が適用可能であり、その型式は竪型又は横型のいずれであってもよく、連続式又は回分式のいずれであってもよい。また、処理条件に応じて、乾式又は湿式のいずれのものを採用してもよい。
【００１９】
メタン発酵槽１には、有機性廃棄物を導入するラインＬ１が接続されている。また、メタン発酵槽１には、メタン発酵により生じた消化汚泥を消化汚泥貯槽２に移送するラインＬ２及びバイオガスをガス接触槽１５に移送するラインＬ１０が接続されている。
【００２０】
消化汚泥貯槽２は、脱水機３に移送する前に消化汚泥を一旦貯留するための槽である。消化汚泥貯槽２には、消化汚泥を脱水機３に導入するラインＬ３が接続されている。ラインＬ３は消化汚泥に対して凝集剤などの脱水助剤を添加することができる構成となっている。
【００２１】
脱水機３は、消化汚泥を脱水処理して脱水分離液と脱水汚泥とに分離するための装置である。脱水機３としては、あらゆる脱水機が適用可能であり、例えば、スクリュープレス脱水機、遠心脱水機、多重円板型脱水機、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、ロータリープレス脱水機などが挙げられる。これらの脱水機は１種を単独もしくは複数で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。脱水機３には、脱水分離液を脱水分離液貯槽１１に移送するラインＬ４及び脱水汚泥を汚泥処理設備へと移送するラインＬ１１が接続されている。
【００２２】
脱水分離液貯槽１１は、脱窒槽１２に移送する前に脱水分離液を一旦貯留するための槽である。脱水分離液貯槽１１は、脱水分離液を脱窒槽１２に導入するラインＬ５が接続されている。
【００２３】
脱窒槽１２は、溶存酸素がない状態で脱水分離液中の硝酸塩又は亜硝酸塩を窒素ガスに還元して除去するための槽である。硝化槽１３は、好気状態でアンモニア性窒素を亜硝酸塩又は硝酸塩に酸化するための槽である。これらの槽内においては、脱水分離液と活性汚泥とが混合された状態（活性汚泥混合液）となる。図示していないが、硝化槽１３は空気又は酸素を曝気する曝気装置を備えている。硝化槽１３には槽内の活性汚泥混合液の一部を脱窒槽１２に返送するラインＬ１２及び脱窒処理後の活性汚泥混合液を沈殿槽１４に移送するラインＬ６が接続されている。
【００２４】
沈殿槽１４は、脱窒処理後の活性汚泥混合液に含まれる浮遊物質を沈殿させて除去するための槽である。図示していないが、沈殿槽１４は底部に沈殿した汚泥を掻き寄せるための汚泥掻寄機を備えている。沈殿槽１４は掻き寄せられた汚泥を引抜くためのラインＬ１３が接続されており、引抜かれた汚泥をラインＬ１３ａを通じて脱窒槽１２に、あるいはラインＬ１３ｂを通じてメタン発酵槽１に、返送可能な構成となっている。また、沈殿槽１４には浮遊物質が除去された沈殿分離液をガス接触槽１５に移送するラインＬ７が接続されている。なお、活性汚泥混合液に含まれる浮遊物質を分離できるものであれば、特に沈殿槽に限定されず、加圧浮上槽、膜分離装置などを用いてもよい。
【００２５】
ガス接触槽１５は、沈殿槽１４からの沈殿分離液にラインＬ１０を介して導入されるバイオガスを接触させるための槽である。ガス接触槽１５にはバイオガス接触後の沈殿分離液（以下、「ガス接触液」という。）を混和凝集装置１６に移送するラインＬ８及び接触処理後のバイオガスを移送するラインＬ１４が接続されている。
【００２６】
ガス接触槽１５は、図２に示すようにバイオガスを液中に吹き込むための装置１５ａを備えている。また、バイオガスが漏洩することを防止する観点からバイオガスを含有するガス接触槽１５内の気相部分は外部と遮断されていることが好ましい。気相部分を外部と遮断するためには、沈殿槽１４とガス接触槽１５との間及びガス接触槽１５と混和凝集装置１６との間を水封することで遮断すればよい。例えば、ラインＬ７及びラインＬ８にＵ字形状の部分を設け、その内部に脱水分離液を滞留させることで水封する構成とすればよい。
【００２７】
ガス接触槽１５の水深は浅いことが好ましく、その有効水深は１ｍ程度とすることが好ましい。炭酸ガスが水に溶解する量は水深と比例するため、ガス接触槽１５の水深が深いと脱炭酸が困難となる傾向にあることに加え、バイオガスに含まれる炭酸ガスが溶解するおそれがある。また、ガス接触槽１５の水深が深いと、ガス接触槽１５の底部からバイオガスを吹き込むためにはバイオガスの圧力を高める必要があり、メタン発酵槽１内も加圧されてしまう。また、ガス接触槽１５の容量は、バイオガスの空間速度が２００ｈ−１以下となるように設計することが好ましい。
【００２８】
混和凝集装置１６は、ガス接触槽１５からのガス接触液に含まれる浮遊物質やコロイダル物質などを凝集させ、これらを高度に除去するための装置である。混和凝集装置１６は、ガス接触液に対して無機凝集剤及びｐＨ調整剤を添加して溶解させる混和槽（混和手段）１７と、凝集汚泥を分離する凝集槽（固液分離手段）１８とを備えている。混和槽１７の後段に凝集槽１８が配置されており、これらはラインＬ１６で接続されている。
【００２９】
混和槽１７は、ガス接触液に対して無機凝集剤を添加する無機凝集剤供給器（無機凝集剤添加手段）Ｗ１、ｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤供給器Ｗ２及び混和槽１７内のガス接触液のｐＨを測定するｐＨ測定器Ｘ１を備えている。ｐＨ測定器Ｘ１の測定値に基づき、ｐＨ調整剤供給器Ｗ２の供給量を制御できるようになっている。ｐＨ調整剤供給器Ｗ２及びｐＨ測定器Ｘ１により水素イオン濃度調整手段が構成されている。また、混和槽１７は、攪拌機１７ａを備えており、ガス接触液と無機凝集剤及びｐＨ調整剤とを混合攪拌できる構成となっている。
【００３０】
無機凝集剤供給器Ｗ１は、供給する無機凝集剤が粉体又は液体であるかに応じて好適な構成のものを用いればよい。無機凝集剤が、粉体である場合は定量フィーダ及び重量計などを、液体である場合はレベル計、重量計及び流量計などを用いることができる。また、ｐＨ調整剤供給器Ｗ２としては、レベル計、重量計及び流量計などを用いることができる。
【００３１】
凝集槽１８は、底部に沈殿した凝集汚泥を掻き寄せるための掻寄機１８ａを備えている。凝集槽１８には、凝集処理された処理水を排出するラインＬ９と、掻き寄せられた凝集汚泥を引抜くためのラインＬ１５が接続されており、引抜かれた凝集汚泥をラインＬ１５を通じてメタン発酵槽１に返送可能な構成となっている。
【００３２】
なお、混和槽１７と凝集槽１８の間に、高分子凝集剤を添加する手段を更に設けてもよい。また、ガス接触液に対し、無機凝集剤を添加して混和する槽とｐＨ調整剤を添加して混和する槽をそれぞれ別々に設けてもよい。また、ラインＬ９から排出される処理水に対し、更に砂濾過、活性炭吸着及び消毒といった処理を行うための処理装置を凝集槽１８の後段に配置してもよい。
【００３３】
ガス接触槽１５から排出されるバイオガスは、未だ若干の硫化水素を含有している場合がある。そのため、ガス接触槽１５の後段には脱硫装置を設置することが好ましい。脱硫装置としては、酸化鉄を用いた乾式脱硫装置、水もしくはアルカリ溶液による湿式脱硫装置及び生物による生物脱硫装置などが挙げられる。
【００３４】
次に、この実施形態の動作、つまり、本発明に係る排水処理方法について具体的に説明する。
【００３５】
メタン発酵槽１では、有機性廃棄物の有機性成分が槽内の嫌気性微生物によって有機性成分がメタンガス・炭酸ガス等に分解される。このとき、有機性廃棄物に含まれる硫黄分は以下の硫酸還元反応によって硫化水素又は固形硫黄分へと分解される。
ＳＯ４２−＋４Ｈ２→Ｓ２−＋４Ｈ２Ｏ
ＳＯ４２−＋３Ｈ２→Ｓ０＋２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−
【００３６】
メタン発酵処理後の消化汚泥はラインＬ２を通して消化汚泥貯槽２へと送られる。一方、メタン発酵槽１で発生したバイオガスはラインＬ１０を通してガス接触槽１５へと導入される。
【００３７】
メタン発酵槽１においては、有機性廃棄物のメタン発酵により硫化水素を含有するバイオガス（硫化水素含有ガス）が発生する。バイオガスは、硫化水素を数百〜数千体積ｐｐｍ含有するものであり、主成分はメタン（５０〜６５体積％）及び炭酸ガス（３５〜５０体積％）である。
【００３８】
消化汚泥貯槽２に一旦貯留された消化汚泥は、ラインＬ３にて凝集剤などの脱水助剤の添加後、脱水機３に移送される。消化汚泥は脱水機３による脱水処理によって脱水分離液と脱水汚泥とに分離される。脱水処理によって分離された脱水分離液はラインＬ４を介して脱水分離液貯槽１１に移送される。他方、消化汚泥から分離された脱水汚泥はラインＬ１１を介して汚泥処理設備に移送される。汚泥処理設備において脱水汚泥の堆肥化や炭化又は焼却といった処理が行われる。
【００３９】
脱水分離液貯槽１１に一旦貯留された脱水分離液は、ラインＬ５を通じて脱窒槽１２に移送される。脱窒槽１２では、溶存酸素がない状態において、脱窒菌により硝酸性窒素（亜硝酸イオン、硝酸イオン）が窒素ガスへと還元される。一方、硝化槽１３では、好気状態でアンモニア性窒素が亜硝酸塩又は硝酸塩へと酸化される。これらの反応は以下の通りである。
（亜硝酸型脱窒の場合）
ＮＨ４＋＋３／２Ｏ２→ＮＯ２−＋２Ｈ＋＋Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２−＋３Ｈ２→Ｎ２＋２ＯＨ−＋２Ｈ２Ｏ
（硝酸型脱窒の場合）
ＮＨ４＋＋２Ｏ２→ＮＯ３−＋２Ｈ＋＋Ｈ２Ｏ
２ＮＯ３−＋５Ｈ２→Ｎ２＋２ＯＨ−＋４Ｈ２Ｏ
【００４０】
上記のように亜硝酸型脱窒及び硝酸型脱窒のいずれの場合においても、ＮＨ４＋１モルを硝化すると２モルのＨ＋が生じ、ＮＯ２−もしくはＮＯ３−１モルを脱窒すると１モルのＯＨ−が生じる。従って、生物脱窒反応が良好に行われている場合は、ＮＯ２−もしくはＮＯ３−１モルの脱窒につき、Ｈ＋１モル分酸性側に移行する。
【００４１】
硝化槽１３の活性汚泥混合液をラインＬ１２により脱窒槽１２へと返送し、脱窒槽１２と硝化槽１３との間で循環させることにより、脱水分離液に含まれていた硝酸性窒素とアンモニア性窒素の両方を最終的に窒素ガスへと分解して除去する。循環を繰り返して窒素分が十分に除去された活性汚泥混合液はラインＬ６を通じて沈殿槽１４に移送される。
【００４２】
沈殿槽１４において、活性汚泥混合液に含まれる浮遊物質などを沈降及び濃縮させる。沈殿槽１４の底部の沈殿物は、ラインＬ１３及びラインＬ１３ａを通じて脱窒槽１２に、あるいはラインＬ１３及びラインＬ１３ｂを通じてメタン発酵槽１に返送される。一方、沈殿物が除去された沈殿分離液はラインＬ７を通じてガス接触槽１５に移送される。
【００４３】
ガス接触槽１５において、バイオガスと沈殿分離液とを接触させることで、バイオガスに含まれる硫化水素が沈殿分離液に吸収される（ガス接触工程）。沈殿分離液に硫化水素が吸収されると、硫黄酸化反応によって沈殿分離液が酸性側に移行するため、脱炭酸が行われる。なお、脱水分離液の生物脱窒処理においては、脱水分離液に炭酸ガスが溶解するおそれがある。ガス接触槽１５におけるガス接触工程によれば、生物脱窒処理を経た沈殿分離液であっても、これを効果的に脱炭酸することができるため、凝集汚泥を生じさせる際に使用する無機凝集剤の量を十分に抑制することができる。
【００４４】
沈殿分離液と接触したバイオガスは硫化水素の含有量が低減化する。硫化水素が低減したバイオガスは、ラインＬ１４を通じて脱硫設備へと送られる。脱硫設備に導入されるバイオガスは、メタン発酵槽１から排出された時点に比較して硫化水素濃度が低減されているため、このバイオガスが直接導入される場合と比べて脱硫設備での設備を小型化することができ、薬品等を使用する場合も、その使用量を少なくすることができる。このため、脱硫処理に必要なランニングコストが少なくてすむという利点がある。
【００４５】
脱硫後のバイオガスを気体分離膜、ＰＳＡ、高圧水吸収法などのガス精製装置によりメタン濃度を高めることも可能である。このようにして精製されたバイオガスはガスホルダを経て、ガスエンジン、ガスタービンおよび燃料電池などによる発電や自動車燃料等として利用される。なお、資源化に際して低濃度の硫化水素を含んでいても構わない場合には、脱硫設備を要しない形式とすることができる。
【００４６】
混和凝集装置１６の混和槽１７において、ガス接触液に対して無機凝集剤を添加する（無機凝集剤添加工程）。ここで使用する無機凝集剤として、例えば、第一鉄又は第二鉄の塩化物、硫酸塩、硝酸塩及び有機酸塩、あるいは、アルミニウムの塩化物、硫酸塩、硝酸塩及び有機酸塩が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
また、混和槽１７においては、ガス接触液に対してｐＨ調整剤を添加し、ガス接触液のｐＨを凝集に適した値となるように調整する（水素イオン濃度調整工程）。ここで使用するｐＨ調整剤としては、一般に水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が挙げられる。ｐＨ調整剤を添加することで水酸化鉄や水酸化アルミニウムの生成に適した中性付近（ｐＨが約５〜９）に調整することが好ましい。更に、水酸化鉄や水酸化アルミニウムを含んだ凝集汚泥を強固にするために高分子凝集剤を併用することもできる。なお、沈殿槽の代わりに膜分離装置を使用する場合は、高分子凝集剤の添加は不要である。
【００４８】
凝集槽１８の底部に掻き寄せられた凝集汚泥をラインＬ１５によって引抜き、ガス接触液から除去する（固液分離工程）。ラインＬ１５によって引抜かれた凝集汚泥はメタン発酵槽１に移送され、再びメタン発酵処理に供される。
【００４９】
以上の説明では、脱窒槽と硝化槽とを別に設ける場合を例に説明したが、本発明はこのような設備に限定されるものではない。例えば、脱窒槽と硝化槽とが溢水可能な隔壁、膜等により仕切られている構造のものや、同一の槽内で曝気条件を変えることで交互に脱窒と硝化を行う施設や、オキシデーションディッチのように、処理水を流動させ、流路内に好気条件を満たす領域と嫌気条件を満たす領域を併存させる施設においても本発明は好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る排水処理装置の好適な実施形態を備える廃棄物処理施設の概略構成図である。
【図２】ガス接触槽１５及び混和凝集装置１６の好適な形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…メタン発酵槽、２…消化汚泥貯槽、３…脱水機、１１…脱水分離液貯槽、１２…脱窒槽、１３…硝化槽、１４…沈殿槽、１５…ガス接触槽（ガス接触手段）、１６…混和凝集装置、１７…混和槽、１８…凝集槽（固液分離手段）、Ｗ１…無機凝集剤供給器（無機凝集剤添加手段）、Ｗ２…ｐＨ調整剤供給器、Ｘ１…ｐＨ測定器、１０…廃棄物処理装置、２０…排水処理装置。
【図１】
0004558681.tif 000002
【図２】
0004558681.tif 000003