(57)【要約】【課題】  簡単な装置で乳化剤等の薬液を添加せず、廃水中の不溶性物質を生物処理に適した粒径にせん断、分散させる装置を提供する。【解決手段】  廃水４中で回転する攪拌羽５と、該攪拌羽５を駆動する駆動部６と、該攪拌羽５の回転により生ずる負圧発生部分を覆うケーシング１２と、該ケーシング１２内に連通されて該ケーシング１２外部から該廃水４を負圧によって吸引する吸引管９とを廃水４を滞留させる水槽１内に具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不溶性物質を含有する廃水中で攪拌羽を回転させて、該攪拌羽に発生するせん断力を利用して該不溶性物質を廃水中に分散させる分散装置において、廃水中で回転する該攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部分を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該廃水を負圧によって吸引する吸引管とを具備したことを特徴とする不溶性物質の分散装置。
【請求項２】
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記廃水外部から該攪拌羽の中心部に引き込む連通管を具備したことを特徴とする請求項１に記載の不溶性物質の分散装置。
【請求項３】
前記吸引管の他端が前記廃水の水面近傍に開口されることを特徴とする請求項１または２に記載の不溶性物質の分散装置。
【請求項４】
前記吸引管の他端が前記廃水の底部近傍に開口されることを特徴とする請求項１または２に記載の不溶性物質の分散装置。
【請求項５】
前記吸引管の他端が分岐して一方が前記廃水の水面近傍に、他方が前記廃水の底部近傍に開口されることを特徴とする請求項１または２に記載の不溶性物質の分散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不溶性物質を含む廃水の処理方法に関するものであり、さらに詳しくは、廃水中に含まれる不溶性物質を分離回収しなくても廃水処理を円滑に行えるようにするための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不溶性物質（例えば油脂類や蛋白質や澱粉などのゲル状物質など）を含む廃水は、生物処理される前に不溶性物質を分離除去することが好ましいとされている。しかしながら、廃水中の不溶性物質を分離除去する為には、加圧浮上装置などの大掛かりな装置が必要で、またその装置の運転や、分離された不溶性物質の処理に時間、労力及びコストが掛かり、廃水処理施設の運営に支障をきたすことがたびたび生じている。
【０００３】
従来廃水中の不溶性物質の代表的なものである油脂類の処理については、油脂類を除去せずに廃水中に分散させて生物処理する方法（特許文献１、第１〜３頁、第１図参照）が考案されている。この方法は図９に示すように、廃水を一時貯留する処理槽１００と、処理槽１００の内部の処理液表面よりも僅かに低い位置に入口開口が設けられ、その入口開口から順次降下し、処理液中に位置する出口開口に向けて上り傾斜となるように管通路を屈曲させた管体１０１と、管体１０１の上り傾斜における比較的低い位置に空気管１０２を接続されたエアー吹き込み手段１０３と、そのエアー吹き込み手段１０３に空気を送るブロア１０４により構成されている。
【０００４】
以上のように構成し、管体１０１の内部にエアー吹き込み手段１０３によりエアーを吹き込むと、管体１０１の水面付近の入口開口より処理液を吸い込み、出口開口から処理液が排出される。この管体１０１の内部では、処理液と同時に吸い込まれた油脂類が、エアーバブリング作用により混合攪拌されることとなる。
【０００５】
一方、油脂類の粒子径分布に関しては、廃水処理施設における活性汚泥などの微生物に良好に分解される為に、油脂類の粒子径を小さくし、廃水中に分散させる手法が検討（特許文献２、第１〜５頁参照）されている。この検討によると、廃水中に乳化剤を連続又は間欠的に添加し、粒子径が１〜１００μｍの範囲のものが油脂分量の８０％以上含まれるように油脂類を分散させることによって、きわめて良好に生物処理がなされることがわかり、その手法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−７７７５５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５９６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の装置においては、局所におけるエアーバブリングの混合攪拌でしかないことから、廃水中の油脂類の分散度合いが低く、殆ど分散、乳化されず、廃水中の油脂類が生物により分解処理されにくいという問題点が存在している。
【０００８】
そのような問題点を解決する為に、特許文献２の手法においては、油脂類の乳化分散を促進させる為に、乳化剤を添加し生物処理に適している粒子径に調整しているものの、乳化剤を添加することから、そのランニングコストが掛かり、運転費用がかさむという新たな問題点が発生していた。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、簡単な装置で、さらに乳化剤等の薬液を添加せずに、廃水中の不溶性物質を生物処理に適した粒子径にせん断、分散させる装置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】
本発明は、不溶性物質を含有する廃水中で攪拌羽を回転させて、該攪拌羽に発生するせん断力を利用して該不溶性物質を廃水中に分散させる分散装置において、廃水中で回転する該攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部分を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該廃水を負圧によって吸引する吸引管とを具備したことを特徴とし、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記廃水外部から該攪拌羽の中心部に引き込む連通管を具備したこと。
前記吸引管の他端が前記廃水の水面近傍に開口されること。
前記吸引管の他端が前記廃水の底部近傍に開口されること。
前記吸引管の他端が分岐して一方が前記廃水の水面近傍に、他方が前記廃水の底部近傍に開口されること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のような構成をしており、以下の優れた効果が得られる。
【００１２】
（１）攪拌羽の回転により起こる負圧により、不溶性物質を効果的に該攪拌羽まで吸引できることから、油脂類であれば、該攪拌羽の回転によるせん断力で油滴のメジアン径が約９μｍ程度に乳化分散され、さらに油脂類の生物処理も良好に行える。
【００１３】
（２）吸引管の開口位置を任意の位置に設けることができることから、水よりも比重が軽い場合や水よりも比重が重い場合などあらゆる比重の物質に対応できる。
【００１４】
（３）さらに、外部から気体も併せて吸引できることから廃水中の溶存酸素濃度を高く保つことができる。
【００１５】
尚、本発明においてメジアン径とは粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。メジアン径が１〜１００μｍの時に生物処理に好適であるが、メジアン径は小さければ小さいほど好ましい。また、本発明において油脂類とは動植物性の油や、鉱物油等の不溶性の液体のことである。
【００１６】
さらに廃水外部から引き込む気体は、主に空気を想定しているが、空気のみに限らず、用途に応じてオゾン、窒素等の気体を用いても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第１の実施形態を示した模式図である。図２は図１における攪拌羽を示した模式図である。図３は本発明の第２の実施形態を示した模式図である。図４は本発明の第３の実施形態を示した模式図である。図５は本発明の第４の実施形態を示した模式図である。
【００１８】
［実施形態１］
図１において、１は不溶性物質を含む廃水４を滞留させる水槽であり、１０は水槽１における側壁である。水槽１の上方には、水槽１に廃水４を導入する導入管２が配置されており、処理水を移送するための移送管３が、水槽１内の水位を一定に保つように下方側面に連通されている。水槽１の底部には攪拌羽５が設けられている。水槽１は廃水４に含まれる不溶性物質を攪拌羽５にてせん断し、廃水４に分散、乳化させるために必要な滞留時間を保てるように予め容積を設定している。
【００１９】
６は攪拌羽５を回転させる為の駆動部で、攪拌羽５が回転可能なように攪拌羽５に接続された水中モーター型の駆動部である。攪拌羽５は駆動部６の下部にある回転軸（図示せず）に固定されている。尚、水槽１の下部外側に駆動部６を設け、駆動部６の該回転軸をメカニカルシール等で水封し、該回転軸に攪拌羽５を接続し、駆動部６で直接駆動できるように構成しても良い。さらに、駆動部６を水面上に固定し、該回転軸を廃水４中にある攪拌羽５まで延伸しても良く、特に限定されるものではない。
【００２０】
攪拌羽５及びその周辺の構成は、図２に示すとおり、内部が中空状の攪拌体である攪拌羽５は、駆動部６に固定するための回転軸１３を有しており、その上下を整流板１４が覆い、吐出された廃水４が、共回りせず、均一に横方向へ出るように上下の整流板１４に挟まれた部分に固定翼１５を設けている。攪拌羽５の負圧発生部分にはケーシング１２が設けられ、さらにケーシング１２内に伝達される負圧によって水槽１内の任意の場所から廃水４を吸引できるように吸引管９をケーシング１２に接続している。
【００２１】
尚、本実施形態では、攪拌羽５は内部が中空の攪拌体であるが、回転中心部に負圧が発生できれば良く、特に限定されるものではない。
【００２２】
以上のように構成することで、次のような作用が生じる。水槽１に導入管２より廃水４が導入され、水槽１を満たす。導入管２により導入された廃水４は、攪拌羽５の回転により、攪拌羽５付近のものが攪拌羽５から離反する方向に移動させられ、水槽１の側壁１０方向へ移動し、側壁１０に沿って上昇流１１となって水面付近へ移動していく。一方、攪拌羽５の中心部は、廃水４が側壁１０方向へ移動することにより負圧が生じることになり、回転中心部に設けられたケーシング１２内が負圧になる。このように構成することで、ケーシング１２内の負圧を利用して吸引管９により任意の場所の廃水４を吸い込むことができる。この実施形態においては、水面付近の不溶性物質を吸込むように吸引管９を配置している。このように配置することで、廃水４に対して比重が小さい不溶性物質（例えば油脂類など）は効率よく攪拌羽５まで送られるので、攪拌羽５の先端に発生するせん断力により細かくせん断し、微細化・分散させることができる。尚、このように微細化・分散された物質は、生物処理に適している。
【００２３】
［実施形態２］
図３に本発明の第２の実施形態を示す。図３において、７は外部から水槽１に気体である空気を導入する為の連通管であり、一端が攪拌羽５の中空部内に連通し、他端が廃水４の水面上に開口されている。８は連通管７から導入された空気が攪拌羽５によりせん断され、廃水４中に導入された微細気泡である。尚、その他の部分は第１の実施形態と同じであるため説明を割愛する。
【００２４】
次に本実施形態の作用について説明する。本実施形態においては、駆動部６により回転する攪拌羽５によって、攪拌羽５付近の廃水４が攪拌羽５から離反する方向に移動させられ、水槽１の側壁１０方向へ移動し、側壁１０に沿って上昇流１１となって水面付近へ移動していく。廃水４の移動により、攪拌羽５の中心部に負圧が生じる。この攪拌羽５の中心部に発生した負圧により、負圧が生じる位置に一端を開口させた連通管７の内部の気圧が下がり、連通管７の空中に開口された他端部より空気が吸い込まれ、攪拌羽５の中心部に開口された該一端部から空気が排出される。排出された空気は、廃水４と共に攪拌羽５に至り、攪拌羽５の回転によるせん断力により細かくせん断され、微細気泡８を形成し、廃水４中に送り出される。
【００２５】
このように攪拌羽５に導入される廃水４に空気を混入し、攪拌羽５で該空気をせん断し、微細気泡８を形成させ、その微細気泡８を攪拌羽５の回転による流れで、水槽１の側壁１０付近にまで押しやり、その微細気泡８の上昇作用により、水槽１の側壁１０付近の廃水４の上昇流１１の勢いが増すことになる。そして水槽１の側壁１０付近で勢いのある上昇流１１を形成することで、水槽１内に一定の流れ方向が形成され、廃水４の油脂類など比重の軽い物質は効率よく上昇し、再度吸引管９に到り、攪拌羽５にまで導入され、回転せん断力の影響を受けてさらに細かく分散され、廃水４中に乳化されることとなる。また、攪拌羽５に導入されせん断された微細気泡８は、気泡径が小さくなることから、廃水４中の溶存酸素を短時間で上昇させ、溶存酸素濃度を高く保つことができる。このように分散された廃水４中の不溶性物質の粒子径は生物処理に適している。
【００２６】
［実施形態３］
図４に、本発明の第３の実施形態を示す。図４において、９は水槽１中の廃水４中に設けられた吸引管であり、本実施形態では廃水４よりも比重の重い不溶性物質１６を吸引できるよう水槽１底部付近に開口されている。なお、その他については第２の実施形態と同じであるため説明を割愛する。
【００２７】
次に本実施形態の作用について説明する。攪拌羽５付近の廃水４の動き及び気体である空気の吸引については第２の実施形態と同様であるため説明を割愛する。
【００２８】
一方、水槽１の底部近傍に開口された吸引管９は、水槽１の底部に堆積する水よりも比重の重い不溶性物質１６を廃水４とともに吸引することとなり、廃水４と水より比重の重い不溶性物質１６と空気は、共に攪拌羽５に至り、攪拌羽５の回転によるせん断力により細かくせん断され微細な物質と微細気泡８を形成し、廃水４中に送り出される。
【００２９】
このように廃水４よりも比重の重い不溶性物質１６を吸込めるよう構成することで、廃水４より比重の重い不溶性物質１６が蛋白質や澱粉などがゲル化したようなものであれば、攪拌羽５でせん断されゲル状物質が細かく分散されることで、廃水４中に浮遊することとなる。一方、細かく分散できずに廃水４中にそのまま送り出された比重の重い不溶性物質１６は水槽１の底部に再度堆積し、吸引管９により攪拌部分に取り込まれることとなり、再度攪拌羽５にまで導入され、回転によるせん断力の影響を受けてさらに細かく分散され、廃水４中に分散されることとなる。また、攪拌羽５に導入され、せん断された微細気泡８は、気泡径が小さくなることから、廃水４の溶存酸素を短時間で上昇させ、溶存酸素濃度を高く保つことができる。このように分散された物質は、微生物に取り込まれやすい大きさであることから、生物処理に適している。
【００３０】
［実施形態４］
図５に、本発明の第４の実施形態を示す。図５において、９は水槽１中の廃水４中に設けられた吸引管であり、本実施例では廃水４よりも比重の重い不溶性物質１６と比重の軽い物質を併せて吸引することができるように吸引管９が水槽１底部付近及び水槽１の廃水４の水面近傍に開口されている。なお、その他については第２または第３の実施形態と同じであるため説明を割愛する。
【００３１】
このように構成することで、油脂類のような廃水４よりも比重の軽い物質や蛋白質や澱粉などのゲル化したような物質で廃水４よりも比重の重い不溶性物質１６を併せて取り込むことができ、沈殿物や浮上物の両方を微細化し、廃水４中に分散できることから、廃水４から不溶性物質を分離除去することなく廃水４を処理できるようになり、廃棄物を削減することが可能となる。このような分散された物質は、粒子径が小さくなることから微生物に取り込まれやすくなり、生物処理に適したものとなる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態の装置を用いて油脂類の乳化・分散試験を行った。その結果について以下に示す。尚、比較例として特許文献１に記載の装置を用いて試験を行った。比較例の油脂類分散装置の模式図を図９に示す。本試験においては、水道水を原水に、食品産業でよく用いられるサラダ油を混入した模擬油脂含有廃水を用いて実施し、その時の分散粒子の粒子径分布を測定し、粒子径分布よりメジアン径を算出した。測定装置及び試験方法を以下に示す。ここで言うところのメジアン径とは、粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。
【００３３】
〔油滴の粒子径分布及びメジアン径の測定装置〕
堀場製作所製：レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０Ｗ）
測定原理：Ｍｉｅ散乱理論に基づく
光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、タングステンランプの併用式
【００３４】
〔試験方法〕
水槽に２００Ｌの水道水を入れ、そこに２００ｍｌのサラダ油（市販品）を添加し、所定の時間運転した後、模擬油脂含有廃水とし、上記機器にて測定を行った。
【００３５】
表１に実施例においてサラダ油を５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子のメジアン径を示す。また、図６、図７、図８に、５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子の粒子径分布を示したグラフを表した。
【００３６】
表１に示す通り、実施例において５分間分散させた時のメジアン径は約９μｍであった。また、図６に示す通り、粒子径２０μｍ以下に９９．６％が分布し、１０μｍ以下には６０．４％が分布していた。さらに、１０分間分散させた時のメジアン径は約８．３μｍと若干細かく分散されていた。また図７より粒子径分布を見てみると粒子径２０μｍ以下に９９．７％が分布し、１０μｍ以下には６５．７％が分布していた。さらにまた、３０分間分散させた時のメジアン径は７．０４μｍとさらに細かく分散する結果となったが、５分間分散と比べても２μｍ程度小さくなったに過ぎず、これらの結果を見ると、本装置では数分程度でほぼ分散は完了している結果であった。また、図８より、３０分間分散後の粒子径２０μｍ以下に９９．７％が分布し、１０μｍ以下には７７％が分布するという結果が得られた。
【００３７】
一方、比較例では５分間、１０分間分散させてもサラダ油が全く乳化せず、水道水も乳化したことを示す白濁現象が得られなかったので測定できなかった。また、３０分間分散させた時も水道水に油が細かく分散せず乳化しなかったが、あえて測定してみたところ、２００μｍ以上で測定範囲に入らなかった。
【００３８】
次に、分散されたサラダオイルと分散しないサラダオイルを活性汚泥処理した結果を示す。
【００３９】
〔残存油分の測定装置〕
測定装置：堀場製作所  油分濃度計  ＯＣＭＡ−３０５
測定方法：Ｈ−９９７抽出非分散赤外線吸収法
【００４０】
〔試験方法〕
試験は、活性汚泥を２００ｍｌ三角フラスコに採取し、そこに油分負荷６００ｍｇ／Ｌとなるように分散させたサラダオイルを添加し、２０時間回転培養した後、活性汚泥全量を遠心分離し、油分濃度計で残存油分の濃度を測定した。尚、比較例としては分散しないサラダオイルを添加した。
【００４１】
試験後の遠心分離後の上澄み水に含まれる残存油分濃度を測定した結果を表１に示す。この結果より、実施例においては良好に処理できていることがわかる。一方、比較例においては、処理はされているものの一般水域への放流基準である３０ｍｇ／Ｌには達しない結果であった。
【００４２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明を使用することにより、水に分散しにくい物質の廃水処理を行うことができ、通常は分離し廃棄していたものまで併せて処理できることから、廃棄物削減ができるうえ、廃水処理も良好に行えることから、環境汚染の防止に大きく寄与できるものである。また、食品加工業など液体にゲル状物質を分散させる装置としても利用できる。さらに、気体と液体との反応装置としての利用もできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１における攪拌羽の概略構成を示した模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】実施例における５分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図７】実施例における１０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図８】実施例における３０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図９】比較例の試験装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  水槽
２  導入管
３  移送管
４  廃水
５  攪拌羽
６  駆動部
７  連通管
８  微細気泡
９  吸引管
１０  側壁
１１  上昇流
１２  ケーシング
１３  回転軸
１４  整流板
１５  固定翼
１６  比重の重い不溶性物質
１００  水槽
１０１  管体
１０２  空気管
１０３  エアー吹き込み手段
１０４  ブロア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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