(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品工場排水処理プロセスにおける排水浄化方法において、
工場排水を水質調整して得られた水質調整水を凍結濃縮する工程と、凍結濃縮により得られた濃縮水を薬品処理により凝集させた後、低温下で電気分解して酸素と水素の気泡を発生させバブリング処理する薬品処理を含む電解処理工程と、電解処理水を加温下で温熱通水して固定温熱微生物処理をする微生物処理工程と、脱臭、脱色、汚泥削減をするオゾン処理工程と、により浄化処理をするようにしたことを特徴とする排水浄化方法。
【請求項２】
前記温熱通水の熱源には、凍結濃縮用冷凍サイクルの排熱を使用するようにしたことを特徴とする請求項１記載排水浄化方法。
【請求項３】
前記固定温熱微生物処理は、好気性生物処理とそれに続くオゾン処理を組み合わせ、固定化した微生物カラムに処理水を通水してＣＯＤ、ＢＯＤ成分、全りん、全窒素を分解し除去させるとともにオゾン水を通水し汚泥を破壊し除去させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の排水浄化方法。
【請求項４】
食品工場の排水処理装置において、
水質調整槽と、水質調整水を凍結濃縮して低温濃縮水を得るようにした凍結分離部と、前記低温濃縮水をＰＨ調整、薬品凝縮、粒子成長性沈澱させる薬品処理部を前段に持つとともに薬品処理水を電気分解して酸素と水素の気泡を発生させ排水中の懸濁態ＳＳ、化学的酸素要求量ＣＯＤ成分、生物化学的酸素要求量ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素等を前記気泡に付着させて浮上させる電解処理部と、該電解処理部による電解水を固定微生物処理及びオゾン処理をする微生物化学処理部とより構成し、
上記微生物化学処理部は、好気性生物を固定化したカラムと該カラムに前記電解水を加熱通水してＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、全りん、全窒素を分解させる加熱循環通水部と、冷却通水してオゾンガスを溶解して作成し、余剰汚泥の分解と脱色、脱臭をするオゾン水循環通水部とより構成したことを特徴とする排水浄化装置。
【請求項５】
前記凍結分離部の冷凍サイクルの排熱部と加熱循環通水部の温熱源間にヒートポンプを介在させたことを特徴とする請求項４記載の排水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品工場の排水処理プロセスにおける排水処理に関し、特に排水中に含まれるＣＯＤ、ＢＯＤ成分やヘキサン抽出物、全りん、全窒素等の分解除去を可能とする排水浄化方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の食品工場の廃水処理は、前処理とＢＯＤ成分の除去を目的とする主処理との組合せが考えられ、前処理としてはＳＳ除去を前提とした普通沈澱と薬品凝集沈澱があり、油分除去には自然浮上と薬品凝集による浮上分離等がある。ＢＯＤ成分の除去を目的とする主処理はＰＨ調整を含む活性汚泥法による処理がある。
【０００３】
上記活性汚泥法による従来の処理プロセスは、図４に見るように原水である排水を導入する調整槽（最初沈澱池）５０より曝気槽５１を経由して沈澱槽（最終沈澱池）５２を経て、最終処理水と余剰汚泥を得る工程を示すことができる。
上記調整槽５０は予め液状の均一化と栄養源の添加とＰＨ調整された槽で、該調整槽の経由後ＳＳ除去を行ない、次の曝気槽５１にその一定量を連続的に給液する。曝気槽５１では上記給液された排水は予め集殖されならされた好気性細菌集団（活性汚泥）により有機性物質が酸化分解される。次に活性汚泥と排水の混合液を沈澱槽５２へ導入させ、活性汚泥を上澄液より分離自然沈降させる。その際、ＢＯＤ成分の殆どは浄化され上澄液は処理水として放水されるとともに、沈降汚泥の一部は返送汚泥のとして曝気槽５１へ還流循環使用して曝気槽内の活性汚泥濃度を一定に保持させており、曝気槽５１内での汚泥増殖量は余剰汚泥として脱水乾燥焼却処分している。
【０００４】
上記活性汚泥による浄化の機構は、活性汚泥を細菌、原生動物、かび、藻類の混合培養系で構成し前記細菌によりフロックを形成させている。該フロックに有機物を吸着させ、該有機物を自己繁殖に必要な炭酸ガスと水とに酸化分解させる。即ち、排水中のＢＯＤ成分は分解され菌体に取り込まれ余剰汚泥を発生し、分解されたＢＯＤ成分の３０〜５０％が菌体増殖に使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記活性汚泥法による微生物処理方法では、沈澱槽５２、曝気槽５１等に広大なスペースを必要とするとともに、上記のように相当量の余剰汚泥を発生し産業廃棄物処理の問題を発生している。
また、従来の処理方法では、急激な流量、濃度変動、毒物の流入があるとバルキング、汚泥の浮上、汚泥の解体等の異常現象を惹起する問題があり、また、季節変動による微生物活性制御が不安定になる問題を抱えている。
また、同上処理方法による場合、蛋白質、油脂、繊維等、利用価値の高い有用資源も廃水処理の対象になる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題解決のためなされたもので、
食品工場における排水浄化プロセスにおいて、産業廃棄物を形成する余剰汚泥の削減、適性制御により安定運転を可能とするとともに、有用資源回収による分解負荷削減を可能とした沈澱槽不要の省スペース高能率の排水浄化方法とその装置の提供を目的としたものである。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
そこで、本発明の排水浄化方法は、
食品工場排水処理プロセスにおける排水浄化方法において、工場排水を水質調整して得られた水質調整水を凍結濃縮をする工程と、凍結濃縮により得られた濃縮水を薬品処理により凝集させた後、低温下で電気分解して酸素と水素の気泡を発生させバブリング処理する薬品処理を含む電解処理工程と、電解処理水を加温下での温熱通水して固定温熱微生物処理をする微生物処理工程と、脱臭、脱色、汚泥削減をするオゾン処理工程と、により浄化処理をするようにしたことを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１記載の発明により、
工場廃水の水質調整をしたあとの処理水を凍結濃縮により浄化負荷の減容を可能にしたため浄化ロスを削減できる。そして前記低温濃縮水の薬品処理により得られた凝集処理水の電気分解により、微細気泡からなる酸素ガスと水素ガスをそれぞれ陽極と陰極より発生させ、前記凝集処理水を上部よりゆるやかに供給し、下部より発生させたガスと対向流により接触させることにより、排水中の懸濁態状のＳＳや油脂成分、難溶性ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素等を前記微細気泡に効果的に吸着バブリング除去させ、さらに水中に存在する細菌類の組織中でも水の電気分解を起こし菌体を破壊させ、従来の不安定運転に代わる排水の安定処理を可能にし、ついで次段の微生物処理工程に移行させたものである。
【０００９】
上記低温濃縮水の電気分解に際しては、電解処理前のＰＨを弱酸性に調整し、電解処理後のＰＨ値の測定により電解処理の程度を把握し、このＰＨ値により電解処理を完了したとして電解水を次の工程に移行させるようにしても良い。
【００１０】
なお、上記濃縮排水の電気分解は、陽極、及び陰極より発生する酸素ガス、水素ガスよりなる微細気泡を利用する一方、それと同時に内蔵する種々のイオン系分子の溶出により全ての物質が活性化した状態で酸化・還元反応が頻繁に起こり、その結果凝集結合も促進され、前記発生したコロイダルエアを吸着し、バブリング浮上を起こし分離されるようにしたものである。
上記機能構成を持つ電気分解を利用したコロイダルエアによるバブリングは、有機性排水の微生物処理を除き、単独で凝集分離、浮上分離、酸化・還元作用を同時複合して行なうことが出来、除去成分が異なっても処理方式を変える必要がない。
【００１１】
即ち、排水に凝集剤を添加して通電するとマイナスに帯電し、互いに反発分散していた汚泥物質の電荷は中和され、吸着凝集、凝結しフロックの形成を促進する。
また、排水を電解する電極では、直接的に汚泥物質の陽極酸化分解と陰極還元分解が起こり、排水中のＢＯＤ、ＣＯＤ成分の浄化及び排水色度の低減もできる。
また、排水中の油成分は微細化しエマルジョン化して、一般的には困難であるこの微細油粒子に帯電しているマイナス電荷を電解により中和して吸着成長させ油水の分解ができる。
また、排水中のアンモニア性窒素に対しては、酸化反応により分解し、また、燐イオン物質は凝集剤を介して燐酸塩として分離できる。
また、酸化還元作用により陽極表面においては化学物質の酸化を、また、陰極表面においては還元を行なわせるようにし、例えば、シアン化合物のような有毒物質を塩化ナトリウムの添加後の電気分解により破壊できる。
また、無機性還元物質を含む排水、特にイオン状の物質（硫化物、亜硫酸、チオ硫酸、亜砒酸）をＣＯＤ成分の低い水質まで効率よく処理できる。
【００１２】
また、上記オゾン処理により脱臭、脱色、余剰汚泥の消滅破壊を可能にして余剰汚泥の増殖を抑えている。
【００１３】
また、請求項１記載の温熱通水の熱源には、凍結濃縮用冷凍サイクルの排熱を使用するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項２記載の発明により、排水の凍結濃縮水を得るための冷凍サイクルにおける排熱を微生物処理の温熱通水の加熱用熱源に使用するようにしてあるため、効率の良い熱回収を図ることが出来る。
【００１５】
また、請求項１記載の固定温熱微生物処理は、好気性生物処理とそれに続くオゾン処理を組み合わせ、固定化した微生物カラムに処理水を通水してＣＯＤ、ＢＯＤ成分、全りん、全窒素を分解し除去させるとともにオゾン水を通水し汚泥を破壊し除去させるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
上記請求項３記載の発明により、
汚泥負荷の削減、生物化学反応の迅速化、及び固液分離の迅速化を図るべく、微生物を固定化した微生物充填カラムに前記電解水を加熱通水（約３５℃）し、更に冷却（約１０℃）してオゾンガスを溶解して得られたオゾン水を通水することにより余剰汚泥の削減、及び従来の沈澱槽を不要にした。
【００１７】
排水の微生物処理には、低濃度、低負荷排水に加熱下（約３５℃）で適用してＣＯＤ成分を除去する嫌気性処理法と、ＢＯＤ成分及び全りん、全窒素を除去する好気性処理法があるが、上記請求項３記載の発明においては好気性処理法により前記低濃度の有機排水になっている前記電解水を約３５℃の加熱下で向流通水させ、ＣＯＤ、ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素の除去をはかるとともに、オゾン水の低温下での通水により余剰汚泥の破壊除去を図ったものである。
【００１８】
上記請求項１記載の排水浄化方法を使用した排水浄化装置は、
水質調整槽と、水質調整水を凍結濃縮して低温濃縮水を得るようにした凍結分離部と、前記低温濃縮水をＰＨ調整、薬品凝集、粒子成長性沈澱させる薬品処理部を前段に持つとともに薬品処理水を電気分解して酸素と水素の気泡を発生させ排水中の懸濁態ＳＳ、化学的酸素要求量ＣＣＤ成分、生物化学的酸素要求量ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素等を前記気泡に付着させて浮上させる電解処理部と、該電解処理部による電解水を固定微生物処理及びオゾン処理をする微生物化学処理部とより構成し、
上記微生物化学処理部は、好気性生物を固定化したカラムと該カラムに前記電解水を加熱通水してＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、全りん、全窒素を分解させる加熱循環通水部と、冷却通水してオゾンガスを溶解して作成して余剰汚泥の分解と脱色、脱臭をするオゾン水循環通水部とより構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４記載の凍結分離部の冷凍サイクルの排熱部と加熱循環通水部の温熱源間にヒートポンプを介在させたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の排水浄化装置の概略の構成を示す図で、図２は図１の電解処理部の一実施形態を示す図で、図３は図１の微生物化学処理部の一実施形態を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の排水浄化装置は、
工場排水の水質調整をする水質調整槽１０と、水質調整処理水１０ａを凍結濃縮する凍結分離部１１と、該凍結分離部１１より分離された低温濃縮水１１ａをＰＨ調整と凝集剤による薬品凝集する図示していない薬品処理部と、薬品処理水を電解浮上処理する浮上処理部とよりなる電解処理部１３と、該電解処理部１３により電解処理された電解水１３ａの固定微生物処理とオゾン処理をする微生物化学処理部３０とより構成する。
上記構成により、当該工場排水の水質調整を水質調整槽１０で行った後、水質調整槽１０ａを下流の凍結分離部１１と、薬品処理部と浮上処理部とよりなる電解処理部１３により凝集汚泥の除去とＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素の浮上分離及び特定有用物質の回収をする電解処理をなし、低濃度の有機排水となった前記電解水を微生物化学処理部３０において、固定微生物処理でＣＯＤ成分、ＢＯＤ成分及び全りん、全窒素の除去をなし、オゾン処理により脱臭、脱色及び余剰汚泥の破壊をさせるようにしたものである。
【００２２】
即ち、工場排水の水質処理をした水質調整水１０ａを凍結分離部１１で凍結用冷凍サイクル１２により氷結晶（氷水１１ｂ）を分離析出して減容した低温濃縮水（０℃〜１０℃）１１ａを分離する。ついで、該低温濃縮水１１ａを薬品処理部と浮上処理部とよりなる電気処理部１３で陽極と陰極に直流電圧を印加して電解処理をする。
上記電解処理は低温濃縮水の温度制御を適宜最適に制御し、さらに薬品処理部により凝集処理水を上部より低速で導入して電解させることにより、エアと前記処理水が対向流で接触して電解効率を最上に上げることができる。
上記電解処理は、陽極、及び陰極より発生する酸素ガス、水素ガスよりなる微細気泡を利用する一方、それと同時に内蔵する種々のイオン系分子の溶出を介して全ての物質を活性化した状態で酸化・還元反応を頻繁に惹起させ、その結果凝集結合も促進され、前記発生したコロイダルエアを吸着し、バブリングによる浮上分離及び特定有用物質の回収を可能にしたものである。
上記機能構成を持つ浮上処理を含む電解処理は、低温濃縮水に対して行なわれるため、効率的に行なわれ、有機性排水の微生物処理を除き、単独で凝集分離、浮上分離、酸化・還元作用を同時複合して行なうことが出来、除去成分が異なっても処理方式を変える必要がなく、排水中の懸濁態状のＳＳ、ＢＯＤ、ＣＯＤ成分等の浮上分離処理を可能にしている。
【００２３】
上記電解処理についで、電解処理水１３ａを微生物化学処理部３０に導入する。そして、前記凍結分離部１１の冷凍サイクル１２との間に形成されたヒートポンプにより排熱を熱源として使用して電解水１３ａ加熱して、さらに微生物の分解に必要な酸素を供給して微生物固定カラム１５に温熱向流通水を循環させてＣＯＤ、ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物、全りん、全窒素等の分解をして処理水を放流水１５ｂとして排出する。ついで、オゾン水の循環通水により脱臭、脱色、カラム内の菌体の破壊除去をなし、残留汚泥の削減を図るように構成する。
【００２４】
図２には、図１の電解処理部１３の一実施形態を示してある。
図に見るように、薬品処理部２７と浮上処理部２８とよりなる。薬品処理部２７で、低温濃縮水１１ａにＰＨ調整剤２１と凝集剤２２ｂを混合して調整槽２３で撹拌調整したのち、フロキュレータ２４で凝集剤２２ａを追加混合させ低温濃縮水内に内蔵する汚泥の凝集、凝結化を図る。ついで前記凝集凝結フロック化した汚泥を含む処理水を浮上処理部２８に導入させ、ガス発生用電源２５を介して電極２６ｃで微細気泡を発生させ、前記フロックを浮上させ、スキーマ２６ａで掻き取りフロス貯槽２６ｂに汚泥を貯留させるとともに、電解処理した電解水１３ａを微生物化学処理部３０へ導入するようにしてある。
【００２５】
図３には、図１の微生物化学処理部３０の一実施形態を示してある。
図に見るように、微生物化学処理部３０は、好気性生物を固定したカラム１５と、電解処理部１３より導入された電解水１３ａを加熱（約３５℃）して前記カラムに向流通水、循環させてＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分、全りん、全窒素を分解させる加熱循環通水部３０ａと、
冷水にオゾンガスを溶解したオゾン水を前記カラムに向流通水、循環させて脱色、脱臭、及びカラム内の菌体を破壊するオゾン水循環通水部３０ｂとより構成し、
運転時には微生物処理モードとオゾン処理、汚泥破壊モードを使いわけして、導入された低濃度の有機排水の仕上げ浄化と菌体破壊を図り、残留汚泥の削減を図ったものである。
【００２６】
上記加熱循環通水部３０ａは、電解水１３ａを冷凍サイクル１２よりの排熱及び氷水１１ｂ冷熱の供給を受て温度調整（約３５℃）するとともに脱気する加熱槽１４と、エアを圧入して酸素を電解水に供給するエゼクタ１７とポンプ１８とより構成し、
オゾン水循環通水部３０ｂは、氷水１１ｂにより冷熱の供給受け冷水を形成する温度調整冷水タンク１６と、オゾンガスを吹き込むエゼクタ２０とポンプとより構成する。
運転に際しては、上記加熱循環通水部３０ａとカラム１５とを使用して温熱電解水を循環させて、ＢＯＤ、ＣＯＤ成分、全りん、全窒素を分解除去する下記に示す微生物処理モードと、
オゾン水循環通水部３０ｂとカラム１５とを使用して電解水の脱色、脱臭を図るとともに、カラム１５内の菌体破壊を図り余剰汚泥の削減を図るべく循環経路を形成したなかで下記に示すオゾン処理、汚泥破壊モードで運転する。
微生物処理モード；
電解処理部１３からの電解水１３ａを加熱槽１４に導入して通水加熱部１４ａにより約３５℃加熱し、エゼクタ１７へ導入し酸素補給用のエアを吸込み、ミキシングポンプ１８を介して酸素抱和排水１４ｂを形成する。酸素抱和排水１４ｂをカラム１５に導入し、カラム１５内に固定した好気性生物により微生物処理して微生物処理循環水１５ａを加熱槽１４に還流循環させるとともに、その一部を放流水１５ｂとして外部へ放流する。
オゾン処理、汚泥破壊モード；
冷水タンク１６で冷温部１６ａより冷熱の補給を得た冷水はエゼクタ２０でオゾンガスを吸入しミキシングポンプ１９でオゾン抱和水１６ｃを形成する。オゾン抱和水１６ｃをカラム１５に導入させ、カラム内の菌体を破壊させ、オゾン処理水１６ｂを冷水タンク１６に還流循環させるとともに、オゾン処理水を槽１４へ返送する。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の排水浄化装置による、さつまいも澱粉製造工場における排水処理結果の実施例を示す。
１、原水；ＢＯＤ810mg/l、ＣＯＤ220mg/l、ヘキサン抽出物質5mg/l、全りん5mg/l、全窒素17mg/l
２、氷水；ＢＯＤ8mg/l、ＣＯＤ2mg/l、ヘキサン抽出物質＜1mg/l、全りん<5mg/l、全窒素0.44mg/l
３、濃縮水；ＢＯＤ2500mg/l,ＣＯＤ440mg/l,ヘキサン抽出物質7mg/l,全りん11mg/l全窒素33mg/l
４、電解水；ＢＯＤ1200mg/l、ＣＯＤ210mg/l、ヘキサン抽出物質<1mg/l、全りん1.8mg/l,全窒素14mg/l
５、微生物化学処理水；ＢＯＤ10mg/l、ＣＯＤ10mg/l、ヘキサン抽出物<1mg/l、全りん<0.06mg/l、全窒素0.44mg/l、一般生菌数＜10個/ml
【００２８】
【効果】
上記構成により以下の効果を奏する。
１、ＳＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ成分、ヘキサン抽出物質、全りん、全窒素の分解除去により水質汚染物質の減容が可能である。
２、一般生菌数の削減により余剰汚泥の減容が可能である。
３、沈澱槽不要による省スペース化が可能である。
４、濃縮水の温度制御による分解効率の維持による安定運転が可能である。
５、冷水、油脂の回収により有用資源回収が可能である。
６、凍結により得られた氷を空調の熱源として利用可能である。
７、凍結により生成される排熱を微生物処理の熱源として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水浄化装置の概略の構成を示す図である。
【図２】図１の電解処理部の一実施形態を示す図である。
【図３】図１の微生物化学処理部の一実施形態を示す図である。
【図４】従来の排水処理の概略の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０    水質調整槽
１０ａ  水質調整水
１１    凍結分離部
１１ａ  低温濃縮水
１１ｂ  氷水
１２    冷凍サイクル
１３    電解処理部
１３ａ  電解水
１４    加熱槽
１４ａ  通水加熱部
１４ｂ  酸素飽和排水
１５    カラム
１５ｂ  放流水
１６    冷水タンク
１７、２０  エゼクタ
１８、１９  ミキシングポンプ
３０    微生物化学処理部
３０ａ  加熱循環通水部
３０ｂ  オゾン水循環通水部
【図１】
0004223130.tif 000002
【図２】
0004223130.tif 000003
【図３】
0004223130.tif 000004
【図４】
0004223130.tif 000005