(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排液を蒸発濃縮する濃縮工程と、
被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行う測定工程と、
測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変えて濃縮条件を制御する制御工程と、
濃縮液を浄化する浄化工程と
を含む有機性排液の処理方法。
【請求項２】
浄化工程が酸化工程である請求項１記載の方法。
【請求項３】
有機性排液を蒸発濃縮する濃縮装置と、
被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行う測定装置と、
測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変えて濃縮条件を制御する制御装置と、
濃縮液を浄化する浄化装置と
を含む有機性排液の処理装置。
【請求項４】
浄化装置が酸化装置である請求項３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液を濃縮して浄化する処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
し尿は家庭、施設等からバキューム車で汲み取ってし尿処理場に集められ、集中的に処理されている。家庭、施設等にし尿の浄化槽が設置される場合は浄化槽汚泥をバキューム車で汲み取ってし尿処理場に集められ、し尿と混合して処理されている。このようなし尿処理場におけるし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液の処理方法は、嫌気性処理、好気性処理等の生物学的処理方法が一般的である。
【０００３】
し尿は糞由来の固形物を含む他、種々の有機物、アンモニア、リン酸やカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム等の塩分が溶解しており、ｐＨが７〜９、ＴＯＣが数千ｐｐｍが一般的である。このようなし尿を生物処理する場合、高濃度であるため、嫌気性処理では長期間の処理が必要であり、好気性処理では高希釈が必要であり、この装置も大型化する。
【０００４】
このようなし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液は燃焼するには有機物濃度が低いため、これを脱水して焼却する試みもあるが、脱水のためには多量の凝集剤を必要とし、また脱水液は生物処理等により別途処理する必要がある。
下水等に適用されている液中燃焼による有機物の分解方法等をし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液に適用する場合でも、有機物濃度が低いため、効率は低く実用的でない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な装置と操作により短時間で、少ないエネルギーで効率よくし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液を高分解率で処理して無害化することができ、発生汚泥量を少なくできる有機性排液の処理方法および装置を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の有機性排液の処理方法および装置である。
（１）  有機性排液を蒸発濃縮する濃縮工程と、
被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行う測定工程と、
測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変えて濃縮条件を制御する制御工程と、
濃縮液を浄化する浄化工程と
を含む有機性排液の処理方法。
（２）  浄化工程が酸化工程である上記（１）記載の方法。
（３）  有機性排液を蒸発濃縮する濃縮装置と、
被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行う測定装置と、
測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変えて濃縮条件を制御する制御装置と、
濃縮液を浄化する浄化装置と
を含む有機性排液の処理装置。
（４）  浄化装置が酸化装置である上記（３）記載の装置。
【０００７】
本発明において処理する有機性排液は比較的高濃度に有機物を含む排液であり、ＴＯＣとして１０００〜１２０００ｍｇ／ｌのものが処理に適している。このような有機性排液としてはし尿、浄化槽排液、食品排液などがあげられる。このような有機性排液は一般に塩分、窒素、イオン特にカチオンなどを含んでいる。
【０００８】
このような有機性排液は好気性生物処理を行うには高濃度であり、燃焼、液中酸化等の処理を行うには低濃度である。このため燃焼、液中酸化等の浄化処理を行うためには濃縮する必要がある。濃縮には蒸発濃縮のほか、膜分離、遠心分離などがあげられるが、排液中に含まれる有機物は熱源になるから、蒸発濃縮を採用する。
【０００９】
濃縮工程で使用する濃縮装置は蒸発濃縮装置が使用できる。蒸発濃縮装置としては被処理物を蒸発により濃縮できるものであれば制限なく、液膜式、浸管式、フラッシュ式など、任意の濃縮装置を用いることができるが、加熱した被処理物を熱交換部を通して循環し、発生蒸気を必要によりミストを除去して圧縮し、熱交換部に供給することにより、循環する被処理物を加熱する循環式のものが好ましい。このような循環式の濃縮装置は最初に加熱を行えば、その後は圧縮のためのエネルギーを加えるだけで蒸発濃縮を行うことができ好ましい。被処理物の加熱に必要な熱は濃縮装置および／または浄化装置から排出される処理物から回収して使用することができる。
【００１０】
被処理物としての有機性排液が固形物を含む場合は粉砕装置により粉砕して均質化し、蒸発濃縮を行うのが好ましい。粉砕手段としてはポンプや粉砕機が使用できる。通常１ｍｍ程度に粉砕することにより伝熱管の閉塞を防止できる。このような被処理物を塩酸、硫酸等の酸や酸性塩の添加によりｐＨ６以下、好ましくは５以下に調整して蒸発濃縮を行うと、アンモニアの蒸発を防止するとともに、発泡を防止して消泡剤の使用量を少なくすることができる。ｐＨの下限はないが、腐食防止および薬剤使用量の点からｐＨ４以上が好ましく、ｐＨ５付近で濃縮を行うのが最も好ましい。
【００１１】
濃縮工程において種晶を添加して蒸発濃縮を行うと、被処理物中のリン酸、カルシウム、マグネシウム等が種晶上に析出するため、濃縮装置および浄化装置のスケール化を防止することができる。種晶としては特に制限はなく、硫酸カルシウム、リン酸カルシウムなどが使用できる。このような種晶その他の固形物は濃縮工程後に除去してもよく、また除去することなく浄化工程を行い、その後除去してもよい。
【００１２】
濃縮工程における濃縮倍率は任意であるが、浄化工程において、含まれる有機物の燃焼により燃焼を維持できる程度、または補助燃料を制限できる程度の濃度まで濃縮するのが好ましく、これにより処理コストを低減することができる。濃縮倍率を高めすぎると濃縮物の流動性が低下する場合があるので、この場合は濃縮倍率を低くし、補助燃料を増加することができる。
【００１３】
本発明ではこのような濃縮工程において、所定の濃縮状態を維持するために、測定工程として被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行う。濃縮液の濃度が高くて測定できないときは、超純水等で希釈して測定することができる。上記の各測定項目の測定値は濃縮状態、特に濃縮度と一定の関係を有する。例えば特定の測定項目として、電気伝導度は塩分と高い相関関係にあり、濃縮度が高くなって塩分濃度が高くなると電気伝導度も高くなる。他の測定項目の測定値も同様に濃縮度と高い相関関係にあり、測定値から濃縮度を知ることができる。従って上記それぞれの測定値を一定に保つように制御工程において濃縮条件を制御することにより、所定の濃縮度で濃縮を行うことができる。被処理液の濃度が変化する場合は、所定の測定値を保つように制御することにより、所定の成分濃度にまで濃縮を行うことができる。
【００１４】
濃縮液の浄化工程として焼却、液中燃焼等の酸化を行う場合は、濃縮液中のＴＯＣのような被酸化性物質の濃度が高濃度であることが好ましいが、あまり高濃度にすると、濃縮コスト、操作性の面で好ましくない。そこで浄化工程における補助燃料の使用量が可能な限り低く、濃縮コストが低くかつ濃縮物の粘度等の操作性が良い範囲で可能な限り高濃度に濃縮することが好ましい。被処理液の濃度が一定している場合には、濃縮倍率が一定となるように濃縮条件を制御することができるが、被処理液濃度が変動するときは所定の濃縮状態（成分濃度）となるように濃縮条件を制御するのが好ましい。この場合濃縮度等の濃縮状態は電気伝導度等の測定値と高い相関関係にあるから、これらの測定値が一定となるように濃縮条件を制御することにより、一定の濃縮状態となるように制御することが可能である。
【００１５】
濃縮条件を制御する方法としては、測定工程で測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変える方法があげられる。例えば蒸発濃縮の場合、熱入力その他の条件を一定としておいて被処理液の供給量を変化させると濃縮度が変化する。逆に被処理液の供給量および／または濃縮液の取出量を一定としておいて熱入力を変化させることによっても濃縮度は変化する。前者の方が制御が容易で、応答も速い。
【００１６】
具体的な制御方法としては、被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目を測定装置で測定し、制御装置でその測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を制御する。この場合測定値の上限と下限を設定しておき、下限に達したときに被処理液供給量を減少させ、上限に達したときに被処理液の供給量および／または濃縮液の取出量を増加させる。このように制御することにより、所定の濃縮状態の濃縮液が得られ、次の浄化工程において効率よく浄化を行うことができる。
【００１７】
浄化工程は濃縮液を浄化して無害化する工程であり、それぞれの排液の特性に合った浄化方法が採用できるが、一般的には焼却、液中燃焼のような酸化を行う方法が好ましい。すなわち有機性排液を濃縮することにより、有機物その他の被酸化性物質が濃縮され、補助燃料を少なくしても自己発熱による酸化が進行し高分解率で効率よく浄化が行われる。ここで発生する熱を回収して濃縮工程に利用することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性排液を蒸発濃縮して浄化する際、被処理液ならびに濃縮液の電気伝導度、ＴＯＣ、窒素濃度およびイオン濃度から選ばれる特定の測定項目の測定を行い、測定した特定の測定項目の測定値から濃縮倍率を演算し、もしくは換算により他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号を送って、被処理液の供給量および濃縮液の取出量を変えて制御することにより、簡単な装置と操作により短時間で、少ないエネルギーで効率よくし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液を高分解率で処理して無害化することができ、発生汚泥量を少なくできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は実施形態の処理装置のフロー図である。
【００２０】
図１において、１は被処理液槽、２は濃縮装置、３は濃縮液槽、４は焼却炉、５は排煙処理装置である。被処理液槽１にはし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液からなる被処理液１０を供給するための被処理液供給路６とともに、ｐＨ調整剤供給路７および種晶供給路８が連絡している。また被処理液槽１から系路９がポンプ１１、熱交換器１２を介して濃縮装置２の下部に連絡している。
【００２１】
濃縮装置２は循環式の蒸発濃縮装置であり、濃縮液１３と蒸気１４を収容する本体１５の上部に、複数の熱交換管１６を垂直方向に配置した熱交換部１７、およびさらにその上に分配部１８を有し、本体１５の下部から系路１９を通してポンプ２１により濃縮液１３を分配部１８に送り、分配器２２により被処理液を熱交換管１６の内壁に沿って膜状に流下させて循環するように構成されている。また本体１５の上部と熱交換部１７間に設けられたミスト除去部材２３を通して、本体１５上部から蒸気を系路２４に吸引し、コンプレッサ２５で圧縮して熱交換部１７の熱交換管１６の外側に供給するように構成されている。本体１５からポンプ２７を有する系路２６が濃縮液槽３に連絡している。濃縮装置２の熱交換部１７から系路２８が熱交換器１２を通して系外に連絡している。
【００２２】
３１は測定装置であり、被処理液槽１の被処理液１０の電気伝導度を測定するセル３２、および濃縮装置２の濃縮液１３の電気伝導度を検出するセル３３から検出信号ａ、ｂが入力されるように接続している。３５は制御装置であって、濃縮装置２の濃縮液１３の液面を検出するセル３６の検出信号ｃ、ならびに測定装置３１の測定信号ｄ、ｅが入力され制御信号ｆ、ｇがポンプ１１、２７に出力するように接続している。
【００２３】
濃縮液槽３から濃縮液３０を供給するポンプ３７を有する系路３８が浄化装置としての焼却炉４に設けられた供給装置４１に連絡している。供給装置４１には空気供給路４２および燃料供給路４３が連絡している。この供給装置４１は濃縮物と空気および補助燃料の混合流を焼却炉４に供給して燃焼させるように焼却炉４に取付けられている。
【００２４】
焼却炉４から煙道４４が排煙処理装置５に連絡している。排煙処理装置５はスクラバからなり、洗煙水路５１、排ガス路５２および洗煙排水路５３が連絡している。なお上記の装置においてポンプ、弁等が必要であるが、省略して図示されている。
【００２５】
上記の装置における処理は以下のように行われる。まずし尿、浄化槽汚泥、その他の有機性排液等の被処理液を被処理液供給路６から供給し、被処理液槽１に導入する。被処理液槽１にはｐＨ調整剤供給路７からｐＨ調整剤を供給してｐＨ６以下に調整し、また種晶供給路８から種晶を供給して被処理液１０と混合する。
【００２６】
被処理液槽１内の被処理液１０は系路９からポンプ１１により熱交換器１２を通して加熱し、濃縮装置２の本体１５に導入する。濃縮装置２ではポンプ２１を駆動することにより系路１９を通して濃縮液１３を分配部１８に送り、分配器２２により熱交換管１６の内壁に膜状に分配して流下させることにより水分を蒸発させ、蒸気および濃縮液を本体１５に循環させる。
【００２７】
一方、蒸気１４はミスト除去部材２３を通してミストを除去し、コンプレッサ２５により圧縮して系路２４から熱交換部１７に供給する。圧縮により温度上昇した蒸気は熱交換管１６の外側に至り、熱交換管１６の内壁を膜状に流下する被処理液を加熱して蒸発させ、自身は凝縮して凝縮水となり、系路２８から熱交換器１２に入って新しい被処理液と熱交換して系外に排出し、必要により精製を行って回収水として利用する。
【００２８】
上記の濃縮工程では、運転開始時に熱交換器１２に蒸気等の熱源を供給して被処理液を加熱して蒸発を開始すれば、その後はコンプレッサ２５の圧縮によって温度上昇させて蒸発を行い、被処理液を効率よく濃縮することができる。濃縮液は系路２６から濃縮液槽３に送られる。ミスト除去部材２３で除去されたミストはそのまま本体１５に戻り、凝縮水の汚染を防止する。濃縮工程においてｐＨ６以下の条件で被処理液から水を蒸発させることによりアンモニアの気化を防止することができる。
【００２９】
上記の濃縮工程において特定の測定項目として、セル３２、３３で被処理液１０および濃縮液１３の電気伝導度を検出し、その検出信号ａ、ｂを測定装置３１に入力する。測定装置３１は検出信号ａ、ｂからそれぞれの電気伝導度を測定し、測定信号ｄ、ｅを制御装置３５に入力する。一方セル３６で濃縮液１３の液面を検出し、その検出信号ｃを制御装置３５に入力する。制御装置３５は測定信号ｄ、ｅから濃縮倍率を演算し、もしくはＴＯＣ、窒素濃度、イオン濃度等の電気伝導度以外の他の測定項目の測定値を得、濃縮倍率または他の測定項目の測定値が一定となるように制御信号ｇを送ってポンプ２７を制御し、濃縮液１３の引抜量を制御する。一方セル３６からの検出信号ｃにより、液面を一定に保つように制御信号ｆを送ってポンプ１１を制御し、被処理液１０の供給量を制御する。これにより濃縮液１３は所定の濃縮度に維持される。この場合、濃縮倍率を一定にしてもよく、また濃縮液１３のＴＯＣ濃度等に換算した測定値を得、この値を維持するように制御を行うこともできる。
【００３０】
ポンプ２７により系路２６から取り出されて濃縮液槽３に入った濃縮液３０はポンプ３７により系路３８から供給装置４１に送り、ここで空気供給路４２から送られる空気および必要により燃料供給路４３から送られる補助燃料と混合し、混合流を焼却炉４に供給して燃焼を行う。
【００３１】
供給装置４１から供給される混合流は高温の焼却炉内で着火して燃焼する。これにより濃縮液中の有機物、アンモニアその他の可燃物は焼却される。この焼却工程では前の濃縮工程で濃縮されて熱量の高くなった濃縮液が燃焼するため、濃縮液の持つ熱量だけで燃焼可能なときは補助燃料を使うことなく燃焼を行い、有機物とともにアンモニアも分解することができる。
燃焼炉の燃煙ガスは煙道４４から排煙処理装置５に入り、ここで洗煙水路５１から入る洗煙水と接触して洗煙され、有害物を除去された排ガスは排ガス路５２から排出され、洗煙排水は洗煙排水路５３から排出され、別途処理される。
【００３２】
上記の実施形態において、濃縮装置２として循環式の蒸発濃縮装置を示したが液膜式、浸管式、フラッシュ式など他の蒸発形式の蒸発濃縮装置を用いてもよい。また測定装置３１による特定の測定項目として電気伝導度を測定したが、ＴＯＣ、窒素濃度、イオン濃度あるいはこれらの組合せ等の他の測定項目を測定してもよい。また焼却炉４に代えて液中燃焼法その他の浄化装置が使用できる。
【００３３】
以下、試験例について説明する。試験例における濃縮度は濃縮倍率を意味する。
【００３４】
試験はし尿を蒸発濃縮し、その電気伝導度、ＴＯＣ、Ｔ−Ｎ、カチオン濃度と濃縮度の相関を調べた。
試料にはＴＯＣ＝４，６５０ｍｇ／ｌ、Ｔ−Ｎ＝１，８６０ｍｇ／ｌ、Ｃｌ＝１，７５０ｍｇ／ｌ、ＳＯ42-＜１．０ｍｇ／ｌ、ＰＯ43-＝１４２ｍｇ／ｌを用いた。
試験方法は１．５ literのし尿を３ literのフラスコに入れマントル・ヒーターにて加熱し、蒸発濃縮を行った。蒸発液は冷却後、回収した。その回収液量からし尿の濃縮度を算出し、濃縮し尿の一部を採取し各項目を分析した。し尿には、突沸を防ぐために沸騰石を添加した。また加熱による発泡を抑えるために硫酸を用い、し尿のｐＨを５．０に調整した。上記各測定項目の測定方法は電気伝導度：電気伝導度計、ＴＯＣ：ＴＯＣメーター、Ｔ−Ｎ：Ｔ−Ｎ分析器、カチオン濃度：イオンクロマトグラフィーによった。
各測定項目の測定結果を図２に示す。
【００３５】
図２に示されるように、電気伝導度と濃縮度は高い相関関係を示し、特定の測定項目として電気伝導度が濃縮度を測定するのに適した指標であった。また、その他指標についても濃縮度と高い相関関係を示し、これら指標も濃縮度の測定に使えると考えられるが、測定の迅速さ、簡便さから電気伝導度が濃縮度の測定には最適である。また各測定項目の測定値はいずれも高い相関関係にあるから、特定の測定項目としての電気伝導度から各測定項目の測定値を換算により得ることができる。
従って、ＴＯＣ等の値を所定値に維持するために、特定の測定項目として電気伝導度を測定してその測定値を一定に維持するように制御することができる。このように特定の測定項目として電気伝導度を測定して濃縮条件を制御する方法は、迅速かつ簡便な濃縮度の測定方法により測定し、測定結果をすぐさま装置の運転に反映できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の処理装置のフロー図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は試験例における濃縮結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  被処理液槽
２  濃縮装置
３  濃縮液槽
４  焼却炉
５  非煙処理装置
６  被処理液供給路
７  ｐＨ調整剤供給路
８  種晶供給路
１０  被処理液
１１、２１、２７、３７  ポンプ
１２  熱交換器
１３、３０  濃縮液
１４  蒸気
１５  本体
１６  熱交換管
１７  熱交換部
１８  分配部
２２  分配器
２３  ミスト除去部材
２５  コンプレッサ
３１  測定装置
３２、３３、３６  セル
３５  制御装置
４１  供給装置
４２  空気供給路
４３  燃料供給路
４４  煙道
５１  洗煙水路
５２  排ガス路
５３  洗煙排水路
【図１】
0004238458.tif 000002
【図２】
0004238458.tif 000003