フジタ技術研究報告第 47 号 2011 年

有機性排水からの懸濁物回収システムの開発

概石川光祥

酒井有希

袋昭 太要

食品工場や家庭から排出される低濃度の有機性懸濁物は回収、利用されることは僅かで、多くは微生物によって排水処理されている。また、近年、都市部において急速に普及してきているディスポーザに付随されるディスポーザ排水処理システムでは、有機物を生物処理や乾燥等の方法によって処理しており、排水中の有機物は有効には利用されていない。その理由として、バイオマス資源として有効に利用するには有機物濃度が低すぎるといった問題がある。排水中の有機物を効率的に回収することでメタン、エタノールやプラスチック等へ変換するバイオマス資源として有効に利用できるだけではなく、排水処理施設への負荷低減による処理過程おける省エネ化および施設の縮小化に寄与できる可能性もあり、高効率な回収方法の開発が求められる。
本研究では、排水中に含まれる懸濁物を効率的に回収する方法として製紙業を中心に用いられていたドラム式固液分離装置の回収用メッシュにプレコートを形成、成熟させることによって細粒分まで回収可能なプレコート方式に着目し、微細な懸濁物を含む排水に対応したシステムの構築を行った。ドラム式固液分離装置の設計方法、制御方法を構築したことによって濾水中の SS 濃度を 200 mg/L 以下にすることに成功した。

Development of a system for the recovery of suspended organics from food factory and household
effluent

Abstract

Effluent from food factories and houses is mostly treated in wastewater treatment facilities.
Suspended solids in the effluent are at concentrations too low for their biomass to be utilized forbioenergy or bioplastics. The development of a high performance suspended solids recovery system willallow this biomass to be utilized and also reduce the load to effluent treatment plants. This study
focuses on development of a drum-type solid-liquid separator to develop a highly efficient and stablesystem.
In the system developed, effluent is filtered by a precoated filter on a drum mesh. The
precoated filter is formed from suspended in the effluent, which can then also trap fine solids. The
concentration of suspended solids in the filtered water was kept under 200 mg/L using this system. The
moisture content of recovered organics was 85% to 90%.

キーワード： 固液分離、 有機性排水－33－

フジタ技術研究報告 第 47 号

§１．はじめにプレコート式回転ドラム型固液分離の概要を図 2 に示す。メッシュで覆われた円柱上のドラムを固液分離槽へ浸食品工場や家庭から排出される排水中に含まれる低漬させ、ドラム内部より濾水を排出することによって、ドラ濃度の有機性懸濁物は回収、利用されることは僅かで、ム内外に水頭差をつけその水頭圧で固液分離を行うもの

多くはそのまま処理されている。その理由として、排水中である。ドラムの回転速度を低速にすることで、メッシュ上に含まれる有機物をバイオマス資源として利用するにはに形成するプレコートが成熟されより微細な粒子を回収濃度が低すぎるため利用するためにはコスト、エネルギーすることが可能である。

を多く必要とするためである。また、凝集剤を用いた場合、ドラムメッシュ上に回収された懸濁物（プレコート）は、回収したバイオマスに凝集剤成分が混入してしまい利用表面積の差によって、回収用のローラーに転写される。

が困難となる場合が出てくる。したがって、排水中の有機転写された回収物はスクレーパーを用いてホッパーに回物を凝集剤の添加なしで効率的に回収することによって収される。スクレーパーを直接ドラムメッシュに当てるのでメタン、エタノールやバイオプラスチック原料等のバイオマはなく、転写ローラーを用いることによって、細い金属ワイス資源として有効に利用できるだけでなく、排水処理施設ヤで構成されているドラムメッシュを傷つけにくい構造としへの負荷低減に寄与できる可能性があり、高効率な回収た。

方法の開発が求められている。

§２．本研究の目的
排水中に希薄に存在する有機性懸濁物を低エネルギーで効率的かつバイオマス資源として有効に利用できる状態で回収を行うことを目的とした。本研究では、製紙業を中心に用いられていたドラム式固液分離装置の回収用メッシュにプレコートを形成、成熟させることによって、細粒分まで回収可能なプレコート方式に注目した。有機性
排水中に含まれる懸濁物は粒径が小さいため、有機性排水に対応したドラム式固液分離システムの構築を目的とした。
図 2 プレコート式回転ドラム型固液分離概要§３．プレコート式回転ドラム型固液分離の原理§４．プレコート式回転ドラム方固液分離
プレコート式回転ドラム型固液分離は、ドラムメッシュ上に排水中に含まれる懸濁物を用いてプレコート層を形4.1 有機性排水の調整成させる。プレコートは図 1 に示すようにドラムメッシュ上有機性排水としてディスポーザ排水を用いることとした。にメッシュサイズより大きな粒子がトラップされ、順に小さ有機性排水の調整は、（社）日本下水道協会による「下水いものがトラップされ、プレコートを層が成熟させる。これ

道の ため の デ ィスポー ザ排 水処 理シス テ ム性能 基準により、メッシュサイズよりも微小な粒子を回収することが（案）」1)に定められている標準生ごみ（表 1）を用い、生活可能となっている。

雑排水としてきな粉 24 g/(人･日)を用いた。標準生ごみを自動給水型ディスポーザに入れ、破砕処理を行い、1 人
1 日当たりのディスポーザ使用水および台所排水の 35 Lまでメスアップしたものをディスポーザ排水とした。これにきな粉を添加したものを有機性排水とした。
表１ 標準生ごみの組成
組成
にんじんキャベツ
バナナの皮
リンゴ
グレープフルーツの皮
鳥のモモの骨又は手羽もとの骨（湯通し）鯵の干物（湯通し）
卵殻
米飯
茶殻
1人1日分の生ごみ量

図 1 プレコート形成のメカニズム－34－

湿潤重量(g)
45 ｇ/人･日45 ｇ/人･日25 ｇ/人･日25 ｇ/人･日25 ｇ/人･日20 ｇ/人･日25 ｇ/人･日
5 ｇ/人･日25 ｇ/人･日
10 ｇ/人･日
250 ｇ/人･日有機性排水からの懸濁物回収システムの開発

4.2 大型ドラムでの検証
700

実証試験機の作製にあたり、ラボで行った試験結果 2)を装置は、ドラム幅 1 m、ドラム直径 1 m、槽容量約 1 m3 でドラムメッシュ部において目開き 500 μm のメッシュ上に目開き 150 μm のメッシュを張った。試料として調整した有機性SS Con cen tration (mg/ L)

600

基に大型の固液分離装置を用いて性能の検証を行った。

500400300200排水を用いた。試験開始時はドラムメッシュ上にプレコート100が形成されていないため、ドラムを停止した状態で開始し、

0原水

HD 0 mm HD 135 mm HD 250 mm HD 300 mm 回転 10 min 回転 30 min 回転 60 min
Sampling Time (min)プレコートが形成され水頭差（HD）が 30 cm 以上となったときにドラムの回転を開始した。回転速度は簡欠タイマを用い

図 4 大型装置における濾水中の SS 濃度て調整し、濾水は循環させた。
本試験時におけるドラムメッシュの状況を図 3 に示す。ド

4.3 ドラムの設計手法の構築

ラムメッシュ表面に排水中の懸濁物によってプレコートが形

本固液分離手法の適用範囲を一般的な有機性排水とす成されていることがわかる。試験開始後、プレコートが形成る場合、より微細な粒子を回収する必要がある。各排水にされ、水頭差が大きくなるにつれて濾水中の SS 濃度が低おける粒径分布を図 5 に示す。
100HD 250 mm においては SS 122 mg/L となった。その後、90ドラムを回転させ、連続固液分離を開始した。回転開始後、80

水頭差はドラムの回転速度によって変化したため、回転速70質量百分率(%)

下した（図 4）。水頭差がつくと SS は 200 mg/L 以下となり、度を調整し連続固液分離を継続した。水頭差を一定に保つことで、濾水の水質を SS 濃度 200 mg/L 以下を維持することができた。したがって、本固液分離手法を用いることに

60
504030より、連続的に安定した固液分離が行えることが示唆され

きな粉
活性汚泥
有機性排水
微細化処理木材
小麦粉

20た。

100110100
粒径（μm）

100010000

図 5 各排水における粒径分布
排水によって異なるが、粒径が 100 μm 以下の粒子が多く存在していることがわかる。対象排水の水質、量に適合する本固液分離手法を用いた装置の設計（メッシュ目開き、装置規模）を行うため、カラムおよび実証機での固液分離特性の比較を行った。カラム試験は水槽として直径 150 mm、高さ 1.3 m のアクリル製カラムを用い、濾過部は直径運転前ドラム表面75 mm、長さ 1 m のアクリル管に直径 75 mm のメッシュを固液分離開始取り付け用いた。
メッシュ目開きを検討した結果、目開きが小さくなるほどプレコート形成前の濾水の SS 濃度は低くなるものの、プレコート形成後では優位な差は見られなかった。したがって、本稿では、メッシュのコストを考慮して目開き 100 μm のメッシュを用いることとした。固液分離試験は水槽に調整した有機性排水を投入し、濾過部を浸漬させ筒の内部よりポンプを用いて濾水を排出し、その時の濾水速度、濾水の SS 濃度を測定した。
カラム試験の結果、メッシュ上にトラップされた SS 量が多くなる（プレコートが形成する）ほど濾水速度および濾水中運転時ドラム表面の SS 濃度が低下した（図 6）。試験開始直後の濾水速度は、

図 3 大型装置における試験状況－35－

フジタ技術研究報告 第 47 号

懸濁物がメッシュ上にトラップされ開口面積が減少すること固液分離槽の水位での制御を行うこととした。連続運転によって急激に低下するが、プレコートが成熟していないた時の制御方法を図 8 に示す。

め、微細な粒子が流出しＳＳ濃度は急激には低下していな

W.L. : Lい。

①「下水道のためのディスポーザ排水処理システム性能基準（案）」1)に示されている一般家庭等の流出水の基準としてＳＳ濃度 400 mg/L 未満とされており、安全率を 0.5Pとした場合、本システムから排出される濾水のＳＳ濃度は循環ポンプ200 mg/L 以下とすることが望まれる。この基準となる濾水P速度は図 6 中の数式より 500 L/m2/h となる。

① 流入ポンプ② ドラム③ 循環ポンプ④ 電動弁

500：OFF→ON：ON→OFF：OFF：OPEN

濾水SS濃度(mg/L)

400300W.L. : L→H

200②

y = 47.884Ln(x) - 98.051
R2 = 0.9799

1000020000

40000

P60000 80000 100000 120000 140000
濾水速度(L/m2/h)

循環ポンプ

図 6 ディスポーザ排水のプレコート式固液分離特性P① 流入ポンプ② ドラム③ 循環ポンプ④ 電動弁

4.4 実証試験機の作製：ON：OFF：OFF：OPEN

カラム試験の結果を基に実証試験機のメッシュ目開きを 100 μm (180 mesh)とし、固液分離槽容量 140 L

W.L. : H(W = 870 mm, H = 650 mm, D = 280 mm)、固液分離③

ドラム直径 600 mm、幅 250 mm、表面積 0.5 m2 の試験機を作製した（図 7）。本実証試験機を用いて制御方法および回収物の回収用ドラムへの転写、回収方法について検討を行った。

P循環ポンプP① 流入ポンプ② ドラム③ 循環ポンプ④ 電動弁：ON→OFF：OFF→ON：OFF：OPEN

W.L. : H→L

P
循環ポンプ

P

図 7 プレコート式回転ドラム型固液分離実証試験機① 流入ポンプ② ドラム③ 循環ポンプ④ 電動弁

4.5 ドラムの制御方法：OFF：ON：OFF：OPEN

図 8 ドラムの制御方法4.2 での試験において簡欠タイマを用いてドラムの回転速度を調整していたが、水頭差をより安定に保つため、

－36－

④

有機性排水からの懸濁物回収システムの開発

運転開始時は、ドラムメッシュ上にプレコート層が形成、これは、カラム試験ではメッシュ部への圧力は一定であ成熟されておらず濾水中の SS が高いため、ドラムを停止るが、実証試験機ではドラムの回転によってメッシュの浸した状態で処理対象水を固液分離槽の半分程度供給し、漬している深さが変化するため、水頭圧が変化したことが濾水を循環させた。その後、プレコート層が形成され固液起因していると考えられる 4)。

分離槽内の水位がＬに達したら循環を停止させ、処理対回収用ドラムは、表面積の差を用いて転写回収を行う

象水を供給し、濾水を排出する。

が、このドラムは動力を用いておらず、固液分離用ドラム連続運転は、固液分離槽水位 W.L.によって処理対象へ設置させることによって回転させている。本方法では、水の供給ポンプ、固液分離ドラムの回転を制御した。処回収用ドラムの材質や固液分離ドラムへの押し付け圧力

理対象水の供給速度は目標となる水質の濾水速度と同じによって転写の可否が決定される。吸水性の高いフェルトになるように設定した。固液分離槽の W.L.は、4 点で制を回収用ドラムに用いて転写試験を行った結果、転写は御を行った。W.L.が L のときは処理対象水の供給ポンプされるもののスクレーパーでのかき取りが困難であった。

が始動し、固液分離用ドラムが停止する（図 8-①）。この

これは、フェルトがやわらかく、スクレーパーで押し込んで時、濾水は排出している。固液分離ドラムが停止しているしまったためである。スクレーパーのかき取りを考慮して材状態では、プレコートが形成されていないメッシュ部に質をラバーへ変更して試験を行った。これにより、固液分徐々にプレコートを形成し、W.L.が上昇する（図 8-②）。

離ドラムから回収用ドラムへ転写されスクレーパーでの回W.L.が H となったとき、固液分離ドラムが回転を開始する収に成功した（図 10）。しかしながら、固液分離ドラムへの（図 8-③）。供給が停止すると共に、ドラムが回転したこと

押し付け圧力を高くすると転写は行われずにメッシュへ押によってプレコートが形成されていないメッシュ部が固液し付けるのみになってしまうことが確認された 3)。したがっ分離槽へ入水するため、W.L.が低下する（図 8-④）。て、面ではなく、線で押し付けることによって転写が行わ

W.L.が L になったら、固液分離ドラムを停止し、W.L.が Lれていることが示唆された。製紙業で用いられてきた装置となったときの運転制御にもどる（図 8-①）。これを繰り返

では回収物が繊維状であることもあり回収用ドラムへの押し連続的に処理する。

し付け圧力を微調整する必要がないが、本研究のようにメ本制御によってプレコート層が形成、成熟していないメッシュ目開きが細かく、微細な懸濁物を回収する場合は、ッシュ部からの流出を防ぐと共にプレコートを安定的に形より細かな条件の設定が必要であることが示唆された。

成することが可能となった。
4.6 ドラム試験
固液分離実証試験機を用いて 4.5 で示した制御方法
で固液分離性能の検証を行った。4.3 のカラム試験の結果を基に濾水速度が 100～800 L/m2/h となる運転条件を設定した。本制御において安定的に濾水のＳＳ濃度を200 mg/L 以下に保つことができた。カラム試験から得たられた予測値より実測値のほうが濾水中のＳＳ濃度が低くなった（図 9）250
y = 47.884Ln(x) - 98.051
濾水SS濃度(mg/L)

200150

図 10 固液分離ドラムから回収用ドラムへの転写の様子y = 43.39Ln(x) - 105.13

100

実測
予測

上記のように転写回収された回収物の含水率は 85～5090%であり、バイオマス資源として有効に利用できると考えられた。

00200

400
濾水速度(L/m2/h)

600800

図 9 実証試験機を用いた固液分離特性－37－フジタ技術研究報告 第 47 号

§５．まとめ

参考文献
1)

有機性排水中に含まれる懸濁物を効率的かつバイオマス資源として有効に活用可能な状態での回収装置を構基準(案) 社団法人日本下水道協会2)築した。
①

収用固液分離システムの開発、第 20 回廃棄物資源循

する排水基準に合った固液分離機の設計手法を

環学会研究発表会講演論文集、p237-238、20093)石川光祥 ら：有機性排水からの懸濁性懸濁物回収システムの開発、第 21 回廃棄物資源循環学会研究発固液分離機の運転制御を固液分離槽での水位制御（水頭差）で行うことにより、安定した水質の濾表会講演論文集、p279-280、2010

水を排出することが可能となった。
③

石川光祥 ら：ディスポーザ排水からの浮遊固形物回カラム試験を用いることで各有機性排水、目標と構築した。

②

下水道のためのディスポーザ排水処理システム性能

4)

石川光祥 ら：プレコート式固液分離技術を用いた懸本稿で構築した制御において連続運転した条件

濁性排水からの固形物回収システムの開発、第 45 回においても濾水のＳＳ濃度を 200 mg/L 以下にす

日本水環境学会年会講演集、p654、2011

ることができた。
④

転写回収部において、素材の選定、回収用ドラムの押し付け圧力の調整により、ドラムメッシュを傷⑤つけることなく回収することが可能となった。

ひ と こ と回収物の含水率はバイオマス資源として有効に有機性排水はバイオマス資源として活用できる 85～90%であった。のポテンシャルはあるものの、低濃度であるため、有効に活用されていない

以上の結果より、有機性排水中に含まれる懸濁物を連ことが多い。本固液分離機の採用で続的に効率よく固液分離することによって、回収物をバイバイオマス資源の有効活用、後段へオマス資源として有効に活用でき、濾水の後段処理へのの負荷低減を実現し、循環型社会の負荷を低減させることが可能なシステムを構築することが構築に寄与できるよう性能、適用範囲
石川 光祥できた。

－38－を拡大していきたいと思っています。