JP2006088018A

JP2006088018A - 有機物を含む排水の前処理装置

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Publication number: JP2006088018A
Application number: JP2004275471A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sawada; 善行澤田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】有機物を含む排水を生物処理するに先駆けて前処理を行うことにより、生物処理により発生する汚泥の量を少なくすることを可能にする有機物を含む排水の前処理装置の提供。
【解決手段】通電により塩化物を含む水中に塩素ガスを発生する電極板１１を用いて有機物を含む排水を電気分解する電気分解槽１と、電気分解槽１によって処理された排水中にオゾン発生機２により発生させたオゾンガスを注入する手段と、オゾンが注入された排水中の固形物を微細化するノズルを備え、排水を酸化反応させる反応装置３とを有する有機物を含む排水の前処理装置である。電気分解槽１では電極から塩素ガスが発生し、排水中に強い酸化力を有する次亜塩素酸が生成されるため、排水中の有機性汚泥は酸化分解される。その後、オゾンガスを注入することにより、少ない量のオゾンガスであっても、排水中の有機物を分解することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を含む排水を生物処理するための前処理を行う有機物を含む排水の前処理装置に関する。

有機物を含む排水の浄化処理においては、活性汚泥法などの生物処理が主として用いられているが、このような生物処理においては、その処理に際してかなりの余剰汚泥が発生することが問題となる。従来、余剰汚泥は、脱水、乾燥、焼却で減容処理しているが、最終処分場の不足もあって処理費用は高騰している。

この有機性の余剰汚泥を減容化する方法として、最終沈殿槽より引き抜かれた有機性汚泥をオゾン酸化して可溶化した後、好気性微生物により生物学的に分解する方法等が提案されている（例えば、特許文献１，２，３，４参照。）。

特開平６−２０６０８８号公報特開平９−１２２６７９号公報特開２００２−２８６８６号公報特開平１０−２１６６８８号公報

ところが、上記特許文献１〜４に記載のように、単にオゾン酸化によって余剰汚泥を減容化しようとする場合、実際には大量のオゾンガスが必要となる。これは、汚泥のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）およびＣＯＤ（化学的酸素要求量）を改善するのに大量のオゾンが消費されるためである。

したがって、上記従来の汚泥処理方法を実施するには、大量のオゾンガスを供給するための大掛かりなオゾン発生装置が必要となるため、汚泥処理に莫大な費用が掛かることになる。

そこで、本発明においては、有機物を含む排水を生物処理するに先駆けて前処理を行うことにより、生物処理により発生する汚泥の量を少なくすることを可能にする有機物を含む排水の前処理装置を提供することを目的とする。

本発明の有機物を含む排水の前処理装置は、通電により塩化物を含む水中に塩素ガスを発生し、次亜塩素酸を生成する電極を用いて有機物を含む排水を電気分解する電気分解槽と、電気分解槽によって処理された排水中にオゾンガスを注入する手段と、オゾンガスが注入された排水中の固形物を微細化する微細化手段を備え、オゾンガスが注入された排水を酸化反応させる反応装置とを有するものである。

通電により塩化物を含む水中に塩素ガスを発生し、次亜塩素酸を生成する電極を用いて、有機物を含む排水を電気分解すると、電極から塩素ガスが発生し、排水中に次亜塩素酸が生成される。次亜塩素酸は強い酸化力を有するため、排水中の有機物は酸化分解され、排水中のＢＯＤおよびＣＯＤが改善される。そして、このように事前にＢＯＤおよびＣＯＤが改善された排水中にオゾンガスが注入されることにより、少ない量のオゾンガスであっても、このオゾンガスによる排水中の有機物の酸化分解が行われる。このとき、排水中には、非常に強い酸化力を有するＯＨラジカルが発生する。さらにこの排水は、反応装置中の微細化手段によって微細化されることにより、排水中の有機物とオゾンガス等との接触面積が拡大されるため、有機物の酸化分解がさらに促進され、有機物の減容がなされる。

また、このとき、反応装置内を加圧しておくことにより、より多くのオゾンガス等を排水中に溶解させ、排水中の有機物と反応させて酸化分解することが可能である。また、反応装置内の余剰ガスと電気分解槽内の排水とを反応させ、微細化して電気分解槽へ戻すことにより、排水中の有機物分解が促進される。

ここで、電極は、白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆したものを用いることができる。白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆した電極は、極めて低い電圧エネルギ消費で塩化物を含む水中に塩素を発生する。

（１）通電により塩化物を含む水中に塩素ガスを発生し、次亜塩素酸を生成する電極を用いて有機物を含む排水を電気分解する電気分解槽と、電気分解槽によって処理された排水中にオゾンガスを注入する手段と、オゾンガスが注入された排水を微細化する微細化手段を備え、排水を酸化反応させる反応装置とを有することにより、電気分解によって発生した塩素ガスおよび次亜塩素酸により有機物を含む排水のＢＯＤおよびＣＯＤを改善した後に、オゾンガスを注入して酸化分解を行うため、少ない量のオゾンガスであっても、有機物を酸化分解して減容化することができる。これにより、次に行う生物処理の生物処理槽を小さくすることが可能となり、生物処理により発生する汚泥の量を少なくすることができる。

（２）反応槽内が、加圧してあることにより、より多くのオゾンガス等を排水中に溶解させ、排水中の有機物と反応させて酸化分解することが可能であるため、より効率よく有機物を酸化分解して減容化することができる。

（３）反応槽内の余剰ガスを電気分解槽内の排水中に溶解させる手段を備えたことにより、電気分解槽内でも酸化分解が行われるようになるため、さらに効率よく有機物を酸化分解して減容化することができる。

（４）電極が、白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆したものであることにより、極めて低い電気エネルギ消費で塩化物を含む水中に塩素を発生させることができるため、消費電力の少ない有機物を含む排水の前処理装置が得られる。

図１は本発明の実施の形態における有機物を含む排水の前処理装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態における有機物を含む排水の前処理装置は、有機物を含む排水を電気分解する電気分解槽１と、電気分解槽１により電気分解された排水中に注入するオゾンガスを発生するオゾン発生機２と、オゾンガスが注入された排水を酸化反応させる反応装置３と、排水の流量を調整する流量調整槽４と、反応装置３内の余剰ガスを排水に溶解させる溶解装置５とを備える。

電気分解槽１は、隔壁１０によって二つの槽に分離されている。これらの二つの槽のうち、後段の槽１ｂには、陰極および陽極を交互に配置した電極板１１を備える。電極板１１には、整流器１２によって交流または直流化された電流が印加される。電極板１１は、チタン基体に白金系材料の被服層を熱分解（焼成）によって形成した金属電極である。ここで、白金系材料とは、白金（Ｐｔ）を含む材料であり、純白金および白金をルテニウムやその他の材料にブレンドした複合材料を含むものとする。また、チタン以外の金属基体に被覆したものを使用することもできる。

隔壁１０によって分離された二つの槽のうち、前段の槽１ａには、電気伝導度（以下、「ＥＣ」と称す。）計１３、酸化還元電位（以下、「ＯＲＰ」と称す。）計１４、水素イオン指数（以下、「ｐＨ」と称す。）計１５が設けられている。ＥＣ計１３により測定されるＥＣによって、槽１ａ内の塩濃度を知ることができる。ＯＲＰ計１４により測定されるＯＲＰによって、槽１ａ内の水質が酸化状態か還元状態かを見極めることができる。ｐＨ計１５により測定されるｐＨによって、槽１ａ内の水質が酸性かアルカリ性かを見極めることができる。また、前段の槽１ａには、濃縮食塩水を供給する食塩水供給装置１６が設けられている。

オゾン発生機２は、従来公知のオゾン発生機である。オゾン発生機２は、電気分解槽の後段の槽１ｂと反応装置３とを接続する配管７ａの途中に接続される。また、配管７ａの途中にはポンプ８ａを備える。オゾン発生機２により発生させたオゾンガスは、電気分解槽１の後段の槽１ｂからポンプ８ａによって吸い上げられた排水中に注入される。

反応装置３は、電気分解処理後の排水とこの排水に注入されたオゾンガスとを反応させる槽である。反応装置３内は、０．１５〜０．３ＭＰａ程度加圧してある。反応装置３は、電気分解槽１から導入する排水中のＳＳ（浮遊物質）等の固形物を微細化する微細化手段として、図２に示すノズル３０を備える。ノズル３０は、反応装置３の入口に設けられている。図２の（ａ）はノズル３０の正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はＡ矢視図である。

ノズル３０は、図２（ｂ）に示すように、内ノズル３１と外郭３２からなる内外二重構造を有する。配管７ａは内ノズル３１に接続されている。内ノズル３１の先端は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、下方に向けて開口している。この内ノズル３１の開口部３３には、内ノズル３１の内側と外側にそれぞれ交互に突出した複数の爪３４ａ，３４ｂを備える。内ノズル３１から吐出される排水は、内側の爪３４ａに衝突することによって微細化される。また、内ノズル３１から吐出される排水の一部は、内ノズル３１から外側へ拡散する際に外側の爪３４ｂに衝突することによって微細化される。

外郭３２は、図２（ａ）に示すように複数のスリット３５を備える。スリット３５は、鋸の歯のように凸凹が交互に並んだ形状である。内ノズル３１から吐出される排水中の固形物は、このスリット３５を通り抜ける際に、鋸の歯のような凸凹に衝突することによってさらに微細化される。また、外郭３２の下部であって内ノズル３１の真下には、内ノズル３１から吐出された排水を衝突させて飛散させるための飛散板３６を備える。飛散板３６の周縁部は、内ノズル３１から吐出された排水が衝突した後、外郭３２のスリット３５に向かうように、やや上方に向かって反った形状としている。内ノズル３１から吐出された排水中の固形物は飛散板３６に衝突して飛散し、スリット３５を通り抜けることによってさらに微細化される。

また、反応装置３は、水位センサ３７を備える。ポンプ８ａは、この水位センサ３７の検出結果に基づいて制御される。これにより、反応装置３内の水位は一定に保たれる。

流量調整槽４は、配管７ｂによって反応装置３と接続されている。配管７ｂは、反応装置３の下部（水位センサ３７よりも下の位置）に接続されている。流量調整槽４は、配管７ｂによって供給される処理水を貯留し、ポンプ８ｂによって配管７ｃおよび電磁弁８ｆを介して曝気槽へ送出する処理水の流量を調整するためのものである。また、流量調整槽４内の水は配管７ｇによってポンプ８ａの前に戻されることにより、反応装置３による処理が繰り返し行われる。

溶解装置５は、反応装置３内の上方から配管７ｄによって取り出した余剰ガスを、電気分解槽１の後段の槽１ｂからポンプ８ｃを備えた配管７ｅにより取り出した排水に溶解反応させるものである。溶解装置５内は、反応装置３内と同様、０．１５〜０．３ＭＰａ程度加圧してある。溶解後の排水は、電気分解槽１の前段の槽１ａへ配管７ｆにより供給される。

上記構成の有機物を含む排水の前処理装置による前処理について、以下に説明する。

有機物を含む排水をポンプ８ｄによって吸い上げ、電気分解槽１の前段の槽１ａに供給する。ここで、槽１ａのＥＣ計１３によるＥＣの測定結果（槽１ａ内の塩濃度）に基づいて、槽１ａ内に適宜食塩水供給装置１６からの濃縮食塩水または希釈用水が供給され、後段の槽１ｂでの電気分解に適した塩濃度に調整される。

後段の槽１ｂでは、整流器１２によって交流または直流電流が電極板１１に流されることにより、排水の電気分解が行われる。ここで、排水が塩化物を含むので、電極板１１から塩素ガスが発生し、排水中に次亜塩素酸が生成される。この次亜塩素酸は強い酸化力を有するため、排水中の汚泥は酸化分解され、排水中のＢＯＤおよびＣＯＤが改善される。

このようにＢＯＤおよびＣＯＤが改善された排水は、ポンプ８ａによって電気分解槽１の後段の槽１ｂから反応装置３へ供給される。このとき、配管７ａの途中で排水中にオゾン発生機２により発生させたオゾンガスが注入される。このオゾンガスが注入された排水中の固形物は、反応装置３内へノズル３０によって微細化された状態で供給される。

反応装置３内では、オゾンガスによって排水中の固形物の酸化分解が行われるが、上記のように排水中の固形物がノズル３０によって微細化されているため、排水中の固形物とオゾンガスとの接触がより盛んに行われ、有機物の酸化分解がさらに促進される。ここで、オゾンは非常に不安定な物質であるため、次に示すように、有機物と直接反応して酸素に分解されるものと、水中で自己分解するものとがある。

（１）直接反応
Ｏ₃＋Ｍ（有機物）→ＭＯ＋Ｏ₂
（２）自己分解
Ｏ₃＋Ｈ₂Ｏ→ＨＯ₃ ⁺＋ＯＨ^-
ＨＯ₃ ⁺＋ＯＨ^-→２ＨＯ₂・
Ｏ₃＋ＨＯ₂・→ＯＨ・＋２Ｏ₂

（２）に示すように、オゾンは水で分解（加水分解）されることによりヒドロペルオキシラジカル（ＨＯ₂・）となり、さらにオゾンと反応することにより、ＯＨラジカル（ＯＨ・）が生成される。すなわち、反応装置３内の排水中に非常に強い酸化力を有するＯＨラジカルが発生する。そのため、このＯＨラジカルによって排水中の有機物は酸化分解される。なお、この反応装置３内でオゾンガスによって酸化分解される排水は、電気分解槽１で電気分解されることにより、事前にＢＯＤおよびＣＯＤが改善されている状態であるため、反応装置３内で酸化分解に用いられるオゾンガスの量は少ない。

また、本実施形態における前処理装置では、反応装置３内が加圧されているため、より多くのオゾンガス等が排水中に溶解され、排水中の有機物と反応して酸化分解させる。また、反応層３内のオゾンガスの余剰ガスは、溶解装置５において電気分解槽１内の排水に溶解させて電気分解槽１内に戻しているため、電気分解槽１内でも酸化分解が促進される。

こうして、次亜塩素酸やオゾンにより酸化分解された排水は、配管７ｂによって流量調整槽４へ送出される。そして、流量調整槽４から配管７ｃおよび電動弁８ｆを介して生物処理槽へと排出される。

以上のように、本実施形態における前処理装置では、電気分解によって塩化物を含む水中に発生した塩素ガスにより生成された次亜塩素酸によって、汚泥を含む排水のＢＯＤおよびＣＯＤを改善した後に、オゾンガスを注入して酸化分解を行うため、少ない量のオゾンガスであっても、有機物を酸化分解して減容化することができる。これにより、次に行う生物処理の生物処理槽を小さくすることが可能となり、生物処理により発生する汚泥の量を少なくすることができる。また、電気分解槽１に用いた電極板１１は、極めて低い電気エネルギ消費で塩素を発生するため、本実施形態における前処理装置は消費電力も少ない。

また、本実施形態における前処理装置では、電気分解槽１に備えたＯＲＰ計１４によって、水質が酸化状態か還元状態かを見極めることができるため、酸化状態であれば電気分解によって発生する次亜塩素酸の影響で酸化が進んでいると判断できる。仮に、この酸化が進みすぎている場合には、例えば、食塩水供給装置１６により添加する濃縮食塩水の量を減らすことにより、電気分解の能力を下げるなどの調整を行い、最適な酸化状態を維持することが可能である。

さらに、本実施形態における前処理装置では、電気分解槽１に備えたｐＨ計１５によって、水質が酸性かアルカリ性かを見極めることが可能である。電気分解による次亜塩素酸の発生は、ｐＨが４〜６、つまり弱酸性側で起こる。そのため、仮にｐＨが高い（アルカリ側）場合には、例えば、食塩水供給装置１６により添加する濃縮食塩水の量を増やすことにより、次亜塩素酸の発生率がより高くなる弱酸性領域に調整を行うことができる。

本発明の有機物を含む排水の前処理装置は、生物処理のための前処理を行う装置として有用である。

本発明の実施の形態における前処理装置の概略構成図である。反応装置に備えるノズルの詳細を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はＡ矢視図である。

符号の説明

１電気分解槽
１ａ前段の槽
１ｂ後段の槽
２オゾン発生機
３反応装置
４流量調整槽
５溶解装置
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ配管
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄポンプ
１０隔壁
１１電極板
１２整流器
１３ＥＣ計
１４ＯＲＰ計
１５ｐＨ計
１６食塩水供給装置
３０ノズル
３１内ノズル
３２外郭
３３開口部
３４ａ，３４ｂ爪
３５スリット
３６飛散板
３７水位センサ

Claims

通電により塩化物を含む水中に塩素ガスを発生し、次亜塩素酸を生成する電極を用いて有機物を含む排水を電気分解する電気分解槽と、
同電気分解槽によって処理された排水中にオゾンガスを注入する手段と、
前記オゾンガスが注入された排水中の固形物を微細化する微細化手段を備え、前記オゾンガスが注入された排水を酸化反応させる反応装置と
を有する有機物を含む排水の前処理装置。
前記反応装置内は、加圧してあることを特徴とする請求項１記載の有機物を含む排水の前処理装置。
前記反応装置内の余剰ガスを前記電気分解槽内の排水中に溶解させる手段を備えた請求項１または２に記載の有機物を含む排水の前処理装置。
前記電極は、白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆したものである請求項１から３のいずれかに記載の有機物を含む排水の前処理装置。