JP2014018744A

JP2014018744A - 排水処理システム

Info

Publication number: JP2014018744A
Application number: JP2012160329A
Authority: JP
Inventors: 聡司 ▲高▼見; Satoshi Takami; Shigefumi Miyata; 茂史宮田; Chiyoharu Miyazaki; 千代晴宮崎
Original assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Current assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】設備コストの低減を図るとともに汚濁物質の濃度を確実に低減することができる排水処理システムを提供することを課題とする。
【解決手段】ＢＯＤを含んだ工場排水を処理する工場排水処理設備２と、窒素を含んだ工場内生活排水を処理する工場内生活排水処理設備３とを備えた排水処理システム１において、工場排水処理設備２は、ＢＯＤの濃度を低減する曝気部１３を備えており、工場内生活排水処理設備３は、工場内生活排水を硝化反応させる硝化手段を備えており、曝気部１３を含む上流側において、硝化反応させた工場内生活排水と工場排水とを混合することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理システムに関する。

例えば、工場等で排出される排水には、多くの汚濁物質が含まれているため、これらの汚濁物質を除去するか、あるいは汚濁物質の濃度を水質基準値以下に低減した後に、川等の公共用水域に放流しなければならない（特許文献１参照）。汚濁物質の水質基準値については水質汚濁防止法に規定されているが、地方自治体によっては独自に他の汚濁物質が設定されていたり、さらに厳しい水質基準値が設定されていたりする。また、その日の総放流量に対する測定値ではなく、放流の際の瞬間測定値を要求する地方自治体もあり、工場等の負担が大きくなっている。

図５は、従来の工場における排水処理システムＡを示す概略図である。従来の排水処理システムＡは、工場排水を処理する工場排水処理設備１０２と、工場の生活排水である工場内生活排水を処理する工場内生活排水処理設備１０３とを備えている。工場排水処理設備１０２は、一次処理槽１０４と、調整槽１０５と、曝気槽１０６と、二次処理槽１０７と、高度処理槽１０８と、貯留槽１０９とで主に構成されている。工場内生活排水処理設備３は、浄化処理槽１１１と、接触曝気槽１１２とで主に構成されている。工場排水処理設備１０２及び工場内生活排水処理設備１０３でそれぞれ処理された排水は、排水分析槽１１０で貯留、分析された後、公共用水域に放流される。

工場排水処理設備１０２及び工場内生活排水処理設備１０３によっても汚濁物質の濃度を水質基準値以下に低減できない場合には、貯留槽１０９に地下水等の希釈水１１３を混入し、排水中の汚濁物質の濃度を低減することが行われている。

ここで、工場内生活排水中には、アンモニアが多く含まれているため窒素の濃度を低減することが問題となる。そこで、工場内生活排水処理設備１０３に、窒素の濃度の低減を行う脱窒装置を設置することが考えられる。従来の脱窒装置は、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２００９−１３６８２３号公報特開平８−１９２１８５号公報

しかし、脱窒装置は非常に高額であるため、設備コストが嵩むという問題がある。また、脱窒装置を設置した場合、脱窒槽に供給する水素供与体としてエタノールを用いることが一般的に行われているが、エタノール供給装置やエタノール自体のコストが嵩むという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、設備コストの低減を図るとともに汚濁物質の濃度を確実に低減することができる排水処理システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、ＢＯＤを含んだ工場排水を処理する工場排水処理設備と、窒素を含んだ工場内生活排水を処理する工場内生活排水処理設備とを備えた排水処理システムにおいて、前記工場排水処理設備は、ＢＯＤの濃度を低減する曝気槽を備えており、前記工場内生活排水処理設備は、前記工場内生活排水を浄化処理する浄化処理槽を備えるとともに、前記工場内生活排水を硝化反応させる硝化手段を備えており、前記曝気槽を含む上流側において、浄化処理及び硝化反応を行った前記工場内生活排水と前記工場排水とを混合することを特徴とする。

かかる構成によれば、脱窒反応を行う際に用いる水素供与体として、工場排水中に含まれるＢＯＤ（有機物）を利用することができる。つまり、硝化反応させた工場内生活排水とＢＯＤを含んだ工場排水とを混合することにより脱窒反応を促進させ、排水中の窒素の濃度を低減することができる。また、工場排水のうち脱窒反応に用いられなかったＢＯＤについては、曝気槽によってその濃度を低減することができる。

また、前記曝気槽において、前記工場排水と前記工場内生活排水とからなる排水のＢＯＤ／Ｎ比が３．０以上に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、過不足無く脱窒反応を促進することができる。

本発明に係る排水処理システムによれば、設備コストの低減を図るとともに汚濁物質の濃度を確実に低減することができる。

本実施形態に係る排水処理システムを示す概略図である。本実施形態に係る曝気部を示す要部概略図である。本実施形態に係る排水処理システムにおいて、曝気部に移送される前の各排水の分析結果示す図である。実施例の結果を示すグラフである。従来の工場における排水処理システムＡを示す概略図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る排水処理システム１は、工場で発生した工場排水及び工場で発生した工場内生活排水に含まれる汚濁物質を除去又はその濃度を低減した後に、河川に放流するシステムである。より詳しくは、排水処理システム１では、排水内の固形残渣を除去するとともに、ＢＯＤ（Biochemical oxygen demand）、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）、窒素、りん等の濃度を低減した後に、河川に放流するシステムである。

排水処理システム１は、工場排水を処理する工場排水処理設備２と、工場内生活排水を処理する工場内生活排水処理設備３と、排水分析槽２０と、制御部３０とで主に構成されている。

説明における「工場排水」とは、工場の製造作業に起因して生じる排水であって、例えば、脱脂排水、塗装排水及び被膜排水等又はこれらの排水が２種類以上混ざった排水を意味する。「工場内生活排水」とは、工場での生活に伴って発生する排水であって、例えば、雑排水、し尿等を意味する。「排水」とは、工場排水及び工場内生活排水を含んだ総称である。

工場排水処理設備２は、工場排水に含まれる汚濁物質の除去又はその濃度を低減するための施設（装置群）である。工場排水処理設備２は、一次処理槽１１，１７と、調整槽１２と、曝気部１３と、二次処理槽１４と、高度処理槽１５と、貯留槽１６とを主に備えている。

一次処理槽１１は、脱脂排水及び塗装排水を受け入れて、脱脂排水及び塗装排水に含まれる固形残渣や沈降物等を取り除く槽である。一次処理槽１１では、工場排水に硫酸バンド及び高分子凝集剤を投入して、ｐＨの調整をしつつ排水中の固形残渣を沈降させる。これにより、工場排水中の固形残渣や沈降物を分離、除去することができる。一次処理槽１１には、水質を分析する分析装置Ｎ１が設置されている。一次処理槽１１は、調整槽１２に接続されている。

一次処理槽１７は、皮膜排水を受け入れて、皮膜排水に含まれる固形残渣や沈降物等を取り除く槽であって、一次処理槽１１と同等の構成からなる。一次処理槽１７には、水質を分析する分析装置Ｎ６が設置されている。一次処理槽１７は、曝気部１３に接続されている。

調整槽１２は、一次処理槽１１で処理された工場排水を受け入れて、曝気部１３での反応を最適にするために工場排水（脱脂排水及び塗装排水）の量を調整する槽である。調整槽１２は、曝気部１３に接続されている。

曝気部１３は、調整槽１２、一次処理槽１７及び後記する接触曝気槽２２で処理された排水を受け入れて、排水に酸素を供給することで、工場排水中の微生物による汚濁物質の分解及び酸化を促進させる槽である。曝気部１３では、活性汚泥法により微生物を利用してＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、りん等の濃度を低減させる。

図２に示すように、曝気部１３は、第一曝気槽３１と、第二曝気槽３２と、沈降分離槽３３と、汚泥戻り管３４とで主に構成されている。第一曝気槽３１、第二曝気槽３２及び沈降分離槽３３には、各槽の水質を分析する分析装置Ｎ３が設置されている。第一曝気槽３１は、図示しない本体槽と、本体槽に設置された空気供給装置とで構成されている。第一曝気槽３１は、調整槽１２、一次処理槽１７及び接触曝気槽２２にそれぞれ接続されており、各槽から排水が流入するように構成されている。第二曝気槽３２は、第一曝気槽３１と同等の構成からなる。

沈降分離槽３３は、第二曝気槽３２で処理された排水を受け入れて、活性汚泥等の沈降物を沈降させるための槽である。沈降分離槽３３の上層の排水は、二次処理槽１４に移送される。

汚泥戻り管３４は、沈降分離槽３３と第一曝気槽３１及び第二曝気槽３２とにそれぞれ接続されている。汚泥戻り管３４は、沈降分離槽３３で沈降した沈降物（活性汚泥等）を第一曝気槽３１及び第二曝気槽３２で再利用するための輸送管である。汚泥戻り管３４には、活性汚泥を循環させるための図示しないポンプ等が設置されている。

図１に示すように、二次処理槽１４は、曝気部１３で処理された工場排水を受け入れて、一次処理槽１１と略同様の処理を行って工場排水中の固形残渣や沈降物をさらに取り除く。二次処理槽１４は、高度処理槽１５に接続されている。

高度処理槽１５は、一次処理槽１１〜二次処理槽１４によって処理された排水をさらに浄化する槽である。高度処理槽１５は、例えば、砂濾過装置及び活性炭吸着装置を含んで構成されている。砂濾過装置は、砂を用いて工場排水を濾過することで、工場排水中の固形残渣等をさらに取り除くことができる。活性炭吸着装置は、活性炭に工場排水を通過させることで、工場排水中の有機物取り除くことができる。高度処理槽１５には、水質を分析する分析装置Ｎ４が設置されている。高度処理槽１５は、貯留槽１６に接続されている。

貯留槽１６は、高度処理槽１５で処理された排水を受け入れて、一旦貯留するための槽である。貯留槽１６では、例えば、塩素消毒等の消毒処理を行ってもよい。また、貯留槽１６では、希釈水１８を用いて必要に応じて排水を希釈させてもよい。希釈水１８は、地下水や工水等を用いることができる。貯留槽１６は、排水分析槽２０に接続されている。

本実施形態では、工場排水処理設備２を以上のように構成したが、工場排水中の汚濁物質の除去及びその濃度の低減が可能であれば他の構成であってもよい。

工場内生活排水処理設備３は、浄化処理槽２１と、接触曝気槽２２とを備えている。工場内生活排水処理設備３は、工場内で排出される工場内生活排水に含まれる汚濁物質の除去又はその濃度を低減するための施設（装置群）である。

浄化処理槽２１は、公知の浄化槽で構成されており、工場内生活排水中の固形残渣等を取り除くとともに、ＢＯＤ、ＣＯＤ等の濃度の低減を行う。

接触曝気槽（硝化手段）２２は、浄化処理槽２１の排水を受け入れて、工場内生活排水中のＢＯＤ、ＣＯＤ、りん、窒素等の濃度の低減を行う。接触曝気槽２２は、図示しない本体槽と、本体槽の内部に設置された空気供給装置とで構成されている。接触曝気槽２２には、水質を分析する分析装置Ｎ７が設置されている。接触曝気槽２２は、曝気部１３に接続されている。また、接触曝気槽２２では、酸素が供給されることにより、下記に示す硝化反応が促進されている。
ＮＨ_４＋２Ｏ_２→ ＮＯ_３＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｈ^＋（式１）
硝化反応によって、接触曝気槽２２から曝気部１３に移送される排水中には硝酸性窒素（ＮＯ_３）が含まれている。なお、接触曝気槽２２の下流側において、滅菌処理を行ってもよい。

本実施形態では、工場内生活排水処理設備３を以上のように構成したが、工場内生活排水中の汚濁物質の除去及びその濃度の低減が可能であれば他の構成であってもよい。例えば、本実施形態では硝化手段として接触曝気槽２２を用いているが、例えば、硝化槽を設けて工場内生活排水の硝化反応を促進させてもよい。

排水分析槽２０は、貯留槽１６の排水を受け入れてその排水の分析を行い、分析結果に応じて排水を放流する。排水分析槽２０には、水質を分析する分析装置Ｎ５が設置されている。分析装置Ｎ５の分析結果で水質基準値を満たさない場合は、排水分析槽２０と一次処理槽１１の上流側とを連結する戻り管（図示省略）等を設けて排水を循環させてもよい。これにより、水質基準を満たさない排水が河川等に放流されるのを防ぐことができる。

制御部３０は、演算手段（ＣＰＵ）、記憶手段、入力手段、表示手段等を備えたコンピュータで構成されており、排水処理システム１の全体の制御を行う。制御部１０は、分析装置Ｎ１〜Ｎ７と電気的に接続されており、分析装置Ｎ１〜Ｎ７から送られた分析結果をモニタ等の表示手段に表示するように構成されている。

次に、本実施形態に係る排水処理システム１の作用について説明する。本実施形態では、曝気部１３において、脱窒反応とＢＯＤ及びＣＯＤの濃度の低減が行われていることを特徴とするものである。

図３は、本実施形態に係る排水処理システムにおいて、曝気部に移送される前の各排水の水質分析結果示す図である。脱脂排水、塗装排水及び皮膜排水は、一次処理槽１１，１７に移送される前の分析結果である。工場内生活排水は、接触曝気槽２２における分析結果である。

図３に示すように、脱脂排水及び塗装排水は、他の排水と比べてＢＯＤの濃度が高く、窒素の濃度が低くなっている。脱脂排水は、ボディー等の金属板に付着する油等を落とす脱脂工程で排出される排水であって、油や鉄を多く含む傾向がある。塗装排水は、塗装工程で排出される排水であって、塗装液及び塗装液を洗浄する際に発生する洗浄排水等を多く含む傾向がある。

一方、皮膜排水及び工場内生活排水は、他の排水と比べて窒素の濃度が高く、ＢＯＤの濃度が低くなっている。皮膜排水は、塗装工程の前処理として行われる皮膜工程の際に排出される排水であって、硝酸性窒素（ＮＯ_３）を多く含む傾向がある。工場内生活排水は、工場での生活に伴って発生する排水であって、アンモニア性窒素（ＮＨ_４）を多く含む傾向がある。

脱窒反応が行われるためには、下記の式２に示すように硝酸性窒素と反応する水素供与体が必要になる。本実施形態では、水素供与体として排水（特に、脱脂排水及び塗装排水）に含まれるＢＯＤを利用して脱膣を行うものである。
ＮＯ_３＋５Ｈ^＋＋水素供与体 → １／２Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋ＯＨ⁻ （式２）

接触曝気槽２２から移送される工場内生活排水及び一次処理槽１７から移送される皮膜排水に含まれる硝酸性窒素（ＮＯ_３）は、曝気部１３内で水素供与体であるＢＯＤと反応して式２に示す脱窒が起こるため、排水中の窒素の濃度が低減される。

また、脱窒反応で用いられなかったＢＯＤは、第一曝気槽３１及び第二曝気槽３２において活性汚泥法によって微生物によって分解される。これにより、排水中のＢＯＤの濃度が低減する。

窒素量に対するＢＯＤ量の比率（ＢＯＤ／Ｎ）は、３．０以上であることが好ましい。より好ましくは、ＢＯＤ／Ｎ＝３．０〜６．０程度に設定することが好ましい。排水処理システム１の管理者は、制御部３０の表示手段に表示されるＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、りん等の値を把握しつつ、曝気部１３に移送される排水のＢＯＤ／Ｎが３．０〜６．０程度となるように制御することが好ましい。

図３に示すように、本実施形態では、曝気部１３に貯留される排水中の全窒素量は１３９ｍｇ／ｌ（１．０＋１７．０＋６５．０＋５６．０）であり、全ＢＯＤ量は４２７ｍｇ／ｌ（９９．０＋３２０．０＋０．０＋８．０）である。したがって、ＢＯＤ／Ｎは３．０７であるため、脱窒反応が好適に促進すると考えられる。

窒素に対してＢＯＤが少ないときは、脱脂排水及び塗装排水の水量を多くするか、又は、皮膜排水及び工場内生活排水の水量を少なくすればよい。一方、窒素に対してＢＯＤの量が多いときは、脱脂排水及び塗装排水の水量を少なくするか、又は、皮膜排水及び工場内生活排水の水量を多くすればよい。水量の調節は、調整槽１２、一次処理槽１７及び接触曝気槽２２に設けられているバルブ（図示省略）で流量を調節すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、脱窒反応を行う際に用いる水素供与体として、脱脂排水及び塗装排水中に多く含まれるＢＯＤ（有機物）を利用することができる。つまり、硝酸性窒素を多く含む工場内生活排水及び皮膜排水と、ＢＯＤを多く含む脱脂排水及び塗装排水とを混合することにより脱窒反応を促進させ、窒素の濃度を低減することができる。また、排水のうち脱窒反応に用いられなかったＢＯＤについては、曝気部１３によってその濃度を低減することができる。

また、本実施形態によれば、新たに脱窒装置を必要としないため、設備コストを低減することができる。また、水素供与体として排水中のＢＯＤを用いるため、水素供与体としてエタノール等を用いる場合と比べるとランニングコストを大幅に低減することができる。

また、本実施形態によれば、接触曝気槽２２と曝気部１３とを接続するだけでよいため、簡易な構成とすることができる。また、通常、脱窒反応は嫌気条件下で行われるため、曝気槽とは別に、脱窒槽を設けることが一般的に行われているが、本実施形態では脱窒槽等は不要であるし、好気条件（有酸素条件）下でも脱膣反応を促進することができる。

また、本実施形態によれば、曝気部１３で多くのＢＯＤを用いる必要があるため、一次処理槽１１でＢＯＤを処理する量を従来に比べて少なくできる。そのため、一次処理槽１１で用いる硫酸バンド及びび高分子凝集剤等の薬品の投入量を少なくすることができる。
また、従来では、曝気部１３で、尿素等を投入して、脱窒反応を促進させることが行われていたが、本実施形態では、工場内生活排水及び皮膜排水に窒素成分が多く含まれているため、尿素等の投入量を少なくできるか又は尿素等の投入を省略できる。

また、ＢＯＤ／Ｎが３．０以上、より好ましくは３．０〜６．０に設定されることで、窒素の除去を効率よく行うことができる。

以上本実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では工場における排水処理を例示したが、他の施設に本発明を適用してもよい。特許請求の範囲における「工場」とは、製造品を製造する工場や、研究施設、プラント、発電所等であって、ＢＯＤを含む排水が排出される施設を含み得る。例えば、本実施形態では、硝酸性窒素を多く含む皮膜排水及び工場内生活排水を曝気部１３に移送しているが、これに限定されるものではない。皮膜排水及び工場内生活排水の硝化反応を行った後の排水は、曝気部１３を含む上流側であればどの位置で他の工場排水と混合させてもよい。

また、本実施形態では４種類の排水を例示したが、他の種類の排水においても本発明を適用することができる。また、調整槽１２、一次処理槽１７及び接触曝気槽２２に電動バルブを設置するとともに、制御部３０からの信号に基づいて前記電動バルブの開閉を行うように構成してよい。制御部３０は、各分析装置Ｎ１〜Ｎ７におけるＢＯＤ／Ｎの値に基づいて、各電動バルブの開閉を自動で行うことにより、効率の良い脱窒反応を自動で行うこともできる。

次に、本発明の実施例について説明する。図４は、実施例の結果を示すグラフである。
実施例では、排水処理システム１において、脱脂排水、塗装排水、皮膜排水及び工場内生活排水の排水処理を行い、排水分析槽２０における窒素量を計測した。一方、比較例では、図５に示す排水処理システムＡにおいて、脱脂排水、塗装排水、皮膜排水及び工場内生活排水の排水処理を行い、排水分析槽２０における窒素量を計測した。比較例では４ｔ／日の希釈水を用いているが、実施例では希釈水を用いていない。

窒素量は、各日における平均値を算出し、日ごとに分けてグラフ上にプロットした。結果Ｄ１は実施例のＡ月結果を示し、結果Ｄ２は実施例のＢ月の結果を示している。結果Ｅ１は、比較例のＣ月の結果を示している。Ａ月、Ｂ月、Ｃ月とも排水量は概ね同等であり、また、この工場では同じ内容の製品を製造しているため概ね同種の排水が流出している。

図４に示すように、比較例の窒素量は概ね１０ｍｇ／ｌであるのに対し、実施例の窒素量は５ｍｇ／ｌであることがわかった。比較例は、希釈水を用いた値であるので、実施例においても希釈水を用いれば、さらに窒素の濃度を低減すると考えられる。

１排水処理システム
２工場排水処理設備
３工場内生活排水処理設備
１１一次処理槽
１２調整槽
１３曝気部
１４二次処理槽
１５高度処理槽
１６貯留槽
１７一次処理槽
１８希釈水
２０排水分析槽
２１浄化処理槽
２２接触曝気槽
３０制御部

Claims

ＢＯＤを含んだ工場排水を処理する工場排水処理設備と、窒素を含んだ工場内生活排水を処理する工場内生活排水処理設備とを備えた排水処理システムにおいて、
前記工場排水処理設備は、ＢＯＤの濃度を低減する曝気槽を備えており、
前記工場内生活排水処理設備は、前記工場内生活排水を浄化処理する浄化処理槽を備えるとともに、前記工場内生活排水を硝化反応させる硝化手段を備えており、
前記曝気槽を含む上流側において、浄化処理及び硝化反応を行った前記工場内生活排水と前記工場排水とを混合することを特徴とする排水処理システム。
前記曝気槽において、前記工場排水と前記工場内生活排水とからなる排水のＢＯＤ／Ｎ比が３．０以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理システム。