特許 5696372 汚水処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5696372

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】汚水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/28 20060101AFI20150319BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/28 Z

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2010-99689(P2010-99689)

(22)【出願日】2010年4月23日

(65)【公開番号】特開2011-230007(P2011-230007A)

(43)【公開日】2011年11月17日

【審査請求日】2013年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000349

【氏名又は名称】特許業務法人 アクア特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】曽我部 正紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸明

(72)【発明者】

【氏名】清川 和人

(72)【発明者】

【氏名】古賀 英明

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２３８０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１１００９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７９２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１５６０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２１４５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６０６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３１８９９３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／００−３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を含有する汚水を浄化処理する汚水処理システムであって、
前記汚水に含まれる有機物を分解して有機酸を生成する酸生成反応槽と、
前記酸生成反応槽における処理後の汚水の温度を調整する温度調整槽と、
前記温度調整槽において温度を調整された汚水に含まれる有機酸を分解してメタンガスを生成するメタン生成反応槽と、
前記メタン生成反応槽において処理された汚水に含まれるアンモニアを酸化して硝酸を生成する硝化槽と、
前記メタンガスを燃焼させて蒸気を生成するボイラと、
前記メタン生成反応槽における処理よりも後の前記硝化槽の汚水と冷媒との熱交換を行うヒートポンプと、
を備え、
前記温度調整槽における温度調整では、前記ボイラにおいて生成された蒸気を注入することによる加熱と、前記ヒートポンプにおける前記冷媒との熱交換による加熱または冷却とを利用することを特徴とする汚水処理システム。

【請求項2】

前記温度調整槽は、前記汚水の温度が２５℃〜３７℃の範囲となるように温度調整することを特徴とする請求項１に記載の汚水処理システム。

【請求項3】

化石燃料を燃焼させて蒸気を生成する第２ボイラを更に備え、
前記温度調整槽における温度調整には、前記第２ボイラにおいて生成された蒸気を注入することによる加熱も利用することを特徴とする請求項１に記載の汚水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚水を浄化処理する汚水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工場等から排出される水には、微生物の栄養源となる有機物が含まれていることがある。このような水（以下、汚水と称する）がそのままの状態で海や河川、湖沼に流れると、海等の水の富栄養化が進行して微生物が異常増殖し、赤潮やアオコ等の現象を引き起こしてしまう。このため、汚水を海等に流す際には事前に浄化処理が行われる。

【0003】

汚水の浄化処理技術は従来から様々なものが提唱されており、代表的なものとしては、好気性微生物や嫌気性微生物等の微生物を利用する生物的処理、化学反応を利用する化学的処理、沈殿凝集やろ過を利用する物理的処理などがある。その中でも、例えば生物的処理を利用した浄化処理技術として、特許文献１には、汚泥を嫌気的に発酵させて有機酸を生成させる有機酸生成装置と、かかる有機酸生成装置で得られる有機酸を用いて排水を生物処理する生物処理槽とを備える排水処理設備が開示されている。特許文献１によれば、有機酸生成装置に温度調整手段が設けられているため、生物処理法における有機源となる有機酸の生成率を向上させることが可能であるとしている。また温度調整手段は、ヒートポンプを有し、かかるヒートポンプが処理水から得た熱を用いて汚泥の加温や冷却を行うため、処理水の熱エネルギーを有効活用することができ、温度調整のためのエネルギーの節約を図れるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２６０６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献１によれば、確かにエネルギーの節約が図れるものの、更なる改善の余地がある。詳細には、特許文献１では、汚泥には酸生成菌だけでなくメタン生成菌も含まれているので、酸発酵槽での反応において発生した有機酸がメタンガスに変化してしまうと記載されている。そこで、有機酸のメタンガスへの変化を抑制するために、特許文献１では酸発酵層における汚泥の温度を１８〜２３℃になるように調整している。

【0006】

しかし、実際問題として、上記の温度範囲に調整したとしても、メタンガスへの変化を完全に抑制できるわけではなく、微量ながらもメタンガスが発生する。一方、このメタンガスは天然ガスの主成分であり、有用なエネルギー源である。そして、汚水に含まれる成分によっては、多量のメタンガスの発生を見込むことができる。しかしながら、特許文献１においてはその活用については何ら考慮されていない。したがって、メタンガスの有効活用を図るという点において課題を有している。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、生物的処理において発生するメタンガスを有効活用することにより、エネルギー消費の更なる削減を図ることが可能な汚水処理システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかる汚水処理システムの代表的な構成は、有機物を含有する汚水を浄化処理する汚水処理システムであって、汚水に含まれる有機物を分解して有機酸を生成する酸生成反応槽と、酸生成反応槽における処理後の汚水の温度を調整する温度調整槽と、温度調整槽において温度を調整された汚水に含まれる有機酸を分解してメタンガスを生成するメタン生成反応槽と、メタン生成反応槽において処理された汚水に含まれるアンモニアを酸化して硝酸を生成する硝化槽と、メタンガスを燃焼させて蒸気を生成するボイラと、メタン生成反応槽における処理よりも後の硝化槽の汚水と冷媒との熱交換を行うヒートポンプと、を備え、温度調整槽における温度調整では、ボイラにおいて生成された蒸気を注入することによる加熱と、ヒートポンプにおける冷媒との熱交換による加熱または冷却とを利用することを特徴とする。

【0009】

上記構成によれば、ヒートポンプにおける熱交換による温度調整だけでなく、生物的処理において発生するメタンガスをボイラで燃焼させて生成した蒸気の熱も利用して温度調整槽における汚水の温度調整を行うことが可能となる。換言すれば、汚水から生成したメタンガスによって温度調整を行うと共に、メタンガスでは不足した熱量を、汚水を熱源とするヒートポンプによって補うことができる。したがって、メタンガス、ひいては系全体のエネルギーを有効活用することができ、汚水の温度調整に要するエネルギーを更に削減することが可能となる。

【0010】

上記の温度調整槽は、汚水の温度が２５℃〜３７℃の範囲となるように温度調整するとよい。これにより、メタンガスの発生を好適に促進することが可能となる。なお、汚水の温度が２５℃未満になると、メタン生成菌の活動が不活発となり、メタンガスの生成効率が低下してしまう。また汚水の温度が４０℃を超えると、メタン生成菌が死滅するおそれがあるため、安全性を見て３７℃以下程度に制御することが好ましい。

【0011】

当該汚水処理システムは、化石燃料を燃焼させて蒸気を生成する第２ボイラを更に備え、温度調整槽における温度調整には、第２ボイラにおいて生成された蒸気を注入することによる加熱も利用するとよい。

【0012】

これにより、例えば冬場等に、ヒートポンプにおける熱交換により得た熱、およびボイラにおいてメタンガスを燃焼させて生成された蒸気の熱の両方を合わせても、温度調整槽での汚水の温度調整に要する熱が不足した場合に、その不足分の熱を好適に補うことが可能となる。したがって、より確実な温度調整が可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、生物的処理において発生するメタンガスを有効活用することにより、エネルギー消費の更なる削減を図ることが可能な汚水処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態にかかる汚水処理システムの概略構成を示す図である。

【図2】第２実施形態にかかる汚水処理システムの概略構成を示す図である。

【図3】第３実施形態にかかる汚水処理システムの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる汚水処理システム１００の概略構成を示す図である。汚水処理システム１００は、有機物を含有する汚水を浄化処理する。図１に示すように、工場等（不図示）から排出された汚水は、スクリーンやストレーナ、フィルタ等（不図示）により異物を除去された後に、汚水処理システム１００の最上流側に設けられる流量調整槽１０２に貯留される。流量調整槽１０２では、一時的に貯留した汚水を、汚水処理システム１００での処理能力に合わせて供給量を調整して浮上分離槽１０４に投入する。

【0017】

浮上分離槽１０４では、流量調整槽１０２から投入された汚水を加圧して空気を溶解させた後、大気圧に開放（減圧）する。すると、汚水中に微細気泡が発生して懸濁物質に付着し、懸濁物質の見かけの密度が低下する（水の密度よりも低くなる）。これにより、懸濁物質が水中を浮上するため（浮上分離法）、汚水から懸濁物質を除去することができる。

【0018】

そして、懸濁物質を除去された汚水は、酸生成反応槽１０６に送出されて嫌気性処理が行われる。酸生成反応槽１０６では、汚水に含まれる有機物を分解して有機酸を生成する。詳細には、酸生成反応槽１０６内を嫌気性状態とし、汚水中の有機物が酸生成菌によって分解されることにより、酢酸、プロピオン酸等の有機酸（低級脂肪酸）が生成される。特に酢酸は、次に述べるメタンガスの原料として有用である。

【0019】

上記のように処理された汚水は温度調整槽１０８に送出される。温度調整槽１０８では、酸生成反応槽１０６における処理後の汚水の温度を調整する。これにより、汚水の温度を、次の処理槽であるメタン生成反応槽１１０での処理に適した温度にすることができる。

【0020】

本実施形態では、温度調整槽１０８は、汚水の温度が２５℃〜３７℃の範囲となるように温度調整する。これは、嫌気性処理では一般に、汚水の温度が、２５℃未満になると、メタンガスの生成に寄与するメタン生成菌が不活発となるためメタンガスの発生が抑制され、メタンガスの生成効率が低下してしまうためである。また４０℃を超えると、メタン生成菌が死滅するおそれがあるため、安全性を見て３７℃以下程度に制御することが好ましい。したがって、調整温度は上記範囲が好適である。温度調整槽１０８では、ヒートポンプ１２０およびボイラ１４０によって加熱され、またはヒートポンプ１２０によって冷却されることにより、温度が調整される。なお、温度調整槽１０８における汚水の温度調整の詳細については後述する。

【0021】

上記のようにして温度調整された汚水はメタン生成反応槽１１０に送出される。メタン生成反応槽１１０では、温度調整後の汚水に含まれる有機酸を分解してメタンガスを生成する。詳細には、メタン生成反応槽１１０の下方には、メタン生成菌の集合体が形成されている。そして、メタン生成反応槽１１０内を嫌気状態とすることにより、このメタン生成菌が汚水中の有機酸を分解してメタンガスが生成される。特に、本実施形態では上述したように温度調整槽１０８において汚水の温度が最適化されているため、メタン生成反応が好適に促進される。

【0022】

更に、本実施形態ではメタン生成反応槽１１０にメタン回収装置１１２が接続されている。かかるメタン回収装置１１２は後述するボイラ１４０にも接続されており、回収したメタンガスはボイラ１４０に供給される。これにより、メタンガスをボイラ１４０において使用することが可能となる。

【0023】

メタン生成反応槽１１０において処理された汚水は硝化槽１１４に送出される。硝化槽１１４では、汚水中のアンモニア（ＮＨ４）を酸化して硝酸（ＮＯ３）を生成する。詳細には、硝化槽１１４内を好気状態とすると、汚水中のアンモニアはまずアンモニア酸化細菌によって酸化され亜硝酸（ＮＯ２）となる。そして、この亜硝酸が亜硝酸酸化細菌によって酸化されることにより硝酸となる。このような処理が行われた汚水は次に脱窒槽１１６に送出される。

【0024】

脱窒槽１１６では、硝化槽１１４において生成された汚水中の硝酸を還元して窒素（Ｎ２）とする。脱窒槽１１６を嫌気状態とすると、脱窒細菌が硝酸分子の結合酸素を使用して汚水中の有機物を分解する。その結果、硝酸が還元されて窒素ガスが発生し、汚水から窒素が除去される。このようにして硝化・脱窒処理された汚水は、膜分離槽１１８においてろ過膜（不図示）を通過することにより汚泥をろ過する。ろ過膜としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）または限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いることができる。その後、必要に応じて消毒等の処理を施され、浄化処理を行った処理水として系外に放出される。

【0025】

なお、本実施形態では、硝化・脱窒工程を行う槽を「硝化槽１１４、脱窒槽１１６」の順に配置したが、これに限定するものではない。例えば、上記の槽を「脱窒槽１１６、硝化槽１１４」の順に配置し、これらの槽に汚水を循環させる循環経路（不図示）を設ければ本実施形態と同様の効果を得ることができる。他にも、メタン生成反応槽１１０、脱窒槽１１６、硝化槽１１４の３槽に汚水を循環させてもよい。

【0026】

以上、汚水処理システム１００における汚水の浄化処理の流れについて説明した。次に、本実施形態の汚水処理システム１００の特徴である温度調整槽１０８における汚水の温度調整について説明する。温度調整槽１０８における汚水の温度調節を可能にするために、汚水処理システム１００にはヒートポンプ１２０およびボイラ１４０が設けられている。

【0027】

ヒートポンプ１２０は、内部に一次冷媒（フロンガスなど）が循環しており、メタン生成反応槽１１０における処理よりも後の汚水（本実施形態では膜分離槽１１８における処理後の汚水）と一次冷媒（冷媒）との熱交換を行い、かかる熱交換において得た熱を利用して温度調整槽１０８の汚水を加熱する。また後述するように、ヒートポンプ１２０によって温度調整槽１０８の汚水を冷却することも可能である。このように、ヒートポンプ１２０は熱交換サイクルを利用しているため、省エネルギーおよび二酸化炭素排出量の削減が可能である。したがって、汚水処理システム１００の環境負荷を低減することが可能となる。

【0028】

詳細には、ヒートポンプ１２０は、その一次冷媒循環経路１２０ａ上に設けられる蒸発器１２２、圧縮機１２４、凝縮器１２６、および膨張弁１２８を含んで構成される。

【0029】

蒸発器１２２は、一次冷媒循環経路１２０ａを循環する一次冷媒と、膜分離槽１１８における処理後の汚水（全ての処理が完了した処理水）との間で、二次冷媒を介して熱交換を行う。これにより、一次冷媒は、膜分離槽１１８における処理後の汚水を吸熱して、温度調整槽１０８の汚水を加熱するための熱を得ることができる。

【0030】

本実施形態では、蒸発器１２２に蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａを設け、ポンプ１２２ｂを動力として蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａに二次冷媒を循環させている。また蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａ上には第１熱交換器１３２が設けられる。かかる第１熱交換器１３２は、汚水の処理系統上では膜分離槽１１８の下流側に配置されているため、第１熱交換器１３２には膜分離槽１１８における処理後の汚水が通過する。このような構成により、膜分離槽１１８における処理後の汚水が、第１熱交換器１３２において蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａを循環する二次冷媒と熱交換を行う。そして、熱交換後の二次冷媒が蒸発器１２２において一次冷媒と熱交換を行い、かかる二次冷媒の熱（膜分離槽１１８における処理後の汚水の熱）が一次冷媒に移動する。すなわち、ヒートポンプ１２０の一次冷媒は、蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａを循環する二次冷媒を介して、膜分離槽１１８における処理後の汚水と間接的に熱交換を行う。

【0031】

蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａを流れる二次冷媒としては、例えば水や不凍液を用いることができる。なお蒸発器１２２に処理水を直接用いないことにより、ヒートポンプと処理水の系を分離させることができる。これにより汚水のヒートポンプ１２０への流入を避け、ヒートポンプをユニット化することができる。

【0032】

圧縮機１２４は、一次冷媒を電力を利用して圧縮する。これにより、一次冷媒は高温高圧の気体となる。

【0033】

凝縮器１２６は、圧縮機１２４により圧縮されて高温となった一次冷媒と、温度調整槽１０８の汚水との間で、二次冷媒を介して熱交換を行う。これにより、一次冷媒の熱を用いて温度調整槽１０８の汚水を加熱して温度調整を行うことができる。

【0034】

本実施形態では、凝縮器１２６に凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａを設け、ポンプ１２６ｂを動力として凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａに二次冷媒を循環させている。また凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａ上には第２熱交換器１３４が設けられる。かかる第２熱交換器１３４には、汚水循環経路１３４ａを介して温度調整槽１０８が接続されており、ポンプ１３４ｂを動力として温度調整槽１０８の汚水が循環する。このような構成により、圧縮機１２４により圧縮された一次冷媒が、凝縮器１２６において凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａを循環する二次冷媒と熱交換を行う。そして、熱交換後の二次冷媒が第２熱交換器１３４において温度調整槽１０８の汚水と熱交換を行い、かかる二次冷媒の熱（一次冷媒の熱）が温度調整槽１０８の汚水に移動する。すなわち、ヒートポンプ１２０の一次冷媒は凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａを循環する二次冷媒を介して、温度調整槽１０８の汚水と間接的に熱交換を行う。

【0035】

凝縮器側二次冷媒循環経路１２６ａを流れる二次冷媒としては、例えば水や不凍液を用いることができる。なお蒸発器１２２に処理水を直接用いないことにより、ヒートポンプと処理水の系を分離させることができる。これにより汚水のヒートポンプ１２０への流入を避け、ヒートポンプをユニット化することができる。

【0036】

膨張弁１２８は一次冷媒を減圧状態とし、膨張冷却する。これにより、蒸発器１２２において一次冷媒が二次冷媒ひいては膜分離槽１１８における処理後の汚水の熱を再度吸収することが可能となり、一次冷媒を再利用することができる。

【0037】

上記説明したように、本実施形態の汚水処理システム１００によれば、ヒートポンプ１２０における一次冷媒との熱交換により、膜分離槽１１８における処理後の汚水の熱を利用して温度調整槽１０８の汚水を加熱することができる。このため、膜分離槽１１８における処理後の汚水の熱の有効活用を図ることができ、且つ温度調整槽１０８の汚水の温度調整に要するエネルギーの削減が可能となる。また、膜分離槽１１８における処理後の汚水から吸熱することにもなるため、河川に放流する汚水を冷却するための設備も不要になり、システムの簡略化、ひいては設備コストの削減を図ることもできる。

【0038】

更に本実施形態では、一次冷媒循環経路１２０ａ上に四方弁１２０ｂが設けられており、かかる四方弁１２０ｂを切り替えれば一次冷媒循環経路１２０ａにおける一次冷媒の循環方向を逆方向にすることができる。これにより、温度調整槽１０８の汚水の温度が所定範囲を上回った場合に、四方弁１２０ｂを切り替えて一次冷媒の循環方向を逆方向にし、かかる汚水の熱を一次冷媒に吸熱させて、膜分離槽１１８における処理後の汚水に排熱することが可能となる。すなわち、本実施形態の汚水処理システム１００によれば、ヒートポンプ１２０における一次冷媒との熱交換により温度調整槽１０８の汚水の冷却も可能となる。これにより、従来温度調整槽１０８の汚水の冷却用に設けられていたクーリングタワーなどの設備が不要になるため、コスト削減が可能となる。

【0039】

また本実施形態の汚水処理システム１００には、温度調整槽１０８における汚水の温度調節手段として、上述したヒートポンプ１２０に加えて更にボイラ１４０が設けられている。ボイラ１４０は、メタン回収装置１１２によりメタン生成反応槽１１０から回収されたメタンガスが供給され、それを燃焼させて蒸気を生成する。ボイラ１４０には蒸気配管１４０ａが接続されており、生成された蒸気は蒸気配管１４０ａを通じて温度調整槽１０８に注入される。これにより、ボイラ１４０において生成された蒸気を利用して温度調整槽１０８の汚水を加熱し、温度調整を行うことが可能となる。

【0040】

なお、上記のようにメタンガスを燃焼させると二酸化炭素が生成されるが、かかるメタンガスは上述したように有機物を微生物によって分解することにより発生するバイオガスである。このため、ここで生成される二酸化炭素は、二酸化炭素の増減に影響を与えない、すなわちカーボンニュートラルである。したがって、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させる場合と比較して、環境負荷を低減することができる。また、メタンガスの温室効果は二酸化炭素の約２１倍と言われているため、メタンガスを燃焼させて二酸化炭素とすることにより、温室効果ガスによる環境への影響をより抑制することも可能となる。

【0041】

上記説明したように、本実施形態にかかる汚水処理システム１００によれば、ヒートポンプ１２０における熱交換による温度調整だけでなく、生物的処理において発生するメタンガスをボイラで燃焼させて生成した蒸気の熱も利用して温度調整槽１０８における汚水の温度調整を行うことができる。これにより、メタンガス、ひいては系全体のエネルギーを有効活用することができ、汚水の温度調整に要するエネルギーを更に削減することが可能となる。またメタンガスを燃焼させることにより、地球環境への負荷の低減を図ることもできる。

【0042】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態にかかる汚水処理システムについて説明する。図２は、第２実施形態にかかる汚水処理システム２００の概略構成を示す図である。なお、上述した第１実施形態の汚水処理システム１００の構成要素と実質的に同一の機能、構成を示す要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0043】

図２に示すように、第２実施形態にかかる汚水処理システム２００は、温度調整槽１０８における汚水の温度調節手段として第２ボイラ２４０を更に備える点において第１実施形態の汚水処理システム１００と異なる。詳細には、汚水処理システム２００に設けられる第２ボイラ２４０は、化石燃料を燃焼させて蒸気を生成する。かかる化石燃料としては、都市ガス、天然ガス、石油、石炭等を好適に用いることができる。

【0044】

第２ボイラ２４０には蒸気配管２４０ａが接続されており、生成された蒸気は蒸気配管２４０ａを通じて温度調整槽１０８に注入される。したがって、汚水処理システム２００では、ヒートポンプ１２０における熱交換やボイラ１４０において生成された蒸気以外に、第２ボイラ２４０において生成された蒸気も利用して温度調整槽１０８の汚水を加熱し、温度調整を行うことが可能となる。これにより、例えば冬場等に、ヒートポンプ１２０における熱交換により得た熱、およびボイラ１４０において生成された蒸気の熱の両方を合わせても、温度調整槽１０８での汚水の温度調整に要する熱が不足した場合に、その不足分の熱を好適に補うことができ、より確実な温度調整が可能となる。

【0045】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態にかかる汚水処理システムについて説明する。図３は、第３実施形態にかかる汚水処理システム３００の概略構成を示す図である。なお、上述した第１実施形態の汚水処理システム１００および第２実施形態の汚水処理システム２００の構成要素と実質的に同一の機能、構成を示す要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0046】

図３に示すように、第３実施形態にかかる汚水処理システム３００は、主に、硝化槽１１４の汚水と二次冷媒との熱交換を行う第３熱交換器３３４、およびかかる第３熱交換器３３４に二次冷媒を循環させる汚水循環経路３３４ａを備える点において、第１実施形態の汚水処理システム１００および第２実施形態の汚水処理システム２００と異なる。

【0047】

詳細には、蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａにおける蒸発器１２２と第１熱交換器１３２の間には切替弁３２２ａおよび３２２ｂが設けられており、かかる切替弁３２２ａおよび３２２ｂにおいて蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａが分岐して分岐循環経路３３４ｃが設けられる。そして、分岐循環経路３３４ｃ上には第３熱交換器３３４が設けられている。これにより、切替弁３２２ａおよび３２２ｂを切り替えることにより、ポンプ１２２ｂを動力として分岐循環経路３３４ｃ、ひいては第３熱交換器３３４に二次冷媒が循環する。また第３熱交換器３３４は汚水循環経路３３４ａにより硝化槽１１４に接続されており、硝化槽１１４の汚水はポンプ３３４ｂを動力として汚水循環経路３３４ａを循環して第３熱交換器３３４に流れる。

【0048】

上記構成により、硝化槽１１４の汚水と蒸発器側二次冷媒循環経路１２２ａを循環する二次冷媒とが第３熱交換器３３４において熱交換を行うことが可能となる。したがって、硝化槽１１４において好気性処理（硝化反応）により汚水の温度が上昇した場合であっても、かかる汚水の熱を二次冷媒に移動させ、好気性処理に適した温度まで汚水の冷却を行うことができる。これにより、硝化槽１１４の冷却に要していたクーリングタワーなどの冷却設備が不要となり、設備コストの削減を図れる。

【0049】

そして、第３熱交換器３３４において硝化槽１１４の汚水と熱交換を行った二次冷媒は蒸発器１２２において一次冷媒と熱交換を行う。このため、硝化槽１１４の汚水から二次冷媒に移動した熱は、最終的には温度調整槽１０８の汚水の温度調整に利用される。したがって、従来では冷却設備に排熱していた硝化槽１１４の汚水の熱の有効活用を図ることができ、それと同時に、温度調整槽１０８における温度調整に要するエネルギーを削減することも可能となる。

【0050】

なお、第１実施形態の構成においては、ヒートポンプ１２０の動力制御は温度調整槽１０８の温度に基づいて行われるのに対し、第３実施形態の構成において、ヒートポンプ１２０の動力制御は、硝化槽１１４の温度に基づいて行われる。このため、硝化槽１１４の汚水との熱交換時により二次冷媒が得た熱が少ないと、ヒートポンプ１２０によって温度調整槽１０８の汚水を加熱するための熱量が不足するおそれがある。しかし、第３実施形態の構成では、回収したメタンガスによるボイラ１４０、および化石燃料による第２ボイラ２４０を備えていることにより、温度調整槽１０８の温度を適切に調整することが可能である。また第２ボイラ２４０は、第２実施形態において述べたように、例えば冬場等、熱が不足しがちな状況においても有効活用することができる。

【0051】

更に、第３実施形態の構成では、上記のように温度調整槽１０８の温度に基づいてヒートポンプ１２０の動力制御を行うのに加えて、硝化槽１１４の温度に基づいた切替弁３２２ａおよび３２２ｂの流量制御を行ってもよい。すなわち、硝化槽１１４の温度に基づいて切替弁３２２ａおよび３２２ｂを制御して、二次冷媒の、第３熱交換器３３４（硝化槽１１４側）に流れる量と第１熱交換器１３２（処理水側）に流れる量を調節すればよい。これにより、二次冷媒は、第３熱交換器３３４において硝化槽１１４の汚水から熱を得つつ、第１熱交換器１３２において処理水からも熱を得ることができる。したがって、二次冷媒が得る熱が不足することなく、換言すればヒートポンプ１２０の熱量を下げることなく、温度調整槽１０８の汚水の加熱を効率的に行うことが可能となる。

【0052】

なお、本実施形態では、第３熱交換器３３４を硝化槽１１４に接続する構成としたが、これに限定するものではなく、第３熱交換器３３４は脱窒槽１１６に接続されてもよい（脱窒反応も発熱反応である）。また、任意の２つの槽間の経路上に設けられてもよい。また、本実施形態では汚水処理システム３００に第２ボイラ２４０を設ける構成としたが、これに限定するものではなく、必ずしも第２ボイラ２４０を設ける必要はない。

【0053】

また上述した第１実施形態〜第３実施形態では例示していないが、これらの実施形態には含まれていない処理（工程）、例えば脱リン工程等を当該汚水処理システムに加えてもよい。ただし、脱リン工程は工場排水の水質や、処理水を流す先（河川や湖沼）の排出基準によって有無が決定されるため、必ずしも必要なものではない。

【0054】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、汚水を浄化処理する汚水処理システムとして利用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１００…汚水処理システム、１０２…流量調整槽、１０４…浮上分離槽、１０６…酸生成反応槽、１０８…温度調整槽、１１０…メタン生成反応槽、１１２…メタン回収装置、１１４…硝化槽、１１６…脱窒槽、１１８…膜分離槽、１２０…ヒートポンプ、１２０ａ…一次冷媒循環経路、１２０ｂ…四方弁、１２２…蒸発器、１２２ａ…蒸発器側二次冷媒循環経路、１２２ｂ…ポンプ、１２４…圧縮機、１２６…凝縮器、１２６ａ…凝縮器側二次冷媒循環経路、１２６ｂ…ポンプ、１２８…膨張弁、１３２…第１熱交換器、１３４…第２熱交換器、１３４ａ…汚水循環経路、１４０…ボイラ、１４０ａ…蒸気配管、２００…汚水処理システム、２４０…第２ボイラ、２４０ａ…蒸気配管、３００…汚水処理システム、３２２ａ…切替弁、３２２ｂ…切替弁、３３４…第３熱交換器、３３４ａ…汚水循環経路、３３４ｂ…ポンプ、３３４ｃ…分岐循環経路

【図1】

【図2】

【図3】