特開 2022-144774 排水処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144774

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】排水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/20 20060101AFI20220926BHJP

   C02F 3/22 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

C02F3/20 Z

C02F3/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021045933

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118924

【弁理士】

【氏名又は名称】廣幸 正樹

(72)【発明者】

【氏名】奥田 友章

【テーマコード（参考）】

4D029

【Ｆターム（参考）】

4D029AA09

4D029AB05

(57)【要約】

【課題】排水処理システムでは、曝気装置の消費する電力がシステム全体の４０％に及ぶ場合もあり、省電力運転が可能な排水処理システムが求められている。
【解決手段】処理水が投入される処理槽と、
前記処理槽で処理された処理済液が投入される後処理槽と、
高酸素液が貯留される高酸素液ユニットと、
前記処理槽中の処理液を攪拌する攪拌装置と、
制御装置を備える排水処理システムであって、
前記処理槽には、
ＤＯ計が配置され、
前記高酸素液ユニットには、
マイクロバブル発生装置が配置され、
前記制御装置は、
前記ＤＯ計の測定値が第１の閾値より低ければ、前記高酸素液を前記処理槽に供給させることを特徴とする排水処理システムは、曝気装置単体で運転するよりも少ない電力で運転することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理水が投入される処理槽と、
前記処理槽で処理された処理済液が投入される後処理槽と、
高酸素液が貯留される高酸素液ユニットと、
前記処理槽中の処理液を攪拌する攪拌装置と、
制御装置を備える排水処理システムであって、
前記処理槽には、
ＤＯ計が配置され、
前記高酸素液ユニットには、
マイクロバブル発生装置が配置され、
前記制御装置は、
前記ＤＯ計の測定値が第１の閾値より低ければ、前記高酸素液を前記処理槽に供給させることを特徴とする排水処理システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記ＤＯ計の測定値が第２の閾値より高ければ、前記高酸素液の供給路を閉じさせることを特徴とする請求項１に記載された排水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、好気性微生物を利用して排水を処理するシステムに関するものであり、特に、従来の曝気槽を用いた排水処理システムよりも、ブロアによる曝気の省電力化が可能な排水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の排水処理システムは、排水を曝気槽に誘導し、曝気環境で好気性微生物によって、廃棄物をズーグレアというフロックに凝集させ、沈降若しくは膜によって固液分離をおこなうことで、排水中の不純物を分離していた。

【0003】

このような排水処理システムでの課題の１つに排水システム全体の省電力化が挙げられる。特に曝気のためのブロアの消費電力は全体の約４分の１～２分の１を占め、水処理設備の効率的な運用のためにはブロア運転の省電力化が重要な課題となっている。

【0004】

例えば、特許文献１では、曝気で生じた空気の泡を原動力としたポンプで揚水し、落差水車水力発電で電気を作り、省電力化するものが提案されている。

【0005】

また、特許文献２では、原水貯留槽の汚水が減って、曝気槽への原水供給が停止する際には、メインの曝気装置を停止し、曝気槽中の汚水を攪拌するだけの小型ブロアに切り替えることで、省電力化を図る発明が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－１４４４５１号公報

【特許文献2】特開昭６０－１２５２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、曝気装置で形成した泡を一度水の位置エネルギーに変えてから電力に変換するので、ロスが多くまた設備も大きくなり、そのため初期投資も大きくなる。また、特許文献２では、メインの曝気装置を間欠的に運転するのであり、曝気装置が停止している間の溶存酸素量は減少するだけとなる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は上記のような課題に鑑みて想到されたものであり、予め溶存酸素量の高い溶液（高酸素液）を作製しておき、曝気運転の代わりに、高酸素液を処理槽に供給することで、処理槽の中の処理液の溶存酸素量を所定の値に維持し大幅な省電力化を可能とするものである。

【0009】

より具体的に本発明に係る排水処理システムは、
処理水が投入される処理槽と、
前記処理槽で処理された処理済液が投入される後処理槽と、
高酸素液が貯留される高酸素液ユニットと、
前記処理槽中の処理液を攪拌する攪拌装置と、
制御装置を備える排水処理システムであって、
前記処理槽には、
ＤＯ計が配置され、
前記高酸素液ユニットには、
マイクロバブル発生装置が配置され、
前記制御装置は、
前記ＤＯ計の測定値が第１の閾値より低ければ、前記高酸素液を前記処理槽に供給させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る排水処理システムは、従来曝気装置で行っていた処理槽中の溶存酸素量の調節および処理液の攪拌に代えて、高酸素液ユニット中で生成させた高酸素液を、処理槽に送り、攪拌機で処理液を攪拌しながら処理槽中の溶存酸素量を所定の値に調整するので、曝気装置の消費電力より少ない電力で、処理槽中の溶存酸素量を所定の値に維持することができ、排水処理システムの省電力化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る排水処理システムの構成を示す図であり、攪拌装置だけで運転している場合を示す。

【図2】本発明に係る排水処理システムの構成を示す図であり、攪拌装置と高酸素液ユニットで運転している場合を示す。

【図3】排水処理システムの動作原理を示す図である。

【図4】排水処理システムの制御装置の処理を示すフロー図である。

【図5】排水処理システムが運転した場合の処理槽内の溶存酸素量の推移を示す図である。

【図6】曝気処理の場合と本発明に係る排水処理システムとの消費電力の差を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明に係る排水処理システムとその運用について図面を用いながら説明を行う。以下の説明は本発明の一実施形態を説明するのであり、本発明は以下の説明に限定されるものではない。つまり、以下の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて、改変することができる。

【0013】

図１に本発明に係る排水処理システムの構成を示す。排水処理システム１は、原水Ｖが投入される処理槽１０を有する。この処理槽１０中には、攪拌装置１４、ＤＯ計１６が、設けられている。

【0014】

攪拌装置１４は処理槽１０中の処理液を攪拌するためのもので、水中ミキサーやモータの先に攪拌羽根のついた攪拌機が好適に利用できる。ここでは、攪拌装置１４は水中ミキサー１４として説明する。

【0015】

また、排水処理システム１は、高酸素液ユニット１８が備えられる。高酸素液ユニット１８はマイクロバブル発生装置２０が内蔵された貯留槽である。高酸素液ユニット１８からはバルブ１８ａおよびポンプ１８ｂが施された送液管１８ｃが接続される。送液管１８ｃの先端には、噴水ノズル１８ｄが接続されている。したがって、高酸素液ユニット１８は少なくとも貯留用タンクとマイクロバブル発生装置２０と送液管１８ｃおよびバルブ１８ａで構成されている。ポンプ１８ｂが高酸素液ユニット１８に含まれていてもよい。

【0016】

また、処理槽１０は、処理済液Ｕを排出する排水ポンプ３０ａを有する排水管３０が配置されている。排水管３０の先には、後処理槽３２が設けられる。後処理槽３２は、処理槽１０中で形成されたフロックを分離する槽である。後処理槽３２は例えば膜分離槽若しくは沈殿槽などが挙げられる。

【0017】

後処理槽３２の上澄みは、次の処理に回されるか、そのまま自然界に放流される。また、後処理槽３２の上澄みの一部は再利用水Ｒとして、高酸素液ユニット１８に戻される。再利用水Ｒとして高酸素液ユニット１８に戻すために、帰還ポンプ３４ａが設けられた戻り管３４が後処理槽３２と高酸素液ユニット１８の間に設けられていてもよい。また、後処理槽３２と高酸素液ユニット１８の間に、図示しないが砂ろ過装置を設けても良い。

【0018】

また、高酸素液ユニット１８には、再利用水Ｒだけではなく、汚染されていない原水Ｖが供給されてもよい。原水Ｖは汚染されていない通常程度の水も流れる場合があるからである。このため、原水Ｖが処理槽１０に投入される経路中で原水Ｖの水質を測定する水質計１１と分岐路１２が設けられる。また、分岐路１２には原水供給バルブ１２ａが設けられていてもよい。

【0019】

なお、水質計１１は溶存酸素計（ＤＯ計１６)または／及びＳＳ計などの水質を計る測定器を用いる。ここでは、水質計１１をＤＯ計１６とした場合の説明をする。

【0020】

また、排水処理システム１は、制御装置２２を有する。制御装置２２は、少なくとも、マイクロバブル発生装置２０、バルブ１２ａ、バルブ１８ａ、ポンプ１８ｂ、水質計１１，ＤＯ計１６および水中ミキサー１４と電気的に接続されている。そして制御装置２２は、マイクロバブル発生装置２０、ポンプ１８ｂおよび水中ミキサー１４には、始動、停止を制御する信号を送る。

【0021】

また制御装置２２は、バルブ１２ａおよびバルブ１８ａには、開閉を制御する信号を送信することができる。また、制御装置２２は、ＤＯ計１６からの信号は現在の処理槽１０内のＤＯ値として受信することができ、水質計１１からの信号は、現在処理槽１０に投入される原水ＶのＤＯ値として受信することがきる。

【0022】

図２を参照して、制御装置２２が、バルブ１８ａを開き、ポンプ１８ｂを稼働させるようにバルブ１８ａおよびポンプ１８ｂを制御することで、高酸素液ユニット１８中の高酸素液が処理槽１０中に送液される。ここで、高酸素液とは、高酸素液ユニット１８中に貯留された水（再利用水Ｒ、もしくは原水Ｖ及び再利用水Ｒと原水Ｖの混合水であってもよい。）にマイクロバブル発生装置２０で発生させたマイクロバブルを含有させた液である。

【0023】

このマイクロバブルを発生させた水は通常の水に溶解可能とされる溶存酸素量の最大値（約１０ｍｇ／Ｌ）近くまで溶存酸素量（ＤＯ量）を向上させることができる。また、溶存酸素量の最大値近くまで酸素を溶解させた水にマイクロバブルを含ませることで、単位体積当たりの酸素保持量は、水の溶存酸素量以上にすることができる。なお、高酸素液ユニット１８は、溶存酸素量を高めるために、生成されたマイクロバブルを圧壊させるための、加圧解放装置やラインミキサといった装置を含んでいてもよい。

【0024】

高酸素液ユニット１８から処理槽１０に向かう送液管１８ｃの先端には、噴水ノズル１８ｄが備えられている。噴水ノズル１８ｄは、処理槽１０中の原水Ｖ中に配置されている。したがって、噴水ノズル１８ｄは、ポンプ１８ｂの送圧を受け、高酸素液を、処理槽１０の原水Ｖ中で放出する。

【0025】

また、制御装置２２は、水中ミキサー１４の稼働も制御する。すなわち、水中ミキサー１４を稼働させたり、停止させることができる。水中ミキサー１４は、処理槽１０中の原水Ｖを攪拌する。高酸素液を処理槽１０中の噴水ノズル１８ｄから放出させながら、水中ミキサー１４を運転すると、高酸素液を処理槽１０中に充満させることができる。水中ミキサー１４は常時稼働させておいてもよい。

【0026】

次に、図３を参照して、排水処理システム１の動作原理を説明する。縦軸はＤＯ計１６で計測した処理槽１０内のＤＯ値（ｍｇ／Ｌ）を示す。排水処理システム１は、処理槽１０中のＤＯ値が第１閾値より低くなると高酸素液の供給を開始する。高酸素液ＯＮの状態である。具体的には、バルブ１８ａを開き、ポンプ１８ｂを稼働させる。したがって、高酸素液は、処理槽１０内に放出される。すなわち、高酸素液の供給によって、処理槽１０中の溶存酸素量（ＤＯ値）を上昇させる。

【0027】

なお、以下「高酸素液の使用」、「高酸素液ＯＮ」若しくは「高酸素液の供給」とは、バルブ１８ａを開き、マイクロバブル発生装置２０、ポンプ１８ｂおよび水中ミキサー１４は稼働させ、処理槽１０内に高酸素液を充満させることを言う。

【0028】

一方、処理槽１０中のＤＯ値が第２の閾値より高くなると、高酸素液の供給を停止する。具体的には、バルブ１８ａを閉じ、ポンプ１８ｂを停止させる。なお、水中ミキサー１４は、常に稼働させる。好気性微生物と被処理物との接触の機会を高めるためである。ここで明らかなように、第２閾値は第１閾値より大きな値（高いＤＯ値）である。

【0029】

以上の構成を有する排水処理システム１の動作を説明する。図４に制御装置２２の処理フローを示す。また、図５に処理槽１０中のＤＯ値（溶存酸素量）の推移を示す。図５は横軸が時刻であり、左縦軸は処理槽１０中のＤＯ値（ｍｇ／Ｌ）であり、右縦軸は消費電力（Ｗ）である。

【0030】

図４および図５を参照する。処理フローが開始されると（ステップＳ１００）、終了が判断される（ステップＳ１０２）。終了の契機は、特に限定されない。使用者による強制的な終了操作であってもよいし、予めセットされた時刻を認識して停止するとしてもよい。終了する場合（ステップＳ１０２のＹ分岐）は、排水処理システム１を停止させる（ステップＳ１０４）。継続する場合（ステップＳ１０２のＮ分岐）は、処理を次に移す。

【0031】

次に処理槽１０中のＤＯ値が第１閾値（図４では、「Ｔｈ１」と記した。）より低いか否かを判断する（ステップＳ１０６）。処理槽１０中のＤＯ値が第１閾値より低い場合（ステップＳ１０６のＹ分岐）は、高酸素液を処理槽１０に供給する（ＯＮにする）。つまり、バルブ１８ａを開き、ポンプ１８ｂを稼働させる（ステップＳ１０８）。

【0032】

図５では、時刻ｔ１で処理槽１０中のＤＯ値が第１閾値より低くなり、高酸素液の供給が開始される。高酸素液を供給するには、マイクロバブル発生装置２０およびポンプ１８ｂを稼働するための電力Ｗ１が消費される。なお、水中ミキサー１４（攪拌装置１４）は、常に連続運転されるので、排水処理システム１は、常に一定の電力Ｗ２を消費する。

【0033】

制御装置２２は、処理槽１０中のＤＯ値が第２閾値（図４では「Ｔｈ２」と記した。）より高くなったか否かを判断する（ステップＳ１１０）。処理槽１０中のＤＯ値が第２閾値より高くない間は（ステップＳ１１０のＮ分岐）、処理はステップＳ１０８に戻り、高酸素液の供給が継続される。図５では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間である。

【0034】

高酸素液の供給によって処理槽１０内のＤＯ値は上昇する。そして、処理槽１０内のＤＯ値が第２閾値を超えると（ステップＳ１１０のＹ分岐）、高酸素液の供給を停止する。具体的には、バルブ１８ａを閉じ、マイクロバブル発生装置２０、およびポンプ１８ｂを停止させる（ステップＳ１１２）。図５では時刻ｔ２の時点である。

【0035】

処理フローは、終了処理（ステップＳ１０２）に戻り、さらにステップＳ１０６を繰り返す。時刻ｔ２以降は、しばらく処理槽１０中のＤＯ値は、第１閾値より高い。したがって、ステップ１０６では、Ｎ分岐が選択され、処理Ｓ１１２に移り、高酸素液の供給は停止された状態が継続する。

【0036】

好気性微生物が被処理物を分解し酸素を使用すると、処理槽１０中の処理液のＤＯ値は徐々に低下する。時刻ｔ３の時に、処理水のＤＯ値が第１閾値を下回ると、ステップＳ１０６は再びＹ分岐が選択され、高酸素液の供給が開始される。この高酸素液の供給は、処理槽１０中のＤＯ値が第２閾値より高くなる時刻ｔ４まで続く。

【0037】

このような排液処理での平均消費電力量Ｑｗは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの消費電力量Ｗ１Ｔ１と、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの消費電力量Ｗ２Ｔ２の総和を時間平均したものである。あらわに書くと（１）式のように表される。

【0038】

【数1】

【0039】

図６には、本発明の排水処理システム１と、従来の曝気装置をつかった場合の単位溶存酸素供給に必要な電力量の関係を示す。単位溶存酸素供給に必要な電力量とは、単位溶存酸素を供給するのに、必要な電力量である。縦軸は電力量（Ｗｈ）を示し、横軸は方式の違いである。曝気装置は、単位溶存酸素を供給するために、多くの電力量Ｇａｒ１が必要である。電力量Ｇａｒ１をＷ１０（Ｗｈ）とする。

【0040】

一方、本発明に係る排水処理システム１は、高酸素液を作製するためにさほど大きな電力を必要としない。したがって、マイクロバブル発生装置２０の消費電力量をＧａｒ２と水中ミキサー１４の消費電力量Ｇｈ０を加えたＷ１１（Ｗｈ）は、曝気装置だけの場合Ｗ１０（Ｗｈ）よりも小さい。したがって、本発明の構成での排水処理システム１での消費電力は従来の排水処理システムよりも低電力で運転できる。

【0041】

なお、制御装置２２は、上記の処理フローとは別に、原水Ｖ中のＤＯが一定値以上または／及びＳＳが一定値以下であれば、高酸素液ユニット１８に供給する処理を行ってもよい。原水Ｖには、汚染水でない通常の水が流れる場合もあり、有効活用するためである。原水Ｖ中の溶存酸素濃度は水質計１１で計測する。したがって、高酸素液ユニット１８中に供給される水は、再利用水Ｒ、原水Ｖおよび原水Ｖ＋再利用水Ｒの場合がある。

【0042】

以上のように、マイクロバブル発生装置２０による高酸素液を用いることで、曝気装置の消費電力を削減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は省電力運転が可能な排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】

【0044】

１ 排水処理システム
１０ 処理槽
１１ 水質計
１２ 分岐路
１４ 水中ミキサー（攪拌装置）
１６ ＤＯ計
１８ 高酸素液ユニット
１２ａ、１８ａ バルブ
１８ｂ ポンプ
１８ｃ 送液管
１８ｄ 噴水ノズル
２０ マイクロバブル発生装置
２２ 制御装置
３０ 排水管
３０ａ 排水ポンプ
３２ 後処理槽
３４ 戻り管
３４ａ 帰還ポンプ
Ｖ 原水
Ｕ 処理済液
Ｒ 再利用水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】