JP2014223574A - シリコーン除去装置、生物処理システム及びシリコーン除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転コストの上昇を抑えて排水中のシリコーンを除去することが可能なシリコーン除去装置、生物処理システム及びシリコーン除去方法を提供する。
【解決手段】排水を活性汚泥に接触させて、排水中のシリコーンを活性汚泥に吸着させ、シリコーンを吸着した活性汚泥を排水から分離する。シリコーンを除去するために薬品を準備する必要がないので、運転コストの上昇を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水からシリコーンを除去するシリコーン除去装置、生物処理システム及びシリコーン除去方法に関するものである。

従来からシリコーン（例えばシリコーンオイル、シロキサンなど）を含有する排水を、活性汚泥を用いて好気性処理することで、排水中のシリコーン濃度を低減させる技術がある。また、排水から揮発した揮発分であるシロキサンを除去するために、シロキサンを含むガス分を活性炭吸着塔に導入して、活性炭にシロキサンを吸着させていた（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１では、排水に過酸化水素水及び鉄塩を添加してフェントン反応によって排水中のシリコーンを分解していた。

特開２０１０−２４７１１８号公報

しかしながら上記の特許文献１に記載の技術では、過酸化水素水及び鉄塩などを準備する必要があるので運転コストがかかっていた。また、シリコーンを除去するために活性汚泥を用いて好気性処理を行う場合には、曝気槽などの機器を配置するための広い敷地を確保しなければならなかった。

また、粒状化したグラニュール汚泥を用いて嫌気性処理を行う場合に、排水中にシリコーンが含まれているとグラニュール汚泥が短期間でシリコーンによって覆われるので、嫌気性処理を行うことができなかった。また、嫌気性処理によって発生するバイオガスにシリコーンが含まれる場合には、内燃機関などの燃料としてバイオガスを利用することができなかった。例えば、バイオガスに含まれるシロキサンがシリカ（二酸化ケイ素）となって、内燃機関の燃焼室の壁面に固着することで性能低下を招く虞がある。また、ボイラにおいて、燃料のバイオガスにシロキサンが含まれていると着火しにくくなり、燃焼が不安定になる虞がある。

本発明は、運転コストの上昇を抑えて排水中のシリコーンを除去することができるシリコーン除去装置、生物処理システム及びシリコーン除去方法を提供することを目的とする。

本発明のシリコーン除去装置は、排水からシリコーンを除去するシリコーン除去装置において、排水を活性汚泥に接触させて、活性汚泥にシリコーンを吸着させる吸着部と、シリコーンを吸着した活性汚泥を排水から固液分離する固液分離部と、を備えることを特徴としている。

このシリコーン除去装置によれば、排水を活性汚泥に接触させて、排水中のシリコーンを活性汚泥に吸着させ、シリコーンを吸着した活性汚泥を排水から分離することで、排水からシリコーンを除去することができる。このシリコーン除去装置では、シリコーンを除去するために薬品を準備する必要がないので、運転コストの上昇を抑えることができる。

また、本発明は、上記のシリコーン除去装置を備えた生物処理システムであって、嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥を収納し、固液分離部から排出された排水が導入されて、排水をグラニュール汚泥に接触させて嫌気性処理を行う嫌気性処理部を備えることを特徴としている。

この生物処理システムによれば、上記のシリコーン除去装置を備えているので、排水を活性汚泥に接触させて、排水中のシリコーンを活性汚泥に吸着させ、シリコーンを吸着した活性汚泥を排水から分離することができる。これにより、運転コストの上昇を抑えて排水からシリコーンを除去することができる。

シリコーン除去装置の後段には、グラニュール汚泥を排水に接触させて嫌気性処理を行う嫌気性処理部が設けられている。シリコーン除去装置によってシリコーンが除去された排水は、嫌気性処理部に導入されて嫌気性処理される。シリコーンが除去された排水が嫌気性処理部に導入されるので、シリコーンがグラニュール汚泥に付着せず、グラニュール汚泥を用いた嫌気性処理を行うことができる。嫌気性処理の前段で排水中のシリコーンが除去されるので、グラニュール汚泥を交換することなく処理を行うことができ、コストの上昇を抑えることができる。

嫌気性処理によって発生したバイオガスに含まれるシロキサンの濃度を低く抑えることができるので、バイオガスを利用する他の機器へのシリコーンの流入を抑制することができる。

生物処理システムは、余剰汚泥からなる活性汚泥を吸着部に供給する活性汚泥供給配管が、吸着部に接続されている構成でもよい。これにより、余剰汚泥からなる活性汚泥を、活性汚泥供給配管を通じて吸着部に供給して、供給された吸着用の汚泥に、シリコーンを吸着させることができる。吸着部に供給される吸着用の汚泥は、余剰汚泥、活性汚泥、凝集汚泥、及びこれらが混合された混合汚泥でもよい。

また、本発明は、排水からシリコーンを除去するシリコーン除去方法において、排水を活性汚泥に接触させて、活性汚泥にシリコーンを吸着させる吸着工程と、シリコーンを吸着した活性汚泥を排水から固液分離する固液分離工程と、を備えることを特徴としている。

このシリコーン除去方法によれば、排水を活性汚泥に接触させて、活性汚泥にシリコーンを吸着させ、シリコーンに吸着した活性汚泥を排水から分離することができるので、排水中のシリコーンを除去することができる。このシリコーン除去方法では、シリコーンを除去するために薬品を準備する必要がないので、運転コストの上昇を抑えることができる。

本発明によれば、運転コストの上昇を抑えてシリコーンを除去することができる。

本発明の一実施形態に係る生物処理システムの概略構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示される生物処理システム１では、有機性廃水に含まれるシリコーンを除去する前処理部（シリコーン除去装置）２が、嫌気性処理部３及び好気性処理部４の前段に設けられている。有機性廃水に含まれるシリコーンとして例えばシリコーンオイルやシロキサンなどがある。

有機性廃水は原水流入管Ｌ０を通り脱水機５に導入される。また、脱水機５には余剰汚泥供給配管Ｌ１０５が接続されている。余剰汚泥供給配管Ｌ１０５は好気性処理部４の沈殿槽１０２と脱水機５とを接続している。後述する沈殿槽１０２で沈降分離された余剰汚泥は余剰汚泥供給配管Ｌ１０５を通り脱水機５に供給される。

脱水機５は、例えば遠心分離機であり固液分離を行うものである。脱水機５には混合槽が設けられており、脱水機５に供給された有機性廃水及び余剰汚泥は混合槽で混合されて接触し、有機性廃水中のシリコーンは余剰汚泥に吸着する。シリコーンを吸着した余剰汚泥は、脱水機５によって遠心分離されて水分が除去された後、脱水機５に接続された出口配管Ｌ１００を通り排出される。排出された余剰汚泥は場外処分される。

脱水機５としては、多重円板型脱水機やベルトプレスなどを用いてもよい。脱水機５は、活性汚泥にシリコーンを吸着させる吸着部及びシリコーンを吸着した活性汚泥を排水から分離する固液分離部として機能する。

脱水機５に代えて、凝集沈殿槽を適用して沈降分離を行い固液分離させてもよい。凝集沈殿槽を適用する場合には、凝集沈殿槽の前に混合槽を設けて、混合槽内で有機性廃水及び余剰汚泥を混合して余剰汚泥にシリコーンを吸着させる。凝集沈殿における分離効率を上げるために、無機凝集剤や凝集助剤（ポリマー）などを有機性廃水に添加してもよい。

脱水機５の排水出口には送水管Ｌ１が接続され、脱水機５で分離された有機性廃水は送水管Ｌ１を通り調整槽９に流入する。調整槽９は、嫌気性処理部３で処理される有機性廃水を貯留するものであり、流量調整用のタンクである。調整槽９の出口には送水管Ｌ２が接続され、送水管Ｌ２にはポンプＰ２が設けられている。調整槽９で貯留された排水は送水管Ｌ２を通りポンプＰ２により送水され嫌気性処理部３に供給される。

嫌気性処理部３には酸生成槽１１及び嫌気性処理槽１２が設けられている。有機性廃水は送水管Ｌ２を通り酸生成槽１１に導入される。酸生成槽１１では、有機性廃水に含まれる有機物を酸生成菌によって酢酸などに分解する。また、酸生成槽１１において、中和剤としてアルカリ剤（例えば、水酸化ナトリウム）を添加してもよい。酸生成槽１１の排水出口には送水管Ｌ３が接続され、送水管Ｌ３にはポンプＰ３が設けられている。酸生成槽１１内の有機性廃水は送水管Ｌ３を通り嫌気性処理槽１２に導入される。

ポンプＰ３の下流で送水管Ｌ３から分岐した配管Ｌ１１は酸生成槽１１に接続されている。ポンプＰ３によって送水された有機性廃水の一部は配管Ｌ１１を通り酸生成槽１１に戻され、酸生成槽１１内に水流を生じさせて有機性廃水を撹拌する。

嫌気性処理槽１２はＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）法やＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）による嫌気性処理を行う反応槽である。嫌気性処理槽１２の下部には流入部１３が設けられている。流入部１３は送水管Ｌ３に接続されており有機性廃水Ｗを嫌気性処理槽１２内に流入させる。流入部１３は例えば長手方向に等間隔で穴部が設けられた配管である。嫌気性処理槽１２内には嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥が収納されている。有機性廃水Ｗは、グラニュール汚泥に接触することにより、グラニュール汚泥中の嫌気性菌によって嫌気性処理される。このようなグラニュール汚泥が、有機性廃水中で下部に沈降して溜まることにより、嫌気性処理槽１２の下部にはグラニュール汚泥層１４が形成される。

嫌気性処理槽１２では、流入部１３から有機性廃水Ｗを内部に導入することによって上向きの流動を生じさせ、グラニュール汚泥層１４に有機性廃水Ｗを通して、有機性廃水Ｗを嫌気性処理する。グラニュール汚泥層１４の上部には、当該グラニュール汚泥層１４を通過し嫌気性処理を経た有機性廃水Ｗの液層が形成されている。この液層の有機性廃水Ｗには、液流による流動しているグラニュール汚泥や、グラニュール汚泥層１４から浮上した浮上グラニュール汚泥や、嫌気性処理によって発生したバイオガス（例えば、メタンガス及び炭酸ガス）が含まれている。なお、浮上グラニュール汚泥は、グラニュール汚泥が浮いたものであり、例えば、グラニュール汚泥にガスが付着したり、ガスが内包されたりなどしたものである。

また、嫌気性処理槽１２の上部には、有機性廃水Ｗと浮上グラニュール汚泥とバイオガスとを分離するためのセトラ（三相分離部）１８が、配置されている。

セトラ１８の下端部には、有機性廃水Ｗをセトラ１８の内部に導入する導入口１８ａが形成されている。この導入口１８ａに有機性廃水Ｗを導くために、セトラ１８の下方であって導入口１８ａの周囲には、セトラ１８の底部に沿って設置された導入板１９が設けられている。また、導入板１９には、導入口１８ａに導入されなかった有機性廃水Ｗを下側に返送するための返送口１９ａが形成されている。また、導入板１９の更に下方には、導入板１９の返送口１９ａを通って返送される有機性廃水Ｗの流れを整えるための整流板２０が設けられている。

有機性廃水Ｗは、上記グラニュール汚泥層１４を通過し上向きに流動し、導入板１９によって導入板１９とセトラ１８との間に形成された導入路に流入する。上記導入路を通った有機性廃水Ｗの一部は、上昇して導入口１８ａからセトラ１８内に流入し、残りは、導入板１９の返送口１９ａから下向きに流れる。

セトラ１８の上部には例えば円筒状の側壁１８ｂが設けられ、側壁１８ｂの周囲には環状の流路を形成する処理水排出部２３が設けられている。セトラ１８内に流入した有機性廃水Ｗは、セトラ１８の側壁１８ｂから外側に溢れ処理水として処理水排出部２３に集められる。処理水排出部２３の処理水は、処理水排出部２３に接続された処理水返送路Ｌ４を通じて酸生成槽１１に返送される。セトラ１８では、導入口１８ａから流入した有機性廃水が処理水排出部２３に直接流入しないように、セトラ１８の側壁１８ｂの内側には隔壁２４が設けられている。

嫌気性処理槽１２では、有機性廃水Ｗの嫌気性処理が行われて、バイオガスが発生する。バイオガスは浮上して液面まで到達し嫌気性処理槽１２の上部の空間に到達する。嫌気性処理槽１２の上部に到達したバイオガスは、ガス回収ラインＬ６を通じて排出され燃料として回収される。送風機Ｐ６の駆動によって吸引排気して、強制的にバイオガスを嫌気性処理槽１２外に排出させることもできる。

処理水返送路Ｌ４は、嫌気性処理槽１２の処理水排出部２３と酸生成槽１１のスプリッター部２５とを接続している。スプリッター部２５は、嫌気性処理槽１２に内部で上下方向に延在する有底の筒体である。スプリッター部２５の上端の開口２５ａは、酸生成槽１１の液面よりも上方に配置されている。また、スプリッター部２５の下部には、スプリッター部２５内の処理水を抜き出すための連絡管Ｌ５が接続されている。

スプリッター部２５内の処理水は、一定量抜き出され連絡管Ｌ５を通り好気性処理部４に供給される。スプリッター部２５内の処理水の一部は、上端の開口２５ａから溢れて、酸生成槽１１内の有機性廃水に流入して、再び嫌気性処理槽１２に供給される。嫌気性処理槽１２から排出された処理水の一部は循環される。

また、酸生成槽１１の上部にはガス回収ラインＬ６が接続されている。嫌気性処理槽１２から供給された処理水に同伴したバイオガスは、酸生成槽１１の上部から排出され、嫌気性処理槽１２から排出されたバイオガスと共に、他の装置に供給されて燃料として使用される。バイオガスが供給される他の装置としては、ボイラや内燃機関などがある。

好気性処理部４には曝気槽１０１及び沈殿槽１０２が設けられている。処理水は連絡管Ｌ５を通り曝気槽１０１に導入される。曝気槽１０１は、曝気による好気性処理（活性汚泥処理）を行うことで有機成分（ＢＯＤ）を分解し、水、炭酸ガス、硫酸塩、硝酸塩などの安定物質を生成すると共に汚泥を増殖させる。曝気槽１０１の排水出口には配管Ｌ７が接続され、曝気槽１０１で好気性処理された処理水は活性汚泥（余剰汚泥）と共に沈殿槽１０２に送られる。

沈殿槽１０２は、余剰汚泥と処理水とを固液分離するものであり、余剰汚泥を沈降分離する。分離された処理水は処理水排出配管Ｌ８を通り系外に排出される。また、沈殿槽１０２には汚泥返送ラインＬ１０４が接続され、汚泥返送ラインＬ１０４にはポンプＰ１０４が設けられている。沈殿槽１０２で固液分離された余剰汚泥は、汚泥返送ラインＬ１０４を通り、連絡管Ｌ５に導入されて曝気槽１０１に供給される。

また、沈殿槽１０２から抜き出された余剰汚泥の一部は、汚泥返送ラインＬ１０４から分岐された汚泥供給ラインＬ１０５を通り、前処理部２に供給されてシリコーンを吸着させる汚泥として利用される。

次にこのように構成された生物処理システムの作用について説明する。

生物処理システム１に供給された有機性廃水は、脱水機５の混合槽に導入される。脱水機５の混合槽には、余剰汚泥供給ラインＬ１０５を通じて余剰汚泥（活性汚泥）が供給され、混合槽内で、有機性廃水と余剰汚泥とが混合されて接触し、有機性廃水中のシリコーンが活性汚泥に吸着する。シリコーンを吸着した活性汚泥は、脱水機５で脱水された後、分離汚泥として排出されて場外処分される。これにより、有機性廃水からシリコーンを除去することができる。

脱水機５でシリコーンが除去された後の有機性廃水は、酸生成槽１１に導入され酸生成菌によって酢酸などに分解された後、嫌気性処理槽１２に導入される。嫌気性処理槽１２では、グラニュール汚泥中の嫌気性菌によって有機性廃水が嫌気性処理される。これにより、処理水及びバイオガスを得ることができる。

嫌気性処理槽１２で処理された処理水のうちの一定量は、後段の好気性処理部４に導入される。嫌気性処理槽１２の処理水の一部は、酸生成槽１１に戻されて再び嫌気性処理槽１２に導入されて嫌気性処理が行われる。

好気性処理部４に導入された処理水は、曝気槽１０１で曝気されて活性汚泥によって好気性処理される。曝気槽１０１で好気性処理された後の処理水及び増殖した活性汚泥（余剰汚泥）は、沈殿槽１０２で沈降分離される。沈殿槽１０２の上澄み水は、生物処理システム１で処理された処理水として系外に排出される。沈殿槽１０２で沈殿した余剰汚泥は、底部から抜き出されて曝気槽１０１に戻されて好気性処理に利用される。また、余剰汚泥は、有機性廃水中のシリコーンの除去のために、前処理部２に供給される。

このような生物処理システム１によれば、有機性廃水を活性汚泥に接触させて、有機性廃水中のシリコーンを活性汚泥に吸着させ、シリコーンを吸着した活性汚泥を有機性廃水から分離することができるので、シリコーンが除去される。この前処理部２では、シリコーンを除去するために薬品を準備する必要がないので、運転コストの上昇を抑えることができる。

前処理部２でシリコーンが除去された有機性廃水が、嫌気性処理部３に導入されるので、シリコーンがグラニュール汚泥に付着せず、グラニュール汚泥を用いた嫌気性処理を行うことができる。これにより、グラニュール汚泥を交換することなく処理を行うことができ、運転コストの上昇を抑えることができる。

嫌気性処理部３で発生したバイオガスにシロキサンが含まれることが防止されるので、バイオガスを利用する他の機器へのシリコーンの流入を抑制することができる。シリコーンを含有する有機性廃水を、生物処理システム１で嫌気性処理を行い発生したバイオガスを燃料として、ボイラなどで利用することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

上記実施形態では、生物処理システム１の好気性処理部４で発生した余剰汚泥を、前処理部２に返送して、シリコーンの吸着に利用しているが、前処理部２に供給される活性汚泥は他の生物処理システムで発生した余剰汚泥でもよく、その他の活性汚泥でもよい。また、前処理部２に供給される汚泥は、凝集剤を用いて凝集された凝集汚泥や、活性汚泥と凝集汚泥とが混合された混合汚泥でもよい。

また、生物処理システム１では、嫌気性処理部３の後段に好気性処理部４が設けられているが、嫌気性処理部３で処理された処理水は、その他の装置などに供給されてもよい。

また、上記実施形態では、嫌気性処理槽１２で嫌気性処理された処理水の一部を、酸生成槽１１に戻しているが、処理水の一部を循環させずに処理水の全量を後段の好気性処理部４に導入してもよい。処理水の循環量、循環回数を増やすことで、嫌気性処理における除去率を向上させることができる。

また、生物処理システム１は、前処理部２に供給される余剰汚泥の量を調整する流量調整制御装置を備える構成でもよい。例えば、余剰汚泥供給配管Ｌ１０５に流量調整弁を設けて余剰汚泥の供給量を調節することで、シリコーンの除去効率を向上させることができる。

１…生物処理システム、２…前処理部、３…嫌気性処理部、４…好気性処理部、５…脱水機、９…調整槽、１１…酸生成槽、１２…嫌気性処理槽、１０１…曝気槽、１０２…沈殿槽。

Claims (4)

1. 排水からシリコーンを除去するシリコーン除去装置において、
   前記排水を活性汚泥に接触させて、前記活性汚泥に前記シリコーンを吸着させる吸着部と、
   前記シリコーンを吸着した前記活性汚泥を前記排水から固液分離する固液分離部と、を備えることを特徴とするシリコーン除去装置。
2. 請求項１に記載のシリコーン除去装置を備えた生物処理システムであって、
   嫌気性汚泥が粒状化してなるグラニュール汚泥を収納し、前記固液分離部から排出された前記排水が導入されて、前記排水を前記グラニュール汚泥に接触させて嫌気性処理を行う嫌気性処理部を備えることを特徴とする生物処理システム。
3. 余剰汚泥からなる前記活性汚泥を前記吸着部に供給する活性汚泥供給配管が、前記吸着部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の生物処理システム。
4. 排水からシリコーンを除去するシリコーン除去方法において、
   前記排水を活性汚泥に接触させて、前記活性汚泥に前記シリコーンを吸着させる吸着工程と、
   前記シリコーンを吸着した前記活性汚泥を前記排水から固液分離する固液分離工程と、を備えることを特徴とするシリコーン除去方法。

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