収益が廃水処理にどのように結びつくのか

アイダホ州コールドウェルにある JR Simplot のプロセス水処理および返送プラントは、CDM Smith によって設計および建設され、1 日あたり平均 230 万ガロンの高強度ジャガイモ加工廃水を処理しています。 出典: CDM スミス。

フリトレーのカサ グランデ システムのプラント全体のレイアウトには、精密スクリーニングおよび一次清澄から MBR までのステップが含まれており、その後、炭素濾過、紫外線滅菌、RO、安定化および塩素化が行われます。 出典: GE ウォーター。

フリトレーのカサ グランデ MBR の水回収および再利用プラントは、ポテトチップスの製造プロセスから 1 日あたり最大 645,000 ガロンを処理します。 出典: GE ウォーター。

Probst Group は Excel Engineering および CDM Smith と協力して、リン濃度を 0.4 mg/l 未満に抑えることができる廃水処理プラントを Baker Cheese に提供しました。 出典: プロブスト・グループ。

DAS EE の専門家は、新しい建物の代わりに、直径 3 m の TFR (細流反応器) 4 基を設置することにより、フリウェイカの廃水処理施設を拡張しました。 そして高さは8メートル。 出典: DAS。

Stonyfield の廃水システムは、COD、TSS、FOG レベルがそれぞれ最大 5,000 mg/l、550 mg/l、500 mg/l になる均一化された原プロセス廃水を前処理するように設計されています。 また、バイオガスも生成され、回収されて嫌気性リアクターの加熱に使用されます。 出典: ADI システム。

廃水を処理する理由はいくつかありますが、立ち止まって考えてみると、重要なことは 1 つだけです。それは、最終的な結論です。 確かに、地域社会や顧客の目には「環境に優しい」ものでありたいと考えていますが、廃水を処理することによる経済的メリットを考えてください。

最も基本的なレベルでは、削減可能な過度の BOD (生物学的酸素要求量) および COD (化学的酸素要求量) レベルに対して POTW (公的所有の処理施設) からの追加料金が発生します。 廃水をトラックでオフサイトに輸送している場合は、追加費用がかかる可能性があります。 また、工場のエネルギーコストが高い場合は、廃水のエネルギーを活用できる可能性があります。 また、水が不足している地理的地域に位置している場合は、使用量に厳しい規制が設けられている可能性があります。

記事インデックス:

規制について言えば、おそらくEPAは、窒素やカリウムなどの栄養素を地元の帯水層に放出しすぎており、罰金を科される可能性があると言っているでしょう。 これはコミュニティのイメージにも役立たないため、実際には環境に優しい企業であると顧客に認識してもらいたい場合もあります。

この記事の残りの部分では、上記の少なくとも 1 つ以上が、食品および飲料加工業者が廃水の処理方法に何らかの変更を加えるやむを得ない理由となった、廃水処理に関する実際の双方にとって有利な状況をいくつか取り上げます。 (廃水技術の詳細については、FE、2015 年 9 月をご覧ください。)

利用可能な淡水は限られており、将来の需要要件を満たす適切な水源を見つけることがますます困難になっています。

「世界の需要は2025年までに淡水の供給を38パーセント上回ると予測されており、干ばつ状態が長く続いていない地域では状況はさらに悪化します」とGEウォーター＆プロセステクノロジーズのUF/MBRグローバルドメインリーダー、ブライアン・アーントセン氏は語る。 。 「廃水の再利用にはさまざまな形があり、再利用の理由は、環境、人口、気候、産業や農業のニーズにおける淡水へのアクセスのしやすさなど、地域の状況の存在に関連しています。」

膜バイオリアクター (MBR) 技術は、生物学的廃水処理、二次廃水処理、三次廃水処理を 1 つのステップで組み合わせたもので、廃水を高い排水品質基準に合わせて処理するために 25 年以上使用されているだけでなく、廃水の再利用を可能にする確立された手段でもあります。とアルンセンは言う。 MBR プロセスは、BOD (3 mg/l 未満) と栄養素除去 (N および P) が極めて低い、固形物を含まない廃水を生成することができ、レクリエーション用途に適した透過水質を生成します。 より厳しい制限を達成するために逆浸透 (RO) を組み込んだ再利用フローシートの場合、MBR は SDI (シルト密度指数) 値を常に 3 未満に達成するため、供給水または生産水を提供します。 文献では、常在ウイルス/コリファージの対数減少が 2.6 ～ 3.2 の範囲であることが示されており、MBR によりより多くの量が除去されることが期待されるとアーントセン氏は述べています。

– ブライアン・アーントセン

フリトレーには 160,000 平方フィートの敷地があります。 アリゾナ州カサ・グランデにある施設は1984年に建設された。この地域は現在水不足のため、同社は主に再生可能エネルギー源とリサイクルされたエネルギーで稼働し、施設を「ほぼネットゼロ」にすることを目標に大規模な投資と技術アップグレードを行った。 Arntsen 氏は、埋め立て廃棄物をほぼゼロにしながら水を使用できると報告しています。

この施設は、生産水の最大 75 パーセントを施設内にリサイクルし、1,000 万 kWh の電力を生成する 36 エーカーの太陽光発電所を有し、バイオマス ボイラー (回収された木材と農産物を使用する) により天然ガス消費量を 80 パーセント削減しました。燃焼用廃棄物）、リサイクルや牛の飼料などの代替用途によって埋め立て地に送られるのは 1% 未満です。 この野心的な環境持続可能性プロジェクトは、ゴールド LEED 認証を獲得しました。

水回収・再利用プラントは、ポテトチップスやスナックの製造工程から出る 1 日あたり最大 645,000 ガロンの処理水を、景観灌漑用のすすぎ水や洗浄水として処理し、リサイクルするように設計されています。 清澄、MBR、活性炭、消毒、RO を組み込んだプロセスを使用することで、最終製品の水は EPA の一次および二次飲料水基準を満たすか、それを上回ります。 結果については表を参照してください。

フリトレー カサ グランデ施設は、砂漠にある食品工場がプロセス水を処理し、リサイクルすることでどのように持続可能性を高めているかを示す好例です。

Baker Cheese は、1916 年以来ウィスコンシン州セントクラウドでチーズを生産しています。1950 年代にモッツァレラチーズのみを生産することを決定し、顧客の要望に応えてオリジナルのベイカー ストリング チーズを作成しました。 現在、チーズ製造業者はストリングチーズを製造するために 1 日あたり約 200 万ポンドの牛乳を使用しています。 ベイカー社は廃水の処理方法を変える必要がありました。

これまで、すべてのプロセス廃水は施設外の地方自治体に運ばれていたため、処理コストが高額になり、増加していました。 平均して、毎日少なくとも 10 台のトラックが廃水を運び出しました。 コストが高いことに加えて、廃水を運ぶため、施設の生産量を増やしてホエーの輸送コストを削減する能力が大幅に制限されました。 ホエー処理の問題は、現在のチーズ処理フローの 3 倍の廃水が発生することです。 独自の廃水処理施設 (WWTP) を建設することが唯一の実行可能な解決策のように見えましたが、非常に厳しいリン制限への準拠や美観への懸念など、他の課題も伴いました。

施設の現在および将来のニーズを満たすために、Probst Group は Excel Engineering および CDM Smith と協力して、リン排水濃度を 0.4 mg/l 未満に達成できる下水処理場を提供しました。 下水処理場には、拡張可能な限外濾過 (UF) 膜と、栄養管理 (生物学的リン除去の強化) に使用される無酸素セレクター タンクが含まれています。 外部 UF 膜は物理的バリアを形成し、清澄や溶解空気浮上分離 (DAF) などの従来の固液分離技術と比較して、全懸濁物質 (TSS) に対して信頼性の高い低固形分排出水を提供します。

生体固形物には 3 ～ 7 パーセントのリンが含まれるため、超低リン制限には信頼性の高い固形物除去が不可欠です。 汚泥消化装置も設置され、通常の汚泥収量が 30 ～ 50 パーセント減少しました。 リンをさらに削減し、コンプライアンス要件を満たすために、ベイカー氏はウィスコンシン州で初めて承認された水質取引 (WQT) を利用しました。 ベイカーの美的懸念に対処するために、円形のコンクリート曝気槽をブロックするように四角いコンクリートのスラッジ タンクが設計され、サイロがセレクター タンクとして使用され、下水処理場がチーズ工場の一部のように見えるようになりました。

新しい下水処理場と WQT により、セント クラウド工場は独自の廃水を処理し、生産拡大を計画できるようになりました。 運用コストは、輸送コストに比べて大幅に削減されます。 地元コミュニティにとって、これらの変化は地方道路のトラック交通量が 90% 減少し、生産量の増加に伴い雇用機会と地元の牛乳需要が増加することを意味します。

WQT は、新しい WWTP と組み合わせることで多くの利点をもたらします。 現在、施設ではリン濃度が 0.3 mg/l 未満を達成しています。 そして、WQT の一環として植えられた 20 エーカーの草原草と自生の花は、地元の流域を保護し、野生動物を引き寄せる恒久的な保護地役権の創設に役立っています。

CDM Smith は、アイダホ州コールドウェルにある JR Simplot Company のプロセス水処理および返送プラント (PWTRP) (CDM Smith が設計および建設した) が、WateReuse Association の 2016 年度産業プロジェクトとして認められたと発表しました。

ジャガイモ製品の生産者であるシンプロット社は、PWTRP に野心的な目標を設定しました。これは、同社の主要顧客向けのフライド ポテト生産を 1 つの施設に統合するための大規模拡張の一環でした。つまり、液体排出ゼロの施設を作成し、廃棄物に適した排水を生成するというものでした。運用環境で再利用します。 PWTRP は、一次清澄、嫌気性発酵、窒素とリンの強化された生物学的栄養素の除去、膜バイオリアクターによる活性汚泥とそれに続く RO および塩素消毒を含む革新的な処理システムを通じて、Simplot の困難な目標を達成しました。 すべての RO ブラインは、革新的な強化された蒸発システムで現場で蒸発されます。

最先端の PWTRP は 2014 年 1 月に完成し、最大処理能力 3.2 mgd で平均 230 万ガロン/日 (mgd) の高強度ジャガイモ加工廃水を処理します。 飲料水基準に相当する約 1.7 mgd の水が回収され、製造工程で安全に再利用されるために戻されます。 革新的なスプレー蒸発技術により、RO システムから 1 日あたり最大 320,000 ガロンのブライン廃棄物が処理されます。 残りの排水はすべて飼料作物の灌漑に使用されます。 共通壁構造により資本コストが最小限に抑えられ、配管の必要性が統合され、運転労働力が最小限に抑えられ、プラント全体の設置面積が削減されました。

CDM Smith のクライアント サービス リーダー、アル グッドマン氏は次のように述べています。「新しい生産施設が稼働する前に PWTRP を稼働させる必要があったため、設計から構築のプロセス全体を通じて協力して作業することで、厳しいスケジュールに反して予算内でプロジェクトを遂行することができました。」シンプロット用。 「いくつかの処理革新は、Simplot の水管理の最適化、飲料水と同等のリサイクル水質目標の達成、および Simplot の持続可能性の使命の推進に役立っています。これにより、Simplot にとって真のゼロ液体排出施設が誕生し、水の再利用の基準を引き上げる主力プロジェクトが誕生しました。」食品業界で。」

ヴァイデンスドルグ (ドイツ) のジャガイモ加工施設、フリウェイカ eG では、事業が急増し、下水処理場に深刻な問題を引き起こしました。 下水処理場を拡張する必要がありましたが、追加の機器を設置する余地はほとんどありませんでした。 この施設は廃水仕様を満たすことに加えて、下水処理場を使用してバイオガスを生成しており、これにより施設のエネルギー料金が大幅に削減されます。

9 年前の稼働開始以来、継続的な生産量の増加とそれに関連した廃水の汚染レベルの上昇により、廃水処理の好気性生物学的段階は数回拡張されました。 しかし、ばっ気を増やし、水力容量を拡大し、全体の自動化レベルを高めた結果、各ステップがプランジ充填層を備えたスラッジタンクと統合された二次沈殿池で構成される、元の 4 ステップの組み合わせのコンパクトなシステムがその能力に達しました。

生産量の拡大と排水中の有機負荷の増加が予想されることを考慮すると、フリウェイカは新しいシステムを追加して好気性処理を拡張する必要がありました。 古いシステムは 560 kg/日の COD 負荷を処理するように設計されていましたが、その容量をはるかに超えて充填され、時には 1,260 kg/日の負荷に達しました。 しかし、追加のシステムをどこに配置するか? 新しいプラントには、直径 22 m、高さ 6 m の 2 番目の「コンパクトな」円形タンクが必要でしたが、そのためのスペースがありませんでした。

DAS Environmental Expert GmbH (ドレスデン) の専門家が招集され、革新的で効果的なソリューションを考案しました。 DAS EE は、別の「コンパクト」システムを追加する代わりに、TFR (トリクル フロー リアクター) をプラント設計に統合し、従来のコンパクト システムと比較して特別な要件を 50% 近く削減することを達成しました。 DAS は、新しい建物を建てるのではなく、直径 3 メートル、高さ 8 メートルの 4 つの TFR を追加することで古いシステムを拡張しました。 各反応器では、廃水が液膜として滴り落ち、換気装置が空気を反対方向に押し出し、バイオフィルム内の微生物が好気性分解を行う際に必要な酸素を継続的に供給します。

廃水の流れは 2 つの部分に分離され、1 つは古いシステムで処理され、もう 1 つは TFR で処理されます。 2 つのシステムを組み合わせると、生産拡大中でもまだその能力に達していない処理能力を発揮します。 流入 COD 負荷量が約 3,500 mg/l (85 パーセンタイル) の廃水は、COD が 1,000 mg/l 未満の TFR 出口を備えた間接放流品質まで浄化されました。

ストーニーフィールドは常に「健康な地球」に専念し、消費者と生産者に環境保護の価値を教育してきました。 したがって、ニューハンプシャー州ロンドンデリーの工場エンジニアが、ヨーグルトの製造に使用される水とエネルギーを削減し、可能な限り廃棄物の削減とリサイクルに努めるのは当然のことです。 これを念頭に置いて、エンジニアはさまざまな廃水処理技術、ベンダー、本格的な処理オプションを多数検討しました。 ストーニーフィールド社は、新たに義務付けられた地域排水の排出制限を満たす廃水処理システムの設計および構築に ADI Systems を選択しました。

このシステムは、COD、TSS、脂肪油グリース (FOG) レベルをそれぞれ最大 5,000 mg/l、550 mg/l、500 mg/l まで均一化した原プロセス廃水を前処理するように設計されています。 これは、独自のタイプ S 低速嫌気性 ADI-BVF リアクターと、それに続く ADI-SBR 好気性研磨システムの 2 段階で構成されます。 ADI Systems は、均一化タンクからのオフガスを浄化するために、シンプルで自然な堅牢な臭気制御システムも設置しました。

この単位プロセスの組み合わせにより、高強度、高固形分、高 FOG の廃水を容易に処理できます。 この処理施設は、廃棄する廃棄スラッジを最小限に抑え、大量のバイオガスを生成します。バイオガスは回収されて嫌気反応器の加熱に使用されるため、性能が向上し、廃棄物処理に必要な全体的な電気エネルギーが最小限に抑えられます。

廃水処理システムと廃棄物発電システムにより、Stonyfield は義務付けられた排水制限を満たしているか、それを超えているため、規制上の罰則を受けることなくヨーグルト製品を製造できます。 それはまた、持続可能な農業実践に対するストーニーフィールドの取り組みを示しています。

浮遊湿地は栄養レベルが高すぎる米国の地域で機能するでしょうか?出典: Fonterra/Living Water。

ニュージーランドのマッセイ大学が開発し、乳製品メーカーのフォンテラとニュージーランド自然保護省（DOC）のパートナーシップであるリビング・ウォーターが採用した浮遊湿地は、ニュージーランド固有の湿地の植物で構成され、その上に浮力のあるマットまたは「いかだ」に繋がれている。水面。 大量の栄養素を除去できるいかだは、排水路や流出水の水を水路に到達する前にろ過します。

「浮遊処理湿地は設置されてから比較的短期間しか経っていませんが、初期のテストと植物の急速な成長は、それらが水から栄養素をうまく除去していることを示しています」とDOCコミュニティレンジャーのマイケル・パビウール氏は言います。 「浮遊湿地は決して水質[問題]を解決する特効薬ではありませんが、シルトトラップや河畔の植栽などの他の活動と併用すると、水質を改善するための実用的で効果的な方法であることが証明されています。」

GE Water: www.gewater.comThe Probst Group: www.probstgroup.comCDM Smith: www.cdmsmith.comDAS 環境専門家: www.das-ee.com。 (米国): www.das-usa.comADI システム: www.adisystemsinc.com