CN104903247A - 有机性污水的处理方法和处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供：在对有机性污水、例如由纤维原料或纤维的制造工序排水的有机性污水进行处理并作为工序用水再利用时，可获得更高水质的有机性污水的处理方法和处理装置。其解决方案是具有以下特征的有机性污水处理方法：在通过膜分离活性污泥法处理有机性污水后，将该处理水用第1级反渗透膜处理，进一步将用第1级反渗透膜处理得到的透过水用第2级反渗透膜处理。该有机性污水的处理装置具备：膜分离活性污泥处理槽、对由所述槽得到的处理水进行处理的第1级反渗透膜组件、对由所述组件得到的透过水进行处理的第2级反渗透膜组件。

Description

有机性污水的处理方法和处理装置
技术领域
本发明涉及有机性污水的处理方法和处理装置。特别涉及通过膜分离活性污泥处理法和反渗透膜法对由纤维原料或纤维的制造工序排出的有机性污水进行处理的方法和处理装置。
背景技术
对将来自纤维原料和纤维的制造工序的排水进行处理、作为工序用水再利用进行了研究。
例如作为代表性的纤维原材料广泛应用的聚酯是具有酯键的高分子。在纤维中，主要使用通过高纯度对苯二甲酸(以下可称为“PTA”)和乙二醇的缩合反应得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下可称为“PET”)。PTA作为纤维、塑料的原料，需求高，在世界各国均有生产。PTA的制造中产生大量排水，该排水中含有大量的有机物和无机物，因此为了作为工序用水再利用，必须将这些有机物和无机物进行适当处理。
通常，对制造工序排水再利用的方法是对排水进行生物处理，分解除去水中的有机物，再通过反渗透膜进行处理，由此将残留的有机物与无机物一起除去。
在反渗透膜处理之前进行的排水处理中，有时是在对排水进行生物处理的同时利用通过分离膜进行固液分离的膜分离活性污泥法。膜分离活性污泥法是用浸渍于生物处理槽内的分离膜进行固液分离，因此处理水变澄清，具有所得处理水可直接供给反渗透膜处理的优点。
例如专利文献1公开了一种水处理方法，其具有以下工序：将被处理水在生物处理槽内进行活性污泥处理，将活性污泥处理过的水在所述生物处理槽内进行膜分离处理，然后将进行了膜分离处理的水进行反渗透处理。专利文献1中进一步公开了在所述膜分离处理后、且在所述反渗透处理之前进行紫外线处理的方法。公开了在所述方法中，进一步在添加了重金属离子和还原剂之后且在即将进行反渗透膜处理之前添加还原剂的方法。说明通过进行利用紫外线处理和氧化剂的多步灭菌，进行容易成为被灭菌的微生物的饵料的形态的有机物的改性，而可抑制反渗透膜的结垢。
专利文献2公开了一种水处理方法，其具有以下工序：将被处理水在生物处理槽内进行活性污泥处理的工序；将被处理水和活性污泥的混合液在所述生物处理槽内或生物处理槽外通过微滤膜进行膜分离处理的工序；以及将该膜分离处理后的水进行反渗透处理的工序。专利文献2中进一步公开了在进行所述膜分离处理的工序之后且在进行所述反渗透处理的工序之前，具有用于除去亲水性有机物的工序的处理程序。并说明：通过在反渗透膜之前的阶段除去亲水性的有机物，可以抑制结垢。
另一方面，仅凭将膜分离活性污泥处理和利用反渗透膜的处理组合而成的处理，水质仍不充分，可能不适用于作为目标的水的再利用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-069204号公报
专利文献2：日本特开2007-244979号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于：在对由纤维原料或纤维的制造工序排水的有机性污水进行处理、获得纯度高的水时，提供可获得更高水质的方法以及用于此的处理装置。
解决课题的方案
用于解决所述课题的本发明具有以下构成。
(1)有机性污水的处理方法，其具有以下工序：在将有机性污水通过膜分离活性污泥法处理后，将该处理水用第1级反渗透膜处理，再将用第1级反渗透膜处理得到的透过水用第2级反渗透膜处理。
(2)所述有机性污水的处理方法，其中，有机性污水是由纤维原料制造工序或纤维制造工序排出的。
(3)所述任一项的有机性污水的处理方法，其中，将用第2级反渗透膜处理得到的透过水进一步进行离子交换处理。
(4)所述任一项的有机性污水的处理方法，其中，将用第1级反渗透膜处理得到的透过水进行碳酸除去处理，然后用第2级反渗透膜处理。
(5)所述有机性污水的处理方法，其中，用于碳酸除去处理的方法是在酸性条件下进行曝气。
(6)所述有机性污水的处理方法，其中，碳酸除去处理的酸性条件是pH4以上6以下。
(7)有机性污水的处理装置，该装置具备：
膜分离活性污泥处理槽，其具备活性污泥和膜单元，通过膜分离活性污泥法处理有机性污水；
第1级反渗透膜组件，将由膜分离活性污泥处理槽得到的处理水用第1级反渗透膜处理；
第2级反渗透膜组件，将由第1级反渗透膜组件得到的透过水用第2级反渗透膜处理。
(8)所述有机性污水的处理装置，其具备将由第2级反渗透膜组件得到的透过水进行离子交换处理的离子交换处理装置。
(9)所述任一项的有机性污水的处理装置，其中，在第1级反渗透膜组件和第2级反渗透膜组件之间，具备将由第1级反渗透膜组件得到的透过水进行碳酸除去处理的碳酸除去处理装置。
(10)所述有机性污水的处理装置，其中，碳酸除去处理装置是在酸性条件下进行曝气的脱碳酸塔。
(11)所述有机性污水的处理装置，其中，酸性条件是pH4以上6以下。
发明效果
在通过本发明的有机性污水的处理方法和处理装置，对来自纤维原料或纤维的制造工序的排水进行处理时，可以使所得水质进一步提高。
附图说明
图1是表示以往的将膜分离活性污泥法和反渗透膜处理组合而成的处理程序的一个例子的流程图。
图2是表示本发明的实施方案的一个例子的流程图。
图3是表示本发明的实施方案的另一个例子的流程图。
图4是表示碳酸成分的组成比根据pH变动的图。
图5是表示本发明的实施方案的又一个例子的流程图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方案进行说明。“膜分离活性污泥法”常用于排水处理，是在加入有活性污泥的生物处理槽内通过微生物将有机物进行生物处理而分解，在该生物处理槽内装填膜，将有机物的一部分或全部被分解后的水进行过滤，由此除去有机物，获得活性污泥导致的浊质也被有效除去的水的方法。
根据附图说明本发明。首先，图1表示将膜分离活性污泥法和反渗透膜处理组合而成的以往的处理程序的流程。来自纤维原料等制造工序的有机性污水通常含有较多有机物，如果排放到环境中则成为富营养化的原因。因此，来自纤维原料等制造工序的有机性污水1被导入至膜分离活性污泥处理槽3。有机性污水1在膜分离活性污泥处理槽3内进行活性污泥处理，有机物、浊质被除去。
有机性污水1在活性污泥处理槽3内的停留时间通常为1小时-24小时左右，根据有机性污水1的杂质浓度等选择最佳时间。膜分离活性污泥处理槽3内的混合液中悬浮固体(mixed liquor suspended solids,以下称为“MLSS”。是指污泥混合液的悬浮物质)的浓度大约为5,000mg/L-15,000mg/L左右。提高MLSS浓度，则膜分离活性污泥处理槽3的单位容积的处理效率提高，但如果过高则活性污泥混合液的粘度升高，无法进行适当的膜过滤，因此优选大概上述范围。然后，有机性污水1与活性污泥的混合液被膜单元2过滤，活性污泥和处理水固液分离。自膜单元2的下部，被送风机7压缩的空气由空气扩散单元8曝气。形成膜单元2的膜面被曝气气体清洗的状态，膜面保持清洁状态。过滤通过抽吸泵5进行。之后处理水4被储水于第1级反渗透膜处理原水槽6中。
蓄于第1级反渗透膜处理原水槽6中的水经由第1级高压泵9供给第1级反渗透膜组件10。经反渗透膜处理的水作为第1级透过水11供再利用等，第1级浓缩水12被浓缩干燥，或排放。
通过1级反渗透膜处理，盐的截留率(rejection rate)大约为95%-99%，获得良好水质的水，但根据再利用的工序，有时会要求水质更高的纯水等级的水。
接着，图2是本发明的一个例子，表示将有机性污水1用膜分离活性污泥法处理后，将该处理水用2级反渗透膜处理的方案的流程图。
图2的处理程序在用第1级反渗透膜组件10处理之前与之前所述的图1的处理程序同样。第1级透过水11蓄于第2级反渗透膜处理原水槽13中，然后通过第2级高压泵14供给第2级反渗透膜组件15。经反渗透膜处理的第2级透过水16供再利用等用途。而第2级浓缩水17与第1级浓缩水12同样，被浓缩干燥或排放等。这样，用第1级反渗透膜组件10无法除去的盐等成分通过进行第2级的反渗透膜处理，可以使其浓度降低。例如，如果设第1级反渗透膜组件10的脱盐率为95%，第2级反渗透膜组件15的脱盐率为95%，那么在原水的盐分浓度为100mg/L时，第1级透过水的盐分浓度为5mg/L，第2级透过水的盐浓度为0.25mg/L，经过程序的脱盐率为99.75%。
有机性污水1通常可通过活性污泥处理等的微生物进行处理。对于由纤维原料或纤维的制造工序、或塑料原料或塑料的制造工序、特别是PTA的制造工序排放的有机性污水有效。
这里，膜分离活性污泥法中使用的膜单元是浸渍型的膜单元，为了使滤膜的操作性、物理耐久性提高，例如可例示在框架两面上夹持过滤水流路材料并在其上粘接滤膜而成的平膜元件结构、将中空纤维状的膜集束而成的中空纤维型结构。滤膜的膜结构可举出多孔膜、在多孔膜上复合功能层而成的复合膜等，没有特别限定。
这样的膜的具体例子可举出：聚丙烯腈多孔膜、聚酰亚胺多孔膜、聚醚砜多孔膜、聚苯硫醚砜多孔膜、聚四氟乙烯多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜等多孔膜等。其中，聚偏氟乙烯多孔膜或聚四氟乙烯多孔膜耐化学药品性高，因此特别优选。还可使用进一步在这些多孔膜上复合有交联型有机硅、聚丁二烯、聚丙烯腈丁二烯、乙烯丙烯橡胶、氯丁橡胶等橡胶状高分子作为功能层得到的复合膜。膜的孔径优选0.01μm-10μm左右。这些孔的大小通常比用分子筛进行分离的超滤膜的孔粗。利用该膜的操作通常是在减压状态至200kPa以下运转。
优选第1级反渗透膜组件10、第2级反渗透膜组件15通过其组合，具有可将过滤水中的溶质、悬浮物质降低至可作为再生水利用的浓度的性能。并且由于难以发生溶解有机物附着于膜面的化学结垢(化学性污垢)、或以溶解有机物作为营养源从而微生物增殖并附着于膜面的生物结垢(生物性污垢)，因此使用反渗透膜。这样的反渗透膜的例子可举出：东丽株式会社制造的TML20，日东电工株式会社制造的LF10，Hydranautics公司制造的LFC1、LFC3，Dow公司制造的BW30-365FR等。第1级反渗透膜组件10和第2级反渗透膜组件15中使用的反渗透膜组件可以是相同品种，也可以将不同品种组合。可根据所要求的水质、脱盐率、运转费用等，选择最佳反渗透膜组件。
在2级反渗透膜处理后仍无法实现目标水质时，可以将第2级透过水进一步进行离子交换处理，由此实现水质的提高。其流程如图3所示。
图3的处理流程中，在图2所示的流程之后，第2级透过水16供给离子交换处理装置18，进行离子交换处理，该离子交换处理水19可供再利用。离子交换处理通常使用离子交换树脂或离子交换膜等材料，可结合目的、成本选择最佳材料。水处理中经常使用的离子交换树脂是显示离子交换作用的物质(离子交换体)的一种，为水不溶性的合成树脂，有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂等。离子交换树脂中，优选具有离子交换功能的交换基团以共价键与具有三维立体结构的高分子化合物稳定结合，该交换基团在树脂表面均匀地分布。高分子化合物可使用苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物等。如该例所示，在本发明中进行2级的反渗透膜处理，负载于离子交换树脂上的离子成分的浓度变为极低水平，因此可以将离子交换树脂的再生频率保持为较低。离子交换树脂的再生频率根据供给离子交换树脂的水质和所要求水质、离子交换树脂的量而不同。
本发明中，将膜分离活性污泥处理后的处理水通过2阶段进行反渗透膜处理，优选进一步进行离子交换处理，但作为原水的有机性污水1中的有机物通过活性污泥分解，因此该处理水中含有碳酸成分。
通常水中的碳酸成分其形态根据pH发生变化。pH与各碳酸成分的组成比的关系图如图4所示。图4所示的组成比是以碳酸为基准的当量比。如下式所示，各碳酸成分为平衡状态。
[化1]
这里，如果在适合活性污泥处理的pH7的条件下，则约85%为HCO3 -，约15%为H2CO3，大部分以离子的形式为溶解于水的形式。因此在进行之前所述的本发明优选方案，即，将膜分离活性污泥处理后的处理水以2阶段进行反渗透膜处理、进一步进行离子交换处理的方法中，即使由2级的反渗透膜处理也无法除尽的HCO3 -会通过之后的阶段的离子交换树脂进行离子交换，对于离子交换树脂的再生频率造成很大影响。为解决该问题，作为本发明中进一步优选的实施方案，可在膜分离活性污泥处理后、在第1级反渗透膜处理和第2级反渗透膜处理之间设置用于脱碳酸的碳酸除去处理装置。图5表示流程的一个例子，第1级透过水11被导入脱碳酸塔20，碳酸成分被除去。被除去了碳酸成分的水贮水于脱碳酸处理水槽21，然后通过第2级高压泵14供给第2级反渗透膜组件15，供第2级反渗透膜处理。在脱碳酸处理时，优选在原水中添加酸，使pH为规定值以下，生成CO2(气体)，将其通过曝气除去碳酸成分。这里，进行曝气处理时的酸性条件如图4所示，pH如果降低，则从形成CO2而除去的角度考虑是优选的，但如果过低，则用于调节pH的化学药品添加增多，从经济角度考虑优选pH4以上6以下。
本发明中，碳酸除去处理可以在第1级反渗透膜处理之前进行，但如果在第1级反渗透膜处理之前进行碳酸除去处理，则有pH调节所需的化学药品量增多的问题。还可以在第1级反渗透膜处理之前的阶段进行碳酸除去处理，但是水中各种成分导致发生缓冲作用，因此有pH调节所需的化学药液量增多的问题。因此，优选在通过第1级反渗透膜处理，使盐浓度一定程度降低、尽量除去缓冲作用的可能性之后，在酸性条件下进行曝气处理，除去碳酸。
与在第2级反渗透膜处理后进行碳酸除去处理相比，更优选在第1级反渗透膜处理和第2级反渗透膜处理之间进行碳酸除去处理的理由是可以防止如下情况：在2级的反渗透膜处理后为了使pH为酸性条件而添加化学药品时，在碳酸除去处理后用于pH调节而添加的化学药品是直接负载于离子交换树脂，因此结果离子交换树脂的再生频率提高。
本发明只要是含有有机化合物的污水即有效。如果进一步含有500mg/L以上的碳酸氢根离子，则本发明的效果特别显著。如果是以PTA为代表的纤维制造工序或聚酯的制造工序，则除了纤维以外、对以塑料制造为目的的工序也有效。还可以在膜分离活性污泥法处理之前具有前处理，例如通过厌氧性细菌分解有机物的甲烷发酵等的厌氧处理。
实施例
(比较例1、实施例1、2)
在下述3种条件下实施由纤维原料TPA的制造的工序排出的有机性污水的处理。
    (比较例1)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理[流程如图1所示]
(实施例1)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理→第2级反渗透膜处理[流程如图2所示]
(实施例2)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理→第2级反渗透膜处理→离子交换处理[流程如图3所示]
被处理水的水质和试验条件如各表所示。关于膜分离活性污泥处理如表1所示，关于反渗透膜处理(被处理水的水质为第1级)如表2所示。关于处理水量，在膜分离活性污泥处理中为100m3/天，在反渗透膜处理中为第1级33m3/天、第2级为30m3/天。膜分离活性污泥处理后的处理水的TDS(溶解性总固体)为1,000mg/L。表中所示的COD表示化学需氧量，T-N表示总氮量，T-P表示总磷量。
[表1]
[表2]
第1级反渗透膜组件、第2级反渗透膜组件均使用东丽(株)公司制造的SU-710(4英寸型)，以第1级的透过水回收率80%、第2级的透过水回收率90%进行运转。
处理水的水质试验结果如表3所示。这里，处理水在比较例1中指第1级反渗透膜处理后的透过水，在实施例1中指第2级反渗透膜处理后的透过水，在实施例2中指离子交换处理后的处理水。离子交换处理中使用ORGANO公司销售的离子交换树脂(产品名：AMBERLITE (注册商标)纯化离子交换树脂MB-1)。
[表3]
N.D：未检出。
如表3所示，第1级反渗透膜原水中，TDS浓度为1,000mg/L，比较例1的处理水中为50mg/L，实施例1的处理水中为3.0mg/L，实施例2的处理水中为0.1mg/L。这样，在进行反渗透膜处理时，通过以2阶段进行反渗透膜处理，可以使处理水的TDS浓度大幅降低，通过进一步在之后的阶段进行离子交换处理，可以使处理水的TDS浓度进一步大幅降低。这样，通过以2阶段进行反渗透膜处理，显示可由有机性污水获得纯水等级的水。
(实施例3-5)
以下的实施例3-5中，在通过膜分离活性污泥法对有机性污水进行处理后，在第1级反渗透膜处理和第2级反渗透膜处理之间进行碳酸除去处理。效果的验证是通过对实施实施例3-5的中试时的、到离子交换树脂的再生为止所需的期间(以下称为“再生交换期间”)进行比较来进行。离子交换树脂的再生方法通过流通盐酸和氢氧化钠来进行。
(实施例3)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理→第2级反渗透膜处理→离子交换处理[图3]
(实施例4)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理→第2级反渗透膜处理→(pH调节)→碳酸除去处理→(pH调节)→离子交换处理
(实施例5)膜分离活性污泥处理→第1级反渗透膜处理→(pH调节)→碳酸除去处理→(pH调节)→第2级反渗透膜处理→离子交换处理[图5]
关于实施例3-5，在与比较例1和实施例1、2相同的条件下实施中试，结果实施例3的离子交换树脂的再生交换期间为14天，实施例4的离子交换树脂的再生交换期间为28天，实施例5的离子交换树脂的再生交换期间为37天。
对实施例3和实施例4、5进行比较，则在实施例4、5中，由于并入了碳酸除去处理，因此与实施例3相比，离子交换树脂的再生交换期间延长。接着对实施例4和实施例5进行比较，则通过在第1级反渗透膜处理和第2级反渗透膜处理之间并入碳酸除去处理，与在第2级反渗透膜处理之后的阶段实施碳酸除去处理的情形相比，可以使离子交换树脂的再生交换再生期间延长。可推定这是由于：2级反渗透膜处理后为了使pH为酸性条件而添加化学药品时，碳酸除去处理后用于调节pH而添加的化学药品直接负载于离子交换树脂上，因此交换再生期间变短。
如实施例5所示，通过在第1级反渗透膜处理和第2级反渗透膜处理之间并入碳酸除去处理，可以使在第2级反渗透膜处理之后的阶段进行的离子交换处理中的离子交换树脂的再生交换期间延长，可以将总的再利用成本抑制为较低。
产业实用性
本发明可以处理有机性污水，获得水质高的水，因此可以应用于使用水的所有的产业领域。
符号说明
1：有机性污水
2：膜单元
3：膜分离活性污泥处理槽
4：处理水
5：抽吸泵
6：第1级反渗透膜处理原水槽
7：送风机
8：空气扩散单元
9：第1级高压泵
10：第1级反渗透膜组件
11：第1级透过水
12：第1级浓缩水
13：第2级反渗透膜处理原水槽
14：第2级高压泵
15：第2级反渗透膜组件
16：第2级透过水
17：第2级浓缩水
18：离子交换处理装置
19：离子交换处理水
20：脱碳酸塔
21：脱碳酸处理水槽。

Claims (11)

1. 有机性污水的处理方法，其具有以下工序：在将有机性污水通过膜分离活性污泥法处理后，将该处理水用第1级反渗透膜处理，再将用第1级反渗透膜处理得到的透过水用第2级反渗透膜处理。
2. 权利要求1所述的有机性污水的处理方法，其中，有机性污水是由纤维原料制造工序或纤维制造工序排出的。
3. 权利要求1或2所述的有机性污水的处理方法，其中，将用第2级反渗透膜处理得到的透过水进一步进行离子交换处理。
4. 权利要求1-3中任一项所述的有机性污水的处理方法，其中，将用第1级反渗透膜处理得到的透过水进行碳酸除去处理，然后用第2级反渗透膜处理。
5. 权利要求4所述的有机性污水的处理方法，其中，用于碳酸除去处理的方法是在酸性条件下进行曝气。
6. 权利要求5所述的有机性污水的处理方法，其中，碳酸除去处理的酸性条件是pH4以上6以下。
7. 有机性污水的处理装置，该装置具备：
膜分离活性污泥处理槽，其具备活性污泥和膜单元，通过膜分离活性污泥法处理有机性污水；
第1级反渗透膜组件，将由膜分离活性污泥处理槽得到的处理水用第1级反渗透膜处理；
第2级反渗透膜组件，将由第1级反渗透膜组件得到的透过水用第2级反渗透膜处理。
8. 权利要求7所述的有机性污水的处理装置，其具备将由第2级反渗透膜组件得到的透过水进行离子交换处理的离子交换处理装置。
9. 权利要求7或8所述的有机性污水的处理装置，其中，在第1级反渗透膜组件和第2级反渗透膜组件之间，具备将由第1级反渗透膜组件得到的透过水进行碳酸除去处理的碳酸除去处理装置。
10. 权利要求9所述的有机性污水的处理装置，其中，碳酸除去处理装置是在酸性条件下进行曝气的脱碳酸塔。
11. 权利要求10所述的有机性污水的处理装置，其中，酸性条件是pH4以上6以下。
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