JP2004033835A - ピペラジン含有廃水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ廃水などのピペラジン含有廃水を効率良く分解処理できるピペラジン含有廃水の処理方法を提供する。
【解決手段】廃水処理設備１０は、ｐＨ調整槽１２、酸化分解槽１４、生物処理槽１６、及び活性炭吸着塔２２を備えている。酸化分解槽１４の内部にはオゾンが供給され、オゾンによるピペラジンの酸化分解が行われる一方で、ｐＨ調整槽１２によって酸化分解槽１４の内部が所定のアルカリ領域に維持される。酸化分解槽１４で酸化分解された処理水は、生物処理槽１６において生物処理された後、活性炭吸着塔２２において吸着処理される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はピペラジン含有廃水の処理方法に係り、特にＣＭＰ廃水などを処理するピペラジン含有廃水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピペラジンを含有する有機性廃水の一つに、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈ　、以下ＣＭＰと称す）によって排出されるＣＭＰ廃水がある。ＣＭＰは、半導体製造において、シリコンウェハ母材表面にＬＳＩを加工する半導体製造工程の中間に導入され、ウェハ表面の平坦化に採用されている。このＣＭＰは半導体の集積度向上に伴って、すなわち、ＬＳＩの多層構造化が進むに伴って多用され、半導体工場で廃水されるＣＭＰ廃水は年々増加する傾向にある。
【０００３】
多結晶シリコンやベアシリコンを研磨するＣＭＰのスラリには、ピペラジンを数％含有するものがある。ピペラジンはＰＲＴＲ法（環境汚染物質排出移動登録、Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ　Ｒｅｌｅａｓｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｒｅｇｉｓｔｅｒ　）の第一種指定化学物質であり、環境中に排出した量と、廃棄物として処理するために事業所の外に移動させた量とを把握し、行政機関に届け出る必要がある。さらに、このピペラジンは、廃水のＣＯＤ源、Ｎ源になることから酸化分解、及び窒素処理する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピペラジンは生物難分解性物質であり、ピペラジンを直接、活性汚泥処理しても殆ど分解しないという問題がある。
【０００５】
また、ピペラジンは、活性炭などの吸着剤に対しても殆ど吸着性を示さないという問題がある。例えば、図４は、ピペラジン含有廃水を直接、活性炭吸着した場合の処理例である。同図から分かるように、ピペラジンは活性炭吸着量が非常に低いため、活性炭で十分に吸着除去することができない。
【０００６】
このように、ピペラジンは生物難分解性物質であるとともに活性炭への吸着性が低いので、ピペラジンを含有するＣＭＰ廃水を既設廃水処理に直接導入すると、処理性能が悪化し、良質な放流水を得ることが難しくなる。ピペラジンを含有するＣＭＰ含有スラリは半導体分野において将来的にも必須のスラリであることから、ピペラジン含有廃水に対し、処理性能の優れた分解技術が必要になっている。
【０００７】
ところで、生物難分解性物質の分解技術として、生物処理の前段に酸化処理を行い、易生物分解性物質に変化させる方法が一般的に知られている。例えば特開平５−２２８４９６号公報には、オゾンと過酸化水素や紫外線などを組み合わせることで、し尿やゴミ浸出水中の難分解性有機物を易生物分解性に変える方法が開示されている。しかし、この方法は、多種の酸化手法を併用するため、必然的にコストが上昇し、現実的ではない。また、ＣＭＰ廃水に含有されるピペラジンは、オゾンや過酸化水素などの酸化剤を組み合わせても、容易には易生物分解性に変化しないという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、ＣＭＰ廃水などのピペラジン含有廃水を効率良く分解処理できるピペラジン含有廃水の処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に記載の発明は前記目的を達成するために、ピペラジンを含む有機性廃水から前記ピペラジンを除去する処理方法において、前記ピペラジン含有廃水のｐＨを所定のアルカリ性領域に調整しながら、前記ピペラジン含有廃水を酸化剤と接触させて酸化処理することを特徴としている。
【００１０】
本発明の発明者は、有機性アルカリ物質であるピペラジンをオゾンガスなどで酸化処理する際、ｐＨをアルカリ性領域に調整しながら酸化分解を行うと、ピペラジンの性質が短時間で変化し、易生物分解性を示すようになるとともに活性炭による吸着性が向上することを試験によって見いだした。本発明はこのような知見によって成されたもので、ピペラジン含有廃水のｐＨを所定のアルカリ性領域、好ましくはｐＨを９〜１１に調整しながらピペラジン含有廃水を酸化剤に接触させて酸化処理するようにしたので、ピペラジンは短時間で性質が変化し、易生物分解性を示すようになるとともに、活性炭吸着性が向上する。したがって、酸化分解処理した処理水を生物処理、または活性炭吸着処理すれば、ピペラジンの分解効率を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るピペラジン含有廃水の処理方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１２】
図１は本発明に係るピペラジン含有廃水の処理方法が適用された廃水処理設備１０の全体構成図である。
【００１３】
同図に示すように、廃水処理設備１０は主として、ｐＨ調整槽１２、酸化分解槽１４、生物処理槽１６、沈殿槽１８、砂ろ過塔２０、及び活性炭吸着塔２２で構成されている。ピペラジン含有廃水は、まずｐＨ調整槽１２に送水されて貯留される。
【００１４】
ｐＨ調整槽１２には、ｐＨ調整剤の注入ライン２４が接続されるとともに、廃水のｐＨを計測するｐＨ計２６が設けられている。このｐＨ計２６の測定値に基づいて、ｐＨ調整剤が注入ライン２４を介して注入され、廃水のｐＨが調整される。具体的には、ｐＨ調整槽１２の後段の生物処理槽１６に貯留された廃水が、アルカリ性好ましくはｐＨが９〜１１になるように、ｐＨ調整される。
【００１５】
ｐＨ調整槽１２は、送水ライン３２を介して酸化分解槽１４の下部に接続されている。送水ライン３２には、ポンプなどの不図示の送水手段が設けられており、この送水手段によってｐＨ調整槽１２でｐＨ調整された廃水が送水ライン３２を介して酸化分解槽１４に送水される。酸化分解槽１４の上部は、返送ライン３４を介してｐＨ調整槽１２の上部に連通されており、酸化分解槽１４の廃水の一部がｐＨ調整槽１２に返送されるようになっている。このようにｐＨ調整槽１２と酸化分解槽１４との間で廃水が循環するので、酸化分解槽１４内の廃水のｐＨを所定の範囲に調整することができる。廃水のｐＨは、前述したようにアルカリ性領域、好ましくはｐＨが９〜１１になるように調整される。
【００１６】
酸化分解槽１４の下部には、オゾンの散気装置２８が設けられ、この散気装置２８によってオゾンが廃水中に散気される。散気されたオゾンは気泡となって廃水中を上昇して廃水を攪拌させる。これにより、酸化剤であるオゾンが廃水に十分に接触して酸化分解が行われる。オゾン処理の場合、酸化分解槽１４の内部がアルカリ性であると、酸化分解が促進される。ピペラジンは、有機アルカリ物質であるが、オゾンによる酸化処理工程でその性質が短時間で変化し、易生物分解性を示すようになるとともに活性炭吸着性が向上する。このとき、ｐＨが低下するが、ｐＨ調整槽１２と酸化分解槽１４の間で廃水が循環することによって酸化分解槽１４内のｐＨが所定のアルカリ領域に維持される。したがって、ｐＨの低下に伴うピペラジンの酸化分解効果の大幅な低下を防止することができ、常に高い酸化分解効果を維持することができる。
【００１７】
酸化分解槽１４の上部は、送水ライン３６を介して生物処理槽１６に接続される。これにより、酸化分解槽１４で酸化分解処理された処理水が生物処理槽１６に導入される。生物処理槽１６の下部には、エアの散気装置３０が設けられており、この散気装置３０によってエアが生物処理槽１６に供給されて散気される。この生物処理槽１６では、処理水のｐＨを中性付近にコントロールしながら、処理水に含まれるピペラジンの酸化生成物を活性汚泥によって処理する。このとき、ピペラジンは、易生物分解性物質に変化しているので、容易に生物処理することができる。
【００１８】
生物処理槽１６で生物処理された処理水は、沈殿槽１８に導入され、この沈殿槽１８において活性汚泥が沈殿分離される。沈殿分離した活性汚泥は、沈殿槽１８の下部から取り出され、その一部は生物処理槽１６に返送され、残りが廃棄される。これにより、ピペラジンに起因する有機物が殆ど除去される。
【００１９】
沈殿槽１８の上澄液は、砂ろ過塔２０に送水されてろ過処理された後、活性炭吸着塔２２に送水される。この活性炭吸着塔２２によって、残留する有機物が吸着除去される。このとき、ピペラジンに起因する有機物は活性炭吸着性が向上しているので、活性炭吸着塔２２では有機物を高い除去率で除去することができる。これにより、活性炭吸着塔２２から排水される処理水が、工業用水レベルとなり、再利用することが可能となる。
【００２０】
このように本実施の形態の廃水処理設備１０によれば、酸化分解槽１４において廃水にオゾンを接触させて酸化分解処理を行うとともに、酸化分解槽１４の内部を所定のアルカリ領域に維持しているので、ピペラジンは、酸化分解した際に易生物分解性物質に短時間で変化する。したがって、酸化分解槽１４の後段の生物処理槽１６や活性炭吸着塔２２において、ピペラジンに起因する有機物を効率良く分離、除去することができる。
【００２１】
なお、上述した実施の形態は、生物処理と活性炭吸着の両方を行ったが、どちらか一方のみを行うようにしてもよい。この場合にも、酸化分解槽１４において、アルカリ領域に維持しながらオゾンによる酸化を行うことによって、ピペラジンの分解効率を向上させることができる。
【００２２】
また、上述した実施の形態において、ピペラジン含有排水がＣＭＰ排水の場合には、ＳｉＯ_２　などの微細な砥粒が含有されるので、酸化分解槽１４の前段に有機膜やセラミック膜などの膜ろ過装置を設置することが望ましい。
【００２３】
さらに、上述した実施の形態には、ピペラジン含有廃水を単独で処理する方法を示したが、これに限定するものではなく、オゾンの酸化分解処理後に他の工場廃水と混合して生物処理を行ってもよい。
【００２４】
【実施例】
図２は試験によって得られたＴＯＣ除去効果を示す図である。この試験では、ピペラジンをＴＯＣとして約３０ｍｇ／Ｌ含有する廃水を用いて試験を行い、各工程の後にＴＯＣの含有量を測定した。また、比較例として、オゾンによる酸化処理を行わずに生物処理と活性炭吸着を行い、各工程の後にＴＯＣを測定した。
【００２５】
図２に示すように、オゾンによる酸化分解を行うと、ＴＯＣは１９．５ｍｇ／Ｌにまで減少した。また、オゾンによる酸化処理後の生物処理では、ＴＯＣが略４分の１となり、約５ｍｇ／Ｌにまで減少した。また、生物処理後の活性炭吸着ではＴＯＣがさらに略半減して約２ｍｇ／Ｌにまで減少した。
【００２６】
一方、オゾンによる酸化分解を行わない比較例では、生物処理においてＴＯＣの減少が見られなかった。このことから、ピペラジンは難生物分解性物質であるため、酸化分解を行わないと、生物処理では殆ど減少しないことが分かる。
【００２７】
また、比較例は、活性炭吸着後のＴＯＣが約２７．５ｍｇ／Ｌであり、活性炭吸着におけるＴＯＣの減少が殆ど見られなかった。このことから、ピペラジンは、活性炭に対する吸着性が低いため、酸化分解を行わないと、殆ど吸着しないことが分かる。
【００２８】
図３は、酸化分解槽１４内のｐＨによるピペラジンの酸化分解効果を示す試験結果である。この試験では、オゾン酸化処理後に生物処理及び活性炭吸着を行い、ＴＯＣ除去率を測定した。
【００２９】
酸化分解槽１４内の廃水のｐＨが７〜８である中性領域と比較すると、ｐＨが９以上のアルカリ性領域にコントロールすることでＴＯＣ除去率が向上することが分かる。すなわち、ＴＯＣ除去率を考慮すれば、酸化分解槽１４内の廃水のｐＨを９以上にすることが好ましいことが分かる。
【００３０】
なお、酸化剤としてオゾンに替えて過酸化水素を用いた場合にも、上記実施例と類似の結果が得られることを確認した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るピペラジン含有廃水の処理方法によれば、ピペラジンに酸化剤を接触させて酸化処理するとともに、その処理水をアルカリ性領域に調整したので、ピペラジンが易生物分解性物質で、且つ、活性炭吸着性の向上した物質に短時間で変化する。したがって、酸化分解処理した処理水を生物処理、または活性炭吸着処理すれば、ピペラジンの除去効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピペラジン含有廃水の処理方法を適用した廃水処理設備を示す全体構成図
【図２】図１の廃水処理設備におけるＴＯＣ除去効果を示す図
【図３】酸化分解槽内のｐＨに対するＴＯＣ除去率を示す図
【図４】ピペラジンの活性炭吸着線等温線図
【符号の説明】１０…廃水処理設備、１２…ｐＨ調整槽、１４…酸化分解槽、１６…生物処理槽、１８…沈殿槽、２０…砂ろ過塔、２２…活性炭吸着塔、２４…注入ライン、２６…ｐＨ計、２８…散気装置、３０…散気装置

Claims (3)

1. ピペラジンを含む有機性廃水から前記ピペラジンを除去する処理方法において、
   前記ピペラジン含有廃水のｐＨを所定のアルカリ性領域に調整しながら、前記ピペラジン含有廃水を酸化剤と接触させて酸化処理することを特徴とするピペラジン含有廃水の処理方法。
2. 前記所定のアルカリ性領域はｐＨが９〜１１であることを特徴とする請求項１に記載のピペラジン含有廃水の処理方法。
3. 前記酸化処理した処理水を生物処理、及び／または活性炭吸着処理することを特徴とする請求項１または２に記載のピペラジン含有廃水の処理方法。

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