JP2006346542A - 廃水処理装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 生物処理手段、汚泥分離手段および多孔性成形体が充填されたイオン吸着手段からなる廃水処理装置であって、該多孔性成形体が有機高分子樹脂及び無機イオン吸着体を含んでなる、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体であり、連通孔を形成するフィブリルの内部に空隙を有し、かつ、該空隙の少なくとも一部はフィブリルの表面で開孔しており、該フィブリルの外表面及び内部の空隙表面に無機イオン吸着体が担持されていることを特徴とする廃水処理装置。
【選択図】 図3
Description
本発明は、有機性廃水を処理する廃水処理装置および廃水処理方法であって、余剰汚泥の発生が少なく、かつ処理水中のリン濃度が低い廃水処理装置および方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は下記の通りである。
1.生物処理手段、汚泥分離手段および多孔性成形体が充填されたイオン吸着手段からなる廃水処理装置であって、該多孔性成形体が有機高分子樹脂及び無機イオン吸着体を含んでなる、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体であり、連通孔を形成するフィブリルの内部に空隙を有し、かつ、該空隙の少なくとも一部はフィブリルの表面で開孔しており、該フィブリルの外表面及び内部の空隙表面に無機イオン吸着体が担持されていることを特徴とする廃水処理装置。
2.前記連通孔が成形体表面付近に最大孔径層を有する1.に記載の廃水処理装置。
3.前記有機高分子樹脂が、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリスルホン(PS)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群から選ばれる一種以上を含んでなる多孔性成形体である1.または2.に記載の廃水処理装置。
MNxOn・mH2O (I)
(式中、xは0〜3、nは1〜4、mは0〜6であり、MおよびNは、Ti、Zr、Sn、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Al、Si、Cr、Co、Ga、Fe、Mn、Ni、V、Ge、Nb及びTaからなる群から選ばれる金属元素であり、互いに異なる。)
(a)水和酸化チタン、水和酸化ジルコニウム、水和酸化スズ、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン、および水和酸化イットリウム
(b)チタン、ジルコニウム、スズ、セリウム、ランタン、およびイットリウムからなる群から選ばれる金属元素と、アルミニウム、珪素、および鉄からなる群から選ばれる金属元素との複合金属酸化物
(c)活性アルミナ
7.生物処理手段が、接触材を浸漬した曝気槽を含む1.〜6.のいずれかに記載の廃水処理装置。
8.接触材が、芯材と該芯材に一部が固定された繊維状物とからなり、かつ該繊維状物を前記芯材回りに密生せしめて構成された7.記載の廃水処理装置。
9.芯材がラセン形状をなしている8.記載の廃水処理装置。
11.汚泥分離手段が沈殿槽および/または膜分離装置である1.〜10.のいずれかに記載の廃水処理装置。
12.前記膜分離装置の分離膜が、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリスルホン(PS)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)からなる群から選ばれる一種以上を含んでなる11.記載の廃水処理装置。
13.前記分離膜の形態が、中空糸であることを特徴とする11.又は12.に記載の廃水処理装置。
本発明は、生物処理手段、汚泥分離手段および多孔性成形体が充填されたイオン吸着手段からなる廃水処理装置およびその方法に関する。
本発明の生物処理手段としては、特に限定されないが、標準活性汚泥法、標準曝気法、長時間曝気法、オキシデーションディッチ法、回分法、膜分離活性汚泥法などの活性汚泥法、接触酸化法、散水ろ床法、浸漬ろ床法、回転円板法、流動床法、生物ろ過法などの生物膜法、および高速酸化池法、通性酸化池法などの安定化池法などの好気的処理が挙げられる。また、嫌気性硝化法、およびラグーン法、腐敗槽法、嫌気性ろ床法など嫌気性分解法などの嫌気性処理、光合成細菌、酵母、クロレラなどの特定生物による処理、生物学的脱膣、生物学的脱リンなどの栄養塩類の処理、および湖沼、水路、土壌などの自然浄化機能を活用した処理の少なくとも一つを必要により併用することができる。
接触材の使用量は、接触材ブロックの投影床面積1m2当たりの接触材の表面積が100m2以上3000m2以下が好ましい。100m2以上あれば装置の設置面積効率がよく、500m2以下であれば曝気によるエアリフト効果が発揮されて均一な旋回流が得られ、微生物が成育しやすい環境が得られる。より好ましくは250m2以上350m2以下である。
さらに、浸漬膜を用いた膜分離活性汚泥法は、生物処理手段と汚泥分離手段を併用した効果をもつのでより好ましい。
本発明の膜分離活性汚泥装置に用いる分離膜は、特に限定されるものでないが、濾過精度と透過水量のバランスに優れる点で、MF(精密濾過)膜、UF(限外濾過)が好ましい。
膜の形態は、平膜、中空糸、プリーツ、スパイラル、チューブ等、限定されないが、特に、単位体積中の膜面積が広くとれる点で中空糸が好ましい。
エアーによる洗浄を効果的に行うため、下記の構造を有する膜カートリッジが特に好ましい。
図2において、中空糸カートリッジ201は、多数本の中空糸202、上部接着固定層206、下部接着固定層207、カートリッジヘッド205、およびスカート204から構成されている。束ねられた中空糸202の一方の端部は、接着剤により中空糸同士が一体的に結合されるとともにカートリッジヘッド205内に一体的に結合され、上部接着固定層206が構成されている。そして、カートリッジヘッド205側の中空糸202は端部が開口されている。中空糸202の他方の端部は、接着剤により中空糸同士が一体的に結合され、スカート204内に一体的に結合されて下部接着固定層207が構成されているが、中空糸202の端部は封止されている。そして、下部接着固定層207には、原水及び洗浄用の気体を中空糸束の内部に導入し、中空糸外周面に効果的に接触させるための複数の貫通穴203が形成されている。
接着剤の材質は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂等の高分子材料が好ましい。
カートリッジヘッド205,及びスカート204の材質は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂やステンレス鋼が好ましい。
貫通穴の大きさは、直径が2mm〜35mmの範囲が好ましい。
スカート204は、中空糸の端面より下方に突きだして固定されている。突き出した長さは、カートリッジの直径や、エアー量にもよるが5〜500mmが好ましい。中空糸202の形状は、内径50μm〜3000μm、内/外径比が0.3〜0.8の範囲が好ましい。
本発明である廃水処理方法は、生物処理工程、汚泥分離工程、および多孔性成形体が充填されたイオン吸着工程を含む廃水処理装置であって、該多孔性成形体が有機高分子樹脂及び無機イオン吸着体を含んでなる、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体であり、連通孔を形成するフィブリルの内部に空隙を有し、かつ、該空隙の少なくとも一部はフィブリルの表面で開孔しており、該フィブリルの外表面及び内部の空隙表面に無機イオン吸着体が担持されている多孔性成形体である。該イオン吸着工程は、イオン吸着の効率化の観点から、生物処理工程、汚泥分離工程の後段に設けることが好ましい。
まず、本発明の成形体の構造について説明する。
本発明の成形体は、連通孔を有し多孔質な構造を有する。さらに、外表面にはスキン層が無く、表面の開口性に優れる。さらに、連通孔を形成するフィブリル内部にも空隙を有し、その空隙の少なくとも一部はフィブリル表面で開孔している。
Pr=(W1-WO)/(W1-WO+W0/ρ)×100
含水時の重量は、十分に水に濡いた成形体を、乾いたろ紙上に拡げ、余分な水分をとってから含水時の重量を測定すればよい。乾燥は、水分をとばすために、室温下で真空乾燥を行えばよい。成形体の比重は、比重瓶を用いて簡便に測定することができる。
好ましい空孔率Pr(%)の範囲は、50%〜90%であり、特に60〜85%が好ましい。50%未満ではリン等の吸着対象物質と吸着基質である無機イオン吸着体との接触頻度が不十分となりやすい。90%を超えると、成形体の強度が不足しやすい。
担持量(%)=Wa/Wd×100
ここで、灰分は本発明の成形体を800℃で2時間焼成したときの残分をいう。
好ましい担持量の範囲は、30〜95%であり、さらに好ましくは、40〜90%であり、特に65〜90%が好ましい。30%未満だと、リン等の吸着対象物質と吸着基質である無機イオン吸着体との接触頻度が不十分となりやすく、95%を超えると、成形体の強度が不足しやすい。
本発明の成形体の比表面積は、次式で定義される。
比表面積(m2/cm3)=SBET×かさ比重(g/cm3)
ここで、S BET は、成形体の単位重量あたりの比表面積(m2/g)である。
比表面積の測定方法は、成形体を室温で真空乾燥した後、BET法を用いて測定する。
かさ比重の測定方法は、粒子状、円柱状、中空円柱状等の形状が短いものは、湿潤状態の成形体を、メスシリンダー等を用いて、みかけの体積を測定する。その後、室温で真空乾燥して重量を求める。
好ましい比表面積の範囲は、5m2/cm3〜500m2/cm3である。5m2/cm3未満だと、吸着基質の担持量及び吸着性能が不十分となりやすい500m2/cm3を超えると、成形体の強度が不足しやすい。
本発明の成形体は、多孔質でありフィブリルが複雑に絡み合った三次元網目構造をとる。さらに、フィブリル自体も空隙を有するため、表面積が大きいという特徴を有する。これに、更に大きい比表面積をもつ吸着基質(無機イオン吸着体)を担持させるので、単位体積あたりの表面積も大きくなるのが特徴である。
本発明の多孔性成形体の製造方法は、有機高分子樹脂とその良溶媒と無機イオン吸着体と水溶性高分子とを混合した後、成形し、貧溶媒中で凝固させることを特徴とする。
含有量(%)=Ws/Wd ×100
水溶性高分子の含有量は、水溶性高分子の種類、分子量に左右されるが、0.001〜10%が好ましく、より好ましくは、0.01〜1%である。0.001%未満では、成形体の表面を開口させるのに効果が必ずしも十分でなく、10%を超えると相対的にポリマー濃度が薄くなり、強度が十分でない場合がある。
本発明で用いられる無機イオン吸着体とは、イオン吸着現象を示す無機物質をいう。
例えば、天然物ではゼオライトやモンモリロナイト、各種の鉱物性物質があり、合成物系では金属酸化物等がある。前者はアルミノケイ酸塩で単一層格子をもつカオリン鉱物、2層格子構造の白雲母、海緑石、鹿沼土、パイロフィライト、タルク、3次元骨組み構造の長石、ゼオライトなどで代表される。後者は、多価金属の塩、金属酸化物、不溶性のヘテロポリ酸塩、不溶性ヘキサシアノ鉄酸塩などが主要なものである。
M2+ (1−X)M3+ x(OH-)(2+x-y)(An−)y/n (II)
〔式中、M2+はMg2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、Ca 2+及びCu2+からなる群から選
ばれる少なくとも1種の二価の金属イオンを示し、M3+はAl3+及びFe3+からなる群から選ばれる少なくとも1種の三価の金属イオンを示し、An-はn価のアニオンを示し、0.1≦x≦ 0.5であり、0.1≦y≦0.5であり、nは1または2である。〕
MNxOn・mH2O (I)
(式中、xは0〜3、nは1〜4、mは0〜6であり、MおよびNは、Ti、Zr、Sn、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Al、Si、Cr、Co、Ga、Fe、Mn、Ni、V、Ge、Nb及びTaからなる群から選ばれる金属元素であり、互いに異なる。)
本発明でいう金属酸化物とは、式(I)中のmが0で表せる未水和(未含水)の金属酸化物であっても良いし、mが0以外の数値で表せる水和(含水)金属酸化物であっても良い。
(a)水和酸化チタン、水和酸化ジルコニウム、水和酸化スズ、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン、および水和酸化イットリウム
(b)チタン、ジルコニウム、スズ、セリウム、ランタン、およびイットリウムからなる群から選ばれる金属元素と、アルミニウム、珪素、および鉄からなる群から選ばれる金属元素との複合金属酸化物
(c)活性アルミナ
また、硫酸アルミニウム添着活性アルミナ、硫酸アルミニウム添着活性炭等も好ましい。
本発明で用いる無機イオン吸着体は、式(I)で表せる金属酸化物を複数種含有していても良い。各金属酸化物の分布状態については特に制限はないが、各金属酸化物の有する特性を有効に活用し、よりコストパフォーマンスに優れる無機イオン吸着体を得るためには、特定の金属酸化物の廻りを、他の金属酸化物が覆った混合体構造にすることが好ましい。このような構造としては、四三酸化鉄の廻りを水和酸化ジルコニウムが覆った構造が例示できる。
上述の例においては、水和酸化ジルコニウムはリン、ホウ素、フッ素、ヒ素等のイオンに対する吸着性能や繰り返し使用に対する耐久性能は高いが、高価である。一方、四三酸化鉄は、水和酸化ジルコニウムに比較してリン、ホウ素、フッ素、ヒ素等のイオンに対する吸着性能や繰り返し使用に対する耐久性能は低いが、非常に安価である。
コストパフォーマンスに優れる吸着剤を得るという観点からは、本発明で用いる無機イオン吸着体は、式(I)中のMおよびNの少なくとも一方がアルミニウム、珪素、鉄からなる群から選ばれる金属元素である金属酸化物の廻りを、式(I)中のMおよびNの少なくとも一方がチタン、ジルコニウム、スズ、セリウム、ランタン、イットリウムからなる群から選ばれる金属元素である金属酸化物で覆った構造で構成されていることが好ましい。
なお、本発明の無機イオン吸着体は、その製造方法等に起因して混入する不純物元素を本発明の目的の達成を逸脱しない範囲で含有していても良い。混入する可能性がある不純物元素としては窒素(硝酸態、亜硝酸態、アンモニウム態)、ナトリウム、マグネシウム、イオウ、塩素、カリウム、カルシウム、銅、亜鉛、臭素、バリウム、ハフニウム等が考えられる。
前述の製造法において用いられる鉄の塩としては、硫酸第一鉄(FeSO4)、硝酸第一鉄(Fe(NO3)2)、塩化第一鉄(FeC12)等の第一鉄塩が挙げられる。これらもFeSO4・7H2Oなどの含水塩であってもよい。
粒子径が0.01μmより小さいと、製造時のスラリー粘度が上昇し、成形しにくい傾向があり、100μmより大きいと、比表面積が小さくなるため、吸着性能が低下する傾向にある。
ここでいう粒子径とは、一次粒子と、一次粒子が凝集した二次粒子の両方又は混合物の粒子径をいう。本発明の無機イオン吸着体の粒子径は、レーザー光による回折の散乱光強度の角度分布から求めた球相当径のモード径(最頻度粒子径)である。
本発明の多孔性成形体は、液体と接触させて水中のイオンを吸着除去する吸着剤として使用するのに適している。
本発明の多孔性成形体が吸着の対象とするイオンは、陰イオン、陽イオンと特に限定されない。例えば、陰イオンでは、リン(リン酸イオン)、フッ素(フッ化物イオン)、ヒ素(ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン)、ホウ素(ホウ酸イオン)、ヨウ素イオン、塩素イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、及び酢酸等の各種有機酸のイオンが挙げられる。また、陽イオンでは、ナトリウム、カリウム、カルシウム、カドミウム、鉛、クロム、コバルト、ストロンチウム、及びセシウム等が挙げられる。
具体的には、リン、ホウ素、フッ素、ヒ素イオンの除去には、無機イオン吸着体に水和酸化チタン、水和酸化ジルコニウム、水和酸化スズ、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン、水和酸化イットリウム;チタン、ジルコニウム、スズ、セリウム、ランタン、イットリウムからなる群から選ばれる金属元素と、アルミニウム、珪素、鉄からなる群から選ばれる金属元素との複合金属酸化物;活性アルミナ;硫酸アルミニウム添着活性アルミナ;及び硫酸アルミニウム添着活性炭からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属酸化物を選択するのが好ましい。
これらの容器には、容器から多孔性成形体が流出しないような固液分離機構、例えば目皿やメッシュ等を備えていることが好ましい。
容器の材質は、特に限定されるものではないが、ステンレス、FRP(ガラス繊維入り強化プラスチック)、ガラス、各種プラスチックが挙げられる。耐酸性を考慮して、内面をゴムやフッ素樹脂ライニングとすることもできる。
例えば、液体中のリンを吸着対象とし、水和酸化ジルコニウムまたは四三酸化鉄を水和酸化ジルコニウムで覆った構造の無機イオン吸着体を用いた場合のpH調整範囲は、pH1.5〜10の範囲であり、さらに好ましくは、pH2〜7である。
また、液体中のフッ素を吸着対象とし、水和酸化セリウムまたは四三酸化鉄を水和酸化ジルコニウムで覆った構造の無機イオン吸着体を用いた場合のpH調整範囲は、pH1〜7の範囲であり、さらに好ましくは、pH2〜5である。
また、液体中のヒ素を吸着対象とし、水和酸化セリウムまたは四三酸化鉄を水和酸化セリウムで覆った構造の無機イオン吸着体を用いた場合のpH調整範囲は、pH3〜12の範囲であり、さらに好ましくは、pH5〜9である。
アルカリ性水溶液の通液速度は、特に制限はないが、通常SV0.5〜15(hr−1)の範囲が好ましい。SVO.5より低いと、脱着時間が長時間になり非効率になる傾向があり、SV15より大きいと、多孔性成形体とアルカリ水溶液の接触時間が短くなり、脱着効率が低下する傾向がある。アルカリ性水溶液の種類は、特に制限はないが、通常、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム等の無機アルカリ、及び有機アミン類などが用いられる。なかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムは、脱着効率が高く特に好ましい。
例えば、リン酸ナトリウムとして存在する場合は、下記反応式にしたがって、アルカリを回収できる。さらに、晶析したリン酸カルシウムは、肥料等に再資源化が可能である。
6Na3PO4+10Ca(OH)2→18NaOH+Ca10(OH)2(PO4)6↓
金属の水酸化物の添加量は、特に制限は無いが対象とするイオンに対して1〜4倍当量である。添加量が等モル以下では、沈殿除去効率が低くなるし、4倍当量を超えると、除去効率はほとんど変わらないので経済的に不利になる傾向がある。
この冷却による脱着イオンの回収工程は、特に、リン酸イオンを吸着した多孔性成形体を、水酸化ナトリウムを用いて脱着した場合に好適に適用できる。
冷却温度は、脱着したイオンを晶析できる温度であれば特に制限されないが、5〜25℃の範囲が好ましく、5〜10℃の範囲がさらに好ましい。5℃未満では、冷却エネルギーが多く必要で経済的に不利になる傾向があり、10℃より高いと沈殿物を晶析させる効果が低い傾向がある。
また、冷却によるリン酸ナトリウムの晶析を効果的に行うために、新たに水酸化ナトリウムを加えて、脱着液中の水酸化ナトリウム濃度を上げることもできる。
特に、設置面積が少なくて、清澄なろ過水を得ることができる点で膜分離法が好ましい。
膜分離法としては、特に限定されないが、限外ろ過膜(UF)、精密ろ過膜(MF)、透析膜等が挙げられる。膜の形態も、平膜、中空糸、プリーツ、チューブ状等、限定されない。好ましい膜分離法としては、ろ過スピードとろ過精度の点で、限外ろ過膜(UF)、精密ろ過膜(MF)等が好ましい。
酸性水溶液は、特に限定されないが、硫酸、塩酸等の水溶液が用いられる。濃度は、O.001〜10wt%程度であればよい。O.001wt%より薄いと、活性化終了までに大量の水ボリュームが必要になり、10wt%より濃いと、酸性水溶液の取り扱い上の危険性等の点で問題が生じるおそれがある。
活性化方法においてさらに好ましい方法は、カラムとpH調整槽の間で活性液を循環させて行うことである。
この構成をとることにより、脱着操作でアルカリ側にシフトしたカラム中の多孔性成形体のpHを、無機イオン吸着体の耐酸性を考慮して、ゆるやかに所定のpHに戻すことができる。
この時の通液速度は、通常SV1〜200(hr-1)の範囲で選ばれる。さらに好ましくは、SV1O〜100の範囲である。SV1より低いと、活性化時間が長時間になり非効率になる傾向があり、SV200より大きいと、大きなポンプ動カが必要であり非効率になる傾向がある。
本発明の多孔性成形体は、耐薬品性、強度に優れているため、この再生処理を数十回から数百回以上繰り返してもイオンの吸着性能はほとんど低下しない。
[製造例1]無機イオン吸着体の製造
オキシ塩化ジルコニウム(ZrOC12)のO.15モル水溶液を1リットル調製した。この溶液中にはジルコニウムとして13.7gの金属イオンが含まれていた。この水溶液中に硫酸第一鉄結晶(FeSO4・7H2O)84.Ogを添加し、撹幹しながら溶解した。この量は鉄イオンとしてO.3モルに相当する(F/T(モル比) 0.67)。
エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH、日本合成化学工業(株)、ソアノールE3803(商品名))10g、ポリビニルピロリドン(PVP、BASFジャパン(株)、Luvitec K30 Powder(商品名))10g、ジメチルスルホキシド(DMSO、関東化学(株))80gを、セパラフラスコ中にて、60℃に加温して溶解し、均一なポリマー溶液を得た。このポリマー溶液100gに対し、製造例1で作った無機イオン吸着体粉末92gを加え、よく混合してスラリーを得た。
さらに得られた多孔性成形体の表面および割断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、スキン層の存在は観察されなかった。また表面付近に最大孔径層(ボイド層)が観察され、フィブリル内部の空隙、およびフィブリル表面の開孔も確認された。さらに、そのフィブリル外表面およびフィブリル内部の空隙表面には無機イオン吸着体粉末が担持されている様子が観察された。
中空糸の両端を樹脂で接着固定し、接着樹脂部の下部にスカート部を有する、膜面積0.15m2の円筒形の中空糸カートリッジを作成した。中空糸は、ポリフッ化ビニリデン製の細孔径0.1μmの精密ろ過膜で、外径1.4mm、内径0.8mmであった。
下部接着固定層には、直径5mmの貫通穴が中空糸にそって5ヶ開口している。
本発明の水処理装置の実施例を図1に示す。
食品工場の排水を、原水供給路1を介して曝気槽2に受け入れ、ブロア3を用いて空気を散気管4より曝気槽内に供給して、生物処理した。
原水の水質は、COD100〜500mg/リットル、リン酸イオン濃度5mg-P/リットルでほぼ安定して推移した。
曝気槽内のMLSS濃度は10,000mg/リットルで推移した。
次に吸引ポンプ6を用いて、曝気槽内の液を、製造例3の中空糸カートリッジ5を用いて、0.7m3/m2/日の透過水量で運転した。濾過した処理水は、流路7を介してpH調整槽8に貯留した。
pH調整槽8では、pH調整剤添加機構9を用いて、硫酸を添加してpH3に調整した。
pH調整された原水は、配管10、ポンプ11を介してカラム12に送液した。カラム12には、製造例2の多孔性成形体を0.1L充填して、1リットル/hr(SV1O)で通水した。
リン酸イオンが吸着され浄化された排水は、流路13を介して、処理水槽14に一時貯留され、pH調整剤添加機構15により、水酸化ナトリウムを用いて中和後に放流した。
処理水のリン酸イオン濃度はO.1mg-P/リットル以下であった。
処理水のリン酸イオン濃度が、0.5mg-P/リットルを超えた時点で、弁c及び弁hを閉じて、原水の送液を止めた。次に、弁g及び弁bを開け、処理水槽14の処理水を流路16、ポンプ17を介して、カラム12の下方から、3リットル/hr(SV30)で送液して、カラム12内の吸着剤を展開して洗浄した。洗浄液は、流路18を介してpH調整槽8に戻した。
脱着液槽19に貯槽した5wt%の水酸化ナトリウム水溶液を、流路20、ポンプ21を介して、0.1リットル/hr(SV1)で6時間、カラム12に送液して、吸着剤と接触して、吸着したリン酸イオンを水酸化ナトリウム水溶液中に脱着して、流路22を介して、晶析槽23に貯留した。
この時の、晶析槽23中のリン酸イオン濃度は、570mg-P/リットルであった。
晶析槽23に貯留されたリン酸ナトリウム水溶液に、晶析薬剤槽24に貯留した水酸化カルシウムスラリーを水酸化カルシウム換算で3g/リットル、流路25、ポンプ26を介して、晶析槽23に注入し、撹拌機27を用いて20時間撹拌して、リン酸カルシウムの結晶生成させる晶析反応を行った。晶析反応終了後、晶析したリン酸カルシウムを含む白濁した液を、流路28、ポンプ29を介して膜分離装置30(旭化成ケミカルズ(株)杜製、限外ろ過膜、公称分画分子量6、000)に送液して、固液分離した。固液分離後の水酸化ナトリウム水溶液は、リン酸イオン濃度10mg-P/リツトル、カルシウムイオン濃度1mg-Ca/リットルであった。
固液分離されて濃縮したリン酸カルシウムスラリーは、流路31を介して晶析槽23に循環する。晶析槽23に濃縮されたリン酸カルシウムスラリーは、弁iから排出した。
pH調整槽33に硫酸でpH3に調整した活性化溶液を1リットル用意した。流路34、ポンプ35を介してカラム12に6リットル/hr(SV60)で送液して、カラム内の吸着剤と接触して流路36を介してpH調整槽33に循環させた。活性化液は、カラム12で吸着剤と接触してアルカリ性となるので、pH調整槽33内に設置したpHコントローラー37と連動したポンプ40を用いて、活性化液貯留槽38に貯留した50wt%の硫酸水溶液を、流路39を介して、pH貯留槽33に送液してpH3〜5の範囲でコントロールした。この操作を9時間繰り返して、カラム12内のpHを5に安定化した。pHコントロールの精度を高めるために、撹拌機41を用いて、活性化液を撹拌した。
また、3ヶ月の運転期間での汚泥発生量は0.60kg/kg-SSであり、標準的な活性汚泥法の汚泥発生量0.7kg/kg-SSに比べて低い値であり、本発明の膜分離活性汚泥法の特徴である余剰汚泥の発生量を低くできることを確認した。
このように、本発明の廃水処理装置を用いれば、余剰汚泥の発生量を少なくでき、安定的に処理水中のリン濃度を低くすることができる。
廃水処理装置は、生物処理手段として接触材の充填された槽からなる曝気槽301、汚泥分離手段として汚泥沈殿槽302、およびイオン吸着手段として多孔性成形体が充填されたカラム303が図3のように連結された装置を用いた。曝気槽の容積は第1槽が6L、第2槽から第5槽までが3Lの計18Lであった。接触材304と散気管305は各槽すべてに設置した。接触材は、ポリ塩化ビニリデン繊維を長さ1.5cmのループ状にしてその一部をプラスチック被覆された銅製の長さ50cmの芯材に固定し、長さ40cmで外径が8cmのラセン状にした。汚泥沈殿槽の容量は5Lであった。カラムには製造例2で作製した多孔性成形体0.1Lを充填した。
2:曝気槽
3:ブロア
4:散気管
5:ろ過膜
6:吸引ポンプ
7:流路
8:pH調整槽
9:pH調整剤添加装置
10:流路
11:ポンプ
12:カラム
13:流路
14:処理水槽
15:pH調整剤添加機構
16:流路
17:ポンプ
18:流路
19:脱着液槽
20:流路
21:ポンプ
22:流路
23:晶析槽
24:晶析薬剤槽
25:流路
26:ポンプ
27:攪拌機
28:流路
29:ポンプ
30:膜分離装置
31:流路
32:流路
33:pH調整槽
34:流路
35:ポンプ
36:流路
37:pHコントローラー
38:活性化液貯槽
39:流路
40:ポンプ
41:撹拌機
42:汚泥引き抜き配管
a、b、c、d、e、f、g、h、i:弁
201:中空糸カートリッジ
202:中空糸
203:貫通穴
204:スカート
205:カートリッジヘッド
206:上部接着固定層
207:下部接着固定層
208:処理水出口
301:曝気槽
302:汚泥沈殿槽
303:カラム
304:接触材
305:散気管
306:廃水
307:処理水
Claims (15)
- 生物処理手段、汚泥分離手段および多孔性成形体が充填されたイオン吸着手段からなる廃水処理装置であって、該多孔性成形体が有機高分子樹脂及び無機イオン吸着体を含んでなる、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体であり、連通孔を形成するフィブリルの内部に空隙を有し、かつ、該空隙の少なくとも一部はフィブリルの表面で開孔しており、該フィブリルの外表面及び内部の空隙表面に無機イオン吸着体が担持されていることを特徴とする廃水処理装置。
- 前記連通孔が成形体表面付近に最大孔径層を有する請求項1に記載の廃水処理装置。
- 前記有機高分子樹脂が、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリスルホン(PS)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群から選ばれる一種以上を含んでなる多孔性成形体である請求項1または2に記載の廃水処理装置。
- 前記無機イオン吸着体が、下記式(I)で表される金属酸化物を少なくとも一種含有している請求項1〜3のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
MNxOn・mH2O (I)
(式中、xは0〜3、nは1〜4、mは0〜6であり、MおよびNは、Ti、Zr、Sn、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Al、Si、Cr、Co、Ga、Fe、Mn、Ni、V、Ge、Nb及びTaからなる群から選ばれる金属元素であり、互いに異なる。) - 前記式(I)で表される金属酸化物が、下記(a)〜(c)のいずれかの群から選ばれた1種または2種以上の混合物であることを特徴とする請求項4に記載の廃水処理装置。
(a)水和酸化チタン、水和酸化ジルコニウム、水和酸化スズ、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン、および水和酸化イットリウム
(b)チタン、ジルコニウム、スズ、セリウム、ランタン、およびイットリウムからなる群から選ばれる金属元素と、アルミニウム、珪素、および鉄からなる群から選ばれる金属元素との複合金属酸化物
(c)活性アルミナ - 生物処理手段が2槽以上の曝気槽を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
- 生物処理手段が、接触材を浸漬した曝気槽を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
- 接触材が、芯材と該芯材に一部が固定された繊維状物とからなり、かつ該繊維状物を前記芯材回りに密生せしめて構成された請求項7記載の廃水処理装置。
- 芯材がラセン形状をなしている請求項8記載の廃水処理装置。
- 繊維状物が、ポリ塩化ビニリデンである請求項8または9に記載の廃水処理装置。
- 汚泥分離手段が沈殿槽および/または膜分離装置である請求項1〜10のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
- 前記膜分離装置の分離膜が、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリスルホン(PS)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)からなる群から選ばれる一種以上を含んでなる請求項11記載の廃水処理装置。
- 前記分離膜の形態が、中空糸であることを特徴とする請求項11又は12に記載の廃水処理装置。
- 前記分離膜が、垂直方向に配列した複数本の中空糸の両端を接着固定した膜カートリッジであって、一方の端部外周に液密に接着固定されたカートリッジヘッドと、他方端部外周に固定されたスカートとを有し、カートリッジヘッドとスカートが分離されており、カートリッジヘッド側の中空糸端部は開口し、スカート側中空糸端部の中空部は封止され、かつスカート側接着固定層に複数の貫通穴が設けられている請求項11〜13いずれか一項に記載の廃水処理装置。
- 生物処理工程、汚泥分離工程および多孔性成形体が充填されたイオン吸着工程を含む廃水処理方法であって、該多孔性成形体が有機高分子樹脂及び無機イオン吸着体を含んでなる、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体であり、連通孔を形成するフィブリルの内部に空隙を有し、かつ、該空隙の少なくとも一部はフィブリルの表面で開孔しており、該フィブリルの外表面及び内部の空隙表面に無機イオン吸着体が担持されていることを特徴とする廃水処理方法。
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