JP2009154114A

JP2009154114A - 有機物含有水の生物処理方法および装置

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Publication number: JP2009154114A
Application number: JP2007336181A
Authority: JP
Inventors: Hidenari Yasui; 英斉安井; Katsuhiko Momozaki; 勝彦百崎
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP5194783B2

Abstract

【課題】有機物含有水を生物処理し、純水製造の原水に利用する場合の分離膜の汚染を防止する。
【解決手段】リアクタ１０内にメタン生成菌群を主体とする嫌気性汚泥を保持させる。原水管３０からリアクタ１０に有機物含有水を被処理水として供給し、メタン生成菌群による嫌気性生物処理を行う。嫌気性生物処理により得られた処理液は、リアクタ１０外に設けた膜分離装置１２で固液分離した後、分離水を逆浸透膜装置１４で脱塩処理する。逆浸透膜装置１４から排出される濃縮水は、リアクタ１０とは別に設けた生物処理槽であるＡｎａｍｍｏｘ槽４１で処理する。濃縮水は、反応カラムやエバポレータ等を用いて化学的処理、または物理的処理方法により処理してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物含有水を嫌気的に処理する生物処理方法および装置に関し、特に、排水を生物処理して純水製造用の原料として利用する生物処理方法および装置に関する。

近年、半導体製造工場のように純水を使用しその排水を排出する設備等で、有機物を含む排水を生物処理し、その処理液を純水製造の原料として用いる水回収が進んでいる。有機物含有水に窒素成分が含まれる場合にこのような水回収を行う生物処理工程では、従来、好気性条件で窒素化合物を酸化して硝酸または亜硝酸を生成させ、無酸素条件で脱窒を行っている。このような生物脱窒により窒素が除去された処理液は固液分離され、さらに逆浸透膜（ＲＯ膜）装置により脱塩され、純水製造の原料とされている（例えば特許文献１）。
特開２００７−１７５５８２号公報

窒素成分を除去する生物処理では、有機態窒素を微生物によって無機化してアンモニアを生成し、このアンモニアを好気性の硝化細菌により亜硝酸または硝酸に酸化する。この過程では、酸化が進行するため槽内液のｐＨが低下するので、中和用のアルカリ添加を要する。次に、硝酸または亜硝酸は無酸素性の脱窒細菌により窒素ガスまで還元され、その過程でアルカリが生成されｐＨが上がる。このため、脱窒工程では、中和用に酸の添加が必要となる。このように窒素成分を除去する際、中和用に添加された酸またはアルカリは、後段のＲＯ膜の負荷となる。

このように、亜硝酸や硝酸生成まで反応を進め、これを脱窒させる場合は、強酸である亜硝酸や硝酸、および強アルカリであるＯＨ⁻が生成されるため、強酸や強アルカリを中和させる必要がある。一方、窒素化合物を酸化する工程において、アンモニアを生成させた時点で生物反応を停止させれば弱アルカリ性のアンモニアを中和すれば済み、強酸や強アルカリを中和させる必要がなくなる。窒素化合物の生物脱窒を、アンモニア生成の段階で停止させるためには、増殖速度の遅い硝化細菌が生物反応槽内で増殖しないようにすればよい。具体的には、生物反応槽の汚泥の滞留時間を短くすれば、硝化細菌は生物反応槽から流出（ウォッシュアウト）し、槽内に保持されないためアンモニア生成で反応を停止させられる。

しかし、硝化細菌をウォッシュアウトさせるためには、生物反応槽の汚泥の滞留時間を４日以下にする必要がある。汚泥の滞留時間を４日以下程度に下げると、被処理水中に含まれる有機物が十分に分解されない。このため、生物処理した処理液には残存有機物が多く含まれ、ＲＯ膜装置で残存有機物を基質として微生物が増殖しやすくなる。増殖した微生物は、ＲＯ膜を目詰まりさせる原因となり、ＲＯ膜の脱塩性能を低下させる。

すなわち、有機物含有水を好気的条件で生物処理して硝化が進むと中和用薬剤の添加によるＲＯ膜装置の負荷増大を招く一方、硝化の進行を抑えるために汚泥滞留時間を短くすると残存有機物によるＲＯ膜の汚染を招く。本発明は、かかる課題に対して有機物含有水を生物処理し、その処理液を純水製造用水として再利用する際に、ＲＯ膜に対する負荷の増大を回避しつつ、ＲＯ膜の汚染も防止することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、有機物含有水を嫌気的条件で生物処理することにより硝化反応を進ませずに被処理水中の有機物を除去し、生物処理後の処理液に残存するアンモニウム塩をＲＯ膜装置で濃縮して別途、処理する。具体的には、本発明は以下を提供する。

（１）有機物含有水が導入されメタン生成菌群によりメタン生成を行う嫌気性生物処理槽と、前記嫌気性生物処理槽と接続され前記嫌気性生物処理槽から排出された処理液を膜分離する膜分離装置と、前記膜分離装置の分離水を処理する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の濃縮水を処理する濃縮水処理装置と、を備える有機物含有水の生物処理装置。
（２）前記濃縮水処理装置は、前記嫌気生物処理槽とは異なる生物処理槽を含む（１）に記載の有機物含有水の生物処理装置。
（３）前記濃縮水処理装置は、前記濃縮水を導入し蒸発させ蒸留水を取り出すエバポレータを含む（１）または（２）に記載の有機物含有水の生物処理装置。
（４）前記濃縮水処理装置は、前記濃縮水中の不純物を不溶化させる薬品を前記濃縮水に添加して固形物を分離する反応カラムを含む（１）から（３）のいずれかに記載の有機物含有水の生物処理装置。
（５）メタン生成菌群を含む嫌気性生物処理槽に有機物含有水を導入し嫌気性生物処理し、前記嫌気性生物処理により得られた処理液を好気性生物処理せずに膜分離し、前記膜分離により得られた分離水を逆浸透膜で処理し、前記逆浸透膜処理により得られた濃縮水を処理する有機物含有水の生物処理方法。
（６）前記有機物含有水は窒素化合物を含む（５）に記載の有機物含有水の生物処理方法。
（７）前記濃縮水を、前記嫌気性生物処理とは別に生物処理する、エバポレータを用いて蒸留処理する、および／または薬品により不純物を不溶化させて処理する（５）または（６）に記載の有機物含有水の生物処理方法。

被処理水である有機物含有水の性状は特に限定されるものではなく、有機態炭素として不揮発性有機物や揮発性有機物を含む種々の有機物を含み、有機態炭素化合物のみならず窒素化合物を含んでよい。有機態炭素化合物としては、微生物が直接吸収できる程度の低分子の有機物（以下、「モノマー有機物」と称する）の割合が多い（例えば全有機物炭素に対して７０％以上）ことが好ましい。モノマー有機物は、メタン生成菌群により分解されるため、モノマー有機物が主体の有機物含有水であれば嫌気性生物処理の工程で酸生成菌群が増殖しにくい。本発明者らの知見によれば、酸生成菌群の増殖を抑えればこれら微生物が生成する高分子の代謝物の生成を抑制でき、代謝物によるＲＯ膜汚染を防止できる。モノマー有機物の具体例としては、メタン生成菌群の基質として利用される低分子有機物（例えば蟻酸、酢酸、メタノール、メチルアミン等）やテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、モノエタノールアミン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、イソプロピルアルコール、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドが挙げられる。

被処理水は、嫌気性生物処理槽内でメタン生成菌群を主体とする嫌気性生物処理により有機物を除去する。嫌気性生物処理は、槽内液の温度が１５℃以上４０℃以下となるような条件で行えば、微生物が高分子有機物を生成した場合でもその９０％程度が分解されるため、好ましい。また、槽内液のｐＨを６以上９以下とすることにより、微生物が生成した高分子有機物の９０％程度が分解されるため、好ましい。

嫌気性生物処理槽の槽内液には、被処理水中に含まれていたアンモニウム塩または／および被処理水に含まれていた有機態窒素化合物が分解されて生じたアンモニウム塩が含まれうる。このようなアンモニウム塩は嫌気性生物処理槽内で有機物分解に伴い生じた二酸化炭素と反応し、重炭酸アンモニウムが生成される。よって、被処理水に窒素化合物が含まれる場合でも嫌気性生物処理槽の槽内液のｐＨは、中和薬品を添加することなく中性付近に維持できる。

嫌気性生物処理槽から流出した処理液には微生物が含まれるため、固液分離した後、固形分が除去された水（分離水）をＲＯ膜装置で脱塩処理して純水製造の原料とする。固液分離は、濾過膜を備える膜分離装置を用いればよい。分離膜としては限外濾過膜（ＵＦ膜）または精密濾過膜（ＭＦ膜）を用いればよく、一般的なメタン生成菌群の直径より小さい孔径（例えば１００ｎｍ以下）の膜を用いることが好ましい。

また、嫌気性生物処理槽からの処理液には、嫌気性生物処理槽で生成された重炭酸アンモニウムや生物処理されなかった有機物等が含まれる。これら残存物質の一部は膜分離装置で除去されるものの、他部は膜分離装置では除去されずＲＯ膜装置に持ち込まれ濃縮される。よって、ＲＯ膜装置から排出される濃縮水（ブライン）には、重炭酸アンモニウム等が概ね１０倍程度に濃縮されて含まれる。そこで、ブラインは、被処理水とは別に生物、化学、または／および物理的方法により処理する。

ブラインの処理方法はその性状に応じて選択すればよく、例えば生物処理としては、好気的または無酸素的に生物脱窒する処理が挙げられる。生物脱窒には、従属栄養性または独立栄養性のどちらの脱窒微生物を用いてもよい。

化学的処理としては、ｐＨを変化させてブラインに含まれる不純物を不溶化させる方法、ブライン中の不純物と化合物を形成する薬品を添加する方法等が挙げられる。化学的処理で用いる薬品としては、ｐＨを変化させる酸またはアルカリ、凝集剤、およびブライン中の不純物を析出させる種晶等が挙げられる。より具体的には、アンモニウム塩と反応して硫酸アンモニウムを生成する硫酸、タンパク質を凝固させる各種酸等が挙げられる。

物理的処理としては、蒸留が挙げられ、曝気によりアンモニアを揮発させてもよい。蒸留は、アンモニアがガスとして揮散することを防止するため、酸性条件下で行うことが好ましく減圧下で加温するとよい。一方、曝気によりアンモニアを揮散させる場合は、アルカリ条件として大量の空気で曝気すればよい。

ブラインは、上記の処理法を組み合わせて処理してもよい。例えば、ブラインに酸を添加してアンモニア（アミン）を不溶化させた後、エバポレータを用いて蒸留処理し、水を回収する方法が挙げられる。この方法では、アンモニアを含む廃棄物の発生量を低減するとともに水回収ができる利点がある。

本発明では、有機物含有水を嫌気的条件で生物処理することで、硝化反応を抑制し、ｐＨ調整用の薬品添加による塩類濃度の上昇を抑え、高分子有機物の生成を抑制することで分離膜の汚染を防止できる。また、嫌気性処理で除去されなかった物質を逆浸透膜装置で濃縮し、別途処理することで、水回収率を上げることができる。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。以下、同一部材については同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る有機物含有水の生物処理装置（以下、単に「処理装置」という）１の模式図である。処理装置１は、嫌気性生物処理槽（以下、「リアクタ」）１０、膜分離装置１２、逆浸透膜装置１４、濃縮水処理装置としてのＡｎａｍｍｏｘ槽４１を含む。リアクタ１０の入口には、原水管３０が接続されている。リアクタ１０は、処理液管３２を介して膜分離装置１２と接続され、膜分離装置１２は分離水管３４を介して逆浸透膜装置１４と接続されている。逆浸透膜装置１４の出口には、透過水管３６が接続されている。

原水管３０の途中には第１熱交換器２１が設けられ、透過水管３６の途中には第２熱交換器２２が設けられている。第１熱交換器２１と第２熱交換器２２とは流体管３９で接続され、熱交換に用いられる流体を第１熱交換器２１と第２熱交換器２２との間で循環させる。第１熱交換器２１、第２熱交換器２２、および流体管３９は熱回収加熱装置を構成している。

リアクタ１０には、排泥管３５とガス排管３１が接続されている。排泥管３５からは、リアクタ１０内の余剰汚泥が取り出され、リアクタ１０内で発生したガスはガス排管３１から取り出される。ガス排管３１は膜分離装置１２に接続され、膜分離装置１２内に設けられた分離膜（図示せず）を曝気洗浄するように構成され、洗浄装置として機能する。また、膜分離装置１２には出口端がリアクタ１０に接続された返送管３３も接続されている。逆浸透膜装置１４には、濃縮側にブライン管３７が接続されている。ブライン管３７はＡｎａｍｍｏｘ槽４１に接続されている。

本発明では、原水管３０を介して、被処理水として窒素化合物を含む有機物含有水をリアクタ１０に供給する。リアクタ１０の好適な運転条件は、上述した通り、ｐＨ６〜９、温度１５〜４０℃特に３０〜４０℃である。このような条件であれば、メタン生成菌群の基質とならない高分子の有機物が含まれる有機物含有水を処理する場合においても、酸生成菌群代謝物による膜汚染を防止できる。

リアクタ１０内のメタン生成菌群はグラニュール状または浮遊性のどちらの状態であってもよいが、メタン生成菌群は、酸生成菌群に比べて粘質物を生成しにくいためグラニュール汚泥を形成しにくい。このため、リアクタ１０から排出される処理液にはリアクタ１０内の汚泥が含まれやすい。

本発明ではリアクタ１０後段に膜分離装置１２を設けるため、処理液に含まれる微生物体を良好に固液分離できる。膜分離装置１２は、本実施形態のようにリアクタ１０とは別に設けられていることが好ましい。膜は、限外濾過膜（ＵＦ膜）または精密濾過膜（ＭＦ膜）を用いればよく、一般的なメタン生成菌の直径より孔径が小さいことが好ましく、具体的には孔径が１００ｎｍ以下程度であることが好ましい。

膜分離装置１２のモジュール形式は特に限定されないが、リアクタ１０から送液される汚泥が膜分離装置１２の内部で閉塞または滞留しにくいように構成されていることが好ましく、例えばチューブラ形式や平膜形式を好適に使用できる。また、処理液中の液分と固形分とを分離する分離膜は、本実施形態のようにリアクタ１０外に設ける、いわゆる槽外型とすれば膜面流速のコントロールが容易であるため、膜面の汚れ防止の観点から好ましい。

本実施態様では、膜分離装置１２にはガス排管３１が接続されており、リアクタ１０からは処理液が生成ガスとともに膜分離装置１２に送られる。ガスは、膜分離装置１２内の被処理水流路に沿って移動しながら分離膜を曝気洗浄する。膜分離装置１２に供給された処理液は装置内を通過する間に固液分離され、透過側から固形分が除去された分離水が装置外へ取り出される。一方、固形分が濃縮された濃縮汚泥液はガスとともに膜分離装置１２の被処理液流路内を移動し、返送管３３からリアクタ１０に返送される。

メタン生成菌群は好気性微生物に比べて増殖速度が遅いが、このような汚泥返送を行ってリアクタ１０内の汚泥濃度を４，０００〜１０，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持すれば、好気性の活性汚泥による好気性生物処理を行う場合と同程度の分解速度を得ることができる。よって、汚泥濃度を上記範囲とすれば、リアクタ１０の水理学的滞留時間を０．５〜２日程度にできる。リアクタ１０からは排泥管３５を介して適宜、余剰汚泥を引き抜き、リアクタ１０内の汚泥濃度を調整する。

膜分離装置１２で固形分が分離された分離水は、膜分離装置１２の後段に設けられた逆浸透膜装置１４で脱塩して純水製造の原水として利用する。本実施形態ではリアクタ１０は３０〜４０℃で運転され、処理液の温度も３０〜４０℃である。本発明ではリアクタ１０から排出された処理液を好気性処理せず、人為的に温度降下もさせず、膜分離装置１２および逆浸透膜装置１４に送る。３０℃前後の液は逆浸透膜分離が容易なので、リアクタ１０からの処理液を温かい状態で逆浸透膜装置１４に送ることで、逆浸透膜装置１４のフラックスを高くできる。

逆浸透膜装置１４から取り出された液は、依然として温かい。そこで、本実施態様では透過水を取り出す透過水管３６の途中に設けた第２熱交換器２２で透過水を熱交換して熱回収を行う。第２熱交換器２２での熱交換により温められた熱交換媒体は流体管３９を介して第１熱交換器２１に送る。第１熱交換器２１では、温められた熱交換媒体で原水管３０から送られる原水を加温してリアクタ１０に送る。

逆浸透膜装置１４で処理され、塩類が除去された透過水は、純水製造用の原水として利用できる。具体的には、逆浸透膜装置１４の後段に脱炭酸装置やイオン交換装置、紫外線殺菌装置等の純水製造装置を構成する機器類を配置し、これら機器類を用いて逆浸透膜装置１４から取り出した透過水を処理することで純水が製造できる。逆浸透膜装置１４から排出される、塩類が濃縮された濃縮水はブライン管３７から排出する。

第１実施形態の処理装置１は、濃縮水処理装置として独立栄養性脱窒微生物（Ａｎａｍｍｏｘ微生物）を保持する生物処理槽を有する。Ａｎａｍｍｏｘ槽４１では、ブライン管３７から供給された濃縮水中のアンモニアの一部が微好気条件で亜硝酸に酸化され、無酸素条件でＡｎａｍｍｏｘ微生物の生物反応によりアンモニアと亜硝酸とから窒素ガスが生成され、窒素が除去される。

Ａｎａｍｍｏｘ槽４１からの流出液は配管４２から取り出し、必要に応じてさらに処理し、純水製造の原水として再利用できる。あるいは、必要に応じて流出液を固液分離装置（図示せず）で固液分離し、固形分は返送汚泥として返送し、液分を放流または回収してもよい。

逆浸透膜装置１４から排出される濃縮水は、生物処理以外の方法で処理してもよい。図２は、本発明の第２実施形態に係る処理装置２の模式図である。処理装置２は、濃縮水処理装置としてＡｎａｍｍｏｘ槽４１に代えて反応カラム４３を有する点で、処理装置１と異なる。反応カラム４３に濃縮水を供給するブライン管３７の途中には図示しない薬注装置が接続され、濃縮水中のアンモニアと反応して固形物を生じる薬品が添加される。濃縮水には例えば、薬品としてリン酸およびマグネシウム塩が添加され、反応カラム４３中でリン酸アンモニウムマグネシウムが生成されストラバイト結晶が生じる。ストラバイト結晶は反応カラム４３から取り出し肥料等として利用でき、結晶と分離されアンモニアが除去された脱アンモニア水は純水製造の原水として回収利用できる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る処理装置３の模式図である。処理装置３は、濃縮水処理装置としてエバポレータ４５を備える。処理装置３では、濃縮水をエバポレータ４５に導入して減圧蒸留し、蒸留水を蒸留水管４６から取り出して純水製造用の原水として利用する。図には示していないが、蒸留処理に先立ち、濃縮水に硫酸を添加するように構成し、濃縮水のｐＨを４〜６程度にしてアンモニアを硫酸アンモニウムとしてアンモニアを回収してもよい。

図４は、生物処理、化学処理、および物理処理を２以上、組み合わせた方法で濃縮水を処理する別の方法を示す。図４の処理装置４では、濃縮水処理装置を生物処理槽（Ａｎａｍｍｏｘ槽４１）とエバポレータ４５とを組み合わせて構成としている。この処理装置４では、濃縮水をまず生物処理することでエバポレータ４５に供給する被処理水のｐＨ調整に要する酸の添加量を少なくできる。

［実施例１］
実施例１として、図１に示す処理装置１を模した実験装置による実験を行った。実験装置のリアクタ１０は有効容積１ｍ^３、水理学的滞留時間は０．５日で運転した。リアクタ１０内には、メタノールを処理する嫌気性リアクタから取り出したグラニュール汚泥を後述する被処理液で馴養し浮遊性汚泥を保持させた。リアクタ１０内の浮遊性汚泥の濃度は４，０００ｍｇ／Ｌで、現存量（湿重量比較）の４０％がメタン生成菌群、６０％がメタン生成細菌群の自己消化残渣であった。

被処理水としては全有機態炭素（ＴＯＣ）濃度５００ｍｇ／Ｌ、窒素濃度１５２ｍｇ／Ｌ、無機塩濃度１，１８０ｍｇ／Ｌの有機物含有水を用いた。炭素および窒素のほとんどはテトラメチルアンモニウムヒドロキシル由来で、その濃度はＴＯＣとして４８０ｍｇ／Ｌ、Ｎとして１４０ｍｇ／Ｌであった。

被処理水は加温して、リアクタ１０内の槽内液の温度が３５℃となるようにした。膜分離装置１２内には、直径０．５２ｃｍのチューブ状ＵＦ膜（孔径３０ｎｍ）を１０４本、配置し、チューブ内にリアクタ１０から排出された生物処理液をガスとともに流入させ、濃縮液とガスはリアクタ１０に戻した。膜分離装置１２の透過水量（フラックス）は１．０ｍ／ｄａｙとした。膜分離装置１２から得られた分離水は０．７５ＭＰａで逆浸透膜装置１４（逆浸透膜として全芳香族ポリアミド系の超低圧膜を備えたスパイラル式のもの）により１０倍濃縮した。

上記条件で実験を開始して３０日後には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが分解され、膜分離装置１２からの分離水のＴＯＣ濃度は５ｍｇ／Ｌとなり、トリメチルアミンとアンモニアが生成された。分離水のＴＯＣのほとんどは、トリメチルアミンでその濃度は４ｍｇ／Ｌ、残り１ｍｇ／Ｌは微生物により生成された高分子有機物であった。また、分離水のアンモニア濃度は１３５〜１４０ｍｇ−Ｎ／Ｌの範囲であった。このアンモニアは、リアクタ１０内でのメタン発酵によって発生した二酸化炭素（濃度は１２０ｍｇ−Ｃ／Ｌ程度）と反応し、重炭酸アンモニウムが生成された。このため、リアクタ１０の槽内液のｐＨは中和用薬剤を添加せずｐＨ７．０〜７．５に維持できた。

分離水を脱塩処理した逆浸透膜装置１４は実験開始から６０日間、０．７５ＭＰａで、０．９５ｍ／ｄａｙのフラックスで運転できた。逆浸透膜装置１４から得られた濃縮水は、ｐＨが概ね８．５、トリメチルアミン濃度４０ｍｇ−Ｃ／Ｌ、重炭酸アンモニウム濃度１，４００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、高分子有機物濃度１０ｍｇ−Ｃ／Ｌで、塩類（アンモニウム塩）および有機物についてほぼ１００％の回収率であった。

濃縮水は、Ａｎａｍｍｏｘ槽４１で微好気／無酸素条件で生物処理した。Ａｎａｍｍｏｘ槽４１に対する負荷は、３ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙとした。Ａｎａｍｍｏｘ槽４１での処理により、濃縮水中のトリメチルアミンおよびアンモニアの９９％が生物分解され、Ａｎａｍｍｏｘ槽４１から流出した処理液のＢＯＤ濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳ濃度も１０ｍｇ／Ｌ以下、窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。

［実施例２］
実施例２では、図２の処理装置２を模した実験装置を用いた以外は実施例１と同様の条件の実験を行った。実施例２では、ブライン管３７の途中にマグネシウム塩として２％の塩化マグネシウムの水溶液を８００ｍｇ／Ｌの添加量で添加し、リン酸カリウム溶液を添加した。また、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１として重炭酸アンモニウムを解離させアンモニウムイオンを遊離させた。反応カラム４３は、容量２０Ｌで、前記薬品を添加した濃縮水を２００Ｌ／ｄａｙの条件で通水したところ、アンモニウムイオンがリンおよびマグネシウムと反応し、直径２〜３ｍｍ程度のストラバイト結晶が生成された。配管４５を介して反応カラム４３から取り出した処理水は、ＴＯＣ濃度５０ｍｇ／Ｌ、窒素濃度１４０ｍｇ／Ｌであり、濃縮水に含まれていたアンモニアの９０％が除去できた。また、反応カラム４３からストラバイト結晶を取り出し、分析したところ、その主成分は、アンモニア、リン、マグネシウムであり重金属はほとんど含まず、肥料として利用可能であった。

［実施例３］
実施例３では、図３の処理装置３を模した実験装置を用いた以外は実施例１と同様の条件の実験を行った。実施例３では、図示しない薬注装置からブライン管３７の途中に硫酸を添加し、エバポレータ４５に供給する濃縮水のアルカリ度を０（ｐＨ４．８）にした。エバポレータ４５は減圧して濃縮水を４０℃に加温することで蒸留し、蒸留水管４６から蒸留水を取り出した。蒸留水のＴＯＣ濃度は０．０１ｍｇ−Ｃ／Ｌ、窒素濃度は０．２ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。また、エバポレータ４５内に残留した硫酸アンモニウムのスラリーを回収したところ、濃縮水中のアンモニウムの９８％を硫酸アンモニウムスラリーとして回収できた。

［実施例４］
実施例４では、図４の処理装置４を模した実験装置を用い、実施例１のＡｎａｍｍｏｘ槽４１での生物処理により得られた処理液をさらにエバポレータ４５で蒸留した。実施例４では、エバポレータ４５に供給される液のアンモニア濃度は７０ｍｇ−Ｎ／Ｌで、実施例３に比べて低かったため、ｐＨを低下させるために必要な酸の添加量は、実施例３の１／２０どなった。また、エバポレータ４５から取り出した蒸留水の水質はＴＯＣ濃度０ｍｇ−Ｃ／Ｌ、窒素濃度０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。

[比較例１]
比較例１として、リアクタ内部に空気を吹き込む散気装置を設けることで、リアクタを好気性生物処理槽とした。リアクタを好気性に代えた以外は実施例１と同様の条件で実験を行ったところ、好気性生物処理槽のｐＨ調整を行わなかったため、実験開始から１週間後には硝化反応が認められ、槽内液のｐＨが５．０〜５．５程度に低下した。この結果、好気性生物処理槽から流出する処理液のＴＯＣ濃度は１００〜１２０ｍｇ／Ｌ程度となり、膜分離装置から得られた分離水を脱塩処理する逆浸透膜装置のフラックスは実施例１の半分となった。

[比較例２]
比較例１において、好気性生物処理槽に水酸化ナトリウムを添加して槽内液のｐＨを６．５〜７．５の範囲にした。この結果、好気性生物処理槽から流出する処理液のＴＯＣ濃度は１０ｍｇ／Ｌまで低下させることができた。しかし、処理液には硝酸が１３０〜１４０ｍｇ／Ｌ程度の濃度で含まれ、また、ｐＨ調整用に添加した水酸化ナトリウムにより塩濃度が高くなった。このため、膜分離装置から得られた分離水を脱塩処理する逆浸透膜装置のフラックスは実施例１の６０％に留まった。

[比較例３]
比較例２において、好気性生物処理槽の後段に脱窒槽を設け、図５に示す構成の処理装置５とした。処理装置５は、実施例で用いた嫌気性の生物処理装置（リアクタ１０）に代えて好気性生物処理槽（好気性リアクタ１０´）を有し、好気性リアクタ１０´の後段に脱窒菌を保持する脱窒槽１３および再曝気槽１１を備える。好気性リアクタ１０´から流出する処理液には、メタノールを添加し、脱窒槽１３に硫酸を添加してｐＨを６．５〜７．５に維持して脱窒処理をした。脱窒槽１３からの流出液は、配管３２Ｂを介して再曝気槽１１に送り、再曝気槽１１で再曝気した後、配管３２Ｃを介して膜分離装置１２に送った。この結果、実験開始から２週間は、膜分離装置１２から得られた分離水を脱塩処理する逆浸透膜装置１４のフラックスは実施例１の８０％となった。しかし、実験開始から１ヶ月後には逆浸透膜装置１４のフラックスは実施例１の５０％に低下した。

そこで、逆浸透膜を取り外し、顕微鏡観察したところ、多量のバイオフィルムが表面に付着していた。実施例１で用いた逆浸透膜装置の逆浸透膜には、バイオフィルムはほとんど付着していなかったことから、比較例３ではバイオフィルムの付着によりフラックスが低下したものと推察された。実施例では逆浸透膜にバイオフィルムが付着しなかった理由としては、次の２つが考えられる。逆浸透膜装置では塩類が濃縮されブラインのｐＨが８．５まで上昇したため、重炭酸アンモニウムからアンモニアが解離して、アンモニアの毒性により微生物の増殖が抑制された。また別の理由としては、メタン生成菌群は好気性微生物に比して増殖速度が遅く、バイオフィルムを形成しがたいことが挙げられる。

以上より、有機物含有水をメタン生成菌群により嫌気性処理することでｐＨ調整剤を添加することなく有機物を生物分解し、分離膜を汚染する高分子有機物の生成量を抑制できることが示された。

また、メタン生成菌群による嫌気性処理工程でアンモニアと二酸化炭素とから重炭酸アンモニウムを生成させ、これを好気性処理することなく逆浸透膜装置で濃縮することで逆浸透膜装置でのバイオフィルムの形成が抑制できることが示された。すなわち、嫌気性処理工程で除去できなかった物質を逆浸透膜装置で濃縮する場合の逆浸透膜の汚染を防止できることが示された。

本発明は、有機物含有水を生物処理して純水製造に再利用するために用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る生物処理装置の模式図。本発明の第２実施形態に係る生物処理装置の模式図。本発明の第３実施形態に係る生物処理装置の模式図。本発明の第４実施形態に係る生物処理装置の模式図。比較例で用いた実験装置の模式図。

符号の説明

１生物処理装置
１０嫌気性生物処理槽（リアクタ）
１２膜分離装置
１４逆浸透膜装置
２１第１熱交換器
２２第２熱交換器
４１Ａｎａｍｍｏｘ槽（濃縮水処理装置）
４３反応カラム
４５エバポレータ

Claims

有機物含有水が導入されメタン生成菌群によりメタン生成を行う嫌気性生物処理槽と、
前記嫌気性生物処理槽と接続され前記嫌気性生物処理槽から排出された処理液を膜分離する膜分離装置と、
前記膜分離装置の分離水を処理する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置の濃縮水を処理する濃縮水処理装置と、を備える有機物含有水の生物処理装置。
前記濃縮水処理装置は、前記嫌気生物処理槽とは異なる生物処理槽を含む請求項１に記載の有機物含有水の生物処理装置。
前記濃縮水処理装置は、前記濃縮水を導入し蒸発させ蒸留水を取り出すエバポレータを含む請求項１または２に記載の有機物含有水の生物処理装置。
前記濃縮水処理装置は、前記濃縮水中の不純物を不溶化させる薬品を前記濃縮水に添加して固形物を分離する反応カラムを含む請求項１から３のいずれかに記載の有機物含有水の生物処理装置。
メタン生成菌群を含む嫌気性生物処理槽に有機物含有水を導入し嫌気性生物処理し、
前記嫌気性生物処理により得られた処理液を好気性生物処理せずに膜分離し、
前記膜分離により得られた分離水を逆浸透膜で処理し、
前記逆浸透膜処理により得られた濃縮水を処理する有機物含有水の生物処理方法。
前記有機物含有水は窒素化合物を含む請求項５に記載の有機物含有水の生物処理方法。
前記濃縮水を、前記嫌気性生物処理とは別に生物処理する、エバポレータを用いて蒸留処理する、および／または薬品により不純物を不溶化させて処理する請求項５または６に記載の有機物含有水の生物処理方法。