JP2010017615A - Ｄｍｓｏ含有排水の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＳＯ含有排水を生物処理し、生物処理水を固液分離して分離水をＲＯ膜で脱塩処理することにより水回収を図るＤＭＳＯ含有排水の処理において、臭気の問題を引き起こすことなく、またＲＯ膜の負荷を抑えて効率的な処理を行う。
【解決手段】ＤＭＳＯ含有排水を嫌気性消化槽１でメタン発酵処理し、処理水を好気性生物処理することなくＵＦ膜分離装置２で固液分離し、分離水を好気性生物処理することなくＲＯ膜分離装置３で脱塩処理する。ＵＦ膜分離装置２の濃縮水は嫌気性消化槽１に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む排水を嫌気性消化処理する方法及び装置に関し、特に、ＤＭＳＯ含有排水を嫌気性消化処理して純水製造用の原料として利用するＤＭＳＯ含有排水の処理方法及び装置に関する。

半導体製造、液晶製造等の電子産業工場のように、純水を使用してその排水を排出する設備では、ＤＭＳＯなどの、プロセス工程で洗浄剤、剥離剤などとして使用される有機物を含む排水を生物処理し、その処理水を純水製造の原料として用いる水回収が進んでいる。生物処理水を純水製造に再利用する場合、処理水を固液分離処理して微生物体を分離した後、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置で脱塩処理することが行われている（例えば、特許文献１）。

ＤＭＳＯは馴養された菌体を用いることで生物分解が可能であり、好気性処理が可能である。また、特許文献２では、嫌気条件で中間体の硫化ジメチル（ＤＭＳ）への転換を促進し、ＤＭＳを好気性処理する排水処理法が記載されている。しかし、中間体として生成するＤＭＳやメチルメルカプタン（ＭＭ）は悪臭物質であり、好気性処理における曝気により揮散して臭気の問題を引き起こしやすい。また、好気性処理ではＳＯ_４が生成してｐＨが低下するため、生物反応を効率よく進めるために、ＮａＯＨなどのアルカリを添加して中和する必要がある。その結果、生物処理液中の塩濃度が増加し、後段のＲＯ膜による脱塩処理の負荷が高くなる問題があった。
特開２００７−１７５５８２号公報 特開平６−９１２８９号公報

本発明は、ＤＭＳＯ含有排水を生物処理し、生物処理水を固液分離して分離水をＲＯ膜で脱塩処理することにより水回収を図るＤＭＳＯ含有排水の処理において、臭気の問題を引き起こすことなく、またＲＯ膜の負荷を抑えて効率的な処理を行う方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ＤＭＳＯを含む排水を嫌気性条件下でメタン発酵処理し、その処理液を好気性処理することなく限外濾過濾過（ＵＦ）膜又は精密濾過（ＭＦ）膜で固液分離し、その分離水を好気性生物処理することなくＲＯ膜で処理すると共に、濃縮水をメタン発酵処理工程へ戻すことにより、上記課題を解決することができることを見出した。即ち、ＤＭＳＯは適宜馴養された菌体により嫌気性条件下でメタン発酵処理され、ＣＨ_４、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓにまで分解される。メタン発酵処理でも、ＤＭＳやＭＭなどの中間体が生成されるが、これらが分解されない限りガスが発生することはないため、好気性処理のように曝気により中間体が水系から放出されることはなく、臭気の問題が少ない。メタン発酵により生成するＨ_２Ｓは大部分がガス中に排出され、生物処理水から分離されるため、ＵＦ膜又はＭＦ膜で固液分離した分離水には、ＳＯ_４がないのに加え、中和用のアルカリも添加されていないため、ＲＯ膜の塩類負荷を大幅に低減することができる。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ ジメチルスルホキシドを含有する排水をメタン発酵処理する嫌気性消化工程と、該嫌気性消化工程の処理水を好気性生物処理することなく限外濾過膜分離処理又は精密濾過膜分離処理する固液分離工程と、該固液分離工程で分離された分離水を好気性生物処理することなく逆浸透膜分離処理する脱塩工程と、前記固液分離工程で分離された濃縮水を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程とを有することを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理方法。

［２］ ［１］において、前記メタン発酵処理を２０〜３５℃で行うことを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理方法。

［３］ ジメチルスルホキシドを含有する排水をメタン発酵処理する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽の処理水を好気性生物処理することなく固液分離する限外濾過膜分離装置又は精密濾過膜分離装置と、該限外濾過膜分離装置又は精密濾過膜分離装置で分離された分離水を好気性生物処理することなく脱塩処理する逆浸透膜分離装置と、前記限外濾過膜分離装置で分離された濃縮水を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段とを有することを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理装置。

［４］ ［３］において、前記メタン発酵処理を２０〜３５℃で行うことを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理装置。

本発明によれば、ＤＭＳＯ含有排水を生物処理し、生物処理水を固液分離して分離水をＲＯ膜で脱塩処理することにより水回収を図るＤＭＳＯ含有排水の処理において、ＤＭＳやＭＭ等の悪臭物質に起因する臭気の問題を引き起こすことなく、また、ＲＯ膜の負荷を高くすることなく、効率的に処理することができる。

即ち、本発明では、好気性処理を行わないため、従来法の好気性処理における曝気でＤＭＳＯ分解で生成する中間体としてのＤＭＳやＭＭ等の悪臭物質の揮散による臭気の問題がない。また、好気性処理によるＳＯ_４の生成もないため、中和のためのアルカリが不要であることから、生物処理水の塩類濃度の増加の問題もなく、ＲＯ膜負荷を低減することができる。

なお、ＵＦ膜又はＭＦ膜で膜分離した濃縮水を嫌気性消化工程（槽）に返送して循環処理することにより、嫌気性消化工程（槽）での汚泥滞留時間を極めて長くすることができる。これにより、嫌気性消化工程（槽）において、このようなＤＭＳＯをも分解し得る微生物が馴養され、ＤＭＳＯを嫌気性消化工程（槽）で効率的に分解することができるようになる。

本発明によれば、電子産業工場排水のように、ＤＭＳＯと同様に洗浄剤、剥離剤として利用されるモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＤＢＧ）などの有機物が含まれている場合においても、それらの分解で発生するガス量は総じて好気性処理での曝気量に比べ遥かに少ないため、臭気の揮散が問題となることは少ない。

本発明において、メタン発酵処理は、２０〜３５℃で行うことが好ましい。即ち、一般にメタン発酵処理には、３５〜３７℃に活性のピークがある中温メタン発酵と、５３〜５５℃に活性のピークがある高温メタン発酵とが知られているが、ＤＭＳＯの分解で生成する中間体のＤＭＳは沸点が３７℃前後と沸点の低い物質であるため、本発明では、２０〜３５℃でメタン発酵を行って、ＤＭＳの揮散を防止することが好ましい（請求項２，４）。

本発明によれば、半導体製造、液晶製造等の電子産業工場のように、純水を使用してその排水を排出する設備において、排出されたＤＭＳＯを含む排水を含む排水を生物処理し、その処理水を効率的に水回収して純水製造の原料として用いることができる。

以下に、図面を参照して本発明のＤＭＳＯ含有排水の処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明のＤＭＳＯ含有排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。

図１においては、図１に示す如く、ＤＭＳＯ含有排水を原水として、嫌気性消化槽１で原水をメタン発酵処理し、処理水を好気性生物処理することなくＵＦ膜分離装置２で固液分離し、分離水を好気性生物処理することなくＲＯ膜分離装置３で脱塩処理して、透過水を処理水として取り出す。また、ＵＦ膜分離装置２の濃縮水の一部又は全部は嫌気性消化槽１に返送して循環処理する。

本発明において、原水として処理するＤＭＳＯ含有排水としては、半導体製造、液晶製造等の電子産業工場等で排出される、プロセス工程で洗浄剤、剥離剤などとして使用されるＤＭＳＯを含む排水が挙げられ、例えば、ＤＭＳＯを５０〜１，０００ｍｇ／Ｌ程度含む、ＣＯＤ_Ｃｒ５０〜１，０００ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣ１５〜３００ｍｇ／Ｌ程度のＤＭＳＯ含有排水が挙げられる。

前述の如く、本発明によればＭＥＡ、ＴＭＡＨ、ＩＰＡ、ＤＢＧなどの有機物が含む排水であっても、良好な効果を得ることができるため、本発明は、ＤＭＳＯと共に、これらの有機物を含む排水にも有効に適用可能である。

このような原水は、嫌気性消化槽１内でメタン生成菌群を主体とする嫌気性生物処理でメタン発酵処理されてＤＭＳＯ及びその他の有機物が分解除去される。前述の如く、嫌気性消化槽１でのメタン発酵処理は、低沸点のＤＭＳの揮散を防止するために２０〜３５℃、特に２５〜３０℃で行うことが好ましい。また、槽内液のｐＨを７．０〜８．０とすることにより、メタン生成菌群の活性が高く維持されるため、好ましい。

嫌気性消化槽１からの処理水には微生物が含まれるため、ＵＦ膜分離装置２で固液分離した後、固形分が除去された水（分離水）をＲＯ膜分離装置３で脱塩処理し、処理水（ＲＯ膜透過水）は、純水原料等として取り出される。

ＵＦ膜分離装置２のモジュール形式は特に限定されないが、嫌気性消化槽１から送液される汚泥がＵＦ膜分離装置２の内部で閉塞又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、嫌気性消化槽１の処理水中の液分と固形分とを分離するＵＦ膜は、本実施形態のように嫌気性消化槽１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。

なお、ＵＦ膜分離装置２には図示しないガス排管が接続されており、嫌気性消化槽１からの処理水と共に生成ガスがＵＦ膜分離装置２に送られる。このガスは、ＵＦ膜分離装置２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。

本発明では、このＵＦ膜分離装置１で分離された濃縮水は、嫌気性消化槽１に返送される。

なお、嫌気性消化槽１におけ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、このように濃縮水の返送を行って嫌気性消化槽１内の汚泥（ＭＬＳＳ）濃度を６，０００〜１５，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持し、嫌気性消化槽１の水理学的滞留時間を２〜８時間程度にすることにより、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効率でＤＭＳＯを分解除去することが可能となる。この嫌気性消化槽１からは、図示しない排泥管を介して適宜、余剰汚泥を引き抜くことにより、嫌気性消化槽１内の汚泥濃度を調整する。

ＵＦ膜分離装置２の分離水を脱塩処理するＲＯ膜分離装置３の分離膜には特に制限はなく、平膜、チューブラ、スパイラルなど任意の膜形式のものを用いることができる。

このＲＯ膜分離装置３で処理され、塩類が除去された透過水は処理水として取り出される。この処理水は、純水製造用の原水等として利用できる。具体的には、ＲＯ膜分離装置３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ＲＯ膜分離装置３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。

ＲＯ膜分離装置３から排出される、塩類が濃縮された濃縮水は系外へ排出される。

なお、図１では、嫌気性消化槽１からの処理水をＵＦ膜分離装置で固液分離しているが、嫌気性消化槽１からの処理水の固液分離は、ＵＦ膜の他、ＭＦ膜を用いても良く、この場合、ＭＦ膜分離装置の形式等については、前述のＵＦ膜分離装置におけると同様である。

本発明では、ＵＦ膜分離装置又はＭＦ膜分離装置で、ＤＭＳＯ含有排水のメタン発酵処理水を好気性生物処理することなく固液分離し、分離された濃縮水を循環処理することにより、未分解物質をＵＦ膜又はＭＦ膜で阻止すると共に、これを嫌気性消化槽で分解除去して系内蓄積を防止する。このように好気性生物処理を行うことなく、嫌気性消化処理のみでＤＭＳＯを分解することにより、臭気の問題を引き起こすことなく、ＲＯ膜の負荷を低減して長期に亘り安定かつ効率的な処理を行える。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
以下の水質の排水を原水として、図１に示す本発明のＤＭＳＯ含有排水の処理装置により処理を行った。

＜原水水質＞
ＣＯＤ_Ｃｒ：４４０ｍｇ／Ｌ
ＴＯＣ：１３０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ：２５ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｓ：１２５ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｐ：３ｍｇ／Ｌ
原水の組成：
ジメチルスルホキシド：３００ｍｇ／Ｌ
モノエタノールアミン：１００ｍｇ／Ｌ
（Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、ＰＯ_４−Ｐを微量金属とともに別途添加）

下水消化汚泥（ＶＳＳ５，５００ｍｇ／Ｌ）を種汚泥とする嫌気性消化槽（実容量５Ｌ）の温度は３０℃、ｐＨは７．５、水理学的滞留時間は６時間とし、原水流量は０．８３Ｌ／ｈｒとし、槽内ＭＬＳＳが１０，０００〜１２，０００ｍｇ／Ｌを維持するように汚泥を引き抜いた。

膜分離装置には、平膜形式のＭＦ膜（旭化成ケミカルズ社製、マイクローザＭＦ ＵＭＰ−１５３、孔径：０．２μｍ、膜面積：０．０８ｍ^２）を配置し、嫌気性消化槽からの処理水を槽内のガスとともに流入させ、濃縮水とガスは嫌気性消化槽に返送した。循環ガス量は５ｍ^３／ｍ^２・日、透過水量（フラックス）は０．３ｍ／日とした。

［比較例１］
槽容量１．５Ｌの嫌気槽と槽容量３．５Ｌの好気槽とを用い、実施例１で処理したものと同じ原水を嫌気、好気生物処理した。好気槽はＤＯ２ｍｇ／Ｌ以上となるように０．２Ｌ／ｍｉｎの流量で曝気し、２Ｎ ＮａＯＨ水溶液を添加してｐＨ７に調整した。種汚泥としては下水処理場の余剰汚泥（ＶＳＳ５，５００ｍｇ／Ｌ）を用いた。処理水温は３０℃、水理学的滞留時間は６ｈｒ、原水流量は０．８３Ｌ／ｈｒとした。

好気槽の処理液をＭＦ（旭化成ケミカルズ社製マイクローザＭＦ ＵＭＰ−１５３）で膜分離し、分離水を得た。ＭＦ膜の濃縮液は好気槽に返送すると共に、好気槽からは別途処理液を原水流量の２倍の流量で嫌気槽に返送した。

実施例１及び比較例１ともに、運転開始後１５〜２０日でＤＭＳＯの分解が認められ、処理水（ＭＦ膜分離水）のＴＯＣ濃度は３ｍｇ／Ｌ以下（除去率９７％以上）に、残留ＤＭＳは検出下限値以下となった。この処理水を平膜セル型ＲＯ膜分離装置（呼び径３２Ａ、日東電工（株）製ＲＯ膜ＥＳ−２０を使用）により７５０ｋＰａで１０日間脱塩処理したところ、透過水量は、期間を通じて実施例１の方が１８〜２３％高い値で推移した。
処理水の導電率は、比較例１の１０１ｍＳ／ｍに対し、実施例１では２０．５ｍＳ／ｍであった。
実施例１における透過水量の増加は、ＤＭＳＯの分解により生成するＨ_２Ｓが水系から除去され、ＲＯ膜の塩類負荷が低減されているためと考えられた。

このように、本発明によって、ＤＭＳＯを含有する排水の処理を臭気の問題を引き起こすことなく処理することができる。また、処理水をＲＯ膜で処理して純水製造の原水として利用する場合に、従来の好気性処理ではＤＭＳＯの分解で生じるＳＯ_４、及び、ＳＯ_４が生成される過程でのｐＨ低下を抑制するためのアルカリによる塩類濃度の増加が問題となるのに対して、本発明で採用するメタン発酵ではＨ_２Ｓがガスとして水系から除去されるため起こらず、ＲＯ膜の負荷を低減することができる。

本発明のＤＭＳＯ含有排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１ 嫌気性消化槽
２ ＵＦ膜分離装置
３ ＲＯ膜分離装置

Claims (4)

1. ジメチルスルホキシドを含有する排水をメタン発酵処理する嫌気性消化工程と、
   該嫌気性消化工程の処理水を好気性生物処理することなく限外濾過膜分離処理又は精密濾過膜分離処理する固液分離工程と、
   該固液分離工程で分離された分離水を好気性生物処理することなく逆浸透膜分離処理する脱塩工程と、
   前記固液分離工程で分離された濃縮水を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程とを有することを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理方法。
2. 請求項１において、前記メタン発酵処理を２０〜３５℃で行うことを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理方法。
3. ジメチルスルホキシドを含有する排水をメタン発酵処理する嫌気性消化槽と、
   該嫌気性消化槽の処理水を好気性生物処理することなく固液分離する限外濾過膜分離装置又は精密濾過膜分離装置と、
   該限外濾過膜分離装置又は精密濾過膜分離装置で分離された分離水を好気性生物処理することなく脱塩処理する逆浸透膜分離装置と、
   前記限外濾過膜分離装置で分離された濃縮水を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段とを有することを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理装置。
4. 請求項３において、前記メタン発酵処理を２０〜３５℃で行うことを特徴とするＤＭＳＯ含有排水の処理装置。

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