JP2013202524A - 排水処理システムおよび排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CODcrが3000〜10000mg/Lである排水を処理する排水処理システムおよび排水処理方法であって、膜分離活性汚泥処理装置30によって、CODcr容積負荷を1〜3〔CODcr−kg/m3/日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理を行い、かつ膜モジュール35による固液分離処理を行う。
【選択図】図1
Description
図7に示すように、第1の曝気槽101にて、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行うステップと、第1の沈殿槽102にて、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップと、第2の曝気槽103にて、活性汚泥中の好気性微生物によって上澄み液の生物処理を行うステップと、第2の沈殿槽104にて、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップとを有する方法(特許文献1参照)。
本発明の排水処理システムは、前記膜を透過した透過水をろ過する逆浸透膜をさらに具備していてもよい。
本発明の排水処理方法は、前記膜を透過した透過水を逆浸透膜によってろ過するステップをさらに有していてもよい。
前記排水は、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水であることが好ましい。
図1は、本発明の排水処理システムの一例を示す概略構成図である。排水処理システムは、原水槽(図示略)からの排水を活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理すると同時に、膜モジュール35によって汚泥と透過水(処理水)とに固液分離する膜分離活性汚泥処理装置30と;原水槽からの排水を膜分離活性汚泥処理装置30に供給する排水流路50と;膜分離活性汚泥処理装置30からの透過水を排出する透過水流路55と;膜分離活性汚泥処理装置30からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥流路56と;薬液を膜モジュール35に供給する薬液流路59とを具備する。
膜分離活性汚泥処理装置30は、槽本体(第1の曝気槽)31と;槽本体(第1の曝気槽)31内の底部近傍に配置された散気管32と;散気管32にエアを供給するブロア33と;散気管32とブロア33とを接続するエア導入管34と;槽本体(第1の曝気槽)31内かつ散気管32の上方に配置された膜モジュール35と;透過水流路55の途中に設けられ、膜モジュール35内を減圧にすることによって汚泥と透過水(処理水)との固液分離を行い、かつ透過水を逆浸透膜ろ過装置40へと送り出す吸引ポンプ36と;薬液流路59の途中に設けられ、逆洗用の薬液等を膜モジュール35に送り出す逆洗ポンプ37とを具備する。
ろ過膜の種類としては、精密ろ過膜(MF膜)または限外ろ過膜(UF膜)が好ましい。ろ過膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられる。これらのうち、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。
膜ユニットは、散気発生装置60と;散気発生装置60の上部に設けられた膜モジュール35と;膜モジュール35の上部に設けられた集水ヘッダ80とを具備する。
排水処理システムは、図4に示すように、膜モジュール35を透過し、透過水流路55から排出された透過水を逆浸透膜によってろ過する逆浸透膜ろ過装置40と;逆浸透膜ろ過装置40を透過した精製水を排出する精製水流路57と;逆浸透膜ろ過装置40を透過しなかった濃縮水を排出する濃縮水流路58とをさらに具備していてもよい。
逆浸透膜モジュールは、逆浸透膜を透過した精製水と逆浸透膜を透過しない濃縮水とを分離できる形態であればよく、特に限定はされない。
逆浸透膜の材質としては、ポリアミド、ポリスルフォン、セルロースアセテート等が挙げられ、芳香族ポリアミドまたは架橋芳香族ポリアミドを含むポリアミドが好ましい。
図1の排水処理システムを用いた排水処理方法は、下記のステップ(a)を有し、図4の排水処理システムを用いた排水処理方法は、下記のステップ(a)〜(b)を有する。
(a)膜分離活性汚泥処理装置30にて、原水槽(図示略)からの排水を、CODcr容積負荷を1〜3〔CODcr−kg/m3/日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理すると同時に、膜モジュール35によって汚泥と透過水(処理水)とに固液分離するステップ。
(b)必要に応じて、逆浸透膜ろ過装置40にて、膜モジュール35を透過した透過水(処理水)を逆浸透膜によってろ過するステップ。
本発明において処理される排水は、CODcrが3000〜10000mg/Lである。
CODcrが10000mg/Lを超えると、膜分離活性汚泥処理装置30における生物処理の負担が大きくなりすぎる。CODcrが低い場合、本発明の排水処理システムや排水処理方法によって排水を処理する必要がなくなるため、CODCrは3000mg/Lである。CODCrは4000〜8000mg/Lが好ましい。
CODcrは、二クロム酸カリウムによる酸素消費量であり、JIS K0102にしたがって測定する。
CODcr/BOD5が3未満であれば、易(生物)分解性であり、容積負荷を通常通りの負荷としても目標の処理水質が得られる。CODcr/BOD5が10を超えると、極めて難分解であり、本発明の対応範囲外である。
BOD5は、5日間生物化学的酸素要求量であり、JIS K0102にしたがって測定する。
上記第二固液分離工程及び乾燥工程からはこの他に、ベントガスを一括してスクラバーで処理する際に発生するベントガス洗浄水が排水として排出される。
テレフタル酸等の芳香族カルボン酸を製造する際に排出され、原水槽(図示略)に貯留された排水を、排水流路50を経て膜分離活性汚泥処理装置30に供給する。
膜分離活性汚泥処理装置30に供給する排水については、あらかじめ粗大な浮遊物質、土砂等を除去したり、pHを調整したり、希釈したりしてもよい。
好気性微生物は、酸素を用いて芳香族化合物等を分解できる細菌等である。このような細菌としては、アルカリゲネス属、ロドコッカス属等が挙げられる。
膜分離活性汚泥処理装置30からの透過水(処理水)は、そのまま外部に放流してもよい。ただし、透過水は、芳香族カルボン酸を製造する際に用いた触媒等に由来する金属イオン等を含むため、電気伝導率が高い。よって、膜分離活性汚泥処理装置30からの透過水を、透過水流路55を経て逆浸透膜ろ過装置40に移送し、透過水中のイオンを逆浸透膜42によって取り除くことが好ましい。
逆浸透膜ろ過装置40を透過しなかった濃縮水は、濃縮水流路58を経て外部に放流される。濃縮水は、塩素等で滅菌した後、放流してもよい。
以上説明した本発明の本発明の排水処理システムおよび排水処理方法にあっては、膜分離活性汚泥処理装置30にて、CODcr容積負荷を1〜3〔CODcr−kg/m3/日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理を行うため、生物処理を行う槽(従来の曝気槽に相当)を小型化できる。また、膜モジュール35による固液分離処理を行うため、従来の沈殿槽が不要となる。その結果、CODcrが3000〜10000mg/Lである、CODcrが高い排水を処理する場合であっても、設備(システム)を従来に比べ小型化できる。
また、設備(システム)がコンパクトになり、イニシャルの建設コストが安くなる。
また、沈殿槽が不要となり、維持管理が容易である。
また、従来では最終段階に必要とされた凝集沈殿槽がなくても、SSを十分に除去できる。
また、処理水を逆浸透膜に直接通すことができる。従来の場合、処理水を逆浸透膜に通すためには、別途砂ろ過等が必要となる。
なお、本発明の排水処理システムおよび排水処理方法は、膜分離活性汚泥処理装置を用いるシステムおよび方法であればよく、図示例の排水処理システムおよびこれを用いる排水処理方法に限定はされない。
例えば、膜分離活性汚泥処理装置30からの透過水(処理水)を冷却水等として再利用しない場合は、逆浸透膜ろ過装置40を省略しても構わない。
槽別置型の膜分離活性汚泥処理装置30は、活性汚泥槽(第1の曝気槽)38と;膜分離槽39と;活性汚泥槽(第1の曝気槽)38および膜分離槽39内の底部近傍にそれぞれ配置された2つの散気管32と;各散気管32にエアを供給するブロア33と;各散気管32とブロア33とを接続するエア導入管34と;膜分離槽39内かつ散気管32の上方に配置された膜モジュール35と;透過水流路55の途中に設けられ、膜モジュール35内を減圧にすることによって汚泥と透過水(処理水)との固液分離を行い、かつ透過水を逆浸透膜ろ過装置40へと送り出す吸引ポンプ36と;薬液流路59の途中に設けられ、逆洗用の薬液等を膜モジュール35に送り出す逆洗ポンプ37と;活性汚泥槽(第1の曝気槽)38で生物処理された混合水を膜分離槽39に移送する混合水流路と;膜分離槽39からの余剰汚泥の一部を活性汚泥槽(第1の曝気槽)38に返送する返送汚泥流路とを具備する。
テレフタル酸の製造方法の一つの事例を、下記の工程(I)〜(VI)として示す。
(I)触媒、助触媒の存在下、水および酢酸を含む溶媒中にて、パラキシレンを液相酸化して粗テレフタル酸スラリーを得る工程。
(II)粗テレフタル酸スラリーを固液分離して、粗テレフタル酸を回収する工程。
(III)粗テレフタル酸を水に溶解させた水溶液を、水素添加処理する工程。
(IV)水素添加処理した水溶液からテレフタル酸を晶析させて、テレフタル酸スラリーを得る工程。
(V)テレフタル酸スラリーを固液分離して、テレフタル酸を回収する工程。
(VI)前記工程(I)〜(V)から排出される排水を処理する工程。
パラキシレンを、酢酸等の脂肪族カルボン酸を含む溶媒中にて、触媒、助触媒の存在下、空気中の酸素によって酸化する。このとき、酸化により生じる水が、溶媒とともに反応蒸気として留出する。
触媒としては、コバルト、マンガン等の遷移金属の化合物を主成分とする触媒および/またはハロゲン化水素等の臭素化合物が挙げられる。
パラキシレンの酸化によって生成されたテレフタル酸、その中間体、不純物を含む混合スラリーから、粗テレフタル酸結晶をさらに析出させ、粗テレフタル酸スラリーを得る。粗テレフタル酸スラリーを、分離母液と粗テレフタル酸ケーキとに固液分離する。
粗テレフタル酸ケーキを乾燥させ、粗テレフタル酸結晶を得る。
粗テレフタル酸結晶は、不純物として酸化中間体である4−カルボキシベンズアルデヒドを含んでいるため、テレフタル酸結晶を得るためには、粗テレフタル酸結晶中の4−カルボキシベンズアルデヒドを水溶性の高いパラトルイル酸に還元し、溶解度の差によってパラトルイル酸を分離する必要がある。
粗テレフタル酸結晶を高温高圧下で水等に溶解させる。得られた水溶液を、水素によって処理することによって、水溶液中の4−カルボキシベンズアルデヒドをパラトルイル酸に還元する。
得られた還元処理液を、放圧冷却させてテレフタル酸結晶を析出させ、テレフタル酸スラリーを得る。放圧冷却とは、高圧状態にある液体を、より低圧な状態へ急激に移行させることによって、蒸発および冷却させることをいう。このとき、パラトルイル酸等の不純物を同伴した晶析蒸気が得られる。
テレフタル酸スラリーを、分離母液とテレフタル酸ケーキとに固液分離する。
テレフタル酸ケーキを乾燥させ、テレフタル酸結晶を得る。
分離母液からは、濃縮や冷却によってパラトルイル酸等の不純物を含む結晶を回収し、原料として再利用するために工程(I)に返送する。また、回収しきれなかった芳香族化合物を含む水溶液は、一部は工程(III)に返送して溶媒として利用してもよいが、一部または全部は排水として処理する。
工程(I)〜(V)から排出される、反応蒸気、水成分、晶析蒸気、芳香族化合物を含む水溶液等の一部は、回収し切れなかった有機物を含んだまま、排水処理される。また、上述した工程以外からも、有機物を含む排水が出ることがある。さらに、テレフタル酸の製造設備を洗浄する際の洗浄水も、有機物を含む排水となる。これらの排水を処理する際に、本発明の排水処理システムおよび排水処理方法を用いると、テレフタル酸を製造する際に排出される排水のCODを大きく減少させることができる。
触媒として酢酸コバルトおよび酢酸マンガンとし、助触媒として臭化水素の存在下、水および酢酸を含む溶媒中にて、パラキシレンを液相酸化して粗テレフタル酸スラリーとした。次いで粗テレフタル酸スラリーを固液分離により母液と粗テレフタル酸ケーキとした。粗テレフタル酸ケーキは水洗、乾燥し、粗テレフタル酸として回収した。回収した粗テレフタル酸と水を水添反応器に入れ、水素を用いて水素添加処理し、テレフタル酸を含むスラリーとし、その後、テレフタル酸を回収した。前記固液分離において分離された母液から触媒を回収した後に、洗浄排水と共に排出された排水を用意した。この排水の性状を表1に示す。
排水処理システムとしては、図6の排水処理システムを用いた。
膜ユニットとしては、散気管32と膜モジュール35とが一体化された図2に示す膜ユニットを用いた。
第1の曝気槽38の槽容量を表1に示す。
膜分離活性汚泥処理装置30のMLSS濃度、HRT(水理学的滞留時間)、CODcr容積負荷は、表1に示す値とした。
膜モジュール35からの透過水(処理水)の性状を表1に示す。
排水処理システムとしては、図1の排水処理システムを用いた。
膜ユニットとしては、散気管32と膜モジュール35とが一体化された図2に示す膜ユニットを用いた。
第1の曝気槽31の槽容量を表1に示す。
膜分離活性汚泥処理装置30のMLSS濃度、HRT(水理学的滞留時間)、CODcr容積負荷は、表1に示す値とした。
膜モジュール35からの透過水(処理水)の性状を表1に示す。
排水処理システムとしては、図7に示す従来の排水処理システムを用いた。
各槽の槽容量を表1に示す。
第1の曝気槽101のMLSS濃度、HRT(水理学的滞留時間)、CODcr容積負荷は、表1に示す値とした。
第2の曝気槽103のMLSS濃度、HRT(水理学的滞留時間)、CODcr容積負荷は、表1に示す値とした。
第1の沈殿槽102からの返送汚泥量および第2の沈殿槽104からの返送汚泥量は、表1に示す量とした。
第1の沈殿槽102からの上澄み液および第2の沈殿槽104からの上澄み液(処理水)の性状を表1に示す。
実施例1〜2は、処理水水質が良好で、滞留時間も短いため設置面積が小さくなる。一方、膜分離を用いない比較例1は、処理水質は実施例1より多少悪い程度であるが、システムが大きく、広い設置面積が必要となる。
35 膜モジュール
40 逆浸透膜ろ過装置
42 逆浸透膜
Claims (8)
- CODcrが3000〜10000mg/Lである排水を処理する排水処理システムであって、
CODcr容積負荷を1〜3〔CODcr−kg/m3/日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理を行い、かつ膜による固液分離処理を行う膜分離活性汚泥処理装置を具備する、排水処理システム。 - 前記排水のCODcr/BOD5が、3〜10である、請求項1に記載の排水処理システム。
- 前記排水が、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水である、請求項1または2に記載の排水処理システム。
- 前記膜を透過した透過水をろ過する逆浸透膜をさらに具備する、請求項1〜3のいずれかに記載の排水処理システム。
- CODcrが3000〜10000mg/Lである排水を処理する排水処理方法であって、
膜分離活性汚泥処理装置によって、CODcr容積負荷を1〜3〔CODcr−kg/m3/日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理を行い、かつ膜による固液分離処理を行うステップを有する、排水処理方法。 - 前記排水のCODcr/BOD5が、3〜10である、請求項4に記載の排水処理方法。
- 前記排水が、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水である、請求項5または6に記載の排水処理方法。
- 前記膜を透過した透過水を逆浸透膜によってろ過するステップをさらに有する、請求項5〜7のいずれかに記載の排水処理方法。
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