JP2015009214A - 過酸化水素含有排水処理装置および処理方法 - Google Patents

過酸化水素含有排水処理装置および処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】過酸化水素含有排水を酵素を触媒として処理する場合に、従来は触媒として投入した酵素をそのまま放流していたので、排水の有機汚濁上昇の原因となっていた。【解決手段】分解槽と、前記分解槽に連通した排水ポンプと、入水口が前記排水ポンプに連通し、分離区画以下の分離液を排出するろ過出口とろ過の残渣液が前記分解槽に戻るように前記分解槽と連通した排水口を有するフィルタと、前記分解槽に酵素を供給する酵素供給手段とを有することを特徴とする過酸化水素含有排水処理装置は、酵素をろ過して排水から取り除くので有機汚濁の上昇を抑制できる。【選択図】図1

Description

本発明は、過酸化水素を含む排水処理装置および処理方法に関するものである。
半導体の製造プロセスは、まずシリコン基板を洗浄することから始まる。シリコン基板上に残留している有機物、パーティクル、金属類といった微小な汚れを除去するためである。この際、テレビジョン受像機のブラウン管を洗浄する際に用いられた洗浄方法(米国のRadio Corporation of America社の洗浄方法とされ、RCA洗浄とも呼ぶ。)を基本とする洗浄方法が用いられる場合が多い。
この洗浄方法は、ウエハをテフロン(登録商標)治具に入れ、フッ化水素、水、アンモニア水+過酸化水素、水、塩酸+過酸化水素、水と順番にくぐらせる方法である。最初のフッ化水素で、所謂シリコン酸化膜の一皮むきを行う。次のアンモニア水+過酸化水素で、有機物とパーティクルを除去する。また、塩酸+過酸化水素によって金属類を除去する。この洗浄方法は、シリコン基板に用いても表面を良好に洗浄できるので、半導体の製造プロセスにおいて利用されている。
この洗浄においては、フッ化水素、アンモニア、塩酸、過酸化水素といった物質を含んだ廃液が生成される。フッ化水素は、水に難溶性のCa塩として回収し、アンモニアや塩酸等は、pH調整を行うことで、除去することができる。一方、過酸化水素は、強力な酸化剤であり、また腐食性も強い。また、水生生物にとっては、毒性をも示すため、このまま自然界に返すわけにはいかない。すなわち、何らかの分解処理を行う必要がある。
過酸化水素の処理には、亜硫酸ナトリウムまたは亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤を投入しうることが考えられる。しかし、これらの還元剤は過酸化水素と等モル投入する必要があり、使用量の増大からコストアップという課題が生じる。また、処理する過酸化水素と等モルを投入するということが作業的に容易ではない。もし、還元剤が多くなってしまうと、未反応の還元剤が放流されることとなり、環境的には有機汚濁の増加につながることとなる。
そこで、過酸化水素を分解する触媒を利用する方法が提案された(特許文献1)。ここでは、過酸化水素分解触媒として、カタラーゼが開示されている。カタラーゼは、分子量が約24万のタンパク質で、ほとんどの生物中に存在する過酸化水素分解酵素である。
特許文献1では、過酸化水素を含む排水中に数十から百数ppm程度の濃度のカタラーゼを加えることで、過酸化水素を水と酸素に分解できる点が開示されている。また、特許文献2では、フッ素イオンが混在している排水では、カタラーゼが効果的に働かないという課題に対して、pHを8〜11とアルカリ側に操作する発明が開示されている。
また、特許文献3では、カタラーゼの効果的な活動pHは中性であるところ、酸性の排水であっても、カタラーゼが効果的に作用するように、耐酸性を有するカタラーゼ(アスクスーパー25:三菱瓦斯株式会社製)を用いる発明が開示されている。
特開昭63−270595号公報 特開平06−170355号公報 特開平09−253659号公報
カタラーゼは、過酸化水素の分解においては、触媒として働くため、等モルを投入する必要がなく、規模も費用も小さくてよいという利点がある。また、カタラーゼは触媒であるため、過酸化水素が分解されても、自分自身は分解されない。しかしながら、従来の手法では、カタラーゼの分解に必要な時間(約30分)を考慮し、バッチで分解処理が行われる。また、連続処理とするためにはバッチ処理よりも高い添加量で運転しなければならない。いずれの場合も、過酸化水素を含有する排水は、カタラーゼで処理された後、カタラーゼごと放流されることになる。
また、カタラーゼは有機物(タンパク質)であるため、わずかな量とはいえ、そのまま自然に放流するのは、自然界の有機汚濁を上昇させることになる。また、カタラーゼの溶媒であるアルコール類に関しても、放流する際は、有機汚濁を上昇させることになる。特に、処理する排水の量が多ければ、絶対量としては多くのカタラーゼが廃棄される。この点、特許文献1〜3では、過酸化水素を処理した後のカタラーゼについての言及は全くない。
本発明は、上記のような課題に鑑み、想到された発明で、過酸化水素を含む排水の処理にカタラーゼを用い、そのカタラーゼを放流せずに回収し、再利用することで、排水による有機汚濁の増加を抑制しつつ、過酸化水素の処理能力も向上させ、連続的に過酸化水素含有排水を処理する装置および方法を提供する。
本発明は、上記のような課題に鑑み、想到された発明で、過酸化水素を含む排水の処理にカタラーゼを用い、そのカタラーゼの分画分子量が24万Daであること、カタラーゼは酵素であり触媒として働くため直ちには劣化しないことに着目し、分画分子量24万Da以下のろ過膜を用いて、放流水からカタラーゼのみを捕捉し、そのカタラーゼを再度分解槽に戻し、分解酵素として再利用することで、排水による有機汚濁の増加を抑制しつつ、過酸化水素の処理能力も向上させる過酸化水素含有排水処理装置および方法を提供する。
具体的に本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置は、
分解槽(10)と、
前記分解槽(10)に連通した排水ポンプ(20)と、
入水口(22a)が前記排水ポンプに連通し、分離区画以下の分離液を排出するろ過出口(22c)とろ過の残留液が前記分解槽に戻るように前記分解槽と連通した排水口(22b)を有するフィルタ(22)と、
前記分解槽に酵素を供給する酵素供給手段(24)と、
を有することを特徴とする。
また、本発明に係る過酸化水素含有排水処理方法は、
分解槽に被処理排水を導入する工程と、
前記分解槽中に酵素を供給する工程と、
前記分解槽を所定時間放置する工程と、
前記分解槽内の被処理水を分画分子量が24万Daより小さいフィルタで濾し、前記酵素を含む残渣液を前記分解槽に戻すろ過工程と
を有することを特徴とする。
本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置は、カタラーゼが含まれる被処理水をフィルタにかけて、カタラーゼ以外の水を排水し、カタラーゼは、再び分解槽に戻されるので、カタラーゼの消費量は大変少ない。また、カタラーゼを回収することとしたので、分解槽中のカタラーゼ濃度を高くすることができる。その結果、過酸化水素の分解速度を高めることができるため、処理時間の短縮化、連続処理を実現できる。もちろん、カタラーゼを放出しないので、環境において有機汚濁が向上することはない。
本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置の構成を示す図である。 図1の一部拡大図である。 フィルタの断面図を示す図である。 放出前酵素検査工程のバルブ開閉状態を示す図である。 ろ過工程のバルブ開閉状態を示す図である。 逆洗工程のバルブ開閉状態を示す図である。 浸漬型フィルタを用いた場合の構成を示す図である。
以下本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置について図を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態の例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下の実施形態は変更することができる。
図1に過酸化水素含有排水処理装置1の構成を示す。また、図2には、図1の分解槽10の部分の拡大図を示す。図2を参照して、過酸化水素含有排水処理装置1は、分解槽10と分解槽10に連通したポンプ20と、ポンプ20に入水口22aが連通し、分離区画以下の分離物を排出するろ過出口22bを有するフィルタ22と、分解槽10に酵素を供給する酵素供給手段24とを含む。なお、フィルタ22は、MF膜でもUF膜でもよく、分画分子量が24万Daより小さければよい。
図1を参照し、また、過酸化水素含有排水処理装置1は、前処理として、pH調整槽32と貯留タンク42が設置されていてもよい。さらに、全体の動作を調整する制御器50が含まれていてもよい。
分解槽10は、過酸化水素含有排水(以後「被処理水」と呼ぶ。)を貯留して、過酸化水素を分解する槽である。形状に特に限定はない。しかし、過酸化水素の分解によって酸素ガスが発生するので、換気手段(図示せず)を有していることが望ましい。酸素が蓄積し、酸素濃度の高い箇所ができると、引火による爆発などのおそれが生じるからである。
また、過酸化水素は強力な酸化剤なので、耐酸化性を有する素材で形成されているのが望ましい。また、底部の排水口10eには、排水バルブ12が設けられる。過酸化水素含有排水処理装置1は、酵素(カタラーゼ)によって過酸化水素を分解するが、いずれ酵素が失活した際は、この排水口10eから排出するためである。排水バルブ12には排水管11iが連結されている。排水管11iは、図示しない排水処理施設13に延設されている。
再び図2を参照する。分解槽10の外側面には、温度調節手段30が設けられていてもよい。一般に酵素は活性を発揮できる温度範囲がある。また酵素はタンパク質であるので、温度が高温すぎると失活する。カタラーゼは、およそ37℃程度が活性の適温であり、60℃以上になると失活する。温度調節手段30は、分解槽10中の被処理水の温度を適正な温度に維持する。
温度調節手段30は、加温手段と冷却手段を有することができる。加温手段としては、ヒータなどの電気を使用する手段の他、温水やスチームが通過するパイプを巻く等してもよい。また冷却手段として冷水が通るパイプなどを分解槽10の周囲に巻きつけておいてもよい。過酸化水素の分解時には、発熱が生じるため、分解槽10の、温度調節手段30は少なくとも冷却手段を備えるのが望ましい。
なお、温度調節手段30の配設に伴って、分解槽10には、温度計28が設けられているのが望ましい。温度調節手段30の効き具合と、分解槽10内の温度を検出するためである。また、ここでは、温度調節手段30は、分解槽10の周囲に設けたが、分解槽10内に直接設ける、若しくは配管11b等に設ける等してもよい。
また、分解槽10の底部には、出水口10aが設けられる。出水口10aには、配管11aを介してポンプ20が連結される。ポンプ20の出口には、バルブ14が連結される。バルブ14は、ポンプ20側に入口14aがあり、出口14bと分岐口14cを有する。バルブ14は、入口14a、出口14b、分岐口14cを独立で閉じることができる。ここでは、このようなバルブを三方バルブと呼ぶ。なお、後述するバルブ16、19、21も同様な三方バルブである。
バルブ14の出口14bには配管11bが連結される。配管11bの他方の開口は、分解槽10の中に設けられる。バルブ14の分岐口14cは、配管11cを介してフィルタ22の入水口22aと連通している。(図3を参照する)フィルタ22は出水口22cと、フィルタ22でろ過したろ過物を排出するろ過出口22bと、ドレイン排水口22dを有する。なお、ろ過出口22bは、逆洗浄(以後「逆洗」という。)を行った時の洗浄液の供給口にもなる。
フィルタ22のろ過出口22bは配管11eを介して分解槽10の内部に連通するルートと、配管11jを介して、ろ過された処理水を次の処理工程17に移送するルートが連結されている。これらのルートの選択は、バルブ16で行われる。バルブ16は三方バルブである。ろ過出口22bに連通している配管は、バルブ16の入口16aに連結され、バルブ16の出口16bに配管11eが連結され、分岐口16cに配管11jが連結される。配管11eの他方の開口は、分解槽10に連通している。
配管11jには、三方バルブ21が設けられている。三方バルブの入口21aは、バルブ16の分岐口16cに連結されている。また出口21bは配管11iの続きが連結される。バルブ21の分岐口21cには、配管11gが連結されている。配管11gは逆洗時の洗浄液源15に連通されている。逆洗を行う時以外は、バルブ21の分岐口21cは閉じられている。
フィルタ22の出水口22cおよびドレイン排水口22dは、それぞれ配管11dおよび11hに連結されている。配管11dには、三方バルブ19が設けられている。バルブ19の入口19aは上流側(フィルタ22の出水口22c)に連結され、出口19bは、排水管11iに連結されている。バルブ19の分岐口19cは配管11fが連結され、その開口は分解槽10に設けられている。
フィルタ22のドレイン排水口22dには、配管11hが連結され、排水管11iに連通している。配管11hにはバルブ18が設けられている。
なお、これらのバルブ(14、16、18、19、21)および排水バルブ12は、外部からの信号によって開閉が制御されるように構成されていてもよい。
また、フィルタ22のろ過出口22bに接続された配管11eには、酵素を検出するための吸光光度計27が設けられていてもよい。吸光光度計27は、計測値を出力できるように構成されるのが望ましい。また、吸光光度計27には、予め使用する酵素の特徴ピークを記憶させておき、その信号だけを出力するようにしてもよい。
図3には、フィルタ22の構成の一例を示す。なお、フィルタ22の構成は、図3に示す構成以外の構成であってもよいのは言うまでもない。フィルタ22は、略円筒形状をしている。フレーム22fの下方側面には、入水口22aが設けられ、上端には、ろ過出口22bが設けられている。またフレーム22fの上部側面には、出水口22cが設けられ、下端には、ドレイン排水口22dが設けられている。なおここでは、中空糸状のフィルタ22を例示するが、フィルタ22の形状は中空糸状、スパイラル状、チューブラー状が考えられ、ろ過精度に関しては分画分子量24万Da以下が本発明に適応される。
また、フィルタ22の材質は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)若しくはセラミックを用いるのが望ましい。フィルタ22は、強酸または強酸化性の液体が混入するおそれもある。その際に、PVDF製、PTFE製若しくはセラミック製のフィルタであれば、強酸に対して強い耐性を有しているからである。
本実施の形態でのフィルタ22は、中空糸状に形成されたUF(Ultrafiltation Membrane)膜22umを有するろ過装置である。カタラーゼは分子量24万Da(ダルトン)ほどのタンパク質であるので、およそ数nmの大きさと考えられる。したがって、径が0.1〜2nm程度の細孔(分離区画が24万Daより小さい)を有するUF膜であれば、カタラーゼを濾し取ることができる。
UF膜22umは、端部同士を固定枠22m、22nに液密に固定されている。また、固定枠22m、22nは、フレーム22fの内壁に液密に固定されている。従って、入水口22aとろ過出口22bの間は、UF膜22umを通って連通している。また、固定枠22m、22nとフレーム22fの内壁で囲まれた空間22rは、出水口22cと直接連通している。したがって、UF膜22umでろ過されなかった被処理水は出水口22cから排出される。
なお、入水口22aから被処理水を導入すると、UF膜22umを通過したろ過水は、上端のろ過出口22bだけでなく、下端のドレイン排水口22dからも得ることができる。しかし、ここでは、被処理水をろ過する場合は、ドレイン排水口22dはバルブ18(図2参照)で閉じて使用する。ただし後述するように逆洗をする際には、ドレイン排水口22dも使用する。
図2を再び参照して、分解槽10には、酵素供給手段24が隣接して配設されている。酵素供給手段24は、酵素を貯留する容器24aと配管24bで構成されている。容器24aと配管24bの間には開閉バルブ24vが設けられており、外部からの信号によって開閉可能に構成されている。そして、開閉バルブ24vが開くことによって、容器24aから、配管24bを介して酵素を分解槽10に供給することができる。
また、分解槽10には、過酸化水素検出器26が設けられる。過酸化水素検出器26は、酸化還元電位法を用いたORP(Oxidation−Reduction Potential)計が好適に利用することができる。検出結果が素早く得られ、その結果を電気的に制御器50などの外部機器に通知することができるからである。
図1を参照して、分解槽10の前段に配置されるpH調整槽32には、ポンプ36、フィルタ34、pH調節剤供給手段38、pH計40が設けられる。また、攪拌装置(図示せず)等が設けられていてもよい。ポンプ36は、pH調整槽32と分解槽10の間を連通させる配管31aの途中に設けられている。また、フィルタ34も、配管31aの途中に設けられている。なお、フィルタ34は、後述するように難溶性のCa塩を除去するためのもので、UF膜ほどの細孔を持たなくてもよい。例えば一般的なMF膜が好適に利用することができる。
pH調節剤供給手段38は、pH調節剤を貯留する容器38aと配管38bで構成され、配管38bには、開閉バルブ38vが設けられている。この開閉バルブ38vは外部からの信号によって開閉可能に構成されている。そして開閉バルブ38vが開くことによって容器38aからpH調節剤がpH調整槽32に投入される。
過酸化水素を含有する被処理水は、酸性状態である場合が多いので、pH調節剤としては、アルカリ性を示す物質が選ばれる。水酸化ナトリウムが好適に利用できる。
pH計40は、pH調整槽32中の被処理水のpHを測定する。測定結果は、外部に通知できる構成であるのが望ましい。
pH調整槽32の前段にはさらに、貯留タンク42が設けられている。貯留タンク42は、底部に排出口42eが設けられ、配管41aによってpH調整槽32と連通している。配管41aには、ポンプ44が設けられている。また、貯留タンク42には、工場などの排液源45からの排液パイプ41bが連通している。
制御器50は、過酸化水素含有排水処理装置1の動作を管理する。制御器50は、ポンプ44、36、20と、バルブ14、16、18、19、21、排水バルブ12、開閉バルブ24v、38vと、pH計40、過酸化水素検出器26、吸光光度計27と、温度計28と、pH調節剤供給手段38および酵素供給手段24、温度調節手段30と接続されていてよい。制御器50はポンプ44、36、20に対しては、始動停止を指示CP44、CP36、CP20で指示する。
また、制御器50は、バルブ14、16、18、19、21排水バルブ12、開閉バルブ24v、38vに対して、各バルブの開閉をCV14、CV16、CV18、CV19、CV21、CV12、CV24、CV38で指示する。また、pH計40、過酸化水素検出器26、吸光光度計27、温度計28からは、信号Sph、Sho、Sct、Stpの信号を受ける。また、温度調節手段30に対しては、指示CH30によって、設定温度を指示する。
以上の過酸化水素含有排水処理装置1の動作について説明する。工場などで発生する過酸化水素が含まれる排水(被処理水)は、排液源45から排液パイプ41bを介して貯留タンク42に移送されてくる。制御器50は、ポンプ44に始動指示CP44を送信する。ポンプ44が始動することによって、貯留タンク42中の所定量の被処理水を、配管341aを通し、pH調整槽32に送る。pH調整槽32では、pH計40によって、被処理水のpHが計測される。
制御器50は、pH計40からの信号Sphによって被処理水のpHを知る。被処理水は、フッ化水素や塩酸、硫酸、アンモニアといった薬液が含まれる。そして、被処理水を中和(pHが7程度に)するだけのpH調節剤をpH調整槽32に投入する(pH調節工程)。
被処理水をpH7前後に調節するのは、pH7付近が最もカタラーゼの酵素活性が高いからである。pH調節剤は、制御器50が指示CV38をpH調節剤供給手段38の開閉バルブ38vに送り、開閉バルブ38vを開くことで、容器38aから配管38bを介してpH調整槽32に投入される。なお、pH調節剤の投入量は、予めテーブルなどで与えられており、制御器50はそのテーブルから、投入量(開閉バルブ38vを開く期間)を決める。
なお、この時Caイオン等を塩の形で一緒に供給してもよい(固形化工程)。被処理水にはフッ化水素等も含まれており、Caイオンはフッ化水素を難溶性のCaFとして固形化し、沈殿させることができるからである。
制御器50は、pH調節剤が投入されたら、被処理水のpH値を信号Sphによって、所定のpH(およそ7程度)になることを確認する。所定のpHにならない場合は、さらにpH調節剤を入れる。
被処理水が所定のpHになったら、制御器50は、指示CP36をポンプ36に送り、pH調整槽32内の被処理水を分解槽10に移送する(被処理水導入工程)。pH調整槽32でCaイオンを投入した場合は、固形化した難溶性のCa塩がフィルタ34で除去される(前ろ過工程)。つまり、フィルタ34は、比較的大きな粒子を除去する。
pH調整槽32でCaイオンを投入しなかったとしても、分解槽10の前段でフィルタ34を用いた「前ろ過工程」を行うのは望ましい。分解槽10の被処理水は、UF膜22umでろ過するので、大きな粒子はできるだけ事前に除去するのが、UF膜22umを損傷させることなく、しかもUF膜22umの目詰まりを回避するために有効な手段となるからである。
次に、制御器50は、酵素(カタラーゼ)を投入するか否かを決める。酵素は過酸化水素の分解触媒であるため、それ自体は変化せず、一定期間の間は連続して使用することができる。したがって、前回分解槽10中に投入した酵素がまだ使用できると判断できる場合は、酵素の追加は行わない。
しかし、現在分解槽10中に残っている酵素が十分使用され、活性が低下していると考えられる場合は、新たに酵素を追加する必要がある。新しい酵素を使用するか否かは、新たな酵素を入れてからの処理回数などで決定してもよい。つまり、制御器50は、新たに酵素を供給したら、過酸化水素分解処理を何度行ったか(分解槽10に何度新たに被処理水を入れたか)を記憶する。
新たな酵素を入れる場合は、指示CV24を酵素供給手段24の開閉バルブ24vに送り、所定量のカタラーゼを分解槽10に投入する(酵素供給工程)。カタラーゼの使用濃度は、過酸化水素が数千ppm含有された被処理水に対して、数十ppm程度で効果があるといわれているが、数百ppm以上投入して、過酸化水素の分解時間を速くしてもよい。カタラーゼは毎秒あたりの代謝回転数が4000万/秒あり、濃度を高くし、よく攪拌することで、過酸化水素の分解は短時間で行える。
被処理水に酵素が混入されたら、分解槽10を所定時間放置する(放置工程)。酵素を触媒として過酸化水素が分解されるのを待つためである。なお、ここで、被処理水に酵素が混入された場合とは、被処理水に新たに酵素が供給された場合だけでなく、分解槽10中に残っている前回の処理に用いた酵素の濃縮液に、被処理水を混ぜた状態も含む。
また、放置工程では、酵素が混入された被処理水を攪拌機等で攪拌してもよい(攪拌工程)。攪拌は、ポンプ20によって配管11aから11bのパスを通し、分解槽10中の被処理水を循環させることで行ってもよい。
図2を参照して、被処理水を循環するには、まず制御器50がバルブ14にCV14(図1参照)を送り、分岐口14cを閉じ、入口14aと出口14bを開くように指示をする。そして、ポンプ20に指示CP20を送り、ポンプ20を始動させる。このようにすることで、分解槽10中の被処理水は、配管11a、11bを通って、循環し、攪拌されることとなる。
再度図1を参照する。また、放置工程では、分解槽10の温度制御も行う(温度制御工程)。過酸化水素の分解時には熱が発生するため、酵素の失活を防止するためである。制御器50は、温度計28からの信号Stpに基づいて、温度調節手段30を制御し、分解槽10内の被処理水の温度が所定の温度以下になるように制御する。
制御器50は、過酸化水素検出器26から信号Shoを受け取り、分解槽10中の過酸化水素の濃度を知る。そして、被処理水中の過酸化水素の量が所定以下になったら、ろ過工程を行う。
制御器50は、放置工程が終了したら、バルブ14に指示CV14を送り、入口14aと分岐口14cは開き、出口14bを閉じる。この時、制御器50は、さらにバルブ16の入口16aと出口16bを開き、分岐口16cを閉じる。また、バルブ19の入口19aと分岐口19cを開き、出口19bを閉じる。なお、バルブ18およびバルブ21の分岐口19cは通常閉じ、入口21aおよび出口21bは通常開いている。この時のバルブの状態を図4に示す。開いたバルブは白で表し、閉じたバルブは黒で表す。
図4を参照して、バルブ14の分岐口14cが開くことで、ポンプ20から送られる被処理水は、入水口22aからフィルタ22内に導入される。フィルタ22は図3で説明したように、中空糸状のUF膜22umによって被処理水をろ過する。ろ過されたろ過液(分離物)は、過酸化水素が分解され、触媒の酵素(カタラーゼ)が濾し取られた水である。したがって、フィルタ22のろ過出口22bからは過酸化水素が分解され、酵素がろ過された水が排出される(ろ過工程)。
また、バルブ16、18および21を上記のように設定しておくと、フィルタ22のろ過出口22bから得られるろ過液は、配管11eを通って、再び分解槽10に戻る。この時、吸光光度計27によって、ろ過出口22bからのろ過液中のカタラーゼの有無を調べる。フィルタ22のUF膜22umは、丈夫な膜であるが、万一損傷していた場合は、被処理水中のカタラーゼも一緒に排出されてしまう。そこで、次工程7に移送する前にろ過された被処理水中のカタラーゼの有無を調べておくのが望ましい。これを放出前酵素検査工程という。
被処理水中のカタラーゼの有無は紫外域の吸光度を見ることで検出することが可能である。制御器50は、吸光光度計27からの信号Sct(図1参照)によって、フィルタ22のろ過出口22bからの排出液中にカタラーゼがないことを確認する。
放出前酵素検査工程で、フィルタ22のろ過出口22bからの排出液中に所定値以上の酵素が発見された場合は、制御器50は、その旨を外部に通知する。若しくは、所定の機器に信号を送信してもよい。ろ過出口22bからの排出液中に酵素が残っているというのは、UF膜22umが損傷している可能性がある。
放出前酵素検査工程で、酵素が発見できなかった場合(若しくは十分に少ない場合を含む)は、制御器50は、バルブ16の出口16bを閉じて、バルブ16の分岐口16cを開く(図5参照)。このようにすることで、分解槽10中の被処理水は、フィルタ22でろ過され、水だけが配管11jを通って次の処理工程17に排出される。
一方、図3でも説明したように、フィルタ22のUF膜22umでろ過されなかったカタラーゼを含む被処理水(残留液)は、分解槽10にもどる。より具体的には、フィルタ22の出水口22cからバルブ19の分岐口19cを出て、配管11fを介して分解槽10に戻る。したがって、分解槽10中の被処理水の量が減ると、カタラーゼが濃縮される。
カタラーゼが濃縮された被処理水は、分解槽10中に溜まり、次の被処理水の処理用の酵素として使用することができる。
なお、すでに示したように、カタラーゼの使用が一定回数経過した場合は、カタラーゼの活性が低下していることも考えられるので、廃棄し、新たなカタラーゼを使用するようにしてもよい。カタラーゼが濃縮された被処理水は、分解槽10の底に設けられた排出口10eの排出バルブ12を開くことで排出することができる。
また、フィルタ22は、使用されるうちに、細孔に目詰まりが生じる。そこで、逆洗手段を設けてもよい。図6に逆洗を行う場合のバルブ状態を示す。逆洗を行う場合は、フィルタ22の入水口22a側を閉じておき、ろ過出口22bから洗浄液を入れ、出水口22bから洗浄液を排出する。またドレイン排水口22dからも洗浄液を排出する。
逆洗を行う際は、制御器50は、バルブ14、16、18、19、21に指示を出す。具体的には、バルブ14は分岐口14cを閉じる。バルブ16は、出口16bを閉じ、入口16aと分岐口16cを開く。バルブ18は開く。バルブ19は、分岐口19cを閉じ、入口19aと出口19bを開く。バルブ21は、出口21bを閉じ、分岐口21cと入口21aを開く。なお、閉じるバルブは黒で表し、開くバルブは白で表した。
このようにして、洗浄液源15から洗浄液を流す。洗浄液は、バルブ21の分岐口21cから配管11jを遡り、バルブ16の分岐口16cから入口16aを通って、フィルタ22のろ過出口22bからフィルタ22内に入る。この洗浄液は、UF膜22umをろ過出口22bから出水口22b側に向かって流れるので、その際にUF膜22umに付着した異物や、タンパク質を除去する。
なお、逆洗した洗浄液は、フィルタ22の出水口22bから排出され、バルブ19の入口19aから出口19bに抜け、配管11dを通って、系外に排出される。この洗浄液には、UF膜22umにこびりついた、カタラーゼが含まれる。また、ドレイン排水口22dからは、中空糸膜の内側を洗浄した洗浄液が排出される。これらの逆洗の結果排出される排出液は、排出管11iに流される。
以上のように、図2の例では、逆洗手段は、バルブ14、16、18、19、21および制御器50およびそれらを連通させる配管で構成されている。
また、逆洗用の洗浄液は、水であってもよいが、酵素を変性させやすい界面活性剤などを混合した溶液であってもよい。
本実施の形態では、分解槽10の外部に酵素をろ過するための加圧タイプのフィルタ22を設けたが、分解槽10の中に直接浸漬させる浸漬タイプのフィルタを用いてもよい。
図7に浸漬タイプのフィルタ22を用いた場合の分解槽10の構成を示す。フィルタ22は、側面に吸収面を有し、出口22bが配管11aを介してポンプ20に連通している。ポンプ20の出口は、配管11dを介してバルブ16に連通している。バルブ16の分岐口16cには配管11fが結合され、分解槽10に連通している。また、配管11fには、バルブ21が設けられている。バルブ21の入口21aは、バルブ16の分岐口16cに連通されている。また出口21bは、配管11fを介して分解槽10に連通している。分岐口21cは、逆洗時の洗浄源15に連通されている。
図7のフィルタ22の動作を説明すると、ポンプ20が始動すると、フィルタ22の側面の吸収面から周囲の被処理水がフィルタ22内部に吸引される。UF膜umは、フィルタ22の側面に配置させられているので、被処理水は、UF膜umを通過してフィルタ22の内部に吸引される。
吸引され、ろ過された分離液は、配管11dを通って、バルブ16に送られる。バルブ16において、入口16aと出口16bを開き、分岐口16cを閉じれば、ろ過された被処理水(分離液)は、次の工程17に送られる(ろ過工程)。
また、出口16bを閉じ、分岐口16cを開くと、配管11fを通って、分解槽10にろ過液は戻る。この時配管11fに設けられたバルブ21の入口21aと出口21bは開き、分岐口21cは閉じられている。つまり、ろ過液を循環させることができる。この時に、吸光光度計27で、ろ液中の酵素の有無を確認することで、放出前酵素検査工程を行うことができる。
逆洗を行う場合は、バルブ21の分岐口21cと入口21aを開き出口21bを閉じる。そして、バルブ16の出口16bを閉じ、分岐口16cと入口16aを開く。洗浄液は洗浄源15から、配管11g、11dを遡り、配管11aを介してフィルタ22の下流側から上流側にUF膜22umを通って流れる。逆洗で使用した洗浄液は、異物や失活した酵素などが含まれるため、排水口10eから排水管11iに流す。
以上のように、本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置1は、カタラーゼを用いて、排水中の過酸化水素を分解し、さらに、カタラーゼをUF膜でろ過し、分解槽10で再利用するので、排水によって有機汚濁が増加することなく、またカタラーゼを高濃度で使用することができるので、過酸化水素の分解速度を速くすることができる。
本発明に係る過酸化水素含有排水処理装置は、半導体や、液晶ディスプレイ、有機EL等の基板洗浄の排水処理に好適に利用することができる。
1 過酸化水素含有排水処理装置
10 分解槽
10a 出水口
10e 排水口
11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g 配管
11i 排水管
12 排水バルブ
13 排水処理施設
14、16、18 (三方)バルブ
14a 入口
14b 出口
14c 分岐口
16a 入口
16b 出口
16c 分岐口
18a 入口
18b 出口
15 (逆洗用の)洗浄液源
17 次の処理工程
20 ポンプ
22 フィルタ
22a 入水口
22b ろ過出口
22c 出水口
22d ドレイン排水口
22f フレーム
22m 固定枠
22n 固定枠
22um UF膜
24 酵素供給手段
24a 容器
24b 配管
24v 開閉バルブ
26 過酸化水素検出器(ORP計)
27 吸光光度計
28 温度計
30 温度調節手段
32 pH調整槽
34 フィルタ
36 ポンプ
38 pH調節剤供給手段
38a 容器
38b 配管
38v 開閉バルブ
40 pH計
41a 配管
41b 排液パイプ
42 貯留タンク
42e 排出口
45 排液源
50 制御器

Claims (10)

  1. 分解槽と、
    前記分解槽に連通した排水ポンプと、
    入水口が前記排水ポンプに連通し、分離区画以下の分離液を排出するろ過出口とろ過の残留液が前記分解槽に戻るように前記分解槽と連通した排水口を有するフィルタと、
    前記分解槽に酵素を供給する酵素供給手段と、
    を有することを特徴とする過酸化水素含有排水処理装置。
  2. 前記フィルタは、分画分子量が24万Daより小さいろ過精度であることを特徴とする請求項1に記載された過酸化水素含有排水処理装置。
  3. 前記分解槽の外側面に温度調節手段と、
    前記分解槽中の被処理水の温度を測定する温度計をさらに有することを特徴とする請求項1または2のいずれかの請求項に記載された過酸化水素含有排水処理装置。
  4. 前記ろ過出口の後段に吸光光度計を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの請求項に記載された過酸化水素含有排水処理装置。
  5. 前記UF膜を逆洗する逆洗手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの請求項に記載された過酸化水素含有排水処理装置。
  6. 前記逆洗手段は、逆洗された排水を前記分解槽に戻さない自動排水弁を有することを特徴とする請求項5に記載された過酸化水素含有排水処理装置。
  7. 分解槽に被処理排水を導入する工程と、
    前記分解槽中に酵素を供給する工程と、
    前記分解槽を所定時間放置する工程と、
    前記分解槽内の被処理水を分画分子量が24万Daより小さいフィルタで濾し、前記酵素を含む残渣液を前記分解槽に戻すろ過工程と
    を有することを特徴とする過酸化水素含有排水処理方法。
  8. 前記フィルタを逆洗する工程を行うことを特徴とする請求項7に記載された過酸化水素含有排水処理方法。
  9. 前記ろ過工程の後に、前記フィルタでろ過した被処理水中に前記酵素が混入しているか否かを検査する放出前酵素検査工程を有することを特徴とする請求項7または8のいずれかの請求項に記載された過酸化水素含有排水処理方法。
  10. 前記所定時間放置する工程では、前記分解槽の温度を制御する工程を行うことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかの請求項に記載された過酸化水素含有排水処理方法。
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