JP4297456B2

JP4297456B2 - 有機性排水の処理方法及び装置

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Publication number: JP4297456B2
Application number: JP03685899A
Authority: JP
Inventors: 慶泉蘇; 千秋五十嵐; 倫弘野田; 康一横山
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: JP2000237793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水の処理に係わり、特に乳化油分含有排水を、膜分離法と隔膜電解法コアレッサ分離法とイオン交換法の４段処理によって処理する有機性排水の処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性排水、特に乳化油分含油排水の処理方法としては一般に、全量焼却処分法と凝集・浮上分離法が用いられている。しかし、全量焼却処分法の場合、助燃料を必要とするのでコストが高い上に、排ガスによる環境汚染の問題もある。また、凝集・浮上法では固形廃棄物が生成し、その処分が問題となっている。
その他に、精密濾過膜又は限外濾過膜を用いる膜分離法が試みられているが、溶解性有機物、例えば溶解性のノルマルヘキサン抽出物質が分離膜を透過するため、膜分離法だけでは十分な処理水質が得られない問題があった。
【０００３】
一方、発明者らはこれまでに、隔膜電解法を利用した乳化油分含有排水の処理方法（特願平７−３２７１４０号、特願平８−１５６３８４号、特願平８−２６２３１３号、特願平８−３２４８８１号）を提案してきた。これらの方法は、乳化油分含有排水に対し優れた処理性能を発揮するものであるが、隔膜電解槽の設計上、処理能力増大のための装置大型化が難しいという難点があった。
また、発明者らは上記隔膜電解法の課題を解決するために、膜分離法と隔膜電解法を組み合わせた処理方法（特願平１０−１９０９８５号、特願平１０−１９０９８６号)を提案してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、有機性排水、例えば乳化油分含有排水に対して、薬品を使用することなく安価な処理コストと、より一層の優れた処理水質を有する処理方法と装置を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、有機性排水を膜分離工程と隔膜電解工程とコアレッサ分離工程とアニオン交換樹脂処理工程とで処理する方法において、まず、該有機性排水を膜分離工程の膜一次側に導入し、膜一次側を循環させて、膜一次側循環液より水の一部を分離膜を透過させて膜二次側から排出させながら、該循環液を濃縮すると共に、前記膜二次側から排出された膜透過水を隔膜電解工程で電解処理し、陰極室よりアルカリ排液を排出すると共に、陽極室よりｐＨ６以下に調整した陽極処理液を得、次いで、該陽極処理液をコアレッサ分離工程に導入して、コアレッサカートリッジを通過させた後、浮上分離槽に導いて油滴を浮上分離し、得られる処理液をアニオン交換樹脂処理工程でアニオン交換樹脂層を通過させて処理することとしたものである。
前記処理方法において、隔膜電解工程の陰極室より排出されるアルカリ排液は、アニオン交換樹脂処理工程のアニオン交換樹脂の再生液として用いることができ、また、前記油滴を浮上分離して得られる処理液は、一部を隔膜電解工程に循環することができる。
【０００６】
また、本発明では、膜分離装置と隔膜電解槽とコアレッサ分離装置とアニオン交換樹脂塔とを有する有機性排水の処理装置において、前記膜分離装置が、膜分離モジュールと、該分離膜の一次側に該有機性排水を導入して循環させる第１循環ポンプを設けた循環経路及び該経路に設けた膜濃縮液排出路と、該分離膜の二次側に分離膜を透過した膜透過水の排出路とを有し、該排出路を膜透過水受け槽に接続すると共に、該受け槽と隔膜電解槽の陽極室及び陰極室とを第２循環ポンプを設けた経路で接続し、該陰極室と陽極室には処理液排出口を設け、該陽極室の処理液排出口を、コアレッサ分離装置のコアレッサカートリッジと浮上分離槽とを順次結ぶ経路に接続し、該浮上分離槽は、頂部に油分排出口と底部に処理液排出口を有し、該処理液排出口と前記膜透過水受け槽との間に循環経路を設けると共に、該循環経路に処理液抜出し経路を設けて、該経路をアニオン交換樹脂塔に接続することとしたものである。
前記処理装置において、隔膜電解槽の隔膜は、カチオン交換膜を用いることができ、また、前記アニオン交換樹脂塔は、用いるアニオン交換樹脂が弱塩基性アニオン交換樹脂であるのがよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、コアレッサ処理工程の処理液に残留するノルマルヘキサン抽出物成分を分析したところ、該成分が主に有機酸によって構成され、ｐＨ５以上の領域で有機アニオンの形態を呈することを突き止めたことによりなされた。
すなわち、本発明では、コアレッサ工程処理液をアニオン交換樹脂を充填したアニオン交換樹脂塔に通液し、イオン交換によって該有機アニオンを除去することにより、処理水のノルマルヘキサン抽出物を大幅に低減することができた。また、交換飽和した樹脂の再生には、隔膜電解工程から発生するアルカリ排液を使用することにした。前記イオン交換反応並びに再生反応の一例を下記に記す。
アニオン交換反応：
R-NH₃H・OH(弱塩基性アニオン交換樹脂)+R-COO^-→R-NH₃H・OOC-R+OH^-
アニオン交換樹脂再生反応：
R-NH₃H・OOC-R+OH^-(アルカリ排液)→R-NH₃H・OH+R-COO^-
【０００８】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明の処理方法においては、まず、有機性排水を膜分離工程に導入し、１段目の処理を行う。該工程においては、クロスフロー濾過方式による膜分離を行う。即ち、有機性排水を循環ポンプの吸引口に導入し、分離膜の一次側に循環させながら、膜間差圧によって水を濾過し、粒子状油分や固形物等を循環液に濃縮する。
用いる分離膜としては、処理対象の有機性排水によって、MF膜（即ち精密濾過膜）又はＵＦ膜（即ち限外濾過膜）の中から選定すればよく、膜素材としては、特に限定されるものではなく、高分子膜又は無機膜のいずれでもよい。また、膜モジュールの形式としては、中空糸型モジュール、スパイラル型モジュール、管型モジュール又は角型平膜モジュールのいずれでもよい。膜一次側の循環流量については、一次側の膜面流速として１ｍ／秒以上にするように、循環流量を調整するのが好ましい。
【０００９】
次いで、前記膜透過水を、一旦膜透過水受け槽に受けてから、隔膜電解工程に導入し２段目の処理を行う。
即ち、有機性排水、特に乳化油分含有排水には、乳化剤として、有機カルボン酸系や有機スルホン酸系のアニオン性界面活性剤が、また、アルカリ剤及び防食剤として、有機窒素化合物が多量に配合されている。これらの成分は、中性からアルカリ性領域において水溶性のため、膜分離においては分離膜を透過し、膜透過水のノルマルヘキサン抽出物質、ＣＯＤやトータル窒素等の原因物質となる。本発明では、前記成分を分離除去する手段として、まず、隔膜電解工程で前記膜透過水を電解処理し、陽極室において、水の陽極分解によって生成する水素イオンを用いて、前記アニオン性界面活性剤成分がもつ酸解離指数のｐＫａ値以下に、膜透過水のｐＨを低下させ、該成分を不溶化させる。同時に、有機窒素化合物成分の多くが、酸性条件下でカチオンの形態をしている性質を利用して、電気透析の作用で、該成分を隔膜を通過させ、陰極室より排出する。ここで、陽極室で調整するｐＨ範囲は、一般にｐＨ６以下の範囲でよいが、ｐＨ５．０〜２．５の範囲がより好ましい。
【００１０】
本発明に使用する隔膜電解槽は、多孔性隔膜又はイオン交換膜によって、電解槽を陽極室と陰極室に仕切り、陽極室と陰極室にそれぞれ陽極と陰極を設ける。多孔性隔膜としては、通常、平均細孔径が０．１〜３．０μmの高分子ＭＦ膜（即ち精密濾過膜)、好ましくは０．１〜１．０μｍの高分子ＭＦ膜が使用される。一方、イオン交換膜としては、カチオン交換膜が特に好適である。また、電極は不溶性電極であれば何でもよいが、陽極にはチタン基材に白金族金属又はその酸化物をメッキ又は焼成した電極、又はチタン基材に二酸化鉛をメッキ又は焼成した電極、あるいはフェライト電極が好適で、陰極には、陽極と同一のものを使用するか、又はより安価なステンレス電極などを使用することもできる.
【００１１】
次いで、前記陽極処理液をコアレッサ分離工程に導入し３段目の処理を行う。
コアレッサ分離工程では、酸調整した膜透過水をコアレッサカートリッジに導いて、不溶化した粒子の合一・粗大化を促進した後に、粗大化の結果形成した油滴を、浮上分離槽にて浮上分離する。一方、コアレッサ処理液は、浮上分離槽の底部より排出する。
本発明に使用するコアレッサカートリッジは、酸性条件においては化学的に安定で、不溶化成分粒子の合一・粗大化を促進できるものであればよく、例えばポリスルホン、ポリプロピレンやポリエステルの不織布を濾材として用いたプリーツ型カートリッジフィルター、又はポリスルホン、ポリプロピレンやポリエステルの繊維集合体を充填した充填層が好適である。
また、本発明に用いる浮上分離槽は、循環液の流量に対して、１０分以上の滞留時間を与える容積を有するステンレス製密閉形タンクが好適である。
【００１２】
本発明ではさらに、前記コアレツサ処理液をアニオン交換樹脂処理工程に導入し、４段目の処理を行うこともできる。
即ち、アニオン交換樹脂処理工程において、前記コアレツサ処理液をアニオン交換樹脂塔に通して処理し、残留する有機アニオンを除去する。使用するアニオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂であれば何でもよいが、弱塩基性アニオン交換樹脂は、ノルマルヘキサン抽出物質の元になる有機性アニオンを選択的にイオン交換する性質をもつので該有機物に対する交換容量が高く、また、該樹脂交換飽和後の再生に再生液として比較的アルカリ濃度が低い前記アルカリ排液を使用できることから、本発明により好適である。
【００１３】
次に、本発明を図面を用いて説明する。
図１に、本発明に基づく有機性排水処理装置の一例の概略構成図を示す。図１において、原水槽１から被処理水３０が第１循環ポンプ２の吸引口に導かれ、プレフィルター３を経て膜分離モジュール６に入り、分離膜一次側７を循環する。そして、膜一次側循環液３１より、水の一部が膜間差圧によって分離膜を透過し、分離膜二次側８から膜透過水が３２として膜透過水受け槽１２に排出される。その際、乳化油分粒子等の不溶性有機物や固形物粒子が分離膜によって阻止されて、一次側循環液３１に濃縮され、そしてバルブ１１より膜濃縮液３３として系外に排出される。
【００１４】
一方、膜透過水３２が膜透過水受け槽１２より、第２循環ポンプ１３の吸引口に導かれ、該ポンプによって隔膜電解槽１７の陰極室１８と陽極室１９に送られ、陰極室処理液３４がアルカリ排液として系外に排出される。次いで、陽極処理液３５がコアレッサカートリッジ２４を通って浮上分離槽２５に入り、そしてコアレッサ処理液３７が該槽の底部より前記受け槽１２に戻される。この際、コアレッサカートリツジ２４で形成した油滴４０が、浮上分離槽２５において浮上分離し、バルブ２６より排出される。一方、コアレツサ処理液３７の一部が抜出水３８としてバルブ２７を経て、アニオン交換樹脂塔２９に導入され、アニオン交換樹脂層を通って残留する有機アニオンが除去され、処理水３９が排出される。コアレツサ処理液３７の残部は、バルブ２８を経て、前記受け槽１２に戻される。
図１において４、９は圧力計、５、１４は流量計、１０、１１、１５、１６、２６、２７、２８は調節弁、２０は陰極、２１は陽極、２２は隔膜、２３は電源である。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
図１に従って製作した有機性排水処理装置を試験に用いた。該装置では、分離膜モジュールは、膜が高分子製のＵＦ中空糸膜で、膜面積が３．５ｍ²であった。濾過方式としては、内圧型クロスフローを採用した。また、隔膜電解槽は、ポリプロピレン樹脂製の密閉角型で、陽極と陰極は同じ白金メッキチタン電極であり、電極面積が０．０８ｍ²であった。隔膜としては、株式会社トクヤマ製電解隔膜用陽イオン交換膜を用いた。また、コアレッサカートリッジは、ポリプロピレン不織布を濾材とした有効濾過面積１．２ｍ²のプリーツ型カートリッジフィルターであり、浮上分離槽は、内容積が３６リットルのステンレス製密閉形タンクであった。また、アニオン交換樹脂塔としては、容積３０リットルのＦＲＰ製円筒状容器に、ダウケミカル社製第３級アミン型弱塩堪性アニオン交換樹脂を充填して用いた。
【００１６】
この試験では、処理対象の有機性排水として、表１のＡ社製Ｗ１種１号水溶性切削油の５％希釈液を用いた。処理条件としては、膜分離工程では、膜面線速が１ｍ／秒となるように第１循環ポンプ２による循環流量をインバータによって調節し、濾過圧力としては、圧力計４が１．３ｋｇｆ／ｃｍ²となるようにバルブ１０を調節した。また、膜分離工程による濃縮倍率が７倍となるように、バルブ１１を調整した。即ち、膜分離工程による膜濃縮液３３の排出流量が、膜透過水３２の流量に対して６分の１となるようにバルブ１１を調節した。
また、隔膜電解槽においては、陰極室への流量を０．１リットル／分とし、陽極室への流量を２リットル／分とした。陽極処理液３５のｐＨがｐＨ３となるように該電解工程の電解電流と電圧を設定した。
【００１７】
一方、コアレッサ分離工程においては、処理液３７の流量を膜透過水３２の流量に合わせた。
本試験による処理は、開始から３０分後に定常状態に達した。定常状態においては、膜分離工程による膜透過水３２の流量が３０〜３５リットル／時間の範囲で推移した。本試験に用いた有機性排水３０と膜透過水３２、及び処理が定常状態に達した後の処理水３９の水質分析値を表１に記す。
【００１８】
【表１】

表１のように、本発明による有機性排水の処理効果は非常に良好で、特に処理水のノルマルヘキサン抽出物質は１ｍｇ／Ｌと極めて低かった。また、アルカリ排液３４を使用して、交換飽和したアニオン交換樹脂を再生したところ、イオン交換容量が６５％以上回復したことを合わせて確認した。
【００１９】
実施例２
実施例２では、処理対象の有機性排水として、表２のＢ社製Ｗ２種２号水溶性切削油の５％希釈液を用いたが、試験装置と試験条件については実施例１と同一のものを用いた。なお、膜分離工程による濃縮倍率を１２倍とした。
本試験による処理は、開始から３０分後に定常状態に達した。定常状態においては、膜分離工程による膜透過水３２の流量は３５〜４０リットル／時間の範囲で推移した。本試験に用いた有機性排水３０と膜透過水３２、及び処理が定常状態に達した後の処理水３９の水質分析値を表２に記す。
【００２０】
【表２】

表２のように、本発明による有機性排水の処理効果は非常に良好で、特に処理水のノルマルヘキサン抽出物質は３ｍｇ／Ｌと極めて低かった。また、アルカリ排液３４を使用して、交換飽和したアニオン交換樹脂を再生したところ、イオン交換容量が６５％以上回復したことを合わせて確認した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性排水、とりわけ乳化油分含有排水に対して、薬剤を使用することなく安価なコストと優れた処理水質を有する処理方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：原水槽、２：第１循環ポンプ、３：プレフィルター、４：圧力計、５：流量計、６：膜分離モジュール、７：膜一次側、８：膜二次側、９：圧力計、１０，１１：バルブ、１２：膜透過水受け槽、１３：第２循環ポンプ、１４：流量計、１５，１６：バルブ、１７：隔膜電解槽、１８：陰極室、１９：陽極室、２０：陰極、２１：陽極、２２：隔膜、２３：直流電源、２４：コアレッサカートリッジ、２５：浮上分離槽、２６：油分排出バルブ、２７，２８：バルブ、２９：アニオン交換樹脂塔、３０：被処理水、３１：膜一次側循環液、３２：膜透過水、３３：膜濃縮液、３４：アルカリ排液、３５：陽極処理液、３６：コアレッサ循環液、３７：コアレッサ処理液、３８：抜出水、３９：処理水、４０：油分排出液

Claims

有機性排水を膜分離工程と隔膜電解工程とコアレッサ分離工程とアニオン交換樹脂処理工程とで処理する方法において、まず、該有機性排水を膜分離工程の膜一次側に導入し、膜一次側を循環させて、膜一次側循環液より水の膜一部を分離膜を透過させて膜二次側から排出させながら、該循環液を濃縮すると共に、前記膜二次側から排出された膜透過水を隔膜電解工程で電解処理し、陰極室よりアルカリ排液を排出すると共に、陽極室よりｐＨ６以下に調整した陽極処理液を得、次いで、該陽極処理液をコアレッサ分離工程に導入して、コアレッサカートリッジを通過させた後、浮上分離槽に導いて油滴を浮上分離し、得られる処理液をアニオン交換樹脂処理工程でアニオン交換樹脂層を通過させて処理することを特徴とする有機性排水の処理方法。
前記隔膜電解工程の陰極室より排出されるアルカリ排液は、アニオン交換樹脂処理工程のアニオン交換樹脂の再生液として用いることを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
前記油滴を浮上分離して得られる処理液は、一部を隔膜電解工程に循環することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性排水の処理方法。
膜分離装置と隔膜電解槽とコアレッサ分離装置とアニオン交換樹脂塔とを有する有機性排水の処理装置において、前記膜分離装置が、膜分離モジュールと、該分離膜の一次側に該有機性排水を導入して循環させる第１循環ポンプを設けた循環経路及び該経路に設けた膜濃縮液排出路と、該分離膜の二次側に分離膜を透過した膜透過水の排出路とを有し、該排出路を膜透過水受け槽に接続すると共に、該受け槽と隔膜電解槽の陽極室及び陰極室とを第２循環ポンプを設けた経路で接続し、該陰極室と陽極室には処理液排出口を設け、該陽極室の処理液排出口を、コアレッサ分離装置のコアレッサカートリッジと浮上分離槽とを順次結ぶ経路に接続し、該浮上分離槽は、頂部に油分排出口と底部に処理液排出口を有し、該処理液排出口と前記膜透過水受け槽との間に循環経路を設けると共に、該循環経路に処理液抜出し経路を設けて、該経路をアニオン交換樹脂塔に接続したことを特徴とする有機性排水の処理装置。
前記隔膜電解槽の隔膜は、カチオン交換膜であることを特徴とする請求項４に記載の有機性排水の処理装置。
前記アニオン交換樹脂塔は、用いるアニオン交換樹脂が弱塩基性アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機性排水の処理装置。