JP5250444B2 - 嫌気性生物処理方法及び嫌気性生物処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理方法及び生物処理装置に関する。
従来、半導体製造工場、液晶製造工場から排出される使用済みのテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）含有排水等のアルキルアンモニウム塩含有排水（レジスト由来の樹脂を若干含有する場合がある）の分解処理方法や排水回収処理方法が、生物処理、イオン交換樹脂を用いた処理、膜処理等の各種方法により提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）
従来の回収技術では、ＴＭＡＨ等のアルキルアンモニウム塩が比較的高濃度で含有する排水に対して、回収したＴＭＡＨを再利用する場合に有効な方法であるが、薬品純度、経済性等に問題がある。
また、従来の物理化学的分解処理方法では、反応が速く、設備も小さくすることが可能であるが、処理コストが嵩むという問題がある。
また、安価なＴＭＡＨ等のアルキルアンモニウム塩含有排水の処理方法としては、生物学的分解処理方法が挙げられるが、従来は、好気性生物を利用した生物処理が主流である。そして、好気性生物処理においては、一般的に担体法や浸漬膜活性汚泥法を用いた処理が行われている。
本発明の目的は、ＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩含有排水の嫌気性生物処理において、ＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩含有排水処理設備の設置面積を小さくすると共に、経済的及び環境的に良い生物処理方法及び生物処理装置を提供することにある。
本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下とする。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とする。
また、前記嫌気性生物処理方法において、前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させることが好ましい。
また、前記嫌気性生物処理方法において、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を１００００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にする。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、水温を２０℃以上とする。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、（１）前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下とすること、又は前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下とすると共に、前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させること、（２）前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすること、又は前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすると共に、前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させること、（３）前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にすること、（４）前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、水温を２０℃以上とすることのうち、いずれか２つ以上を行う。
また、前記嫌気性生物処理方法において、前記アルキルアンモニウム塩がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）であることが好ましい。
また、本発明の嫌気性生物処理装置は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段と、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下とするアルキルアンモニウム塩濃度調整手段と、を備える。
また、本発明の嫌気性生物処理装置は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段と、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とする窒素濃度調整手段と、を備える。
また、前記嫌気性生物処理装置において、前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させる循環手段を備えることが好ましい。
また、前記嫌気性生物処理装置において、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を１００００ｍｇ／Ｌ以下とするアルキルアンモニウム塩濃度調整手段を備えることが好ましい。
また、本発明の嫌気性生物処理装置は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段と、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にするｐＨ調整手段と、を備える。
また、本発明の嫌気性生物処理装置は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段と、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、前記生物処理手段内の水温を２０℃以上にする温度調整手段と、を備える。
また、本発明の嫌気性生物処理装置は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段と、（１）前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下とするアルキルアンモニウム塩濃度調整手段、又は前記アルキルアンモニウム塩濃度調整手段と前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させる循環手段、（２）前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とする窒素濃度調整手段、又は前記窒素濃度調整手段及び前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させる循環手段、（３）前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にするｐＨ調整手段、（４）前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、前記生物処理手段内の水温を２０℃以上にする温度調整手段の（１）〜（４）のうち、いずれか２つ以上の手段と、を備える。
また、前記嫌気性生物処理装置において、前記アルキルアンモニウム塩がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）であることが好ましい。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度は２００００ｍｇ／Ｌ以下である。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度は３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下である。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、水温は２０℃以上である。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度は２００００ｍｇ／Ｌ以下である。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度は３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下である。
また、本発明は、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理する生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、前記生物処理手段内の水温は２０℃以上である。
本発明によれば、ＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩含有排水の嫌気性生物処理において、ＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩含有排水処理設備の設置面積を小さくすると共に、経済的及び環境的に良い生物処理方法及び生物処理装置を提供することができる。
本発明の実施形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る嫌気性生物処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、嫌気性生物処理装置１は、原水槽１０、調整槽１２、嫌気性生物処理槽１４、分離槽１６、窒素処理槽１８、処理水槽２０、を備える。調整槽１２は、第１調整槽１２ａ、第２調整槽１２ｂを備えているが、必ずしも複数備える必要はなく、単槽であってもよい。
原水槽１０と調整槽１２、調整槽１２と嫌気性生物処理槽１４、嫌気性生物処理槽１４と分離槽１６、分離槽１６と窒素処理槽１８、窒素処理槽１８と処理水槽２０間はそれぞれ、配管２２ａ〜２２ｅにより接続されている。また、配管２２ａ，２２ｂには、ポンプ２４ａ，２４ｂが設けられている。
第１調整槽１２ａには、希釈水流入ライン２６、ｐＨ調整剤流入ライン２８、栄養剤流入ライン３０が接続されている。第２調整槽１２ｂには、ｐＨ調整剤流入ライン２８、蒸気流入ライン３２が接続されている。また、配管２２ｄと第１調整槽１２ａとの間は、循環ライン３４により接続されている。また、第１調整槽１２ａ及び第２調整槽１２ｂには、撹拌装置３６，３８が設置されている。
嫌気性生物処理槽１４としては、主にアルキルアンモニウム塩を嫌気的に生物処理することができるものであればよく、ＵＡＳＢ方式、ＥＧＳＢ方式等に代表されるグラニュールを利用した上向流汚泥床式の嫌気性生物処理槽や、担体を使用した固定床式又は流動床式の嫌気性生物処理槽等が利用可能である。嫌気性生物処理に利用される担体の種類は、特に制限されるものではないが、例えば、ポリウレタン等のスポンジ担体、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のゲル担体、繊維状担体、不織布成型品、ポリプロピレン製等の成型品等が挙げられる。また、嫌気性生物処理に利用される種汚泥としては、特に制限されるものではないが、例えば、食品工場、飲料工場、製紙工場、化学工場、畜産排水処理等で使用される嫌気処理汚泥、グラニュール、又は下水処理場の消化汚泥等が挙げられる。なお、運転時にグラニュール量が増加せず減少するような傾向の場合には、鉄やカルシウム塩、フライアッシュ等の核となる物質、または凝集剤、有機物等のグラニュールの形成を促進する物質を添加することが好ましい。
本発明者の知見によれば、嫌気性生物処理槽１４では、アルキルアンモニウム塩（例えば、ＴＭＡＨ）が嫌気性生物によって、メタン、炭酸イオン、アンモニウムイオン等に分解されると考えられる。
以下に、本実施形態の嫌気性生物処理装置１の動作及び嫌気性生物処理方法について説明する。
ポンプ２４ａを稼働させ、原水槽１０内のアルキルアンモニウム塩含有排水を配管２２ａから調整槽１２に供給する。また、希釈水流入ライン２６から調整槽１２に希釈水を供給する。そして、嫌気性生物処理槽１４に流入する際（生物処理する際）のアルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ以下の範囲とする。特に、水質変動、共存物質の影響が懸念される場合には、嫌気性生物処理槽１４に流入する際（生物処理する際）のアルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を好ましくは５０００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１０００〜３０００ｍｇ／Ｌの範囲とする。ここで、本実施形態では、アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度が、少なくとも２００００ｍｇ／Ｌを超える場合に、希釈水を供給して２００００ｍｇ／Ｌ以下の濃度に希釈すればよい。但し、アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度が、２００００ｍｇ／Ｌ以下（例えば、１００００ｍｇ／Ｌ以上）であっても、希釈水を供給して、例えば、１００００ｍｇ／Ｌ以下又は１０００〜３０００ｍｇ／Ｌの範囲に希釈してもよい。嫌気性生物処理槽１４に流入する際のアルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度が、２００００ｍｇ／Ｌを超えると、生物処理の際、アルキルアンモニウム塩の分解反応速度が遅くなる。
本実施形態では、例えば、配管２２ｃ等に生物処理後の処理水中のアンモニウムイオン濃度を検出するセンサを設置してもよい。そして、検出したアンモニウムイオン濃度からアルキルアンモニウム塩濃度を推定し、該推定値に基づいて、嫌気性生物処理槽１４に流入する際のアルキルアンモニウム塩濃度が上記範囲となるように、希釈水の添加量を決定することが好ましい。また、例えば、調整槽１２又は配管２２ａ等にアルキルアンモニウム塩濃度を検出するセンサを設置してもよい。そして、検出したアルキルアンモニウム塩濃度に基づいて、嫌気性生物処理槽１４に流入する際のアルキルアンモニウム塩濃度が上記範囲となるように、希釈水の添加量を決定してもよい。
嫌気性生物処理槽１４内のアンモニウムイオン濃度が５０００ｍｇ／Ｌを超えると、分解反応速度が低下するため、嫌気性生物処理槽１４内のアンモニウムイオン濃度を５０００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以下とする。嫌気性生物処理において、排水中の硝酸、亜硝酸以外の窒素成分はほとんど全てアンモニウムイオンとなるため、本実施形態では、希釈水流入ライン２６から調整槽１２に希釈水を供給して、嫌気性生物処理槽１４に流入する際（生物処理する際）のアルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、好ましくは７８０ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下にして、嫌気性生物処理槽１４内のアンモニウムイオン濃度を上記範囲とする。ここで、本実施形態では、アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度が、少なくとも３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌを超える場合に、希釈水を供給して３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下の濃度に希釈すればよい。但し、アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度が、３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であっても、希釈水を供給して、希釈させてもよい。
本実施形態に用いる希釈水としては、例えば、工業用水、放流水、又は工場内で設備がある場合にはアンモニア廃液、ＩＰＡ廃液の蒸留等から得られる蒸留処理水（凝縮水）等が挙げられる。蒸留処理水は、水温が４０℃と高いことから、嫌気性生物処理槽１４を加温し、アルキルアンモニウム塩の分解反応を促進させることができる点で好ましい。
また、本実施形態では、希釈水と共に又は希釈水に代えて、生物処理後の処理水の一部を循環ライン３４から調整槽１２に供給する。排水中のアルキルアンモニウム塩濃度が高すぎる場合、排水を希釈するために希釈水を用いると、嫌気性生物処理槽１４からの排出水量が増加してしまう。このように希釈に必要な水量、および排出水量が増加する場合には、処理水を循環して排水を希釈することが好ましい。
本実施形態では、希釈水と共に又は希釈水に代えて、生物処理後の処理水の一部を循環ライン３４から調整槽１２に供給して、嫌気性生物処理槽１４に流入する際（生物処理する際）のアルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは５０００ｍｇ／Ｌ以下、さらにより好ましくは１０００〜３０００ｍｇ／Ｌの範囲としたり、アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下、好ましくは７８０ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下としてもよい。但し、生物処理後の処理水中には、アルキルアンモニウム塩の分解により生成したアンモニウムイオンが含まれているため、アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度が３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であれば、希釈水を用いずに処理水を循環させることで、排水を希釈することが好ましい。なお、アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度が３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であっても、希釈水（及び処理水）を供給して、排水を希釈させてもよい。
本実施形態では、アルキルアンモニウム塩含有排水を生物処理するに当たり、ｐＨが６．５〜９．０の範囲、好ましくは７．０〜８．０の範囲となるように、ｐＨ調整剤流入ライン２８から調整槽１２にｐＨ調整剤を供給する。アルキルアンモニウム塩含有排水のｐＨが上記範囲外であると、生物処理によるアルキルアンモニウム塩の分解反応速度が低下する。また、従来、嫌気性生物処理においては、アンモニア阻害を抑制するために、ｐＨ６．５〜７の弱酸性が好ましいとされていたが、アルキルアンモニウム塩の処理に関しては、ｐＨ７〜８の弱アルカリ側で、最も処理性能が良くなる。これは、本発明者らが初めて明らかにしたことである。ここで、上記範囲にｐＨ調整する際には、アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下、有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすることが好ましい。
本実施形態で用いられるｐＨ調整剤としては、塩酸等の酸剤、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤等特に制限されるものではない。また、ｐＨ調整剤は、例えば、緩衝作用を持つ重炭酸ナトリウム、燐酸緩衝液等であってもよい。
本実施形態では、アルキルアンモニウム塩含有排水を生物処理するに当たり、嫌気性生物処理槽１４内の水温を２０℃以上、好ましくは２８〜３５℃の範囲となるように温度調整する。嫌気性生物処理によるアルキルアンモニウム塩の分解は、２０℃未満でも可能であるが、２０℃未満であると、分解反応速度が低下してしまうため、水温を上記範囲に調整する。上記温度調整方法は、特に制限されるものではないが、例えば、蒸気流入ライン３２から蒸気を調整槽１２（例えば第２調整槽１２ｂ）に供給することで、嫌気性生物処理槽１４内の水温を調整してもよいし、嫌気性生物処理槽１４にヒータを設置して、ヒータの熱により嫌気性生物処理槽１４内の水温を調整しても良い。また、例えば、加温した希釈水を供給することで、嫌気性生物処理槽１４内の水温を調整してもよい。また、例えば、アルキルアンモニウム塩の分解によりメタンガスが発生するが、通常の嫌気処理同様に脱硫処理を実施後、メタンガスボイラーで熱エネルギとして回収し、該熱エネルギを嫌気性生物処理槽１４に供給し、水温を調整してもよい。ここで、上記範囲に嫌気性生物処理槽１４内の水温を調整する際には、アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を２００００ｍｇ／Ｌ以下、有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすることが好ましい。
本実施形態では、嫌気性生物の分解活性を良好に維持するために、例えば、栄養剤流入ライン３０から調整槽１２に栄養剤を添加することが好ましい。栄養剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、炭素源、窒素源、その他無機塩類等が挙げられる。
上記これらの方法により、アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩を嫌気性生物処理槽１４で分解させ、メタン（ガス）、アンモニウムイオン等を生成させる。ここで、本実施形態における嫌気性生物処理によるアルキルアンモニウム塩の分解は、上記説明した（１）アルキルアンモニウム塩濃度の調整又は該濃度調整及び処理水の一部循環、（２）有機体窒素及びアンモニア性窒素の総濃度の調整又は該総窒素濃度の調整及び処理水の一部循環、（３）アルキルアンモニウム塩含有排水のｐＨ調整、（４）アルキルアンモニウム塩含有排水の水温調整のうち、いずれか２つ以上を行うことが好ましい。
従来、嫌気性生物処理に適用可能な原水は、好気処理と比較して限定されており、嫌気性生物処理は、例えば、タンパク質、炭水化物、脂肪等の生分解性高分子有機物やその構成物質である糖類、アルコール類等を含む食品や飲料、醸造工場排水等に主に適用されている。また、処理水質に関しても好気性生物処理と比較して、充分な濃度まで処理ができないことから、後段の設備に好気性生物処理を設置することが一般的に行われている。嫌気性生物処理においては、上記のような実用化の状況ではあるが、本発明者らは、好気性生物処理でも難分解性とされる人工合成物質のＴＭＡＨ、コリン等のアルキルアンモニウム塩の嫌気性生物処理において、上記説明した本実施形態の方法（（１）〜（４））により、嫌気処理条件でも処理が可能であることを見出し、また、好気性生物処理よりも高速処理が可能であること、さらに処理水質に関しても従来知られている嫌気処理水質と比較して著しく良好であり、後段処理に好気性生物処理設備が不要であることを見出した。また、通常の嫌気処理で実施される３５℃以下の水温２０℃〜３５℃でもアルキルアンモニウム塩が良好に処理可能であることを見出した。さらに、半導体工場の現像工程から排出されるレジトスや界面活性剤含有のアルキルアンモニウム塩含有排水における嫌気性生物処理においても、上記説明した本実施形態の方法（（１）〜（４））によれば、特に阻害されることなくアルキルアンモニウム塩をＴＯＣ（全有機炭素）として分解処理可能である。
本実施形態の処理対象となるアルキルアンモニウム塩は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、メチルトリエチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメチルエチルアンモニウムハイドロオキサイド、ジメチルジエチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメチル（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド（即ち、コリン）、トリエチル（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、ジメチルジ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、ジエチルジ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、メチルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、エチルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、テトラ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド、及びその塩類等が挙げられる。本実施形態では、特に、半導体製造工場、液晶製造工場から排出されるテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、トリメチル（２−ヒドロキシエチル）アンモニウムハイドロオキサイド（即ち、コリン）の処理に好適である。
分離槽１６と嫌気性生物処理槽１４との間は、汚泥返送ライン４０により接続されており、分離槽１６により分離された汚泥を必要に応じて嫌気性生物処理槽１４に戻すことが好ましい。アルキルアンモニウム塩含有排水に、レジスト、界面活性剤等のＳＳ成分が含まれている場合には、生物処理槽の前段に、ＳＳ成分を分離除去することができる分離槽をさらに設置することが好ましい。アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気性生物処理槽１４で処理するに当たり、レジストや界面活性剤が混入していても、生物処理に影響を与えることはないため、特に事前除去等の処理は必要ではないが、分離槽を設置することにより、ＳＳ成分による処理装置の詰まり等を防止することができる。分離槽としては、例えば、加圧浮上、沈殿処理等、特に制限されるものではない。また、処理水の発泡が著しい場合には、分離槽に供給される際等に、消泡剤を添加することが好ましい。
また、アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気性生物処理槽１４で生物処理した処理水には、アンモニア性窒素が含有されているため、嫌気性生物処理槽１４の後段には、窒素処理槽１８を設置することが好ましい。窒素処理槽１８としては、一般的に知られている窒素処理装置であればよく、例えば、硝化−脱窒−再酸化処理、亜硝酸化−アナモックス処理等の生物処理又はアンモニア蒸留、ストリッピング処理等の物理化学処理等を行うことができる装置が挙げられる。また、処理水を一部循環して排水と混合し、ストリッピング処理後にＴＭＡＨ処理することにより、後段での窒素生物処理の負荷を下げることもできる。
そして、嫌気性生物処理、分離処理、窒素処理等された処理水が処理水槽２０に蓄えられることとなる。
以下、実施例および参考例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度５０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、総液量５０ｍＬとした。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。表１に、実施例１における嫌気性生物処理前後のＴＭＡＨ濃度をまとめた。また、嫌気性生物処理によるＴＭＡＨの分解に伴い、メタンを含むガスが発生するため、定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、ガス発生量及び該ガス中のメタン濃度を表１にまとめた。
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度５０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、総液量５０ｍＬとした。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。表１に、実施例１における嫌気性生物処理前後のＴＭＡＨ濃度をまとめた。また、嫌気性生物処理によるＴＭＡＨの分解に伴い、メタンを含むガスが発生するため、定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、ガス発生量及び該ガス中のメタン濃度を表１にまとめた。
表１から判るように、実施例１における嫌気性生物処理により、ＴＭＡＨを分解することができることを確認した。以下の実施例では、嫌気性生物処理によるＴＭＡＨの分解に伴い発生するガスの汚泥当たりのガス発生速度（Ｌ／ｇＶＳＳ／ｄ）をＴＭＡＨ分解活性の指標とした（ガス発生速度が高いとＴＭＡＨ分解活性が高い）。
（実施例２：初期ＴＭＡＨ濃度と最大ガス発生速度との関係）
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度１４００，５０００，１００００，２００００，５００００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、総液量５０ｍＬとした。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。また、汚泥の自己消化によるガス発生がないことを確認するために、ＴＭＡＨを添加しない（微生物栄養剤は添加した）ブランク試験も行った。表２に初期ＴＭＡＨ濃度と最大ガス発生速度（試験開始後１４０時間以内）をまとめた。
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度１４００，５０００，１００００，２００００，５００００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、総液量５０ｍＬとした。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。また、汚泥の自己消化によるガス発生がないことを確認するために、ＴＭＡＨを添加しない（微生物栄養剤は添加した）ブランク試験も行った。表２に初期ＴＭＡＨ濃度と最大ガス発生速度（試験開始後１４０時間以内）をまとめた。
実施例２の結果より、初期ＴＭＡＨ濃度５００００ｍｇ／Ｌでは、ＴＭＡＨの分解に伴うガス発生は確認されなかった。そして、表２の最大ガス発生速度の値から、ＴＭＡＨの嫌気性生物処理において、初期ＴＭＡＨ濃度を少なくとも２００００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ以下、水質変動等を考慮すると、より好ましくは１４００〜５０００ｍｇ／Ｌの範囲とすることにより、高いＴＭＡＨ分解反応速度が得られることがわかった。なお、実施例２−１において、試験終了後の水質を測定したところ、ＴＭＡＨは検出されず、アンモニウムイオン濃度は約３００ｍｇ／Ｌであった。この結果から、ＴＭＡＨが分解されて、最終生成物としてアンモニウムイオンとメタンが生成したことを確認した。
（実施例３：初期アンモニウムイオン濃度と最大ガス発生速度との関係）
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度１４００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥をＴＭＡＨ含有排水で馴養した汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、また、アンモニウムイオン源として塩化アンモニウムをアンモニウムイオン濃度が０，１０００，２０００，３０００，５０００，１００００ｍｇ／Ｌとなるように添加した（アンモニウムイオン濃度０ｍｇ／Ｌとは、塩化アンモニウム無添加のことである）。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。表３に初期アンモニウムイオン濃度と最大ガス発生速度（試験開始後４０時間以内）をまとめた。
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度１４００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥をＴＭＡＨ含有排水で馴養した汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、また、アンモニウムイオン源として塩化アンモニウムをアンモニウムイオン濃度が０，１０００，２０００，３０００，５０００，１００００ｍｇ／Ｌとなるように添加した（アンモニウムイオン濃度０ｍｇ／Ｌとは、塩化アンモニウム無添加のことである）。本バイアル瓶内を窒素パージした後にアルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。表３に初期アンモニウムイオン濃度と最大ガス発生速度（試験開始後４０時間以内）をまとめた。
実施例３の結果より、初期アンモニウムイオン濃度１００００ｍｇ／Ｌでは、ガス発生速度が急激に低下することを確認した、したがって、ＴＭＡＨの分解反応速度も急激に低下していると云える。そして、表３の最大ガス発生速度の値から、ＴＭＡＨの嫌気性生物処理において、初期アンモニウムイオン濃度を少なくとも５０００ｍｇ／Ｌ以下（全窒素濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下）、好ましくは３０００ｍｇ／Ｌ以下（全窒素濃度を２３４０ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下）、より好ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以下（全窒素濃度を７８０ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下）の範囲とすることにより、高いＴＭＡＨ分解反応速度が得られることがわかった。
（実施例４：ＴＭＡＨ含有排水のｐＨと最大ガス発生速度との関係）
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度２０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、本バイアル瓶内を窒素パージした後に、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨを５，６，６．５，７，８，９に調整した。その後、本バイアル瓶内を更に窒素パージした後、アルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。表４にｐＨと最大ガス発生速度（試験開始後４０時間以内）をまとめた。
内容積１００ｍＬのバイアル瓶に、濃度２０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を４７．５ｍＬ、嫌気性汚泥（汚泥濃度２００００ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ入れ、本バイアル瓶内を窒素パージした後に、塩酸又は水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨを５，６，６．５，７，８，９に調整した。その後、本バイアル瓶内を更に窒素パージした後、アルミキャップを施し密閉し、３５℃にて振騰培養した。定期的に発生ガス量をシリンジにて測定し、汚泥当たりのガス発生速度を測定した。表４にｐＨと最大ガス発生速度（試験開始後４０時間以内）をまとめた。
実施例４の結果より、ｐＨ５では、ＴＭＡＨの分解に伴うガス発生が確認されなかった。そして、表４の最大ガス発生速度の値から、ＴＭＡＨの嫌気性生物処理において、ＴＭＡＨ分解反応速度が最も高くなる最適なｐＨは、７〜８の範囲であることを確認した
（実施例５：水温と最大ガス発生速度との関係）
内容積１．６Ｌのカラムに充填剤（２２ｍｍ角のポリウレタン担体）を８０％充填した固定床方式の連続処理装置に、種汚泥として下水処理場の消化汚泥（汚泥濃度２５１７８ｍｇ／Ｌ）をカラムの半量添加後、濃度２０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を５ｋｇ−ＴＭＡＨ／ｍ３／ｄの負荷で通水した。実施例５では、該通水時の水温を３５，２８，２３，２０，１７℃と変えた。表５に水温とＴＭＡＨ含有排水中のＴＭＡＨ濃度をまとめた。
内容積１．６Ｌのカラムに充填剤（２２ｍｍ角のポリウレタン担体）を８０％充填した固定床方式の連続処理装置に、種汚泥として下水処理場の消化汚泥（汚泥濃度２５１７８ｍｇ／Ｌ）をカラムの半量添加後、濃度２０００ｍｇ／ＬのＴＭＡＨ含有排水（ｐＨ７、微生物栄養剤を含む）を５ｋｇ−ＴＭＡＨ／ｍ３／ｄの負荷で通水した。実施例５では、該通水時の水温を３５，２８，２３，２０，１７℃と変えた。表５に水温とＴＭＡＨ含有排水中のＴＭＡＨ濃度をまとめた。
実施例５の結果より、水温２０℃以上では分解率が９０％以上と良好な処理を確認した。これに対し、水温１７℃でも、ＴＭＡＨの分解は可能であるが、分解率が９０％以下に低減し、処理水質も悪化した。したがって、水温を２０℃以上、より好ましくは２８〜３５℃の範囲とすることが好ましい。
（実施例６）
容積２．８Ｌ（φ６０ｍｍ×１０００ｍｍＨ）のＵＡＳＢ（上向流嫌気性スラッジブランケット）型リアクターを用いて、以下の条件でＴＭＡＨ含有排水の連続処理試験を実施した。
容積２．８Ｌ（φ６０ｍｍ×１０００ｍｍＨ）のＵＡＳＢ（上向流嫌気性スラッジブランケット）型リアクターを用いて、以下の条件でＴＭＡＨ含有排水の連続処理試験を実施した。
ＴＭＡＨ含有排水中のＴＭＡＨ濃度：５００〜２２００ｍｇ／Ｌ
ＭＬＳＳ（汚泥濃度）：３８６２６ｍｇ／Ｌ
通水温度：３５℃
ＭＬＳＳ（汚泥濃度）：３８６２６ｍｇ／Ｌ
通水温度：３５℃
図２に、通水日数とＴＭＡＨ含有排水中のＴＯＣ濃度、ＴＭＡＨ濃度、処理水中のＴＯＣ濃度及びＴＭＡＨ濃度との関係を示す。また、図３に、通水日数とＴＭＡＨ負荷及びＴＭＡＨ除去速度との関係を示す。
図２及び図３から判るように、通水１ヶ月で、５ｋｇＴＭＡＨ／ｍ３／ｄの高負荷運転条件下、良好な処理水質（ＴＭＡＨは検出限界以下、ＴＯＣは５０ｍｇ／Ｌ以下）を得ることを確認した。これにより、高速処理が可能であり、処理装置スペースの削減、コスト削減を実現できることを確認した。
１ 嫌気性生物処理装置、１０ 原水槽、１２，１２ａ，１２ｂ 調整槽、１４ 嫌気性生物処理槽、１６ 分離槽、１８ 窒素処理槽、２０ 処理水槽、２２ａ〜２２ｅ 配管、２４ａ，２４ｂ ポンプ、２６ 希釈水流入ライン、２８ ｐＨ調整剤流入ライン、３０ 栄養剤流入ライン、３２ 蒸気流入ライン、３４ 循環ライン、３６，３８ 撹拌装置 ４０ 汚泥返送ライン。
Claims (18)
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を１４００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の嫌気性生物処理方法。
- 前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させることを特徴とする請求項１又は２に記載の嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、水温を２０℃以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理方法。
- 前記アルキルアンモニウ塩がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段と、
前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度を１４００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下とするアルキルアンモニウム塩濃度調整手段と、を備えることを特徴とする嫌気性生物処理装置。 - アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段と、
前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度を３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下とする窒素濃度調整手段と、を備えることを特徴とする請求項７に記載の嫌気性生物処理装置。 - 前記生物処理後の処理水の一部を再度、前記アルキルアンモニウム塩含有排水へ循環させる循環手段を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の嫌気性生物処理装置。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段と、
前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、ｐＨを６．５〜９．０の範囲にするｐＨ調整手段と、を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理装置。 - アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段と、
前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、前記生物処理手段内の水温を２０℃以上にする温度調整手段と、を備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理装置。 - 前記アルキルアンモニウム塩がテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の嫌気性生物処理装置。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度は１４００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記生物処理する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度は３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う嫌気性生物処理方法であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、水温は２０℃以上であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の嫌気性生物処理方法。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中のアルキルアンモニウム塩濃度は１４００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする嫌気性生物処理装置。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記生物処理手段に流入する際の前記アルキルアンモニウム塩含有排水中の有機態窒素及びアンモニア性窒素の総濃度は３９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１６に記載の嫌気性生物処理装置。
- アルキルアンモニウム塩含有排水を嫌気的に生物処理し、メタンガスの発生を伴う生物処理手段を備える生物処理装置であって、前記アルキルアンモニウム塩含有排水を前記生物処理するに当たり、前記生物処理手段内の水温は２０℃以上であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の嫌気性生物処理装置。
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