JP5874672B2 - 有機性排水の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機性排水を生物処理する方法及び装置に関するものであり、特に、有機性排水を生物処理した後、さらに逆浸透膜分離による高度処理を行って高水質の処理水を回収する方法及び装置に関する。
近年、水資源のリサイクルが重要視されるようになり、排水を処理して回収することが積極的に行われるようになってきている。特に、限外濾過（ＵＦ）膜や逆浸透（ＲＯ）膜に代表される微細な孔径を持つ膜分離装置は高分子量の有機物質をも除去することができ、高度な処理水質が得られるために、広く使用されてきている。一方、これらの膜分離装置は、膜の孔径が小さいために、流入する有機物質濃度が上昇すると、膜面に有機物質が蓄積し易く、濾過抵抗の上昇が著しくなって、通水が困難になる。このような場合には、膜分離装置の前段に生物処理装置を設置して、膜分離処理に先立ち、排水中の有機物質濃度を低減することが、安定処理には効果的である。
従来、ＲＯ膜分離の前段で生物処理を行うものとして、特許文献１には、有機性排水を、嫌気性生物処理、好気性生物処理、凝集処理及び浮上又は沈降分離、ＲＯ膜分離で順次処理する方法が提案されている。
この方法では、ＲＯ膜を汚染する生物代謝産物の生成が少ない嫌気性生物処理を好気性生物処理の前処理に適用することにより、ＲＯ膜汚染が少なくなり、長期に渡り安定した処理を継続することができるようになる。
この方法では、ＲＯ膜を汚染する生物代謝産物の生成が少ない嫌気性生物処理を好気性生物処理の前処理に適用することにより、ＲＯ膜汚染が少なくなり、長期に渡り安定した処理を継続することができるようになる。
特許文献１の方法では、次のような不具合があった。
即ち、嫌気性生物処理の過程で生成するアルカリ度が好気性生物処理を経た後も残留し、このアルカリ度により凝集剤が消費されるため、凝集、固液分離に必要となる凝集剤添加量が増大する。その結果、プロセスで発生する汚泥量が増加するとともに、ＲＯ膜の塩類負荷が増加し、透過水量が低下してしまう。
即ち、嫌気性生物処理の過程で生成するアルカリ度が好気性生物処理を経た後も残留し、このアルカリ度により凝集剤が消費されるため、凝集、固液分離に必要となる凝集剤添加量が増大する。その結果、プロセスで発生する汚泥量が増加するとともに、ＲＯ膜の塩類負荷が増加し、透過水量が低下してしまう。
本発明は、上記特許文献１の方法の問題点を解決し、嫌気性生物処理で生成したアルカリ度を好気性生物処理で確実に除去し、凝集、固液分離に必要な凝集剤使用量を低減すると共に、その後のＲＯ膜の塩類負荷を低減することができる有機性排水の処理方法及び処理装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく検討を重ねた結果、好気性生物処理において担体を用いると共に、ｐＨ条件を制御して一過式で処理を行うことにより、嫌気性生物処理で生成したアルカリ度を好気性生物処理で確実に除去し得ることを見出した。
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］ 有機性排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理工程と、該嫌気性生物処理工程から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理工程と、該好気性生物処理工程から流出する好気性生物処理水に凝集剤を添加して凝集させた後固液分離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処理する逆浸透膜分離工程とを有する有機性排水の処理方法において、該好気性生物処理工程が、ｐＨ５．５〜６．５の条件下（ただし、ｐＨ６．５の場合を除く）に、担体に付着した好気性微生物により一過式で処理する工程であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
［２］ 有機性排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理手段と、該嫌気性生物処理手段から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理手段と、該好気性生物処理手段から流出する好気性生物処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、該凝集剤が添加された水を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で分離された分離水を処理する逆浸透膜分離手段とを有する有機性排水の処理装置において、該好気性生物処理手段は、ｐＨ５．５〜６．５の条件下（ただし、ｐＨ６．５の場合を除く）に、担体に付着した好気性微生物により一過式で処理する手段であることを特徴とする有機性排水の処理装置。
本発明によれば、嫌気性生物処理で生成したアルカリ度を、酸性条件で曝気を行う好気性生物処理で確実に除去することができるため、後段の凝集、固液分離に必要な凝集剤添加量を低減することができ、その結果、発生汚泥量の低減、ＲＯ膜の塩類負荷の低減を図ることができ、効率的な処理を行える。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、図１に示すように、有機性排水を原水として、嫌気性生物処理槽１で嫌気性生物処理した後、好気性生物処理槽２で好気性生物処理し、好気性生物処理水に凝集剤を添加して凝集槽３で凝集処理した後、凝集処理水を固液分離槽３で固液分離し、分離水をＲＯ膜分離装置５でＲＯ膜分離処理する有機性排水の処理において、好気性生物処理槽２に担体を設け、担体に付着した好気性微生物によりｐＨ５．５〜６．５の条件下に一過式で生物処理するものである。
［有機性排水］
本発明において、処理対象となる有機性排水は、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機物含有排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適している。
本発明において、処理対象となる有機性排水は、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機物含有排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適している。
このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。
［嫌気性生物処理］
原水を嫌気的に生物処理するための嫌気性生物処理手段としては、有機物の分解効率に優れるものであれば良く、既知の嫌気性生物処理方式の生物反応槽が使用できる。
原水を嫌気的に生物処理するための嫌気性生物処理手段としては、有機物の分解効率に優れるものであれば良く、既知の嫌気性生物処理方式の生物反応槽が使用できる。
嫌気性生物処理手段は、酸生成反応とメタン生成反応とを同一槽で行う１相式でも、各反応を別の槽で行う２相式でも良い。各反応槽は浮遊方式（撹拌方式）、汚泥床方式（スラッジブランケット方式）など任意の方式でよく、また、担体添加型、造粒汚泥型であってもよい。
嫌気性生物処理手段としては特に限定されないが、酸生成槽とＵＡＳＢ（上向流式嫌気性スラッジブランケット）方式の反応槽とを備えるものが、高負荷運転が可能であることから好ましい。
［好気性生物処理］
本発明において、好気性生物処理は、活性汚泥を担体に付着させて保持する生物膜方式により一過式で処理を行う。なお、好気性生物処理の一過式処理は、汚泥の沈降分離や返送、引抜きによる濃度管理が不要で、運転管理が容易である。また、後段で発生したＳＳを凝集して除去する際、生物処理で除去しきれない残存有機物も一部除去できる。
好気性生物処理の方式は、固定床式、流動床式、展開床式など任意の微生物床方式でよい。好気性状態で微生物的に有機物を分解する好気性生物処理槽としては、槽内に酸素（空気）を供給するための散気管、曝気機などの酸素ガス供給手段が設けられた曝気槽を用いることができる。
本発明において、好気性生物処理は、活性汚泥を担体に付着させて保持する生物膜方式により一過式で処理を行う。なお、好気性生物処理の一過式処理は、汚泥の沈降分離や返送、引抜きによる濃度管理が不要で、運転管理が容易である。また、後段で発生したＳＳを凝集して除去する際、生物処理で除去しきれない残存有機物も一部除去できる。
好気性生物処理の方式は、固定床式、流動床式、展開床式など任意の微生物床方式でよい。好気性状態で微生物的に有機物を分解する好気性生物処理槽としては、槽内に酸素（空気）を供給するための散気管、曝気機などの酸素ガス供給手段が設けられた曝気槽を用いることができる。
担体としては、活性炭、種々のプラスチック担体、スポンジ担体などがいずれも使用できるが、スポンジ担体であれば微生物を高濃度に維持することができることから好ましい。スポンジ素材としても特に限定されないが、エステル系ポリウレタンが好適である。担体の投入量としても特に制限はないが、通常、生物処理槽の槽容量に対する担体の見掛け容量（以下、この割合を「充填率」と称す。）で１０〜５０％程度、特に３０〜５０％程度とすることが好ましい。
本発明では、好気性生物処理槽内のｐＨを５．５〜６．５に制御する。このために、好気性生物処理槽に塩酸、硫酸などの酸を添加してｐＨ制御しても良いが、原水中に窒素化合物が含まれている場合には硝化によりｐＨが低下するため、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリを添加して調整する。好気性生物処理槽内のｐＨが５．５未満では、好気性生物処理による有機物分解が不十分であり、有機物が残留するおそれがあり、６．５を超えると嫌気性生物処理で残存するアルカリ度を十分に除去し得ない。従って、好気性生物処理槽のｐＨは５．５〜６．５、好ましくは５．８〜６．３程度にｐＨ調整する。
好気性生物処理槽は１槽式でも、多槽式でもよく、また、１槽式で槽内に仕切り壁を設けてもよい。多槽式の場合は最後段の生物処理槽のｐＨが５．５〜６．５、好ましくはｐＨ５．８〜６．３となるように調整する。なお、この場合、前段側の好気性生物処理槽のｐＨは６．５〜８．０程度でよい。
［凝集処理］
原水を嫌気的に生物処理した後好気的に生物処理して得られる好気性生物処理水は、後段の固液分離手段で微生物体と高分子有機物質を確実に除去するために、固液分離に先立ち、凝集処理される。好気性生物処理水の凝集処理には、通常の凝集処理装置が用いられる。この凝集処理装置の凝集槽は１槽のみでも良く、２槽以上を多段に設けてもよい。
原水を嫌気的に生物処理した後好気的に生物処理して得られる好気性生物処理水は、後段の固液分離手段で微生物体と高分子有機物質を確実に除去するために、固液分離に先立ち、凝集処理される。好気性生物処理水の凝集処理には、通常の凝集処理装置が用いられる。この凝集処理装置の凝集槽は１槽のみでも良く、２槽以上を多段に設けてもよい。
凝集処理に用いる無機凝集剤としては、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄系凝集剤、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤が例示できるが、凝集効果の面からは鉄系凝集剤が好ましい。これらの無機凝集剤は、１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
凝集処理時は、必要に応じてｐＨ調整剤を添加して用いた無機凝集剤に好適なｐＨに調整する。例えば、鉄系凝集剤ではｐＨ５．５以下で反応させることが効果的であり、アルミニウム系凝集剤ではｐＨ５．０以下で反応させた後、ｐＨ６．０以上に調整すると効果的であるため、必要に応じて、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリを添加してｐＨ調整を行うことが好ましい。
凝集剤の添加量は、必要な凝集効果が得られるような量であればよく、特に制限はないが、本発明によれば、嫌気性生物処理で残存するアルカリ度を好気性生物処理で高度に除去することができることから、例えば塩化第二鉄等の鉄系凝集剤であれば、ＦｅＣｌ３（３８％）の添加量として、３０〜８０ｐｐｍ（体積）程度と、従来よりも大幅に削減することができ、この結果、凝集処理水の固液分離で発生する汚泥量も大幅に低減することができる。
凝集処理により、生物処理水中の溶解性有機物や懸濁物はフロック化する。この凝集フロックを成長させるために、第１凝集槽で無機凝集剤を添加して、第２凝集槽で高分子凝集剤を添加するようにしても良い。
［固液分離］
好気性生物処理水を凝集処理して得られる凝集処理水の固液分離手段としては、沈殿槽、浮上槽、遠心分離機等、特に限定されないが、生物処理水の凝集フロックは浮上分離しやすく、また沈殿槽に比べ、小さい面積の装置で良いことから、特に加圧浮上槽、とりわけ凝集加圧浮上槽がコンパクトで好ましい。また、好気性生物処理水の固液分離には浸漬膜等の膜分離手段を用いても良い。
好気性生物処理水を凝集処理して得られる凝集処理水の固液分離手段としては、沈殿槽、浮上槽、遠心分離機等、特に限定されないが、生物処理水の凝集フロックは浮上分離しやすく、また沈殿槽に比べ、小さい面積の装置で良いことから、特に加圧浮上槽、とりわけ凝集加圧浮上槽がコンパクトで好ましい。また、好気性生物処理水の固液分離には浸漬膜等の膜分離手段を用いても良い。
［ＲＯ膜分離処理］
固液分離により得られた分離水は、次いでＲＯ膜分離装置で処理することにより、分離水中に残留する溶存有機物と溶存塩類を除去する。
固液分離により得られた分離水は、次いでＲＯ膜分離装置で処理することにより、分離水中に残留する溶存有機物と溶存塩類を除去する。
このＲＯ膜分離装置の前段には、濾過装置を設けて、水中のＳＳを除去することが好ましい。濾過装置としては、砂、アンスラサイト等の濾材を充填した充填層型濾過装置、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜などの膜を用いた膜濾過装置等を用いることができる。
本発明においては、嫌気性生物処理で残存するアルカリ度を好気性生物処理で高度に除去して凝集処理に必要な凝集剤量を低減することで、固液分離水中の塩類濃度が低減され、ＲＯ膜分離装置の塩類負荷が低減される結果、このＲＯ膜分離装置の透過水量を増大させることができる。
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。
なお、以下の実施例及び比較例において、好気性生物処理槽のｐＨ調整及び凝集処理時のｐＨ調整は、好気性生物処理槽又は凝集処理される好気性生物処理水に水酸化ナトリウム又は塩酸を添加することにより行った。
なお、以下の実施例及び比較例において、好気性生物処理槽のｐＨ調整及び凝集処理時のｐＨ調整は、好気性生物処理槽又は凝集処理される好気性生物処理水に水酸化ナトリウム又は塩酸を添加することにより行った。
［実施例１］
下記水質の液晶工場の有機性排水を原水として、１．６Ｌ／ｄの処理水量で処理を行った。
＜原水水質＞
ｐＨ：１０
ＴＯＣ：１００ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ：２０ｍｇ−Ｎ／Ｌ
ＰＯ４−Ｐ：０．５ｍｇ−Ｐ／Ｌ
（その他微量金属、ミネラルを栄養剤として添加）
下記水質の液晶工場の有機性排水を原水として、１．６Ｌ／ｄの処理水量で処理を行った。
＜原水水質＞
ｐＨ：１０
ＴＯＣ：１００ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ：２０ｍｇ−Ｎ／Ｌ
ＰＯ４−Ｐ：０．５ｍｇ−Ｐ／Ｌ
（その他微量金属、ミネラルを栄養剤として添加）
原水をまず、下記仕様の嫌気性生物処理槽に上向流で通水した後、下記仕様の好気性生物処理槽に通水した。
＜嫌気性生物処理槽＞
槽容量：４Ｌ（直径１０ｃｍ×高さ５０ｃｍの円筒状）
温度：３０℃
ビール工場排水処理施設の嫌気グラニュールを種汚泥として０．８Ｌ、ポリプロピレン製円筒状担体（φ３ｍｍ×５ｍｍ）を１．６Ｌ投入し、２ヶ月馴養したもの
＜好気性生物処理槽＞
槽容量：４Ｌ
ポリウレタンスポンジ（３ｍｍ角）を４０％の充填率で添加し、ビール工場排水処理施設の活性汚泥（ＭＬＳＳ約６，０００ｍｇ／Ｌ）を種汚泥として投入して３週間馴養したもの
ｐＨ５．８〜６．０
＜嫌気性生物処理槽＞
槽容量：４Ｌ（直径１０ｃｍ×高さ５０ｃｍの円筒状）
温度：３０℃
ビール工場排水処理施設の嫌気グラニュールを種汚泥として０．８Ｌ、ポリプロピレン製円筒状担体（φ３ｍｍ×５ｍｍ）を１．６Ｌ投入し、２ヶ月馴養したもの
＜好気性生物処理槽＞
槽容量：４Ｌ
ポリウレタンスポンジ（３ｍｍ角）を４０％の充填率で添加し、ビール工場排水処理施設の活性汚泥（ＭＬＳＳ約６，０００ｍｇ／Ｌ）を種汚泥として投入して３週間馴養したもの
ｐＨ５．８〜６．０
好気性生物処理槽の処理水に３８重量％塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）水溶液をＦｅＣｌ３（３８％）添加量として表１，２に示す量添加し、ｐＨを５．５に調整して凝集処理し、３０分静置して沈降分離した後の上澄み液について、ＭＦＦ値を調べた。また、この上澄み液を孔径０．４５μｍの濾紙で濾過した後の濾過水についてＴＯＣ濃度を測定した。
これらの結果を表１，２に示す。
これらの結果を表１，２に示す。
［比較例１］
実施例１において、好気性生物処理槽のｐＨを６．８〜７．０に調整したこと以外は同様に行って、ＭＦＦ値及びＴＯＣ濃度を調べ、結果を表１，２に示した。
実施例１において、好気性生物処理槽のｐＨを６．８〜７．０に調整したこと以外は同様に行って、ＭＦＦ値及びＴＯＣ濃度を調べ、結果を表１，２に示した。
［比較例２］
実施例１において、好気性生物処理槽のｐＨを４．８〜５．０に調整したこと以外は同様に行って、ＭＦＦ値及びＴＯＣ濃度を調べ、結果を表１，２に示した。
実施例１において、好気性生物処理槽のｐＨを４．８〜５．０に調整したこと以外は同様に行って、ＭＦＦ値及びＴＯＣ濃度を調べ、結果を表１，２に示した。
表１，２より次のことが分かる。
実施例１では、ＦｅＣｌ３３０ｍｇ／Ｌの添加で、ＭＦＦ値１．１、ＴＯＣ１．５ｍｇ／Ｌといずれも低い値になり、ＲＯ膜に供給するのに良好な水質が得られた。一方、比較例１では、ＴＯＣは実施例と大差なかったが、ＭＦＦ値はＦｅＣｌ３を７５ｍｇ／Ｌまで添加しないと１．１まで低下しなかった。これは、好気性生物処理水に残存するアルカリ度によってＦｅＣｌ３が消費され、３０ｍｇ／Ｌでは凝集が不充分になったことによると考えられる。また、比較例２では、ＦｅＣｌ３１００ｍｇ／Ｌの添加でもＴＯＣが５ｍｇ／Ｌ程度残留しており、凝集により低減されなかった。これは、好気性生物処理槽のｐＨが低く、有機物除去が不充分となり、液晶工場排水に含まれる低分子有機物が残留していることによると考えられる。
実施例１では、ＦｅＣｌ３３０ｍｇ／Ｌの添加で、ＭＦＦ値１．１、ＴＯＣ１．５ｍｇ／Ｌといずれも低い値になり、ＲＯ膜に供給するのに良好な水質が得られた。一方、比較例１では、ＴＯＣは実施例と大差なかったが、ＭＦＦ値はＦｅＣｌ３を７５ｍｇ／Ｌまで添加しないと１．１まで低下しなかった。これは、好気性生物処理水に残存するアルカリ度によってＦｅＣｌ３が消費され、３０ｍｇ／Ｌでは凝集が不充分になったことによると考えられる。また、比較例２では、ＦｅＣｌ３１００ｍｇ／Ｌの添加でもＴＯＣが５ｍｇ／Ｌ程度残留しており、凝集により低減されなかった。これは、好気性生物処理槽のｐＨが低く、有機物除去が不充分となり、液晶工場排水に含まれる低分子有機物が残留していることによると考えられる。
１ 嫌気性生物処理槽
２ 好気性生物処理槽
３ 凝集槽
４ 固液分離槽
５ ＲＯ膜分離装置
２ 好気性生物処理槽
３ 凝集槽
４ 固液分離槽
５ ＲＯ膜分離装置
Claims (2)
- 有機性排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理工程と、該嫌気性生物処理工程から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理工程と、該好気性生物処理工程から流出する好気性生物処理水に凝集剤を添加して凝集させた後固液分離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処理する逆浸透膜分離工程とを有する有機性排水の処理方法において、
該好気性生物処理工程が、ｐＨ５．５〜６．５の条件下（ただし、ｐＨ６.５の場合を除く）に、担体に付着した好気性微生物により一過式で処理する工程であることを特徴とする有機性排水の処理方法。 - 有機性排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理手段と、
該嫌気性生物処理手段から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理手段と、
該好気性生物処理手段から流出する好気性生物処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
該凝集剤が添加された水を固液分離する固液分離手段と、
該固液分離手段で分離された分離水を処理する逆浸透膜分離手段とを有する有機性排水の処理装置において、
該好気性生物処理手段は、ｐＨ５．５〜６．５の条件下（ただし、ｐＨ６．５の場合を除く）に、担体に付着した好気性微生物により一過式で処理する手段であることを特徴とする有機性排水の処理装置。
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