WO2013054810A1 - 有機排水の回収処理装置及び回収処理方法 - Google Patents

有機排水の回収処理装置及び回収処理方法 Download PDF

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Abstract

 有機排水の生物処理水を濾過装置と逆浸透膜分離装置で処理して回収・再利用するに当たり、回収処理系統における膜フラックス低下を防止し、長期に亘り安定運転を継続する。有機排水を生物処理し、得られた生物処理水を濾過装置2で濾過した後、逆浸透膜分離装置4で脱塩処理する。濾過装置2の逆洗排水、濾過装置2の薬品洗浄排水及び逆浸透膜分離装置4の濃縮水を生物処理装置1に送給して生物処理するに当たり、生物処理装置1に送給される水を凝集・固液分離装置5で処理した後、生物処理装置1に送給する。

Description

有機排水の回収処理装置及び回収処理方法
 本発明は、有機排水の回収処理装置及び回収処理方法に係り、詳しくは、回収処理系統における膜フラックスの低下の問題がなく、長期に亘り安定運転を継続することができる有機排水の回収処理装置及び回収処理方法に関する。
 電子産業、食品、紙パルプ産業等、水を大量に使用する分野においては、大量の有機排水が排出される。通常、これらの分野から排出される有機排水は、活性汚泥法、担体生物法、硝化・脱窒法、嫌気処理法などの生物処理により、排水中のBODやN成分を放流基準値以下まで生物学的に分解除去した後、放流している。近年では、水資源の保護のために、生物処理水の一部あるいは全量を更に処理して回収・再利用することが行われている。
 この生物処理水中には、通常、生物処理法による分解で発生する菌体が若干量含有されている。生物処理水を回収・再利用する場合、この菌体を分離除去するために、まず濾過器、或いは限外濾過(UF)膜又は精密濾過(MF)膜を備えた膜濾過装置で濾過し、その後必要に応じて活性炭塔で処理した後、逆浸透(RO)膜分離装置で脱塩処理することが行われている(例えば、特許文献1)。
 図2は、このような従来の有機排水の回収処理装置を示す系統図である。有機排水は、生物処理装置1で処理され、生物処理水の一部又は全量が濾過装置2、活性炭塔3、及びRO膜分離装置4で順次処理され、RO膜分離装置4の透過水が回収水として再利用される。生物処理水の一部を回収処理した場合、生物処理水の残部は放流される。RO膜分離装置4の濃縮水は、生物処理装置1の原水導入側へ返送され、有機排水と共に生物処理される。
 濾過装置2が濾過器の場合、通常、定期的(1回/日程度)に水逆洗が行われる。UF又はMF膜濾過装置の場合には、水逆洗の他、フラックスの低下が大きい場合には、酸及び/又はアルカリによる薬品洗浄が行われる。活性炭塔3についても水逆洗が行われる。これら逆洗排水や薬品洗浄排水も、RO膜分離装置4の濃縮水と共に、生物処理装置1の原水導入側に送給され、有機排水と共に生物処理される。
特開平6-328070号公報
 上記従来の有機排水の回収処理装置において、濾過装置2として濾過器を用いた場合には、後段のRO膜分離装置4での膜フラックスが低下する。
 濾過装置がUF膜又はMF膜を備えた膜濾過装置であれば、RO膜分離装置4の膜フラックスの低下は防止されるが、この場合には、次のような問題があった。
 即ち、UF膜濾過装置又はMF膜濾過装置では、運転を継続すると、膜フラックスの低下が激しい。運転開始から数ヶ月が経過すると、薬品洗浄を行っても、薬品洗浄直後のフラックスは回復するが、その後1日~数日でフラックスが再び低下する。最終的には薬品洗浄を行っても安定運転を維持し得る程度にフラックスを回復することはできなくなる。
 本発明は上記従来の有機排水の回収処理系における膜フラックスの低下を防止し、長期に亘り安定運転を継続することができる有機排水の回収処理装置及び回収処理方法を提供することを課題とする。
 本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、有機排水の回収処理系における膜フラックスの低下は、生物処理により発生し、生物処理水に含まれて回収処理系に持ち込まれるコロイド性有機物(菌体よりも微細な有機性物質)及びその系内蓄積に起因することを知見した。
 即ち、濾過装置2として濾過器を用いた場合、このコロイド性有機物は濾過器で除去することができず、後段のRO膜分離装置4のRO膜がコロイド性有機物により目詰まりしてフラックスの低下を引き起こす。このRO膜分離装置4の濃縮水は、生物処理装置1で循環処理されるが、この濃縮水中に濃縮されたコロイド性有機物は、生物処理では分解除去することができず、また、生物処理系統における余剰汚泥の排出でも完全に系外に排出することはできない。そのため、運転を継続すると、コロイド性有機物が回収処理系内に蓄積し、RO膜フラックスの低下の問題はより一層大きくなる。
 濾過装置2としてUF膜濾過装置又はMF膜濾過装置を用いた場合には、生物処理水中のコロイド性有機物はこれらの膜濾過装置で除去することができるため、後段のRO膜分離装置4の膜フラックスは低下しない。しかし、コロイド性有機物によりUF膜又はMF膜が目詰まりしてUF膜又はMF膜濾過装置のフラックスが低下する。
 コロイド性有機物はUF膜濾過装置又はMF膜濾過装置内で濃縮され、逆洗排水や薬品洗浄排水に含有される。そのため、逆洗排水や薬品洗浄排水が生物処理装置1で処理されることにより、コロイド性有機物が回収処理系内に蓄積し、高濃度に蓄積したコロイド性有機物によりUF膜又はMF膜の膜フラックスが低下する。
 生物処理水中のコロイド性有機物による膜フラックスの低下を防止するために、濾過装置2の前処理として、凝集処理を行うことが考えられる。しかし、凝集処理による前処理を行っても、リークしたコロイド性有機物が回収処理系内に蓄積する結果となり、膜フラックスの低下を十分に防止することはできない。
 本発明者は、このような生物処理水中のコロイド性有機物の回収処理系内での蓄積は、循環処理されるRO膜分離装置の濃縮水や濾過装置の逆洗排水、薬品洗浄排水を凝集・固液分離することにより防止されることを見出した。また、このような処理を行うことにより、得られる回収水の水質が向上することを見出した。
 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] 有機排水を生物処理する生物処理手段と、該生物処理手段からの生物処理水の少なくとも一部が導入される濾過装置、及び該濾過装置の濾過水が導入される逆浸透膜分離装置とを含む回収処理手段と、該濾過装置の逆洗排水、該濾過装置の薬品洗浄排水及び該逆浸透膜分離装置の濃縮水のうちの少なくとも1種を前記生物処理手段の原水導入側へ返送する返送手段とを有する有機排水の回収処理装置において、該返送手段で前記生物処理手段の原水導入側へ返送される水の少なくとも一部を凝集処理した後固液分離する凝集処理手段と固液分離手段とを有し、該固液分離手段の処理水が前記生物処理手段に送給されることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
[2] [1]において、前記濾過装置の濾過水が導入される活性炭塔を有し、該活性炭塔の処理水が前記逆浸透膜分離装置に導入されることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
[3] [1]又は[2]において、前記濾過装置が限外濾過膜濾過装置又は精密濾過膜濾過装置であることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
[4] [1]ないし[3]のいずれかにおいて、前記固液分離手段が、加圧浮上分離装置又は沈殿処理装置であることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
[5] 有機排水を生物処理する生物処理工程と、該生物処理工程からの生物処理水の少なくとも一部を濾過装置で濾過した後、逆浸透膜分離装置で脱塩処理する回収処理工程と、該濾過装置の逆洗排水、該濾過装置の薬品洗浄排水及び該逆浸透膜分離装置の濃縮水のうちの少なくとも1種を前記生物処理工程に返送して生物処理する返送工程とを有する有機排水の回収処理方法において、該返送工程において、前記生物処理工程に返送される水の少なくとも一部を凝集処理した後固液分離し、得られた処理水を前記生物処理工程に返送することを特徴とする有機排水の回収処理方法。
[6] [5]において、前記濾過装置の濾過水を活性炭塔で処理した後、前記逆浸透膜分離装置で脱塩処理することを特徴とする有機排水の回収処理方法。
[7] [5]又は[6]において、前記濾過装置が限外濾過膜濾過装置又は精密濾過膜濾過装置であることを特徴とする有機排水の回収処理方法。
[8] [5]ないし[7]のいずれかにおいて、前記固液分離が、加圧浮上分離又は沈殿処理であることを特徴とする有機排水の回収処理方法。
 本発明によれば、有機排水を生物処理し、生物処理水を処理して回収する回収処理系統における膜フラックスの低下を防止して、長期に亘り安定運転を継続することができる。本発明は、次のi)-iv)の効果を奏する。
i) 濾過装置がUF膜濾過装置又はMF膜濾過装置の場合、膜フラックスを高く維持することができ、薬品洗浄頻度を低減させることができる。
ii) 薬品洗浄頻度が低減するため、装置の稼動効率が向上し、薬品洗浄コストが低減する。
iii) 濾過装置がUF膜濾過装置又はMF膜濾過装置である場合、当該膜濾過装置の目詰まりが防止される。濾過装置が濾過器である場合、後段のRO膜分離装置において、膜の目詰まりが防止される。このため、運転圧力(通水圧力)を低くすることができ、動力費(電気代)を大幅に減少させることができる。
iv) 回収処理系内の水のコロイド性有機物濃度が低減する。このため、回収水(RO膜分離装置の透過水)の水質の向上、特にTOC濃度の大幅な低減が可能となり、回収水の用途を大幅に拡大することができる。
本発明の有機排水の回収処理装置の実施の形態の一例を示す系統図である。 従来の有機排水の回収処理装置を示す系統図である。
 以下に図面を参照して本発明の有機排水の回収処理装置及び回収処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
 図1は、本発明の有機排水の回収処理装置の実施の形態を示す系統図であり、濾過装置2の逆洗排水及び薬品洗浄排水と、活性炭塔3の逆洗排水と、RO膜分離装置4の濃縮水を処理する凝集・固液分離装置5を設けた点が、図2に示す従来の有機排水の回収処理装置と異なり、その他は同様の構成とされている。図1において、図2に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
 本発明で処理する有機排水は、半導体、液晶、その他電子産業分野、食品、紙パルプ産業分野等から排出される、TOC1~500mg/L程度の排水であり、このような有機排水はまず生物処理装置1に導入され、活性汚泥法、担体生物法、硝化・脱窒法、嫌気処理法等で生物処理される。この生物処理水の水質は、通常、TOC0.2~10mg/L、SS1~400mg/L程度である。
 この生物処理水の一部又は全量が濾過装置2に導入され菌体等のSSが除去される。生物処理水の一部を回収処理する場合、残部は放流される。
 濾過装置2としては、濾過器或いはUF膜又はMF膜濾過装置が用いられる。図1の装置において、濾過装置2の処理水は、活性炭塔3で処理された後RO膜分離装置4で脱塩処理される。この活性炭塔3は必須ではなく、これを省略して濾過装置2の処理水をそのままRO膜分離装置4に導入してもよい。
 RO膜分離装置4の透過水は回収水として取り出され、各使用場所で再利用される。RO膜分離装置4の濃縮水は、後述の凝集・固液分離装置5に送給されて処理された後、生物処理装置1で循環処理される。このRO膜分離装置4における水回収率は50~90%程度とすることが好ましい。
 濾過装置2として、濾過器を用いた場合、濾過器は定期的に(例えば0.5~2日に1回程度)、或いは差圧が上昇傾向となった場合に、水逆洗が行われる。濾過装置としてUF膜又はMF膜濾過装置を用いた場合には、上記のような水逆洗に加えて、定期的に(例えば7~30日に1回程度)、或いはフラックスの低下が著しい場合に、酸及び/又はアルカリを用いた薬品洗浄が行われる。これら水逆洗の排水及び薬品洗浄排水は、後述の凝集・固液分離装置5に送給されて処理された後、生物処理装置1に送給されて生物処理される。
 活性炭塔3についても濾過器と同様に定期的に(例えば1~2日に1回程度)、或いは差圧が上昇傾向となった場合に、水逆洗が行われる。この活性炭塔3の水逆洗の排水も後述の凝集・固液分離装置5に送給されて処理された後、生物処理装置1に送給されて処理される。
 以下、凝集・固液分離装置5に導入される濾過装置2の逆洗排水、薬品洗浄排水、活性炭塔3の逆洗排水、及びRO膜分離装置4の濃縮水を「返送水」と称す。
 本発明において、凝集・固液分離装置5の型式や用いる凝集剤の種類には特に制限はない。凝集・固液分離装置5に導入される返送水には、回収処理系内での蓄積が問題となるコロイド性有機物が含まれているため、このコロイド性有機物を凝集、固液分離するために、凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム(PAC)、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)等のアルミニウム系凝集剤や、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の鉄系凝集剤といった無機凝集剤の1種又は2種以上を用いることが好ましい。
 無機凝集剤の添加量は、通常50~500mg/L程度とすることが好ましい。
 凝集・固液分離装置5としては、一般的なものを用いることができる。コロイド性有機物による膜の目詰まりの問題を回避するために、固液分離装置としては、膜による固液分離装置ではなく、加圧浮上分離装置又は沈澱処理装置を用いることが好ましい。凝集・固液分離装置5としては、例えば、
1) 凝集処理槽と沈殿槽
2) 凝集処理槽と加圧浮上分離槽
3) 凝集沈殿槽
4) 凝集加圧浮上分離槽
などを採用することができる。
 凝集・固液分離装置5で返送水を凝集・固液分離して得られる固液分離水は、膜フラックスの低下の原因となるコロイド性有機物を殆ど含まない。この凝集・固液分離装置5の処理水を生物処理装置1に送給することにより、コロイド性有機物の系内蓄積は防止され、回収処理系での膜フラックスの低下が防止され、長期に亘り安定運転を継続することが可能となる。
 図1は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明のその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
 前述の如く、活性炭塔については、これを省略してもよい。RO膜分離装置は2段以上に直列に設けることもできる。図1に示す装置以外の処理装置、例えば紫外線照射装置、熱交換器、脱気装置などを設けてもよい。各装置の入口側に流入水を好適なpH条件に調整するためのpH調整手段などを設けてもよい。
 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。
[実施例1]
 食品系有機排水(TOC:100mg/L)を原水として、図1に示す装置で水回収(原水量:15m/hr,回収水量:10m/hr)を行った。
 各装置の仕様は次の通りであり、回収処理系統の濾過装置2に導入される生物処理水の水質は、TOC:10mg/L、SS:80mg/Lであった。
 生物処理装置1:栗田工業(株)製「バイオマイティSK」装置
 濾過装置2:栗田工業(株)製UF膜濾過装置「PF-15G」(操作圧力:0.1MPa)
 活性炭塔3:固定床型 通水SV=20hr-1
 RO膜分離装置4:栗田工業(株)製超低圧RO膜分離装置「KROA-2032」(水回収率:66%)
 凝集・固液分離装置5:無機凝集剤としてPACを300mg/L添加する凝集処理槽と、凝集処理水が導入される加圧浮上槽
 UF膜濾過装置2及び活性炭塔3では、それぞれ、1~2時間に1回(UF膜濾過装置)、1~2日に1回(活性炭塔)の頻度で水逆洗を行い、逆洗排水をRO膜分離装置4の濃縮水と共に凝集・固液分離装置5に送給して凝集、固液分離処理した後生物処理装置1に送給した。この生物処理装置1に送給される凝集・固液分離装置5の処理水量は平均して17m/hrである。
 その結果、運転開始から約1ヶ月後において、UF膜濾過装置2の膜フラックスは2m/dayで安定運転を行うことができた。また、得られた回収水(RO膜分離装置4の透過水)のTOC濃度は0.2~0.5mg/Lと、著しく良好な水質であった。
[比較例1]
 実施例1において、凝集・固液分離装置5を設けず、UF膜濾過装置2及び活性炭塔3の逆洗排水とRO膜分離装置4の濃縮水をそのまま生物処理装置1に送給したこと以外は同様にして処理を行った。その結果、運転開始から約1ヶ月後のUF膜濾過装置2の膜フラックスは1m/dayでほぼ安定していたが、長期的には低下傾向にあることが認められた。また、得られた回収水(RO膜分離装置4の透過水)のTOC濃度は1.0~3.0mg/Lで、実施例1よりも劣るものであった。
 以上の結果より、本発明によれば、有機排水の回収処理装置を長期に亘り安定運転することができることが分かる。
 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
 なお、本出願は、2011年10月13日付で出願された日本特許出願(特願2011-225993)に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims (10)

  1.  有機排水を生物処理する生物処理手段と、
     該生物処理手段からの生物処理水の少なくとも一部が導入される濾過装置、及び該濾過装置の濾過水が導入される逆浸透膜分離装置とを含む回収処理手段と、
     該濾過装置の逆洗排水、該濾過装置の薬品洗浄排水及び該逆浸透膜分離装置の濃縮水のうちの少なくとも1種を前記生物処理手段の原水導入側へ返送する返送手段とを有する有機排水の回収処理装置において、
     該返送手段で前記生物処理手段の原水導入側へ返送される水の少なくとも一部を凝集処理した後固液分離する凝集処理手段と固液分離手段とを有し、該固液分離手段の処理水が前記生物処理手段に送給されることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
  2.  請求項1において、前記濾過装置の濾過水が導入される活性炭塔を有し、該活性炭塔の処理水が前記逆浸透膜分離装置に導入されることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
  3.  請求項2において、該活性炭塔の逆洗排水が前記凝集処理手段に送給されることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
  4.  請求項1において、前記濾過装置が限外濾過膜濾過装置又は精密濾過膜濾過装置であることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
  5.  請求項1ないし4のいずれか1項において、前記固液分離手段が、加圧浮上分離装置又は沈殿処理装置であることを特徴とする有機排水の回収処理装置。
  6.  有機排水を生物処理する生物処理工程と、
     該生物処理工程からの生物処理水の少なくとも一部を濾過装置で濾過した後、逆浸透膜分離装置で脱塩処理する回収処理工程と、
     該濾過装置の逆洗排水、該濾過装置の薬品洗浄排水及び該逆浸透膜分離装置の濃縮水のうちの少なくとも1種を前記生物処理工程に返送して生物処理する返送工程とを有する有機排水の回収処理方法において、
     該返送工程において、前記生物処理工程に返送される水の少なくとも一部を凝集処理した後固液分離し、得られた処理水を前記生物処理工程に返送することを特徴とする有機排水の回収処理方法。
  7.  請求項6において、前記濾過装置の濾過水を活性炭塔で処理した後、前記逆浸透膜分離装置で脱塩処理することを特徴とする有機排水の回収処理方法。
  8.  請求項7において、該活性炭塔の逆洗排水を前記凝集処理手段に送給することを特徴とする有機排水の回収処理方法。
  9.  請求項6において、前記濾過装置が限外濾過膜濾過装置又は精密濾過膜濾過装置であることを特徴とする有機排水の回収処理方法。
  10.  請求項6ないし9のいずれか1項において、前記固液分離が、加圧浮上分離又は沈殿処理であることを特徴とする有機排水の回収処理方法。
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