WO2014087991A1 - 有機性汚水の処理方法および処理装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for treating organic sewage.
  • the present invention relates to a method and a processing apparatus for treating organic sewage discharged from a fiber raw material or a fiber production process by a membrane separation activated sludge treatment method and a reverse osmosis membrane method.
  • polyester widely used as a representative fiber material is a polymer having an ester bond.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTA high-purity terephthalic acid
  • ethylene glycol ethylene glycol
  • the wastewater is biologically treated to decompose and remove organic matter in the water, and further treated with a reverse osmosis membrane to remove inorganic matter along with the remaining organic matter.
  • a membrane separation activated sludge method in which wastewater is biologically treated and solid-liquid separated with a separation membrane may be used.
  • the membrane separation activated sludge method solid-liquid separation is performed with a separation membrane immersed in a biological treatment tank, so that the treated water becomes clear and the obtained treated water can be directly used for reverse osmosis membrane treatment.
  • Patent Document 1 treats water to be treated with activated sludge in a biological treatment tank, performs membrane separation treatment on the activated sludge treated water in the biological treatment tank, and then performs reverse osmosis treatment on the water subjected to membrane separation treatment.
  • the water treatment method which has the process to do is disclosed.
  • Patent Document 1 further discloses a method of performing an ultraviolet treatment after the membrane separation treatment and before the reverse osmosis treatment. In the above method, a method of adding a reducing agent immediately after the reverse osmosis membrane treatment after adding a heavy metal ion and a reducing agent is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a step of treating activated water in a biological treatment tank, a step of subjecting a mixture of treated water and activated sludge to membrane separation treatment with a microfiltration membrane in the biological treatment tank or outside the biological treatment tank. And a water treatment method comprising a step of reverse osmosis treatment of the water after the membrane separation treatment. Furthermore, Patent Document 2 discloses a treatment process having a step for removing hydrophilic organic substances after the membrane separation treatment and before the reverse osmosis treatment. Then, it is described that fouling can be suppressed by removing hydrophilic organic substances at the front stage of the reverse osmosis membrane.
  • JP 2007-0669204 A Japanese Patent Laid-Open No. 2007-244979
  • An object of the present invention is to provide a method for treating organic wastewater drained from a fiber raw material or a fiber production process to obtain a higher quality water when obtaining high purity water, and a treatment apparatus therefor. is there.
  • the present invention for solving the above-described problems has the following configuration.
  • (1) After treating organic sewage by the membrane separation activated sludge method, the treated water is treated with the first-stage reverse osmosis membrane, and further treated with the first-stage reverse osmosis membrane.
  • the processing method of organic wastewater which has the process processed with an eye reverse osmosis membrane.
  • (2) The method for treating organic sewage, wherein the organic sewage is discharged from the fiber raw material manufacturing process or the fiber manufacturing process.
  • a membrane separation activated sludge treatment tank that comprises activated sludge and a membrane unit and treats organic wastewater by a membrane separation activated sludge method;
  • a first-stage reverse osmosis membrane module for treating treated water obtained from a membrane separation activated sludge treatment tank with a first-stage reverse osmosis membrane;
  • An organic wastewater treatment apparatus comprising: a second-stage reverse osmosis membrane module that treats permeate obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module with a second-stage reverse osmosis membrane.
  • the said organic wastewater processing apparatus provided with the ion exchange treatment apparatus which ion-exchange-processes the permeate obtained from the 2nd step
  • any of the above comprising a carbonic acid removal treatment apparatus for removing carbonic acid from permeated water obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module between the first-stage reverse osmosis membrane module and the second-stage reverse osmosis membrane module Organic sewage treatment equipment.
  • the organic sewage treatment apparatus wherein the carbonation removal treatment apparatus is a decarboxylation tower that performs aeration under acidic conditions.
  • the said organic wastewater treatment apparatus whose acid conditions are pH 4-6.
  • the organic wastewater treatment method and treatment apparatus of the present invention can further improve the quality of water obtained when treating wastewater from a fiber raw material or fiber production process.
  • Membrane separation activated sludge method is often used for wastewater treatment.
  • Organic matter is biologically treated with microorganisms in a biological treatment tank containing activated sludge and decomposed.
  • the organic substance is removed by filtering the water in which part or all of the water is decomposed, and the turbidity due to activated sludge is efficiently removed.
  • FIG. 1 shows a flow of a conventional treatment process in which a membrane separation activated sludge method and a reverse osmosis membrane treatment are combined.
  • Organic sewage from the manufacturing process of fiber raw materials or the like generally contains a large amount of organic matter, and when it is discharged into the environment, it causes eutrophication. Therefore, the organic sewage 1 from the manufacturing process of the fiber raw material or the like is introduced into the membrane separation activated sludge treatment tank 3.
  • the organic sludge 1 is treated with activated sludge in the membrane separation activated sludge treatment tank 3 to remove organic matter and turbidity.
  • the residence time of the organic sewage 1 in the activated sludge treatment tank 3 is usually about 1 to 24 hours, but an optimum time is selected according to the impurity concentration of the organic sewage 1 and the like.
  • the concentration of Mixed Liquor Suspended Solids (hereinafter referred to as “MLSS”) is approximately 5,000mg / L to 15,000mg / L in the membrane separation activated sludge treatment tank 3. If the MLSS concentration is increased, the processing efficiency per volume of the membrane separation activated sludge treatment tank 3 is improved. However, if the MLSS concentration is too high, the viscosity of the activated sludge mixture increases and membrane filtration cannot be performed properly. Is preferred.
  • the mixed liquid of the organic sludge 1 and the activated sludge is filtered by the membrane unit 2, and the activated sludge and the treated water are separated into solid and liquid.
  • the air compressed by the blower 7 is aerated from the aeration unit 8.
  • the membrane surface of the membrane unit 2 is cleaned by aeration air, and the membrane surface is kept clean. Filtration is performed by the suction pump 5.
  • the treated water 4 is stored in the first-stage reverse osmosis membrane treated raw water tank 6.
  • the water stored in the first-stage reverse osmosis membrane treated raw water tank 6 is supplied to the first-stage reverse osmosis membrane module 10 via the first-stage high-pressure pump 9.
  • the water treated with the reverse osmosis membrane is used for reuse as the first-stage permeated water 11, and the first-stage concentrated water 12 is concentrated and dried, discharged or the like.
  • a single-stage reverse osmosis membrane treatment can provide water with a good water quality of about 95% to 99% as a salt rejection, but depending on the reuse process, water with higher water quality is required. There is a case.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of an embodiment of the present invention, in which the organic sewage 1 is treated by the membrane separation activated sludge method, and then the treated water is subjected to reverse osmosis membrane treatment in two stages.
  • the processing process of FIG. 2 is the same as the processing process of FIG. 1 described above until the processing by the first-stage reverse osmosis membrane module 10.
  • the first-stage permeated water 11 is stored in the second-stage reverse osmosis membrane treated raw water tank 13 and then supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module 15 by the second-stage high-pressure pump 14.
  • the second-stage permeated water 16 subjected to the reverse osmosis membrane treatment is used for applications such as reuse.
  • the second-stage concentrated water 17 is concentrated to dryness, discharged or the like, like the first-stage concentrated water 12.
  • the concentration of components such as salts that could not be removed by the first-stage reverse osmosis membrane module 10 by performing the second-stage reverse osmosis membrane treatment.
  • the salt concentration of the raw water is 100 mg / L.
  • the salt concentration of the first stage permeated water is 5 mg / L
  • the salt concentration of the second stage permeated water is 0.25 mg / L
  • the desalting rate throughout the process is 99.75%.
  • Organic wastewater 1 can generally be treated with microorganisms such as activated sludge treatment. What is drained from the fiber raw material or fiber manufacturing process, or the plastic raw material or plastic manufacturing process, particularly the PTA manufacturing process, is effective.
  • microorganisms such as activated sludge treatment. What is drained from the fiber raw material or fiber manufacturing process, or the plastic raw material or plastic manufacturing process, particularly the PTA manufacturing process, is effective.
  • the membrane unit used in the membrane separation activated sludge method here is a submerged membrane unit, and in order to improve the handleability and physical durability of the filtration membrane, for example, the filtered water channel material on both sides of the frame
  • Examples include a flat membrane element structure in which a filtration membrane is bonded to a sandwich, and a hollow fiber type structure in which hollow fiber membranes are bundled.
  • Examples of the membrane structure of the filtration membrane include, but are not limited to, a porous membrane and a composite membrane in which a functional layer is combined with the porous membrane.
  • membranes include polyacrylonitrile porous membrane, polyimide porous membrane, polyethersulfone porous membrane, polyphenylene sulfide sulfone porous membrane, polytetrafluoroethylene porous membrane, polyvinylidene fluoride porous membrane, Examples thereof include a porous film such as a polypropylene porous film and a polyethylene porous film. Among them, a polyvinylidene fluoride porous film and a polytetrafluoroethylene porous film are particularly preferable because of high chemical resistance.
  • a composite film in which a rubbery polymer such as cross-linked silicone, polybutadiene, polyacrylonitrile butadiene, ethylene propylene rubber, or neoprene rubber is combined as a functional layer can be used as a functional layer.
  • a rubbery polymer such as cross-linked silicone, polybutadiene, polyacrylonitrile butadiene, ethylene propylene rubber, or neoprene rubber is combined as a functional layer
  • Those having a pore diameter of about 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m are preferable.
  • the pore size is generally coarser than that of an ultrafiltration membrane that is separated by molecular sieve.
  • the operation with the membrane is usually operated at a pressure of 200 kPa or less from a reduced pressure state.
  • the first-stage reverse osmosis membrane module 10 and the second-stage reverse osmosis membrane module 15 have a performance capable of reducing solutes and suspended substances in filtered water to a concentration that can be used as reclaimed water depending on the combination. It is preferable. Furthermore, chemical fouling (chemical fouling) in which dissolved organic matter adheres to the membrane surface and biofouling (biological fouling) in which microorganisms grow and adhere to the membrane surface using dissolved organic matter as a nutrient source are unlikely to occur. A reverse osmosis membrane is used.
  • reverse osmosis membranes examples include TML20 manufactured by Toray Industries, Inc., LF10 manufactured by Nitto Denko Corporation, LFC1, LFC3 manufactured by Hydranautics, and BW30-365FR manufactured by Dow.
  • the reverse osmosis membrane modules used for the first-stage reverse osmosis membrane module 10 and the second-stage reverse osmosis membrane module 15 may be of the same type, but different types may be combined. What is necessary is just to select an optimal thing from required water quality, a desalination rate, an operating cost, etc.
  • the water quality can be improved by further ion-exchange treatment of the second-stage permeated water.
  • the flow is shown in FIG.
  • the second-stage permeated water 16 is supplied to the ion exchange treatment device 18 to perform ion exchange treatment, and the ion exchange treatment water 19 is reused.
  • the ion exchange treatment materials such as an ion exchange resin and an ion exchange membrane are usually used, and an optimum material can be selected according to the purpose and cost.
  • An ion exchange resin often used in water treatment is a kind of ion exchange substance (ion exchanger), which is a water-insoluble synthetic resin such as a cation exchange resin, an anion exchange resin, or an amphoteric ion exchange resin. is there.
  • an exchange group having an ion exchange function is stably bonded by a covalent bond to a polymer compound having a three-dimensional structure, and the exchange group is uniformly distributed on the resin surface.
  • the polymer compound a copolymer of styrene and divinylbenzene can be used.
  • the two-stage reverse osmosis membrane treatment is performed, and the concentration of ion components loaded on the ion exchange resin is at a very low level. It becomes possible to keep.
  • the regeneration frequency of the ion exchange resin varies depending on the quality of water supplied to the ion exchange resin, the required water quality, and the amount of the ion exchange resin.
  • the treated water after membrane separation activated sludge treatment is subjected to reverse osmosis membrane treatment in two stages, preferably further subjected to ion exchange treatment, but the organic matter in the organic wastewater 1 as raw water is activated sludge. Therefore, the treated water contains a carbonic acid component.
  • FIG. 4 shows the relationship between the pH and the composition ratio of each carbonic acid component.
  • the composition ratio shown in FIG. 4 is an equivalent ratio based on carbonic acid.
  • Each carbonic acid component is in an equilibrium state as shown in the following equation.
  • the first-stage permeated water 11 is introduced into the decarboxylation tower 20 to remove the carbonic acid component.
  • the water from which the carbonic acid component has been removed is stored in the decarboxylated water tank 21 and then supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module 15 by the second-stage high-pressure pump 14 and used for the second-stage reverse osmosis membrane treatment.
  • the in the decarboxylation treatment it is preferable to remove the carbonic acid component by adding an acid to the raw water to reduce the pH to a predetermined value or less to generate CO 2 (gas) and exposing it to air.
  • the acidic conditions for performing the aeration treatment as shown in FIG. 4, if low pH is, although desirable from the standpoint to remove the CO 2, is the far too low chemicals added for pH adjustment From the economical viewpoint, the pH is preferably 4 or more and 6 or less.
  • the carbonic acid removal treatment may be carried out before the first-stage reverse osmosis membrane treatment, but if the carbonic acid removal treatment is carried out before the first-stage reverse osmosis membrane treatment, the amount of chemicals required for pH adjustment is large. There is a problem.
  • the carbonic acid removal treatment may be performed at a stage prior to the first-stage reverse osmosis membrane treatment, but there is a problem that the amount of the chemical solution for pH adjustment increases due to the buffering action of various components in water. For this reason, it is preferable to remove the carbonic acid by performing aeration treatment under acidic conditions after reducing the salt concentration to some extent by removing the possibility of buffering as much as possible by the first-stage reverse osmosis membrane treatment.
  • the reason why it is preferable to perform the carbonic acid removal treatment between the first-stage reverse osmosis membrane treatment and the second-stage reverse osmosis membrane treatment rather than performing the carbonic acid removal treatment after the second-stage reverse osmosis membrane treatment is as follows.
  • the chemicals added for pH adjustment after the carbonic acid removal treatment are directly loaded onto the ion exchange resin, resulting in regeneration of the ion exchange resin. This is to prevent the frequency from becoming high.
  • the present invention is effective if it is sewage containing an organic compound. Furthermore, the effect of the present invention is particularly remarkable as long as it contains 500 mg / L or more of bicarbonate ions. In addition, if it is a fiber manufacturing process represented by PTA or a polyester manufacturing process, it is effective not only for fibers but also for processes for manufacturing plastics. Further, before the treatment of the membrane separation activated sludge method, there may be a pretreatment such as anaerobic treatment such as methane fermentation for decomposing organic substances by anaerobic bacteria.
  • the quality of water to be treated and the test conditions are shown in each table.
  • the membrane separation activated sludge treatment is shown in Table 1, and the reverse osmosis membrane treatment (the quality of the water to be treated is the first stage) is shown in Table 2.
  • the amount of treated water, membrane separation activated sludge process with 100 m 3 / day, the reverse osmosis membrane treatment was 30 m 3 / day at the first stage 33 m 3 / day, 2 stage.
  • the TDS (total soluble matter) of the treated water after the membrane separation activated sludge treatment was 1,000 mg / L.
  • COD represents the chemical oxygen demand
  • TN represents the total nitrogen content
  • TP represents the total phosphorus content.
  • Both the first-stage reverse osmosis membrane module and the second-stage reverse osmosis membrane module use SU-710 (4-inch type) manufactured by Toray Industries, Inc.
  • the first-stage permeate recovery rate is 80%.
  • the permeated water recovery rate was 90%.
  • Table 3 shows the results of water quality tests for treated water.
  • the treated water is the permeated water after the first-stage reverse osmosis membrane treatment in Comparative Example 1, the permeated water after the second-stage reverse osmosis membrane treatment in Example 1, and the ion exchange treatment in Example 2. It refers to the treated water afterwards.
  • an ion exchange resin product name: Amberlite (registered trademark) purified ion exchange resin MB-1) sold by Organo Corporation was used.
  • the TDS concentration was 1,000 mg / L, but the treated water of Comparative Example 1 was 50 mg / L, and the treated water of Example 1 was 3.0 mg / L. In the treated water of Example 2, it was 0.1 mg / L.
  • the TDS concentration of treated water can be significantly reduced by performing reverse osmosis membrane treatment in two stages, and further, the TDS of treated water can be obtained by performing ion exchange treatment in the subsequent stage. The concentration could be further greatly reduced.
  • pure water level water can be obtained from organic sewage by performing reverse osmosis membrane treatment in two stages.
  • Examples 3 to 5 In Examples 3 to 5 below, after removing organic sewage by the membrane separation activated sludge method, carbonic acid removal treatment was performed between the first-stage reverse osmosis membrane treatment and the second-stage reverse osmosis membrane treatment. The effect was verified by comparing the period until the regeneration of the ion exchange resin when the pilot tests of Examples 3 to 5 were carried out (hereinafter referred to as “regeneration exchange period”). The regeneration method of the ion exchange resin was carried out by passing hydrochloric acid and sodium hydroxide.
  • Example 3 Membrane separation activated sludge treatment ⁇ first stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ second stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ ion exchange treatment
  • Example 4 Membrane separation activated sludge treatment ⁇ First stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ Second stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ (pH adjustment) ⁇ Carbon dioxide removal treatment ⁇ (pH adjustment) ⁇ Ion exchange treatment
  • Example 5 Membrane Separation activated sludge treatment ⁇ first stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ (pH adjustment) ⁇ carbonic acid removal treatment ⁇ (pH adjustment) ⁇ second stage reverse osmosis membrane treatment ⁇ ion exchange treatment [FIG.
  • Example 4 and Example 5 Comparing Example 3 with Examples 4 and 5, in Examples 4 and 5, since the carbonic acid removal treatment is incorporated, the regeneration exchange period of the ion exchange resin is longer than that in Example 3. .
  • a carbonic acid removal treatment is incorporated between the first-stage reverse osmosis membrane treatment and the second-stage reverse osmosis membrane treatment, so that the latter stage of the second-stage reverse osmosis membrane treatment.
  • the regeneration exchange regeneration period of the ion exchange resin can be extended.
  • ion exchange is performed after the second-stage reverse osmosis membrane treatment by incorporating a carbonic acid removal treatment between the first-stage reverse osmosis membrane treatment and the second-stage reverse osmosis membrane treatment.
  • the regeneration exchange period of the ion exchange resin in the treatment can be extended, and the total reuse cost can be kept low.
  • the present invention can be used in all industrial fields where water is used because organic sewage is treated to obtain high-quality water.

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Abstract

本発明は、有機性汚水、例えば繊維原料または繊維の製造工程から排水される有機性汚水を処理し、工程の用水として再利用するに際し、より高位の水質が得られる有機性汚水の処理方法および処理装置を提供することを課題とする。 その解決手段は、有機性汚水を膜分離活性汚泥法により処理した後、その処理水を１段目逆浸透膜で処理し、さらに１段目逆浸透膜で処理して得られた透過水を２段目逆浸透膜で処理することを特徴とする有機性汚水の処理方法である。また、膜分離活性汚泥処理槽と、前記槽から得られた処理水を処理する１段目逆浸透膜モジュールと、前記モジュールから得られた透過水を処理する２段目逆浸透膜モジュールとを備える有機性汚水の処理装置である。

Description

有機性汚水の処理方法および処理装置
　本発明は、有機性汚水の処理方法および処理装置に関する。特に、繊維原料または繊維の製造工程から排出される有機性汚水を膜分離活性汚泥処理法および逆浸透膜法によって処理する方法および処理装置に関する。
　繊維原料および繊維の製造工程からの排水を処理し、工程用水として再利用する検討がなされている。
　例えば、代表的な繊維素材として広く使用されるポリエステルはエステル結合をもつ高分子である。繊維では高純度テレフタル酸（以下「ＰＴＡ」と言うことがある。）とエチレングリコールの縮合反応によって得られるポリエチレンテレフタレート（以下「ＰＥＴ」と言うことがある。）が主に使用される。ＰＴＡは、繊維、プラスチックの原料として需要が高く、世界各国で生産されている。ＰＴＡの製造においては多量の排水が発生し、その排水中には多量の有機物および無機物が含まれるため、工程用水として再利用するためには、これら有機物と無機物を適切に処理することが必要である。
　一般的に、製造工程排水を再利用する方法として、排水を生物処理して水中の有機物を分解除去し、更に逆浸透膜によって処理することにより残留する有機物とともに無機物の除去が行われている。
　逆浸透膜処理の前に行われる排水処理には、排水を生物処理するとともに分離膜で固液分離する膜分離活性汚泥法が利用される場合がある。膜分離活性汚泥法では、生物処理槽内に浸漬した分離膜で固液分離を行うため、処理水が清澄となり、得られた処理水は直接逆浸透膜処理に供することができるというメリットがある。
　例えば特許文献１は、被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、活性汚泥処理された水を前記生物処理槽内で膜分離処理し、その後、膜分離処理された水を逆浸透処理する工程を有する水処理方法を開示している。特許文献１では、さらに前記膜分離処理の後、かつ、前記逆浸透処理の前に、紫外線処理を行う方法を開示している。前記方法において、さらに重金属イオンおよび還元剤を添加した後、逆浸透膜処理の直前で還元剤を添加する方法が開示されている。紫外線処理および酸化剤での多段殺菌を行うことにより、殺菌されて微生物の餌となりやすい形態となった有機物の改質を行い、そして逆浸透膜のファウリングを抑制することができる、と説明されている。
　特許文献２は、被処理水を生物処理槽内で活性汚泥処理する工程、被処理水と活性汚泥の混合液を前記生物処理槽内または生物処理槽外において精密ろ過膜で膜分離処理する工程、および該膜分離処理後の水を逆浸透処理する工程を有してなる水処理方法を開示している。さらに特許文献２は前記膜分離処理をする工程の後であって前記逆浸透処理をする工程の前に、親水性の有機物を除去するための工程を有する処理プロセスが開示している。そして、親水性の有機物を逆浸透膜の前段で除去することによりファウリングするのを抑制することができると説明されている。
　一方で、膜分離活性汚泥処理および逆浸透膜による処理を組み合わせた処理のみでは水質が不十分であり、目的とする水の再利用に適さないことがあった。
特開２００７－０６９２０４号公報 特開２００７－２４４９７９号公報
　本発明の目的は、繊維原料または繊維の製造工程から排水される有機性汚水を処理し、純度の高い水を得るに際し、より高位の水質が得られる方法およびそのための処理装置を提供するものである。
　前記課題を解決するための本発明は、以下の構成を有するものである。
（１）有機性汚水を膜分離活性汚泥法により処理した後、その処理水を１段目逆浸透膜で処理し、さらに１段目逆浸透膜で処理して得られた透過水を２段目逆浸透膜で処理する工程を有する有機性汚水の処理方法。
（２）有機性汚水が繊維原料製造工程または繊維製造工程から排出されたものである前記有機性汚水の処理方法。
（３）２段目逆浸透膜で処理して得られた透過水をさらにイオン交換処理する前記いずれかの有機性汚水の処理方法。
（４）１段目逆浸透膜で処理して得られた透過水を炭酸除去処理してから２段目逆浸透膜で処理する前記いずれかの有機性汚水の処理方法。
（５）炭酸除去処理するための手段が、酸性条件下で曝気を行うものである前記有機性汚水の処理方法。
（６）炭酸除去処理での酸性条件がｐＨ４以上６以下である前記有機性汚水の処理方法。
（７）活性汚泥および膜ユニットを備え膜分離活性汚泥法により有機性汚水を処理する膜分離活性汚泥処理槽と、
膜分離活性汚泥処理槽から得られた処理水を１段目逆浸透膜で処理する１段目逆浸透膜モジュールと、
１段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水を２段目逆浸透膜で処理する２段目逆浸透膜モジュールと
を備える有機性汚水の処理装置。
（８）２段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水をイオン交換処理するイオン交換処理装置を備える前記有機性汚水の処理装置。
（９）１段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水を炭酸除去処理する炭酸除去処理装置を、１段目逆浸透膜モジュールと２段目逆浸透膜モジュールとの間に備える前記いずれかの有機性汚水の処理装置。
（１０）炭酸除去処理装置が、酸性条件下で曝気を行う脱炭酸塔である前記有機性汚水の処理装置。
（１１）酸性条件がｐＨ４以上６以下である前記有機性汚水の処理装置。
　本発明の有機性汚水の処理方法および処理装置によって、繊維原料または繊維の製造工程からの排水を処理するに際し、得られる水の質をより向上させることができる。
従来の、膜分離活性汚泥法および逆浸透膜処理を組み合わせた処理プロセスの一例を示すフロー図である。 本発明の実施態様の一例を示すフロー図である。 本発明の実施態様の別の一例を示すフロー図である。 炭酸成分のｐＨによる組成比の変動を示す図である。 本発明の実施態様のさらに別の一例を示すフロー図である。
　以下、本発明の実施の形態を説明する。「膜分離活性汚泥法」とは排水処理に多用されるものであり、活性汚泥の入った生物処理槽で有機物を微生物により生物処理して分解し、その生物処理槽に膜を装填して有機物の一部または全部が分解された水をろ過することにより、有機物を除去し、活性汚泥による濁質も効率的に除去された水を得る方法である。
　本発明を図面に基づいて説明する。まず、図１には、膜分離活性汚泥法と逆浸透膜処理を組み合わせた従来の処理プロセスのフローを示す。繊維原料等の製造工程からの有機性汚水は一般的に多くの有機物を含んでおり、環境に排出されると富栄養化の原因となる。そのため、繊維原料等の製造工程からの有機性汚水１は、膜分離活性汚泥処理槽３に導入される。有機性汚水１は膜分離活性汚泥処理槽３内で活性汚泥処理され、有機物、濁質が除去される。
　有機性汚水１の活性汚泥処理槽３内での滞留時間は通常１時間～２４時間程度であるが、有機性汚水１の不純物濃度等に応じて最適な時間が採択される。また、膜分離活性汚泥処理槽３内でのMixed Liquor Suspended Solids（以下「MLSS」という。汚泥混合液の浮遊物質のこと。）の濃度は概ね5,000mg/L～15,000mg/L程度である。MLSS濃度を高くすると膜分離活性汚泥処理槽３の容積あたりの処理効率は向上するが、あまりに高くしすぎると活性汚泥混合液の粘度が上昇してしまい適切に膜ろ過できないため、概ね上記の範囲が好ましい。その後、有機性汚水１と活性汚泥の混合液は膜ユニット２によりろ過され、活性汚泥と処理水が固液分離される。膜ユニット２の下部からは、送風機７で圧縮された空気が散気ユニット８から曝気される。曝気エアにより膜ユニット２の膜面は洗浄された状態となり、膜面が清浄な状態で保たれる。ろ過は吸引ポンプ５により行われる。その後処理水４は、１段目逆浸透膜処理原水タンク６に貯水される。
　１段目逆浸透膜処理原水タンク６に蓄えられた水は、１段目高圧ポンプ９を介して１段目逆浸透膜モジュール１０に供給される。逆浸透膜で処理された水は、１段目透過水１１として再利用等に供せられ、１段目濃縮水１２は濃縮乾固されたり、放流等されたりする。
　１段の逆浸透膜処理により塩の阻止率としては概ね９５％～９９％と良好な水質の水が得られるが、再利用する工程によってはさらに水質の高い純水レベルの水が要求される場合がある。
　次に、図２に、本発明の一例であって、有機性汚水１を膜分離活性汚泥法で処理した後、その処理水を２段で逆浸透膜処理する態様のフロー図を示す。
　図２の処理プロセスは、１段目逆浸透膜モジュール１０による処理までは、先述の図１の処理プロセスと同様である。１段目透過水１１は、２段目逆浸透膜処理原水タンク１３に蓄えられた後、２段目高圧ポンプ１４により２段目逆浸透膜モジュール１５に供給される。逆浸透膜処理された２段目透過水１６は、再利用等の用途に供される。一方、２段目濃縮水１７は、１段目濃縮水１２と同様、濃縮乾固されたり放流等されたりする。このように１段目逆浸透膜モジュール１０で除去できなかった塩などの成分について、２段目の逆浸透膜処理を行うことによりその濃度を低下させることが可能となる。例えば、１段目逆浸透膜モジュール１０での脱塩率が９５％で２段目逆浸透膜モジュール１５での脱塩率が９５％であるとすれば、原水の塩分濃度が１００mg/Lの際には、１段目透過水の塩分濃度は５mg/Lで、２段目透過水の塩濃度は０．２５mg/Lであり、プロセスを通じての脱塩率は９９．７５％となる。
　有機性汚水１とは、一般に活性汚泥処理等の微生物により処理できる。繊維原料もしくは繊維の製造工程、またはプラスチック原料もしくはプラスチック製造工程、特にＰＴＡの製造工程から排水されるものが有効である。
　なお、ここで膜分離活性汚泥法に使用される膜ユニットは、浸漬型の膜ユニットであり、ろ過膜の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、例えばフレームの両面にろ過水流路材を挟んだ上にろ過膜を接着した平膜エレメント構造や中空糸状の膜を束ねた中空糸型構造のものが例示される。ろ過膜の膜構造としては、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜などが挙げられるが、特に限定されるものではない。
　このような膜の具体例としては、ポリアクリロニトリル多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルホン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜などが挙げられる。中でもポリフッ化ビニリデン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は耐薬品性が高いため、特に好ましい。さらに、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合膜も用いることができる。膜の孔径が０．０１μｍから１０μｍ程度のものが好ましい。この孔の大きさは一般的に分子ふるいによる分離が行われる限外ろ過膜より目が粗いものである。その膜による操作は減圧状態から２００ｋＰａ以下で運転されるのが普通である。
　１段目逆浸透膜モジュール１０、２段目逆浸透膜モジュール１５は、その組合せによって、濾過水中の溶質や懸濁物質を、再生水として利用可能な濃度にまで低減することができる性能を有していることが好ましい。さらに、溶存有機物が膜面に付着するケミカルファウリング（化学的汚れ）や、溶存有機物を栄養源にして微生物が増殖して膜面に付着するバイオファウリング（生物的汚れ）が起こりにくいことから逆浸透膜が使用される。このような逆浸透膜の例としては、東レ株式会社製ＴＭＬ２０、日東電工株式会社製ＬＦ１０、Hydranautics社製ＬＦＣ１、ＬＦＣ３、ダウ社製ＢＷ３０－３６５ＦＲなどが挙げられる。１段目逆浸透膜モジュール１０と２段目逆浸透膜モジュール１５に使用される逆浸透膜モジュールは同じ品種のものであってもよいが、異なる品種を組み合わせることもできる。要求水質、脱塩率、運転費などから、最適なものを選択すればよい。
　２段の逆浸透膜処理の後でも目標とする水質を達成できない場合は、２段目透過水をさらにイオン交換処理することで水質の向上を図ることができる。そのフローを図３に示す。
　図３の処理フローにおいては、図２に示したフローの後、２段目透過水１６がイオン交換処理装置１８に供給されてイオン交換処理が行われ、そのイオン交換処理水１９は再利用に供することができる。イオン交換処理には、イオン交換樹脂やイオン交換膜などの材料が通常用いられ、目的、コストに合わせ最適な材料を選択することができる。水処理でしばしば用いられるイオン交換樹脂はイオン交換作用を示す物質（イオン交換体）の一種であり、水に不溶性の合成樹脂で、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、両性イオン交換樹脂などがある。イオン交換樹脂は、３次元の立体的な構造をもった高分子化合物にイオン交換機能をもった交換基が共有結合で安定に結合し、その交換基が樹脂表面に一様に分布していることが好ましい。なお、高分子化合物としては、スチレンおよびジビニルベンゼンの共重合体などが使用できる。この例のように、本発明では２段の逆浸透膜処理が行われ、イオン交換樹脂に負荷されるイオン成分の濃度が極めて低いレベルとなっていることから、イオン交換樹脂の再生頻度を低く保つことが可能となる。なお、イオン交換樹脂の再生頻度は、イオン交換樹脂に供される水質や要求水質、イオン交換樹脂の量により異なってくる。
　本発明では、膜分離活性汚泥処理後の処理水を２段階で逆浸透膜処理を行い、好ましくはさらにイオン交換処理を行うものであるが、原水である有機性汚水１中の有機物が活性汚泥により分解されていることから、その処理水中には炭酸成分が含まれる。
　一般に、水中の炭酸成分は、ｐＨによりその形態は変化する。ｐＨと各炭酸成分の組成比との関係図を図４に示す。図４で示す組成比とは炭酸を基準とする当量比である。各炭酸成分は次式のように平衡状態となっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　ここで、活性汚泥処理に適するｐＨ７の条件下であれば、約８５％がＨＣＯ３ －、約１５％がＨ２ＣＯ３であり、多くがイオンの形態として水に溶解した形となっている。従って、先述した本発明の好ましい態様である、膜分離活性汚泥処理後の処理水を２段階で逆浸透膜処理を行い、さらにイオン交換処理を行う方法では、２段の逆浸透膜で処理をしたとしても除去しきれないＨＣＯ３ －が後段のイオン交換樹脂でイオン交換されることとなり、イオン交換樹脂の再生頻度に大きな影響を与えることなる。この問題を解決するため、本発明ではさらに好ましい実施態様として、膜分離活性汚泥処理後、１段目の逆浸透膜処理と２段目の逆浸透膜処理の間に脱炭酸のための炭酸除去処理手段を設けることができる。図５にフローの一例を示すが、１段目透過水１１は、脱炭酸塔２０に導入され、炭酸成分が除去される。炭酸成分が除去された水は、脱炭酸処理水タンク２１に貯水され、その後２段目高圧ポンプ１４により２段目逆浸透膜モジュール１５に供給されて２段目の逆浸透膜処理に供される。脱炭酸処理にあたり、原水に酸を添加してｐＨを所定値以下としてＣＯ２（ｇａｓ）を生成させ、これを気曝することで炭酸成分を除去することが好ましい。ここで、曝気処理を行う際の酸性条件としては、図４に示すとおり、ｐＨが低くなれば、ＣＯ２にして除去という観点からは好ましいが、あまりに低すぎるとｐＨ調整のための薬品添加が多くなり、経済的な観点からｐＨ４以上６以下であることが好ましい。
　本発明において、炭酸除去処理は１段目の逆浸透膜処理の前で行っても良いが、１段目の逆浸透膜処理の前で炭酸除去処理を行うとｐＨ調整にかかる薬品量が多くなる問題がある。また、１段目逆浸透膜処理の前段階で炭酸除去処理を行っても良いが、水中の各種成分による緩衝作用が働くためｐＨ調整にかかる薬液量が多くなるという問題がある。そのため、１段目の逆浸透膜処理である程度塩濃度を低下させ緩衝作用の可能性をできるだけ取り除いた後に、酸性条件で曝気処理を行って炭酸を除去することが好ましい。
　また２段目の逆浸透膜処理後に炭酸除去処理を行うよりも１段目の逆浸透膜処理と２段目逆浸透膜処理の間に炭酸除去処理する方が好ましい理由として、２段の逆浸透膜処理後にｐＨを酸性条件にするため薬品を添加した場合、炭酸除去処理後にｐＨ調整のために添加された薬品が、イオン交換樹脂に直接負荷されてしまうため、結果としてイオン交換樹脂の再生頻度が高くなってしまうのを防ぐためである。
　本発明は有機化合物を含有する汚水であれば有効である。さらに重炭酸イオンを５００ｍｇ／Ｌ以上含むものであれば、特に本発明の効果が顕著である。またＰＴＡに代表される繊維製造工程またはポリエステルの製造工程であれば、繊維のみではなく、プラスチック製造を目的とする工程でも有効である。また、膜分離活性汚泥法の処理の前に前処理、たとえば嫌気性細菌により有機物を分解するメタン発酵などの嫌気処理があっても良い。
　（比較例１、実施例１・２）
　繊維原料であるＴＰＡの製造工程から排出される有機性汚水の処理を下記３種類の条件で実施した。
（比較例１）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理［フローは図１に示すとおり。］
（実施例１）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理→２段目逆浸透膜処理［フローは図２に示すとおり。］
（実施例２）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理→２段目逆浸透膜処理→イオン交換処理［フローは図３に示すとおり］
被処理水の水質および試験条件を各表に示す。膜分離活性汚泥処理については表１に、逆浸透膜処理（被処理水の水質は１段目）については表２に示す。処理水量については、膜分離活性汚泥処理で１００ｍ３／ｄａｙ、逆浸透膜処理は１段目３３　ｍ３／ｄａｙ、２段目で３０ｍ３／ｄａｙとした。膜分離活性汚泥処理後の処理水のＴＤＳ（全溶解性物）は、１，０００ｍｇ／Ｌであった。なお、表に示すＣＯＤは化学的酸素要求量、Ｔ－Ｎは全窒素量、Ｔ－Ｐは全リン量を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　１段目逆浸透膜モジュール、２段目逆浸透膜モジュールとも、東レ（株）社製SU-710（4インチタイプ）を使用し、１段目の透過水回収率は８０％、２段目の透過水回収率は９０％で運転を行った。
　処理水の水質試験結果を表３に示す。ここで、処理水とは、比較例１においては１段目逆浸透膜処理後の透過水、実施例１においては２段目逆浸透膜処理後の透過水、実施例２においてはイオン交換処理後の処理水のことを指す。なお、イオン交換処理では、オルガノ社販売のイオン交換樹脂（製品名：アンバーライト（登録商標）精製イオン交換樹脂MB-1）を使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３のとおり、１段目逆浸透膜原水では、ＴＤＳ濃度が１，０００ｍｇ／Ｌであったが、比較例１の処理水では５０ｍｇ／Ｌ、実施例１の処理水では３．０ｍｇ／Ｌ、実施例２の処理水では０．１ｍｇ／Ｌとなった。このように逆浸透膜処理を行うに際し、逆浸透膜処理を２段階で行うことにより大幅に処理水のＴＤＳ濃度を低下させることができ、さらに後段でイオン交換処理を行うことにより処理水のＴＤＳ濃度をさらに大幅に下げることができた。このように、逆浸透膜処理を２段階で行うことにより、有機性汚水から純水レベルの水が得られることを示した。
　（実施例３～５）
　以下の実施例３～５は、膜分離活性汚泥法で有機性汚水を処理後、１段目の逆浸透膜処理と２段目の逆浸透膜処理の間に、炭酸除去処理を行った。効果の検証は、実施例３～５のパイロット試験を実施した際のイオン交換樹脂の再生までの期間（以下「再生交換期間」）を比較することにより行った。イオン交換樹脂の再生方法としては、塩酸と水酸化ナトリウムを通水することにより行った。
　（実施例３）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理→２段目逆浸透膜処理→イオン交換処理［図３］
　（実施例４）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理→２段目逆浸透膜処理→（ｐＨ調整）→炭酸除去処理→（ｐＨ調整）→イオン交換処理
　（実施例５）膜分離活性汚泥処理→１段目逆浸透膜処理→（ｐＨ調整）→炭酸除去処理→（ｐＨ調整）→２段目逆浸透膜処理→イオン交換処理［図５］
　実施例３～５について、比較例１および実施例１，２と同条件でパイロット試験を実施した結果、実施例３のイオン交換樹脂の再生交換期間は１４日、実施例４のイオン交換樹脂の再生交換期間は２８日、実施例５のイオン交換樹脂の再生交換期間は３７日であった。
　実施例３と実施例４，５とを比較すると、実施例４，５では炭酸除去処理が組み込まれているために実施例３と比較して、イオン交換樹脂の再生交換期間が長くなっている。次に実施例４と実施例５とを比較すると、炭酸除去処理を１段目逆浸透膜処理と２段目逆浸透膜処理の間に組み込むことにより、２段目逆浸透膜処理の後段で炭酸除去処理を実施する場合と比較して、イオン交換樹脂の再生交換再生期間を長くすることが可能となった。２段の逆浸透膜処理後にｐＨを酸性条件にするため薬品を添加した場合、炭酸除去処理後にｐＨ調整のために添加された薬品が、イオン交換樹脂に直接負荷されてしまったため、交換再生期間が短くなったためと推定される。
　実施例５のように、１段目の逆浸透膜処理と２段目の逆浸透膜処理の間に、炭酸除去処理を組み込むことにより、２段目の逆浸透膜処理の後段で行うイオン交換処理におけるイオン交換樹脂の再生交換期間を延ばすことができ、トータルの再利用コストを低く抑えることができる。
　本発明は、有機性汚水を処理し、水質の高い水が得られることから、水を使用するすべての産業分野に利用できる。
１：有機性汚水
２：膜ユニット
３：膜分離活性汚泥処理槽
４：処理水
５：吸引ポンプ
６：１段目逆浸透膜処理原水タンク
７：送風機
８：散気ユニット
９：１段目高圧ポンプ
１０：１段目逆浸透膜モジュール
１１：１段目透過水
１２：１段目濃縮水
１３：２段目逆浸透膜処理原水タンク
１４：２段目高圧ポンプ
１５：２段目逆浸透膜モジュール
１６：２段目透過水
１７：２段目濃縮水
１８：イオン交換処理装置
１９：イオン交換処理水
２０：脱炭酸塔
２１：脱炭酸処理水タンク

Claims (11)

  1. 有機性汚水を膜分離活性汚泥法により処理した後、その処理水を１段目逆浸透膜で処理し、さらに１段目逆浸透膜で処理して得られた透過水を２段目逆浸透膜で処理する工程を有する有機性汚水の処理方法。
  2. 有機性汚水が繊維原料製造工程または繊維製造工程から排出されたものである請求項１記載の有機性汚水の処理方法。
  3. ２段目逆浸透膜で処理して得られた透過水をさらにイオン交換処理する請求項１または２に記載の有機性汚水の処理方法。
  4. １段目逆浸透膜で処理して得られた透過水を炭酸除去処理してから２段目逆浸透膜で処理する請求項１～３いずれかに記載の有機性汚水の処理方法。
  5. 炭酸除去処理するための手段が、酸性条件下で曝気を行うものである請求項４に記載の有機性汚水の処理方法。
  6. 炭酸除去処理での酸性条件がｐＨ４以上６以下である請求項５に記載の有機性汚水の処理方法。
  7. 活性汚泥および膜ユニットを備え膜分離活性汚泥法により有機性汚水を処理する膜分離活性汚泥処理槽と、
    膜分離活性汚泥処理槽から得られた処理水を１段目逆浸透膜で処理する１段目逆浸透膜モジュールと、
    １段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水を２段目逆浸透膜で処理する２段目逆浸透膜モジュールと
    を備える有機性汚水の処理装置。
  8. ２段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水をイオン交換処理するイオン交換処理装置を備える請求項７に記載の有機性汚水の処理装置。
  9. １段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水を炭酸除去処理する炭酸除去処理装置を、１段目逆浸透膜モジュールと２段目逆浸透膜モジュールとの間に備える請求項７または８に記載の有機性汚水の処理装置。
  10. 炭酸除去処理装置が、酸性条件下で曝気を行う脱炭酸塔である請求項９に記載の有機性汚水の処理装置。
  11. 酸性条件がｐＨ４以上６以下である請求項１０に記載の有機性汚水の処理装置。
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