WO2020195217A1 - 有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置 - Google Patents

有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for treating organic matter and calcium-containing water.
  • FIG. 2 shows an example of a conventional method for treating organic matter and calcium-containing water.
  • Organic wastewater containing organic matter and calcium is biologically treated by the biological treatment apparatus 1 to decompose the organic matter, and then aggregated and precipitated by the coagulation sedimentation apparatus 2 to separate the bacterial cells.
  • This coagulation-precipitation treated water is supplied to the organic matter decomposition facility 3 and subjected to biological treatment and / or UV oxidation treatment to decompose the residual organic matter.
  • NaClO and a coagulant are added to the organic matter decomposition treated water, and after pretreatment by coagulation filtration treatment or membrane treatment in the pretreatment apparatus 4, activated carbon filtration is performed in the activated carbon tower 5, and then RO (reverse osmosis membrane). It is RO-treated by the device 6 to become treated water and collected.
  • the RO device When the treated water (sewage discharge level) of organic wastewater in various industrial processes is further treated and reused at the equipment water level, the RO device can efficiently remove organic matter and ions, so it is a major recovery device. It becomes.
  • pretreatment equipment such as a biological treatment device, UV oxidation device, coagulation filtration device, activated carbon tower, etc. is required before supplying water to the RO device. there were.
  • organic wastewater often contains Ca derived from filtered water via scrubber wastewater and the like. When the Ca concentration of RO water supply is high, if the pH of RO water supply is increased, calcium scale is generated, so that the pH of RO water supply cannot be increased.
  • Patent Document 1 describes that organic matter and calcium-containing water are treated by passing water through an activated carbon tower, a softening tower, and an RO device in this order.
  • An object of the present invention is to effectively prevent blockage of the RO membrane in a method and apparatus for treating organic matter and calcium-containing water with an RO apparatus.
  • the method for treating organic matter and calcium-containing water of the present invention is characterized in that the organic matter and calcium-containing water are treated with a decarboxylator and a softener, and then reverse osmosis membrane treatment is performed under alkaline conditions.
  • an alkali is added to the decarbonizing apparatus, the softener and the reverse osmosis membrane apparatus through which the organic matter and calcium-containing water are sequentially passed, and the water supply to the reverse osmosis membrane apparatus. It is provided with an alkali addition means.
  • the water treated by the softener is treated with activated carbon and then treated with the reverse osmosis membrane.
  • the organic substance and calcium-containing water are biologically treated, then coagulated and precipitated, then coagulated and filtered or membranely treated, and then supplied to the decarboxylation device.
  • the RO device when the RO device is directly applied to the treated water of organic wastewater (organic matter concentration at the sewage discharge level), there is a high possibility that the RO membrane will be blocked by the organic matter in a short time.
  • the pH of the RO feed water as high as, for example, about 10 to 10.5, it is possible to suppress the growth of viable bacteria in the RO device and prevent the RO membrane from being blocked.
  • organic wastewater organic matter and calcium-containing water
  • the calcium concentration in the wastewater is usually 2 to 100 mg / L, particularly 5 to 20 mg / L
  • the TOC concentration is usually 5 to 500 mg / L, particularly about 10 to 100 mg / L.
  • the type of wastewater, calcium concentration, and TOC concentration are not limited to this.
  • the organic wastewater is biologically treated by the biological treatment device 11, the organic matter is decomposed, and then the coagulation and precipitation treatment is performed by the coagulation and precipitation device 12, and the bacterial cells are separated.
  • NaClO and a coagulant are added to the coagulation-precipitation-treated water
  • the water is supplied to the pretreatment facility 13 and subjected to coagulation filtration treatment or membrane treatment (membrane filtration treatment with an MF membrane or the like).
  • HCl and a reducing agent are added to this pretreated water to adjust the pH to 4.5 to 6.0, particularly to an acidity of 5.0 to 5.5, and then the water is passed through the decarboxylation tower 14 to be decarboxylated. ..
  • the water is passed through the softener 15 to be softened.
  • NaOH and a scale dispersant are added to the softened water to adjust the pH to a high pH of about 10 to 10.5, and then the water is passed through the activated carbon tower 16 to allow the surfactant, H 2 O 2, etc. Oxidizing agent is removed.
  • water is passed through the RO device 17, and the RO permeated water is collected as treated water in a water tank for equipment (not shown) or the like.
  • the RO device 17 may be installed in two stages in series.
  • the organic matter concentration (TOC) of the water supplied to the decarboxylation tower 14 is preferably about 2 to 50 mg / L, particularly preferably about 2 to 25 mg / L, and the calcium concentration is preferably about 2 to 100 mg / L, particularly about 5 to 20 mg / L.
  • Examples of the water supply to the decarboxylation tower 14 include water obtained by subjecting the wastewater to biological treatment, then coagulating sedimentation or pressure flotation treatment, and further filtering treatment, as well as water obtained by deturbating the cooling tower blow water. ..
  • water is also a high pH of the activated carbon column 16 for surfactants and H 2 O 2 oxidant such as removal, to prevent blockage by organic matter.
  • the softener 15 is installed in front of the activated carbon tower 16 and is softened. 15 It is desirable to manage the water supply in the neutral range.
  • the TOC of the first stage RO brine is 100 ⁇ g / L or less. Even if the wastewater contains fluorine, if it is 50 ⁇ g / L or less, the CaF 2 scale can be prevented by the effect of the softener and the scale dispersant, and the wastewater can be recovered stably.
  • the organic matter decomposition equipment 3 biological treatment, UV oxidizing equipment, etc.
  • the initial investment amount, required space, and operating cost of the equipment can be reduced. It can be significantly reduced.
  • Ca is removed by the softener 15 installed in front of the RO device 17, so that the generation of CaCO 3 scale is suppressed even if the pH of the RO water supply is raised.
  • Ca and IC will be concentrated and precipitated on the brine side of the RO device 17 due to a small amount of Ca leaking from the softener 15 and inorganic carbon (IC) contained in the waste water.
  • Calcium scale precipitation on the RO brine side is prevented by removal and injection of the scale dispersant into the softener 15 treated water.
  • an organic slime control agent isothiazolone compound such as 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one or 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 2) , 2-Dibromo-3-nitrilopropionamide and other halocyanoacetamide compounds), as well as those containing a bound chlorine agent composed of the chlorine-based oxidizing agent and sulfamic acid compound described in Patent Document 1 above are also suitable.
  • Examples of the chlorine-based oxidizing agent include chlorine gas, chlorine dioxide, hypochlorous acid or a salt thereof, chloric acid or a salt thereof, chloric acid or a salt thereof, perchloric acid or a salt thereof, chlorinated isocyanuric acid or a salt thereof. Salt and the like can be mentioned.
  • specific examples of the salt form include sodium hypochlorite alkali metal salts such as sodium hypochlorite and potassium hypochlorite, and alkali metal chlorite such as sodium chlorite and potassium chlorite.
  • alkali metal chlorite salts such as ammonium chlorite, sodium chlorite and potassium chlorate
  • alkaline earth metal chlorate salts such as calcium chlorate and barium chlorate.
  • hypochlorite is easy to handle and can be preferably used.
  • Examples of the sulfamic acid compound include N-methylsulfamic acid, N, N-dimethylsulfamic acid, N-phenylsulfamic acid and the like, in addition to sulfamic acid.
  • Examples of the salt of the sulfamic acid compound include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, ammonium salt and guanidine salt, and specific examples thereof include sodium sulfamic acid and potassium sulfamate. it can. Sulfamic acid and these sulfamic acid salts can be used alone or in combination of two or more.
  • a chlorine-based oxidant such as hypochlorite and a sulfamic acid compound such as sulfamate are mixed, they combine to form and stabilize chlorosulfamate, which is dissociated by pH like conventional chloramine. It is possible to maintain a stable free chlorine concentration in water without causing a difference in sex and the resulting fluctuation in free chlorine concentration.
  • the ratio of the chlorine-based oxidant to the sulfamic acid compound is not particularly limited, but the amount of the sulfamic acid compound per 1 mol of effective chlorine of the chlorine-based oxidant is preferably 0.5 to 5.0 mol, preferably 0.5 mol. More preferably, it is ⁇ 2.0 mol.
  • the decarboxylation tower is used as the decarboxylation device, but in addition to the decarboxylation tower, various devices such as a vacuum degassing device and a membrane degassing device can be used.
  • the decarbonation tower may be installed in two stages in series. Further, a circulation treatment may be performed in which a part of the decarboxylated water from the decarboxylation tower is returned to the inlet side of the decarboxylation tower.
  • a plurality of decarboxylation towers of this circulation processing method may be installed in parallel.
  • High-efficiency decarboxylation configured to provide first and second filling beds in the decarboxylation tower, supply water from the decarboxylation tower to the first filling bed, and supply decarboxylated water to the second filling bed.
  • a carbonate tower may be used.

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Abstract

有機物及びカルシウム含有水は、生物処理装置１１で生物処理され、有機物が分解処理された後、凝集沈殿装置１２で凝集沈殿処理されて菌体が分離される。この凝集沈殿処理水にＮａＣｌＯ及び凝集剤が添加された後、前処理設備１３に供給され、凝集濾過又は膜処理が施される。この前処理水にＨＣｌ及び還元剤が添加され、脱炭酸塔１４に通水され、脱炭酸処理される。脱炭酸処理水にスライム抑制剤が添加された後、軟化器１５に通水され、ＮａＯＨ及びスケール分散剤が添加され、ｐＨ１０～１０．５程度の高ｐＨに調整された後、活性炭塔１６及びＲＯ装置１７に通水される。

Description

有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置
　本発明は、有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置に関する。
　有機物及びカルシウム含有水の処理方法の従来例の一例を図２に示す。有機物及びカルシウムを含有する有機系排水が生物処理装置１で生物処理されて有機物が分解され、次いで凝集沈殿装置２で凝集沈殿処理されて菌体が分離される。
　この凝集沈殿処理水が有機物分解設備３に供給され、生物処理及び／又はＵＶ酸化処理が施されて残存有機物が分解される。この有機物分解処理水にＮａＣｌＯ及び凝集剤が添加され、前処理装置４で凝集濾過処理又は膜処理よりなる前処理が施された後、活性炭塔５で活性炭濾過され、次いでＲＯ（逆浸透膜）装置６でＲＯ処理されて処理水となり、回収される。
　各種産業用工程での有機系排水の処理水（下水放流レベル）を更に処理して設備用水レベルに再利用する場合、ＲＯ装置は有機物・イオン類を効率的に除去できるため、主要な回収装置となる。しかし、スライムやＳＳ・界面活性剤等によるＲＯ膜の閉塞を防止するために、ＲＯ装置に給水する前に生物処理装置やＵＶ酸化装置、凝集濾過装置、活性炭塔等の前処理設備が必要であった。また有機系排水には工程排水以外にスクラバー排水等を経由して、濾過水由来のＣａが含有される場合が多い。ＲＯ給水のＣａ濃度が高い場合、ＲＯ給水のｐＨを高くすると、カルシウムスケールが発生するので、ＲＯ給水のｐＨを高くすることはできない。
　そのため、有機物及びカルシウム含有水を設備用水等に回収しようとすると、図２のように多数の設備が必要となり、広大な設置スペースが必要となる。
　このため回収設備の初期投資及び運転維持管理コスト、処理スペース等を考慮すると、回収による経済的メリットを享受できず、実際には採用されないケースが多々あった。
　特許文献１には、有機物及びカルシウム含有水を活性炭塔、軟化塔、ＲＯ装置の順に通水して処理することが記載されている。
国際公開ＷＯ２０１０／０９８１５８号公報
　本発明は、有機物及びカルシウム含有水をＲＯ装置で処理する方法及び装置において、ＲＯ膜の閉塞を効果的に防止することを目的とする。
　本発明の有機物及びカルシウム含有水の処理方法は、有機物及びカルシウム含有水を、脱炭酸装置及び軟化器で処理した後、アルカリ条件下で逆浸透膜処理することを特徴とする。
　本発明の有機物及びカルシウム含有水の処理装置は、有機物及びカルシウム含有水が順次に通水される脱炭酸装置、軟化器及び逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置への給水にアルカリを添加するアルカリ添加手段とを備えてなる。
　本発明の一態様では、前記軟化器で処理した水を活性炭処理した後に前記逆浸透膜処理する。
　本発明の一態様では、前記有機物及びカルシウム含有水を生物処理した後、凝集沈殿処理し、次いで凝集濾過処理又は膜処理した後、前記脱炭酸装置に供給する。
　一般に、有機系排水の処理水（下水放流レベルの有機物濃度）にＲＯ装置を直接適用する場合、有機物により短時間でＲＯ膜が閉塞する可能性が高い。本発明では、ＲＯ給水のｐＨを例えば１０～１０．５程度に高く制御することにより、ＲＯ装置での生菌の繁殖を抑制し、ＲＯ膜の閉塞を防止することができる。
実施の形態に係る有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置の構成図である。 従来例に係る有機物及びカルシウム含有水の処理方法及び装置の構成図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
　この実施の形態では、有機系排水（有機物及びカルシウム含有水）として、食品工場排水、化学工業排水、電子製造工程排水等を処理する。該排水中のカルシウム濃度は、通常２～１００ｍｇ／Ｌ特に５～２０ｍｇ／Ｌであり、ＴＯＣ濃度は、通常５～５００ｍｇ／Ｌ特に１０～１００ｍｇ／Ｌ程度である。ただし、排水の種類及びカルシウム濃度、ＴＯＣ濃度はこれに限定されない。
　図１の通り、有機系排水は、生物処理装置１１で生物処理され、有機物が分解処理された後、凝集沈殿装置１２で凝集沈殿処理されて菌体が分離される。この凝集沈殿処理水にＮａＣｌＯ及び凝集剤が添加された後、前処理設備１３に供給され、凝集濾過処理又は膜処理（ＭＦ膜等による膜濾過処理）が施される。この前処理水にＨＣｌ及び還元剤が添加され、ｐＨ４．５～６．０特に５．０～５．５の酸性に調整された後、脱炭酸塔１４に通水され、脱炭酸処理される。
　この脱炭酸処理水にスライム抑制剤が添加された後、軟化器１５に通水され、軟化処理される。この軟化処理水にＮａＯＨ及びスケール分散剤が添加され、ｐＨ９～１１特に１０～１０．５程度の高ｐＨに調整された後、活性炭塔１６に通水され、界面活性剤やＨ２Ｏ２等の酸化剤が除去される。次いでＲＯ装置１７に通水され、ＲＯ透過水が処理水として設備用水槽（図示略）等に回収される。ＲＯ装置１７は直列２段に設置されてもよい。
　なお、脱炭酸塔１４への給水の有機物濃度（ＴＯＣ）は２～５０ｍｇ／Ｌ特に２～２５ｍｇ／Ｌ程度が好ましく、カルシウム濃度は２～１００ｍｇ／Ｌ特に５～２０ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。脱炭酸塔１４への給水としては、排水を生物処理した後、凝集沈殿あるいは加圧浮上処理し、さらに濾過処理した水のほか、冷却塔ブロー水を除濁処理した水を例示することができる。
　前述の通り、有機系排水がカルシウムを含有していると共に、生物処理装置１１からは高濃度の無機炭酸が発生することから、ＲＯ給水のｐＨを高くするとＣａＣＯ３スケールによりＲＯ膜を閉塞させることになる。それを防止するために、この実施の形態では、ＲＯ装置１７の前段に脱炭酸塔１４及び軟化器１５を設置する。
　また、界面活性剤やＨ２Ｏ２等の酸化剤除去のための活性炭塔１６の給水も高ｐＨとし、有機物による閉塞を防止する。
　軟化器１５への給水も高ｐＨ域にすると、Ｃａ濃縮によりカチオン樹脂表面にＣａＣＯ３スケールが発生し閉塞することが懸念されるため、軟化器１５は活性炭塔１６の前段に設置し、軟化器１５給水を中性域に管理するのが望ましい。
　本発明では、ＲＯ装置を２段直列に設置する場合、１段目ＲＯブライン（濃縮水）のＴＯＣが１００μｇ／Ｌ以下になるようにするのが好ましい。なお、排水にフッ素が含有されていても、５０μｇ／Ｌ以下であれば軟化器及びスケール分散剤の効果によりＣａＦ２スケールを未然に防ぎ、安定して排水を回収することが可能となる。
　この図１のフローによると、図２のフローで必要であった有機物分解設備３（生物処理やＵＶ酸化装置等）が不要となったことで、装置の初期投資額、必要スペース及び運転コストを大幅に低減することが可能となる。
　本発明では、ＲＯ装置１７の前段に設置された軟化器１５によりＣａが除去されるので、ＲＯ給水のｐＨを上げてもＣａＣＯ３スケールの発生が抑制される。軟化器１５からリークする微量のＣａ及び排水に含有される無機炭素（ＩＣ）により、ＲＯ装置１７のブライン側でＣａ及びＩＣが濃縮し析出するリスクが考えられるが、脱炭酸塔１４でＩＣを除去すること及び軟化器１５処理水へのスケール分散剤注入により、ＲＯブライン側でのカルシウムスケール析出が防止される。
　本発明では、スライムコントロール剤としては、有機系スライムコントロール剤（５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンや、２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン等のイソチアゾロン化合物、２，２－ジブロモ－３－ニトリロプロピオンアミド等のハロシアノアセトアミド化合物）のほか、上記特許文献１に記載された塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物とからなる結合塩素剤を含むものも好適である。
　この塩素系酸化剤としては、例えば、塩素ガス、二酸化塩素、次亜塩素酸又はその塩、亜塩素酸又はその塩、塩素酸又はその塩、過塩素酸又はその塩、塩素化イソシアヌル酸又はその塩などを挙げることができる。これらのうち、塩形のものの具体例としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウムなどの次亜塩素酸アルカリ金属塩、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウムなどの亜塩素酸アルカリ金属塩、塩素酸アンモニウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウムなどの塩素酸アルカリ金属塩、塩素酸カルシウム、塩素酸バリウムなどの塩素酸アルカリ土類金属塩などを挙げることができる。これらの塩素系酸化剤は、１種を単独で用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。これらの中で、次亜塩素酸塩は取り扱いが容易なので、好適に用いることができる。
　スルファミン酸化合物としては、スルファミン酸のほかに、Ｎ－メチルスルファミン酸、Ｎ，Ｎ－ジメチルスルファミン酸、Ｎ－フェニルスルファミン酸などを挙げることができる。スルファミン酸化合物の塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩及びグアニジン塩などを挙げることができ、具体的には、スルファミン酸ナトリウム、スルファミン酸カリウムなどを挙げることができる。スルファミン酸及びこれらのスルファミン酸塩は、１種を単独で用いることもでき、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
　次亜塩素酸塩等の塩素系酸化剤とスルファミン酸塩等のスルファミン酸化合物を混合すると、これらが結合して、クロロスルファミン酸塩を形成して安定化し、従来のクロラミンのようなｐＨによる解離性の差、それによる遊離塩素濃度の変動を生じることなく、水中で安定した遊離塩素濃度を保つことが可能となる。
　塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物との割合には特に制限はないが、塩素系酸化剤の有効塩素１モルあたりスルファミン酸化合物を０．５～５．０モルとすることが好ましく、０．５～２．０モルとすることがより好ましい。
　上記実施の形態では、脱炭酸装置として脱炭酸塔が用いられているが、脱炭酸塔のほか、真空脱気装置、膜脱気装置など各種のものを用いることができる。
　なお、脱炭酸塔を直列に２段に設置してもよい。また、脱炭酸塔からの脱炭酸処理水の一部を脱炭酸塔の入口側に戻す循環処理を行ってもよい。この循環処理方式の脱炭酸塔を複数台並列に設置してもよい。脱炭酸塔内に第１及び第２の充填床を設け、脱炭酸塔給水を第１の充填床に供給し、脱炭酸処理水を第２の充填床に供給するよう構成された高効率脱炭酸塔を用いてもよい。
　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。
　本出願は、２０１９年３月２６日付で出願された日本特許出願２０１９－０５８８７４に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１，１１　生物処理装置
　２，１２　凝集沈殿装置
　５，１６　活性炭塔
　６，１７　ＲＯ装置

Claims (6)

  1. 　有機物及びカルシウム含有水を、脱炭酸装置及び軟化器で処理した後、アルカリ条件下で逆浸透膜処理することを特徴とする有機物及びカルシウム含有水の処理方法。
  2. 　前記軟化器で処理した水を活性炭処理した後に前記逆浸透膜処理することを特徴とする請求項１に記載の有機物及びカルシウム含有水の処理方法。
  3. 　前記有機物及びカルシウム含有水を生物処理した後、凝集沈殿処理し、次いで凝集濾過処理又は膜処理した後、前記脱炭酸装置に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物及びカルシウム含有水の処理方法。
  4. 　有機物及びカルシウム含有水が順次に通水される脱炭酸装置、軟化器及び逆浸透膜装置と、
    　該逆浸透膜装置への給水にアルカリを添加するアルカリ添加手段と
    を備えてなる有機物及びカルシウム含有水の処理装置。
  5. 　前記軟化器と逆浸透膜装置との間に活性炭塔が設置されており、該軟化器の処理水が該活性炭塔を経て前記逆浸透膜装置に供給されることを特徴とする請求項４に記載の有機物及びカルシウム含有水の処理装置。
  6. 　前記脱炭酸装置の前段に、前記有機物及びカルシウム含有水が順次に通水される生物処理装置と、凝集沈殿装置と、凝集濾過装置又は膜処理装置とが設置されており、該凝集濾過装置又は膜処理装置の処理水が前記脱炭酸装置に供給されることを特徴とする請求項４又は５の有機物及びカルシウム含有水の処理装置。
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