WO2024009871A1 - 排水処理システム及び排水処理方法 - Google Patents

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filtration
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wastewater treatment
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健祐 渡辺
滋 松山
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Nok株式会社
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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a wastewater treatment system and a wastewater treatment method.
  • Biological treatment methods such as the activated sludge method are known as methods for removing organic substances (organic solvents, etc.) contained in wastewater.
  • organic substances organic solvents, etc.
  • water-soluble polymers that are difficult to decompose such as polyvinylpyrrolidone
  • the amount of persistent water-soluble polymers contained in the condensed liquid is reduced by evaporating the wastewater and condensing the evaporated gas.
  • a technique for significantly reducing the amount is known (see Patent Document 1).
  • the present invention provides a wastewater treatment system and a wastewater treatment method that can reduce the amount of difficult-to-decompose water-soluble polymers in wastewater while suppressing cost increases.
  • the present invention employs the following means to solve the above problems.
  • the wastewater treatment system of the present invention A filtration device that has an ultrafiltration membrane and that filters wastewater containing a difficult-to-decompose water-soluble polymer using a cross-flow method; an evaporator that evaporates wastewater that has not been filtered by the filtration device and has a high concentration of the difficult-to-decompose water-soluble polymer; a condensing device that condenses the gas evaporated by the evaporating device; A biological treatment device that decomposes organic matter contained in the wastewater after being filtered by the filtration device and the wastewater after being condensed by the condensation device; It is characterized by having the following.
  • the present invention by filtering wastewater using a filtration device having an ultrafiltration membrane, it is possible to reduce the concentration of hardly decomposable water-soluble polymers in the filtered wastewater.
  • the organic matter contained in the filtered wastewater can be decomposed by a biological treatment device.
  • wastewater that is not filtered by the filtration device and has a high concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers it is evaporated by the evaporation device, and the evaporated gas is condensed by the condensation device. Drainage water contains almost no hard-to-decompose water-soluble polymers. Therefore, the concentration of hardly decomposed water-soluble polymers contained in the wastewater after being treated in the biological treatment device can be significantly reduced.
  • it is sufficient to evaporate only the waste water that has not been filtered by the filtration device by the evaporator and condense it by the condensation device there is no need to increase the size of these devices, and power consumption can be reduced.
  • a circulation path is provided for repeatedly filtering wastewater that has not been filtered by the filtration device.
  • a path for backwashing the ultrafiltration membrane provided in the filtration device is provided.
  • the ultrafiltration membrane is preferably made of a polysulfone-based material with a molecular weight cut-off of several thousand or more and tens of thousands or less.
  • the wastewater treatment method of the present invention includes: A filtration step of filtering wastewater containing a difficult to decompose water-soluble polymer by a cross-flow method using a filtration device having an ultrafiltration membrane; an evaporation step of evaporating wastewater that has not been filtered in the filtration step and has a high concentration of the hardly decomposable water-soluble polymer; a condensation step of condensing the gas evaporated in the evaporation step; a decomposition step of decomposing organic matter contained in the wastewater after being filtered in the filtration step and in the wastewater after being condensed in the condensation step; It is characterized by including.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wastewater treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wastewater treatment system according to an embodiment of the present invention, and various devices are shown in a simplified manner, such as by symbols.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • the wastewater treatment system according to this embodiment includes a first tank 10 for storing wastewater, a filtration device 20 for filtering the wastewater, a second tank 30 for backwashing the filtration device 20, and a second tank 30 for backwashing the filtered wastewater. It also includes a biological treatment device 40 that decomposes the organic matter contained therein. Further, the wastewater treatment system according to this embodiment includes an evaporator 50 that evaporates wastewater that has not been filtered by the filtration device 20, and a condensation device 60 that condenses the gas evaporated by the evaporator 50.
  • the wastewater treatment system includes a first pump P1, a second pump P2, and a third pump P3.
  • the first pump P1 is used to supply waste water stored in the first tank 10 to the filtration device 20.
  • the second pump P2 is used to supply the liquid stored in the second tank 30 to the filtration device 20 when performing backwashing.
  • the third pump P3 is used to supply waste water that has not been filtered by the filtration device 20 to the evaporation device 50.
  • the wastewater treatment system includes a first valve V1, a second valve V2, a third valve V3, a fourth valve V4, and a fifth valve V5.
  • the first valve V1 is provided on the flow path between the first pump P1 and the filtration device 20.
  • the second valve V2 is provided on a flow path for circulating waste water between the first tank 10 and the filtration device 20 during filtration.
  • the third valve V3 is provided on the flow path between the filtration device 20 and the second tank 30.
  • the fourth valve V4 is provided on the flow path between the second pump P2 and the filtration device 20.
  • the fifth valve V5 is provided on the flow path between the first tank 10 and the third pump P3.
  • the upstream side and the downstream side may be arranged in opposite directions with respect to the flow direction.
  • the filtration device 20 is a device that has an ultrafiltration membrane and filters wastewater containing a hardly decomposed water-soluble polymer using a cross-flow method.
  • the filtration device 20 includes a case 21, a plurality of hollow fiber membranes 22 housed in the case 21, and a pair of sealing and fixing parts 23 and 24.
  • the sealing and fixing parts 23 and 24 respectively seal the case openings on both ends of the case 21 with the hollow interior of each hollow fiber membrane 22 open, and connect the plurality of hollow fiber membranes 22 to the case 21. It plays the role of fixing the
  • the case 21 includes an inlet 21a for wastewater to be filtered, a first outlet 21b for wastewater that has been filtered by the plurality of hollow fiber membranes 22, and a second outlet 21c for unfiltered wastewater.
  • membrane material for the hollow fiber membrane 22 polysulfone-based membranes such as polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone, polyvinylidene fluoride, cellulose acetate, etc. can be used, but polysulfone-based membranes are preferable from the viewpoint of chemical resistance and cost. Membranes are preferred.
  • the molecular weight cutoff of the ultrafiltration membrane is from several thousand to tens of thousands (more specifically, from 4,000 to 40,000), and the concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers in wastewater is from 5% to 20%. It is preferable that the amount can be reduced to below.
  • the filtration device 20 according to this embodiment uses a membrane module using hollow fiber membranes. However, a flat membrane type membrane module or a spiral type membrane module can also be employed. However, it is preferable to employ a hollow fiber membrane module with a high membrane area per membrane module volume.
  • the biological treatment device 40 can employ a device using known techniques such as a standard activated sludge method, a biofilm method, and a membrane separation activated sludge method. Furthermore, in order to improve treatment performance, it is also possible to employ an apparatus that combines these techniques with an accelerated oxidation method such as ozone treatment or Fenton treatment, UV irradiation, or an adsorption device such as activated carbon.
  • a device using known techniques such as a standard activated sludge method, a biofilm method, and a membrane separation activated sludge method.
  • an apparatus that combines these techniques with an accelerated oxidation method such as ozone treatment or Fenton treatment, UV irradiation, or an adsorption device such as activated carbon.
  • the evaporator 50 and the condensing device 60 can employ various known techniques.
  • the evaporator 50 is a device with a heating function, and plays the role of evaporating waste water that has not been filtered by the filtration device 20.
  • the evaporator 50 may be configured to reduce the pressure in order to save energy, or may be a device using a heat pump.
  • the condensing device 60 plays a role of liquefying the evaporated gas.
  • the evaporator 50 and the condensing device 60 are generally configured as an evaporating and condensing device that includes them integrally.
  • the liquid that is not evaporated by the evaporator 50 and has a concentrated concentration of hardly decomposable water-soluble polymers is discarded as industrial waste. Note that the liquid in which the concentration of the difficult-to-decompose water-soluble polymer is concentrated may be further heated to solidify the liquid and discarded as industrial waste.
  • ⁇ Wastewater treatment method> A wastewater treatment method using the wastewater treatment system configured as described above will be explained. Drainage from factories and the like is stored in the first tank 10 (see arrow A in FIG. 1).
  • the wastewater contains organic substances such as organic solvents and difficult-to-decompose water-soluble polymers.
  • difficult-to-decompose water-soluble polymers include polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyethylene, and polyurethane.
  • the targets are water-soluble polymers that are difficult to decompose and have a molecular weight of several thousand to several hundred thousand.
  • the filtration device 20 performs filtration using a cross-flow method (filtration step).
  • the first pump P1 is turned on
  • the second pump P2 and the third pump P3 are turned off
  • the second valve V2 and the third valve V3 are in an open state
  • the fourth valve V4 is turned on
  • the fifth valve V5 is in a closed state.
  • the waste water in the first tank 10 is supplied to the filtration device 20 through the first pump P1 and the first valve V1, and then returns to the first tank 10 through the second valve V2, and is filtered again. It circulates as it flows towards the device 20.
  • the waste water after being filtered by the filtration device 20 is sent to the biological treatment device 40 through the third valve V3 and the second tank 30. Note that a part of the filtered waste water is stored in the second tank 30.
  • arrows indicate how the wastewater flows in the filtration device 20 during the filtration process.
  • the waste water to be filtered enters the case 21 from the inlet 21a and flows through the hollow interior of the hollow fiber membrane 22.
  • the filtered wastewater flowing from the hollow inside of the hollow fiber membrane 22 to the outside of the membrane is sent to the biological treatment device 40 through the first outlet 21b and the third valve V3.
  • the waste water that has flowed through the hollow interior without being filtered by the hollow fiber membrane 22 exits from the second outlet 21c and is returned to the first tank 10 via the second valve V2.
  • the wastewater that has not been filtered by the filtration device 20 (ultrafiltration membrane) circulates through the circulation path as described above.
  • the concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers that are not filtered by the ultrafiltration membrane gradually increases.
  • concentration of a water-soluble polymer that is difficult to decompose on the supply side increases, the concentration of the water-soluble polymer that is difficult to decompose in the permeated liquid also increases. Therefore, it is necessary to stop the filtration before the concentration of the hardly decomposable water-soluble polymer or the like on the supply side does not exceed a predetermined amount.
  • a concentration threshold in advance, measure the concentration using a COD meter, TOC meter, UV meter, a device that measures infrared absorption spectra, etc., and stop filtration when the measured value reaches the threshold.
  • an evaporation process by the evaporator 50 and a condensation process by the condensation device 60 are performed.
  • the third pump P3 is turned on, the first pump P1 and the second pump P2 are turned off, the fifth valve V5 is open, and the other valves (first to fourth valves) are closed.
  • the state will be as follows.
  • the waste water with a high concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers and the like is supplied to the evaporator 50 through the fifth valve V5 and the third pump P3, and is evaporated by the evaporator 50.
  • the evaporated gas is then condensed by the condensing device 60, and the condensed wastewater is sent to the biological treatment device 40.
  • the liquid that is not evaporated by the evaporator 50 and has a concentrated concentration of hardly decomposable water-soluble polymer is discharged from the evaporator 50 (see arrow C in FIG. 1).
  • This concentrated liquid, or the concentrated liquid that has been further heated and solidified, is disposed of as industrial waste, as described above.
  • arrows indicate how the wastewater flows in the filtration device 20 during the backwashing process.
  • the liquid supplied to the filtration device 20 enters the case 21 from the first outlet 21b, flows from the outside of the hollow fiber membrane 22 into the hollow interior, exits from the second outlet 21c, and enters the case 21 from the first outlet 21b. It is returned to the first tank 10 via valve V2.
  • the liquid flows from the outside of the hollow fiber membrane 22 into the inside of the membrane (the hollow interior)
  • the water-soluble polymers that are difficult to decompose and adhere to the inside of the hollow fiber membrane 22 are peeled off.
  • the hollow fiber membranes 22 are cleaned, and the filtration function of the hollow fiber membranes 22 is restored.
  • a path for backwashing the ultrafiltration membrane provided in the filtration device 20 is provided. Note that the hollow fiber membrane 22 may be cleaned using chemicals.
  • the organic matter contained in the wastewater after being filtered by the above-mentioned filtration process (the filtration device 20) and the wastewater after being condensed by the condensation process (the condensation device 60) is decomposed by the biological treatment device 40 (decomposition process) .
  • the wastewater after the organic matter has been decomposed is discharged from the biological treatment device 40 (see arrow B in FIG. 1).
  • the concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers in the filtered wastewater is reduced. be able to.
  • the organic matter contained in the filtered wastewater can be decomposed by the biological treatment device 40.
  • wastewater that is not filtered by the filtration device 20 and has a high concentration of difficult-to-decompose water-soluble polymers is evaporated by the evaporator 50, and the evaporated gas is condensed by the condensation device 60. Therefore, the waste water after condensation contains hardly any difficult-to-decompose water-soluble polymers. Therefore, the concentration of hardly decomposed water-soluble polymers contained in the wastewater after being treated in the biological treatment device 40 can be significantly reduced.
  • a circulation path is provided in which wastewater that has not been filtered by the filtration device 20 is repeatedly filtered by the filtration device 20. Thereby, the amount of waste water that is evaporated by the evaporator 50 and condensed by the condenser 60 can be sufficiently reduced.
  • a path for backwashing the ultrafiltration membrane provided in the filtration device 20 is provided. Thereby, deterioration of the filtering function of the filtering device 20 can be suppressed.
  • a hollow fiber membrane 22 was employed as the ultrafiltration membrane in the filtration device 20.
  • the hollow fiber membranes 22 are made of polyphenylsulfone as the main membrane material with a molecular weight cutoff of 6000, and the total membrane area on the tube side (inside the membrane) of the plurality of hollow fiber membranes 22 is 40 m2 . was set.
  • waste water is supplied to the pipe side of the hollow fiber membrane 22, and the waste water volume is 25% (5 m 3 ) at an average filtration pressure of 100 kPag and an average linear velocity of 0.6 m/s. Cross-flow filtration was performed until .
  • the filtered wastewater was sent to the biological treatment device 40.
  • the average concentration of polyvinylpyrrolidone contained in this wastewater was 625 ppm (the weight of polyvinylpyrrolidone contained was 9.375 kg).
  • backwashing was also performed by applying a backwashing pressure of 150 kPag for 1 minute once every 30 minutes.
  • the wastewater in which polyvinylpyrrolidone was concentrated without being filtered by cross-flow filtration was evaporated in an evaporator 50 with a processing capacity of 5 m 3 /day until the liquid volume became 5% (0.25 m 3 ). . More specifically, at a liquid temperature of 37° C. or lower and a pressure of 94 kPa to 97 kPa, water, an organic solvent, and a difficult-to-decompose water-soluble polymer (polyvinylpyrrolidone) were mixed until the liquid volume became 5% (20 times concentrated). ) was heated and evaporated.
  • a condensing device 60 was installed on the evaporation side, the evaporated gas was cooled by a cooling pipe and liquefied (1 m 3 /hr), and the condensed water was subjected to biological treatment.
  • the concentration of polyvinylpyrrolidone contained in the condensed water was 10 ppm (the weight of polyvinylpyrrolidone contained was 0.05 kg).
  • the biological treatment device 40 although it is difficult for the biological treatment device 40 to decompose persistent water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone, the amount of polyvinylpyrrolidone contained in the wastewater discharged from the biological treatment device 40 can be reduced to a problem level. We were able to reduce this to an absolute minimum.
  • the biological treatment device 40 performs a process of decomposing organic solvents.
  • oxidation tank organic matter ⁇ CO 2 , H 2 O, NH 4
  • nitrification tank NH 4 ⁇ NO 2 , NO 2 ⁇ NO 3
  • denitrification tank NO 2 ⁇ N 2 , NO 3 ) ⁇ N 2
  • activated sludge treatment lowers the COD of wastewater and converts NH 4 , nitrous acid, and nitric acid into N 2 to render them harmless.
  • the wastewater was passed in the following order: oxidation tank (150 m 3 ) ⁇ oxidation tank (150 m 3 ) ⁇ nitrification tank (150 m 3 ) ⁇ nitrification tank (150 m 3 ) ⁇ denitrification tank (200 m 3 ).
  • the evaporator 50 used was capable of handling a drainage volume of 20 m 3 with a capacity of 5 m 3 /day, and was able to reduce equipment installation costs and running costs during operation.
  • the second tank 30 for backwashing is provided on the flow path (path) between the filtration device 20 and the biological treatment device 40, so that the wastewater filtered by the filtration device 20 is used for backwashing.
  • the composition used as a cleaning solution is shown below.
  • the second tank 30 does not need to be provided in the flow path between the filtration device 20 and the biological treatment device 40. That is, a dedicated flow path (route) for backwashing can be independently provided. That is, the second tank 30 is provided at a position independent from the flow path between the filtration device 20 and the biological treatment device 40, and the second pump P2 and the fourth valve V4 are provided between the second tank 30 and the filtration device 20. It is also possible to adopt a configuration in which . In this case, the second tank 30 may store a liquid exclusively for cleaning. Note that even when this configuration is adopted, the operations of each pump and each valve in the backwashing process are the same as those described in the above embodiment.
  • Second tank 20 Filtration device 21: Case 21a: Inlet 21b: First outlet 21c: Second outlet 22: Hollow fiber membrane 23, 24: Sealing fixing part 30: Second tank 40: Biological treatment device 50: Evaporation device 60: Condensing device P1: First pump P2: Second pump P3: Third pump V1: First valve V2: Second valve V3: Third valve V4: Fourth valve V5: Fifth valve

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Abstract

コスト増加を抑制しつつ、排水中の難分解の水溶性高分子の量を削減することのできる排水処理システム及び排水処理方法を提供する。限外濾過膜を有し、かつ難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する濾過装置２０と、濾過装置２０により濾過されずに前記難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水を蒸発させる蒸発装置５０と、蒸発装置５０により蒸発させた気体を凝縮する凝縮装置６０と、濾過装置２０により濾過された後の排水、及び凝縮装置６０により凝縮された後の排水に含まれる有機物を分解する生物処理装置４０と、を備えることを特徴とする。

Description

排水処理システム及び排水処理方法
　本発明は、排水処理システム及び排水処理方法に関する。
　２０１５年９月の国連サミットで採択されたＳＤＧＳの具体的施策として、「全ての人々の水と衛生の利用可能性と持続可能な管理を確保する」旨があげられており、工場排水の基準順守や再利用の増加についての要求が高まっている。中国においても、２０１５年１月の法改正により、排水基準は日本よりも厳しくなっている。このように、より一層、排水処理技術を向上させることが喫緊の課題となっている。
　排水中に含まれる有機物（有機溶剤等）を除去する手法としては、活性汚泥法などの生物処理法が知られている。しかしながら、ポリビニルピロリドンなどの難分解の水溶性高分子の場合には、生物処理法では除去することは困難である。そのため、排水中に含まれる難分解の水溶性高分子を如何に除去するかが問題である。このような難分解の水溶性高分子を排水から除去するために、排水を蒸発させ、蒸発させた気体を凝縮させることで、凝縮後の液体に含まれる難分解の水溶性高分子の量を大幅に削減する技術が知られている（特許文献１参照）。
　しかしながら、大量の排水を処理する必要がある場合においては、全ての排水を蒸発するために、大型の蒸発装置が必要になるだけでなく、消費電力量も非常に大きくなり、コストも増大してしまう。
特開２０１３－７５２６９号公報
　本発明は、コスト増加を抑制しつつ、排水中の難分解の水溶性高分子の量を削減することのできる排水処理システム及び排水処理方法を提供する。
　本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
　すなわち、本発明の排水処理システムは、
　限外濾過膜を有し、かつ難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する濾過装置と、
　前記濾過装置により濾過されずに前記難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水を蒸発させる蒸発装置と、
　前記蒸発装置により蒸発させた気体を凝縮する凝縮装置と、
　前記濾過装置により濾過された後の排水、及び前記凝縮装置により凝縮された後の排水に含まれる有機物を分解する生物処理装置と、
　を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、限外濾過膜を有する濾過装置によって排水を濾過することで、濾過後の排水における難分解の水溶性高分子の濃度を低減することができる。そして、この濾過後の排水中に含まれる有機物は生物処理装置によって分解することができる。また、濾過装置により濾過されずに難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水については、蒸発装置により蒸発され、かつ、蒸発させた気体は凝縮装置により凝縮されるので、凝縮後の排水においては難分解の水溶性高分子は殆ど含まれない。従って、生物処理装置において処理された後の排水中に含まれる難分解の水溶性高分子の濃度を著しく低減することができる。また、濾過装置によって濾過されなかった排水のみを蒸発装置により蒸発させ、かつ凝縮装置により凝縮すればよいため、これらの装置を大型化する必要もなく、消費電力量も抑制することができる。
　前記濾過装置により濾過されなかった排水を繰り返し前記濾過装置により濾過する循環経路が設けられているとよい。
　これにより、蒸発装置により蒸発させ、かつ凝縮装置により凝縮する排水の量を十分に少なくすることができる。
　前記濾過装置に設けられる限外濾過膜を逆洗する経路が設けられているとよい。
　これにより、濾過装置による濾過機能の低下を抑制することができる。
　前記限外濾過膜は、分画分子量が数千以上数万以下のポリスルホン系の材料により構成されるとよい。
　本発明の排水処理方法は、
　限外濾過膜を有する濾過装置によって、難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する濾過工程と、
　前記濾過工程により濾過されずに前記難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水を蒸発させる蒸発工程と、
　前記蒸発工程により蒸発された気体を凝縮する凝縮工程と、
　前記濾過工程により濾過された後の排水、及び前記凝縮工程により凝縮された後の排水に含まれる有機物を分解する分解工程と、
　を含むことを特徴とする。
　なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
　以上説明したように、本発明によれば、コスト増加を抑制しつつ、排水中の難分解の水溶性高分子の量を削減することができる。
図１は本発明の実施例に係る排水処理システムの概略構成図である。 図２は本発明の実施例に係る濾過装置の模式的断面図である。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　（実施例）
　図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係る排水処理システム及び排水処理方法について説明する。図１は本発明の実施例に係る排水処理システムの概略構成図であり、各種装置については記号で表すなど簡略化して示している。図２は本発明の実施例に係る濾過装置の模式的断面図である。
　＜排水処理システムの構成＞
　本実施例に係る排水処理システムの構成について説明する。本実施例に係る排水処理システムは、排水を貯留する第１タンク１０と、排水を濾過する濾過装置２０と、濾過装置２０の逆洗用の第２タンク３０と、濾過された後の排水に含まれる有機物を分解する生物処理装置４０とを備えている。また、本実施例に係る排水処理システムは、濾過装置２０により濾過されなかった排水を蒸発させる蒸発装置５０と、蒸発装置５０により蒸発させた気体を凝縮する凝縮装置６０とを備えている。
　また、本実施例に係る排水処理システムは、第１ポンプＰ１と、第２ポンプＰ２と、第３ポンプＰ３とを備えている。第１ポンプＰ１は、第１タンク１０に貯留された排水を濾過装置２０に供給するために用いられる。第２ポンプＰ２は、逆洗を行う際に第２タンク３０に貯留されている液体を濾過装置２０に供給するために用いられる。第３ポンプＰ３は、濾過装置２０により濾過されなかった排水を蒸発装置５０に供給するために用いられる。
　更に、本実施例に係る排水処理システムは、第１バルブＶ１と、第２バルブＶ２と、第３バルブＶ３と、第４バルブＶ４と、第５バルブＶ５とを備えている。第１バルブＶ１は、第１ポンプＰ１と濾過装置２０との間の流路上に設けられている。第２バルブＶ２は、濾過を行う際に第１タンク１０と濾過装置２０との間で排水を循環させるための流路上に設けられている。第３バルブＶ３は、濾過装置２０と第２タンク３０との間の流路上に設けられている。第４バルブＶ４は、第２ポンプＰ２と濾過装置２０との間の流路上に設けられている。第５バルブＶ５は、第１タンク１０と第３ポンプＰ３との間の流路上に設けられている。なお、第１ポンプＰ１と第１バルブＶ１との位置関係、第２ポンプＰ２と第４バルブＶ４との位置関係、第５バルブＶ５と第３ポンプＰ３との位置関係については、排水（液体）が流れる方向に対して、上流側と下流側が逆となる配置としても構わない。
　濾過装置２０は、限外濾過膜を有し、かつ難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する装置である。濾過装置２０は、ケース２１と、ケース２１に収容される複数の中空糸膜２２と、一対の封止固定部２３，２４とを備えている。封止固定部２３，２４は、ケース２１の両端側において、各中空糸膜２２の中空内部を開放させた状態で、ケース開口部をそれぞれ封止し、かつ複数の中空糸膜２２をケース２１に固定する役割を担っている。
　ケース２１は、濾過対象の排水の入口２１ａと、複数の中空糸膜２２により濾過された後の排水の第１出口２１ｂと、濾過されなかった排水の第２出口２１ｃとを備えている。中空糸膜２２の膜の材料としては、ポリスルホン・ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンといったポリスルホン系の膜やポリフッ化ビニリデンや酢酸セルロース等を採用し得るが、耐薬品性や価格の点からポリスルホン系の膜が好ましい。限外濾過膜の分画分子量は数千以上数万以下（より具体的には、４千以上４万以下程度）で、排水中の難分解の水溶性高分子の濃度を５％以上２０％以下程度に低減できるものが好ましい。本実施例に係る濾過装置２０においては、上記の通り、中空糸膜を利用した膜モジュールを利用している。しかしながら、平膜型の膜モジュールやスパイラル型の膜モジュールを採用することもできる。ただし、膜モジュール容積あたりの膜面積が高い中空糸膜モジュールを採用するのが好適である。
　生物処理装置４０は、標準活性汚泥法、生物膜法、及び膜分離活性汚泥法などの公知技術を用いた装置を採用することができる。また、処理性能を高めるために、これらの技術に対して、オゾン処理・フェントン処理等の促進酸化法やＵｖ照射、活性炭等の吸着装置を組み合わせた装置を採用することもできる。
　蒸発装置５０と凝縮装置６０は、各種公知の技術を採用することができる。蒸発装置５０は加熱機能を有する装置であり、濾過装置２０により濾過されなかった排水を蒸発させる役割を担っている。なお、蒸発装置５０においては、省エネルギーのために減圧する構成を採用してもよいし、ヒートポンプを用いた装置を採用することもできる。また、凝縮装置６０は、蒸発された気体を液化させる役割を担っている。蒸発装置５０と凝縮装置６０については、これらを一体的に備える蒸発凝縮装置として構成されるのが一般的である。蒸発装置５０により蒸発されずに難分解の水溶性高分子の濃度が濃縮された液体については、産業廃棄物として廃棄される。なお、難分解の水溶性高分子の濃度が濃縮された液体を更に加熱して固形化したものを産業廃棄物として廃棄してもよい。
　＜排水処理方法＞
　上記のように構成される排水処理システムを用いた排水処理方法について説明する。工場等からの排水は、第１タンク１０に貯留される（図１中の矢印Ａ参照）。本実施例に係る排水処理システムにおいては、排水中に、有機溶剤等の有機物、及び、難分解の水溶性高分子が含まれている。難分解の水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ソーダー、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリウレタンを例に挙げることができる。分子量が数千以上数十万以下の難分解の水溶性高分子が対象となる。
　排水処理においては、まず、濾過装置２０によって、クロスフロー方式による濾過がなされる（濾過工程）。濾過工程においては、第１ポンプＰ１がオンとなり、第２ポンプＰ２と第３ポンプＰ３はオフとなり、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２と第３バルブＶ３は開いた状態となり、第４バルブＶ４と第５バルブＶ５は閉じた状態となる。これにより、第１タンク１０内の排水は、第１ポンプＰ１及び第１バルブＶ１を通って濾過装置２０に供給され、その後、第２バルブＶ２を通って第１タンク１０に戻り、再び、濾過装置２０に向かって流れるように循環する。そして、濾過装置２０により濾過された後の排水は、第３バルブＶ３及び第２タンク３０を通って生物処理装置４０へと送られる。なお、濾過後の排水の一部は第２タンク３０に溜められる。
　図２（ａ）は、濾過工程における濾過装置２０内の排水の流れ方を矢印にて示している。図示のように、濾過対象の排水は、入口２１ａからケース２１に入り、中空糸膜２２の中空内部を通って流れていく。そして、中空糸膜２２の中空内部から膜外に流れることで濾過された排水は第１出口２１ｂを通って第３バルブＶ３を経由して生物処理装置４０へと送られる。また、中空糸膜２２により濾過されることなく、中空内部をそのまま流れた排水は、第２出口２１ｃから出ていき、第２バルブＶ２を経由して第１タンク１０に戻される。
　濾過装置２０（限外濾過膜）により濾過されなかった排水は、上記のように循環経路を循環する。これにより、循環する排水においては、限外濾過膜によって濾過されない難分解の水溶性高分子等の濃度が徐々に増していく。限外濾過膜による濾過においては、供給側の難分解の水溶性高分子等の濃度が高まると、透過される液体中の難分解の水溶性高分子等の濃度も高くなってしまう。そのため、供給側の難分解の水溶性高分子等の濃度が所定量を超えないうちに濾過を停止する必要がある。例えば、予め濃度の閾値を設定しておき、ＣＯＤ計、ＴＯＣ計、ＵＶ計、赤外吸収スペクトルを測定する装置等を用いて濃度を測定し、測定値が閾値に達したら濾過を停止するとよい。
　濾過を停止した後に、蒸発装置５０による蒸発工程、及び凝縮装置６０による凝縮工程が行われる。これらの工程においては、第３ポンプＰ３がオンとなり、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２はオフとなり、第５バルブＶ５は開いた状態となり、その他のバルブ（第１～第４バルブ）は閉じた状態となる。これにより、難分解の水溶性高分子等の濃度が高くなった排水は、第５バルブＶ５及び第３ポンプＰ３を通って蒸発装置５０に供給され、蒸発装置５０により蒸発する。そして、蒸発後の気体は凝縮装置６０によって凝縮され、凝縮された排水は生物処理装置４０に送られる。蒸発装置５０により蒸発されずに難分解の水溶性高分子の濃度が濃縮された液体は、蒸発装置５０から排出される（図１中の矢印Ｃ参照）。この濃縮された液体、または、濃縮された液体が更に加熱されて固形化したものについては、上記の通り、産業廃棄物として廃棄される。
　本実施例においては、濾過装置２０による濾過機能を安定的に発揮させるために、適時、逆洗を行う構成を採用している。逆洗工程においては、第２ポンプＰ２がオンとなり、第１ポンプＰ１と第３ポンプＰ３はオフとなり、第２バルブＶ２と第４バルブＶ４は開いた状態となり、第１バルブＶ１と第３バルブＶ３と第５バルブＶ５は閉じた状態となる。これにより、第２タンク３０に溜められた液体（濾過装置２０により濾過済みの液体）は第２ポンプＰ２及び第４バルブＶ４を通って濾過装置２０に供給される。
　図２（ｂ）は、逆洗工程における濾過装置２０内の排水の流れ方を矢印にて示している。図示のように、濾過装置２０に供給された液体は、第１出口２１ｂからケース２１に入り、中空糸膜２２の膜外から中空内部に流れていき、第２出口２１ｃから出て、第２バルブＶ２を経由して第１タンク１０へと戻される。そして、中空糸膜２２の膜外から膜内（中空内部）に液体が流れることで、中空糸膜２２の膜の内側に付着する難分解の水溶性高分子等が剥がされる。これにより、中空糸膜２２が洗浄されて、中空糸膜２２による濾過機能が回復する。以上のように、本実施例に係る排水処理システムにおいては、濾過装置２０に設けられる限外濾過膜を逆洗する経路が設けられている。なお、薬品を用いて中空糸膜２２を洗浄してもよい。
　上記の濾過工程（濾過装置２０）により濾過された後の排水、及び凝縮工程（凝縮装置６０）により凝縮された後の排水に含まれる有機物は、生物処理装置４０により分解される（分解工程）。そして、有機物が分解された後の排水は、生物処理装置４０から排出される（図１中の矢印Ｂ参照）。
　＜本実施例に係る排水処理システム及び排水処理方法の優れた点＞
　本実施例に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、限外濾過膜を有する濾過装置２０によって排水を濾過することで、濾過後の排水における難分解の水溶性高分子の濃度を低減することができる。そして、この濾過後の排水中に含まれる有機物は生物処理装置４０によって分解することができる。また、濾過装置２０により濾過されずに難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水については、蒸発装置５０により蒸発され、かつ、蒸発させた気体は凝縮装置６０により凝縮される。そのため、凝縮後の排水においては難分解の水溶性高分子は殆ど含まれない。従って、生物処理装置４０において処理された後の排水中に含まれる難分解の水溶性高分子の濃度を著しく低減することができる。
　また、濾過装置２０によって濾過されなかった排水のみを蒸発装置５０により蒸発させ、かつ凝縮装置６０により凝縮すればよいため、これらの装置を大型化する必要もなく、消費電力量も抑制することができる。
　また、本実施例においては、濾過装置２０により濾過されなかった排水を繰り返し濾過装置２０により濾過する循環経路が設けられている。これにより、蒸発装置５０により蒸発させ、かつ凝縮装置６０により凝縮する排水の量を十分に少なくすることができる。
　更に、本実施例においては、濾過装置２０に設けられる限外濾過膜を逆洗する経路が設けられている。これにより、濾過装置２０による濾過機能の低下を抑制することができる。
　なお、生物処理装置で処理された排水を中空糸膜などを利用して濾過する技術も知られている。この場合、中空糸膜の膜表面に微生物等が堆積してしまう課題がある。これに対して、本実施例に係る排水処理システムの場合には、生物処理装置４０よりも上流側に濾過装置２０が設けられているので、そのような課題は発生しない。
　以下、本実施例に係る排水処理システム及び排水処理方法を用いて排水処理を行った実験結果について説明する。第１タンク１０には、難分解性の水溶性高分子であるポリビニルピロリドンを５０００ｐｐｍ含む排水２０ｍ３（ポリビニルピロリドンの総重量で１００ｋｇ）が貯留され、以下の排水処理がなされた。
　濾過装置２０における限外濾過膜として、中空糸膜２２が採用された。中空糸膜２２は、ポリフェニルスルホンを膜素材の主材とする分画分子量６０００の材料が採用され、複数の中空糸膜２２の管側（膜内側）の総膜面積が４０ｍ２となるように設定された。以上のように構成される濾過装置２０に対して、中空糸膜２２の管側に排水が供給され、平均濾過圧１００ｋＰａｇ、平均線速０．６ｍ／ｓで排水量が２５％量（５ｍ３）になるまでクロスフロー濾過が行われた。濾過後の排水は生物処理装置４０に流された。この排水に含まれるポリビニルピロリドンの平均濃度は６２５ｐｐｍ（含まれるポリビニルピロリドンの重量は９．３７５ｋｇ）であった。
　濾過装置２０における濾過機能を安定的に維持するために、３０分に１回１５０ｋＰａｇの逆洗圧力を１分印可することで、逆洗も行われた。
　クロスフロー濾過により、濾過されることなくポリビニルピロリドンが濃縮された排水を処理能力５ｍ３／日の蒸発装置５０で、液量が５％量（０．２５ｍ３）になるまで蒸発処理がなされた。より具体的には、液温を３７℃以下、圧力を９４ｋＰａ～９７ｋＰａとして、液量が５％量（２０倍に濃縮）になるまで水、有機溶剤、難分解の水溶性高分子（ポリビニルピロリドン）からなる排水が加熱され蒸発された。
　蒸発側には凝縮装置６０が設置され、蒸発された気体は冷却管で冷却されて液化（１ｍ３／ｈｒ）され、凝縮水は生物処理された。凝縮水に含まれるポリビニルピロリドンの濃度は１０ｐｐｍ（含まれるポリビニルピロリドンの重量は０．０５ｋｇ）であった。
　以上のように、生物処理装置４０に送られる排水中に含まれるポリビニルピロリドンの量の合計は、９．３７５ｋｇ＋０．０５ｋｇ＝９．４２５ｋｇ（濃度換算で４７７ｐｐｍ）であり、処理前の９．５％と著しく低下させることができた。これにより、生物処理装置４０では、ポリビニルピロリドンのような難分解性の水溶性高分子を分解することは困難なものの、生物処理装置４０から排出させる排水中に含まれるポリビニルピロリドンの量を問題のない程度まで低減させることができた。
　生物処理装置４０では、有機溶剤を分解する処理が行われる。例えば、生物処理槽では、酸化槽（有機物→ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ４）→硝化槽（ＮＨ４→ＮＯ２、ＮＯ２→ＮＯ３）→脱窒槽（ＮＯ２→Ｎ２、ＮＯ３→Ｎ２）による活性汚泥処理によって、排水のＣＯＤを低下させ、ＮＨ４、亜硝酸、硝酸をＮ２にし、無害化する処理が行われる。
　上記の実験では、排水は、酸化槽（１５０ｍ３）→酸化槽（１５０ｍ３）→硝化槽（１５０ｍ３）→硝化槽（１５０ｍ３）→脱窒槽（２００ｍ３）の順に通された。
　この実験において、使用する蒸発装置５０は、排水量の２０ｍ３に対して、５ｍ３／日の設備で対応でき、設備導入費用と運転時のランニングコストを低減することができた。
　なお、難分解性の水溶性高分子であるポリビニルピロリドンを５０００ｐｐｍ含む排水２０ｍ３（ポリビニルピロリドンの総重量で１００ｋｇ）を生物処理装置４０にそのまま流入した場合には、生物処理で安定的に排水処理できないことが確認できた。
　（その他）
　上記実施例では、逆洗用の第２タンク３０が濾過装置２０と生物処理装置４０との間の流路（経路）上に設けられることで、濾過装置２０により濾過された排水を逆洗用の洗浄液として用いる構成を示した。しかしながら、第２タンク３０については、濾過装置２０と生物処理装置４０との間の流路に設けなくても構わない。すなわち、逆洗用の専用の流路（経路）を独立して設けることもできる。つまり、第２タンク３０を濾過装置２０と生物処理装置４０との間の流路から独立した位置に設けて、第２タンク３０と濾過装置２０との間に第２ポンプＰ２と第４バルブＶ４を設ける構成を採用してもよい。この場合には、第２タンク３０には洗浄専用の液体を貯留しておけばよい。なお、この構成を採用した場合でも、逆洗工程における各ポンプと各バルブの動作については、上記実施例で説明した場合と同様である。
　１０：第１タンク
　２０：濾過装置
　２１：ケース
　２１ａ：入口
　２１ｂ：第１出口
　２１ｃ：第２出口
　２２：中空糸膜
　２３，２４：封止固定部
　３０：第２タンク
　４０：生物処理装置
　５０：蒸発装置
　６０：凝縮装置
　Ｐ１：第１ポンプ
　Ｐ２：第２ポンプ
　Ｐ３：第３ポンプ
　Ｖ１：第１バルブ
　Ｖ２：第２バルブ
　Ｖ３：第３バルブ
　Ｖ４：第４バルブ
　Ｖ５：第５バルブ

Claims (5)

  1. 　限外濾過膜を有し、かつ難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する濾過装置と、
    　前記濾過装置により濾過されずに前記難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水を蒸発させる蒸発装置と、
    　前記蒸発装置により蒸発させた気体を凝縮する凝縮装置と、
    　前記濾過装置により濾過された後の排水、及び前記凝縮装置により凝縮された後の排水に含まれる有機物を分解する生物処理装置と、
    　を備えることを特徴とする排水処理システム。
  2. 　前記濾過装置により濾過されなかった排水を繰り返し前記濾過装置により濾過する循環経路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理システム。
  3. 　前記濾過装置に設けられる限外濾過膜を逆洗する経路が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理システム。
  4. 　前記限外濾過膜は、分画分子量が数千以上数万以下のポリスルホン系の材料により構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の排水処理システム。
  5. 　限外濾過膜を有する濾過装置によって、難分解の水溶性高分子を含む排水をクロスフロー方式により濾過する濾過工程と、
    　前記濾過工程により濾過されずに前記難分解の水溶性高分子の濃度が高くなった排水を蒸発させる蒸発工程と、
    　前記蒸発工程により蒸発された気体を凝縮する凝縮工程と、
    　前記濾過工程により濾過された後の排水、及び前記凝縮工程により凝縮された後の排水に含まれる有機物を分解する分解工程と、
    　を含むことを特徴とする排水処理方法。
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