JP2010017614A - 有機性排水の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生物処理水を固液分離し、分離水をＲＯ膜で脱塩処理して水回収を図る有機性排水の処理において、微生物自体及び微生物が産生した粘質物等によるＲＯ膜の目詰まりを防止して、膜フラックスを長期に亘り安定に維持する。
【解決手段】有機性排水を嫌気性消化槽１でメタン発酵処理し、処理水をＵＦ膜分離装置２で固液分離し、分離水をＲＯ膜分離装置３で脱塩処理するに当たり、ＵＦ膜分離装置２の濃縮水を嫌気性消化槽１に返送する。ＲＯ膜の膜面に付着して目詰まりを生じさせる高分子成分が、ＵＦ膜により分離されて嫌気性消化槽１に循環され、嫌気性条件下で滞留時間を長く保つことで、嫌気性微生物により分解除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水を嫌気性消化処理する方法及び装置に関し、特に、排水を嫌気性消化処理して純水製造用の原料として利用する有機性排水の処理方法及び装置に関する。

半導体製造、液晶製造等の電子産業工場のように、純水を使用してその排水を排出する設備では、モノエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどの、プロセス工程で洗浄剤、剥離剤などとして使用される有機物を含む排水を生物処理し、その処理水を純水製造の原料として用いる水回収が進んでいる。生物処理水を純水製造に再利用する場合、処理水を固液分離処理して微生物体を分離した後、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）。

しかし、生物処理水の固液分離水をＲＯ膜分離処理すると、微生物自体及び微生物から産生した粘質物等が膜面に付着して、ＲＯ膜の目詰まりを生じる傾向があり、このため、経時による膜のフラックス（透過流束）の低下の問題がある。この微生物が産生する粘質物は、高分子有機物を主体とした難生物分解性成分であると言われている。

なお、特許文献２には、嫌気性消化処理液を限外濾過（ＵＦ）装置で濾過して得られる濾液を２次処理工程に送ると記載されているが、通常、この２次処理工程とは、好気性生物処理をさすものであり、例えば、特許文献３では、嫌気性生物処理液を固液分離した分離水を好気性生物処理している。また、特許文献１では、好気性生物処理液を濾過装置で濾過した後ＲＯ膜分離装置で脱塩処理しているが、このＲＯ膜分離装置の前段で嫌気性生物処理と好気性生物処理とを行うため、ＲＯ膜の膜フラックスの低下を抑制できると記載されている。
特開２００７−１７５５８２号公報 特公平３−１８９５５号公報 特開平１１−１５６３９２号公報

本発明は、生物処理水を固液分離して分離水をＲＯ膜で脱塩処理することにより水回収を図る有機性排水の処理において、微生物自体及び微生物が産生した粘質物等によるＲＯ膜の目詰まりを防止して、膜フラックスを長期に亘り安定に維持する有機性排水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、生物処理水をＵＦ膜分離処理して得られる分離水をＲＯ膜分離処理する際、ＲＯ膜の膜面に付着して目詰まりを生じさせる高分子成分が、ＵＦ膜による固液分離により生物処理槽内に留まり、また、嫌気性条件下で滞留時間を長く（例えば、５０日以上）保つことで、嫌気性微生物により分解されること、従って、ＵＦ膜濃縮水を嫌気性消化工程に返送して循環処理することにより、この高分子成分を分解してその系内濃度を低減し、このような高分子成分によるＲＯ膜の目詰まりを防止することができることを見出した。

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］ 有機性排水をメタン発酵処理する嫌気性消化工程と、該嫌気性消化工程の処理水を限外濾過膜分離処理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好気性生物処理することなく逆浸透膜分離処理する脱塩工程とを有する有機性排水の処理方法において、前記固液分離工程で分離された濃縮水を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程を有することを特徴とする有機性排水の処理方法。

［２］ ［１］において、前記有機性排水がモノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むことを特徴とする有機性排水の処理方法。

［３］ ［１］又は［２］において、前記限外濾過膜の分画分子量が２０万ダルトン以下であることを特徴とする有機性排水の処理方法。

［４］ 有機性排水をメタン発酵処理する嫌気性消化槽と、該嫌気性消化槽の処理水を固液分離する限外濾過膜分離装置と、該限外濾過膜分離装置で分離された分離水を好気性生物処理することなく脱塩処理する逆浸透膜分離装置とを有する有機性排水の処理装置において、前記限外濾過膜分離装置で分離された濃縮水を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段を有することを特徴とする有機性排水の処理装置。

［５］ ［４］において、前記有機性排水がモノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むことを特徴とする有機性排水の処理装置。

［６］ ［４］又は［５］において、前記限外濾過膜の分画分子量が２０万ダルトン以下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、生物処理水を固液分離して分離水をＲＯ膜で脱塩処理することにより水回収を図る有機性排水の処理において、ＲＯ膜の目詰まりの原因となる微生物自体及び微生物が産生した粘質物等の高分子成分を、ＵＦ膜で分離し、この高分子成分を含む濃縮水を嫌気性消化工程（槽）に返送して循環処理することにより、嫌気性消化工程（槽）での滞留時間を極めて長くすることができる。これにより、嫌気性消化工程（槽）において、このような遅生物分解性の高分子成分をも分解し得る微生物が馴養され、この遅生物分解性の高分子成分が嫌気性消化工程（槽）で分解されるようになり、ＲＯ膜の目詰まりが防止され、ＲＯ膜の膜フラックスを長期に亘り安定に維持することができるようになる。

ＲＯ膜の目詰まりを生じさせる高分子成分は、電子産業の工場排水のようなモノエタノールアミンやテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む排水を原水とする場合に生成し易い。このため、本発明はモノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む有機性排水の処理に有効である（請求項２，５）。

また、ＲＯ膜の目詰まりを生じさせる高分子成分は、分子量３０〜１００万ダルトンの高分子有機物と推定され、従って、ＵＦ膜として分画分子量２０万ダルトン以下のものを用いることにより、これらの高分子成分をＵＦ膜で確実に分離濃縮することができる。

本発明によれば、半導体製造、液晶製造等の電子産業工場のように、純水を使用してその排水を排出する設備において、排出された有機物を含む排水を生物処理し、その処理水を効率的に水回収して純水製造の原料として用いることができる。

以下に、図面を参照して本発明の有機性排水の処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の有機性排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。
本発明においては、図１に示す如く、有機性排水を原水として、嫌気性消化槽１で原水をメタン発酵処理し、処理水をＵＦ膜分離装置２で固液分離し、分離水をＲＯ膜分離装置で脱塩処理して、透過水を処理水として取り出す有機性排水の処理に当たり、ＵＦ膜分離装置２の濃縮水の一部又は全部を嫌気性消化槽１に返送して循環処理する。

本発明において、原水として処理する有機性排水の性状は特に限定されるものではないが、前述の如く、ＲＯ膜の目詰まりを生じさせる高分子成分は、モノエタノールアミンやテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む排水を原水とする場合に生成し易い。このため、本発明は、半導体製造、液晶製造等の電子産業工場等で排出されるモノエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどプロセス工程で洗浄剤、剥離剤などとして使用される有機物を含む排水を原水として処理する場合に有効である。例えば、モノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを５０〜１，０００ｍｇ／Ｌ程度含む、ＴＯＣ３０〜５００ｍｇ／Ｌ程度の有機性排水の処理に有効である。

このような原水は、嫌気性消化槽１内でメタン生成菌群を主体とする嫌気性生物処理でメタン発酵処理されて有機物が除去される。嫌気性消化槽１でのメタン発酵処理は、槽内液の温度が１５℃以上４０℃以下となるような条件で行えば、微生物が高分子有機物を生成した場合でもその９０％程度が分解されるため、好ましい。また、槽内液のｐＨを６以上９以下とすることにより、微生物が生成した高分子有機物の９０％程度が分解されるため、好ましい。

嫌気性消化槽１からの処理水には微生物が含まれるため、ＵＦ膜分離装置２で固液分離した後、固形分が除去された水（分離水）をＲＯ膜分離装置３で脱塩処理し、処理水（ＲＯ膜透過水）は、純水原料等として取り出される。

本発明において、ＵＦ膜分離装置２のＵＦ膜としては、分画分子量２０万ダルトン以下のものを用いることが好ましい。即ち、ＲＯ膜の目詰まりを生じさせる高分子成分は、分子量３０〜１００万ダルトンの高分子有機物と推定され、従って、ＵＦ膜として分画分子量２０万ダルトン以下のものを用いることにより、これらの高分子成分をＵＦ膜で確実に分離濃縮することができる。なお、このＵＦ膜の分画分子量が過度に小さいと、分離水量が著しく減少し、必要な膜面積が増加したり、吸引ポンプなどの膜分離における消費エネルギーが増加して経済的でないため、ＵＦ膜の分画分子量は３，０００〜２０万ダルトンとすることが好ましい。

ＵＦ膜分離装置２のモジュール形式は特に限定されないが、嫌気性消化槽１から送液される汚泥がＵＦ膜分離装置２の内部で閉塞又は滞留しにくいように構成されていることが好ましく、例えばチューブラ形式や平膜形式を好適に使用できる。また、嫌気性消化槽１の処理水中の液分と固形分とを分離するＵＦ膜は、本実施形態のように嫌気性消化槽１外に設ける、いわゆる槽外型とすれば膜面流速のコントロールが容易であるため、膜面の汚れ防止の観点から好ましい。

なお、ＵＦ膜分離装置２には図示しないガス排管が接続されており、嫌気性消化槽１からの処理水と共に生成ガスがＵＦ膜分離装置２に送られる。このガスは、ＵＦ膜分離装置２内の被処理水流路に沿って移動しながら分離膜を曝気洗浄する。

本発明では、このＵＦ膜分離装置１で分離された濃縮水は、嫌気性消化槽１に返送される。

なお、嫌気性消化槽１におけるメタン生成菌群は好気性微生物に比べて増殖速度が遅いが、このように濃縮水の返送を行って嫌気性消化槽１内の汚泥（ＭＬＳＳ）濃度を６，０００〜１５，０００ｍｇ／Ｌ程度に維持し、嫌気性消化槽１の水理学的滞留時間を２〜８時間程度にすることにより、好気性の活性汚泥による好気性生物処理を行う場合と同程度の分解速度を得ることができると共に、ＲＯ膜の目詰まりの原因となる遅生物分解性の高分子成分をも分解除去することが可能となる。この嫌気性消化槽１からは、図示しない排泥管を介して適宜、余剰汚泥を引き抜くことにより、嫌気性消化槽１内の汚泥濃度を調整する。

ＵＦ膜分離装置２の分離水を脱塩処理するＲＯ膜分離装置３の分離膜には特に制限はなく、平膜、チューブラ、スパイラルなど任意の膜形式のものを用いることができる。

このＲＯ膜分離装置３で処理され、塩類が除去された透過水は処理水として取り出される。この処理水は、純水製造用の原水等として利用できる。具体的には、ＲＯ膜分離装置３の後段に脱炭酸装置やイオン交換装置、紫外線殺菌装置等の純水製造装置を構成する機器類を配置し、これら機器類を用いてＲＯ膜分離装置３から取り出した透過水を処理することで純水が製造できる。

ＲＯ膜分離装置３から排出される、塩類が濃縮された濃縮水は系外へ排出される。

本発明では、ＵＦ膜分離装置でメタン発酵処理水を固液分離し、分離された濃縮水を循環処理することにより、ＲＯ膜の目詰まりの原因となる高分子成分のＲＯ膜分離装置への流入をＵＦ膜で阻止すると共に、これを嫌気性消化槽で分解除去してこの高分子成分の系内蓄積を防止する。これにより、ＲＯ膜の膜フラックスを高く維持して長期に亘り安定かつ効率的な処理を行える。

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。

［実施例１］
以下水質の有機性排水を原水として、図１に示す本発明の有機性排水の処理装置により処理を行った。

＜原水水質＞
ＴＯＣ：２００ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ：７０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｐ：１．０ｍｇ／Ｌ
有機物の組成：
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド：１００ｍｇ／Ｌ
モノエタノールアミン：２５０ｍｇ／Ｌ
ジエチレングリコールモノブチルエーテル：１００ｍｇ／Ｌ

嫌気性消化槽（実容量１ｍ^３）の温度は３５℃、ｐＨは７．５、水理学的滞留時間は６時間とした。この嫌気性消化槽は、下水汚泥を種汚泥として６ヶ月馴養し、槽内ＭＬＳＳ１２，０００ｍｇ／Ｌを維持するように汚泥を引き抜いた。

ＵＦ膜分離装置には、平膜形式のＵＦ膜（ポリフッ化ビニリデン製、分画分子量：２０万ダルトン、膜面積：２０ｍ^２）を配置し、嫌気性消化槽からの処理水を槽内のガスとともに流入させ、濃縮水とガスは嫌気性消化槽に返送した。循環ガス量は１００ｍ^３／日（５ｍ^３／ｍ^２・日）、透過水量（フラックス）は０．３ｍ／日とした。

［比較例１］
ＵＦ膜分離装置に平膜形式のＭＦ膜（ポリフッ化ビニリデン製、孔径：０．４０μｍ、膜面積：２０ｍ^２）を配置した以外は、実施例１と同様の条件で運転を行った。

上記条件で３０日間処理を行ったところ、ＵＦ膜分離装置から得られた分離水の平均ＴＯＣ濃度は、実施例１で３．２ｍｇ／Ｌ（除去率９８％）、比較例１で５．７ｍｇ／Ｌ（除去率９７％）であった。

また、各ＵＦ膜分離装置の分離水をＲＯ膜分離装置（ＲＯ膜として全芳香族ポリアミド系の超低圧膜を備えたスパイラル式のもの）により７５０ｋＰａで脱塩処理したところ、２０時間経過後の透過水量は、実施例１では通水開始時の９０％を維持していたのに対し、比較例１では４０％まで低下した。

また、ＵＦ膜分離装置の分離水及びこの分離水を孔径の異なるフィルターにより濾過した濾液についてＴＯＣを分析したところ、表１に示すように、実施例１では、フィルター濾過したものも濾過しないものもＴＯＣ濃度は変わらないことから、比較例１で見られた高分子成分が実施例１では存在しないことが確認された。

また、実施例１における嫌気性消化槽内の溶解性ＴＯＣ濃度は１２０〜１４０ｍｇ／Ｌで安定しており、ＵＦ膜を通過しない高分子成分は嫌気性消化槽内で分解され、槽内に蓄積することはなかった。

以上の結果から、本発明によれば、生物処理水をＲＯ膜で脱塩して水回収する際に、ＲＯ膜の目詰まりを生じさせる高分子成分を減少させて、効率的な水回収を行うことができることが分かる。

本発明の有機性排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１ 嫌気性消化槽
２ ＵＦ膜分離装置
３ ＲＯ膜分離装置

Claims (6)

1. 有機性排水をメタン発酵処理する嫌気性消化工程と、
   該嫌気性消化工程の処理水を限外濾過膜分離処理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好気性生物処理することなく逆浸透膜分離処理する脱塩工程とを有する有機性排水の処理方法において、
   前記固液分離工程で分離された濃縮水を前記嫌気性消化工程に返送する返送工程を有することを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 請求項１において、前記有機性排水がモノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むことを特徴とする有機性排水の処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記限外濾過膜の分画分子量が２０万ダルトン以下であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
4. 有機性排水をメタン発酵処理する嫌気性消化槽と、
   該嫌気性消化槽の処理水を固液分離する限外濾過膜分離装置と、
   該限外濾過膜分離装置で分離された分離水を好気性生物処理することなく脱塩処理する逆浸透膜分離装置とを有する有機性排水の処理装置において、
   前記限外濾過膜分離装置で分離された濃縮水を前記嫌気性消化槽に返送する返送手段を有することを特徴とする有機性排水の処理装置。
5. 請求項４において、前記有機性排水がモノエタノールアミン及び／又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むことを特徴とする有機性排水の処理装置。
6. 請求項４又は５において、前記限外濾過膜の分画分子量が２０万ダルトン以下であることを特徴とする有機性排水の処理装置。

Images