(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ汚泥が上部から導入されると共に、このアルカリ汚泥により嫌気汚泥ゾーンが形成され、かつ、酸排水が下部に設置された下部流入管から導入されると共に撹拌動力部の無い主処理槽によって、上記下部流入管から上記嫌気汚泥ゾーンに向けて上記酸排水を上向きに流出させて、上記酸排水を撹拌動力無しで上記アルカリ汚泥で中和することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記アルカリ汚泥が未反応の薬品を含んでいることを特徴とする排水処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記酸排水がフッ素排水であり、上記未反応の薬品がカルシウム剤であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の排水処理方法において、
上記カルシウム剤が消石灰であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記酸排水がフッ素排水であり、上記未反応の薬品が消石灰と凝集剤であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の排水処理方法において、
上記凝集剤がポリ塩化アルミニウムまたは硫酸アルミニウム(硫酸バンド)または高分子凝集剤であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記アルカリ汚泥が返送汚泥であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項８】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記アルカリ汚泥がシリコンを含有していることを特徴とする排水処理方法。
【請求項９】
上部からアルカリ汚泥が導入され、かつ、下部から酸排水が導入されると共に、撹拌動力部の無い主処理槽を備え、
上記主処理槽は、
上記アルカリ汚泥により形成された嫌気汚泥ゾーンと、
上記下部に設置されていると共に上記酸排水を上記嫌気汚泥ゾーンに向けて上向きに流出させる下部流入管とを有し、
上記主処理槽で上記酸排水を処理することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の排水処理装置において、
フッ素排水が導入される導入槽と、
上記主処理槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入され、固液分離できる上記沈澱槽とを備え、
上記主処理槽は、
上記沈殿槽からのアルカリ汚泥としての返送汚泥と別系統の処理設備からのシリコン汚泥とが導入される上部と、上記導入槽からの酸排水としてのフッ素排水が導入される下部とを有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の排水処理装置において、
フッ素排水が導入される導入槽と、
上記主処理槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入され、固液分離する沈澱槽と、
上記沈澱槽からの沈降汚泥を濃縮する濃縮槽とを備え、
上記主処理槽は、
上記濃縮槽からのアルカリ汚泥としての返送汚泥と別系統の処理設備からのシリコン汚泥が導入される上部と、上記導入槽からの酸排水としてのフッ素排水が導入される下部とを有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の排水処理装置において、
上記シリコン汚泥は、シリコン排水を凝集沈澱または膜分離することで得られた別系統の処理設備からのシリコン汚泥であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の排水処理装置において、
上記主処理槽の上部に濃縮槽からの返送汚泥に加えて沈澱槽からの返送汚泥が導入されることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の排水処理装置において、
有機塩素化合物を含む地下水とフッ素排水とを混合する導入槽から、上記主処理槽に排水を導入することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の排水処理装置において、
炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、上記炭酸カルシウム鉱物と処理水とを分離する分離部を有し、上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上部から導入されると共に下部から酸排水としての有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される主処理槽としての嫌気槽と、
炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、上記炭酸カルシウム鉱物と処理水とを分離する分離部を有し、上記嫌気槽からの排水が導入されると共にシリコン汚泥と返送汚泥が導入される好気槽とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の排水処理装置において、
上記フッ素排水が含有する有機物が生物分解性の悪い界面活性剤であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の排水処理装置において、
上記主処理槽の上部からシリコン汚泥が導入され、
上記シリコン汚泥が、磁石を有する凝集沈澱装置または磁石を有する膜分離装置によって、シリコン排水を処理して得られるシリコン汚泥であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の排水処理装置において、
上記膜分離装置が限外濾過膜で構成されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１９】
請求項９に記載の排水処理装置において、
嫌気汚泥ゾーンをなす上部と、炭酸カルシウム鉱物を充填した下部とを有し、上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上記上部から導入されると共に上記下部から酸排水としての有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される主処理槽としての嫌気槽と、
好気汚泥ゾーンをなす上部と、炭酸カルシウム鉱物が充填された下部とを有し、上記嫌気槽からの排水が導入されると共にシリコン汚泥と返送汚泥とが導入される好気槽とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の排水処理装置において、
上記嫌気槽上部の嫌気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウム及び微生物を含む汚泥であり、
上記好気槽上部の好気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウム及び微生物を含む汚泥であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の排水処理装置において、
上記排水が、最初に嫌気槽、続いて好気槽に導入されるように構成されており、
上記嫌気槽における嫌気汚泥ゾーンの微生物が嫌気性の微生物であり、
上記好気槽における好気汚泥ゾーンの微生物が好気性の微生物であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２２】
請求項９に記載の排水処理装置において、
有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される導入槽と、
上記導入槽からの排水が下部から導入され、かつ上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上部から導入され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されている上記主処理槽としての嫌気槽と、
上記嫌気槽からの排水が導入され、かつ返送汚泥が導入され、かつシリコン汚泥が導入混合され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、撹拌手段を有している好気槽と、
上記好気槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、かつ高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入される沈澱槽と、
上記沈殿槽での沈澱物が導入される濃縮槽とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の排水処理装置において、
上記沈殿槽上部の処理水を上記嫌気槽の中間部に返送することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の排水処理装置において、
上記導入槽に有機塩素化合物を含む地下水を導入してフッ素排水と混合して処理することを特徴とする排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、例えば、半導体工場から排水されるシリコン排水から確保できるシリコン汚泥を別系統の排水処理設備であるフッ素排水の処理に有効に利用する排水処理方法および排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体工場では、シリコンウェハを研磨した後に、シリコンウェハを水洗浄するので、シリコン粒子を含むシリコン排水が存在している。
【０００３】
シリコン排水は、シリコン粒子を分離した後の処理水は水質がよいので、そのまま放流するか、または超純水製造設備の原水として再利用するかしていた。
【０００４】
一方、分離後のシリコンは、集合体としてのシリコン汚泥となり、フィルタープレス等の脱水機によって脱水された後、埋め立て等による場外処分をしていた。
ところで、従来技術として特許公報第２７２０８３０号が開示されている。この従来例は、水酸化カルシウム水溶液にシリコン粒子を懸濁した懸濁液からシリコン粒子を回収し、このシリコン粒子を活性汚泥と混合して活性汚泥の沈降性を増加させている。
【０００５】
一方、フッ素排水は、消石灰や炭酸カルシウム鉱物等のカルシウム剤を添加して、撹拌機や空気撹拌等の撹拌手段によって、排水中のフッ素とカルシウム剤中のカルシウムを化学反応させて排水処理していた。
【０００６】
従来は、排水処理における中和反応や、フッ素排水の処理における化学反応の場合、必ず撹拌手段を有していた。従来、省エネルギー対策を徹底的に実施する必要のない時代には、撹拌手段で使用する電気代はさほど問題とならなかったのである。すなわち、従来は、フッ素の処理をはじめとして、排水の反応処理を行うときには、必ず撹拌を行っていた。
【０００７】
従来の排水処理方法の一つを、図１(Ｂ)に示す。この従来例は、酸排水を導入槽１からポンプ２で中和槽４６に導入し、苛性ソーダ等のアルカリ剤を添加して急速撹拌機１８の動力によって撹拌して中和するものである。
【０００８】
また、今一つの従来例を、図１(Ｃ)に示す。この従来例は、酸排水を導入槽１からポンプ２で中和槽４６に導入して、苛性ソーダ等のアルカリ剤を添加してブロワー１４から発生する空気を散気管２２より吐出させて、空気撹拌によって中和する排水処理方法である。
【０００９】
ところで、半導体工場から排水されるフッ素排水には、主成分としてのフッ酸の他、硝酸,アンモニア水,リン酸,過酸化水素,有機物,有機物としての界面活性剤等の各種の成分が混合されており、それらも同時に処理する必要がある。
【００１０】
また、上記界面活性剤の一部が環境ホルモンになる可能性があるとの報告もあり、確実なる処理が求められている。
【００１１】
さらに、上記硝酸,アンモニア水,リン酸に起因する窒素とリンは、富栄養化の原因物質と言われ、海域で発生する赤潮の観点から、窒素とリンを処理する必要があるが、一般的な脱窒設備や脱リン設備では、イニシャルコストとランニングコストが高い。
【００１２】
また、最近、既存工場における有機塩素化合物の地下水汚染の問題がクローズアップされている。一般に、有機塩素化合物を含む地下水は汲み上げられ、曝気されて気化された有機塩素化合物を活性炭に吸着している。また、他の方法としては、有機塩素化合物を紫外線照射によって分解する方法や、金属表面に接触させることによって脱塩素化する方法，微生物処理する方法(バイオレメディエーション)がある。
【００１３】
また、もう１つの従来の有機塩素化合物の処理方法が、特開平１０−１１３６７９に開示されている。この従来の方法は、汚染環境にシリコンを添加して、四塩化炭素,テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物である汚染物質の脱塩素化反応を促進し、有機塩素化合物を分解するものである。
【００１４】
次に、具体的な図を参照して、従来技術をより詳細に説明する。
【００１５】
図１９に示す第１従来例のシリコン排水の処理方法では、凝集沈澱法によって、シリコンと処理水を分離し、処理水は、超純水製造装置の原水として再利用している。
【００１６】
図１９に示すシリコン排水の処理方法では、シリコン排水は、貯留槽３０に導入され、貯留槽３０にて貯留後、貯留槽ポンプ３１によって、反応槽３２に移送される。反応槽３２には、凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムと中和剤としての苛性ソーダ(図示せず)が添加され、シリコン４２を含むシリコンフロックが形成される。このシリコンフロックは、沈澱槽３３に導入されて固形物としてのシリコンと上澄液としての処理水が固液分離される。
【００１７】
上澄液としての処理水は、貯留槽３７に導入されて、高圧ポンプ３８によってプレフィルター３９、続いて逆浸透膜装置４０を経て、超純水製造装置４１用の原水として再利用される。一方、沈殿槽３３で沈澱したシリコンフロックはシリコン汚泥となり、濃縮装置４４によって濃縮され、濃縮されたシリコン汚泥は、続いてフィルタープレスポンプ４５でフィルタープレス２９に移送されて脱水される。このように、従来技術では、シリコンが再利用されることなく脱水処理後、埋め立て処分されることが一般的であった。
【００１８】
また、全く別の排水系統であるフッ素排水は、導入槽１に導入された後、貯留され、その後、導入槽ポンプ２で消石灰槽１７に移送される。消石灰槽１７には、消石灰が添加され、急速撹拌機１８でフッ素排水と消石灰が撹拌混合されて反応する。すなわち、消石灰からのカルシウムイオンとフッ素排水中のフッ素とが反応して、難溶性の微細なフッ化カルシウムを形成する。消石灰槽１７で形成された微細なフッ化カルシウムは、ポリ塩化アルミニウム槽１９に導入されて、ここでは凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムが添加され、凝集フロックとなる。次に、上記凝集フロックは高分子凝集剤槽２１に導入され、この高分子凝集剤槽２１では高分子凝集剤が添加されて、より大きな安定したフロックとなり、沈澱槽２３に導入されて、上澄液と沈澱物とが固液分離される。上澄液としての処理水は放流される。沈澱物としてのフッ化カルシウム汚泥は、濃縮槽２６に導入されて濃縮され、最終的には、濃縮槽ポンプ２８でフィルタープレス２９に移送されて、脱水される。脱水処理後の脱水汚泥は、埋め立て処分される。
【００１９】
このフッ素排水の処理における問題点は、上記濃縮槽２６の濃縮汚泥の中に未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応高分子凝集剤が多量に存在し、図１９に示すように、２台のフィルタープレス２９で脱水しないと、処理が間に合わないことにある。
【００２０】
濃縮汚泥が未反応の薬品を含有している理由は、消石灰槽１７,ポリ塩化アルミニウム槽１９および高分子凝集剤槽２１において、多量の薬品を添加しないと、沈殿槽２３の上澄液としての処理水中のフッ素濃度が目的数値まで水質が下がらないことによる。このため、処理水の水質を維持するために、多量の薬品を使用していた。
【００２１】
各工場では、そのことが経験的に分かっていることなので、処理水の水質上は特に問題に至っていなかったが、廃棄物削減が今日の企業評価の１つに挙げられる現在に至っては、廃棄物の削減と資源の有効利用の観点から排水処理システムを再度見直す必要が出てきた。
【００２２】
また、図２０に示す第２従来例の排水処理方法について詳細に説明する。この第２従来例は、シリコン排水とフッ素排水を別々に処理する点は第１従来例と同じであり、シリコン排水の処理方法だけが第１従来例と異なる。この第２従来例は、膜分離法によって、シリコンと処理水とを分離し、この処理水を超純水製造装置の原水として再利用するものである。
【００２３】
すなわち、この第２従来例では、シリコン排水は、貯留槽３０に導入され、貯留槽３０に貯留された後、貯留槽ポンプ３１によって、膜分離装置４７に移送される。この膜分離装置４７によって、シリコン排水は、シリコンと処理水とに確実に分離される。分離された処理水は、貯留槽３７に導入されて、高圧ポンプ３８によって、プレフィルター３９、続いて、逆浸透膜装置４０を経て、超純水製造装置４１用の原水として再利用される。一方、膜を通過しないシリコンを含む濃縮水は、濃縮装置４４によって濃縮され、濃縮されて生成したシリコン汚泥は、フィルタープレスポンプ４５でフィルタープレス２９に移送されて脱水される。したがって、この第２従来例においても、脱水処理後のシリコンが再利用されることなく、埋め立て処分されることとなる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来、排水処理における中和反応や化学反応においては、撹拌機や空気撹拌機等の撹拌手段を必要としていた。そして、これら撹拌手段を駆動するには、全て動力(電力)が必要である。
【００２５】
したがって、撹拌手段無しで、中和や化学反応が可能になれば、省エネルギーを達成できる。特に、半導体工場や液晶工場のように、排水量が大きい工場においては、中和反応や化学反応に使用する撹拌手段としての撹拌機やブロワーのための電気代も相当の金額に昇っているから、前記省エネ効果も大きくなる。
【００２６】
さらには、地球温暖化防止京都会議(ＣＯＰ３)では、省エネルギーに積極的に取り組むことが決定されている。省エネルギーは、ありとあらゆる設備で達成が望まれている課題であり、排水処理の分野においても、撹拌手段を必要としない省エネルギー可能な排水処理方法が望まれている。
【００２７】
また、今日のリサイクル社会にあって、資源のリサイクルは重要なテーマである。半導体工場から発生するシリコン排水由来のシリコン汚泥は、生活排水などの活性汚泥の沈降性を増加させる効果があるので、上記シリコン汚泥を活性汚泥の沈降剤として再利用することが考えられる。
【００２８】
しかし、半導体工場においては、シリコン汚泥を十分にリサイクルするには、活性汚泥を利用する排水処理設備の規模が小さい。また、半導体工場で発生するシリコン汚泥を、他の業界で利用するためには、シリコン汚泥を輸送する必要があるするから、輸送コストが発生する。
【００２９】
したがって、半導体工場で発生したシリコン汚泥を、上記半導体工場内の別系統の排水処理設備で利用することができれば好都合である。さらには、シリコン排水だけでなく、酸系の排水やアルカリ系排水なども全て有効に利用できれば一層好都合である。
【００３０】
一方、前述の如く、一般のフッ素排水の排水処理では、経験上、多量の消石灰等のカルシウム剤と凝集剤を使用しないと目的水質まで処理できない。したがって、一般のフッ素排水処理において発生する汚泥の中には、未反応の消石灰や未反応の凝集剤が含まれている。このことは、資源の有効利用の観点から判断すれば、合理的ではない。したがって、資源としての消石灰や凝集剤等の薬品を完全に有効利用できる排水処理システムが求められている。
【００３１】
また、最近話題となっている有機塩素化合物を含む地下水を、例えばフッ素排水の排水処理設備で一緒に混合して処理できれば、新たな設備を設置して処理する必要がなくなり、合理的である。
【００３２】
なお、別の従来技術として、特開平１０−１１３６９に開示されたものがある。この処理方法は、有機塩素化合物を処理するためのシリコンを汚染環境にわざわざ添加して、四塩化炭素,テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物(汚染物質)の脱塩素化反応を促進し分解するものである。したがって、この従来技術では、汚染環境に新たにシリコンを添加する必要がある。したがって、汚染環境が土壌である場合、汚染環境全体にシリコンを行き渡らせることが困難であったり、土壌が広範囲な場合にはシリコンを多量に添加しなければならないといった課題もあって、現実的な方法ではない。
【００３３】
そこで、この発明の目的は、消費電力および消費薬品の量を極力低減でき、省エネルギーおよび資源の有効利用を達成できる排水処理方法および排水処理装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の排水処理方法は、アルカリ汚泥が上部から導入されると共に、このアルカリ汚泥により嫌気汚泥ゾーンが形成され、かつ、酸排水が下部に設置された下部流入管から導入されると共に撹拌動力部の無い主処理槽によって、上記下部流入管から上記嫌気汚泥ゾーンに向けて上記酸排水を上向きに流出させて、上記酸排水を撹拌動力無しで上記アルカリ汚泥で中和することを特徴としている。
【００３５】
この請求項１の発明では、酸排水をアルカリ汚泥で中和している。一般に、中和とは、酸排水にアルカリ剤を添加し、さらに撹拌して中和処理することであるが、アルカリ汚泥が多量に存在している水槽に酸排水を導入すれば、中和可能となる。よって、アルカリ汚泥を多量に充填した水槽に、酸排水を導入して、しかも撹拌動力無しで中和処理することができる。
【００３６】
また、請求項２の発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、上記アルカリ汚泥が未反応の薬品を含んでいることを特徴としている。
【００３７】
この請求項２の発明では、アルカリ汚泥が未反応の薬品(消石灰など)を含んでいるので、その薬品によって酸排水を中和できる。これにより、未反応の薬品は、リサイクルされたこととなる。一般に、反応槽では滞留(反応)時間が短いので、汚泥中に必ず未反応の薬品が含まれている。
【００３８】
また、請求項３の発明の排水処理方法は、請求項２に記載の排水処理方法において、上記酸排水がフッ素排水であり、上記未反応の薬品がカルシウム剤であることを特徴としている。
【００３９】
この請求項３の発明では、酸排水がフッ素排水であり、上記未反応の薬品がカルシウム剤であるので、フッ素排水中のフッ素とカルシウム剤中のカルシウムとを化学的に反応させて、フッ化カルシウムとして、排水中のフッ素を処理できる。
【００４０】
また、請求項４の発明の排水処理方法は、請求項３に記載の排水処理方法において、上記カルシウム剤が消石灰であることを特徴としている。
【００４１】
この請求項４の発明では、上記カルシウム剤が消石灰であるので、排水処理システムを容易に構築できるばかりでなく、消石灰からのカルシウムであることに起因して、フッ素との反応が、溶液中でスムーズに進行する。ちなみに、ＣａＣＯ3などの他のカルシウム化合物は、石ころのように、粒子として大きな塊であるから、溶解し難い。これに対して、消石灰は粉状であるから、溶け易い。
【００４２】
また、請求項５の発明の排水処理方法は、請求項２に記載の排水処理方法において、上記酸排水がフッ素排水であり、上記未反応の薬品が消石灰と凝集剤であることを特徴としている。
【００４３】
この請求項５の発明では、酸排水がフッ素排水で、未反応の薬品が消石灰と凝集剤であるので、フッ素排水中のフッ素と消石灰中のカルシウムとが反応してできた微細なフッ化カルシウムを凝集剤によって、大きなフロックとすることができる。
【００４４】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の排水処理方法において、上記凝集剤がポリ塩化アルミニウムまたは硫酸アルミニウムまたは高分子凝集剤であることを特徴としている。
【００４５】
この請求項６の発明では、凝集剤がポリ塩化アルミニウムまたは硫酸アルミニウム(硫酸バンド)または高分子凝集剤であるので、排水処理システムを容易に構築できる。また、ポリ塩化アルミニウムまたは硫酸バンドによって、微細なフッ化カルシウムを、大きなフロックにすることができる。また、高分子凝集剤によっては、大きなフロックをさらにより安定した大きなフロックにすることができる。
【００４６】
また、請求項７の発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、上記アルカリ汚泥が返送汚泥であることを特徴としている。
【００４７】
この請求項７の発明では、上記アルカリ汚泥が返送汚泥であるので、排水処理システムの中でアルカリ汚泥を容易に確保でき、新たに別の排水処理設備から確保する必要がなく、また薬品等のようにコストがかかることもない。
【００４８】
また、請求項８の発明の排水処理方法は、請求項１に記載の排水処理方法において、上記アルカリ汚泥がシリコンを含有していることを特徴としている。
【００４９】
この請求項８の発明では、アルカリ汚泥がシリコンを含有しているので、アルカリ汚泥が、フワフワした汚泥であっても、強固なしっかりとした沈降性のよい汚泥とすることができる。
【００５０】
なお、特許公報第２７２０８３０号には、シリコンを利用して、流動状態の活性汚泥の沈降性を促進させること(沈降性の促進)が開示されている。しかし、この発明は、シリコンを利用して、静止状態の汚泥を強固なしっかりとした汚泥(静止状態の汚泥の性状を変化させる)に変化させるものであり、上記公報の内容とは基本的に異なる。すなわち、上記特許公報第２７２０８３０は、沈降性を促進するものであるのに対し、本発明は、沈降性を促進するだけでなく、汚泥ゾーンを強固なしっかりした汚泥ゾーンに変化させている。すなわち、シリコンが重いから、強固なしっかりした汚泥ゾーンの下部から酸排水を少量づつ導入することによって、中和および反応を確実に進行させることができる内容です。
【００５１】
また、請求項９の発明の排水処理装置は、上部からアルカリ汚泥が導入され、かつ、下部から酸排水が導入されると共に、撹拌動力部の無い主処理槽を備え、
上記主処理槽は、
上記アルカリ汚泥により形成された嫌気汚泥ゾーンと、
上記下部に設置されていると共に上記酸排水を上記嫌気汚泥ゾーンに向けて上向きに流出させる下部流入管とを有し、
上記主処理槽で上記酸排水を処理することを特徴としている。
【００５２】
この請求項９の発明では、上部からアルカリ汚泥が導入され、かつ下部から酸排水が導入される主処理槽で排水を処理する。したがって、(i)アルカリ汚泥の導入方向と(ii)酸排水の導入方向とが逆方向である上に、アルカリ汚泥が固形物を多量に有していることに起因して、フッ素排水のショートパスがほとんどなくなり、反応を確実に進行させることができる。
【００５３】
また、請求項１０の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、
フッ素排水が導入される導入槽と、
上記主処理槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入され、固液分離できる上記沈澱槽とを備え、
上記主処理槽は、
上記沈殿槽からのアルカリ汚泥としての返送汚泥と別系統の処理設備からのシリコン汚泥とが導入される上部と、上記導入槽からの酸排水としてのフッ素排水が導入される下部とを有することを特徴としている。
【００５４】
この請求項１０の発明では、第１に、主処理槽において、未反応の消石灰中のカルシウムによって、フッ素排水中のフッ素をフッ化カルシウムにする(フッ素の一次処理)。第２に、消石灰槽において、消石灰を添加して排水中に残存しているフッ素をフッ化カルシウムにする(フッ素の二次処理)。次に、ポリ塩化アルミニウム槽において、ポリ塩化アルミニウムを添加して、消石灰槽におけるフッ素の二次処理で形成されたフッ化カルシウムを大きなフロックとする。次に、高分子凝集剤槽において、高分子凝集剤を添加して、上記フロックをさらに大きなフロックとして沈降し易くしている。次に、沈澱槽に排水を導入して固液分離するから、沈降する汚泥と上澄液とを確実に分離する。これにより、排水中のフッ素を確実に処理でき、処理水を安定的に確保できる。
【００５５】
また、請求項１１の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、
フッ素排水が導入される導入槽と、
上記主処理槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入され、固液分離する沈澱槽と、
上記沈澱槽からの沈降汚泥を濃縮する濃縮槽とを備え、
上記主処理槽は、
上記濃縮槽からのアルカリ汚泥としての返送汚泥と別系統の処理設備からのシリコン汚泥が導入される上部と、上記導入槽からの酸排水としてのフッ素排水が導入される下部とを有することを特徴としている。
【００５６】
この請求項１１の発明では、主処理槽の上部に、濃縮槽からの返送汚泥と、別系統の処理設備からのシリコン汚泥とが導入される。したがって、主処理槽に、請求項１０の発明に比べて、より強固な汚泥ゾーンを形成でき、したがって処理もより確実になる。
【００５７】
また、請求項１２の発明の排水処理装置は、請求項１１に記載の排水処理装置において、
上記シリコン汚泥は、シリコン排水を凝集沈澱または膜分離することで得られた別系統の処理設備からのシリコン汚泥であることを特徴としている。
【００５８】
この請求項１２の発明では、別系統の処理設備でシリコン排水を凝集沈澱または膜分離することで得たシリコン汚泥を採用したので、シリコン汚泥を排水処理に活用でき、シリコンのリサイクルを実現できる。
【００５９】
また、請求項１３の発明の排水処理装置は、請求項１１に記載の排水処理装置において、
上記主処理槽の上部に濃縮槽からの返送汚泥に加えて沈澱槽からの返送汚泥が導入されるようになっていることを特徴としている。
【００６０】
この請求項１３の発明では、濃縮槽のみならず沈澱槽からも、主処理槽の上部に汚泥を返送するので、主処理槽に多量の汚泥を返送することができる。したがって、フッ素排水の濃度が特に高い時や、フッ素排水の水量が多い時でも、フッ素排水を処理できる。
【００６１】
また、請求項１４の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、有機塩素化合物を含む地下水とフッ素排水とを混合する導入槽から、上記主処理槽に排水を導入するようになっていることを特徴としている。
【００６２】
この請求項１４の発明では、上記導入槽において、有機塩素化合物を含む地下水をフッ素排水と混合し、続いて、シリコン汚泥が充填されている主処理槽に、上記地下水とフッ素排水とが混合された混合排水を導入する。したがって、シリコン汚泥が有しているシリコン金属が、地下水に含まれる有機塩素化合物を脱塩素化して分解処理できる。同時に、返送汚泥が含んでいる未反応の薬品が、排水中のフッ素を処理する。
【００６３】
また、請求項１５の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、
炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、上記炭酸カルシウム鉱物と処理水とを分離する分離部を有し、上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上部から導入されると共に下部から酸排水としての有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される主処理槽としての嫌気槽と、
炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、上記炭酸カルシウム鉱物と処理水とを分離する分離部を有し、上記嫌気槽からの排水が導入されると共にシリコン汚泥と返送汚泥が導入される好気槽とを備えることを特徴としている。
【００６４】
この請求項１５の発明では、排水中のフッ素が、嫌気槽と好気槽に充填された炭酸カルシウム鉱物によって処理されると共に、排水中の有機物が嫌気槽と好気槽に繁殖した微生物によって生物学的に分解処理される。尚、上記嫌気槽と好気槽は、分離部を有しているので、比重が大きい炭酸カルシウム鉱物は、分離部より流失することはない。
【００６５】
また、嫌気槽に導入されている返送汚泥に含まれている成分が、排水と反応する。また、好気槽では、シリコン汚泥と返送汚泥が導入されることで、汚泥が重く強固になっていて、その汚泥中を排水が通過することによって、その強固な汚泥中の成分と排水中の成分とがゆっくり反応する。 また、上記嫌気槽では、排水中の過酸化水素が処理される。
【００６６】
また、請求項１６に記載の排水処理装置は、請求項１５に記載の排水処理装置において、上記フッ素排水が含有する有機物が生物分解性の悪い界面活性剤であることを特徴としている。
【００６７】
この請求項１６の発明では、嫌気槽における嫌気性の微生物と、好気槽における好気性の微生物とによって、フッ素排水を２段階処理するから、生物分解性の悪い界面活性剤を含有したフッ素排水を分解処理できる。
【００６８】
また、請求項１７の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、上記主処理槽の上部からシリコン汚泥が導入され、上記シリコン汚泥が、磁石を有する凝集沈澱装置または磁石を有する膜分離装置によって、シリコン排水を処理して得られるシリコン汚泥であることを特徴としている。
この請求項１７の発明では、凝集沈澱装置または膜分離装置が磁石を有しているので、シリコン汚泥濃度が高濃度となっても閉塞する可能性が少なく、排水処理システムの信頼性を高めることができる。
【００６９】
尚、汚泥が、磁石が発生する磁場を通過することで、配管中や装置上において、汚泥が閉塞することを防止でき、汚泥がスケール化することを防止できる。ここで、使われる磁石は、強力な永久磁石であり、したがって、Ｓｉ(シリコン)がイオン化し、これにより、固まっていたシリコン汚泥を分解できる。
【００７０】
また、請求項１８の発明の排水処理装置は、請求項１７に記載の排水処理装置において、上記膜分離装置が限外濾過膜で構成されていることを特徴としている。
この請求項１８の発明では、上記膜分離装置が限外濾過膜であるので、排水システムを容易に構築できる。また、孔径０.５ミクロンの限外濾過膜を選定すれば、０.５ミクロン以上のシリコン粒子を完全に分離できる。一般に、限外濾過膜は、孔径０．５ミクロン程度のタイプが多い。
【００７１】
また、請求項１９の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、
嫌気汚泥ゾーンをなす上部と、炭酸カルシウム鉱物を充填した下部とを有し、上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上記上部から導入されると共に上記下部から酸排水としての有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される主処理槽としての嫌気槽と、
好気汚泥ゾーンをなす上部と、炭酸カルシウム鉱物が充填された下部とを有し、上記嫌気槽からの排水が導入されると共にシリコン汚泥と返送汚泥とが導入される好気槽とを備えることを特徴としている。
【００７２】
この請求項１９の発明では、嫌気槽,好気槽共に、上部に汚泥ゾーンが形成されて汚泥濃度が高くなっているから、上記汚泥ゾーン中の成分と排水中の成分とを確実に反応させることができ、処理効率を高めることができる。
【００７３】
また、請求項２０の発明の排水処理装置は、請求項１９に記載の排水処理装置において、
上記嫌気槽上部の嫌気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウム及び微生物を含む汚泥であり、
上記好気槽上部の好気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウム及び微生物を含む汚泥であることを特徴としている。
【００７４】
この請求項２０の発明では、嫌気槽においても、好気槽においても汚泥ゾーンを形成しているので、汚泥濃度が高濃度となり、両方の槽において、処理を効率良く進行させることができる。
【００７５】
また、上記未反応の消石灰で排水中のリンを微細なリン酸カルシウムとし、さらに未反応のポリ塩化アルミニウムと未反応の高分子凝集剤とで大きなフロックにして処理できる。
【００７６】
また、嫌気汚泥ゾーンの汚泥が、生成したフッ化カルシウム及び微生物を含んでいるので、このフッ化カルシウムを固定化担体として嫌気性の微生物が繁殖する。したがって、排水中の過酸化水素をより一層効率的に処理できる。
【００７７】
また、好気槽の上部の好気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウム及び微生物を含む汚泥である。したがって、排水中の微量のフッ素をフッ化カルシウムに処理でき、リンをやリン酸カルシウムとしての処理できるだけでなく、好気性の微生物によって、有機物も処理できる。また、好気汚泥ゾーンに好気性微生物が存在するので、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化することができる。
【００７８】
また、請求項２１の発明の排水処理装置は、請求項２０に記載の排水処理装置において、
上記排水が、最初に嫌気槽、続いて好気槽に導入されるように構成されており、
上記嫌気槽における嫌気汚泥ゾーンの微生物が嫌気性の微生物であり、
上記好気槽における好気汚泥ゾーンの微生物が好気性の微生物であることを特徴としている。
【００７９】
この請求項２１の発明では、上記フッ素排水は、最初に嫌気槽に導入され、続いて好気槽に導入されるから、排水中の有機物を水素供与体として、嫌気槽の嫌気汚泥ゾ-ンの嫌気性微生物によって、排水中の硝酸性窒素を窒素ガスとして処理でき、脱窒できる。
【００８０】
また、上記好気槽の好気汚泥ゾーンの微生物が好気性の微生物であるので、排水中のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を硝酸性窒素まで酸化することができる。
【００８１】
なお、この請求項２１の発明では、脱窒を主目的にしているので、最初に嫌気槽、続いて好気槽で排水を処理している。また、脱窒をより具体的にするため、嫌気汚泥ゾーンの微生物を嫌気性微生物にし、上記好気槽の好気汚泥ゾーンの微生物を好気性微生物にしている。そして、排水中のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素は、好気槽で酸化されて硝酸性窒素となり、最終的に嫌気槽に返送されて脱窒されることになる。
【００８２】
また、請求項２２の発明の排水処理装置は、請求項９に記載の排水処理装置において、
有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が導入される導入槽と、
上記導入槽からの排水が下部から導入され、かつ上記アルカリ汚泥としての返送汚泥が上部から導入され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されている上記主処理槽としての嫌気槽と、
上記嫌気槽からの排水が導入され、かつ返送汚泥が導入され、かつシリコン汚泥が導入混合され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、撹拌手段を有している好気槽と、
上記好気槽からの排水が導入され、消石灰が添加される消石灰槽と、
上記消石灰槽からの排水が導入され、ポリ塩化アルミニウムが添加されるポリ塩化アルミニウム槽と、
上記ポリ塩化アルミニウム槽からの排水が導入され、かつ高分子凝集剤が添加される高分子凝集剤槽と、
上記高分子凝集剤槽からの排水が導入される沈澱槽と、
上記沈殿槽での沈澱物が導入される濃縮槽とを備えることを特徴としている。
【００８３】
この請求項２２の発明では、排水中の有機物,窒素および過酸化水素を微生物によって生物学的に処理でき、かつ、リンを消石灰によって化学的に処理できる。また、フッ素を消石灰や炭酸カルシウム鉱物によって化学的に処理できる。
【００８４】
特に、好気槽においては、シリコン汚泥が導入されているので、シリコン汚泥の重さによって汚泥ゾーンが形成されて、汚泥濃度が高くなり、この汚泥ゾーンを通過する排水は、より確実に処理される。
【００８５】
また、請求項２３の発明の排水処理装置は、請求項２２に記載の排水処理装置において、沈殿槽上部の処理水を嫌気槽の中間部に返送するようになっていることを特徴としている。
【００８６】
この請求項２３の発明では、沈殿槽上部の処理水中に含まれる硝酸性窒素を嫌気槽上部の脱窒菌によって脱窒できる。
【００８７】
また、請求項２４の発明の排水処理装置は、請求項２２に記載の排水処理装置において、上記導入槽に有機塩素化合物を含む地下水を導入して、フッ素排水と混合して処理することを特徴としている。
【００８８】
この請求項２４の発明では、上記導入槽に有機塩素化合物を含む地下水を導入して、有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水と混合して処理するので、排水中の各種成分すなわち、有機塩素化合物,有機物,窒素,リン,過酸化水素およびフッ素を処理できる。上記有機塩素化合物は、好気槽に導入されるシリコン汚泥中のシリコンが持つ脱塩素化の作用によって処理できる。
【００８９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００９０】
〔第１の実施の形態〕
図１(Ａ)に、この発明の排水処理装置の第１の実施の形態を示す。この第１実施形態は、酸排水を嫌気汚泥ゾーン５を構成しているアルカリ汚泥で、撹拌動力無しで中和処理する装置である。
【００９１】
この排水処理装置では、まず、酸排水が導入槽１に導入される。この導入槽１に導入された酸排水は、導入槽ポンプ２によって、主処理水槽５０の下部に設置されている下部流入管４から主処理水槽５０の上方に向かって流出してくる。主処理水槽５０には、ＰＨが８.０〜８.５程度の多量のアルカリ汚泥があらかじめ充填されて、嫌気汚泥ゾ-ン５を形成しているが、撹拌手段は何もない。ＰＨが８.０〜８.５程度の弱いアルカリ性のアルカリ汚泥は、通常の排水処理設備から発生する一般的な汚泥である。
【００９２】
酸排水は、嫌気汚泥ゾーン５のアルカリ汚泥の成分を溶解させる一方、酸排水自体はしだいにアルカリ成分によって中和されて行く。この酸排水の主処理水槽５０での滞留時間を２時間以上に選定すれば、確実に中和できる。なお、ここでは、酸排水をＰＨ３以下の酸排水とし、中和処理後の処理水のＰＨをＰＨ６以上８以下としたが、特にこれに限定されるものではない。
【００９３】
従来、図１(Ｂ)や図１(Ｃ)に示すように、中和槽４６に急速撹拌機１８や空気撹拌のための散気管２２を設置して、中和槽４６内を機械的に撹拌または、曝気撹拌して中和していた。尚、図１(Ｃ)に示す中和槽４６が備える散気管２２は、配管によってブロワー１４に接続されている。省エネルギーを今日程、徹底的に実施する必要のない時代では、図１(Ｂ)や図１(Ｃ)に示すような方式でも問題がなかった。しかし、あらゆる設備の省エネルギーを計画して実施して行くことが企業責任となった今日では、図１(Ａ)に示したように、撹拌動力を全く必要としない中和装置(排水処理装置)によって、省エネルギー達成に有効な排水処理方法を実現できる。
【００９４】
さらに、主処理水槽５０に充填されるアルカリ汚泥を、別の排水処理設備において一般に発生する汚泥にしているので、上記アルカリ汚泥のリサイクルを行いながら酸排水を中和処理できることとなる。したがって、廃棄物としてのアルカリ汚泥を利用でき、薬品としてのアルカリ剤を節約して、資源を有効利用できる成果を生み出す。これにより、今日望まれているリサイクル社会の実現に寄与できる。
【００９５】
これに対し、図１(Ｂ)や図１(Ｃ)に示すような従来の中和方式は、槽内の滞留時間を約３０分以内に設定でき、イニシャルコスト低減には役立つ内容であるが、滞留時間すなわち反応時間が短いため、どうしても未反応の薬品が流出することになる。特に、アルカリ剤を消石灰にした場合には、未反応の消石灰による汚泥が発生していた。
【００９６】
〔第２の実施の形態〕
次に、図２に、第２実施形態を示す。この第２実施形態は、シリコン排水処理系統とフッ素排水処理系統を含んでいる。この第２実施形態では、シリコン排水の排水処理系統で発生するシリコン４２の集合体すなわちシリコン汚泥をフッ素排水の処理に有効に利用し、フッ素排水の排水処理システムを完成している。
【００９７】
まず、シリコン排水処理系統において、シリコン排水は、貯留槽３０に導入される。この貯留槽３０に、一定時間貯留されたシリコン排水は、貯留槽ポンプ３１によって、急速撹拌機１８が設置されている反応槽３２に導入される。反応槽３２には、ポリ塩化アルミニウムと苛性ソーダ(図示せず)が添加されて凝集反応が起こり、微細なシリコン４２の粒子がフロックとなる。
【００９８】
このフロックとなったシリコン４２の粒子は、かき寄せ機２４を有する沈殿槽３３に流入して沈澱し、シリコン４２を多量に含むシリコン汚泥となる。沈澱槽３３での上澄液である処理水は、貯留槽３７に流入する。その後、処理水は高圧ポンプ３８によって、プレフィルター３９および逆浸透膜装置４０に圧送されて、最終的に超純水製造装置４１に導入されて、超純水製造装置４１の原水としてリサイクルされる。
【００９９】
一方、沈澱槽３３で沈澱したシリコン４２は、シリコン汚泥となり、シリコン汚泥返送ポンプ３４によって、沈澱槽３３の底部から引き抜かれ、磁石３５が設置してある配管を通過して、反応槽３２に返送される。すなわち、シリコン汚泥は、シリコン汚泥返送ポンプ３４によって反応槽３２と沈澱槽３３の間を循環させられる。この循環において、磁石３５は、シリコン汚泥が配管内で固まったり、配管内でスケール化するのを防止する働きをする。この磁石３５が磁気エネルギーとして発生する電気エネルギーによって、シリコン４２はイオン化される。このイオン化したシリコン４２は、固形物となったり、配管内でスケール化することはない。そして、磁石３５によって、マイナスイオンとプラスイオンとに分かれて破壊された排水中の固形物やスケール成分はフロックとなって水流に押し流される。
【０１００】
上記磁石３５としては、具体的には、クリーンシステム株式会社の「スーパー・マグネックス」を採用した。スーパー・マグネックスは、配管上に容易にＮ極の磁石とＳ極の磁石を固定できるので、配管を切り取って設置することもなく、磁石３５の設置が容易になる。また、スーパー・マグネックスは、他の磁石と比較して、磁束密度(ガウス)と磁気振動(振動エネルギー)が強いタイプである。
【０１０１】
一方、シリコン排水処理系統とは、全く別系統のフッ素排水処理系統は、導入槽１,主処理槽５０,消石灰槽１７,ポリ塩化アルミニウム槽１９,高分子凝集剤槽２１,沈澱槽２３,濃縮槽２６およびフィルタープレス２９から構成されている。
【０１０２】
このフッ素排水処理系統では、フッ素排水は、まず、導入槽１に導入された後、導入槽ポンプ２によって、主処理槽５０の下部の下部流入管４から、主処理槽５０に導入される。この主処理槽５０には、沈殿槽２３からの返送汚泥と、別系統のシリコン排水の処理設備の沈殿槽３３からのシリコン汚泥が、水槽上方から導入されている。
【０１０３】
この主処理槽５０では、上記返送汚泥とシリコン汚泥とが嫌気汚泥ゾーン５を形成している。この嫌気汚泥ゾーン５は、上記返送汚泥が導入されることにより、消石灰,ポリ塩化アルミニウムおよび高分子凝集剤を未反応の薬品として含有している。また、上記シリコン汚泥が導入されることで、嫌気汚泥ゾーン５は、返送汚泥よりも比重が重いシリコン４２を含有している。このシリコン４２は、嫌気汚泥ゾーン５を強固にする役割を果たしている。
【０１０４】
そして、シリコン４２によってより強固となった嫌気汚泥ゾーン５の下部から、ＰＨの低いフッ素排水が導入されて、このフッ素排水中のフッ素が上記返送汚泥中の未反応の薬品と反応する。より具体的には、フッ素排水中のフッ素イオンが、カルシウムイオンと反応してフッ化カルシウムとなる。このカルシウムイオンは、酸性であるフッ素排水が返送汚泥を溶解し、この汚泥中の消石灰から生じたカルシウムイオンである。
【０１０５】
上記主処理槽５０の嫌気汚泥ゾーン５は、汚泥が多量に存在していることと、シリコン４２を含んでいることに起因して、強固な汚泥ゾーンになっている。したがって、導入槽１からのフッ素排水が、嫌気汚泥ゾーン５をショートパスして、主処理槽５０の上部から流出することはない。すなわち、フッ素排水が十分に処理されないで、主処理槽５０から流出することはない。
【０１０６】
また、この主処理槽５０には、多量の汚泥が存在しているので、撹拌動力無しで、排水中のフッ素との中和を実行できる。主処理槽５０から流出した排水は、消石灰が添加される消石灰槽１７に導入される。消石灰槽１７には、急速撹拌機１８が設置されており、主処理槽５０で反応しきれなかったフッ素を消石灰で２次的に高度処理する。すなわち、排水中のフッ素は、主処理槽５０での反応によって１次処理され、消石灰槽１７での反応によって２次処理される。
【０１０７】
上記消石灰槽１７で消石灰が添加されることによって、残存していた排水中のフッ素は微細なフッ化カルシウムになり、続いてポリ塩化アルミニウム槽１９に導入されて、無機凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムが添加されて大きなフロックになる。この大きなフロックを含む排水は、続いて、緩速撹拌機２０が設置してある高分子凝集剤槽２１に導入され、高分子凝集剤が添加される。これにより、上記大きなフロックは、より安定した沈降し易いより大きなフロックとなる。
【０１０８】
次に、シリコン４２を含み、より安定した沈降し易いより大きなフロックは、かき寄せ機２４を有する沈澱槽２３に流入して、沈澱槽２３の下部に沈澱する。一方、沈澱槽２３における上澄液は処理水となる。
【０１０９】
沈澱槽２３で沈澱したフロックすなわち汚泥は、シリコン４２,未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤を含んでいる。沈殿槽２３で沈澱した汚泥の一部は、沈澱槽汚泥返送ポンプ２５により、バルブ１３を通って、主処理槽５０の上部に返送される。また、沈殿槽２３で沈澱した汚泥の残りの部分は、濃縮槽２６に導入されて濃縮された後、濃縮槽ポンプ２８によって、フィルタープレス２９に移送されて脱水される。
【０１１０】
このように、この実施形態では、半導体工場のシリコン排水処理系統で生じたシリコン汚泥を主処理槽５０でのフッ素排水処理に役立てているので、シリコン汚泥を排水処理剤としてリサイクル利用できる上に、主処理槽５０において撹拌動力無しでフッ素排水の中和反応を行うことができる。したがって、この実施形態によれば、省資源と省エネルギーを達成することができる。
【０１１１】
また、上記返送汚泥中の未反応の薬品(消石灰,ポリ塩化アルミニウム,高分子凝集剤)をフッ素排水の中和に役立てているので、未反応薬品のリサイクルを図れ、資源を節約できる。
【０１１２】
図３(Ａ)に、この第２実施形態において、フッ素排水のフッ素濃度が通常濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。また、図３(Ｂ)に、フッ素排水のフッ素濃度が低い濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。
【０１１３】
〔第３の実施の形態〕
次に、図４に、この発明の排水処理装置の第３の実施の形態を示す。この第３実施形態は、沈殿槽２３で沈澱した汚泥を主処理槽５０に返送する設備を削除し、濃縮槽２６で濃縮した汚泥を濃縮槽汚泥返送ポンプ２７によって、主処理槽５０の上部に返送する設備を備えた点だけが、前述の第２実施形態と異なる。したがって、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１４】
この第３実施形態では、濃縮槽２６で濃縮した汚泥を濃縮槽汚泥返送ポンプ２７によって、主処理槽５０の上部に返送するから、主処理槽５０に濃度の高い濃縮汚泥を返送するができる。したがって、この第３実施形態によれば、フッ素濃度が高いフッ素排水を、安定に処理することができる。
【０１１５】
〔第４の実施の形態〕
次に、図５に、この発明の排水処理装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、沈殿槽２３で沈澱した汚泥だけでなく、濃縮槽２６で濃縮した汚泥も、主処理槽５０の上部に返送する設備を備えた点だけが、前述の第２実施形態と異なる。したがって、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１６】
この第４実施形態では、沈殿槽２３で沈澱した汚泥と濃縮槽２６で濃縮された汚泥を、沈澱槽汚泥返送ポンプ２５と濃縮槽汚泥返送ポンプ２７によって、主処理槽５０の上部に返送する。したがって、フッ素排水処理系統で発生した汚泥の大部分を返送することとなり、試運転時に、嫌気汚泥ゾーン５を早く形成できる。また、フッ素排水のフッ素濃度が急に高くなった場合に、返送汚泥量を急激に増加させることもできるので、フッ素排水を安定して処理できる。
【０１１７】
〔第５の実施の形態〕
次に、図６に、この発明の排水処理装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、フッ素排水だけでなく、井戸５１から汲み上げた有機塩素化合物(テトラクロロエチレン等)を含む地下水も、導入槽１に導入している点だけが前述の第２実施形態と異なる。したがって、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１８】
この第５実施形態では、有機塩素化合物を含む地下水が、井戸ポンプ５２によって井戸５１から導入槽１に導入された後、フッ素排水と混合される。そして、この混合排水は、導入槽ポンプ２によって、主処理槽５０の下部に導入される。この主処理槽５０では、シリコン汚泥と返送汚泥が同時に導入されて嫌気汚泥ゾーン５が形成されている。したがって、この主処理槽５０において多量に充填されているシリコンによって、上記地下水に由来する有機塩素化合物が、脱塩素化されて最終的に塩素ガスや炭酸ガスとなって分解される。
【０１１９】
上記有機塩素化合物としては、テトラクロロエチレン,トリクロロエチレンなどその他すべての有機塩素化合物が有り得る。
【０１２０】
尚、この第５実施形態では、井戸５１から汲み上げた有機塩素化合物を含む地下水を採用したが、井戸水,地下水でなくても、有機塩素系化合物が含まれた水であればよい。
【０１２１】
〔第６の実施の形態〕
次に、図７に、この発明の排水処理装置の第６の実施の形態を示す。この第６実施形態は、次の(i),(ii)の点のみが前述の第２の実施の形態と異なる。したがって、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２２】
(i)  この第６実施形態では、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水を処理対象排水としている。第２実施形態では、フッ素排水を処理対象排水にしていた。
【０１２３】
(ii)  導入槽１と消石灰槽１７の間に、順に嫌気槽３と好気槽１５が配置されている。嫌気槽３は、嫌気汚泥ゾーン５を有する上部３−２と、炭酸カルシウム鉱物９が充填されている下部３−１と、分離部７を備えている。また、好気槽１５は、好気汚泥ゾーン１６を有する上部１５−２と、炭酸カルシウム鉱物９が充填されている下部１５−１と、分離部７を備えている。この好気槽１５の下部１５−１に配置された散気管２２は、ブロワー１４に接続されていて、好気槽１５の下部１５−１を曝気し撹拌するようになっている。
【０１２４】
次に、この第６実施形態をより詳細に説明する。この第６実施形態は、導入槽１と、嫌気槽３と、好気槽１５と、消石灰槽１７と、ポリ塩化アルミニウム槽１９と、高分子凝集剤槽２１と、沈殿槽２３と、濃縮槽２６と、フィルタープレス２９とで構成されたフッ素排水処理系統を備えている。
【０１２５】
この第６実施形態のフッ素排水処理系統では、界面活性剤,窒素,リン,過水含有フッ素排水が、導入槽１に導入される。この導入槽１に導入された排水は、水量と水質がある程度調整された後、導入槽ポンプ２によって、嫌気槽３の下部３-１に設置されている下部導入管４から嫌気槽下部３-１に導入される。
【０１２６】
沈澱槽２３で沈澱した汚泥が、沈澱槽汚泥ポンプ２５によって、嫌気槽３の上部３-２に返送導入されて、嫌気汚泥ゾーン５を形成している。また、嫌気槽下部３-１には、炭酸カルシウム鉱物９が充填されている。この炭酸カルシウム鉱物９は、下部流入管４から吐出されて流入する排水によって、弱い流動状態になっている。
【０１２７】
より詳しくは、嫌気槽下部３-１にある炭酸カルシウム鉱物９は、粒径略０.５ｍｍの粒状炭酸カルシウムであることと、比重が２.７であることと、多量に充填されていることから、弱い流動状態を維持している。このような弱い流動状態は、下部流入管４から吐出されて下部３−１に流入する排水量を適当に調整すれば実現可能となる。
【０１２８】
導入槽１を経由して導入された界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水が含むフッ酸，硫酸，硝酸，リン酸等の酸によって、上記炭酸カルシウム鉱物９からカルシウムイオンが溶出する。この溶出したカルシウムイオンは、排水中のフッ素と反応して、フッ化カルシウム１１となる。
【０１２９】
上記排水は、一般的に半導体工場や液晶工場の生産工程から排出されるものであって、一般に半導体工場や液晶工場で使用する酸である上記フッ酸,硫酸,硝酸,リン酸等の酸によって、炭酸カルシウム鉱物９からカルシウムイオンが溶出する。
【０１３０】
上記したように、沈澱槽汚泥返送ポンプ２５によって、沈殿槽２３で沈澱した汚泥が嫌気槽上部３-２に返送されて、嫌気汚泥ゾーン５を形成している。この嫌気汚泥ゾーン５の汚泥量が一定量以上になると、嫌気汚泥ゾーン５の高さが上昇して分離室７から汚泥が流出して好気槽１５に流入する。嫌気槽３に曝気手段がないことと、返送汚泥が沈降性の良い汚泥であることと、嫌気槽上部３−２に隣接して分離室７を有していることによって、嫌気汚泥ゾーン５が形成される。分離室７は、嫌気汚泥ゾーン５の炭酸カルシウム鉱物９が槽から流出することを防ぐ役目をする。
【０１３１】
上記沈殿槽２３から嫌気槽３に返送される返送汚泥の沈降性が良いのは、上記返送汚泥が、比較的比重が高いシリコンや凝集剤によって形成されているからである。沈澱槽２３で沈澱する汚泥は、下記の(i)〜(ｖi)の集合体である。
【０１３２】
(i)  まず、排水中のフッ素が炭酸カルシウム鉱物９と反応することによって発生したフッ化カルシウム１１
(ii)  消石灰槽１７で添加された消石灰と排水中のフッ素とが反応して生じたフッ化カルシウム１１と未反応の消石灰
(iii)  ポリ塩化アルミニウム槽１９で添加されたポリ塩化アルミニウムとフッ素とが反応して発生したフッ化アルミニウムと、未反応のポリ塩化アルミニウム、および多量のポリ塩化アルミニウムによる水酸化物(水酸化アルミニウム)
(iv)  高分子凝集剤槽２１で添加された高分子凝集剤によるフロックと未反応の高分子凝集剤
(ｖ)  嫌気槽３から沈殿槽２３までの間で発生する微生物汚泥１２
(ｖi)  シリコン排水処理系統の沈殿槽３３から導入されたシリコン４２
この第６実施形態では、嫌気槽３の下部３-１で、排水中のフッ素がフッ化カルシウム１１として１次処理され、続いて嫌気槽３の上部３-２で未反応の消石灰やポリ塩化アルミニウムや高分子凝集剤によって大きなフッ化カルシウム１１のフロックとなり凝集処理される。
【０１３３】
また、排水中の硝酸性窒素は、排水中の微量のＩＰＡ(イソプロピルアルコール)等を水素供与体として、嫌気性である嫌気槽３の上部３-２で繁殖した嫌気性の微生物によって還元されて窒素ガスとなり処理される。
【０１３４】
なお、半導体工場では、ＩＰＡを生産工程で多量に使用するので、排水中に微量のＩＰＡが混入している。また、半導体工場では、過酸化水素を多量に使用するので、排水に含まれている酸化剤としての過酸化水素は、嫌気槽３の上部３-２に繁殖した嫌気性微生物が持つ還元性によって、水と炭酸ガスに処理される。
【０１３５】
また、半導体工場で使用するリン酸は、排水中にリンとして存在する。一方、嫌気槽３の上部３−２は水流のみで撹拌されているが、嫌気槽３の上部３-２において返送汚泥に含まれる未反応の消石灰が存在する。したがって、上記排水中のリンは、上記消石灰(カルシウム)と多少は反応してリン酸カルシウムとなる。
【０１３６】
また、嫌気槽３の底面は、分離室７の下方領域において、下部流入管４が配置されている領域から端壁に向かって上り坂に傾斜していて、この傾斜面８には下部流入管が配置されていない。これにより、分離室７では炭酸カルシウム鉱物９が下降して傾斜面８に沿って下降していくから、分離室７から炭酸カルシウム鉱物９が流出することを防げる。一方、比重が小さいフロック状のフッ化カルシウム１１や微生物汚泥１２は、最終的には分離室７から流出するが、フッ素の処理材料としての炭酸カルシウム鉱物９は、嫌気槽３の分離室７から水槽外に流出しない。
【０１３７】
次に、嫌気槽３で処理された排水は、好気槽１５に流入する。好気槽１５は、下部１５-１と上部１５-２と上部１５-２に隣接している分離室７で構成されている。好気槽１５の上部１５−２には、別系統の排水処理設備であるシリコン排水処理系統で凝集沈澱処理した後のシリコン４２を多量に含む沈澱汚泥が導入されている。このシリコン４２を含むシリコン汚泥を好気槽上部１５−２に導入することによって、好気汚泥ゾーン１６を強固にできる。
【０１３８】
そして、嫌気槽３からの排水が、好気槽１５の下部１５-１と上部１５-２の境付近つまり中間部に導入され、好気汚泥ゾーン１６をショートパスすることなく、じっくり時間をかけて処理される。好気槽上部１５-２には、沈澱槽２３で沈澱した汚泥が、沈澱槽汚泥返送ポンプ２５によって返送されて、好気性微生物を含む好気汚泥ゾーン１６を形成している。嫌気槽３から好気槽１５に流入する排水は、好気槽１５の中間部(好気汚泥ゾーン１６の下部)に導入され、上記排水中の特に界面活性剤等の有機物が好気性微生物によって生物分解される。
【０１３９】
好気汚泥ゾーン１６の汚泥量が一定量以上になると、好気汚泥ゾーン１６の高さが上昇して、分離室７から汚泥が流出して消石灰槽１７に流入する。
【０１４０】
また、好気汚泥ゾーン１６は、好気槽１５に曝気があるものの、返送汚泥が沈降性の良い汚泥であることと、好気槽上部１５-２に隣接して分離室７を有していることによって、好気汚泥ゾーン１６が形成される。上記返送汚泥は、比較的比重が高いシリコン４２や凝集剤によって生成された汚泥であるから、沈降性が良いのである。沈澱槽２３から好気槽１５に返送される汚泥は、沈殿槽２３から嫌気槽３に返送される汚泥と全く同様の内容である。
【０１４１】
好気槽１５の下部１５-１には、散気管２２が設置され、この散気管２２から曝気空気が吐出して、好気槽１５内を空気撹拌している。
【０１４２】
一方、嫌気槽下部３-１と同様に、好気槽下部１５-１には、炭酸カルシウム鉱物９が充填されている。したがって、好気槽１５の中間部では、炭酸カルシウム鉱物９だけでなく、嫌気槽３からが流入してきたフッ化カルシウム１１,微生物汚泥１２,返送汚泥中に含まれていた未反応薬品(未反応消石灰,ポリ塩化アルミニウム,高分子凝集剤)が、空気撹拌によって流動状態で反応し易い状態で維持されている。そして、この好気槽１５の中間部に、嫌気槽３からの排水が導入されて処理される。
【０１４３】
この好気槽１５の下部１５−１の底に配置された散気管２２は、空気配管でブロワー１４に接続されている。このブロワー１４としては、一般的に、製造販売されているルーツブロワーを選定した。また、実施の具体例として、粒径が０.５ｍｍの炭酸カルシウム鉱物９を採用した場合、好気槽１５の容積１ｍ3当たりのブロワー１４の吹き出し空気量を３０〜６０(ｍ3/日)に設定する。
【０１４４】
こうして、上記散気管２２が吹き出す弱い空気によって、好気汚泥ゾーン１６を有する好気槽上部１５-２と下部１５-１は弱い流動状態となり、排水は、上部１５-２と下部１５‐１との境付近(好気槽の中間辺り)に流入する。これにより、排水中のフッ素と炭酸カルシウム鉱物９,未反応の消石灰,未反応の凝集剤とが反応して、フロック状のフッ化カルシウム１１を生成し、フッ素の３次処理が行われ、排水が処理される。なお、フッ素の１次処理は嫌気槽下部３-１での排水処理であり、２次処理は嫌気槽上部３-２での排水処理である。
【０１４５】
すなわち、好気槽１５における処理の機構は、以下の(i)〜(ｖ)の内容である。
【０１４６】
(i)  排水中のフッ素が、炭酸カルシウム鉱物９および未反応の消石灰と反応してフロック状のフッ化カルシウム１１となる(フッ素の３次処理)。
【０１４７】
(ii) (i)で生成したフロック状のフッ化カルシウム１１は、未反応のポリ塩化アルミニウムや未反応の高分子凝集剤によって、形の整った大きな沈降性の良いフロックとなる。
【０１４８】
(iii)  排水中の界面活性剤等の有機物は、空気撹拌でもって好気性微生物と接触することによって生物学的に処理される。
【０１４９】
(iv)  アンモニア性窒素や硝酸性窒素は、空気や微生物によって酸化されて硝酸性窒素となる。
【０１５０】
(ｖ)  排水中のリンは、未反応の消石灰と反応してリン酸カルシウムとなり、未反応の凝集剤によって大きなフロックとなる。
【０１５１】
上記好気槽１５で処理された分離室７出口の排水が中性になるように、嫌気槽３と好気槽１５を設計しておくことが望ましい。具体的には、導入槽１に導入される排水のＰＨが３以下であるときには、返送汚泥中の未反応の薬品量によっても異なるが、嫌気槽３と好気槽１５それぞれでの排水の滞留時間を２時間以上にすることが望ましい。すなわち、嫌気槽３と好気槽１５での合計滞留時間は４時間となる。
【０１５２】
また、排水中のフッ素は、嫌気槽３で既に１次処理と２次処理がなされているので、好気槽１５の容積１立方メートル当たり１日につき、５０立方メートル程度の曝気空気量であっても、特に問題は発生しない。結果として、好気槽１５の容積１立方メートル当たり１日につき、５０立方メートル程度の曝気空気量で運転する排水処理方法は、所定のフッ素除去率を確保できると同時に曝気空気量が少ないので、電気エネルギーに関して省エネルギーを計ることができる。
【０１５３】
また、好気槽下部１５-１の底面は、分離室７の下方領域において、散気管２２が配置されている領域から端壁に向かって上り坂に傾斜していて、この傾斜面８には散気管が配置されていない。これにより、分離室７では炭酸カルシウム鉱物９が下降して傾斜面８に沿って下降していくから、分離室７から炭酸カルシウム鉱物９が流出することを防げる。一方、比重が小さいフロック状のフッ化カルシウム１１や微生物汚泥１２は、最終的には分離室７から流出するが、フッ素の処理材料としての炭酸カルシウム鉱物９は、好気槽１５の分離室７から槽外に流出しないようになっている。
【０１５４】
上記したように、この好気槽下部１５-１と好気槽上部１５-２の境(好気槽１５の中間部)に導入された排水は、下部１５-１と上部１５-２の境において、弱く流動している炭酸カルシウム鉱物９と反応して、フッ素濃度が１５ｐｐｍ程度に処理され、排水のＰＨが６に近かづく。
【０１５５】
さらに、好気槽上部１５-２の好気汚泥ゾーン１６に導入された排水は、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤や微生物を含む返送汚泥と混合撹拌される。そして、フッ素の３次処理終了後の排水中のフッ素(１５ｐｐｍ)は、返送汚泥中の未反応消石灰と反応してフッ化カルシウム１１となり、さらに未反応の凝集剤によって排水中のフッ素濃度が１０ｐｐｍ以下まで低減させられる(フッ素の４次処理)。さらに、上記排水のＰＨも中性に近かづく。
【０１５６】
次に、フッ素,界面活性剤,リン,過酸化水素が処理された排水(被処理水)は、消石灰槽１７に導入される。具体的には、好気槽１５で処理された排水は、好気槽１５の分離室７の上方の位置に設けられたオーバーフロー管(図示せず)を経由して、消石灰槽１７へ移送される。この消石灰槽１７以降の処理は、前記第２実施形態と同様である。
【０１５７】
尚、前記第２実施形態と比較し、この第６実施形態は、嫌気槽３,好気槽１５の下部３−１,１５−１に炭酸カルシウム鉱物９を充填していることに加えて、滞留時間が長いことにより、嫌気槽３と好気槽１５で微生物が格段に繁殖することが特徴である。そのため、界面活性剤を含む有機物,過酸化水素,窒素を微生物処理できる。
【０１５８】
なお、前記第２実施形態の主処理槽５０での滞留時間が２時間であるのに対して、第６実施形態の嫌気槽３と好気槽１５の合計の滞留時間は４時間である。
【０１５９】
次に、図８に、この第６実施形態のタイミングチャートを示す。図８(Ａ)に、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素およびフッ素濃度が通常濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。また、図８(Ｂ)に、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素およびフッ素濃度が低濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。
【０１６０】
〔第７の実施の形態〕
次に、図９に、この発明の排水処理装置の第７実施形態を示す。この第７実施形態は、沈殿槽２３の上澄液を沈殿槽上澄液循環ポンプ５３によって、嫌気槽３の中間部に返送循環している点のみが、第６実施形態と異なる。したがって、前述の第６実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略して、異なる点のみを詳細に説明する。
【０１６１】
半導体工場では、アンモニア水を使用しているから、排水中にアンモニア性窒素が存在している。アンモニア性窒素は、嫌気槽３では処理されないで、好気槽１５に流入し、好気槽１５で空気や好気性微生物によって酸化されて、硝酸性窒素まで酸化される。したがって、沈殿槽２３の上澄液は、硝酸性窒素を含む上澄液になっている。
【０１６２】
この硝酸性窒素を含む上澄液を、沈殿槽上澄液循環ポンプ５３によって、嫌気槽３の中間部に多量に導入して、嫌気汚泥ゾーン５に繁殖している嫌気性微生物によって脱窒する。
【０１６３】
尚、アンモニア性窒素が嫌気槽３で処理されない理由は、窒素の形がアンモニア性窒素であるからであり、硝酸性窒素ならば嫌気槽３で窒素ガスまで処理できる。
【０１６４】
〔第８の実施の形態〕
次に、図１０に、この発明の排水処理装置の第８実施形態を示す。この第８実施形態は、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水だけでなく、井戸５１から汲み上げた有機塩素化合物(テトラクロロエチレン等)を含む地下水を、導入槽１に導入している点だけが前述の第７の実施の形態と異なる。したがって、前述の第７実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１６５】
この第８実施形態では、有機塩素化合物を含む地下水が、井戸ポンプ５２によって導入槽１に導入された後、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水と混合され、さらに導入槽ポンプ２によって、シリコン４２を含むシリコン汚泥が充填された嫌気槽３に導入され、続いて、シリコン汚泥が充填された好気槽１５に導入される。地下水中の有機塩素化合物は、シリコンが多量に充填されている嫌気槽３と好気槽１５で脱塩素化されて、最終的に塩素ガスや炭酸ガスとなって分解される。
【０１６６】
また、この第８実施形態は、有機塩素化合物を１つの水槽で処理(１段処理)する第５実施形態と異なり、シリコン４２を含む嫌気槽３と好気槽１５で２段処理するので、反応滞留時間も２倍となる。したがって、この第８実施形態によれば、第５実施形態に比べて、除去率が上がり、処理が確実となる。
【０１６７】
〔第９の実施の形態〕
次に、図１１に、この発明の排水処理装置の第９実施形態を示す。この第９実施形態は、シリコン排水処理系統のみが前述の第２実施形態と異なる。したがって、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１６８】
この第９実施形態のシリコン排水処理系統では、シリコン排水は、貯留槽３０に導入されて貯留された後、貯留槽ポンプ３１によって、膜分離装置４７に導入される。この第９実施形態では、膜分離装置４７を限外濾過膜で構成したが、逆浸透膜で構成してもよい。貯留槽ポンプ３１から膜分離装置４７までの配管途中には、磁石３５が設置されている。この磁石３５は、シリコン４２が配管内で固まるのを防ぎ、シリコン４２が閉塞したりスケール化することを防止している。
【０１６９】
また、具体的には、上記限外濾過膜として、日東電工株式会社のスパイラル形モジュールを採用したが、上記限外濾過膜は特に限定されるものでなく、上記スパイラル形モジュール以外に、平幕タイプ,管状タイプ,中空糸タイプなどを採用しても構わない。
【０１７０】
膜分離装置４７によって分離された濾過水は貯留槽３７に流入する。この貯留槽３７以降は、第２実施形態と同様の内容である。
【０１７１】
この第９の実施の形態では、膜分離法によってシリコン４２を分離しているから、凝集沈澱法でシリコン排水からシリコン４２を分離していた第２実施形態と異なり、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。一方、この膜分離法では、膜を長期間使用していると、膜が閉塞して処理水量が低下して、取り替える必要が出てくる。その期間は、シリコン排水のシリコン濃度やシリコン４２の粒子によって異なる。
【０１７２】
この第９実施形態のタイミングチャートを、図１２に示す。図１２(Ａ)に、フッ素濃度が通常濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示し、図１２(Ｂ)に、フッ素濃度が低濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。
【０１７３】
〔第１０の実施の形態〕
次に、図１３に、この発明の排水処理装置の第１０実施形態を示す。この第１０実施形態は、凝集沈澱法ではなく膜分離法によってシリコン排水を処理する点が前述の第３実施形態と異なる。したがって、第３実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１７４】
この第１０実施形態におけるシリコン排水処理系統では、膜分離法によってシリコン排水を処理する。この膜分離法によるシリコン排水処理は、前述した第９実施形態と全く同様である。この第１０実施形態によれば、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。
【０１７５】
〔第１１の実施の形態〕
次に、図１４に、この発明の排水処理装置の第１１実施形態を示す。この第１１実施形態は、凝集沈澱法ではなく、第９実施形態と同じく、膜分離法によって、シリコン排水を処理する点が、前述の第４実施形態と異なる。したがって、第４実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１７６】
この第１１実施形態によれば、第９実施形態と同様、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。
【０１７７】
〔第１２の実施の形態〕
次に、図１５に、この発明の排水処理装置の第１２実施形態を示す。この第１２の実施の形態は、凝集沈澱法ではなく、第９実施形態と同様に膜分離法によってシリコン排水を処理する点だけが、前述の第５実施形態と異なる。したがって、第５実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１７８】
この第１２実施形態によれば、第９実施形態と同様、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。
【０１７９】
〔第１３の実施の形態〕
次に、図１６に、この発明の排水処理装置の第１３実施形態を示す。この第１３実施形態は、凝集沈澱法ではなく、第９実施形態と同様に膜分離法によってシリコン排水を処理する点だけが前述の第６実施形態と異なる。したがって、第６実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１８０】
この第１３実施形態によれば、第９実施形態と同様、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。
【０１８１】
図１７に、この第１３実施形態のタイミングチャートを示す。図１７(Ａ)に、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素及びフッ素濃度が通常濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示し、図１７(Ｂ)に、界面活性剤,窒素,リン,過酸化水素及びフッ素濃度が低濃度の場合における各槽での処理タイミングチャートを示す。
【０１８２】
〔第１４の実施の形態〕
次に、図１８に、この発明の排水処理装置の第１４実施形態を示す。この第１４実施形態は、凝集沈澱法ではなく、膜分離法によってシリコン排水を処理する点のみが前述の第８実施形態と異なる。したがって、第８実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１８３】
この第１４実施形態によれば、第９実施形態と同様、凝集剤が不要である上に、設置スペースが格段に少なくて済むメリットがある。
【０１８４】
[第１実施例]
次に、具体的な実施例として、図１(Ａ)に示す第１実施形態と同じ構造の実装置を用いた排水処理例を説明する。
【０１８５】
この第１実施例では、導入槽１の容量を約３００立方メートルとし、主処理水槽５０の容量を約６００立方メートルとした。この実装置で、ＰＨが２.１で、フッ素濃度が１６３ｐｐｍの排水を処理したところ、処理後の排水のＰＨを７.３にでき、フッ素濃度を７ｐｐｍにできた。
【０１８６】
[第２実施例]
次に、具体的な実施例として、図２に示す第２実施形態と同じ構造の実装置を用いた排水処理の実施例を説明する。
【０１８７】
この第２実施例では、貯留槽１の容量を約３００立方メートルとし、主処理槽５０の容量を約６００立方メートルとし、消石灰槽１７の容量を約１００立方メートルとし、ポリ塩化アルミニウム槽１９の容量を約１００立方メートルとした。また、高分子凝集剤槽２１の容量を約１００立方メートルとし、沈殿槽２３の容量を約９００立方メートルとし、濃縮槽２６の容量を約１００立方メートルとした。
【０１８８】
一方、別系統のシリコン排水の処理設備である貯留槽３０の容量を約１００立方メートルとし、反応槽３２の容量を約１００立方メートルとした。また、沈殿槽３３の容量を約６００立方メートルとし、貯留槽３７の容量を約１００立方メートルとした。
【０１８９】
この実装置で、ＰＨが２.２でフッ素濃度が１５５ｐｐｍの排水を処理したところ、処理後の排水では、ＰＨを７.３にでき、フッ素濃度を６ｐｐｍにできた。
【０１９０】
[第３実施例]
次に、具体的な実施例として、図７に示す第６実施形態と同じ構造の実装置を用いた排水処理実験例を説明する。この実験例では、導入槽１の容量を約１５０立方メートルとし、嫌気槽３の容量を約３００立方メートルとし、好気槽１５の容量を約３００立方メートルとし、消石灰槽１７の容量を約５０立方メートルとした。また、ポリ塩化アルミニウム槽１９の容量を約５０立方メートルとし、高分子凝集剤槽２１の容量を約５０立方メートルとし、沈殿槽２３の容量を約４５０立方メートルとし、濃縮槽２６の容量を約１００立方メートルとした。一方、別系統のシリコン排水の処理設備である貯留槽３０の容量を約１００立方メートルとし、反応槽３２の容量を約１００立方メートルとし、沈殿槽３３の容量を約６００立方メートルとし、貯留槽３７の容量を約１００立方メートルとした。
【０１９１】
この実装置で、界面活性剤,窒素,リン過酸化水素含有フッ素排水を処理した。その結果、ＰＨ２.３からＰＨ７.５にでき、フッ素濃度１６１ｐｐｍから６ｐｐｍに低減できた。また、アニオン系界面活性剤の濃度を０.１２ｐｐｍから０．０６ｐｐｍに低減でき、全窒素濃度を１２.３ｐｐｍから５．１ｐｐｍに低減できた。また、リン濃度を８.２ｐｐｍから０．３ｐｐｍに低減でき、過酸化水素濃度を７２ｐｐｍから０.５ｐｐｍに低減できた。
【０１９２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の排水処理方法は、酸排水を撹拌動力無しでアルカリ汚泥で中和する内容である。したがって、撹拌動力を必要としないので、省エネルギーを計ることができる。また、新たな薬品ではなく、アルカリ汚泥で酸排水を中和するので、アルカリ汚泥のリサイクルばかりでなく、薬品コストを低減できる。したがって、従来の排水処理方法と比較して、ランニングコストを格段に低下させることができる。
【０１９３】
また、請求項２の発明の排水処理方法は、上記アルカリ汚泥が未反応の薬品を含んでいるので、その未反応の薬品によって、酸排水を迅速に中和できる。また、アルカリ汚泥中の未反応の薬品を利用するので、資源を有効利用でき、かつランニングコストを低減できる。
【０１９４】
また、請求項３の発明の排水処理方法は、請求項２に記載の排水処理方法において、上記酸排水がフッ素排水で、上記未反応の薬品がカルシウム剤である。したがって、フッ素排水中のフッ素イオンとカルシウム剤中のカルシウムイオンを化学的に反応させて、フッ化カルシウムを形成して、フッ素排水中からフッ素を処理できる。
【０１９５】
また、請求項４の発明の排水処理方法は、請求項３の発明の排水処理方法において、上記カルシウム剤が消石灰であるので、特にフッ素排水中のフッ素イオンと消石灰中のカルシウムイオンが容易に反応し、フッ化カルシウムを形成し、フッ素排水を処理できる。
【０１９６】
また、請求項５の発明の排水処理方法は、請求項２に記載の排水処理方法において、上記酸排水が、フッ素排水で、また上記未反応の薬品が消石灰と凝集剤である。したがって、フッ素排水中のフッ素イオンと消石灰中のカルシウムイオンが反応してフッ化カルシウムを形成し、さらに凝集剤があるので、その微細なフッ化カルシウムを凝集剤によって安定した大きなフロックにすることができる。そして、その大きなフロックを沈澱等によって分離すれば、フッ素が除去された処理水を得ることができる。
【０１９７】
また、請求項６の発明の排水処理方法は、請求項５の排水処理方法において、上記凝集剤がポリ塩化アルミニウムまたは、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)である。それら凝集剤は一般的な凝集剤であるので、容易に排水処理システムを構築できる。また、それら凝集剤は、フッ素排水の処理に実績のある凝集剤であり、そのフロックは沈降性がよいので、そのフロックを容易に沈澱槽で固液分離し、フッ素排水を処理できる。
【０１９８】
また、請求項７の発明の排水処理方法は、請求項１の排水処理方法において、上記アルカリ汚泥が返送汚泥であるので、一般の排水処理システムから返送汚泥を容易に確保でき、排水処理システムを容易に構築できる。また、アルカリ汚泥が返送汚泥であるから、アルカリ汚泥のための新たな薬品等を添加する必要がなく、資源としての返送汚泥を有効に利用できる。
【０１９９】
また、請求項８の発明の排水処理方法は、請求項１の排水処理方法において、上記アルカリ汚泥がシリコンを含有しているので、アルカリ汚泥の性状をより強固にできる効果がある。そして、アルカリ汚泥が、シリコンによって、より強固になっているので、排水処理システムがより安定する効果がある。また、アルカリ汚泥がシリコンを含有しているので、そのシリコンを含有したアルカリ汚泥で、排水中の有機塩素化合物を処理できる。
【０２００】
また、請求項９の発明の排水処理装置は、上部より、アルカリ汚泥が導入され、かつ下部より酸排水が導入される主処理槽で酸排水を処理するので、主処理槽内に強固な汚泥ゾーンを形成でき、撹拌動力無しで、酸排水を確実に排水処理できる。また、上記主処理槽は、撹拌動力を使用しない反応槽となりうるので、省エネルギーを達成できる。
【０２０１】
また、請求項１０の発明の排水処理装置は、返送汚泥とシリコン汚泥によって、強固な汚泥ゾーンが形成されている主処理槽で、フッ素排水のフッ素の１次処理ができ、また、消石灰槽で消石灰によるフッ素の２次処理ができる。
【０２０２】
また、凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムと高分子凝集剤が添加されるので、主処理槽や消石灰槽で形成された微細なフッ化カルシウムを、より安定した大きなフロックとすることができ、その大きなフロックを含む排水を、沈澱槽に導入して、排水を処理水と沈澱汚泥とに固液分離できる。
【０２０３】
また、沈澱汚泥は、返送汚泥として主処理槽に返送し、さらにフッ素排水を上記主処理槽に導入するので、未反応の薬品が返送汚泥に含まれている場合、それら未反応の薬品でフッ素排水を処理できる。すなわち、薬品をリサイクルでき、効率的な排水処理を行うことができる。
【０２０４】
また、請求項１１の発明の排水処理装置は、濃縮槽からの濃度の高い返送汚泥とシリコン汚泥によって、より強固な汚泥ゾーンが形成されている主処理槽で、フッ素排水のフッ素の１次処理ができる。また、消石灰槽でフッ素の２次処理ができ、また、凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムと高分子凝集剤が添加されるので、主処理槽や消石灰槽で形成された微細なフッ化カルシウムを、より安定した大きなフロックとすることができ、その大きなフロックを含む排水を、沈澱槽に導入して、排水を処理水と沈澱汚泥とに固液分離できる。
【０２０５】
また、濃縮槽で濃縮した高濃度汚泥を、返送汚泥として主処理槽に返送し、さらにフッ素排水を上記主処理槽に導入するので、少ない汚泥量でフッ素排水を処理できる。そして、多量に高濃度汚泥を導入しておけば、流入水としてのフッ素排水の濃度が急激に変化した場合や、フッ素排水が濃い場合においても、フッ素排水を安定的に処理できる。また、主処理槽の汚泥ゾーンにおいて汚泥ゾーンに含まれる未反応薬品を有効利用でき、効率的に排水処理できる。
【０２０６】
また、請求項１２の発明の排水処理装置は、シリコン汚泥が、シリコン排水を凝集沈澱、または膜分離して得られた汚泥であるので、シリコン濃度が高く、主処理槽での汚泥ゾーン形成が容易となる。また、凝集沈澱にしろ、膜分離にしろ、それらは、一般的な排水処理手段であるから、排水処理システムを容易に構築できる。
【０２０７】
また、請求項１３の発明の排水処理装置は、返送汚泥が沈澱槽と濃縮槽からの汚泥であるから、流入水としてのフッ素排水が多量に流入した場合や、フッ素排水中のフッ素濃度が急に上昇した場合においても、返送汚泥を緊急的に増加させることができ、フッ素排水を安定的に処理できる。
【０２０８】
また、請求項１４の発明の排水処理装置は、導入槽において、有機塩素化合物を含む地下水をフッ素排水と混合して処理する。したがって、有機塩素化合物を含む地下水の処理設備が不必要となり、イニシャルコストとランニングコストを低減できる。
【０２０９】
また、請求項１５の発明の排水処理装置は、嫌気槽において、返送汚泥が導入され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されているので、嫌気性微生物を繁殖させることができる。そして、排水中の硝酸性窒素と過酸化水素を、汚泥中に繁殖している嫌気性微生物によって処理でき、また排水中のフッ素を炭酸カルシウム鉱物によって処理できる(フッ素の１次処理)。
【０２１０】
一方、好気槽においては、シリコン汚泥と返送汚泥が導入され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されているので、好気性の微生物を繁殖させることができる。そして、汚泥中に繁殖している好気性微生物によって排水中の有機物を処理でき、また排水中のフッ素を炭酸カルシウム鉱物で処理できる(フッ素の２次処理)。
【０２１１】
特に、好気槽においては、シリコン汚泥も導入されているので、比重の重いシリコン汚泥のもつ汚泥ゾーン形成力によって、好気性微生物濃度も高まり、有機物を効率的に処理できる。
【０２１２】
また、請求項１６の発明の排水処理装置は、嫌気槽の汚泥中に繁殖している嫌気性微生物と好気槽の汚泥中に繁殖している高濃度好気性微生物の両方によって、有機物としての生物分解性の悪い界面活性剤を処理できる。
【０２１３】
また、請求項１７の発明の排水処理装置は、磁石を有している凝集沈澱装置または磁石を有している膜分離装置によって、閉塞し易いシリコン汚泥であってもイオン化でき、閉塞や配管内でのスケール化を防止できる。
【０２１４】
また、請求項１８の発明の排水処理装置は、請求項１７の排水処理装置において、膜分離装置が限外濾過膜であるので、ミクロンオーダーの微小のシリコン粒子であっても、完全に分離できる。また、限外濾過膜で微小の固形物を完全に分離できるので、処理水を超純水製造装置の原水にできる。
【０２１５】
また、請求項１９の発明の排水処理装置は、嫌気槽の上部が嫌気汚泥ゾーン、下部に炭酸カルシウム鉱物が充填されているので、排水中の硝酸性窒素と過酸化水素を、嫌気汚泥ゾーン中に繁殖している高濃度嫌気性微生物によって効率良く処理できる。また、排水中のフッ素を炭酸カルシウム鉱物によって処理できる(フッ素の１次処理)。
【０２１６】
一方、好気槽においては、シリコン汚泥と返送汚泥が導入され、かつ炭酸カルシウム鉱物が充填されているので、排水中の有機物を、好気汚泥ゾーン中に繁殖している高濃度好気性微生物でもって効率良く処理できる。また、排水中のフッ素を炭酸カルシウム鉱物で処理できる(フッ素の２次処理)。
【０２１７】
特に、好気槽においては、シリコン汚泥も導入されているので、シリコン汚泥のもつ汚泥ゾーン形成力によって、好気汚泥ゾーンの好気性微生物濃度も高まり、有機物を効率的に処理できる。
【０２１８】
また、請求項２０の発明の排水処理装置は、嫌気汚泥ゾーンの汚泥が、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウムおよび微生物を含んでいるから、有機物と窒素と過酸化水素とを微生物によって処理できる。また、リンを未反応の消石灰によって、リン酸カルシウムとして処理できる(リンの１次処理)。
【０２１９】
また、生成された微細なリン酸カルシウムを未反応のポリ塩化アルミニウムや未反応の凝集剤によって、安定したより大きなフロックとすることができる。また、好気汚泥ゾーンが、未反応の消石灰,未反応のポリ塩化アルミニウム,未反応の高分子凝集剤,生成したフッ化カルシウムおよび微生物を含んでいるので、有機物と窒素を微生物によって処理できる。また、リンを未反応の消石灰によってリン酸カルシウムとして処理できる(リンの２次処理)。また、生成された微細なリン酸カルシウムを未反応のポリ塩化アルミニウムや未反応の凝集剤によって、安定したより大きなフロックとすることができる。
【０２２０】
また、請求項２１の発明の排水処理装置は、排水が最初に導入される嫌気槽、続いて導入される好気槽を設置し、嫌気槽における嫌気汚泥ゾーンの微生物が嫌気性の微生物であり、好気槽の好気汚泥ゾーンの微生物が好気性の微生物である。したがって、排水中の硝酸性窒素を嫌気槽の嫌気性微生物によって、窒素ガスとして処理できる。また、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を、好気槽の好気性微生物によって硝酸性窒素まで酸化処理できる。
【０２２１】
また、請求項２２の発明の排水処理装置は、有機物を嫌気槽と好気槽の微生物によって処理でき、窒素,特に硝酸性の窒素を嫌気槽で処理でき、リンを消石灰槽に添加される消石灰によって主として処理でき、過酸化水素を嫌気槽の嫌気性微生物が持つ還元性によって処理できる。さらに、フッ素を、嫌気槽と好気槽に充填された炭酸カルシウム鉱物と、消石灰槽に添加される消石灰とによってフッ化カルシウムとして処理できる。したがって、この発明によれば、有機物,窒素,リン,過酸化水素含有フッ素排水中の全ての項目(有機物,窒素,リン,過酸化水素およびフッ素)を確実に処理できる。
【０２２２】
また、請求項２３の発明の排水処理装置は、沈澱槽上部の処理水を嫌気槽中間部に返送するので、処理水中に含まれている硝酸性窒素を、嫌気槽の嫌気性微生物によって、還元し窒素ガスとして脱窒処理できる。
【０２２３】
また、請求項２４の発明の排水処理装置は、請求項２２の排水処理装置において、導入槽に有機塩素化合物を含む地下水を導入してフッ素排水と混合し、嫌気槽や好気槽のシリコンによって、シリコンの持つ脱塩素化作用で処理する。したがって、新たに有機塩素化合物を含む地下水の処理設備を設ける必要がなく、イニシャルコストやランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(Ａ)はこの発明の排水処理装置の第１実施形態(撹拌動力無し)を示す構成図であり、図１(Ｂ)は従来の酸排水に対する機械的撹拌による排水処理装置を示す構成図であり、図１(Ｃ)は従来の酸排水に対する空気撹拌による排水処理装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の排水処理装置の第２実施形態の構成図である。
【図３】  上記第２実施形態による排水処理タイミングチャートである。
【図４】  この発明の排水処理装置の第３実施形態の構成図である。
【図５】  この発明の排水処理装置の第４実施形態の構成図である。
【図６】  この発明の排水処理装置の第５実施形態の構成図である。
【図７】  この発明の排水処理装置の第６実施形態の構成図である。
【図８】  上記第６実施形態の排水処理装置による処理タイミングチャートである。
【図９】  この発明の排水処理装置の第７実施形態の構成図である。
【図１０】  この発明の排水処理装置の第８実施形態の構成図である。
【図１１】  この発明の第９実施形態の構成図である。
【図１２】  上記第９実施形態の排水処理装置による処理タイミングチャートである。
【図１３】  この発明の第１０実施形態の構成図である。
【図１４】  この発明の第１１実施形態の構成図である。
【図１５】  この発明の第１２実施形態の構成図である。
【図１６】  この発明の第１３実施形態の構成図である。
【図１７】  上記第１３実施形態の排水処理装置による処理タイミングチャートである。
【図１８】  この発明の第１４実施形態の構成図である。
【図１９】  従来のシリコン排水とフッ素排水の排水処理方法を示す図である。
【図２０】  今１つの従来のシリコン排水とフッ素排水の排水処理方法を示す図である。
【符号の説明】
１…導入槽、２…導入槽ポンプ、３…嫌気槽、
３-１…下部、３-２…上部、
４…下部流入管、５…嫌気汚泥ゾーン、６…分離壁、
７…分離室、８…傾斜面、９…炭酸カルシウム鉱物、
１０…未反応薬品、１１…フッ化カルシウム、１２…微生物汚泥、
１３…バルブ、１４…ブロワー、１５…好気槽、
１５-１…下部、１５‐２…上部、
１６…好気汚泥ゾーン、１７…消石灰槽、
１８…急速撹拌機、１９…ポリ塩化アルミニウム槽、
２０…緩速撹拌機、２１…高分子凝集剤槽、
２２…散気管、２３…沈澱槽、２４…かき寄せ機、
２５…沈澱槽汚泥返送ポンプ、２６…濃縮槽、
２７…濃縮槽汚泥返送ポンプ、２８…濃縮槽ポンプ、
２９…フィルタープレス、３０…貯留槽、３１…貯留槽ポンプ、
３２…反応槽、
３３…沈殿槽、３４…シリコン汚泥返送ポンプ、
３５…磁石、３６…シリコン汚泥移送ポンプ、
３７…貯留槽、３８…高圧ポンプ、
３９…プレフィルター、４０…逆浸透膜装置、４１…超純水製造装置、
４２…シリコン、４３…沈澱槽ポンプ、４４…濃縮装置、
４５…フィルタープレスポンプ、４６…中和槽、４７…膜分離装置、
５０…主処理槽、５１…井戸、５２…井戸ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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