(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの水槽に炭酸カルシウム鉱物と嫌気性微生物汚泥を充填して、
上記水槽に、窒素,有機物含有フッ素排水を導入して処理することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
窒素と有機物を含有した窒素,有機物含有フッ素排水を、原水槽，下部に炭酸カルシウム鉱物が充填され、かつ上部に微生物汚泥が濃縮された嫌気槽，炭酸カルシウム鉱物が充填された撹拌手段を有する好気槽，沈殿槽の順に導入して処理す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、
上記沈殿槽で沈殿した汚泥を、上記嫌気槽に返送して循環させ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、
上記沈殿槽で沈澱した汚泥が、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物を含有していることを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の排水処理方法において、
上記嫌気槽の下部から排水を導入し、上記嫌気槽の中間部に、上記沈殿槽で沈澱した汚泥を導入す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、
上記嫌気槽の上部に汚泥ゾーンを形成することを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
請求項２乃至４のいずれか１つに記載の排水処理方法において、
上記嫌気槽の上部の浮遊物質濃度を１００００ｐｐｍ以上にすることを特徴とする排水処理方法。
【請求項８】
請求項２に記載の排水処理方法において、
充填する炭酸カルシウム鉱物が粒状であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項９】
請求項６に記載の排水処理方法において、
上記嫌気槽の上部に形成した汚泥ゾーンに、脱窒菌を繁殖させることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記沈殿槽からの被処理水を濾過装置で濾過し、
軟水装置でもって、上記濾過装置からの被処理水のカルシウムイオンを除去し、
逆浸透膜装置でもって、上記軟水装置からの被処理水中の残留イオン，残留有機物および微生物を除去し、
上記逆浸透膜装置からの処理水を、超純水製造装置で超純水にすることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の排水処理方法において、
上記軟水装置からの被処理水が導入される逆浸透膜装置が備える逆浸透膜は、複合膜であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記窒素,有機物含有フッ素排水が過酸化水素を含有していることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の排水処理方法において、
排水中の有機物がイソプロピルアルコールやアセトンに起因する有機物であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１４】
炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、窒素,有機物含有フッ素排水が導入される下部と、嫌気性微生物汚泥が充填された上部とが構成する２重構造の水槽を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項１５】
窒素と有機物を含有した窒素,有機物含有フッ素排水が導入される原水槽と、
上記原水槽から窒素,有機物含有フッ素排水が導入され、炭酸カルシウム鉱物が充填された下部と、微生物汚泥が濃縮された上部とを有する嫌気槽と、
上記嫌気槽から排水が導入され、撹拌手段を有し、炭酸カルシウム鉱物が充填された好気槽と、
上記好気槽からの排水が導入される沈殿槽とを備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項１６】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記嫌気槽内の溶存酸素量に応じて、原水槽から嫌気槽に導入する排水の量を制御することを特徴とする排水処理方法。
【請求項１７】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記沈殿槽内の排水のフッ素濃度に応じて、上記好気槽を曝気する曝気空気の量を制御することを特徴とする排水処理方法。
【請求項１８】
請求項２に記載の排水処理方法において、
上記原水槽内の排水のＣＯＤ濃度に応じて、水素供与体となる有機物を嫌気槽に供給することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体工場や液晶工場から排出される窒素,有機物およびフッ素を含有する排水を、１つの槽で窒素,有機物およびフッ素を同時に処理する排水処理法および排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工場や液晶工場では、硝酸やアンモニア水と同時にＩＰＡ(イソプロピルアルコール)やアセトン等の有機物および酸としてのフッ酸を多量に使用している。また、フッ素と窒素の化合物としてのフッ化アンモニウムも使用されている。
【０００３】
水質汚濁防止法の観点から、フッ素に加えて窒素および有機物を含んでいる排水の場合には、上記フッ素と窒素およびＣＯＤ(化学的酸素要求量)を高める有機物を所定濃度になるまで処理する必要がある。また、工場の立地場所によっては、さらに厳しい上乗せ基準もあり、それらの基準と企業が独自に持つ基準に合わせて、さらにより厳密に処理する場合もある。
【０００４】
ここで、上記フッ素の除去は、フッ素濃度の規制値,行政の上乗せ基準,それぞれの企業の社内基準をクリアするために必要である。また、上記窒素の除去も、処理水中の全窒素の規制値,行政の上乗せ基準,それぞれの企業の社内基準をクリアするために必要である。さらに、有機物の除去は、処理水の規制値としてのＣＯＤを低下させるために必要である。
【０００５】
従来、半導体工場において、フッ素に加えて、窒素と有機物とを含有したＰＨ２〜ＰＨ３の混合排水を、以下のようにして処理している。
【０００６】
すなわち、図１１に示すように、最初に、凝集沈殿工程３２において、フッ素を消石灰等の薬品によって化学的に中和処理する。そして、上記フッ素が中和された後に、硝化槽３３において有機物を好気性の生物学的に処理しながら窒素を硝酸性の窒素まで処理(硝化)する。続いて、有機物タンク２６から脱窒槽２９に水素供与体としての有機物を過剰に添加して上記硝酸性窒素を窒素ガスとして空気中に飛散させて処理する。次に、再曝気槽３１で、脱窒槽２９において過剰に添加した有機物を生物学的に処理する。
【０００７】
また、排水中のフッ素を除去するためのフッ素除去装置として、図１２に示すものがある。このフッ素除去装置では、フッ素含有排水を２つの炭酸カルシウム充填槽１０１，１０２に通し、炭酸カルシウム充填槽１０２からの流出水を循環槽１０３に導入する。そして、循環槽１０３内の排水を膜分離装置１０４に導入して、後段の炭酸カルシウム充填槽１０２から流出した炭酸カルシウム結晶を含む濃縮水と透過水とに分離する。そうした後、上記分離された濃縮水を循環槽１０３に返送する。また、上記濃縮水の一部を前段の炭酸力ルシウム充填槽１０１に返送する。一方、上記透過水は、貯留槽１０５に排出される。
【０００８】
上記フッ素除去装置によれば、排水中のフッ素は炭酸カルシウム充填槽１０１,１０２内の炭酸カルシウムと反応して、フッ化カルシウムとなる。そして、所定の処理期間が経過した後に、上記フッ化カルシウムは炭酸カルシウム充填槽１０１,１０２から抜き出される。こうして、フッ素をフッ化カルシウムとして除去するのである。
【０００９】
また、他のフッ素除去装置として、図１３に示すようなフッ化カルシウム回収装置がある。このフッ化カルシウム回収装置では、炭酸カルシウム反応槽１０６内のフッ素含有溶液に、炭酸カルシウムサイロ１０７内の炭酸カルシウムを添加する。そして、５０℃〜１００℃の高温空気通気処理(高温減圧脱気処理)を経て、フッ化カルシウムを回収するのである。尚、１０８は通気のためのブロワーであり、１０９は散気管である。
【００１０】
ところで、前記図１２および図１３に示した装置では、フッ素を処理できるが有機物を処理できない。
【００１１】
そこで、有機物を含むフッ素排水を処理する排水処理装置として、図１４に示すものがある。この排水処理装置は、充填材としての炭酸カルシウム鉱物１２４ａを強く流動させたり弱く流動させたりして、化学反応と好気性微生物による生物反応とを巧みに利用して、排水中のフッ素と有機物の両方を除去する。
【００１２】
図１４において、１１１は主要な処理を行う第１水槽であり、１１２は第２水槽(沈殿槽)であり、１１３は第３水槽(汚泥濃縮槽)であり、１１４はポリ塩化アルミニウムタンク、１１５,１１６はかき寄せ機、１１７〜１１９はブロワー、１２０はラインミキサー、１２１はディフューザー、１２２,１２３は散気管である。また、１２４ａ〜１２４ｃは炭酸カルシウム鉱物、１２５は無機汚泥、１２６は微生物汚泥である。
【００１３】
また、図１５に、今一つの排水処理装置を示す。この排水処理装置は、炭酸カルシウム鉱物を利用して有機物含有フッ素排水を処理するものである。この排水処理装置では、充填物を全て固定状態で使用するようになっている。したがって、排水中のフッ素とカルシウムとが反応してできるフッ化カルシウムが、固定状態の炭酸カルシウム鉱物１４６の間に残存して、長期間塊として存在することになる。そして、その塊は次第に大きくなって糟内全体に広がってしまい、結果として処理効率が低下することになる。図１５において、１３１は第１反応調整槽、１３２は第２反応調整槽、１３３は反応凝集槽である第３水槽、１３４は沈殿槽である第４水槽、１３５は汚泥濃縮槽である第５水槽、１３６はフィルタープレス、１３７,１３８は散水管、１３９〜１４１はブロワ−、１４２,１４３は散気管、１４４,１４５はかき寄せ機である。また、１４６は炭酸カルシウム鉱物、１４７は木炭、１４８はプラスチック製充填物である。
【００１４】
ところで、前記図１４および図１５に示した装置では、フッ素と有機物を処理できるが、窒素までは処理できない。
【００１５】
そこで、フッ素,有機物,および窒素を処理できる装置として、図１６に示す装置が考えられる。この排水処理装置は、窒素,有機物含有フッ素排水を処理対象としている。この装置は、第３水槽７２で、排水中の有機物とフッ素を処理する。また、この槽７２で、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を硝酸性の窒素まで硝化させている。続いて、脱窒槽８９に排水を導入しながら水素供与体としての過剰の有機物(メタノール等)を有機物タンクポンプ８７で添加しながら、窒素を窒素ガスとして空気中に飛散させながら脱窒を行う。続いて、脱窒槽８９で過剰に添加した有機物を再曝気槽９１で生物学的に処理している。
【００１６】
また、窒素およびフッ素含有排水の処理装置の従来技術として、特開平８−１４１５９７号に示されたものがある。この窒素およびフッ素含有排水の処理装置は、▲１▼生物膜式の硝化装置と、▲２▼第１,第２反応槽および沈殿槽からなるフッ素除去装置と、▲３▼生物学的脱窒装置と、▲４▼生物学的酸化装置と、▲５▼沈殿槽とで構成されている。この装置では、排水は、まず微生物担持体が充填された生物膜式の硝化装置に導入されて、アンモニア性窒素が亜硝酸性窒素や硝酸性窒素まで酸化される。上記排水は、続いてフッ素除去装置に導入さて排水中のフッ素が、脱窒菌に影響しないまでに除去される。続いて、上記排水はメタノールを添加されながら生物学的脱窒装置に導入されて脱窒反応が進行して窒素が窒素ガスとなり脱窒が完了する。続いて、上記排水中の過剰のメタノールが生物学的酸化装置で処理される。そして、排水は沈殿槽に導入されて上澄液と汚泥とに分離され、汚泥は生物学的脱窒装置に返送される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、集積回路を製造する一般の半導体工場において排出されるフッ素排水には、硝酸，アンモニア水，フッ化アンモニウム等の窒素を含有している薬品と、ＩＰＡ(イソプロピルアルコール)あるいはアセトン等の有機物が混入している。
【００１８】
硝酸，アンモニア水，フッ化アンモニウム，ＩＰＡ及びアセトンは単独で排出される場合もあるが、半導体の製造工程においてフッ酸，硝酸，アンモニア水，フッ化アンモニウム，ＩＰＡおよびアセトン等を使用することは一般的であり、それらの薬品は同一処理のクリーンベンチ内で取り扱うことも多い。したがって、それらの薬品が、排水量の比較的多いフッ酸排水に少量だけ混入することがある。
【００１９】
上述した様に、硝酸やアンモニア水を由来とする窒素が混入し、かつＩＰＡやアセトンを由来とする有機物が混入し、かつフッ素を含有している「窒素,有機物含有フッ素排水」を処理する方法としては、次のものがある。
【００２０】
まず、▲１▼フッ素を消石灰等のカルシウム剤やポリ塩化アルミニウム等の凝集剤によって化学的に処理し、続いて、▲２▼有機物を生物学的に処理すると同時にアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を硝酸性窒素に硝化する。続いて、▲３▼水素供与体としてのメタノールを添加しながら硝酸性窒素を生物学的に処理(脱窒処理)し、さらに続いて、▲４▼前段で過剰に添加したメタノールを生物分解処理する方法が最も一般的である。
【００２１】
しかしながら、この消石灰によるフッ素処理では、排水中のフッ素濃度を一桁まで下げる場合には、過剰の消石灰や凝集剤を投入しないと目的とするフッ素濃度に至らず、結果として未反応の消石灰が沈殿槽に流入して汚泥の発生量が多くなる。したがって、消石灰の過剰添加によって汚泥の発生量が多くなると共にコストアップになるという問題がある。
【００２２】
そこで、フッ素排水を処理する際の発生汚泥量を低減する方法として、上述の図１２や図１３に示した排水処理装置のように、炭酸カルシウムを用いてフッ素をフッ化カルシウムとして除去する方法が開発されている。さらに、その発展方法として、前述の図１４や図１５に示した排水処理装置のごとく、炭酸カルシウム鉱物を用い、化学反応と微生物による生物反応とを利用して排水中のフッ素と有機物とを除去する方法も開発されている。
【００２３】
しかしながら、この方法は、充分なる嫌気状態が存在する嫌気槽がないので、排水中のフッ素や有機物を処理できても、窒素は処理できないという問題がある。
【００２４】
また、排水中のフッ素，窒素および有機物を除去する装置として、図１６に示す窒素,有機物含有フッ素排水の除去装置がある。しかしながら、この窒素,有機物含有フッ素排水除去装置では、排水中の有機物を好気槽である第３水槽７２で除去しているので、水素供与体としての有機物をあらたに脱窒槽８９に過剰に添加する必要があり、その有機物としてはメタノールが具体例としてあげられる。脱窒槽８９において過剰に添加された有機物であるメタノールは、次の再曝気槽９１で生物学的に処理している。資源の有効利用の観点から判断すれば、排水中の有機物を、水素供与体として有効利用できれば、省資源となり、省資源となりうる合理的な排水処理システムが求められている。また、脱窒槽８９において、撹拌機９０があるほうが、窒素の除去率が向上するが、撹拌工程が存在すると、槽内から沈降性の悪い微生物汚泥が流出し、微生物濃度を格段に高めることが困難になる。また、微生物濃度を高くできない理由としては、一般の半導体工場では、窒素,有機物含有フッ素排水中の有機物濃度が低いため、求めている微生物汚泥が充分発生しないことがある。半導体工場排水の場合、微生物汚泥が発生しても、曝気による好気的な消化により微生物汚泥が消滅してしまい微生物濃度を高めることができない。尚、図１６に示す装置では、フッ素と有機物の処理装置の後段に脱窒槽８９や再曝気槽９１を設置して、排水中のフッ素,有機物及び窒素を処理できる。ところがこの処理方法では、以下の様な問題がある。すなわち、一般の半導体工場では窒素,有機物含有フッ素排水の水量が比較的多い。そこで、脱窒槽８９や再曝気槽９１での滞留時間を数時間としても滞留水量が大きくなり、槽建設のためのイニシャルコストが莫大になる。また、大きな設置面積が必要となる。また、排水中のＩＰＡやアセトンに起因する水素供与体としての有機物は、好気槽としての第２水槽７２で微生物処理されて利用することができないという問題がある。よって、脱窒槽８９に水素供与体としてのメタノール等の有機物を添加する必要がある。また、脱窒槽８９に反応効率をあげるための撹拌機９０が設置されているので、沈降性の悪い嫌気性の微生物汚泥を高濃度に維持できない。したがって、脱窒における窒素の除去率が低いという問題がある。
【００２５】
そこで、この発明の目的は、新たな薬品としてのメタノール等の有機物を必要とせず、低コストで窒素,有機物含有フッ素排水を処理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。
【００２６】
【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に係る発明の排水処理方法は、１つの水槽に炭酸カルシウム鉱物と嫌気性微生物汚泥を充填して、
上記水槽に、窒素,有機物含有フッ素排水を導入して処理することを特徴としている。
【００２７】
この請求項１の発明では、炭酸カルシウム鉱物の比重が嫌気性微生物よりも大きいので、水槽下部に炭酸カルシウム鉱物が自然に沈降すると同時に、水槽上部が嫌気性微生物汚泥で占められる。そして、この水槽下部に下降した炭酸カルシウム鉱物から溶出するカルシウムイオンを、排水中のフッ素と化学的に反応させる。同時に、水槽上部の嫌気性微生物汚泥の嫌気性微生物を利用して  排水中の有機物を処理する。また、排水中の窒素(特に硝酸性窒素)を嫌気性微生物が持つ還元性により還元処理する。すなわち、この請求項１の発明では、フッ素，有機物，窒素を、１つの水槽で処理できる。
【００２８】
また、請求項２に係る発明の排水処理方法は、窒素と有機物を含有した窒素,有機物含有フッ素排水を、原水槽，下部に炭酸カルシウム鉱物が充填され、かつ上部に微生物汚泥が濃縮された嫌気槽，炭酸カルシウム鉱物が充填された撹拌手段を有する好気槽，沈殿槽の順に導入して処理することを特徴としている。
【００２９】
この請求項２の発明では、嫌気槽下部に充填してある炭酸カルシウム鉱物で、排水中のフッ素を一次処理でき、続いて、嫌気槽上部の濃縮した微生物汚泥で、排水中の有機物を処理できる。また、炭酸カルシウム鉱物が充填され、撹拌手段を有する好気槽で、嫌気槽において未反応のままの低濃度フッ素を２次処理できる。また、この嫌気槽で、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を酸化処理できる。続いて、沈殿槽で処理水と汚泥とに固液分離できる。
【００３０】
また、請求項３に係る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、上記沈殿槽で沈殿した汚泥を、上記嫌気槽に返送して循環させることを特徴としている。
【００３１】
この請求項３の発明では、沈殿槽から嫌気槽に微生物汚泥を返送し循環しているので、上記沈殿槽で沈澱した微生物汚泥を嫌気槽に導入して濃縮できる。同時に、排水中に含まれている窒素(特に硝酸性の窒素)を嫌気槽に導入でき、嫌気槽で、排水中の有機物を水素供与体として脱窒できる。なお、水素供与体となりうるものとしては、メタノールが一般的で脱窒効果が最も良い。次に脱窒効果が良いものとしては、ＩＰＡやアセトンに起因する有機物がある。そして、脱窒効果が普通のものとしては、一般的な有機物全般があげられる。
【００３２】
また、請求項４に係る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、
上記沈殿槽で沈澱した汚泥が、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物を含有していることを特徴としている。
【００３３】
この請求項４の発明では、沈澱した汚泥が、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物を含有しているから、汚泥自体が生物処理機能を有すると同時に、フッ化カルシウムにより沈降性の良い汚泥となる。したがって、汚泥が浮遊することなく、嫌気槽において容易に微生物汚泥濃度を高めることができると同時に、嫌気状態を容易に維持できる。すなわち、通常は、沈降性が悪い微生物汚泥が、フッ化カルシウムによって包括されて固定化されることによって、性状が変わり、沈降性の良い微生物汚泥になる。なお、一般の嫌気性微生物は有機物を処理する役割を果たし、脱窒菌は窒素を処理する役割を果たす。
【００３４】
また、請求項５に係る発明の排水処理方法は、請求項２または３に記載の排水処理方法において、上記嫌気槽の下部から排水を導入し、上記嫌気槽の中間部に、上記沈殿槽で沈澱した汚泥を導入することを特徴としている。
【００３５】
この請求項５の発明では、炭酸カルシウム鉱物が充填された嫌気槽の下部より排水を導入するので、排水中のフッ素を化学的にフッ化カルシウムに変化させて、フッ素が微生物に影響しない濃度まで濃度を低減できる。また、排水を炭酸カルシウム鉱物層を通過させることにより、酸排水をある程度中和することができる。ある程度中和した酸排水は、微生物に影響を与えない水質になる。
【００３６】
また、嫌気槽の中間部に、沈殿槽で沈澱した汚泥を導入する。この沈殿した汚泥は、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された沈降性の良い嫌気性微生物汚泥を含有しているから、嫌気槽の嫌気状態を容易に維持できる。
【００３７】
また、請求項６に係る発明の排水処理方法は、請求項５に記載の排水処理方法において、上記嫌気槽の上部に汚泥ゾーンを形成することを特徴としている。
【００３８】
この請求項６の発明では、嫌気槽の上部に汚泥ゾーンを形成したので、滞留時間を確保でき、汚泥量が多く、かつ汚泥濃度を最大限に確保できる。また、汚泥ゾーンで、嫌気性が確実かつ安定して維持されているから、窒素処理(脱窒)を効果的に進行させることができる。また、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物は、沈降性がよいので、汚泥濃度を高めることができ、排水中の有機物を効果的に利用して処理できる。
【００３９】
また、請求項７に係る発明の排水処理方法は、請求項２乃至４のいずれか１つに記載の排水処理方法において、上記嫌気槽の上部の浮遊物質濃度を１００００ｐｐｍ以上にすることを特徴としている。
【００４０】
この請求項７の発明では、汚泥濃度が１００００ｐｐｍ以上であることと、汚泥に嫌気性微生物を含有していることにより、嫌気性が確実にかつ安定して維持されており反応を効果的に進行できる。また、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物の濃度が高いので、排水中の有機物を効果的に処理できる。
【００４１】
また、請求項８に係る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、充填する炭酸カルシウム鉱物が粒状であることを特徴としている。
【００４２】
この請求項８の発明では、粒状の炭酸カルシウム鉱物が排水中のフッ素と短時間で反応し、フッ化カルシウムを形成して排水中のフッ素を処理できる。また、炭酸カルシウム鉱物が粒状であるので、導入された排水の水流によって撹拌され易い。
【００４３】
また、請求項９に係る発明の排水処理方法は、請求項６に記載の排水処理方法において、上記嫌気槽の上部に形成した汚泥ゾーンに、脱窒菌を繁殖させることを特徴としている。
【００４４】
この請求項９の発明では、汚泥ゾーンに脱窒菌を繁殖させているので、排水中の有機物を水素供与体として、硝酸性の窒素を嫌気条件下において脱窒することができる。
【００４５】
また、請求項１０に係る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、上記沈殿槽からの被処理水を濾過装置で濾過し、軟水装置でもって、上記濾過装置からの被処理水のカルシウムイオンを除去し、逆浸透膜装置でもって、上記軟水装置からの被処理水中の残留イオン，残留有機物および微生物を除去し、上記逆浸透膜装置からの処理水を、超純水製造装置で超純水にすることを特徴としている。
【００４６】
この請求項１０の発明では、多量の消石灰および凝集剤によらずにフッ素が処理された窒素,有機物含有フッ素排水は、沈殿槽において汚泥が沈殿分離された上澄み処理水の導電率は、７００μｓ／ｃｍ以下になる。したがって、その処理水が、上記濾過装置、軟水装置および逆浸透膜装置を順次通過することによって、超純水製造装置による超純水の製造が可能な水質の処理水が得られる。
【００４７】
また、請求項１１に係る発明の排水処理方法は、請求項１０に記載の排水処理方法において、上記軟水装置からの被処理水が導入される逆浸透膜装置が備える逆浸透膜は、複合膜であることを特徴としている。
【００４８】
この請求項１１の発明では、逆浸透膜装置の逆浸透膜が複合膜であるから、炭酸カルシウム鉱物に起因するカルシウムイオンが被処理水中に存在していても、膜表面にカルシウムイオンが詰まることがない。したがって、膜の透過率を維持できる。被処理水がカルシウムイオンを含む場合は、酢酸セルロース膜に比べて複合膜の方が、透過水を安定的に確保できる。
【００４９】
また、請求項１２に係る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、上記窒素,有機物含有フッ素排水が過酸化水素を含有していることを特徴としている。
【００５０】
この請求項１２の発明では、排水中のフッ素を炭酸カルシウム鉱物から溶出するカルシウムイオンと化学的に反応させ、また排水中の有機物を利用して、窒素を処理(脱窒)し、さらに排水中の過酸化水素を嫌気性の微生物汚泥が持つ還元性を利用して、処理できる。つまり、フッ素、有機物、過酸化水素を１つの水槽で処理できるので、排水処理設備における槽の数を少なくでき、イニシャルコストを低減できる。
【００５１】
また、請求項１３に係る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、排水中の有機物がイソプロピルアルコールやアセトンに起因する有機物であることを特徴としている。
【００５２】
この請求項１３の発明では、排水中の有機物がＩＰＡやアセトンに起因する有機物であるので、メタノールに近い効力で、脱窒菌の存在下、硝酸性窒素を容易に脱窒できる。
【００５３】
また、請求項１４の発明の排水処理装置は、炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、窒素,有機物含有フッ素排水が導入される下部と、嫌気性微生物汚泥が充填された上部とが構成する２重構造の水槽を備えたことを特徴としている。
【００５４】
この請求項１４の発明では、この水槽下部の炭酸カルシウム鉱物から溶出するカルシウムイオンを、排水中のフッ素と化学的に反応させる。同時に、水槽上部の嫌気性微生物汚泥の嫌気性微生物を利用して  排水中の有機物を処理する。また、排水中の窒素(特に硝酸性窒素)を嫌気性微生物が持つ還元性により還元処理する。したがって、この請求項１４の発明では、フッ素，有機物，窒素を、１つの水槽で処理できる。
【００５５】
また、請求項１５の発明の排水処理装置は、窒素と有機物を含有した窒素,有機物含有フッ素排水が導入される原水槽と、
上記原水槽から窒素,有機物含有フッ素排水が導入され、炭酸カルシウム鉱物が充填された下部と、微生物汚泥が濃縮された上部とを有する嫌気槽と、
上記嫌気槽から排水が導入され、撹拌手段を有し、炭酸カルシウム鉱物が充填された好気槽と、
上記好気槽からの排水が導入される沈殿槽とを備えたことを特徴としている。
【００５６】
この請求項１５の発明では、嫌気槽の下部に充填してある炭酸カルシウム鉱物で、排水中のフッ素を一次処理でき、続いて、嫌気槽上部の濃縮した微生物汚泥で、排水中の有機物を処理できる。また、炭酸カルシウム鉱物が充填され、撹拌手段を有する好気槽で、嫌気槽において未反応のままの低濃度フッ素を２次処理できる。また、この好気槽で、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を酸化処理できる。続いて、沈殿槽で処理水と汚泥とに固液分離できる。
【００５７】
また、請求項１６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、上記嫌気槽内の溶存酸素量に応じて、原水槽から嫌気槽に導入する排水の量を制御することを特徴としている。
【００５８】
この請求項１６の発明では、嫌気槽内の溶存酸素量に応じて、原水槽から嫌気槽に導入する排水の量を制御することによって、嫌気槽内の嫌気状態を適性に維持でき、脱窒能力を維持できる。
【００５９】
また、請求項１７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、上記沈殿槽内の排水のフッ素濃度に応じて、上記好気槽を曝気する曝気空気の量を制御することを特徴としている。
【００６０】
この請求項１７の発明では、たとえば、上記沈殿槽内の排水のフッ素濃度が上昇したときに、上記曝気空気の量を増加させることによって、好気槽の炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンが容易に溶出する。これにより、溶出したカルシウムイオンが排水中のフッ素を反応して難溶性のフッ化カルシウムとなり、排水中のフッ素処理を促進できる。
【００６１】
また、請求項１８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、上記原水槽内の排水のＣＯＤ濃度に応じて、水素供与体となる有機物を嫌気槽に供給することを特徴としている。
【００６２】
この請求項１８の発明では、原水槽内の排水のＣＯＤ濃度が低下したときに、水素供与体となる有機物が減少しているので、水素供与体となる有機物を嫌気槽に供給して、嫌気槽の有機物濃度を高め、脱窒反応を目標通りに進行させることができる。
【００６３】
【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。
【００６４】
〔第１の実施の形態〕
図１に、この発明の実施の形態の排水処理方法を実行する排水処理装置の構成を示す。この排水処理装置は、窒素および有機物含有フッ素排水を処理するものである。
【００６５】
この排水処理装置では、窒素,有機物含有フッ素排水が第１水槽１に導入され貯留される。この導入され貯留された窒素,有機物含有フッ素排水は、一定時間経過した後、第１水槽ポンプ２によって、下部流入管４から第２水槽(嫌気槽)３の槽全体に均等に導入される。この下部流入管４には、排水を均等に導入するための小さな開口が一定間隔をおいて設けられている。
【００６６】
第２水槽３の下部１０には、粒径０.５ｍｍの炭酸カルシウム鉱物５が充填されている。炭酸カルシウム鉱物５の粒径は０.５ｍｍに限定しないが、粒径が大きくなると、徐々に、水流によって流動しなくなり固まることがあるので、粒径を１ｍｍ以上とはしないことが望ましい。
【００６７】
第２水槽３に充填する炭酸カルシウム鉱物５の槽容量に対する充填割合は、最大でも４０％とし、３０〜４０％程度が望ましい。この充填量が少ないと、排水によって炭酸カルシウム鉱物５が消費されるので、炭酸カルシウム鉱物５を頻繁に補給する作業が必要になる。炭酸カルシウム鉱物５の層の上部には、中間部流入管６が配置されている。この中間部流入管６は、第４水槽(沈殿槽)１７に沈澱した汚泥を、返送配管２０および沈殿槽汚泥返送ポンプ１９を介して、第２水槽３の上部１１の底面に均等に返送し導入するものである。この中間部流入管６には、汚泥を均等に導入するための小さな開口が一定間隔をおいて設けられている。
【００６８】
中間部流入管６の上方は、フッ化カルシウム７や微生物汚泥８からなる汚泥ゾーン９になっている。フッ化カルシウム７は、排水中のフッ素と第２水槽下部１０と第３水槽１２に充填されている炭酸カルシウム鉱物５とが化学的に反応してできた反応物である。
【００６９】
第３水槽１２において、排水中のフッ素と炭酸カルシウム鉱物５との反応によってできたフッ化カルシウムは、一旦、沈殿槽としての第４水槽１７で沈澱して、フッ化カルシウム汚泥となり、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９により、返送配管２０,中間部流入管６を経由して第２水槽３の上部１１に導入される。一方、第２水槽３の上部１１において自然発生した嫌気性の微生物や第３水槽１２において自然発生した好気性の微生物は、最終的には、滞留時間が３時間程度の沈殿槽である第４水槽１７で嫌気性の微生物となる。
【００７０】
この嫌気性の微生物は、混在するフッ化カルシウム７によって包括され固定されて微生物汚泥８となる。そして、この微生物汚泥８は、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９によって、フッ化カルシウム７と共に中間部流入管６を経由して第２水槽３の上部１１に導入される。
【００７１】
排水中のフッ素濃度の方が、排水中の有機物濃度よりもはるかに高濃度であるので、排水中のフッ化カルシウム７と微生物汚泥８とを比較した場合、フッ化力ルシウム７の方が多い。したがって、微生物はフッ化カルシウム７の中に包括的に固定化されている状態となる。第２水槽３の下部１０の下部流入管４から導入された排水中のフッ素は、充填されている炭酸カルシウム鉱物５と反応してフッ化カルシウム７となりフッ素が処理され、排水のＰＨも中性に近かづく。そして、未処理の排水中の有機物は第２水槽３の上部１１の汚泥ゾ一ン９の嫌気性の微生物によって生物学的に処理される。
【００７２】
汚泥ゾーン９は、無曝気状態であり、また、沈殿槽である第４水槽１７からの汚泥が返送されて形成されるので、完璧に嫌気状態である。そして、その際、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９により汚泥返送配管２０を経て中間部流入管６から吐出する汚泥に含まれる排水が、硝酸性の窒素を含んでいれば、排水中の有機物を水素供与体として、硝酸性の窒素が窒素ガスとなり脱窒されることとなる。このように、汚泥ゾーン９は嫌気槽の役目をしている。
【００７３】
この汚泥ゾーン９では、高濃度に嫌気性微生物が繁殖することになるが、汚泥ゾーン９のＰＨが、ＰＨ３.５〜ＰＨ６の範囲であっても、ＰＨの急激な変化がなければ嫌気性の微生物は充分繁殖する。すなわち、汚泥ゾーン９が、やや中性から酸性域であっても、その液性に合った嫌気性微生物が繁殖して、排水中の有機物を水素供与体として窒素を処理(脱窒)することとなる。汚泥ゾーン９の汚泥の臭気があるか否かを確認することによって、汚泥ゾーン９に嫌気性微生物が繁殖しているか否かを容易に確認できる。また、返送配管２０で返送される汚泥は、微生物汚泥８に加えて比較的比重のある(微生物汚泥単独よりも沈降性の良い)フッ化カルシウム７を多量に含有している。したがって、汚泥ゾーン９の汚泥濃度は相当高濃度となり、一層の嫌気状態を維持できる。具体的には、容易に浮遊物質濃度として３００００〜４００００ｐｐｍ程度になる。
【００７４】
次に、排水は第２水槽３の上部１１から第３水槽(好気槽)１２に流入する。こうして、１次的にフッ素が処理され、また、窒素と有機物が処理された排水は、ゆっくりと第３水槽１２に導入される。この第３水槽１２には、炭酸カルシウム鉱物５が、槽容量の約４０％以下の容量で充填されている。また、第３水槽１２の底部には、ブロワ−２２から吐出される空気が、空気配管２１を経て散気管１３から、上記炭酸カルシウム鉱物５からなる層に吐出される。第３水槽１２の上部１２Ａは、上方が開口しており、一側には、分離壁１４で仕切られている分離室１５が設けられている。この分離室１５は、微生物汚泥８およびフッ化カルシウム７が進入し易いが、炭酸カルシウム鉱物５は進入し難い。この分離室１５の下部は傾斜壁１６によって第３水槽１２に連なっている。この分離室１５の目的は、次の▲１▼,▲２▼にある。▲１▼生成された比重の小さいフッ化カルシワム７と未反応の比重の大きい炭酸カルシウム鉱物５とを、比重差を利用して分離する。▲２▼繁殖した好気性微生物の生物処理によって生成された比重の小さい微生物汚泥８と、比重の大きい炭酸カルシウム鉱物５とを分離する。
【００７５】
上記分離室１５は、流出管(図示せず)によって上記第４水槽(沈殿槽)１７の上部に接続されている。第４水槽１７は沈殿槽であり、この第４水槽１７で上澄液としての処理水がフッ化カルシウム７や微生物汚泥８から分離され、固液分離がなされる。この第４水槽１７には、かき寄せ機１８が設置されており、沈降した汚泥を底部の中心にかき寄せるようになっている。そして、汚泥と分離された処理水が、この排水処理装置による最終的な処理水として取り出される。
【００７６】
また、上記第４水槽１７の底部に溜まった汚泥の一部は、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９によって、汚泥返送配管２０を通って、第２水槽３の上部１１の中間部流入管６から、第２水槽３の上部１１全体に返送される。この返送において、汚泥の他に多少の硝酸性窒素を含む排水が存在していれば、その排水は第２水槽３の上部１１で、排水中の有機物を水素供与体として、上記硝酸性の窒素が処理(脱窒)される。この脱窒処理において、確実なる嫌気状態で、加えて微生物濃度が高い方が、窒素の除去率が高いことは言うまでもない。
【００７７】
また、上記第４水槽１７の底部に溜まった汚泥のうち返送されない汚泥は、底に設けられた汚泥配管(図示せず)を通って、濃縮槽である第５水槽２３に導入される。上記汚泥は、かき寄せ機１８によって、第５水槽２３の底部の中心にかき寄せられて、底に設けられた汚泥配管を通って、濃縮槽ポンプ２４によって脱水機の一種であるフィルタープレス２５に圧送される。そして、上記汚泥は、フィルタープレス２５によって脱水される。
【００７８】
このように、この第１の実施の形態における排水処理装置では、第２水槽３に炭酸カルシウム鉱物５を充填してカルシウム源とし、排水中のフッ素とカルシウムとを反応させる。この反応では、排水中のフッ素が、一次的に処理されるものの、完全ではなく、その為、液性も中性から弱酸性である。この条件では、排水中にフッ素が残存している状態である。そして、上記反応によって生成されたフッ化カルシウム７を含む排水を有機物の存在下、嫌気性微生物を含む返送汚泥で撹拌する。この撹拌によって、嫌気性の微生物を繁殖させて、かつ、排水中の有機物を水素供与体として窒素の処理すなわち窒素ガスとして空気中に放散させながら脱窒する。
【００７９】
次に、多少フッ素を含有している排水は、第３水槽１２に充填されている炭酸カルシウム鉱物５によって処理される。この時、排水中のフッ素はカルシウムと反応し、かつ、繁殖した好気性微生物に濃縮される。どちらにしても排水中のフッ素が処理される。また、第３水槽１２は曝気されているので、アンモニア性窒素や亜硝酸性窒素が硝酸性にまで空気酸化される。そして、次の第４水槽１７において汚泥を沈降分離して上澄液を処理水として排出するのである。
【００８０】
上記構成の排水処理装置は、排水の窒素,有機物及びフッ素の濃度が通常濃度の場合には図２(ａ)に示す処理タイミングチャートに従い、窒素,有機物及びフッ素の濃度が低濃度の場合には図２(ｂ)に示す処理タイミングチャートにしたがって、次の様に動作する。
【００８１】
まず、上記第１水槽ポンプ２が駆動されて、下部流入管４から第２水槽３の下部１０に窒素,有機物含有フッ素排水が、水平方向に均等に分布するように流入され、炭酸カルシウム鉱物５と反応してフッ化カルシウム７が生成される。上記炭酸カルシウム鉱物５の直径は、０.５ｍｍ程度であり、多量に充填されている。そして、酸性の排水によって炭酸カルシウム鉱物５の表面を溶解してカルシウムイオンを溶出させながら、この溶出されたカルシウムイオンと排水中のフッ素とが化学反応を起こしてフッ化カルシウム７が生成される(フッ素の一次処理)。
【００８２】
第２水槽下部１０に充填されている炭酸カルシウム鉱物５は、排水が下部流入管４より均等に吐出する際に多少流動する。この炭酸カルシウム鉱物５の表面に微生物が発生する場合がある。この場合、その微生物は排水中の有機物を利用する嫌気性の微生物である。一方、第２水槽上部１１には、第４水槽(沈殿槽)１７からの返送汚泥が導入されて高濃度に堆積し、汚泥ゾーン９を形成している。第２水槽３では、炭酸カルシウム鉱物５を強力に撹拌する設備が設置されていないし、炭酸カルシウム鉱物の比重は２.７で返送汚泥の比重は２.７よりもかなり低く１により近いので、炭酸カルシウム鉱物層と返送汚泥層がお互いに混ざることはない。前記した様に、排水が炭酸カルシウム鉱物５と反応し、生成したフッ化カルシウム７は、排水の水流によって汚泥ゾーン９に移動し、新たな汚泥ゾーンを形成する。この汚泥ゾーン９に繁殖した嫌気性微生物は、排水中の有機物を処理する。また、汚泥ゾーン９に繁殖している嫌気性微生物である脱窒菌は、排水中に有機物と硝酸性窒素が存在することによって、窒素ガスを生成すなわち脱窒を行うことができる。脱窒菌は、確実なる嫌気状態と脱窒菌の微生物濃度が高ければ、効率良く排水中の有機物を利用して脱窒を行うことができる。そして、汚泥ゾーン９の浮遊物質濃度は、１００００ｐｐｍ以上で、また汚泥ゾーン９に流入する排水量の４倍以上の水量で返送汚泥を導入すれば脱窒をより効果的に確保できる。
【００８３】
ここで、上記第２水槽３への炭酸カルシウム鉱物５の充填量は、排水中のフッ素濃度によっても異なるが、第２水槽３の全体容積の約４０％以下を目安にする。そして、炭酸カルシウム鉱物５を、排水を導入してから１ケ月以上維持できる様に設定する。こうすることによって、炭酸カルシウム鉱物５の補給頻度を少なくして、メンテナンスコストを低減できる。尚、この実施の形態においては、上述のように、１ケ月以上維持できるように多量の炭酸カルシウム鉱物５が充填されている。したがって、排水の酸性の度合いが変動しても、その変動を十分に吸収することができる。
【００８４】
上記フッ化カルシウム７は、蛍石として天然に存在する物質である。したがって、フッ化カルシウム７には微生物が繁殖しやすい。また、フッ化カルシウム７はフロック状を呈するので、微生物を包み込む(包括し固定する)性質を有している。したがって、排水中に多少のフッ素が存在していても微生物が繁殖可能なのである。尚、微生物を包括し固定したフッ化カルシウム７は、有機物に対して透過性を有している。したがって、有機物は包括され固定されている嫌気性微生物によって効果的に処理される。
【００８５】
次に、第２水槽３の下部１０から第２水槽３の上部１１側に向かう排水の上昇速度は、第２水槽３に充填される炭酸カルシウム鉱物５の量および窒素,有機物含有フッ素排水の水質によって決定される。実際には、１時間当たり１ｍを基準とすれば良い。この上昇速度は、通常の水処理における活性炭吸着塔での上昇速度と同程度である。ところで、本実施の形態においては、第２水槽３に充填する炭酸カルシウム鉱物５の粒径を０.３ｍｍ以下にしている。したがって、表面積を広くしてフッ素との反応を効率良くできる上に、第１水槽ポンプ２の吐出水流によって容易に流動し反応を促進できる。また、第３水槽１２に充填する炭酸カルシウム鉱物５の粒径を０.５ｍｍ以下にしている。炭酸カルシウム鉱物５の粒径を０.５ｍｍ以下にすることによって、第３水槽１２における散気管１３による曝気との平衡関係を維持し易い。したがって、第３水槽１２内は、広い範囲にわたって炭酸カルシウム鉱物５の流動状態が形成される。ここで、上記平衡関係とは、炭酸カルシウム鉱物５が速やかに沈降せずに、曝気によって流動状態が常に維持されている状態を言う。
【００８６】
排水のフッ素流入濃度や窒素流入濃度によって、上記炭酸カルシウム鉱物５を第２水槽３の下部１０と第３水槽１２に充填する量および、第２水槽３の上部１１に貯留させる汚泥量を決定する。上記炭酸カルシウム鉱物５の充填量によって炭酸カルシウム鉱物５の濃度が決まる。また、排水の滞留時間はフッ素流入濃度や窒素流入濃度によって決定すべきである。この実施の形態では、フッ素濃度が３０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ程度の場合には、安全係数も含めて第２水槽下部１０における滞留時間を２時間以上にし、第２水槽上部１１における滞留時間を２時間以上にし、また第３水槽１２における滞留時間を２時間にした。
【００８７】
すなわち、分離室１５を除く第３水槽１２での滞留時間を２時間とし、第２水槽３と第３水槽１２における滞留時間を合計で６時間以上にする。以上のごとく、０.３ｍｍ以下や０.５ｍｍ以下の炭酸カルシウム鉱物５と汚泥ゾーン９を形成し、かつ、排水の第２水槽３と第３水槽１２での滞留時間を６時間以上に設定することによって、排水中のフッ素と有機物を利用して窒素を確実に処理できる。
【００８８】
上記炭酸カルシウム鉱物５は、一般に市販されているので、市販品を採用することが最も安価であり、粒径が大きくなるにしたがって単価が上昇する。したがって、反応効率やコストを考えると、炭酸カルシウム鉱物５の粒径は２ｍｍ以下にするのが好ましい。水質によっても異なるが、粒径を２ｍｍより大きくすると、第２水槽３の下部１０や第３水槽１２での反応時間を８時間以上にする必要があることもあり、水槽の容量が大きくなって、槽のイニシャルコストが増大してしまう。
【００８９】
また、第３水槽１２は、ブロワー２２から吐出される空気が散気管１３より吐出することによって常に曝気され好気性に維持されている。そして、第３水槽１２内が曝気されていることにより、排水中のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素が空気中の酸素により酸化されて硝酸性窒素まで酸化される。そして、第３水槽１２内では、散気管１３から吐出する空気によって曝気されているので、炭酸カルシウム鉱物５が常時流動状態である。この第３水槽１２内で、排水中の未反応のフッ素と炭酸カルシウム鉱物５のカルシウムとが反応してフッ化カルシウム７を形成して排水中のフッ素が処理される。これが、フッ素の二次処理である。なお、前記した、第２水槽３の下部１０での反応がフッ素の一次処理である。
【００９０】
第３水槽１２内においては、排水中の残存している微量の有機物を栄養源として好気性の微生物が繁殖する。すなわち、排水中の有機物を処理する。第３水槽１２内では、▲１▼炭酸カルシウム鉱物５、▲２▼フッ化カルシウム７、▲３▼微生物汚泥８の３者が流動状態にある。そして、上記分離壁１４の下を通って曝気されていない分離室１５内に侵入したフッ化カルシウム７からなる無機汚泥と微生物汚泥８は、比重が１に近いから、炭酸カルシウム鉱物５から分離されて分離室１５から流れ出して第４水槽１７に流入する。第４水槽１７は沈殿槽である。排水中の微細なフッ化カルシウム７や微生物汚泥８は第４水槽１７に流入して、曝気工程のない状態で上澄液と沈澱物とに分離される。この第４水槽１７では曝気工程が無いので、沈澱物としての好気性微生物は酸素を遮断され、排水中に溶解している酸素を急激に消費して、第４水槽１７を嫌気状態にする。そして、時間の経過と共に、第４水槽１７の底部は、フッ化カルシウム７と嫌気性微生物汚泥８の混在状態となる。そして、フッ化カルシウム７はフロック状で粘着性を呈しているので、微生物を包み込む(包括固定する)ことになる。フッ化カルシウム７は無機汚泥であり、微生物汚泥８も存在するので、第４水槽１７内は混合汚泥が存在することとなる。そして、時間の経過とともに嫌気性微生物が繁殖してくる理由には、次の▲１▼〜▲４▼のような理由が考えられる。
【００９１】
▲１▼  排水中に微量の有機物が存在している。
【００９２】
▲２▼  天然成分であるフッ化カルシウムが汚泥中に存在している。
【００９３】
▲３▼  第３水槽１２で好気性微生物が繁殖し、その好気性微生物が第４水槽１７に流入して酸素を消費するので、一層嫌気状態となって、好気性微生物が死滅し、この死滅した微生物を食べて嫌気性微生物が繁殖する。
【００９４】
▲４▼  曝気性の無い水槽の容積が十分ある。
【００９５】
そして、上記嫌気性微生物は、一般に、排水に対して還元性を有しているので、脱窒機能を有する。従来から、嫌気性微生物によって脱窒が行われている。また、嫌気性微生物が高濃度に存在するだけでなく、排水中に酸化剤としての過酸化水素が存在すれば、嫌気性微生物の還元性により、過酸化水素が処理されることは言うまでもない。
【００９６】
第４水槽１７における沈澱時間は、３時間以上に設定されている。この第４水槽１７では、先すぼみに形成された底部に沈降した無機汚泥としてのフッ化カルシウム７と微生物汚泥８とがかき寄せ機１８でかき寄せられて、無機汚泥および微生物汚泥８と上澄液とが分離される。この上澄液は、処理水として送り出される。上記第４水槽１７での滞留時間(沈殿時間)は、第３水槽１２の分離室１５での滞留時間(０．５時間以内)に比較して十分長いので、分離室１５で沈降せずに分離されなかったフッ化カルシウム７や微生物汚泥８は沈降する。
【００９７】
この沈降した混合汚泥は、汚泥ゾーン９の浮遊物質濃度が１００００ｐｐｍ以上となるまで、汚泥ゾーン９に沈殿槽汚泥返送ポンプ１９と汚泥返送配管２０により、大部分が返送される。この混合汚泥は、無機汚泥としてのフッ化カルシウム７と微生物汚泥８との混合汚泥である。
【００９８】
第２水槽３の下部１０の下部流入管４から排水が吐出することによる上昇水流が発生しているにもかかわらず、この混合汚泥は、微生物汚泥単独よりも重く、第２水槽３が曝気されていないことに起因して、第２水槽上部１１に濃縮される。そして、上記上昇水流があるので、上記混合汚泥は少ないながらも流動して、流入排水に対する嫌気性微生物の生物反応を促進する。ただし、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９による汚泥ゾーン９への返送率を大幅に増加させると、第２水槽３の上部１１における急激な上昇水流が発生して汚泥ゾーン９の汚泥が第３水槽１２に流出する。このように、汚泥ゾーン９の汚泥量が所定量貯留された場合であっても、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９は運転し続ける。その理由は返送汚泥中には排水も含まれており、排水中の硝酸性窒素を処理するためである。すなわち、当初、排水中のアンモニア性窒素，亜硝酸性窒素が、第３水槽１２において硝酸性窒素まで酸化され、続いて硝酸性窒素の形で第４水槽１７に流入する。そして、返送汚泥と共に排水を汚泥ゾーン９に返送して、嫌気状態で排水中の硝酸性窒素を脱窒処理する。
【００９９】
一方、不必要となった無機汚泥と微生物汚泥８からなる混合汚泥は、第５水槽２３に導入される。この第５水槽２３は濃縮槽であり、被処理汚泥は５時間以上貯留される。そして、被処理汚泥は、濃縮槽ポンプ２４によってフィルタープレス２５に圧送されて脱水される。上記フィルタープレス２５は、比較的脱水性の良い脱水機であり、このフィルタープレス２５によって、含水率６０％以下の脱水ケーキを得る。尚、フィルタープレス２５によって得られる汚泥量は、炭酸カルシウム鉱物５を全く使用せずに消石灰および凝集剤を多量に使用する従来の排水処理方法に比較して、汚泥量を格段に少なくできる。
【０１００】
尚、第３水槽１２内の汚泥の色が白色から灰色であるのに対して、第４水槽１７から第５水槽２３に導入される汚泥は、排水中の硫酸イオンに基づく硫酸還元菌の繁殖によって黒っぽい灰色を呈し、かつ、嫌気性微生物特有の匂いを呈する。したがって、汚泥の色と匂いとによって汚泥中に嫌気性の脱窒菌(還元菌)が繁殖しているか否かを判断できる。ただし、この汚泥の臭気は、公害となるような臭気ではない。
【０１０１】
また、上記第２水槽上部１１には、酸化還元電位計４０が取り付けられている。そして、この酸化還元電位計４０からの信号に基づいて、第１水槽ポンプ２のモータ回転数をインバーター制御して、第２水槽３の下部１０へ導入される排水量を制御している。したがって、２ｐｐｍ程度溶存酸素を含む排水によって、第２水槽上部１１の嫌気状態が維持できない場合は、酸化還元電位計４０の検出値に基づいて、第１水槽ポンプ２のモータ回転数をインバーター制御して、排水の導入水量を自動的に減少させる。これにより、第２水槽上部１１の嫌気状態を適性に維持して脱窒処理能力を維持する。なお、上記嫌気状態が維持できない場合とは、具体的には、第２水槽上部１１での酸化還元電位が−２００ｍＶ〜−３００ｍＶの範囲を越えて、−１００ｍＶや−５０ｍＶになった場合である。
【０１０２】
また、第４水槽１７には、フッ素濃度計４１が取り付けられている。そして、このフッ素濃度計４１からの信号に基づいて、ブロワー２２のモータ回転数をインバーター制御して曝気空気量を調整している。そして、第４水槽１７のフッ素濃度が１５ｐｐｍよりも高くなると、フッ素濃度計４１の信号により、ブロワ−２２のモータ回転数をインバーター制御して、第３水槽１２における曝気空気量を増加させて、排水と炭酸カルシウム鉱物５の反応を促進する。これにより、排水中のフッ素とカルシウムとの化学反応を進ませ、排水中のフッ素濃度を下げる。そして、ブロワー２２はインバーター制御するものの、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に酸化させるための必要最低限の曝気空気量は確保しておく。
【０１０３】
上述のように、この実施の形態における排水処理装置によれば、上記第２水槽３や第３水槽１２においてフッ素処理に使用する炭酸カルシウム鉱物５の補充頻度が少なく、炭酸カルシウム鉱物５は、従来のフッ素処理に使用した消石灰に比較して低価格である。また、窒素処理においても、排水中の有機物を水素供与体として利用し、かつ高濃度汚泥による嫌気状態を維持しての脱窒を行うので、窒素の除去効率がよく、消石灰やメタノールを水素供与体として添加する従来方式と比較してランニングコストを低くできる。尚、この実施の形態においては、上記第３水槽１２の散気管１３から吐出される空気量を、水槽の容積１ｍ3につき１日当たり１００ｍ3にした場合には、通常のフッ素濃度やアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を硝酸性窒素へ処理できる。
【０１０４】
したがって、散気管１３からのエア吐出量を１５０ｍ3以上にすれば、炭酸カルシウム鉱物５と排水中のフッ素との反応や窒素化合物(アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素)の酸化が促進されて、フッ素の除去率と窒素化合物の酸化率が高められる。
【０１０５】
〔第２の実施の形態〕
次に、図３に、この発明の排水処理方法を実行する排水処理装置の構成を示す。この排水処理装置は、図１に示した第１実施形態の排水処理装置に有機物タンク２６と、有機物タンクポンプ２７と、ＣＯＤ(化学的酸素要求量)濃度計４２およびラインミキサー４３を付加したものである。この第２実施形態は、この付加した点だけが、図１に示した排水処理装置と異なる。したがって、図１に示した構成と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１０６】
具体的に、上記有機物タンク２６に貯留する有機物としては、メタノールや半導体工場から廃棄物として発生するＩＰＡ(イソプロピルアルコール)やアセトンを選定することができる。これらは、それぞれの工場の都合で選定すればよい。水素供与体としての有機物はＣＯＤ値とは相関関係にある。有機物タンク２６に貯留された有機物は、有機物タンクポンプ２７によって汚泥返送配管２０の配管途中に注入されラインミキサ−４３によって返送汚泥と混合される。排水中の有機物量が少なく、窒素の除去率が低下したときに、有機物タンクポンプ２７を作動させる。
【０１０７】
すなわち、第１水槽１に設置してあるＣＯＤ濃度計４２による検出値が８ｐｐｍ以下を示したときに、ＣＯＤ濃度計４２が信号を発して有機物タンクポンプ２７を運転させて有機物を返送汚泥の中に注入する。そして、上記有機物と返送汚泥とをラインミキサー４３で配管混合して、第２水槽３の上部１１で脱窒反応が進む条件を整える。また、逆に第１水槽１に設置しているＣＯＤ濃度計４２が２５ｐｐｍ以上を示した場合は、ＣＯＤ濃度計４２からの信号によって、有機物タンクポンプ２７の運転を停止させる。このように、排水中の有機物含有量が少ない場合であっても、有機物タンクポンプ２７のオンオフ制御のよって、自動的に有機物を第２水槽上部１１に添加して、脱窒反応を目標通りに進行させることができる。
【０１０８】
〔第３実施の形態〕
次に、図４に、この発明の排水処理方法を実行する第３実施形態の排水処理装置の構成を示す。この排水処理装置は、図１に示した第１実施形態の排水処理装置における第４水槽１７の上方に循環ポンプ２８を付加させたものである。この第３実施形態は、図１に示した第１実施形態とその点だけが異なる。したがって、図１と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１０９】
第２水槽３の上部１１における脱窒反応は、下記の条件が整うと反応が理想的に進行する。
【０１１０】
▲１▼反応槽(上部１１)が確実に嫌気状態であること。
【０１１１】
▲２▼嫌気性の微生物が多く存在していること。
【０１１２】
▲３▼排水中に水素供与体としての有機物が適量存在すること。
【０１１３】
▲４▼流入水量に対して４〜６倍の循環水量が存在すること。
【０１１４】
脱窒反応において循環水量が流入水量の４〜６倍必要なことは、脱窒における経験的な要素である。図１に示した第１実施形態の構成では、上記▲１▼,▲２▼,▲３▼の要素は備えているが、▲４▼の要素を備えていない。
【０１１５】
そこで、この第３実施形態では、図４に示すように、第４水槽(沈殿槽)１７の上方に循環ポンプ２８を設置して、硝酸性窒素を含む排水を一定量だけ確実に第２水槽３の上部１１に返送するようにした。これにより、沈殿槽汚泥返送ポンプ１９の能力が小さい場合にも、循環水量を流入水量に対して４〜６倍だけ確保でき、循環水量を確実に確保でき、脱窒反応を効率良く進行させることができる。また、この第３実施形態では、循環水量を確実に確保して測定できる。また、汚泥のかたまりによって沈殿槽汚泥返送ポンプ１９の吐出量が変化する場合においても、循環水量を確実に確保でき、脱窒反応を効率良く進行できる。
【０１１６】
〔第４の実施の形態〕
次に、図５に、この発明の排水処理方法を実行する第４の実施の形態の排水処理装置の構成を示す。この排水処理装置は、図３に示した第２実施形態の排水処理装置における第４水槽１７の上方に循環ポンプ２８を付加させたものである。この第４実施形態は、上記付加した点だけが図３に示した排水処理装置と異なる。したがって、図３と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１１７】
第２水槽３の上部１１における脱窒反応は、前述の第３実施形態で説明した様に、下記の条件が整うと反応が理想的に進行する。
【０１１８】
▲１▼反応槽が確実に嫌気状態であること。
【０１１９】
▲２▼嫌気性の微生物が多く存在していること。
【０１２０】
▲３▼排水中に水素供与体としての有機物が適量存在すること。
【０１２１】
▲４▼流入水量に対して４〜６倍の循環水量が存在すること。
【０１２２】
この第４実施形態は、図５に示すように、沈殿槽としての第４水槽１７の上方に循環ポンプ２８を設置したから、第４水槽１７から硝酸性窒素を含む排水を一定量だけ確実に第２水槽３の上部１１に返送できる。したがって、上記▲１▼〜▲４▼の条件を満足でき、脱窒を確実に実行できる。
【０１２３】
〔第５実施の形態〕
次に、図６に、この発明の排水処理方法を実行する排水処理装置の第５の実施の形態の構成を示す。この排水処理装置は、第４水槽１７からではなく、濃縮槽２３から第２水槽上部１１に汚泥を返送して、嫌気性微生物濃度をより高めている点のみが、図１に示した第１実施形態の排水処理装置と異なる。
【０１２４】
この第５実施形態では、汚泥は、嫌気槽である第４水槽１７と濃縮槽２８の両方に貯留されて、より高濃度になった状態で、第２水槽上部１１に返送される。したがって、この返送汚泥は、第１実施形態に比べて滞留時間が長く、より嫌気性が高められており、嫌気性微生物も充分繁殖した状態である。したがって、第２水槽３の上部１１における排水中に有機物が適量存在すれば、第１実施形態よりも効果的に脱窒反応を進行させることができる。
【０１２５】
〔第６実施の形態〕
次に、図７に、この発明の排水処理方法を実行する排水処理装置の第６の実施の形態の構成を示す。この排水処理装置は、第４水槽１７からではなく、濃縮槽２３から第２水槽上部１１に汚泥を返送して、嫌気性微生物濃度をより高めている点のみが図３に示した第２の実施の形態の排水処理装置と異なる。したがって、この第６実施形態は、図３に示した構成と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１２６】
この第６の実施の形態では、汚泥は、嫌気槽である第４水槽１７と濃縮槽２３の両方に貯留された後に、第２水槽上部１１に返送される。したがって、この返送汚泥は、図３に示した排水処理装置での返送汚泥に比べて、より高濃度で、滞留時間が長く、より嫌気性であり、嫌気性微生物も充分繁殖した状態である。したがって、第２水槽３の上部１１における排水中に有機物が適量存在する場合、図３に示した構成よりも、一層効果的に脱窒反応を進行させることができる。
【０１２７】
〔第７の実施の形態〕
次に、図８に、この発明の排水処理方法を実行する第７の実施の形態の排水処理装置の構成を示す。この排水処理装置は、第４水槽１７からではなく、濃縮槽２３から第２水槽上部１１に汚泥を返送して、嫌気性微生物濃度をより高めている点のみが、図５に示した第４実施形態の排水処理装置と異なる。したがって、この第７実施形態は、図５と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１２８】
この第７実施形態では、汚泥は、嫌気槽である第４水槽１７と濃縮槽２３の両方に貯留された後に、第２水槽上部１１に返送される。したがって、この返送汚泥は、図５の第４実施形態と比較して、より高濃度で、滞留時間が長く、より嫌気性であり、嫌気性微生物も充分繁殖した状態である。したがって、第２水槽上部１１における排水中に有機物が適量存在すれば、図５の第４実施形態よりも一層効果的に脱窒反応を進行させることができる。
【０１２９】
〔第８の実施の形態〕
次に、図９に、この発明の排水処理方法を実行する排水処理装置の第８実施形態の構成を示す。この排水処理装置は、図１に示した第１実施形態の構成に加えて、濾過装置３４,軟水装置３５,逆浸透膜装置３６,超純水製造装置３７を備えている点だけが、前述の第１実施形態と異なる。したがって、この第８実施形態では、その異なる点のみを詳細に説明する。
【０１３０】
この第８実施形態では、第４水槽１７から、窒素,有機物およびフッ素が除去された処理水が、被処理水として濾過装置３４に導入される。この実施形態では、濾過装置３４に充填される濾過材としてはアンスラサイトを用いている。そして、被処理水中に含まれる浮遊物が濾過装置３４によって除去される。この濾過装置３４で浮遊物が除去された被処理水は、軟水装置３５に導入される。
【０１３１】
なお、濾過装置３４の前段で既に排水中の硝酸性窒素が、Ｎ2ガスとして空気中に飛散し排水中から除去され、脱窒されている。したがって、当然のこととして、導電率が低下して再利用しやすい排水となっている。
【０１３２】
次に、軟水装置３５では、主として被処理水に溶解しているカルシウムイオン等が除去される。そして、さらに、逆浸透膜装置３６によって、残りのイオンと、有機物および微生物等が除去される。尚、この逆浸透膜装置３６には、一般的な殺菌ユニット、ＰＨ調整ユニットおよび精密フィルター等を有している。
【０１３３】
このように、この第８実施形態では、第１水槽１〜第４水槽１７によって、排水から窒素,有機物およびフッ素を除去し、濾過装置３４,軟水装置３５,逆浸透膜装置３６によって、浮遊物,残留イオン,残留有機物および微生物等を除去できる。そして、窒素,有機物,フッ素,浮遊物,残留イオン,残留有機物および微生物等が確実に除去された処理水が超純水製造装置３７に導入され、超純水が得られる。
【０１３４】
〔第９の実施の形態〕
次に、図１０に、この発明の排水処理方法を実行する排水処理装置の第９実施形態の構成を示す。この排水処理装置は、図１に示した第１実施形態の排処理装置における第３水槽１２の後に、反応槽３８と凝集槽３９を付加し、その後、再び第４水槽１７に排水を導入している。したがって、排水を第３水槽１２の後に、反応槽３８と凝集槽３９に導入するという第１実施形態と異なる点のみを詳細に説明する。
【０１３５】
排水中に半導体工場で使用するりん酸に由来するリンが混入している場合、図１に示した排水処理装置による排水処理方法では、リンの除去ができない。そこで、この第９実施形態では、消石灰を少量だけ反応槽３８に添加し、また、高分子凝集剤を凝集槽３９に添加して、排水中のリンを確実に除去するようにしている。
【０１３６】
なお、上記消石灰は、消石灰サイロ(図示せず)で水に溶解させた後、消石灰循環ポンプ(図示せず)の配管ループに取り付けられている電磁弁配管(図示せず)の開閉によって反応槽３８に注入するようにしている。また、上記高分子凝集剤は、高分子凝集剤タンク(図示せず)に設置されている高分子凝集剤注入ポンプ(図示せず)によって、凝集槽３９に注入するようにしている。
【０１３７】
〈第１実施例〉
次に、上記排水処理方法を用いた排水処理の具体的実施例について述べる。この実施例では、図１に示す排水処理装置と同一構造を有する排水処理装置を用いた。そして、第１水槽１の容積を約１ｍ3とし、第２水槽３の容積を約２ｍ3とし、分離室１５を除いた第３水槽１２の容積を約１ｍ3とし、分離室１４の容積を約０.２５ｍ3とし、第４水槽１７の容積を約１.５ｍ3とし、濃縮槽２３の容積を約１ｍ3とした。この排水処理装置を用いて、ＰＨが２.２、全窒素濃度が２４ｐｐｍ、有機物濃度としてのＣＯＤ濃度が１０ｐｐｍ、フッ素濃度が２１２ｐｐｍである窒素,有機物含有フッ素排水の処理を行った。その結果、ＰＨを６.８にでき、全窒素濃度を処理前の３分の１である８ｐｐｍにでき、有機物濃度としてのＣＯＤを処理前の４分の１である２．５ｐｐｍにでき、フッ素濃度を処理前の約１５分の１である１４ｐｐｍにできた。
【０１３８】
〈第２実施例〉
次に、上記超純水製造方法を有する排水処理方法を用いた排水処理の具体的実施例について述べる。この第２実施例では、図９に示した排水処理装置と同一構造を有する排水処理装置を用いた。そして、第１水槽１の容積を約１ｍ3とし、第２水槽３の容積を約２ｍ3とし、分離室１４を除いた第３水槽１２の容積を約１ｍ3とし、分離室１４の容積を約０.２５ｍ3とし、第４水槽１７の容積を約１.５ｍ3とし、濃縮槽２３の容積を約１ｍ3とした。また、濾過装置３４および軟水装置８５の容積をそれぞれ約０.８ｍ3とし、逆浸透膜装置３６を１ユニットとした。この排水処理装置を用いて、ＰＨが２.３、全窒素濃度が２４ｐｐｍ、有機物濃度としてのＣＯＤ濃度が１０ｐｐｍ、フッ素濃度が２１５ｐｐｍである窒素,有機物含有フッ素排水の処理を行った。その結果、逆浸透膜装置３６から得られる処理水のＰＨを７.２にでき、全窒素濃度を２ｐｐｍにでき、ＣＯＤ濃度を０.１ｐｐｍにでき、フッ素濃度を０.２ｐｐｍにすることができた。また、導電率が８２０μｓ／ｃｍである排水の処理を行った。その結果、逆浸透膜装置３６から得られる処理水の導電率を２６０μｓ／ｃｍ以下にすることができた。
【０１３９】
尚、上記第２水槽３の下部１０と第３水槽１２に充填される炭酸カルシウム鉱物５は、フッ素を処理できる他の反応性充填物であっても差し支えない。また、上記濃縮槽２３は必ずしも必要ではないが、設置した場合には高濃度の嫌気性微生物によってより効率良く窒素を処理できる。
【０１４０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明の排水処理方法は、１つの水槽に炭酸カルシウム鉱物と嫌気性微生物汚泥を充填して、上記水槽に、窒素,有機物含有排水を導入して処理する。
【０１４１】
この請求項１の発明では、水槽下部に炭酸カルシウム鉱物が自然に沈下すると同時に、水槽上部が嫌気性微生物汚泥で占められる。そして、この水槽下部に下降した炭酸カルシウム鉱物から溶出するカルシウムイオンを、排水中のフッ素と化学的に反応させる。同時に、水槽上部の嫌気性微生物汚泥の嫌気性微生物を利用して排水中の有機物を処理する。また、排水中の窒素(特に硝酸性窒素)を嫌気性微生物が持つ還元性により還元処理する。したがって、この請求項１の発明では、フッ素，有機物，窒素を、１つの水槽で処理できる。
【０１４２】
また、請求項２に係る発明の排水処理方法は、嫌気槽下部に炭酸カルシウム鉱物が充填されているので、排水中のフッ素を一次的に処理できると同時に、排水のＰＨを酸性から、やや酸性乃至中性に近づけることができる。したがって、排水を微生物に影響しない水質にできる。また、上部において排水中の有機物を嫌気的に処理できる。また、次に、炭酸カルシウム鉱物が充填された好気槽に排水が導入されて処理されるので、排水中のフッ素を二次的に処理できる。すなわち、嫌気槽におけるフッ素の一次処理後の残留している低濃度フッ素を、好気槽で２次処理できる。また、沈殿槽を有しているので、処理水としての上澄液とフッ化カルシウムや微生物汚泥を沈降させ分離させることができる。
【０１４３】
また、請求項３に係る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、上記沈殿槽で沈殿した汚泥を、上記嫌気槽に返送して循環させる。したがって、上記沈殿槽で沈澱した微生物汚泥を嫌気槽に導入して濃縮できる。同時に、排水中に含まれている窒素(特に硝酸性の窒素)を嫌気槽に導入でき、嫌気槽で、排水中の有機物を水素供与体として脱窒できる。
【０１４４】
また、請求項４に係る発明の排水処理方法は、沈澱した汚泥がフッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物を含んでいるので、汚泥は生物反応としての機能を有し、有機物を処理できる。そして、嫌気性微生物を含んだ汚泥は還元作用を示し、還元作用としての脱窒処理ができ、さらに過酸化水素が存在すれば、還元により過酸化水素を処理することができる。
【０１４５】
また、請求項５に係る発明の排水処理方法は、嫌気槽の下部から排水を導入して排水中のフッ素の処理ができ、また、排水を中和して微生物にとって影響しない水質とすることができる。また、嫌気槽の中間部に汚泥を導入するので、嫌気槽上部の汚泥濃度を高め、汚泥に含まれる嫌気性微生物によって、嫌気槽下部から上昇してくる排水中の成分に対して微生物処理できる。
【０１４６】
また、請求項６に係る発明の排水処理方法は、請求項５に記載の排水処理方法において、上記嫌気槽の上部に汚泥ゾーンを形成する。したがって、滞留時間を確保でき、汚泥量が多く、かつ汚泥濃度を最大限に確保できる。また、汚泥ゾーンで、嫌気性が確実かつ安定して維持されているから、脱窒処理を効果的に進行できる。また、フッ化カルシウムによって包括されて固定化された嫌気性微生物は、沈降性がよいので、汚泥濃度を高めることができ、排水中の有機物を効果的に利用して処理できる。
【０１４７】
また、請求項７に係る発明の排水処理方法は、嫌気槽上部の浮遊物質濃度(フッ化カルシウム汚泥と微生物汚泥の混合濃度)を１００００ｐｐｍ以上としているので、嫌気状態が安定しており、確実に嫌気性の微生物によって排水を処理できる。また、仮に、嫌気槽上部に導入される排水のＰＨが低く、酸性を示す場合や、排水中のフッ素濃度が比較的高い場合であっても、浮遊物質濃度が１００００ｐｐｍ以上の時は、汚泥による排水に対する緩衝作用が働き、汚泥により包括され固定されている微生物に対する影響を最小限とする効果がある。
【０１４８】
また、請求項８に係る発明の排水処理方法は、炭酸カルシウム鉱物が粒状であるので、曝気工程が存在しなくても、導入される排水の水流によって容易に流動し、炭酸カルシウム鉱物と排水との接触反応を円滑にできる。また、粒状の炭酸カルシウム鉱物は空気輸送が可能で、槽に容易に投入することもでき、市場に多く出回っているのでコストも低く、排水処理設備のランニングコストを低くできる。
【０１４９】
また、請求項９に係る発明の排水処理方法は、汚泥ゾーンに脱窒菌を繁殖させているので、排水中の窒素、特に硝酸性窒素を脱窒処理できる。
【０１５０】
また、請求項１０に係る発明の排水処理方法では、沈殿槽において汚泥が沈殿分離されて、導電率が７００μｓ／ｃｍ以下になった上澄み処理水を、濾過装置,軟水装置および逆浸透膜装置を順次通過させる。これにより、超純水製造装置による超純水の製造が可能な水質の処理水が得られる。
【０１５１】
また、請求項１１に係る発明の排水処理方法は、被処理水中の残留イオン,残留有機物および微生物等を除去する逆浸透膜装置の逆浸透膜が複合膜であるので、被処理水中に炭酸カルシウム鉱物に起因するカルシウムイオンが存在しても逆浸透膜としての酢酸セルロース膜に比べて、膜の詰まりを少なくできる。
【０１５２】
また、請求項１２に係る発明の排水処理方法は、請求項１に係る発明の排水処理方法におけるフッ素排水に、窒素,有機物そして過酸化水素が混入しており、かつ嫌気性微生物が槽内に充填されている。したがって、嫌気性微生物が持つ還元性によって、上記酸化剤としての過酸化水素を処理でき、排水中の窒素,有機物,フッ素および過酸化水素の全てを処理できる。また、従来のような薬品としての還元剤や触媒としての活性炭による方法ではなく、嫌気性微生物によって過酸化水素を処理できるので、ランニングコストやイニシャルコストを格段に低減できる。
【０１５３】
また、請求項１３に係る発明の排水処理方法は、半導体工場で頻繁に多量に使用しているＩＰＡやアセトンに起因する有機物を、排水中の有機物として利用している。したがって、新たにメタノールを添加する必要がないから、資源を有効に利用できるだけでなく、ランニングコストを低減できる。
【０１５４】
また、請求項１４の発明の排水処理装置は、炭酸カルシウム鉱物が充填されていて、窒素,有機物含有フッ素排水が導入される下部と、嫌気性微生物汚泥が充填された上部とが構成する２重構造の水槽を備えた。この請求項１４の発明では、この水槽下部の炭酸カルシウム鉱物から溶出するカルシウムイオンを、排水中のフッ素と化学的に反応させる。同時に、水槽上部の嫌気性微生物汚泥の嫌気性微生物を利用して  排水中の有機物を処理する。また、排水中の窒素(特に硝酸性窒素)を嫌気性微生物が持つ還元性により還元処理する。したがって、この請求項１４の発明では、フッ素,有機物,窒素を、１つの水槽で処理できる。
【０１５５】
また、請求項１５の発明の排水処理装置では、嫌気槽の下部に充填してある炭酸カルシウム鉱物で、排水中のフッ素を一次処理でき、続いて、嫌気槽上部の濃縮した微生物汚泥で、排水中の有機物を処理できる。また、炭酸カルシウム鉱物が充填され、撹拌手段を有する好気槽で、嫌気槽において未反応のままの低濃度フッ素を２次処理できる。また、この嫌気槽で、アンモニア性窒素と亜硝酸性窒素を酸化処理できる。続いて、沈殿槽で処理水と汚泥とに固液分離できる。
【０１５６】
また、請求項１６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、上記嫌気槽内の溶存酸素量に応じて、原水槽から嫌気槽に導入する排水の量を制御する。したがって、嫌気槽内の嫌気状態を適性に維持でき、脱窒能力を維持できる。
【０１５７】
また、請求項１７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、上記沈殿槽内の排水のフッ素濃度に応じて、上記好気槽を曝気する曝気空気の量を制御する。したがって、たとえば、上記沈殿槽内の排水のフッ素濃度が上昇したときに、上記曝気空気の量を増加させることによって、好気槽の炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンが容易に溶出する。これにより、溶出したカルシウムイオンが排水中のフッ素を反応して難溶性のフッ化カルシウムとなり、排水中のフッ素処理を促進できる。
【０１５８】
また、請求項１８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、上記原水槽内の排水のＣＯＤ濃度に応じて、水素供与体となる有機物を嫌気槽に供給する。したがって、たとえば、水素供与体となる有機物が減少して、原水槽内の排水のＣＯＤ濃度が低下したときに、水素供与体となる有機物を嫌気槽に供給して、嫌気槽の有機物濃度を高め、脱窒反応を目標通りに進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の排水処理方法の第１実施形態を説明する構成図である。
【図２】  図２(ａ)は第１実施形態において窒素,有機物,フッ素の濃度が通常濃度の場合での処理タイミングチャートであり、図２(ｂ)は第１実施形態において窒素,有機物,フッ素の濃度が低濃度の場合での処理タイミングチャートである。
【図３】  この発明の排水処理方法の第２実施形態を説明する構成図である。
【図４】  この発明の排水処理方法の第３実施形態を説明する構成図である。
【図５】  この発明の排水処理方法の第４実施形態を説明する構成図である。
【図６】  この発明の排水処理方法の第５実施形態を説明する構成図である。
【図７】  この発明の排水処理方法の第６実施形態を説明する構成図である。
【図８】  この発明の排水処理方法の第７実施形態を説明する構成図である。
【図９】  この発明の排水処理方法の第８実施形態を説明する構成図である。
【図１０】  この発明の排水処理方法の第９実施形態を説明する構成図である。
【図１１】  従来の窒素,有機物含有フッ素排水の処理を示すブロック図である。
【図１２】  従来の炭酸カルシウム鉱物を利用したフッ素除去装置を示す図である。
【図１３】  従来の炭酸カルシウム鉱物を利用したフッ素除去装置の今一つの例を示す図である。
【図１４】  従来の有機物を含むフッ素排水を処理する排水処理装置を示す図である。
【図１５】  従来の有機物を含むフッ素排水を処理する排水処理装置の今一つの例を示す図である。
【図１６】  従来の窒素,有機物含有フッ素排水を処理する排水処理装置を示す図である。
【符号の説明】
１…第１水槽、２…第１水槽ポンプ、３…第２水槽(嫌気槽)、
４…下部流入管、５…炭酸カルシウム鉱物、６…中間部流入管、
７…フッ化カルシウム、８…微生物汚泥、９…汚泥ゾーン、
１０…第２水槽下部、１１…第２水槽上部、１２…第３水槽(好気槽)、
１３…散気管、１４…分離壁、１５…分離室、１６…傾斜壁、
１７…第４水槽(沈殿槽)、１８…かき寄せ機、１９…沈殿槽汚泥返送ポンプ、
２０…汚泥返送配管、２１…空気配管、２２…ブロワ−、２３…濃縮槽、
２４…濃縮槽ポンプ、２５…フィルタープレス、２６…有機物タンク、
２７…有機物タンクポンプ、２８…循環ポンプ、２９…脱窒槽、
３０…撹拌機、３１…再曝気槽、３２…凝集沈殿工程、３３…硝化槽、
３４…濾過装置、３５…軟水装置、３６…逆浸透膜装置、
３７…超純水製造装置、３８…反応槽、３９…凝集槽、
４０…酸化還元電位計、４１…フッ素濃度計、４２…ＣＯＤ濃度計、
４３…ラインミキサー。
【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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