(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯＣを５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍの濃度で含む微量有機物含有水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理したのち膜分離処理する方法において、
該生物処理槽に過酸化水素を添加して、溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持することを特徴とする微量有機物含有水の処理方法。
【請求項２】
ＴＯＣを５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍの濃度で含む微量有機物含有水が導入され、オリゴトロフィックバクテリアにより該水中の汚染物質を分解する生物処理槽と、該生物処理槽の処理水を膜分離する膜分離装置とを備えてなる微量有機物含有水の処理装置において、
該生物処理槽の溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持するために、該生物処理槽に過酸化水素を供給する手段を設けたことを特徴とする微量有機物含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＯＣ５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍというような微量の有機物を含有する水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理と膜分離処理とで処理する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶製造工場においては、理論純水（Ｈ2Ｏのみからなる水）の比抵抗１８．２４ＭΩ・ｃｍに極めて近い、１７〜１８ＭΩ・ｃｍの比抵抗を有する超純水が洗浄用水として大量に用いられている。
【０００３】
従来、この洗浄に用いられた洗浄排水は、回収して処理された後、工水、井水等と共に更に処理されて超純水の製造に再利用されている。しかして、この洗浄排水（以下「回収水」と称す場合がある。）の処理技術として、回収水中に低濃度で含まれるＴＯＣを貧栄養細菌であるオリゴトロフィックバクテリアで生物処理することにより除去する方法がある（特許第２１３０３８４号，特許第２８８７２８４号）。即ち、この回収水は有機物含有量がＴＯＣで５ｐｐｍ以下であるような微量有機物含有水であり、このような微量有機物含有水は、一般的な活性汚泥法では処理することができない。しかし、オリゴトロフィックバクテリアのような貧栄養下でも生育する微生物を用いることにより、微量有機物含有水を処理してＴＯＣが著しく低減された処理水を得ることができる。
【０００４】
なお、生物処理と膜分離処理とを組み合せた処理方法において、生物処理水に残留塩素濃度が０．３〜１．５ｐｐｍとなるように塩素剤を添加することにより後段の膜分離装置の膜濾過効率を向上させる方法が提案されている（特開平５−３２９４７７号公報）。また、生物処理槽の溶存酸素濃度を１．０ｍｇ／Ｌ以上に維持することで、後段の膜分離装置の透過流束を高く維持する方法も提案されている（特開平４−３３０９９３号公報）。
【０００５】
また、微生物を保持した担体を保有する流動床式生物反応槽において、担体に担持された微生物に酸素を補給するために、過酸化水素の供給手段を設けたものも提案されている（特開平９−２７１７９３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの研究により、回収水をオリゴトロフィックバクテリアで生物処理し、この生物処理水を膜分離処理すると、経時により膜の透過流束が低下することが判明した。
【０００７】
前述の如く、生物処理と膜分離処理とを組み合せた処理において、膜分離装置での処理効率の向上のために、塩素剤を添加する方法や溶存酸素を維持する方法が提案されている。このうち、特開平５−３２９４７７号公報に記載される塩素剤を添加する方法は、塩素により、膜に付着した菌体やその代謝物などを剥離させて膜濾過効率を向上させるものであるが、この方法では遊離塩素の酸化力により膜が劣化するという問題があり、また、高濃度で塩素を添加するために膜処理水に塩素が多く残留するという欠点がある。
【０００８】
さらに、特開平４−３３０９９３号公報には、生物処理槽の溶存酸素濃度を１．０ｐｐｍ以上に維持することにより生物処理水を膜処理する際の膜の濾過性が向上することが明らかにされているが、この方法は、ＢＯＤが１０００ｐｐｍ程度の一般的な排水に適用されるものであり、この方法で用いられている菌相、即ち、ＢＯＤ１０００ｐｐｍ程度の水中に生息して有機物を資化する活性汚泥の菌相と、ＴＯＣ濃度が１０ｐｐｍ程度の水中に生息するオリゴトロフィックバクテリアの菌相とは全く異なり、また、生物処理水に含まれる菌体濃度も２〜３のオーダーで異なるため、生物処理水を膜処理する膜分離装置の構造や運転方法に違いがある。それゆえ、両者の違いを考慮して微量有機物含有水を生物処理した後の処理水の膜濾過性を改善させる方法が求められていた。
【０００９】
また、特開平９−２７１７９３号公報に記載される方法は、有機物の分解に必要な酸素を過酸化水素の添加により供給するに過ぎず、過酸化水素の添加により生じた酸素のほとんどが有機物の分解に消費され、生物処理水の溶存酸素濃度が２ｐｐｍ以上に維持されない恐れがあり、このような場合、膜濾過性は悪化する。
【００１０】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ＴＯＣ５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍというような微量の有機物を含有する水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理したのち膜分離処理するに当り、膜の透過流束の低下を防止して長期に亘り安定かつ効率的な処理を行う方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の微量有機物含有水の処理方法は、ＴＯＣを５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍの濃度で含む微量有機物含有水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理したのち膜分離処理する方法において、該生物処理槽に過酸化水素を添加して、溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持することを特徴とする。
【００１２】
本発明の微量有機物含有水の処理装置は、ＴＯＣを５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍの濃度で含む微量有機物含有水が導入され、オリゴトロフィックバクテリアにより該水中の汚染物質を分解する生物処理槽と、該生物処理槽の処理水を膜分離する膜分離装置とを備えてなる微量有機物含有水の処理装置において、該生物処理槽の溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持するために、該生物処理槽に過酸化水素を供給する手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
即ち、本発明者らは、ＴＯＣ５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍというような微量の有機物を含有する水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理したのち膜分離処理するに当り、膜の透過流束が低下する原因について鋭意検討を重ねた結果、次のような知見を得た。
【００１４】
生物処理したのち膜分離処理する場合における膜の透過流束は、生物処理槽内での微生物の活動状態に依存し、生物処理槽の溶存酸素濃度が２ｐｐｍを下回る状態が長時間発生すると菌体分離のための膜の透過流束が低下する。この原因は生物処理槽の溶存酸素濃度が２ｐｐｍ未満の運転では、生物相又は生物代謝物が、膜に付着し易く、膜分離処理に不適当なものへ変化するためである。
【００１５】
従って、本発明では生物処理槽の溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上となるように維持することにより、膜の透過流束の低下の原因となる膜に付着し易い物質の生成を抑制して、膜の透過流束の低下を防止し、長期に亘り、安定かつ効率的な処理を行うことを可能とする。しかも、この方法であれば、塩素剤を高濃度で用いる特開平５-３２９４７７号公報に記載される方法に比して、膜の劣化を引き起こす恐れが小さい。
【００１６】
なお、従来において、オリゴトロフィックバクテリアのような貧栄養細菌を用いた生物処理槽の運転では溶存酸素濃度は管理されておらず、通常の状態での溶存酸素濃度は１ｐｐｍ程度であった。これは、生物処理槽の溶存酸素濃度が１ｐｐｍ程度であれば低濃度で含まれるＴＯＣを分解するに十分と考えられ、溶存酸素濃度をこれ以上高く維持しても処理水水質の向上は期待できず、これ以上に溶存酸素濃度を高めることは無駄であると考えられていたためである。
【００１７】
なお、本発明において、原水となる微量有機物含有水のＴＯＣが５ｐｐｂ未満でも５０ｐｐｍを超えてもオリゴトロフィックバクテリアによる生物処理が困難である。
【００１８】
ところで、通常の場合、オリゴトロフィックバクテリアのような貧栄養細菌を用いる生物処理槽では、担体を使用した流動床生物処理槽が用いられている。この方式の生物処理槽では下からの曝気を行うと菌体（担体）が流出するため、酸素の吹き込みで溶存酸素濃度を上げるためには、生物処理水を循環させて循環系路で水に酸素を吹き込むことにより酸素の供給を行うこととなる。しかし、この方式では溶存酸素濃度を高くすることが困難であるため、本発明では、過酸化水素を添加することにより溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
図１において、１は原水槽、２は生物反応槽であり、槽内には、支持床２Ａ上に微生物を担持した粒状又はペレット状の活性炭等の担体による流動床２Ｂが形成されている。３は生物処理水タンク、４はストレーナ、５はＵＦ膜分離装置、Ｐ1，Ｐ2はポンプである。
【００２２】
原水（回収水等の、ＴＯＣを５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍで含む微量有機物含有水）は、原水槽１を経てポンプＰ1により生物反応槽２に導入されてオリゴトロフィックバクテリアにより生物処理され、含有される有機物が分解除去される。この生物処理水の一部は循環水として原水槽１に返送され、残部は生物処理水タンク３を経てポンプＰ2によりストレーナ４で濾過された後、ＵＦ膜分離装置５で膜分離処理されることにより菌体が分離され、膜透過水は処理水として系外へ取り出される。また、膜濃縮水は生物処理水タンク３に循環される。この循環水は一部が廃水として系外へ排出される。
【００２３】
本発明においては、このような処理において、生物反応槽２内の溶存酸素濃度が２ｐｐｍ以上となるように溶存酸素濃度を制御する。この溶存酸素濃度が２ｐｐｍを下回り、特に、１２時間以上も溶存酸素濃度２ｐｐｍ未満の状態が継続すると膜処理に不適当な粘着性の菌体代謝物等が生成し、膜の透過流束が著しく低下することとなる。
【００２４】
生物反応槽２の溶存酸素濃度は２ｐｐｍ以上となるよう、被処理水のＴＯＣ濃度や酸素の溶存量を調整する。過度に溶存酸素濃度を高くすることは、そのためのコストが嵩む上に、後工程に脱気処理を施す場合、その負荷が増大することから好ましくない。生物反応槽２の溶存酸素濃度は、特に２〜８ｐｐｍの範囲に維持するのが好ましく、２．０〜３．５ｐｐｍの範囲に維持するのが特に好ましい。
【００２５】
ところで、通常、溶存酸素濃度を高めるためには、酸素の曝気が考えられるが、前述の如く曝気により菌体（担体）が流出する恐れがある場合、好ましくない。
【００２６】
従って、本発明においては、過酸化水素を生物反応槽２に注入して過酸化水素の分解で生成する酸素により溶存酸素濃度を高める。
【００２７】
この場合、過酸化水素の添加濃度は１〜２０ｐｐｍとするのが好ましく、４〜１０ｐｐｍがより好ましい。即ち、過酸化水素は通常は殺菌のために用いられるが、菌体は過酸化水素の突発的混入に対しては１０ｐｐｍ程度であれば耐え、常時混入の場合は抗体が形成されて数十ｐｐｍまで耐え得るものとなる。特に、活性炭を微生物担持担体として使用する場合は、過酸化水素は容易に分解されるため２０ｐｐｍ程度であれば殺菌作用を示すことなく溶存酸素濃度を効率的に増加させることができる。
【００２８】
図１において過酸化水素の注入手段は記載されていないが、過酸化水素は、生物反応槽２に直接混入しても良く、また、回収水を原水槽１に導入する系路、原水槽１から生物反応槽２に原水を導入する系路、生物反応槽２から原水槽１へ循環水を返送する系路のいずれに注入しても良い。過酸化水素の注入手段は、生物反応槽２又は生物処理水タンク等に設けた溶存酸素計と連動させて自動制御で注入するようにすることもできる。また、この過酸化水素の注入は連続注入であっても間欠注入であっても良い。
【００２９】
なお、本発明において、膜分離装置の型式や膜の種類等には特に制限はなく、膜の種類は、ＭＦ（精密濾過）膜、ＵＦ（限外濾過）膜、ＲＯ（逆浸透）膜等のいずれであっても良いが、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理水を処理するのに適したもの、例えば波板状スパイラルのＵＦ膜などを用いる。また、膜材質にも特に制限はなく、特に、本発明では、セルロースアセテートなどの塩素に弱い親水性有機膜も使用可能である。
【００３０】
この膜分離処理に供する生物処理水のｐＨには特に制限はないが、中性付近であることが好ましい。
【００３１】
このような本発明の方法及び装置は、特に、超純水の製造システムに組み込まれる回収水の処理工程に有効に適用される。
【００３２】
【実施例】
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。
【００３３】
実施例１
図１に示す処理装置を用いて、下記処理条件により微量有機物含有水中の有機物の除去を行った。
【００３４】
〔処理条件〕
原水：半導体基板洗浄排水
ＴＯＣ：１．５ｐｐｍ
水温  ：２０℃
ｐＨ  ：８．０
生物処理法：生物膜濾過式処理
反応時間：２０ｍｉｎ
膜分離処理法：
膜の種類：コルゲートスパイラルＵＦ膜（材質セルロースアセテート）
孔径    ：０．０２μｍ
操作圧  ：２ｋｇｆ／ｃｍ2
上記の条件による通水で、必要に応じて濃度３５％の過酸化水素を添加することにより、表１に示す通り生物反応槽出口近傍の生物処理水の溶存酸素濃度が２ｐｐｍ以上となるように維持して、１ヶ月間運転を行った結果、表１に示すように１ヶ月間膜の透過流束は約１．５（ｍ／ｄａｙ・ｋｇｆ／ｃｍ2）を保つことが可能であった。
【００３５】
比較例１
実施例１において、生物処理装置の溶存酸素濃度を調整せずに運転したこと以外は同様にして処理を行ったところ、生物処理槽の溶存酸素濃度は、表１に示す通り２ｐｐｍを下回り、膜の透過流束も表１に示す通り低下した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
実施例２、比較例２，３
実施例１において、生物処理槽に過酸化水素の注入装置を設け、濃度３５％の過酸化水素水を表２に示す濃度となるように常時添加したこと以外は同様にして１ヶ月間処理を行った（ただし、比較例２では過酸化水素水添加せず）。その結果、生物処理槽出口近傍の生物処理水の溶存酸素濃度、膜の透過流束は表２に示す通りとなり、適量の過酸化水素の注入で生物処理槽の溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以上に維持することができ、これにより、膜の透過流束を長期に亘り高く維持することができることが確認された。
【００３８】
【表２】
0003651306.tif 000003
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の微量有機物含有水の処理方法及び処理装置によれば、ＴＯＣ５ｐｐｂ〜５０ｐｐｍというような微量の有機物を含有する水を、オリゴトロフィックバクテリアによる生物処理したのち膜分離処理するに当り、膜の劣化や煩雑な後処理を必要とすることなく、膜の透過流束の低下を防止して長期に亘り安定かつ効率的な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１  原水槽
２  生物反応槽
３  生物処理水タンク
４  ストレーナ
５  ＵＦ膜分離装置
【図１】
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