(57)【要約】【課題】有機物濃度及び溶存イオン濃度が低い処理水を安定して得ることができる排水処理方法及び排水処理装置を提供する。【解決手段】有機物を含む排水を嫌気性生物反応槽１で処理する嫌気性処理工程と、該嫌気性処理工程の嫌気性処理液を正浸透膜２ａで透過液と濃縮液とに分離する正浸透膜分離工程と、該正浸透分離工程の透過液を逆浸透膜分離装置５に導入し、逆浸透膜５ａで処理水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程とを備えた排水処理方法及び装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理する嫌気性処理工程と、
該嫌気性処理工程の嫌気性処理液を正浸透膜で透過液と濃縮液とに分離する正浸透膜分離工程と、
該正浸透分離工程の透過液を逆浸透膜で処理水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程とを備えた排水処理方法。
【請求項２】
有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理する嫌気性処理槽と、
該嫌気性処理槽の嫌気性処理液を正浸透膜で透過液と濃縮液とに分離する正浸透膜分離装置と、
該正浸透分離装置の透過液を逆浸透膜で処理水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離装置とを
備えた排水処理装置。
【請求項３】
請求項２において、該正浸透膜分離装置は、その正浸透膜が該嫌気性処理槽内の嫌気性処理液と接するように配置されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記逆浸透膜分離装置からの濃縮水を正浸透膜分離装置内に返送する手段を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含む排水を嫌気的に処理した後、膜分離処理する生物処理方法及び装置に関し、特に、排水を生物処理して純水製造用の原水として利用する場合に好適な排水処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、処理水を固液分離装置で処理して微生物体を分離した後、ＲＯ（逆浸透）膜で脱塩処理する（例えば、特開２００７−１７５５８２号公報）。
【０００３】
生物処理を好気処理で行い、ＭＦ膜又はＵＦ膜で固液分離を行うと、好気処理で生成する生物代謝産物によりＭＦ膜又はＵＦ膜が汚染され、頻繁に薬品洗浄を行う必要がある。そこで、生物処理を代謝産物の生成量の少ない嫌気処理で行うことが特開２００９−１４８７１４号公報にて提案されている。この技術は、ＭＦ膜又はＵＦ膜の汚染が少なくなるだけでなく、嫌気処理であるため、好気処理に比べ、酸素供給のための曝気が不要で省動力、汚泥発生量が少ないといったメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５５８２号公報
【特許文献２】特開２００９−１４８７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、嫌気性処理は、好気性処理に比べ、無機塩（Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなど）や硫黄の必要量が多いことが知られており、例えば、電子産業工場排水のような純水ベースでこれらの無機成分が少ない排水の処理を安定して行うには、充分量を添加する必要がある。そのため、嫌気処理水の無機塩類濃度は好気処理に比べ高くなることが多い。さらに、嫌気処理では排水中又は別途添加した硫黄分の多くは、硫化水素まで還元されて処理水に残留する。この無機塩類や硫化物の多い処理水をＲＯ膜で脱塩処理すると、濃縮液側で無機塩類や硫化物が析出してＲＯ膜を汚染しやすいという問題がある。特にＦｅＳなどの金属の硫化物は溶解度が低く析出しやすい。
【０００６】
本発明は、有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理した後、膜分離処理する方法において、有機物濃度及び溶存イオン濃度が低い処理水を安定して得ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明（請求項１）の排水処理方法は、有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理する嫌気性処理工程と、該嫌気性処理工程の嫌気性処理液を正浸透膜で透過液と濃縮液とに分離する正浸透膜分離工程と、該正浸透分離工程の透過液を逆浸透膜で処理水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離工程とを備えたものである。
【０００８】
本発明（請求項２）の排水処理装置は、有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理する嫌気性処理槽と、該嫌気性処理槽の嫌気性処理液を正浸透膜で透過液と濃縮液とに分離する正浸透膜分離装置と、該正浸透分離装置の透過液を逆浸透膜で処理水と濃縮水とに分離する逆浸透膜分離装置とを備えたものである。
【０００９】
請求項３の排水処理装置は、該正浸透膜分離装置は、その正浸透膜が該嫌気性処理槽内の嫌気性処理液と接するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の排水処理装置は、請求項２又は３において、前記逆浸透膜分離装置からの濃縮水を正浸透膜分離装置内に返送する手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、有機物を含む排水を嫌気処理し、この嫌気性処理液をまず正浸透膜分離する。すなわち、嫌気性処理液を半透膜を介して高濃度の電解質水溶液（例えば食塩溶液）と接触させ、両者の浸透圧差により嫌気性処理液中の水を半透膜の二次側に移動させる。これにより、嫌気性処理液の固液分離と同時に溶存硫化物を始めとする無機塩類が除去される。このように溶存硫化物を始めとする無機塩類が処理された正浸透膜透過液を、逆浸透膜分離することにより脱塩処理する。これにより、有機物濃度及び溶存イオン濃度が低い処理水を安定して得ることができる。
【００１２】
請求項３の排水処理装置は、正浸透膜分離装置が嫌気性処理槽内に配置されるようになり、排水処理装置がコンパクトなものとなる。
【００１３】
請求項４の排水処理装置にあっては、このように、正浸透膜分離装置内に、逆浸透膜分離装置からの濃縮水が導入されるので、正浸透膜分離装置内の塩類濃度が、嫌気性生物反応槽内の嫌気性処理液中の塩類濃度よりも高いものとなる。この濃度差によって、嫌気性生物反応槽内の液が正浸透膜を透過して正浸透膜分離装置内に流入する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係る分離の概略的な縦断面図である。
【図２】実施例１のフロー図とＦＯ装置の模式図である。
【図３】実施例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態に係る排水処理方法及び装置について詳細に説明する。
【００１６】
有機物を含有する排水は、嫌気性生物反応槽１内に導入され、嫌気性微生物の作用によって嫌気的に分解処理される。排水中の分子量の大きい有機物は、高級脂肪酸、酢酸を経て、最終的にメタン、ＣＯ２まで分解される。また、メタノール、メチルアミン、ＴＭＡＨなどは、直接、メタン、ＣＯ２に分解される。この際、有機物に含まれる硫黄分や、排水中の硫酸イオンは、Ｈ２Ｓに分解される。これらのガス成分は、嫌気性生物反応槽１内において気相の濃度と平衡となる濃度で液中に溶解して処理水と共に排出され、それを超える分が液中から気相中に放出される。この気相中に放出されたガスは、配管１０を介して嫌気性生物反応槽１外に取り出されるが、その一部は、ブロワ１１及びガス返送配管１２を介して散気管１３に供給される。この散気管１３は正浸透膜分離装置（ＦＯ装置）２の下方に配置されている。散気管１３から散気されたガスが上昇して正浸透膜（ＦＯ膜）２ａに当たることにより、膜洗浄作用が奏される。
【００１７】
正浸透膜分離装置２は、槽体と、該槽体の少なくとも底部に設けられた正浸透膜２ａとを備え、この正浸透膜２ａが嫌気性生物反応槽１内の嫌気性処理液中に浸漬されるように配管されている。
【００１８】
なお、正浸透膜分離装置２の槽体のうち嫌気性生物反応槽１内の液と接する部分のさらに多くの部分、例えば、全体を正浸透膜にて構成してもよい。
【００１９】
正浸透膜分離装置２の一端側に取出配管３が接続され、正浸透膜分離装置２内の正浸透膜液が該配管３及びポンプ４を介して逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）５内に供給される。逆浸透膜分離装置５の逆浸透膜（ＲＯ膜）５ａを透過した透過水は、処理水として配管７から系外に取り出される。逆浸透膜５ａを透過しなかった濃縮水は、配管６を介して正浸透膜分離装置２内の他端側に返送される。
【００２０】
このように、正浸透膜分離装置２内には、逆浸透膜分離装置５からの濃縮液が導入されるので、正浸透膜分離装置２内の塩類濃度は嫌気性生物反応槽１内の嫌気性処理液中の塩類濃度よりも高いものとなっている。この濃度差によって、嫌気性生物反応槽１内の液が正浸透膜２ａを透過して正浸透膜分離装置２内に流入する。
【００２１】
嫌気性生物反応槽１内の嫌気性処理液中の溶存硫化物を始めとする無機塩類は、この正浸透膜２ａを透過し得ず、嫌気性生物反応槽１内に残留する。溶存硫化物を始めとする無機塩類が除去された液が正浸透膜分離装置２から逆浸透膜分離装置５に導入されるので、逆浸透膜５ａが硫化物その他無機塩類の析出により汚染されることがなく、安定して逆浸透膜分離処理水（透過水）が得られる。
【００２２】
なお、上記の正浸透膜２ａとしては、半浸透性を有する膜であれば特に限定されることなく使用可能である。逆浸透膜であれば、一般的に正浸透膜として用いることができる。
【００２３】
本発明において、処理対象となる有機物含有排水は、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機性排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適している。
【００２４】
このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、メタノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。
【００２５】
排水を嫌気的に生物処理するための嫌気性生物処理手段としては、有機物の分解効率に優れるものであれば良く、各種の嫌気性生物処理方式の生物反応槽が使用できる。
【００２６】
嫌気性生物反応槽は、浮遊方式（撹拌方式）、汚泥床方式（スラッジブランケット方式）など任意の方式でよく、また、担体添加型、造粒汚泥型であってもよい。
【００２７】
上記実施の形態では、正浸透膜分離装置２を嫌気性生物反応槽１内に配置しているが、後述の実施例１のように、嫌気性生物反応槽と正浸透膜分離装置とを別個に配置し、嫌気性生物反応槽からの生物処理液をポンプによって正浸透膜分離装置の１次側に供給しても良い。ただし、第１図のように正浸透膜分離装置２を嫌気性生物反応槽１内に浸漬配置すると、かかるポンプが不要である。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例について説明する。
［実施例１］
下記の排水を第２図（ａ）の通り、嫌気性生物反応槽１８で処理した後、ＦＯ装置２０及びＲＯ装置３０で処理した。即ち、嫌気性生物反応槽１８からの生物処理液をＦＯ装置２０の１次室２１に供給し、ＦＯ膜２３の透過液を２次室２２からＲＯ装置３０に供給した。ＦＯ膜２３を透過しなかった液は、嫌気性生物反応槽１８に返送した。ＲＯ装置３０の濃縮水は、ＦＯ装置２０の２次室２２に返送し、ＲＯ膜３１の透過水を処理水として取り出した。実施例に用いた排水、嫌気性生物反応槽、ＦＯ装置、ＲＯ装置は、以下の通りである。
【００２９】
＜排水＞
液晶工場の排水に対して、栄養剤としてＰ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びその他の金属を適宜添加したものを排水として用いた。この排水の特性は以下の通りである。
【００３０】
モノエタノールアミン                  ：      ３００ｍｇ／Ｌ
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド  ：      ３００ｍｇ／Ｌ
ジメチルスルホキシド                  ：      ３００ｍｇ／Ｌ
ＴＯＣ                                ：      ３６０ｍｇ／Ｌ
ＴｈＯＤ                              ：  １，２８０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ                                ：      １１０ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｓ                                ：      １２０ｍｇ／Ｌ
【００３１】
＜嫌気性生物反応槽＞
５００Ｌの撹拌機１９付きの反応槽に前記排水を平均して８５Ｌ／Ｈｒにて導入した。この排水を１２０ｒｐｍで撹拌し、温度を３５℃に維持した。
【００３２】
＜ＦＯ装置＞
ＦＯ装置として、第２図（ｂ）に示す装置を作製して用いた。このＦＯ装置２０は、１次室２１と２次室２２とをＦＯ膜２３で隔てたものである。なお、１次室２１及び２次室２２は、いずれもＦＯ膜２３に対面する面が開放している。１次室２１の容積は○○Ｌ、２次室２２の容積は、２．５Ｌ、ＦＯ膜の面積は５，０００ｃｍ２である。ＦＯ膜２３としては、ＲＯ平膜（日東電工（株）製：ＥＳ−２０）を用いた。この１次室２１に嫌気性生物反応槽から生物処理液をポンプによって、膜表面流速が０．５ｍ／ｓｅｃとなるように４．５ｍ３／ｈｒの流量で導入した。２次室２２には、運転当初は２％ＮａＣｌ水溶液を満たしておき、運転開始後は、ＲＯ装置３０からの濃縮水を導入した。２次室２２からの流出水をＲＯ装置３０に供給した。
【００３３】
＜ＲＯ装置＞
ＲＯ装置３０として、２インチＲＯモジュール（日東電工（株）製：ＥＳ−２０スパイラル型）を用いた。このＲＯ装置に対して、ＦＯ装置からの透過液を供給圧が１．５ＭＰａとなるようにポンプによって供給した。このＲＯ装置３０への流入水に対しｐＨが５．５となるように１０％塩酸水溶液を添加すると共に、回収率が５０％となるように運転した。
【００３４】
＜運転＞
下水消化汚泥(ＴＳ２％、ＶＳ／ＴＳ比０．６５)を種汚泥として、３ヶ月間馴養した後、嫌気性生物反応槽のＴｈＯＤ負荷が５ｋｇ／ｍ３・ｄ（ＨＲＴ６ｈｒ）となるようにして、２ヶ月間運転を行い、その生物処理液を第２図（ａ）のようにＦＯ装置２０及びＲＯ装置３０の順に通水した。ＲＯフラックスと経過日数との関係を図３に示す。
【００３５】
［比較例］
実施例１において、ＦＯ装置の代わりに、槽外型ＵＦモジュール（日本ノリット（株）製：３３ＰＥ）を用い、膜面流速を０．５ｍ／ｓｅｃとして嫌気性生物反応槽１８からの生物処理液をこの槽外型ＵＦモジュールで濾過し、このＵＦ透過水をＲＯ装置に供給するようにしたこと以外は、実施例１と同じフロー及び条件で運転した。結果を図３に示す。
【００３６】
［結果］
２ヶ月間のＲＯ装置への流入水のＴＯＣ除去率は、実施例１及び比較例１のいずれも９８%以上であり、ＲＯ装置流入水のＴＯＣの平均値は、実施例１が１．１ｍｇ／Ｌ、比較例１が４．２ｍｇ／Ｌであった。また、ＲＯ透過水のＴＯＣ平均値は、実施例１が０．８ｍｇ／Ｌ、比較例１が０．９ｍｇ／Ｌで、両者の間にほとんど差はなかった。しかしながら、実施例１では、２ヶ月間でＲＯフラックスの値が１５％程度しか低下しなかったのに対して、比較例１は、通水開始直後から急速に低下し、１週間後には通水開始直後の値の１／２、２週間には１／３、２ヶ月後には１／１０まで低下した。試験後、比較例１のＲＯ膜の表面には、黒色の析出物が付着していた。これをＳＥＭ−ＥＤＸにより分析したところ硫化鉄であることが認められた。この実施例１及び比較例１より、本発明によると、有機物を含む排水を嫌気性微生物で処理した後、ＦＯ膜及びＲＯ膜分離処理することにより、有機物濃度及び溶存イオン濃度が低い処理水を安定して得ることができることが認められた。
【符号の説明】
【００３７】
１，１８  嫌気性生物反応槽
２，２０  正浸透膜分離装置（ＦＯ装置）
２ａ，２３  正浸透膜
５，３０  逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）
５ａ，３１  逆浸透膜
１３  散気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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