(57)【要約】【課題】ＺＬＤ（Zero Liquid Discharge）が実施できる排水処理方法の提供。【解決手段】排水処理において水分を回収し、最終的に乾燥された固形分のみを廃棄又は再利用する排水処理方法であって、管状ＲＯ膜による処理工程を有している排水処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水処理において水分を回収し、最終的に乾燥された固形分のみを廃棄又は再利用する排水処理方法であって、管状ＲＯ膜による処理工程を有している排水処理方法。
【請求項２】
前記排水処理が、前処理工程と管状ＲＯ膜による処理工程を有している、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記排水処理が、スパイラルＲＯ膜による処理工程を含む前処理工程と、管状ＲＯ膜による処理工程を有している、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記管状ＲＯ膜による処理工程が、合成樹脂または金属からなる多孔支持管内にチューブ状のＲＯ膜が配置された管状ＲＯ膜エレメントを複数組み合わされたものを用いて実施する、請求項１〜３のいずれか１項記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記ＲＯ膜の材質が、セルロースアセテート、芳香族ポリアミド、及びスルホン化ポリエーテルスルホンから選ばれる１種以上である、請求項４記載の排水処理方法。
【請求項６】
前記管状ＲＯ膜による処理工程が、筒状のケーシング内に複数本の前記管状ＲＯ膜エレメントが配置された管状ＲＯ膜モジュールであって、前記複数本の管状ＲＯ膜エレメントが、それぞれの開口部同士が接続され、全体として１本の管状ＲＯ膜エレメントになっている管状ＲＯ膜モジュールを用いて実施する、請求項４又は５記載の排水処理方法。
【請求項７】
前記管状ＲＯ膜による処理工程の後、被処理水中の水分を蒸発させて回収し、固形分と分離する蒸発工程を実施する、請求項１〜６のいずれか１項記載の排水処理方法。
【請求項８】
前記蒸発工程が、間接加熱型汚泥乾燥機を用いて実施する、請求項７記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場排水などの各種排水から水と固形分を分離して、最終的に乾燥した固形分のみを廃棄することができる排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種装置を使用して工場排水を処理するとき、工場排水から一部水を回収して再利用する一方で、残部の水は下水に流したり、最終的には水を生物処理するなどして河川に流したりしている。
しかし最近では、世界的にも液体排出量をゼロとするという考え方（ＺＬＤ: Zero Liquid Discharge）が採用されており、そのための処理装置や処理方法の発明が提案されている（特許文献１〜７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５３０１００号公報
【特許文献２】特表２０１０−５１７７４６号公報
【特許文献３】特表２０１３−５００１５７号公報
【特許文献４】特表２０１４−５１２９５２号公報
【特許文献５】特開２０１６−１１２５５９号公報
【特許文献６】特表２０１６−５０６８６７号公報
【特許文献７】特表２０１７−５３３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のＺＬＤを実施することができる排水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、排水処理において水分を回収し、最終的に乾燥された固形分のみを廃棄又は再利用する排水処理方法であって、管状ＲＯ膜による処理工程を有している排水処理方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の排水処理方法によれば、排水処理をしたとき、実質的に排水中の全ての水分を回収して、最終的には乾燥した固形分のみを廃棄又は再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】管状ＲＯ膜エレメントの斜視図。
【図２】管状ＲＯ膜エレメント集合体の平面図。但し、一部を省略して示している。
【図３】管状ＲＯ膜モジュールの斜視図。但し、実際には見えない内部が見えるように示している。
【図４】実施例で用いた排水処理装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の排水処理方法はＺＬＤを実施できるものであり、水分を回収し、最終的に乾燥した固形分のみを廃棄又は再利用する方法である。
本発明の排水処理方法は、管状ＲＯ（逆浸透）膜による処理工程を有しており、必要に応じて、前記管状ＲＯ膜による処理工程の前に前処理工程を、前記管状ＲＯ膜による処理工程の後に蒸発工程または分離工程を付加することができる。
【０００９】
＜管状ＲＯ膜＞
本発明の排水処理方法で使用する管状ＲＯ膜エレメント１０は、図１に示すとおり、多孔支持管１１内に管状ＲＯ膜１２が配置されているものである。
多孔支持管１１は、合成樹脂（好ましくは繊維強化樹脂）または金属（好ましくはステンレス）からなるものであり、厚さ方向に貫通された多数の孔１３が分散配置されている。
管状ＲＯ膜１２は、不織布、紙などからなる支持管の内側にＲＯ膜が形成されたものでもよい。
ＲＯ膜の材質は、特に限定されなく、セルロースアセテート、芳香族ポリアミド、及びスルホン化ポリエーテルスルホンなどが挙げられ、これらは１種又は２種以上を用いることができる。
ＲＯ膜の材質は、ファウリング防止の観点から、セルロースアセテート及びスルホン化ポリエーテルスルホンから選ばれる１種以上が好ましい。
管状ＲＯ膜１２の内径は、被処理水の濃度（固形分濃度）に応じて調整することができるものであり、例えば５〜１５ｍｍの範囲にすることができる。
管状ＲＯ膜１２は、排水の流路が大きいため膜が閉塞し難く、排水の流入が膜面閉塞物を剥離する方向に流れているため、排水の高濃度濃縮に適している。
【００１０】
管状ＲＯ膜は、図２に示すとおり、複数本の管状ＲＯ膜エレメント１０が連結されて１本になった管状ＲＯ膜集合体２０が好ましい。例えば、管状ＲＯ膜は、合成樹脂または金属からなる多孔支持管１１内にチューブ状のＲＯ膜が配置された管状ＲＯ膜エレメント１０が複数組み合わされたものであり、前記ＲＯ膜がセルロースアセテート、芳香族ポリアミド、及びスルホン化ポリエーテルスルホンから選ばれる１種以上のものを用いることができる。
図２に示す管状ＲＯ膜集合体２０では、並列配置された管状ＲＯ膜エレメント１０のうち、隣接する管状ＲＯ膜エレメント１０同士がＵ字管２１で連結されているものである。Ｕ字管２１に代えて他の連結方法を使用することもできる。
管状ＲＯ膜集合体２０の第１端開口部２０ａには原水供給部２３が接続され、反対側の第２端開口部２０ｂには濃縮水排水部２４が接続されている。
管状ＲＯ膜集合体２０は、例えば、１０〜２０本の管状ＲＯ膜エレメント１０からなるものにすることができる。
【００１１】
本発明の排水処理で使用する管状ＲＯ膜は、図３に示すように、筒状のケーシング３１内に複数本の前記管状ＲＯ膜エレメント１０が配置された管状ＲＯ膜モジュールであって、前記複数本の管状ＲＯ膜エレメント１０が、それぞれの開口部同士が接続され、全体として１本の管状ＲＯ膜エレメント（管状ＲＯ膜集合体２０）になっている管状ＲＯ膜モジュール３０が好ましい。
管状ＲＯ膜モジュール３０は、両端面（第１端面３２と第２端面３３）が閉塞された筒状のケーシング３１内に管状ＲＯ膜集合体２０が巻き込まれて円柱状になった形態で収容されているものである。
筒状のケーシング３１の第１端面３２には、管状ＲＯ膜集合体２０の原水供給部２３と濃縮水排水部２４が突き出されている。
筒状ハウジング３１の側面３４からは、透過水出口部２５が突き出されており、さらに図示していない通気孔が形成されている。
管状ＲＯ膜モジュール３０は、１または複数を組み合わせて使用することができる。
【００１２】
管状ＲＯ膜モジュールとしては、次のものを使用することができる。
管状ＲＯ膜エレメント１０：図１に示すような、内径１１．５ｍｍの管状ポリエステル不織布支持体の管内表面に０．２ｍｍの酢酸セルロース逆浸透膜を積層させた長さ２,５００ｍｍのもの。
管状膜エレメント集合体２０：図２に示すとおり、Ｕ字管２１を使用して、管状膜エレメント１０の１８本を直列に接続して１本にしたもの。
管状膜モジュール３０：図３に示すもの。
【００１３】
＜排水処理方法＞
次に、管状ＲＯ膜を使用した排水処理方法を説明する。
本発明の排水処理方法は、例えば、図３に示す管状ＲＯ膜モジュール３０などの管状ＲＯ膜のみを使用して排水処理を実施することができる。このとき、管状ＲＯ膜モジュール３０を複数使用することもできる。
管状ＲＯ膜モジュール３０を複数使用するときは、幹管と、前記幹管から分岐された複数の枝管の組み合わせを使用することができる。
例えば、前記原水タンクと第１幹管を接続し、複数の第１枝管と複数の管状ＲＯ膜モジュール３０の原水供給部２３を接続して原水を供給し、管状ＲＯ膜モジュール３０の複数の濃縮水排出部２４と複数の第２枝管を接続し、前記第２枝管で集めた濃縮水は、第２幹管を経て原水タンクに戻し、これを繰り返すことができる。
透過水は、複数の透過水出口２５と複数の第３枝管を接続し、前記第３枝管で集めた透過水は第３幹管を経て、透過水タンクに貯水して回収される。また透過水は再利用することができる。
【００１４】
本発明の排水処理は、前処理工程と管状ＲＯ膜による処理工程を組み合わせて実施することもできる。
前処理工程は特に制限されるものではなく、公知の水処理工程で汎用されている処理方法を実施することができる。公知の前処理工程としては、活性炭処理工程、軟水化処理工程、ＭＦ膜処理工程、ＮＦ膜処理工程、ＵＦ膜処理工程、凝集沈殿処理工程などを挙げることができる。
【００１５】
本発明の排水処理方法では、前処理工程としてスパイラルＲＯ膜による処理工程を含むことが好ましく、前処理工程がスパイラルＲＯ膜による処理工程のみからなるものでもよい。
スパイラルＲＯ膜による処理工程は、公知のスパイラルＲＯ膜モジュールを使用した処理工程であり、前記スパイラルＲＯ膜モジュールは１または複数を組み合わせて使用することもできる。
【００１６】
本発明の排水処理方法の一実施形態を図１〜図３により説明する。
ポンプを使用して、原水タンクから管状ＲＯ膜モジュール３０の原水供給部２３に原水を供給する。
原水供給部２３から供給した原水は、管状ＲＯ膜集合体２０を通過する過程でろ過され、透過液は管状ＲＯ膜エレメント１０の多孔支持管１１に形成されている孔１３からケーシング３１内に排出される。
ケーシング３１内に排出した透過水は、透過水出口部２５から排出した後、回収して再利用する。
管状ＲＯ膜集合体２０内でろ過した後の濃縮水は、濃縮水排出部２４から排出した後、原水タンクに戻す。
このろ過運転を繰り返すことで濃縮水中の固形分濃度を高めることができる。
本発明の排水処理方法では、原水をスパイラルＲＯ膜でろ過処理することで固形分濃度が高められた一次処理水を管状ＲＯ膜モジュール３０で処理すると、より固形分濃度が高められるので好ましい。
本発明の管状ＲＯ膜を使用する排水処理方法では、原水の種類により異なるが、例えば、原水の固形分濃度を１．０質量％以上、好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは３０質量％以上、最も好ましくは５０質量％以上にまで高めることができる。
【００１７】
本発明の排水処理方法は、管状ＲＯ膜による処理工程の後、被処理水中の水分を蒸発させて回収し、固形分と分離する蒸発工程または処理液を冷却し結晶化物を遠心分離器やフィルタープレス装置によって回収する分離工程を実施する。蒸発工程は既存の蒸発装置、乾燥装置が使用できる。結晶化装置及び篩分・分離装置も既存の装置を使用できる。また、管状ＲＯ膜による処理工程の前後で、攪拌・振動等の運動エネルギー、熱エネルギー、電気・磁気・光エネルギーなどによる析出・造粒工程を実施することもできる。
【００１８】
蒸発工程は、各種の汚泥乾燥機が使用できるが、特に乾燥効率が高い間接加熱型汚泥乾燥機の使用が好ましい。
間接加熱型汚泥乾燥機は、直接加熱型汚泥乾燥機と比べ省エネルギーだけでなく、据付設置面積が少ない、排気ガス量が少ない、水分調整が容易などの長所がある。
間接加熱型汚泥乾燥機としては、ドラム型乾燥機、製紙用シリンダー乾燥機などと呼ばれる乾燥機が挙げられ、具体的には西村鐵工所製ＣＤドライヤー、月島製作所製インクラインドディスクドライヤー、大和三光製作所製タコロータリー乾燥機、ウェッジスタイルドライヤー、攪拌ロータリー乾燥機、西村鐵工所製ＣＤドライヤーへ大川原製作所製のヒートポンプシステムを組み込んだ直接加圧型ヒートポンプ式濃縮乾燥機H-VCDドライヤーなどが挙げられる。
西村鐵工所製ＣＤドライヤーは、伝熱面として円筒ドラムの外周面でなく、内部に空洞を有する独自の中空円盤（ＣＤ：コンパクトディスク）の両面を使うことで熱通過係数を高めたものである。
【００１９】
蒸発工程は、固形化する物質の性質や有用性から常圧または加圧・減圧下で実施できる。
常圧での蒸発工程の処理は、管状ＲＯ膜による処理水を１００℃で蒸発処理したとき、水分の発生が１０〜１０，０００mL／min以下、好ましくは１０〜１，０００mL／min以下となったときを終了として、そのときの蒸発残渣が「乾燥された固形分」となる。「乾燥された固形分」とは、固形物としての取り扱いが可能であれば良く、少量の水分を含んでいてもよい。
水分の発生が１０〜１０，０００mL／min以下（好ましくは１０〜１，０００mL／min以下）となった場合には、水分が滴り落ちることなく、実質的に固形物として取扱いが可能になり、さらにその後に回収される水分もごく少量であることと、回収される水分量と蒸発に使用するエネルギー量を考慮すると、さらに蒸発工程を継続することは運転コストの削減とＣＯ２量の削減の観点からも好ましくない。
【００２０】
乾燥された固形分（汚泥）は廃棄又は再利用することができる。前記固形分中に、例えば貴金属などの有価物が含まれている場合には回収して再利用することができる。また乾燥された固形分（汚泥）は、大和三光製作所製ボルテックス乾燥焼却装置などを使用して、バイオ燃料として使用することもできる。
本発明の排水処理方法では、管状ＲＯ膜を使用するろ過工程の処理により被処理水中の固形分濃度が高められているため、蒸発工程における使用エネルギー量および処理時間を削減できるようになる。
【００２１】
前処理工程、管状ＲＯ膜による処理工程、及び乾燥工程において、本発明の排水処理を円滑に行う観点から、被処理水中へ消泡剤などの添加剤を、一括添加、又は逐次添加してもよい。
【００２２】
本発明の排水処理方法は、各種技術分野における排水処理においてＺＬＤ（Zero LiquidDischarge）を適用する場合に好適である。
排水源は特に制限されるものではないが、発電所、海水淡水化施設などのエネルギー施設や造船・自動車・家電製品等の製造工場、切削部品加工工場、塗装工場、染色工場、食品工場、製紙工場などの工場などを挙げることができる。
【実施例】
【００２３】
［管状ＲＯ膜を用いた排水処理装置の作製］
図１に示す管状ＲＯ膜エレメント１０を、図２に示すように、Ｕ字管２１を使用して、直列に１８本連結させた管状ＲＯ膜集合体２０を作製した。管状ＲＯ膜エレメント１０は、内径１１．５ｍｍの管状ポリエステル不織布支持体の管内表面に０．３ｍｍの酢酸セルロース逆浸透膜（NaCl除去率９０％）を積層させた長さ２６５４ｍｍのものである。この管状ＲＯ膜集合体２０を図３に示す筒状のケーシング３０に収容し、図３に示す管状ＲＯ膜モジュール３０を作製した。この管状ＲＯ膜モジュール３０を合計４本（３０ａ〜３０ｄ）と、原水タンク１と、ポンプ２と、透過水タンク３とを、各ライン４１〜４９で連結させて、図４に示す排水処理装置を作製した。原水タンク１内に入れた排水は、ポンプ２を使用して、ライン４１を通過させて、管状ＲＯ膜モジュール３０ａの原水供給部２３ａから各管状ＲＯ膜モジュール３０ａ〜３０ｄに順に供給され、各管状ＲＯ膜モジュールの管状ＲＯ膜集合体２０を通過する過程でろ過される。各管状ＲＯ膜モジュールでろ過した後の透過水は、各管状ＲＯ膜モジュールの各透過水出口２５ａ〜２５ｄから排出され、各ライン４６〜４９を通過させて、透過水タンク３に回収される。各管状ＲＯ膜モジュールでろ過した後の濃縮水は、最終的に管状ＲＯ膜モジュール３０ｄの濃縮水排出部２４ｄから排出され、ライン４５を通過させて、原水タンク１に戻され、再度ろ過されることにより原水タンク１内の排水は濃縮される。
【００２４】
実施例１
成型機洗浄による含油排水（ＣＯＤ：２４，６００ｍｇ／Ｌ）６５０ｋｇ（固形分濃度２．６質量％）を、図４の排水処理装置を用いて、排水を濃縮し、排水量を２２分の１（排水量３０ｋｇ：固形分濃度５７質量％）までに減容化する作業を行った（管状ＲＯ膜による処理工程）。
前記排水の固形分をＸ線マイクロアナライザーによって元素分析を行ったところ、主な元素としてはＣ：４６質量％、Ｏ：２４質量％、Ｐ：１２質量％、Ｎａ：１１質量％であった。
排水処理運転は、ポンプ２により一定圧になるように操作され、運転時の入口圧力（原水供給部２３ａ部の圧力）は４ＭＰａ、出口圧力（濃縮水排出部２４ｄ部の圧力）は２ＭＰａ、各管状ＲＯ膜モジュールの膜間圧力は２ＭＰａであった。
各管状ＲＯ膜の透過流速は、運転初期では１００Ｌ／ｈであったが、排水の濃縮とともに透過流速が徐々に低下し、８時間後には排水量が２２分の１となったため、排水処理運転を終了した。この際、透過水のＣＯＤは２８０ｍｇ／Ｌであった。
排水処理運転後に得られた固形分濃度５７重量％の排水を、蒸発装置として、西村鐵工所製ＣＤドライヤーを用いて蒸発工程を実施した。
ＣＤドライヤーにスクレパー（固形分掻き取り刃）をセットし、ディスク回転数を５ｒｐｍで運転し、ディスク中へ蒸気を入れディスク温度を昇温させながら、スクレパーの締め付けトルクを調整し、暖気運転を実施した。ディスク温度が１２０℃になった後、ディスク回転数を１５ｒｐｍに上げ、フィードノズルへ前記排水のポンプ送液を開始した。フィードノズルから吐出される排水は、ディスクの最適位置に当たるように調整した。ディスクに付着しない液分は、排水タンク中へ回収され、再びポンプ送液を行った。ディスクへ付着した液分は、スクレパーへ達するまでにディスク上で蒸発し、生じた固形分はスクレパーで掻き取り、ディスクの直下に設置した固形分回収箱へ落下させ回収した。蒸発水蒸気は、ブロワーにより回収した。蒸発工程中は、蒸気圧を０．２〜０．３ＭＰａの範囲内で調整し、ディスク温度が１２０℃で一定になるよう調整した。なおＣＤドライヤーによる蒸発工程の排水処理に要したエネルギー量は、装置規模に対して排水量が少なかったため定量化できなかったが、蒸発工程を問題なく実施することができた。
【００２５】
実施例１の含油排水６５０ｋｇ（固形分濃度２．６質量％）を、２２分の１（排水量３０ｋｇ：固形分濃度５７質量％）までに減容化する排水処理に要したエネルギーを、以下に示す（１）と（２）のケースで比較した。
（１）実施例１の排水処理運転（管状ＲＯ膜による処理工程）を実施して、含油排水を減容化した場合
管状ＲＯ膜による処理工程に要するエネルギー：２２．４ｋＷ・ｈ
計算式：管状ＲＯ膜装置の所要動力（２．８ｋＷ）×運転時間（８ｈ）＝２２．４ＫＷ・ｈ
（２）実施例１の排水処理運転を実施せずに、直接加熱型乾燥機を用いて含油排水を減容化した場合
直接加熱型乾燥機の蒸発工程に要するエネルギー：１０２７ＫＷ・ｈ
計算式：水の蒸発潜熱（２．２６ＭＪ／ｋｇ）×蒸発水分量（６２０（６５０−３０）ｋｇ）／蒸発装置の乾燥効率（０．４）＋水の比熱容量（４．２×１０-３ＭＪ／ｋｇ℃）×蒸発水分量（６２０（６５０−３０）ｋｇ）×昇温温度（７５（１００−２５）℃）＝３６９８ＭＪ＝１０２７ＫＷ・ｈ
※蒸発工程に要するエネルギーの計算は、固形分成分の比熱も水と同じとし、排水（６５０ｋｇ）の初期温度は２５℃とし、蒸発装置の乾燥効率を４０％として算出した。
【００２６】
実施例１の排水処理運転を実施して、含油排水６５０ｋｇ（固形分濃度２．６質量％）を、２２分の１（排水量３０ｋｇ：固形分濃度５７質量％）までに減容化するのに要したエネルギー（１）は、実施例１の排水処理運転を実施せずに、直接加熱型乾燥機を用いて含油排水を減容化した場合に要するエネルギー（２）と比較して、約４８分の１であり、著しいエネルギー削減が可能なことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の排水処理方法は、ＺＬＤを実現するため、各種分野の工場排水処理法として利用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  管状ＲＯ膜エレメント
２０  管状ＲＯ膜エレメント集合体
３０  管状ＲＯ膜モジュール
【図１】
2019107645.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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