(57)【要約】【課題】染料含有廃水の処理方法を提供する。【解決手段】まず染料含有廃水を均質化し、さまざまなプロセスからの染料含有廃水の水質のバランスをとり、次に均質化された染料含有廃水に対して嫌気性処理を行い、嫌気性処理により染料含有廃水中のＣＯＤとＳＳの大部分を除去し、最後に嫌気性処理後の染料含有廃水を膜バイオリアクタにおいて嫌気性−好気性の循環処理を行う。本発明の膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、電子メディエーターとしてのキノン基は、嫌気性プロセス中の染料脱色の酵素反応を加速することができ、それにより効率的な脱色の目的を達成する。好気性処理プロセスでは、廃水中のＣＯＤとＳＳがさらに除去されるため、排水は第一レベル排出基準に達した。実施例の結果により、本発明の提供する方法を使用して染料含有廃水を処理すると、排水中のＣＯＤ含有量は１００ｍｇ／Ｌより小さく、色度が２０倍より小さく、懸濁物総粒子（ＳＳ）は０であることが分かる。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
染料含有廃水の処理方法であって、それは、
染料含有廃水を調整槽により均質化するステップと、
前記均質化された染料含有廃水を嫌気性リアクタに入れて嫌気性処理を行うステップと、
前記嫌気性処理後の染料含有廃水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−好気性の循環処理を行うステップと
を含む処理方法。
【請求項２】
膜バイオリアクタ内の前記キノン基含有中空糸膜の流束は１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、膜の平均孔径は０．１マイクロメートルであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率は５％より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記膜バイオリアクタの汚泥濃度は６０００〜７０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】
調整槽内の前記染料含有廃水の水力学的滞留時間は１０ｈ以上であることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項６】
前記嫌気性リアクタの汚泥濃度は８０００ｍｇ／Ｌより大きいことを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項７】
嫌気性リアクタでの前記均質された染料含有廃水の水力学的滞留時間は８ｈ以上であることを特徴とする請求項１または５に記載の処理方法。
【請求項８】
前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間は１．５〜２．５ｈ、１回の好気性処理時間は４０〜６０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項９】
前記好気性処理における溶存酸素量は２〜４ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項８に記載の処理方法。
【請求項１０】
前記嫌気性処理の酸化還元電位は−３００ｍｖ以下であることを特徴とする請求項８に記載の処理方法。
【請求項１１】
膜バイオリアクタでの前記嫌気性処理後の染料含有廃水の水力学的滞留時間は１１〜１３ｈであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１８年７月１７日に中国特許庁に提出された、出願番号２０１８１０７８５７１６．５、発明の名称「染料含有廃水の処理方法」の中国特許出願の優先権を要求し、その内容全体が参照により本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は廃水処理の技術分野に関し、特に染料含有廃水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
染料は、染色、塗料、顔料及び紡績などの分野で広く使用され、これは水質汚染の主な要因の一つである。染料は、化学構造が複雑で、生物毒性があり且つ従来の方法で分解しにくい。印刷および染色工場からの廃水が大量であり、１ｔの織物の印刷および染色加工ごとに１００〜２００ｔの水を消費し、そのうち８０％〜９０％が排水となって排出される。染料含有廃水は一般的に、水量が多く、有機汚染物質の含有量が高く、アルカリ度が大きく、水質が大きく変化するという特徴があり、難治産業廃水の一つに属する。
【０００４】
中国では、印刷および染色廃水の処理は主に生物学的、特に好気性生物学的処理である。現在では、中国の印刷および染色廃水の生物学的処理法では、表面加速曝気および接触酸化法が大部分を占めている。好気性生物処理はＣＯＤ、ＢＯＤについて一般的には約８０％との明らかな除去効果があるが、色度とＣＯＤの除去率は高くなく、単純な好気性生物処理はますます困難になり、排水は基準を満たすことが難しくなる。上記理由により、印刷・染色廃水の嫌気性生物処理技術も注目されてきて、且つ徐々に処理プロセスに取り入れられ、現在の廃水処理では、多くの場合、嫌気性プロセスと好気性プロセスを組み合わせて使用し、フロントエンドの嫌気性プロセスでは、一般的に、ＵＡＳＢ、嫌気性バッフルリアクタなどの構成を使用し、バックエンドの好気性プロセスでは、一般的に、活性汚泥法を使用し、水域のＣＯＤ、ＢＯＤ、ＳＳなどのほとんどを除去して、排出要件を満たすことができる。上記染料含有廃水の脱色プロセスは主に酵素反応である生化学的還元プロセスであり、化学結合の還元プロセスは反応速度を制限するプロセスである。現在の嫌気性−好気性プロセスでは、廃水の色度はまだより良い処理効果を達成しにくい場合があり、排水の色度が高い場合は、物理的または化学的処理によって補完する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の上記欠点を克服するために、本発明は、脱色率が高く、効果の高い染料含有廃水の処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、本発明が用いる技術的解決手段は以下である。
【０００７】
染料含有廃水の処理方法であって、それは、
染料含有廃水を調整槽により均質化するステップと、
前記均質化された染料含有廃水を嫌気性リアクタに入れて嫌気性処理を行うステップと、
前記嫌気性処理後の染料含有廃水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−好気性の循環処理を行うステップと
を含む。
【０００８】
好ましくは、膜バイオリアクタ内の前記キノン基含有中空糸膜の流束は１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、膜の平均孔径は０．１マイクロメートルである。
好ましくは、前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率は５％より大きい。
好ましくは、前記膜バイオリアクタの汚泥濃度は６０００〜７０００ｍｇ／Ｌである。
好ましくは、調整槽内の前記染材料廃水の水力学的滞留時間は１０ｈ以上である。
好ましくは、前記嫌気性リアクタの汚泥濃度は８０００ｍｇ／Ｌより大きい。
好ましくは、嫌気性リアクタでの前記均質された染料含有廃水の水力学的滞留時間は８ｈ以上である。
好ましくは、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間は１．５〜２．５ｈ、１回の好気性処理時間は４０〜６０ｍｉｎである。
好ましくは、前記好気性処理における溶存酸素量は２〜４ｍｇ／Ｌである。
好ましくは、前記嫌気性処理の酸化還元電位は−３００ｍｖ以下である。
好ましくは、膜バイオリアクタでの前記嫌気性処理後の染料含有廃水の水力学的滞留時間は１１〜１３ｈである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は染料含有廃水の処理方法を提供し、まず染料含有廃水を均質化し、さまざまなプロセスからの染料含有廃水の水質のバランスをとり、次に均質化された染料含有廃水に対して嫌気性処理を行い、嫌気性処理により染料含有廃水中のＣＯＤとＳＳの大部分を除去し、最後に嫌気性処理後の染料含有廃水を膜バイオリアクタにおいて嫌気性−好気性の循環処理を行う。嫌気性処理中に、染料は微生物のレダクターゼの触媒作用によって分解され、メディエーター物質はこの反応プロセスを加速することができる。この基本原理に基づいて、本発明の膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、繊維膜中のキノン基は、嫌気性プロセスにおける染料脱色の酵素反応を加速することができ、それにより効率的な脱色の目的を達成する。好気性処理プロセスでは、廃水中のＣＯＤとＳＳがさらに除去されるため、排水は中国で中水として再利用できる基準である第一レベル排出基準に達した。実施例の結果により、本発明の提供する方法を使用して染料含有廃水を処理すると、排水中のＣＯＤ含有量は１００ｍｇ／Ｌより小さく、色度が２０倍より小さく、懸濁物総粒子（ＳＳ）は０であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例により提供される染料含有廃水の処理プロセスの模式図である。図１：１−調整槽、２−嫌気性リアクタ、３−膜バイオリアクタ、４−キノン基含有中空糸膜、５−撹拌装置、６−曝気装置、７−ポンプ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に実施例及び図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
【００１２】
本発明は染料含有廃水の処理方法を提供し、それは、
染料含有廃水を調整槽により均質化するステップと、
前記均質化された染料含有廃水を嫌気性リアクタに入れて嫌気性処理を行うステップと、
前記嫌気性処理後の染料含有廃水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−好気性の循環処理を行うステップと
を含む。
【００１３】
本発明は染料含有廃水を調整槽により均質化する。本発明は前記染料含有廃水の供給源について特別な要件はなく、本発明の方法を使用して、染料製造または染色プロセスの様々なプロセスで生成された廃水を処理することができる。本発明において、前記染料含有廃水の色度は３００〜８００倍、ＣＯＤ含有量は１０００〜８０００ｍｇ／Ｌ、懸濁物総粒子（ＳＳ）は１００〜７００ｍｇ／Ｌである。
本発明において、調整槽内の前記染料含有廃水の水力学的滞留時間が好ましくは１０ｈを超え、より好ましくは１２〜１５ｈである。本発明は前記染料含有廃水の水流入速度について特別な要件はなく、染料含有廃水を調整槽に排出して均質化できればよい。
本発明において、各プロセスからの染料含有廃水は均質槽において均質化され、水質の色度、密度及びＣＯＤなどについてよりバランスを取る。本発明は前記調整槽の体積について特別な要件はなく、本発明の具体的な実施例において、好ましくは廃水処理量に応じて調整槽の体積を決定する。
均質化が完了した後に、本発明は前記均質化された染料含有廃水を嫌気性リアクタに入れて嫌気性処理を行う。本発明において、嫌気性リアクタでの前記均質された染料含有廃水の水力学的滞留時間が好ましくは８ｈを超え、より好ましくは１０〜１２ｈである。前記嫌気性リアクタの汚泥濃度が好ましくは８０００ｍｇ／Ｌより大きく、より好ましくは１００００ｍｇ／Ｌである。前記嫌気性処理段階の酸化還元電位が好ましくは−１００ｍＶより小さく、より好ましくは−２００〜−３００ｍＶである。本発明は前記嫌気性リアクタ（ＵＡＳＢ）について特別な要件はなく、当業者によく知られている嫌気性リアクタを使用すればよい
【００１４】
本発明は、嫌気性処理を利用し、染料含有廃水中の有機物を分解し、廃水中の高分子有機物を低分子有機物に分解し、それにより廃水中のＣＯＤのほとんどを除去し、且つ一部のアゾ染料に対して還元分解と脱色を行い、最初に染料含有廃水の色度を減らす。
嫌気性処理が完了した後に、本発明は前記嫌気性処理後の染料含有廃水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性−好気性の循環処理を行う。本発明の前記膜バイオリアクタは嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（ＡＯＭＢＲ）であり、前記ＡＯＭＢＲにキノン基含有中空糸膜が充填され、且つＡＯＭＢＲの中に嫌気性処理中の撹拌に用いられる撹拌装置が装着されている。底部には曝気装置があり、好気性処理中に酸素を供給するための曝気を行うために用いられる。本発明は、好ましくはポンプにより調整槽、嫌気性リアクタ及び膜バイオリアクタ間の染料含有廃水の循環を実現する。
【００１５】
本発明において、前記膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、前記キノン基含有中空糸膜の流束が好ましくは１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、より好ましくは１０〜１５Ｌ／（ｍ２・ｈ）である。前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率が好ましくは５％より大きく、より好ましくは１０％〜１５％である。前記キノン基含有中空糸膜の平均孔径が好ましくは０．１ミクロンである。本発明の具体的な実施例において、面積１ｍ２の膜フィラメントは、１ｈで少なくとも１０Ｌの廃水をろ過でき、本発明は、好ましくは染料含有廃水の処理量に応じて中空糸膜の総面積を決定し、本発明はキノン基含有中空糸膜の供給源について特別な要件はなく、直接購入するか又は自分で調製してもよく、本発明の具体的な実施例において、前記キノン基含有中空糸膜は、具体的にはアントラキノン官能化ポリフッ化ビニリデン膜であってもよく、その調製方法は当業者によく知られている方法で行わればよい。本発明は前記キノン基含有中空糸膜の充填方法について特別な要件はなく、当業者によく知られている方法で充填すればよい。
本発明において、前記膜バイオリアクタ内の汚泥濃度は好ましくは６０００〜７０００ｍｇ／Ｌであり、より好ましくは６５００ｍｇ／Ｌである。本発明は前記汚泥の種類について特別な要件はなく、当業者によく知られている汚水処理用汚泥を使用すればよい。
【００１６】
本発明は膜バイオリアクタでの前記嫌気性処理後の廃水の水流入速度について特別な要件はなく、本発明の具体的な実施例において、具体的な水流入速度は、廃水処理量及び入水管の断面積などの要因により決定できる。
【００１７】
本発明において、前記嫌気性処理後の汚水は、膜バイオリアクタに入った後にまず嫌気性処理次に好気性処理との番で処理を順次循環する。本発明において、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間は好ましくは１．５〜２．５ｈであり、より好ましくは２ｈである。前記嫌気性処理の酸化還元電位は、好ましくは−３００ｍＶ以下であり、より好ましくは−６００〜−４００ｍＶである。本発明は好ましくは撹拌条件下で嫌気性処理を行い、前記撹拌の回転速度は好ましくは５ｒｐｍ以下であり、より好ましくは３〜４ｒｐｍである。本発明は撹拌することにより、汚泥を水に懸濁し、キノン基含有中空糸膜と十分に接触させ、汚泥の堆積による反応効率の低下を回避し、本発明は、好ましくは膜バイオリアクタに油圧式撹拌機を設置し、撹拌プロセス中に中空糸膜に触れないようにするために、本発明は、好ましくは中空糸膜を膜バイオリアクタの周りに充填し、油圧式撹拌機を膜バイオリアクタの中央に設置する。
【００１８】
微生物に含まれるレダクターゼは染料を還元反応（すなわち酵素反応）させることができ、本発明の提供する中空糸膜にキノン基を含み、電子メディエーターとしてのキノン基は、アゾ染料の二重結合を切断するプロセスなどの嫌気性処理プロセス中に、この酵素還元プロセスを加速することができる。酵素反応を促進することで効率的な脱色を実現すると同時に、染料含有廃水中の残留有機物を嫌気性処理により分解し、廃水のＣＯＤ値をさらに削減する。
【００１９】
本発明において、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の好気性処理時間が好ましくは４０〜６０ｍｉｎであり、より好ましくは５０ｍｉｎである。前記好気性処理における溶存酸素量が好ましくは２〜４ｍｇ／Ｌであり、より好ましくは３ｍｇ／Ｌである。本発明は、好ましくは好気性処理のために曝気を通して酸素を提供し、曝気プロセスは汚水を撹拌し得るため、好気性処理プロセスに撹拌する必要はなく、本発明は、好ましくは膜バイオリアクタの底部に曝気装置を設置し、本発明は前記曝気装置について特別な要件はなく、当業者によく知られている曝気装置を使用して、好気性処理に酸素を提供できればよい。好気性処理プロセスでは、染料含有廃水中の低分子量有機物は無機物に分解され、廃水のＣＯＤ値はさらに削減される。
本発明において、膜バイオリアクタでの前記嫌気性処理後の廃水の水力学的滞留時間が好ましくは１１〜１３ｈ、より好ましくは１２ｈである。該水力学的滞留時間内に、前記嫌気性−好気性循環処理は３つよりも多くのサイクルを経った。
【００２０】
本発明の具体的な実施例において、好ましくは、まず嫌気性処理後の廃水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性処理を行い、嫌気性処理プロセス中に曝気装置はオフになり、撹拌装置はオンになり、１．５〜２．５ｈの嫌気性処理後、撹拌装置をオフにして、曝気装置をオンにし、好気性処理を４０〜６０ｍｉｎ行い、さらに嫌気性処理を行い、このように、膜バイオリアクタで廃水水力学的滞留時間が１１〜１３ｈに達するまで、処理された廃水が排出される。本発明は、好ましくは、好気性処理段階で排水し、好気性処理段階での曝気処理は膜フィラメントを撹拌でき、排水する時に汚泥は膜の表面に付着しにくく、嫌気性処理段階では膜フィラメントの撹拌力が不十分であるため、排水する時に汚泥が膜の表面に付着し、膜を汚染し、排水速度に影響を与える。
【００２１】
本発明の水処理プロセスの模式図は図１に示すように、染料含有廃水が調整槽１を流れ均質化され、均質化された廃水は、嫌気性リアクタ（ＵＡＳＢ）２に入って嫌気性処理を行い、嫌気性処理後の廃水は、膜バイオリアクタ（ＡＯＭＢＲ）３に入って嫌気性−好気性循環処理を行い、膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜４が充填され、嫌気性処理プロセス中に撹拌装置５をオンにし、曝気装置６をオフにし、好気性処理プロセス中に撹拌装置５をオフにし、曝気装置６をオンにし、循環処理後に排出基準に達した汚水は、吸引ポンプを介して汚水処理システムの排出口に排出され、処理プロセスでは、ポンプ７を利用して廃水の循環を実現する。本発明は膜バイオリアクタにおける汚泥の処理方法について特別な要件はなく、当業者によく知られている方法で処理すればよく、本発明の具体的な実施例において、好ましくは、水処理の効果を確実にするために、泥を定期的に排水する。
【００２２】
以下に実施例を参照しながら本発明の提供する手段を詳しく説明するが、それらを本発明の保護範囲への制限として理解することができない。
【実施例１】
【００２３】
染料含有廃水中のＣＯＤの初期含有量は６０００ｍｇ／Ｌ、初期色度は２００倍、ＳＳの初期含有量は６００ｍｇ／Ｌである。
染料含有廃水をまず調整槽により均質化し、調整槽内の染料含有廃水の水力学的滞留時間は１２ｈであった。
調整槽を流れた染料含有廃水を嫌気性リアクタ（ＵＡＳＢ）に入れて嫌気性処理を行い、嫌気性リアクタでの水力学的滞留時間は１０ｈ、嫌気性処理プロセス中の酸化還元電位は−２３０ｍＶ、嫌気性リアクタ中の汚泥濃度は８ｇ／Ｌであった。
嫌気性処理後の染料含有廃水が嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（以下、ＡＯＭＢＲと表記）に入って嫌気性−好気性循環処理を行い、リアクタ内に充填された膜フィラメントはキノン基含有中空糸膜であり、ＡＯＭＢＲリアクタ中の汚泥濃度は６０００ｍｇ／Ｌであった。ＡＯＭＢＲは以下のパラメータに従って実行された。嫌気性処理プロセスでは曝気されず、２ｈの水力撹拌、酸化還元電位は−３５０ｍＶであった。次に好気性処理を５０ｍｉｎ行い、好気性処理プロセスでは曝気され、撹拌せず、溶存酸素は３ｍｇ／Ｌに制御され、好気性処理プロセスでは膜フィラメントを介して排水され、水力学的滞留時間ＨＲＴは１２ｈであり、すると、廃水が排出基準に達して排出された。
【００２４】
処理された染料含有廃水中のＣＯＤ値、色度及びＳＳ含有量を検出すると、得られた結果は表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１のデータから分かるように、未処理の染料含有廃水中のＣＯＤ、色度及びＳＳ含有量はいずれも高く、嫌気性リアクタで処理された廃水中のＣＯＤ、色度及びＳＳ含有量はいずれもある程度減少し、ＡＯＭＢＲによる処理後、排水中のＣＯＤ含有量は１００ｍｇ／Ｌより小さく、色度は２０倍より小さく、そのうちＳＳは完全に除去され、排水は第一レベル排出基準に達することができた。これから分かるように、本発明の提供する染料含有廃水の処理方法では、効率的な脱色の目的を達成し、且つＣＯＤ及びＳＳの除去効果も非常に優れていた。
【実施例２】
【００２７】
染料含有廃水中のＣＯＤの初期含有量は３２００ｍｇ／Ｌ、初期色度は３００倍、ＳＳ初期含有量は３００ｍｇ／Ｌであった。
染料含有廃水をまず調整槽により均質化し、調整槽内の染料含有廃水の水力学的滞留時間は１２ｈであった。
調整槽を流れた染料含有廃水を嫌気性リアクタ（ＵＡＳＢ）に入れて嫌気性処理を行い、嫌気性リアクタでの水力学的滞留時間は１２ｈ、嫌気性処理プロセス中の酸化還元電位は−２００ｍＶ、嫌気性リアクタ中の汚泥濃度は８ｇ／Ｌであった。
嫌気性処理後の染料含有廃水が嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（以下、ＡＯＭＢＲと表記）に入って嫌気性−好気性循環処理を行い、リアクタ内に充填された膜フィラメントはキノン基を含有中空糸膜であり、ＡＯＭＢＲリアクタ中の汚泥濃度は７５００ｍｇ／Ｌであった。ＡＯＭＢＲは以下のパラメータに従って実行された。嫌気性処理プロセスでは曝気されず、２ｈの水力撹拌、酸化還元電位は−４００ｍＶであった。次に好気性処理を５０ｍｉｎ行い、好気性処理プロセスでは曝気され、撹拌せず、溶存酸素は２．５ｍｇ／Ｌに制御され、好気性処理プロセスでは膜フィラメントを介して排水され、水力学的滞留時間ＨＲＴは１２．５ｈであり、すると、廃水が排出基準に達して排出された。
【００２８】
処理された染料含有廃水中のＣＯＤ値、色度及びＳＳ含有量を検出すると、得られた結果は表２に示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２のデータから分かるように、処理された染材料廃水中のＣＯＤ含有量は１００ｍｇ／Ｌより小さく、色度が２０倍より小さく、そのうちＳＳは完全に除去され、これから分かるように、本発明の提供する染料含有廃水の処理方法では、効率的な脱色の目的を達成し、且つＣＯＤ及びＳＳの除去効果も非常に優れていた。
【００３１】
以上の実施例の説明は本発明の方法及びそのコアアイデアを理解するように提案したものに過ぎない。指摘すべきであるように、当業者であれば、本発明の原理から逸脱しないことを前提として、本発明に対していくつかの改良および修正を行うことができ、これらの改良および修正も本発明の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。当業者であれば、これらの実施例に対する複数種の修正は自明であり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実現することができる。それにより、本発明は本明細書に示すこれらの実施例に限定するものではなく，本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も幅広い範囲に属する。
【図１】
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【国際調査報告】
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