(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入される１〜２０ｐｐｍの微量有機物含有水を生物処理してＴＯＣ成分を分解し、表面から水が流通可能な連続空間を備え、該連続空間中に微生物を保持すると共に、合成樹脂製の連続気泡構造を有するスポンジ体からなる微生物の担体と、微生物を保持した上記担体を流動化し、且つ微生物に必要酸素を供給する曝気手段と、上記担体の大きさより小さい開口を有し、処理水に混ざって担体が排出するのを阻止する担体流出防止材を設けた生物処理槽と、
上記生物処理槽から排出される処理水から微生物を分離すると共に、上記生物処理槽内の流動化により生じた上記担体の微粉を捕捉するマイクロフィルター装置又は限外濾過装置とを有することを特徴とする超純水製造装置におけるＴＯＣ成分除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導入される微量有機物含有水を生物処理してＴＯＣ成分を分解する生物処理槽と、上記生物処理槽から排出される処理水から微生物を分離する菌体分離器とを有する超純水製造装置におけるＴＯＣ成分除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物処理槽と、菌体分離器とを有する超純水製造装置は本特許出願人の特公平６−４５０３６号公報で公知である。この従来装置では、超純水製造用の原水となる水が、井水、水道水、工業用水、半導体製造工程からの洗浄廃水（回収水）などであって、比較的に清澄で、有機物を含んでいても、ＴＯＣとして数ｐｐｍ程度の微量であるときは、このような貧栄養の水中においても有機物を資化して増殖可能な微生物（貧栄養細菌）を使用して生物処理を行う。この場合、一般の排水処理のような浮遊法による生物処理では生物処理槽から微生物が流出し、槽内に必要量の微生物を保持しておくのが困難であるため、微生物の担体に活性炭を使用し、活性炭の表面に微生物を保持することが行われている。しかし、微生物の担体に活性炭を使用すると、酸素を供給するために槽内で曝気を行うと、活性炭同志が衝突して微粉化し、その微粉が槽外に流出して超純水製造工程の負荷を増大させることから、槽内での曝気を行わず、活性炭の充填層に酸素を飽和まで溶解した原水を上向流で供給し、活性炭の充填層を展開状態にしながら生物処理を行うのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近では超純水の原水となる水のＴＯＣ成分が増加し、増加したとはいっても下水や、工場排水ほど高濃度ではなく、従来の１〜３ｐｐｍから超純水の製造が可能な範囲の１０ｐｐｍを越える程度になると、前述の飽和溶存酸素のみでは酸素が不足し、有機物が残存して生物処理槽からの流出水のＴＯＣ成分を十分に低下することができない。このため、特開平９−１８７７８５号公報、特開平９−２７１７９３号公報に記載のように、酸素の供給を加圧水や過酸化水素で行って酸素不足の改善を図ることが提案され、それなりに効果があるが、付帯設備の増加などの問題が生じる。
【０００４】
従って、この場合も生物処理槽で曝気を行うことが考えられるが、ＴＯＣ成分の増大に対応して曝気を行うと、前述した活性炭の微粉がより多く発生すること、活性炭の表面に付着している微生物が剥離し、剥離した微生物が生物処理槽から外に流出することによって処理すべきＴＯＣ成分に対して槽内の微生物の保持量が不足すること、担体の充填層が展開する程度に曝気を緩やかに行うと、気泡による水の偏流が発生し、生物処理を十分、均一に行えないこと、などの問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、原水中のＴＯＣ成分が、超純水の製造可能な範囲まで増加しても、有機物を十分に除去できるようにしたもので、導入される１〜２０ｐｐｍの微量有機物含有水を生物処理してＴＯＣ成分を分解し、表面から水が流通可能な連続空間を備え、該連続空間中に微生物を保持すると共に、合成樹脂製の連続気泡構造を有するスポンジ体からなる微生物の担体と、微生物を保持した上記担体を流動化し、且つ微生物に必要酸素を供給する曝気手段と、上記担体の大きさより小さい開口を有し、処理水に混ざって担体が排出するのを阻止する担体流出防止材を設けた生物処理槽と、上記生物処理槽から排出される処理水から微生物を分離すると共に、上記生物処理槽内の流動化により生じた上記担体の微粉を捕捉するマイクロフィルター装置又は限外濾過装置とを有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図示の各実施形態において、１０は本発明に係るＴＯＣ成分除去装置で、１１は原水が供給管１２で供給される生物処理槽、１８は上記生物処理槽から処理水が供給される菌体分離器、１３は生物処理槽に投入された微生物の担体、１４は微生物の担体を散気装置１４′からの曝気によって流動化させる曝気手段、１５は生物処理槽で生成した処理水が処理水室１６、排水管１７を経て前記菌体分離器１８に排出される際に、処理水に混ざって担体が菌体分離器に流出するのを阻止する担体流出防止材を示す。
【０００７】
微生物の担体１３は、表面から水が流通可能な多孔質の連続空間を備え、水とほゞ同比重（水の比重の±０．１、好ましくは±０．０５）で、曝気により槽内で容易に流動化、或いは旋回するようにする。そして、曝気により流動化、或いは旋回する際に衝突しても破砕することがない強度を備えている。このような担体としてはポリウレタン、その他の合成樹脂製の連続気泡構造を有するスポンジ体や、内部への水の流通が容易なように多数の線条が任意の方向に結合した網目状の立体構造物で、線条間に形成される網目にはできるだけ壁が無く、解放状のものなどがよい。
担体の形状は球形、円柱状、直方体形など任意の小片でよく、その大きさは、大きすぎると充填量の割に微生物の付着面積が大きくならず、小さすぎると生物処理槽の外に流出しやすくなるので、０．５〜１００ｍｍ、好ましくは１〜１５ｍｍ程度がよい。尚、担体の充填率は生物処理槽の容積の１０〜８０％が好ましい。
【０００８】
曝気手段１４は生物処理槽の底部の全面に設けた散気装置でも、底面の一側壁に沿って偏在させた散気装置でもよく、槽内で微生物の担体に空気や酸素を供給して流動化させ、一側壁に沿って偏在させた場合は、図１に示すように担体に槽内で循環流Ａを生じさせるものがよい。
【０００９】
担体流出阻止材１５は、例えば生物処理槽内の処理水が処理水室１６に流出する出口を塞ぐ形態で設けられたスクリーンでよく、スクリーンとしてはスリットを設けた板状体、網目を有する網状体、多数の孔を有するパンチングプレートなどでよく、スリット、網目、孔などの開口の大きさは前述した担体の大きさより小である。
【００１０】
又、菌体分離器１８は、合成樹脂やセラミックなどの膜を内蔵し、この膜により微生物を濾過するマイクロフィルター装置、限外濾過装置でよく、微生物を分離、除去された分離水は排出管１９から排水される。
【００１１】
井水、水道水、工業用水等の原水から超純水を製造し、その超純水を半導体洗浄工程に供給する超純水の製造供給系統２０は、通常、図２に示すように原水を凝集槽２１、二層濾過器２２に通水して前処理し、次いで逆浸透膜装置２３、脱気塔２４、イオン交換塔２５に通水し、その後、紫外線殺菌装置２６、湿床式イオン交換装置２７、限外濾過膜装置２８に通水して超純水とし、半導体洗浄工程２９に供給する。そして、半導体洗浄工程から排水される洗浄排水（回収水）は、活性炭吸着塔３１、イオン交換塔３２、必要ならば逆浸透膜装置３３を経て、又は経ないで酸化剤として過酸化水素の存在下に紫外線を照射して有機物をほゞ完全に酸化分解する紫外線酸化装置３４に通水する回収系統３０で処理し、前述の超純水の製造供給系統２０の、逆浸透膜装置２３の上流に供給し、回収水は前処理行程後の原水と混合して処理し、半導体製造工程に循環させる（特公平６−４５０３６号公報参照）。
【００１２】
本発明のＴＯＣ成分除去装置１０は、図２の従来装置の回収系統３０の紫外線酸化装置３４の下流に図３に示すように配置し、紫外線酸化装置が有機物をほゞ完全に酸化分解した処理水中に残存するＴＯＣ成分を処理し、超純水の製造供給工程２０の二層濾過器２２からの前処理水と混合して逆浸透膜装置２３に供給したり、図４に示したように超純水の製造供給工程２０のイオン交換塔２５と紫外線殺菌装置２６との間に配置し、イオン交換塔が脱塩した脱塩処理水のＴＯＣ成分を処理して紫外線殺菌装置に供給したりする。
【００１３】
更に、本発明のＴＯＣ成分除去装置は、図２における超純水製造装置系統２０の前処理工程、即ち、凝集槽２１，二層濾過器２２の代わりに設置し、図５に示す配置とすることができる。本発明のＴＯＣ成分除去装置は空気を十分に供給できるので、原水に多少高めのＴＯＣ成分を含んでいても分解、除去でき、又、ＳＳ分も菌体分離器で除去でき、超純水製造系統の前処理装置として使用できる。更に、半導体製造工程から排出される回収水も、図３のような活性炭吸着塔３１、イオン交換塔３２，逆浸透膜装置３３を経ることなく、図５に示したように、直接原水と混合してＴＯＣ成分除去装置１０に導き、処理するようにしてもよい。このように図５に示した超純水製造系統は装置を簡略化でき好ましい。
【００１４】
生物反応槽１１の内部には、前述した比重が水と同程度で、多孔質の連続気泡構造を有し、衝突しても破砕することが少ない強度を有する担体を投入し、槽底から曝気手段１４で散気し、担体１３を流動化し、好ましくは旋回流、対流を生じさせる。生物処理槽内には上から、又は底部から、紫外線酸化装置３４が処理した酸化分解処理水（図３参照）や、イオン交換塔２５が処理した脱塩処理水（図４参照）などの超純水を製造すべき原水を供給する。又、原水としては井水、水道水、工業用水、半導体製造工程からの回収水であってもよい。この生物処理によって発生した微生物は、水中の有機物を資化して分解し、担体の内部の、表面積が大きい連続空間中に保持され、流動化により担体同志が衝突し合っても連続空間から剥離して外に出ない。従って、強力に曝気を行い、活性の高い微生物を生物処理槽内に保持し、微量の有機物やアンモニア等の酸素消費物質を極めて低濃度まで除去できる。
【００１５】
本発明では、担体の内部空間に保有された微生物によって有機物を分解する。微生物が増殖して担体に付着しきれなくなった微生物は処理水とともに、生物処理槽から担体排出防止手段１５の開口を通り処理水室１６に排出されて菌体分離器１８に捕捉される。一方、微生物を保有する担体１３は担体排出手段１５によって生物処理槽からの流出が阻止され、槽内に保持される。尚、曝気により衝突して生じた少量の担体の微粉も担体排出防止手段の開口を通り、処理水室を経て菌体分離器に捕捉される。従って、従来のような微生物が充填層の担体に増殖して生じる装置の閉塞が生じないので逆洗工程は不要になると共に、菌体分離器から排出される処理水は、微生物や、担体の微粉を含まないため、その後の超純水製造工程の負荷を増大させることがない。
【００１６】
図１に示した装置により生物処理を行った結果を示す。生物処理槽１１の容積は２ｍ3 、担体としてはポリウレタンフォームの３ｍｍ角のスポンジを使用し、槽の容積の４０％を槽内に投入した。活性汚泥を種菌とし、６ｍ3 ／時で曝気を行って１週間馴養を行った後、有機物として酢酸５０００ｍｇ／立を含む微量有機物含有水（原水）を槽内の滞流時間４０分で処理した。原水のｐＨは特に調整しなかったが６．５〜８の間で推移した。この結果、生物処理槽から排出される処理水には原水中に存在した酢酸は検出できなかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上で明らかなように、超純水の製造に好適な生物処理に、微生物を坦持する担体に従来の活性炭の使用を止め、連続空間を有するが、流動化して衝突しても破砕、微粉化しない強度を有する担体を使用する。これによって、
▲１▼微生物（貧栄養菌）を連続空間中に多量に保持し、該連続空間から外に剥離することがない。
▲２▼又、流動化して担体同志が衝突しても破砕、微粉化しないので充分な曝気を行って空気（酸素）を供給し、微生物の活性を高めることができる。
▲３▼従って、活性の高い微生物を生物処理槽内に多量に保持できることから生物処理の負荷量を増大することができ、小さな生物処理槽でＴＯＣが２０ｐｐｍ程度の有機物を資化、分解し、超純水の製造が可能である。
▲４▼又、担体から剥離した微生物や、流動化により生じた担体の細片は菌体分離器が捕捉するため、菌体分離器以外の超純水製造工程の負荷を高めることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＴＯＣ成分除去装置の一実施例の説明図。
【図２】従来の超純水製造装置のフローシート。
【図３】図１のＴＯＣ成分除去装置を組込んだ超純水製造装置の一例のフローシート。
【図４】図１のＴＯＣ成分除去装置を組込んだ超純水製造装置の他の一例のフローシート。
【図５】図１のＴＯＣ成分除去装置を組込んだ超純水製造装置の更に別の一例のフローシート。
【符号の説明】
１０    ＴＯＣ成分除去装置
１１    ＴＯＣ成分除去装置の生物処理槽
１２    生物処理槽への供給管
１３    微生物の担体
１４    生物処理槽への曝気手段
１４′  曝気手段の散気管
１５    曝気手段の担体排出防止材
１６    曝気手段の処理水室
１７    処理水室からの排出管
１８    菌体分離器
１９    菌体分離器からの処理水の排出管
２０    超純水の製造、供給工程
３０    半導体洗浄排水の回収工程
【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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