(57)【要約】    【課題】  排水中に含まれる処理対象物質を効率よく且つ低コストで除去することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供する。    【解決手段】  先ず、濃縮部１０においてＲＯ膜により原水２を濃縮分離して、フィルタリング処理水４ａ及び濃縮排水３を得る。この濃縮排水３は、測定部２０を経由して電解処理部３０に送る。次に、測定部２０において、濃縮排水３の物理化学量を測定し、その測定結果５を濃縮部１０に送る。そして、この測定結果５を基に、濃縮排水３の物理化学量が一定になるように、濃縮部１０における濃縮度を調節する。次に、電解処理部３０において、濃縮排水３を電気分解処理することにより、濃縮排水３中の処理対象物質を分解除去して、電解処理水４ｂを得る。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を濃縮する濃縮部と、前記濃縮排水を電気分解処理する電解処理部と、前記濃縮部と前記電解処理部との間に設けられ前記濃縮排水の物理化学量を測定する測定部と、を有し、前記濃縮部は、前記濃縮排水の物理化学量が一定になるように、前記測定部の測定結果に基づいて前記排水の濃縮度を調節することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記測定部において、導電率、イオン濃度及び光反射率からなる群から選択された少なくとも１種の物理化学量が測定されることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記電解処理部には、導電性ダイヤモンド電極が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
排水を濃縮する工程と、前記濃縮排水の物理化学量を測定する工程と、前記濃縮排水を電気分解処理する工程と、を有し、前記物理化学量の測定結果に基づき、前記排水の濃縮度を調節して、電気分解処理する濃縮排水の物理化学量を一定にすることを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
前記物理化学量を測定する工程は、前記濃縮排水の導電率、イオン濃度及び光反射率からなる群から選択された少なくとも１種の物理化学量を測定することを特徴とする請求項４に記載の排水処理方法。
【請求項６】
導電性ダイヤモンド電極を使用して電気分解処理することを特徴とする請求項４又は５に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、生物処理を行わずに電気分解により排水を処理する排水処理装置及び排水処理方法に関し、特に、導電性ダイヤモンドを使用した排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気分解により排水を処理する方法が提案されている（特許文献１及び２参照）。特許文献１に記載の排水処理方法では、先ず、原水を活性汚泥等により生物学的に処理し、この生物学的処理水に含まれる懸濁物を精密濾過膜（ＭＦ膜）又は限外濾過膜（ＵＦ膜）等の分離膜により分離する。次に、分離膜を透過した塩分及び難分解性ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分を含む膜透過水を、逆浸透膜（ＲＯ膜）に通し、ＲＯ膜を透過した膜透過水を処理水として取り出すと共に、ＲＯ膜を透過せず、塩分及び難分解性ＣＯＤ成分等が濃縮された濃縮排水を電気分解して、ＣＯＤ成分等を分解除去している。この電気分解法では、生物処理により除去しきれなかったＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）成分、窒素、リン及び色素等も除去することができる。
【０００３】
また、特許文献２に記載の濃縮電気分解処理法においては、生物処理を行わずに、電気透析法、凍結濃縮法、逆浸透膜法及び蒸発法等によって排水を濃縮した後、電気分解処理を行うことにより、電気分解効率を向上させ、処理コストの低減を図っている。
【０００４】
一般に、電気分解により排水処理を行う場合、食塩等の電解質が必要であり、濃縮排水中の電解質の濃度は、電気分解処理の処理能力に影響する。排水中に含まれる成分の濃度を測定する方法としては、赤外線、可視光又は紫外線の吸光度計を使用する方法、液体クロマトグラフィを使用する方法及び全塩素分析計を使用する方法等がある（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５５７５９号公報
【特許文献２】特開２００３−３２６２６３号公報
【特許文献３】特開２００３−２７９５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１に記載の排水処理方法では、生物処理法と電気分解処理法とを組み合わせて処理しているため、生物処理ができない排水には適用できないという問題点がある。また、特許文献２に記載の濃縮電気分解処理法は、濃縮度を制御していないため、排水の濃度がばらついて、電気分解処理の効率が低下したり、処理対象物質が処理されずに排出されたりするという問題点がある。
【０００７】
更に、特許文献３に記載されているように、液体クロマトグラフィを使用して排水中の成分の濃度を測定する場合、測定時間が長いため、測定結果をフィードバックして、排水の濃度調節を行うことは難しい。一方、光吸光度計及び全塩素分析計は、測定時間が短く、オンライン的に活用することが可能であるが、測定結果と処理対象物質の濃度との間に相関関係がないことがあり、処理対象物質の濃度を測定することができないという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、排水中に含まれる処理対象物質を効率よく且つ低コストで除去することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願第１発明に係る排水処理装置は、排水を濃縮する濃縮部と、前記濃縮排水を電気分解処理する電解処理部と、前記濃縮部と前記電解処理部との間に設けられ前記濃縮排水の物理化学量を測定する測定部と、を有し、前記濃縮部は、前記濃縮排水の物理化学量が一定になるように、前記測定部の測定結果に基づいて前記排水の濃縮度を調節することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、排水を濃縮すると共に、その濃縮排水の物理化学量を測定して、その測定結果を基に濃縮排水に含まれる電解質及び処理対象物質の濃度が電気分解処理に最適になるように、濃縮部における濃縮度を調節しているため、電解質を添加しなくても、処理対象物質を極めて高効率で分解除去することができる。これにより、処理コストを低減することができる。
【００１１】
この排水処理装置は、前記測定部において、導電率、イオン濃度及び光反射率からなる群から選択された少なくとも１種の物理化学量を測定することができる。これにより、電解質及び処理対象物質の濃度を容易に測定することができる。また、前記電解処理部には、導電性ダイヤモンド電極を設けることができる。これにより、電極表面に電解生成物が付着しにくくなり、また、付着した電解生成物の除去も容易になるため、メンテナンスコストを低減することができる。
【００１２】
本願第２発明に係る排水処理方法は、排水を濃縮する工程と、前記濃縮排水の物理化学量を測定する工程と、前記濃縮排水を電気分解処理する工程と、を有し、前記物理化学量の測定結果に基づき、前記排水の濃縮度を調節して、電気分解処理する濃縮排水の物理化学量を一定にすることを特徴とする。
【００１３】
また、前記物理化学量を測定する工程は、例えば、前記濃縮排水の導電率、イオン濃度及び光反射率からなる群から選択された少なくとも１種の物理化学量を測定する。更に、前記電解処理部において、導電性ダイヤモンド電極を使用して電気分解処理してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排水を濃縮すると共に、この濃縮排水の物理化学量を測定して、その測定結果を基に、濃縮排水に含まれる電解質及び処理対象物質の濃度が電気分解処理に最適になるように、濃縮部における濃縮度を調節しているため、電解質を添加しなくても、処理対象物質を極めて高効率で分解除去することができ、処理コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る排水処理装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る排水処理装置について説明する。図１は本実施形態の排水処理装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の本実施形態の排水処理装置１には、未処理の排水２（以下、原水２という）を濃縮する濃縮部１０と、濃縮部１０で濃縮された排水（以下、濃縮排水３という）の物理化学量を測定する測定部２０と、濃縮排水３を電気分解することにより、濃縮排水中に含まれる処理対象物質を分解除去して電解処理水４ｂを得る電解処理部３０とが設けられている。
【００１６】
この排水処理装置１における濃縮部１０は、イオン及び微粒子は透過させず水のみを透過させる逆浸透膜（ＲＯ膜）１２が、濃縮槽１１内に配置されている。濃縮槽１１はＲＯ膜１２により投入部１１ａ及び貯留部１１ｂとに分離されており、原水２は投入部１１ａに投入される。そして、投入部１１ａに投入された原水２は、ＲＯ膜１２により分離され、イオン及び微粒子を含まない膜透過水は貯留部１１ｂに貯留してフィルタリング処理水４ａとして取り出される。一方、投入部１１ａに残留している排水は水分が減少して濃縮排水３となる。
【００１７】
また、測定部２０は、濃縮部１０と電解処理部３０との間に設けられており、物理化学量測定槽２１及び物理化学量測定器２２を備えている。測定部２０においては、物理化学量測定槽２１に貯留している濃縮排水３の電解質及び処理対象物質の濃度に由来する物理化学量が、物理化学量測定器２２により測定される。この物理化学量測定器２２としては、例えば、導電率測定器、イオン検出器及び光反射率測定器等を使用することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。
【００１８】
更に、電解処理部３０には、濃縮排水３が貯留する電解処理槽３１と、この濃縮排水３を電気分解処理するための１対の電極板３２とが設けられている。電解処理部３０における電極板３２としては、例えば、モリブデン等からなる基材上に、導電性ダイヤモンド膜を形成した導電性ダイヤモンド電極板を使用することができる。一般に、処理対象物質の濃度が高くなると、電極表面に電解生成物等が付着するが、ダイヤモンド表面には、本質的にダイヤモンド以外の物質が堆積しにくい。また、導電性ダイヤモンドは、機械的な耐久性が極めて優れており、更に、酸化電位も高い。このため、電極板に導電性ダイヤモンドを使用すると、機械的研磨及び逆バイアスパルス等の電気的手法で、容易に表面の堆積物を除去することができる。その結果、従来の電極を使用した排水処理装置に比べて、処理装置のメンテナンス費用を低減することができる。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る排水処理装置１の動作、即ち、排水処理装置１を使用した排水処理方法について説明する。図２は本実施形態の排水処理装置の動作を示すブロック図である。図２に示すように、先ず、濃縮部１０において、ＲＯ膜１２により原水２を分離濃縮する。具体的には、濃縮槽１１の投入部１１ａに原水２を投入し、この原水２に浸透圧以上の圧力をかける。これにより、貯留部１１ｂにイオン及び微粒子を含まない水分のみが移動し、投入部１１ａに残留している排水は濃縮される。一般に、ＲＯ膜により溶液の分離を行う場合、その溶液の溶質濃度によって定まる溶液自身がもつ化学ポテンシャル（浸透圧）以上の圧力をかけながら溶液をＲＯ膜面に供給する。例えば、海水をＲＯ膜により分離する場合は、少なくとも３×１０６Ｐａ程度以上、実用性を考慮すると、５×１０６Ｐａ程度以上の圧力が必要である。
【００２０】
その後、ＲＯ膜１２を透過して貯留部１１ｂに貯留した膜透過水をフィルタリング処理水４ａとして取り出すと共に、ＲＯ膜１２を透過せず、投入部１１ａ貯留している濃縮排水３を、測定部２０を経由して電解処理部３０に送る。このとき、測定部２０において、濃縮排水３中の電解質及び処理対象物質の濃度に由来する物理化学量を測定し、その測定結果５を濃縮部１０に送る。測定部２０で測定される物理化学量としては、例えば、導電率、光反射率及び特定のイオンの濃度等がある。濃縮排水の導電率は、意図的に添加した電解質の濃度及び原水に含まれる処理対象物質以外の成分にも影響されるが、電気分解処理に直接関与するパラメータである。そして、導電率計を処理装置に組み込むことにより、測定結果を容易に濃縮工程にフィードバックすることができる。
【００２１】
また、光反射率の測定は、処理対象物質が粒子状になって原水中に存在していたり、着色又は発光したりする場合に適した手法である。この光反射率は、処理対象物質の濃度に直接関連する本質的な物理量と相関するため、濃度制御用パラメータに適している。更に、特定のイオンの濃度を検出する方法としては、イオン選択性電極又はイオン選択性デバイスを使用する方法がある。例えば、表面をダイヤモンドにより形成したイオン選択性センサは、そのセンシング部に吸着するイオン種の電気陰性度に依存して、ダイヤモンド表面の空乏層の厚さが変化し、抵抗率が変化する。このため、処理対象物質の濃度と相関関係があるイオン種がわかっている場合は、モニタする電位を変えることにより、種々の排水及び処理対象物質に適用することができる。なお、測定部２０における濃縮排水３の物理化学量測定は、バッチ式及びフロー式のどちらで行ってもよい。
【００２２】
そして、濃縮部１０は、測定部２０から送られた測定結果５を基に、原水２の濃縮度を調節する。濃縮部１０における濃縮度調節方法としては、原水２にかける圧力を調節する方法等がある。例えば、濃縮部１０における濃縮度を示す指標に水の濃縮率を使用し、デフォルトの状態における水の濃縮率を５０％に設定する。そして、測定部２０から適切な濃縮度であることを示す信号が送られている間は、原水２にかける圧力はデフォルトの状態を保持し、測定部２０から濃縮し過ぎであることを示す信号が送られた場合は、原水２にかける圧力を下げる。一方、測定部２０から濃縮不足であることを示す信号が送られた場合は、原水２にかける圧力を上げる。
【００２３】
次に、電解処理部３０において、濃縮排水３を電気分解処理する。具体的には、先ず、濃縮排水３を電解処理槽３１に貯留する。次に、この貯留された濃縮排水３中に１対の電極板３２を挿入して電気分解処理を行い、濃縮排水３中の処理対象物質を分解除去する。その際、電気分解用の電極板としては、導電性ダイヤモンド電極板を使用することが好ましい。導電性ダイヤモンド電極の表面は、一般に使用されている金属製電極の表面よりも電解生成物が付着しにくく、また、付着した電解生成物の除去も容易であるため、メンテナンスコストを低減することができる。その後、電解処理槽３１において電気分解処理を行った電解処理水４ｂを取り出して、処理を完了する。
【００２４】
本発明の排水処理装置１においては、濃縮排水中の物理化学量を測定し、その結果を基に、濃縮排水中に含まれる電解質及び被処理物質の濃度が電気分解処理に最適な範囲になるように、濃縮度を調節しているため、処理対象物質を極めて高効率で分解除去することができる。また、原水をＲＯ膜等により濃縮し、電解質成分濃度を高めた濃縮排水を電気分解処理しているため、電解質を投入する必要がない。その結果、従来の排水処理装置に比べて、処理コストを低減することができる。
【００２５】
なお、本実施形態の排水処理装置１においては、ＲＯ膜１２により原水を濃縮しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、蒸発法等の逆浸透膜法以外の濃縮方法を適用することもできる。
【００２６】
また、本実施形態の排水処理装置１においては、例えば、測定部２０と電解処理部３０との間の配管にバルブを設け、物理化学量が所定の値以上である濃縮排水のみを電解処理部３０に送り、物理化学量が所定の値未満で濃縮不足の排水は濃縮部１０に戻して、再濃縮することにより、濃縮排水３中の電解質及び被処理物質の濃度が電気分解処理に最適な範囲になるように調節することもできる。
【００２７】
更に、本実施形態の排水処理装置１は、下水分離排水、半導体デバイス製造工程から排出される現像廃液、酒造工場から排出される有機物含有排水等の他、生物処理することができないフェノール含有排水、洗濯工場から出る有機リン及び窒素含有排水、織物工場から流される着色排水、食品工業事業所から排出される難分離性有機物含有排水及びパルプ工場から排出される塩素含有排水等にも適用することができる。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。本発明の実施例１として、図１に示す排水処理装置１を使用し、ＮＨ４−Ｎ濃度が２ｇ／リットルである下水分離排水４０リットルを処理した。先ず、濃縮部１０においてＲＯ膜（日東電工社製  ＮＴＲ７５９）を使用して、下水分離排水を５倍に濃縮した。このとき、測定部２０において導電率計により濃縮排水の導電率を測定し、電解質及び被処理物質の濃度が原水の５倍になるように濃縮度を調節した。次に、電解処理部３０において、この濃縮排水中に、直径が約５０ｍｍの円板状のモリブデン基材の表面に導電性ダイヤモンド膜を気相合成した１対のダイヤモンド電極板を、導電性ダイヤモンド膜が形成されている面が相互に対向するようにして配置し、この１対のダイヤモンド電極板を夫々陰極及び陽極にして電気分解処理した。このとき、電極間の距離は５ｍｍに保持し、電気分解処理時の通電量は２．０Ａになるように調節した。また、電気分解処理を行っている間は、濃縮排水を常時撹拌し、電極間を約０．０３リットル／分の通水速度で循環させた。そして、１時間毎に電解処理槽３１の出口で処理水を採取し、その水質を分析した。
【００２９】
また、比較例１として、ＮＨ４−Ｎ濃度が２ｇ／リットルである下水分離排水を、濃縮せずに原水のまま、実施例１と同様の方法及び条件で電気分解処理を行い、１時間毎に電解処理槽出口で処理水を採取し、その水質を分析した。図３は横軸に電気分解処理時間をとり、縦軸にＮＨ４−Ｎ濃度をとって、実施例１及び比較例１において電気分解処理した排水の残留ＮＨ４−Ｎ濃度を示すグラフ図である。
【００３０】
図３に示すように、原水を５倍に濃縮した後で電気分解処理した実施例１の処理水は、５時間の処理で、ＮＨ４−Ｎ濃度が２００ｍｇ／リットル以下に減少した。一方、濃縮せずに原水のまま電気分解処理した比較例１の処理水は、ＮＨ４−Ｎ濃度を２００ｍｇ／リットル以下にするために、４時間の処理が必要であった。この結果を、原水で比較すると、実施例１の方法では４０Ｌの排水中を５時間で処理することができるのに対し、比較例１の方法では２０時間を要することになる。よって、実施例１の方法では、原水を濃縮せずに電気分解処理する場合に比べて、処理時間を１／４程度に短縮することができた。
【実施例２】
【００３１】
次に、実施例２として、図１に示す排水処理装置を使用し、半導体デバイス製造工程から排出されたフォトレジスト及びＴＭＡＨ（Tetramethylammonium hydroxide：水酸化テトラメチルアンモニウム）を含む現像廃液を処理した。処理前の現像廃液の分析したところ、ＴＭＡＨ濃度が１．３質量％、フォトレジストに由来する波長が５５０ｎｍの光の反射率が７０％、Ｎａ濃度が２３ｐｐｍ、Ｆｅ濃度が６ｐｐｍ、Ａｌ濃度が５ｐｐｍであった。先ず、測定部２０において５５０ｎｍの波長の光の反射率を測定しながら、濃縮部１０おいて現像廃液を、実施例１と同じＲＯ膜により５５０ｎｍの波長の光の反射率が８１％以上になるまで濃縮した。その後、電解処理部３０において、２００リットルの濃縮排水を、通電量を５Ａ、電極間電位を３０Ｖとして、５時間電気分解処理した。そして、回収した処理水のＴＭＡＨ濃度をイオンクロマトグラフィにより分析したところ、検出限界以下に減少していた。
【実施例３】
【００３２】
次に、実施例３として、図１に示す排水処理装置を使用し、酒造工場から排出される有機物含有排水を処理した。この排水中に含まれる有機物は種々雑多であるが、その濃度は、ＴＯＣ（Total Organic Carbon：全有機炭素量）換算で平均８００ｍｇ／リットルであった。先ず、この排水に電気分解処理を促進する塩酸を添加した後、実施例１と同じＲＯ膜が設置された濃縮部１０で３倍に濃縮した。このとき、測定部２０には塩素イオン感応型センサを設置し、電解処理部３０に送られる濃縮排水中の塩酸濃度が０．００１ｍｏｌ／リットルになるように調節した。その後、電解処理部３０において、前述の実施例１と同じ条件で、平均滞留時間を５０分にして電気分解処理を行った。その結果、電解処理槽３１の出口における処理水のＴＯＣ換算濃度は４ｍｇ／リットルとなり、排水中の有機物はほとんど除去されていた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態の排水処理装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の排水処理装置の動作を示すブロック図である。
【図３】横軸に電気分解処理時間をとり、縦軸にＮＨ４−Ｎ濃度をとって、実施例１及び比較例１において電気分解処理した排水の残留ＮＨ４−Ｎ濃度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、；排水処理装置
２；原水
３；濃縮排水
４ａ、４ｂ；処理水
５；測定結果
１０；濃縮部
１１；濃縮槽
１１ａ；投入部
１１ｂ；貯留部
１２；ＲＯ膜
２０；測定部
２１；物理化学量測定槽
２２；物理化学量測定器
３０；電解処理部
３１；電解処理槽
３２；電極板
【図１】
2005334822.tif 000003
【図２】
2005334822.tif 000004
【図３】
2005334822.tif 000005