(57)【要約】【課題】有機性廃水から、その元来の塩分濃度にかかわらず、難分解性ＣＯＤ成分を高効率で除去できる廃水処理装置およびそれを用いた処理方法を提供する。【解決手段】本発明に係る廃水処理装置は、電解槽１内に分離膜ユニット１を設置して構成する。廃水Ａを電解槽１に供給し、電極３により電気分解することによって、廃水Ａ中の難分解性ＣＯＤ成分等を分解除去し、電解処理水Ｄとする。次いで、この電解処理水Ｄを、分離膜ユニット２で、膜分離により、塩分等を濃縮した濃縮水Ｅと塩分等を除去した膜分離処理水Ｂとに分離する。そして、膜分離処理水Ｂは系外に排出するが、濃縮水Ｅは電解槽１内の電解処理水Ｄ中に戻すようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水から電気分解により難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水となす電解槽と、
この電解槽内に設けられた分離膜ユニットであって、前記電解処理水を膜分離により、当該電解処理水中の塩分や残存する難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離し、前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻すとともに、前記膜分離処理水を系外に排出する分離膜ユニットと、
を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
廃水を電気分解することにより難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水となす電解槽と、
この電解槽外に別途設けられた分離膜ユニットであって、前記電解槽から供給された前記電解処理水を膜分離することにより、当該電解処理水中の塩分や難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離し、前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻すとともに、前記膜分離処理水を系外に排出する分離膜ユニットと、
を備えたことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項３】
前記電気分解に使用される電極が、ダイヤモンド薄膜電極である請求項１または２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記電解槽に、当該電解槽中の沈殿物および／または電解処理水を槽外に排出するドレイン配管を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
さらに、前記電解槽内の電解処理水の導電率を測定する導電率計を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
さらに、前記電解槽内の電解処理水中に塩分を供給する塩分供給手段を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
廃水を電解槽内で電気分解することにより難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水とする電解処理工程と、
この電解処理水を分離膜ユニットで膜分離することにより、当該電解処理水中の塩分や難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離する膜分離工程と、
前記膜分離処理水を系外に排出する処理水排出工程と、
前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻す濃縮水循環工程と、を備え、
前記電解処理工程において、前記電解槽内の塩分濃度を所定値以上に維持しつつ電気分解を行うことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項８】
さらに、前記電解槽内の電解処理水の導電率を測定する導電率測定工程と、
この導電率の値に基づいて、前記電解槽への廃水の供給量、前記分離膜ユニットからの膜分離処理水の排出量、前記電解槽からのドレインの排出量、および前記電解槽への塩分の添加量よりなる群から選ばれた少なくとも１つの操作因子を調整することにより、前記電解槽内の塩分濃度を所定値以上に維持する制御工程と、
を備えた請求項７に記載の廃水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、下水処理場やメタン発酵設備の脱水分離液、下水処理場の返流水、屎尿、食品工場からの産業排水、もしくは廃棄物埋め立て地からの浸出水等、またはこれらの二次処理水などの有機性廃水、特に難分解性ＣＯＤ成分を含有する廃水の処理装置およびそれを用いた処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
難分解性ＣＯＤ成分等を含有する廃水を処理する方法として、以下の従来技術が実施または提案されている。
【０００３】
〔従来技術１〕
図４に、従来用いられている一般的な電気分解処理法の概略を示す。廃水Ａ１に電解質Ｆ１を添加して導電性を付与し、これを電解槽１１内で電気分解することによって難分解性ＣＯＤ成分等（難分解性ＣＯＤ成分の他、色度、ＢＯＤ、窒素、リンなどを総称したもの。以下同じ。）を分解して除去し、処理水Ｂ１を得ている。しかしながら、本法では、廃水Ａ１の電気的特性を電気分解に適した条件に調整するため、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの塩分を電解質として相当量添加する必要があった。このことは、廃水Ａ１に余分な化学物質を相当量添加することになり、処理水Ｂ１中に当該他の化学物質が残留するため、新たな環境負荷の増大を招き、望ましくない。
【０００４】
〔従来技術２〕
次に、図５に、従来用いられている膜分離法の概略を示す。廃水Ａ２をＲＯ膜またはルーズＲＯ膜等の分離膜からなる分離膜ユニット２２により、難分解性ＣＯＤ成分等、塩分などを分離濃縮した濃縮水Ｅ２とこれらの成分が除去された処理水Ｂ２とに分離し、高度に処理された処理水Ｂ２を得るものである。しかしながら、本法では、難分解性ＣＯＤ成分等や塩分を多く含む濃縮水Ｅ２が大量に残留するため、これの処理が困難であるという問題点がある。このため、濃縮水Ｅ２の処理には、焼却など非常にコストの高い処理を要するのが現状である。
【０００５】
〔従来技術３〕
上記従来技術１および２の問題点を解決する方法として、図６に示すような、膜分離と電気分解処理（以下、「電解処理」と略称することあり。）とを組み合わせた方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。上記従来技術２と同様、廃水Ａ３を分離膜ユニット３２で濃縮水Ｅ３と処理水Ｂ３とに分離した後、さらに濃縮水Ｅ３を電解槽にて電気分解することにより、難分解性ＣＯＤ成分等を高度に除去した処理水Ｂ４を得ようとするものである。もとの廃水Ａ３由来の塩分を濃縮した濃縮水Ｅ３を電気分解することによって、上記従来技術１のように別途電解質を添加する必要がないとする。しかしながら、本法では、濃縮水Ｅ３中の塩分濃度は、もとの廃水Ａ３中の塩分濃度と分離膜ユニット３２の分離性能（濃縮性能）まかせとなるため、もとの廃水Ａ３中の塩分濃度が低いと、いくら分離膜ユニット３２で濃縮したとしても濃縮水Ｅ３中の塩分濃度が十分でなく効率的な電気分解処理を行えない場合がある。換言すれば、本法は、分離膜ユニット３２の分離性能（濃縮性能）に見合った一定の塩分濃度を有する廃水でないと、十分な処理効果が発揮できないという問題点がある。
【特許文献１】特開平７−１５５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、有機性廃水から、その元来の塩分濃度にかかわらず、難分解性ＣＯＤ成分を高効率で除去できる廃水処理装置およびそれを用いた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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、廃水から電気分解により難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水となす電解槽と、この電解槽内に設けられた分離膜ユニットであって、前記電解処理水を膜分離により、当該電解処理水中の塩分や残存する難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離し、前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻すとともに、前記膜分離処理水を系外に排出する分離膜ユニットと、を備えたことを特徴とする廃水処理装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、廃水を電気分解することにより難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水となす電解槽と、この電解槽外に別途設けられた分離膜ユニットであって、前記電解槽から供給された前記電解処理水を膜分離することにより、当該電解処理水中の塩分や難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離し、前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻すとともに、前記膜分離処理水を系外に排出する分離膜ユニットと、を備えたことを特徴とする廃水処理装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記電気分解に使用される電極が、ダイヤモンド薄膜電極である請求項１または２に記載の廃水処理装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記電解槽に、当該電解槽中の沈殿物および／または電解処理水を槽外に排出するドレイン配管を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃水処理装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、さらに、前記電解槽内の電解処理水の導電率を測定する導電率計を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃水処理装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、さらに、前記電解槽内の電解処理水中に塩分を供給する塩分供給手段を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃水処理装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、廃水を電解槽内で電気分解することにより難分解性ＣＯＤ成分を除去して電解処理水とする電解処理工程と、この電解処理水を分離膜ユニットで膜分離することにより、当該電解処理水中の塩分や難分解性ＣＯＤ成分が濃縮された濃縮水とこれらの成分が除去された膜分離処理水とに分離する膜分離工程と、前記膜分離処理水を系外に排出する処理水排出工程と、前記濃縮水を前記電解槽内の電解処理水中に戻す濃縮水循環工程と、を備え、前記電解処理工程において、前記電解槽内の塩分濃度を所定値以上に維持しつつ電気分解を行うことを特徴とする廃水処理方法である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、さらに、前記電解槽内の電解処理水の導電率を測定する導電率測定工程と、この導電率の値に基づいて、前記電解槽への廃水の供給量、前記分離膜ユニットからの膜分離処理水の排出量、前記電解槽からのドレインの排出量、および前記電解槽への塩分の添加量よりなる群から選ばれた少なくとも１つの操作因子を調整することにより、前記電解槽内の塩分濃度を所定値以上に維持する制御工程と、を備えた請求項７に記載の廃水処理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、分離膜ユニットで塩分が濃縮された濃縮水を電解槽内の電解処理水中に戻すことによって、塩分濃度を十分に高めた状態で電気分解を行うことができるので、もとの廃水の塩分濃度にかかわらず、高効率で難分解性ＣＯＤ成分の分解除去を行うことが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
〔実施形態１〕
（廃水処理装置の構成）
図１に本発明の実施形態に係る廃水処理装置の概略のフローを示す。１は電解槽、２は電解槽内に設けられた分離膜ユニット、３は電解槽内に設置され、電解処理に用いられる電極と電源、４は電解槽の底部に設けられ、沈殿物や処理水を排出するドレイン配管である。電解槽１に供給された廃水Ａは、電解槽１内に設置された電極３により電気分解されて、廃水Ａ中の難分解性ＣＯＤ成分等が分解除去され、電解処理水Ｄとなる。次いで、この電解処理水Ｄは、電解槽１内に設けられた分離膜ユニット２で、膜分離により、濃縮水Ｅと膜分離処理水Ｂとに分離される。ここに、濃縮水Ｅは、電解処理水Ｄ中の塩分や電気分解されずに残存する難分解性ＣＯＤ成分等が濃縮されたものであり、膜分離処理水Ｂは、前記塩分や難分解性ＣＯＤ成分等が除去された、高度に処理された処理水である。そして、膜分離処理水Ｂは系外に排出されるが、濃縮水Ｅは電解槽１内の電解処理水Ｄ中に戻される。
【００１８】
（廃水処理方法）
廃水Ａを電解槽１へ連続的に供給するとともに、分離膜ユニット２から膜分離処理水Ｂを連続的に系外へ排出する。これにより、廃水Ａ中の塩分が電解槽１内に徐々に蓄積されて電解処理水Ｄ中の塩分濃度が連続的に上昇し、やがては電気分解に適した十分に高い塩分濃度に達する。たとえ、廃水Ａ中の塩分濃度が低い場合であっても、この操作を継続することにより確実に電解処理水Ｄ中の塩分濃度を電気分解に適した濃度まで高めることができる。
【００１９】
上記濃縮操作を継続すると、電解処理水Ｄ中の塩分濃度が最終的には溶解度を超え、塩分の析出が生じ、沈殿物が発生する。この沈殿物を定期的にドレイン配管４から引き抜くことにより、余剰塩分の系外への排出を行う。これにより、電解処理水Ｄ中の塩分濃度は飽和濃度に維持され、導電率が一定になるため、電気分解の安定化が図れ、効率的な電解処理が連続的に行える。さらに、上記従来技術１では、電解槽３１内で回分的な処理しか行うことができなかったが、本発明では、電解槽１内で連続的な処理が可能となるため、処理能力が大幅に向上する。
【００２０】
また、膜分離により、塩分と同様、難分解性ＣＯＤ成分等も濃縮され、電解処理水Ｄ中の難分解性ＣＯＤ成分等の濃度が高濃度に維持される。このため、電極３と難分解性ＣＯＤ成分等との接触効率が高く維持され、上記塩分濃縮の効果とあいまって、さらに電解処理の高効率化が図れる。
【００２１】
また、廃水Ａとして、下水処理場の返流水を対象とした場合、膜分離処理水Ｂは図示しない生物処理槽等に返送され、再度生物処理等を受け分解されるので、廃水Ａ中の難分解性ＣＯＤ成分等を完全に分解除去してしまう必要はない。すなわち、高分子の難分解性ＣＯＤ成分等をＨ2ＯやＣＯ2にまで完全に分解してしまうのではなく、途中まで分解して低分子化したり、疎水性を親水性に改質することで十分に目的を達することができる。したがって、このような場合、分離膜ユニット２の分子量分画能を粗めに設定し、低分子化されて易分解化した分解産物は膜分離によって優先的かつ選択的に系外に排出し、電気分解による酸化処理を受けていない未分解の難分解性ＣＯＤ成分等のみを電解槽１内に滞留させ電解処理に供する。この結果、過剰な酸化処理によって無駄な電力が消費されることが防止され、必要最小限の投入電力により効率的な電解処理が図れる。
【００２２】
〔実施形態２〕
（廃水処理装置の構成）
図２に、本発明の別の実施形態に係る廃水処理装置の概略のフローを示す。本例は、上記実施形態１と異なり、分離膜ユニット２を電解槽１外に別途設けたものである。そして、電解槽１から分離膜ユニット２へ電解処理水Ｄを送るとともに、分離膜ユニット２から電解槽１へ濃縮水Ｅを戻すように構成している。本例は、上記実施形態１に比べ、電解槽１と分離膜ユニット２間に余分の配管を必要とするが、前記電解槽１と分離膜ユニット２間の配管にバルブを設けておくことにより、電解槽１を運転しながら、分離膜ユニット２のメンテナンスを行うことも可能となる。
【００２３】
（廃水処理方法）
上記実施形態１と同様、廃水Ａを電解槽１へ連続的に供給するとともに、分離膜ユニット２から膜分離処理水Ｂを連続的に系外へ排出することにより、電解処理水Ｄ中の塩分濃度を電気分解に適した濃度まで高めることができる。また、上記実施形態１と同様、析出塩分の沈殿物を定期的にドレイン配管４から引き抜くことにより、電解処理水Ｄ中の塩分濃度は飽和濃度に維持され、導電率が一定になるため、電気分解の安定化が図れ、効率的な電解処理が連続的に行える。
【００２４】
〔実施形態３〕
（廃水処理装置の構成）
図３に、本発明のさらに別の実施形態に係る廃水処理装置の概略のフローを示す。本例は、上記実施形態１において、電解槽１内に電解処理水Ｄの導電率を測定する導電率計５を設けるとともに、電解槽１内の電解処理水Ｄ中に塩分を供給する塩分供給手段７として、塩分タンク７ａと塩分供給ポンプ７ｂとを設けている。さらに、廃水Ａの供給配管と、膜分離処理水Ｂの排水配管と、ドレイン配管４とのそれぞれに流量調節用のバルブを設けるとともに、導電率計５により計測された導電率の値に基づいて各バルブの開度の調節および塩分供給ポンプ７の稼動／停止の操作を行う制御装置６を設けている。これにより、電解処理水Ｄの導電率の値に基づいて、電解槽１への廃水Ａの供給量、分離膜ユニット２からの膜分離処理水Ｂの排出量、電解槽１からのドレインＣの排出量、および電解槽１への塩分Ｆの供給量よりなる群から選ばれた少なくとも１つの操作因子を調整することできるようになっている。
【００２５】
（廃水処理方法）
廃水Ａ中の処理対象物質の種類によっては、電気分解に最適な導電率が存在し、電解処理水Ｄ中の塩分濃度は飽和濃度より低い濃度の方が良い場合がある。このような場合、本例の廃水処理装置を用い、例えば以下の(1) 〜(5) の操作により電解処理を実施できる。なお、本法においては、電解処理に際して塩分を添加しているが、その添加量は従来技術１に比べ大幅に少量でよく、新たな環境負荷の増大を引き起こすおそれはない。
【００２６】
(1) 電解槽１内に廃水Ａを充填する。
(2) 導電率計５により電解処理水Ｄの導電率を連続的または一定時間ごとに測定し、この測定された導電率の値が目標範囲（最適値−許容値）より下回る場合は、塩分供給ポンプ７を稼動して塩分タンク８から所定量の塩分を電解処理水Ｄ中に供給する。
(3) 次いで、上記導電率の値が目標範囲（最適値±許容値）内に入った場合は、塩分の供給を停止して、廃水Ａを電解槽１に供給しつつ、分離膜ユニット２から膜分離処理水Ｂの排出を行う。
(4) さらに、上記導電率の値が目標範囲（最適値＋許容値）を超えた場合は、廃水Ａの供給と分離膜ユニット２からの膜分離処理水Ｂの排出をともに停止して回分的に電解処理を行う。この回分的な電解処理の間、電解処理水Ｄを一定時間ごとに採取して処理対象物質の濃度を測定し、系外に排出できる水質まで処理されたことを確認した後、ドレイン配管４から電解処理水Ｄを所定量排出する。
(5) 上記(1)〜(4)の操作を繰り返す。
【００２７】
［変形例］
本発明に係る電極３としては、通常の白金電極を用いても良いが、本発明が対象とする廃水Ａは腐食性物質や汚れ物質が高濃度に含まれているので、白金電極より腐食、汚れ付着に対する耐性に優れるダイヤモンド薄膜電極を用いることがより好ましい。
【００２８】
本発明に係る分離膜ユニット２に使用される分離膜としては、ＲＯ膜またはルーズＲＯ膜等を用いれば良い。
【００２９】
また、上記実施例では、分離膜ユニット２は１段のみとしたが、例えばＵＦ膜またはＭＦ膜等を用いた分離膜ユニットと、ＲＯ膜またはルーズＲＯ膜等を用いた分離膜ユニットとを直列に２段に配置して、廃水Ａ中に含まれる懸濁物をより効率的に除去するように構成しても良い。
【００３０】
上記実施形態では、ドレイン配管４から沈殿物のみまたは電解処理水Ｄのみを排出する例を示したが、沈殿物と電解処理水Ｄとを同時に排出するようにしても良い。
【００３１】
また、上記実施形態では、ドレイン配管４を設けた例を示したが、ドレイン配管４を設ける代わりに、例えば水中ポンプを用いて電解槽１から沈殿物および／または電解処理水Ｄを吸引排出するようにしても良い。
【００３２】
また、上記実施例３では、導電率計５と制御装置６と塩分供給手段７を同時に設けた例を示したが、塩分供給手段７を省略して、導電率計５と制御装置６だけを設けても良い。塩分供給手段７を省略しても、電解処理水Ｄ中の塩分濃度は、上記実施形態１の廃水処理方法と同様に、廃水Ａの供給量、膜分離処理水Ｂの排出量、およびドレインＣの排出量を適宜調整することにより、調節可能である。
【実施例】
【００３３】
本発明の効果を確認するため、発明例として上記実施形態１の分離膜ユニットを電解槽内に設けた廃水処理装置と、比較例として上記従来技術３の分離膜ユニットと電解槽とを直列に配置した廃水処理装置とのそれぞれを、１日に１０ｍ3のＣＯＤ濃度２０００ｍｇ／Ｌの着色廃水が排出されている染料工場の廃水処理に適用した結果を比較した。その結果、同一の処理水水質（廃水処理後の処理水中のＣＯＤ濃度２００ｍｇ／Ｌ）を得るのに、比較例では電解処理に対する投入電力量を２５０ｋＷｈ要したのに対し、発明例では１７０ｋＷｈしか要せず、大幅に投入電力量を低減できた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【図２】実施形態２に係る廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【図３】実施形態３に係る廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【図４】従来技術１の廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【図５】従来技術２の廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【図６】従来技術３の廃水処理装置の概略を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：電解槽
２：分離膜ユニット
３：電極と電源
４：ドレイン配管
５：導電率計
６：制御装置
７：塩分供給手段
７ａ：塩分タンク
７ｂ：塩分供給ポンプ
Ａ：廃水
Ｂ：膜分離処理水
Ｃ：ドレイン
Ｄ：電解処理水
Ｅ：濃縮水
Ｆ：塩分
【図１】
2005288386.tif 000003
【図２】
2005288386.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005288386.tif 000006
【図５】
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【図６】
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