(57)【要約】【課題】高濃度のメチルセルロース含有廃水を低コストで効率的に浄化処理することができるメチルセルロース含有廃水の処理方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法は、メチルセルロース含有廃水中のメチルセルロースが易分解化するまで酸化反応を行う酸化分解工程と、前記酸化分解工程により易分解化した前記メチルセルロースの反応中間体を生物処理により除去する後処理工程と、からなることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メチルセルロース含有廃水中のメチルセルロースが易分解化するまで酸化反応を行う酸化分解工程と、前記酸化分解工程により易分解化した前記メチルセルロースの反応中間体を生物処理により除去する後処理工程と、からなることを特徴とするメチルセルロース含有廃水の処理方法。
【請求項２】
前記メチルセルロース含有廃水は、前処理工程での生物処理を行ってから前記酸化分解工程での酸化分解を行うことを特徴とする請求項１に記載のメチルセルロース含有廃水の処理方法。
【請求項３】
前記酸化分解工程は、酸化分解処理前の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値に対し、酸化分解処理後の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値が少なくとも７％以上減少したときに終了させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメチルセルロース含有廃水の処理方法。
【請求項４】
前記酸化分解工程は、酸化分解処理前の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値に対し、酸化分解処理後の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値が７％〜３３％減少したときに終了させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメチルセルロース含有廃水の処理方法。
【請求項５】
前記酸化分解工程は、ＢＯＤ値と処理時間の相関曲線において、前記ＢＯＤ値の増加から変曲点を経て、減少率が小さくなる屈曲点以下の処理時間で終了させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメチルセルロース含有廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に難分解性のメチルセルロースを含有する有機廃水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メチルセルロースは、建設、化学工業、医薬品等の材料として幅広く利用されている。メチルセルロースはセルロースの誘導体である。また、このメチルセルロースを使用及び生産する設備からは高濃度のメチルセルロースを含有した廃水が排出されるケースがある。このような高濃度のメチルセルロース含有廃水は、廃水中のＣＯＤ（化学的酸素要求量）の環境基準値を満たすために、メチルセルロースを除去して排出しなければならない場合がある。
【０００３】
しかし、メチルセルロースは難分解性のため、廃水処理手段として一般的な生物処理による生物分解によって除去することが困難である。また、メチルセルロースは極性分子であるため、安価な活性炭等への吸着による除去も困難である。更に、メチルセルロースは有機系又は無機系凝集剤の添加に対しても凝集しないことが知られている。
【０００４】
従って、メチルセルロース含有廃水には、活性汚泥法等の生物処理、吸着除去や、凝集沈殿などを主たるＣＯＤＭｎ（有機物含有水を酸化剤となる過マンガン酸カリウムで酸化させたときの同酸化剤の消費量を酸素量に換算した値：化学的酸素要求量）の除去手段としている既存の一般的な廃水処理設備によって、メチルセルロース由来のＣＯＤＭｎを除去することができない、という問題があった。
【０００５】
このような廃水中のメチルセルロースの有効的な除去手段としては、オゾン、ラジカル、電解酸化などによる強制酸化処理技術が挙げられる。この強制酸化処理技術によれば、廃水中のメチルセルロースを酸化分解して完全に除去することができる。
【０００６】
また、従来、廃水中のメチルセルロースを除去する装置として特許文献１が挙げられる。特許文献１に開示の廃水浄化装置は、特殊なゼオライト焼成物にメチルセルロース含有廃水を吸水させている。その後、ゼオライト焼成物を風乾することによって、メチルセルロース成分をゼオライト焼成物中に結晶として残留させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−８８８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の強制酸化処理技術によれば、確かにメチルセルロースの酸化処理によって、ＣＯＤＭｎ値を所定濃度まで低減することが可能となる。しかしながら、強制酸化処理技術は、大掛かりな装置構成など設備コストが高額となり、さらには大量の電気エネルギーや薬品を使用するため運転コストも高額となり、実用的でなかった。従って、メチルセルロース由来のＣＯＤＭｎ値を実用レベルで除去可能な技術は、未だに確立されていないのが現状であった。
【０００９】
また、特許文献１に開示のメチルセルロース含有廃水の全量をゼオライト焼成物に風乾する技術を、仮に実用レベルの設備へ適応した場合には、大容量の風乾ファンや、ゼオライト焼成物が大量に必要となる。従って、メチルセルロース含有廃水が高濃度かつ大量の場合には処理することが困難である。また、ゼオライト焼成物の繰り返しの使用を考慮した場合、再度高温で焼成処理が必要となり、エネルギーコストが高額になるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するため、高濃度のメチルセルロース含有廃水を、低コストで効率的に浄化処理することができるメチルセルロース含有廃水の処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のメチルセルロース含有廃水の浄化方法は、メチルセルロース含有廃水中のメチルセルロースが易分解化するまで酸化反応を行う酸化分解工程と、前記酸化分解工程により易分解化した前記メチルセルロースの反応中間体を生物処理により除去する後処理工程と、からなることを特徴としている。
【００１２】
この場合において、前記メチルセルロース含有廃水は、生物処理による前処理を行ってから前記酸化分解工程を行うとよい。
また、前記酸化分解工程は、酸化分解処理前の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値に対し、酸化分解処理後の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値が少なくとも７％以上減少したときに終了させるとよい。
【００１３】
前記酸化分解工程は、酸化分解処理前の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値に対し、酸化分解処理後の前記メチルセルロース含有廃水のＣＯＤＭｎ値が７％〜３３％減少したときに終了させるとよい。
前記酸化分解工程は、ＢＯＤ値と処理時間の相関曲線において、前記ＢＯＤ値の増加から変曲点を経て、減少率が小さくなる屈曲点以下の処理時間で終了させるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成による本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法によれば、生物処理で分解することができないメチルセルロースを酸化処理により、完全に分解するのではなく、一部酸化処理して易分解化している。このため、従来技術のように酸化処理によってメチルセルロースを完全に分解する必要がなく、廃液処理全体の運転コストの低減化を図ることが可能となる。また、易分解化されたメチルセルロースの反応中間体は、後工程の安価な生物処理によって容易に分解処理することができる。従って、運転コストの低減化を図ると共に、メチルセルロース由来のＣＯＤＭｎ成分を生物処理によって確実に除去することが可能となる。
【００１５】
また、産業廃水中のＣＯＤＭｎ成分には、多種の有機成分が混合している場合もあり、メチルセルロース含有廃水中にもメチルセルロース以外の有機物が含まれているケースが少なくない。このメチルセルロース以外の有機物が易分解成分であった場合には、酸化処理工程の前段で前処理工程となる生物処理を行うことにより易分解成分を除去することができる。これにより、イニシャルコスト及びランニングコストが高い後段の酸化分解工程である強制酸化処理の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法の構成概略を示す図である。
【図２】オゾン処理時間とＣＯＤＭｎ値の経時変化の説明図である。
【図３】オゾン処理時間とＢＯＤ値の経時変化の説明図である。
【図４】各オゾン処理時間でメチルセルロースを易分解化した被処理水を用いた生物処理後のＣＯＤＭｎ値の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１はメチルセルロース含有廃水の処理方法の構成概略を示す図である。本実施形態のメチルセルロース含有廃水の処理方法は、前処理工程と、酸化分解工程と、後処理工程を主な基本構成としている。なお、本実施形態のメチルセルロース含有廃水は、メチルセルロースの含有量が一例として数千ｍｇ／Ｌ以下の廃水を対象としている。
【００１８】
前処理は、図１に示す前処理工程１０で行っている。前処理工程には被処理水となるメチルセルロース含有廃水が導入される。ここで、産業廃水中のＣＯＤＭｎ成分には、多種の有機成分が混合している場合が多い。このため、メチルセルロース含有廃水中にもメチルセルロース以外の有機物が含まれているケースが多い。そこで、前処理工程では、被処理水となるメチルセルロース含有廃水中のメチルセルロース以外の有機物を生物処理により除去している。具体的に、前処理工程では、生物処理として通常は、活性汚泥で処理後、沈殿槽で活性汚泥と処理水の分離を行う手法が主流であるが、例えば、膜分離活性汚泥法を適用することも可能である。膜分離活性汚泥法は、活性汚泥により好気的条件下で有機物を二酸化炭素に分解し、及び汚泥に変換し活性汚泥と処理水の分離を、膜を用いて行う方法である。
【００１９】
この生物処理によれば、メチルセルロース含有廃水中の易分解性のＣＯＤＭｎ成分を除去することができる。このとき、難分解性のメチルセルロースは、生物処理で除去することができず、そのまま排出される。
なお、本目的を達成可能な技術であれば上記生物処理に限られず、生物処理に樹脂、活性炭、といった吸着処理、凝集沈殿処理を加えるなど、各技術の仕様並びに組合せを適用することができる。また、被処理水がメチルセルロースのみ含有している廃水、即ち、被処理水中にメチルセルロース以外の有機物が含まれていない場合には前処理工程を省略することができる。
【００２０】
酸化分解は、酸化分解工程２０で行われている。酸化分解工程２０には前処理工程を経た被処理水が導入される。なお、被処理水にメチルセルロースのみ含有している廃水の場合には、前処理工程を省略して直に酸化分解工程２０に原水が導入される。
前処理工程によって易分解性のＣＯＤＭｎ成分を除去した被処理水、又は被処理水にメチルセルロースのみ含有している廃水は、酸化分解工程で強制酸化処理が行われる。
【００２１】
本実施形態の酸化分解工程は、メチルセルロース含有廃水を炭酸ガスまで完全に分解するのではなく、一部酸化分解して易分解化している。本出願人は、後述するように、メチルセルロース含有廃水を一部酸化分解処理するのみで、易分解化したメチルセルロース含有廃水を生物処理することができる知見を見出した。本実施形態でメチルセルロースの易分解化とは、後段の後処理工程である生物処理によって、メチルセルロースを分解除去することができるメチルセルロースの反応中間体をいう。
【００２２】
酸化分解工程によるメチルセルロースを易分解化する強制酸化処理としては、一例として、フェントン法並びにオゾンと紫外線の併用処理、紫外線と過酸化水素水の併用処理、オゾンと紫外線と過酸化水素水の併用処理といったラジカル反応を用いた分解処理、更には、オゾン処理、電解処理、過酸化水素水、次亜塩素酸などの酸化性ガス又は／及び酸化剤などを適用することができる。なお、メチルセルロースが後段の後処理工程で処理が可能となる強制酸化処理技術であれば、特にその手段については限定しない。
【００２３】
後処理は、後処理工程３０で行う。後処理工程３０には酸化分解工程２０を経た被処理水が導入される。後処理工程３０は被処理水中の易分解化したメチルセルロースを分解除去する工程である。後処理工程では、前処理工程と同様に生物処理を行っている。
この後処理工程によれば、メチルセルロースの易分解性のＣＯＤＭｎ値を除去することができる。なお、本目的を達成可能な技術であればこれに限らず、生物処理に樹脂、活性炭、といった吸着処理、凝集沈殿処理を加えるなど、各技術の仕様並びに組合せであってもよい。なお、後処理工程を経た易分解性のＣＯＤＭｎ成分を除去した処理水は系外に排出される。
【００２４】
上記構成による本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法について、以下説明する。
メチルセルロース含有廃水にメチルセルロース以外の有機物が含まれている場合には、前処理を行う。前処理は、前処理工程１０において、メチルセルロース含有廃水中のメチルセルロース以外の有機物を生物処理により除去している。これにより、被処理水中にはメチルセルロースのみが含有されることになり、イニシャルコスト及びランニングコストが高い後段の酸化分解工程である強制酸化処理の負荷を低減することができる。
【００２５】
次に、前処理工程によって易分解性のＣＯＤＭｎ成分を除去した被処理水、又は被処理水にメチルセルロースのみ含有されている廃水の酸化分解を酸化分解工程２０で行う。
酸化分解工程は、メチルセルロース含有廃水を炭酸ガスまで完全に分解するのではなく、一部酸化分解してメチルセルロースを易分解化している。
【００２６】
ここで、本出願人は、本実施形態の酸化分解工程において、メチルセルロース含有廃水を一部酸化処理して、易分解化したメチルセルロースを生成する見極めとして、次のような確認実験を行った。
まず、具体的に酸化分解の効果確認実験として、酸化処理工程２０に導入されるメチルセルロース含有廃水を強制酸化処理の一つであるオゾン処理を用いて、メチルセルロースを易分解化した。
【００２７】
ここで実験条件は、以下の通りである。市販メチルセルロースを６００ｐｐｍになるように水道水に溶解し、メチルセルロース含有水を６０Ｌ製作した。この製作したメチルセルロース含有廃水に対して、オゾンガスを１２Ｌ／ｍｉｎ、８０〜９０ｇＯ３／Ｎｍ３を供給してオゾン処理を行った。
【００２８】
図２はオゾン処理時間とＣＯＤＭｎ値の経時変化の説明図である。同図縦軸はメチルセルロース含有水のＣＯＤＭｎ値（ｍｇ／Ｌ）を示し、横軸は処理時間（０分〜１８０分）を示している。図示のように、ＣＯＤＭｎ値は、初期値４２１．４（ｍｇ／Ｌ）であり、処理時間の増加とともに減少する傾向にあり、最終的にはＣＯＤを０にすることができる（不図示）。このとき処理時間（ｘ）とＣＯＤＭｎ値（ｙ）の相関関係は今回実験を行った処理時間０分〜１８０分間で数式１のような近似式で表すことができる。
【数１】
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【００２９】
このような強制酸化処理条件では、処理時間の増加に伴って確実にＣＯＤＭｎ成分の除去が可能であることを示している。前述のようにメチルセルロース由来のＣＯＤＭｎ成分の低減方法としては、オゾン処理等の強制酸化処理の長時間の継続実施による低減が可能だが、オゾン処理に要する設備、運転コストが実用化不可能なレベルとなるためコストの観点からメチルセルロース含有廃水処理の実用化を考慮すると、極めて短時間で強制酸化処理を終わらせる必要がある。
【００３０】
次に、図２に示す処理時間の増加に伴って確実にＣＯＤＭｎ成分を除去する過程において、強制酸化処理を終わらせる時間について、以下のような実験を行った。
図３は、オゾン処理時間とＢＯＤ値の経時変化の説明図である。同図縦軸はメチルセルロース含有水のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量（ｍｇ／Ｌ））を示し、横軸は処理時間（０分〜１８０分）を示している。図示のように、オゾン処理時間とＢＯＤ値の相関曲線は上向きの放物曲線状に表れる。即ち、ＢＯＤ値はオゾン処理の開始から急激に増加していき、オゾンの処理時間が６０分付近で最大値（変曲点）を示す。このとき、オゾン処理時間が６０分付近までのＢＯＤ値は、難分解性のメチルセルロースが分解、断片化して易分解化するため、増加していることが考えられる。その後、この最大値を経過して急激に減少する。オゾン処理時間が約６０分以降は、易分解化したメチルセルロースの分解断片が、更に分解されて無機化が進行して、ＣＯＤＭｎ成分の減少に伴ってＢＯＤも減少することが考えられる。そして、処理時間１００分付近で減少カーブの屈曲点が存在する。その後は減少率が小さくなり、処理時間の増加に伴って確実にＢＯＤを除去することができる。
【００３１】
次に、メチルセルロース含有廃水のオゾン処理を行って、任意のオゾン処理時間で採水した処理水を４００ｍｌと、汚泥濃度４０００ｍｇ／Ｌの活性汚泥６００ｍｌとを混合して、２４時間、曝気による生物処理を行った。この生物処理後、処理水を静置して上澄み水４００ｍｌを除去した。そして、同オゾン処理水を４００ｍｌ添加して、更に２４時間曝気を行った。この操作を合計３回行って生物処理水４００ｍｌを回収してＣＯＤＭｎ値を測定した。
【００３２】
図４は各オゾン処理時間でメチルセルロースを易分解化した被処理水を用いた生物処理後のＣＯＤＭｎ値の説明図である。同図縦軸は生物処理後のＣＯＤＭｎ値（ｍｇ／Ｌ）を示し、横軸は酸化処理工程で採水した各オゾン処理時間（０分〜１８０分）を示している。なお、メチルセルロースには、生物処理に必要な窒素（Ｎ）とリン（Ｐ）が含まれないため、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１の比率となるように追加で添加した。また、窒素及びリンの添加量は、生物処理に必要な量であれば良く、前記比率に限定されるものではない。
【００３３】
図４に示すように、オゾン処理時間の経過と共に生物処理後のＣＯＤＭｎ値は、急激に減少してその後０に漸近する。オゾン処理が０のとき、ＣＯＤＭｎ値は初期値（４２１．４ｍｇ／Ｌ）を示している。初期段階ではメチルセルロース含有水が生物処理により分解除去できていない。これは、オゾン処理によるメチルセルロースの易分解化が十分でないことを示しており、後段の生物処理でメチルセルロースが分解できないことになる。一方、オゾン処理時間が２０分、６０分付近で屈曲点が存在する。オゾン処理時間が２０分におけるＣＯＤＭｎ値（１５０ｍｇ／Ｌ）は、初期値（４２１ｍｇ／Ｌ）の約１／３まで減少している。
【００３４】
これにより、メチルセルロース由来のＣＯＤＭｎを効率的に除去しようとした場合、ＣＯＤＭｎ値の減少量が小さくなる屈曲点が確認できる２０分程度以上が、経済的に優位で好適な処理時間であると考えられる。ここで、オゾン処理時間での評価は、オゾンガスの溶解方法、反応槽の圧力条件によって異なってくる。このため、本実施形態では、該当する処理時間における処理前のＣＯＤＭｎ値に対する処理後のＣＯＤＭｎ値の減少率で評価することとしている。
【００３５】
従って、図１の相関式（数式１）を用いて処理時間を２０分とすると、ＣＯＤＭｎ値は２８４（ｍｇ／Ｌ）となる。そうすると、処理前のＣＯＤＭｎ値４２１．４（ｍｇ／Ｌ）に対する処理後のＣＯＤＭｎ値の減少率は、処理前のＣＯＤＭｎ値に対する減少率で評価すると、７％程度以上となる。
【００３６】
さらに、オゾン処理に伴うランニング及びイニシャルコストの低減を考慮すると、図３のＢＯＤ値の減少量が少なくなる屈曲点である１００分程度を易分解化する境界点とすることができる。この屈曲点は、前記酸化分解工程が、ＢＯＤ値と処理時間の相関曲線において、前記ＢＯＤ値の増加から変曲点を経て、減少率が小さくなる点である。処理時間１００分以降は、酸化処理によるＢＯＤ低減速度が減少し、コストの低減化が図れない。そこで、図１の相関式（数式１）を用いて処理時間を１００分とすると、ＣＯＤＭｎ値は２８４（ｍｇ／Ｌ）となる。そうすると、処理前のＣＯＤＭｎ値４２１．４（ｍｇ／Ｌ）に対する処理後のＣＯＤＭｎ値の減少率は、処理前のＣＯＤＭｎ値に対する減少率で評価すると、３３％程度以下とするのが望ましい。
【００３７】
以上より、酸化処理工程での強制酸化処理を終了し、後段処理への移送のタイミングの判断として、強制酸化処理前のメチルセルロース含有廃水原水のＣＯＤＭｎ値に対し、少なくとも７％以上減少したときであることが望ましい。
より好ましくは、強制酸化処理前のメチルセルロース含有廃水原水のＣＯＤＭｎ値に対し、７％〜３３％減少したときであることが望ましい。
【００３８】
次に、酸化分解工程を経た被処理水が後処理槽に導入される。後処理工程では、被処理水中の易分解化したメチルセルロースを容易に分解除去することができる。後処理工程を経た易分解性のＣＯＤＭｎ成分を除去した処理水は、系外に排出される。
このような本発明のメチルセルロース含有廃水の処理方法によれば、生物処理で分解することができないメチルセルロースを酸化処理により、完全に分解するのではなく、一部酸化処理して易分解化している。このため、従来技術のように酸化処理によってメチルセルロースを完全に分解する必要がなく、廃液処理全体の運転コストの低減化を図ることが可能となる。また、易分解化されたメチルセルロースの反応中間体は、後処理工程の安価な生物処理によって容易に分解処理することができる。従って、運転コストの低減化を図ると共に、メチルセルロース由来のＣＯＤＭｎを生物処理によって確実に除去することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、メチルセルロース含有廃水におけるメチルセルロース由来のＣＯＤＭｎ成分を除去する必要がある廃水処理工程で利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０………前処理工程、２０………酸化分解工程、３０………後処理工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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