(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性または嫌気性微生物を含む生物汚泥の存在下に、有機物含有水を生物処理する方法において、
被処理水を生物処理工程で生物処理し、
その生物処理水を高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、
高圧パルス放電処理水をさらに生物処理工程で生物処理する
ことを特徴とする有機物含有水の処理方法。
【請求項２】
生物処理工程と高圧パルス放電処理工程とを含み、
生物処理工程で生物処理した生物処理水を高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、
高圧パルス放電処理工程の高圧パルス放電処理水を生物処理工程に返送してさらに生物処理する
ことを特徴とする請求項１記載の有機物含有水の処理方法。
【請求項３】
高圧パルス放電処理工程と生物処理工程とを含み、
高圧パルス放電処理工程の高圧パルス放電処理水を生物処理工程で生物処理し、
その生物処理水を高圧パルス放電処理工程に返送して高圧パルス放電処理した後、さらに生物処理工程で生物処理する
ことを特徴とする請求項１記載の有機物含有水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中高圧パルス放電を組み込んだ有機物含有水の処理方法、特に難生物分解性の有機物を含有する排液の処理に好適な有機物含有水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機物を含有する排水（被処理水）を、好気性または嫌気性微生物を含む生物汚泥の存在下に生物処理することは広く行われている。しかし生物処理単独では、排水中に高分子物質、芳香族化合物、ＣＯＤ成分などの難生物分解性物質が含まれている場合は、生物処理に時間がかかるほか、高い処理水質が得られない。
【０００３】
難生物分解性物質を含有する排水の処理方法として、特公平５−８７３２０号には、ＣＯＤ成分含有廃水を水中放電により前処理しＢＯＤ／ＣＯＤ比を高め生物的に分解されやすい廃液に改善した後、生物処理する廃水の処理方法が記載されている。このような方法では、水中放電により各種活性酸素種（ラジカル）、紫外線が発生し、これらにより難生物分解性の有機物が分解する。このため、生物処理時間を短縮することができるとともに、処理水質が向上する。
【０００４】
しかし上記従来の方法では、生成したラジカルが易生物分解性の有機物の分解にも消費されたり、あるいは易生物分解性の有機物が難生物分解性の有機物に変換される場合があるので、電力エネルギー効率の低下や、プロセス全体として処理効率の低下を招く場合があるほか、高度な処理水質が得られない場合がある。また後段の生物処理により難生物分解性の有機物が生成する場合があるが、このような難生物分解性の有機物は分解されることなく処理水中に混入して排出されるため、高度な処理水質が得られない場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、有機物含有水、特に難生物分解性の有機物含有水を効率よく処理することができるとともに、高度な処理水質が得られる有機物含有水の処理方法を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の有機物含有水の処理方法である。
（１）  好気性または嫌気性微生物を含む生物汚泥の存在下に、有機物含有水を生物処理する方法において、
被処理水を生物処理工程で生物処理し、
その生物処理水を高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、
高圧パルス放電処理水をさらに生物処理工程で生物処理する
ことを特徴とする有機物含有水の処理方法。
（２）  生物処理工程と高圧パルス放電処理工程とを含み、
生物処理工程で生物処理した生物処理水を高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、
高圧パルス放電処理工程の高圧パルス放電処理水を生物処理工程に返送してさらに生物処理する
ことを特徴とする上記（１）記載の有機物含有水の処理方法。
（３）  高圧パルス放電処理工程と生物処理工程とを含み、
高圧パルス放電処理工程の高圧パルス放電処理水を生物処理工程で生物処理し、
その生物処理水を高圧パルス放電処理工程に返送して高圧パルス放電処理した後、さらに生物処理工程で生物処理する
ことを特徴とする上記（１）記載の有機物含有水の処理方法。
【０００７】
本発明において処理の対象となる有機物含有水は、有機物を含有するものであれば特に限定されないが、本発明の方法は難生物分解性の有機物を含有する排液に適用するのが好ましい。
上記難生物分解性の有機物としては、セルロース、フミン質、界面活性剤、色素、ゴム、樹脂等の天然または合成高分子化合物；ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール等の芳香族化合物；アセトアルデヒド、クロトンアルデヒド等のアルデヒド化合物；このほか油脂、高級脂肪酸、その他のＣＯＤ成分などがあげられる。
【０００８】
有機物含有水の具体的なものとしては、半導体製造工場排液、抗生物質の原体を製造する工場排液、ＴＦＴ方式の液晶製造工場排液、化学工場排液、食品工場排液、薬品工場排液、油脂工場排液、パルプ工場排液、その他の産業排液、河川水、湖沼水などがあげられる。
【０００９】
本発明の処理方法の具体的な処理の構成としては、次のものなどがあげられる。
１）有機物含有水（被処理水）をまず生物処理工程で生物処理し、この生物処理水を後段の高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理水を後段の生物処理工程でさらに生物処理する方法。すなわち、生物処理と、高圧パルス放電処理と、生物処理とをシリーズに行う方法（以下、第１の方法という）。
【００１０】
２）有機物含有水（被処理水）をまず生物処理工程で生物処理し、この生物処理水を後段の高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理水を前段の生物処理工程に返送してさらに生物処理する方法（以下、第２の方法という）。
【００１１】
３）有機物含有水（被処理水）をまず高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、この高圧パルス放電処理水を後段の生物処理工程で生物処理し、この生物処理水を前段の高圧パルス放電処理工程に返送して高圧パルス放電処理した後、さらにこの高圧パルス放電処理水を前段の生物処理工程で生物処理する方法（以下、第３の方法という）。
【００１２】
上記第３の方法は、前記第１の方法のさらに前段に高圧パルス放電処理工程を設けたプロセスと同じであり、このようなプロセスを後段の生物処理工程で生物処理した生物処理水を前段の高圧パルス放電処理工程に返送することにより実施する方法である。
このような第３の方法では、被処理水は最初に高圧パルス放電処理されるため、被処理水中の易分解生物分解性の有機物の分解に電気エネルギーが消費されるが、高圧パルス放電処理の滞留時間を短くして返送率を高くすることにより、電気エネルギー効率を従来の方法に比べて向上させることができる。
【００１３】
高圧パルス放電処理工程は、水中で高圧パルス放電装置によりパルス状に高電圧を印加することにより高圧パルス放電処理する。
高圧パルス放電装置としては、放電電極に高電圧をパルス状に印加することができる装置が制限なく使用することができる。放電方式としては、アーク放電、コロナストリーマ放電などが採用できる。
【００１４】
電極の材質としては金属や導電性セラミックなど、導電性の材質であれば制限なく使用することができ、例えばカソードとしてはステンレス鋼、トリウム合金等の耐食性を有し、デポジットの少ない材質が好ましく、アノードとしてはＣｕ・Ｚｎ・Ｆｅ合金、トリウム合金等の放電時の損耗の少ない材質が好ましい。
【００１５】
放電の条件は、電極間隔２〜５０ｍｍ、好ましくは１５〜３０ｍｍ、印加電圧５〜１００ｋＶ、好ましくは２０〜５０ｋＶ、パルス電圧の周波数３０Ｈｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは６０〜１０００Ｈｚ、パルス幅５ナノ秒〜１ミリ秒、好ましくは１〜１００マイクロ秒とするのが望ましい。このようなパルス幅のパルス電圧を使用することにより、連続的に電圧を印加するよりも消費電力を低減することができる。放電を行う場合、電極間に空気、酸素、アルゴンなどのガスを通気させて気泡を発生させると、安定な放電を維持できるので好ましい。またガスの種類によって種々な種類のラジカルを発生させることができる。
【００１６】
高圧パルス放電処理全体としては上記放電条件で、有機物含有水中のＢＯＤあたり０．２〜３ｋＷＨ／ｋｇ−ＢＯＤ、好ましくは０．２〜１．２ｋＷＨ／ｋｇ−ＢＯＤのエネルギーで処理するのが好ましい。高圧パルス放電処理の時間または滞留時間は対象水質、流量、成分組成、電極の本数、電極の性能（放電の効率、耐久性）などにより設定されるのが望ましい。高圧パルス放電処理は連続的に行うこともできるし、間欠的に行うこともできる。
【００１７】
このようにして高圧パルス放電処理することにより、被処理水中の難生物分解性有機物は、後工程の生物処理において微生物が資化しやすい化合物に転換される。例えば、高分子化合物は低分子化され、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノールなどの芳香族化合物はシュウ酸、ギ酸などの有機酸まで分解され、生物分解性が向上する。
【００１８】
本発明の第１および第２の方法では、被高圧パルス放電処理水は生物処理工程で生物処理された生物処理水であるので、易生物分解性の有機物が除去された被処理水を高圧パルス放電処理することになり、このため電力エネルギー効率が向上する。しかも難生物分解性の有機物の分解が十分に行われるとともに、生物処理において生成した難生物分解性の有機物も分解されるので、高度な処理水質が得られる。
【００１９】
本発明の第３の方法では、生物処理で分解されなかった難生物分解性の有機物および生物処理で生成した難生物分解性の有機物が返送されて高圧パルス放電処理により分解され、その後さらに生物処理されるので、高度な処理水質が得られる。
第２および第３の方法では、返送する水量を増加するほど難生物分解性の有機物の分解量が多くなるので、より高度な処理水質が得られる。
【００２０】
高圧パルス放電処理水は、公知の好気性または嫌気性生物処理により、好気性または嫌気性微生物を含む生物汚泥の存在下に生物処理することができる。
好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などがあげられる。活性汚泥法は有機性排液を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排液を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を濃縮装置で濃縮し、濃縮汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した他の処理法でもよい。また生物膜法は担体に生物膜を形成して好気性下に排液と接触させる処理である。例えば、活性炭を担体とした活性炭担持流動床法や、浮上性の発泡ポリスチレンをろ材とする生物ろ過法などがあげられる。また嫌気性生物処理としては、嫌気性消化法のほか、ＵＡＳＢ（上向流式スラッジブランケット）法等の高負荷嫌気性処理法などがあげられる。
【００２１】
第１の方法においては、前段および後段の生物処理の組合せとしては、両方とも好気性生物処理または前段が嫌気性生物処理で後段が好気性生物処理とするのが好ましいが、これらに限定されない。第１の方法においては、後段の好気性生物処理としては、生物膜法を採用するのが好ましい。嫌気性生物処理と好気性生物処理とを組合せる場合、前段の嫌気性生物処理でＢＯＤ成分を９０％以上除去すると、後段の高圧パルス放電および好気性生物処理が効率よく行われる。半導体の回収水を処理する場合は、前段の好気性生物処理として活性炭担持流動床法を採用するのが好ましい。
【００２２】
本発明における生物処理では、前工程の高圧パルス放電処理において難生物分解性の有機物が分解されているので、後工程の生物処理において短時間で効率よく処理することができるとともに、安定して高度な処理水質が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１〜図３はそれぞれ本発明の実施形態による有機物含有水の処理装置を示す系統図であり、図１は前記第１の方法、図２は前記第２の方法、図３は前記第３の方法に対応している。
【００２４】
図１において、１は曝気槽、２は固液分離装置、３は高圧パルス放電処理槽、４は生物ろ過装置であり、これらがシリーズに接続されている。
図１の装置により有機物含有水を処理するには、被処理水１１を曝気槽１に導入し、返送汚泥１２および曝気槽１内の活性汚泥と混合し、空気を散気装置１３から散気して好気性生物処理を行う。これにより、被処理水１１中の易生物分解性の有機物の大部分と、難生物分解性の有機物の一部が生物酸化反応によって分解される。
【００２５】
曝気槽１内の混合液１４の一部は固液分離装置２に導入し、分離液１５と分離汚泥とに固液分離する。分離液１５は高圧パルス放電処理槽３に導き、分離汚泥の一部は返送汚泥１２として曝気槽１に返送し、残部は余剰汚泥として系外に排出する。
【００２６】
高圧パルス放電処理槽３に導入した分離液１５は、高圧パルス電源装置２１を備えた高圧パルス放電装置２２により、陽極（アノード）２３と陰極（カソード）２４との間で高圧パルス放電する。これにより、難生物分解性の有機物が易生物分解性の有機物に分解される。この場合、被処理水１１中に含まれている難生物分解性の有機物、および曝気槽１における好気性生物処理により生成した難生物分解性の有機物が易生物分解性の有機物に分解される。また高圧パルス放電処理される分離液１５中には易生物分解性の有機物はほとんど含まれていないので、高圧パルス放電処理により易生物分解性の有機物から難生物分解性の有機物が生成することもない。
【００２７】
高圧パルス放電処理水２５は生物ろ過装置４に下部から導入し、ろ層２７の下部に設けられた散気装置２６から空気を散気しながら、発泡ポリスチレン等の浮上性の担体に生物膜を形成したろ層２７を上向流で通過させて生物ろ過を行う。これにより、高圧パルス放電処理水２５中の易生物分解性の有機物が生物酸化反応によって酸化される。ろ過水は処理水２８として系外に排出する。生物ろ過装置４はろ層２７が生物汚泥で閉塞した場合には、ろ層２７上部のろ過水を下向流で通水し、ろ層２７を展開洗浄する。ろ過水だけでは洗浄水が不足する場合は、工業用水をろ層２７上部から供給することができる。洗浄排液２９は生物ろ過装置４の底部から排出する。
【００２８】
図２の装置は、前段に生物ろ過装置４、後段に高圧パルス放電処理槽３が設けられ、高圧パルス放電処理水２５の一部を生物ろ過装置４に返送して好気性生物処理するように構成されており、前記第２の方法により被処理水１１を処理するための装置である。
図２の装置では、被処理水１１および返送高圧パルス放電処理水３１を生物ろ過装置４に下部から導入し、図１の場合と同様にして生物ろ過を行う。生物ろ過水３２は高圧パルス放電処理槽３に導入し、図１の場合と同様にして高圧パルス放電を行う。高圧パルス放電処理水２５の一部は返送高圧パルス放電処理水３１として生物ろ過装置４に返送し、残部は処理水２８として系外へ排出する。高圧パルス放電処理水２５に対する返送高圧パルス放電処理水３１の割合を多くするほど難生物分解性の有機物の分解効果は高くなり、より高度な処理水質が得られる。
【００２９】
図３の装置は、前段に高圧パルス放電処理槽３、後段に生物ろ過装置４が設けられ、生物ろ過水３２の一部を高圧パルス放電処理槽３に返送して高圧パルス放電処理するように構成されており、前記第３の方法により被処理水１１を処理するための装置である。
図３の装置では、被処理水１１および返送生物ろ過水３３を高圧パルス放電処理槽３に導入し、図１の場合と同様にして高圧パルス放電を行う。高圧パルス放電処理水２５は生物ろ過装置４に下部から導入し、図１の場合と同様にして生物ろ過を行う。生物ろ過水３２の一部は返送生物ろ過水３３として高圧パルス放電処理槽３に返送し、残部は処理水２８として系外へ排出する。生物ろ過水３２に対する返送生物ろ過水３３の割合を多くするほど難生物分解性の有機物の分解効果は高くなり、より高度な処理水質が得られる。
【００３０】
図１〜図３の高圧パルス放電装置２２において、安定な放電を維持するため、陽極２３と陰極２４との間に微細な気泡を通気するのが好ましく、特に下側の陰極２４から上側の陽極２３に向けて連続的に通気するのが好ましい。気泡は、電極中央にガス用の穴を開けた電極を用い、下側に配置した電極から空気、酸素、アルゴン等のガスを通気して発生させることができる。ガスの通気方法に特に制限はなく、例えば微細気泡を発生する加圧ガス噴出ノズルを電極付近に配置して行うことができる。
【００３１】
図１では曝気槽１の代わりに嫌気性処理槽を用いて嫌気性生物処理することもできる。また曝気槽１および固液分離槽２の代わりに生物ろ過装置を採用することもできる。
図１〜図３では生物ろ過槽４の代わりに曝気槽および固液分離装置を採用することもできる。
【００３２】
【実施例】
実施例１
図１の装置により、抗生物質の原体を製造する工程からの排液を被処理水１１として処理した。被処理水１１の水質は下記の通りである。
ｐＨ：５．２
ＳＳ：３８０ｍｇ／Ｌ
ＣＯＤcr：４３００ｍｇ／Ｌ
ＢＯＤ5：１６５０ｍｇ／Ｌ
【００３３】
曝気槽１の容積は２ liter、固液分離装置２の容積は２．５ literとし、被処理水１１を連続供給した。滞留時間は２日（ＢＯＤ5負荷０．８３ｋｇ／ｍ3／ｄ）、返送汚泥１２量は被処理水１１の２倍量とした。
１０ literの分離液１５を高圧パルス放電処理槽３に導入し、回分的に高圧パルス放電処理した。高圧パルス放電は、直径２０ｃｍ×高さ３０ｃｍの円筒状放電装置２２に、上から陽極２３、下から陰極２４を設置して、電極間のギャップを約１０ｍｍとしてアーク放電を行わせた。放電を安定させるため、陰極２４から加圧した微細空気を連続的に供給した。電極の印加電圧は３０ｋＶで、１００Ｈｚ、１パルスあたり約１００μｓｅｃで、１パルス当り約２ジュールのエネルギーで行った。処理時間は１０分間とした。
【００３４】
高圧パルス放電処理水２５は、直径５ｃｍ、ろ材容積約５００ｍｌの生物ろ過装置４に導入して、上向流生物ろ過方式により好気性生物処理した。ろ層２７の担体としては、直径３ｍｍの球形の発泡ポリスチレン（比重０．０５）を用いた。滞留時間は２時間とした。結果を表１に示す。
【００３５】
比較例１
実施例１において、曝気槽１における好気性生物処理を省略し、被処理水１１を直接高圧パルス放電処理槽３に導入して処理した。なお、生物処理の性能低下を補うために、生物ろ過装置４における滞留時間は３日（ＢＯＤ5負荷０．５５ｋｇ／ｍ3／ｄ）とした。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0003900588.tif 000002
【００３７】
表１の結果からわかるように、生物処理の前処理として高圧パルス放電だけを行う比較例１よりも、実施例１の方が処理水質が向上し、しかも生物処理での滞留時間は短縮されている。
【００３８】
実施例２
図２の装置により、ＴＦＴ方式の液晶ディスプレイ製造工程の回収水を被処理水１１として処理した。被処理水１１の水質は下記の通りである。
ｐＨ：６．３
ＴＯＣ：５．５ｍｇ／Ｌ
【００３９】
実施例１と同様の生物ろ過装置４により、被処理水１１の通液量２０ｍｌ／ｍｉｎ、被処理水１１ベースの滞留時間２５分間、被処理水１１に対する返送高圧パルス放電処理水量２倍の条件で生物ろ過した。
生物ろ過水３２は連続的に高圧パルス放電処理槽３に導入し、滞留時間１０分間で高圧パルス放電を行った。高圧パルス放電装置２２は実施例１と同様のものを使用し、１パルスあたりのエネルギーを約０．２５ジュールとした以外は実施例１と同様にして行った。処理水２８の水質を表２に示す。
【００４０】
比較例２
比較例１の処理フローで、実施例２の被処理水１１を処理した。処理条件は実施例２と同様にした。処理水の水質を表２に示す。
【００４１】
【表２】
0003900588.tif 000003
【００４２】
表２の結果からわかるように、生物処理の前処理として高圧パルス放電だけを行う比較例２よりも、実施例２の方が処理水質が向上している。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の有機物含有水の処理方法は、被処理水を生物処理工程で生物処理し、その生物処理水を高圧パルス放電処理工程で高圧パルス放電処理し、高圧パルス放電処理水をさらに生物処理工程で生物処理しているので、有機物含有水、特に難生物分解性の有機物含有水を効率よく処理することができるとともに、高度な処理水質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の有機物含有水の処理装置を示す系統図である。
【図２】本発明の別の実施形態の有機物含有水の処理装置を示す系統図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態の有機物含有水の処理装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  曝気槽
２  固液分離装置
３  高圧パルス放電処理槽
４  生物ろ過装置
１１  被処理水
１２  返送汚泥
１３，２６  散気装置
１４  混合液
１５  分離液
２１  高圧パルス電源装置
２２  高圧パルス放電装置
２３  陽極
２４  陰極
２５  高圧パルス放電処理水
２７  ろ層
２８  処理水
２９  洗浄排液
３１  返送高圧パルス放電処理水
３２  生物ろ過水
３３  返送生物ろ過水
【図１】
0003900588.tif 000004
【図２】
0003900588.tif 000005
【図３】
0003900588.tif 000006