固定床式生物処理による低濃度有機排水の回収
Low

StrengthbyOrganic

Fixed

Bed

Wastewater

BiologlCal

RecoveryTreatment(環)製品開発室

杉揮

政Masanori

知宣

Sugisawa

福

Hiroyuki

博行

Chiruku

半導体及び液晶製造工程から排出される低濃度有機排水の再利用について検討した｡
消費エネルギーを低減するためには,効率的なTOC分解法が重要である｡このため球状活性炭を使用した固定床式生物処理と膜を組み合わせたシステムについて検討を行った｡実排水を使用したパイロットテストでTOC除去率90%以上を得,ランニングコストは低圧UV酸化処理装置と比較して1/5となった｡この高除去率は一時停止や逆洗工程後でも短時間で回復できた.

I
Reclamation

ductorIn

orofliquidtoordercomposition

havingwastewater
crystalmanufacturlng
energyreduceAmethod.
andmembraneunitsystemuslng

actualwastewater

down

cost

The

recoveryhighshutdownortobackwashwerebed

TOC

restoredtothistoalow

adopt

uslng

semicon‑ratio

ofpressure

UV

time

even

short

activated

the

pilot

scale

than

90 %,

withofmore

TOC

effective

Spherical

Tests

purpose.

removalthein

importanttreatmentforcombined

comparedwasisfrominvestlgated.

WasbiologlCal

achieved

1/5

rate

strengthitdischarg･edof TOC

process

consumption

fixedcarbonoperatinglowoxidization

method.
temporaryaafter

半process.

導体

Semiconductor

晶

LiquidC

Total

Organic

固定床式生物処理Fixed

bed

液T0

crystalCarbonbiologlCal

流動床式生物処理

Fluidized

bed

球 状

Spherical

activated

活 性炭

低濃度有機排水Low

低圧UVランプ
ンプ

高圧UVラ

ま えがき

strengthi

displaytreatment

biologlCal

treatment

carbonorganic

wastewater

Low‑pressure

mercurylamp

High‑pressure

mercurylamp

る｡通常は無機排水から回収を始めることが多いが,半導体･液晶製品等の電子工業においては工場内回収率を70‑80%に高めるためには,有機排水のの排水を適切に分別収集を行い,回収･再利用する回収も不可欠となってくる｡しかし有機排水を回収ことでセミクローズ化し廃棄物の低減が図られていする場合には無機排水を回収する場合と比較して回7β

神鋼パンテツク技報

Vol.

41

No.

2(1998/3)

Raw

Pre亡reatment

lVatersystemUltra

Water

ptlre

PrOducdon

systemFa ct or)∫

1Iigh strength
fluidwaste

Dilute acid
waste

Water

recoverysystemwater[loneEChange]

High strength organic
waste

Water

recoverysystemwater＋ Membranel[BiologicalNeutralwaste
Water

第1図

3Fig･

recoverylVater[UV]

水の回収フロー1

Schematic

diagramofwaterrcovreysystem

収コストが割高になることが多く,コストの低減が出される無機の酸を含む排水でありイオン交換装置求められている｡

等により処理回収される｡高濃度有機排水はレジス

高濃度の有機排水の回収には経済的に有利な生物処理が採用されているが,トの剥離後の洗浄工程等から生ずる濃度の高い排水

TOC濃度が数mg/L程度の低濃度の有機排水に対しては生物処理が難しい処理と膜処理等で処理される｡低濃度有機排水は,ため,従来からUVランプによる処理が採用され希薄な洗浄液などで,主成分は,ている｡

でありTOC濃度としては数百mg/L程度で,生物アセトン,このUVランプによる処理に関連し,低圧UV)

system

TMAH,IPA,メタノール,DMSO,フェノール,酢酸,界面活性剤等である｡

ランプの使用により消費エネルギーは従来使用されTOC濃度としては数mg/L程度である｡現在この低濃度有機排水はUV酸化ている高圧UVランプの50%に低減できることに装置等で処理されている｡

ついては,すでに報告している｡(1
本報では,低圧UVランプよりさらに消費エネ

2.低濃度有機排水に対するTOC処理技

ルギ‑の少ない処理装置である生物処理を低濃度の有機排水に対して適用した結果を報告する｡

2.

1.電子工場の排水回収解する技術であり,ランプ内の水銀蒸気圧の違いに術について

電子工場では基板のエッチング,薬液洗軌リン1∪∨酸化方式

紫外線を照射することによりTOC成分を酸化分より高庄UVランプと低圧UVランプに区別されス洗浄工程等で大量の超純水が使用され,その結果る｡低圧UVランプの水銀蒸気圧は0.01mmHg程

有機及び無機の薬品を含んだ大量の排水が排出され度でありスペクトルは185nmと254nmの出力が大るため回収再利用が必須となっている｡電子工場にきい｡高圧UVランプの水銀蒸気圧は1‑10atm

おける排水の発生及び回収のフローを第1図に示す｡

で,スペクトルは240nm以上であり低圧UVと異一般的には,まず工業用水(原水)を前処理装置で濁質を取除いた後に一次純水装置と二次純水装置かなり185nmの出力はなく254nmの出力も低い｡

ら構成される超純水装置で処理して超純水を製造すつのメカニズムが関与している｡①UVの持つエネルギーにより直接有機物内の結る｡この超純水は,製造工程の主に洗浄ラインで使UV酸化方式による有機物の酸化分解には次の2用された後,回収の対象となる希酸系排水,高濃度有機排水,低濃度有機排水(中性系排水)の3種類合を開裂する②185nmのUVは,の排水とそれ以外に分別排出される濃厚廃液となる｡
希酸系排水はエッチング後のリンス工程等から排Vol.

41

No.

2(1998/3)

神鋼パンテツク技報

H20からヒドロキシラジカ

ルトOH)を生成し,これが有機物を酸化分解する｡
77

UV

lamp/1､
H202
I‑＋Waste

＼.4

water

Treatedwater

Activated

Reactorcarbon第2図

UV酸化装置フローFig.

2

Schematic

diagramof

UV

oxidation

I

Treatedwater

MelTlbrane
Tank

ReactorWaste

wateri

Air

第3図
Fig.

流動床式生物処理装置フロー
3

Schematic

diagramof

fluidized‑bed

type

biologlCal

treatment

2.

UV酸化装置のフローを第2図に示す｡基本的には

2

流動床式生物処理方式

担体に生物を付着させ,処理対象液を上向流で通処理対象液を反応槽に導入しUVを照射するだけ水し担体を流動させ,排水中のTOC成分を担体にであるが,高圧UVランプの場合,低圧UVランプと異なり185nmの放射がほとんど無いため(･付着させた生物に接触させて除去する｡洗出した菌OH)の生成がないので光増感剤として過酸化水素体等の固形物は次工程の膜装置等で除去するシステを添加する｡

ムである｡社内試験の結果では,担体としては粒状また数mg/LのTOCを含む排水に低圧UVランプを通用する場合にも,活性炭が適しており,(･OH)の生成能力がTOC除去率90%以上が得られたが,活性炭の微細化や流出が認められた｡
第3図に流動床式生物処理装置のフローを示す｡

不足するため高圧UVランプと同様に過酸化水素2.

合には余剰の過酸化水素を分解除去するために活性一定の粒径を持った担体に生物を付着させ,下向流で処理対象液を通水し,排水中のTOC成分を生炭による後処理が必要になる｡(鞍1783

固定床式生物処理方式の添加が必要になる｡また過酸化水素を添加した場神鋼パンテツク技報

Vol.

41No.

2(1998/3)

Treated
Waste

waterwater

Membrarle
Reactor

第4図

固定床式生物処理装置フロー

Fig･b4

Schematic

100

diagramof

fixd‑bedo8co軒

biologlCal

type

treatment

Ceramic

5‑10mm⊂コCeramic

亘2‑3mm△Activated△q,)

carbon○(勺L△く勺>
OE:Q)
LU

(⊃
〔一△△
[コ203040IiRT

第5図
Fig.

60

5070[min]

HRTとTOC除去率の関係
5

Relationshipbetween(HRT:Hydric

HRT

RetentionandTOC

removalrateTime)

物により除去し,流出した菌体等を膜装置等で除去)する方式である｡
第1表

使用原水(模擬排水)組成

TablelComposition

Substanceor

artificialwasteと異なり活性炭の微細化や流出がなく,そのため後water処理である膜処理装置での日詰りによる透過水量のTOCratio(0/o)

Concentration(mg/L

IPA

502.5Methanol

403.2

固定床式と流動床式の選定については,前項で述Acetone

10TOCVol.

この方式は粒状活性炭を使用した流動床式の場合3低下が起こり難く,洗浄額度も少ない｡固定床式生物処理装置のフローを第4図に示す｡

0.48

べた理由から微細活性炭の流出がない固定床式とし

氏

1.0た｡

Ca

1.03.試験結果

Cg

1.03.

Mn0.1

被処理液として,第1表に示す組成の模擬廃液をCu

0.1

使用して次の3種類の担体での処理性能の違い及びFe0.05

菌体付着数の違いを調査し使用する担体を決定した｡

Zn0.1

なお模擬廃液にはTOC濃度に対して541No.

2(1998/3)

1使用担体の選定

神鋼パンテツク技報%の窒素と79

N, P, Mineral
Na日CO3

Waste

Back‑‑‑‑‑‑‑i

wash

water

Waste

Mixedtankwater

Treated; Reactor

tarlk

water

IltankIAir

第6図Fig.

water

Back

washline

試験装置フロー6

Schematic

diagramoftest

equlpment

l%のリンを添加した｡
試験装置は直径150mm,高さ2000mmの透明カラ第2表担体への菌体付着数

Table2Countムを用いた｡

ofbacteria

ton

media

Bacteria(cfu/ml･elements)
Kindofmedia
PGY

R2A

Ceramic(5‑10mm)

1.4×106

1.4×106

Ceramic(2‑3mm)

3.8×106

8.9×105

ActivatedCarbon

9.7×106

6.0×106使用担体(3種類)材

質

粒径(mm)

セラミック

5

セラミック

2

球状活性炭

1.3‑1.6‑10‑3

各担体を使用した場合の滞留時間と除去率の関係を第5図に示す｡結果はセラミックの担体は粒径5‑10mmのものでは滞留時間50分でTOC除去率約20%,粒径2‑3mmのものでTOC除去率約60%であった｡これに対して球状活性炭の場合は滞留時間14‑34分でTOC除去率90i%以上であった｡このことから担体は球状活性炭を使用することに決定した｡なお各担体の菌体付着数は第2表に示す通りであり各担体間での菌体数の付着数は球状活性炭が一番多かった｡具体的にはPGY培地の場合,直径5‑10mmのセラミックの約7倍,直径2‑3mmのセラミックの約2.6倍であり,R2A培地においても各々約4.3倍,3.

26.7倍であった｡

実排水による試験結果

連続運転の安定性,排水濃度の変化等の影響を確認するため直径300mm,高さ3800mmのパイロット装置により実排水を使用して試験を実施した｡
第6図に装置のフローを写真1に装置の外観を示す｡
試験期間中の実排水のTOC濃度は2.3‑2.9mg/Lであった｡
β〃神鋼パンテツク技報

写真1

試験装置

Photo.1

Testequlpment

No.

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●4040●20●ci)

更＼bD

00

ヨ+

自 Ej

[コ●!=○80'ーニQ)
【T3●

ゝ一80

【1コ【｢コ[>L<;≡
1ノU
亡(⊃
U

く=･6〔)(Uし+●U

Removalrate

40

Concentratio□

(⊃
巨一

●

□

202020

第7図
Fig.

U

●40(⊃ト30

40

HRTとTOC濃度と除去率の関穐RT
7Relationshipbetween(HRT:HydricJ≡

60

HRT

Retention

and

5060

[mi｡]
concentration

andremoval

rateofTOC

Time)

6()()

HRT:43mirl

HRT:17min♯‑‑‑A‑‑‑

q

一読tL;=｢⊃盲 3()()
亡Q)
L)
亡≡ 200
U
(=)

A‑‑

巨一
1()〔)

()〉

20

40

6()

8()

Time

第8図逆洗後のTOC濃度
Fig.

8

TOC

concentration

after

back

100

12O

140

しminj

wash

滞留時間とTOC除去率,処理水中のTOC濃度をを再開した場合,滞留時間が64分の条件で通水再開

第7図に示す｡

後3時間でのTOC濃度は128/Jg/L,除去率は,TOC除去率は,滞留時間15‑65分まででいずれも90%以上であった｡また処理水中93.6%と良好であり一週間程度の装置停止ならば,のTOC濃度は滞留時間30分では100‑140〃g/L,通水後3時間以内で立上ることが確認できた｡

60分では40‑50/拷/Lであったo
3.

逆洗彼の処理水質の経時変化について第8図に示装置停止後の再起動および逆洗後の処理水質

3の経時変化についてす｡滞留時間43分の場合には逆洗後60分から,滞留時間17分の場合には逆洗後30分から水質が安定して実装置の場合,装置を一時停止した後に処理水がいる｡すなわち逆先を行った場合滞留時間の1.4‑安定するまでの時間と,逆洗後に水質が安定するま1.8倍の時間で処理水質は安定した｡

での時間は運転管理上重要な問題となってくるため,

4.菌の種類について故意に装置を一時停止し,再度通水した場合の水質

今回の試験に使用した球状活性炭の一部から,菌と逆洗終了後の水質の変化も確認した｡

を単離培養し電子顕微鏡写真を撮影した｡

一時停止後の立上げ試験において停止前の処理水は滞留時間64分でTOC濃度48.4/堵/L,TOC除去菌の種類はPseudoTnOnaS

率98.1%であった｡一週間装置を停止した後通水ものであり,貧栄養下でも繁殖をすることができる｡

Vol.

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No.

2

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diminutaであり,この菌は超純水中でも生息することができる種に属する

神鋼パンテツク技報

8112〔)1r)080

嘗
U

5L

去60

G3ゝ一q)

※4()

c)n20

※

∴Fi):ed bed

第9図

UVHigh･pressure

L岬preSSure UV

ランニングコスト比較
9Fig･

Fluidized bed

Comparisonof operatlng

COSt

2

写真

写真2に電子顕微鏡写真を示す｡

Pseudomonas

Photo.2

5.各種TOC除去装置の経済比較

SEMof

diTninutaの電子顕微鏡写真
Pseudomonas

diminuta

有機排水回収を行う場合の回収にかかるコストを固定床式生物処理方式,流動床式生物処理方式,高圧UV酸化方式,低圧UV酸化方式の4つについt
芸9&#.日芸器芸L,I:?いてて比較した｡

また処理水のTOC濃度は,滞留時間30分では第9図に高圧UV酸化方式のランニングコスト

100‑140/堵/L,を100とした場合の各処理方式でのランニングコス60分では40‑50〟g/Lであった｡

トについて示す｡

3)装置を7日間停止した後でも,生物処理方式はUV酸化方式と比較して,ランニ3時間以内に立上げができた｡

ングコストが安く,おなじ生物処理方式でも固定床

4)遵洗後,充填した担体の1.4‑1.8倍量の排水を式のランニングコストは流動床式の85%である｡

通水すれば定常状態の処理水質になった｡
5 )

これは流動床方式の場合担体を流動させるために一定以上の流速を必要とするための動力を要するため

TOC分解菌はPseudomonas

diminutaであった｡

6)ランニングコストは高圧UV酸化方式と比較である｡また,固定床式生物処理方式のランニングして約1/6,低圧UV酸化方式と比較して1/5

コストは高圧UV方式と比較すると約1/6,低圧UV方式と比較すると約1/5となった｡
むす びである｡

今後はさらに濃度変動の激しい排水や,他の成分今回の試験検討によって固定床式生物処理方式について次のことが確認できた｡

一bLslチ孟芸孟芸書芸言芸這宝

1)担体として球状活性炭はセラミックより高い役立ててゆく所存である｡[参考文献]

TOC除去率が得られた｡
2) TOC濃度約3mg/Lの実排水を処理した場合,

1)神鋼パンテツク技報Vol.

(1997P.16)

40, No.2

連絡先
杉漂

政宣

環境装置事業部
製品開発室

知福博

行

環境装置事業部(技術士･環境計量士)

製品開発室
担当課長

TE
FAX
E‑mail82

m.sugisawa@

L992‑6532

TE992‑6503
pantec.

co.jp

LFAX
E‑mailh.chiruku@

992‑6532
992‑6503

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