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JP2012005918A - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents

排水処理方法及び排水処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】有機性薬品成分を含有する排水の処理において、確実に且つ低コストに残留TOC濃度の低い回収水を回収しうる排水処理方法及び排水処理装置を提供することを課題としている。
【解決手段】有機性薬品を含有する有機性排水を微生物によって分解処理する生物処理工程と、該生物処理工程で処理された処理水を活性炭に担持された微生物によって処理する生物活性炭処理工程と、該生物活性炭処理工程で処理された処理水を物理化学的に酸化分解処理する酸化分解工程とを実施する排水処理方法および排水処理装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、生産工程から排出される排水を処理する排水処理方法及び排水処理装置に関し、特には、例えば、半導体デバイスや液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイなど各種の電子工業製品の製造工場から排出される有機性薬品を含有する排水処理方法及び排水処理装置に関するものである。
半導体デバイスなどの電子部品やフラットパネルディスプレイなどの製造工場では、その製造工程で、IPA(イソプロピルアルコール)、メタノール、アセトン、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、フェノール、酢酸、界面活性剤など種々の有機性薬品が使用されている。
上記のような電子工業製品の製造工場から排出される有機性薬品を含有する排水から有機物を除去して、洗浄水などとして再利用するため、従来から種々の排水処理の方法が検討されている。
このような排水を処理する方法として、例えば、活性汚泥によって排水中の有機物を分解する生物処理方法などが知られている(特許文献1)。
この排水処理においては、好気性生物により排水中の有機物を生物化学的反応で分解し、さらに、生物処理後の後処理として、紫外線照射やオゾン添加による処理などの非生物的な分解処理(物理化学的酸化分解処理)が行われている。
この紫外線照射やオゾン添加による有機物の分解処理は、紫外線ランプやオゾン発生器などによって、紫外線やオゾンを排水と反応させることで排水中の有機物を酸化分解するもので、例えば、生物処理において発生した微生物の代謝物などの有機物成分も効果的に分解することができる。
前記酸化分解処理は、上述のように紫外線ランプやオゾン発生器などの手段が必要であり大きなエネルギーを必要するため、比較的高コストな処理である。しかし、上記のように上流側に生物処理装置を設けた場合には、該生物処理装置で多くの有機性薬品を分解できるため、その処理後に残った有機物や、生物処理で発生した代謝物などの少量の有機物を紫外線やオゾンで酸化分解処理すればよく、低コストに、残留TOC濃度の低い回収水を得ることができるという利点がある。
しかしながら、工場から排出される排水は各製造工程の処理の変化で排水の状況も変化することがある。すなわち、排水中に微生物にとって有害性の高い薬品が混入したり、あるいは排水が、生物の活性が低下するような低温または高温になったりする場合があり、このような排水が生物処理装置に導入されると、生物処理装置内の微生物の活性が低下し、再び活性が回復するまでの間生物処理装置の処理能力が低下することがある。
このように、生物処理装置の処理能力が低下すると残留TOC濃度が高いまま紫外線照射などで酸化分解処理を行うことになり、酸化分解処理に高エネルギーを要することとなる。その結果、処理全体が高コストとなる。
特開2007−69204号公報
上記従来の問題点に鑑み、本発明は、薬品成分を含有する排水の処理において、安定して低コストで残留TOC濃度の低い回収水を回収しうる排水処理方法及び排水処理装置を提供することを課題とする。
排水処理方法に係る本発明は、有機性薬品を含有する有機性排水を微生物によって分解処理する生物処理工程と、該生物処理工程で処理された処理水を活性炭に担持された微生物によって処理する生物活性炭処理工程と、該生物活性炭処理工程で処理された処理水を物理化学的に酸化分解処理する酸化分解工程とを実施することを特徴としている。
尚、本発明でいう生物処理工程とは、活性汚泥処理、流動床式生物処理、固定床式生物処理、膜分離活性汚泥処理などの公知の生物処理を含む。
さらに、排水処理方法に係る本発明は、前記有機性薬品を含有する有機性排水のうち、低濃度に有機性薬品を含有する低濃度有機性排水を、前記生物処理工程での処理を行なわずに前記生物活性炭処理工程で処理することが好ましい。
また、前記酸化分解工程が紫外線照射及び/またはオゾンによって酸化分解を行うことが好ましい。
また、排水処理装置に係る本発明は、有機性薬品を含有する有機性排水を微生物によって分解処理を行う生物処理装置と、微生物を担持した活性炭が充填された充填層を備え、該充填層に前記生物処理装置で処理された処理水を通水して処理する生物活性炭処理装置と、該生物活性炭処理装置で処理された処理水を物理化学的に酸化分解する酸化分解装置とを備えたことを特徴としている。
本発明の処理方法では、有機性薬品を含む排水を生物処理工程で処理した後に物理化学的に酸化分解を行って排水中の有機性薬品を分解する際に、前記酸化分解を行う前にさらに生物活性炭処理工程による処理が実施されるため、前記生物処理工程における処理能力が低下した場合でも、前記酸化分解工程に導入される前に低コストで有機物の分解が可能な生物活性炭処理工程において排水中の有機物が分解されるため、酸化分解工程におけるエネルギーを常に低く抑えて排水処理が行える。よって、生物処理工程の処理能力が低下した場合でも排水処理のエネルギーコストを低くできる。
さらに、前記有機性薬品を含有する有機性排水のうち、低濃度に有機性薬品を含有する低濃度有機性排水を前記生物処理工程を経ずに、前記生物活性炭処理工程へ導入する場合には、前記生物処理工程で処理する排水の量を少なくさせることにより、生物処理工程の負荷を低減させることができる。
尚、ここでいう低濃度の有機性薬品を含有する排水とは、排水中に含まれるTOCが約10mg未満である排水をいう。
また、本発明の排水は生産工場などの各生産工程から排出された排水そのものであってもよく、あるいは、生産工程から排出された排水になんらかの処理を施して前記各濃度になるように調整された排水であってもよい。
本発明の排水処理装置及び方法を示す概略フロー図。 実施例の排水処理方法を示す概略フロー図。 実施例の排水処理方法を示す概略フロー図。 比較例の排水処理方法を示す概略フロー図。 比較例の排水処理方法を示す概略フロー図。
以下、図1に基づき本発明の第一の実施形態の排水処理装置および排水処理方法について説明する。
先ず、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についての概略フロー図である。
図中の符号1が排水処理装置を示している。
本実施形態の排水処理装置1は、微生物による有機物の分解処理である生物処理工程を行う生物処理装置2と、該生物処理装置2で処理された排水を、ろ過処理装置3および逆浸透処理装置4を経て導入する生物活性炭処理装置5と、該生物活性炭処理装置5で処理した排水を導入し物理化学的に酸化分解を行う紫外線処理装置6とを備えている。
前記生物処理装置2には、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイの製造工程から排出された排水のうち、有機性薬品を高濃度に含有する高濃度有機性排水が導入される導入路11が接続されている。
前記生物処理装置2は、活性汚泥処理装置、流動床式生物処理装置、固定床式生物処理装置、膜分離活性汚泥処理装置などの公知の生物処理装置であり、該生物処理装置内に排水を通水することで、前記微生物によって排水中の有機物を分解するものである。尚、微生物は、好気性微生物や嫌気性微生物等の各種微生物が挙げられ、高濃度の有機性薬品を含有する排水の成分によって、使用される微生物や装置を適宜選択することができる。
前記生物処理装置2の下流側に設けられた前記ろ過処理装置3は、装置内に精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜が備えられ、前記生物処理装置2から流失した微生物などをろ過して排水中からこれらの流失物を除去する。
前記逆浸透処理装置4は装置内に逆浸透膜を備えており、該逆浸透膜に排水を加圧接触させることによって排水が濃縮水と透過水に分離され、透過水を前記生物活性炭処理装置5へ導入する。
濃縮水は、蒸留したあと回収水として回収され、蒸留により残存した固形物(塩類等)は別途廃棄等される。尚、濃縮水は、排水処理して系外に放流してもよい。
前記生物活性炭処理装置5は、好気性微生物等の有機物を分解する微生物を担持させた粒状活性炭を充填した充填層を備え、該充填層に排水を導入し、充填層内で排水中の有機物を微生物によって分解する。
前記生物活性炭処理装置5には、前記逆浸透処理装置4から透過水を導入する導入路14が設けられ、該導入路14には、前記排水のうち有機性薬品を低濃度に含有する低濃度有機性排水が導入される導入路12が接続されている。
前記紫外線処理装置6は、紫外線を照射する手段として紫外線ランプを備えており、前記生物活性炭処理装置5で処理された排水に紫外線を照射して排水中の有機物を酸化分解する。尚、紫外線処理装置に排水を供給する際には、排水に過酸化水素等の酸化剤を添加するのが好ましい。
紫外線処理装置6としては紫外線ランブを備えた公知の紫外線酸化分解装置が使用できるが、例えば、排水を貯留した反応槽中に高圧紫外線ランプを挿入して排水に紫外線を照射する高圧紫外線酸化装置や、低圧紫外線ランプを内部に備えた反応シリンダ中に排水を通水させながら紫外線を照射する低圧紫外線酸化装置などが使用できる。
紫外線ランプも公知のものが使用できるが、波長185から365nm、好ましくは185から254nmのものが適している。
さらに、本実施形態の排水処理装置1は、前記排水のうち無機薬品を含む排水を処理するイオン除去処理装置8を備えており、該イオン除去処理装置8で処理された排水を前記前記生物活性炭処理装置5へ導入するために、前記逆浸透処理装置4からの導入路14に導入路13が接続されている。
前記イオン除去処理装置8は、イオン交換樹脂が充填された充填塔を備えており、該充填塔に排水を通水することで、イオン交換樹脂と排水が接触し、排水中のイオンがイオン交換樹脂に吸着されて、除去される。
本実施形態に係る排水処理装置1には、前記紫外線処理装置6で処理された排水を回収水として回収する回収槽7を備えている。
次に、本実施形態の排水処理装置において半導体デバイスやプラットパネルディスプレイの製造工程から排出された排水が処理される排水処理方法について説明する。
まず、生物処理装置2が通常どおりの処理能力を維持している場合を説明する。
製造工程の各工程毎に排水は集められる。通常、各製造工程で使用される薬品の種類は決まっているため、排水が集められる工程によって排水が有機性薬品を高濃度に含有する高濃度有機性排水か、有機性薬品を低濃度で含有する低濃度有機性排水か、無機系薬品を含有する無機排水かを製造工程の処理によって判別する。
この時の排水の判断基準としては、適宜設定可能であるが、例えば、排水中に含まれるTOCが10mg/L未満である排水は、低濃度有機性排水と判断する。
高濃度の有機性薬品を含有する排水とは、排水中に含まれるTOCが約10mg/L以上である排水をいう。
尚、本実施形態の排水処理装置では、TOCが約1000mg/L程度までの高濃度の有機性排水を処理することが可能である。
また、無機排水にはTOC濃度として10mg/L未満程度の微量の有機物が混入されていてもよい。
前記排水のうち高濃度有機性排水は、導入路11を介して前記生物処理装置2に導入され微生物によって排水中の有機物が分解処理される生物処理工程が実施される。
この生物処理装置2によって処理された排水は、前記ろ過処理装置3によって前記生物処理装置2から流失した微生物などが除去される。
さらに、排水は前記逆浸透処理装置4で濃縮水と透過水に分離されて、該透過水が前記生物活性炭処理装置5へ導入される。
前記生物処理装置2内の微生物が通常の活性を維持している場合、すなわち生物処理装置の処理能力が正常である場合には、TOCが約120mg/L程度含まれている高濃度有機性排水は生物処理装置2を経ることで排水中のTOC濃度が約5〜8mg/L程度にまで低下する。
一方、前記排水のうち低濃度有機性排水、すなわちTOC濃度が10mg/L未満の微量の有機物が含まれている排水は、前記生物処理装置2を経ることなく前記導入路12を介して前記生物活性炭処理装置5へ接続された導入路14へ導入される。
さらに、前記無機排水は、前記イオン除去処理装置8に導入されて、排水中のイオンを除去された後、前記導入路13を介して前記導入路14に導入される。
通常は、前記イオン除去処理装置8での処理を経た後の無機排水のTOCは5mg/L未満である。
前記のように前記生物処理装置2で処理された高濃度有機性排水、低濃度有機性排水およびイオン除去された無機排水が導入路14で混合されて前記生物活性炭処理装置5に上方から下向流で通水される。
前記のように、TOC濃度が低い低濃度有機性排水および無機排水は前記生物処理装置2での生物処理工程を経ずに生物活性炭処理装置5に導入されるため、前記生物処理装置2での処理量を減らし、生物処理装置2への負荷を軽減することができる。
生物活性炭処理装置5内では活性炭に担持された微生物によって排水中の有機物が分解される生物活性炭処理工程が実施され、排水は装置下方から処理水として排出される。
この生物活性炭処理装置5で処理された排水のTOC濃度は通常は約1mg/L以下になる。
このようにTOC濃度が約1mg/L以下にまで低下した状態で排水は前記紫外線処理装置6へ導入される。
前記紫外線処理装置6へ導入された排水に紫外線を照射し、排水中の有機物を物理化学的に酸化分解する酸化分解工程が実施される。このときの紫外線ランプの消費電力1.1kWh/m3、処理時間約20分程度で処理を行うことが好ましい。
前記のように紫外線処理装置6に導入された時点では、排水のTOC濃度は低濃度になっているため、紫外線の消費電力が低い状態で排水中の有機物の分解を行うことができる。
次に、本実施形態の排水処理装置1の生物処理装置2の処理能力が通常よりも低下した場合について説明する。
例えば、前記半導体デバイスやフラットパネルディスプレイなどの製造工程の状況によっては、排出される排水中に微生物にとって有害性の高い薬品が混入したり、あるいは生物の活性が低下するような低温または高温などの温度の排水が排水処理装置1に導入される場合がある。
このような場合、前記生物処理装置2中の微生物が死滅したり、活性が低下したりすることで、生物処理装置2の処理能力が低下することになる。
例えば、通常は、TOCが約120mg/L程度含まれている高濃度有機性排水を生物処理装置2によって約5mg/L程度にまでTOC濃度を低下させることができるが、能力が低下した場合には、例えば10〜12mg/L程度くらいまでしかTOC濃度が下がらないことがある。
このような場合でも、本実施形態の排水処理装置1では、前記のように生物活性炭処理装置5で処理してから、紫外線処理装置6で処理するため、紫外線処理装置6における消費電力を大幅に増加させなくても十分にTOC濃度の低い回収水を得ることができ、常に安定して低コストで排水処理を行うことができる。
尚、本実施形態では、高濃度有機性排水と低濃度有機性排水を一つの生物活性炭処理装置へ導入して処理を行ったが、例えば、高濃度有機性排水と低濃度有機性排水をそれぞれ別の生物活性炭処理装置で処理してもよい。
しかし、本実施形態のように、一つの生物活性炭処理装置で処理を行うことで排水処理装置1の構造を簡易な構造にすることができる。
また、本実施形態では、物理化学的に酸化分解をする手段として紫外線処理装置を使用したが、酸化分解する手段としては、このほかオゾン発生器を備えた酸化分解装置や、その他の物理化学的酸化分解手段を用いてもよい。
さらには、上記の異なる酸化分解手段を複数組み合わせて酸化分解を行ってもよい。
さらに、本実施形態では無機排水を処理するためにイオン除去処理装置を設けたが、このようなイオン除去処理装置を設けることは条件ではなく、例えば、低濃度有機性排水と無機排水をあわせて低濃度有機性排水として処理してもよい。
また、本実施形態では、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイの製造工程から排出された排水を各工程毎に集めて直接各処理工程へ導入する場合について説明したが、排水になんらかの処理を施して前記各濃度になるように調整してから、本発明の処理方法あるいは処理装置で処理してもよい。
さらに、本実施形態では、ろ過処理装置として精密ろ過膜を備えたろ過処理装置を使用したが、ろ過処理装置としては、このほか、限外ろ過膜や凝集ろ過など、その公知のろ過手段から選択できる。
また、本実施形態では、逆浸透処理装置を設け、排水を濃縮水と透過水に分離したが、このような逆浸透処理装置を設けることは必須ではない。
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1として、前記実施形態と同様の排水処理装置を用い、図2に示すような処理フローで通常の場合の排水処理を行った。
すなわち、まず、生物処理装置(株式会社神鋼環境ソリューション製、商品名BCF(バイオコンタクトフィルタ:セラミック担体使用の固定床方式生物処理装置 処理能力180m3/d)には、TOC濃度が約120mg/Lの高濃度有機性排水を導入して生物処理工程を実施した。
この時の生物処理装置の処理水のTOC濃度は約5.2mg/Lであった。
ろ過処理装置(本実施例ではMF膜を使用した装置を使用)、逆浸透処理装置(RO装置)へ順次導入し、高濃度有機性排水のRO処理水(TOC1.1mg/L)を得た。
尚、排水は液晶ディスプレイ製造工程からの排水であり、主に、DMSO(ジメチルスルホキシド)、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)、IPA(イソプロピルアルコール)などを含む排水である。
それぞれの製造工程で行われる処理によって排水中の成分や濃度は異なるため、工程毎に排水を回収し、前記実施形態で示したように高濃度有機性排水、低濃度有機性排水および無機排水として振り分けた。
一方、TOC濃度が約2.8mg/Lの無機排水をイオン除去処理装置(本実施例ではイオン交換装置、(株)神鋼環境ソリューション社製を使用)で処理した。該イオン除去処理装置での処理後のTOC濃度は約2.3mg/Lであった。
前記RO処理水と、イオン除去処理装置の処理水と、さらにTOC濃度が約3.5mg/Lの低濃度有機性排水を、それぞれ、300L/hで混合し、900L/hの処理量で生物活性炭処理装置で生物活性炭処理工程を実施した。
このときの混合水のTOC濃度が約2.3mg/Lであった。
該生物活性炭処理装置としては、固定床下向流式Bio−ACカラム(500mmφ×3.8mH)、活性炭(430L、粒径1.3〜1.6mm 球状活性炭)を使用し、HRT=28.7分、900L/hでの処理条件で処理を行った。
生物活性炭処理における排水単位容積当たりの消費電力は0.2kWh/m3であった。この生物活性炭処理後の処理水のTOC濃度は約0.49mg/Lであった。
さらに、前記処理水を酸化分解装置へ導入した。酸化分解装置としては、1kWの高圧紫外線ランプ(東芝ライテック製)を使用した酸化槽300Lの紫外線酸化分解装置を使用して、HRT(水理学的滞留時間)20分、900L/hで前記RO処理水の酸化分解処理を行った。
尚、紫外線酸化分解装置に導入する前に、酸素消費量の4倍量の過酸化水素を添加した。
紫外線酸化分解処理における排水単位容積当たりの紫外線照射電力は1.1kWh/m3であった。
この後、回収した回収水のTOC濃度は約0.15mg/Lまで低下していた。
(実施例2)
実施例2として、図3のフローに示すように前記実施例1の装置の生物処理装置の処理能力が低下した場合について説明する。
すなわち、生物処理装置での処理後の処理水のTOC濃度は約10.1mg/Lであった。その後上記実施例と同様に、ろ過装置、逆浸透処理装置(RO装置)へ順次導入して得たRO処理水と、低濃度有機性排水およびイオン除去後の無機排水を実施例1と同様に生物活性炭処理装置で処理を行った。
生物活性炭処理における排水単位容積当たりの消費電力は0.2kWh/m3であった。この生物活性炭処理後の処理水のTOC濃度は約0.76mg/Lであった。
さらに、この生物活性炭処理装置で処理した処理水を前記実施例1と同様に紫外線酸化分解装置で処理した。
この時の紫外線酸化分解処理における排水単位容積当たりの紫外線照射電力は1.7 kWh/m3であり、回収した回収水のTOC濃度は前記実施例1と同程度の約0.15 mg/Lであった。
(比較例1)
次に、比較例1として、生物活性炭処理装置がない以外は、前記実施例1と同様の構成からなる排水処理装置で、前記実施例1と同様に排水処理を行った場合を、図4に示すようなフローで処理した。
すなわち、高濃度有機性排水は前記実施例と同様に生物処理装置、ろ過処理装置、逆浸透処理装置へ順次導入し、高濃度有機性排水のRO処理水を得た。
この時の生物処理後の処理水のTOC濃度は約1.1mg/Lであった。
一方、上記実施例と同様のイオン除去処理を行った無機排水(TOC濃度2.3mg/L)および低濃度有機性排水(TOC濃度3.5mg/L)を、前記RO処理水と、あわせてそれぞれ100L/hで混合し、300L/hの処理量で前記実施例1と同様の、紫外線酸化分解装置に導入した。
尚、紫外線処理装置に導入する前に、酸素消費量の4倍量の過酸化水素を添加した。
紫外線による酸化分解処理における排水単位容積当たりの紫外線照射電力は3.3kWh/m3であった。
この後、回収した回収水のTOC濃度は約0.25mg/Lであった。
(比較例2)
次に、比較例2として、前記比較例1と同様の構成からなる排水処理装置で、前記実施例2と同様に生物処理装置の処理能力が低下した場合を、図5に示すようなフローで処理した。
すなわち、生物処理装置での処理後の処理水のTOC濃度は約10.1mg/Lであった。その後上記実施例と同様に、ろ過装置、逆浸透処理装置(RO装置)へ順次導入して得たRO処理水と、低濃度有機性排水およびイオン除去後の無機排水を比較例1と同様に紫外線酸化分解装置で処理した。
この時の紫外線酸化分解処理における排水単位容積当たりの紫外線照射電力は5.5 kWh/m3であり、回収した回収水のTOC濃度は約0.25 mg/Lであった。
以上より、実施例は生物処理装置が正常の処理能力を有する場合でも、能力が低下した場合でも、いずれの場合においても低い消費電力でTOC濃度の低い回収水を得ることができた。
1:排水処理装置、
2:生物処理装置、
3:ろ過処理装置、
4:逆浸透処理装置、
5:生物活性炭処理装置、
6:紫外線処理装置、
7:回収槽

Claims (6)

  1. 有機性薬品を含有する有機性排水を微生物によって分解処理する生物処理工程と、該生物処理工程で処理された処理水を活性炭に担持された微生物によって処理する生物活性炭処理工程と、該生物活性炭処理工程で処理された処理水を物理化学的に酸化分解処理する酸化分解工程とを実施することを特徴とする排水処理方法。
  2. 前記有機性薬品を含有する有機性排水のうち、低濃度に有機性薬品を含有する低濃度有機性排水を、前記生物処理工程での処理を行なわずに前記生物活性炭処理工程で処理する請求項1に記載の排水処理方法。
  3. 前記酸化分解工程が紫外線照射及び/またはオゾンによって酸化分解を行う請求項1または請求項2に記載の排水処理方法。
  4. 有機性薬品を含有する有機性排水を微生物によって分解処理を行う生物処理装置と、
    微生物を担持した活性炭が充填された充填層を備え、該充填層に前記生物処理装置で処理された処理水を通水して処理する生物活性炭処理装置と、
    該生物活性炭処理装置で処理された処理水を物理化学的に酸化分解する酸化分解装置とを備えたことを特徴とする排水処理装置。
  5. 前記有機性薬品を含有する有機性排水のうち低濃度に有機性薬品を含有する低濃度有機性排水を前記生物処理装置を経ずに前記生物活性炭処理装置へ導入する導入路を備えた請求項4に記載の排水処理装置。
  6. 前記酸化分解装置が、紫外線照射装置及び/またはオゾン処理装置である請求項4または請求項5に記載の排水処理装置。
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