JP2005169304A - 高濃度着色有機排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水について、廃棄物処理専門業者への液状廃棄物の処理委託をなくし廃棄物処理委託量を減少させ、公共用水域に放流または中水再利用ができるまで浄化し脱色する、経済的な排水処理方法を提供する。
【解決手段】染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水の処理方法において、前記有機系排水の生物処理を行なう工程と、前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する工程とを有することを特徴とする高濃度着色有機排水の処理方法、並びにそれに用いる装置。
【選択図】図１

Description

産業排水、特には、パソコン、デジカメ等のデータを出力するためのインクジェット方式プリンターで使用されるインクカートリッジ及びインクの製造工場等で発生するインク廃液等、染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水を、河川等公共用水域に放流ができるまで浄化し脱色し、排水処理する方法に関するものである。

上記インクには、染料または顔料の他、グリセリン、グリコール、多価アルコール等が高濃度で含有されており、インク等製造工場では黒く着色した高濃度有機性廃液が排出される。当初、このようなインク廃液等は産業廃棄物として液状のまま廃棄物処理専門業者に引取られ処理委託され焼却処理等おこなわれていた。近年の環境関係法規及び廃棄物関係法規の規制強化等により処理費用が上昇しており、そのため、インク廃液等の処理委託量を削減する方法が考案されてきた。たとえば、インク廃液等を逆浸透膜法や、あるいは、蒸発濃縮法により濃縮する方法などである。

蒸発濃縮法では、エチレングリコールを処理したものについて特開平4-313302号公報(特許文献１)及び特開平4-330903号公報(特許文献２)があり、アルコール系洗浄剤を処理したものについては特開平06-198101の実施例がある。

逆浸透膜で濃縮する方法では、染料を含む排水から染料を分離濃縮させる方法が特開2003-155656号公報(特許文献４)で示されている。

しかしながら、インク廃液を逆浸透膜法や蒸発濃縮法により濃縮する方法などでは液状の産業廃棄物の処理委託は完全にはなくならず、逆浸透膜法ではインク廃液の１/３程度の濃縮液がまた蒸発濃縮法でも１/20程度の濃縮液が液状廃棄物として排出される。また、逆浸透膜法では逆浸透膜モジュールの定期的な交換により大きな費用がかかり、蒸発濃縮装法では蒸気等熱エネルギー使用のコストがかかるため共にコスト削減の効果が小さい。

また、逆浸透膜で濃縮する方法では透過水、濃縮蒸留装置からは蒸留水が発生し、この透過水または蒸留水にはほとんど着色していないが、アルコール類がほぼ単独成分で高濃度に含有した有機性排水であり河川等公共用水域に直接放流できない。この透過水および蒸留水は生物処理が困難であり、別の排水と混合し低負荷で生物処理をおこなうか終末処理場のある公共下水道に放流する等の処置対策が必要である。このことは、大規模の生物処理施設が設置可能であるか公共下水道に受け入れ可能な地域にしかインク廃液生産工場を立地できないということであり、結果的にコスト削減には結びつかない場合がある。
特開平4-313302号公報 特開平4-330903号公報 特開平06-198101号公報 特開2003-155656号公報

上記状況に鑑み、本発明では、染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水について、廃棄物処理専門業者への液状廃棄物の処理委託をなくし廃棄物処理委託量を減少させ、公共用水域に放流または中水再利用ができるまで浄化し脱色する、経済的な排水処理方法を提供することを課題とする。

すなわち、本発明は、
染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水の処理方法において、
前記有機系排水の生物処理を行なう工程と、
前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する工程と
を有することを特徴とする高濃度着色有機排水の処理方法に関する。

また、本発明は、
染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水を処理するための装置において、
前記有機系排水の生物処理を行なう手段と、
前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する手段と
を有することを特徴とする高濃度着色有機排水の処理装置に関する。

[作用]
一般的に、有機性排水の経済的な排水処理方法としては好気性生物処理法が有力である。従来の技術のうち逆浸透膜からの透過水または蒸留濃縮装置からの蒸留水はアルコール類が高濃度でほぼ単独にあるため生物処理が困難である。しかしながら、インクにはアルコール類の他グリセリン、グリコールを適当な比率で含んでいるため、同程度の濃度に調整した場合、むしろインク廃液のほうがその透過水または蒸留水よりも生物分解しやすい。

染料の脱色についてはオゾン処理がより効果をあげられるが、インクをオゾンにより直接分解法した場合オゾンの消費量が多く有機物はほとんど完全には分解しない。この理由として、インク廃液等ではグリセリンやグリコール、アルコール等の有機物や顔料がオゾンを消費することにより染料の酸化にまで十分なオゾンが供給されないため、染料単独のオゾン処理に比べて結果としてオゾンが増大するものと考えられる。

すなわち、インク廃液等は逆浸透膜または蒸留濃縮装置によりアルコール類だけを分離して生物処理により処理するのではなく、グリセリンやグリコールを分離せずに生物処理する事でより容易な処理が可能となる。また、生物処理の過程では顔料は汚泥に吸着除去される。

ところで、オゾン処理ではあらかじめインク廃液等のグリセリンやグリコール、アルコールといった有機物および顔料が除かれていれば、少量のオゾンを添加するだけで脱色処理できる。

すなわち、ここに、染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水について、前記有機系排水の生物処理をおこない、前記生物処理の処理水に少量のオゾンを加え経済的に脱色処理する方法を発明するに至った。

この方法では、生物処理により染料も部分的に酸化されるため、脱色に必要なオゾン消費量はより少なくなる効果もある。

活性汚泥法をはじめ生物処理では、余剰汚泥がでる。これは液状廃棄物ではないものの産業廃棄物として廃棄物処理専門業者への処理委託が必要である。汚泥は濃縮と脱水といった一般的な手法によって大幅な減量をはかることできるため液状廃棄物よりその扱いはかなり有利であるが、生物処理の方法や物理化学処理の組合せで汚泥そのものの発生量を大幅に少なくすることも可能である。

系外への余剰汚泥の排出量を抑制できるようにする方法のひとつとしてオゾンを併用した汚泥処理技術がある。この方法によればオゾンによる脱色効果も期待できる。すなわち生物処理後の処理水をオゾン脱色処理し、残オゾンのあるオゾン処理水と余剰汚泥を混合し余剰汚泥中の微生物細胞膜を破壊したのちこれを生物処理に戻し分解する方法である。この方法だとオゾンによりインク廃液の脱色と汚泥の減少がおこなえ、ＣＯＤのさらなる処理も期待できる。

また、生物処理のうちバチルス属細菌主体の活性汚泥法は、高濃度有機性排水を効率的に処理し余剰汚泥の発生が少ないことが知られている。バチルス属細菌は内生胞子形成菌であるがバチルス属細菌が生成する酵素の有機物分解能力が高いため高濃度有機性排水処理に利用されており、その高い分解性から余剰汚泥の発生は大幅に低減することが期待できる。

有機系排水処理に有効な微生物の一つであるバチルス属細菌は一般の活性汚泥中でも少数存在するが菌体濃度が薄い。しかし本発明で採用する方法のように、高濃度の有機系排水を基質にして大量のシリカまたはマグネシウムを与えると、細胞の解体と胞子化が促進され増殖し活性化することが知られている。

本発明では、インク廃液のような高濃度有機性の産業排水、言い換えれば人工的な化学物質の排水に対してバチルス属細菌主体の活性汚泥法を応用したことを試みたものであり、産業排水といえども高濃度有機性排水であれば効率的な処理が可能であり、産業排水についても活性汚泥をバチルス属細菌主体のものにつくりかえることできる。

本発明では、その生物処理についてバチルス属細菌を主体とした活性汚泥法とする方法とした場合、オゾン処理部との組合せによって脱色、高濃度有機物の分解が促進される。

本発明によれば、染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水について浄化し脱色することができ、液状廃棄物の発生がなく河川等公共用水域に放流可能または中水として再利用可能であり、オゾン使用量が少なく省エネルギーでありこれを経済的におこなえることになる。

本発明において生物処理とは、好気性微生物による有機物の酸化分解を主な反応とする方法で、一般的な活性汚泥処理でよく、循環式硝化脱窒法、嫌気好気活性汚泥法、回分式活性汚泥法その他の活性汚泥法変法を含む。また、生物膜法でもかまわない。

そのなかでも、バチルス属細菌を主体にした活性汚泥法が望ましい。

生物処理の後段では固液分離手段を用いてその処理水と汚泥を分離するが、固液分離手段としては、沈殿池、加圧浮上法、膜分離法のいずれであってもよく、膜分離はマイクロフィルター、限外ろ過膜のいずれであってもよい。

オゾン処理に用いるオゾンの発生は、放電法、電解法のいずれでもよい。発生したオゾンガスの液への溶解方法は、対象液を密閉状態で循環させ、エゼクターでオゾンガスを吸引し溶解させる方法でも、オゾンガスを曝気する方法でもよいが、エゼクターでオゾンガスを吸引し溶解させる方法が望ましい。

さて、顔料は生物処理の過程で汚泥に吸着され、一部は長時間にわたり生物分解を受け、一部は余剰汚泥として排出される。余剰汚泥の発生をおさえた活性汚泥法を採用した場合、また、顔料濃度が高く生物分解よりも早く汚泥に蓄積していった場合には、生物処理の効率を悪化させる。

生物処理の効率をあげるためには、あらかじめ顔料だけは除去しておいたほうがよい。その場合、あらかじめ限外ろ過膜または精密ろ過膜によって顔料を分離した高濃度有機系排水について、前記有機系排水の生物処理をおこない、前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する方法が考えられる。ただし、限外ろ過膜または精密ろ過膜の前処理では僅かとはいえ顔料を含んだ液状廃棄物が発生する。生物処理の効率をとるか液状廃棄物の発生を許すかはトレードオフの問題でありケースにより決定する。

図１は本発明の高濃度有機排水の処理方法を実施するに好適な高濃度有機排水の処理装置の一例を示すフロー図である。ただし、本発明の方法を実現する装置は必ずしもこの形によるとは限らない。

図１において、染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水を原水１として、原水ポンプ２と原水移送配管３により曝気槽４に導入される。

曝気槽４は散気装置５を備え、好気性微生物からなる活性汚泥６の混合液で満たされている。散気装置５はブロワ７とエアー配管８で結ばれ、ブロワ７より送られた空気を曝気槽４内に吹き込むことで活性汚泥６と原水１を混合し活性汚泥６に酸素を供給する。ここで原水１は好気性微生物の活動によって浄化され活性汚泥６との混合液のまま連絡配管９により沈殿池10に導かれる。沈殿池10では比重差により上澄み液11と沈殿した汚泥12に分離される。

沈殿池10はからエアリフトポンプ13により汚泥12が引き抜かれ汚泥移送配管14により曝気槽４へ返流する。汚泥12の一部はこの段階でこの装置の系外へ出されて濃縮槽や脱水機等を用いた汚泥処理がおこなわれる場合もある。その他の汚泥12は曝気槽４内で再び活性汚泥６となる。沈殿池10により分離した上澄み液11は上澄み液移送配管15により中間槽16に送られここで一時貯留される。

密閉されたオゾン反応槽17と循環ポンプ18は吸引側循環配管20によって連結しており、循環ポンプ18とオゾンガス吸引混合溶解装置(エゼクター)19は吐出側循環配管21によって連結し、吐出側循環配管21はそのままオゾン反応槽17に戻っている。オゾン反応槽入口弁22は吸い込み側循環配管20を分岐した位置に設置し、オゾン反応槽出口弁23は処理水配管26を分岐した位置に設置する。

通常はオゾン反応槽入口弁22およびオゾン反応槽出口弁23は閉められた状態とする。

まず、オゾン反応槽17を上澄み液11で満たした後、循環ポンプ18を作動させ、オゾン発生機24を作動させ発生したオゾンガスはオゾンガス配管25をとおってオゾンガス吸引混合溶解装置(エゼクター)19から負圧により吸引され上澄み液11と混合する。オゾン反応槽17の内部では上澄み液11の染料等がオゾンにより酸化分解し脱色がはじまる。また速やかに循環ポンプ18に吸引され、オゾンガス吸引混合溶解装置(エゼクター)19から負圧により吸引されたオゾンと再び混合しオゾン反応槽17に導かれる。この循環を繰り返すことで、オゾン反応槽17内の上澄み液11は連続的にオゾンと混合し繰り返し反応することで脱色される。

処理水27はオゾン反応槽出口弁23を開放することで排出される。循環ポンプ18が作動できる最低水位まで処理水27を排出した後、オゾン反応槽出口弁23を再び閉じてからオゾン反応槽入口弁22を開けると、上澄み液11が中間槽16から循環ポンプ18に吸引され再びオゾン反応槽17を満たす。その後、同様にオゾン処理をおこなうことで再び上澄み液11の染料等がオゾンにより酸化分解し脱色され、これを繰り返すこととなる。

未反応のオゾンを含む排ガス28は、排ガス処理装置29により除害されたのち排気30となる。

[実施例１]
高濃度有機性排水としてのインク廃液は表１の水質であり、これを図１の装置により原水１として1.0ｍ³/日の流量で処理した。

好気性生物処理として、曝気槽４の容量を3.0ｍ³としてバチルス属細菌主体の活性汚泥法で処理した。この活性汚泥はインク廃液のほか、適量の窒素、りんの他、シリカ粉末を１日あたり30g/L投入し、３ヶ月間この条件で馴致したものである。ここで使用したシリカ粉末は芙蓉パーライト株式会社製の商品名バチルアップであるが、別に調合したシリカ粉末等でもシリカ成分を溶出する鉱物等でもかまわない。

固液分離装置である沈殿池10は1.0ｍ³、水面積負荷1.0ｍ³/ｍ²/日のものを使用した。沈殿池からエアリフトポンプにより汚泥が引き抜かれ前記曝気槽へ流入させ汚泥が循環するようにしてある。

沈殿池の上澄み11は中間槽16に一時溜め置いた後、オゾン反応装置へ送られる。

オゾン反応装置は、密閉されたオゾン反応槽17を1.0ｍ³とし、循環ポンプとエゼクターを取り付けたものを基本構成としており、前記上澄み液はまず密閉タンクに溜められた後、循環ポンプによってエゼクターと密閉タンクの中を循環する。その際、オゾン発生装置でつくられたオゾンガスがエゼクターで吸引され循環によって前記上澄み液に混合溶解する。前記上澄み液中の染料成分はこの時オゾンによって脱色される。

このときのオゾン使用量は、20gであった。

脱色された液体は、循環ポンプ吐出側につけたバルブをあけることにより処理水槽へ導かれ、pＨ処理した後河川等に放流がなされる。また、その後に循環ポンプ吸い込み側につけたバルブをあけることでにより、中間槽の上澄み液を流入させる。

本実施例で採用した高濃度有機性排水の水質と、生物処理部の処理水、オゾン処理部の処理水水質を表１に示す。

吸光度は波長により156から711であったものが、0.012から0.205まで落ちており、処理水は透明で色を認めることがない程度まで処理できている。また、有機物濃度についてはＢＯＤ3500ｍg/Lのものが20ｍg/Lまで処理でき、ＣＯＤ4400ｍg/Lのものが65ｍg/Lまで処理できた。これは通常の河川等への放流では問題ないレベルであり十分に浄化されたものと考えられる。また、この処理水を原水にして中水利用等を検討できるレベルでもある。

ここで、排水の着色程度を評価する方法は吸光度によるものとし、測定波長域を380nｍから660nｍでセル長50ｍｍ換算値を用いた。セル長50ｍｍ換算値は以下の式のとおりである。

セル長50ｍｍ換算値＝吸光度測定値×希釈倍率×50ｍｍ/測定で使用したセル長(ｍｍ)。

[比較例]
比較例として、上記実施例１とおなじインク廃液を蒸留水で３倍に希釈し、直接、オゾン単独で処理した場合の例を表２に示す。

吸光度は波長により、0.023から1.707までは落ちており、この程度でも処理水は透明で色を認めることがなかった。しかし、有機物濃度についてはＢＯＤが1180ｍg/Lに、ＣＯＤは1350ｍg/Lになったが、これはインク排水を３倍希釈したものにオゾン処理したものであるから、ほとんど処理されていないことになる。オゾンの使用量は360gであり、上記実施例の18倍ものオゾンを必要とした。また、処理水のpＨも上記実施例よりかなり低く、3.2まで低下していた。

本発明の高濃度有機排水の処理方法を実施するに好適な高濃度有機排水の処理装置の一例を示すフロー図である。 比較例として実施したオゾン装置を示すフロー図である。

符号の説明

１ 原水
２ 原水ポンプ
３ 原水移送配管
４ 曝気槽
５ 散気装置(管)
６ 活性汚泥
７ ブロワ
８ エアー配管
９ 連絡配管
10 沈殿池(槽)
11 上澄み液
12 汚泥
13 エアリフトポンプ
14 汚泥移送配管
15 上澄み液移送配管
16 中間槽
17 オゾン反応槽
18 循環ポンプ
19 オゾンガス吸引混合溶解装置(エゼクター)
20 吸い込み側循環配管
21 吐出側循環配管
22 オゾン反応槽入口弁
23 オゾン反応槽出口弁
24 オゾン発生機
25 オゾンガス配管
26 処理水配管
27 処理水
28 排ガス
29 排ガス処理装置
30 排気

Claims (17)

1. 染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水の処理方法において、
   前記有機系排水の生物処理を行なう工程と、
   前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する工程と
   を有することを特徴とする高濃度着色有機排水の処理方法。
2. 前記生物処理が、バチルス属細菌を主体とした活性汚泥法である請求項１に記載の処理方法。
3. 前記活性汚泥があらかじめ被処理高濃度有機系排水に含まれる汚染成分と同種の有機物により馴致培養されたものである請求項２に記載の処理方法。
4. 前記オゾンを加え脱色処理する工程において、オゾンの添加がエゼクターによるオゾンの溶解により行なわれる請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法。
5. 前記生物処理工程の後段に処理水と汚泥を分離する固液分離手段が設けられており、該固液分離手段が沈殿池、加圧浮上法および膜分離法のいずれかである請求項１〜４のいずれかに記載の処理方法。
6. 前記固液分離手段がマイクロフィルターまたは限外ろ過膜を用いた膜分離法である請求項５に記載の処理方法。
7. 前記生物処理工程の前にあらかじめ限外ろ過膜または精密ろ過膜により顔料を除去する工程を有する請求項１〜６のいずれかに記載の処理方法。
8. 前記オゾンを加え脱色処理する工程で発生した排ガス中のオゾンを除害してから排気する請求項１〜７のいずれかに記載の処理方法。
9. 染料または顔料の少なくともいずれか一方を含み着色している高濃度有機系排水を処理するための装置において、
   前記有機系排水の生物処理を行なう手段と、
   前記生物処理の処理水にオゾンを加え脱色処理する手段と
   を有することを特徴とする高濃度着色有機排水の処理装置。
10. 前記生物処理手段が、
    曝気層と、該曝気層に設けられた散気手段と、該曝気層中に充填され前記有機系排水を分解する能力を有する活性汚泥とを有する請求項９に記載の処理装置。
11. 前記活性汚泥がバチルス属細菌を主体としたものである請求項10に記載の処理装置。
12. 前記活性汚泥があらかじめ被処理高濃度有機系排水に含まれる汚染成分と同種の有機物により馴致培養されたものである請求項11に記載の処理装置。
13. 前記オゾンを加え脱色処理する手段において、オゾンの添加手段がオゾンを溶解させるエゼクターである請求項９〜12のいずれかに記載の処理装置。
14. 前記生物処理手段の後段に処理水と汚泥を分離する固液分離手段を有し、該固液分離手段が沈殿池、加圧浮上装置および膜分離装置のいずれかである請求項９〜13のいずれかに記載の処理装置。
15. 前記固液分離手段がマイクロフィルターまたは限外ろ過膜を有する膜分離装置である請求項14に記載の処理装置。
16. 前記生物処理手段の前にあらかじめ限外ろ過膜または精密ろ過膜により顔料を除去する手段を有する請求項９〜15のいずれかに記載の処理装置。
17. 前記オゾンを加え脱色処理する手段で発生した排ガス中のオゾンを除害する排ガス処理装置を有する請求項９〜16のいずれかに記載の処理装置。

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