JP3142256B2

JP3142256B2 - 排水処理装置および排水処理方法

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Publication number: JP3142256B2
Application number: JP10065553A
Authority: JP
Inventors: 和幸山嵜
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH10244293A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、排水中のフッ素
および界面活性剤などの有機物や過酸化水素を効果的に
生物化学反応処理できる排水処理方法および排水処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の脱フロン時代に至って、フロン全
廃という時代のニーズに合わせて、特に半導体工場や液
晶工場では洗浄用フロンの代替として、各種の界面活性
剤、アルコール系有機溶剤,フッ素系溶剤などが使用さ
れている。また、工程の微細化の方向からも、上記界面
活性剤,有機溶剤などが使用されている。

【０００３】特に、超純水と界面活性剤の組み合わせに
よる洗浄は、その洗浄性及び部品ダメージ性から判断し
て、フロン全廃を実現するための重要な代替洗浄手段と
して期待されている。このため、時代とともに、半導体
工場や液晶工場においては、ウェハ製造プロセスで使用
するフッ素および界面活性剤を含んだ排水が増加しつつ
ある。

【０００４】一般論として、まず、フッ素については、
特に半導体工場の場合、フッ素含有排水におけるフッ素
濃度が３０〜３００ppm程度の場合が多い。そして、そ
のような濃度のフッ素を含む流入水は、消石灰, ポリ塩
化アルミニウム, 高分子凝集剤等の薬品を添加して、難
溶性のフッ化カルシウムやフッ化アルミニウムを生成さ
せ、さらに、上記フッ化カルシウムやフッ化アルミニウ
ムを、凝集剤によってより大きなフロックにし、この生
成したフロックを、その後、沈降分離させることによっ
て、排水処理する。

【０００５】一方、界面活性剤については、最近の半導
体工場及び液晶工場においては、微細化が更に進む予定
であるので、超純水による水洗浄では水の表面張力のた
め微細な部分に対しては洗浄が困難になる。このため、
超純水に界面活性剤やアルコール類等の有機物を混入さ
せて表面張力を小さくして微細な部分を洗浄する方法が
普及しつつある。しかし、それらの界面活性剤等は、物
質の分子式、構造式、発泡性および殺菌性などからし
て、微生物分解が困難な物質である。しかし、それにも
かかわらず、今後、半導体工場や液晶工場では微細化が
さらに進む予定であるので、この微細化に比例してフッ
素含有排水に界面活性剤等が多く含まれる傾向にある。
従って、上記フッ素の処理と同時に、上記界面活性剤を
主体にした有機物を含む排水を合理的かつ経済的に処理
することが必要となっている。

【０００６】また、一方で、フッ素を含む超純水も、ウ
ェハに対する洗浄効果があるので、今後も、半導体工場
や液晶工場の排水中にフッ素が含まれる傾向にあり、同
時に、半導体工場や液晶工場において使用される薬品の
中にも微細化対応として界面活性剤を多く含む傾向にあ
る。上記薬品の代表的な例として、界面活性剤入バッフ
ァード弗酸がある。

【０００７】従来、各種の産業施設や半導体工場および
液晶工場等から排出され、フッ素および界面活性剤を含
有した排水の処理方法としては、この排水中のフッ素に
対して大量の消石灰を加えて、難溶解性のフッ化カルシ
ウムを生成させ、上記フッ素を化学物理的に沈澱除去す
る一方、界面活性剤等の有機物に対しては、上記フッ素
処理後に、フッ素を処理する槽とは別の処理水槽内で、
リン酸や尿素などの栄養剤を添加しながら微生物学的
(生物学的)に処理するようにしたものがある。

【０００８】また、微生物による排水処理設備を保有し
ていない半導体工場や液体工場では、生産工程におい
て、できるだけ界面活性剤などの有機物を回収し、別の
場所に設置してあるタンクに貯留して、業者引き取りを
行い処理していた。

【０００９】また、従来、フッ素および界面活性剤を含
有する排水の処理装置としては、たとえば、図３の系統
図に示すようなものがある。図３は、微生物処理を含む
二段の凝集沈澱処理システムの系統図である。なお、図
２は、微生物処理を含まない二段の凝集沈澱システムで
ある。この図２に示すシステムは、図３に示したシステ
ムから、接触酸化槽２８を取り除いたシステムと同じで
ある。

【００１０】図２において、まず、排水は、原水槽１４
へ流入し、水量及び水質をある程度調整した後、ポンプ
９によって第１反応槽１５へ移送される。

【００１１】次に、消石灰が添加された第１反応槽１５
において、撹拌機１２によって、排水の撹拌反応処理を
行い、フッ化カルシウムにして、溶解しているフッ素を
反応させた後、アルミ剤が添加された第２反応槽１６に
移送され、撹拌反応処理を行い、未反応のフッ素を更に
フッ化アルミニウムとして、フッ素を反応処理する。ま
た、微細なフッ化カルシウムやフッ化アルミニウムのフ
ロックをアルミ剤が添加されることによって生成する水
酸化アルミニウムによって包み込む反応を行う。

【００１２】次に、第１凝集槽１７は、第１反応槽１５
での反応によって生じた微細なフッ化カルシウムのフロ
ック及び第２反応槽１６での反応によって生じた微細な
フッ化アルミニウムのフロックに高分子凝集剤を添加す
ることによって、より大きなフロックを形成させ、第１
沈殿槽１８によって、固液分離を行う。この際、第１沈
殿槽１８において固液分離されるフロック等のスラリー
の大部分は、過剰の消石灰による水酸化物であり、フッ
化カルシウムやフッ化アルミニウム等の反応物も含まれ
るが量としては少ない。

【００１３】次に、上記工程では、フッ素濃度を目的水
質である１５ppm以下にすることができないため、排水
を第３反応槽１９、第２凝集槽２０及び第２沈殿槽２１
へ順に移送し、排水のＰＨが放流基準の範囲にはいるよ
うに、ＰＨ調整槽２２を通した後、排水を放流する。

【００１４】また、第１沈殿槽１８及び第２沈殿槽２１
から集められたスラリーは、汚泥濃縮槽５で濃縮され、
脱水機６によって規定の含水率のケーキにまで脱水され
る。

【００１５】次に、図３に示すもう１つの従来例を説明
する。この排水処理装置において、フッ素及び界面活性
剤を含有した排水は、まず、原水槽１４へ流入する。原
水槽１４に流入したフッ素含有排水は水量および水質を
ある程度調整された後、原水槽ポンプ９によって第１反
応槽１５に移送される。その後、フッ素含有排水は、上
記第１反応槽１５において、消石灰を添加され、撹拌機
１２によって撹拌反応処理される。フッ素と消石灰中の
カルシウムと反応時間が短い場合、相当の消石灰が添加
される。また、フッ素含有排水のＰＨがかなり低い場
合、中和のために相当の消石灰が添加される。

【００１６】次に、上記排水は、さらに、第２反応槽１
６においてアルミ剤が添加され、第１反応槽１５での未
反応のフッ素がフッ化アルミニウムに反応処理される。

【００１７】次に、上記排水は、第１凝集槽１７におい
て、高分子凝集剤が添加されて反応し、第１反応槽１５
で反応し発生した微細なフッ化カルシウムおよび第２反
応槽１６で反応し発生した微細なフッ化アルミニウムの
フロックが、より大きなフロックに成長させられる。そ
して、上記排水は、第１沈澱槽１８で固液分離させられ
る。第１沈澱槽１８において固液分離されるフロックな
どの汚泥の大部分は、過剰の消石灰に由来する水酸化物
である。上記汚泥にはフッ化カルシウムやフッ化アルミ
ニウム等の反応物も含まれるが、量としては少なく大部
分は未反応の薬品に起因する汚泥である。

【００１８】次に、上記排水は、充填物２９が充填され
ている接触酸化槽２８に導入され、この槽２８に存在す
る好気性の微生物によって、界面活性剤が処理される。
上記充填物２９は、塩化ビニル製やプラスチック製の波
形の濾材である。

【００１９】しかし、この接触酸化槽２８では、微生物
にとって培養条件がよい栄養剤等を添加した場合でも、
界面活性剤がもつ分子式、構造式、殺菌性および発泡性
によって、界面活性剤を容易には微生物分解処理できな
い。そのため、処理水に発泡性が残り、この処理水の発
泡性をなくするために、新たに消泡剤等を添加する必要
があった。

【００２０】また、上記排水処理装置は、第１反応槽１
５から第１沈澱槽１８までの第一段の凝集沈澱設備での
処理だけでは、処理水のフッ素濃度を１５ppm以下の目
的水質まで下げることができないから、第３反応槽１
９、第２凝集槽２０および第２沈澱槽２１などで構成し
た二段目の凝集沈澱設備を有している。

【００２１】第３反応槽１９において、ポリ塩化アルミ
ニウム等の酸性薬品を使用したことに起因して、あるい
は、第３反応槽１９での反応時間が短いことに起因し
て、第２沈澱槽２１でのＰＨが放流基準の範囲に入らな
いことがあるので、上記二段目の凝集沈澱設備は中和槽
(ＰＨ調整槽)２２を備えている。尚、汚泥濃縮槽５は、
第１沈澱槽１８および第２沈澱槽２１からの汚泥を集め
て濃縮するための槽である。汚泥濃縮槽５で濃縮された
汚泥は脱水機６によって規定の含水率のケーキまで脱水
される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体工場
のフッ素含有排水におけるフッ素濃度は、３０〜３００
ppmの範囲で常に激しく変動するので、フッ素と消石灰
との反応においてフッ素に対する消石灰の必要量は、実
績としては化学反応理論量の３倍以上である。

【００２３】また、半導体工場におけるフッ素含有排水
は、酸を使用するウェハ製造プロセスの工程からの排水
であるので、一般にＰＨが低く約２〜３の範囲であるこ
とが多い。

【００２４】このため、上記半導体工場で発生する排水
は、フッ素を含み、かつ、pＨが低く、水質が変動する
排水であるので、フッ素処理および中和反応に要する上
記消石灰等の薬品の使用量も多い。この結果として、最
終的に排出される脱水ケーキ等の廃棄物の量が多量にな
り、処分コストのみならず将来の廃棄物処分場の確保に
も不安があるという問題がある。すなわち、脱水機６に
よって脱水された発生するケーキは多量であり、かつそ
れら多量の脱水ケーキは産業廃棄物として埋め立て処分
されているのである。つまり、半導体工場や液晶工場か
らはフッ素や界面活性剤等の有機物を含む排水が多量に
発生するため、それらの処理設備や処理水質のみならず
発生増大する廃棄物対策を含めて、検討課題となってい
るのである。そして、それら半導体工場や液晶工場から
発生する産業廃棄物は増加の一途をたどっており、処分
場の確保も含めて増大する廃棄物対策が早急に必要にな
っている。

【００２５】上記問題について、繰り返し、以下に細述
する。従来の消石灰などを添加してフッ素を処理する方
法は、フッ素含有排水のＰＨが低い上に、フッ素含有排
水のフッ素濃度が激しく変動するので、その中和反応に
要する消石灰の量を適正に制御して反応制御することが
困難である。従って、結果的に過剰の消石灰が必要であ
る。一般に、半導体工場の場合、実績としてフッ素量に
対して、前記したように化学反応理論量の３倍以上の消
石灰を添加していた。３倍以上の消石灰を添加するか
ら、未反応のカルシウムも多くなって、水酸化物等の汚
泥の発生量が多くなる。そして、上記汚泥をフィルター
プレスなどの脱水機によって脱水しても含水率が６５％
程度であるから、結果として脱水ケーキのボリュームが
多くなっていた。一方、消石灰の必要量が実績として、
理論量の３倍以上となる別の理由は、フッ素含有排水と
添加される消石灰との反応時間を一般的に３０分以内に
設計するので、過剰の消石灰を注入しないとフッ素の充
分な除去率が確保できず、一段目の凝集沈澱での目標値
(一般に２０〜３０ppm)まで達しないからである。逆
に、反応時間を充分とって設計した場合には、反応槽の
容量を３倍以上にしなければならなくなる上に、撹拌機
もより大きくしなければならないので、敷地面積および
建設のコストの点から判断しても、合理的ではなく、経
済的ではない。

【００２６】また、界面活性剤の処理については、特に
界面活性剤が微生物に対して殺菌性を有するので、界面
活性剤の微生物処理が難しいという技術上の問題があ
る。

【００２７】一方、処理水中のフッ素濃度に対する規制
も年々厳しくなり、最近の工場では行政基準を考慮した
フッ素の規制値が数ppmと一桁のケースが多いが、処理
水中のフッ素濃度を一桁に維持するためには、現実の実
装置では、アルミ剤をフッ素濃度に対して１０倍以上添
加しないと目的のフッ素濃度まで下げることができなか
った。また、図２に示したように、接触酸化槽２８を有
していない排水処理装置では、上記界面活性剤などの有
機物を含んだ排水を微生物処理できないので、特にＣＯ
Ｄを中心とした放流水質が悪化するという問題を抱えて
いる。

【００２８】これに対し、今日、排水の合理的かつ経済
的な処理および廃棄物の減量化は社会的ニーズであり、
かつ、地球環境を守る意味からもそれらは重要であり、
特に半導体工場や液晶工場からの処理水質の確実なる確
保と廃棄物の減量化は早急に解決すべき課題となってい
る。

【００２９】また、半導体工場や液晶工場等において
は、従業員が利用する食堂、風呂、トイレ等からの生活
排水が必ず存在し、それらの生活排水を処理するための
生活排水処理設備から、栄養バランスの良い生活系余剰
汚泥が発生し、この余剰汚泥は半導体工場や液晶工場で
は特に有効に再利用する方法はなく、費用を払って処分
していた。

【００３０】そこで、本発明の目的は、廃棄物が少なく
て、界面活性剤などの有機物を含んだ排水に対して処理
水質が優れていて、建設費が安価な合理的かつ経済的な
排水処理方法および排水処理装置を提供することにあ
る。また、本発明の目的は、フッ素及び界面活性剤含有
排水の処理コスト及び脱水ケーキの発生を低減し、か
つ、生活系余剰汚泥の処理をも行う手段を提供すること
にある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
の排水処理方法は、原水槽と、第一反応槽と、繊維状の
固定化担体が充填された第一無機汚泥生物汚泥固定化槽
と、第一沈澱槽と、繊維状の固定化担体が充填された第
二無機汚泥生物汚泥固定化槽と、第二沈澱槽とを有する
排水処理装置を用い、排水を、上記原水槽, 第一反応
槽, 第一無機汚泥生物汚泥固定化槽, 第一沈澱槽, 第二
無機汚泥生物汚泥固定化槽, 第二沈澱槽に順に流して排
水を処理する排水処理方法であって、上記第一沈澱槽か
ら、上記第一無機汚泥生物汚泥固定化槽に、アルミニウ
ムまたはカルシウムの少なくとも一方のバチラス・スブ
チリス・クボタ菌とを含む汚泥を返送し、上記第二沈澱
槽から、上記第二無機汚泥生物汚泥固定化槽に、アルミ
ニウムまたはカルシウムの少なくとも一方とバチラス・
スブチリス・クボタ菌とを含む汚泥を返送することを特
徴としている。

【００３２】また、請求項２に記載の発明の排水処理装
置は、原水槽と、第一反応槽と、第一沈澱槽と、第二沈
澱槽とを有し、排水を、上記原水槽, 第一反応槽, 第一
沈澱槽, 第二沈澱槽に順に流して排水を処理する排水処
理装置であって、繊維状の固定化担体が充填され、曝気
手段を備え、上記第一反応槽から排水を受けて第一沈澱
槽に送ると共に、上記第一沈澱槽から、アルミニウムま
たはカルシウムの少なくとも一方とバチラス・スブチリ
ス・クボタ菌とを含む汚泥が返送される第一無機汚泥生
物汚泥固定化槽と、繊維状の固定化担体が充填され、曝
気手段を備え、上記第一沈澱槽から排水を受けて第二沈
澱槽に送ると共に、上記第二沈澱槽から、アルミニウム
またはカルシウムの少なくとも一方とバチラス・スブチ
リス・クボタ菌とを含む汚泥が返送される第二無機汚泥
生物汚泥固定化槽とを備えたことを特徴としている。

【００３３】請求項１に記載の発明は、上記第一, 第二
沈澱槽から、上記第一, 第二無機汚泥生物汚泥固定化槽
に、アルミニウムまたはカルシウムの少なくとも一方と
バチラス・スブチリス・クボタ菌(以下ＢＳＫ菌と略
す。)とを含む汚泥を返送する。このため、上記第一,第
二無機汚泥生物汚泥固定化槽において、アルミ剤からの
水酸化アルミニウムまたは水酸化カルシウムの少なくと
も一方と、ＢＳＫ菌とが主体になっている新活性汚泥が
高濃度に維持される。したがって、本発明によれば、排
水中のフッ素および界面活性剤が効率よく同時に処理さ
れる。

【００３４】上記ＢＳＫ菌自体は自然界に存在する枯草
菌の一種であるが、ＢＳＫ菌のコロニーには粘着性があ
るので、その粘着性を巧みに活用して、上記第一,第二
無機汚泥生物汚泥固定化槽の汚泥濃度を高めて、排水処
理能力の向上を計っている。上記第一,第二無機汚泥生
物汚泥固定化槽に固定化された水酸化アルミニウムフロ
ックは、排水中の微細なフッ化カルシウムおよびフッ化
アルミニウムを効果的に吸着する。

【００３５】上記ＢＳＫ菌主体の新活性汚泥とアルミニ
ウム, カルシウムを含んだ返送汚泥の固定化のために固
定化担体の材料として塩化ビニリデンなどを選定するこ
とが望ましいが、固定化担体の材料として塩化ビニリデ
ンに限定はしない。要するに微生物とアルミニウムを含
んだ汚泥が固定化されやすいものならば、上記固定化担
体の材料を、特に限定しないということであるが、上記
固定化担体は、上記微生物汚泥と無機汚泥を高濃度に固
定化することが重要である。

【００３６】一般に、繊維状の固定化担体に、上記汚泥
に固定化されやすい。そして、上記したように、ＢＳＫ
菌を含む汚泥は、ＢＳＫ菌のコロニー(集合体)自体に粘
着力があるので、従来の活性汚泥と比較して、上記塩化
ビニリデン等で作製された固定化担体に固定されやす
い。すなわち、上記第一, 第二無機汚泥生物汚泥固定化
槽での汚泥濃度が高ければ高いほど、排水中のフッ素お
よび界面活性剤等の有機物の処理効果は上がる。当然の
ことながら、上記第一, 第二無機汚泥生物汚泥固定化槽
での汚泥濃度が高ければ微生物反応および接触吸着反応
効率も高い。そして、上記無機汚泥生物汚泥固定化槽で
の汚泥濃度が極限に達すると、その後は、上記塩化ビニ
リデンなどで作製した繊維状の固定化担体から上記汚泥
が自然に剥がれて、凝集反応後、沈澱槽で固液分離され
ることとなる。

【００３７】一般的には、生物汚泥の沈澱槽より無機汚
泥の沈澱槽のほうが、その処理水の水質的な安定性があ
ることは既知の事実である。これに対し、本発明は、Ｂ
ＳＫ菌とアルミニウム, カルシウムを含む汚泥を生成さ
せるので、無機汚泥と有機汚泥の両方の汚泥の長所を得
ることができるようにしている。つまり、本発明は、生
物汚泥の長所としての様々な界面活性剤などを含む有機
物全般に対する処理効果と、無機汚泥の長所としての沈
澱槽での処理水の安定化効果を巧みに組み合わせてい
る。また、カルシウムやアルミニウムを含む汚泥が、微
生物に悪影響を与えることは殆どなく、逆に、カルシウ
ムは微生物の繁殖化および安定化に好影響を与えるとも
言われている。

【００３８】また、従来、排水中のフッ素を数ppm以下
まで処理するには、図２,図３に示した第３反応槽１９
において、フッ素濃度の１０倍以上のアルミ剤を添加し
ないと処理できないから、廃棄物が多い。これに対し、
本発明によれば、アルミニウムを含む汚泥を固定化担体
に高濃度に固定化した第二無機汚泥生物汚泥固定化槽の
中を、低濃度フッ素を含む排水を通すので、フッ素とア
ルミニウムとの反応性が従来例と比べて向上する。この
ため、アルミ剤の添加量を従来例に比べて減少させるこ
とができ、廃棄物が減少するのである。上記第二無機汚
泥生物汚泥固定化槽内では、フッ化アルミニウムが生成
し、さらに、上記第二無機汚泥生物汚泥固定化槽内の水
酸化アルミニウム汚泥に、上記フッ化アルミニウムが凝
集して吸着する。そして、上記吸着後に、上記第二無機
汚泥生物汚泥固定化槽内の固定化担体から、上記フッ化
アルミニウムが吸着した水酸化アルミニウム汚泥が自然
剥離する。そして、次の第二凝集槽では、上記汚泥が凝
集し、上記沈澱槽で汚泥が沈降分離する。

【００３９】本発明によれば、非処理物であるフッ素が
凝集されるから、少量のアルミ剤の添加により、効果的
にフッ素が処理される。本発明によれば、従来法と比較
してアルミ剤の使用量の低減を図ることができる。な
お、微生物を多く繁殖させる必要がある場合は、生活系
の余剰汚泥をあらかじめ直接第２水槽に添加して、炭酸
カルシウム鉱物及び活性炭の表面に、それら生活系の余
剰汚泥に起因する微生物を固定化しておいてもよい。ま
た上記生活系の余剰汚泥を第２水槽に常時添加し続けて
も良い。そして、経験的なことであるが、排水を十分に
ばっ気した場合には、アルミ剤のフッ素処理効果を向上
させることができ、アルミ剤の添加量を削減できる。い
ずれにしても、本発明は、フッ素の処理に微生物を利用
している点が従来と基本的に異なる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。

【００４１】次に、図１に示した請求項２に記載の発明
の排水処理装置の実施の形態である半導体工場及び液晶
工場等の排水処理装置の系統図を参照しながら、請求項
１に記載の発明の排水処理方法の実施の形態を説明す
る。図１において、１０１は原水槽である。半導体工場
等から排出されたフッ素および界面活性剤含有排水は、
まず、原水槽１０１に流入する。この原水槽１０１で
は、フッ素含有排水の水量および水質がある程度調整さ
れる。このため、この原水槽１０１は、場合によっては
調整槽と呼ばれることもある。流入水質の変動によって
も異なるが、一般的には、原水槽１０１での滞留時間は
数時間以上が選択されている。半導体工場や液晶工場に
おいて、この原水槽１０１におけるフッ素濃度、界面活
性剤濃度およびＰＨを経時的に調査するとかなり変動す
ることが判明する。その理由は、上記工場の生産工程に
おいて生産装置の数が多く、それぞれの装置で使用して
いる薬品に使用後排水する時間時期が定まっていないか
らである。上記原水槽１０１によってある程度、水質お
よび水量が調整された排水は、原水槽ポンプ１０２によ
って、第一反応槽１０４に移送される。第一反応槽１０
４では消石灰が添加されて排水中のフッ素と消石灰のカ
ルシウムが反応してフッ化カルシウムを生成する。その
ときの反応時間は一般に１５分以上が選定されている。

【００４２】第一反応槽１０４では、排水中のフッ素と
消石灰のカルシウムによる反応によってフッ化カルシウ
ムが生成されるだけでなく、排水自体のＰＨが消石灰に
よって中和される。したがって、通常、上記第一反応槽
４での消石灰の添加量は、排水中のフッ素濃度および排
水のＰＨに基づいて制御されている。すなわち、上記消
石灰は、排水中のフッ素濃度の低減だけでなく、ＰＨが
酸性である排水の中和をも目的として、添加されてい
る。

【００４３】このように、排水の中和のために消石灰を
使用する場合には、図２や図３に示した従来例の第一反
応槽１５では消石灰の使用量が多くなり、その結果とし
て最終的に発生するスラッジも多くなる。

【００４４】しかし、この実施の形態では、第一沈澱槽
１１５からの未反応の消石灰を含んだ汚泥を第一沈澱槽
ポンプ１１７を介して第一反応槽１０４に返送している
ので、従来例に比べて、新しい消石灰の添加量は少なく
なる。この実施の形態では、第一反応槽１０４への汚泥
返送率は３０％以下が選定されている。第一沈澱槽１１
５からの返送汚泥のＰＨの測定値は、８〜９．５の範囲
であるが多いが、その程度のＰＨであっても排水の中和
には役立つ。たとえば、ＰＨ２〜３の排水に対して、Ｐ
Ｈ８〜９．５の返送汚泥を、排水量の３０％だけ添加す
ると、ＰＨはＰＨ３〜５となる。上記汚泥返送率は、図
１に示すバルブ１０５と１０６の開度によって調整され
る。

【００４５】上記第一反応槽１０４で、フッ素の前処理
がなされ、かつ、消石灰と返送汚泥により中和された排
水は、次に、第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７に導
入される。この第一無機汚泥生物汚泥固定化槽では、排
水中のフッ素の処理のみならず、排水中の界面活性剤の
処理が行われる。この第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１
０７には、アルミニウムとカルシウムを主体とした無機
汚泥と、ＢＳＫ菌主体の新活性汚泥である生物汚泥と
が、無機汚泥生物汚泥混合槽１２８から返送されるよう
になっている。上記第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０
７でのＭＬＳＳ濃度を、５０００ppm以上に維持して運
転すると、フッ素および界面活性剤などの有機物に対す
る処理効果をより向上させることができる。第一無機汚
泥生物汚泥固定化槽１０７における無機汚泥と生物汚泥
の割合は、流入してくるフッ素と界面活性剤などの有機
物それぞれの濃度によって決定すればよい。

【００４６】第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７およ
び第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２内に設置してい
る散気管１１２は、槽１０７,槽１２２内の溶存酸素
を、微生物が活発に繁殖できる最低濃度に維持するため
に設置してある。また、上記散気管１１２から吐出する
空気および撹拌機１０３によって、第一無機汚泥生物汚
泥固定化槽１０７における撹拌を充分強力に行って、フ
ッ素とカルシウムとの反応および、フッ素とアルミニウ
ムとの反応および、界面活性剤と微生物との反応などを
促進させる。この反応に必要な空気量は、槽１０７の容
量１Ｍ³当たり１日１５Ｍ³以上あれば充分である。この
ことは、第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２について
も同様である。一方、槽１０７,１２２内での排水の反
応時間、すなわち、滞留時間は、通常、約１５分から３
０分の範囲である。

【００４７】次に、処理水は第一凝集槽１０９に導入さ
れ、第一凝集槽１０９において、フッ化カルシウム、フ
ッ化アルミニウム、生物汚泥などが、高分子凝集剤によ
って凝集される。第一凝集槽１０９における高分子凝集
剤の添加量は、導入される排水に対して約１〜５ppmの
範囲に選定される。

【００４８】次に、処理水は、第一沈澱槽１１５に導入
される。この第一沈澱槽１１５の内部には、汚泥かき寄
せ機１１４が設置されている。この第一沈澱槽１１５
で、処理水が上澄液と汚泥に沈降分離される。

【００４９】そして、この沈降分離された汚泥は、第一
沈澱槽ポンプ１１７によって、上記第一反応槽１０４と
第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７と汚泥濃縮槽１２
９の内の少なくとも１つに移送される。移送する汚泥量
は、バルブ１１６,１１８,１０５,１０６によって調節
できる。上記汚泥濃縮槽１２９は、この排水処理設備か
ら汚泥を引き抜くための装置である。この移送つまり返
送において、試運転時には汚泥の１００％を第一反応槽
１０４または第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７に返
送する。そして、時間が経過して、第一無機汚泥生物汚
泥固定化槽１０７の汚泥濃度が５０００ppm以上に達し
た時点、もしくは未反応のアルミニウムやカルシウムが
なくなった時点で、汚泥を汚泥濃縮槽１２９に引き抜く
ことが必要となる。この実施の形態では、汚泥量の２０
〜４０％の範囲で、汚泥を汚泥濃縮槽１２９に引き抜く
ようになっている。これに対し、図２, 図３に示した従
来の排水処理設備では、第一沈澱槽から常に１００％の
汚泥を引き抜いていたのであるから、排水処理設備から
の最終的な廃棄物は、本発明の実施の形態に比べて多量
である。したがって、図１の請求項２の発明の実施の形
態の脱水機１３１は、従来の図８や図９に示した脱水機
６と比較して、５０％以下の処理能力で充分である。

【００５０】つぎに、処理水は、第一沈澱槽１１５から
第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２に導入される。こ
の第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２は、第一無機汚
泥生物汚泥固定化槽１０７と比較して、内部に固定した
無機汚泥の成分が異なる。即ち、第二無機汚泥生物汚泥
固定化槽１２２が内部に固定した無機汚泥の成分は、ほ
とんどがアルミニウムである。上記第二無機汚泥生物汚
泥固定化槽１２２における反応時間は、通常１５分〜３
０分の範囲である。上記第二無機汚泥生物汚泥固定化槽
１２２には、新しいポリ塩化アルミニウムや硫酸バンド
などのアルミ剤が添加されている。しかし、このアルミ
剤の添加量は、この実施の形態では、従来例と比較し
て、格段に減少している。その理由は、上記固定化槽１
２２内に充填した繊維状の塩化ビニリデン充填物１１３
に、未反応のアルミニウムをあらかじめ高濃度に固定化
させてアルミニウムの反応性を高め、それら未反応のア
ルミニウムを排水中のフッ素の処理に利用しているから
である。上記アルミニウムの固定化は、正確には、水酸
化アルミニウムの固定化である。この水酸化アルミニウ
ムの固定化材としては塩化ビニリデン充填材１１３が選
定されている。塩化ビニリデン充填材１１３は、繊維で
あり、強靭な放射状の輪状体であるので、表面積が広
い。したがって、塩化ビニリデン充填材１１３には、水
酸化アルミニウムが付着されやすく、固定化されやす
い。

【００５１】この実施の形態では、第二無機汚泥生物汚
泥固定化槽１２２において、上記水酸化アルミニウム
を、より効率的に多量に、塩化ビニリデン充填材１１３
に付着させて固定化させる目的で、上記第二無機汚泥生
物汚泥固定化槽１２２において、ＢＳＫ菌のコロニーが
持つ粘着性を巧みに利用して、新たな粘着性のある無機
汚泥生物汚泥を作製するようにしている。

【００５２】この実施の形態は、第二沈澱槽１２４から
の水酸化アルミニウム主体の汚泥を、第二沈澱槽ポンプ
１２１を介して無機汚泥生物汚泥混合槽１２８に導き、
上記水酸化アルミニウム主体の汚泥をＢＳＫ菌主体の新
活性汚泥と充分に空気撹拌し、その後、上記空気撹拌し
た汚泥を第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２に返送し
て、上記第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２におい
て、上記無機汚泥生物汚泥を生成させるようにしてい
る。

【００５３】上記無機汚泥生物汚泥混合槽１２８からの
粘着性のある新汚泥は、バルブ１１０と１１１の開度を
調節することによって、第一無機汚泥生物汚泥固定化槽
１０７または第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２への
導入量を制御される。この実施の形態において、原水槽
１０１での水質変動が激しい場合には、上記アルミニウ
ムを多量に含む汚泥を第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１
０７に導入すると、第一沈澱槽１１５でのフッ素の処理
水質が向上する。無機汚泥生物汚泥混合槽１２８での処
理水の滞留時間は、１０分以上あれば充分である。

【００５４】図１において、１２７は、ＢＳＫ菌培養槽
である。ＢＳＫ菌培養槽１２７には、ＢＳＫ菌の栄養源
として生活系の余剰汚泥が導入される。また、ＢＳＫ菌
培養槽１２７は、加温設備１２６を備え、この加温設備
１２６によってＢＳＫ菌培養槽１２７内の水温を、ＢＳ
Ｋ菌が繁殖しやすい温度まで高めるようにしている。ま
た、ＢＳＫ菌は好気性であるので、ブロワー１０８から
発生する空気を散気管１１２より吐出させてＢＳＫ菌培
養槽１２７内を好気状態に保つようにしている。このＢ
ＳＫ菌培養槽１２７から上記無機汚泥生物汚泥混合槽１
２８に、ＢＳＫ菌が導入される。

【００５５】また、図１において、１２３は第二凝集槽
である。処理水は、上記第二無機汚泥生物汚泥固定化槽
１２２から、上記第二凝集槽１２３に導入される。この
第二凝集槽１２３では、高分子凝集剤が数ppm添加さ
れ、第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２において剥離
した小さな汚泥などを凝集させる。この第二凝集槽１２
３での処理水の滞留時間は、約１５分程度に設定されて
いる。

【００５６】つぎに、処理水は、第二沈澱槽１２４に導
入される。第二沈澱槽１２４では、第二凝集槽１２３で
凝集処理された排水を、上澄液と沈澱物とに固液分離す
る。そして、第二沈澱槽１２４で固液分離された上澄液
としての処理水は、中和槽１２５でＰＨを確認され、上
記処理水のＰＨが、所定の範囲(例えばＰＨ５．８〜
８．６の範囲)に入っていない場合には、上記処理水は
上記中和槽１２５で中和され、その後、放流される。

【００５７】図１において、１３１は脱水機である。こ
の脱水機１３１には、汚泥濃縮槽１２９の汚泥かき寄せ
機１３０によって濃縮された汚泥が導入される。そし
て、上記脱水機１３１は、上記汚泥を目的の含水率まで
脱水する。一般的には、半導体工場や液晶工場では、上
記脱水機１３１として、たとえばフィルタープレスが選
定されて、上記汚泥を含水率６５％程度まで脱水処理す
るようになっている。

【００５８】上記実施の形態の排水処理方法および上記
実施の形態の排水処理装置によれば、原水槽１０１へ流
入する排水のフッ素濃度が、たとえば１２０ppmである
場合に、最終槽である中和槽１２５でのフッ素濃度は１
０ppm以下となる。また、界面活性剤などの有機物をＣ
ＯＤとして捕らえた場合に、原水槽１０１へ流入するＣ
ＯＤ２０ppmの排水は、中和槽１２５の出口ではＣＯＤ
８ppm以下まで処理される。

【００５９】ところで、図２,図３に示した従来の排水
処理系統図において、原水槽１４から第一反応槽１５に
流入してくるフッ素含有排水のフッ素濃度およびＰＨが
変動するので、消石灰の添加量の適正な制御が困難であ
り、結果として処理水質を確保するため過剰の消石灰を
添加していた。具体的には、フッ素に対して過剰の３倍
量の消石灰を添加していたので、最終的に未反応のカル
シウム汚泥が多く発生し、産業廃棄物としての脱水ケー
キの発生量が多かった。

【００６０】これに対して、この実施の形態は、返送汚
泥中の未反応のカルシウムやアルミニウムを第一, 第二
無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７,１２２に固定するこ
とによって、フッ素と、カルシウムやアルミニウムとの
反応性を向上させて、過剰な消石灰を削減して廃棄物の
減量化を実現した。

【００６１】本来、無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７と
１２２に充填してある塩化ビニリデン充填物１１３は、
繊維状態でかつ放射状の輪状体の充填物であるので、表
面積が大きくアルミニウムやカルシウムを含む返送汚泥
やＢＳＫ菌主体の生物汚泥が付着固定化し易い。更に、
ＢＳＫ菌のコロニーが有する粘着性によって、この実施
の形態では、第一,第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１０
７,１２２での汚泥濃度を５０００ppm以上にしている。
実験によれば、本実施の形態を連続運転していると、無
機汚泥生物汚泥固定化槽１０７と１２２の汚泥の６０％
以上が塩化ビニリデン充填物に付着固定化される。特
に、ＢＳＫ菌のコロニーは粘着性があるので、上記汚泥
を塩化ビニリデン充填物１１３に効果的に付着して固定
化できる。そして、その結果、無機汚泥生物汚泥固定化
槽１０７と１２２の汚泥濃度は高まる。

【００６２】試運転調整時においては、第一沈澱槽１１
５からの汚泥を第一沈澱槽ポンプ１１７を介して第一反
応槽１０４と第一無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７への
返送を汚泥返送率１００％で運転し、時間が経過して、
無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７での汚泥濃度が５００
０ppm以上になった時点で、汚泥返送率を下げて運転す
る。

【００６３】第一反応槽１０４と二段の無機汚泥生物汚
泥固定化槽１０７,１２２の組み合わせによるフッ素の
除去率は、全体のシステムで９０％以上が期待される。
また、界面活性剤などの有機物をＣＯＤとして捕らえた
場合、この有機物の除去率は６０％以上が期待できる。
当然のことながら、従来例の排水処理システムによる汚
泥発生量に比べて、本実施の形態の発生処理システムに
よる汚泥発生量は格段に少なく、本実施の形態は、従来
例と比較して、汚泥発生量が６０％以下である。その理
由は、従来の処理システムの場合、限られた反応時間内
に、消石灰、ポリ塩化アルミニウム、苛性ソーダ、高分
子凝集剤、および塩酸などの新品の薬品を多量に添加使
用するのに対して、本実施の形態では、未反応のそれら
薬品を返送して繰り返し使用して薬品の無駄のない使い
方をするからである。

【００６４】ところで、この実施の形態の排水処理装置
は、図３に示した従来の排水処理設備における第２反応
槽１６を、図１に示した第一無機汚泥生物汚泥固定化槽
１０７に改造し、かつ、図３の第３反応槽１９を、図１
に示した第二無機汚泥生物汚泥固定化槽１２２に改造
し、かつ、ＢＳＫ菌培養槽１２７と加温設備１２６を付
加し、一方で、図３における接触酸化槽２８を削除する
ことによって構築できる。

【００６５】つまり、この実施の形態の排水処理装置
は、既知の排水処理設備の一部を改造して、ＢＳＫ菌培
養槽１２７および無機汚泥生物汚泥混合槽１２８等の小
設備を付加すること等によって構築できる新たな無機汚
泥生物汚泥固定化槽１０７および１２２というバイオリ
アクターを有している。上記バイオリアクターは、フッ
素と界面活性剤等の有機物とを、同時に１つの槽で高度
処理できる。

【００６６】したがって、上記実施の形態の排水処理装
置によれば、従来の図３の排水処理設備における接触酸
化槽２８などの大設備が不要になる。

【００６７】また、この実施の形態の排水処理装置は、
もともと接触酸化槽を保有していない図２に示した従来
例に、生物処理機能を新たに保有させることによって、
構築できるので、この実施の形態の排水処理装置を新設
する場合に比べて、建設コストを低下できる。

【００６８】このように、この実施の形態によれば、半
導体工場等におけるフッ素および界面活性剤含有排水
を、既設排水処理設備の一部を改造して構築できる新た
な無機汚泥生物汚泥固定化槽１０７,１２２を巧みに活
用してフッ素および界面活性剤などの有機物が効率的に
反応処理でき、かつ、廃棄物量を極力減量化でき、か
つ、フッ素濃度を低下させて放流水を目的水質にするこ
とができる。

【００６９】フッ素および界面活性剤を含有する排水を
上記実施の形態によって処理した処理水は、使用薬品量
が少ない上に、微生物処理の工程を経ているので、環境
に与える影響も少なく、上記処理水でメダカなどの小魚
類を飼育することも可能である。したがって、上記実施
の形態は、地球環境を保全すべき時代にあって、省資
源、省エネルギーを達成でき、環境にやさしい排水処理
システムである。

【００７０】次に、上記実施の形態と従来例とを比較す
るための実験装置による実験結果を以下に示す。上記実
施の形態に対応する実験装置では、無機汚泥生物汚泥固
定化槽の容量を約２０リットルとした。また、図３に示
した生物処理を含む従来例に対応する実験装置では、第
２反応槽１６の容量を約２０リットル、接触酸化槽２８
の容量を約１００リットルとした。また、図２に示した
従来例では、第２反応槽１６の容量を約２０リットルと
した。

【００７１】１) フッ素および界面活性剤含有排水の原
水の水質ＰＨ２．２フッ素濃度１５２ppm ＣＯＤ２１ppm(様々な界面活性剤が混入さ
れているのでＣＯＤとして捕らえた。) ２) 図３に示した従来例に対応する実験装置による処理
水の水質 (接触酸化槽への栄養剤としてリン酸と尿素を添加し
た。) ＰＨ７．３フッ素濃度６．２ppm ＣＯＤ５．５ppm ３) 図２に示した従来例に対応する実験装置による処理
水の水質ＰＨ７．６フッ素濃度６．５ppm ＣＯＤ１８．７ppm ４) 上記実施の形態に対応する実験装置による処理水の
水質ＰＨ７．５フッ素濃度５．１ppm ＣＯＤ５．２ppm ５) 汚泥発生量上記実験において、汚泥発生量を測定したところ、上記
実施の形態の実験装置から発生する汚泥量は、上記図２
に示した従来例に対応する実験装置から発生する汚泥量
の約６０％以下であった。

【００７２】

【発明の効果】以上、詳細に説明した様に、請求項１お
よび２に記載の発明は、第一,第二無機汚泥生物汚泥固
定化槽に、アルミニウムまたはカルシウムの少なくとも
一方とＢＳＫ菌とを含む汚泥が返送されるから、上記汚
泥に含まれる薬品の利用率を向上でき、薬品費などのラ
ンニングコストの低減および排水処理施設から発生する
廃棄物を極めて少なくすることができる。しかも、上記
第一,第二無機汚泥生物汚泥固定化槽は、フッ素に対し
ての化学処理機能と界面活性剤に対しての微生物処理機
能の両方を無機汚泥と生物汚泥の固定化によって効果的
に兼ね備える。つまり、上記第一,第二無機汚泥生物汚
泥固定化槽は、高度に生物および化学処理できる画期的
なバイオリアクターとして働くから、化学的性質が全く
異なるフッ素と界面活性剤を含有する排水を目的水質ま
で処理することができる。

【００７３】つまり、請求項１および２に記載の発明に
よれば、消石灰等の薬品を多量に添加する上に、大容量
の単独微生物処理槽(接触曝気槽)を必要とする従来のフ
ッ素および界面活性剤含有排水の処理方法における多量
の廃棄物が発生する問題点を解決できる一大効果があ
る。

【００７４】また、請求項２に記載の発明の排水処理装
置は、既設の排水処理設備の一部を無機汚泥生物汚泥固
定化槽に改造するという小規模改造によって構築できる
ので、装置の新設に比べて、建設費を低く押さえること
ができる。また、本発明の排水処理装置は、栄養剤を添
加する大容量の単独微生物処理槽(接触曝気槽)を備える
必要がないので、建造費を安くできる。

【００７５】また、請求項２に記載の発明の排水処理装
置は、無機汚泥生物汚泥固定化槽において、フッ素の処
理に対しての化学処理機能と界面活性剤に対しての微生
物処理機能の両方を無機汚泥と生物汚泥の固定化によっ
て効果的に兼ね備える処理システムであるから、フッ素
含有排水中の界面活性剤等の有機物に対しても、新たに
栄養剤を添加する生物処理設備を計画することなく排水
処理できる効果もある。

【００７６】以上のように本発明は、地球環境を保全す
べき時代にあって、省資源、省エネルギー及び環境にや
さしい排水処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２に記載の発明の排水処理装置および
請求項１に記載の発明の排水処理方法の実施の形態を説
明する系統図である。

【図２】従来の排水処理装置及び排水処理方法を説明
する系統図である。

【図３】従来の生物処理手段を含む排水処理装置およ
び排水処理方法を説明する系統図である。

【符号の説明】

１０１…原水槽、１０２…原水槽ポンプ、１０３…撹拌
機、１０４…第１反応槽、１０５…バルブ、１０６…バ
ルブ、１０７…無機汚泥生物汚泥固定化槽、１０８…ブ
ロワー、１０９…第１凝集槽、１１０…バルブ、１１１
…バルブ、１１２…散気管、１１３…塩化ビニリデン等
の充填物、１１４…汚泥かき寄せ機、１１５…第１沈澱
槽、１１６…バルブ、１１７…第１沈澱槽ポンプ、１１
８…バルブ、１１９…バルブ、１２０…バルブ、１２１
…第２沈澱槽ポンプ、１２２…第２無機汚泥生物汚泥固
定化槽、１２３…第２凝集槽、１２４…第２沈澱槽、１
２５…中和槽、１２６…加温設備、１２７…ＢＳＫ菌培
養槽、１２８…無機汚泥生物汚泥混合槽、１２９…汚泥
濃縮槽、１３０…汚泥かき寄せ機、１３１…脱水機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平5−86996 (32)優先日平成５年４月14日(1993．4．14) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/02 - 3/12 C02F 3/34 C02F 1/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原水槽と、第一反応槽と、繊維状の固定
化担体が充填された第一無機汚泥生物汚泥固定化槽と、
第一沈澱槽と、繊維状の固定化担体が充填された第二無
機汚泥生物汚泥固定化槽と、第二沈澱槽とを有する排水
処理装置を用い、排水を、上記原水槽, 第一反応槽,第
一無機汚泥生物汚泥固定化槽, 第一沈澱槽、第二無機汚
泥生物汚泥固定化槽,第二沈澱槽に順に流して排水を処
理する排水処理方法であって、上記第一沈澱槽から、上記第一無機汚泥生物汚泥固定化
槽に、アルミニウムまたはカルシウムの少なくとも一方
とバチラス・スブチリス・クボタ菌とを含む汚泥を返送
し、上記第二沈澱槽から、上記第二無機汚泥生物汚泥固定化
槽に、アルミニウムまたはカルシウムの少なくとも一方
とバチラス・スブチリス・クボタ菌とを含む汚泥を返送
することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】原水槽と、第一反応槽と、第一沈澱槽
と、第二沈澱槽とを有し、排水を、上記原水槽, 第一反
応槽,第一沈澱槽,第二沈澱槽に順に流して排水を処理す
る排水処理装置において、繊維状の固定化担体が充填され、曝気手段を備え、上記
第一反応槽から排水を受けて第一沈澱槽に送ると共に、
上記第一沈澱槽から、アルミニウムまたはカルシウムの
少なくとも一方とバチラス・スブチリス・クボタ菌とを
含む汚泥が返送される第一無機汚泥生物汚泥固定化槽
と、繊維状の固定化担体が充填され、曝気手段を備え、上記
第一沈澱槽から排水を受けて第二沈澱槽に送るととも
に、上記第二沈澱槽から、アルミニウムまたはカルシウ
ムの少なくとも一方とバチラス・スブチリス・クボタ菌
とを含む汚泥が返送される第二無機汚泥生物汚泥固定化
槽とを備えたことを特徴とする排水処理装置。