JP3765737B2 - 排水の処理方法とその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水の処理方法とその装置、さらに詳しくは、ジメチルスルホキシド(DMSO)のような有機硫黄化合物を含有する排水を、生物学的に分解処理する処理方法と、そのような分解処理を行う装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年においては、電子工業分野において剥離、洗浄剤としてDMSOが使用されるようになっている。このため、DMSOの分解処理をすることが要請され、その要請のために、たとえば特許第2769973 号のようなDMSOの生物処理方法が本件特許出願人によって開発されている。
【0003】
そして、有機化合物を含有する排水の生物処理方法としては、一般に、流動床式生物処理方法、固定床式生物処理方法が採用されている。
【0004】
流動床式の生物処理方法は、反応槽内に菌体を保持するための生物付着流動担体を充填して処理を行うものであるが、余剰の菌体は処理水とともに懸濁物質として排出されるため、処理水中の懸濁物質を除去する装置が大きくなってしまうという一般的な問題点がある。
【0005】
さらに、排水に含有される有機化合物がDMSOである場合、そのDMSO自体は浸透性が高く、剥離剤として機能するものであるため、このような排水を流動床式の生物処理で処理すると、流動担体が絶えず流動しているので、結果的に剥離剤で流動担体を洗浄しているのと同じ状態となり、他の有機性排水を処理する場合と比較して菌体が剥離し易いという、DMSO含有排水を処理する場合の固有の問題点があった。
【0006】
一方、DMSOのような有機硫黄化合物を含有する排水を固定床式の生物処理で処理すると、有機硫黄化合物が含有されている故に、処理(分解)が進むに伴い硫酸が生成し、pHが低くなる。
【0007】
また、固定床式の場合、栓流であり、排水流入部から順次処理が進むに伴いpHが下がることとなる。
【0008】
このため、有機硫黄化合物を含有する排水を処理する場合は、たとえ排水流入部のpHを生物処理に適したpHに調整しても、処理が進むに伴いpHが下がり、pHが装置内で不均一となり、その結果、生物処理にとって最適条件ではなくなってしまい、結果として高い処理能力を持たすことができない。
【0009】
また、処理能力が十分でない結果、有機硫黄化合物の分解が不十分となり、臭気が発生するという問題点がある。
【0010】
上記のようなpHの低下に対しては、上記特許第2769973 号の発明では、処理水の一部を循環することによりpHの安定を図っているが、その循環を行うための設備が必要となる。
【0011】
いずれにしても、このような流動床式と固定床式との双方の問題点は、上記特許第2769973 号の発明といえども解決することができない。
【0012】
本発明は、このような処理水の一部を循環する等の設備を不要とし、しかも上記のような従来の流動床式生物処理方法、固定床式生物処理方法を採用した場合の問題点を同時に解決し、これら従来の方法では得られないほどの優れた処理効率を得ることができる有機硫黄化合物含有排水の処理方法と装置を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために、排水の処理方法とその装置としてなされたもので、排水の処理方法としての特徴は、生物付着固定担体を充填した固定床2と、生物付着流動担体を流動させる流動床3とを具備する装置本体1内に、有機硫黄化合物含有排水を通水し、通水された有機硫黄化合物含有排水を流動床3で処理し、その流動床処理水を固定床2で処理することである。
【0014】
また、排水の処理装置としての特徴は、有機硫黄化合物含有排水を通水する装置本体1内に、生物付着固定担体を充填した固定床2と、生物付着流動担体を流動させる流動床3とが具備され、且つ該固定床2と流動床3とは、前記有機硫黄化合物含有排水が流動床3側から固定床2側に向かって通水されるようにそれぞれ配置されてなることである。
【0015】
本発明においては、有機硫黄化合物含有排水が流動床3側から固定床2側に向かって通水されるように、固定床2と流動床3とがそれぞれ配置されているため、流動担体で増殖し剥離した菌体は、固定床2の部分で捕捉されることとなる。
【0016】
また、流動床3では流動担体が絶えず流動しているので、酸素及び被処理水との接触効率が高く、菌体の増殖が早いため、流動担体表面への菌体の付着が速やかになされるとともに、余剰の菌体が流動担体から剥離し、その剥離した菌体が絶えず固定床2に供給されることとなり、結果的に固定床担体の菌体保持量が増え、全体としての処理能力が向上することとなる。
【0017】
本発明においては、固定床2の上部に流動床3が配置され、有機硫黄化合物含有排水が下向流で通水される。
【0018】
固定床2の上部に流動床3を設けることで、固定床2の固定担体の表面に菌体や原水中の懸濁物質が積層しても、固定床2の上部の流動担体が固定担体表面に積層した菌体や懸濁物質を剥離することとなり、その結果、固定担体表面に菌体が積層するのが防止されることとなり、濾過抵抗の上昇を防止できる。
【0019】
このような固定床2の表面に菌体や懸濁物質が積層しないので、流動担体で増殖し剥離した菌体が固定床2の内部まで進入し易くなり、結果的に固定床2での菌体保持量が増加して処理能力も向上することとなるのである。
【0020】
尚、固定床の上部にある流動床の部分でも、有機硫黄化合物の一部が分解され、硫酸が生成される。
【0021】
このとき、流動床の部分にアルカリを注入し、生物処理に適したpHに調整を行えば、固定床単独の場合と比較すると、固定床の内部のpHの低下が抑制されるので、処理水の循環を行わなくともpHは安定し、固定床の内部で菌体が増殖し易い条件となり、高い処理能力を有することとなる。
【0022】
また、処理装置が複数ある場合には、装置に流入する前の排水にアルカリ剤を注入し、流動床のpHが適正となるようにしてもよい。このとき、流動床のpHを検知してアルカリ量を調整することがより好ましい。
【0023】
また、有機硫黄化合物が好適に分解されるので、臭気の発生も生じない。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、まず、有機硫黄化合物の一例としてのDMSOを含有する排水の処理装置の構成を図面に従って説明する。
【0025】
図1において、1は排水処理装置の装置本体で、その内部は固定床2と、該固定床2の上部の流動床3とからなる。
【0026】
流動床3の部分には、pH計12及びpH調整用ポンプ13が設けられている。
【0027】
6は、逆洗排水のトラフ(集水路)であり、逆洗時には水頭が装置上部4まで上がり、トラフ6へ逆洗排水が流入する。
【0028】
5は、前記装置上部4からの逆洗排水中の流動担体の流出を阻止する担体流出阻止手段としての流出阻止壁で、逆洗水を集水するトラフ6に取り付けられている。
【0029】
この流出阻止壁5は、金網やパンチングメタル、スリット等で構成されている。この部分の開口寸法は10mm未満に形成されている。
【0030】
7は、散気及び逆洗のための空気を送り込むための空気配管で、固定床部2の下部に配設されている。
【0031】
流動担体及び固定担体の充填量は、流動担体:固定担体の容量比で1:20〜20:1であることが好ましく、特に9:1〜1:9であることが好ましい。
【0032】
流動担体8は、図2(イ),(ハ)に示すように、正面側は、略十字状の中央部9の周囲に円弧状の周辺部10が連設され、その周辺部10の周囲に複数(本実施形態では8本)のフィン11が等角間隔に突設された形状からなり、側面側は、図2(ロ)に示すように略長方形状に形成されている。この流動担体8の比重は0.90〜1.20であり、側面視における長さは10mmである。
【0033】
流動担体8をこのような中央部9、周辺部10、フィン11からなる形状に形成すると、流動担体8の全体の表面積が大きくなるので、微生物が付着しやすくなる。
【0034】
また、流動担体8の材質としてはポリプロピレン、ポリエチレン等の通常の合成樹脂から任意に選択することができる。
【0035】
さらに、固定担体は、多孔質のセラミック製のもので、全体が球状に形成されている。固定担体の粒径は、5〜10mmに形成されている。
【0036】
そして、このような構成からなるDMSO含有排水の処理方法の実施形態について説明すると、先ず、図3に示すように、工場等から排出されたDMSO含有排水を流入部4から装置本体1内に流入する。
【0037】
流入されたDMSO含有排水は、流動床3から固定床2に至り、固定床2から装置本体1の外部に処理水として排出される。
【0038】
この場合において、流動床3の下部に固定床2が設けられているので、流動担体から剥離した菌体は、固定床2で補足されることなり、処理水中の懸濁物質は低減されることとなる。
【0039】
さらに、流動床3では流動担体が絶えず流動しているで、酸素及び排水との接触効率が高く、流動担体表面への菌体の付着が速やかになされる上に、菌体の増殖が早く、多くの余剰の菌体が流動担体から剥離し、その剥離した菌体が絶えず固定担体に供給され、結果的に固定床2での菌体保持量が増え、装置の単位体積あたりの処理能力が向上するのである。
【0040】
また、流動床3である程度DMSOが分解され、硫酸が生成され、pHが下がることとなる。すなわち、pH計12やpH調整ポンプ13によって流動床3で生物処理に適したpH(中性付近のpH)に調整することにより、固定床2でのpH変化が抑制されることとなる。
【0041】
或いは、流動床でのpHが生物処理に適したpHとなるように、事前に排水にアルカリ剤を注入することも可能である。
【0042】
次に、固定床2で補足された懸濁物質は、空気配管7から空気を送り込み、処理水集水管(通常は処理水、逆洗時は逆洗用水を流す)から逆洗用水を送り込むことによって、適時逆洗を行う必要がある。
【0043】
このとき、空気配管と処理水集水管は必ずしも別々とする必要はなく、一体化された構造でもよく、また必ずしも丸型のパイプである必要はない。
【0044】
適時逆洗を行うことにより、固定床2から菌体が剥離することとなるが、剥離した菌体の一部が流動担体に付着し、菌体保持量を増やすことができるので、装置立ち上げ初期の菌体が十分に流動担体に付着していない状態から、速やかに菌体を付着させることができる。
また、DMSO等の剥離剤の処理では、流動担体からの菌の剥離が生じ易いため、逆洗による流動担体への菌の付着により、菌体保持量を改善することが可能となる。
【0045】
この場合において、装置本体1の上部には、担体の流出を阻止する担体流出阻止手段としての流出阻止壁5が設けられているため、装置本体1内の逆洗水は、図4に示すように、装置本体1の上端部近辺まで浮上するが、浮上した逆洗水中の流動担体は、その流出阻止壁5によって装置本体1の外部への流出が阻止されることとなる。
【0046】
より具体的には、流出阻止壁5の開口部の径が流動担体の粒径よりも小さく形成されており、これらの担体は、流出阻止壁5に付着することはあっても、その開口部から外部に流出することはないのである。
【0047】
そして、逆洗終了後、流出阻止壁5の表面へ水がシャワー状に散水される。このような散水によって、流出阻止壁5に付着していた担体は流動床3に落下し、戻されることとなるのである。
【0048】
従って、逆洗を実施した場合においても、流動担体等が装置本体1の外部に流出するのが好適に阻止されることとなるのである。
【0049】
尚、上記実施形態では、流出阻止壁5に向かって水をシャワー状に散水することにより、流出阻止壁5に付着していた担体を流動床3に落下させることとしたが、このような散水を行う手段に代えて、空気を流出阻止壁5に向かって吹き付ける手段を採用することも可能である。
【0050】
この場合でも、流出阻止壁5に付着している担体は、流動床3に落下することとなる。
【0051】
さらに、このような散水や送風を行うことは本発明に必須の条件ではなく、たとえば図6に示すように流出阻止壁5を内向きに傾斜させて設けることも可能である。
【0052】
すなわち、この図6の実施形態においては、流出阻止壁5が流入部側に傾斜して設けられているため、逆洗時に担体が流出阻止壁5に付着しても、そのまま放置しておくことにより、時間の経過とともに担体が流出阻止壁5から自然に落下することとなる。
【0053】
従って、この場合も、担体は外部に流出することなく、流動床3に戻されることとなるのである。
【0054】
また、上記実施形態では、担体8として、略十字状の中央部9の周囲に円弧状の周辺部10が連設され、その周辺部10の周囲に計8本のフィン11が等角間隔に突設された形状のものを用いたが、担体8の形状はこれに限定されるものではない。
【0055】
たとえば、フィン11の本数に関しては、4本、8本、10本、12本、16本、20本等であってもよく、その本数は問わない。また、フィン11を形成することは本発明に必須の条件ではなく、フィン11のない担体を使用することも可能である。
【0056】
ただし、フィン11を形成することによって、担体8が回転し易くなり、その結果、担体8の流動性が良好となる利点がある。このような流動性と、成形のし易さ等との双方の観点からは、フィン11の本数は8〜20本程度が好ましい。
【0057】
また、中央部9の形状も、上記実施形態のような略十字状に限定されない。
ただし、中央部9を上記のような略十字状に形成することによって、担体8の全体の表面積が大きくなり、その分、菌体が多く付着することになる。
【0058】
一方、中央部9の形状が複雑になりすぎると、目詰まりが生ずるおそれがある。従って、中央部9の形状は、表面積の大きさと、目詰まりの問題点の双方を比較考量した上で選定するのが望ましい。
【0059】
さらに、周辺部10の形状も上記実施形態の円弧状に形成された正面略円形状のものに限定されず、たとえば略四角形状のものや、略八角形状のものであってもよい。
【0060】
ただし、周辺部10の形状を略円形状に形成することにより、担体8が回転し易くなり、それによって担体8の流動性が良好となる利点がある。
【0061】
いずれにしても、担体8の形状に関しては、上述のような表面積の大きさ、担体8の回転のし易さに伴う流動性、目詰まり、金型による成形のし易さ等を総合的に勘案した上で、中央部9や周辺部10の形状、フィン11の本数、形状等を選定するのが望ましい。
【0062】
さらに、担体8の大きさは、0.1 〜3.0cm の範囲であることが好ましいが、これに限定されるものではない。担体8の大きさは、流出阻止壁の開口部の径より大きいことが必要である。
【0063】
また、材質も合成樹脂に限定されるものではないが、微生物が適度に付着してできるだけ高濃度に維持できるような素材からなることが好ましい。
【0064】
但し、合成樹脂で形成した場合には成形が容易であり、且つ経済的に担体を製造することができ、特に好ましい。
【0065】
さらに固定担体の形状も上記実施形態の略球状に限定されるものではなく、また材質も該実施形態のセラミックに限定されない。ただし、固定担体としては、多孔質のものを用いるのが望ましい。
【0066】
また、固定担体の粒径も問うものではないが、上記実施形態のように5〜10mmであることが好ましい。
【0069】
尚、本発明は、上記実施形態のように、DMSO含有排水に適用することを主眼とするものであるが、DMSO以外の有機硫黄化合物を含有する排水に本発明を適用することも可能である。
【0070】
【実施例】
DMSOを500mg/L 含有し、その他、イソプロピルアルコール等の有機成分を含有する排水を処理した。
【0071】
この排水のTOCは、197mg/L である。
【0072】
この排水を、次に示す実施例1乃至実施例6、比較例1、比較例2の処理装置で処理し、処理後の処理水のDMSOの含有量を測定するとともに、S−TOC濃度を測定することによって処理能力を確認した。
【0073】
排水処理量は380L/dとした。また、負荷は0.5kgTOC/m3 であった。
【0074】
(実施例1)
本実施例では、流動担体7.1L、固定担体142.9Lを充填した処理装置(流動床:固定床=1:20)を用いた。
【0075】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は25mg/Lであった。
【0076】
また、S−TOC濃度は15mg/Lであった。従って、TOC除去率は92.4%となる。
【0077】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは6.5 であった。
【0078】
(実施例2)
本実施例では、流動担体15L 、固定担体135Lを充填した処理装置(流動床:固定床=1:9)を用いた。
【0079】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は6mg/L であった。
【0080】
また、S−TOC濃度は8mg/L であった。従って、TOC除去率は95.9%となる。
【0081】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは6.9 であった。
【0082】
(実施例3)
本実施例では、流動担体30L 、固定担体120Lを充填した処理装置(流動床:固定床=1:4)を用いた。
【0083】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は0.5mg/L であった。
【0084】
また、S−TOC濃度は6mg/L であった。従って、TOC除去率は97.0%となる。
【0085】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは7.1 であった。
【0086】
(実施例4)
本実施例では、流動担体75L 、固定担体75L を充填した処理装置(流動床:固定床=1:1)を用いた。
【0087】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は12mg/Lであった。
【0088】
また、S−TOC濃度は10mg/Lであった。従って、TOC除去率は94.9%となる。
【0089】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは7.0 であった。
【0090】
(実施例5)
本実施例では、流動担体135L、固定担体15L を充填した処理装置(流動床:固定床=9:1)を用いた。
【0091】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は27mg/Lであった。
【0092】
また、S−TOC濃度は15mg/Lであった。従って、TOC除去率は92.4%となる。
【0093】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは7.1 であった。
【0094】
(実施例6)
本実施例では、流動担体142.9L、固定担体7.1Lを充填した処理装置(流動床:固定床=20:1)を用いた。
【0095】
本実施例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は48mg/L以下であった。
【0096】
また、S−TOC濃度は22mg/Lであった。従って、TOC除去率は88.8%となる。
【0097】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.2 であり、処理水のpHは7.1 であった。
【0098】
(比較例1)
本比較例では、固定担体のみ150Lを充填した処理装置を用いた。
【0099】
本比較例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は105mg/L であった。
【0100】
また、S−TOC濃度は33mg/Lであった。従って、TOC除去率は79.2%となる。
【0101】
さらに、装置本体の固定床上部のpHは7.8 であり、処理水のpHは5.8 であった。
【0102】
(比較例2)
本比較例では、流動担体のみ150Lを充填した処理装置を用いた。
【0103】
本比較例の処理装置で上記DMSO含有排水を処理したところ、処理水のDMSOの含有量は113mg/L であった。
【0104】
また、S−TOC濃度は41mg/Lであった。
【0105】
さらに、装置本体の流動床の部分のpHは7.0 であり、処理水のpHは7.0 であった。
【0106】
実施例1乃至6及び比較例1,2の結果からも明らかなように、比較例1及び比較例2では、処理水のDMSOの含有量、S−TOC濃度ともにある程度低減されることができたが、その処理能力は必ずしも十分ではなかった。
【0107】
これに対し、実施例1乃至6では、処理水のDMSOの含有量、S−TOC濃度ともに著しく低減することができた。
【0108】
従って、その処理能力は、比較例1及び比較例2に比べて著しく高いものであった。
【0109】
特に、流動床:固定床の担体の比率を1:4とした実施例3では、TOC除去率が最も優れていた。
【0110】
さらに、実施例3の装置本体の上部のpH及び処理水のpHは中性に近いものであった。
【0111】
この点、比較例1では、装置本体の固定床上部のpHはアルカリ性に調整しているにもかかわらず、処理水は酸性となってしまっている。このことから、比較例1では、固定床内部で処理が進むに伴い硫酸根が生じ、pHが下がることがわかる。
【0112】
【発明の効果】
叙上のように、本発明においては、有機硫黄化合物含有排水が流動床側から固定床側に向かって通水されるように、固定床と流動床とがそれぞれ配置されているため、排水中の剥離剤によって流動担体が洗浄されるような状態となり、流動担体からの菌体の剥離が生じ易い状態となるにもかかわらず、流動担体から剥離した菌体は、固定床の部分で捕捉されることとなり、従って、剥離した菌体の不用意な流出を極力防止することができ、菌体保持量の低減を防止することができるという効果がある。
さらに固定床の逆洗時に放出された菌体の一部が流動担体に捕捉され、流動担体の菌体保持量を改善することが可能となる。
【0113】
また、固定床と流動床とを併用することで、流動床で増殖し流動担体から剥離した菌体が固定床の部分で捕捉されて装置の外部に排出されないため、これを除去するための装置を別途設ける必要がないという効果がある。
【0114】
また、流動床では流動担体が絶えず流動しているので、酸素や被処理水との接触効率が高く、菌体の増殖が早いため、流動担体表面への菌体の付着が速やかになされるとともに、余剰の菌体が流動担体から剥離し、その剥離した菌体が絶えず固定床に供給されることとなり、結果的に固定床担体の菌体保持量が増え、全体としての処理能力が向上することとなる。
【0115】
さらに、固定床の上部に流動床を設けて、下向流で有機硫黄化合物含有排水を通水させているので、固定床の固定担体の表面に菌体や原水中の懸濁物質が積層しても、固定床の上部の流動担体が固定担体表面に積層した菌体や懸濁物質を剥離することとなり、その結果、固定担体表面に菌体が積層するのが防止されることとなり、濾過抵抗の上昇を防止できるという効果がある。
【0116】
そして、このように固定床の表面に菌体や懸濁物質が積層しない結果、流動担体で増殖し剥離した菌体が固定床の内部まで進入し易くなり、結果的に固定床での菌体保持量が増加して処理能力も向上するという効果がある。
【0117】
さらに、流動床部分は、ある程度DMSO成分が分解され、硫酸が生成され、pHが下がるが、流動床部分にアルカリを注入して生物処理に適したpH(中性付近)に調整することにより、固定床部分でのpH変化を抑制できることとなり、その結果、従来のように処理水の循環を行わなくともpHは安定し、固定床の内部で菌体が増殖し易い条件となり、高い処理能力を維持できるという効果がある。
【0118】
このように、固定床と流動床とを併用することで、pHの不均一化を招くことなく、固定床部分でのpHの低下を防止することができる。
【0119】
また、処理能力を維持できる結果、有機硫黄化合物の分解能力も低減することがないので、従来のように処理水の循環を行わなくとも、臭気の発生を生じないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の排水処理装置の概略側面図。
【図2】一実施形態の流動担体を示し、(イ)は正面図、(ロ)の側面図、(ハ)は斜視図である。
【図3】排水を流入する工程の概略側面図。
【図4】逆洗時に排水が浮上する状態を示す概略側面図。
【図5】シャワー散水時の概略側面図。
【図6】他実施形態の排水処理装置を示す概略側面図。
【図7】TOC除去率と流動担体充填率との相関関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…装置本体 2…固定床
3…流動床
Claims (2)
- 生物付着固定担体を充填した固定床(2)の上部に、生物付着流動担体を流動させる流動床(3)を配置した装置本体(1)内に、有機硫黄化合物含有排水を下向流で通水し、通水された有機硫黄化合物含有排水を流動床(3)で処理し、その流動床処理水を固定床(2)で処理することを特徴とする排水の処理方法。
- 有機硫黄化合物含有排水を通水する装置本体(1)内に、生物付着固定担体を充填した固定床(2)と、生物付着流動担体を流動させる流動床(3)とが具備され、且つ前記有機硫黄化合物含有排水が流動床(3)側から固定床(2)側に向かって下向流で通水されるように、前記流動床(3)が前記固定床(2)の上部に配置されていることを特徴とする排水の処理装置。
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