TWI411584B - 含有有機物的水的生物處理方法以及裝置 - Google Patents

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Description

含有有機物的水的生物處理方法以及裝置
本發明是有關於一種對含有有機物的水進行厭氧性處理(anaerobic treatment)之生物處理方法以及裝置，特別是有關於一種對排水(drainage)進行生物處理而將其用作純水製造用原水之生物處理方法以及裝置。
一般認為，與厭氧性微生物群相比，需氧性(aerobic)微生物群具有多種多樣的有機物分解能力。因此，利用需氧性微生物群之需氧性生物處理，適用於處理含有複雜的高分子(聚合物)化合物的排水(例如食品排水)。另外，在厭氧性生物處理中高分子有機物的水解速度較慢，因此通常需要將水力停留時間(Hydraulic Retention Time)設為30天或30天以上。相對於此，需氧性生物處理的標準水力停留時間較短，為0.5天左右。
近年來，如半導體製造工廠般在使用純水並排出其排水的設備等中進行水回收，即，對含有有機物的排水進行生物處理，將該處理水用作純水製造的原料。在進行如此水回收之含有有機物的水的生物處理中，先前是採用需氧性生物處理。當含有有機物的水中含有氮成分時，以需氧性條件將氮化合物氧化而生成硝酸或亞硝酸，再以無氧條件進行脫氮。另外，在進行需氧性生物處理時，亦大多藉由將需氧性微生物固定於載體上而增大生物處理槽的微生物保持量，從而提高處理速度(例如日本專利特開平9-187785號公報)。當使用載體時，例如可將每個生物處理槽中的有機物除去速度提高至1kg-COD/m3 /day~2kg-COD/m3 /day左右。
當將利用此種生物處理而獲得的處理液再利用於純水製造時，在將處理液以固液分離裝置進行處理而分離出微生物體之後，以逆滲透膜(RO膜)分離裝置等進行脫鹽處理(例如日本專利特開2007-175582號公報)。
如上所述，在將排水作為純水製造的原水加以再利用時，通常進行使用膜分離裝置的處理。但是，分離膜由於運轉條件或被處理水的水質的原因而發生堵塞，特別是若對生物處理液進行膜分離，則存在微生物自身以及由微生物生成的黏性物質等附著於膜面上而發生堵塞之傾向。由微生物生成的黏性物質具有以高分子有機物為主體之難分解性，其生成量與生物處理槽中保持的微生物量大致成正比例地增大。因此，在使用增殖速度較大的需氧性微生物之需氧性生物處理中，高分子有機物的生成量亦較多。特別是當使用添加有載體的生物處理槽時，保有微生物量變多，因此高分子有機物的生成量變多。
另一方面，厭氧性微生物的增殖速度比需氧性微生物慢，因此高分子有機物的生成量相對較少。但是，厭氧性生物處理原本對有機物的分解速度就較慢，因此容易產生被處理水(含有有機物的水)中含有的有機物不被分解，而是直接含有於或者其分解中間體含有於處理液中之現象。即，當進行需氧性生物處理時，有由於微生物的生成物而污染逆滲透膜之虞。另一方面，當進行厭氧性生物處理時，雖然由於微生物的生成物而造成膜污染的可能性較低，但由於處理液中殘存的有機物或分解中間體而造成膜污染的可能性變高。
另外，當在對排水進行生物處理後分離出處理液中含有的微生物體時，若採用凝聚沈澱(coagulation sedimentation)或加壓浮上方法，則分離並不充分，且分離水中含有微生物體等，會污染後段的逆滲透膜。特別是，當向生物處理槽中添加載體時，為了將載體進行固液分離必須使用篩等，但增大表面積而提高活性之載體的粒徑較小，因而容易使篩堵塞，為了避免此現象必需使用複雜構成的固液分離裝置或大的沈澱池。
對此，若利用設置於生物處理槽內的浸漬膜對經生物處理的處理液進行固液分離，則可良好地分離微生物體等，因此可防止後段的逆滲透膜污染。但是，存在浸漬膜自身發生堵塞之問題，特別是當進行需氧性處理時，存在由於微生物生成的高分子有機物而造成浸漬膜堵塞從而使滲透水量降低之問題。
另外，當含有有機物的水中含有氮成分時，在除去氮成分的需氧性生物處理過程中，利用微生物使有機氮(organic nitrogen)無機化而生成氨，該氨被需氧性的硝化細菌(nitrifier)氧化而生成亞硝酸或硝酸，使得槽內液體的pH值降低，因此需要添加中和用的鹼。繼而，當於厭氧性條件下進行硝酸的脫氮處理時，硝酸或亞硝酸被無氧性的脫氮細菌還原成氮氣，在此過程中生成鹼而使pH值上升。因此，在脫氮步驟中必需添加中和用的酸。如此，在生物處理過程中為了中和而添加的酸或鹼，則成為後段的逆滲透膜(RO膜)的鹽類負荷。
如上所述，當進行反應至生成亞硝酸或硝酸再對其脫氮時，生成作為強酸之亞硝酸或硝酸、以及作為強鹼之OH- ，因此必需將強酸或強鹼中和。另一方面，於將氮化合物氧化的步驟中，若在生成氨的時間點使生物反應停止，則僅中和呈弱鹼性的氨即可，不必中和強酸或強鹼。為了使氮化合物的生物脫氮在生成氨的階段停止，則使增殖速度較慢的硝化細菌在生物反應槽內不增殖即可。具體而言，若縮短污泥在生物反應槽中的滯留時間，則硝化細菌會從生物反應槽流出(washout)而不保持於槽內，因此在生成氨的階段停止反應。
但是，為了使硝化細菌流出，必須將污泥在生物反應槽中的滯留時間設為4天或4天以下。若將污泥的滯留時間降低至4天或4天以下左右，則被處理水中所含有的有機物並不被充分分解。因此，在經生物處理的處理液中含有較多的殘存有機物，在逆滲透膜裝置中以殘存有機物作為基質而使得微生物易於增殖。增殖的微生物成為堵塞逆滲透膜的原因，從而使逆滲透膜的脫鹽性能降低。
如上所述，當對含有有機物的水進行生物處理而將其再利用於純水製造時，排水處理製程會對使用逆滲透膜的處理造成不利影響。另外，以需氧性條件對含有有機物的水進行生物處理而進行硝化，則由於添加中和用試劑而導致對逆滲透膜裝置的負荷增大，另一方面，若為了抑制硝化的進行而縮短污泥滯留時間，則由於殘存有機物而導致逆滲透膜污染。本發明之目的在於，針對該課題，提供一種於含有有機物的水之生物處理中，在將處理水作為純水製造用水加以再利用時，避免對逆滲透膜之負荷的增大，並且亦防止逆滲透膜的污染，從而順利地進行使用逆滲透膜的處理之方法以及裝置。
本發明為了解決上述問題，藉由以厭氧性條件對含有有機物的水進行生物處理，而在不進行硝化反應的情況下除去被處理水中的有機物，將生物處理後的處理液中殘存的銨鹽在逆滲透膜裝置中進行濃縮後再另作處理。另外，有機物的厭氧性生物處理分為：利用酸生成菌群由有機物生成酸之步驟、利用甲烷生成菌群(methanogen)由酸生成甲烷之步驟。本發明人等發現，成為膜污染的原因物質的高分子有機物，主要是經由與酸生成步驟相關之酸生成菌群的代謝而生成。因此，本發明人等構思：藉由在不經過利用酸生成菌群之酸生成步驟的情況下生成甲烷而解決上述課題，從而完成本發明。具體而言，本發明提供以下之方法及裝置。
(1)一種含有有機物的水的生物處理方法，其是以下列步驟進行處理：
將含有有機物的水導入厭氧性生物處理槽中；
利用上述厭氧性生物處理槽內的甲烷生成菌群進行厭氧性生物處理；
將利用上述厭氧性生物處理所獲得的處理液，在不進行需氧性生物處理的情況下進行膜分離；
以逆滲透膜處理利用上述膜分離所獲得的分離水。
(2)如(1)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中上述含有有機物的水中，單體有機物相對於總有機碳的比例大於等於70%。
(3)如(1)或(2)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中將槽內的液體的溫度設為大於等於15℃小於等於40℃而進行上述厭氧性處理。
(4)如(3)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中上述處理液於上述厭氧性處理的過程加溫，再將上述處理液進行膜分離以及逆滲透膜處理。
(5)如(2)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中上述單體有機物是選自以氫氧化四甲銨、單乙醇胺、二乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸以及乙酸所組成之族群中的任一種以上。
(6)一種含有有機物的水的生物處理裝置，包括：
厭氧性生物處理槽，導入含有有機物的水，利用甲烷生成菌群生成甲烷；
膜分離裝置，與上述厭氧性生物處理槽相連接，對從上述厭氧性生物處理槽排出的處理液進行膜分離；
逆滲透膜裝置，對上述膜分離裝置的分離水進行處理。
(7)如(6)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中上述含有有機物的水中，單體有機物相對於總有機碳的比例大於等於70%。
(8)如(6)或(7)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其是以如下方式構成：
上述厭氧性處理槽是將槽內液體的溫度設為大於等於15℃小於等於40℃而進行運轉，
於上述厭氧性處理槽內在加溫狀態下將上述處理液供給至上述膜分離裝置以及上述逆滲透膜裝置。
(9)如(8)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，更包括熱回收加熱裝置，用以熱回收前述上述逆滲透膜裝置的滲透水，並利用回收的熱量加溫上述厭氧性處理槽。
(10)如(6)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中上述膜分離裝置包括微量濾膜(microfiltration membrane)或者超濾膜(ultrafiltration membrane)。
(11)如(6)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，更包括清洗裝置，用以供給在上述厭氧性生物處理槽中產生的生物生成氣(biogas，又稱生物沼氣)至上述膜分離裝置，以對上述膜分離裝置進行曝氣清洗。
(12)一種含有有機物的水的生物處理裝置，包括：
厭氧性生物處理槽，以導入含有有機物的水，並利用甲烷生成菌群生成甲烷；
膜分離裝置，與上述厭氧性生物處理槽相連接，用以對從上述厭氧性生物處理槽中排出的處理液進行膜分離；
逆滲透膜裝置，用以處理上述膜分離裝置的分離水；
濃縮水處理裝置，對上述逆滲透膜裝置的濃縮水進行處理。
(13)如(12)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中上述濃縮水處理裝置包含與上述厭氧性生物處理槽不同的生物處理槽。
(14)如(12)或(13)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中上述濃縮水處理裝置包含導入上述濃縮水並使其蒸發而取出蒸餾水之蒸發器。
(15)如(12)所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中上述濃縮水處理裝置包含反應柱(reactive column)，能將使上述濃縮水中的雜質不溶化的化學品添加至上述濃縮水中，並將固體物分離。
(16)一種含有有機物的水的生物處理方法，包括：
將含有有機物的水導入包含甲烷生成菌群的厭氧性生物處理槽中進行厭氧性生物處理，
將利用上述厭氧性生物處理所獲得的處理液在不進行需氧性生物處理的情況下進行膜分離，
以逆滲透膜對利用上述膜分離所獲得的分離水進行處理，
對利用上述逆滲透膜處理所獲得的濃縮水進行處理。
(17)如(16)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中上述含有有機物的水中含有氮化合物。
(18)如(16)或(17)所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中對上述濃縮水進行與上述厭氧性生物處理不同的生物處理；利用蒸發器對上述濃縮水進行蒸餾處理；以及/或者對上述濃縮水利用化學品使雜質不溶化後再進行處理。
於本說明書中，對於被處理水即含有有機物的水的特性(property)並無特別限定，不僅含有有機碳化合物亦可含有氮化合物。所謂「總有機碳」，是指水中所含各種有機碳化合物之總稱，不僅包含非揮發性有機物，亦包含不能以通常的TOC(總有機碳)儀測定的揮發性有機物。另外，有機碳化合物，較好的是微生物可直接吸收程度的低分子有機物(以下稱為「單體有機物」)的比例較多(例如相對於總有機碳大於等於70%)。所謂「單體有機物」，是排水中所含有的各種有機物中微生物可直接吸收程度的低分子有機物之總稱。單體有機物被甲烷生成菌群分解，因此若是以單體有機物為主體的含有有機物的水，則在厭氧性生物處理的步驟中酸生成菌群難以增殖。根據本發明者們的知識見解，若抑制酸生成菌群的增殖，則可抑制由該些微生物生成的高分子代謝物的生成，可防止由於代謝物所造成的逆滲透膜污染。
關於「單體有機物」，無法通過微生物細胞壁而被菌體外酵素分解之有機物，通常有機物彼此之間會發生聚合而使得分子量較大，於本說明書中，使用「單體有機物」是為表示除此種高分子有機物以外的有機物之用語。單體有機物之具體例，可舉出：用作甲烷生成菌群的基質之低分子有機物(例如甲酸、乙酸、甲醇、甲胺等)或氫氧化四甲銨、單乙醇胺、二乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸。於本發明中，特別是作為單體有機物之具有甲基的化合物(四甲基銨、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸)的含有比例較高之含有有機物的水，成為適宜的處理對象。
本發明中，利用甲烷生成菌群對被處理水中的有機物進行厭氧性生物處理。被處理水中的有機物組成，較好的是設定為以單體有機物為主。因單體有機物被甲烷生成菌群生物分解，故藉由將被處理水的特性設為單體有機物主體，可將被處理水中的有機物良好地生物分解而抑制有機物殘留於處理液中，且防止後段的分離膜污染。另外，本發明中，特別是藉由以作為單體有機物之具有甲基的化合物(四甲基銨、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸)的含有比例較高之含有有機物的水作為處理對象，而抑制酸生成菌群生成膜污染物質，藉此可防止由於高分子有機物所造成的膜污染。
另外，在以甲烷生成菌群為主體的厭氧性處理中，實質上並不發生硝化反應。因此，當被處理水中含有氮化合物時，氮成分在生物處理步驟中在不發生脫氮的情況下被帶入逆滲透膜裝置中。因此，若被處理水中不含氮化合物，則可降低對逆滲透膜裝置的負荷。另一方面，本發明人等發現，當被處理水中含有氮化合物且供給至逆滲透膜裝置的液體中含有氮成分時，在逆滲透膜中經濃縮的氮成分具有抑制逆滲透膜裝置中的微生物增殖之可能性。因此，在逆滲透膜裝置中微生物容易增殖的條件(例如被處理水中含有10%~30%左右的高分子有機物之情形)下，可積極地使被處理水含有氮化合物。
在厭氧性生物處理槽內，為了將被處理水中的有機物良好地生物分解從而防止後段的膜污染，較好的是單體有機物在被處理水中的有機物中所佔比例較高。當被處理水中含有細菌或高分子有機物時，會引起以該些作為基質之酸生成菌群的生物分解，生成成為膜污染原因的可溶性高分子有機物。酸生成菌群的代謝物，若溫度小於15℃或超過40℃則僅有30%左右被分解，但若溫度大於等於15℃小於等於40℃則有90%左右被分解。因此，若將厭氧性生物處理槽的溫度設為大於等於15℃小於等於40℃，則即使除單體有機物以外之有機物的含量相對較高，亦可防止膜污染。
溫度條件特別好的是大於等於30℃小於等於40℃。如上所述，酸生成菌群的代謝物的分解效率因溫度條件而異，因此亦可根據溫度條件改變被處理水的特性。具體而言，若溫度條件為大於等於15℃且小於30℃，則較好的是使單體有機物在被處理水中的有機物中所佔比例大於等於75%。另外，當溫度條件為小於15℃或者超過40℃時，較好的是將單體有機物的比例設為大於等於90%。
另外，若pH值大於等於6小於等於9，則可良好地分解酸生成菌群的代謝物，若pH值超出該範圍則其分解率會降低至30%左右。因此，較好的是將厭氧性生物處理槽之槽內液體的pH值調整為大於等於6小於等於9，但亦存在酸生成菌群的代謝物的生成較少之情形即單體有機物的比例充分高(實質上100%)之情形等亦可不調整pH值之情形。
厭氧性生物處理槽的槽內液體中，可含有被處理水中所含的銨鹽或/及被處理水中所含的有機氮化合物被分解而生成的銨鹽。此種銨鹽與厭氧性生物處理槽內伴隨有機物分解而生成的二氧化碳發生反應，生成碳酸氫銨。因此，當被處理水中含有氮化合物時，厭氧性生物處理槽之槽內液體的pH值亦可在不添加中和化學品的情況下維持在中性附近。
從厭氧性生物處理槽中流出的處理液中含有微生物，因此在進行固液分離後，以逆滲透膜裝置對除去固體成分的水(分離水)進行脫鹽處理，而成為純水製造的原料。固液分離中可使用具備過濾膜的膜分離裝置。分離膜，亦可使用超濾膜(UF膜)或者微量濾膜(MF膜)，較好的是使用具有比通常的甲烷生成菌群的直徑更小的孔徑(例如小於等於100nm)之膜。
另外，來自厭氧性生物處理槽的處理液中，含有在厭氧性生物處理槽中生成的碳酸氫銨或未經生物處理的有機物等。該些殘存物質的一部分在膜分離裝置中被除去，但其他部分在膜分離裝置中未被除去而被帶入逆滲透膜裝置中進行濃縮。因此，從逆滲透膜裝置排出的濃縮水(鹽水，brine)中，含有被濃縮大約10倍左右的碳酸氫銨等。因此，與被處理水不同，利用生物、化學或/及物理方法對鹽水進行處理。
鹽水的處理方法可根據其特性進行選擇，例如生物處理，可舉出進行需氧性或無氧性生物脫氮的處理。生物脫氮中可使用異營性(heterotrophy)或者自營性(autotrophy)中的任一種脫氮微生物。
作為化學處理，可舉出：使pH值變化以使鹽水中所含的雜質不溶化之方法、添加與鹽水中的雜質形成化合物的化學品之方法等。化學處理中使用的化學品，可舉出：使pH值變化的酸或鹼、凝集劑、以及使鹽水中的雜質析出的種晶等。更具體而言，可舉出：與銨鹽反應而生成硫酸銨的硫酸、使蛋白質凝固的各種酸等。
作為物理處理，可舉出蒸餾；亦可藉由曝氣使氨揮發。為了防止氨以氣體形式揮發，較好的是於酸性條件下進行蒸餾，亦可於減壓下進行加溫。另一方面，當藉由曝氣使氨揮發時，可設為鹼條件並利用大量的空氣進行曝氣。
亦可組合上述處理法對鹽水進行處理。例如可舉出：向鹽水中添加酸使氨(胺)不溶化後，利用蒸發器進行蒸餾處理，並回收水之方法。該方法具有可在降低含有氨的廢棄物的產生量的同時進行水回收之優點。
另外，本發明除應用於半導體以外亦應用於液晶顯示器等電子工業工廠的製造製程排水中，藉此可在不如食品工廠排水或汙水處理廠排水般含有高分子成分或各種各樣的化合物的情況下，利用厭氧性生物處理有效率地進行處理。除此之外，亦可將如化學工廠排水般水中含有的有機物及其濃度相對較為明確的排水作為應用對象。該些排水的組成明確，因此具有可利用實驗室實驗獲知處理能力之優點。
[發明之效果]
本發明中，藉由以厭氧條件對使有機物以單體有機物為主體之含有有機物的水進行生物處理，而抑制硝化反應，且抑制由於添加pH值調整用化學品所造成的鹽類濃度上升，可抑制酸生成菌群生成代謝物，藉此防止分離膜的污染，並利用甲烷生成菌群分解有機物。本發明中，在厭氧性生物處理之後，可在不進行需氧性生物處理的情況下，獲得有機物被充分分解的生物處理液。因此，可抑制酸生成菌群以及需氧性微生物群生成高分子有機物，同時可降低處理液中的殘存有機物量。因此，可防止在生物處理步驟後段進行膜分離時對分離膜的污染。另外，可將在厭氧性處理中未被除去的物質以逆滲透膜裝置進行濃縮，並進行其他處理，藉此可提高水回收率。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下，利用圖式就本發明加以詳細說明。以下，對於同一構件附上同一符號，並省略或簡略其說明。
(實施形態一)
圖1是本發明所使用之含有有機物的水的生物處理裝置(以下簡稱為「處理裝置」)100的模式圖。處理裝置100包括：厭氧性生物處理槽(以下稱為「反應器」)110、膜分離裝置112、逆滲透膜裝置114。在反應器110的入口處連接有原水管130。反應器110經由處理液管132與膜分離裝置112相連接，膜分離裝置112經由分離水管134與逆滲透膜裝置114相連接。在逆滲透膜裝置114的出口處連接有滲透水管136。
在原水管130的中途設置有第1熱交換器121，在滲透水管136的中途設置有第2熱交換器122。以流體管139將第1熱交換器121與第2熱交換器122相連接，使熱交換中所使用的流體在第1熱交換器121與第2熱交換器122之間循環。由第1熱交換器121、第2熱交換器122以及流體管139構成熱回收加熱裝置。
反應器110上連接有排泥管135及排氣管131。從排泥管135中排出反應器110內的剩餘污泥，從排氣管131中排出反應器110內產生的氣體。排氣管131與膜分離裝置112相連接，以可曝氣清洗設置於膜分離裝置112內的分離膜(未圖示)之方式而構成，發揮作為清洗裝置的功能。另外，在膜分離裝置112上亦連接有返送管133，返送管133的出口端與反應器110相連接。逆滲透膜裝置114中，在濃縮側連接有鹽水管137。
本發明中，將被處理水從原水管130供給至反應器110。較理想的是將單體有機物佔有機物全體70%以上的被處理水供給至反應器110。反應器110的適宜運轉條件是，如上所述，pH值為6~9，溫度為15℃~40℃尤其為30℃~40℃。若為如此條件，則當多少含有不成為甲烷生成菌群的基質之高分子有機物時，亦可防止由於酸生成菌群代謝物所造成的膜污染。
反應器110內的甲烷生成菌群可為顆粒狀或者浮游性的任意狀態，甲烷生成菌群與酸生成菌群相比，較難生成黏性物質，因此難以形成顆粒狀污泥。因此，從反應器110排出的處理液中容易含有反應器110內的污泥。
本發明中，在反應器110後段設置有膜分離裝置112，因此可將處理液中含有的微生物體良好地進行固液分離。較好的是，如本實施形態所示，將膜分離裝置112與反應器110分開設置。作為膜，可使用超濾膜(UF膜)或者微量濾膜(MF膜)，較好的是孔徑小於通常的甲烷生成菌的直徑，具體而言較好的是孔徑為100nm或100nm以下左右。
膜分離裝置112的模組形式並無特別限定，但較好的是以從反應器110中送液的污泥在膜分離裝置112的內部難以堵塞或滯留之方式而構成，例如可適當地使用管狀形式或平板膜形式。另外，將處理液中的液體成分與固體成分加以分離之分離膜，如本實施形態所示，若設置於反應器110外成為所謂槽外型，則容易控制膜面流速，因此就防止膜面污染之觀點而言為較好。
本實施態樣中，膜分離裝置112上連接有排氣管131，將處理液與生成氣體一同從反應器110送至膜分離裝置112。氣體一邊沿著膜分離裝置112內的被處理水流路移動一邊對分離膜進行曝氣清洗。對供給至膜分離裝置112的處理液在通過裝置內部期間進行固液分離，從透過側將除去固體成分的分離水排出至裝置外。另一方面，固體成分經濃縮的濃縮污泥液與氣體一同在膜分離裝置112的被處理液流路內移動，並從返送管133返送至反應器110。
甲烷生成菌群與需氧性微生物相比增殖速度較慢，但若進行如此的污泥返送而將反應器110內的污泥濃度維持在4,000mg/L~10,000mg/L左右，則可獲得與進行需氧性活性污泥的需氧性生物處理時相同程度的分解速度。因此，若將污泥濃度設為上述範圍，則可使反應器110的水力停留時間成為0.5天~2天左右。從反應器110經由排泥管135適當地抽出剩餘污泥，調整反應器110內的污泥濃度。
膜分離裝置112中分離出固體成分的分離水，在設置於膜分離裝置112後段的逆滲透膜裝置114中進行脫鹽而用作純水製造的原水。本實施形態中，反應器110是於30℃~40℃下運轉，處理液的溫度亦為30℃~40℃。其中，在不進行需氧性處理、亦不人為降低溫度的情況下，將從反應器110中排出的處理液送至膜分離裝置112以及逆滲透膜裝置114。30℃左右的液體容易進行逆滲透膜分離，因此藉由以溫熱狀態將來自反應器110的處理液送至逆滲透膜裝置114，可提高逆滲透膜裝置114的通量(flux)。
從逆滲透膜裝置114中取出的液體依然溫熱。因此，於本實施態樣中，利用在排出滲透水的滲透水管136的中途所設置之第2熱交換器122，對滲透水進行熱交換而進行熱回收。利用第2熱交換器122中的熱交換被加溫的熱交換介質經由流體管139而送至第1熱交換器121。於第1熱交換器121中，以經加溫的熱交換介質將從原水管130中送來的原水進行加溫再送至反應器110。
在逆滲透膜裝置114中經處理而除去鹽類的滲透水，可用作純水製造用的原水。具體而言，在逆滲透膜裝置114的後段配置脫碳酸裝置或離子交換裝置、紫外線殺菌裝置等構成純水製造裝置之機器類，利用該些機器類對從逆滲透膜裝置114中排出的滲透水進行處理，藉此可製造純水。濃縮水若對其另外進行處理，則可與滲透水同樣地進行水回收。
[實施例]
[實施例1]
作為實施例1，使用模仿圖1所示之處理裝置100的實驗裝置進行實驗。實驗裝置的反應器110是以有效容積為1m3 、水力停留時間為0.5天的條件進行運轉。於反應器110內，將從處理甲醇的厭氧性反應器中排出的顆粒狀污泥，於後述的被處理液中進行培養而保持浮游性污泥。反應器110內之浮游性污泥的濃度為4,000mg/L，現存量(濕重比較)中的40%為甲烷生成菌群、60%為甲烷生成菌群的自我分解殘渣。
作為被處理水，使用總有機碳濃度為750mg/L、氮濃度為218mg/L、磷濃度為1.0mg-P/L的含有有機物的水。總有機物的組成是：氫氧化四甲銨濃度為250mg/L、單乙醇胺濃度為250mg/L、乙酸濃度為250mg/L，單體有機物相對於總有機碳的含有比例實質上為100%。
使被處理水加溫使反應器110內的槽內液體溫度達到35℃，並且將槽內液體的pH值調整為7.5。在膜分離裝置112內配置104根直徑為0.52cm的管狀UF膜(超濾膜，孔徑為30nm)，使從反應器110中排出的生物處理液與氣體一同流入管內，濃縮液與氣體返回至反應器110。膜分離裝置112的滲透水量(通量)為1.0m/day。
以上述條件繼續進行30日實驗，結果膜分離裝置112的通量可維持上述值，通水阻力最大為30kPa。從膜分離裝置112中獲得之分離水的TOC濃度在實驗期間為3mg/L~4mg/L的範圍，TOC除去率為99.5%。另外，利用逆滲透膜裝置114(具備全芳香族聚醯胺系超低壓膜作為逆滲透膜之螺旋式逆滲透膜裝置)以750kPa對該分離水進行脫鹽處理，經過20小時後的滲透水量維持在開始通水時的90%。
[實施例2]
實施例2中，使用孔徑為400nm的MF膜來代替實施例1中使用的UF膜。其他以與實施例1同樣的條件進行實驗，結果來自安裝有MF膜的膜分離裝置之分離水的TOC濃度與實施例1同樣為3mg/L~4mg/L的範圍。另外，膜分離裝置112的通量維持在1.0m/day，以與實施例1同樣之方式利用逆滲透膜裝置114對分離水進行處理時的通量，即使自通水開始經過20小時後亦維持在最初的90%。另一方面，通水阻力最大達到40kPa，高於實施例1。反應器110內的污泥中之甲烷生成菌群的平均直徑為800nm，因此推測當使用MF膜時甲烷生成菌會堵塞分離膜的孔而導致膜堵塞。
[比較例1]
於比較例1中改變被處理水的特性。具體而言，於實施例1中使用的被處理水中，添加500mg-TOC/L的污水污泥，將單體有機物相對於總有機碳的比例調整為58%。另外，由於使用這樣的被處理水，故反應器110內的污泥組成亦發生變化。具體而言，比較例1中使用的反應器110中之浮游性污泥的污泥濃度為8,000mg/L，現存量(濕重比較)的20%為甲烷生成菌群，酸生成菌群為20%。剩餘的60%是來自污水污泥的細菌及自我分解殘渣。
除了如此改變被處理水的特性、且改變反應器110內的微生物相之外，其餘以與實施例1同樣的條件進行實驗。其結果是膜分離裝置112的通量緩慢降低，並且自實驗開始20天後通水阻力超過30kPa。於比較例1中，膜分離裝置112之分離水的TOC濃度為18mg/L~43mg/L。
[實施例3]
實施例3中，將向被處理水中添加的污水污泥的量設為300mg-TOC/L(單體有機物的比例約為71%)。伴隨被處理水特性的改變，反應器110內的污泥成分亦發生變化。具體而言，實施例3中使用的反應器110中之浮游性污泥的污泥濃度為8,000mg/L，現存量(濕重比較)的30%為甲烷生成菌群，酸生成菌群為30%。
除了改變被處理水的特性及反應器110內的微生物相之外，其餘以與比較例1同樣的條件進行實驗。其結果，膜分離裝置112的通量表現出與實施例1同樣的行為，分離水的TOC濃度為3mg/L~5mg/L，處理分離水之逆滲透膜裝置114的通量維持在88%。
由上述實驗顯示，若被處理水中的有機物的70%以上為單體有機物，並利用含有甲烷生成菌群的污泥進行厭氧性處理，則可防止生物處理的後段的分離膜堵塞。
[參考例1]
將實施例3中反應器110的槽內液體的溫度設為10℃。其結果，膜分離裝置112的通量下降，通水阻力於7天後超過30kPa。另外，與此分開地將反應器110的槽內液體的溫度設為50℃，結果同樣地，膜分離裝置112的通量下降，通水阻力於3天後超過30kPa。
[參考例2]
將實施例3中反應器110的槽內液體的pH值設為5。其結果，膜分離裝置112的通水阻力急遽上升，通水阻力於10天後超過30kPa。另外，與此分開地將反應器110的槽內液體的pH值設為10，結果同樣地，膜分離裝置112的通水阻力急遽上升，通水阻力於8天後超過30kPa。
[比較例2]
比較例2中，在反應器內部設置吹入空氣的散氣裝置，藉此使反應器成為需氧性生物處理槽。除了將反應器改變成需氧性之外，其餘以與實施例1同樣的條件進行實驗，結果從需氧性生物處理槽流出之處理液的TOC濃度與實施例1同樣為3mg/L~4mg/L的範圍。但是，膜分離裝置112的通量，僅於20天內可維持預定的通量。另外，需氧性生物處理槽的槽內液體中，以200mg/L的濃度含有溶解性TOC。另一方面，實施例1之厭氧性反應器的槽內液體的溶解性TOC濃度為10mg/L左右。如上所述，比較例2中，槽內液體中的溶解性TOC濃度高於實施例1，構成溶解性TOC之高分子有機物的量與導入需氧性生物處理槽之被處理水相比，達到後者的約60倍。
污泥(細菌)相對於導入生物處理槽的被處理水中的有機物之轉換率，就需氧性微生物而言為0.3g/g，相對於此，就厭氧性微生物而言為0.04g/g。藉由最近的自我分解而生成高分子有機物，因此推斷轉換率越高則生成的高分子有機物越多。
另外，於比較例2中，以與實施例1同樣之方式，利用逆滲透膜對在膜分離裝置112中進行了膜分離的分離水進行處理，結果經過20小時後的滲透水量降低至開始通水時的60%。由該比較例2及實施例1顯示，藉由進行使用甲烷生成菌群的厭氧性生物處理來代替需氧性生物處理，可抑制污染分離膜的高分子有機物的生成。
進而，比較例2中，需氧性生物處理槽的微生物群中含有硝化細菌，原水中的氮成分被氧化成硝酸。因此，需氧性生物處理槽之槽內液體的pH值降低，且處理液的水質惡化。因此，在槽內液體的pH值低於5的時間點添加鹼將pH值調整為7。另外，在繼續保持需氧性條件一定時間後，停止向生物處理槽中供給空氣使其成為厭氧性條件，藉此進行脫氮。當以厭氧性條件進行脫氮時，添加無機酸，將pH值調整為7。進行如此的批次式脫氮處理並調整pH值之結果是，處理液中的鹽類濃度增高。因此，膜分離裝置後段之逆滲透膜裝置的滲透壓與實施例1相比增高100kPa~200kPa左右，逆滲透膜裝置之脫鹽效率降低，因此必需增加15%~20%左右的逆滲透膜裝置。
由以上實驗顯示，依照本發明，藉由使被處理水以單體有機物為主體並利用含有甲烷生成菌群的厭氧性污泥進行厭氧性生物處理，可減少處理液中含有之高分子有機物或未分解有機物的量，並防止對分離膜的污染。
(實施形態二)
圖2是本發明第二實施形態之含有有機物的水的生物處理裝置200的模式圖。處理裝置200包括：厭氧性生物處理槽(以下稱為「反應器」)210、膜分離裝置212、逆滲透膜裝置214、作為濃縮水處理裝置之Anammox槽241。在反應器210的入口處連接有原水管230。反應器210經由處理液管232與膜分離裝置212相連接，膜分離裝置212經由分離水管234與逆滲透膜裝置214相連接。在逆滲透膜裝置214的出口處連接有滲透水管236。
在原水管230的中途設置有第1熱交換器221，在滲透水管236的中途設置有第2熱交換器222。以流體管239將第1熱交換器221與第2熱交換器222相連接，使熱交換中使用的流體在第1熱交換器221與第2熱交換器222之間循環。由第1熱交換器221、第2熱交換器222以及流體管239構成熱回收加熱裝置。
反應器210上連接有排泥管235及排氣管231。從排泥管235中排出反應器210內的剩餘污泥，從排氣管231中排出反應器210內產生的氣體。排氣管231與膜分離裝置212連接，排氣管231是以可曝氣清洗設置於膜分離裝置212內的分離膜(未圖示)之方式而構成，發揮作為清洗裝置的功能。另外，膜分離裝置212上亦連接有返送管233，該返送管233的出口端與反應器210連接。逆滲透膜裝置214中，在濃縮側連接有鹽水管237。鹽水管237與Anammox槽241連接。
於本發明中，經由原水管230將作為被處理水之含有氮化合物的含有有機物的水供給至反應器210。如上所述，反應器210的較佳運轉條件是，pH值為6~9、溫度為15~40℃尤其為30~40℃。若為此種條件，則於對含有不成為甲烷生成菌群的基質的高分子有機物之含有有機物的水進行處理之情形時，亦可防止由於酸生成菌群代謝物所造成的膜污染。
反應器210內的甲烷生成菌群可為顆粒狀或者浮游性的任意狀態，甲烷生成菌群與酸生成菌群相比，較難以生成黏性物質，因此較難以形成顆粒狀污泥。因此，從反應器210排出的處理液中容易含有反應器210內的污泥。
於本發明中，在反應器210後段設置有膜分離裝置212，因此可良好地將處理液中含有的微生物體進行固液分離。較好的是，如本實施形態所示將膜分離裝置212與反應器210分開設置。作為膜，可使用超濾膜(UF膜)或者微量濾膜(MF膜)，較好的是孔徑小於通常的甲烷生成菌的直徑，具體而言較好的是孔徑為100nm或100nm以下左右。
膜分離裝置212之模組形式並無特別限定，但較好的是以從反應器210中送液的污泥在膜分離裝置212內部難以堵塞或滯留之方式而構成，例如適宜使用管狀形式或平板膜形式。另外，將處理液中的液體成分與固體成分加以分離之分離膜，如本實施形態所示，若設置於反應器110外成為所謂槽外型，則容易控制膜面流速，因此就防止膜面污染之觀點而言是比較好的。
本實施態樣中，膜分離裝置212上連接有排氣管231，將處理液與生成氣體一同從反應器210送至膜分離裝置212。氣體一邊沿著膜分離裝置212內的被處理水流路移動一邊對分離膜進行曝氣清洗。供給至膜分離裝置212的處理液在通過裝置內部期間被固液分離，從透過側將除去固體成分的分離水排出至裝置外。另一方面，固體成分被濃縮的濃縮污泥液與氣體一同在膜分離裝置212的被處理液流路內移動，從返送管233返送至反應器210。
甲烷生成菌群與需氧性微生物相比增殖速度較慢，但若進行如此的污泥返送並將反應器210內的污泥濃度維持在4,000mg/L~10,000mg/L左右，則可獲得與利用需氧性活性污泥進行需氧性生物處理之情形相同程度的分解速度。因此，若將污泥濃度設為上述範圍，則可使反應器210的水力停留時間成為0.5天~2天左右。將剩餘污泥從反應器210經由排泥管235適當地抽出，以調整反應器210內的污泥濃度。
在膜分離裝置212中分離出固體成分的分離水，在設置於膜分離裝置212後段之逆滲透膜裝置214中進行脫鹽而用作純水製造的原水。於本實施形態中，反應器210是於30℃~40℃下運轉，處理液的溫度亦為30℃~40℃。在不進行需氧性處理、亦不人為降低溫度的情況下，將從反應器210中排出的處理液送至膜分離裝置212以及逆滲透膜裝置214。30℃左右的液體容易進行逆滲透膜分離，因此藉由以溫熱狀態將來自反應器210的處理液送至逆滲透膜裝置214，可提高逆滲透膜裝置214的通量。
從逆滲透膜裝置214排出的液體依然溫熱。因此，於本實施態樣中，利用在排出滲透水的滲透水管236的中途所設置之第2熱交換器222，對滲透水進行熱交換而進行熱回收。藉由第2熱交換器222中的熱交換而被加溫之熱交換介質，經由流體管239而送至第1熱交換器221。第1熱交換器221中，利用經加溫的熱交換介質將從原水管230送來的原水進行加溫後送至反應器210。
在逆滲透膜裝置214中經處理而除去鹽類的滲透水，可用作純水製造用的原水。具體而言，在逆滲透膜裝置214的後段配置脫碳酸裝置或離子交換裝置、紫外線殺菌裝置等構成純水製造裝置之機器類，使用該些機器類對從逆滲透膜裝置214排出的滲透水進行處理，藉此可製造純水。從逆滲透膜裝置214中排出的鹽類被濃縮的濃縮水，從鹽水管237排出。
第二實施形態之處理裝置200中，具有保持自營性脫氮微生物(Anammox微生物)的生物處理槽作為濃縮水處理裝置。在Anammox槽241中，從鹽水管237供給之濃縮水中的氨的一部分於微需氧性條件下被氧化成亞硝酸，於無氧條件下利用Anammox微生物的生物反應由氨與亞硝酸生成氮氣，並除去氮氣。
從配管242中排出來自Anammox槽241的流出液，視需要可進一步進行處理，用作純水製造的原水。或者，視需要亦可將流出液在固液分離裝置(未圖示)中進行固液分離，固體成分作為返送污泥形式而返送，將液體成分放出或者回收。
(實施形態三)
從逆滲透膜裝置214中排出的濃縮水，亦可利用除生物處理以外的方法對其進行處理。圖3是本發明第三實施形態之處理裝置300的模式圖。處理裝置300在具有反應柱343代替Anammox槽241作為濃縮水處理裝置之方面，與處理裝置200不同。在將濃縮水供給至反應柱343之鹽水管237的中途連接有未圖示的化學品注入裝置，以添加與濃縮水中的氨反應而生成固形物的化學品。向濃縮水中添加例如磷酸以及鎂鹽作為化學品，在反應柱343中生成磷酸銨鎂從而產生鳥糞石(struvite)結晶。可將鳥糞石結晶從反應柱343排出而用作肥料等，與結晶分離後除去氨之脫氨水，可作為純水製造的原水加以回收利用。
(實施形態四)
圖4是本發明第四實施形態之處理裝置400的模式圖。處理裝置400具備蒸發器445作為濃縮水處理裝置。於處理裝置400中，將濃縮水導入蒸發器445中進行減壓蒸餾，從蒸餾水管446取出蒸餾水用作純水製造用原水。雖然圖中並未顯示，但亦可在蒸餾處理之前，向濃縮水中添加硫酸，使濃縮水的pH值成為4~6左右而使氨成為硫酸銨，從而回收氨。
圖5表示以將生物處理、化學處理以及物理處理中的2種以上加以組合的方法對濃縮水進行處理的其他方法。於圖5的處理裝置500中，將生物處理槽(Anammox槽241)與蒸發器445組合而構成濃縮水處理裝置。於該處理裝置500中，藉由首先對濃縮水進行生物處理，可減少供給至蒸發器445的被處理水的pH值調整中所需酸的添加量。
[實施例]
[實施例4]
實施例4中，利用模仿圖2所示之處理裝置200的實驗裝置進行實驗。實驗裝置的反應器210是以有效容積為1m3 、水力停留時間為0.5日之條件運轉。於反應器210內，將從處理甲醇的厭氧性反應器中排出的顆粒狀污泥，在後述之被處理液中進行培養而保持浮游性污泥。反應器210內的浮游性污泥的濃度為4,000mg/L，現存量(濕重比較)中的40%為甲烷生成菌群，60%為甲烷生成菌群的自我分解殘渣。
作為被處理水，是使用總有機碳(TOC)濃度為500mg/L、氮濃度為152mg/L、無機鹽濃度為1,180mg/L的含有有機物的水。碳以及氮基本上是來自氫氧化四甲銨，其濃度是TOC為480mg/L、N為140mg/L。
加溫被處理水，使反應器210內之槽內液體的溫度達到35℃。於膜分離裝置212內配置有104根直徑為0.52cm的管狀UF膜(孔徑為30nm)，使從反應器210排出的生物處理液與氣體一同流入管內，濃縮液與氣體返回至反應器210。將膜分離裝置212的滲透水量(通量)設為1.0m/day。利用逆滲透膜裝置214(具備全芳香族聚醯胺系超低壓膜作為逆滲透膜之螺旋式逆滲透膜裝置)於0.75MPa下將從膜分離裝置212中獲得的分離水濃縮10倍。
以上述條件開始實驗30日後，氫氧化四甲銨被分解，來自膜分離裝置212之分離水的TOC濃度成為5mg/L，生成三甲胺與氨。分離水之TOC基本上是三甲胺，其濃度為4mg/L，剩餘的1mg/L是由微生物生成的高分子有機物。另外，分離水之氨濃度為135mg-N/L~140mg-N/L的範圍。該氨與反應器210內利用甲烷醱酵所產生的二氧化碳(濃度為120mg-C/L左右)反應，生成碳酸氫銨。因此，反應器210之槽內液體的pH值在不添加中和用試劑的情況下即可維持在pH7.0~pH7.5。
對分離水進行脫鹽處理之逆滲透膜裝置214，於實驗開始的60天間可於0.75MPa下、以0.95m/day的通量進行運轉。從逆滲透膜裝置214中獲得的濃縮水，其pH值大約為8.5、三甲胺濃度為40mg-C/L、碳酸氫銨濃度為1,400mg-N/L、高分子有機物濃度為10mg-C/L，鹽類(銨鹽)以及有機物的回收率大約為100%。
在Anammox槽241中以微好氧/無氧條件對濃縮水進行生物處理。對Anammox槽241的負荷為3kg-N/m3 /day。藉由在Anammox槽241中的處理，濃縮水中的三甲胺及氨的99%被生物分解，從Anammox槽241流出之處理液的BOD濃度為10mg/L以下、SS濃度亦為10mg/L以下、氮濃度為10mg-N/L。
[實施例5]
於實施例5中使用模仿圖3之處理裝置300的實驗裝置，除此之外以與實施例4同樣的條件進行實驗。於實施例5中，在鹽水管237的中途以800mg/L的添加量添加作為鎂鹽之2%氯化鎂水溶液，並添加磷酸鉀溶液。另外，添加氫氧化鈉使pH值成為11，使碳酸氫銨發生解離而使銨離子游離。反應柱343的容量為20L，以200L/day的條件通入添加有上述化學品的濃縮水，結果銨離子與磷及鎂反應，生成直徑為2mm~3mm左右的鳥糞石結晶。經由配管344從反應柱343中取出之處理水的TOC濃度為50mg/L、氮濃度為140mg/L，可除去濃縮水中所含氨的90%。另外，從反應柱343中取出鳥糞石結晶，並進行分析，結果其主成分為氨、磷、鎂，幾乎不含重金屬，可用作肥料。
[實施例6]
於實施例6中使用模仿圖4之處理裝置400的實驗裝置，除此之外以與實施例4同樣的條件進行實驗。於實施例6中，從未圖示的化學品添加裝置在鹽水管337的中途添加硫酸，使供給至蒸發器445之濃縮水的鹼度成為0(pH 4.8)。蒸發器445是藉由進行減壓並將濃縮水加溫至40℃而進行蒸餾，從蒸餾水管446中取出蒸餾水。蒸餾水的TOC濃度為0.01mg-C/L、氮濃度為0.2mg-N/L。另外，回收殘留於蒸發器445內的硫酸銨漿料，結果可將濃縮水中之銨的98%以硫酸銨漿料形式加以回收。
[實施例7]
於實施例7中使用模仿圖5之處理裝置500的實驗裝置，進一步以蒸發器445蒸餾利用實施例4的Anammox槽241中的生物處理所獲得的處理液。於實施例7中，供給至蒸發器445之液體的氨濃度為70mg-N/L，比實施例6低，因此為了使pH值降低所必需之酸的添加量成為實施例6的1/20。另外，從蒸發器445中排出之蒸餾水的水質是TOC濃度為0mg-C/L、氮濃度為0mg-N/L。
[比較例3]
比較例3中，於反應器內部設置吹入空氣之散氣裝置，藉此使反應器成為需氧性生物處理槽。除了將反應器改變成需氧性之外，其餘以與實施例4同樣的條件進行實驗時，並未進行需氧性生物處理槽的pH值調整，因此自實驗開始1週後發現產生硝化反應，槽內液體的pH值降低至5.0~5.5左右。其結果，從需氧性生物處理槽流出之處理液的TOC濃度成為100mg/L~120mg/L左右，對從膜分離裝置中獲得的分離水進行脫鹽處理之逆滲透膜裝置的通量成為實施例4的一半。
[比較例4]
於比較例3中，向需氧性生物處理槽中添加氫氧化鈉而將槽內液體的pH值調整為6.5~7.5之範圍。其結果，可使從需氧性生物處理槽流出之處理液的TOC濃度降低至10mg/L。但是，處理液中以130mg/L~140mg/L左右的濃度含有硝酸，另外，由於用以調整pH值而添加的氫氧化鈉使得鹽濃度變高。因此，對從膜分離裝置中獲得的分離水進行脫鹽處理之逆滲透膜裝置的通量限於實施例4的60%。
[比較例5]
於比較例4中，在需氧性生物處理槽的後段設置脫氮槽，形成圖6所示構成的處理裝置600。處理裝置600具有需氧性生物處理槽(需氧性反應器610)來代替實施例中使用的厭氧性生物處理裝置(反應器210)，在需氧性反應器610的後段具有保持脫氮菌的脫氮槽613以及再曝氣槽611。向從需氧性反應器610流出的處理液中添加甲醇，向脫氮槽613中添加硫酸將pH值維持在6.5~7.5，進行脫氮處理。來自脫氮槽613的流出液，經由配管632B送至再曝氣槽611，在再曝氣槽611中進行再曝氣後，經由配管632C送至膜分離裝置612。其結果，自實驗開始後2週，對從膜分離裝置612中獲得的分離水進行脫鹽處理之逆滲透膜裝置614的通量成為實施例4的80%。但是，自實驗開始1個月後，逆滲透膜裝置614的通量降低至實施例4的50%。
因此，取出逆滲透膜對其進行顯微鏡觀察，結果有大量的生物膜附著於表面。實施例4中所使用之逆滲透膜裝置的逆滲透膜上幾乎未附著生物膜，因此可推斷比較例5中由於生物膜的附著而導致通量降低。於實施例中，在逆滲透膜上未附著生物膜的原因可認為是以下兩點。於逆滲透膜裝置中，濃縮鹽類使鹽水的pH值上升至8.5，因此從碳酸氫銨中解離出氨，由於氨的毒性而抑制微生物的增殖。另外，作為其他原因，可舉出：甲烷生成菌群與需氧性微生物相比增殖速度較慢，難以形成生物膜。
由以上所述顯示，利用甲烷生成菌群對含有有機物的水進行厭氧性處理，藉此可在不添加pH值調整劑的情況下將有機物生物分解，且可抑制污染分離膜之高分子有機物的生成量。
另外，在利用甲烷生成菌群的厭氧性處理步驟中，由氨與二氧化碳生成碳酸氫銨，在不對其進行需氧性處理的情況下在逆滲透膜裝置中進行濃縮，藉此可抑制在逆滲透膜裝置中形成生物膜。即，可防止將以厭氧性處理步驟無法除去的物質在逆滲透膜裝置中進行濃縮時對逆滲透膜的污染。
 [產業上的可利用性]
本發明可用於對含有有機物的水進行生物處理而再利用於純水製造。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500．．．生物處理裝置
110．．．厭氧性生物處理槽
112、212．．．膜分離裝置
114、214、614．．．逆滲透膜裝置
121、221、621．．．第1熱交換器(熱回收加熱裝置)
122、222、622．．．第2熱交換器(熱回收加熱裝置)
130、230．．．原水管
131、231．．．排氣管
132、232．．．處理液管
133、233．．．返送管
134、234．．．分離水管
135、235．．．排泥管
136、236．．．滲透水管
137、237．．．鹽水管
138、238、242、344、446、630、631、632、632B、632C、633、634、635、636、637、638、639、642．．．配管
139、239．．．流體管
210．．．厭氧性生物處理槽(反應器)
241、641．．．Anammox槽(濃縮水處理裝置)
343．．．反應柱
445．．．蒸發器
600．．．比較例的生物處理裝置
610．．．需氧性生物處理槽(需氧性反應器)
611．．．再曝氣層
612．．．膜分離裝置
613．．．脫氮槽
圖1是本發明第一實施形態之生物處理裝置的模式圖。
圖2是本發明第二實施形態之生物處理裝置的模式圖。
圖3是本發明第三實施形態之生物處理裝置的模式圖。
圖4是本發明第四實施形態之生物處理裝置的模式圖。
圖5是本發明第五實施形態之生物處理裝置的模式圖。
圖6是比較例5中所使用實驗裝置的模式圖。
100．．．生物處理裝置
110．．．厭氧性生物處理槽(反應器)
112．．．膜分離裝置
114．．．逆滲透膜裝置
121．．．第1熱交換器(熱回收加熱裝置)
122．．．第2熱交換器(熱回收加熱裝置)
130．．．原水管
131．．．排氣管
132．．．處理液管
133．．．返送管
134．．．分離水管
135．．．排泥管
136．．．滲透水管
137．．．鹽水管
138．．．配管
139．．．流體管

Claims (18)

  1. 一種含有有機物的水的生物處理方法，包括：將含有有機物的水導入厭氧性生物處理槽中；利用該厭氧性生物處理槽內的甲烷生成菌群進行厭氧性生物處理；將利用該厭氧性生物處理所獲得的處理液在不進行需氧性生物處理的情況下，進行膜分離；以逆滲透膜對利用該膜分離所獲得的分離水進行處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中該含有有機物的水中，單體有機物相對於總有機碳的比例大於等於70%。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中將該厭氧性生物處理槽內的液體的溫度設為大於等於15℃小於等於40℃而進行該厭氧性處理。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中該處理液於該厭氧性處理的過程加溫，再進行該膜分離以及該逆滲透膜處理。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中該單體有機物是選自以氫氧化四甲銨、單乙醇胺、二乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸以及乙酸所組成之族群中的任意一種以上。
  6. 一種含有有機物的水的生物處理裝置，包括：厭氧性生物處理槽，用以導入含有有機物的水並利用甲烷生成菌群生成甲烷；膜分離裝置，與該厭氧性生物處理槽相連接，用以對從該厭氧性生物處理槽中排出的處理液進行膜分離；逆滲透膜裝置，用以處理該膜分離裝置的分離水。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中該含有有機物的水中，單體有機物相對於總有機碳的包含比例大於等於70%。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其構成包括：該厭氧性處理槽，是將槽內液體的溫度設為大於等於15℃小於等於40℃而進行運轉，該處理液於該厭氧性處理槽中在加溫狀態下供給至該膜分離裝置以及該逆滲透膜裝置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，更包括熱回收加熱裝置，用以熱回收該逆滲透膜裝置的滲透水，並利用所回收的熱來加溫該厭氧性處理槽。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中該膜分離裝置包括微量濾膜或者超濾膜。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，更包括清洗裝置，用以供給在該厭氧性生物處理槽中所產生的生物生成氣至該膜分離裝置，以對該膜分離裝置進行曝氣清洗。
  12. 一種含有有機物的水的生物處理裝置，包括：厭氧性生物處理槽，用以導入含有有機物的水並利用甲烷生成菌群生成甲烷；膜分離裝置，與該厭氧性生物處理槽相連接，用以對從該厭氧性生物處理槽排出的處理液進行膜分離；逆滲透膜裝置，用以處理該膜分離裝置的分離水理；濃縮水處理裝置，用以處理該逆滲透膜裝置的濃縮水。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中該濃縮水處理裝置包括與該厭氧性生物處理槽不同的生物處理槽。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中該濃縮水處理裝置包括蒸發器，導入該濃縮水使其蒸發而取出蒸餾水。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之含有有機物的水的生物處理裝置，其中該濃縮水處理裝置包括反應柱，將使該濃縮水中的雜質不溶化的化學品添加至該濃縮水中，並分離出固形物。
  16. 一種含有有機物的水的生物處理方法，包括：將含有有機物的水導入包含甲烷生成菌群的厭氧性生物處理槽中進行厭氧性生物處理；將利用該厭氧性生物處理所獲得的處理液在不進行需氧性生物處理的情況下進行膜分離；以逆滲透膜處理利用該膜分離所獲得的分離水；對利用該逆滲透膜處理所獲得的濃縮水進行處理。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中該含有有機物的水中含有氮化合物。
  18. 如申請專利範圍第16項或第17項所述之含有有機物的水的生物處理方法，其中對該濃縮水進行與該厭氧性生物處理不同的生物處理；利用蒸發器對該濃縮水進行蒸餾處理；以及/或者對該濃縮水利用化學品使雜質不溶化再進行處理。
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