专利名称：排水处理装置及排水处理方法
技术领域：
本发明涉及排水处理装置以及排水处理方法，尤其涉及对被处理水进行生物处理之后，为了去除生物处理水中的含有菌体和生物代谢物的溶解性物质和悬浮性物质，而添加凝聚剂进行凝聚处理时，可降低凝聚剂的添加量，并且能获取良好的处理水的排水处理装置以及排水处理方法。
背景技术：
作为有机性排水的处理方法，现在广泛采用生物处理法。并且为了去除生物处理水中的悬浮物质和溶解性物质等的污染物质，或者排水量多时为了回收水，而对生物处理水进行凝聚处理，更进一步地在凝聚处理之后进行膜处理。
例如，特开2005-238152号公报中公开了，对含有机物水进行生物处理，向生物处理水添加凝聚剂进行凝聚处理，对凝聚处理水进行固液分离，用过滤装置过滤分离水，再使用反渗透膜分离装置对过滤水进行膜分离处理的方法。另外在该方法中，作为固液分离装置公开了上浮分离装置。作为固液分离装置的加压上浮分离装置，与沉淀槽相比具有设置面积小就够用的优点。
对生物处理水进行凝聚处理时，为促进凝聚作用而添加的凝聚剂(无机凝聚剂)是直接与运转费相关的要素，所以需要降低其添加量。但生物处理水的凝聚处理中，所溶解的有机物(S-TOC)、尤其是生物代谢物的凝聚处理较困难，通常需要大量的凝聚剂。
尤其是近几年，日益重视水资源的再利用，需要进行排水的回收。为了对作为排水被排出的进行水生物处理后，使其达到可再利用的高度净化，就需要大量的凝聚剂。因此，在生物处理水的凝聚处理中，降低凝聚剂的添加量已成为一个很大的课题。
另外，作为减少凝聚剂添加量的方法，虽提议并用高分子凝聚辅助剂等的方法，但需要添加辅助剂的费用，所以，现状是需要更容易且廉价的方法。
特开2005-238152号公报发明内容为了解决上述问题，本发明的目的在于提供，对被处理水进行生物处理之后，为了去除生物处理水中的含有菌体和生物代谢物的溶解性物质和悬浮性物质，而添加凝聚剂进行凝聚处理时，可降低凝聚剂的添加量并且能获取良好的处理水的排水处理装置以及排水处理方法。
本发明者们对上述课题进行努力研究的结果发现，对生物处理后的菌体及生物代谢物等进行凝聚处理时，通过在凝聚反应槽中搅拌之际，实施空气曝气，然后对凝聚处理水进行加压上浮分离，而能够降低凝聚剂的添加量。另外发现，通过将凝聚反应系中的水调整到最适当的pH领域，并用氧化剂而能够更进一步地提高处理水的水质。
本发明是基于如上的见地而完成，以下为本发明的要旨。
一种排水处理装置包括对被处理水进行生物处理的生物反应槽；和对该生物反应槽流出的生物处理水添加凝聚剂进行凝聚反应的凝聚反应槽；以及对该凝聚反应槽流出的凝聚处理水进行固液分离的加压上浮分离装置，其特征为，在上述凝聚反应槽内设有曝气装置。
本发明所述的排水处理装置，其特征为，包括将上述凝聚反应槽内水的pH调整至3～6的pH调节剂添加装置。
本发明所述的排水处理装置，其特征为，包括向上述凝聚反应槽添加氧化剂的氧化剂添加装置。
本发明所述的排水处理装置，其特征为，包括对从上述加压上浮分离装置流出的加压上浮分离水进行固液分离的过滤装置。
一种排水处理方法包括对被处理水进行生物处理的生物反应步骤；对从该生物反应步骤流出的生物处理水添加凝聚剂而进行凝聚反应的凝聚反应步骤；以及对从该凝聚反应步骤流出的凝聚处理水进行固液分离的加压上浮分离步骤，其特征为，上述凝聚反应步骤是在曝气下进行凝聚反应。
本发明的排水处理方法，其特征为，向上述凝聚反应步骤的水中添加pH调节剂，将该水的pH调整至3～6。
本发明所述的排水处理方法，其特征为，向上述凝聚反应步骤的水中添加氧化剂。
本发明所述的排水处理方法，其特征为，具有对从上述加压上浮分离步骤流出的加压上浮分离水进行固液分离的过滤步骤。
生物处理水中的含有菌体和生物代谢物的溶解性物质和悬浮性物质，尤其是生物代谢物质的凝聚处理较困难，现有的方法需要大量的凝聚剂。但，根据本发明，在对生物处理水进行凝聚处理时，通过组合处理由曝气(通常为空气)进行凝聚处理时的搅拌和由加压上浮分离进行絮凝物的分离，能改善凝聚性和固液分离性，进而达到了降低凝聚剂的添加量，并且可获取良好的处理水。
虽然本发明的上述效果的详细作用机理还不清楚，但可考虑为如下原因。
在生物处理后的水中存在，分散存在于水中的菌体和溶解存在的高分子有机物(例如蛋白质等)，尤其在组合凝聚处理和过滤的装置当中，认为对其过滤水质有很大影响的是蛋白质。如生物处理槽所出现的发泡，蛋白质的一部分存在具有与空气亲合性的物质。在本发明中，由于无机凝聚剂蛋白质在被电荷中和而粗大化的状态下，进行空气曝气，粗大化的蛋白质成为与气泡络合的状态。其结果是，通过加压上浮法，在凝聚反应槽的后段进行固液分离时，进一步因微细气泡的络合而提高分离性。
另外，尤其是铁类凝聚剂，pH在弱酸性～弱碱性的范围内，三价铁对凝聚有效，例如使用氯化铁(三价铁)类凝聚剂时，在凝聚剂中也存在若干比例的二价铁。凝聚反应槽内进行曝气时，则此类二价铁被氧化变成对凝聚有效的三价铁。另外，向凝聚反应槽添加次氯酸等氧化剂，则氧化效果将更进一步增大。而且，多数蛋白质在弱酸性范围具有等电点，因此pH越在酸性范围内(例如pH3～6)，越没有对水的解离，凝聚效果就越高。
根据如上的作用机理，通过本发明可以少量的凝聚剂添加量获取高水质的处理水，(1)因凝聚剂添加量的降低，可实现降低凝聚剂成本，更减少中和剂的成本及污泥处理费。
(2)可提高凝聚絮凝物的加压上浮分离性，进而通过提高加压上浮分离装置的流水速度而实现降低设置空间。
(3)通过凝聚剂添加量的降低和加压上浮分离而提高分离水的水质，能够改善后段处理效率，即，在后段设置过滤装置时，可减少其过滤装置的反洗频度，并且在其后段设置反渗透(RO)膜分离装置时，可实现防止其RO膜的污垢。
在上述效果的基础上，进行有效的水回收、再利用。
图1为表示本发明排水处理装置的实施方式的系统图。
图2为表示本发明排水处理装置的其他实施方式的系统图。
图3为表示本发明排水处理装置的另一实施方式的系统图。
图4为表示本发明排水处理装置的另一实施方式的系统图。
图5为表示本发明排水处理装置的另一实施方式的系统图。
符号说明1生物反应槽2凝聚槽
2A第1凝聚槽2B第2凝聚槽2C第3凝聚槽3加压上浮分离槽4过滤装置5RO膜分离装置6活性炭塔具体实施方式
下面，将详细说明本发明的排水处理装置以及排水处理方法的实施方式。
在本发明中，成为处理对象的排水只要是通常被生物处理的、含有机物的排水即可，对其无特别限定。例如有电子产业排水、化学工厂排水、食品工厂排水等。例如，在电子部件制造流程中，从显影工序、剥离工序、蚀刻工序、洗净工序等发生大量的各种有机性排水，而且需要将排水回收，净化至纯水的程度而再使用，所以这些排水适合作为本发明的处理对象排水。
此类有机性排水，例如有含异丙醇、乙醇等的有机性排水，含一乙醇胺(MEA)、四甲基铵氢氧化物(TMAH)等的有机态氮、铵态氮的有机性排水，含二甲亚砜(DMSO)等的有机硫黄化合物的有机性排水等。
对排水进行生物处理的生物反应槽，只要具有优良的对有机物的分解效率即可。可以使用已知的需氧性或厌氧性生物处理方式的反应槽。例如可采用，以浮游状态将活性污泥保持在槽内的浮游方式，将活性污泥附着于载体而进行保持的生物膜方式等。另外，生物膜方式可以使用固定床式、流动床式、展开床式等任意的微生物床方式，而且，作为载体可任意使用活性炭、各种的塑胶载体、海绵载体等。
浮游方式需要从处理水分离活性污泥的固液分离装置，在生物处理反应槽的后段设置沉淀槽、膜分离装置等的固液分离装置。而其他方式因在生物处理反应槽内保持了活性污泥，所以可不用上述的固液分离装置。
作为载体优选是海绵载体，海绵载体能够维持高浓度的微生物。对海绵的原材料无特别限定，但优选是酯类聚氨基甲酸乙酯。对载体的投入量也无特别限定，但通常优选是相对生物反应槽的槽容量，载体的目视容量为10～50％的程度。
在需氧性状态下，微生物性分解有机物的需氧性生物反应槽，可使用在槽内设置供氧(空气)的散气管、曝气机等氧气供给装置的曝气槽。
另一方面，在厌氧性状态下，微生物性分解有机物的厌氧性生物反应槽，可使用保持载体和粒状污泥的厌氧槽。
生物反应槽可以是需氧性生物反应槽或厌氧性生物反应槽的单个槽，也可以是需氧性生物反应槽及/或厌氧性生物反应槽的多个槽，而且可以是在单个槽的槽内设置分隔壁。
本发明中，在生物反应槽内，对生物处理排水所获取的生物处理水进行凝聚处理之际，向生物处理水添加凝聚剂的同时，通过曝气进行搅拌。
<凝聚槽>
凝聚处理所用的凝聚反应槽(以下称为“凝聚槽”)，可以是只有1个槽，也可以是多段设置2层以上的凝聚槽的槽。
凝聚处理设备一般由用于将凝聚剂与被处理水充分接触的高速搅拌槽和生长凝聚絮凝物的低速搅拌槽构成。本发明优选为，通过曝气进行的搅拌是在高速搅拌槽中进行，然后在低速搅拌槽中不使用曝气由搅拌完成絮凝物的稳定生长化。并且，在多段设置2个槽以上的凝聚槽时，优选将前段的凝聚槽设成空气曝气槽，后段的凝聚槽设成机械搅拌槽。
对空气曝气槽的空气曝气量无特别限定，只要将凝聚剂达到充分搅拌的程度即可。该空气曝气槽也可以并用机械搅拌槽。
<凝聚剂>
凝聚处理所使用的凝聚剂有氯化铁、聚硫酸铁等的铁类凝聚剂、硫酸铝、氯化铝、聚氯化铝等的铝类凝聚剂。从凝聚效果的方面来看优选是铁类凝聚剂。这些无机凝聚剂可单独使用1种，也可并用2种以上。
无机凝聚剂的添加量取决于生物处理水的特性和水质，通常优选为50～300mg/L的程度。
另外，针对排水的特性，可通过并用有机凝聚剂和上浮辅助剂，而更进一步得到提高凝聚处理水的水质和加压上浮分离性的效果。此时，有机凝聚剂可添加于无机凝聚剂添加工序的前段，也可以添加于后段，而且也可添加在无机凝聚剂的添加工序中。
有机凝聚剂的添加量，因生物处理水的水质和有机凝聚剂的使用形态而不同，通常，优选是1～10mg/L的程度。
<pH的调整>
在进行曝气搅拌的凝聚槽中，凝聚处理时的pH优选为3～6，通过将pH调整到该酸性范围内，而能够提高凝聚处理效果。尤其是使用铁类凝聚剂时，在pH5.5以下通过曝气搅拌进行混合则极为有效，而使用铝类凝聚剂时，在pH 5.5以下由曝气搅拌进行混合后，再将pH调节到6.0以上时则为有效。
当凝聚处理设备由2个槽以上的凝聚槽构成时，可将实施曝气搅拌的凝聚槽的至少一个凝聚槽调节到pH3～6，其他的凝聚槽根据排水性状和适用凝聚剂的种类而可以调节至pH3～6以外的pH值。
适合调节pH的有盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)等的酸或氢氧化钠(NaOH)等的碱。
<氧化剂>
如上所述的凝聚处理工序中，优选添加氧化剂，可获取更好的凝聚处理结果。
作为氧化剂可使用次氯酸纳(NaClO)、过硫酸钠中的1种或2种以上，其添加量因生物处理水的水质和凝聚处理条件而不同，通常，优选为1～10mg/L的程度。
然后对凝聚处理水进行加压上浮分离，对生成的凝聚絮凝物进行固液分离。
该加压上浮分离，通常使用加压上浮分离装置。
本发明在凝聚处理中，通过进行曝气而改善凝聚处理水的加压上浮分离性，进而能够将加压上浮分离时的通水LV，从通常的加压上浮分离处理的通水LV为4～7hr-1上升到10～20hr-1，能实现处理效率的提高、由装置的小型化而可以减少设置空间。
优选为对加压上浮分离所获取的分离水再用过滤装置进行过滤。该过滤装置可使用填充了砂、无烟煤等过滤材料的填充层型过滤器、使用精密过滤(MF)膜、半透膜过滤(UF)膜等膜的膜过滤器等。
根据本发明，通过凝聚处理时进行曝气而改善加压上浮分离性，进而能够获取良好水质的加压上浮分离水，能防止该过滤装置的堵塞，降低过滤装置的反冲洗频度，并能够提高处理效率。
将加压上浮分离水或过滤该水所获取的过滤处理水，再通过RO膜分离装置进行RO膜处理，通过RO膜处理的去离子处理能够获取高纯度的水。
此时，在RO膜处理之前，最好去除加压上浮分离水中的残留SS，将加压上浮分离水通过上述的过滤装置进行过滤处理。但也可以直接对加压上浮分离水进行RO膜处理。
RO膜分离装置可使用已知的任意装置。
本发明可用少量的无机凝聚剂添加量而能够获取优良的加压上浮分离水，另外，其过滤处理水的FI值低，可将其供水于RO膜分离装置，因此，能够抑制RO膜分离装置由于污垢而引起膜通量的降低，可长期稳定地获取处理水(渗透水)。
另外，FI值是作为，将水通过RO膜分离装置进行去离子处理时，判断向RO膜分离装置供水的水质是否适合RO膜处理的指标使用。即使水中的溶存有机物和SS的量大致相等，也有对其进行RO膜处理时膜通量过早降低和无此种情况的现象。此时，RO给水的FI值出现差异。
FI值，如后面实施例的水质评价所述，可通过将样品水流过具有所规定孔径的过滤膜，测定过滤规定量时所需要的时间，由初期的所需要时间和按规定时间流水后的所需要时间求得。使用于判断容易引起或不易引起膜污染、膜堵塞的水质。一般即使是FI值5以下的水质也允许RO给水，但通常优选为FI值4以下的水质。进而，本发明优选为，对生物处理水进行凝聚处理及加压上浮分离处理，再进行过滤处理，而获取FI值4以下的水，并对其进行RO膜处理。
再者，本发明在加压上浮分离装置的后段，可以并用上述以外的其他处理。例如，为去除残留的溶解性有机物，设置活性炭塔，进行利用活性炭的吸附处理。
此时，优选为将活性炭塔设置在过滤装置的后段，RO膜分离装置的前段。
下面，参照附图，说明本发明的排水处理装置之一例。
图1～5为表示本发明排水处理装置之一例的系统图，1为生物反应槽，2、2A、2B、2C为凝聚槽，3为加压上浮分离槽，4为过滤装置，5为RO膜分离装置，6为活性炭塔。
图1的排水处理装置为在生物反应槽1内生物处理排水之后，在设有曝气装置的第1凝聚槽2A中，加入无机凝聚剂(例如铁类凝聚剂)、氧化剂以及酸，在高速搅拌、pH3～6的条件下进行凝聚处理后，导入到设有搅拌机的第2凝聚槽2B中，再添加有机凝聚剂及碱，在pH5～8的条件下慢速度搅拌并进行凝聚处理，然后在加压上浮分离槽3中加压上浮分离凝聚处理水，再用过滤装置4过滤分离水，作为处理水可获取过滤水。
图2所示的装置为，图1的过滤装置4的后段增设了RO膜分离装置5，与图1的装置进行相同的操作而获取的过滤处理水，再用RO膜分离装置5进行去离子处理后，而获取处理水。
图3的装置为，图2装置中的过滤装置4和RO膜分离装置5之间设置活性炭塔6，而且在第1凝聚槽2A中，添加无机凝聚剂(例如铝类凝聚剂)和氧化剂以及酸或碱，在第2凝聚槽2B中，只添加酸或碱，与图1相同进行凝聚处理，加压上浮分离处理，过滤处理的水用活性炭塔6去除残留的溶解性有机物后，再用RO膜分离装置5进行去离子处理，从而获取处理水。
图4所示的装置为，图2装置中的凝聚槽只设成1个槽，在设置曝气装置的凝聚槽2中，添加无机凝聚剂和氧化剂以及酸或碱，在pH为弱酸性的条件下进行凝聚处理后，在加压上浮分离槽3中进行加压上浮分离处理后，再进行过滤处理，RO膜分离处理、进而获取处理水。
图5所示的装置为，图1装置中的凝聚槽设置成3个槽。在设置了机械搅拌装置的第1凝聚槽2A中，向生物处理水添加有机凝聚剂和酸或碱，在pH5～7的条件下进行凝聚处理，接着在第2凝聚槽2B中，在曝气搅拌下添加无机凝聚剂和氧化剂以及酸或碱，在pH3～6的条件下进行凝聚处理。再在第3凝聚槽2C中，通过机械搅拌添加酸或碱，在pH6～8的条件下进行凝聚处理，凝集处理水再通过加压上浮分离处理、过滤处理而获取处理水。
另外，图1～5所示的装置为本发明排水处理装置的例子，本发明并不局限于任何图示的方法，在上述的凝聚槽或后面的处理装置中，也可采用其它的各种形态。
下面将通过实施例以及比较例更具体地说明本发明。
实施例1～4使用图1所示的装置，根据本发明进行了有机性排水的处理。所处理的有机性排水的水质，所用的生物反应槽和凝聚槽等的规格和操作条件为如下所示，以2400L/日的处理量进行了处理。
此时将采取加压上浮分离槽的分离水，用0.45μm的过滤器在2.1kg/cm2的加压条件下过滤时的过滤时间，如下所示算出的FI值，以及过滤装置的过滤持续时间(过滤装置到堵塞，需要冲洗为止的可过滤持续时间)来评价处理水的水质评价，其结果如表1所示。
如上所述，向RO膜分离装置的流水基准为FI值4以下，优选为获取FI值4以下的处理水。
FI＝{(1-T0/T15)/T15}100T0初期过滤500cc时所需要的时间(sec)T15过滤开始15min后，过滤500cc时所需要的时间(sec)[有机性排水的水质]BOD1000mg/L[生物反应槽]槽容量2400L曝气量200L/min载体将3mm方形的海绵，以目视的容量添加至槽容量的50％[第1凝聚槽]槽容量50L
无机凝聚剂添加200mg/L(FeCl3换算量)的38重量％的氯化铁水溶液氧化剂添加如表1所示量的次氯酸钠槽内pH如表1所示(通过添加HCl或NaCl调整)空气曝气量20L/min[第2凝聚槽]槽容量50L有机凝聚剂添加0.5mg/L的聚丙烯酰胺部分水解物槽内pH如表1所示(通过添加HCl或NaOH调整)搅拌机平羽40mm×200mm，60rpm的叶片搅拌[加压上浮分离槽]槽直径为130mm的圆筒形上浮分离槽加压水比30％流水LV10m/hr[过滤装置]过滤方式重力式双层过滤过滤LV5.6m/hr比较例1实施例1中，除了将第1凝聚槽的搅拌装置设成不是空气曝气，而是与第2凝聚槽相同的叶片搅拌之外，再进行同样的处理。处理结果如表1所示。
比较例2在比较例1中，除了将第1凝聚槽的无机凝聚剂添加量增加到表1所示的量之外，进行同样的处理。处理结果如表1所示。
表1、
从表1可明确得出以下结果。
即，在第1凝聚槽进行机械搅拌的比较例1中，其处理水的FI值高，处理水的水质恶劣，而且过滤持续时间也比实施例1～4短。在增加了无机凝聚剂添加量的比较例2中，FI值虽被改善但并不充分，而且因凝聚絮凝物的形成以及其絮凝物与泡的亲和性的两个方面不充分，所以加压上浮分离性低，进而过滤持续时间非常短。
对此，在第1凝聚槽中进行空气曝气的实施例1～4，全部获得良好的结果，尤其添加氧化剂时(实施例3)，并且将第1凝聚槽的pH调节到酸性范围(实施例1、2)时，也能够获取良好的结果。
实施例5在实施例1中，除了向第1凝聚槽添加作为无机凝聚剂使用的PAC(聚氯化铝)，其添加量为250mg/L的同时，将第1凝聚槽及第2凝聚槽的pH调成表2所示的值之外，再进行相同的处理，处理结果如表2所示。
比较例3在实施例5中，除了将第1凝聚槽的搅拌装置不设成空气曝气，而是与第2凝聚槽相同的叶片搅拌之外，再进行同样的处理。处理结果如表2所示。
表2
根据表2，可知道作为无机凝聚剂使用PAC时，也能够获取利用空气曝气的本发明效果。另外，对比实施例5与比较例3，可发现实施例5的FI值比比较例3良好，过滤持续时间也比比较例3长。
权利要求
1.一种排水处理装置，是包括对被处理水进行生物处理的生物反应槽；和对从该生物反应槽流出的生物处理水添加凝聚剂进行凝聚反应的凝聚反应槽；和对从该凝聚反应槽流出的凝聚处理水进行固液分离的加压上浮分离装置的排水处理装置，其特征为，在上述凝聚反应槽设有曝气装置。
2.如权利要求1的排水处理装置，其特征为，还包括，调整上述凝聚反应槽内水的pH至3～6的pH调整剂添加装置。
3.如权利要求1的排水处理装置，其特征为，还包括，向上述凝集反应槽添加氧化剂的氧化剂添加装置。
4.如权利要求2的排水处理装置，其特征为，还包括，向上述凝集反应槽添加氧化剂的氧化剂添加装置。
5.如权利要求1～4任意一项所述的排水处理装置，其特征为，还包括，对从上述加压上浮分离装置流出的加压上浮分离水进行固液分离的过滤装置。
6.一种排水处理方法，是包括对被处理水进行生物处理的生物反应步骤；和对从该生物反应槽流出的生物处理水添加凝聚剂进行凝聚反应的凝聚反应步骤和对从该凝聚反应槽流出的凝聚处理水进行固液分离的加压上浮分离步骤的排水处理方法，其特征为，在上述凝聚反应步骤中，在曝气下进行凝聚反应。
7.如权利要求6的排水处理方法，其特征为，向上述凝聚反应步骤内的水中添加pH调节剂，调整该水的pH至3～6。
8.如权利要求6的排水处理方法，其特征为，向上述凝集反应步骤添加氧化剂。
9.如权利要求7的排水处理方法，其特征为，向上述凝集反应步骤添加氧化剂。
10.如权利要求6～9任意一项所述的排水处理装置，其特征为，对从上述加压上浮分离步骤流出的加压上浮分离水进行固液分离。
全文摘要
本发明涉及到排水处理装置以及排水处理方法，其课题为，将被处理水进行生物处理后，为了去除生物处理水中的含有菌体和生物代谢物的溶解性物质和悬浮性物质，而添加凝聚剂进行凝聚处理时，可降低凝聚剂的添加量并且能获取良好的处理水。排水处理装置包括对被处理水进行生物处理的生物反应槽(1)；对该生物反应槽(1)流出的生物处理水添加凝聚剂进行凝聚反应的凝聚反应槽(2A)、(2B)；以及对该凝聚反应槽(2B)流出的凝聚处理水进行固液分离的加压上浮分离装置(3)。在凝聚反应槽(2A)内设有曝气装置，通过曝气搅拌提高凝聚性的同时。也可改善后段的加压上浮分离性。
文档编号C02F1/52GK1962493SQ20061013851
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月7日 优先权日2005年11月8日
发明者山田聪, 小泉求, 田中伦明 申请人:栗田工业株式会社