説明

有機物及び酸化剤含有排水の処理方法及び処理装置

【課題】電子デバイス製造工場、その他各種の分野から排出される高濃度ないし低濃度の有機物と酸化剤とを含有する排水を活性炭塔とRO膜分離装置を用いて処理・回収する際、RO膜分離装置内での有機物の膜面付着によるフラックスの低下、活性炭塔及びRO膜分離装置内でのバイオファウリングを防止して長期にわたり安定な処理を行うと同時に、水中TOC濃度を効率的に低減して高水質の処理水を得る。
【解決手段】有機物及び酸化剤含有排水に、水中のカルシウムイオン濃度の5重量倍以上のスケール防止剤を添加すると共に、アルカリを添加してpHを9.5以上に調整した後、活性炭塔1及びRO膜分離装置3に通水する。AC給水のpHを9.5以上にすることにより活性炭塔1及びRO膜分離装置3でのバイオファウリングを防止し、また、非イオン性界面活性剤のRO膜面付着を防止してフラックスの低下を防止する。スケール防止剤の添加により、高pH条件での炭酸カルシウムスケールによるRO膜面閉塞を抑制する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイス製造工場等から排出される高濃度ないし低濃度有機物(TOC)と酸化剤とを含有する排水を活性炭塔及び逆浸透(RO)膜分離装置を用いて処理・回収する際、RO膜分離装置内での有機物の膜面付着によるフラックスの低下や、活性炭塔やRO膜分離装置内でのバイオファウリングを防止して長期にわたり安定な処理を行うと同時に、水中TOC濃度を効率的に低減して高水質の処理水を得る有機物及び酸化剤含有排水の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境基準ないし水質基準は益々厳しくなる傾向にあり、放流水についても高度に浄化することが望まれている。一方で、水不足解消の目的から、各種の排水を回収して再利用するためにも、高度な水処理技術の開発が望まれている。
【0003】
このような状況において、RO膜分離処理は水中の不純物(イオン類、有機物、微粒子など)を効果的に除去することが可能であることから、近年、多くの分野で使用されるようになってきた。例えば、半導体製造プロセスから排出されるアセトン、イソプロピルアルコールなどを含む高濃度TOCあるいは低濃度TOC含有排水を回収して再利用する場合、これをまず生物処理してTOC成分を除去し生物処理水をRO膜処理して浄化する方法が広く採用されている(例えば、特開2002−336886号公報)。
【0004】
しかしながら、近年、生物処理排水をRO膜分離装置に通水した場合、微生物による有機物分解で生成される生物代謝物により、RO膜の膜面が閉塞され、フラックスが低下するという問題が顕在化し始めるようになってきた。
【0005】
一方、生物処理を用いず、これらのTOC含有排水を直接RO膜分離装置に通水した場合には、RO膜分離装置に流入するTOC濃度が高いため、RO膜分離装置内では微生物が繁殖しやすい環境となる。そこでRO膜分離装置内でのバイオファウリングを抑制する目的から、通常はTOC含有排水にスライムコントロール剤を多量に添加することが行われているが、スライムコントロール剤は高価であるため、より安価なバイオファウリング抑制方法が求められている。
【0006】
また、電子デバイス製造工場から排出される排水には、RO膜分離装置の膜面に付着し、フラックスを低下させる恐れのある非イオン性界面活性剤が混入する場合があるため、従来、このような非イオン性界面活性剤含有排水には、RO膜分離処理を適用することはできなかった。
【0007】
ところで、これらの排水中には上述した有機物以外にも過酸化水素などの酸化剤が含まれている場合があり、この場合においては、更に次のような問題があった。即ち、排水中に酸化剤が含まれている場合、酸化剤によるRO膜の酸化劣化を防止する目的から、一般的にRO膜分離装置の前段に活性炭塔が設置されるが、これらの排水中には低濃度ないし高濃度の有機物も含まれているため、活性炭塔内は微生物の温床となりやすく、活性炭塔内のバイオファウリングで、菌体リークによる活性炭処理水SDI値の上昇又は活性炭塔内差圧の上昇といった装置の運転に支障をきたすトラブルが頻発する。
【特許文献1】特開2002−336886号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、電子デバイス製造工場、その他各種の分野から排出される高濃度ないし低濃度有機物と酸化剤とを含有する排水を活性炭塔とRO膜分離装置を用いて処理・回収する際、RO膜分離装置内での有機物の膜面付着によるフラックスの低下、活性炭塔及びRO膜分離装置内でのバイオファウリングを防止して長期にわたり安定な処理を行うと同時に、水中TOC濃度を効率的に低減して高水質の処理水を得る有機物及び酸化剤含有排水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の有機物及び酸化剤含有排水の処理方法は、有機物及び酸化剤含有排水を活性炭で処理する活性炭処理工程と、活性炭処理工程を経た該排水を逆浸透膜分離処理する膜分離工程とを備えてなる有機物及び酸化剤含有排水の処理方法において、前記活性炭処理工程よりも前の段階において、排水にアルカリを添加してpHを9.5以上に調整するpH調整工程と、前記膜分離工程よりも前の段階において、排水に該排水中のカルシウムイオンの5重量倍以上のスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加工程とを有することを特徴とする。
【0010】
本発明の有機物及び酸化剤含有排水の処理装置は、有機物及び酸化剤含有排水を活性炭で処理する活性炭処理手段と、活性炭処理手段を経た該排水を逆浸透膜分離処理する膜分離手段とを備えてなる有機物及び酸化剤含有排水の処理装置において、前記活性炭処理手段によりも前段に設けられた、排水にアルカリを添加してpHを9.5以上に調整するpH調整手段と、前記膜分離手段よりも前段に設けられた、排水に該排水中のカルシウムイオンの5重量倍以上のスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加手段とを有することを特徴とする。
【0011】
なお、本発明において、スケール防止剤の添加量は、当該スケール防止剤がナトリウム塩等の塩である場合も、酸の形で換算した値である。
以下において、RO膜分離処理に供する被処理水を「RO給水」と称し、活性炭処理に供する被処理水を「AC給水」と称す場合がある。
【0012】
本発明においては、AC給水をpH9.5以上に調整し、また、RO給水に所定量のスケール防止剤を添加する。
【0013】
本発明において、AC給水のpHを9.5以上に調整する理由は以下の通りである。
即ち、微生物はアルカリ性域では生息することができない。そのため、AC給水のpHを9.5以上調整することにより、栄養源はあるが微生物が生息できない環境を作り出すことが可能となり、活性炭塔内での微生物の繁殖を抑制することが可能となる。活性炭処理によるpH低下はないことから、この活性炭塔から流出する活性炭処理水のpHもpH9.5以上のアルカリ性であり、従ってこのようなアルカリ性の活性炭処理水をRO給水とすることにより、RO膜分離装置においても同様に微生物の繁殖を抑制することができ、従来のような高価なスライムコントロール剤の添加を必要とすることなく、RO膜分離装置でのバイオファウリングを防止することができる。
【0014】
また、膜フラックスを低下させる恐れのある非イオン性界面活性剤はアルカリ性領域では膜面から脱着することが知られており、RO給水のpHを9.5以上にすることによりRO膜面へのこれらの成分の付着を抑制することが可能となる。
【0015】
また、RO給水に、RO給水中のカルシウムイオンの5重量倍以上スケール防止剤を添加する理由は以下の通りである。
【0016】
即ち、電子デバイス製造工場等から排出されるTOC含有排水中には稀にスケールの元となるカルシウムイオンなどが混入する場合がある。本発明では、AC給水のpHを9.5以上とすることによりRO給水のpHも9.5以上となるが、そのような高pHのRO運転条件では極微量のカルシウムイオンの混入でも炭酸カルシウムなどのスケールが生成し、RO膜が直ちに閉塞してしまう。本発明にあっては、このようなスケールによる膜面閉塞を抑制する目的からRO給水にスケール防止剤を添加するのであるが、このスケール防止剤添加量がカルシウムイオン濃度の5倍量未満ではその添加効果は十分でないため、カルシウムイオン濃度の5倍量以上とする。
【0017】
本発明においては、より効率的な処理を行うために、次のような条件を採用することが好ましい。
(1) AC給水pHは好ましくは10.5以上、特に10.5〜12とする。
(2) スケール防止剤の添加量はカルシウムイオン濃度の5〜50倍量とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明の有機物及び酸化剤含有排水の処理方法及び処理装置によれば、電子デバイス製造工場、その他各種の分野から排出される高濃度ないし低濃度有機物と酸化剤とを含有する排水を活性炭塔とRO膜分離装置を用いて処理・回収する際、RO膜分離装置内での有機物の膜面付着によるフラックスの低下、活性炭塔及びRO膜分離装置におけるバイオファウリングを防止して長期にわたり安定な処理を行うと同時に、水中TOC濃度を効率的に低減して高水質の処理水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下に図面を参照して本発明の有機物含有排水の処理方法及び処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の有機物含有排水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【0020】
本発明においては、有機物及び酸化剤含有排水を活性炭処理、次いでRO膜分離処理するに当たり、活性炭処理に供されるAC給水にアルカリを添加してpH9.5以上に調整し、また、RO膜分離処理されるRO給水に所定量のスケール防止剤を添加することができれば良く、各処理手順としては、次の(1)〜(4)のような態様が挙げられる。
(1) スケール防止剤添加→pH調整→活性炭処理→RO膜分離処理
(2) pH調整→スケール防止剤添加→活性炭処理→RO膜分離処理
(3) pH調整→活性炭処理→スケール防止剤添加→RO膜分離処理
(4) スケール防止剤添加及びpH調整→活性炭処理→RO膜分離処理
【0021】
図1は、上記(1)の態様で処理を行う場合を示すが、上記(2)又は(3)又は(4)の態様も採用し得ることは言うまでもない。また、図1では活性炭処理手段として活性炭塔を示しているが、活性炭処理手段は活性炭塔に何ら限定されず、排水に活性炭を接触させて、排水中の酸化剤を除去することができるものであれば良い。
【0022】
図1では、原水(有機物及び酸化剤含有排水)にスケール防止剤を添加した後、アルカリを添加してpHを9.5以上とし、その後、活性炭塔1に通水し、活性炭処理水をタンク2を経てRO膜分離装置3に導入してRO膜分離処理をする。
【0023】
原水に添加するスケール防止剤としては、アルカリ領域で解離して金属イオンと錯体を形成し易いエチレンジアミン四酢酸(EDTA)やニトリロ三酢酸(NTA)などキレート系スケール防止剤が好適に用いられるが、その他、(メタ)アクリル酸重合体及びその塩、マレイン酸重合体及びその塩などの低分子量ポリマー、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸及びその塩、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸及びその塩、ニトリロトリメチレンホスホン酸及びその塩、ホスホノブタントリカルボン酸及びその塩などのホスホン酸及びホスホン酸塩、ヘキサメタリン酸及びその塩、トリポリリン酸及びその塩などの無機重合リン酸及び無機重合リン酸塩などを使用することができる。
【0024】
本発明において、スケール防止剤の添加量は、原水(スケール防止剤が添加される水)中のカルシウムイオン濃度の5重量倍以上とする。スケール防止剤の添加量が原水中のカルシウムイオン濃度の5重量倍未満では、スケール防止剤の添加効果を十分に得ることができない。スケール防止剤は過度に多量に添加しても薬剤コストの面で好ましくないことから、原水中のカルシウムイオン濃度の5〜50重量倍とすることが好ましい。
【0025】
スケール防止剤を添加した原水は、次いでアルカリ剤を添加してpH9.5以上、好ましくは10以上、より好ましくは10.5〜12、例えばpH10.5〜11に調整して活性炭塔1に導入する。ここで使用するアルカリ剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、原水のpHを9.5以上に調整できる無機物系アルカリ剤であれば良く、特に限定されない。
【0026】
活性炭塔1で使用される活性炭種としては石炭系、椰子殻系など酸化剤を除去できるものであれば何でも良く特に限定はしない。また、通水方法も上向流、下向流どちらでもよく、通水SVも特に限定するものでないが、好ましくは1〜40hr−1で通水する。
【0027】
活性炭塔1で酸化剤が除去された活性炭処理水は、次いでタンク2を経てポンプPによりRO膜分離装置3に導入される。
【0028】
RO膜分離装置のRO膜としては耐アルカリ性を有するもの、例えば、ポリエーテルアミド複合膜、ポリビニルアルコール複合膜、芳香族ポリアミド膜などが挙げられるが、1500mg/Lの食塩水を1.47MPa、25℃、pH7の条件でRO膜分離処理した時の塩排除率(以下、単に「塩排除率」と称す。)が95%以上の脱塩性能を有するポリビニルアルコール系の低ファウリング用RO膜を用いても良い。このような低ファウリング用RO膜を用いることが好ましい理由は以下の通りである。
【0029】
即ち、上記低ファウリング用RO膜は通常用いられる芳香族ポリアミド膜と比較して、膜表面の荷電性をなくし、親水性を向上させているため、耐汚染性において非常に優れている。しかしながら、非イオン性界面活性剤を多量に含む水に対してはその耐汚染性効果は低減し、経時によりフラックスは低下してしまう。
【0030】
一方、本発明では、RO給水のpHを9.5以上に調整することにより、RO膜フラックスを低下させる恐れのある非イオン性界面活性剤は膜面から脱着するため、通常用いられる芳香族系ポリアミド膜を使用した場合であっても、極端なフラックスの低下を抑制することは可能である。しかし、RO給水中の非イオン性界面活性剤濃度が高い場合にはその効果も低減し、長期的にはフラックスは低下してしまう。RO膜分離装置の前段で活性炭処理を行うことにより、上述のような界面活性剤によるフラックスの低下の問題が軽減されるが、長時間処理を継続することにより、やはり、フラックスは低下してくる。
【0031】
そこで、本発明においては、このような問題点を解決するために、上記特定の脱塩性能を有するポリビニルアルコール系の低ファウリング用RO膜と、RO給水のpHを9.5以上として通水する条件とを組み合わせることにより、高濃度の非イオン性界面活性剤を含むRO給水に対してもフラックス低下を起こすことなく長期にわたり安定した運転を行うようにしても良い。
【0032】
RO膜は、スパイラル型、中空糸型、管状型等、いかなる型式のものであっても良い。
【0033】
なお、RO膜分離装置2の濃縮水は必要に応じて酸を添加してpH中性に調整した後、系外へ排出される。また、RO膜分離装置2の透過水は、次いで酸を添加してpH4〜8に調整し、必要に応じて更に活性炭処理等を施した後、再利用又は放流される。ここで使用する酸としては、特に制限はなく、塩酸、硫酸などの鉱酸が挙げられる。
【0034】
図1に示すように、原水に所定量のスケール防止剤を添加すると共に、pH9.5以上に調整した後、活性炭処理及びRO膜分離処理することにより、RO膜分離装置におけるフラックスの低下を引き起こすことなく、また、活性炭塔及びRO膜分離装置のバイオファウリングを防止して、長期に亘り安定な処理を行って、TOCが高度に除去された高水質処理水を得ることができる。
【0035】
なお、図1は、前述の如く、本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。図1では、原水にスケール防止剤を添加した後、アルカリを添加してpH調整を行うが、原水にアルカリを添加してpH調整を行った後スケール防止剤を添加しても良く、また、pH調整とスケール防止剤の添加とを同時に行っても良い。また、RO膜分離装置による処理は一段処理に限らず、2段以上の多段処理であっても良い。また、電子デバイス製造工場から排出されるTOC含有排水等では、基本的にはスケールの原因となるカルシウムイオンなどが混入するケースは少ないが、原水中にカルシウムイオンなどが混入し、RO給水のカルシウムイオン濃度が高い場合は、カチオン交換塔でカチオン交換処理を行って、カルシウムを除去しても良い。この場合には、スケール防止剤添加量を削減するために、スケール防止剤の添加に先立ち、カチオン交換処理を行うことが好ましい。更に、pH調整やスケール防止剤の添加のための混合槽を設けても良い。
【実施例】
【0036】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0037】
実施例1
非イオン系界面活性剤を含む電子デバイス製造工場排水(pH7.2,TOC10mg,カルシウムイオン濃度1mg/L,酸化剤(過酸化水素)含有量:30mg/L)を原水として、原水にスケール防止剤としてエチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩10mg/Lを添加した後、NaOHを添加してpH10.5とし、活性炭塔(クラレケミカル製活性炭「KW10−32」を充填)にSV10hr−1で通水し、その活性炭処理水をRO膜分離装置(日東電工製低圧芳香族ポリアミド型RO膜「NTR−759」)で回収率90%の条件でRO膜分離処理を行った。
【0038】
このときの活性炭処理水中の生菌水とRO膜分離装置の膜フラックス(25℃,1.47MPa)の経時変化を調べ、結果を図2,3に示した。
【0039】
なお、RO透過水のTOC濃度は50μg/Lで、TOCを高度に除去することができた。
【0040】
比較例1
原水にNaOHを添加せず、AC給水のpHを7.2としたこと以外は実施例1と同条件で処理を行い、活性炭処理水中の生菌水とRO膜分離装置の膜フラックスの経時変化をそれぞれ図2,3に示した。
【0041】
図2,3より次のことが明らかである。
実施例1の活性炭処理水中からは生菌が観測されなかったのに対し、比較例1の活性炭処理水中からは通水開始500時間後にはすでに10個/mLの生菌のリークが観測された。
また、実施例1においては通水開始から500時間後でもフラックスの低下は観測されなかったのに対し、比較例1では通水開始から300時間は活性炭のもつ有機物吸着作用により膜フラックスの低下はみられなかったが、300時間を過ぎた頃から極端にフラックスの低下が見られた。
【0042】
実施例2、比較例2〜4
AC給水のpHを9.5(実施例2)、9.2(比較例2)、9(比較例3)、又は8.5(比較例4)としたこと以外は実施例1と同条件で処理を行い、RO膜分離装置の膜フラックスの経時変化を調べ、結果を図4に示した。
【0043】
図4より、AC給水のpHを9.5以上とすることにより、RO給水のpHも9.5以上となり、非イオン性界面活性剤の膜面付着及び微生物の増殖によるバイオファウリングを抑え、RO膜分離装置の膜フラックスの低下を抑制できることが分かる。
【0044】
実施例3、比較例5,6
スケール防止剤の添加量を5mg/L(実施例3)、3mg/L(比較例5)、又は1mg/L(比較例6)としたこと以外は実施例1と同条件で処理を行い、RO膜分離装置の膜フラックスの経時変化を調べ、結果を図5に示した。なお、図5には、スケール防止剤の添加量を10mg/Lとした実施例1の結果も併記した。
【0045】
図5より、スケール防止剤の添加量をカルシウムイオン濃度の5重量倍以上とすることにより、RO膜分離装置の膜フラックスの低下を抑制できることが分かる。このとき、膜フラックスが低下したRO膜分離装置のRO膜面を調査したところ、炭酸カルシウムのスケールが付着していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明は、電子デバイス製造分野、半導体製造分野、その他の各種産業分野で排出される高濃度ないし低濃度TOC及び酸化剤含有排水の放流、又は回収・再利用のための水処理に有効に適用される。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の有機物及び酸化剤含有排水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図2】実施例1及び比較例1における活性炭処理水の生菌数の経時変化を示すグラフである。
【図3】実施例1及び比較例1におけるRO膜分離装置の膜フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図4】実施例2及び比較例2〜4におけるRO膜分離装置の膜フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図5】実施例1,3及び比較例5,6におけるRO膜分離装置の膜フラックスの経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【0048】
1 活性炭塔
2 タンク
3 RO膜分離装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機物及び酸化剤含有排水を活性炭で処理する活性炭処理工程と、活性炭処理工程を経た該排水を逆浸透膜分離処理する膜分離工程とを備えてなる有機物及び酸化剤含有排水の処理方法において、
前記活性炭処理工程よりも前の段階において、排水にアルカリを添加してpHを9.5以上に調整するpH調整工程と、
前記膜分離工程よりも前の段階において、排水に該排水中のカルシウムイオンの5重量倍以上のスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加工程と
を有することを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理方法。
【請求項2】
請求項1において、該スケール防止剤添加工程、該pH調整工程、該活性炭処理工程及び該膜分離工程の順で排水処理することを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理方法。
【請求項3】
請求項1又は2において、該スケール防止剤添加工程において、該排水に、該排水中のカルシウムイオンの5〜50重量倍のスケール防止剤を添加することを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理方法。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1項において、該pH調整工程において、pHを10.5〜12に調整することを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理方法。
【請求項5】
有機物及び酸化剤含有排水を活性炭で処理する活性炭処理手段と、活性炭処理手段を経た該排水を逆浸透膜分離処理する膜分離手段とを備えてなる有機物及び酸化剤含有排水の処理装置において、
前記活性炭処理手段によりも前段に設けられた、排水にアルカリを添加してpHを9.5以上に調整するpH調整手段と、
前記膜分離手段よりも前段に設けられた、排水に該排水中のカルシウムイオンの5重量倍以上のスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加手段と
を有することを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理装置。
【請求項6】
請求項5において、該スケール防止剤添加手段、該pH調整手段、該活性炭処理手段及び該膜分離手段がこの順で設けられていることを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理装置。
【請求項7】
請求項5又は6において、該活性炭処理手段が活性炭塔であることを特徴とする有機物及び酸化剤含有排水の処理装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−181397(P2006−181397A)
【公開日】平成18年7月13日(2006.7.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−232977(P2004−232977)
【出願日】平成16年8月10日(2004.8.10)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】