專利名稱：含有機(jī)物水的生物處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行厭氧處理的生物處理方法和裝置， 特別涉及對(duì)排水進(jìn)行生物處理、作為純水制造用原水利用的生物處理 方法和裝置。
背景技術(shù)：
相比于厭氧性微生物群落，好氧性微生物群落認(rèn)為具有多種有機(jī) 物的分解能力。因此，利用好氧性微生物群落的好氧性生物處理適合 處理含有復(fù)雜的高分子(聚合物)化合物的排水(例如食品排水)。另 外，由于在厭氧性生物處理中，高分子有機(jī)物的水解速度慢，所以一
般需耍使水力停留吋間為30日以上。與此相對(duì)，好氧性生物處理的標(biāo) 準(zhǔn)水力停留吋問(wèn)短為0.5日左右。
近年，如半導(dǎo)體制造工廠那樣，在使用純水、排出其排水的設(shè)備 等中，正在開(kāi)展對(duì)含有機(jī)物的排水進(jìn)行生物處理，以該處理水作為純 水制造原料使用的水回收。在進(jìn)行這樣的水回收的含有機(jī)物水的生物 處理中，以往使用好氧性生物處理。當(dāng)含有機(jī)物水中含有氮成分吋， 在好氧性條件下，氮化合物被氧化而生成硝酸或亞硝酸，在無(wú)氧條件 下進(jìn)行脫氮。另外，在好氧性生物處理時(shí)，大多將好氧性微生物固定 在載體上，從而增大生物處理槽的微生物保持量，提高處理速度(例 如，專利文獻(xiàn)l)。在使用載體時(shí)，例如，能夠?qū)⑸锾幚聿壑惖挠?機(jī)物除去速度提高到1 2kg-C0D / m3 /日左右。
當(dāng)將由這樣的生物處理而得到的處理液在純水制造中再利用時(shí)， 用固液分離裝置處理處理液、分離微生物體后，用反滲透膜(RO膜) 分離裝置等進(jìn)行脫鹽處理(例如，專利文獻(xiàn)2)。
如上所述，在將排水作為純水制造的原水再利用時(shí)， 一般采用膜 分離裝置進(jìn)行處理。但是，分離膜因運(yùn)轉(zhuǎn)條件和被處理水的水質(zhì)而容 易產(chǎn)生堵塞，特別是如果對(duì)生物處理液進(jìn)行膜分離，則有微生物自身
5和微生物生成的粘性物質(zhì)等附著在膜表面而產(chǎn)生堵塞的傾向。微生物 生成的粘性物質(zhì)以高分子有機(jī)物為主體而具有難分解性，其生成量幾 乎與保持在生物處理槽中的微生物量成正比地增多。因此，在使用增 殖速度快的好氧性微生物的好氧性生物處理中，高分子有機(jī)物的生成 量也多。特別是當(dāng)使用添加了載體的生物處理槽時(shí)，保有的微生物量 變多，因此高分子有機(jī)物的生成量也變多。
另一方而，由于厭氧性微生物比好氧性微生物的增殖速度慢，所 以高分子有機(jī)物的生成量比較少。但是，由于厭氧性生物處理本來(lái)對(duì) 有機(jī)物的分解速度慢，所以被處理水(含有機(jī)物水)所含的有機(jī)物不 被分解完全，原樣或其分解中間體容易含有在處理液屮。即，當(dāng)進(jìn)行 好氧性生物處理時(shí)，擔(dān)心微生物的生成物污染反滲透膜。另一方而， 當(dāng)進(jìn)行厭氧性生物處理吋，雖然減少了對(duì)由微生物的生成物引起膜污 染的擔(dān)心，似是卻增加了對(duì)由處理液中殘留的有機(jī)物或分解中問(wèn)體引 起的脫污染的擔(dān)心。
另外，在對(duì)排水進(jìn)行生物處理后，分離在處理液中所含的微生物 體吋，因凝集沉淀和加壓上浮而分離不充分，在分離水中含有微生物 體等，因而污染后段的反滲透膜。特別是在生物處理槽中添加有載體 的情況下，為了將載體固液分離而需要過(guò)篩等，但增大表而積用于提 高活性的載體的粒徑小，容易使篩等堵塞，為了避免該問(wèn)題，就需要 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的固液分離裝置或大面積的沉淀池。
與此相對(duì)，如果將生物處理過(guò)的處理液利用設(shè)置在生物處理槽內(nèi) 的浸漬膜進(jìn)行固液分離，則微生物體等就能夠良好地分離，從而能夠 防止后段的反滲透膜的污染。但是，浸漬膜本身存在堵塞的問(wèn)題，特 別是在進(jìn)行好氧性處理時(shí)，存在有由微生物生成的高分子有機(jī)物引起 的浸漬膜堵塞、透過(guò)水量下降的問(wèn)題。
另外，當(dāng)含有機(jī)物水中含有氮成分時(shí)，在除去氮成分的好氧性生 物處理過(guò)程中，由微生物將有機(jī)態(tài)氮無(wú)機(jī)化生成氨，該氨被好氧性的 硝化細(xì)菌氧化，生成亞硝酸或硝酸，槽內(nèi)液的pH下降，所以需要添加 中和用的堿。接著，在厭氧性條件下進(jìn)行硝酸的脫氮處理時(shí)，硝酸或 亞硝酸被無(wú)氧性的脫氮細(xì)菌還原為氮?dú)?，在此過(guò)程中生成堿，pH上升。 因此，在脫氮工序中需要添加中和用酸。這樣，在生物處理過(guò)程中，用于中和而被添加的酸或堿成為后段的反滲透膜(RO膜)的鹽類負(fù)荷。 這樣，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到生成亞硝酸或硝酸而使其脫氮時(shí)，生成作為 強(qiáng)酸的亞硝酸和硝酸、以及作為強(qiáng)堿的OH—，因此需要中和強(qiáng)酸和強(qiáng) 堿。另一方面，在氧化氮化合物的工序中，如果在生成氨的時(shí)刻使生 物反應(yīng)停止，則僅中和弱堿性的氨就可以，而不必中和強(qiáng)酸和強(qiáng)堿。 為了使氮化合物的生物脫氮在氨生成階段停止，可以使增殖速度慢的 硝化細(xì)菌在生物反應(yīng)槽內(nèi)不增殖。具體而言，如果縮短生物反應(yīng)槽的 污泥滯留吋間，則硝化細(xì)菌從生物反應(yīng)槽流出(洗出)而不被保持在 槽內(nèi)，所以，使反應(yīng)在氨生成吋停止。
但是，為了使硝化細(xì)菌洗出，必須使生物反應(yīng)槽的污泥滯留吋間
為4日以下。如果將污泥的滯留時(shí)間下降為4日以下，則被處理水屮
所含的有機(jī)物就不能被充分分解。因此，在生物處理過(guò)的處理液中含
有很多殘留有機(jī)物，在RO膜裝置中，微生物以殘留有機(jī)物為底物而 容易增敏。增敬的微生物成為堵塞RO膜的原因，從而使RO膜的脫鹽 性能下降。
專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)平9一 187785號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2007—175582號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
這樣，在生物處理含有機(jī)物水而在純水制造中再利用時(shí)，排水處 理工序有吋對(duì)RO膜處理帶來(lái)不良影響。另外，在好氧性條件下對(duì)含 有機(jī)物水進(jìn)行生物處理，因硝化的進(jìn)展和中和用藥劑的添加而造成RO 膜裝置的負(fù)荷增大，另一方面，如果為了抑制硝化的進(jìn)行而縮短污泥 滯留時(shí)間，則造成由殘留有機(jī)物引起的RO膜污染。針對(duì)這樣的課題， 本發(fā)明的目的在于提供一種在含有機(jī)物水的生物處理中，在將處理水 作為純水制造用水而再利用時(shí)，避免對(duì)RO膜的負(fù)荷增大，且同時(shí)也 防止RO膜的污染，從而能夠順利進(jìn)行RO膜處理的方法和裝置。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明在厭氧性條件下對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行生 物處理，不使硝化反應(yīng)進(jìn)行而除去被處理水中的有機(jī)物，利用RO膜 裝置濃縮在生物處理后的處理液中殘留的銨鹽，將其另行處理。另外， 有機(jī)物的厭氧性生物處理分為通過(guò)產(chǎn)酸菌群由有機(jī)物生成酸的工序和
7通過(guò)產(chǎn)甲烷菌群由酸生成甲烷的工序。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，成為膜污染原因物質(zhì)的高分子有機(jī)物主要由酸生成工序相關(guān)的產(chǎn)酸菌群的代謝生成。因此，著眼于通過(guò)不經(jīng)過(guò)由產(chǎn)酸菌群進(jìn)行的酸生成工序而進(jìn)行甲垸生成來(lái)解決上述問(wèn)題，從而完成本發(fā)明。具體而言，本發(fā)明提供以下內(nèi)容。
(1) 一種含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，將含有機(jī)物水導(dǎo)入?yún)捬跣陨锾幚聿壑?，由上述厭氧性生物處理槽?nèi)的產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行厭氧性生物處理，對(duì)由上述厭氧性生物處理得到的處理液不進(jìn)行好氧性生物處理，而進(jìn)行膜分離，用反滲透膜對(duì)由上述膜分離得到的分離水進(jìn)行處理。
(2) 如(1)屮所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，在上述含有機(jī)物水中，相對(duì)于總有機(jī)物碳，單體有機(jī)物碳的比例為70%以上。
(3) 如(1)或(2)中所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，在槽內(nèi)液的溫度為15。C以上、40。C以下進(jìn)行上述厭氧性處理。
(4) 如(3)中所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，上述處理液在上述厭氧性處理過(guò)程中在被加著熱的狀態(tài)下供給上述膜分離和上述反滲透膜處理。
(5) 如(1)中所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，上述單體有機(jī)物選自氫氧化四甲基銨、 一乙醇胺、 一縮二乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜和醋酸中的任意一個(gè)以上。
(6) —種含有機(jī)物水的生物處理裝置，具有導(dǎo)入含有機(jī)物水、由產(chǎn)甲垸菌群生成甲烷的厭氧性生物處理槽；與上述厭氧性生物處理槽連接、對(duì)從上述厭氧性生物處理槽排出的處理液進(jìn)行膜分離的膜分離裝置；和對(duì)上述膜分離裝置的分離水進(jìn)行處理的反滲透膜裝置。
(7) 如(6)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，在上述含有機(jī)物水中，相對(duì)于總有機(jī)物碳，單體有機(jī)物碳的比例為70%以上。
(8) 如(6)或(7)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其被構(gòu)成為上述厭氧性處理槽在槽內(nèi)液的溫度為15。C以上、4(TC以下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，并且上述處理液在上述厭氧性處理槽中在被加著熱的狀態(tài)下供給上述膜分離裝置和上述反滲透膜裝置。
(9) 如(8)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，還具有從上述反滲透膜裝置的透過(guò)水進(jìn)行熱回收，利用被回收的熱對(duì)上述厭氧性處理槽加熱的熱回收加熱裝置。
(10) 如(6)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，上述膜分離裝置具有微濾膜或超濾膜。
(11) 如(6)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，還具
有向上述膜分離裝置供給在上述厭氧性生物處理槽中產(chǎn)生的生物氣體、對(duì)上述膜分離裝置進(jìn)行曝氣洗凈的洗凈裝置。
(12) —種含有機(jī)物水的生物處理裝置，具有導(dǎo)入含冇機(jī)物水、山產(chǎn)甲烷菌群生成甲烷的厭氧性生物處理槽；與上述厭氧性生物處理槽連接、對(duì)從上述厭氧性生物處理槽排出的處理液進(jìn)行膜分離的膜分離裝置；對(duì)上述膜分離裝置的分離水進(jìn)行處理的反滲透膜裝置；和對(duì)上述反滲透膜裝置的濃縮水進(jìn)行處理的濃縮水處理裝置。
(13) 如(12)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，上述濃縮水處現(xiàn)裝置包括與上述厭氧性生物處理槽不同的生物處理槽。
(14) 如(12)或(13)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，上述濃縮水處理裝置包括導(dǎo)入上述濃縮水、使其蒸發(fā)而取出蒸餾水的蒸發(fā)器。
(15) 如(12)中所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其中，上述濃縮水處理裝置包括在上述濃縮水中添加使上述濃縮水中的雜質(zhì)固化的藥品并將固化物分離的反應(yīng)柱。
(16) —種含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，將含有機(jī)物水導(dǎo)入含有產(chǎn)甲烷菌群的厭氧性生物處理槽中，進(jìn)行厭氧性生物處理，對(duì)由上述厭氧性生物處理得到的處理液不進(jìn)行好氧性生物處理，而進(jìn)行膜分離，用反滲透膜對(duì)由上述膜分離得到的分離水進(jìn)行處理，對(duì)由上述反滲透膜處理而得到的濃縮水進(jìn)行處理。
(17) 如(16)中所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，上述含有機(jī)物水含有氮化合物。
(18) 如(16)或(17)中所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其中，對(duì)上述濃縮水進(jìn)行上述厭氧性生物處理以外的生物處理、使用蒸發(fā)器進(jìn)行蒸餾處理、和/或通過(guò)藥品使雜質(zhì)固化進(jìn)行處理。
不僅含有有機(jī)^碳化合物:也含有氮化合物:所謂二"、總有機(jī)物碳"，是
對(duì)水中所含的各種有機(jī)態(tài)碳化合物的總稱，不僅包括非揮發(fā)性有機(jī)物，也包括用一般的TOC計(jì)不能測(cè)定的揮發(fā)性有機(jī)物。另外，作為有機(jī)態(tài)碳化合物，優(yōu)選微生物能夠直接吸收程度的低分子有機(jī)物(以下稱為
"單體有機(jī)物")的比例高(例如，相對(duì)于總有機(jī)物碳是70%以上)。所謂"單體有機(jī)物"，是在排水中所含的各種有機(jī)物中，微生物能夠直接吸收程度的低分子有機(jī)物的總稱。由于單體有機(jī)物被產(chǎn)甲烷菌群分解，所以，如果是單體有機(jī)物為主體的含有機(jī)物水，則在厭氧性生物處理工序中，產(chǎn)酸菌群就難以增殖。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的見(jiàn)解，如果能夠抑制產(chǎn)酸菌群的增殖，就能夠抑制這些微生物生成的高分子代
謝物的生成，從而能夠防止由代謝物引起的RO膜污染。
對(duì)于"單體有機(jī)物"，不能通過(guò)微生物的細(xì)胞壁而由菌體外的酶分解的有機(jī)物，-一般而言，有機(jī)物彼此聚合而分子量大，在本說(shuō)明書(shū)中，"單體有機(jī)物"作為意指除去這樣的高分子有機(jī)物的有機(jī)物的用語(yǔ)使用。作為單體有機(jī)物的具體例子，可以列舉作為產(chǎn)甲烷菌群的底物被利用的低分子有機(jī)物(例如甲酸、乙酸、甲醇、甲胺等)和氫氧化四甲基銨、 一乙醇胺、-縮二乙二醇單丁醚、異丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜。在本發(fā)明中，特別是作為單體有機(jī)物的具有甲基的化合物(四甲基銨、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜)的含有比例高的含有機(jī)物水是適合的處理對(duì)象。
在本發(fā)明中，由產(chǎn)甲垸菌群對(duì)被處理水中的有機(jī)物進(jìn)行厭氧性生物處理。被處理水中的有機(jī)物組成優(yōu)選設(shè)定為以單體有機(jī)物為主。單體有機(jī)物被產(chǎn)甲烷菌群生物分解，因此，通過(guò)使被處理水的性狀為以單體有機(jī)物主體，就能夠良好地將被處理水中的有機(jī)物生物分解，抑制有機(jī)物殘留在處理液中，從而防止后段的分離膜污染。另外，在本發(fā)明中，特別是作為單體有機(jī)物由具有甲基的化合物(四甲基銨、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜)的含有比例高的含有機(jī)物水成為處理對(duì)象，由此抑制由產(chǎn)酸菌群產(chǎn)生的膜污染物質(zhì)的生成，從而防止由高分子有機(jī)物弓I起的膜污染。
另外，在以產(chǎn)甲烷菌群為主體的厭氧性處理中，實(shí)質(zhì)上不發(fā)生硝化反應(yīng)。因此，當(dāng)被處理水中含有氮化合物時(shí)，氮成分在生物處理工序中沒(méi)有被脫氮而帶入反滲透膜裝置中。因此，在被處理水中不含氮化合物時(shí)能夠降低反滲透膜裝置的負(fù)荷。另一方面，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在被處理水中包含氮化合物而供給反滲透膜裝置的液體中含有氮成分吋，由反滲透膜濃縮的氮成分具有抑制反滲透膜裝置中的微生物增殖的可能性。因此，在反滲透膜裝置中，在微生物容易增殖的條件下(例如，在被處理水中含有高分子有機(jī)物10 30%左右的情況下)，可以積極地使被處理水屮含有氮化合物。
在厭氧性生物處理槽內(nèi)，為了使被處理水中的有機(jī)物良好地生物分解，防止后段的膜污染，單體有機(jī)物占被處理水中的有機(jī)物的比例以高的為好。當(dāng)被處理水中含有細(xì)菌和高分子有機(jī)物時(shí)，產(chǎn)酸菌群以這些為底物發(fā)生生物分解，生成成為膜污染原因的可溶性高分子有機(jī)
物。產(chǎn)酸菌群的代謝物，如果低于15。C或高于4(TC，則只有30%左右被分解，但如果在15。C以上、40。C以下，則有90%左右被分解。因此，如果使厭氧性生物處理槽為15。C以上、40'C以下，則即使單體有機(jī)物以外的有機(jī)物的含量比較高，也能夠防止膜污染。
溫度條件特別優(yōu)選30。C以上、4(TC以下。如上所述，由于產(chǎn)酸菌群的代謝物分解效率因溫度條件而異，所以，可以由溫度條件替換被處理水的性狀。具體而言，如果溫度條件是15T:以上、低于30。C，則單體有機(jī)物占被處理水中的有機(jī)物中的比例可以是75%以上。另外，溫度條件低于15。C或高于4(TC時(shí)，單體有機(jī)物的比例可以是90%以上。
另外，pH如果是6以上、9以下，則產(chǎn)酸菌群的代謝物就被良好地分解，但是，如果pH在該范圍以外，則其分解率就降低為30%左右。因此，厭氧性生物處理槽的槽內(nèi)液pH優(yōu)選調(diào)整為6以上、9以下，但是，當(dāng)產(chǎn)酸菌群的代謝物生成少時(shí)，即單體有機(jī)物的比例十分高(實(shí)質(zhì)上為100%)時(shí)等情況下，有時(shí)也可以不調(diào)整pH。
在厭氧性生物處理槽的槽內(nèi)液中，可以含有在被處理水中所含的銨鹽或/和在被處理水中所含的有機(jī)態(tài)氮化合物被分解產(chǎn)生的銨鹽。
li這樣的銨鹽與在厭氧性生物處理槽內(nèi)伴隨有機(jī)物分解所產(chǎn)生的二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸氫銨。因此，即使在被處理水中含有氮化合物的情況下，厭氧性生物處理槽的槽內(nèi)液pH也能夠不添加中和藥品而維持在
由于從厭氧性生物處理槽流出的處理液中含有微生物，因此，在固液分離后，將除去了固體成分的水(分離水)利用RO膜裝置進(jìn)行脫鹽處理，成為純水制造的原料。固液分離可以使用具備過(guò)濾膜的膜
分離裝置。分離膜可以使用超濾膜(UF膜)或微濾膜(MF膜)，優(yōu)選使用孔徑比一般的產(chǎn)甲烷菌群的直徑小(例如100nm以下)的膜。
另外，在來(lái)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屮生成的碳酸氫鈸和未被生物處理的有機(jī)物等。雖然這些殘留物質(zhì)的一部分被膜分離裝置除去，但是其它部分未被膜分離裝置除去而被帶入RO膜裝置屮并被濃縮。因此，在從RO膜裝置排出的濃縮水(鹽水)中，含有被濃縮大致IO倍左右的碳酸氫銨等。由此，鹽水通過(guò)與被處理水另行的生物、化學(xué)或/和物理方法處理。
鹽水的處理方法可以根據(jù)其性狀選擇，例如，作為生物處理，可以列舉好氧性或無(wú)氧性的生物脫氮處理。在生物脫氮中，可以使用異養(yǎng)性或自養(yǎng)性的任意一種的脫氮微生物。
作為化學(xué)處理，可以列舉使pH變化而使鹽水所含的雜質(zhì)固化的方法、添加與鹽水中的雜質(zhì)形成化合物的藥品的方法等。作為在化學(xué)處理中使用的藥品，可以列舉使pH變化的酸或堿、凝集劑和使鹽水中的雜質(zhì)析出的晶種等。更具體而言，可以列舉與銨鹽反應(yīng)生成硫酸銨的硫酸、使蛋白質(zhì)凝固的各種酸等。
作為物理性處理，可以列舉蒸餾，也可以通過(guò)曝氣使氨揮發(fā)。為了防止氨作為氣體揮散，優(yōu)選在酸性條件下進(jìn)行蒸餾，并可以在減壓下加熱。另一方面，當(dāng)通過(guò)曝氣使氨揮散時(shí)，可以在堿性條件下以大量空氣曝氣。
鹽水可以組合上述的處理方法來(lái)處理。例如，可以列舉在鹽水中添加酸，使氨(胺)固化后，使用蒸發(fā)器進(jìn)行蒸餾處理而回收水的方法。該方法具有在減少含氨廢棄物的產(chǎn)生量的同時(shí)能夠回收水的優(yōu)點(diǎn)。
另外，本發(fā)明適用于半導(dǎo)體、液晶顯示器等電子產(chǎn)業(yè)工廠的制造
12工序排水，由此，不像食品廠排水和下水處理廠排水那樣含有高分子成分和種類雜多的化合物，能夠利用厭氧性生物處理有效地進(jìn)行處理。此外，能夠?qū)⑷缁S排水那樣的水中所含有機(jī)物及其濃度比較明確的排水作為對(duì)象使用。這些排水由于組成明確，所以具有能夠通過(guò)試驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)知道處理能力的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明的效果
在本發(fā)明中，在厭氧性條件下對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行生物處理，其中，該含有機(jī)物水的有機(jī)物以單體有機(jī)物為主體，由此，抑制硝化反應(yīng)，抑制由pH調(diào)整用藥品的添加而引起的鹽類濃度上升，抑制山產(chǎn)酸齒群
產(chǎn)生的代謝物生成而防止分離膜的污染，山產(chǎn)「n烷菌群分解有機(jī)物。
在本發(fā)明中，在厭氧性生物處理后，不進(jìn)行好氧性生物處理，能夠得到有機(jī)物被充分分解的生物處理液。因此，在抑制由產(chǎn)酸菌群和好氧性微生物群落產(chǎn)生的高分子有機(jī)物生成的同時(shí)，能夠減少處理液中的殘留有機(jī)物量。因此，能夠防止在生物處理工序后段進(jìn)行膜分離吋的分離膜污染。另外，在厭氧性處理中未被除去的物質(zhì)利用反滲透膜裝置濃縮而另行處理，由此能夠提高水回收率。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式相關(guān)的生物處理裝置的模式圖。
圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的生物處理裝置的模式圖。圖3是本發(fā)明的第3實(shí)施方式相關(guān)的生物處理裝置的模式圖。圖4是本發(fā)明的第4實(shí)施方式相關(guān)的生物處理裝置的模式圖。圖5是本發(fā)明的第5實(shí)施方式相關(guān)的生物處理裝置的模式圖。圖6是在比較例5中使用的實(shí)驗(yàn)裝置的模式圖。符號(hào)說(shuō)明
100...生物處理裝置、110...厭氧性生物處理槽、112...膜分離裝置、114...反滲透膜裝置、121...第1換熱器(熱回收加熱裝置)、122...第2換熱器(熱回收加熱裝置)、130...原水管、131...排氣管、132...處理液管、133...返回管、134...分離水管、135…排泥管、136...透過(guò)水管、137…鹽水管、138…配管、139...流體管、200...生物處理裝置、210...厭氧性生物處理槽(反應(yīng)器)、212...膜分離裝置、214...反滲透膜裝置、221...第1換熱器、222...第2換熱器、230...原水管、231…排氣管、 232...處理液管、233...返回管、234...分離水管、235...排泥管、236... 透過(guò)水管、237...鹽水管、238...配管、239...流體管、241…A誦mox 槽(濃縮水處理裝置)、242...配管、300...生物處理裝置、343...反應(yīng) 柱、344…配管、400...生物處理裝置、445…蒸發(fā)器、446...配管、500... 生物處理裝置、600...比較例的生物處理裝置、610…好氧性生物處理 槽(好氧性反應(yīng)器)、611…再曝氣槽、612...膜分離裝置、613...脫氮 槽、614...反滲透膜裝置、621...第1換熱器、622...第2換熱器、630... 配管、631...配管、632...配管、632B…配管、632C…配管、633...配管、 634…配管、635...配管、636...配管、637...配管、638...配管、639... 配管、641...Anammox槽(濃縮水處理裝置)、642...配管
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。在下文中，對(duì)同-一構(gòu)件標(biāo)注同 一符:號(hào)，省略或簡(jiǎn)化說(shuō)明。 (實(shí)施方式1)
圖1是本發(fā)明中所使用的含有機(jī)物水的生物處理裝置(以下簡(jiǎn)稱
為"處理裝置")ioo的模式圖。處理裝置IOO包括厭氧性生物處理槽
(以下稱為"反應(yīng)器")110、膜分離裝置112、反滲透膜裝置114。在 反應(yīng)器110的入口連接著原水管130。反應(yīng)器IIO通過(guò)處理液管132和 膜分離裝置112連接，膜分離裝置112通過(guò)分離水管134和反滲透膜 裝置114連接。在反滲透膜裝置114的出口連接著透過(guò)水管136。
在原水管130的管線中設(shè)有第1換熱器121，在透過(guò)水管136的管 線中設(shè)有第2換熱器122。第1換熱器121和第2換熱器122以流體管 139連接，使在熱交換中使用的流體在第1換熱器121和第2換熱器 122之間循環(huán)。第1換熱器121、第2換熱器122和流體管139構(gòu)成熱 回收加熱裝置。
反應(yīng)器110連接著排泥管135和排氣管131。從排泥管135取出反 應(yīng)器110內(nèi)的剩余污泥，反應(yīng)器110內(nèi)產(chǎn)生的氣體從排氣管131取出。 排氣管131與膜分離裝置112連接，以將膜分離裝置112內(nèi)設(shè)置的分 離膜(未圖示)曝氣洗凈的方式構(gòu)成，作為洗凈裝置發(fā)揮功能。另外，
14在膜分離裝置112中，出口端也連接著與反應(yīng)器110連接的返回管133。 在反滲透膜裝置114中，在濃縮側(cè)連接著鹽水管137。
在本發(fā)明中，將被處理水從原水管130供給反應(yīng)器110。希望向反 應(yīng)器IIO供給單體有機(jī)物占總有機(jī)物的70%以上的被處理水。反應(yīng)器 IIO的適合運(yùn)轉(zhuǎn)條件，如上所述，是pH6 9、溫度15 4(TC、特別是 30 4(TC。如果是這樣的條件，則不論不能成為產(chǎn)甲烷菌群的底物的 高分子有機(jī)物含有多少吋，均能夠防止由產(chǎn)酸菌群代謝物產(chǎn)生的膜污
反應(yīng)器110內(nèi)的產(chǎn)甲垸菌群，可以是顆粒狀或浮游性的任意一種 狀態(tài)，但由于產(chǎn)甲烷菌群與產(chǎn)酸菌群相比難以生成粘性物質(zhì)，所以難 以形成顆粒污泥。因此，從反應(yīng)器110排出的處理液中容易含有反應(yīng) 器110內(nèi)的污泥。
在本發(fā)明屮，山于在反應(yīng)器IIO后段設(shè)有膜分離裝置112，所以能 夠良好地將處理液中所含的微生物體進(jìn)行固液分離。膜分離裝置112 優(yōu)選如本實(shí)施方式那樣與反應(yīng)器110分別設(shè)置。膜可以使用超濾膜(UF 膜)或微濾膜(MF膜)，優(yōu)選孔徑比一般的甲烷生成菌的直徑小，具 體而言，優(yōu)選孔徑為100nm以下左右。
膜分離裝置112的模塊形式?jīng)]有特別限定，但優(yōu)選以使從反應(yīng)器 110輸送來(lái)的污泥難以在膜分離裝置112的內(nèi)部閉塞或滯留的方式構(gòu) 成，例如，能夠適合地使用管狀形式或平膜形式。另外，分離處理液 中的液體成分和固體成分的分離膜如果如本實(shí)施方式那樣設(shè)置在反應(yīng) 器110外，即所謂的槽外型，則容易控制膜面流速，因此，從防止膜 面污染的觀點(diǎn)出發(fā)是優(yōu)選的。
在本實(shí)施方式中，在膜分離裝置112上連接有排氣管131，處理液 和生成的氣體同時(shí)從反應(yīng)器110送往膜分離裝置112。氣體邊沿著膜分 離裝置112內(nèi)的被處理水流路移動(dòng)，邊將分離膜曝氣洗凈。供給膜分 離裝置112的處理液在通過(guò)裝置內(nèi)的期間被固液分離，除去固體成分 而得到的分離水從透過(guò)側(cè)向裝置外取出。另一方面，固體成分被濃縮 的濃縮污泥液和氣體同時(shí)在膜分離裝置112的被處理液流路內(nèi)移動(dòng)， 從返回管133返回反應(yīng)器110。
相比于好氧性微生物，產(chǎn)甲垸菌群的增殖速度慢，但如果進(jìn)行這樣的污泥返回，將反應(yīng)器110內(nèi)的污泥濃度維持在4000 10000mg / L， 就能夠得到和利用好氧性的活性污泥進(jìn)行好氧性生物處理時(shí)同樣程度 的分解速度。因此，如果使污泥濃度為上述范圍，就能夠使反應(yīng)器IIO 的水力停留時(shí)間為0.5 2日左右。通過(guò)排泥管135從反應(yīng)器110適當(dāng) 地排出剩余污泥，調(diào)整反應(yīng)器110內(nèi)的污泥濃度。
由膜分離裝置112分離出固體成分而得到的分離水，由設(shè)置在膜 分離裝置112后段的反滲透膜裝置114進(jìn)行脫鹽，作為純水制造的原 水利用。在本實(shí)施方式中，反應(yīng)器110在30 40t:下運(yùn)轉(zhuǎn)，處理液的 溫度也是30 4(TC。在這里，從反應(yīng)器IIO排出的處理液不進(jìn)行好氧 性處理，也不人為降低溫度，送往膜分離裝置112和反滲透膜裝置114。 因?yàn)?(TC左右的液體容易進(jìn)行反滲透膜分離，所以，通過(guò)將來(lái)自反應(yīng) 器110的處理液在溫暖狀態(tài)下送往反滲透膜裝置114，能夠提高反滲透 膜裝覽114的流量。
從反滲透膜裝置114取出的液體依然是溫暖的。因此，在本實(shí)施 方式'l'，利川在取出透過(guò)水的透過(guò)水管136的管線屮設(shè)置的第2換熱 器122對(duì)透過(guò)水進(jìn)行熱交換而進(jìn)行熱回收。因第2換熱器122中的熱 交換而被加熱的熱交換介質(zhì)通過(guò)流體管139送往第1換熱器121 。在第 1換熱器121中，被加熱的熱交換介質(zhì)將從原水管130送來(lái)的原水加熱， 送往反應(yīng)器110。
山反滲透膜裝置114處理的、除去了鹽類的透過(guò)水能夠作為純水 制造用的原水利用。具體而言，在反滲透膜裝置114的后段配置二氧 化碳脫除裝置、離子交換裝置、紫外線殺菌裝置等構(gòu)成純水制造裝置 的機(jī)器類，使用這些機(jī)器類能夠處理從反滲透膜裝置114取出的透過(guò) 水而制造純水。濃縮水如果另行處理，則能夠和透過(guò)水同樣地進(jìn)行水 回收。
作為實(shí)施例1，采用模擬圖1所示的處理裝置100而得到的實(shí)驗(yàn)裝 置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置的反應(yīng)器110以有效容積lm3、水力停留時(shí)間 0.5日運(yùn)轉(zhuǎn)。在反應(yīng)器110內(nèi)，用后述的被處理液馴養(yǎng)從處理甲醇的厭 氧性反應(yīng)器取出的顆粒污泥，使之保持浮游性污泥。反應(yīng)器110內(nèi)的/L，現(xiàn)存量(以濕重量比較)的40%是 產(chǎn)甲烷菌群、60%是產(chǎn)甲烷菌群的自消化殘?jiān)?br> 作為被處理水，使用總有機(jī)物碳濃度為750mg/L、氮濃度為 218mg/L、磷濃度為1.0mg-P/L的含有機(jī)物水?？傆袡C(jī)物的組成是 四甲基氫氧化銨濃度250mg/L、 一乙醇胺濃度250mg/L、醋酸濃度 250mg/ L,相對(duì)于總有機(jī)物碳，單體有機(jī)物碳的含有比例實(shí)質(zhì)上是100
對(duì)被處理水加熱，使反應(yīng)器110內(nèi)的槽內(nèi)液溫度為35°C，并將槽 內(nèi)液的pH調(diào)整為7.5。在膜分離裝置112內(nèi)，配置104根直徑0.52cm 的管狀UF膜(孔徑30nm)，使從反應(yīng)器110排出的生物處理液和氣體 向吋流入管內(nèi)，濃縮液和氣體返回反應(yīng)器110。并使膜分離裝置112的 透過(guò)水量(流量)為1.0m/日。
在上述條件下連續(xù)實(shí)驗(yàn)30日后，膜分離裝置112的流量能夠維持 上述值，通水阻力最大為30kPa。從膜分離裝置112得到的分離水的 TOC濃度在實(shí)驗(yàn)期間中，在3 4mg/L的范圍內(nèi)，TOC除去率為99.5 %。另外，利川反滲透膜裝置114 (作為反滲透膜，是具備全芳香族聚 酰胺類的超低壓膜的螺旋式反滲透膜)在750kPa下對(duì)該分離水進(jìn)行脫 鹽處理后，經(jīng)過(guò)20小吋后的透過(guò)水量維持在通水開(kāi)始時(shí)的90% 。 [實(shí)施例2]
在實(shí)施例2中，取代在實(shí)施例1中使用的UF膜，使用孔徑400nm 的MF膜。除此以外，以和實(shí)施例1同樣的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，來(lái)自安 裝了 MF膜的膜分離裝置的分離水的TOC濃度和實(shí)施例1同樣，為3 4mg/L的范圍。另外，膜分離裝置112的流量維持在1.0m/日，與 實(shí)施例1同樣將分離水用反滲透膜裝置114處理時(shí)的流量，即使從通 水開(kāi)始經(jīng)過(guò)20小時(shí)后，也維持在當(dāng)初的90%。另一方面，通水阻力最 大為40kPa，比實(shí)施例1高。反應(yīng)器110內(nèi)的污泥，由于產(chǎn)甲烷菌群的 平均直徑是800nm，所以推測(cè)在使用MF膜時(shí)，甲垸生成菌在分離膜 的孔中發(fā)生堵塞，造成膜的閉塞。 [比較例1]
在比較例1中變更被處理水的性狀。具體而言，在實(shí)施例1中使 用的被處理水中添加500mg-TOC/L下水污泥，使單體有機(jī)物碳相對(duì)
17于總有機(jī)物碳的比例為58%。另外，通過(guò)使用該被處理水，也變更了 反應(yīng)器110內(nèi)的污泥組成。具體而言，在比較例1中使用的反應(yīng)器110
的浮游性污泥，污泥濃度是8000mg/L，現(xiàn)存量(以濕重量比較)的 20%是產(chǎn)甲烷菌群，產(chǎn)酸菌群是20%。其余60%是來(lái)自下水污泥的細(xì) 菌和自消化殘?jiān)?br> 這樣，除了變更被處理水的性狀，并使反應(yīng)器110內(nèi)的微生物相 變更以外，以和實(shí)施例1同樣的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果，膜分離裝置 112的流量慢慢下降，同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始20日后，通水阻力大于30kPa。 在比較例1中，膜分離裝置112的分離水的TOC濃度是18 43mg / L。 [實(shí)施例3]
作為實(shí)施例3，使在被處理水中添加的下水污泥量為300mg-TOC /L (單體有機(jī)物碳的比例是約71%)。隨著被處理水性狀的變更，反 應(yīng)器110內(nèi)的污泥組成也變更了。具體而言，在實(shí)施例3中使用的反 應(yīng)器IIO的浮游性污泥，污泥濃度是8000mg/L，現(xiàn)存量(以濕重量 比較)的30%是產(chǎn)甲垸菌群，產(chǎn)酸菌群是30%。
除了使被處理水的性狀和反應(yīng)器110內(nèi)的微生物相變更以外，以 和比較例1同樣的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果，在膜分離裝置112的流量 采用與實(shí)施例1同樣的舉動(dòng)吋，分離水的TOC濃度是3 5mg/L、處 理分離水的反滲透膜114的流量維持在88%。
由上述實(shí)驗(yàn)顯示，如果使被處理水中有機(jī)物的70%以上為單體有 機(jī)物，用含有產(chǎn)甲垸菌群的污泥進(jìn)行厭氧性處理，就能夠防止在生物 處理后段的分離膜堵塞。 [參考例1]
使實(shí)施例3中的反應(yīng)器110的槽內(nèi)液溫度為l(TC。其結(jié)果，膜分 離裝置112的流量下降，7日后通水阻力大于30kPa。另外，與其另行 地使反應(yīng)器110的槽內(nèi)液溫度為5(TC，同樣，膜分離裝置112的流量 下降，3日后通水阻力大于30kPa。 [參考例2]
使實(shí)施例3中的反應(yīng)器110的槽內(nèi)液的pH為5。其結(jié)果，膜分離 裝置112的通水阻力迅速上升，10日后通水阻力大于301cPa。另外， 與其另行地使反應(yīng)器110的槽內(nèi)液pH為10，同樣，膜分離裝置112的通水阻力迅速上升，8日后通水阻力大于30kPa。 [比較例2]
作為比較例2，在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置吹入空氣的散氣裝置，使反應(yīng)器 成為好氧性生物處理槽。除了將反應(yīng)器改為好氧性以外，以和實(shí)施例1 同樣的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果，從好氧性生物處理槽流出的處理液的TOC 濃度與實(shí)施例1同樣為3 4mg / L的范圍。但是，膜分離裝置112的 流量只能夠維持規(guī)定的流量20日。另外，在好氧性生物處理槽的槽內(nèi) 液中，溶解性TOC的含有濃度為200mg/L。另一方面，實(shí)施例1的 厭氧性反應(yīng)器的槽內(nèi)液的溶解性TOC濃度是10mg / L左右。這樣，在 比較例2中，槽內(nèi)液中的溶解性TOC濃度比實(shí)施例1高，相比于被導(dǎo) 入好氧性生物處理槽的被處理水，構(gòu)成溶解性TOC的高分子有機(jī)物的 量變成約60倍。
相對(duì)于被導(dǎo)入生物處理槽的被處理水中的有機(jī)物的污泥(細(xì)菌) 轉(zhuǎn)化率，對(duì)好氧性微生物而言是0.3g/g，與之相對(duì)，在厭氧性微生物 的情況下是0.04g/g。由于高分子有機(jī)物由最近的自消化生成，所以， 推斷轉(zhuǎn)化率越高，高分子有機(jī)物就生成得越多。
另外，在比較例2中，在和實(shí)施例1同樣用反滲透膜處理由膜分 離裝置U2進(jìn)行膜分離得到的分離水后，經(jīng)過(guò)20小吋后的透過(guò)水量下 降至開(kāi)始通水吋的60%。由該比較例2和實(shí)施例1顯示，通過(guò)取代好 氧性生物處理而進(jìn)行由產(chǎn)甲垸菌群進(jìn)行的厭氧性生物處理，能夠抑制 污染分離膜的高分子有機(jī)物的生成。
另外，在比較例2中，在好氧性生物處理槽的微生物群落中還包 含有硝化細(xì)菌，將原水中的氮成分氧化為硝酸。因此，好氧性生物處 理槽的槽內(nèi)液pH下降，處理液的水質(zhì)惡化。這樣，槽內(nèi)液的pH下降 到5時(shí)添加堿，將pH調(diào)整為7。另外，好氧性條件繼續(xù)一定時(shí)間后， 停止向生物處理槽供給空氣而使其成為厭氧性條件，由此使其脫氮。 在厭氧性條件下脫氮時(shí)，添加無(wú)機(jī)酸使pH為7。進(jìn)行這樣的間歇式脫 氮處理、進(jìn)行pH調(diào)整的結(jié)果使處理液中的鹽類濃度變高。因此，相比 于實(shí)施例1，膜分離裝置后段的反滲透膜裝置的滲透壓高達(dá)100 200kPa左右，由反滲透膜裝置進(jìn)行的脫鹽效率下降，所以，產(chǎn)生了將 反滲透膜裝置增加15 20%左右的必要性。由以上實(shí)驗(yàn)顯示，按照本發(fā)明，以單體有機(jī)物作為主體，由含有 產(chǎn)甲烷菌群的厭氧污泥對(duì)被處理水進(jìn)行厭氧性生物處理，由此減少在 處理液中所含的高分子有機(jī)物和未分解有機(jī)物的量，從而能夠防止分 離膜的污染。 (實(shí)施方式2)
圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式相關(guān)的含有機(jī)物水的生物處理裝置
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(yīng) 器")210、膜分離裝置212、反滲透膜裝置214、作為濃縮水處理裝置 的Anammox槽241。在反應(yīng)器210的入口連接著原水管230。反應(yīng)器 210通過(guò)處理液管232與膜分離裝置212連接，膜分離裝置212通過(guò)分 離水管234與反滲透膜裝置214連接。在反滲透膜裝置214的出口連 接著透過(guò)水管236。
在原水管230的管線中設(shè)置有第1換熱器221，在透過(guò)水管236 的管線中設(shè)置有第2換熱器222。第1換熱器221鄰第2換熱器222 以流體管239連接，使熱交換中所使用的流體在第1換熱器221和第2 換熱器222之間循環(huán)。第1換熱器221、第2換熱器222和流體管239 構(gòu)成熱回收加熱裝置。
反應(yīng)器210連接著排泥管235和排氣管231 。反應(yīng)器210內(nèi)的剩余 污泥從排泥管235取出，在反應(yīng)器210內(nèi)產(chǎn)生的氣體從排氣管231取 出。排氣管231與膜分離裝置212連接，以將設(shè)置在膜分離裝置212 內(nèi)的分離膜(未圖示)曝氣洗凈的方式構(gòu)成，作為洗凈裝置發(fā)揮作用。 另外，在膜分離裝置212中，出口端也連接著與反應(yīng)器210連接的返 回管233。在反滲透膜裝置214中，在濃縮側(cè)連接著鹽水管237。鹽水 管237被連接在Anammox槽241上。
在本發(fā)明中，通過(guò)原水管230將作為被處理水的含有氮化合物的 含有機(jī)物水供給反應(yīng)器210。反應(yīng)器210的適合的運(yùn)轉(zhuǎn)條件如上所述， 是pH6 9，溫度是15 4(TC、特別是30 4(TC。如果是這樣的條件， 則即使在處理含有不能成為產(chǎn)甲烷菌群的底物的高分子有機(jī)物的含有 機(jī)物水時(shí)，也能夠防止產(chǎn)酸菌群代謝物引起的膜污染。
反應(yīng)器210內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌群可以是顆粒狀或浮游性的任意一種狀 態(tài)，但由于產(chǎn)甲烷菌群與產(chǎn)酸菌群相比難以生成粘性物質(zhì)，所以難以
20形成顆粒污泥。因此，從反應(yīng)器210排出的處理液中容易含有反應(yīng)器
210內(nèi)的污泥。
在本發(fā)明中，由于在反應(yīng)器210的后段設(shè)有膜分離裝置212，所以 能夠良好地將處理液中所含的微生物體進(jìn)行固液分離。膜分離裝置212 優(yōu)選如本實(shí)施方式那樣與反應(yīng)器210分別設(shè)置。膜可以使用超濾膜(UF 膜)或微濾膜(MF膜)，優(yōu)選孔徑比一般的甲垸生成菌的直徑小，具 體而言，優(yōu)選孔徑為100nm以下左右。
膜分離裝置212的模塊形式?jīng)]有特別限定，但優(yōu)選以使從反應(yīng)器 210輸送來(lái)的污泥難以在膜分離裝置212的內(nèi)部閉塞或滯留的方式構(gòu) 成，例如，能夠適合地使用管狀形式或平膜形式。另外，分離處理液 中的液體成分和固體成分的分離膜如果如本實(shí)施方式那樣設(shè)置在反應(yīng) 器210夕卜，即所謂的槽外型，則容易控制膜面流速，因此，從防止膜 而污染的觀點(diǎn)出發(fā)是優(yōu)選的。
在本實(shí)施方式中，在膜分離裝置212上連接有排氣管231，處理液 和生成的氣體同時(shí)從反應(yīng)器210送往膜分離裝置212。氣體邊沿著膜分 離裝置212內(nèi)的被處理水流路移動(dòng)，邊將分離膜曝氣洗凈。供給膜分 離裝置212的處理液在通過(guò)裝置內(nèi)的期間被固液分離，除去固體成分 而得到的分離水從透過(guò)側(cè)向裝置外取出。另一方面，固體成分被濃縮 的濃縮污泥液和氣體同時(shí)在膜分離裝置212的被處理液流路內(nèi)移動(dòng)， 從返回管233返回到反應(yīng)器210。
相比于好氧性微生物，產(chǎn)甲烷菌群的增殖速度慢，但如果進(jìn)行這 樣的污泥返回，將反應(yīng)器210內(nèi)的污泥濃度維持在4000 10000mg/L 左右，就能夠得到和利用好氧性的活性污泥進(jìn)行好氧性生物處理時(shí)同 樣程度的分解速度。因此，如果使污泥濃度為上述范圍，就能夠使反 應(yīng)器210的水力停留時(shí)間為0.5 2日左右。通過(guò)排泥管235從反應(yīng)器 210適當(dāng)?shù)嘏懦鍪Ｓ辔勰?，調(diào)整反應(yīng)器210內(nèi)的污泥濃度。
由膜分離裝置212分離出固體成分而得到的分離水，由設(shè)置在膜 分離裝置212后段的反滲透膜214進(jìn)行脫鹽，作為純水制造的原水利 用。在本實(shí)施方式中，反應(yīng)器210以30 4(TC運(yùn)轉(zhuǎn)，處理液的溫度也 是30 4(TC。在本發(fā)明中，從反應(yīng)器210排出的處理液不進(jìn)行好氧性 處理，也不人為降低溫度，送往膜分離裝置212和反滲透膜裝置214。
21因?yàn)?(TC左右的液體容易進(jìn)行反滲透膜分離，所以，通過(guò)將來(lái)自反應(yīng)
器210的處理液在溫暖狀態(tài)下送往反滲透膜裝置214，能夠提高反滲透 膜裝置214的流量。
從反滲透膜裝置214取出的液體依然是溫暖的。因此，在本實(shí)施 方式中，利用在取出透過(guò)水的透過(guò)水管236的管線中設(shè)置的第2換熱 器222對(duì)透過(guò)水進(jìn)行熱交換而進(jìn)行熱回收。因第2換熱器222中的熱 交換而被加熱的熱交換介質(zhì)通過(guò)流體管239送往第1換熱器221 。在第 1換熱器221中，被加熱的熱交換介質(zhì)將從原水管230送來(lái)的原水加熱， 送往反應(yīng)器210。
由反滲透膜裝置214處理的、除去鹽類的透過(guò)水能夠作為純水制 造用的原水利用。具體而言，在反滲透膜裝置214的后段配置二氧化 碳脫除裝置、離子交換裝置、紫外線殺菌裝置等構(gòu)成純水制造裝置的 機(jī)器類，使用這些機(jī)器類能夠處理從反滲透膜裝置214取出的透過(guò)水 而制造純水。從反滲透膜裝置214排出的、鹽類被濃縮的濃縮水從鹽 水管237排出。
第2實(shí)施方式的處理裝置200具有保持自養(yǎng)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供給的濃縮水中的氨的一部分在微好氧性條 件下氧化為亞硝酸，在無(wú)氧條件下通過(guò)Anammox微生物的生物反應(yīng)由 氨和亞硝酸生成氮?dú)猓瑥亩サ?br> 來(lái)自Anammox槽241的流出液從配管242取出，根據(jù)需要進(jìn)一步 處理，能夠作為純水制造的原水再利用?；蛘?，根據(jù)需要以固液分離 裝置(未圖示)將流出液進(jìn)行固液分離，固體成分作為返回污泥返回， 液體成分可以放流或回收。 (實(shí)施方式3)
從反滲透膜裝置214排出的濃縮水也可以利用生物處理以外的方 法處理。圖3是本發(fā)明的第3實(shí)施方式相關(guān)的處理裝置300的模式圖。 處理裝置300與處理裝置200的不同之處在于，作為濃縮水處理裝置， 取代Anammox槽241而具有反應(yīng)柱343。在向反應(yīng)柱343供給濃縮水 的鹽水管237的管線中，連接有沒(méi)有圖示的注藥裝置，添加與濃縮水 中的氨反應(yīng)生成固化物的藥品。例如，在濃縮水中添加作為藥品的磷酸和鎂鹽，在反應(yīng)柱343中生成磷酸銨鎂，產(chǎn)生鳥(niǎo)糞石結(jié)晶。鳥(niǎo)糞石
結(jié)晶能夠從反應(yīng)柱343取出作為肥料等利用，與結(jié)晶分離而被除去氨 的脫氨水能夠作為純水制造的原水回收利用。 (實(shí)施方式4)
圖4是本發(fā)明的第4實(shí)施方式相關(guān)的處理裝置400的模式圖。處 理裝置400具備作為濃縮水處理裝置的蒸發(fā)器445。在處理裝置400 中，將濃縮水導(dǎo)入蒸發(fā)器445中減壓蒸餾，從蒸餾水管446取出蒸餾 水，作為純水制造用的原水利用。在圖中沒(méi)有表示，但可以構(gòu)成為在 蒸餾處理前在濃縮水中添加硫酸，使?jié)饪s水的pH為4 6左右，使氨 成為硫酸銨而回收氨。
圖5表示采用組合了生物處理、化學(xué)處理和物理處理的2種以上 的方法處理濃縮水的其他方法。在圖5的處理裝置500中，將生物處 理槽(Anammox槽241)和蒸發(fā)器445組合，構(gòu)成濃縮水處理裝置。 在該處理裝置500中，首先對(duì)濃縮水進(jìn)行生物處理，由此能夠減少對(duì) 供給蒸發(fā)器445的被處理水進(jìn)行pH調(diào)整時(shí)所需要的酸添加量。
作為實(shí)施例4，采用模擬圖2所示的處理裝置200得到的實(shí)驗(yàn)裝置 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置的反應(yīng)器210以有效容積lm3、水力停留時(shí)間0.5 日運(yùn)轉(zhuǎn)。在反應(yīng)器210內(nèi)，以后述被處理液馴養(yǎng)從處理甲醇的厭氧性 反應(yīng)器取出的顆粒污泥，使之保持浮游性污泥。反應(yīng)器210內(nèi)的浮游 性污泥濃度是4000mg/L，現(xiàn)存量(以濕重量比較)的40%是產(chǎn)甲烷 菌群、60%是甲烷生成細(xì)菌群的自消化殘?jiān)?br> 作為被處理水，使用總有機(jī)物碳(TOC)濃度是500mg/L、氮濃 度是152mg/L、無(wú)機(jī)鹽濃度是1180mg/L的含有機(jī)物水。碳和氮幾 乎來(lái)自氫氧化四甲基銨，其濃度以TOC計(jì)是480mg/L，以N計(jì)是 140mg/ E。
對(duì)被處理水加熱，使反應(yīng)器210內(nèi)的槽內(nèi)液溫度為35°C。在膜分 離裝置212內(nèi)，配置104根直徑0.52cm的管狀UF膜(孔徑30nm)， 使從反應(yīng)器210排出的生物處理液和氣體同時(shí)流入管內(nèi)，濃縮液和氣 體返回反應(yīng)器210。膜分離裝置212的透過(guò)水量(流量)為1.0m/日。從膜分離裝置212得到的分離水在0.75MPa下由反滲透膜裝置214(作 為反滲透膜，是具備全芳香族聚酰胺類的超低壓膜的螺旋式反滲透膜) 濃縮10倍。
在上述條件下開(kāi)始實(shí)驗(yàn)30日后，氫氧化四甲基銨被分解，來(lái)自膜 分離裝置212的分離水的TOC濃度成為5mg / L，生成三甲胺和氨。 分離水的TOC幾乎是三甲胺，其濃度是4mg / L，其余l(xiāng)mg / L是由 微生物生成的高分子有機(jī)物。另外，分離水的氨濃度為135 140mg-N / L的范圍。該氨和反應(yīng)器210內(nèi)的由甲烷發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳(濃度 120mg-C/L左右)反應(yīng)，生成碳酸氫銨。因此，反應(yīng)器210的槽內(nèi)液 pH能夠不添加中和用藥劑而維持在pH7.0 7.5。
對(duì)分離水進(jìn)行了脫鹽處理的反滲透膜裝置214從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始60曰， 能夠在0.75MPa下以0.95m/日的流量運(yùn)轉(zhuǎn)。從反滲透膜裝置214得 到的濃縮水的pH大概是8.5，三甲胺濃度是40mg-C/L，碳酸氫銨濃 度是1400mg-N / L，高分子有機(jī)物濃度是10mg-C / L，對(duì)鹽類(銨鹽) 和有機(jī)物的回收率幾乎是100% 。
濃縮水在Anammox槽241中以微好氧/無(wú)氧條件進(jìn)行生物處理。 對(duì)Anammox槽241的負(fù)荷為3kg-N / m3 /日。通過(guò)在Anammox槽241 中的處理，濃縮水中的三甲胺和氨的99%被生物分解，從Anammox 槽241流出的處理液的BOD濃度是lOmg / L以下，SS濃度也是10mg /L以下，氮濃度是10mg-N/L以下。 [實(shí)施例5]
在實(shí)施例5中，除了使用模擬圖3的處理裝置300而得到的實(shí)驗(yàn) 裝置以外，進(jìn)行和實(shí)施例4同樣條件的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)施例5中，在鹽水 管237的管線中以800mg / L的添加量添加作為鎂鹽的2%氯化鎂水溶 液，并添加磷酸鉀溶液。另外，添加氫氧化鈉使pH為11，使碳酸氫 銨解離，并使銨離子游離。反應(yīng)柱343的容量是20L，在200L/日的 條件下將添加了上述藥品的濃縮水通水時(shí)，銨離子與磷和鎂反應(yīng)，生 成直徑2 3mm左右的鳥(niǎo)糞石結(jié)晶。通過(guò)配管344從反應(yīng)柱343取出 的處理水的TOC濃度是50mg / L，氮濃度是140mg / L，濃縮水中所 含氨的90%能夠除去。另外，從反應(yīng)柱343取出鳥(niǎo)糞石結(jié)晶進(jìn)行分析 后，其主要成分是氨、磷、鎂，幾乎不含重金屬，能夠作為肥料利用。[實(shí)施例6]
在實(shí)施例6中，除了使用模擬圖4的處理裝置400而得到的實(shí)驗(yàn) 裝置以外，進(jìn)行和實(shí)施例4同樣條件的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)施例6中，從未圖 示的注藥裝置在鹽水管337的管線中添加硫酸，使供給蒸發(fā)器445的 濃縮水的堿度為0 (pH4.8)。蒸發(fā)器445減壓，將濃縮水加熱到40°C 而蒸餾，從蒸餾水管446取出蒸餾水。蒸餾水的TOC濃度是0.01mg-C
/L，氮濃度是0.2mg-N/L。另外，回收在蒸發(fā)器445內(nèi)殘留的硫酸 銨淤漿后，濃縮水中的98%的銨能夠作為硫酸銨淤漿回收。
在實(shí)施例7中，使用模擬圖5的處理裝置500而得到的實(shí)驗(yàn)裝置， 再以蒸發(fā)器445蒸餾由實(shí)施例4的A腿mox槽241中的生物處理得 到的處理液。在實(shí)施例7中，供給蒸發(fā)器445的液體的氨濃度是70mg-N
/L，比實(shí)施例6低，因此，用于降低pH所需要的酸添加量成為實(shí)施 例6的1/20。另外，從蒸發(fā)器445取出的蒸餾水的水質(zhì)為T(mén)OC濃度 Omg-C/L、氮濃度Omg-N/L。
作為比較例3，在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置吹入空氣的散氣裝置，使反應(yīng)器 成為好氧性生物處理槽。除了將反應(yīng)器改為好氧性以外，在與實(shí)施例4 同樣的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于不進(jìn)行好氧性生物處理槽的pH調(diào)整，所 以，從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始1周后能夠確認(rèn)硝化反應(yīng)，槽內(nèi)液的pH下降至5.0 5.5左右。其結(jié)果，從好氧性生物處理槽流出的處理液的TOC濃度成 為100 120mg/L左右，對(duì)從膜分離裝置得到的分離水進(jìn)行脫鹽處理 的反滲透膜裝置的流量成為實(shí)施例4的一半。 [比較例4]
在比較例3中，在好氧性生物處理槽中添加氫氧化鈉，使槽內(nèi)液 的pH為6.5 7.5的范圍。其結(jié)果，能夠使從好氧性生物處理槽流出的 處理液的TOC濃度降低到10mg/L。但是，在處理液中含有130 140mg/L左右濃度的硝酸，另外，用于pH調(diào)整而添加的氫氧化鈉使 得鹽濃度變高。因此，對(duì)從膜分離裝置得到的分離水進(jìn)行脫鹽處理的 反滲透膜裝置的流量停留在實(shí)施例4的60%。 [比較例5]在比較例4中，在好氧性生物處理槽的后段設(shè)置脫氮槽，成為圖6
所示構(gòu)成的處理裝置600。處理裝置600取代在實(shí)施例中使用的厭氧性 生物處理裝置(反應(yīng)器210)，而具有好氧性生物處理槽(好氧性反應(yīng) 器610)，在好氧性反應(yīng)器610的后段具備保持脫氮菌的脫氮槽613和 再曝氣槽611。在從好氧性反應(yīng)器610流出的處理液中添加甲醇，在脫 氮槽613中添加硫酸，將pH維持在6.5 7.5，進(jìn)行脫氮處理。來(lái)自脫 氮槽613的流出液通過(guò)配管632B送往再曝氣槽611，在再曝氣槽611 中再曝氣后，通過(guò)配管632C送往膜分離裝置612。其結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)開(kāi) 始2周時(shí)間，對(duì)從膜分離裝置612得到的分離水進(jìn)行脫鹽處理的反滲 透膜裝置614的流量成為實(shí)施例4的80%。但是，在從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始1個(gè) 月后，反滲透膜裝置614的流量下降為實(shí)施例4的50% 。
于是，卸下反滲透膜進(jìn)行顯微鏡觀察時(shí)，觀察到大量生物膜附著 在表而。由于在實(shí)施例4中使用的反滲透膜裝置的反滲透膜中幾乎不 附著生物膜，所以，推測(cè)在比較例5中因生物膜的附著而使流量下降。 在實(shí)施例中，作為生物膜不附著在反滲透膜上的理由，考慮為以下2 點(diǎn)。在反滲透膜裝置中，由于鹽類被濃縮，鹽水的pH上升到8.5，所 以，氨從碳酸氫銨中解離出來(lái)，而氨的毒性抑制微生物的增殖。另外， 作為其他理由，可以列舉產(chǎn)甲烷菌群的增殖速度比好氧性微生物慢， 因而難以形成生物膜。
根據(jù)以上顯示，通過(guò)利用產(chǎn)甲烷菌群對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行厭氧性處 理，能夠不添加pH調(diào)整劑而生物分解有機(jī)物，并能夠抑制污染分離膜 的高分子有機(jī)物的生成量。
另外顯示，在由產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行厭氧性處理工序中，由氨和二氧 化碳生成碳酸氫銨，不將其進(jìn)行好氧性處理，而用反滲透膜裝置濃縮， 能夠抑制在反滲透膜裝置形成生物膜。S卩，顯示在用反滲透膜裝置濃 縮不能以厭氧性處理工序除去的物質(zhì)時(shí)，能夠防止反滲透膜污染。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠用于對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行生物處理、在純水制造中再利用。
權(quán)利要求
1. 一種含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于將含有機(jī)物水導(dǎo)入?yún)捬跣陨锾幚聿壑?，由所述厭氧性生物處理槽?nèi)的產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行厭氧性生物處理，對(duì)由所述厭氧性生物處理得到的處理液不進(jìn)行好氧性生物處理，而進(jìn)行膜分離，用反滲透膜對(duì)由所述膜分離得到的分離水進(jìn)行處理。
2. 如權(quán)利耍求1所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于 在所述含有機(jī)物水中，相對(duì)于總有機(jī)物碳，單體有機(jī)物碳的比例為70%以上。
3.耍求1或2所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征 的溫度為15"以上、4CTC以下進(jìn)行所述厭氧性處理。
4. 如權(quán)利要求3所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于 所述處理液在所述厭氧性處理過(guò)程中在被加著熱的狀態(tài)下供給所述膜分離和所述反滲透膜處理。
5. 如權(quán)利要求1所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于所述單體有機(jī)物選自氫氧化四甲基銨、 一乙醇胺、 一縮二乙二醇 單丁醚、異丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜和醋酸 中的任意一個(gè)以上。
6. —種含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于，具有 導(dǎo)入含有機(jī)物水、由產(chǎn)甲垸菌群生成甲烷的厭氧性生物處理槽；與所述厭氧性生物處理槽連接、對(duì)從所述厭氧性生物處理槽排出的處理液進(jìn)行膜分離的膜分離裝置；和對(duì)所述膜分離裝置的分離水進(jìn)行處理的反滲透膜裝置。
7. 如權(quán)利耍求6所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于 在所述含有機(jī)物水屮，相對(duì)于總有機(jī)物碳，單體有機(jī)物碳的比例為70%以上。
8. 如權(quán)利耍求6或7所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征所述厭氧性處理槽在槽內(nèi)液的溫度為15。C以上、4(TC以下進(jìn)行運(yùn) 轉(zhuǎn)，并丄L所述處理液在所述厭氧性處理槽中在被加著熱的狀態(tài)下供給所述 膜分離裝置和所述反滲透膜裝置。
9. 如權(quán)利耍求8所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于 還貝冇從所述反滲透膜裝置的透過(guò)水進(jìn)行熱回收，利用被回收的
10. 如權(quán)利耍求6所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于所述膜分離裝置具有微濾膜或超濾膜。
11. 如權(quán)利耍求6所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于還具有向所述膜分離裝置供給在所述厭氧性生物處理槽中產(chǎn)生的生物氣體、對(duì)所述膜分離裝置進(jìn)行曝氣洗凈的洗凈裝置。
12. —種含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在于，具有 導(dǎo)入含有機(jī)物水、由產(chǎn)甲烷菌群生成甲垸的厭氧性生物處理槽；與所述厭氧性生物處理槽連接、對(duì)從所述厭氧性生物處理槽排出的處理液進(jìn)行膜分離的膜分離裝置；對(duì)所述膜分離裝置的分離水進(jìn)行處理的反滲透膜裝置；和 對(duì)所述反滲透膜裝置的濃縮水進(jìn)行處理的濃縮水處理裝置。
13. 如權(quán)利要求12所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在 于所述濃縮水處理裝置包括與所述厭氧性生物處理槽不同的生物處 理槽。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特 征在于所述濃縮水處理裝置包括導(dǎo)入所述濃縮水、使其蒸發(fā)而取出 蒸餾水的蒸發(fā)器。
15. 如權(quán)利要求12所述的含有機(jī)物水的生物處理裝置，其特征在 于所述濃縮水處理裝置包括在所述濃縮水中添加使所述濃縮水中的 雜質(zhì)固化的藥品并將固化物分離的反應(yīng)柱。
16. ---種含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于 將含有機(jī)物水導(dǎo)入含有產(chǎn)甲烷菌群的厭氧性生物處理槽中，進(jìn)行厭氧性生物處理，對(duì)由所述厭氧性生物處理得到的處理液不進(jìn)行好氧性生物處理，而進(jìn)行膜分離，川反滲透脫對(duì)山所述膜分離得到的分離水進(jìn)行處現(xiàn)， 對(duì)山所述反滲透股處理而得到的濃縮水進(jìn)行處理。
17. 如權(quán)利要求16所述的含有機(jī)物水的生物處現(xiàn)方法，其特征在 于所述含有機(jī)物水含有氮化合物。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的含有機(jī)物水的生物處理方法，其特征在于對(duì)所述濃縮水進(jìn)行所述厭氧性生物處理以外的生物處理、使 用蒸發(fā)器進(jìn)行蒸餾處理、和/或通過(guò)藥品使雜質(zhì)固化進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在對(duì)含有機(jī)物水進(jìn)行生物處理、用于純水制造的原水時(shí)防止分離膜污染的含有機(jī)物水的生物處理方法和裝置。在反應(yīng)器(110)內(nèi)保持含有產(chǎn)甲烷菌群的厭氧性污泥。從原水管(130)向反應(yīng)器(110)供給含有可以被產(chǎn)甲烷菌群生物分解的單體有機(jī)物(氫氧化四甲基銨)為主的含有機(jī)物水作為被處理水，由產(chǎn)甲烷菌群進(jìn)行厭氧性生物處理。由厭氧性生物處理得到的處理液利用設(shè)置在反應(yīng)器(110)外的膜分離裝置(112)進(jìn)行固液分離，得到將固化物分離出去的分離水。分離水利用反滲透膜裝置(114)進(jìn)行脫鹽處理，成為純水制造的原料。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101462811SQ200810186508
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者安井英齊, 百崎勝?gòu)?申請(qǐng)人:栗田工業(yè)株式會(huì)社