水處理裝置制造方法
【專利摘要】提供一種能夠抑制靜電脫鹽處理部的電極惡化并保持較高的水處理能力的水處理裝置。水處理裝置(1)包括：活性炭處理部(10)，總有機碳濃度為100mg/l以下的水流入到該活性炭處理部(10)，吸附并去除水中含有的有機物；以及靜電脫鹽處理部(100)，其在活性炭處理部(10)的下游側具備被施加彼此相反極性的電壓的一對電極(101、102)、流通路(105)、以及離子交換膜(104、105)，水中含有的離子吸附于被施加電壓的電極(101、102)，并且對電極(101、102)施加與吸附離子時相反的電壓，離子從電極(101、102)脫離。
【專利說明】
水處理裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對工業(yè)廢水、從河流等獲取的水進行凈化處理的水處理裝置。

【背景技術】
[0002]在來自設備的工業(yè)廢水、生活廢水中，含有油滴狀態(tài)或乳劑狀態(tài)的油分、在水中作為離子或分子狀態(tài)而存在的有機物等大量有機物。對含有有機物的工業(yè)廢水實施油分的分離或基于微生物的有機物的分解去除等凈化處理。對凈化處理后的處理水實施去除廢水中所含有的離子的脫鹽處理，處理水作為工業(yè)用水進行再利用。另外，在河流、湖泊等自然界的水中也含有有機物。也對從自然界獲取的水實施凈化處理。
[0003]作為脫鹽處理裝置，已知逆浸透膜式脫鹽裝置、靜電脫鹽處理裝置(例如專利文獻I)等。
[0004]逆浸透膜式脫鹽裝置在內(nèi)部具有逆浸透膜(RO膜)。當含有離子的水流入到逆浸透膜式脫鹽裝置中時，逆浸透膜(RO膜)僅使水透過。透過逆浸透膜后的水(處理水)作為工業(yè)用水等進行再利用。由于在逆浸透膜的上游側蓄積有無法通過逆浸透膜的離子，因此，形成離子濃縮而成的濃縮水。濃縮水從逆浸透膜式脫鹽裝置排出，排出到水處理裝置I的系統(tǒng)外。
[0005]在逆浸透膜式脫鹽裝置的情況下，若增高處理水相對于流入水的比例，則濃縮水的水銹成分濃度達到飽和溶解度以上，析出結晶性的固體物(水銹)。作為以水銹的形式析出的物質(zhì)，已知碳酸鈣(CaCO3)'石膏(CaSO4)、氟化鈣(CaF2)等。例如，若pH為7.3且水中的碳酸鈣濃度為275mg/l，由于超過飽和溶解度，因此水銹析出。然而，在超過飽和溶解度后10分鐘等短時間內(nèi)，水銹不會析出，若放置一天等較長時間，則水銹會析出。在逆浸透膜式脫鹽裝置中，利用膜連續(xù)地去除離子成分，因此，在較高的水回收率的運轉中，濃縮水側的離子濃度非常高，長時間(一天以上)保持在飽和溶解度以上。因此，在逆浸透膜式脫鹽裝置的濃縮水側，水銹析出。
[0006]圖4是靜電脫鹽處理裝置的概要圖。靜電脫鹽處理裝置100構成為具備對置的一對采用多孔質(zhì)電極的正極101和負極102、以及使水能夠在電極之間流通的流通路103。在正極101的流通路側面設置有陰離子交換膜104，在負極102的流通路側面設置有陽離子交換膜105。
[0007]利用靜電脫鹽處理裝置100進行的脫鹽處理通過以下工序實施。
[0008](脫鹽工序)
[0009]首先，以正極101為陽極、負極102為陰極的方式通電。S卩，對正極101和負極102施加極性彼此相反的電壓。當水在通電后的電極間的流通路103中流通時，水中的負離子透過陰離子交換膜104，吸附于正極101的多孔部分101a。正離子透過陽離子交換膜105，吸附于負極102的多孔部分102a(圖4(a))。去除離子后的水作為處理水而用于再利用等。
[0010](再生工序)
[0011]經(jīng)過規(guī)定時間后，以正極101為陰極、負極102為陽極的方式通電。B卩，向正極101以及負極102施加與離子吸附于電極時相反的電壓。如此一來，所吸附的離子從正極101以及負極102釋放，返回到流通路103中(圖4(b))。
[0012]在流通路103中充分蓄積被釋放的離子后、或在釋放離子的同時，向流通路103供給水。如此一來，含有離子的水從流通路103排出，正極101以及負極102再生為未吸附有離子的狀態(tài)(圖4(c))。排出的水作為濃縮水而回收。
[0013]在上述再生工序中，即使超過飽和溶解度，例如，若在10分鐘以內(nèi)的短時間內(nèi)進行再生工序，則脫鹽工序在水銹析出前開始，不會達到飽和溶解度，防止水銹析出。通過該特性，靜電脫鹽處理裝置與逆浸透膜式脫鹽裝置相比具有能夠獲得更高的水回收率(能夠再利用的水的回收率)的優(yōu)勢。
[0014]在靜電脫鹽處理裝置中，為了使更多的離子吸附于電極，優(yōu)選電極表面積較大。因此，作為電極，使用以活性炭這樣單位容積的表面積較大的炭作為主要成分的多孔性材料。
[0015]在先技術文獻
[0016]專利文獻
[0017]專利文獻1:日本特開2001-70947號公報(段落
[0002]、
[0011]、圖1)
[0018]如上所述，已知在通過靜電脫鹽處理裝置對進行油分分離、基于微生物的處理后的水進行處理的情況下，脫鹽性能隨時間經(jīng)過而急劇惡化。這種惡化在逆浸透膜式脫鹽裝置中基本不會出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明要解決的課題
[0020]本發(fā)明的目的在于提供一種水處理裝置，該水處理裝置能夠抑制靜電脫鹽處理裝置的電極惡化，保持較高的水處理能力。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本發(fā)明的發(fā)明人們認為，脫鹽性能惡化的原因在于，即使是能夠通過普通的油分分離以及微生物處理而實現(xiàn)的水質(zhì)，對于應用于靜電脫鹽處理來說，有機物的去除也不夠充分。
[0023]在殘留于水中的有機物中，有以離子狀態(tài)存在的物質(zhì)和作為分子而存在的物質(zhì)。例如，在水中含有醋酸、蟻酸等電解質(zhì)的有機物、苯酚、苯等非電解質(zhì)的有機物等。另外，在自然界的水中含有腐植酸等。有機物離子在如圖4(a)那樣通過通電的電極之間時透過離子交換膜，吸附于電極表面。另外，分子狀的有機物因擴散而透過離子交換膜，通過分子間力而吸附于電極表面。上述的以炭為主要成分的電極具有與水處理用活性炭類似的特性，不可逆地吸附有機物。即，這些有機物即使在圖4(b)的工序中被施加逆電壓也難以從電極脫離，大部分仍殘留于電極上。由于附著有有機物的部分無法在靜電脫鹽時吸附離子，因此導致電極的有效面積減少。
[0024]鑒于上述情況，本發(fā)明的一實施方式所涉及的水處理裝置包括:活性炭處理部，總有機碳濃度為100mg/l以下的水流入到該活性炭處理部，吸附并去除所述水中含有的有機物；以及靜電脫鹽處理部，其在所述活性炭處理部的下游側具備被施加彼此相反極性的電壓的一對電極、位于該電極之間且所述水能夠流通的流通路、以及設置于各個所述電極的所述流通路側的離子交換膜，在所述水流過施加了電壓的所述電極之間時，所述水中含有的離子吸附于所述電極，從所述水中去除所述離子，并且對所述電極施加與吸附所述離子時相反的電壓，所述離子從所述電極脫離，對所述電極進行再生。
[0025]一般，利用生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)對水質(zhì)進行管理。然而，由于B0D、COD因有機物的種類有別而靈敏度不同，因此，不一定與水中的有機物的絕對值成比例。另一方面，在本發(fā)明中，利用總有機碳濃度(TOC)進行管理?？傆袡C碳濃度是利用碳的量表示水中的能夠氧化的有機物的總量的指標，與水中含有的有機物量表現(xiàn)出良好的相關性。通過將TOC用作指標，能夠實施與應當處理的水中的有機物量相應的處理。
[0026]在實際的工業(yè)廢水中，生物處理等處理后的有機物濃度因原水的水質(zhì)有別而變動。在工業(yè)廢水的情況下，假設存在水質(zhì)惡化至TOC為1500mg/l左右的可能性。這樣，利用普通的生物處理對有機物濃度較高的水進行處理后的水質(zhì)的極限為T0C50?100mg/l。
[0027]在本發(fā)明的水處理裝置中，在靜電脫鹽處理部的前段設置活性炭處理部。對有機物含量進行管理后的總有機碳濃度在100mg/l以下的水流入到活性炭處理部。在活性炭處理部中，水中含有的有機物吸附于活性炭，從水中去除。在由活性炭處理部實施的處理中，無論流入到活性炭處理部的水的水質(zhì)如何，都能夠將處理后的水中含有的有機物含量穩(wěn)定地降低至極低的值。因此，若通過靜電脫鹽處理部對由活性炭處理部處理后的水進行處理，能夠大幅降低吸附于電極的有機物量，能夠抑制電極的離子吸附面積的減少。其結果是，能夠延長靜電脫鹽處理部的電極壽命，能夠長期維持良好的脫鹽處理性能。
[0028]從自然界獲取的水與工業(yè)廢水相比有機物量較少，但從長期來看存在靜電脫鹽處理部的性能降低的可能性。如上所述，本發(fā)明的水處理裝置能夠在水中將有機物量穩(wěn)定地降低至極低的值，因此，即使在處理從自然界獲取的水的情況下，也能夠長期維持較高的處理性能。
[0029]在上述方案中，若從所述活性炭處理部排出總有機碳濃度為20mg/l以下的水，則輸送至靜電脫鹽處理部的有機物量變得非常低，因此，能夠進一步抑制脫鹽處理性能的降低，故而優(yōu)選。
[0030]在上述發(fā)明中，優(yōu)選為，在所述活性炭處理部的上游側，具備通過微生物對所述水中的所述有機物進行分解去除的生物處理部、以及對所述水中的所述有機物進行氧化處理的氧化處理部中的至少一者。
[0031]特別是在對來自設備的廢水、生活廢水進行處理的情況下，在原水中含有大量的有機物。因此，優(yōu)選為，將生物處理部以及氧化處理部設置于活性炭處理部的上游，實施使總有機碳濃度達到100mg/l以下的預處理。
[0032]發(fā)明效果
[0033]在本發(fā)明的水處理裝置中，通過在靜電脫鹽處理部的前段配置活性炭處理部，將降低了總有機碳濃度的水向靜電脫鹽處理部供給，由此，能夠大幅降低向脫鹽處理部的電極附著的有機物的量。其結果是，能夠抑制電極的離子吸附面積的減少，抑制脫鹽性能降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是水處理裝置的一例的框圖。
[0035]圖2是對水處理裝置的脫鹽部的一例進行說明的概要圖。
[0036]圖3是示出對有機物含量不同的水進行靜電脫鹽處理的情況下的電極的有效容量的老化的曲線圖。
[0037]圖4是靜電脫鹽處理裝置的概要圖。

【具體實施方式】
[0038]圖1是水處理裝置的一例的框圖。水處理裝置I從上游側起具備預處理部2以及脫鹽部3。預處理部2是通過生物處理對有機物進行分解的生物處理部、通過氧化處理對有機物進行分解的氧化處理部、以及它們的組合中的任一者。
[0039]在對來自設備的廢水、生活廢水進行處理的情況下，預處理部2具備分離出廢水中的油分的油分離器、使重金屬、漂浮顆粒凝結沉淀的分離部。油分離器以及分離部設置于生物處理部的上游側。在對從河流等自然界獲取的水進行處理的情況下，也可以省略油分離器、分離部。
[0040]生物處理部通過微生物對水中的有機物進行分解處理。生物處理部采用使用膜分離活性污泥法的處理裝置(MBR:Membrane B1-Reactor)、使用生物膜法的處理裝置(BFR:B1-Film Reactor)、將曝氣槽與沉淀槽組合而成的結構等。生物處理部也可以采用將MBR與BFR組合而成的結構。在采用將曝氣槽與沉淀槽組合而成的結構的情況下，為了防止脫鹽部3的脫鹽裝置中的堵塞，在沉淀槽之后設置過濾器等過濾裝置。
[0041]在MBR中，將具有0.1 μπι左右的孔的膜浸漬于生物反應槽中的水中。在生物反應槽中的水中存在有微生物，微生物對水中的有機物進行分解。生物反應槽中的有助于污泥處理的微生物最小為0.25 μ m左右。因此，生物反應槽中的水通過上述膜被固液分離為水和微生物，僅水從MBR排出。
[0042]在BFR的內(nèi)部設置有支承體，該支承體在表面上形成有微生物的膜。在支承體表面的微生物與含有有機物的水接觸時，微生物對水中的有機物進行分解處理。
[0043]在采用將MBR與BFR組合而成的結構的情況下，根據(jù)水中的有機物量(COD)來控制MBR以及BFR的運轉。例如，在水中的COD低的情況下，僅使MBR運轉。在COD的變動增大的情況下，使MBR與BFR同時工作。
[0044]氧化處理部通過對有機物進行氧化分解而將氧化物從水中去除。在本實施方式的水處理裝置中，作為氧化處理方法，采用臭氧處理、紫外線處理、次氯酸鈉處理、過氧化氫處理。上述處理可以單獨實施，也可以組合多種進行處理。
[0045]氧化處理部設置于活性炭處理部10的上游側。
[0046]在臭氧處理的情況下，將由臭氧產(chǎn)生器生成的臭氧供給至氧化處理部。通過氧化處理部的水中的有機物利用臭氧被氧化分解。
[0047]在紫外線處理的情況下，在氧化處理部中設置有紫外線燈。向通過氧化處理部的水照射紫外線，利用紫外線對有機物進行氧化分解。
[0048]在次氯酸鈉處理的情況下，將次氯酸鈉供給至氧化處理部。通過氧化處理部的水中的有機物利用次氯酸鈉被氧化分解。
[0049]在過氧化氫處理的情況下，將過氧化氫供給至氧化處理部。通過氧化處理部的有機物利用過氧化氫被氧化分解。
[0050]圖2是對水處理裝置的脫鹽部3的一個實施方式進行說明的概要圖。
[0051]脫鹽部3具備活性炭處理部10和靜電脫鹽處理部100。脫鹽部3還可以具有逆浸透膜式脫鹽裝置。
[0052]活性炭處理部10收容在內(nèi)部填充有活性炭的填充槽11。在本實施方式中使用的活性炭是水處理用活性炭。從生物處理部輸送的水從活性炭處理部10的上部供給至內(nèi)部，透過填充槽11從活性炭處理部10的下部排出。
[0053]在本實施方式中，靜電脫鹽處理部100采用與圖4的靜電脫鹽處理裝置相同的結構。靜電脫鹽處理部100在活性炭處理部10的下游設置有一個或多個。如圖2所示，在多個靜電脫鹽處理部100的情況下，多個靜電脫鹽處理部100以相對于水流并行的方式配置，但多個靜電脫鹽處理部100也可以采用串行配置、或串行與并行組合的配置。
[0054]脫鹽部3也可以在活性炭處理部10的上游側具備罐(未圖示)，所述罐暫時貯存來自生物處理部的水，并將規(guī)定量的水向靜電脫鹽處理部100輸送。
[0055]在脫鹽部3的活性炭處理部10的上游側、以及活性炭處理部10與靜電脫鹽處理部100之間，分別設置有對水中的總有機碳濃度(TOC)進行測量的有機物量測量部12、13。
[0056]以下，對使用上述的水處理裝置進行水處理的順序進行說明。以下，列舉在水處理裝置中設置油分離器以及分離部來對工業(yè)廢水進行處理的情況進行說明。
[0057]預處理部2接收原水(廢水)。在來自設備的廢水、生活廢水的情況下，作為有機成分，除油滴、乳劑狀態(tài)的油分以外，在水中還含有以分子狀態(tài)存在、作為離子而存在的有機物(醋酸、蟻酸、苯酚等)。
[0058]油分離器去除原水中的油分。在分離部中，向廢水中投入螯合劑，使重金屬類物質(zhì)螯合而不溶解。在分離部中，通過向廢水中投入凝結劑，使重金屬類螯合物、漂浮顆粒等凝結之后沉淀，從而將重金屬類物質(zhì)以及漂浮顆粒從廢水中去除。
[0059]在采用設置生物處理部的結構的情況下，將去除油分、重金屬類物質(zhì)以及漂浮顆粒后的廢水輸送至生物處理部。在生物處理部中，對上述的醋酸、蟻酸、腐植酸、苯酚等有機物進行分解。
[0060]在采用設置氧化處理部的結構的情況下，向廢水實施紫外線照射。或者將含有臭氧的水、次氯酸鈉水、以及過氧化氫水供給至廢水中。由此，對上述的醋酸、蟻酸、腐植酸、苯酚等有機物進行氧化分解。
[0061]有機物量測量部12測量利用活性炭處理部10進行處理前的廢水中的TOC。對于TOC，有通過在線計量儀器進行測量的方法、以及取水進行分析的方法。在本實施方式中，生物處理等預處理的結果為，流入活性炭處理部10之前的水中的TOC在100mg/l以下。
[0062]TOC在100mg/l以下的廢水流入到脫鹽部3的活性炭處理部10。在廢水通過活性炭處理部10的填充槽11的期間，殘留于廢水中的上述醋酸、蟻酸、腐植酸、苯酚等有機物吸附于活性炭表面而被去除。相對于處理前的T0C，利用活性炭處理部10進行處理后的水的TOC降低至1/3?1/5左右。
[0063]有機物量測量部13測量利用活性炭處理部10進行處理后的廢水中的總有機碳濃度。在本實施方式中，利用活性炭處理部10進行處理后的水中的TOC在20mg/l以下，更優(yōu)選為10mg/l以下。
[0064]從活性炭處理部10排出的廢水輸送至靜電脫鹽處理部100。在靜電脫鹽處理部100中，實施以圖4進行說明的脫鹽處理。通過進行脫鹽處理，貯存于流通路105的水作為含有高濃度離子的濃縮水從靜電脫鹽處理部100排出并回收。正極101以及負極102再生為未吸附有離子的狀態(tài)。
[0065]圖3是示出以相同的條件對有機物含量不同的水進行靜電脫鹽處理的情況下的、電極的有效容量的老化的曲線圖。在該圖中，橫軸為經(jīng)過天數(shù)，縱軸為有效容量。有效容量定義為將使用前的電極的有效容量設為100%時的、能夠吸附于電極的離子的比例。
[0066]在圖3中，有機物量A流入靜電脫鹽處理部的水中時的TOC為10mg/l，有機物量B流入靜電脫鹽處理部的水中時的TOC為20mg/l。對于有機物量C、D，在TOC超過20mg/l的情況下，與有機物量C相比，有機物量D的TOC較高。
[0067]如圖3所示，在有機物量C、D的情況下，有效容量急劇降低，能夠理解為脫鹽處理能力在短時間內(nèi)降低。即，在流入到靜電脫鹽處理部的水中的有機物量多的情況下，為了維持高處理性能，需要以短周期進行電極維護等，處理效率降低。
[0068]另一方面，在有機物量A、B的情況下，有效容量緩慢地降低。根據(jù)該結果能夠理解，如果在靜電脫鹽處理部的上游側設置活性炭處理部，在通過活性炭處理部中的處理使水中的TOC降低至20mg/l以下之后進行靜電脫鹽處理，則抑制了靜電脫鹽處理部的電極的有效離子吸附面積的降低，能夠長期保持較高的水處理能力。
[0069]附圖標記說明
[0070]I水處理裝置
[0071]2預處理部
[0072]3脫鹽部
[0073]10活性炭處理部
[0074]11填充層
[0075]12、13有機物量測量部
[0076]100靜電脫鹽處理部
[0077]101 正極
[0078]102 負極
[0079]103流通路
[0080]104陰離子交換膜
[0081]105陽離子交換膜
【權利要求】
1.一種水處理裝置，包括: 活性炭處理部，總有機碳濃度為100mg/l以下的水流入到該活性炭處理部，吸附并去除所述水中含有的有機物；以及 靜電脫鹽處理部，其在所述活性炭處理部的下游側具備被施加彼此相反極性的電壓的一對電極、位于該電極之間且所述水能夠流通的流通路、以及設置于各個所述電極的所述流通路側的離子交換膜，在所述水流過施加了電壓的所述電極之間時，所述水中含有的離子吸附于所述電極，從所述水中去除所述離子，并且對所述電極施加與吸附所述離子時相反的電壓，所述離子從所述電極脫離，對所述電極進行再生。
2.根據(jù)權利要求1所述的水處理裝置，其中， 從所述活性炭處理部排出總有機碳濃度為20mg/l以下的水。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的水處理裝置，其中， 在所述活性炭處理部的上游側，具備通過微生物對所述水中的所述有機物進行分解去除的生物處理部、以及對所述水中的所述有機物進行氧化處理的氧化處理部中的至少一者ο
【文檔編號】C02F1/78GK104507875SQ201280074931
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2012年8月3日 優(yōu)先權日:2012年8月3日
【發(fā)明者】上村一秀, 音在步積, 鴫石康亮, 鈴木英夫, 中小路裕 申請人:三菱重工機電系統(tǒng)株式會社, 三菱重工業(yè)株式會社