JP5233138B2 - 純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法および前記濃縮廃水の処理装置。 - Google Patents

Description

本発明は、純水製造装置がイオン交換樹脂塔、イオン交換膜装置または逆浸透膜分離装置などから排出される濃縮廃水を効率よく処理して、処理水を純水原水として回収することができる純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法および処理装置に関する。

工業用水などの新水や排水を原水とし、これを精製して得られた純水または、これを更に処理して得られた超純水は半導体や液晶製造用洗浄水として大量に利用されている。これらの純水や超純水を製造するために、イオン交換樹脂塔、イオン交換膜装置および／または逆浸透膜分離装置などが使用されている。これらの装置からは、純水と共に、濃縮廃水が生成する。例えばイオン交換樹脂塔の場合、一定時間もしくは処理水水質が一定以下になったら、原水の供給を中断して、イオン交換樹脂の逆洗、再生を開始する。すなわち、逆洗によりパッキング状態にある樹脂層をほぐして捕捉された懸濁物質（ＳＳ）を洗い流した後、ついで酸やアルカリとイオン交換樹脂とを接触させてイオン交換することにより、再度不純物イオンを交換できる状態にする。この際、汚濁成分が濃縮された逆洗廃水や再生廃液が発生する。その発生量は、一般的に処理した原水量の１割程度と言われている。

この再生廃液には、純水使用プロセスや再生剤に由来する塩類・有機物や酸・アルカリ成分、懸濁物質（ＳＳ）や汚れ防止を目的とする水処理薬剤が含まれており、塩類濃度と有機物濃度が高い廃水であり、特にクローズドシステムを構築した工場などでは、その処理が課題となっている。

一般に、半導体製造工場における無排水化方式として、蒸発濃縮装置を使用することは公知である（非特許文献１）。また、蒸発濃縮装置を介して純水を得る方法として、フッ素含有水からフッ酸と純水を回収する方法、および多重効用蒸発装置と高濃縮用多重効用蒸発装置とを組み合わせて蒸留水を回収し、再利用する方法なども公知である（特許文献1、２）。しかし、これらの文献には、上記特質を有する純水製造装置からの濃縮廃水の処理については、何も記載がない。
特開２００２−３３１２９２号公報 特開平８−２２４５７２号公報 ＵＬＴＲＡＣＬＥＡＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１，ｐｐ６２〜６８，１９９３

このような純水製造装置からの濃縮廃水を、たとえば、単に生物処理を施しても、高塩類や水質変動などの影響を受け、安定した処理が困難であった。また、塩類除去を目的に再生廃液を蒸発濃縮した後に生物処理を施しても、活性維持に必要なミネラル分が不足してしまい、単独での回収が困難であった。

さらに、生物代謝物質が処理水に漏出し、処理水を純水原水とすると、純水製造装置の汚染の原因ともなる。

本発明は、更なる水回収や廃水処理負荷、外部処理の削減を可能とした純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法およびそのための装置を提供することを目的として開発されたものである。

本発明は、新水及び／又は排水を原水とし、これを処理する純水製造装置からの逆洗廃水及び／又は再生廃液を含有する濃縮廃水を蒸発濃縮して得られる揮発性成分を含む凝縮水を生物処理手段にて生物処理し、その後固液分離する純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法において、生物処理は、原水の一部を生物処理手段に供給しミネラル分を添加した状態で行うと共に、固液分離後の処理水は前記原水と共に純水製造装置の前段に供給することを特徴とする純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法である。

また、本発明は、新水及び／又は排水を原水として貯留する原水槽と、原水を処理する純水製造装置と、前記純水製造装置から排出される逆洗廃水及び／又は再生廃液を含有する濃縮廃水を蒸発濃縮する蒸発手段と、前記蒸発手段から排出される揮発性成分を含む蒸気を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮水を生物処理する生物処理手段と、原水槽からの原水の一部をミネラル含有水として生物処理手段に添加するためのバイパス手段と、前記生物処理手段から排出される懸濁液を固液分離する固液分離手段と、前記固液分離手段から排出される処理水を前記原水と共に純水製造装置の前段に供給する回収水供給手段と、を含むことを特徴とする純水製造装置からの濃縮廃水の処理装置である。

ここで、純水製造装置はイオン交換樹脂塔、イオン交換膜装置および逆浸透膜分離装置からなる群から選ばれる少なくとも１種である。

本発明方法においては、従来処理が困難であった純水製造装置からの濃縮廃水を効率よく処理して、処理水を純水原水として高回収率で回収できるだけでなく、廃水処理の負荷の低減や外部処理の削減も可能とすることができる。

以下に本発明の純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法および前記濃縮廃水の処理装置に関する実施の形態を、図１を用いて詳細に説明する。

原水槽１から新水からなる原水が純水製造装置２に供給されて、純水となし、次いでさらに処理されて超純水（図示せず）などとして半導体や液晶製造プロセスで使用される。

ここで、原水としては、新水だけでなく、希薄な廃水を混合してもよい。

一定時間又は純水の水質を監視し、当該水質が一定基準以下になると、原水の供給が中断され、純水製造装置がイオン交換樹脂を含む装置である場合には、当該イオン交換樹脂の逆洗と再生が開始される。まず、清水をイオン交換樹脂層に通水して樹脂層をほぐすと共に捕捉された懸濁物質を樹脂塔から排出する。次いでイオン交換樹脂に応じて、塩酸、硫酸などの酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリを通液し、イオン交換樹脂を再生する。この状態となると、イオン交換樹脂は再度原水を処理することができるので、原水通水を開始して純水製造工程を再開する。

イオン交換樹脂塔としては、いわゆる２床２塔方式や２床３塔方式、混床方式の装置を用いることが出来る。

なお、ここでは、イオン交換樹脂塔を例にして説明したが、イオン交換膜や逆浸透膜、限外濾過膜などを装着した膜分離装置でも、濃縮側から汚染物が濃縮された濃縮廃液が排出されたり、濃縮室の洗浄廃水が排出される。

一方、純水製造装置から排出されたこれらの濃縮廃液は、蒸発濃縮する蒸発手段３に供給され、濃縮排水中の水分と揮発性汚染物とが蒸気状態で蒸発手段３から排出される。

蒸発手段としては、常圧もしくは減圧方式の単段もしくは多段エバポレーターが例示される。また、必要に応じて最適ｐＨとするためにｐＨ調整剤を添加しても良い。

蒸発処理の結果、蒸発手段からは、揮発性成分を含む蒸気と濃縮された懸濁物質が排出される。後者の濃縮物は系外に取り出され、必要に応じて、後工程の固液分離手段からの濃縮物とあわせて、さらに脱水処理や固化処理が施こされて最終処分される。処分量は元の濃縮廃水量と比較すると、１割程度に減容化されている。

一方、前記蒸発手段３から排出される揮発性成分を含む蒸気は凝縮手段４により、凝縮され、液化される。

ここで使用される凝縮手段としては、通常のシェルアンドチューブ式熱交換器などが例示される。水冷式でも空冷式でも使用できる。

液化後の温度は、生物処理に影響を与える可能生が少ないように、４０℃以下を目処とする。

次いで、この凝縮水は生物処理手段５で処理されるが、揮発性物質しか含まれないため、そのままでは必須ミネラル分が存在せず、生物処理できない。そこで、本発明では、ミネラル含有水の存在下に生物処理を行なう。ミネラル含有水としては、工業用水や水道水などの新水やそれを含む工程廃水などを使用することが出来る。
このようなミネラル分含有水中のミネラル分としては、全硬度として５〜１００ｍｇ／ｌ望むらくは３０〜５０ｍｇ／ｌ程度が好ましい。なお、硬度成分が１５０ｍｇ／ｌを越えると析出（スケール化）による閉塞などの問題を引き起こす可能性がある。
ここでは、原水槽１から原水の一部をバイパスライン６を介して、この生物処理手段５に供給する例で説明する。原水の供給量は、生物処理するのに必要なミネラル分を供給する程度でよく、通常、生物処理水量に対して１０〜８０％程度である。

ここで用いられる生物処理手段としては、好気性生物処理でも嫌気性生物処理でもよいが、効率の観点から好気性処理が好ましい。好気性処理の具体例としては、浮遊式活性汚泥や散水濾床、回転円板式、固定床式、担体使用の流動床式生物処理方法など、公知の好気性生物処理方法が採用できる。滞留時間は、汚染度に応じて変化するが、通常は２〜１２時間程度である。

生物処理が終了すると、処理水が固液分離手段７に送られる。

ここで使用される固液分離手段としては、沈殿槽や加圧浮上槽、砂ろ過器、二層ろ過器、遠心分離機、精密濾過器（ＭＦ）など、１種以上の通常の固液分離装置を使用することができる。図1の実施例では、加圧浮上槽装置と２層ろ過装置を適用した。さらに凝集剤を使用した凝集沈殿装置や凝集加圧浮上装置も使用することができる。

なお、生物処理のＭＬＳＳ濃度を維持する必要がある場合には、固液分離工程で分離された汚泥の一部を生物処理に返送する。

固液分離手段で分離された濃縮物は、蒸発手段からの濃縮物とあわせて、または別個に同様に処理、処分することができる。一方、処理水については、回収して用水として再利用するために、配管８を介して原水槽に返送し、純水製造の原水として再利用される。

このとき、必要に応じてさらにイオン交換樹脂塔や活性炭塔などで高度処理してもよい。

生物処理では、生物代謝物が混合液に流出する可能性があるが、本発明では、後工程の固液分離手段でこれらの代謝物も除去されるため、回収水を純水製造装置に供給しても純水製造装置の代謝物による汚染を防止することができる。

上記では、純水製造装置としてイオン交換樹脂塔を用いた例で説明したが、それ以外にも、イオン交換膜装置および逆浸透膜分離装置などを使用することが出来る。これらの装置からは、いずれも濃縮有機性廃水が排出されるので、上記同様に処理すればよい。

また、工場内の他工程から有機性濃厚廃水が発生するようなところでは、本発明の蒸発手段または生物処理手段などに当該濃厚廃水を供給することにより、それら他工程の廃水もあわせて処理することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例としては図1記載の通りのフローを採用し、以下の仕様の装置を使用した。
(1)純水製造装置
混床塔式純水装置
処理水量 １８ｍ３／ｈ
処理水質 ３ＭΩ・ｃｍ以上
樹脂塔 アニオン性樹脂＋カチオン性樹脂で２ｍ３
再生廃液量 ４０ｍ３／ｄ
(2)蒸発装置
１段式エバポレーター（減圧蒸留装置＋水冷式凝縮器）
圧力 −２００ｍｍHg
処理水量 １．５ｍ３／ｈ
処理水温 ３５℃
(3)生物処理
生物担体方式生物膜法（バイオマイティＳＫ：栗田工業株式会社商品）
処理水量 ５ｍ３／ｈ
槽容量 １０ｍ３
滞留時間 ２ｈ
新水添加量 ３．５ｍ３／ｈ
(4)固液分離装置
1)凝集加圧浮上槽
反応槽 ２ｍ３
凝集剤 ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム水溶液）を２００ｍｇ／ｌ添加
処理水量 ５ｍ３/ｈ
浮上速度 ＬＶ７ｍ／ｈ
2)二層ろ過器
処理水量 ５ｍ３/ｈ
ろ過速度 ＬＶ１０ｍ/ｈ
ろ過水槽 １０ｍ３
以上の処理で得られた処理水を純水原水として純水製造装置で処理した結果、電気伝導率は３MΩ・ｃｍを示し、新水を用いた場合と比べて、何ら遜色がない純水が得られた。

図1に示した1)〜6)の各工程における水質を表１に示す。

表１から、処理しがたい純水製造装置からのの濃縮廃水を効率よく処理して純水原水として回収し得る水質の処理水が得られていることが分かる。また、系外に排出される廃液量は極わずかであることも分かる。

実施例における処理のフローを示す図である。

Claims (4)

1. 新水及び／又は排水を原水とし、これを処理する純水製造装置からの逆洗廃水及び／又は再生廃液を含有する濃縮廃水を蒸発濃縮して得られる揮発性成分を含む凝縮水を生物処理手段にて生物処理し、その後固液分離する純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法において、生物処理は、原水の一部を生物処理手段に供給しミネラル分を添加した状態で行うと共に、固液分離後の処理水は前記原水と共に純水製造装置の前段に供給することを特徴とする純水製造装置からの濃縮廃水の処理方法。
2. 純水製造装置がイオン交換樹脂塔、イオン交換装置および逆浸透膜分離装置からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の方法。
3. 新水及び／又は排水を原水として貯留する原水槽と、原水を処理する純水製造装置と、前記純水製造装置から排出される逆洗廃水及び／又は再生廃液を含有する濃縮廃水を蒸発濃縮する蒸発手段と、前記蒸発手段から排出される揮発性成分を含む蒸気を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮水を生物処理する生物処理手段と、原水槽からの原水の一部をミネラル含有水として生物処理手段に添加するためのバイパス手段と、前記生物処理手段から排出される懸濁液を固液分離する固液分離手段と、前記固液分離手段から排出される処理水を前記原水と共に純水製造装置の前段に供給する回収水供給手段と、を含むことを特徴とする純水製造装置からの濃縮廃水の処理装置。
4. 純水製造装置がイオン交換樹脂塔、イオン交換装置および逆浸透膜分離装置からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項３に記載の装置。
   

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