水處理方法及水處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠高度除去被處理水中的COD和BOD的水處理方法及水處理系統。本發明的水處理方法包括下述工序：將被處理水(1)導入前處理槽(11)的工序；將從前處理槽(11)流出的前處理水(2)導入生物反應槽(21)而得到生物處理水(3)的工序；通過濃縮機構(31)將生物處理水(3)進行濃縮，得到濃縮水(6)的工序；將濃縮水(6)導入氧化機構(51)并通過氧化處理而得到氧化分解水(7)的工序；以及將氧化分解水(7)返送至前處理槽(11)而使其與被處理水(1)接觸的工序。
【專利說明】水處理方法及水處理系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及組合了生物學處理和物理化學處理的水處理方法及水處理系統，特別 涉及即使是含有生物難分解性物質的被處理水，也能夠高度地分解、除去的水處理方法及 水處理系統。
【背景技術】
[0002] 目前，已知有組合了生物學處理和物理化學處理的水處理方法及水處理系統，例 如在專利文獻1中公開了一種方法，該方法包括：將被處理水進行生物處理后，使用反滲透 膜裝置等分離成濃縮水和透過水，對濃縮水進行氧化處理后，使其循環到生物處理中。
[0003] 先行技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :(日本）特開2002-306930號公報
【發明內容】
[0006] 發明要解決的問題
[0007] 根據專利文獻1中公開的方法，通過對濃縮水進行氧化處理后進行生物處理，能 夠除去C0D (化學需氧量）及B0D (生物需氧量）。但是，在對濃縮水進行氧化處理而得到的 處理水中，有可能殘留有氧化性物質，若將殘留有氧化性物質的處理水直接返送至生物反 應槽，則氧化性物質譬如說作為滅菌劑起作用，對生物反應槽中的微生物帶來不利影響，有 可能降低生物處理性能。其結果是，可能降低C0D及B0D的除去性能。
[0008] 本發明是鑒于上述情況而進行的，其目的在于提供一種能夠高度除去被處理水中 的C0D和B0D的水處理方法及水處理系統。
[0009] 解決問題的方法
[0010] 能夠解決上述課題的本發明的水處理方法的特征在于，具有下述工序：將被處理 水導入前處理槽的工序；將從前處理槽流出的前處理水導入生物反應槽而得到生物處理水 的工序；通過濃縮機構將生物處理水濃縮，得到濃縮水的工序；對濃縮水進行氧化處理而 得到氧化分解水的工序；以及將氧化分解水返送至前處理槽使其與被處理水接觸的工序。 根據本發明的水處理方法，通過對將被處理水進行生物處理而得到的生物處理水進行濃縮 及氧化處理，能夠將被處理水中含有的生物難分解性物質有效地分解而B0D化。而且，對通 過氧化處理而得到的氧化分解水再次進行生物處理，由此能夠得到高度除去了 C0D和B0D 的生物處理水。此時，不使氧化分解水直接返送至生物反應槽，而將其返送至生物反應槽的 前段的前處理槽使其與被處理水接觸，由此，殘留在氧化分解水中的氧化性物質通過被處 理水而被還原，從而抑制了其對生物處理槽中的生物處理的不利影響。另外,被處理水的一 部分被殘留在氧化分解水中的氧化性物質氧化分解，從而還可以期待從生物處理槽流出的 生物處理水的C0D濃度降低。
[0011] 在前處理槽中，優選向被處理水供給微泡。通過在前處理槽中供給微泡，促進了被 處理水的分解，同時，促進了返送至前處理槽的氧化分解水中含有的氧化性物質的消耗，其 結果，可以預見在生物處理槽中生物處理性能提高，或者使得生物處理適當地進行。
[0012] 優選的是，濃縮機構是具備半透膜的裝置。如果濃縮機構是具備半透膜且通過半 透膜將生物處理水進行濃縮的裝置，則能夠利用比較少的能量得到濃縮水。
[0013] 優選的是，利用膜分離裝置將生物反應槽的槽內水進行固液分離，由此得到生物 處理水。通過利用膜分離裝置將生物反應槽的槽內水進行固液分離，能夠提高槽內水的污 泥濃度（微生物濃度），從而實現生物反應槽的緊湊化。另外，得到的生物處理水成為固體 成分被高度除去的生物處理水，因此易于在濃縮工序中利用濃縮機構適當地進行濃縮，并 且，在氧化處理工序中也能夠將溶解性的生物難分解性物質有效地進行分解。
[0014] 本發明的水處理方法也可以進一步具有將濃縮水進行電解而得到電解水的工序， 對電解水進行氧化處理而得到氧化分解水。通過將濃縮水進行電解，能夠生成氧化劑，這樣 生成的氧化劑能夠代替氧化處理工序中所使用的氧化劑。本發明的水處理方法中，由于溶 質在處理系統內進行循環，因此，通過將濃縮水進行電解而生成氧化劑，能夠抑制溶質濃度 上升。
[0015] 也可以是，在氧化處理工序中，通過使濃縮水在氧化劑共存下與氧化催化劑接觸 而進行氧化處理，從而得到氧化分解水。通過使用氧化催化劑進行氧化處理，能夠對濃縮水 有效地進行氧化處理。
[0016] 本發明還提供用于本發明的水處理方法的水處理系統。即，本發明的水處理系統 的特征在于，具有：導入被處理水的前處理槽；從前處理槽流出的前處理水的輸送通路；與 前處理水的輸送通路連通的生物反應槽；導入從生物反應槽流出的生物處理水，提高該生 物處理水的溶質濃度而得到濃縮水的濃縮機構；以及對濃縮水進行氧化處理而得到氧化分 解水的氧化機構，其中，設有將氧化分解水輸送至前處理槽的返送通路。根據本發明的水處 理系統，能夠高度除去被處理水中的C0D和B0D。優選在前處理槽中具備向被處理水供給微 泡的微泡發生裝置。優選濃縮機構具備半透膜。優選在生物反應槽中設置膜分離裝置，來 自膜分離裝置的膜過濾水被導入到濃縮機構。也可以在濃縮水的輸送通路中設置對濃縮水 進行電解的電解裝置。作為氧化機構，可以設置氧化劑供給機構和具備氧化催化劑的催化 劑反應器。
[0017] 發明的效果
[0018] 根據本發明的水處理方法及水處理系統，通過將對被處理水進行生物處理而得到 的生物處理水進行濃縮及氧化處理，能夠將被處理水中所含的生物難分解性物質有效地進 行分解而B0D化。而且，對通過氧化處理而得到的氧化分解水再次進行生物處理，由此能夠 得到高度除去了 C0D和B0D的生物處理水。此時，將氧化分解水返送至生物反應槽的前段 的前處理槽使其與被處理水接觸，由此，殘留在氧化分解水中的氧化性物質通過被處理水 而被還原，從而抑制了其對生物處理槽中的生物處理的不利影響。另外，被處理水的一部分 被殘留在氧化分解水中的氧化性物質氧化分解，從而還可以期待生物處理水的C0D濃度降 低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1表示本發明的水處理方法的流程圖。
[0020] 圖2表不本發明的水處理系統的一個例子。
[0021] 圖3表示本發明的水處理系統的另一個例子。
[0022] 圖4表示本發明的水處理系統的另一個例子。
[0023] 圖5表示本發明的水處理系統的另一個例子。
[0024] 圖6表不本發明的水處理系統的另一個例子。
[0025] 符號說明
[0026] 1 :被處理水
[0027] 2 :前處理水
[0028] 3 :生物處理水
[0029] 5 :分離水
[0030] 6 :濃縮水
[0031] 7:氧化分解水
[0032] 11 :前處理槽
[0033] 12 :微泡發生裝置
[0034] 21 :生物反應槽
[0035] 23、50 :膜分離裝置
[0036] 31 :濃縮機構（反滲透膜裝置）
[0037] 41 :濃縮槽
[0038] 43 :濃縮機構（正滲透膜裝置）
[0039] 51 :氧化機構（催化劑反應器）
[0040] 52 :氧化機構（氧化劑供給機構）
[0041] 53:電解裝置
[0042] 54 :返送通路
【具體實施方式】
[0043] 本發明涉及組合了生物學處理和物理化學處理的水處理方法及水處理系統。根據 本發明，即使是含有生物難分解性物質的被處理水，也能夠通過物理化學處理將生物難分 解性物質有效地分解，再通過對其進行生物學處理，得到高度凈化的處理水。下面，參照圖 1對本發明的水處理方法及水處理系統進行說明。
[0044] 本發明的水處理方法具有：將被處理水導入前處理槽的工序（前處理工序）、將從 前處理槽流出的前處理水導入生物反應槽而得到生物處理水的工序（生物處理工序）、通 過濃縮機構將生物處理水進行濃縮而得到濃縮水的工序（濃縮工序）、對濃縮水進行氧化 處理而得到氧化分解水的工序（氧化處理工序）、以及將氧化分解水返送至前處理槽而使 其與被處理水接觸的工序（返送工序）。本發明的水處理方法特別適合含有生物難分解性 物質的被處理水的處理，具體來說，適合含有比B0D (生物需氧量）高得多的C0D (化學需氧 量）的被處理水的處理。
[0045] 在本發明的水處理方法中，首先將被處理水導入前處理槽，之后導入生物反應槽 進行生物處理（生物學處理），被處理水中含有生物難分解性物質的情況下,通過生物處理 很難將這些物質分解、除去。因而，在本發明的水處理方法中，通過將生物處理水的至少一 部分濃縮并進行氧化處理，將生物難分解性物質有效地分解轉換成生物易分解性物質，將 其再次返送至生物反應槽進行生物處理，由此能夠得到高度除去了 COD和BOD的生物處理 水。但是，這樣進行處理時，雖然通過進行氧化處理得到了氧化分解水，但為了通過氧化處 理將生物難分解性物質分解，某種程度上需要在苛刻的條件下進行氧化處理，其結果是，在 氧化分解水中有可能殘留氧化性物質。相反，在緩和的條件下進行氧化處理的情況下，可 能無法將生物難分解性物質充分分解。即，從提高氧化分解率方面考慮，不得不使氧化分解 水中殘留一些氧化性物質。但是，若這樣將殘留有氧化性物質的氧化分解水直接返送至生 物反應槽，則氧化性物質譬如說作為滅菌劑起作用，會給生物反應槽中的微生物帶來不良 影響，生物處理性能可能降低。因此，在本發明的水處理方法中，將氧化分解水返送至生物 反應槽前段的前處理槽，使其與被處理水接觸。這樣一來，通過使氧化分解水與被處理水 接觸，氧化分解水中所含的氧化性物質被被處理水還原，同時，被處理水中所含的生物難分 解性物質的一部分被氧化性物質分解，能夠在接下來的生物處理工序中有效地進行生物處 理。下面，對本發明的水處理方法的各工序進行詳細說明。
[0046] 在前處理工序中，將被處理水導入前處理槽。在本發明中，作為處理對象的被處理 水沒有特別限定。在被處理水中可以含有有機物，也可以含有無機物。需要說明的是，由于 本發明的水處理方法具有生物處理工序，因此優選被處理水至少含有有機物。另外，由于本 發明的水處理方法具有氧化處理工序，因此，即使被處理水中含有難分解性有機物，也能夠 進行適當處理。作為本發明中所使用的被處理水，可舉出來自煉鐵、鋼鐵、非鐵金屬、機械、 金屬加工、電鍍、涂裝、水泥、石油等工廠的排水；來自食品工廠或造紙工廠等的排水；填埋 浸出水；污水；排泄物；畜產排泄物；廚房排水等。在將被處理水導入前處理槽之前，也可以 暫時儲存在流量調節槽或沉淀槽中。
[0047] 導入了被處理水的前處理槽沒有特別限定，只要是可保持被處理水的處理槽即 可。即，前處理槽也可以是未設置特別設備的簡單的水槽。只要在氧化處理工序中得到的 氧化分解水被返送至前處理槽，并在前處理槽中被處理水與氧化分解水接觸即可。需要說 明的是，為了提高被處理水和氧化分解水的接觸效率，前處理槽中也可以具備攪拌裝置或 散氣裝置。另外，如后所述，也可以在前處理槽中設置微泡發生裝置，通過微泡發生裝置向 被處理水供給微泡。
[0048] 從前處理槽流出的前處理水被導入生物反應槽。前處理水通過輸送通路被輸送至 生物反應槽，生物反應槽與前處理水的輸送通路連通設置。前處理水的輸送通路可以是管 路或明渠、或者設于前處理槽和生物反應槽的隔板上的流路，只要是從前處理槽向生物反 應槽輸送前處理水時的前處理水的通路即可。在前處理水的輸送通路中，可以設置流量調 節槽或沉淀槽等。關于以下說明的其它輸送通路或返送通路也同樣。
[0049] 在生物處理工序中，將從前處理槽流出的前處理水導入生物反應槽而得到生物處 理水。在生物反應槽中進行生物處理。生物處理只要是在微生物的存在下對導入生物反應 槽的前處理水進行處理的處理即可，優選好氧生物處理。因此，優選生物反應槽至少具有好 氧槽。
[0050] 作為生物處理，可舉出活性污泥法（包括膜分離活性污泥法）、載體法、固定床生 物膜法等。生物反應槽可以根據被處理水的性狀及所期望的除去成分，將好氧槽或厭氧槽 等適當組合而構成，例如，通過將好氧槽與厭氧槽和/或無氧槽組合，除了能夠除去前處理 水中所含的碳成分以外，還能夠除去氮成分和/或磷成分。
[0051] 通過在生物處理工序中對前處理水進行生物處理，前處理水中所含的B0D被除 去，得到的生物處理水成為減少了 B0D的處理水。在生物處理工序中得到的生物處理水的 至少一部分導入到濃縮機構，剩余的一部分可以作為處理水排出到體系外。生物處理水向 體系外的排出可以根據生物處理水的水質適當決定，例如，可以將生物處理水的水質和放 流水質基準進行比較，按照滿足該基準的方式決定生物處理水向體系外的排出量。此時，在 濃縮工序中，伴隨濃縮而得到高度凈化的分離水的情況下，也可以考察分離水帶來的稀釋 效果來決定生物處理水向體系外的排出量。需要說明的是，也可以將后述的濃縮水作為處 理水排出到體系外。
[0052] 在本發明的水處理方法中，不是將生物處理水的全部量排出到體系外，而是將生 物處理水的一部分或全部供應給濃縮工序。本發明的水處理方法尤其適合含有生物難分解 性物質的被處理水的處理，對這種被處理水進行處理的情況下，在生物處理工序中得到的 生物處理水中殘留一定量的C0D，容易使將生物處理水全部量直接排出體系外變得困難。
[0053] 也可以在生物反應槽中設置膜分離裝置。在該情況下，例如，將生物反應槽的槽內 水通過膜分離裝置進行固液分離而得到生物處理水，將來自膜分離裝置的膜過濾水作為生 物處理水導入到濃縮機構。將生物反應槽的槽內水通過膜分離裝置進行固液分離，由此，提 高了槽內水的污泥濃度（微生物濃度），從而能夠實現生物反應槽的緊湊化。另外，由于所 得到的生物處理水成為高度除去了固體成分的處理水，因此通過將該處理水供應給濃縮工 序，易于適當地進行采用濃縮機構執行的濃縮，進而，在后段的氧化處理工序中，能夠將溶 解性的生物難分解性物質有效地進行分解。
[0054] 膜分離裝置可以設于生物反應槽的槽外。在該情況下，將生物處理工序中所得到 的生物處理水通過膜分離裝置進行固液分離，來自膜分離裝置的膜過濾水被導入濃縮機 構。在該情況下，也易于在后段的濃縮工序中適當地進行采用濃縮機構執行的濃縮，進而， 在后段的氧化處理工序中，能夠將溶解性的生物難分解性物質有效地進行分解。
[0055] 膜分離裝置只要具備膜過濾材料，可以將生物反應槽的槽內水或生物處理水進行 固液分離即可。膜過濾材料的孔徑沒有特別限定，優選所謂的微濾膜（MF膜）或超濾膜（UF 膜）。膜過濾材料的形狀沒有特別限定，可以為中空絲膜、管狀膜、平板狀膜等。構成膜的原 材料也沒有特別限定，例如可舉出：乙酸纖維素、聚偏氟乙烯、聚烯烴、氯化聚乙烯、聚酰胺、 聚丙烯腈、聚四氟乙烯等有機膜；陶瓷（例如，多鋁紅柱石、氧化鋁、氧化鋯）等無機膜等。
[0056] 生物處理水也可以通過膜分離裝置以外的固液分離機構（例如沉淀槽）進行固液 分離，降低了固體成分濃度的生物處理水被供應給濃縮工序。通過固液分離機構被分離出 的固體成分（污泥等），例如被抽出到體系外，實施濃縮或脫水等減容化處理。
[0057] 生物處理工序中所得到的生物處理水被導入到濃縮工序，通過濃縮機構被濃縮， 由此得到濃縮水。生物處理水被導入到濃縮機構。生物處理水可以是來自生物處理槽的溢 流水，也可以是通過膜分離裝置分離出固體成分后的水。生物處理水可以直接供給到濃縮 機構，也可以經沉淀槽或流量調節槽供給到濃縮機構。另外，濃縮機構可以浸漬設置于生物 反應槽中，生物反應槽中的生物處理水導入至濃縮機構。在濃縮機構中，提高了生物處理水 的溶質濃度，得到濃縮水。
[0058] 濃縮機構沒有特別限定，只要能夠提高生物處理水的溶質濃度即可，可舉出：使用 了半透膜的濃縮裝置（反滲透膜裝置、正滲透膜裝置、納濾膜裝置、電透析裝置等）、及蒸發 裝置（加熱蒸發法、減壓蒸發法等）、凍結濃縮裝置（界面漸進法、懸浮結晶法等），也可以 將這些裝置組合起來，多階段地進行濃縮處理。通過濃縮機構得到相比生物處理水提高了 溶質濃度的濃縮水，其結果是，能夠將生物處理水中所含的生物難分解性物質（特別是溶 解性的生物難分解性物質）在后段的氧化處理工序中有效地進行分解。或者，在氧化處理 工序的前段設置對濃縮水進行電解而得到電解水的工序（電解工序），該情況下，可以在電 解工序中有效地電解生物處理水的溶質。
[0059] 需要說明的是，在濃縮工序中得到濃縮水時，水被分離出來，這時，得到降低了溶 質濃度的分離水。分離水雖然也取決于濃縮機構的種類及操作條件，但也可以得到高純度 的水。分離水被排出到體系外，排出到體系外的分離水可以放流到環境中，或者也可以在其 它用途（例如工藝用水等）中進行再利用。
[0060] 濃縮機構優選具備半透膜，優選通過半透膜將生物處理水濃縮。例如，具備半透膜 的濃縮機構為反滲透膜裝置、正滲透膜裝置或納濾膜裝置時，優選的是，濃縮機構具備半透 膜，具有隔著該半透膜導入生物處理水的一次側和其相反側的二次側，導入一次側的生物 處理水中的水向二次側滲透，從而提高一次側的生物處理水的溶質濃度。半透膜沒有特別 限定，只要是至少水分子透過、一定大小以上的分子或離子不透過的膜即可，可以使用公知 的半透膜。半透膜的構成材料及半透膜的形狀等沒有特別限定。作為半透膜的構成材料， 例如可舉出：乙酸纖維素、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚砜等，作為半透膜的形狀，可舉出中空 絲膜、螺旋膜、管式膜等。如果使用反滲透膜裝置或納濾膜裝置作為濃縮機構，則能夠用比 較少的能量得到濃縮水。
[0061] 使用反滲透膜裝置或納濾膜裝置作為具備半透膜的濃縮機構的情況下，使半透膜 的一次側存在生物處理水、二次側存在透過水，通過對一次側加壓，使水從一次側向二次側 滲透，從而能夠將一次側的生物處理水濃縮。需要說明的是，使用反滲透膜裝置或納濾膜裝 置作為濃縮機構的情況下，若生物處理水中含有污泥等固體成分，則可能發生裝置的堵塞， 難以穩定地進行處理。因而，優選將通過膜分離裝置對生物反應槽的槽內水或生物處理水 進行固液分離而得到的膜過濾水導入到反滲透膜裝置或納濾膜裝置的一次側。
[0062] 使用正滲透膜裝置作為具備半透膜的濃縮機構的情況下，使生物處理水存在于半 透膜的一次側、使滲透壓比生物處理水的滲透壓高的高滲溶液存在于二次側，利用生物處 理水和高滲溶液的滲透壓差使水從一次側向二次側滲透，從而能夠將一次側的生物處理水 濃縮。高滲溶液是溶解有溶質的水溶液，沒有特別限定，只要是顯示出比生物處理水更高的 滲透壓的溶液即可。在等溫條件下，高滲溶液的滲透壓比生物處理水的滲透壓高意味著高 滲溶液具有比生物處理水更高的溶質濃度（摩爾濃度）。作為高滲溶液，例如可以使用鹽 類、糖類、水溶性高分子等的水溶液、海水或鹽湖水等堿水等。需要說明的是，使用正滲透膜 裝置的情況下，水從半透膜的一次側向二次側滲透，由此，高滲溶液被稀釋，但也可以將用 水稀釋后的高滲溶液通過逆滲透處理進行濃縮而提高溶質濃度后，再供給到正滲透膜裝置 的二次側。通過正滲透膜裝置進行處理的情況下，對于處理對象水中所含的固體成分的濃 度及其大小的容許范圍較寬，即使對污泥等含有固體成分的生物處理水進行處理，也不易 引起裝置堵塞。因此，也可以將正滲透膜裝置浸漬設置于生物反應槽中，將生物反應槽的槽 內水（生物處理水）進行濃縮。或者，也可以與生物反應槽連通設置濃縮槽，將正滲透膜裝 置浸漬設置于導入到濃縮槽的生物處理水中，將生物處理水濃縮而得到濃縮水。
[0063] 使用電透析裝置作為具備半透膜的濃縮機構的情況下，使生物處理水在陽極和陰 極之間交替排列形成有陰離子交換膜和陽離子交換膜的小箱室中流通，通過對電極施加電 壓而使生物處理水中的離子移動，從而能夠得到濃縮水。
[0064] 使用凍結濃縮裝置作為濃縮機構的情況下，利用生物處理水中的水和溶質的凝固 點之差，使冰結晶析出而分離，由此，能夠提高生物處理水的溶質濃度。尤其適合使用界面 漸進凍結濃縮裝置，該界面漸進凍結濃縮裝置使生物處理水在凍結濃縮裝置的被處理液流 路中沿一定方向流動，冷卻該流路的壁面，在被處理液流路的壁面依次形成冰結晶并使其 生長，從而能夠將生物處理水濃縮。
[0065] 濃縮工序中得到的濃縮水被供應給氧化處理工序，通過對濃縮水進行氧化處理而 得到氧化分解水。通過氧化機構進行氧化處理，濃縮水通過輸送通路被輸送到氧化機構。濃 縮水的輸送通路只要是輸送濃縮水的流路即可，例如，與濃縮機構連通設置，或與浸漬設置 了濃縮機構的水槽（例如，生物反應槽或濃縮槽）連通設置。氧化機構與濃縮水的輸送通 路連通設置。通過對濃縮水進行氧化處理，能夠將濃縮水中所含的生物難分解性物質分解， 轉換成生物易分解性物質。即，在氧化處理工序中，能夠將濃縮水中所含的生物難分解性的 C0D轉換成B0D。而且，通過將經過了 B0D化的氧化分解水再次返送至生物反應槽進行生物 處理，可得到高度除去C0D和B0D的處理水。
[0066] 氧化機構沒有特別限定，只要是可氧化濃縮水的溶質即可，可舉出：紫外線照射、 添加氧化劑（例如，臭氧、氯系氧化劑、過氧化氫等）、超臨界處理、亞臨界處理、濕式氧化 等。另外，也可以采用將紫外線照射和添加臭氧或過氧化氫等氧化劑加以組合的促進氧化 處理、將過氧化氫和鐵催化劑加以組合的芬頓（Fenton)氧化處理等。
[0067] 通過添加氧化劑進行的氧化處理可以是使濃縮水在氧化劑共存下與氧化催化劑 接觸的方法。該情況下，作為氧化機構，設置氧化劑供給機構（例如，氧化劑儲存槽和泵的 組合）和具備氧化催化劑的催化劑反應器。通過使用氧化催化劑進行氧化處理，能夠對濃 縮水有效地進行氧化處理。
[0068] 通過催化劑進行的氧化處理可以是使催化劑在常溫常壓附近（例如，溫度為 0°C?80°C的范圍、壓力為50kPa?150kPa(絕對壓力）的范圍）進行反應的方法，也可以 是使催化劑在高溫高壓（例如，溫度為80°C?370°C的范圍、壓力為濃縮水保持液相的區 域）進行反應的催化濕式氧化法。另外，從有效進行氧化處理方面考慮，優選氧化催化劑被 填充到催化劑反應器并形成層的方法。氧化催化劑使用公知的氧化催化劑即可，例如，可以 使用由鐵、猛、鈷、鉻、鎳、鶴、銅、銀、金、鉬、鎂、錯、鋅、娃、錫、紀、锫、銀、鑰、鈦等金屬或其氧 化物或者它們的合金、復合氧化物構成的催化劑。催化劑的形狀可以形成顆粒狀、粒狀、粉 末狀、環狀、蜂窩狀，另外，也可以將催化劑保持于多孔質陶瓷、活性碳、沸石等載體上。
[0069] 作為氯系氧化劑，可舉出：次氯酸鹽、亞氯酸、氯酸、二氧化氯等。氯系氧化物多在 水處理中使用，操作容易。
[0070] 氧化劑也可以通過將濃縮水進行電解而產生。該情況下，本發明的水處理方法還 具有將濃縮水電解而得到電解水的工序，通過在氧化處理工序中對電解水進行氧化處理而 得到氧化分解水。為了對濃縮水進行電解，可以設置電解裝置。該情況下，電解裝置可以看 作氧化劑供給機構。電解裝置設置于濃縮水的輸送通路中即可，氧化機構設于電解裝置的 下游側（后段）。
[0071] 例如，濃縮水中含有氯化物離子的情況下，通過將濃縮水進行電解，得到含有次氯 酸作為氧化劑的電解水。另外，濃縮水中含有錳酸的情況下，通過電解，得到含有高錳酸作 為氧化劑的電解水。氯化物離子通常包含于河川水中，錳包含于地下水中，因此，可以通過 將濃縮水電解而生成氧化劑。而且，通過電解而生成的氧化劑在濃縮水中所含的生物難分 解性物質的分解中被消耗。在本發明的水處理方法中，溶質在處理系統內循環（即，在前處 理槽、生物處理槽、濃縮機構、氧化機構之間循環），因此，通過將濃縮水電解而生成氧化劑， 能夠抑制溶質濃度上升。
[0072] 氧化處理工序中得到的氧化分解水返送到前處理槽中與被處理水接觸（返送工 序）。即，與氧化機構連通設置了向前處理槽輸送氧化分解水的返送通路。在氧化分解水中 殘留有在氧化處理工序中加入的、或者源自生成的氧化物的氧化性物質，因此，通過使氧化 分解水返送至前處理槽中與被處理水接觸，氧化性物質與被處理水反應，被處理水中所含 的生物難分解性物質進行氧化分解，能夠轉換成生物易分解性物質。這樣轉換成的生物易 分解性物質接著在生物處理工序中進行生物處理，從而能夠降低得到的生物處理水的C0D 濃度。另外，不將氧化分解水直接返送至生物反應槽，由此可避免生物反應槽中的微生物在 氧化性物質的作用下部分被殺滅。因此，在氧化處理工序中，通過在一定程度的苛刻條件下 進行氧化處理，能夠提高濃縮水中所含的生物難分解性物質的分解率。
[0073] 作為氧化分解水中殘留的氧化性物質，除了在氧化處理工序中使用的氧化劑以 夕卜，可舉出次氯酸及高錳酸等，次氯酸及高錳酸可以如上述所說明那樣通過電解而生成，當 然也可以通過將次氯酸鹽或高錳酸鹽作為氧化劑添加而殘留在氧化分解水中。另外，高錳 酸可通過錳與臭氧反應而生成，也可以通過添加過氧化氫和紫外線照射的組合來生成。
[0074] 優選在前處理槽中向被處理水（被處理水中加入了氧化分解水）中供給微泡。即， 優選前處理槽中具備微泡發生裝置。此時，只要從微泡發生裝置供給空氣等含氧氣體即可。 [0075] 微泡發生裝置可使用公知的裝置。作為產生微泡的方法，以下這兩種方法是熟知 的，即，通過水流或機械攪拌產生渦流，利用產生的渦流將氣泡細分的氣液兩相流旋轉方 式、或通過在加壓狀態下使氣體溶解于被處理水中，之后進行減壓，使溶解在被處理水中的 氣體再氣化成微泡的加壓溶解方式，采用哪種方式都可以。
[0076] 與通常的氣泡相比，微泡的氣泡徑較小，一般來說，產生時的氣泡徑為Ιμπι以上 且100 μ m以下。因此，供給到被處理水中的微泡由于上升速度比通常的氣泡慢，因此，被處 理水中的微泡通過自然溶解而縮小，不久便消失（壓壞）。微泡在消失時產生羥基自由基等 自由基是公知的，利用該自由基能夠分解被處理水中所含的生物難分解性物質。此時，氧化 性物質或與自由基協動而引起促進氧化反應，或者因自由基而鈍化，從而促進氧化性物質 的還原。即，通過向含有氧化性物質的被處理水中供給微泡，或促進被處理水的分解，或促 進氧化分解水中所含的氧化性物質的還原。其結果是，在后段的生物處理工序中，可期待生 物處理性能的提高，或者適宜地進行生物處理。
[0077] 接著，參照附圖對本發明的水處理方法和水處理系統的構成例進行說明。需要說 明的是，本發明不限定于附圖中所示的實施方式。
[0078] 圖2示出了本發明的水處理系統的第一實施方式。圖2所示的水處理系統具有： 導入了被處理水1的前處理槽11、從前處理槽11流出的前處理水2的輸送通路16、與前處 理水2的輸送通路16連通的生物反應槽21、導入了從生物反應槽21流出的生物處理水3， 提高生物處理水3的溶質濃度而得到濃縮水6的濃縮機構31、對濃縮水6進行氧化處理而 得到氧化分解水7的氧化機構51，52、以及向前處理槽11輸送氧化分解水7的返送通路54。 在圖2所示的水處理系統中，設有反滲透膜裝置作為濃縮機構31，設有氧化劑供給單元52 和具備氧化催化劑的催化劑反應器51作為氧化機構51，52。另外，與生物反應槽21和濃縮 機構31連通設置了調節槽25,此外，在濃縮水6的輸送通路32中也設置了調節槽33。
[0079] 被處理水1首先被導入前處理槽11，接著，從前處理槽11流出的前處理水2被導 入生物反應槽21。生物反應槽21具有具備散氣裝置22的好氧槽21a，在生物反應槽21中， 對前處理水2進行生物處理而得到生物處理水3。生物處理水3從生物反應槽21溢流而被 導入調節槽25,導入至調節槽25的生物處理水3的一部分作為處理水4被排出到體系外， 其余部分供給到反滲透膜裝置31。反滲透膜裝置31夾著半透膜而具有一次側和二次側，生 物處理水3被導入反滲透膜裝置31的一次側，通過對一次側加壓，生物處理水3中所含的 水從半透膜的一次側向二次側滲透，得到濃縮水6。另一方面，從反滲透膜裝置31的二次側 得到高度凈化的分離水5。從反滲透膜裝置31的一次側流出的濃縮水6通過輸送通路32 進行輸送，被導入至催化劑反應器51。在催化劑反應器51中，通過氧化劑供給機構52供給 氧化劑（例如，次氯酸或過氧化氫），使其在氧化催化劑存在下與濃縮水6接觸，由此，濃縮 水6中的C0D分解并B0D化，得到氧化分解水7。氧化分解水7通過返送通路54返送至前 處理槽11，與被處理水1接觸。由此，殘留在氧化分解水7中的氧化性物質通過被處理水1 而被還原，抑制了其對生物處理槽21中的生物處理的不良影響。另外，被處理水1的一部 分通過殘留在氧化分解水7中的氧化性物質而氧化分解，因此還可以期待從生物處理槽21 流出的生物處理水3的C0D濃度降低。需要說明的是，在第一實施方式中，也可以使用納濾 膜裝置來代替反滲透膜裝置31。
[0080] 圖3示出了本發明的水處理系統的第二實施方式。第二實施方式的水處理系統與 第一實施方式的水處理系統的不同點是：在前處理槽中設有微泡發生裝置；由厭氧槽和好 氧槽構成生物反應槽，在好氧槽中設有膜分離裝置。需要說明的是，在下述說明中，省略與 第一實施方式的說明重復的部分的說明。
[0081] 圖3所示的水處理系統在前處理槽11中設有微泡發生裝置12。微泡發生裝置12 浸漬設置于前處理槽11內，空氣導入管15與微泡發生裝置12連接，并且，具備泵14的循 環流路13與前處理槽11和微泡發生裝置12連通設置。通過循環流路13向微泡發生裝置 12供給前處理槽11的槽內水，從空氣導入管15向微泡發生裝置12導入空氣，其結果是，空 氣在微泡發生裝置12內被剪切而微細化，向前處理槽11內的槽內水中供給空氣的微泡。
[0082] 在圖3所示的水處理系統中，氧化分解水7與被處理水1 一起被導入至前處理槽 11，通過向其中供給微泡，促進了被處理水1的分解，或者促進了氧化分解水7中所含的氧 化性物質的還原，其結果是，在生物處理槽21中，可期待生物處理性能的提高，或者適宜地 進行生物處理。
[0083] 對于圖3所示的水處理系統而言，生物反應槽21由厭氧槽21b和好氧槽21a構成。 從前處理槽11流出的前處理水2首先被導入至生物反應槽21的厭氧槽21b，之后被導入 至好氧槽21a，好氧槽21a的槽內污泥被返送至厭氧槽21b。這樣，通過使生物反應槽21的 污泥（微生物）在好氧槽21a和厭氧槽21b之間進行循環，整頓了磷蓄積菌的繁殖環境，前 處理水2中的磷在磷蓄積菌的作用下被高度除去。此時，磷蓄積菌在厭氧槽21b中攝取前 處理水2中的BOD而繁殖，因此，在前處理槽11中，被處理水1與氧化分解水7接觸而BOD 化，由此，該BOD被有效地用于生物反應槽21中的磷的除去。
[0084] 需要說明的是，通過磷蓄積菌在生物反應槽21中進行磷除去的情況下，如圖3所 示，在前處理槽11中，向被處理水1供給微泡，或進行曝氣，能夠高度地保持生物反應槽21 中的磷蓄積菌的作用。該情況下，在前處理槽11中，被處理水1中的低級脂肪酸被生物學 分解，其結果是，在生物反應槽21中能夠高度地保持磷蓄積菌的磷攝取能力。
[0085] 圖3所示的水處理系統在生物反應槽21中還設有膜分離裝置23。在圖3中，膜分 離裝置23浸漬設置于槽內水4中。膜分離裝置23通過用泵抽吸濾液取出側，能夠作為生 物處理水3而得到膜過濾水，來自膜分離裝置23的膜過濾水被導入至濃縮機構（反滲透膜 裝置）31。這樣通過膜分離裝置23將生物反應槽21的槽內水進行固液分離，得到生物處 理水3,由此，能夠得到高度降低了固體成分濃度的生物處理水3。另外，通過降低生物處理 水3的固體成分濃度，易于適宜地進行濃縮機構（反滲透膜裝置）31中的濃縮或氧化機構 (催化劑反應器）51中的氧化處理。
[0086] 將膜分離裝置23浸漬設置于槽內水中的情況下，膜分離裝置23優選設于好氧槽 21a內。此時，通過在膜分離裝置23的下方設置散氣裝置22,易于對表面進行錯流清洗，容 易適宜地進行膜分離處理。
[0087] 圖4示出了本發明的水處理系統的第三實施方式。第三實施方式的水處理系統和 第二實施方式的水處理系統的不同點是：由好氧槽構成生物反應槽、在濃縮水的輸送通路 中設有電解裝置。需要說明的是，在下述說明中，省略與第二實施方式的說明重復的部分的 說明和生物反應槽的說明。
[0088] 在圖4所示的水處理系統中，在濃縮水6的輸送通路32中設有電解裝置53。通過 用電解裝置53對濃縮水6進行電解，能夠生成氧化劑，這樣生成的氧化劑能夠代替氧化機 構（催化劑反應器）51中使用的氧化劑。在圖4中，與催化劑反應器51連接設置了氧化劑 供給機構52,但在圖4所示的水處理系統中，也可以不必設置氧化劑供給機構52。
[0089] 圖5示出了本發明的水處理系統的第四實施方式。第四實施方式的水處理系統和 第一實施方式的水處理系統的不同點是：在前處理槽中設有微泡發生裝置；與生物反應槽 連通設置濃縮槽，在濃縮槽中設置濃縮機構和固液分離裝置，將來自固液分離裝置的膜過 濾水供給到氧化機構。需要說明的是，在下述說明中，省略與第一實施方式的說明重復的部 分的說明和微泡發生裝置的說明。
[0090] 在圖5所示的水處理系統中，與生物反應槽21連通設置濃縮槽41，從生物反應槽 21流出的生物處理水3被導入至濃縮槽41。在濃縮槽41中浸漬設置濃縮機構43,并且浸 漬設置了膜分離裝置50,來自膜分離裝置50的膜過濾水作為濃縮水6而得到。
[0091] 在圖5所示的水處理系統中，設置了正滲透膜裝置作為濃縮機構43。在濃縮槽41 中，在正滲透膜裝置43和膜分離裝置50的下方設有散氣裝置42,以便通過散氣裝置42橫 向流動清洗各自的膜表面。正滲透膜裝置43夾著半透膜而具有一次側和二次側，生物處理 水3被導入至正滲透膜裝置43的一次側，在二次側導入滲透壓比生物處理水3高的高滲溶 液49。在正滲透膜裝置43中，利用生物處理水3和高滲溶液49的滲透壓差使水從一次側 向二次側滲透，由此，生物處理水3被濃縮，通過將這樣濃縮的生物處理水3在膜分離裝置 50中進行固液分離，得到濃縮水6。濃縮水6通過輸送通路32被導入至氧化機構（催化劑 反應器）51。另外，濃縮水6的一部分也可以作為處理水4被排出至體系外。
[0092] 在圖5所示的水處理系統中，為了循環利用高滲溶液49,從高滲溶液49取出分離 水5,還設有反滲透膜裝置44。反滲透膜裝置44夾著半透膜而具有一次側和二次側，與正 滲透膜裝置43的半透膜的二次側流出部和反滲透膜裝置44的半透膜的一次側流入部連通 設置了第一流路45,與反滲透膜裝置44的半透膜的一次側流出部和正滲透膜裝置43的半 透膜的二次側流入部連通設置了第二流路46。從正滲透膜裝置43的二次側流出的高滲溶 液49通過第一流路45被輸送到反滲透膜裝置44的一次側。在反滲透膜裝置44中，高滲 溶液49存在于半透膜的一次側，而滲透壓比高滲溶液49低的分離水5存在于半透膜的二 次側。在反滲透膜裝置44中，通過對半透膜的一次側加壓，使高滲溶液49中的水從半透膜 的一次側向二次側滲透而得到分離水5。其結果是，高滲溶液49中的水在反滲透膜裝置44 中被除去，提高了溶質濃度。溶質濃度提高并從反滲透膜裝置44的半透膜的一次側流出的 高滲溶液49通過第二流路46被輸送到正滲透膜裝置43的半透膜的二次側。即，在正滲透 膜裝置43中，生物處理水3的水滲透，高滲溶液49被稀釋，從正滲透膜裝置43流出的高滲 溶液49被導入至反滲透膜裝置44,由此，溶質濃度提高，提高了溶質濃度的高滲溶液49從 反滲透膜裝置44被返送至正滲透膜裝置43。
[0093] 需要說明的是，優選的是，在第一流路45中設置調節槽47,在第二流路46中設置 調節槽48。這樣一來，通過設置調節槽47、48,使得正滲透膜處理和反滲透膜處理相互獨 立，以便穩定地進行各處理。另外，在調節槽48中，為了調節被返送至正滲透膜裝置43的 高滲溶液49的溶質濃度，優選具備溶質添加機構。
[0094] 在圖5所示的水處理系統中，通過使高滲溶液49在正滲透膜裝置43和反滲透膜 裝置44之間循環，能夠將供給到正滲透膜裝置43的高滲溶液49的溶質濃度很好地保持在 所要求的程度，從而穩定地進行正滲透處理。另外，高滲溶液49基本上在正滲透膜裝置43 和反滲透膜裝置44之間的封閉體系中進行循環，因此防止了雜質等的混入，無需進行利用 微濾膜（MF膜）、超濾膜（UF膜）或活性炭等的前處理，即可比較簡便地進行逆滲透處理。
[0095] 圖6不出了本發明的水處理系統的第五實施方式。第五實施方式的水處理系統和 第三實施方式的水處理系統不同點是：將濃縮機構設于生物反應槽、將來自固液分離裝置 的膜過濾水直接供給到氧化機構。需要說明的是，在下述說明中，省略與第三實施方式的說 明重復的部分的說明。
[0096] 在圖6所示的水處理系統中，在生物反應槽21中浸漬設置了膜分離裝置23,并且 浸漬設置了濃縮機構43,來自膜分離裝置23的膜過濾水作為濃縮水6而得到。導入到生物 反應槽21中的前處理水2在生物反應槽21中進行生物處理，由此，得到生物處理水3,生物 處理水3在濃縮機構43中被濃縮并在膜分離裝置23中進行固液分離，由此，得到濃縮水6。 在圖6所示的水處理系統中，設置正滲透膜裝置作為濃縮機構43。正滲透膜裝置及其附屬 設備與上述說明相同。濃縮水6通過輸送通路32被導入至氧化機構（催化劑反應器）51。 另外，濃縮水6的一部分也可以作為處理水4排出到體系外。在圖6所示的水處理系統中， 可以進行緊湊的系統構建。
[0097] 工業實用性
[0098] 本發明能夠用于來自煉鐵、鋼鐵、非鐵金屬、機械、金屬加工、電鍍、涂裝、水泥、石 油等工廠的排水；來自食品工廠或造紙工廠等的排水；填埋浸出水；污水；排泄物；畜產排 泄物；廚房排水等的處理。
【權利要求】
1. 一種水處理方法，該方法具有下述工序： 將被處理水導入前處理槽的工序； 將從所述前處理槽流出的前處理水導入生物反應槽而得到生物處理水的工序； 通過濃縮機構將所述生物處理水濃縮，得到濃縮水的工序； 對所述濃縮水進行氧化處理而得到氧化分解水的工序；以及 將所述氧化分解水返送至所述前處理槽而使其與所述被處理水接觸的工序。
2. 根據權利要求1所述的水處理方法，其中，在所述前處理槽中，向被處理水供給微 泡。
3. 根據權利要求1或2所述的水處理方法，其中，所述濃縮機構具備半透膜。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的水處理方法，其中，通過膜分離裝置將所述生物 反應槽的槽內水進行固液分離，得到所述生物處理水。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的水處理方法，其中，還具有將所述濃縮水進行電 解而得到電解水的工序， 將所述電解水進行氧化處理而得到所述氧化分解水。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的水處理方法，其中，通過使所述濃縮水在氧化劑 共存下與氧化催化劑接觸而進行氧化處理，得到所述氧化分解水。
7. -種水處理系統，其具有： 導入被處理水的前處理槽； 從所述前處理槽流出的前處理水的輸送通路； 與所述前處理水的輸送通路連通的生物反應槽； 導入從所述生物反應槽流出的生物處理水，提高該生物處理水的溶質濃度而得到濃縮 水的濃縮機構；以及 對所述濃縮水進行氧化處理而得到氧化分解水的氧化機構， 其中，設有將所述氧化分解水輸送至所述前處理槽中的返送通路。
8. 根據權利要求7所述的水處理系統，其中，在所述前處理槽中具備向被處理水供給 微泡的微泡發生裝置。
9. 根據權利要求7或8所述的水處理系統，其中，所述濃縮機構具備半透膜。
10. 根據權利要求7?9中任一項所述的水處理系統，其中，在所述生物反應槽中設有 膜分離裝置，來自膜分離裝置的膜過濾水被導入所述濃縮機構。
11. 根據權利要求7?10中任一項所述的水處理系統，其中，在所述濃縮水的輸送通路 中設有電解所述濃縮水的電解裝置。
12. 根據權利要求7?11中任一項所述的水處理系統，其中，作為所述氧化機構，設有 氧化劑供給機構和具備氧化催化劑的催化劑反應器。
【文檔編號】C02F9/14GK104058550SQ201410092779
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2013年3月19日
【發明者】岸野宏, 小松敏宏, 米津雄一, 王春曉, 吉崎耕大, 権大維 申請人:株式會社久保田