废水处理装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种废水处理装置，其能够降低工业废水中的氟离子浓度并提高净化水的回收率。本发明的废水处理装置(1)为包括利用微生物分解去除废水中的有机物的生物处理部(3)及设置于所述生物处理部(3)的下游侧并从所述废水中去除生成盐的离子含量的脱盐部(4)的废水处理装置(1)，其中，在所述生物处理部(3)的上游侧具有去除所述废水中包含的油分和重金属类等阻碍生物处理部(3)和脱盐部(4)的功能的成分的预处理部(2)，并且在所述预处理部(2)中具备从所述废水中去除氟离子来降低所述废水中的氟离子浓度的氟浓度降低部。
【专利说明】废水处理装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于为了再利用工业废水而进行净化处理的废水处理装置。
【背景技术】
[0002]对于来自设备的工业废水，施以重金属成分及悬浮颗粒等的去除及基于微生物的有机物的分解去除等净化处理。被净化处理的处理水通常会释放到环境中，但是在很难确保工业用水的地方，对工业废水进行了净化处理的处理水被再利用于工业用水。此时，如专利文献I所记载，在去除重金属成分和悬浮颗粒、有机物等之后实施去除废水包含的离子含量的脱盐处理。
[0003]专利文献I的污水处理装置中，作为脱盐处理适用电透析法、反渗透法、离子交换树脂法。电透析法中，利用通电和离子交换膜去除废水中的离子含量。反渗透法中，利用逆渗透膜去除废水中的离子含量。并且，离子交换树脂法中利用离子交换树脂去除废水中的
离子含量。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2003-236584号公报(权利要求1、段落、、图1)
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术课题
[0008]废水中溶解有包含碳酸钙、硫酸钙(石膏)、氟化钙等钙的盐。利用离子交换膜或逆渗透膜的脱盐处理中，废水中的上述盐被浓缩。若通过浓缩成为超过饱和溶解度的条件，则上述盐作为水垢析出于离子交换膜或逆渗透膜的表面。因此，膜被水垢堵塞而封闭，导致脱盐处理能力下降。尤其，氟化钙为饱和溶解度较低且易析出的水垢成分。
[0009]离子交换树脂法中，由于离子交换树脂的离子交换容量的限制，废水中的溶解盐类浓度为500mg/l以上时需要大量的离子交换树脂，处理成本会增大。通常，工业废水中，溶解盐类浓度超过1000mg/l，因此离子交换树脂法不适于工业废水的处理。
[0010]为了防止水垢的产生,通常在废水中添加膦酸系阻垢剂(Ondeo Nalco Company制、商品名:PC191,Kimic Chemitech(s)PTE LTD制、商品名:Kimic SI)等阻垢剂。通过添加阻垢剂，对于氟化钙，即使浓缩至相对于水的饱和溶解度的约20倍左右也能够防止水垢的析出。
[0011]然而，即便添加阻垢剂，原水中的氟离子浓度较高时，即使浓缩倍率较低也会达到氟化钙的饱和溶解度。因此，净化水的回收率被抑制地较低。
[0012]本发明的目的在于提供一种能够降低工业废水中的氟离子浓度来提高净化水的回收率的废水处理装置。
[0013]用于解决技术课题的手段
[0014]为了解决上述课题，本发明提供一种废水处理装置，其包括:生物处理部，利用微生物分解去除废水中的有机物；及脱盐部，设置于所述生物处理部的下游侧，从所述废水中去除生成盐的离子含量，其中，在所述生物处理部的上游侧具备从所述废水中去除氟离子来降低所述废水中的氟离子浓度的氟浓度降低部。
[0015]如上述，废水中的含氟盐，尤其是氟化钙相对于水的溶解度极低。氟化钙相对于水的溶度积由式⑴表示。
[0016]溶度积Ksp = [Ca2+浓度]X [F_浓度]2 (单位为摩尔浓度)……(I)
[0017]溶度积Ksp在恒定温度下为常数。溶度积Ksp与废水中的氟离子浓度的平方成比例，因此若在脱盐部的上游降低废水中的F_浓度，则在水垢析出的防止上发挥作用。其结果，能够提高脱盐部中的水的回收率。
[0018]本发明中，设置有降低废水中的氟离子浓度的氟浓度降低部。为了降低废水中的氟离子浓度，采用作为含氟盐来析出的方法或者使其与其他盐同时沉淀的方法在工业上是有利的。但是，在该过程中废水中会产生悬浮颗粒。若该悬浮颗粒流入脱盐部，则有可能引起在脱盐部中的膜堵塞。
[0019]生物处理 部中分离污泥等悬浮物质与废水，仅将废水传送至脱盐部。因此，若在生物处理部的上游设置氟浓度降低部，则由于氟浓度降低机构产生的悬浮颗粒最终会在生物处理部与废水分离，能够将不含有悬浮颗粒的废水供给至脱盐部。由于无需在生物处理部与脱盐部之间设置进行固液分离的装置，因此装置被简单化，因此较有利。
[0020]上述发明中，所述氟浓度降低部包括可向所述废水中投入籽晶的籽晶投入部。
[0021]上述发明中，在氟浓度降低部向废水中直接投入籽晶。通过如此，废水中包含的氟离子和形成盐的离子(例如钙离子)与籽晶会有效地进行接触。因此，含氟盐较易析出于籽晶的表面，能够提高从废水的氟去除率。
[0022]此时，优选废水处理装置包括循环部，其在析出含氟盐之后使所述籽晶沉淀，并将所述已沉淀的籽晶再次投入到所述废水中。
[0023]通过在表面析出含氟盐，籽晶会粗大化，但是变成一定程度的大小时籽晶会自然分割。在已分割而变小的籽晶的表面也析出含氟盐。如此，籽晶能够在废水处理装置系统内再利用。
[0024]若使析出有含氟盐的籽晶沉淀来回收，并再次投入到氟离子浓度较高的废水中，则能够提高籽晶的利用效率，因此较有利。
[0025]或者，上述发明中，所述氟浓度降低部包括容器及容纳于该容器内且在内部容纳籽晶的流化床，从所述容器的下方供给所述废水，在所述废水通过所述流化床时在所述籽晶的表面析出含氟盐，从而降低所述废水中的所述氟离子的浓度。
[0026]如此，作为适用流化床的氟浓度降低部，也能够在籽晶的表面析出含氟盐来降低废水中的氟离子浓度。
[0027]或者，上述发明中，所述氟浓度降低部包括向所述废水中投入铝系凝聚剂的凝聚剂投入部。
[0028]如此，设为适用铝系凝聚剂的氟浓度降低部，使氟与氢氧化铝一同沉淀，由此也能够降低废水中的氟离子浓度。
[0029]发明效果
[0030]根据本发明，废水中的氟离子浓度降低，因此能够抑制脱盐部中的水垢的产生。其结果，能够提高脱盐部中的水的回收率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是废水处理装置的框图。
[0032]图2是第I实施方式所涉及的废水处理装置的预处理部的示意图。
[0033]图3是第2实施方式所涉及的废水处理装置的预处理部的示意图。
[0034]图4是第3实施方式所涉及的废水处理装置的示意图。
[0035]图5是第4实施方式所涉及的废水处理装置的预处理部的示意图。
【具体实施方式】
[0036]图1中示出废水处理装置的框图。废水处理装置I从上游侧具备预处理部2、生物处理部3及脱盐部4。
[0037]在废水处理装置I中处理的来自设备的废水(原水)中，作为水垢成分，至少包含氟离子及钙离子。
[0038]预处理部2接收来自设备的原水，去除原水中的油分、重金属类、悬浮颗粒等。
[0039]生物处理部3利用微生物对已在预处理部2中处理的废水中的有机物进行分解处理。生物处理部3设为利用膜分离活性污泥法的处理装置(MBR:Membrane Bio-Reactor),利用生物膜法的处理装置(BFR:Bio-Film Reactor)、组合曝气槽与沉淀槽的结构等。生物处理部3可设为组合MBR与BFR的结构。当为组合曝气槽与沉淀槽的结构时，为了防止脱盐部4的脱盐装置中的堵塞，在沉淀槽后设置过滤器等过滤装置。
[0040]MBR中，具有0.1 μ m左右的孔的膜浸溃于生物反应槽中的废水中。生物反应槽中的废水中存在微生物，微生物分解废水中的有机物。生物反应槽中的有助于污泥处理的微生物最小为0.25 μ m左右。因此，生物反应槽中的废水通过上述膜固液分离成废水与微生物，只有废水从MBR排出。
[0041]BFR中，在内部设置表面上形成有微生物的膜的支承体。当支承体表面的微生物与废水接触时，微生物对废水中的有机物进行分解处理。
[0042]当为组合MBR与BFR的结构时，根据废水中的有机物量(COD)，控制MBR与BFR的运行。例如，废水中的COD较低时仅运行MBR。COD的变动变大时，使BFR与MBR—同运转。
[0043]脱盐部4去除废水中包含的离子。脱盐部4具有逆渗透膜式纯水装置或静电脱盐
>J-U ρ?α装直。
[0044]逆渗透膜式纯水装置中，逆渗透膜(R0膜)仅令水透过。透过逆渗透膜的水(处理水)作为工业用水被再利用。逆渗透膜的上游侧成为浓缩有离子的废水(浓缩水)。浓缩水从逆渗透膜式纯水装置排出，由此排出至废水处理装置I的系统外。
[0045]静电脱盐装置具有一对对置的多孔质电极，在正极侧设置阴离子交换膜，在负极侧设置阳离子交换膜。废水能够在电极之间流通。
[0046]若以正极为正且负极为负的方式使电流流通，则废水中的阴离子向正极侧移动，并透过阴离子交换膜吸附于多孔质的正极。另一方面，废水中的阳离子向负极侧移动，并透过阳离子交换膜吸附于多孔质的负极。因此，废水在电极之间流通时，离子被去除且处理水被回收。被回收的处理水作为工业水被再利用。若使用静电脱盐装置，则与逆渗透膜式纯水装置相比，更能够提高水的回收率，因此较有利。
[0047]在经过规定时间的时点截断输水，反转流向各电极的电流，使正极成为负且负极成为正。于是，吸附于多孔质电极中的离子被放出，并透过离子交换膜向废水中移动。之后，包含离子的废水从静电脱盐装置排出，并作为排水排出至废水处理装置I的系统外。
[0048]在脱盐部4中处理的废水中的氟离子浓度较高时，即使添加阻垢剂也会产生水垢。当为逆渗透膜式纯水装置时，逆渗透膜的上游侧始终暴露于离子浓度较高的废水中，因此一旦产生水垢而附着于逆渗透膜，则水垢易生长。当为静电脱盐装置时，废水会定期排出至装置外，因此与逆渗透膜时相比，难以产生水垢，但是同样地，若在离子交换膜上附着有水垢，则水垢生长而有可能堵塞膜。因此，废水处理装置I中，在脱盐部4的上游侧具备氟浓度降低部。
[0049]废水处理装置I中，氟浓度降低部设置于生物处理部3的上游侧。即，氟浓度降低部可设置于预处理部2内，也可设置于预处理部2与生物处理部3之间。
[0050](第I实施方式)
[0051]图2是第I实施方式所涉及的废水处理装置的预处理部的示意图。
[0052]第I实施方式的废水处理装置的预处理部2的油分离装置10接收来自设备的废水(原水)。油 分离装置10中，在槽内设置倾斜部，倾斜部上设置油分离器12。油分离器12设为排列多个波板状板的结构。流入油分离装置10的原水在通过油分离器12时，原水中包含的油分浮上水面。浮上水面的油分被回收并排出。去除油分的废水通过水下泵11从油分离装置10排出。图2中，在油分离装置10的槽内(废水中)设置有水下泵，但是也可以是槽外设置泵的结构。
[0053]从油分离装置10排出的废水传送至反应槽20。反应槽20上连接有螯合罐21、凝聚剂22及喊iip 23。
[0054]螯合罐21容纳液体螯合剂。液体螯合剂设为:MIY0SHI油脂(株)制、商品名:EP0FL0C L-1 ；TOSOH(株)制、商品名:TX-10 ；Kimic Chemitech(s)PTE LTD 制、商品名:Kimic CL ；Evonik Degussa Japan(株)制、商品名:TMT15等。规定量的液体螯合剂从螯合罐21供给至反应槽20中的废水中。反应槽20中，液体螯合剂对废水中包含的重金属类(Cr、Hg、Ag、Cu、Pb、Cd、Zn、N1、Co、Fe、Mn 等)进行螯合来使其不可溶。
[0055]凝聚剂罐22容纳凝聚剂。凝聚剂设为铁系凝聚剂水溶液。铁系凝聚剂可举出氯化铁(FeCl3)、聚铁等。规定量的凝聚剂从凝聚剂罐22供给至反应槽20中的废水中。反应槽20中，凝聚剂凝集废水中包含的重金属类螯合化合物及悬浮颗粒。由此，生成包含重金属类螯合化合物及悬浮颗粒的粗大的凝集颗粒。
[0056]反应槽20中设置有搅拌装置，设为在反应槽20内悬浮有重金属类螯合化合物及悬浮颗粒的凝集颗粒的状态。
[0057]碱罐23容纳NaOH水溶液等碱性水溶液。管理反应槽20中的废水的pH，规定量的碱性水溶液从碱罐23供给至反应槽20，以便成为规定的pH范围。若考虑氟去除率，则优选将废水管理为PH6至pH9.5左右。
[0058]反应槽20与熟化槽24经由间壁并列配置。反应槽20中的废水的水面设定为高于熟化槽24中的废水的水面。因此，反应槽20中的废水由于水面差超过间壁流入熟化槽
24。凝集颗粒也与废水一同流入熟化槽24。[0059]第I实施方式中的氟浓度降低部由籽晶投入部25、熟化槽24及沉淀槽30构成。
[0060]籽晶从籽晶投入部25投入到废水中。图2中，籽晶投入部25能够向反应槽20投入籽晶。本实施方式中，籽晶设为能够在表面析出氟化钙(CaF2)、氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)等氟化合物作为含氟盐。具体而言，设为磷矿石、萤石、碳酸钙等。籽晶例如投入到反应槽20的间壁附件。通过如此，籽晶容易与废水一同从反应槽20投入到熟化槽24。或者，设为能够从籽晶投入部25向熟化槽24中的废水中投入籽晶。
[0061]熟化槽24中设置有搅拌装置。设为在熟化槽24内悬浮有重金属类螯合化合物或悬浮颗粒的凝集颗粒及籽晶的状态。
[0062]熟化槽24中，在籽晶的表面析出上述氟化合物(含氟盐)。通过氟化合物的析出，废水中包含的氟离子的浓度降低。熟化槽24中的废水的滞留时间设定为比在反应槽20中的滞留时间长。
[0063]在籽晶的表面，氟化合物各向同性增长，籽晶会粗大化。但是，若晶体粗大化，则析出于表面的氟化合物变得会各向异性增长。由此，在晶体内产生应变，籽晶自然地分割。氟化合物析出于分割而变小的籽晶的表面。
[0064]包含籽晶及凝集颗粒的废水从熟化槽24排出，传送至造粒槽27。图2中，在熟化槽24与造粒槽27之间连接有聚合物罐26。聚合物罐26容纳高分子凝聚剂。高分子凝聚剂设为阴离子系高分子凝聚剂、阳离子系高分子凝聚剂或两性高分子凝聚剂，具体而言，设为阴离子系聚合物(三菱重工Mechatronics Systems (株)制、商品名:Hishifloc305)。规定量的高分子凝聚剂从聚合物罐26供给至废水中。
[0065]本实施方式中，可在造粒槽27上连接聚合物罐26，并向造粒槽27投入上述高分子凝聚剂。造粒槽27中，向籽晶表面附着凝集颗粒(螯合化合物及悬浮颗粒)及污泥，使沉降速度较慢的颗粒也快速沉降。
[0066]从造粒槽27排出的废水传送至沉淀槽30。沉淀槽30中，析出有重金属类螯合化合物及悬浮颗粒的凝集颗粒及氟化合物的籽晶沉淀于沉淀槽30的底部。所沉淀的凝集颗粒及籽晶从沉淀槽30的底部排出至预处理部2 (废水处理装置I)的系统外。沉淀并去除凝集颗粒和籽晶的废水从沉淀槽30内的废水液面附近排出至沉淀槽30外。从沉淀槽30排出的废水传送至后段的生物处理部3。
[0067]凝集颗粒及籽晶越大，沉淀槽30中的沉淀速度越快。需要以高速沉淀时，如图2所示，设置造粒槽27。另一方面，无需以高速沉淀时，可省略造粒槽27。此时，优选设为聚合物罐26与熟化槽24连接，从而向熟化槽24内供给高分子凝聚剂的结构。
[0068]本实施方式中，传送至生物处理部3的废水中的氟离子浓度相对于原水降低。并且，从沉淀槽30的上部排出废水，因此传送至生物处理部3的废水与反应槽20和熟化槽24中的废水相比，悬浮颗粒量大幅降低。而且，使其通过生物处理部3的MBR，由此废水与悬浮颗粒分离。因此，传送至脱盐部4的废水中，氟离子浓度降低，并且不包含悬浮颗粒。因此，能够抑制在脱盐部4的逆渗透膜和离子交换膜中的水垢的产生。
[0069]表1中示出未添加籽晶而进行废水处理时的废水中的氟离子浓度及钙离子浓度以及氟化钙的过饱和倍率的计算结果。未进行氟处理时，流入脱盐部的废水中的氟(F_)浓度及钙(Ca2+)浓度与原水相同。水回收率以处理水量相对于流入脱盐部4的废水量的比例表示。水回收率30 %及50%下的氟离子及钙离子的浓度为脱盐部中的浓缩水中的各离子的值。过饱和倍率表示将CaF2饱和水溶液(25°C下Ksp = 0.052)设为I时的溶解于废水中的CaF2浓度。
[0070][表1]
[0071]
【权利要求】
1.一种废水处理装置，其包括:生物处理部，利用微生物分解去除废水中的有机物；及脱盐部，设置于所述生物处理部的下游侧，从所述废水中去除生成盐的离子含量，其中， 在所述生物处理部的上游侧具备从所述废水中去除氟离子来降低所述废水中的氟离子浓度的氟浓度降低部。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其中， 所述氟浓度降低部包括能够向所述废水中投入籽晶的籽晶投入部。
3.根据权利要求2所述的废水处理装置，其中， 包括循环部，其在析出含氟盐之后使所述籽晶沉淀，并将所述已沉淀的籽晶再次投入到所述废水中。
4.根据权利要求1所述的废水处理装置，其中， 所述氟浓度降低部包括容器及容纳于该容器内且在内部容纳籽晶的流化床， 从所述容器的下方供给所述废水，在所述废水通过所述流化床时在所述籽晶的表面析出含氟盐，从而降低所述废水中的所述氟离子的浓度。
5.根据权利要求1所述的废水处理装置，其中， 所述氟浓度降低部包括向所述废水中投入铝系凝聚剂的凝聚剂投入部。
【文档编号】C02F1/58GK103930380SQ201280055882
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年4月3日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】上村一秀, 石野诚, 吉冈茂, 音在步积, 寺仓诚一, 铃木英夫, 近藤岳 申请人:三菱重工机电系统株式会社