水处理方法及水处理系统的制作方法

水处理方法及水处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够高度除去被处理水中的COD和BOD的水处理方法及水处理系统。本发明的水处理方法包括下述工序：将被处理水(1)导入前处理槽(11)的工序；将从前处理槽(11)流出的前处理水(2)导入生物反应槽(21)而得到生物处理水(3)的工序；通过浓缩机构(31)将生物处理水(3)进行浓缩，得到浓缩水(6)的工序；将浓缩水(6)导入氧化机构(51)并通过氧化处理而得到氧化分解水(7)的工序；以及将氧化分解水(7)返送至前处理槽(11)而使其与被处理水(1)接触的工序。
【专利说明】水处理方法及水处理系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及组合了生物学处理和物理化学处理的水处理方法及水处理系统，特别 涉及即使是含有生物难分解性物质的被处理水，也能够高度地分解、除去的水处理方法及 水处理系统。

【背景技术】
[0002] 目前，已知有组合了生物学处理和物理化学处理的水处理方法及水处理系统，例 如在专利文献1中公开了一种方法，该方法包括：将被处理水进行生物处理后，使用反渗透 膜装置等分离成浓缩水和透过水，对浓缩水进行氧化处理后，使其循环到生物处理中。
[0003] 先行技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :(日本）特开2002-306930号公报


【发明内容】

[0006] 发明要解决的问题
[0007] 根据专利文献1中公开的方法，通过对浓缩水进行氧化处理后进行生物处理，能 够除去C0D (化学需氧量）及B0D (生物需氧量）。但是，在对浓缩水进行氧化处理而得到的 处理水中，有可能残留有氧化性物质，若将残留有氧化性物质的处理水直接返送至生物反 应槽，则氧化性物质譬如说作为灭菌剂起作用，对生物反应槽中的微生物带来不利影响，有 可能降低生物处理性能。其结果是，可能降低C0D及B0D的除去性能。
[0008] 本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种能够高度除去被处理水中 的C0D和B0D的水处理方法及水处理系统。
[0009] 解决问题的方法
[0010] 能够解决上述课题的本发明的水处理方法的特征在于，具有下述工序：将被处理 水导入前处理槽的工序；将从前处理槽流出的前处理水导入生物反应槽而得到生物处理水 的工序；通过浓缩机构将生物处理水浓缩，得到浓缩水的工序；对浓缩水进行氧化处理而 得到氧化分解水的工序；以及将氧化分解水返送至前处理槽使其与被处理水接触的工序。 根据本发明的水处理方法，通过对将被处理水进行生物处理而得到的生物处理水进行浓缩 及氧化处理，能够将被处理水中含有的生物难分解性物质有效地分解而B0D化。而且，对通 过氧化处理而得到的氧化分解水再次进行生物处理，由此能够得到高度除去了 C0D和B0D 的生物处理水。此时，不使氧化分解水直接返送至生物反应槽，而将其返送至生物反应槽的 前段的前处理槽使其与被处理水接触，由此，残留在氧化分解水中的氧化性物质通过被处 理水而被还原，从而抑制了其对生物处理槽中的生物处理的不利影响。另外,被处理水的一 部分被残留在氧化分解水中的氧化性物质氧化分解，从而还可以期待从生物处理槽流出的 生物处理水的C0D浓度降低。
[0011] 在前处理槽中，优选向被处理水供给微泡。通过在前处理槽中供给微泡，促进了被 处理水的分解，同时，促进了返送至前处理槽的氧化分解水中含有的氧化性物质的消耗，其 结果，可以预见在生物处理槽中生物处理性能提高，或者使得生物处理适当地进行。
[0012] 优选的是，浓缩机构是具备半透膜的装置。如果浓缩机构是具备半透膜且通过半 透膜将生物处理水进行浓缩的装置，则能够利用比较少的能量得到浓缩水。
[0013] 优选的是，利用膜分离装置将生物反应槽的槽内水进行固液分离，由此得到生物 处理水。通过利用膜分离装置将生物反应槽的槽内水进行固液分离，能够提高槽内水的污 泥浓度（微生物浓度），从而实现生物反应槽的紧凑化。另外，得到的生物处理水成为固体 成分被高度除去的生物处理水，因此易于在浓缩工序中利用浓缩机构适当地进行浓缩，并 且，在氧化处理工序中也能够将溶解性的生物难分解性物质有效地进行分解。
[0014] 本发明的水处理方法也可以进一步具有将浓缩水进行电解而得到电解水的工序， 对电解水进行氧化处理而得到氧化分解水。通过将浓缩水进行电解，能够生成氧化剂，这样 生成的氧化剂能够代替氧化处理工序中所使用的氧化剂。本发明的水处理方法中，由于溶 质在处理系统内进行循环，因此，通过将浓缩水进行电解而生成氧化剂，能够抑制溶质浓度 上升。
[0015] 也可以是，在氧化处理工序中，通过使浓缩水在氧化剂共存下与氧化催化剂接触 而进行氧化处理，从而得到氧化分解水。通过使用氧化催化剂进行氧化处理，能够对浓缩水 有效地进行氧化处理。
[0016] 本发明还提供用于本发明的水处理方法的水处理系统。即，本发明的水处理系统 的特征在于，具有：导入被处理水的前处理槽；从前处理槽流出的前处理水的输送通路；与 前处理水的输送通路连通的生物反应槽；导入从生物反应槽流出的生物处理水，提高该生 物处理水的溶质浓度而得到浓缩水的浓缩机构；以及对浓缩水进行氧化处理而得到氧化分 解水的氧化机构，其中，设有将氧化分解水输送至前处理槽的返送通路。根据本发明的水处 理系统，能够高度除去被处理水中的C0D和B0D。优选在前处理槽中具备向被处理水供给微 泡的微泡发生装置。优选浓缩机构具备半透膜。优选在生物反应槽中设置膜分离装置，来 自膜分离装置的膜过滤水被导入到浓缩机构。也可以在浓缩水的输送通路中设置对浓缩水 进行电解的电解装置。作为氧化机构，可以设置氧化剂供给机构和具备氧化催化剂的催化 剂反应器。
[0017] 发明的效果
[0018] 根据本发明的水处理方法及水处理系统，通过将对被处理水进行生物处理而得到 的生物处理水进行浓缩及氧化处理，能够将被处理水中所含的生物难分解性物质有效地进 行分解而B0D化。而且，对通过氧化处理而得到的氧化分解水再次进行生物处理，由此能够 得到高度除去了 C0D和B0D的生物处理水。此时，将氧化分解水返送至生物反应槽的前段 的前处理槽使其与被处理水接触，由此，残留在氧化分解水中的氧化性物质通过被处理水 而被还原，从而抑制了其对生物处理槽中的生物处理的不利影响。另外，被处理水的一部分 被残留在氧化分解水中的氧化性物质氧化分解，从而还可以期待生物处理水的C0D浓度降 低。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1表示本发明的水处理方法的流程图。
[0020] 图2表不本发明的水处理系统的一个例子。
[0021] 图3表示本发明的水处理系统的另一个例子。
[0022] 图4表示本发明的水处理系统的另一个例子。
[0023] 图5表示本发明的水处理系统的另一个例子。
[0024] 图6表不本发明的水处理系统的另一个例子。
[0025] 符号说明
[0026] 1 :被处理水
[0027] 2 :前处理水
[0028] 3 :生物处理水
[0029] 5 :分离水
[0030] 6 :浓缩水
[0031] 7:氧化分解水
[0032] 11 :前处理槽
[0033] 12 :微泡发生装置
[0034] 21 :生物反应槽
[0035] 23、50 :膜分离装置
[0036] 31 :浓缩机构（反渗透膜装置）
[0037] 41 :浓缩槽
[0038] 43 :浓缩机构（正渗透膜装置）
[0039] 51 :氧化机构（催化剂反应器）
[0040] 52 :氧化机构（氧化剂供给机构）
[0041] 53:电解装置
[0042] 54 :返送通路

【具体实施方式】
[0043] 本发明涉及组合了生物学处理和物理化学处理的水处理方法及水处理系统。根据 本发明，即使是含有生物难分解性物质的被处理水，也能够通过物理化学处理将生物难分 解性物质有效地分解，再通过对其进行生物学处理，得到高度净化的处理水。下面，参照图 1对本发明的水处理方法及水处理系统进行说明。
[0044] 本发明的水处理方法具有：将被处理水导入前处理槽的工序（前处理工序）、将从 前处理槽流出的前处理水导入生物反应槽而得到生物处理水的工序（生物处理工序）、通 过浓缩机构将生物处理水进行浓缩而得到浓缩水的工序（浓缩工序）、对浓缩水进行氧化 处理而得到氧化分解水的工序（氧化处理工序）、以及将氧化分解水返送至前处理槽而使 其与被处理水接触的工序（返送工序）。本发明的水处理方法特别适合含有生物难分解性 物质的被处理水的处理，具体来说，适合含有比B0D (生物需氧量）高得多的C0D (化学需氧 量）的被处理水的处理。
[0045] 在本发明的水处理方法中，首先将被处理水导入前处理槽，之后导入生物反应槽 进行生物处理（生物学处理），被处理水中含有生物难分解性物质的情况下,通过生物处理 很难将这些物质分解、除去。因而，在本发明的水处理方法中，通过将生物处理水的至少一 部分浓缩并进行氧化处理，将生物难分解性物质有效地分解转换成生物易分解性物质，将 其再次返送至生物反应槽进行生物处理，由此能够得到高度除去了 COD和BOD的生物处理 水。但是，这样进行处理时，虽然通过进行氧化处理得到了氧化分解水，但为了通过氧化处 理将生物难分解性物质分解，某种程度上需要在苛刻的条件下进行氧化处理，其结果是，在 氧化分解水中有可能残留氧化性物质。相反，在缓和的条件下进行氧化处理的情况下，可 能无法将生物难分解性物质充分分解。即，从提高氧化分解率方面考虑，不得不使氧化分解 水中残留一些氧化性物质。但是，若这样将残留有氧化性物质的氧化分解水直接返送至生 物反应槽，则氧化性物质譬如说作为灭菌剂起作用，会给生物反应槽中的微生物带来不良 影响，生物处理性能可能降低。因此，在本发明的水处理方法中，将氧化分解水返送至生物 反应槽前段的前处理槽，使其与被处理水接触。这样一来，通过使氧化分解水与被处理水 接触，氧化分解水中所含的氧化性物质被被处理水还原，同时，被处理水中所含的生物难分 解性物质的一部分被氧化性物质分解，能够在接下来的生物处理工序中有效地进行生物处 理。下面，对本发明的水处理方法的各工序进行详细说明。
[0046] 在前处理工序中，将被处理水导入前处理槽。在本发明中，作为处理对象的被处理 水没有特别限定。在被处理水中可以含有有机物，也可以含有无机物。需要说明的是，由于 本发明的水处理方法具有生物处理工序，因此优选被处理水至少含有有机物。另外，由于本 发明的水处理方法具有氧化处理工序，因此，即使被处理水中含有难分解性有机物，也能够 进行适当处理。作为本发明中所使用的被处理水，可举出来自炼铁、钢铁、非铁金属、机械、 金属加工、电镀、涂装、水泥、石油等工厂的排水；来自食品工厂或造纸工厂等的排水；填埋 浸出水；污水；排泄物；畜产排泄物；厨房排水等。在将被处理水导入前处理槽之前，也可以 暂时储存在流量调节槽或沉淀槽中。
[0047] 导入了被处理水的前处理槽没有特别限定，只要是可保持被处理水的处理槽即 可。即，前处理槽也可以是未设置特别设备的简单的水槽。只要在氧化处理工序中得到的 氧化分解水被返送至前处理槽，并在前处理槽中被处理水与氧化分解水接触即可。需要说 明的是，为了提高被处理水和氧化分解水的接触效率，前处理槽中也可以具备搅拌装置或 散气装置。另外，如后所述，也可以在前处理槽中设置微泡发生装置，通过微泡发生装置向 被处理水供给微泡。
[0048] 从前处理槽流出的前处理水被导入生物反应槽。前处理水通过输送通路被输送至 生物反应槽，生物反应槽与前处理水的输送通路连通设置。前处理水的输送通路可以是管 路或明渠、或者设于前处理槽和生物反应槽的隔板上的流路，只要是从前处理槽向生物反 应槽输送前处理水时的前处理水的通路即可。在前处理水的输送通路中，可以设置流量调 节槽或沉淀槽等。关于以下说明的其它输送通路或返送通路也同样。
[0049] 在生物处理工序中，将从前处理槽流出的前处理水导入生物反应槽而得到生物处 理水。在生物反应槽中进行生物处理。生物处理只要是在微生物的存在下对导入生物反应 槽的前处理水进行处理的处理即可，优选好氧生物处理。因此，优选生物反应槽至少具有好 氧槽。
[0050] 作为生物处理，可举出活性污泥法（包括膜分离活性污泥法）、载体法、固定床生 物膜法等。生物反应槽可以根据被处理水的性状及所期望的除去成分，将好氧槽或厌氧槽 等适当组合而构成，例如，通过将好氧槽与厌氧槽和/或无氧槽组合，除了能够除去前处理 水中所含的碳成分以外，还能够除去氮成分和/或磷成分。
[0051] 通过在生物处理工序中对前处理水进行生物处理，前处理水中所含的B0D被除 去，得到的生物处理水成为减少了 B0D的处理水。在生物处理工序中得到的生物处理水的 至少一部分导入到浓缩机构，剩余的一部分可以作为处理水排出到体系外。生物处理水向 体系外的排出可以根据生物处理水的水质适当决定，例如，可以将生物处理水的水质和放 流水质基准进行比较，按照满足该基准的方式决定生物处理水向体系外的排出量。此时，在 浓缩工序中，伴随浓缩而得到高度净化的分离水的情况下，也可以考察分离水带来的稀释 效果来决定生物处理水向体系外的排出量。需要说明的是，也可以将后述的浓缩水作为处 理水排出到体系外。
[0052] 在本发明的水处理方法中，不是将生物处理水的全部量排出到体系外，而是将生 物处理水的一部分或全部供应给浓缩工序。本发明的水处理方法尤其适合含有生物难分解 性物质的被处理水的处理，对这种被处理水进行处理的情况下，在生物处理工序中得到的 生物处理水中残留一定量的C0D，容易使将生物处理水全部量直接排出体系外变得困难。
[0053] 也可以在生物反应槽中设置膜分离装置。在该情况下，例如，将生物反应槽的槽内 水通过膜分离装置进行固液分离而得到生物处理水，将来自膜分离装置的膜过滤水作为生 物处理水导入到浓缩机构。将生物反应槽的槽内水通过膜分离装置进行固液分离，由此，提 高了槽内水的污泥浓度（微生物浓度），从而能够实现生物反应槽的紧凑化。另外，由于所 得到的生物处理水成为高度除去了固体成分的处理水，因此通过将该处理水供应给浓缩工 序，易于适当地进行采用浓缩机构执行的浓缩，进而，在后段的氧化处理工序中，能够将溶 解性的生物难分解性物质有效地进行分解。
[0054] 膜分离装置可以设于生物反应槽的槽外。在该情况下，将生物处理工序中所得到 的生物处理水通过膜分离装置进行固液分离，来自膜分离装置的膜过滤水被导入浓缩机 构。在该情况下，也易于在后段的浓缩工序中适当地进行采用浓缩机构执行的浓缩，进而， 在后段的氧化处理工序中，能够将溶解性的生物难分解性物质有效地进行分解。
[0055] 膜分离装置只要具备膜过滤材料，可以将生物反应槽的槽内水或生物处理水进行 固液分离即可。膜过滤材料的孔径没有特别限定，优选所谓的微滤膜（MF膜）或超滤膜（UF 膜）。膜过滤材料的形状没有特别限定，可以为中空丝膜、管状膜、平板状膜等。构成膜的原 材料也没有特别限定，例如可举出：乙酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚烯烃、氯化聚乙烯、聚酰胺、 聚丙烯腈、聚四氟乙烯等有机膜；陶瓷（例如，多铝红柱石、氧化铝、氧化锆）等无机膜等。
[0056] 生物处理水也可以通过膜分离装置以外的固液分离机构（例如沉淀槽）进行固液 分离，降低了固体成分浓度的生物处理水被供应给浓缩工序。通过固液分离机构被分离出 的固体成分（污泥等），例如被抽出到体系外，实施浓缩或脱水等减容化处理。
[0057] 生物处理工序中所得到的生物处理水被导入到浓缩工序，通过浓缩机构被浓缩， 由此得到浓缩水。生物处理水被导入到浓缩机构。生物处理水可以是来自生物处理槽的溢 流水，也可以是通过膜分离装置分离出固体成分后的水。生物处理水可以直接供给到浓缩 机构，也可以经沉淀槽或流量调节槽供给到浓缩机构。另外，浓缩机构可以浸渍设置于生物 反应槽中，生物反应槽中的生物处理水导入至浓缩机构。在浓缩机构中，提高了生物处理水 的溶质浓度，得到浓缩水。
[0058] 浓缩机构没有特别限定，只要能够提高生物处理水的溶质浓度即可，可举出：使用 了半透膜的浓缩装置（反渗透膜装置、正渗透膜装置、纳滤膜装置、电透析装置等）、及蒸发 装置（加热蒸发法、减压蒸发法等）、冻结浓缩装置（界面渐进法、悬浮结晶法等），也可以 将这些装置组合起来，多阶段地进行浓缩处理。通过浓缩机构得到相比生物处理水提高了 溶质浓度的浓缩水，其结果是，能够将生物处理水中所含的生物难分解性物质（特别是溶 解性的生物难分解性物质）在后段的氧化处理工序中有效地进行分解。或者，在氧化处理 工序的前段设置对浓缩水进行电解而得到电解水的工序（电解工序），该情况下，可以在电 解工序中有效地电解生物处理水的溶质。
[0059] 需要说明的是，在浓缩工序中得到浓缩水时，水被分离出来，这时，得到降低了溶 质浓度的分离水。分离水虽然也取决于浓缩机构的种类及操作条件，但也可以得到高纯度 的水。分离水被排出到体系外，排出到体系外的分离水可以放流到环境中，或者也可以在其 它用途（例如工艺用水等）中进行再利用。
[0060] 浓缩机构优选具备半透膜，优选通过半透膜将生物处理水浓缩。例如，具备半透膜 的浓缩机构为反渗透膜装置、正渗透膜装置或纳滤膜装置时，优选的是，浓缩机构具备半透 膜，具有隔着该半透膜导入生物处理水的一次侧和其相反侧的二次侧，导入一次侧的生物 处理水中的水向二次侧渗透，从而提高一次侧的生物处理水的溶质浓度。半透膜没有特别 限定，只要是至少水分子透过、一定大小以上的分子或离子不透过的膜即可，可以使用公知 的半透膜。半透膜的构成材料及半透膜的形状等没有特别限定。作为半透膜的构成材料， 例如可举出：乙酸纤维素、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚砜等，作为半透膜的形状，可举出中空 丝膜、螺旋膜、管式膜等。如果使用反渗透膜装置或纳滤膜装置作为浓缩机构，则能够用比 较少的能量得到浓缩水。
[0061] 使用反渗透膜装置或纳滤膜装置作为具备半透膜的浓缩机构的情况下，使半透膜 的一次侧存在生物处理水、二次侧存在透过水，通过对一次侧加压，使水从一次侧向二次侧 渗透，从而能够将一次侧的生物处理水浓缩。需要说明的是，使用反渗透膜装置或纳滤膜装 置作为浓缩机构的情况下，若生物处理水中含有污泥等固体成分，则可能发生装置的堵塞， 难以稳定地进行处理。因而，优选将通过膜分离装置对生物反应槽的槽内水或生物处理水 进行固液分离而得到的膜过滤水导入到反渗透膜装置或纳滤膜装置的一次侧。
[0062] 使用正渗透膜装置作为具备半透膜的浓缩机构的情况下，使生物处理水存在于半 透膜的一次侧、使渗透压比生物处理水的渗透压高的高渗溶液存在于二次侧，利用生物处 理水和高渗溶液的渗透压差使水从一次侧向二次侧渗透，从而能够将一次侧的生物处理水 浓缩。高渗溶液是溶解有溶质的水溶液，没有特别限定，只要是显示出比生物处理水更高的 渗透压的溶液即可。在等温条件下，高渗溶液的渗透压比生物处理水的渗透压高意味着高 渗溶液具有比生物处理水更高的溶质浓度（摩尔浓度）。作为高渗溶液，例如可以使用盐 类、糖类、水溶性高分子等的水溶液、海水或盐湖水等碱水等。需要说明的是，使用正渗透膜 装置的情况下，水从半透膜的一次侧向二次侧渗透，由此，高渗溶液被稀释，但也可以将用 水稀释后的高渗溶液通过逆渗透处理进行浓缩而提高溶质浓度后，再供给到正渗透膜装置 的二次侧。通过正渗透膜装置进行处理的情况下，对于处理对象水中所含的固体成分的浓 度及其大小的容许范围较宽，即使对污泥等含有固体成分的生物处理水进行处理，也不易 引起装置堵塞。因此，也可以将正渗透膜装置浸渍设置于生物反应槽中，将生物反应槽的槽 内水（生物处理水）进行浓缩。或者，也可以与生物反应槽连通设置浓缩槽，将正渗透膜装 置浸渍设置于导入到浓缩槽的生物处理水中，将生物处理水浓缩而得到浓缩水。
[0063] 使用电透析装置作为具备半透膜的浓缩机构的情况下，使生物处理水在阳极和阴 极之间交替排列形成有阴离子交换膜和阳离子交换膜的小箱室中流通，通过对电极施加电 压而使生物处理水中的离子移动，从而能够得到浓缩水。
[0064] 使用冻结浓缩装置作为浓缩机构的情况下，利用生物处理水中的水和溶质的凝固 点之差，使冰结晶析出而分离，由此，能够提高生物处理水的溶质浓度。尤其适合使用界面 渐进冻结浓缩装置，该界面渐进冻结浓缩装置使生物处理水在冻结浓缩装置的被处理液流 路中沿一定方向流动，冷却该流路的壁面，在被处理液流路的壁面依次形成冰结晶并使其 生长，从而能够将生物处理水浓缩。
[0065] 浓缩工序中得到的浓缩水被供应给氧化处理工序，通过对浓缩水进行氧化处理而 得到氧化分解水。通过氧化机构进行氧化处理，浓缩水通过输送通路被输送到氧化机构。浓 缩水的输送通路只要是输送浓缩水的流路即可，例如，与浓缩机构连通设置，或与浸渍设置 了浓缩机构的水槽（例如，生物反应槽或浓缩槽）连通设置。氧化机构与浓缩水的输送通 路连通设置。通过对浓缩水进行氧化处理，能够将浓缩水中所含的生物难分解性物质分解， 转换成生物易分解性物质。即，在氧化处理工序中，能够将浓缩水中所含的生物难分解性的 C0D转换成B0D。而且，通过将经过了 B0D化的氧化分解水再次返送至生物反应槽进行生物 处理，可得到高度除去C0D和B0D的处理水。
[0066] 氧化机构没有特别限定，只要是可氧化浓缩水的溶质即可，可举出：紫外线照射、 添加氧化剂（例如，臭氧、氯系氧化剂、过氧化氢等）、超临界处理、亚临界处理、湿式氧化 等。另外，也可以采用将紫外线照射和添加臭氧或过氧化氢等氧化剂加以组合的促进氧化 处理、将过氧化氢和铁催化剂加以组合的芬顿（Fenton)氧化处理等。
[0067] 通过添加氧化剂进行的氧化处理可以是使浓缩水在氧化剂共存下与氧化催化剂 接触的方法。该情况下，作为氧化机构，设置氧化剂供给机构（例如，氧化剂储存槽和泵的 组合）和具备氧化催化剂的催化剂反应器。通过使用氧化催化剂进行氧化处理，能够对浓 缩水有效地进行氧化处理。
[0068] 通过催化剂进行的氧化处理可以是使催化剂在常温常压附近（例如，温度为 0°C?80°C的范围、压力为50kPa?150kPa(绝对压力）的范围）进行反应的方法，也可以 是使催化剂在高温高压（例如，温度为80°C?370°C的范围、压力为浓缩水保持液相的区 域）进行反应的催化湿式氧化法。另外，从有效进行氧化处理方面考虑，优选氧化催化剂被 填充到催化剂反应器并形成层的方法。氧化催化剂使用公知的氧化催化剂即可，例如，可以 使用由铁、猛、钴、铬、镍、鹤、铜、银、金、钼、镁、错、锌、娃、锡、纪、锫、银、钥、钛等金属或其氧 化物或者它们的合金、复合氧化物构成的催化剂。催化剂的形状可以形成颗粒状、粒状、粉 末状、环状、蜂窝状，另外，也可以将催化剂保持于多孔质陶瓷、活性碳、沸石等载体上。
[0069] 作为氯系氧化剂，可举出：次氯酸盐、亚氯酸、氯酸、二氧化氯等。氯系氧化物多在 水处理中使用，操作容易。
[0070] 氧化剂也可以通过将浓缩水进行电解而产生。该情况下，本发明的水处理方法还 具有将浓缩水电解而得到电解水的工序，通过在氧化处理工序中对电解水进行氧化处理而 得到氧化分解水。为了对浓缩水进行电解，可以设置电解装置。该情况下，电解装置可以看 作氧化剂供给机构。电解装置设置于浓缩水的输送通路中即可，氧化机构设于电解装置的 下游侧（后段）。
[0071] 例如，浓缩水中含有氯化物离子的情况下，通过将浓缩水进行电解，得到含有次氯 酸作为氧化剂的电解水。另外，浓缩水中含有锰酸的情况下，通过电解，得到含有高锰酸作 为氧化剂的电解水。氯化物离子通常包含于河川水中，锰包含于地下水中，因此，可以通过 将浓缩水电解而生成氧化剂。而且，通过电解而生成的氧化剂在浓缩水中所含的生物难分 解性物质的分解中被消耗。在本发明的水处理方法中，溶质在处理系统内循环（即，在前处 理槽、生物处理槽、浓缩机构、氧化机构之间循环），因此，通过将浓缩水电解而生成氧化剂， 能够抑制溶质浓度上升。
[0072] 氧化处理工序中得到的氧化分解水返送到前处理槽中与被处理水接触（返送工 序）。即，与氧化机构连通设置了向前处理槽输送氧化分解水的返送通路。在氧化分解水中 残留有在氧化处理工序中加入的、或者源自生成的氧化物的氧化性物质，因此，通过使氧化 分解水返送至前处理槽中与被处理水接触，氧化性物质与被处理水反应，被处理水中所含 的生物难分解性物质进行氧化分解，能够转换成生物易分解性物质。这样转换成的生物易 分解性物质接着在生物处理工序中进行生物处理，从而能够降低得到的生物处理水的C0D 浓度。另外，不将氧化分解水直接返送至生物反应槽，由此可避免生物反应槽中的微生物在 氧化性物质的作用下部分被杀灭。因此，在氧化处理工序中，通过在一定程度的苛刻条件下 进行氧化处理，能够提高浓缩水中所含的生物难分解性物质的分解率。
[0073] 作为氧化分解水中残留的氧化性物质，除了在氧化处理工序中使用的氧化剂以 夕卜，可举出次氯酸及高锰酸等，次氯酸及高锰酸可以如上述所说明那样通过电解而生成，当 然也可以通过将次氯酸盐或高锰酸盐作为氧化剂添加而残留在氧化分解水中。另外，高锰 酸可通过锰与臭氧反应而生成，也可以通过添加过氧化氢和紫外线照射的组合来生成。
[0074] 优选在前处理槽中向被处理水（被处理水中加入了氧化分解水）中供给微泡。即， 优选前处理槽中具备微泡发生装置。此时，只要从微泡发生装置供给空气等含氧气体即可。 [0075] 微泡发生装置可使用公知的装置。作为产生微泡的方法，以下这两种方法是熟知 的，即，通过水流或机械搅拌产生涡流，利用产生的涡流将气泡细分的气液两相流旋转方 式、或通过在加压状态下使气体溶解于被处理水中，之后进行减压，使溶解在被处理水中的 气体再气化成微泡的加压溶解方式，采用哪种方式都可以。
[0076] 与通常的气泡相比，微泡的气泡径较小，一般来说，产生时的气泡径为Ιμπι以上 且100 μ m以下。因此，供给到被处理水中的微泡由于上升速度比通常的气泡慢，因此，被处 理水中的微泡通过自然溶解而缩小，不久便消失（压坏）。微泡在消失时产生羟基自由基等 自由基是公知的，利用该自由基能够分解被处理水中所含的生物难分解性物质。此时，氧化 性物质或与自由基协动而引起促进氧化反应，或者因自由基而钝化，从而促进氧化性物质 的还原。即，通过向含有氧化性物质的被处理水中供给微泡，或促进被处理水的分解，或促 进氧化分解水中所含的氧化性物质的还原。其结果是，在后段的生物处理工序中，可期待生 物处理性能的提高，或者适宜地进行生物处理。
[0077] 接着，参照附图对本发明的水处理方法和水处理系统的构成例进行说明。需要说 明的是，本发明不限定于附图中所示的实施方式。
[0078] 图2示出了本发明的水处理系统的第一实施方式。图2所示的水处理系统具有： 导入了被处理水1的前处理槽11、从前处理槽11流出的前处理水2的输送通路16、与前处 理水2的输送通路16连通的生物反应槽21、导入了从生物反应槽21流出的生物处理水3， 提高生物处理水3的溶质浓度而得到浓缩水6的浓缩机构31、对浓缩水6进行氧化处理而 得到氧化分解水7的氧化机构51，52、以及向前处理槽11输送氧化分解水7的返送通路54。 在图2所示的水处理系统中，设有反渗透膜装置作为浓缩机构31，设有氧化剂供给单元52 和具备氧化催化剂的催化剂反应器51作为氧化机构51，52。另外，与生物反应槽21和浓缩 机构31连通设置了调节槽25,此外，在浓缩水6的输送通路32中也设置了调节槽33。
[0079] 被处理水1首先被导入前处理槽11，接着，从前处理槽11流出的前处理水2被导 入生物反应槽21。生物反应槽21具有具备散气装置22的好氧槽21a，在生物反应槽21中， 对前处理水2进行生物处理而得到生物处理水3。生物处理水3从生物反应槽21溢流而被 导入调节槽25,导入至调节槽25的生物处理水3的一部分作为处理水4被排出到体系外， 其余部分供给到反渗透膜装置31。反渗透膜装置31夹着半透膜而具有一次侧和二次侧，生 物处理水3被导入反渗透膜装置31的一次侧，通过对一次侧加压，生物处理水3中所含的 水从半透膜的一次侧向二次侧渗透，得到浓缩水6。另一方面，从反渗透膜装置31的二次侧 得到高度净化的分离水5。从反渗透膜装置31的一次侧流出的浓缩水6通过输送通路32 进行输送，被导入至催化剂反应器51。在催化剂反应器51中，通过氧化剂供给机构52供给 氧化剂（例如，次氯酸或过氧化氢），使其在氧化催化剂存在下与浓缩水6接触，由此，浓缩 水6中的C0D分解并B0D化，得到氧化分解水7。氧化分解水7通过返送通路54返送至前 处理槽11，与被处理水1接触。由此，残留在氧化分解水7中的氧化性物质通过被处理水1 而被还原，抑制了其对生物处理槽21中的生物处理的不良影响。另外，被处理水1的一部 分通过残留在氧化分解水7中的氧化性物质而氧化分解，因此还可以期待从生物处理槽21 流出的生物处理水3的C0D浓度降低。需要说明的是，在第一实施方式中，也可以使用纳滤 膜装置来代替反渗透膜装置31。
[0080] 图3示出了本发明的水处理系统的第二实施方式。第二实施方式的水处理系统与 第一实施方式的水处理系统的不同点是：在前处理槽中设有微泡发生装置；由厌氧槽和好 氧槽构成生物反应槽，在好氧槽中设有膜分离装置。需要说明的是，在下述说明中，省略与 第一实施方式的说明重复的部分的说明。
[0081] 图3所示的水处理系统在前处理槽11中设有微泡发生装置12。微泡发生装置12 浸渍设置于前处理槽11内，空气导入管15与微泡发生装置12连接，并且，具备泵14的循 环流路13与前处理槽11和微泡发生装置12连通设置。通过循环流路13向微泡发生装置 12供给前处理槽11的槽内水，从空气导入管15向微泡发生装置12导入空气，其结果是，空 气在微泡发生装置12内被剪切而微细化，向前处理槽11内的槽内水中供给空气的微泡。
[0082] 在图3所示的水处理系统中，氧化分解水7与被处理水1 一起被导入至前处理槽 11，通过向其中供给微泡，促进了被处理水1的分解，或者促进了氧化分解水7中所含的氧 化性物质的还原，其结果是，在生物处理槽21中，可期待生物处理性能的提高，或者适宜地 进行生物处理。
[0083] 对于图3所示的水处理系统而言，生物反应槽21由厌氧槽21b和好氧槽21a构成。 从前处理槽11流出的前处理水2首先被导入至生物反应槽21的厌氧槽21b，之后被导入 至好氧槽21a，好氧槽21a的槽内污泥被返送至厌氧槽21b。这样，通过使生物反应槽21的 污泥（微生物）在好氧槽21a和厌氧槽21b之间进行循环，整顿了磷蓄积菌的繁殖环境，前 处理水2中的磷在磷蓄积菌的作用下被高度除去。此时，磷蓄积菌在厌氧槽21b中摄取前 处理水2中的BOD而繁殖，因此，在前处理槽11中，被处理水1与氧化分解水7接触而BOD 化，由此，该BOD被有效地用于生物反应槽21中的磷的除去。
[0084] 需要说明的是，通过磷蓄积菌在生物反应槽21中进行磷除去的情况下，如图3所 示，在前处理槽11中，向被处理水1供给微泡，或进行曝气，能够高度地保持生物反应槽21 中的磷蓄积菌的作用。该情况下，在前处理槽11中，被处理水1中的低级脂肪酸被生物学 分解，其结果是，在生物反应槽21中能够高度地保持磷蓄积菌的磷摄取能力。
[0085] 图3所示的水处理系统在生物反应槽21中还设有膜分离装置23。在图3中，膜分 离装置23浸渍设置于槽内水4中。膜分离装置23通过用泵抽吸滤液取出侧，能够作为生 物处理水3而得到膜过滤水，来自膜分离装置23的膜过滤水被导入至浓缩机构（反渗透膜 装置）31。这样通过膜分离装置23将生物反应槽21的槽内水进行固液分离，得到生物处 理水3,由此，能够得到高度降低了固体成分浓度的生物处理水3。另外，通过降低生物处理 水3的固体成分浓度，易于适宜地进行浓缩机构（反渗透膜装置）31中的浓缩或氧化机构 (催化剂反应器）51中的氧化处理。
[0086] 将膜分离装置23浸渍设置于槽内水中的情况下，膜分离装置23优选设于好氧槽 21a内。此时，通过在膜分离装置23的下方设置散气装置22,易于对表面进行错流清洗，容 易适宜地进行膜分离处理。
[0087] 图4示出了本发明的水处理系统的第三实施方式。第三实施方式的水处理系统和 第二实施方式的水处理系统的不同点是：由好氧槽构成生物反应槽、在浓缩水的输送通路 中设有电解装置。需要说明的是，在下述说明中，省略与第二实施方式的说明重复的部分的 说明和生物反应槽的说明。
[0088] 在图4所示的水处理系统中，在浓缩水6的输送通路32中设有电解装置53。通过 用电解装置53对浓缩水6进行电解，能够生成氧化剂，这样生成的氧化剂能够代替氧化机 构（催化剂反应器）51中使用的氧化剂。在图4中，与催化剂反应器51连接设置了氧化剂 供给机构52,但在图4所示的水处理系统中，也可以不必设置氧化剂供给机构52。
[0089] 图5示出了本发明的水处理系统的第四实施方式。第四实施方式的水处理系统和 第一实施方式的水处理系统的不同点是：在前处理槽中设有微泡发生装置；与生物反应槽 连通设置浓缩槽，在浓缩槽中设置浓缩机构和固液分离装置，将来自固液分离装置的膜过 滤水供给到氧化机构。需要说明的是，在下述说明中，省略与第一实施方式的说明重复的部 分的说明和微泡发生装置的说明。
[0090] 在图5所示的水处理系统中，与生物反应槽21连通设置浓缩槽41，从生物反应槽 21流出的生物处理水3被导入至浓缩槽41。在浓缩槽41中浸渍设置浓缩机构43,并且浸 渍设置了膜分离装置50,来自膜分离装置50的膜过滤水作为浓缩水6而得到。
[0091] 在图5所示的水处理系统中，设置了正渗透膜装置作为浓缩机构43。在浓缩槽41 中，在正渗透膜装置43和膜分离装置50的下方设有散气装置42,以便通过散气装置42横 向流动清洗各自的膜表面。正渗透膜装置43夹着半透膜而具有一次侧和二次侧，生物处理 水3被导入至正渗透膜装置43的一次侧，在二次侧导入渗透压比生物处理水3高的高渗溶 液49。在正渗透膜装置43中，利用生物处理水3和高渗溶液49的渗透压差使水从一次侧 向二次侧渗透，由此，生物处理水3被浓缩，通过将这样浓缩的生物处理水3在膜分离装置 50中进行固液分离，得到浓缩水6。浓缩水6通过输送通路32被导入至氧化机构（催化剂 反应器）51。另外，浓缩水6的一部分也可以作为处理水4被排出至体系外。
[0092] 在图5所示的水处理系统中，为了循环利用高渗溶液49,从高渗溶液49取出分离 水5,还设有反渗透膜装置44。反渗透膜装置44夹着半透膜而具有一次侧和二次侧，与正 渗透膜装置43的半透膜的二次侧流出部和反渗透膜装置44的半透膜的一次侧流入部连通 设置了第一流路45,与反渗透膜装置44的半透膜的一次侧流出部和正渗透膜装置43的半 透膜的二次侧流入部连通设置了第二流路46。从正渗透膜装置43的二次侧流出的高渗溶 液49通过第一流路45被输送到反渗透膜装置44的一次侧。在反渗透膜装置44中，高渗 溶液49存在于半透膜的一次侧，而渗透压比高渗溶液49低的分离水5存在于半透膜的二 次侧。在反渗透膜装置44中，通过对半透膜的一次侧加压，使高渗溶液49中的水从半透膜 的一次侧向二次侧渗透而得到分离水5。其结果是，高渗溶液49中的水在反渗透膜装置44 中被除去，提高了溶质浓度。溶质浓度提高并从反渗透膜装置44的半透膜的一次侧流出的 高渗溶液49通过第二流路46被输送到正渗透膜装置43的半透膜的二次侧。即，在正渗透 膜装置43中，生物处理水3的水渗透，高渗溶液49被稀释，从正渗透膜装置43流出的高渗 溶液49被导入至反渗透膜装置44,由此，溶质浓度提高，提高了溶质浓度的高渗溶液49从 反渗透膜装置44被返送至正渗透膜装置43。
[0093] 需要说明的是，优选的是，在第一流路45中设置调节槽47,在第二流路46中设置 调节槽48。这样一来，通过设置调节槽47、48,使得正渗透膜处理和反渗透膜处理相互独 立，以便稳定地进行各处理。另外，在调节槽48中，为了调节被返送至正渗透膜装置43的 高渗溶液49的溶质浓度，优选具备溶质添加机构。
[0094] 在图5所示的水处理系统中，通过使高渗溶液49在正渗透膜装置43和反渗透膜 装置44之间循环，能够将供给到正渗透膜装置43的高渗溶液49的溶质浓度很好地保持在 所要求的程度，从而稳定地进行正渗透处理。另外，高渗溶液49基本上在正渗透膜装置43 和反渗透膜装置44之间的封闭体系中进行循环，因此防止了杂质等的混入，无需进行利用 微滤膜（MF膜）、超滤膜（UF膜）或活性炭等的前处理，即可比较简便地进行逆渗透处理。
[0095] 图6不出了本发明的水处理系统的第五实施方式。第五实施方式的水处理系统和 第三实施方式的水处理系统不同点是：将浓缩机构设于生物反应槽、将来自固液分离装置 的膜过滤水直接供给到氧化机构。需要说明的是，在下述说明中，省略与第三实施方式的说 明重复的部分的说明。
[0096] 在图6所示的水处理系统中，在生物反应槽21中浸渍设置了膜分离装置23,并且 浸渍设置了浓缩机构43,来自膜分离装置23的膜过滤水作为浓缩水6而得到。导入到生物 反应槽21中的前处理水2在生物反应槽21中进行生物处理，由此，得到生物处理水3,生物 处理水3在浓缩机构43中被浓缩并在膜分离装置23中进行固液分离，由此，得到浓缩水6。 在图6所示的水处理系统中，设置正渗透膜装置作为浓缩机构43。正渗透膜装置及其附属 设备与上述说明相同。浓缩水6通过输送通路32被导入至氧化机构（催化剂反应器）51。 另外，浓缩水6的一部分也可以作为处理水4排出到体系外。在图6所示的水处理系统中， 可以进行紧凑的系统构建。
[0097] 工业实用性
[0098] 本发明能够用于来自炼铁、钢铁、非铁金属、机械、金属加工、电镀、涂装、水泥、石 油等工厂的排水；来自食品工厂或造纸工厂等的排水；填埋浸出水；污水；排泄物；畜产排 泄物；厨房排水等的处理。
【权利要求】
1. 一种水处理方法，该方法具有下述工序： 将被处理水导入前处理槽的工序； 将从所述前处理槽流出的前处理水导入生物反应槽而得到生物处理水的工序； 通过浓缩机构将所述生物处理水浓缩，得到浓缩水的工序； 对所述浓缩水进行氧化处理而得到氧化分解水的工序；以及 将所述氧化分解水返送至所述前处理槽而使其与所述被处理水接触的工序。
2. 根据权利要求1所述的水处理方法，其中，在所述前处理槽中，向被处理水供给微 泡。
3. 根据权利要求1或2所述的水处理方法，其中，所述浓缩机构具备半透膜。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的水处理方法，其中，通过膜分离装置将所述生物 反应槽的槽内水进行固液分离，得到所述生物处理水。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的水处理方法，其中，还具有将所述浓缩水进行电 解而得到电解水的工序， 将所述电解水进行氧化处理而得到所述氧化分解水。
6. 根据权利要求1?5中任一项所述的水处理方法，其中，通过使所述浓缩水在氧化剂 共存下与氧化催化剂接触而进行氧化处理，得到所述氧化分解水。
7. -种水处理系统，其具有： 导入被处理水的前处理槽； 从所述前处理槽流出的前处理水的输送通路； 与所述前处理水的输送通路连通的生物反应槽； 导入从所述生物反应槽流出的生物处理水，提高该生物处理水的溶质浓度而得到浓缩 水的浓缩机构；以及 对所述浓缩水进行氧化处理而得到氧化分解水的氧化机构， 其中，设有将所述氧化分解水输送至所述前处理槽中的返送通路。
8. 根据权利要求7所述的水处理系统，其中，在所述前处理槽中具备向被处理水供给 微泡的微泡发生装置。
9. 根据权利要求7或8所述的水处理系统，其中，所述浓缩机构具备半透膜。
10. 根据权利要求7?9中任一项所述的水处理系统，其中，在所述生物反应槽中设有 膜分离装置，来自膜分离装置的膜过滤水被导入所述浓缩机构。
11. 根据权利要求7?10中任一项所述的水处理系统，其中，在所述浓缩水的输送通路 中设有电解所述浓缩水的电解装置。
12. 根据权利要求7?11中任一项所述的水处理系统，其中，作为所述氧化机构，设有 氧化剂供给机构和具备氧化催化剂的催化剂反应器。
【文档编号】C02F9/14GK104058550SQ201410092779
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】岸野宏, 小松敏宏, 米津雄一, 王春晓, 吉崎耕大, 権大维 申请人:株式会社久保田