特許 6016405 排水処理システムおよび排水処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6016405

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】排水処理システムおよび排水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/12 20060101AFI20161013BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20161013BHJP

   C07C 63/26 20060101ALN20161013BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/12 A

   C02F3/12 V

   C02F1/44 F

   C02F3/12 S

   C02F3/12 M

   !C07C63/26 Z

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-74730(P2012-74730)

(22)【出願日】2012年3月28日

(65)【公開番号】特開2013-202525(P2013-202525A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱レイヨン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005968

【氏名又は名称】三菱化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(72)【発明者】

【氏名】藤井 渉

(72)【発明者】

【氏名】岩田 雅樹

(72)【発明者】

【氏名】岩井 英郎

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０１３３３０５３（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８２０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４１７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９３０７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０９５７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６８０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２００５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６７５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５３３６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／１２

Ｃ０２Ｆ ３／２８−３／３４

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行う曝気槽と、
前記曝気槽にて生物処理された曝気槽混合水を、汚泥と上澄み液とに固液分離する沈殿槽と、
ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって前記沈殿槽からの上澄み液の生物処理を行い、かつ膜モジュールによって汚泥と透過水とに固液分離処理を行う膜分離活性汚泥処理装置と
を具備する、排水処理システム。

【請求項2】

前記排水のＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５が、３〜１０である、請求項１に記載の排水処理システム。

【請求項3】

前記排水が、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水である、請求項１または２に記載の排水処理システム。

【請求項4】

曝気槽にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行うステップと、
沈殿槽にて、前記曝気槽にて生物処理された曝気槽混合水を、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップと、
膜分離活性汚泥処理装置にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって前記沈殿槽からの上澄み液の生物処理を行い、かつ膜モジュールによって汚泥と透過水とに固液分離するステップと
を有する、排水処理方法。

【請求項5】

前記排水のＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５が、３〜１０である、請求項４に記載の排水処理方法。

【請求項6】

前記排水が、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水である、請求項４または５に記載の排水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排水処理システムおよび排水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

テレフタル酸等の芳香族カルボン酸は、例えば、触媒の存在下、酢酸等の脂肪族カルボン酸を含む溶媒中にて、アルキル基を有するパラキシレン等の芳香族炭化水素を酸化して製造される。

【0003】

芳香族カルボン酸を製造する際には、目的生成物である芳香族カルボン酸の他に、副生成物のパラトルイル酸等を含む排水が排出されるため、この排水を処理し、ＣＯＤ_ｃｒ（化学的酸素要求量）等を規制値以下に低減する必要がある。

【0004】

芳香族カルボン酸を製造する際に排出される排水を処理する方法としては、例えば、下記の方法が提案されている。
図６に示すように、第１の曝気槽１０１にて、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行うステップと、第１の沈殿槽１０２にて、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップと、第２の曝気槽１０３にて、活性汚泥中の好気性微生物によって上澄み液の生物処理を行うステップと、第２の沈殿槽１０４にて、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップとを有する方法（特許文献１参照）。

【0005】

しかし、この方法では、第２の沈殿槽によって分離された上澄み液（処理液）のＣＯＤ_ｃｒの低減が不十分である、第１および第２の沈殿槽における固液分離に時間がかかる、第１および第２の沈殿槽の設置に広い面積が必要となる、等の問題がある。

【0006】

なお、処理液のＢＯＤを低減できる排水処理システムとしては、第１の曝気槽と、沈殿槽と、膜モジュールを設けた第２の曝気槽とを具備する排水処理システムが提案されている（特許文献２）。この排水処理システムは、膜モジュールによって固液分離を行うため、固液分離の時間を短縮でき、また、特許文献１のものに比べ沈殿槽が１つ減るため、システムの設置面積を小さくできる。

【0007】

しかし、この排水処理システムによって、芳香族カルボン酸を製造する際に排出される排水を処理した場合、第２の曝気槽に流入する難分解性のＣＯＤ_ｃｒ成分が多くなり、第２の曝気槽の膜モジュールによって分離された透過水（処理液）のＣＯＤ_ｃｒの低減が不十分である、という問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−０９５７５４号公報

【特許文献2】特開２００８−２００５７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、処理液のＣＯＤ_ｃｒを十分に低減でき、処理時間を短縮でき、システムの設置面積を小さくできる排水処理システムおよび排水処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の排水処理システムは、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行う曝気槽と、前記曝気槽にて生物処理された曝気槽混合水を、汚泥と上澄み液とに固液分離する沈殿槽と、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって前記沈殿槽からの上澄み液の生物処理を行い、かつ膜モジュールによって汚泥と透過水とに固液分離処理を行う膜分離活性汚泥処理装置とを具備することを特徴とする。

【0011】

本発明の排水処理方法は、曝気槽にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行うステップと、沈殿槽にて、前記曝気槽にて生物処理された曝気槽混合水を、汚泥と上澄み液とに固液分離するステップと、膜分離活性汚泥処理装置にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって前記沈殿槽からの上澄み液の生物処理を行い、かつ膜モジュールによって汚泥と透過水とに固液分離するステップとを有することを特徴とする。

【0012】

前記排水のＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５は、３〜１０であることが好ましい。
前記排水は、芳香族カルボン酸の製造プロセスにおいて排出される排水であることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の排水処理システムおよび排水処理方法によれば、処理液のＣＯＤ_ｃｒを十分に低減でき、処理時間を短縮でき、システムの設置面積を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の排水処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】膜ユニットの一例を一部破断して示す斜視図である。

【図3】膜ユニットの散気発生装置の斜視図である。

【図4】本発明の排水処理システムの他の例を示す概略構成図である。

【図5】逆浸透膜モジュールの一例を示す斜視および一部断面図である。

【図6】従来の排水処理システムの一例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

〔排水処理システム〕
図１は、本発明の排水処理システムの一例を示す概略構成図である。排水処理システムは、原水槽（図示略）からの排水を活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理する曝気槽１０と；曝気槽１０にて生物処理された曝気槽混合水を汚泥と上澄み液とに固液分離する沈殿槽２０と；沈殿槽２０からの上澄み液を活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理すると同時に、膜モジュール３５によって汚泥と透過水（処理水）とに固液分離する膜分離活性汚泥処理装置３０と；原水槽からの排水を曝気槽１０に供給する排水流路５０と；曝気槽１０にて生物処理された曝気槽混合水を沈殿槽２０に移送する曝気槽混合水流路５１と；沈殿槽２０からの上澄み液を膜分離活性汚泥処理装置３０に移送する上澄み液流路５２と；沈殿槽２０からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥流路５３と；沈殿槽２０からの余剰汚泥の一部を曝気槽１０に返送する返送汚泥流路５４と；膜分離活性汚泥処理装置３０からの透過水を排出する透過水流路５５と；膜分離活性汚泥処理装置３０からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥流路５６と；薬液を膜モジュール３５に供給する薬液流路５９とを具備する。

【0016】

（曝気槽）
曝気槽１０は、槽本体１１と；槽本体１１内の底部近傍に配置された散気管１２と；散気管１２にエアを供給するブロア１３と；散気管１２とブロア１３とを接続するエア導入管１４とを具備する。

【0017】

（沈殿槽）
沈殿槽２０は、曝気槽１０から移送された曝気槽混合水を、重力沈降によって汚泥と上澄み液とに固液分離できるものであればよく、特に限定はされない。沈殿槽２０は、一般的な沈殿池であってもよい。

【0018】

（膜分離活性汚泥処理装置）
膜分離活性汚泥処理装置３０は、槽本体３１と；槽本体３１内の底部近傍に配置された散気管３２と；散気管３２にエアを供給するブロア３３と；散気管３２とブロア３３とを接続するエア導入管３４と；槽本体３１内かつ散気管３２の上方に配置された膜モジュール３５と；透過水流路５５の途中に設けられ、膜モジュール３５内を減圧にすることによって汚泥と透過水（処理水）との固液分離を行い、かつ透過水を逆浸透膜ろ過装置４０へと送り出す吸引ポンプ３６と；薬液流路５９の途中に設けられ、逆洗用の薬液等を膜モジュール３５に送り出す逆洗ポンプ３７とを具備する。

【0019】

膜モジュール３５としては、公知のろ過膜を備えた公知の膜モジュールが挙げられる。
ろ過膜の種類としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）または限外ろ過膜（ＵＦ膜）が好ましい。ろ過膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられる。これらのうち、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。

【0020】

ろ過膜の材質としては、有機材料（セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン等）、金属（ステンレス等）、無機材料（セラミック等）が挙げられる。ろ過膜の材質は、排水の性状に応じて適宜選択する。

【0021】

ろ過膜の孔径は、処理の目的に応じて適宜選択すればよい。膜分離活性汚泥法において、ろ過膜の孔径は、０．００１〜３μｍが好ましい。孔径が０．００１μｍ未満では、膜の抵抗が大きくなる。孔径が３μｍを超えると、活性汚泥を完全に分離することができないため、透過水の水質が悪化するおそれがある。ろ過膜の孔径は、精密ろ過膜の範囲とされる０．０４〜１．０μｍがより好ましい。

【0022】

膜分離活性汚泥処理装置３０においては、図２および図３に示すような、散気管３２と膜モジュール３５とが一体化された膜ユニットを用いてもよい。
膜ユニットは、散気発生装置６０と；散気発生装置６０の上部に設けられた膜モジュール３５と；膜モジュール３５の上部に設けられた集水ヘッダ８０とを具備する。

【0023】

散気発生装置６０は、上下が開口した平面視矩形のケーシング６１と；ケーシング６１の４隅から下方に向かって延びる支柱６２と；ケーシング６１の外壁に設けられ、ブロア３３からエア導入管３４を通って供給されるエアをケーシング６１内に供給する接続管６３と；ケーシング６１の内壁に沿って設けられ、接続管６３に連通するエア供給ヘッダ６４と；エア供給ヘッダ６４に直交してその内壁６４ａに接続された複数の散気管３２とを具備する。

【0024】

散気管３２は、ブロア３３から供給されるエアを上方へ吐出するものであり、穴あきの単管やメンブレンタイプのものから構成され、一端はエア供給ヘッダ６４に接続され、他端は閉塞されている。

【0025】

膜モジュール３５は、散気発生装置６０の４隅から上方に向かって延びるフレーム６５と；フレーム６５に支持され、かつ平行に配列された複数の中空糸膜エレメント７０と；４方の側面を覆うケーシング６６とを具備する。

【0026】

中空糸膜エレメント７０は、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有し、この通路の一端に形成されて縦杆７２の通路と連通する透過水取出口７１ａを有する下枠７１と；下枠７１の両端から上方に向かって延び、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有する一対の縦杆７２、７３と；縦杆７２、７３の上端に設けられ、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有し、この通路の一端に形成された透過水取出口７４ａを有する上枠７４と；透過水取出口７４ａに連結された、上方へ向けて屈曲するＬ字継手７５と；縦杆７２、７３に沿い、水面に対して鉛直方向に配列された多数の中空糸膜７６ａからなる中空糸膜シート７６と；上枠７４および下枠７１の内部の通路に中空糸膜７６ａの端部が開口された状態にて、中空糸膜７６ａの上端および下端を、それぞれ上枠７４、下枠７１に液密に固定、支持するポッティング材７７とを具備する。

【0027】

中空糸膜シート７６を構成する中空糸膜７６ａの本数は、中空糸膜シート７６の１枚あたり５００〜３０００本が好ましい。中空糸膜７６ａの本数が５００本未満では、中空糸膜の膜面積が低下し、単位容積あたりの透水量が低下する。中空糸膜７６ａの本数が３０００本を超えると、膜ユニットの設置面積が大きくなりすぎる。

【0028】

中空糸膜７６ａは、弛みを有して水面に対して略鉛直方向に配列されることが好ましい。中空糸膜７６ａが水面に対して略鉛直方向に配列されることによって、中空糸膜７６ａの表面に固形分が堆積しにくくなり、また、散気管３２からのエアによって中空糸膜７６ａの表面が効率よく洗浄される。また、中空糸膜７６ａが弛みを有することによって、散気管３２からのエアによって中空糸膜７６ａが遥動し、中空糸膜７６ａの表面が効率よく洗浄される。

【0029】

集水ヘッダ８０は、中空糸膜エレメント７０の配列方向に沿って設けられる。集水ヘッダ８０は、長手方向に沿って形成された複数の集水口８０ａと；一端が集水口８０ａに連結され、他端が中空糸膜エレメント７０のＬ字継手７５に連結される、下方に屈曲するＬ字継手８１と；集水ヘッダ８０の上面に設けられ、透過水流路５５に接続される吸水口８０ｂとを有する。

【0030】

（逆浸透膜ろ過装置）
排水処理システムは、図４に示すように、膜モジュール３５を透過し、透過水流路５５から排出された透過水を逆浸透膜によってろ過する逆浸透膜ろ過装置４０と；逆浸透膜ろ過装置４０を透過した精製水を排出する精製水流路５７と；逆浸透膜ろ過装置４０を透過しなかった濃縮水を排出する濃縮水流路５８とをさらに具備していてもよい。

【0031】

逆浸透膜ろ過装置４０は、１つ以上の逆浸透膜モジュールを具備するものである。
逆浸透膜モジュールは、逆浸透膜を透過した精製水と逆浸透膜を透過しない濃縮水とを分離できる形態であればよく、特に限定はされない。

【0032】

逆浸透膜モジュールとしては、例えば、集水管のまわりに逆浸透膜を巻き回した円柱状の逆浸透膜エレメントを円筒状のケーシングに収納した、いわゆるスパイラル型逆浸透膜モジュール等が挙げられる。
逆浸透膜の材質としては、ポリアミド、ポリスルフォン、セルロースアセテート等が挙げられ、芳香族ポリアミドまたは架橋芳香族ポリアミドを含むポリアミドが好ましい。

【0033】

図５は、スパイラル型逆浸透膜モジュールの一例を示す斜視および一部断面図である。スパイラル型逆浸透膜モジュール４１は、逆浸透膜４２の中央に、複数の集水孔４３ａが形成された集水管４３を置いた状態で逆浸透膜４２を二つ折りにし、逆浸透膜４２の間に通液性支持繊維４４を挟んだ状態で重なった逆浸透膜４２の３辺を接着し、二重の逆浸透膜４２に網目スペーサ４５を重ねた状態で集水管４３を中心に二重の逆浸透膜４２を円柱状に巻いて逆浸透膜エレメント４６とし、この逆浸透膜エレメント４６を円筒状のケーシング４７に収納したものである。

【0034】

〔排水処理方法〕
図１の排水処理システムを用いた排水処理方法は、下記のステップ（ａ）〜（ｃ）を有し、図４の排水処理システムを用いた排水処理方法は、下記のステップ（ａ）〜（ｄ）を有する。
（ａ）曝気槽１０にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、原水槽（図示略）からの排水を活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理するステップ。
（ｂ）沈殿槽２０にて、曝気槽１０にて生物処理された曝気槽混合水を固液分離するステップ。
（ｃ）膜分離活性汚泥処理装置３０にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、沈殿槽２０からの上澄み液を活性汚泥中の好気性微生物によって生物処理すると同時に、膜モジュール３５によって汚泥と透過水（処理水）とに固液分離するステップ。
（ｄ）必要に応じて逆浸透膜ろ過装置４０にて、膜モジュール３５を透過した透過水（処理水）を逆浸透膜によってろ過するステップ。

【0035】

（排水）
本発明において処理される排水は、ＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５が３〜１０であることが好ましい。
ＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５が３未満であれば、易（生物）分解性であり、１段でも分解可能であり、２段で処理する場合、２段目の容積負荷を通常通りの負荷としても目標の処理水質が得られる。ＣＯＤ_ｃｒ／ＢＯＤ_５が１０を超えると、極めて難分解であり、本発明の対応範囲外である。
ＣＯＤ_ｃｒは、二クロム酸カリウムによる酸素消費量であり、ＪＩＳ Ｋ０１０２にしたがって測定する。
ＢＯＤ_５は、５日間生物化学的酸素要求量であり、ＪＩＳ Ｋ０１０２にしたがって測定する。

【0036】

ＣＯＤ_ｃｒおよびＢＯＤ_５が上述した範囲を満たす排水としては、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸を製造する際に排出される排水、たとえば、アルキル基を有する芳香族炭化水素を酸化して粗芳香族カルボン酸スラリーとする酸化工程、該粗芳香族カルボン酸スラリーを固液分離等により粗芳香族カルボン酸を回収する第一固液分離工程、該粗芳香族カルボン酸を水等に溶解した後に水素添加処理し、水素添加処理液とする水素添加処理工程、該水素添加処理液を晶析して芳香族カルボン酸スラリーとする晶析工程、該芳香族カルボン酸スラリーを固液分離して芳香族カルボン酸ケーキとする第二固液分離工程および該芳香族カルボン酸ケーキを乾燥して芳香族カルボン酸を得る乾燥工程等から構成される芳香族カルボン酸の製造工程においてにおいて排出される排水が挙げられる。尚、本発明における芳香族カルボン酸の製造プロセスにおける排水とは前記各工程のいずれかの工程から排出される排水である。本発明の排水処理システムおよび排水処理方法は、このような排水の処理に好適である。

【0037】

酸化工程に使用するアルキル基を有する芳香族炭化水素の具体例としてはｍ−ジイソプロピルベンゼン、ｍ−シメン、ｐ−シメン、パラキシレン、メタキシレン、オルトキシレン等のジアルキルベンゼン類；ジメチルナフタレン類、ジエチルナフタレン類、ジイソプロピルナフタレン類などのジアルキルナフタレン類；ジメチルビフェニル類などのジアルキルビフェニル類などがあげられ、好ましくジアルキルベンゼン類であり、更に好ましくはパラキシレンである。

【0038】

前記酸化工程においては、溶媒中にて前記アルキル基を有する芳香族炭化水素を酸化することが好ましい。更に、前記酸化工程は触媒の存在下行うことが好適である。前記酸化工程は、通例、分子状酸素含有ガスにより酸化を行うことが好ましい。前記酸化工程においては、粗芳香族カルボン酸スラリーが生成される。尚、前記酸化工程においては、一旦酸化反応を行った後に、未反応物物や不完全酸化物をなくすために再度酸化反応を行う（追酸化と称する場合がある）ことが好ましい。

【0039】

第一固液分離工程においては、前記粗芳香族カルボン酸スラリーと母液に固液分離して粗芳香族カルボン酸ケーキを回収した後、洗浄及び乾燥を行って粗芳香族カルボン酸を得る工程である。

【0040】

水素添加処理工程は、上記粗芳香族カルボン酸を水等に溶解して、水素添加により水素添加処理液とする工程である。

【0041】

晶析工程は、上記水素添加処理液を晶析して芳香族カルボン酸スラリーを得る工程である。

【0042】

第二固液分離工程は、上記芳香族カルボン酸スラリーと分離母液に固液分離して、芳香族カルボン酸ケーキと分離母液とに分離する工程である。

【0043】

乾燥工程は、上記芳香族カルボン酸ケーキを乾燥させて、芳香族カルボン酸を得る工程である。

【0044】

酸化工程からは、酸化反応のために導入される分子状酸素含有ガスに伴って、溶媒及び未反応のｐ−キシレン等のアルキル基を含有する芳香族炭化水素を含有するガスが排出される。該ガスをアルカリ水などと接触洗浄した後、大気放出され、酸化排ガス洗浄水が排水として排出される。

【0045】

第一固液分離工程からは、固液分離された母液が発生する。該母液の一部は前記酸化工程に戻して再利用する。再利用に供されない母液は好ましくは触媒を回収した後に、洗浄排水とともに排水として排出される。

【0046】

晶析工程からは、晶析する際に、生じる蒸気を冷却して得られる晶析時発生凝縮水が発生する。晶析時発生凝縮水は排水として排出される。

【0047】

第二固液分離工程においては、芳香族カルボン酸ケーキが固液分離されると共に、分離母液が発生する。該分離母液は放圧冷却等により析出分を濾過分離し、排水として排出される。
上記第二固液分離工程及び乾燥工程からはこの他に、ベントガスを一括してスクラバーで処理する際に発生するベントガス洗浄水が排水として排出される。

【0048】

（ステップ（ａ））
テレフタル酸等の芳香族カルボン酸を製造する際に排出され、原水槽（図示略）に貯留された排水を、排水流路５０を経て曝気槽１０に供給する。
曝気槽１０に供給する排水については、あらかじめ粗大な浮遊物質、土砂等を除去したり、ｐＨを調整したり、希釈したりしてもよい。

【0049】

曝気槽１０においては、ブロア１３を作動させて散気管１２からエアを導入し、活性汚泥中の好気性微生物に酸素を与えることによって排水の生物処理を行う。この生物処理によって、排水中の芳香族化合物（芳香族カルボン酸等）等を脂肪族カルボン酸（酢酸等）等に分解する。

【0050】

芳香族カルボン酸としては、テレフタル酸、パラトルイル酸、安息香酸、４−カルボキシベンズアルデヒド、これらの塩（アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩）等が挙げられる。
好気性微生物は、酸素を用いて芳香族化合物等を分解できる細菌等である。このような細菌としては、アルカリゲネス属、ロドコッカス属等が挙げられる。

【0051】

曝気槽１０内のＭＬＳＳ（混合水中浮遊物質）は、１０００〜１００００ｍｇ／Ｌが好ましく、２０００〜８０００ｍｇ／Ｌがより好ましい。ＭＬＳＳが１０００ｍｇ／Ｌ未満では、好気性微生物が不足し、排水の生物処理を十分に行えないおそれがある。ＭＬＳＳが１００００ｍｇ／Ｌを超えると、汚泥が水面に浮上し、汚泥が流出するおそれがある。

【0052】

曝気槽１０においては、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保つように運転を行う。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷が１〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕未満では、処理時間が長くなる。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷が３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕を超えると、排水の生物処理を十分に行えない。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、時間あたりに処理される排水中のＣＯＤ_ｃｒに応じて、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を調整することによって、上述の範囲に調整できる。

【0053】

（ステップ（ｂ））
曝気槽１０にて生物処理された曝気槽混合水を、曝気槽混合水流路５１を経て沈殿槽２０に移送する。
沈殿槽２０においては、曝気槽混合水を、重力沈降によって汚泥と上澄み液とに固液分離する。

【0054】

分離された余剰汚泥は、余剰汚泥流路５３を経て排出される。また、余剰汚泥には、好気性微生物が含まれているため、余剰汚泥の一部を、返送汚泥流路５４を経て曝気槽１０に返送し、再び排水の生物処理に用いる。なお、曝気槽１０の好気性微生物の種類は、膜分離活性汚泥処理装置３０の好気性微生物の種類と異なるため、曝気槽１０からの余剰汚泥は、膜分離活性汚泥処理装置３０に返送しないことが好ましい。

【0055】

上澄み液のＣＯＤ_ｃｒは、２００ｍｇ／Ｌ以上が好ましい。上澄み液のＣＯＤ_ｃｒを２００ｍｇ／Ｌ未満にしようとすると、曝気槽１０における生物処理の負担が大きくなりすぎる。また、膜分離活性汚泥処理装置３０における好気性微生物がエネルギー源とする有機物が不足し、生物処理が不十分となるおそれがある。

【0056】

沈殿槽２０において好気性微生物を含む汚泥を分離した後、上澄み液のみを膜分離活性汚泥処理装置３０に移送することによって、曝気槽１０における好気性微生物の種類と、膜分離活性汚泥処理装置３０における好気性微生物の種類とが異なるものとなる。すなわち、曝気槽１０における有機物の種類（芳香族化合物等）と、膜分離活性汚泥処理装置３０における有機物の種類（脂肪族カルボン酸等）とが異なるため、自然に、曝気槽１０と膜分離活性汚泥処理装置３０のそれぞれにおいて、異なる有機物を好物とする異なる好気性微生物が増殖することとなる。
なお、沈殿槽２０の代わりに、曝気槽１０へ膜分離装置を設置し、膜による固液分離を行ってもよい。

【0057】

もし、沈殿槽２０を介さずに、曝気槽１０の曝気槽混合水を膜分離活性汚泥処理装置３０に移送した場合、膜分離活性汚泥処理装置３０において、曝気槽１０と異なる好気性微生物が増殖しにくくなくなるため、曝気槽１０および膜分離活性汚泥処理装置３０における好気性微生物の種類がほぼ同じになる。そのため、膜分離活性汚泥処理装置３０において、脂肪族カルボン酸等を好物とする異なる好気性微生物が増殖しにくくなり、膜分離活性汚泥処理装置３０における脂肪族カルボン酸等の生物処理が不十分となる。

【0058】

（ステップ（ｃ））
沈殿槽２０の上澄み液を、上澄み液流路５２を経て膜分離活性汚泥処理装置３０に移送する。
沈殿槽２０からの上澄み液には、混合後のＣＯＤ_ｃｒ、ＢＯＤ_５が上述する排水の範囲を超えない程度であれば、他の液（ＣＯＤ_ｃｒの高い他の排水等）を混合してもよい。

【0059】

膜分離活性汚泥処理装置３０においては、ブロア３３を作動させて散気管３２からエアを導入し、活性汚泥中の好気性微生物に酸素を与えることによって上澄み液の生物処理を行う。この生物処理によって、排水中の脂肪族カルボン酸（酢酸等）等を二酸化炭素等に分解する。
好気性微生物は、酸素を用いて脂肪族カルボン酸等を分解できる細菌等である。

【0060】

膜分離活性汚泥処理装置３０内のＭＬＳＳ（混合水中浮遊物質）は、３０００〜１５０００ｍｇ／Ｌが好ましく、５０００〜１００００ｍｇ／Ｌがより好ましい。ＭＬＳＳが３０００ｍｇ／Ｌ未満では、好気性微生物が不足し、上澄み液の生物処理を十分に行えないおそれがある。ＭＬＳＳが１５０００ｍｇ／Ｌを超えると、汚泥の粘度上昇に伴い流動性が悪化し、膜面の洗浄効率が低下し、閉塞するおそれがある。

【0061】

膜分離活性汚泥処理装置３０においては、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保つように運転を行う。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷が０．１〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕未満では、処理時間が長くなる。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷が０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕を超えると、上澄み液の生物処理を十分に行えない。ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、時間あたりに処理される上澄み液のＣＯＤ_ｃｒに応じて、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を調整することによって、上述の範囲に調整できる。

【0062】

また、膜分離活性汚泥処理装置３０においては、吸引ポンプ３６を作動させて膜モジュール３５内を減圧にすることによって、混合水を汚泥と透過水（処理水）とに固液分離する。この際、散気管３２からエアを膜モジュール３５に導入することによって、中空糸膜７６ａの表面を洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。

【0063】

分離された余剰汚泥は、余剰汚泥流路５６を経て排出される。また、余剰汚泥には、好気性微生物が含まれているため、余剰汚泥の一部を、膜分離活性汚泥処理装置３０に返送し、再び上澄み液の生物処理に用いてもよい。なお、膜分離活性汚泥処理装置３０の好気性微生物の種類は、曝気槽１０の好気性微生物の種類と異なるため、膜分離活性汚泥処理装置３０からの余剰汚泥は、曝気槽１０に返送しないことが好ましい。

【0064】

透過水（処理水）のＣＯＤ_ｃｒは、少ないほど好ましく、具体的には８０ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。透過水のＣＯＤ_ｃｒが８０ｍｇ／Ｌ以下であれば、環境に与える影響が十分に小さくなる。

【0065】

（ステップ（ｄ））
膜分離活性汚泥処理装置３０からの透過水（処理水）は、そのまま外部に放流してもよい。ただし、透過水は、芳香族カルボン酸を製造する際に用いた触媒等に由来する金属イオン等を含むため、電気伝導率が高い。よって、膜分離活性汚泥処理装置３０からの透過水を、透過水流路５５を経て逆浸透膜ろ過装置４０に移送し、透過水中のイオンを逆浸透膜４２によって取り除くことが好ましい。

【0066】

逆浸透膜ろ過装置４０のスパイラル型逆浸透膜モジュール４１において、透過水（処理水）は、円柱状の逆浸透膜エレメント４６の一方の端面に形成される透過水入口４１ａに導入され、網目スペーサ４５で形成される流路を流れる。この間に透過水の一部は、逆浸透膜４２を透過して精製水となり、通液性支持繊維４４で形成された流路を通って集水管４３に導かれ、集水管４３の端部の精製水出口４１ｂから排出される。一方、逆浸透膜４２を透過しなかった透過水は、濃縮水となって逆浸透膜エレメント４６の他方の端面に形成される濃縮水出口４１ｃから排出される。

【0067】

逆浸透膜ろ過装置４０を透過した精製水は、精製水流路５７を経て芳香族カルボン酸の製造設備等に移送され、冷却水等として再利用される。
逆浸透膜ろ過装置４０を透過しなかった濃縮水は、濃縮水流路５８を経て外部に放流される。濃縮水は、塩素等で滅菌した後、放流してもよい。

【0068】

（作用効果）
以上説明した本発明の本発明の排水処理システムおよび排水処理方法にあっては、曝気槽１０にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を１〜３〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって排水の生物処理を行い、かつ膜分離活性汚泥処理装置３０にて、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を０．１〜０．５〔ＣＯＤ_ｃｒ−ｋｇ／ｍ^３／日〕に保ちつつ、活性汚泥中の好気性微生物によって沈殿槽２０からの上澄み液の生物処理を行うため、透過水（処理液）のＣＯＤ_ｃｒを、従来の排水処理システムおよび排水処理方法に比べ十分に低減できる。

【0069】

また、沈殿槽２０において好気性微生物を含む汚泥を分離した後、上澄み液のみを膜分離活性汚泥処理装置３０に移送することによって、曝気槽１０における好気性微生物の種類と、膜分離活性汚泥処理装置３０における好気性微生物の種類とが異なるものとなるため、曝気槽１０および膜分離活性汚泥処理装置３０における生物処理を異なる好気性微生物によって効率よく行うことができ、透過水（処理液）のＣＯＤ_ｃｒを十分に低減できる。
また、膜分離活性汚泥処理装置３０にて処理を行うため、曝気槽および沈殿槽のみの従来の排水処理システムおよび排水処理方法に比べ処理時間を短縮できる。
また、曝気槽および沈殿槽の代わりに膜分離活性汚泥処理装置３０を用いるため、曝気槽および沈殿槽の組み合わせを２段有する従来の排水処理システムおよび排水処理方法に比べ沈殿槽の数が減り、システムの設置面積を小さくできる。

【0070】

（他の形態）
なお、本発明の排水処理システムおよび排水処理方法は、膜分離活性汚泥処理装置を用いるシステムおよび方法であればよく、図示例の排水処理システムおよびこれを用いる排水処理方法に限定はされない。

【0071】

たとえば、膜分離活性汚泥処理装置３０からの透過水（処理水）を冷却水等として再利用しない場合は、逆浸透膜ろ過装置４０を省略しても構わない。
また、膜分離活性汚泥処理装置は、図示例のように、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理と膜モジュールによる固液分離処理とを１つの槽で行う一体型であってもよく、活性汚泥中の好気性微生物による生物処理と膜モジュールによる固液分離処理とを別々の槽で行う槽別置型であってもよい。

【0072】

〔テレフタル酸の製造方法〕
テレフタル酸の製造方法の一つの事例を、下記の工程（Ｉ）〜（VI）として示す。
（Ｉ）触媒、助触媒の存在下、水および酢酸を含む溶媒中にて、パラキシレンを液相酸化して粗テレフタル酸スラリーを得る工程。
（II）粗テレフタル酸スラリーを固液分離して、粗テレフタル酸を回収する工程。
（III）粗テレフタル酸を水に溶解させた水溶液を、水素添加処理する工程。
（IV）水素添加処理した水溶液からテレフタル酸を晶析させて、テレフタル酸スラリーを得る工程。
（Ｖ）テレフタル酸スラリーを固液分離して、テレフタル酸を回収する工程。
（VI）前記工程（Ｉ）〜（Ｖ）から排出される排水を処理する工程。

【0073】

（工程（Ｉ））
パラキシレンを、酢酸等の脂肪族カルボン酸を含む溶媒中にて、触媒、助触媒の存在下、空気中の酸素によって酸化する。このとき、酸化により生じる水が、溶媒とともに反応蒸気として留出する。
触媒としては、コバルト、マンガン等の遷移金属の化合物を主成分とする触媒および／またはハロゲン化水素等の臭素化合物が挙げられる。

【0074】

（工程（II））
パラキシレンの酸化によって生成されたテレフタル酸、その中間体、不純物を含む混合スラリーから、粗テレフタル酸結晶をさらに析出させ、粗テレフタル酸スラリーを得る。粗テレフタル酸スラリーを、分離母液と粗テレフタル酸ケーキとに固液分離する。
粗テレフタル酸ケーキを乾燥させ、粗テレフタル酸結晶を得る。

【0075】

（工程（III））
粗テレフタル酸結晶は、不純物として酸化中間体である４−カルボキシベンズアルデヒドを含んでいるため、テレフタル酸結晶を得るためには、粗テレフタル酸結晶中の４−カルボキシベンズアルデヒドを水溶性の高いパラトルイル酸に還元し、溶解度の差によってパラトルイル酸を分離する必要がある。
粗テレフタル酸結晶を高温高圧下で水等に溶解させる。得られた水溶液を、水素によって処理することによって、水溶液中の４−カルボキシベンズアルデヒドをパラトルイル酸に還元する。

【0076】

（工程（IV））
得られた還元処理液を、放圧冷却させてテレフタル酸結晶を析出させ、テレフタル酸スラリーを得る。放圧冷却とは、高圧状態にある液体を、より低圧な状態へ急激に移行させることによって、蒸発および冷却させることをいう。このとき、パラトルイル酸等の不純物を同伴した晶析蒸気が得られる。

【0077】

（工程（Ｖ））
テレフタル酸スラリーを、分離母液とテレフタル酸ケーキとに固液分離する。
テレフタル酸ケーキを乾燥させ、テレフタル酸結晶を得る。
分離母液からは、濃縮や冷却によってパラトルイル酸等の不純物を含む結晶を回収し、原料として再利用するために工程（Ｉ）に返送する。また、回収しきれなかった芳香族化合物を含む水溶液は、一部は工程（III）に返送して溶媒として利用してもよいが、一部または全部は排水として処理する。

【0078】

（工程（VI））
工程（Ｉ）〜（Ｖ）から排出される、反応蒸気、水成分、晶析蒸気、芳香族化合物を含む水溶液等の一部は、回収し切れなかった有機物を含んだまま、排水処理される。また、上述した工程以外からも、有機物を含む排水が出ることがある。さらに、テレフタル酸の製造設備を洗浄する際の洗浄水も、有機物を含む排水となる。これらの排水を処理する際に、本発明の排水処理システムおよび排水処理方法を用いると、テレフタル酸を製造する際に排出される排水のＣＯＤ_ｃｒを大きく減少させることができる。

【実施例】

【0079】

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0080】

（排水）
触媒として酢酸コバルトおよび酢酸マンガンとし、助触媒として臭化水素の存在下、水および酢酸を含む溶媒中にて、パラキシレンを液相酸化して粗テレフタル酸スラリーとした。次いで粗テレフタル酸スラリーを固液分離により母液と粗テレフタル酸ケーキとした。粗テレフタル酸ケーキは水洗、乾燥し、粗テレフタル酸として回収した。回収した粗テレフタル酸と水を水添反応器に入れ、水素を用いて水素添加処理し、テレフタル酸を含むスラリーとし、その後、テレフタル酸を回収した。前記固液分離において分離された母液から触媒を回収した後に、洗浄排水と共に排出された排水を用意した。この排水の性状を表１に示す。

【0081】

〔実施例１〕
排水処理システムとしては、図１の排水処理システムを用いた。
膜ユニットとしては、散気管３２と膜モジュール３５とが一体化された図２に示す膜ユニットを用いた。
曝気槽１０および膜分離活性汚泥処理装置３０の水槽容量を表１に示す。

【0082】

この排水システムを用いて排水処理を行った。
処理水量は、表１に示す水量とした。
曝気槽１０のＭＬＳＳ濃度、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、表１に示す値とした。
膜分離活性汚泥処理装置３０のＭＬＳＳ濃度、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、表１に示す値とした。
沈殿槽２０からの返送汚泥量は、表１に示す量とした。
沈殿槽２０からの上澄み液および膜モジュール３５からの透過水（処理水）の性状を表１に示す。

【0083】

〔実施例２、３〕
処理水量を表１に示す水量に変更し、曝気槽１０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を表１に示す値に変更し、膜分離活性汚泥処理装置３０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様にして排水処理を行った。
沈殿槽２０からの上澄み液および膜モジュール３５からの透過水（処理水）の性状を表１に示す。

【0084】

〔比較例１〕
排水処理システムとしては、図６に示す従来の排水処理システムを用いた。
第１の曝気槽１０１および第２の曝気槽１０３の水槽容量を表１に示す。

【0085】

この排水システムを用いて排水処理を行った。
処理水量は、表１に示す水量とした。
第１の曝気槽１０１のＭＬＳＳ濃度、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、表１に示す値とした。
第２の曝気槽１０３のＭＬＳＳ濃度、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷は、表１に示す値とした。
第１の沈殿槽１０２からの返送汚泥量および第２の沈殿槽１０４からの返送汚泥量は、表１に示す量とした。
第１の沈殿槽１０２からの上澄み液および第２の沈殿槽１０４からの上澄み液（処理水）の性状を表１に示す。

【0086】

〔比較例２、３〕
処理水量を表１に示す水量に変更し、曝気槽１０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を表１に示す値に変更し、膜分離活性汚泥処理装置３０のＨＲＴ（水理学的滞留時間）、ＣＯＤ_ｃｒ容積負荷を表１に示す値に変更した以外は、実施例１と同様にして排水処理を行った。
沈殿槽２０からの上澄み液および膜モジュール３５からの透過水（処理水）の性状を表１に示す。

【0087】

【表1】

【0088】

（結果）
実施例１〜３は、処理水水質が良好で、滞留時間も小さいため設置面積が小さくなる。一方、膜分離を用いない比較例１は、処理水質は実施例１より多少悪い程度であるが、第２の沈殿槽を用いるため、設置面積が大きくなる。比較例２は、高負荷のため曝気槽１０での処理が十分ではなく、膜分離活性汚泥処理装置３０への負荷が大きくなり、結果として、処理水の水質が、満足できない。また、比較例３は、処理水質は、満足できるが滞留時間が長くなり設置面積が広大となる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明の排水処理システムおよび排水処理方法は、芳香族カルボン酸（テレフタル酸等）を製造する際に排出される排水の処理に有用である。

【符号の説明】

【0090】

１０ 曝気槽
２０ 沈殿槽
３０ 膜分離活性汚泥処理装置
３５ 膜モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】