JP2010036052A - 産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来に比べて、より清澄な処理水を常に安定して得られ、かつ高価な砂ろ過機を使用する場合の水質に匹敵する排水水質を確保することが可能な産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置を提供する。
【解決手段】 産業廃水の処理方法は、重金属を含有する廃水にアルカリ剤を添加して中和殿物を生成して貯留槽３内で殿物層４を形成する行程と、貯留槽の底部近傍に位置するように設けた供給口２ａから殿物層４内を通過させて廃水中の不溶性物質を殿物層４によってろ過除去し、それによって廃水中に含まれる重金属濃度を低下させることを特徴とし、産業廃水の処理装置は、廃水を貯える貯留槽３と、廃水を供給するための供給口２ａが貯留槽３の底部近傍に位置するようにして設けられた導水管２とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は鉱工業廃水などの重金属含有廃水や上下水道あるいは河川浚渫工事、土建工事現場での汚濁水中の懸濁浮遊物質（ＳＳ）の処理を行うための産業排水の処理方法及び産業排水の処理装置に関し、さらに詳しくは、処理水の水質低下を招く微粒子の除去を小規模の設備で、凝集剤を極力使用することなく従来法と同様あるいはそれ以上に清澄な処理水を得ることを可能とする産業廃水の処理方法及び産業排水の処理装置に関する。

酸性鉱山廃水やメッキ廃水等の酸性電解廃液などの鉱工業の各分野においては、Ａｓ，Ｐｂ，Ｃｄ、Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅなどの重金属を含有する各種の酸性廃水が発生する。この重金属含有廃水を処理する方法として従来から、種々の方法によって処理が行われている。例えば、特許文献１に開示されているように、石灰等のアルカリを廃水に添加し、重金属を酸化物、水酸化物あるいは塩などの不溶性物質に転化して沈殿させ、さらには、砂ろ過する固液分離法がある。また、上下水道の処理分野についても処理の最終工程で、不溶性物質を沈殿させ、さらには砂ろ過し、固液分離する方法がある。

不溶性物質を固液分離する方法として、粒子径が１μｍ以上の比較的大きい不溶性物質を対象とする場合は、沈殿槽（シックナー、沈殿池）での処理でも十分であるが、粒子径が１μｍ以下の比較的小さい不溶性物質を対象とする場合は、凝集沈殿法だけでは処理が不十分となり、砂ろ過等のろ過処理を行う必要がある。なお、粒子径の小さい不溶性物質に対しては、通常凝集剤を添加し、粒子径を見かけ上大きくして凝集沈殿法で処理しているが、それでもなお除去し難い不溶性物質は懸濁浮遊物質（ＳＳ）として排水中に残留し、そのまま排出される。

一方、特許文献２に開示されているように、廃水中の重金属イオンを吸着する生物の繁殖を水路において促しながら、水路に廃水を通過させ、それによって廃水中の重金属イオンを生物に吸着させて除去する方法も提案されている。

ところで、近年では排水中の重金属排出基準が強化される傾向にあり、不溶性物質を十分に除去しないと、不溶性物質中に含有する重金属分の影響によりＡｓ，Ｐｂ，Ｚｎ等は排出基準を遵守できない状況にある。そのため、廃水中の固液分離技術の向上が急務である。

例えば、Ｚｎについては、排水基準値が従来５mg/Lであったのが２mg/Lに強化された。これに対処するためには排水中に含有する不溶性物質（Ｚｎを含有する）を極力低下させる必要がある。鉛山鉱山については、Ｚｎ新基準値対応のためには排水中に含有する不溶性物質の量（ＳＳ濃度）を常に少なくとも３mg/L以下とする必要がある。

この基準を達成するために砂ろ過機を用いて廃水のろ過を行うことにより処理水中のＳＳを０mg/L〜１mg/Lに低減できる可能性があり、砂ろ過は有効な手段といえる。しかしながら、砂ろ過機は非常に高価であり、処理費も嵩み、また運転技術を必要とすることから砂ろ過機の使用はできるだけ避けたい。そこで、沈殿槽内で砂ろ過と同じ効果を果たす、「殿物層ろ過法」（「殿物層通過法」ともいう）の適用を検討した（非特許文献１）。

しかしながら、従来の殿物層ろ過法では、ＳＳ濃度は４〜８mg/L程度までしか低減できずＺｎの排水新基準値２mg/Lを満足するために必要なＳＳ濃度を常に安定して３mg/L以下とするためには、砂ろ過法を採用するか、あるいは殿物層ろ過法のよりいっそうの技術改善が必要となる。
また、Ｆｅについては１０mg/Lの排水基準値を十分満足していても、残留Ｆｅ濃度がわずか１mg/L程度あると、それが河床に付着し、赤色化による環境問題を引き起こすことになるので排水中の固液分離技術の格段の向上が重要となる。

特開２００６−１１６４６８号公報 特開平１１−３３５８７号公報 「平成８年度エネルギー使用合理化抗廃水処理技術開発報告書」金属鉱業事業団

上述のように、従来の殿物層ろ過法では、ろ過する殿物層の厚さが足りず、その効果が十分に発揮されないという問題がある。また、装置の不備により時折、殿物層ろ過がまったく行われなくなるという課題もある。さらには、沈殿槽内の殿物を浚渫した後は、殿物層がろ過に要する層の厚みが十分保持できないため、坑廃水処理再開の初期段階に排水水質が排水基準値を満足できないという課題もあった。

ここで、従来の殿物層ろ過法を図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は従来の処理装置の側面断面図であり、図２は図１の処理装置のそれぞれの高さ位置を示す説明図である。従来の処理装置は、廃水を貯える沈殿槽１１０内に隔壁としてのビニロンシート１２０をロープ１２１でフロート１２３に縛着し、ビニロンシート１２０の下端部に錘丸鋼１２５を取り付け、それによってビニロンシート１２０を沈殿槽１１０内で垂直に吊り下げ配置して構成されている。そして、固液分離前の産業廃水を供給部１００から供給することによってビニロンシート１２０の下端の錘丸鋼１２５の下の殿物層１３０を通過させ、殿物層１３０の中で不溶性物質をろ過除去し、殿物層１３０でろ過された廃水を排水部１０１から排水するというものである。

しかし、上述した従来の処理装置は錘丸鋼１２５と沈殿槽１１０の底部との距離は約５０ｃｍと離れ過ぎているため、使用開始時あるいは浚渫後の処理再開時には殿物層１３５が錘丸鋼１２５の下まで十分に溜まっていないことから不溶性物質のろ過効果が十分に発揮されないことになる。それとは逆に、殿物層１３０が堆積し過ぎると今度は錘丸鋼１２５の上に殿物が乗ってしまい、殿物の荷重をフロート１２３が支えきれなくなってビニロンシート１２０全体を沈殿槽１１０の水面以下に引き下げ埋没させてしまうことがあった。そうなると固液分離前の廃水はビニロンシート１１０の上端部を乗り越えて排出部１０１側に流れてしまい殿物層１３０を通過することはないので、殿物層ろ過効果は全く発揮されなくなる。

また、従来の処理装置は隔壁の素材がビニロンシート１２０であるため容易に変形し、また、水平方向にも垂直方向にも確実には固定されていないので水平方向にも垂直方向にも容易に移動する場合があった。そのため、沈殿槽１１０内における廃水の流れに沿ってビニロンシート１２０の裾が沈殿槽１１０の排出部に広がってしまうとビニロンシート１２０全体が傾斜してビニロンシート１２０の下端と殿物層１３０との間には隙間ができ、排水はその隙間を通過し、ろ過効果が全く発揮されなくなる。

図３はシックナー型沈殿槽を利用した従来の処理装置であるが、図１の沈殿槽の構造と同様に、フィードウエルをビニロンシート１２０と錘丸鋼１２５及びフロート１２３で構成しているため、フロート１２３が水面下に埋没し、廃水がビニロンシート１２０の上端を通過する問題や、ビニロンシート１２０全体が外側に偏芯し、ビニロンシート１２０下端部と殿物層１３０との間に隙間ができて、殿物層ろ過効果が十分に発揮されないという同様の問題があった。

そこで、本発明は、従来の殿物層ろ過法における上記の課題を解決したもので、従来法に比べて、より清澄な処理水を常に、安定して得られ、かつ高価な砂ろ過機を使用する場合の水質に匹敵する排水水質を確保することが可能な産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、重金属を含有する廃水にアルカリ剤を添加して中和殿物を生成し、中和殿物を貯留槽の底部に堆積させて殿物層を形成する工程と、貯留槽の底部近傍に位置するように設けた廃液供給口から殿物層内を通過させるようにして重金属を含有する廃液を供給することにより、廃水中の不溶性物質を殿物層によってろ過除去し、それによって廃水中に含まれる重金属濃度を低下させる工程とを含み構成されてなることを特徴とする産業廃水の処理方法を提供する。

廃水中の不溶性物質を固液分離する工程において、従来のように処理廃水を沈殿池の表面で、すなわち水面で開放するのではなく、また隔壁の材質がビニロンシートのような変形する材質ではなく、円形ないし矩形の鋼管、ドラム缶、塩ビ管、ポリナイト管のような変形しない材質で、沈殿槽の底付近まで常に確実に導水・開放する。そして、廃水を導水管の出口となる供給口の周囲の殿物層を通過させることにより廃水中の不溶性物質をろ過除去し、処理水の不溶性物質含有量すなわちＳＳ濃度（濁度）を低下させる。これに伴い重金属濃度も著しく低下することになる。

上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の産業廃水の処理方法において、殿物層を浚渫する際には少なくとも廃液供給口付近の貯留槽底部の殿物層を常に残しておくことを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の産業廃水の処理方法において、重金属を含む廃水は重金属イオン又は重金属キレート錯体を含有する酸性の廃水であることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、廃水中に含まれる重金属の濃度を低下させるための産業廃水の処理装置において、廃水を貯える貯留槽と、廃水を供給するための供給口が貯留槽の底部近傍に位置するようにして設けられた導水管とを備えてなることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の産業廃水の処理装置において、殿物層を浚渫する際に供給口付近の殿物層が除去されることを防止するために導水管の供給口付近の貯留槽底部に障壁を形成したことを特徴とする。

本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、Ａｓ，Ｐｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅを少なくとも１種以上含む廃液を処理した処理水中の重金属の濃度を排水基準値よりもはるかに低減することができる。
また、従来の殿物層ろ過技術では懸濁浮遊物質（ＳＳ）を８〜４mg/L程度に低減することが限界であったのが、本発明によれば排水中のＳＳをほぼゼロ近くになるように容易に低減することができる。
さらに、処理後の排水の透視度を極めて高くすることができる。

また、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、複雑な設備を必要としないので実施し易く、高度な運転技術を必要とすることもない。さらに、特別な薬剤や電力も不要であり処理コストはゼロに近い。
また、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、高価な砂ろ過装置が不要となる。
また、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、凝集沈殿法ではないので、沈殿槽の大きさ・面積は、沈降分離に必要な水面積ほど大きくは必要としない。そのため、沈殿槽を新たに設置する場合にも沈殿槽の規模（大きさ）を従来よりもはるかに小さくできる。

また、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、殿物は導水管の供給口付近に集中的に堆積するので沈殿槽内の殿物浚渫が容易に効率良くできる。
また、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置によれば、従来よりも少ない凝集剤の使用量で清澄な廃水処理が可能となる。

以下、本発明に係る産業廃水の処理方法及び産業廃水の処理装置について好ましい実施形態を参照しつつ説明する。図４は本発明に係る産業廃水の処理装置の一実施形態を示す概略図である。図４に示すように、処理装置１は、廃水を貯えて固液分離を行う貯留槽３と、固液分離前の廃水を貯留槽３の底部に供給するための導水管２を有して構成されている。また、導水管２の供給口２ａ付近の貯留槽３の底部には障壁５が立設形成されている。そして、貯留槽３の底部には殿物層４が堆積する。

貯留槽３は、内部に廃水を貯えるようにされたシックナーあるいは沈殿槽である。内部に廃水を貯えることが出来る構造を備えていれば直方体形状や円筒形状などその外形形状は特に問わない。

導水管２は、廃水を貯留槽３に導くためのパイプであり、貯留槽３の一方側の端部近傍に配置されており、貯留槽３の上方側から底部に向かって延伸して形成され、その下端部は廃水を供給するための供給口２ａとなっている。供給口２ａの高さ位置は、貯留槽３の底部から５０ｃｍ以下、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍとされている。これは、殿物層ろ過効果を処理の初期段階から発揮させるためと、殿物層の厚みを厚くすることにより、殿物層ろ過効果をさらに増大させるためである。

また、導水管２は、廃水中の重金属やその他の物質による影響を受けにくい材質で形成することが好ましく、例えば、鋼管、塩ビ管、ドラム缶、木製などがある。そして、導水管２は貯留槽３内で水平方向及び垂直方向のどちらにも動かないようにしっかりと固定されている。
一方、導水管２が配置された側とは反対側の貯留槽３の端部側には清澄となった排水を排出するための排出部６が設けられている。

障壁５は、導水管２の供給口２ａ付近の貯留槽３の底部に立設されおり、殿物層４を浚渫する際に供給口２ａ付近の殿物層４が除去されることを防止している。すなわち、廃水の供給により成長した殿物層４はその上部位置が上昇すると殿物は障壁５の頂部を乗り越えて障壁５の反対側（図４における障壁５の右側）に堆積することになる。そして、浚渫の際には障壁５の反対側に堆積した殿物層４を取り除くことで供給口２ａ付近の殿物層４はそのままの状態で保持される。そのため、供給口２ａの付近には常に殿物層４が存在することになり殿物層４によるろ過効果が維持されることになる。障壁５は、好ましい一例としては、導水管２から約０.４ｍ離れた位置に高さ約３０ｃｍとなるように鉄板、木板、土嚢などによって形成することができる。この障壁５と導水管２の間では浚渫の際にも殿物層４が常に保持されているので、浚渫後の処理再開時にもこの殿物層４がろ過層として機能し排水の水質が確保される。

処理の対象となる重金属を含有する廃水としては、重金属イオンや重金属キレート錯体等を含有する酸性の廃水が対象となり、例えば、酸性鉱山排水、酸性抽出液、メッキ廃水等の酸性電解廃液、酸性液等が挙げられる。また、重金属の例としては、Ａｓ，Ｐｂ，Ｃｄ、Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ等が挙げられる。尚、酸性度は特に制限されることはない。

次に、上述した処理装置１の動作について本発明に係る産業廃水の処理方法の一実施形態と共に説明する。
図５は、本発明に係る産業廃水の処理方法の一実施形態のフローチャートである。

はじめに、産業廃水として、Ａｓ，Ｐｂ，Ｃｄ、Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅの少なくとも１種以上を含む鉱山廃水の処理を例に説明すると、前記した重金属を含む鉱山廃水にアルカリ剤を添加することにより重金属を不溶性物質に転化させた状態の固液分離前廃水とする（ステップＳ１）。そして、固液分離前廃水を導水管２の供給口２ａから貯留槽３の底部付近に順次供給する（ステップＳ２）。供給された固液分離前廃水は、導水管２の供給口２ａ近傍に堆積した殿物層４内を通過し、水面付近の清澄な水が排出部６から排水される。この際、殿物層４によって固液分離前廃水に含まれる不溶性物質のろ過が行われる（ステップＳ３）。

殿物層４によってろ過・捕捉された固液分離前廃水に含まれる不溶性物質は、殿物層４内に次々と蓄積して重なるように堆積し、殿物層４は次第に成長する（ステップＳ４）。殿物層４が成長することによって殿物層４のろ過効果はさらに高まる。

導水管２から次々と供給される固液分離前廃水によって殿物層４は障壁５を乗り越えて堆積していく。そして、貯留槽３に溜まった殿物層４は定期的に浚渫を行って取り除くが、障壁５を乗り越えて堆積した殿物層４を取り除くことでろ過に必要な供給口２ａ近傍の殿物層４が消滅することが防止され、浚渫後の処理再開時にも直ちに作業を開始することができる。

ところで、導水管２の中と、導水管２の外とでは、導水管２中の比重は、導水管２の上から常に新たな固液分離前廃水の給液があるので、導水管２の外よりもわずかに高い。従って、導水管２の中の固液分離前廃水に含まれる不溶性物質は導水管２の出口である供給口２ａから緩やかに外に押し出される。給液の流入する勢いは導水管２内の表面で、導水管２内の水の抵抗により緩衝されるので、殿物層４内の水みちが阻害されるほど、殿物層４が成長しないうちは、給液が流入する勢いにより殿物層４が攪乱され、殿物層ろ過効果がなくなることはない。

以上のように、シックナー、あるいは沈殿槽などの貯留槽３の底部であって、殿物層４より下側になるような位置に廃液の供給口２ａを設け、殿物層４の最高位置を少なくとも供給口２ａの高さ位置よりも高く保持しするようにして固液分離前廃水を供給することで殿物層４によって廃水のろ過を行うと共に、供給口２ａ近傍の殿物層４は取り除かないようにして貯留槽３から抜き出すことにより、産業廃水中のＡｓ，Ｐｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅの少なくとも１種以上を低減することができる。

図６に示すような貯留槽３を有する処理装置を用い、表１に示すような水質の鉱山廃水について固液分離前廃水の供給量を0.6ｍ³/分として処理を行った。処理装置の具体的な大きさは以下の通りである。
貯留槽（シックナー）の大きさ
シックナー深さ：４．２３ｍ 直径：１８ｍ 体積：６００ｍ^３
廃液供給口位置（本願） 下部より２３ｃｍ
（従来） 下部より５０ｃｍ
殿物（層厚） ０．２ｍ以上

その結果、表１の中に示すように本発明方法における処理排水の水質はＳＳ濃度が０．４mg/L、ヒ素濃度が０.００５mg/Lが得られた。比較として挙げた従来の処理方法における水質であるＳＳ濃度が４mg/L、ヒ素濃度が０.０５mg/Lよりも格段に低い濃度である。すなわち、ヒ素の排出基準値の０.１mg/Lの１/１０である環境基準値０.０１mg/Lをさらに下回る０.００５mg/Lを達成することができた。また、ＳＳ濃度も０.４mg/Lで、透視度は沈殿槽の泥面２.５ｍ位置が明確に確認できる清澄度になっている。
尚、凝集剤０．１mg/L（従来の約２０％）、アルカリ剤は石灰である。

次に、図７に示すような貯留槽３を有する処理装置を用い、表２に示すような水質の鉱山廃水について固液分離前廃水の供給量を0.05ｍ³/分として処理を行った。処理装置の具体的な大きさは以下の通りである。
沈殿槽の大きさ
沈殿槽 深さ：２．７ｍ 長さ：２５．５ｍ 巾：６．５ｍ
体積：４５０ｍ^３
廃液供給口位置（本願） 下部より２０ｃｍ
（従来） ―（設備なし）
殿物（層厚） ０．２ｍ以上

その結果、処理廃水のＳＳ濃度は０.１mg/Lで、透視度は２．５ｍ以上で極めて良好であり、砂ろ過法とほぼ同じ効果が認められた。凝集剤は使用せず。アルカリ剤はカセイソーダである。

次に、図８に示すような貯留槽３を有する処理装置を用い、表３に示すような水質のシックナーによる１次処理後水について処理を行った。処理装置の具体的な大きさは以下の通りである。
貯留槽の大きさ
深さ：２．１ｍ 長さ：２９ｍ 巾：７ｍ 体積：４２０ｍ^３
廃液供給口位置（本願） 下部より１０ｃｍ
（従来） ―（設備なし）
殿物（層厚） ０．２ｍ以上

その結果、処理廃水のＳＳ濃度は０．７mg/Lで、透視度は極めて良好であった。

従来の廃水処理装置の側面断面図である。 図１の廃水処理装置のそれぞれの高さ位置を示す説明図である。 シックナー型沈殿槽を利用した従来の処理装置を示す側面である。 本発明に係る産業廃水の処理装置の一実施形態を示す概略図である。 本発明に係る産業廃水の処理方法の一実施形態のフローチャートである。 第一の実施例におけるシックナー型の処理装置の概略図である。 第二の実施例における処理装置の概略図である。 第三の実施例における処理装置の概略図である。

符号の説明

１ 処理装置
２ 導水管
２ａ 供給口
３ 貯留槽
４ 殿物層
５ 障壁
６ 排出部

Claims (5)

1. 重金属を含有する廃水にアルカリ剤を添加して中和殿物を生成し、当該中和殿物を貯留槽の底部に堆積させて殿物層を形成する工程と、
   前記貯留槽の底部近傍に位置するように設けた廃液供給口から前記殿物層内を通過させるようにして重金属を含有する廃液を供給することにより、当該廃水中の不溶性物質を前記殿物層によってろ過除去し、それによって廃水中に含まれる重金属濃度を低下させる工程と、
   を含み構成されてなることを特徴とする産業廃水の処理方法。
2. 請求項１に記載の産業廃水の処理方法において、
   前記殿物層を浚渫する際には少なくとも前記廃液供給口付近の貯留槽底部の殿物層を常に残しておくことを特徴とする産業廃水の処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の産業廃水の処理方法において、
   重金属を含む前記廃水は重金属イオン又は重金属キレート錯体を含有する酸性の廃水であることを特徴とする産業廃水の処理方法。
4. 廃水中に含まれる重金属の濃度を低下させるための産業廃水の処理装置において、
   廃水を貯える貯留槽と、
   廃水を供給するための供給口が当該貯留槽の底部近傍に位置するようにして設けられた導水管と、
   を備えてなることを特徴とする産業廃水の処理装置。
5. 請求項４に記載の産業廃水の処理装置において、
   殿物層を浚渫する際に前記供給口付近の殿物層が除去されることを防止するために前記導水管の供給口付近の貯留槽底部に障壁を形成したことを特徴とする産業廃水の処理装置。

Images