JP2010094647A - 排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子凝集剤の最適添加量を簡単に求めることができ、処理原水中の重金属イオン含有量が変動しても添加量を確実に制御できる排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法を提供。
【解決手段】処理原水の流量を計測する原水流量計、無機凝集剤と中和剤を添加して処理原水を処理する１次反応槽、得られたスラリーに酸化剤を添加して処理する酸化槽、酸化された処理原水に中和剤を添加して反応させる２次反応槽、中和されたスラリーが導入される凝集槽へ高分子凝集剤を添加する添加量調節装置、スラリー中の澱物を沈降させる澱物沈降槽、および高分子凝集剤の添加量を演算するプラント監視制御装置（ＤＣＳ）から主として構成され、前記プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、中和剤使用量と澱物発生量の関係に基づき、処理原水流量と中和剤添加速度のデータを用いて高分子凝集剤の添加量を演算し、添加量調整装置に送信することを特徴とする排水処理システムなどにより提供。
【選択図】図３

Description

本発明は、排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法に関し、より具体的には硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水を無害化処理するため、処理原水を中和処理して発生させたフロックを凝集させ、沈降させる高分子凝集剤の最適添加量を簡単に求めることができ、処理原水中の重金属イオン含有量が変動しても、高分子凝集剤の添加量を確実に制御できる排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法に関する。

原料として硫化精鉱を用いる非鉄金属製錬の乾式工程で発生する二酸化硫黄、三酸化硫黄、ダストを含む製錬廃ガスは、まず、廃熱ボイラー等で冷却され、ドライコットレルで除塵された後に硫酸プラントに送られる。硫酸プラントでは、まず冷却塔、洗浄塔、ミストコットレル等から構成されるガス精製工程で製錬廃ガスと循環液とを接触させて、製錬廃ガスを冷却、洗浄する。これにより製錬廃ガス中の三酸化硫黄とダストとが循環液中に移行する。清浄にされた製錬廃ガス中の二酸化硫黄は、その後、乾燥工程、転化工程、吸収工程を経て硫酸として回収され、販売される。

前記した製錬廃ガス中の三酸化硫黄の量は、乾式工程での操業条件にもよるが、一般に、製錬廃ガス中の全硫黄量中の１〜３％程度である。この三酸化硫黄はガス精製工程で硫酸として循環液中に回収されるが、同時に製錬廃ガス中に含まれるダストも循環液中に移行することになるので、循環液中の硫酸は回収対象とならず、廃酸として硫酸プラントより系外に払い出される。払い出された廃酸は重金属イオンを含むため、例えば、硫化水素と接触させて重金属を硫化物として除去し、その後にカルシウム分を加えて硫酸分を石膏として回収し、石膏回収後の液を排水処理設備に送っている。

前記ガス精製工程では、循環液に補給する水量と抜き出す廃酸量とを調節して循環液中の硫酸濃度が一定になるように管理しているが、乾式工程では処理対象である精鉱種や処理量に変動が生じ、これに伴い硫酸プラントより払い出す廃酸量は変動する。また、各所の場面水等も集められ、処理原水の一部として排水処理設備に送られる。従って、排水処理設備で処理する処理原水の組成や量は常に変動し、中和処理により発生する澱物量もこれに応じて変動する。

こうした処理原水を無害化処理するための各種の排水処理設備が提供されている。その代表例を図１のフローシートに示した。なお、非鉄金属製錬所の処理原水には、各種の重金属イオンが含まれるのが通例である。

図１では、各所から集められた排水（処理原水）は排水原水槽に貯留される。その後、１次反応槽に送液される。一次反応槽では、処理原水中に無機凝集剤としての硫酸第一鉄を硫酸鉄槽より添加し、中和剤を中和剤槽より添加する。これにより生成したスラリーは酸化槽に送られ、酸化槽で酸化用空気を吹き込まれる。こうしてスラリー中の第一鉄を第二鉄に酸化し、水酸化第二鉄として沈殿させる。この際に、処理原水中の重金属イオンも澱物として沈殿あるいは鉄に共沈させる。生成したスラリーは２次反応槽に導入し、２次反応槽でｐＨが所望値になるように中和剤を前記中和槽より添加し、中和反応を終了させる。この際のｐＨ値は処理原水中に含まれる不純物の種類によって適宜選択される。

２次反応槽を出たスラリーは凝集槽に導入され、凝集槽で高分子凝集剤が凝集剤槽より添加される。そして、微細な沈殿やフロックが大きなフロックに凝集させられ、次の澱物沈降槽に供給されて澱物沈降槽下部に中和澱物として堆積する。澱物沈降槽としては、通常シックナーやクラリファイアが用いられる。澱物沈降槽のオーバーフローはｐＨ調整槽に供給され、中性にされた後、製錬所外に放流される。一方、澱物沈降槽下部に堆積した中和澱物は適宜抜き出され、ベルトフィルターやドラムフィルター、あるいはフィルタープレスなどの澱物ろ過器に送られ、固液分離され、中和澱物として系外に払い出され、乾式工程で繰り返し物として用いられたり、埋め立て処理されたりする。また、澱物ろ過器より払い出されたろ液中には、通常微細な澱物が混じるため、前記２次反応槽に繰り返される。

この図１のフローシートにおいて、硫酸第一鉄は、処理原水組成と単位時間当たりの処理量に応じて供給され、あるいは定量供給され、また中和剤は各反応槽で定められた所望のｐＨ値を維持するように供給される。そして、高分子凝集剤は、通常、発生澱物量が最大となる場合を想定し、それに合わせて、例えば処理原水１ｌ当たり１０〜１５ｍｇの割合で添加を開始し、巡回時に澱物沈降槽オーバーフローの状況を見て添加量を調節することが行われる。

ところが、澱物発生量が増加した場合、高分子凝集剤の添加量の増加が間に合わないと、微細な澱物は凝集沈降せず、澱物沈降槽をオーバーフローしてしまう。このため、どうしても高分子凝集剤の添加量は高めとなりがちである。一方、発生澱物量が減少した場合には、澱物沈降槽オーバーフローの状況を見ても添加不足の状況より判別しにくいものの、一部の高分子凝集剤が塊となって浮遊することもあり、こうしたことが起きると、澱物を付着した高分子凝集剤の塊が澱物沈降槽からｐＨ調整槽にオーバーフローし、系外に放流されることになる。

また、高分子凝集剤の過剰分は澱物に付着するが、こうした澱物ではろ過性が悪化し、水分率の高い中和澱物が得られることになる。従って別途処理するためのコストが増加することになる。こうした問題を解消するためには、高分子凝集剤添加量の最適化が求められ、そのための技術的手段が模索されている。

これまでに、前記した硫酸第一鉄や硫酸アルミニウムといった無機凝集剤の添加量を制御する方法に関しては、比較的多くの研究がなされており、例えば特許文献１では、流量計と濁度計とを用いて単位時間当たりの処理原水中の固形分量を求め、これに対して一定の割合で無機凝集剤を添加する方法が提案されており、また、特許文献２では、硫酸アルミニウムを添加剤として用い、フロックを凝集させた後に、液中のアルミニウムイオン濃度を求め、これにより無機凝集剤の添加量を最適化する方法が提案されている。

しかし、高分子凝集剤の添加量を制御する方法については、ほとんど研究成果が公表されておらず、特許文献３以外に参考にすべき技術は見あたらない。特許文献３で提案された発明は、予め高分子凝集剤添加量と得られる凝集処理汚泥の毛細管吸引時間の関係、それらと脱水ケーキ含水率の関係を検討して、高分子凝集剤添加量の増加に伴って減少する毛細管吸引時間が一定になった後、上昇しはじめるときの高分子凝集剤添加量を求め、この該添加量に０．７以上１．５以下の定数を乗じて得た値を高分子凝集剤の添加量としている。

しかしながら、この方法では毛細管吸引時間を測定する手間が必要とされ、排水処理の現場で簡便に実行するのに難があり、かつ、得られる凝集処理汚泥の性状が安定している場合には適用できるものの、短時間のうちにその組成や中和澱物発生量が変動するような非鉄金属製錬での排水処理には必ずしも確実に適用できるものではない。
特開平０６−１９０３６１号公報 特開２００８−１６１８０９号公報 特開昭６０−０２５５９８号公報

本発明の目的は、前記問題に鑑み、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水を無害化処理するため、処理原水を中和処理して発生させたフロックを凝集させ、沈降させる高分子凝集剤の最適添加量を簡単に求めることができ、処理原水中の重金属イオン含有量が変動しても、高分子凝集剤の添加量を確実に制御できる排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法を提供することにある。

本発明者らは、種々検討した結果、廃硫酸などの硫黄化合物と砒素などの重金属イオンを含有する処理原水を中和処理して、発生したフロックに高分子凝集剤を添加して凝集させ澱物を沈降させる際、中和剤の使用量と生成する澱物量との間に比例関係があり、そして、この関係を記憶させたプラント監視制御装置（ＤＣＳ）を用いて、単位時間あたりの中和剤使用量に応じて、高分子凝集剤の添加量を演算し、添加量調節装置に送信すれば、高分子凝集剤を無駄に使用することなく安定的に排水処理できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の第１の発明によれば、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水の流量を計測する原水流量計、無機凝集剤と中和剤を添加して処理原水を処理する１次反応槽、得られたスラリーに酸化剤を添加して処理する酸化槽、酸化された処理原水に中和剤を添加して反応させる２次反応槽、中和されたスラリーが導入される凝集槽へ高分子凝集剤を添加する添加量調節装置、スラリー中の澱物を沈降させる澱物沈降槽、この上澄みをｐＨ調整するｐＨ調整槽、前記澱物沈降槽の下部に沈降した澱物を抜き出し、ろ過して中和澱物を得る澱物ろ過器、および高分子凝集剤の添加量を演算するプラント監視制御装置（ＤＣＳ）から主として構成され、前記プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、中和剤使用量と澱物発生量の関係に基づき、処理原水流量と中和剤添加速度のデータを用いて高分子凝集剤の添加量を演算し、添加量調整装置に送信することを特徴とする排水処理システムが提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記処理原水に含まれる硫黄化合物が、硫酸であることを特徴とする排水処理システムが提供される。
そして、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記処理原水に含まれる重金属イオンが、砒素であることを特徴とする排水処理システムが提供される。
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、前記添加量調節装置が、高分子凝集剤の添加用配管に設けられた調節弁であることを特徴とする排水処理システムが提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、前記添加量調節装置が、高分子凝集剤を凝集槽へ移送する送液ポンプであることを特徴とする排水処理システム提供される。
さらに、本発明の第６の発明によれば、第１の発明において、前記添加量調節装置が、前記調節弁及び前記送液ポンプであることを特徴とする排水処理システムが提供される。

一方、本発明の第７の発明によれば、第１〜６の発明に係り、前記排水処理システムを用いて、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水の流量を計測し、無機凝集剤と中和剤を１次反応槽で添加して処理原水を処理し、得られたスラリーに酸化槽で酸化剤を添加し、酸化された処理原水を２次反応槽に導入して中和剤を添加し、このスラリーを凝集槽に導入し、次に、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）から送信される信号に基づき、添加量調節装置によって所定量の高分子凝集剤を添加し、スラリー中の澱物を澱物沈降槽で沈降させ、上澄みをｐＨ調整槽に流入させてｐＨ調整し、前記澱物沈降槽下部に沈降した澱物を抜き出し、ろ過して澱物ろ過器で中和澱物を得て、ろ液を前記２次反応槽に繰り返す排水処理方法であって、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、高分子凝集剤の添加量Ｉを下記の手順により逐次演算処理し、添加量調整装置に送信することを特徴とする排水処理方法が提供される。
［Ｉ］ 計測された処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）をプラント監視制御装置（ＤＣＳ）が受信し、この処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）と、酸化槽及び２次反応槽の合計容量値Ｂ（ｍ^３）から酸化槽及び２次反応槽での処理原水の滞留時間Ｈ（ｈ）を演算する。
［ＩＩ］ この滞留時間Ｈ（ｈ）と、中和剤槽から随時送信される中和剤の添加速度とを積算し、滞留時間Ｈでの中和剤使用量Ｗ（ｔ／ｈ）とする。
［ＩＩＩ］ 前記中和剤使用量ＷをＸとして下記の式（１）に代入することにより、澱物発生量Ｙを演算して、これを処理原水がＨ時間滞留後の澱物発生量Ｄ（ｔ／ｈ）とする。
Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）
（式（１）において、Ｙは澱物発生量、Ｘは中和剤使用量、また、ａおよびｂは、おもに処理原水中の金属イオン種によって決まる係数、定数である。）
［ＩＶ］ この澱物発生量Ｄを下記の式（２）に代入し、得られた値を高分子凝集剤の添加量Ｉとして添加量調整装置に送信する。
Ｉ＝ｋＤ ・・・（２）
（式（２）において、Ｉは、高分子凝集剤の添加量、ｋは高分子凝集剤の種類や中和澱物の性状により異なる係数、Ｄは処理原水がＨ時間滞留した後の澱物発生量である）

また、本発明の第８の発明によれば、第７の発明において、前記式（１）において、ａが０．４０〜０．５０であることを特徴とする排水処理方法が提供される。
また、本発明の第９の発明によれば、第７の発明において、前記式（１）において、ｂが−１５０〜＋３３であることを特徴とする排水処理方法が提供される。
また、本発明の第１０の発明によれば、第７の発明において、前記式（２）において、ｋの値が０．７〜１．２であることを特徴とする排水処理方法が提供される。
さらに、本発明の第１１の発明によれば、第７の発明において、中和剤の添加速度が、中和剤槽の液面制御により決定されることを特徴とする排水処理方法が提供される。

本発明の排水処理システムは、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水の処理装置に、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）を付加し、高分子凝集剤の添加量を演算して高分子凝集剤の添加量調節装置に信号を送信するように構成しており、高分子凝集剤の使用量が正確に決定されるので、使用量を従来の約半分以下に削減できる。また、発生する澱物の物性も安定化し、従来５０〜６０％とばらついていた水分が、安定して５０％以下に低減し、排水処理を安定化することが可能となる。
また、高分子凝集剤の添加量を連続的に、最適値に制御できるため、高分子凝集剤の過不足に伴い発生するトラブルを大幅に減少でき、安定した排水処理操業が可能となるため、極めて有用である。

以下、本発明の排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法について、図面を用いてより詳細に説明する。
１．排水処理システム

図３は、本発明の排水処理システムを概念的に示したフロー説明図である。
石膏回収後の廃酸や各所の場面水は、集合ピット（図示せず）等から処理原水として排水原水槽２に導入される。本発明では、この際に処理原水の単位時間当たりの量を求める原水流量計１を設置している。原水流量計１としては、例えば配管に取り付けた流量計でも、原水槽落ち口に堰を設けても良い。

排水原水槽から処理原水は、１次反応槽３に送られる。１次反応槽３には攪拌機とｐＨ計が設けられている。そして、１次反応槽３には硫酸第一鉄などの無機凝集剤と水酸化カルシウムスラリーなどの中和剤を添加する無機凝集剤槽９、中和剤槽１０が連結している。そして、中和剤の添加量は１次反応槽３内のスラリーのｐＨが所定の値を維持するように調節される。

１次反応槽３のオーバーフローは酸化槽４に流入し、酸化剤が添加される。酸化槽４のオーバーフローと後述する澱物ろ過機のろ液が２次反応槽５に流入する。そして、所望のｐＨ値を維持するように中和剤が添加され、中和沈殿反応させる。中和剤の計測では、中和剤が苛性ソーダ溶液等である場合、中和剤槽１０と各反応槽３、５とを結ぶ供給配管に流量計を設けてもよいが、水酸化カルシウムスラリーを用いる場合、中和剤槽１０のレベルを管理する電極のＯＮ、ＯＦＦ信号をプラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４に取り込み、演算して求めてもよい。無論、非接触式レベル計を用いる場合には、その出力を取り込めばよい。

その後、２次反応槽５のオーバーフローは凝集槽６に流入し、凝集槽６内で高分子凝集剤槽１１に連結された添加量調節装置から高分子凝集剤が添加・混合され、スラリー中の澱物が沈降しやすい大きなフロックを形成させる。
スラリーは凝集槽６からオーバーフローでシックナーやクラリファイアといった澱物沈降槽７に供給され、前記フロックは澱物沈降槽７の底部に沈降し、堆積させられる。上澄みは、ｐＨ調整槽８にオーバーフローで流入され、放流可能なｐＨに調整され、その後放流される。

澱物沈降槽７の底部に堆積した中和澱物は澱物ろ過機１２にて固液分離され、系外に払い出され、製錬工程での冷剤として使用されたり、埋め立て処分されたりする。ろ液中には、通常、微細な澱物が微量含まれるため、２次反応槽５に繰り返し、微細な澱物を再凝集させ沈降しやすいフロックとする。

本発明では、前記１次反応槽３と２次反応槽５とに添加される中和剤の時間あたりの使用量が計測され、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４に入力される。プラント監視制御装置（ＤＣＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）１４は、装置のオペレータが、現場に出ずに中央管理室でモニターを見るだけで、装置の起動や停止などを監視するシステムである。このプラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４は、中和剤使用量と澱物発生量との関係、及び澱物発生量と高分子凝集剤の添加量との関係を記憶しており、これらのデータを用いて高分子凝集剤の添加量を演算し、その結果を添加量調整装置に送信する。

なお、凝集剤の添加量調節装置１３としては、調節弁や送液ポンプをはじめとする様々な装置が考えられる。添加量調節装置１３として調節弁を選定した場合には、送液ポンプの総液量を一定とし、開度を調節する。添加量調節装置１３として送液ポンプを選定した場合には、送液ポンプを定量ポンプとしてそのストロークを調節しても良く、送液ポンプをインバーター駆動ポンプとし、周波数制御して調節してもよい。
添加量調整装置１３として調節弁と送液ポンプとを組み合わせた場合には、送液ポンプをインバーター駆動ポンプとし、送液ポンプと周波数制御すると制御しやすい。

２．中和剤使用量と澱物発生量との関係
図２は、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水、具体的には、廃硫酸と重金属の砒素イオンを含有する処理原水の処理を行う前に、中和剤（２５％水酸化カルシウムスラリー）使用量と澱物発生量を測定し、相関を調べた結果のグラフである。

図２から、中和剤の使用量ｘが増加するに従い、発生する澱物量ｙも増加することが解る。各測定値はｙ＝０．４６２ｘ−３１の直線を中心とし、ｙ＝０．４６２ｘ＋３３からｙ＝０．４６２ｘ−１５０の直線間に分布している。この分布の幅は処理原水中の金属イオン種の変動に主として影響を受けているものと見ることができる。したがって、図２に示した関係を用いれば、高分子凝集剤の添加量が予測できることになる。これを本発明の排水処理システムに適用する場合、測定値が集中している部分に引かれる直線を用いることが好ましい。

これがプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に登録（記憶）される中和剤使用量と澱物発生量との関係より求めた式（１）となる。この式（１）において、ａおよびｂは、おもに処理原水中の金属イオン種によって決まる係数、定数であって、ａが０．４０〜０．５０、ｂが−１５０〜＋３３の範囲になる。
Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）

本発明では、処理原水の種類によって、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）の演算式を決めるために、予め中和剤使用量と澱物発生量との関係を示す式（１）のａおよびｂを決定し、また、澱物発生量と高分子凝集剤の添加量との関係を示す下記式（２）の係数ｋを予め決定する。ｋの値は、澱物１ｔ当たりの高分子凝集剤添加量であり、用いる高分子凝集剤、生成する中和澱物の性状により異なるものの、０．７〜１．２ｋｇ／ｔとすることが望ましい。
Ｉ＝ｋＤ ・・・（２）
（式（２）において、Ｉは、高分子凝集剤の添加量、ｋは高分子凝集剤の種類や中和澱物の性状により異なる係数、Ｄは処理原水がＨ時間滞留後の澱物発生量である）

３．排水処理方法
次に、上記本発明の排水処理システムを用いて、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）で高分子凝集剤添加量を演算しながら、凝集槽のスラリーに添加して排水処理する方法を図３により具体的に説明する。

処理原水は、石膏回収後の廃酸や各所の場面水が集合される集合ピット（図示せず）等より排水原水槽２に送られる。本発明では、この際に処理原水の単位時間当たりの量を原水流量計１によって求める。この測定は、例えば配管に取り付けた流量計、あるいは原水槽落ち口に堰を設けて測定される。ただし、測定値を電気信号としてプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に送る必要上、配管に取り付けた流量計によりデータを採取することが望ましい。原水流量計１で計測された処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）は、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４に送信する。プラント監視制御装置（ＤＣＳ）では、次に、この処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）と、酸化槽及び２次反応槽の合計容量値Ｂ（ｍ^３）から酸化槽及び２次反応槽での処理原水の滞留時間Ｈ（ｈ）を演算する。

処理原水は、排水原水槽２から１次反応槽３に送られ、１次反応槽には無機凝集剤として所望量の硫酸第一鉄と中和剤とが添加される。硫酸第一鉄の添加目的は、微細な澱物をより大きなフロックとする無機凝集剤の役割もあるが、非鉄金属製錬の排水処理の場合には、主として処理原水中のヒ素等の五族元素を鉄共沈させることである。従ってその添加量は、通常、処理原水中の五族元素の含有量を考慮して決定される。

中和剤としては各種のアルカリを用いうるが、経済性、排水中の硫酸根を石膏として析出させることにより中和澱物のろ過性改善を期待できることから、水酸化カルシウムスラリーの使用が好ましい。そして、中和剤は１次反応槽内のスラリーのｐＨが所定の値を維持するように添加量が調節される。

１次反応槽のオーバーフローは酸化槽４に流入し、酸化剤が槽内に添加される。酸化剤を添加する目的は、前記した硫酸第一鉄を硫酸第二鉄に酸化してヒ素等の不純物を確実に鉄共沈させることである。安価、簡便さから空気を酸化剤とすることが好ましいが、処理原水中の不純物組成によっては、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を用いることも可能である。

酸化槽のオーバーフローと後述する澱物ろ過機のろ液が２次反応槽５に流入する。そして、所望のｐＨ値を維持するように中和剤が添加され、中和沈殿反応を完結させる。
本発明では、１次反応槽と２次反応槽とに添加される中和剤の時間あたりの使用量が計測され、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４に入力される。

中和剤の計測方法としては、中和剤として苛性ソーダ溶液等を用いる場合には、中和槽と各反応槽とを結ぶ供給配管に流量計を設けてもよいが、水酸化カルシウムスラリーを用いる場合には、中和剤槽のレベルを管理する電極のＯＮ、ＯＦＦ信号をプラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４に取り込み、演算して求めてもよい。無論、非接触式レベル計を用いる場合には、その出力を取り込めばよい。

プラント監視制御装置（ＤＣＳ）１４では、先に演算した滞留時間Ｈ（ｈ）と、中和剤槽から随時送信される中和剤の添加速度とを積算し、滞留時間Ｈでの中和剤使用量Ｗ（ｔ／ｈ）とする。そして、前記中和剤使用量ＷをＸとして式（１）に代入することにより、澱物発生量Ｙを演算して、これを処理原水がＨ時間滞留後の澱物発生量Ｄ（ｔ／ｈ）とする。また、この澱物発生量Ｄを（２）式に代入し、得られた値を高分子凝集剤の添加量Ｉとして添加量調整装置１３に送信する。

Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）
（式（１）において、Ｙは澱物発生量、Ｘは中和剤使用量、また、ａおよびｂは、おもに処理原水中の金属イオン種によって決まる係数、定数である。）
Ｉ＝ｋＤ ・・・（２）
（式（２）において、Ｉは、有機高分子凝集剤の添加量、ｋは有機高分子凝集剤の種類や中和澱物の性状により異なる係数、Ｄは処理原水がＨ時間滞留した後の澱物発生量である）

その後、２次反応槽５のオーバーフローは凝集槽６に流入し、凝集槽内で高分子凝集剤と混合され、スラリー中の澱物が沈降しやすい大きなフロックを形成する。高分子凝集剤としては、アクリル酸を始めとするアニオン性のカルボン酸系やスルホン酸系のもの、アクリルアミドを始めとするノニオン性のもの、ジメチルアミノエチルメタアクリレートを始めとするカチオン性メタアクリル酸エステル系やアクリル酸エステル系のものが用いられ、こうしたものは市販品として容易に入手できる。

高分子凝集剤の添加量調整装置１３としては、例えば、高分子凝集剤槽１１に送液ポンプを設け、このデリベリ配管の開口部が凝集槽６の上部で開口するようにし、このデリベリ配管の途中に調節弁を設け、これ全体を添加用配管とし、前記送液ポンプまたは調節弁、あるいは送液ポンプと調節弁との組み合わせとすることができる。
スラリー中の澱物は、澱物沈降槽で沈降させ、上澄みをｐＨ調整槽に流入させてｐＨ調整し、前記澱物沈降槽下部に沈降した澱物を抜き出し、ろ過して澱物ろ過器で中和澱物を得て、ろ液を前記２次反応槽に繰り返す。

次に、本発明の排水処理方法を、実施例を用いて具体的に説明する。ただし、本発明はこの例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、排水処理設備にプラント監視制御装置（ＤＣＳ）、添加量調整装置を用意して、図３に示される本発明の排水処理システムを構成した。この排水処理システムを用いて高分子凝集剤の添加試験を行った。中和剤（水酸化カルシウムスラリー）と凝集剤（アクリルアミド）とは濃度一定のものを用いた。
１次反応槽、酸化槽および２次反応槽の合計容量を計測したところ約１５０ｍ^３であった。この値は各種演算の基礎となるため、試験開始に先立ちプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に入力し、記憶させた。また、澱物１ｔ当たりの高分子凝集剤添加量である前記式（２）のｋとして０．８ｋｇ／ｔを入力した。
次に、１次反応槽に送られる処理原水の流量を常時計測し、電力信号としてプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に送り、記憶させた。前記合計容量１５０ｍ^３と、最新の処理原水の流量９０ｍ^３／ｈｒとを用いて処理原水が１次反応槽に入ってから２次反応槽から出て行くまでの滞留時間を前記プラント監視制御装置（ＤＣＳ）にて算出したところ１．７時間であった。中和槽内の中和剤液面制御により生じるＯＮ・ＯＦ信号とその間隔とを電気信号としてプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に送信し、中和剤の添加速度を算出して、逐次記憶させた。
また、前記算出した滞留時間と最新の中和剤の添加速度との積より中和剤使用量を求めた。この値を、図２から求められる下記式（１’）のＸに代入し、１．７時間に発生する澱物発生量Ｙを算出した。
Ｙ＝０．４６Ｘ−３１・・・（１’）
次に、Ｙと澱物１ｔ当たりの高分子凝集剤添加量（０．８ｋｇ／ｔ）として入力した係数との積を求め、これを１．７時間で除して単位時間当たりの添加量を算出し、添加配管の調節バルブに開度を調節する信号をＤＣＳより送った。
こうした方法に基づき１５８０ｍ^３の処理原水を１日で処理した。使用した中和剤は、２０％Ｃａ（ＯＨ）_２スラリー換算で、１６．２ｋｇ／ｍ^３、また発生澱物量１１．２ｔ／日、高分子凝集剤使用量０．７６ｋｇ／澱物ｔとなった。これは、従来法と比べ、高分子凝集剤を大幅に低減できたことになる。なお、試験期間中澱物沈降槽からフロックがオーバーフローすることもなく、澱物のろ過性も良好であった。

（実施例２）
実施例１と同様にして再度試験操業を行った。処理原水量は１６００ｍ^３／日で、中和剤を２０％Ｃａ（ＯＨ）_２スラリー換算で、１４．２ｋｇ／ｍ^３使用し、発生澱物量は９．７ｔ／日であった。プラント監視制御装置（ＤＣＳ）により、高分子凝集剤の使用量は０．８５ｋｇ／澱物ｔと演算された。この高分子凝集剤の使用量は、従来法と比べ、大幅に低減できた。
なお、試験期間中澱物沈降槽からフロックがオーバーフローすることもなく、澱物のろ過性も良好であった。

（実施例３）
実施例１と同様にして再度試験操業を行った。処理原水量は１５７０ｍ^３／日で、使用した中和剤は、２０％Ｃａ（ＯＨ）_２スラリー換算で、１７．２ｋｇ／ｍ^３、発生澱物量１２．０ｔ／日であり、高分子凝集剤使用量は０．８２ｋｇ／澱物ｔとなり、従来法と比べ、大幅に低減できた。
なお、試験期間中澱物沈降槽からフロックがオーバーフローすることもなく、澱物のろ過性も良好であった。

（実施例４）
中和槽内の中和剤液面制御により生じるＯＮ・ＯＦ信号とその間隔とを電気信号としてプラント監視制御装置（ＤＣＳ）に送信し、中和剤の添加速度を算出し、逐次記憶した。
最新の中和剤（２５％Ｃａ（ＯＨ）_２）の添加速度（ｔ／ｈｒ）を、図２から求められる下記式（１’’）のＸに代入し、単位時間当たりの澱物発生量Ｙ（ｔ／ｈｒ）を算出した。
Ｙ＝０．４６Ｘ−３１ ・・・（１’’）
次に、Ｙと澱物１ｔ当たりの高分子凝集剤添加量ｋ（０．８ｋｇ／ｔ）との積を求め、これを用いて添加配管の調節弁に開度を調節する信号をＤＣＳより送った。こうした方法に基づき１５８０ｍ^３の処理原水を１日で処理した。使用した中和剤は、２０％Ｃａ（ＯＨ）_２スラリー換算で、１６．２ｋｇ／ｍ^３、発生澱物量１１．２ｔ／日であり、高分子凝集剤使用量が０．７６ｋｇ／澱物ｔとなり、従来法と比べ、大幅に低減できた。
なお、試験期間中澱物沈降槽からフロックがオーバーフローすることもなく、澱物のろ過性も良好であった。

（従来例）
図１のフローシートにしたがって、硫酸第一鉄を、処理原水組成と単位時間当たりの処理量に応じて定量供給した。中和剤は各反応槽で定められた所望のｐＨ値を維持するように供給した。
そして、高分子凝集剤は、発生澱物量が最大となる場合を想定し、それに合わせて、例えば処理原水１ｌ当たり１０〜１５ｍｇの割合で添加を開始し、巡回時に澱物沈降槽オーバーフローの状況を見て添加量を調節した。この結果、高分子凝集剤使用量は、１．７７ｋｇ／澱物ｔと大きかった。
この方法ではプラント監視制御装置（ＤＣＳ）を設けておらず、澱物発生量が増加に伴い、高分子凝集剤の添加量を追随して増加できないので、高分子凝集剤の添加量を高めにせざるをえないためである。

非鉄金属製錬所で使用されている廃水処理設備の従来の排水処理フローを例示したチャートである。 本発明に係る中和剤（２５％水酸化カルシウムスラリー）使用量と澱物発生量との関係を例示したグラフである。 本発明の排水処理システムを概念的に示したフロー説明図である。

符号の説明

１ 原水流量計
２ 排水原水槽
３ １次反応槽
４ 酸化槽
５ ２次反応槽
６ 凝集槽
７ 澱物沈降槽
８ ｐＨ調整槽
９ 無機凝集剤槽
１０ 中和剤槽
１１ 高分子凝集剤槽
１２ 澱物ろ過器
１３ 添加量調節装置
１４ プラント監視制御装置（ＤＣＳ）

Claims (11)

1. 硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水の流量を計測する原水流量計、無機凝集剤と中和剤を添加して処理原水を処理する１次反応槽、得られたスラリーに酸化剤を添加して処理する酸化槽、酸化された処理原水に中和剤を添加して反応させる２次反応槽、中和されたスラリーが導入される凝集槽へ高分子凝集剤を添加する添加量調節装置、スラリー中の澱物を沈降させる澱物沈降槽、この上澄みをｐＨ調整するｐＨ調整槽、前記澱物沈降槽の下部に沈降した澱物を抜き出し、ろ過して中和澱物を得る澱物ろ過器、および高分子凝集剤の添加量を演算するプラント監視制御装置（ＤＣＳ）から主として構成され、
   前記プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、中和剤使用量と澱物発生量の関係に基づき、処理原水流量と中和剤添加速度のデータを用いて高分子凝集剤の添加量を演算し、添加量調整装置に送信することを特徴とする排水処理システム。
2. 前記処理原水に含まれる硫黄化合物が、硫酸であることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
3. 前記処理原水に含まれる重金属イオンが、砒素であることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
4. 前記添加量調節装置が、高分子凝集剤の添加用配管に設けられた調節弁であることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
5. 前記添加量調節装置が、高分子凝集剤を凝集槽へ移送する送液ポンプであることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
6. 前記添加量調節装置が、前記調節弁及び前記送液ポンプであることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の排水処理システムを用いて、硫黄化合物と重金属イオンを含有する処理原水の流量を計測し、無機凝集剤と中和剤を１次反応槽で添加して処理原水を処理し、得られたスラリーに酸化槽で酸化剤を添加し、酸化された処理原水を２次反応槽に導入して中和剤を添加し、このスラリーを凝集槽に導入し、次に、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）から送信される信号に基づき、添加量調節装置によって所定量の高分子凝集剤を添加し、スラリー中の澱物を澱物沈降槽で沈降させ、上澄みをｐＨ調整槽に流入させてｐＨ調整し、前記澱物沈降槽下部に沈降した澱物を抜き出し、ろ過して澱物ろ過器で中和澱物を得て、ろ液を前記２次反応槽に繰り返す排水処理方法であって、
   プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、高分子凝集剤の添加量Ｉを下記の手順により逐次演算処理し、添加量調整装置に送信することを特徴とする排水処理方法。
   ［Ｉ］ 計測された処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）をプラント監視制御装置（ＤＣＳ）が受信し、この処理原水量Ａ（ｍ^３／ｈ）と、酸化槽及び２次反応槽の合計容量値Ｂ（ｍ^３）から酸化槽及び２次反応槽での処理原水の滞留時間Ｈ（ｈ）を演算する。
   ［ＩＩ］ この滞留時間Ｈ（ｈ）と、中和剤槽から随時送信される中和剤の添加速度とを積算し、滞留時間Ｈでの中和剤使用量Ｗ（ｔ／ｈ）とする。
   ［ＩＩＩ］ 前記中和剤使用量ＷをＸとして下記の式（１）に代入することにより、澱物発生量Ｙを演算して、これを処理原水がＨ時間滞留後の澱物発生量Ｄ（ｔ／ｈ）とする。
   Ｙ＝ａＸ＋ｂ ・・・（１）
   （式（１）において、Ｙは澱物発生量、Ｘは中和剤使用量、また、ａおよびｂは、おもに処理原水中の金属イオン種によって決まる係数、定数である。）
   ［ＩＶ］ この澱物発生量Ｄを下記の式（２）に代入し、得られた値を高分子凝集剤の添加量Ｉとして添加量調整装置に送信する。
   Ｉ＝ｋＤ ・・・（２）
   （式（２）において、Ｉは、高分子凝集剤の添加量、ｋは高分子凝集剤の種類や中和澱物の性状により異なる係数、Ｄは処理原水がＨ時間滞留した後の澱物発生量である）
8. 前記式（１）において、ａが０．４０〜０．５０であることを特徴とする請求項７記載の排水処理方法。
9. 前記式（１）において、ｂが−１５０〜＋３３であることを特徴とする請求項７記載の排水処理方法。
10. 前記式（２）において、ｋの値が０．７〜１．２であることを特徴とする請求項７記載の排水処理方法。
11. 中和剤の添加速度が、中和剤槽の液面制御により決定されることを特徴とする請求項７記載の排水処理方法。

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