JP2015112593A - 高硬度排水の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属である硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ以上含む高硬度排水において、硬度成分の不溶化物を析出させ、これを固液分離することで当該排水から硬度成分を除去するプロセスにおいて、発生汚泥の濃縮を促進して排出汚泥の減容化を図ると共に、濁度ないしはＳＳ濃度の低い清澄な処理水を得る。【解決手段】汚泥調整槽７にてアルカリ剤を混合した調整汚泥と炭酸根を、反応槽１において原水に添加してｐＨ１２〜１３に調整した後、凝集槽２で凝集処理し、沈殿槽３で固液分離する。分離汚泥の一部を汚泥調整槽７に送給し、残部を系外へ引き抜く。沈殿槽３の分離水を膜濾過装置５で膜濾過して処理水を得、濃縮水を反応槽１に循環する。【選択図】図３

Description

本発明は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属である硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含む高硬度排水において、硬度成分の不溶化物を析出させ、これを固液分離することで当該排水から硬度成分を除去するプロセスにおいて、発生汚泥の濃縮を促進して排出汚泥の減容化を図ると共に、濁度ないしは浮遊粒子状物質（ＳＳ）濃度の低い清澄な処理水を得る高硬度排水の処理装置及び処理方法に関する。

硬度成分除去を目的としたアルカリ凝集沈殿法は、従来から行われている。また、発生汚泥の減容化を目的として、汚泥の濃縮を促進するために、分離汚泥を循環させる方法や、循環させる汚泥の表面にアルカリを吸着させることにより汚泥表面への析出を促進し、汚泥粒子径の増大を図って、汚泥の濃縮を促進させるＨＤＳ法（高密度汚泥法）も提案されている（特許文献１）。
特許文献１等の従来法では、一般に、クロスフロー濾過方法の膜濾過装置により固液分離を行って分離汚泥を循環させている。即ち、従来法では、クロスフロー濾過膜に、汚泥濃縮と濾過の機能を同時に持たせている。

しかし、これらの方法で、汚泥の濃縮を図るために汚泥循環比を増大させると、得られる処理水のＳＳ濃度が上昇し、処理水の水質が悪化する傾向がある。逆に、処理水の水質を高く維持しようとすると汚泥の濃縮にも限界が生じる傾向がある。

特開２００４−２５５２６７号公報

本発明は、上記従来の問題点を解決し、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属である硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含む高硬度排水において、硬度成分の不溶化物を析出させ、これを固液分離することで当該排水から硬度成分を除去するプロセスにおいて、発生汚泥の濃縮を促進して排出汚泥の減容化を図ると共に、濁度ないしはＳＳ濃度の低い清澄な処理水を得る高硬度排水の処理装置及び処理方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、沈殿槽と膜濾過装置とを併用し、汚泥濃縮を沈殿槽に、また、処理水の濾過を膜濾過装置に、それぞれ機能させることによって、濾過膜の閉塞を防止すると共に処理水の水質の向上を図ることができ、従って、発生汚泥の濃縮を促進して排出汚泥の減容化を図ると共に、濁度ないしはＳＳ濃度の低い清澄な処理水を得ることができることを見出した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。

［１］ 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理装置であって、該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応槽と、該反応槽からの反応液を凝集処理する凝集槽と、該凝集槽からの凝集処理液を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽の分離汚泥の一部を前記反応槽に返送する汚泥返送手段と、該沈殿槽の分離水を膜濾過する膜濾過装置と、該膜濾過装置の濃縮水を前記反応槽に循環する濃縮水循環手段と、該膜濾過装置の透過水を処理水として取り出す処理水取出手段と、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜く汚泥排出手段とを備えてなることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［２］ ［１］において、前記反応槽として、前記排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加して該排水のｐＨを１０．５〜１１．５に調整する第１の反応槽と、該第１の反応槽からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応槽とを有し、前記汚泥返送手段は、前記分離汚泥を該第１の反応槽に返送することを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［３］ 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理装置であって、該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応槽と、該反応槽からの反応液を凝集処理する凝集槽と、該凝集槽からの凝集処理液を固液分離する沈殿槽と、該沈殿槽の分離汚泥の一部を受け入れ、該分離汚泥に前記排水に添加されるアルカリ剤の少なくとも一部を混合する汚泥調整槽と、該汚泥調整槽で調整された調整汚泥を前記反応槽に添加する調整汚泥添加手段と、前記沈殿槽の分離水を膜濾過する膜濾過装置と、該膜濾過装置の濃縮水を前記反応槽に循環する濃縮水循環手段と、該膜濾過装置の透過水を処理水として取り出す処理水取出手段と、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜く汚泥排出手段とを備えてなることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［４］ ［３］において、前記反応槽として、前記排水に炭酸根を添加すると共に、前記汚泥調整槽からの調整汚泥を添加する第１の反応槽と、該第１の反応槽からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応槽とを有し、前記汚泥調整槽において、該第１の反応槽内の排水のｐＨが１０．５〜１１．５となるように前記分離汚泥にアルカリ剤が混合されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記反応槽に添加する炭酸根の添加量が、前記排水中の硬度成分の反応当量に対してＣＯ_３換算で２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ過剰な量であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記沈殿槽の分離汚泥のうち、前記反応槽又は汚泥調整槽に送給される汚泥量と系外へ引き抜く汚泥量との比（返送汚泥量／引き抜き汚泥量）が５〜５０であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［７］ ［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記凝集槽において、アニオン系高分子凝集剤を添加して凝集処理することを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［８］ ［１］ないし［７］のいずれかにおいて、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有する膜濾過装置であり、濾過流速３〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［９］ ［８］において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有するクロスフロー濾過方式の膜濾過装置であり、循環線速度０．５〜４ｍ／ｓｅｃ、濾過流速５〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［１０］ ［１］ないし［９］のいずれかにおいて、前記膜濾過装置における濃縮倍率が５〜１００倍であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［１１］ ［１］ないし［１０］のいずれかにおいて、前記沈殿槽の分離汚泥の残部を受け入れる汚泥濃縮槽と該汚泥濃縮槽で沈降した濃縮汚泥を系外に排出する手段と、該汚泥濃縮槽の上澄みを前記反応槽に循環する手段を有することを特徴とする高硬度排水の処理装置。

［１２］ 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理方法であって、該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応工程と、該反応工程からの反応液を凝集処理する凝集工程と、該凝集工程からの凝集処理液を沈殿槽で固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離汚泥の一部を前記反応工程に返送する汚泥返送工程と、該固液分離工程の分離水を膜濾過装置で膜濾過する膜濾過工程と、該膜濾過工程の濃縮水を前記反応工程に循環する濃縮水循環工程とを有し、該膜濾過工程の透過水を処理水として取り出すと共に、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜くことを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１３］ ［１２］において、前記反応工程として、前記排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加して該排水のｐＨを１０．５〜１１．５に調整する第１の反応工程と、該第１の反応工程からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応工程とを有し、前記汚泥返送工程は、前記分離汚泥を該第１の反応工程に返送する工程であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１４］ 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理方法であって、該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応工程と、該反応工程からの反応液を凝集処理する凝集工程と、該凝集工程からの凝集処理液を沈殿槽で固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離汚泥の一部に前記排水に添加されるアルカリ剤の少なくとも一部を混合する汚泥調整工程と、該汚泥調整工程で調整された調整汚泥を前記反応工程の排水に添加する調整汚泥添加工程と、該固液分離工程の分離水を膜濾過装置で膜濾過する膜濾過工程と、該膜濾過工程の濃縮水を前記反応工程に循環する濃縮水循環工程とを有し、該膜濾過工程の透過水を処理水として取り出すと共に、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜くことを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１５］ ［１４］において、前記反応工程として、前記排水に炭酸根を添加すると共に、前記汚泥調整工程からの調整汚泥を添加する第１の反応工程と、該第１の反応工程からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応工程とを有し、前記汚泥調整工程において、該第１の反応工程における排水のｐＨが１０．５〜１１．５となるように前記分離汚泥にアルカリ剤が混合されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１６］ ［１２］ないし［１５］のいずれかにおいて、前記反応工程に添加する炭酸根の添加量が、前記排水中の硬度成分の反応当量に対してＣＯ_３換算で２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ過剰な量であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１７］ ［１２］ないし［１６］のいずれかにおいて、前記固液分離工程の分離汚泥のうち、前記反応工程又は汚泥調整工程に送給される汚泥量と系外へ引き抜く汚泥量との比（返送汚泥量／引き抜き汚泥量）が５〜５０であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１８］ ［１２］ないし［１７］のいずれかにおいて、前記凝集工程において、アニオン系高分子凝集剤を添加して凝集処理することを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［１９］ ［１２］ないし［１８］のいずれかにおいて、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有する膜濾過装置であり、濾過流速３〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［２０］ ［１９］において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有するクロスフロー濾過方式の膜濾過装置であり、循環線速度０．５〜４ｍ／ｓｅｃ、濾過流速５〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［２１］ ［１２］ないし［２０］のいずれかにおいて、前記膜濾過装置における濃縮倍率が５〜１００倍であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。

［２２］ ［１２］ないし［２１］のいずれかにおいて、前記固液分離工程の分離汚泥の残部を濃縮する汚泥濃縮工程を有し、該汚泥濃縮工程で濃縮された濃縮汚泥を系外に排出すると共に、濃縮分離水を前記反応工程に循環することを特徴とする高硬度排水の処理方法。

本発明によれば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属である硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含む高硬度排水において、硬度成分の不溶化物を析出させ、これを固液分離することで当該排水から硬度成分を除去するプロセスにおいて、発生汚泥の濃縮を促進して排出汚泥の減容化を図ると共に、濁度ないしはＳＳ濃度の低い清澄な処理水を効率的に得ることができる。

本発明の高硬度排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。 本発明の高硬度排水の処理装置の別の実施の形態を示す系統図である。 本発明の高硬度排水の処理装置の別の実施の形態を示す系統図である。 本発明の高硬度排水の処理装置の別の実施の形態を示す系統図である。 試験例１における反応槽内ｐＨと沈殿槽処理水のＣａ濃度との関係を示すグラフである。 試験例１における反応槽内ｐＨと沈殿槽処理水のＭｇ濃度との関係を示すグラフである。 試験例１における反応槽内ｐＨと沈殿槽処理水のＳｒ濃度との関係を示すグラフである。 試験例２におけるＮａＣＯ_３添加量と沈殿槽処理水のＣａ濃度との関係を示すグラフである。 試験例２におけるＮａＣＯ_３添加量と沈殿槽処理水のＭｇ濃度との関係を示すグラフである。 試験例２におけるＮａＣＯ_３添加量と沈殿槽処理水のＳｒ濃度との関係を示すグラフである。 試験例３における分離汚泥の粒子径分布を示すグラフであり、（ａ）図は汚泥返送ありの場合、（ｂ）図は汚泥返送なしの場合を示す。 試験例４における、汚泥返送を行った場合のセラミックフィルタの濃縮汚泥濃度と換算フラックスとの関係を示すグラフである。 試験例４における汚泥返送を行わず、凝集処理液を直接セラミックフィルタで濾過した場合の濃縮汚泥濃度と換算フラックスとの関係を示すグラフである。 試験例５における沈殿槽処理水の残留凝集剤濃度とセラミックフィルタの換算フラックスとの関係を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜４は、本発明の高硬度排水の処理方法の実施に好適な、本発明の高硬度排水の処理装置の実施の形態の一例を示す系統図である。図１〜４において、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

［本発明の特徴］
本発明は、原水である高硬度排水に、炭酸根とアルカリ剤を添加すると共に後段からの分離汚泥を添加して、或いは、後段からの分離汚泥をアルカリ剤で改質して得られた調整汚泥と炭酸根とを添加して、硬度成分の不溶化物を析出させた後凝集処理し、凝集処理液を固液分離する処理において、沈殿槽と膜濾過装置とを用いることを特徴とする。

例えば、後述の図１〜４に示す高硬度排水の処理装置において、一般に、汚泥返送比を高めるほど、沈殿槽３の底部に堆積する汚泥濃度を高めることができるが、汚泥返送比を高めることで、反応槽１及び凝集槽２に供給される水量が増加するため、実質の滞留時間が短くなり、膜濾過装置５を設けていない場合には、汚泥の沈降性の悪化を招く恐れがある。更に、沈殿槽３に供給される汚泥量が増加するため、滞留する汚泥容積の増加を招き、処理水のＳＳ濃度が上昇し、水質が悪化する。逆に、沈殿槽の処理水の水質（濁度ないしはＳＳ濃度）を改善しようとすると、汚泥の濃縮が頭打ちとなる。

そこで、本発明では、沈殿槽３の後段に膜濾過装置５を設け、沈殿槽３の分離水（上澄水）を膜濾過装置５に導き、沈殿槽３から同伴されるＳＳの濾過分離を行う。
従来、沈殿槽の後段には砂濾過装置や二層濾過装置を設けて濾過処理を行うのが一般的であるが、この場合には、装置容量が大きくなる。これに対し、本発明では、膜濾過装置を設けることで、装置容量が小さく、設置面積が小さくて済むという利点がある。
また、従来、膜濾過装置を適用する場合、膜濾過装置は、反応液を凝集処理する凝集槽の後段に、沈殿槽などの固液分離装置を介さず直接設置される。しかし、この場合には、膜濾過装置に汚泥の濃縮と濾過処理の機能を同時に持たせることになるため、以下の問題がある。
即ち、膜濾過装置に供給される凝集処理液の固体濃度が高いため、膜濾過装置の濾過膜表面に厚い汚泥濾過層が形成される。このため、膜間差圧が高くなり、高い濾過流束を維持することが困難になる。特に、本発明で対象とする硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含む高硬度排水の処理では、この濾過層が固形化（スケーリング）する恐れがある。

これに対して、本発明のように、沈殿槽とその後段の膜濾過装置を用い、沈殿槽処理水を膜濾過装置で濾過することで、膜濾過装置への固体負荷を下げて用いることができるため、厚い汚泥濾過層が形成されることはなく、膜濾過装置における膜濾過を高い濾過流束で行うことができ、この結果、膜濾過装置をコンパクトなものとすることができる。

このように、本発明では、沈殿槽とその後段の膜濾過装置とを設け、汚泥濃縮機能は沈殿槽に、濾過機能は膜濾過装置にそれぞれ分割して機能させることにより、汚泥濃縮による固体廃棄物の減容化と、処理水水質の向上という二律背反の関係を満足することが可能となる。

このようなことから、本発明によれば、系外への引き抜き汚泥として、汚泥濃度１，０００ｍｇ／Ｌ以上、例えば１０，０００〜４００，０００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度汚泥を得た上で、処理水水質（膜濾過装置の濾過水）として、濁度０．２以下、カルシウム濃度１．５ｍｇ／Ｌ以下、マグネシウム濃度０．１５ｍｇ／Ｌ以下、ストロンチウム濃度１．５ｍｇ／Ｌ以下というような高水質の処理水を得ることができる。

［第１の実施形態］
図１を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の高硬度排水の処理装置は、原水、即ち、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属である硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含む高硬度排水を、配管１１より反応槽１に導入し、配管１２より炭酸根とアルカリ剤を添加すると共に、配管１３からの返送汚泥、配管１４からの膜濾過装置５の濃縮水、及び配管１５からの汚泥濃縮槽６の上澄みを添加して撹拌混合する。

本発明において、処理対象となる高硬度排水とは、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）などのアルカリ土類金属の硬度成分をＣａＣＯ_３換算で１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上、好ましくは２５０〜５，０００ｍｇ／Ｌ含むものであり、例えば、Ｃａ濃度５０〜２０００ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ濃度５０〜２０００ｍｇ／Ｌ、Ｓｒ濃度０．５〜１００ｍｇ／Ｌ程度の鉱山排水、排煙脱硫排水、下水や海水が混入した排水などが挙げられる。なお、Ｍｇ，Ｓｒは、その１モルをＣａＣＯ_３１モルとして換算される。

本発明では、前述のように、膜濾過装置での濾過層の固形化（スケーリング）に対する影響が特に大きい高硬度排水を原水として処理を行う場合において、その濾過層のスケーリングを有効に防止して、効率的な処理を行える。

原水に添加するアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができ、アルカリ剤の添加により反応槽１内の反応液のｐＨを１２〜１３に調整する。このｐＨが１２未満ではカルシウム、マグネシウムの溶解度が十分に低下せず、ｐＨ１３以上ではカルシウム、ストロンチウムの溶解度が再上昇し、ｐＨ１２〜１３の範囲外では十分な硬度成分の不溶化効果が得られない。

原水に添加する炭酸根とは、原水に添加されて炭酸イオンを生成させる物質であり、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムの炭酸塩の他、炭酸水素ナトリウム（重曹）や炭酸ガス等を用いることもできる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

原水に炭酸根を添加してアルカリ剤によりｐＨ１２〜１３に調整すると、以下の反応によって、原水に含まれるカルシウム及びストロンチウムは炭酸塩として、マグネシウムは水酸化物として不溶化して固体析出する。これらの固体濃度を高めたスラリーを汚泥と称す。
Ｃａ^２＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＣａＣＯ_３↓
Ｓｒ^２＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＳｒＣＯ_３↓
Ｍｇ^＋ ＋ ２ＯＨ⁻ → Ｍｇ（ＯＨ）_２↓

ここで、溶解性のカルシウムイオン及びストロンチウムイオンを飽和溶解度付近まで低下させるためには、炭酸イオンを、原水に含まれるカルシウムとストロンチウムの当量より過剰に溶解させる必要がある。このため、炭酸根の添加量は、原水中の硬度成分の反応当量、即ち、カルシウムとストロンチウムの反応当量に対してＣＯ_３換算で２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ過剰な量であることが好ましい。
炭酸根の添加量が上記範囲よりも少ないと、溶解性のカルシウムイオン及びストロンチウムイオンの濃度を飽和溶解度付近まで低下させることができない。一方、炭酸根を上記範囲より多く添加しても、溶解性のカルシウムイオン及びストロンチウムイオンのそれ以上の濃度低下は得られないため、不経済となる。また、それ以上の炭酸根の過剰添加を行うと、ストロンチウムの溶解度が上昇し、処理水中のストロンチウム濃度が増加してしまう。

反応槽１には、沈殿槽３の分離汚泥の一部が返送汚泥として循環されている。このように汚泥を循環させることで、反応槽１において、この循環汚泥が種汚泥となり、原水に含まれるカルシウム、ストロンチウム、マグネシウムが固体析出する際、種汚泥の粒子表面で固体析出反応が進行するため、汚泥粒子が粗大化し、汚泥の沈降性が大幅に改善される。そのため、後段の沈殿槽３における沈降汚泥の濃度が向上し、汚泥の減容化を図ることができる。また、汚泥粒子の表面反応を利用することで、得られる処理水中の溶解性イオン濃度は、飽和溶解度よりも更に低くすることができる。
これに対して、反応槽１に種汚泥を存在させないで、アルカリ剤と炭酸根を添加して析出反応を起こさせると、微細な固体粒子が発生し、沈降性の悪い汚泥となってしまい、汚泥濃縮による減容化が困難となる。

処理効率を損なうことなく、分離汚泥の循環による上記効果を有効に得るために、沈殿槽３の分離汚泥のうち、反応槽１に循環される返送汚泥量と系外へ引き抜く汚泥量との比（（返送汚泥濃度×返送流量）／（発生汚泥濃度×原水流量）、定常状態においては、返送汚泥量／引き抜き汚泥量、以下「汚泥返送比」と称す場合がある。）は５〜５０、特に１０〜４０とすることが好ましい。汚泥返送比が上記下限よりも少ないと、前述の種汚泥効果による汚泥の濃縮、減容化を十分に図ることができず、上記上限よりも多いと系内汚泥量が多くなり、処理効率の面で好ましくない。

反応槽１の反応液は次いで配管１６より凝集槽２に送給され、配管１７から凝集剤が添加されて凝集処理される。ここで用いる凝集剤としては、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミドの共重合物、及びそれらのアルカリ金属塩等の（メタ）アクリル酸系アニオン系高分子凝集剤が好ましく（ここで、「（メタ）アクリル」とは「アクリル及び／又はメタクリル」を意味する。）、その添加量は通常１〜１０ｍｇ／Ｌ、好ましくは２〜７ｍｇ／Ｌ程度である。

凝集槽２の凝集処理液は配管１８より沈殿槽３に送給されて固液分離され、沈殿槽３の底部から配管２０より抜き出された分離汚泥の一部は返送汚泥として配管１３より反応槽１に循環される。分離汚泥の残部は系外へ排出されるが、図１の処理装置では、汚泥濃縮槽６を設け、系外へ排出する汚泥を配管２１より汚泥濃縮槽６に導入し、ここで所定時間、例えば２〜１２時間程度保持して沈降分離することにより、汚泥の濃縮を図り、濃縮汚泥を配管２６より系外へ排出すると共に、上澄みを配管１５より反応槽１に循環する。
このように汚泥濃縮槽６を設けて沈殿槽３の分離汚泥を更に２〜１０倍程度濃縮することにより、汚泥の循環で濃縮、減容化された沈降性の高い沈殿槽３の分離汚泥を更に濃縮してより一層の汚泥の濃縮減容化を図ることができる。

なお、このように汚泥濃縮槽６を設ける場合であっても、前述の汚泥返送比とは、沈殿槽３から引き抜いた分離汚泥のうち、反応槽１へ返送される汚泥量と、汚泥濃縮槽６へ送給される汚泥量の比となる。

沈殿槽３の分離水（上澄水）である沈殿槽処理水は、配管１９、循環槽４、及び配管２２を経て膜濾過装置５に送給されて膜濾過され、濾過水が処理水として配管２３より系外へ排出される。
一方、膜濾過装置５の濃縮水は、配管２４から配管１４を経て一部が反応槽１へ、残部が配管２５を経て循環槽４にそれぞれ循環される。

膜濾過装置５の濾過膜としてはセラミック膜又は有機材料（有機化合物）膜を用いることができるが、凝集槽２において、凝集剤として高分子凝集剤を添加する場合は、セラミック膜が好ましい。即ち、有機系の膜では、沈殿槽処理水中の残留高分子凝集剤濃度が０．１ｍｇ／Ｌ程度であってもファウリングを起こすが、セラミック膜であれば残留高分子凝集剤濃度が０．５ｍｇ／Ｌでもファウリングを起こすことがない。なお、セラミック膜を用いる場合であっても高分子凝集剤によるファウリングをより確実に防止するために、沈殿槽処理水中の残存高分子凝集剤濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ以下となるように、前段の凝集槽２での凝集剤添加量を調整することが好ましい。

また、膜濾過装置５の濾過膜の有効孔径は５〜１００ｎｍ、特に５〜２０ｎｍ程度であることが、処理効率を損なうことなく、濁度ないしはＳＳ濃度の低い高水質の処理水を得る上で好ましい。

また、膜濾過装置５における膜濾過処理はクロスフロー濾過方式であることが、膜の目詰まりを防止して長期間安定に膜濾過処理を行う上で好ましく、その場合において、クロスフロー濾過の循環線速度（ＬＶ：Ｌｉｎｅａｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を０．５〜４ｍ／ｓｅｃ、特に０．５〜３ｍ／ｓｅｃ、濾過流速を５〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で処理を行うことが好ましい。循環線速度や濾過流速が上記下限未満では、形成される濾過層が厚くなり、濾過抵抗が増加してしまう。一方で、上記上限を超えると、循環ポンプの動力アップを招くことになる。なお、膜濾過装置はデッドエンド濾過装置としてもよく、その場合、濾過流速は３〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で処理を行うことが好ましい。

また、膜濾過装置５における沈殿槽処理水の濃縮倍率は５〜１００倍、特に５〜５０倍とすることが好ましい。濃縮倍率が５倍より低いと、循環流量の過剰な増加を招き、エネルギー消費が無駄になる。一方、濃縮倍率が１００倍より高いと、膜面でのスケーリングが起こり易くなる。

膜濾過装置５の濃縮水のうち、配管１４より反応槽１に循環する濃縮水量と、循環槽４に循環する濃縮水量との比には特に制限はなく、循環流速により決定される。

［第２の実施形態］
図２を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。

図２の高硬度排水の処理装置は、図１における反応槽１を第１反応槽１Ａと第２反応槽１Ｂとの２つの反応槽に分け、また、汚泥濃縮槽を省略した点が図１の高硬度排水の処理装置と異なり、その他の処理は同様に行われる。

図２の装置においては、原水を配管１１より第１反応槽１Ａに導入し、配管１２より炭酸根とアルカリ剤を添加すると共に、配管１３からの返送汚泥及び配管１４からの膜濾過装置５の濃縮水を添加して撹拌混合する。この第１反応槽１Ａでは、図１における反応槽１と同様に炭酸根が添加され、また、槽内の水のｐＨが１０．５〜１１．５となるようにアルカリ剤が添加される。第１反応槽１Ａの反応液は、配管１６Ａより第２反応槽１Ｂに送給され、更にアルカリ剤が添加されてｐＨ１２〜１３に調整される。

このような２段処理は、原水中に硬度成分としてカルシウム、ストロンチウム以外にマグネシウムを含有する場合に有効である。即ち、マグネシウムはアルカリ性で前述の通り水酸化物として固体析出するが、水酸化マグネシウムは、炭酸カルシウムや炭酸ストロンチウムと異なり、水素結合によって重合し易い性質を有している。そこで、第１反応槽１ＡでｐＨ１０．５〜１１．５となるようにｐＨ調整して反応させることにより、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムを析出させ、マグネシウムについては、一部遊離のマグネシウムを残留させ、第２反応槽１Ｂにおいて、ｐＨ１２〜１３にｐＨ調整して残留するマグネシウムを水酸化物とすることで、第１反応槽１Ｂで生成した固体粒子同士を凝集させる効果を与える。このような２段処理によって、更に沈降性の良い汚泥を形成させることができる。

図２の装置において、第２反応槽１Ｂの反応液は、配管１６Ｂより凝集槽２に送給され、以降は図１の装置と同様に処理が行われる。

［第３の実施形態］
図３を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。

図３の高硬度排水の処理装置は、汚泥調整槽７を設け、沈殿槽３からの返送汚泥を反応槽１ではなく、配管１３Ａを経てこの汚泥調整槽７に送給すると共に、原水に添加するアルカリ剤を反応槽１ではなく、汚泥調整槽７に添加して、汚泥とアルカリ剤とを混合し、アルカリ剤により改質した調整汚泥を配管１３Ｂより反応槽１に添加するようにし、また、汚泥濃縮槽を省略した点が図１の高硬度排水の処理装置と異なり、その他の処理は同様に行われる。

汚泥調整槽７では、調整された調整汚泥を反応槽１に添加することにより、反応槽１内の水のｐＨを１２〜１３に調整することができる程度の量のアルカリ剤が添加される。
このように、返送汚泥とアルカリ剤とを混合することにより、汚泥粒子の表面にアルカリ剤が吸着して汚泥が改質される。このように、汚泥を改質することにより、原水から持ち込まれるカルシウム、ストロンチウム、マグネシウムの固体析出反応を、返送汚泥を直接反応槽１に添加する場合に比べてより一層促進させることができ、汚泥粒子の粗大化を図ることができる。

図３の装置では、原水を配管１１より反応槽１に導入し、配管１２より図１における反応槽１と同様に炭酸根を添加すると共に、配管１３Ｂからの調整汚泥及び配管１４からの膜濾過装置５の濃縮水を添加してｐＨ１２〜１３に調整して反応させる。反応槽１の反応液は、配管１６より凝集槽２に送給され、以降は、図１の装置と同様に処理が行われる。

［第４の実施形態］
図４を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。

図４の高硬度排水の処理装置は、図３における反応槽１を、図２におけると同様に第１反応槽１Ａと第２反応槽１Ｂとの２つの反応槽に分けた点が、図３の高硬度排水の処理装置と異なり、その他の処理は同様に行われる。

図４の装置においては、原水を配管１１より第１反応槽１Ａに導入し、配管１２より炭酸根を添加すると共に、配管１３Ｂからの調整汚泥及び配管１４からの膜濾過装置５の濃縮水を添加して撹拌混合し、槽内の水のｐＨを１０．５〜１１．５に調整する。即ち、汚泥調整槽７においては、調整汚泥を第１反応槽１Ａに添加することで、第１反応槽１Ａ内の水のｐＨが１０．５〜１１．５となるようにアルカリ剤が添加される。第１反応槽１Ａの反応液は、配管１６Ａより第２反応槽１Ｂに送給され、更にアルカリ剤が添加されてｐＨ１２〜１３に調整される。
この２段処理により、前述の通り、更に沈降性の良い汚泥が形成される。

図４の装置において、第２反応槽１Ｂの反応液は、配管１６Ｂより凝集槽２に送給され、以降は、図１の装置と同様に処理が行われる。

なお、図１〜４に示す高硬度排水の処理装置は、本発明の高硬度排水の処理装置の実施の形態の一例であって、本発明は何ら図１〜４に示されるものに限定されるものではない。例えば、図１の装置において、更に反応槽１の前段に原水槽を設け、膜濾過装置５の濃縮水や汚泥濃縮槽６の上澄みをこの原水層に循環させてもよい。また、図２〜４の装置においても、図１の装置と同様に汚泥濃縮槽を設けることができる。

以下に実施例に代わる試験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［試験例１］
（１） 試験用模擬排水の調製
人口海水（富山製薬マリンアート）を純水に溶解し、更に、Ｃａ濃度が３００ｍｇ／ＬとなるようにＣａＣｌ_２を添加し、下記水質の模擬排水を調製した。
Ｎａ濃度：６，０００ｍｇ／Ｌ
Ｍｇ濃度：４００ｍｇ／Ｌ
Ｃａ濃度：３００ｍｇ／Ｌ
Ｓｒ濃度：２ｍｇ／Ｌ

（２） 試験装置
図３に示す構成の試験装置を用い、沈殿槽における固液分離までの処理を行った。各水槽の容積は以下の通りである。
反応槽：２５０ｍＬ
汚泥調整槽：５０ｍＬ
凝集槽：５０ｍＬ
沈殿槽：約３，０００ｍＬ

（３） 処理条件
上記（１）の試験用模擬排水を用い、上記（２）の試験装置で、以下の条件で試験を行った。
処理水流量：１Ｌ／ｈ
汚泥返送流量：０Ｌ／ｈ
汚泥返送比：３８
反応槽内ｐＨ：汚泥調整槽へのＮａＯＨ添加量を変え、ｐＨ１０〜１３の範囲で変化
させた。
炭酸根添加量：炭酸根としてＮａＣＯ_３を、以下の３条件で添加した。
Ｃａｓｅ１：８９５ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（５５ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）
Ｃａｓｅ２：１，０９５ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（１６８ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）
Ｃａｓｅ３：１，２９５ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（２８２ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）
（上記カッコ内の値は、模擬排水に含まれるＣａとＳｒがすべてＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３となるために必要な反応当量に対するＣＯ_３イオンの過剰添加量（以下「ＣＯ_３過剰量」と称す。）である。）
凝集剤添加量：高分子凝集剤として栗田工業（株）社製アニオン系高分子凝集剤「クリフロックＰＡ３３１」を３ｍｇ／Ｌ添加した。

（４） 結果
反応槽内ｐＨと沈殿槽処理水（沈殿槽分離水）のＣａ，Ｍｇ，Ｓｒ濃度との関係をそれぞれ図５〜図７に示す。
図５〜図７より、反応槽内のｐＨは１２〜１３が望ましいことが分かる。ｐＨ１２未満では、Ｃａ，Ｍｇの十分な除去率が得られない。また、ｐＨ１３を超えると、溶解性のＳｒ濃度が上昇するために好ましくない。

［試験例２］
試験例１において、反応槽内ｐＨを１２とし、ＮａＣＯ_３添加量を種々変えたこと以外は同様に試験を行った。
ＮａＣＯ_３添加量と沈殿槽処理水（沈殿槽分離水）のＣａ，Ｍｇ，Ｓｒ濃度との関係をそれぞれ図８〜図１０に示す。

図８〜図１０より明らかなように、本試験条件（原水Ｃａ濃度＝３００ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ濃度＝４００ｍｇ／Ｌ）では、Ｎａ_２ＣＯ_３の添加量が１２５０ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（ＣＯ_３過剰量２５６ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）以上の時、Ｃａ，Ｓｒ濃度が最低値を示し、これ以上の濃度でＮａ_２ＣＯ_３を添加しても、処理水中のＣａ及びＳｒの濃度に顕著な低下（処理水質改善）は見られなかった。
また、２３００ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（ＣＯ_３過剰量８５１ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）以上では、処理水中のＭｇ濃度が上昇し、好ましくない。この結果から、ＣＯ_３過剰量は、２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌの範囲が好ましいことが分かる。

［試験例３］
試験例１において、沈殿槽の分離汚泥を濃縮する汚泥濃縮槽（容量２００ｍＬ）を設け、反応槽内ｐＨをｐＨ１２．５、Ｎａ_２ＣＯ_３添加量を１２９５ｍｇ−Ｎａ_２ＣＯ_３／Ｌ（ＣＯ_３過剰量２８２ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ）として試験例１と同様に試験を行った。沈殿槽の分離汚泥濃度は３１０ｇ／Ｌであったが、この汚泥を汚泥濃縮槽で２４時間静置すると、汚泥濃度４６０ｇ／Ｌの濃縮汚泥が得られた。

本試験条件による長時間運転での沈殿槽処理水の硬度成分の溶解分濃度は、およそ以下の通りであった。
Ｃａ：１〜２ｍｇ／Ｌ
Ｍｇ：不検出〜０．２ｍｇ／Ｌ
Ｓｒ：０．０８〜０．２ｍｇ／Ｌ

本試験において、得られた濃縮汚泥の粒子径分布を図１１（ａ）に示す。
比較として、反応槽への汚泥循環を行わないこと以外は同様に処理を行った場合に得られた濃縮汚泥の粒子径分布を図１１（ｂ）に示す。
図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、汚泥循環を行うことによって、汚泥粒子の粒径が粗大化し、粒子径分布もシャープになることが分かる。

［試験例４］
試験例３で得られた沈殿槽処理水を、濾過有効孔径：２０ｎｍのセラミック膜を充填したクロスフロー式の膜濾過装置（セラミックフィルタ）を用いて、以下の条件で膜濾過を行い、膜の濾過流束（フラックス）を調べた。
なお、セラミックフィルタ入口の汚泥濃度の影響を確認するため、予め調製した汚泥を添加して、汚泥濃度を種々の値に調整した。
循環ＬＶ：Ｃａｓｅ１＝１ｍ／ｓ
Ｃａｓｅ２＝２ｍ／ｓ
Ｃａｓｅ３＝３ｍ／ｓ
濾過流速：６．５〜７．５ｍ^３／（ｍ^２・日）
バックパルス圧力：０．４５ＭＰａ
バックパルス頻度：１回／１５ｍｉｎ
濃縮倍率：１〜２０倍
チャンネル径：φ４ｍｍ

このときのセラミックフィルタの各循環ＬＶにおける濃縮汚泥濃度と換算フラックス（膜間差圧（ＴＭＰ：Ｔｒａｎｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を２５℃、０．１５ＭＰａに換算したフラックス）との関係を図１２に示す。

図１２のように、循環ＬＶ１〜３ｍ／ｓの範囲内において、濃縮汚泥濃度６００ｍｇ／Ｌ以下では、フラックスの顕著な低下は認められなかった。
即ち、汚泥粒子が粗大化してセラミックフィルタ表面に形成される濾過層の通水抵抗が低下していることと、被濾過水が沈殿槽処理水であることからセラミックフィルタへの汚泥負荷が軽減されていることから、フラックスを高く維持できていることが確認された。
なお、セラミックフィルタの処理水（濾過水）の硬度成分濃度は以下の通りであった。
Ｃａ：０．６〜０．７ｍｇ／Ｌ
Ｍｇ：不検出（＜０．０１ｍｇ／Ｌ）
Ｓｒ：不検出（＜０．０１ｍｇ／Ｌ）

比較のため、反応槽への汚泥循環を行わず、また、沈殿槽を設けず、凝集処理液を直接上記のクロスフロー式のセラミックフィルタに供給し、循環ＬＶ＝３ｍ／ｓｅｃで汚泥の濃縮と濾過を行った。
結果を図１３に示す。
図１３のように、濃縮汚泥濃度を上げると、フラックスは低下し、安定して維持できるフラックスは１．４ｍ^３／（ｍ^２・日）程度であった。

［試験例５］
試験例４において、凝集槽における凝集剤の添加量を変更し、セラミックフィルタの循環ＬＶ＝２ｍ／ｓｅｃ、濃縮汚泥濃度５００〜６００ｍｇ／Ｌの条件で、沈殿槽処理水に同伴される残留凝集剤濃度のセラミックフィルタへの影響を調べる試験を行った。沈殿槽処理水の残留凝集剤濃度と換算フラックス（膜間差圧を２５℃、０．１５ＭＰａに換算したフラックス）との関係を図１４に示す。前述の試験例１〜４における沈殿槽処理水への残留凝集剤濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ程度であったが、図１４より、残留凝集剤濃度が０．７ｍｇ／Ｌまで達しても、５ｍ^３／（ｍ^２・日）のフラックスを維持できることが分かる。

１ 反応槽
１Ａ 第１反応槽
１Ｂ 第２反応槽
２ 凝集槽
３ 沈殿槽
４ 循環槽
５ 膜濾過装置
６ 汚泥濃縮槽
７ 汚泥調整槽

Claims (22)

1. 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理装置であって、
   該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応槽と、
   該反応槽からの反応液を凝集処理する凝集槽と、
   該凝集槽からの凝集処理液を固液分離する沈殿槽と、
   該沈殿槽の分離汚泥の一部を前記反応槽に返送する汚泥返送手段と、
   該沈殿槽の分離水を膜濾過する膜濾過装置と、
   該膜濾過装置の濃縮水を前記反応槽に循環する濃縮水循環手段と、
   該膜濾過装置の透過水を処理水として取り出す処理水取出手段と、
   前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜く汚泥排出手段と
   を備えてなることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
2. 請求項１において、前記反応槽として、前記排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加して該排水のｐＨを１０．５〜１１．５に調整する第１の反応槽と、該第１の反応槽からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応槽とを有し、前記汚泥返送手段は、前記分離汚泥を該第１の反応槽に返送することを特徴とする高硬度排水の処理装置。
3. 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理装置であって、
   該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応槽と、
   該反応槽からの反応液を凝集処理する凝集槽と、
   該凝集槽からの凝集処理液を固液分離する沈殿槽と、
   該沈殿槽の分離汚泥の一部を受け入れ、該分離汚泥に前記排水に添加されるアルカリ剤の少なくとも一部を混合する汚泥調整槽と、
   該汚泥調整槽で調整された調整汚泥を前記反応槽に添加する調整汚泥添加手段と、
   前記沈殿槽の分離水を膜濾過する膜濾過装置と、
   該膜濾過装置の濃縮水を前記反応槽に循環する濃縮水循環手段と、
   該膜濾過装置の透過水を処理水として取り出す処理水取出手段と、
   前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜く汚泥排出手段と
   を備えてなることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
4. 請求項３において、前記反応槽として、前記排水に炭酸根を添加すると共に、前記汚泥調整槽からの調整汚泥を添加する第１の反応槽と、該第１の反応槽からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応槽とを有し、前記汚泥調整槽において、該第１の反応槽内の排水のｐＨが１０．５〜１１．５となるように前記分離汚泥にアルカリ剤が混合されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記反応槽に添加する炭酸根の添加量が、前記排水中の硬度成分の反応当量に対してＣＯ_３換算で２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ過剰な量であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記沈殿槽の分離汚泥のうち、前記反応槽又は汚泥調整槽に送給される汚泥量と系外へ引き抜く汚泥量との比（返送汚泥量／引き抜き汚泥量）が５〜５０であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記凝集槽において、アニオン系高分子凝集剤を添加して凝集処理することを特徴とする高硬度排水の処理装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有する膜濾過装置であり、濾過流速３〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
9. 請求項８において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有するクロスフロー濾過方式の膜濾過装置であり、循環線速度０．５〜４ｍ／ｓｅｃ、濾過流速５〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、前記膜濾過装置における濃縮倍率が５〜１００倍であることを特徴とする高硬度排水の処理装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、前記沈殿槽の分離汚泥の残部を受け入れる汚泥濃縮槽と該汚泥濃縮槽で沈降した濃縮汚泥を系外に排出する手段と、該汚泥濃縮槽の上澄みを前記反応槽に循環する手段を有することを特徴とする高硬度排水の処理装置。
12. 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理方法であって、
    該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応工程と、
    該反応工程からの反応液を凝集処理する凝集工程と、
    該凝集工程からの凝集処理液を沈殿槽で固液分離する固液分離工程と、
    該固液分離工程の分離汚泥の一部を前記反応工程に返送する汚泥返送工程と、
    該固液分離工程の分離水を膜濾過装置で膜濾過する膜濾過工程と、
    該膜濾過工程の濃縮水を前記反応工程に循環する濃縮水循環工程とを有し、
    該膜濾過工程の透過水を処理水として取り出すと共に、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜くことを特徴とする高硬度排水の処理方法。
13. 請求項１２において、前記反応工程として、前記排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加して該排水のｐＨを１０．５〜１１．５に調整する第１の反応工程と、該第１の反応工程からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応工程とを有し、前記汚泥返送工程は、前記分離汚泥を該第１の反応工程に返送する工程であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
14. 硬度成分を１００ｍｇ−ＣａＣＯ_３／Ｌ以上含有する高硬度排水の処理方法であって、
    該排水に炭酸根を添加すると共にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整することにより該排水中の硬度成分を析出させる反応工程と、
    該反応工程からの反応液を凝集処理する凝集工程と、
    該凝集工程からの凝集処理液を沈殿槽で固液分離する固液分離工程と、
    該固液分離工程の分離汚泥の一部に前記排水に添加されるアルカリ剤の少なくとも一部を混合する汚泥調整工程と、
    該汚泥調整工程で調整された調整汚泥を前記反応工程の排水に添加する調整汚泥添加工程と、
    該固液分離工程の分離水を膜濾過装置で膜濾過する膜濾過工程と、
    該膜濾過工程の濃縮水を前記反応工程に循環する濃縮水循環工程とを有し、
    該膜濾過工程の透過水を処理水として取り出すと共に、前記分離汚泥の残部を系外へ引き抜くことを特徴とする高硬度排水の処理方法。
15. 請求項１４において、前記反応工程として、前記排水に炭酸根を添加すると共に、前記汚泥調整工程からの調整汚泥を添加する第１の反応工程と、該第１の反応工程からの反応液にアルカリ剤を添加してｐＨ１２〜１３に調整する第２の反応工程とを有し、前記汚泥調整工程において、該第１の反応工程における排水のｐＨが１０．５〜１１．５となるように前記分離汚泥にアルカリ剤が混合されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
16. 請求項１２ないし１５のいずれか１項において、前記反応工程に添加する炭酸根の添加量が、前記排水中の硬度成分の反応当量に対してＣＯ_３換算で２５０〜８５０ｍｇ−ＣＯ_３／Ｌ過剰な量であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
17. 請求項１２ないし１６のいずれか１項において、前記固液分離工程の分離汚泥のうち、前記反応工程又は汚泥調整工程に送給される汚泥量と系外へ引き抜く汚泥量との比（返送汚泥量／引き抜き汚泥量）が５〜５０であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
18. 請求項１２ないし１７のいずれか１項において、前記凝集工程において、アニオン系高分子凝集剤を添加して凝集処理することを特徴とする高硬度排水の処理方法。
19. 請求項１２ないし１８のいずれか１項において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有する膜濾過装置であり、濾過流速３〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
20. 請求項１９において、前記膜濾過装置が、濾過膜として有効孔径５〜１００ｎｍの、セラミック膜又は有機材料膜を有するクロスフロー濾過方式の膜濾過装置であり、循環線速度０．５〜４ｍ／ｓｅｃ、濾過流速５〜８ｍ^３／（ｍ^２・日）で運転されることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
21. 請求項１２ないし２０のいずれか１項において、前記膜濾過装置における濃縮倍率が５〜１００倍であることを特徴とする高硬度排水の処理方法。
22. 請求項１２ないし２１のいずれか１項において、前記固液分離工程の分離汚泥の残部を濃縮する汚泥濃縮工程を有し、該汚泥濃縮工程で濃縮された濃縮汚泥を系外に排出すると共に、濃縮分離水を前記反応工程に循環することを特徴とする高硬度排水の処理方法。

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