JP2015231597A - 鉄鋼系廃水の処理方法 - Google Patents
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(上記式中の、R1、R2は、それぞれ独立にCH3又はC2H5を表し、R3は、H、CH3又はC2H5のいずれかを表す。X-は、アニオン性対イオンを表す。)
(2)粗大なSSと微細SSとが併存した廃水になる前の循環水に予め前記有機凝集剤を添加しておき、更にこの水を冷却水として使用することで、粗大なSSと微細SSとが併存し、且つ、流速が0.5m/秒以上で、乱流状態の水の中に前記有機凝集剤が共存する状態を生じさせることもできる。その場合における有機凝集剤の添加の位置の一例としては、粗大なSSと微細SSとが併存した廃水になる前の用水が、前記粗大なSSと微細SSとを、前記有機凝集剤の存在下、同一の処理で凝集沈降させて、これらを同時に除去処理した後に得られる処理水を、再び冷却水として循環使用する系において、有機凝集剤の添加を、直接冷却廃水等の使用基準を満たすまでに循環水の処理がなされた地点から、該循環水を使用する給水地点に至るまで、のいずれかの地点で行うことが挙げられる。
(上記式中の、R1、R2は、それぞれ独立にCH3又はC2H5を表し、R3は、H、CH3又はC2H5のいずれかを表す。X-は、アニオン性対イオンを表す。)
本発明で規定する懸濁物質の除去処理方法では、有機凝集剤の添加地点を工夫するだけで、廃水中の粗大なSSと微細なSSが有機凝集剤とよく混合されることで、微細な鉄粉や油と粒径の大きなスケールとが極めて速やかに凝集し、沈降させることができ、従来は、粗大な懸濁物質を処理するためのスケールピットでは除去できなかった微細な鉄粉や油も、スケールピット、またはそれに類する比較的小さい槽で沈殿分離でき、スケールピットの出側で、従来と同等或いはそれ以上のレベルまで懸濁物質の混入を低減した極めて清澄な処理水が得られるので、簡易且つ迅速な処理が可能になる。
上記の結果、従来の廃水中の微細なSSの除去処理において必要とされていた、沈殿池やろ過機、電磁フィルターといった、微細鉄粉や油の分離設備が不要となる。これに伴い、撹拌機や、ろ過機や電磁フィルターを使用した場合に必要となっていた逆流洗浄排水処理設備も不要となる。
また、本発明で規定する懸濁物質の除去処理方法では、無機凝集剤が不要となることから、そのためのタンクやポンプ、撹拌機、送液ライン等の設備も不要となる。
したがって、製鉄所において大量に発生する、粗大なSSと微細なSSとが共存している状態の廃水に対して、新たに懸濁物質の除去処理設備を建設する場合には、上記に関連した設備スペース、及び建設費が大幅に削減できる。
(2)維持管理費の縮小
本発明で規定する懸濁物質の除去処理方法では、沈殿池やろ過機が不要となり、スケールピットの出側から処理水を冷却塔へ直接送水できるため、必要なポンプの台数を減らすことができ、電気代を含む維持管理費が大幅に縮小できる。
(3)腐食の低減
本発明で規定する懸濁物質の除去処理方法では、無機凝集剤を必要としないため、ポリ塩化アルミニウムや、硫酸バンド等に代表される無機凝集剤に含まれる、腐食性陰イオンである、Cl-や、SO4 2-が処理水中に混入することを著しく低減できる。このため、凝集沈殿、及び冷却処理した処理水を、再度工場へ給水する場合、その配管系等、ならびに生産する鋼材表面の腐食を軽減することが可能となる。
(4)鉄スラッジのリサイクル促進
本発明で規定する懸濁物質の除去処理方法では、粗大なSSと微細なSSとを同一の処理で凝集沈降させたことによってスケールピットにおいて発生する、粒径の大きなスケール、微細な鉄粉、及び油からなるスラッジは、脱水性と濃縮性がよく、重量あたりの油含有率が小さいため、その運搬及びリサイクルが簡便にできる。
(5)カルシウムによるスケール析出の抑制
処理水を冷却水として循環使用した系内におけるカルシウムによるスケール析出が格段に抑制されるので、定期的に行っていた析出したカルシウムスケールの除去処理作業の回数を格段に低減できる。カルシウムスケールの除去処理作業は、製造装置の稼働を停止して行う必要があることから、生産効率の改善に繋がる。更に、カルシウムスケールによるスプレーチップやスプレーノズルの閉塞が生じると、良好な運転ができず、製品の品質の低下を招く恐れがあったことから、製品の品質維持にも寄与できる。なお、カルシウムスケールの問題は、スケール分散剤(スケール防止剤)を利用することによっても解決できるが、本発明によれば、薬剤にかかる費用を低減できる。
まず、粗大SSと微細SSとを同一の処理で凝集沈降させることの優位性について、下記のようにして確認試験を行った。検討には、図5に示した、実際の熱間圧延工程において発生する、スケールピット3への流入水を採水し、これを確認試験に使用した。具体的には、採水したスケールピット3流入水を2つに分け、一方のスケールピット流入水はそのままの状態で試験に用い、他方のスケールピット流入水は、その中の粒径50μm以上のSS(粗大SS)を除去したものを用いた。上記したそれぞれの水に対して、下記の有機凝集剤を同量添加してよく混合した後、複数の同じ形状の縦長の筒状容器内にそれぞれ同量ずつ入れて、一番長いもので20分間となるように静置させて、各時点における沈降状態を観察した。そして、沈降状態を客観的に評価するため、静置時間の異なる処理水を、筒状容器の底面から一定の高さから採水し、採水したそれぞれの水(処理水)について、JIS K0102に則して、SS濃度を分析した。試験には、前記した一般式(1)及び(2)で表される2種類のモノマーを必須成分として、それぞれ20モル%ずつ含む原料モノマーから誘導した、アクリルアミド/[2−(アクリロイルオキシ)エチル]ベンジルジメチルアンモニウム・クロリド/[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウム・クロリド共重合体(モル比=60/20/20)を主成分とするカチオン性のものを用いた。その重量平均分子量は1100万であり、pH7におけるカチオンコロイド当量値が1.2〜2.2meq/g程度であるものを用いた。N値は、1584万〜5324万である。
本参考例の概要を図1に示した。本参考例では、図1に示したように、連続鋳造工程において発生するスプレー系冷却廃水に対して、有機凝集剤2をスプレー系冷却廃水が流動していくスケールスルース1の最上流の部分で添加した。そして、スケールピット3で得た上澄み水を、電磁フィルター5で処理後に、冷却塔4で冷却し、再度、冷却水として使用した。本例では、有機凝集剤2として、前記した一般式(1)及び(2)で表される2種類のモノマーを必須成分として、それぞれ20モル%ずつ含む原料モノマーから誘導した、アクリルアミド/[2−(アクリロイルオキシ)エチル]ベンジルジメチルアンモニウム・クロリド/[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウム・クロリド共重合体(モル比=60/20/20)を主成分とするカチオン性のものを用いた。その重量平均分子量は1100万であり、pH7におけるカチオンコロイド当量値が1.2〜2.2meq/g程度であるものを用いた。そして、スケールスルース1内の廃水に対し、該有機凝集剤を、0mg/L(無添加、比較参考例)、1mg/L(参考例1)、2mg/L(参考例2)となるように連続添加した。なお、上記で処理したスプレー系冷却廃水における粗大SSと微細SSとの比(粗/微)は、その質量比で、5〜20程度であった。
図2に示した製鉄所の熱間圧延工場における実際のスプレー系冷却廃水に粗粒を加えて模擬試験用のサンプルとし、下記の試験を行った。具体的には、スプレー系冷却廃水に、スケールピットで沈降した粒径50μm以上の粗粒を5000mg/L加えたものを使用した。また、処理する際に、実施例1および比較例のいずれの場合も、上記で優位性を確認した、本発明で規定する、粗大SSと微細SSとを同一の処理で凝集沈降させる状態を実現するため、高速撹拌して処理を行った。実施例1と比較例1では、高速撹拌することで、粗大SSと微細SSとが併存し、且つ、流速が0.5m/秒以上で、乱流状態の水の中に、有機凝集剤が共存する状態を生じさせた。比較例2では、本発明を特徴づける有機凝集剤を添加しなかった。更に、実施例1と比較例2の処理試験では、撹拌処理する際のpHを8.3以下になるようにして処理を行った。すなわち、上記した模擬試験用サンプルを用いて、実施例1では本発明で規定する要件を満足する処理を行い、比較例1、2では、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない状態で処理を行って、本発明で規定する処理の顕著な効果を確認した。
上記した模擬試験用のサンプルに、有機凝集剤1mg/Lと硫酸2mg/Lとを添加し、撹拌機で30秒間高速撹拌した。撹拌停止後、オーバーフローレートが30m/hrとなるように水槽の中間層から処理水を採取し、その水質検査した。表1に示すように、そのpHは7.8であったことから、この例では、上記撹拌処理は、pHは7.8の条件で処理が行われたことになる。本実施例では、有機凝集剤として下記のものを用いた。前記した一般式(1)及び(2)で表される2種類のモノマーを必須成分として、それぞれ35モル%ずつ含む原料モノマーから誘導した、アクリルアミド/アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド共重合物(モル比=60/20/20)を主成分とするカチオン性のものを用いた。その重量平均分子量は800万であり、pH7におけるカチオンコロイド当量値が1.0〜2.1meq/gであるものを用いた。N値は、800万〜4851万となる。
上記した模擬試験用のサンプルに、実施例1で使用したと同様の有機凝集剤を用い、該
有機凝集剤を1mg/L添加し、撹拌機で30秒間高速撹拌した。撹拌停止後、オーバーフローレートが30m/hrとなるように水槽の中間層から処理水を採取し、その水質検査した。表1に示すように、そのpHは8.5であったことから、pHは8.5の条件で処理が行われた以外は、実施例1と同じ条件で上記撹拌処理を行ったことになる。
上記した模擬試験用のサンプルに、硫酸を2mg/L添加し、撹拌機で30秒間高速撹拌した。撹拌停止後、オーバーフローレートが30m/hrとなるように水槽の中間層から処理水を採取し、その水質検査した。表1に示すように、そのpHは7.8であったことから、この例では、上記撹拌処理は、実施例1と同様に、pH7.8の条件で処理が行われたことになる。
(水質分析結果−1)
実施例1、比較例1、2で処理を行って得た各処理水についての水質分析結果を表3に示した。
表4に示されているように、実施例1で処理した処理水と、比較例2で処理した処理水とでは、ランゲリア指数は同じ値を示したが、後述するように、本発明者らの詳細な検討によれば、実際の系において、両者を比較すると、配管等へのスケール付着の程度が全く異なるという事実を見出した。
上記した模擬試験用のサンプルを使用しての試験結果から、特に、製鉄所において大量に使用されている直接系冷却循環水に対し、本発明を適用することが有用であるとの結論をし、実際の系で、その効果を確認した。具体的には、図1に示したように、スケールピット3への無機凝集剤の添加をすることなく、スケールスルース1の最上流に、実施例1で使用したと同様の有機凝集剤2を3mg/Lの濃度となるように添加した。更に、実施例2では、硫酸を2mg/L程度添加して、循環する冷却水のpHが8.1となるようにした。これに対し、硫酸を添加しない比較例3では、循環する冷却水のpHは8.5程度であった。この状態で、2か月半連続運転したところ、図3に示したように、実施例2の効果は極めて著しいものであった。
本発明の鉄鋼系廃水の処理方法は、下記に挙げるように、従来方法と比べて格段に簡略化できるので、その経済的効果は著しく、その適用が期待される。本発明の鉄鋼系廃水の処理方法は、従来方法のように、粗大なSSと微細なSSとを分けて処理する必要がないので、使用する有機凝集剤の種類や量を低減でき、更には、微細な懸濁物質の凝集沈殿に要していた広大な沈殿槽を不要とすることも可能であり、また、凝集・沈降物が従来の処理によって得られたものと比較し、その処理が極めて簡便にでき、電磁フィルターやろ過機等の設備も不要とできる可能性があり、従来の処理方法を根底から覆し、これまで必要とされてきた設備や、これに伴う運転や維持管理が不要とでき、極めて経済的な処理が可能になるので、本発明の鉄鋼系廃水の処理方法は、極めて大きな経済的な効果をもたらすものと期待される。
また、本発明の処理方法で除去処理された、有機凝集剤と粗大なSSと微細なSSとが凝結・凝集してなる沈殿物(スケールスラッジ)は、取り扱い易く、クラム重機で浚渫することができ、しかも強固に凝結したものとなるので、当該作業の際における、上澄み液の水質への影響も小さく、これによって、沈殿物の処理が大幅に簡略化でき、さらには、この点でも極めて経済的な処理が可能になる。
本発明の鉄鋼系廃水の処理方法で規定する、カルシウムによるスケールの析出の抑制手段は、通常の処理水のpHを若干下げて8.3以下にするという極めて簡便なものであり、使用する薬剤の費用や労力がかからないのに対し、スケール析出の抑制効果は劇的なものであり、その利用が期待される。
本発明の鉄鋼系廃水の処理方法では、無機凝集剤を使用する必要がなく、従来の無機凝集剤を使用した方法において懸念されていた、処理水に混入した塩素イオン等による悪影響の問題も生じないので、この点からも極めて経済的である。
2:有機凝集剤
3:スケールピット
4:冷却塔
5:電磁フィルター
6:スプレー戻水(処理水A)
7:スプレー直送水(処理水B)
8:沈殿池
9:ろ過機
Claims (8)
- 懸濁物質を除去処理後の処理水を冷却水として使用する系の懸濁物質を含む鉄鋼系廃水の処理方法において、
少なくとも、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存し、且つ、流速が0.5m/秒以上で、乱流状態の水の中に、少なくとも1種の有機凝集剤が共存する状態を生じさせ、
前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とを同一の処理で凝集沈降させ、これらの懸濁物質を同時に除去し、
更に、少なくとも、懸濁物質を除去した後の処理水のpHが8.3以下となるようにすることで、該処理水を冷却水として循環使用した系内におけるカルシウムによるスケール析出を抑制するように構成したことを特徴とする鉄鋼系廃水の処理方法。 - 前記鉄鋼系廃水が、前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とを同一の処理で凝集沈降させてこれらの懸濁物を除去した後に、処理水を、直接系冷却循環水として使用する系のものであり、
前記有機凝集剤を、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存している廃水が発生する地点から、該廃水を浄化するための水処理設備の入口付近に至るまでのいずれかの地点で廃水に添加し、且つ、前記直接系冷却循環水はスケール分散剤を含まない請求項1に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。 - 前記有機凝集剤の添加量が0.1mg/L以上であり、且つ、前記pHが、7.0以上8.3以下である請求項1又は2に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。
- 前記pHが、7.5以上8.1以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。
- 前記粗大な懸濁物質が、粒径が50μm以上のものであり、前記微細な懸濁物質が、粒径が50μmに満たないものであり、且つ、これらの物質の併存状態が、微細な懸濁物質濃度に対する粗大な懸濁物質濃度の比(粗/微)が、その質量比で0.5以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。
- 前記乱流状態の水のレイノズル数が、8000以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の廃水中の鉄鋼系廃水の処理方法。
- 前記有機凝集剤が、下記一般式(1)、下記一般式(2)で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として5モル%以上含む原料モノマーから誘導されるカチオン性又は両性の共重合体を主成分としてなり、該共重合体の重量平均分子量とpH7におけるカチオンコロイド当量の2乗を乗じた値をNとした場合に、N値が500万〜6000万である請求項1〜6のいずれか1項に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。
(上記式中の、R1、R2は、それぞれ独立にCH3又はC2H5を表し、R3は、H、CH3又はC2H5のいずれかを表す。X-は、アニオン性対イオンを表す。) - 前記有機凝集剤が、さらに、重量平均分子量が200万〜1300万で、且つ、pH7におけるカチオンコロイド当量が0.7〜4.1である請求項7に記載の鉄鋼系廃水の処理方法。
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