JP2020081951A

JP2020081951A - 水処理方法および水処理装置

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Publication number: JP2020081951A
Application number: JP2018219078A
Authority: JP
Inventors: 祐司島村; Yuji Shimamura
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-22
Also published as: JP7189744B2

Abstract

【課題】マグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減するとともに、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができる水処理方法および水処理装置を提供する。【解決手段】除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、除去対象物質の不溶化物を生成する反応工程を行う反応装置１０と、反応工程で生成した不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、不溶化物を凝集させる凝集工程を行う凝集装置１２と、凝集工程で生成した汚泥を固液分離する固液分離工程を行う沈殿槽１４と、備え、凝集剤は、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲である水処理方法および水処理装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウム剤を用いて、ホウ素等の除去対象物質を含有する水を処理する水処理方法および水処理装置に関する。

各種産業で排出されるホウ素、フッ素、セレン、重金属、懸濁物質等の物質を高い濃度で含む排水は、それらの物質を排水基準以下まで処理して放流する必要がある。例えば、石炭を燃焼して発電等を行う発電設備では、排ガスを浄化するための脱硫設備が設置され、例えば、アルカリ剤を溶解させた水により、排ガス中の硫黄分や集塵機で除去されなかった煤塵等を除去している。硫黄分や煤塵等を吸収した水は適宜、脱硫設備から脱硫排水として排出され、排水基準以下にまで処理されて海洋等に放流される。

この脱硫排水には、通常、石炭等に含まれるホウ素、フッ素、セレン、重金属（鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、ニッケル等）等が含有される。中でもホウ素は、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）等として高い濃度で含有されることがあり、２００〜５００ｍｇ−Ｂ／Ｌ程度存在することもある。

ホウ素およびフッ素を対象とした水処理では、マグネシウム剤として酸化マグネシウムを添加し、これらの物質を不溶化して、不溶化物を含む汚泥を固液分離することで、被処理水からこれらの物質を分離する方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、この方法で処理された処理水中には、酸化マグネシウムの微粒子、不溶化された処理対象物質の微粒子、排水中に元から含有されている懸濁物質等、沈殿速度が遅い成分が含まれるため、上澄水に濁度成分が残存することがある。そこで、上澄水の濁度低減を目的として、処理水に凝集剤が添加される。

特開２００５−００１９４９号公報

しかしながら、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、マグネシウム剤を含む汚泥は比較的重く、特に粗大化された汚泥は沈殿性が高過ぎるため、撹拌を行っても凝集槽の下部に滞留してしまい、凝集槽からの排出が困難になる点が課題として見出された。

本発明の目的は、マグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減するとともに、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができる水処理方法および水処理装置を提供することにある。

本発明は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応工程と、前記反応工程で生成した前記不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、前記不溶化物を凝集させる凝集工程と、前記凝集工程で生成した汚泥を固液分離する固液分離工程と、を含み、前記凝集剤は、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲である、水処理方法である。

前記水処理方法において、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物、水酸化マグネシウム、およびこれらの焼成物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記水処理方法において、前記除去対象物質は、ホウ素、フッ素、セレン、および重金属のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記水処理方法において、前記凝集剤は、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、およびポリアミジンのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

また、本発明は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段と、前記反応手段で生成した前記不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、前記不溶化物を凝集させる凝集手段と、前記凝集手段で生成した汚泥を固液分離する固液分離手段と、を備え、前記凝集剤は、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲である、水処理装置である。

前記水処理装置において、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物、水酸化マグネシウム、およびこれらの焼成物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記水処理装置において、前記除去対象物質は、ホウ素、フッ素、セレン、および重金属のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記水処理装置において、前記凝集剤は、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、およびポリアミジンのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

本発明によれば、マグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減するとともに、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができる水処理方法および水処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る連続式の水処理装置の一例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る回分式の水処理装置の一例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る連続式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１の水処理装置１は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段として、反応装置１０と、反応装置１０で生成した不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、不溶化物を凝集させる凝集手段として、凝集装置１２と、凝集装置１２で生成した汚泥を固液分離する固液分離手段として、沈殿槽１４とを備える。

反応装置１０は、反応槽１６と、マグネシウム剤添加ライン１８とを備える。反応槽１６には、モータ等の回転駆動手段および撹拌羽根等を有する撹拌手段である撹拌装置２０が設置されている。

凝集装置１２は、凝集槽２２と、凝集剤添加ライン２４とを備える。凝集槽２２には、モータ等の回転駆動手段および撹拌羽根等を有する撹拌手段である撹拌装置２６が設置されている。

図１の水処理装置１において、反応槽１６の被処理水入口には、被処理水流入ライン２８が接続されている。反応槽１６の薬剤入口には、マグネシウム剤添加ライン１８が接続されている。反応槽１６の反応水出口には、反応水排出ライン３０の一端が接続され、凝集槽２２の反応水入口には、反応水排出ライン３０の他端が接続されている。凝集槽２２の凝集水出口には、凝集水排出ライン３２の一端が接続され、沈殿槽１４の凝集水入口には、凝集水排出ライン３２の他端が接続されている。凝集槽２２の薬剤入口には、凝集剤添加ライン２４が接続されている。沈殿槽１４の処理水出口には、処理水排出ライン３４が接続されている。沈殿槽１４の汚泥出口には、汚泥排出ライン３６が接続されている。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１の動作について説明する。

除去対象物質を含む被処理水は、被処理水流入ライン２８を通して反応槽１６に供給されるとともに、マグネシウム剤がマグネシウム剤添加ライン１８を通して反応槽１６に供給される。反応槽１６において被処理水およびマグネシウム剤は、撹拌装置２０により撹拌され、被処理水中の除去対象物質がマグネシウム剤によって不溶化され、不溶化物が生成される（反応工程）。

反応槽１６の不溶化物を含む反応水は、反応水排出ライン３０を通して凝集槽２２に供給されるとともに、凝集剤が凝集剤添加ライン２４を通して凝集槽２２に供給される。凝集槽２２において不溶化物および凝集剤は、撹拌装置２６により撹拌され、反応水中の不溶化物が凝集剤によって凝集され、汚泥が生成される（凝集工程）。

凝集槽２２の汚泥を含む凝集水は、凝集水排出ライン３２を通して沈殿槽１４に供給される。沈殿槽１４において、処理水と汚泥とに固液分離される（固液分離工程）。固液分離された処理水は、処理水排出ライン３４を通して系外へ排出される。固液分離された汚泥は、汚泥排出ライン３６を通して系外へ排出される。

図１に示す水処理装置１は、１槽の反応槽１６を有するが、反応槽の数は１槽に限定されるものではなく、直列２段以上の反応槽でもよい。また、水処理装置１は、１槽の反応槽１６と１槽の凝集槽２２とを有するが、１槽の反応槽にマグネシウム剤とともに凝集剤も添加し、除去対象物質の不溶化とともに不溶化物の凝集の役割を反応槽に担わせてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係る回分式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図２の水処理装置２は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段、生成した不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、不溶化物を凝集させる凝集手段、生成した汚泥を固液分離する固液分離手段として、回分式反応装置４０を備える。

回分式反応装置４０は、反応槽４４と、マグネシウム剤添加ライン４６と、凝集剤添加ライン４８とを備える。反応槽４４には、モータ等の回転駆動手段および撹拌羽根等を有する撹拌手段である撹拌装置５０が設置されている。

図２の水処理装置２において、反応槽４４の被処理水入口には、被処理水流入ライン５２が接続されている。反応槽４４の薬剤入口には、マグネシウム剤添加ライン４６、凝集剤添加ライン４８がそれぞれ接続されている。反応槽４４の処理水出口には、処理水排出ライン５４が接続され、汚泥出口には、汚泥排出ライン５６が接続されている。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置２の動作について説明する。

除去対象物質を含む被処理水は、被処理水流入ライン５２を通して反応槽４４に供給された後、マグネシウム剤がマグネシウム剤添加ライン４６を通して反応槽４４に供給される。反応槽４４において被処理水およびマグネシウム剤は、撹拌装置５０により撹拌され、被処理水中の除去対象物質がマグネシウム剤によって不溶化され、不溶化物が生成される（反応工程）。

次に、凝集剤が凝集剤添加ライン４８を通して反応槽４４に供給される。反応槽４４において不溶化物および凝集剤は、撹拌装置５０により撹拌され、反応水中の不溶化物が凝集剤によって凝集され、汚泥が生成される（凝集工程）。

次に、撹拌装置５０が停止され、反応槽４４において、処理水と汚泥とに固液分離される（固液分離工程）。固液分離され、底部に堆積した汚泥は、汚泥排出ライン５６を通して系外へ排出される。汚泥排出後、反応槽４４内の固液分離された処理水は、処理水排出ライン５４を通して系外へ排出される。

以下、本実施形態に係る水処理方法および水処理装置で用いられるマグネシウム剤および凝集剤について詳述する。

図１に示す水処理装置１、図２に示す水処理装置２で用いられるマグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物の焼成物、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウムの焼成物のうち少なくとも１つを含む。

マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物としては、例えば、塩基性炭酸マグネシウム（ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ）、マグネサイト（炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物）およびドロマイト（炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムとを主成分とする鉱物）等が挙げられる。なお、塩基性炭酸マグネシウムは、Ｍｇ（ＯＨ）_２に対し、ｍが３〜５、ｎが３〜７となるものである。また、水酸化マグネシウムとしては、例えば、ブルーサイトのような水酸化マグネシウムを主成分とする鉱物も含む。

本実施形態で用いられるマグネシウム剤は、水中に添加されると、一部は溶解してマグネシウムイオンと水酸化物イオンとなり、被処理水のｐＨが高くなる。このとき、マグネシウムイオンと不溶化物を形成して共沈する物質は、上記マグネシウム剤による除去対象物質となる。また、被処理水のｐＨが高くなり、マグネシウムイオンと水酸化物イオンとが水酸化マグネシウムの不溶化物を形成するが、この不溶化物に吸着する物質も除去対象物質となる。すなわち、被処理水に含まれる除去対象物質としては、上記マグネシウム剤と不溶化物を形成したり、水酸化マグネシウムに吸着して不溶化されたりするものであればよく、特に制限はないが、ホウ素（例えば、ホウ酸イオン）、フッ素（例えば、フッ化物イオン）、セレン、および重金属（例えば、鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、ニッケル等）のうち少なくとも１つを含むことが好ましく、ホウ素、フッ素、セレン、および重金属のうち少なくとも１つを含むことがより好ましい。

本実施形態のマグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減し、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができる凝集剤としては、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲である、正荷電を有するカチオン性高分子凝集剤である。カチオン性の高分子凝集剤の中でも、コロイド当量値は、＋０．５〜＋５．５ｍｅｑ／ｇの範囲であることが好ましく、＋１．０〜＋５．５ｍｅｑ／ｇの範囲であることがより好ましく、＋１．８〜＋５．５ｍｅｑ／ｇの範囲であることがさらに好ましく、＋５．０〜＋５．５ｍｅｑ／ｇの範囲であることが特に好ましい。重量平均分子量は、１００万〜１０００万の範囲であることが好ましく、３００万〜９００万の範囲であることがより好ましい。

コロイド当量値とは、化合物中における電荷の強さを表す指標であり、数値の絶対値が大きくなるほど電荷の強い化合物となる。コロイド当量値は、コロイド滴定法によって求められる。具体的には、カチオン性化合物のコロイド当量値を測定する場合は、薬剤を分散させた水溶液をポリビニル硫酸カリウム溶液で滴定する。滴定時の溶液ｐＨは４〜１０とする。

高分子凝集剤の重量平均分子量は、高速液体クロマトグラフィ装置（東ソー株式会社製、ＨＬＣ−８３２０ＧＰＣ）を用いてゲル浸透クロマトグラフィにより測定することができる。

このようなカチオン性高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、およびポリアミジン等が挙げられる。

本実施形態のマグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減し、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができれば、上記カチオン性高分子凝集剤に加えて、無機凝集剤、有機凝結剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤および両性高分子凝集剤のうち少なくとも１つを組み合わせて使用してもよい。

無機凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系無機凝集剤、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられる。

有機凝結剤としては、ポリエチレンイミン、ジメチルアミン・エピクロロヒドリン・アンモニア縮合物、ジメチルアミン・エピクロロヒドリン・エチレンジアミン縮合物、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ジシアンジアミン・ホルムアルデヒド縮合物等が挙げられる。

アニオン性高分子凝集剤およびノニオン性高分子凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミドプロパンスルフォン酸ナトリウム等が挙げられる。

以下に、本実施形態に係る水処理方法および水処理装置における水処理条件等について説明する。

被処理水は、上記の除去対象物質のうちの少なくとも１つを含む水であればよく、特に制限はない。被処理水としては、処理後に公共共用水域等へ放流することを前提とした水、または、利用後に逆浸透膜等の精製手段を用いて溶解性物質を除去して再利用することを前提とした水でもよい。前者の例としては、石炭火力発電の脱硫排水やめっき排水、ガラス製造排水等が挙げられる。後者の場合、各種産業工場での水回収システム内の水が対象となり、逆浸透膜工程の前段で本実施形態に係る水処理方法が実施され、逆浸透膜の閉塞の原因となる物質等を低減することが主な目的となる。なお、本実施形態に係る水処理方法で用いられるマグネシウム剤は、水中の懸濁物質を凝集することができるため、被処理水には、除去対象物質以外の懸濁物質を含んでもよい。

被処理水中の除去対象物質の含有量は、例えば、０．０１〜７５ｍｍｏｌ／Ｌの範囲であり、懸濁物質の含有量は、例えば、５０〜１，０００ｍｇ／Ｌの範囲である。

被処理水中のホウ素の含有量は、例えば、１０ｍｇ／Ｌ〜８００ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは２０ｍｇ／Ｌ〜５００ｍｇ／Ｌの範囲であり、より好ましくは１００ｍｇ／Ｌ〜５００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中のフッ素の含有量は、例えば、１５ｍｇ／Ｌ〜９５０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは２０ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中のセレンの含有量は、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ〜５ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中の重金属の含有量は、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌの範囲である。

反応工程におけるマグネシウム剤の添加量は、被処理水中の除去対象物質の種類、濃度、および要求される処理水質（対象物質除去率）、共存物質等により異なるが、例えば、１ｇ／Ｌ以上、好ましくは３ｇ／Ｌ以上、より好ましくは５ｇ／Ｌ以上である。また、マグネシウム剤の添加により被処理水のｐＨは上昇するが、反応工程における被処理水のｐＨが、例えば８以上、好ましくは９以上、より好ましくは１０以上になる量を添加するのがよい。

反応工程における反応温度は、例えば、被処理水が０℃以上で凍結しなければよいが、温度が高いほど除去対象物質の除去性能は良く、好ましくは１５℃以上であり、より好ましくは２０〜４０℃の範囲である。

反応工程における反応時間は、除去対象物質の不溶化が十分に行わればよく、特に制限はないが、例えば、１分〜７２０分の範囲、好ましくは１０〜１２０分の範囲である。

凝集工程における高分子凝集剤の添加量は、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌの範囲であり、０．１ｍｇ／Ｌ〜５ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。高分子凝集剤の添加量が０．１ｍｇ／Ｌ未満であると、凝集が不十分となる場合があり、１０ｍｇ／Ｌを超えると、凝集工程において汚泥滞留が発生する場合がある。

凝集工程における凝集温度は、例えば、反応水が０℃以上で凍結しなければよいが、好ましくは１５℃以上であり、より好ましくは２０〜４０℃の範囲である。

凝集工程における凝集時間は、不溶化物の凝集が十分に行わればよく、特に制限はないが、例えば、１分〜１０分の範囲、好ましくは３〜５分の範囲である。

凝集工程における撹拌速度は、不溶化物の凝集が十分に行わればよく、特に制限はないが、例えば、３０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲、好ましくは４０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍの範囲である。

凝集工程における汚泥滞留は、槽内のＳＳ濃度が高い方が発生しやすく、ＳＳ濃度は４０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。

固液分離工程における固液分離方法としては、凝集物と処理水とを分離できる方法であればよく、特に制限はない。連続式の水処理装置の場合には、沈殿槽を用いた自然沈殿処理以外に、遠心分離器等を用いた強制沈殿処理、気泡を供給する浮上分離処理、精密濾過膜等による膜ろ過処理等でもよい。回分式の水処理装置の場合には、反応槽内での自然沈降処理が望ましい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置により得られる処理水において、除去対象物質の含有量は、例えば、２５ｍｍｏｌ／Ｌ以下であり、懸濁物質の含有量は、例えば、２０ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。

処理水中のホウ素、フッ素、セレン、重金属の含有量は、それぞれ、例えば、２５０ｍｇ／Ｌ以下、２０ｍｇ／Ｌ以下、１ｍｇ／Ｌ以下、０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
ここでは、被処理水として、石炭火力発電所の脱硫排水を用いて、以下の手順で処理を行った。上記脱硫排水は懸濁物質、ホウ素、フッ素、セレン、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、亜鉛、カドミウムおよび水銀を含有していた。被処理水中のホウ素、フッ素、セレン、および重金属の含有量は、それぞれ７００ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ、重金属（例えばマンガン）は１０ｍｇ／Ｌであった。ホウ素は、アゾメチンＨ吸光光度法（ＪＩＳＫ０１０２）、フッ素は、ランタン―アリザリンコンプレキソン吸光光度法（ＪＩＳＫ０１０２）、セレンと重金属は、ＩＣＰ質量分析法（ＪＩＳＫ０１０２）によりそれぞれ含有量を測定した。

上記脱硫排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、水酸化マグネシウムの焼成物である市販されている酸化マグネシウムを５ｇ／Ｌ（被処理水のｐＨが９以上となる量）添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌した。撹拌終了後、処理水にコロイド当量値＋５．０ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量３００万のジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマであるカチオン性高分子凝集剤Ａを１ｍｇ／Ｌ添加し、１５０ｒｐｍの回転速度で１分間、４０ｒｐｍの回転速度で３分間撹拌した。４０ｒｐｍの回転速度で撹拌中の水面高さと汚泥流動高さから汚泥分散度を以下の式から算出した。汚泥分散度が高い程、汚泥の分散性が良く、凝集工程において汚泥滞留を抑制しやすいことを示す。なお、水面高さはガラスビーカー底面から水面までの高さ、汚泥流動高さはガラスビーカー底面から汚泥が流動する界面までの高さである。撹拌終了後、処理水を５分間静置し、処理水の濁度を測定した。濁度は濁度計（日本電色株式会社製、ＷａｔｅｒＡｎａｌｙｚｅｒ２０００Ｎ）を用いて測定した。結果を表１に示す。
汚泥分散度（％）＝汚泥流動高さ÷水面高さ×１００

凝集剤のコロイド当量値は、ポリビニル硫酸カリウム溶液を用いてコロイド滴定法によって求めた。具体的には、カチオン性高分子凝集剤のコロイド当量値を測定する場合は、１００ｍＬコニカルビーカに凝集剤を１．６７ｇ採取し、純水を９８．３ｍＬ加えて撹拌した。そして、塩酸を添加してｐＨ４に調整して１分間撹拌した。撹拌後、トルイジンブルー指示薬（富士フイルム和光純薬株式会社製、コロイド滴定用）を２〜３滴加えて撹拌し、Ｎ／４００のポリビニル硫酸カリウム（富士フイルム和光純薬株式会社製、コロイド滴定用、分子量（１６２．２１）ｎ）溶液で滴定した。検水が青から赤紫色に変色してから１０秒以上保持する点を終点とした。

また、アニオン性高分子凝集剤のコロイド当量値を測定する場合は、１００ｍＬコニカルビーカに純水を９５ｍＬおよびＮ／２００のメチルグリコールキトサン（富士フイルム和光純薬株式会社製、コロイド滴定用、分子量（３７５．２０）ｎ）を５ｍＬ加え、０．１Ｎの苛性ソーダ溶液を添加して１分間撹拌した。そして、凝集剤を１．６７ｇ加えて５分間撹拌した。撹拌後、トルイジンブルー指示薬を２〜３滴加えて撹拌し、Ｎ／４００のポリビニル硫酸カリウム溶液で上記と同様に滴定した。

＜実施例２＞
コロイド当量値＋３．２ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量５００万のジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドの共重合物であるカチオン性高分子凝集剤Ｂを用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

＜実施例３＞
コロイド当量値＋１．８ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量８００万のジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドの共重合物であるカチオン性高分子凝集剤Ｃを用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

＜実施例４＞
コロイド当量値＋４．５ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量８５０万のジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドの共重合物であるカチオン性高分子凝集剤Ｄを用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
高分子凝集剤を添加しなかったこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

＜比較例２＞
コロイド当量値−１．４ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量１７００万のアニオン性高分子凝集剤Ｅを用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

＜比較例３＞
コロイド当量値−５．１ｍｅｑ／ｇ、重量平均分子量１８００万のアニオン性高分子凝集剤Ｆを用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。結果を表１に示す。

表１に示すように、カチオン性高分子凝集剤を添加した実施例１，２，３および４の上澄水の濁度はそれぞれ２１度、４２度、３９度および４２度であり、コロイド当量値が＋５．０ｍｅｑ／ｇの高分子凝集剤Ａが最も良好であった。一方、高分子凝集剤を添加しなかった比較例１の上澄水濁度は９５度であった。この結果から、カチオン性高分子凝集剤は処理水の濁度低減に効果的であると言える。また、汚泥分散度はいずれのカチオン性高分子凝集剤においても１００％であり、汚泥滞留の発生は見られなかった。

一方、アニオン性高分子凝集剤を添加した比較例２および３の上澄水濁度はそれぞれ１２度および２０度であり、カチオン性高分子凝集剤と同様に処理水の濁度低減に効果的であった。しかし、それぞれの汚泥分散度は２２％および３３％であり、凝集工程において汚泥滞留が発生した。

以上の結果から、マグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度低減と凝集工程における汚泥滞留抑制を両立できるカチオン性高分子凝集剤が適していると言える。カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の重量平均分子量を比較すると、前者は３００万〜８５０万であるのに対して、後者は１７００万〜１８００万であった。よって、高分子量の凝集剤は、沈殿性が高い汚泥を形成しやすく、マグネシウム剤を用いる水処理には適さないと言える。

＜実施例５＞
上記脱硫排水３００ｍＬに酸化マグネシウムを１２ｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１８０分間撹拌した。その後の試験は実施例１と同様に行った。また、処理水中のホウ素の含有量は、前記した方法により測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、酸化マグネシウムおよび高分子凝集剤Ａを添加した処理水の上澄水濁度は１０度、汚泥分散度は１００％、ホウ素は１７０ｍｇ／Ｌであった。この結果から、実施例の方法は、処理水濁度を良好に低減し、凝集工程における汚泥滞留を抑制し、さらにホウ素も良好に処理可能であると言える。

このように、実施例の方法により、マグネシウム剤を用いる水処理において、処理水の濁度を低減するとともに、凝集工程における汚泥滞留を抑制することができた。

１，２水処理装置、１０反応装置、１２凝集装置、１４沈殿槽、１６，４４反応槽、１８，４６マグネシウム剤添加ライン、２０，２６，５０撹拌装置、２２凝集槽、２４，４８凝集剤添加ライン、２８，５２被処理水流入ライン、３０反応水排出ライン、３２凝集水排出ライン、３４，５４処理水排出ライン、３６，５６汚泥排出ライン、４０回分式反応装置。

Claims

除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応工程と、
前記反応工程で生成した前記不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、前記不溶化物を凝集させる凝集工程と、
前記凝集工程で生成した汚泥を固液分離する固液分離工程と、
を含み、
前記凝集剤は、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲であることを特徴とする水処理方法。
請求項１に記載の水処理方法であって、
前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物、水酸化マグネシウム、およびこれらの焼成物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする水処理方法。
請求項１または２に記載の水処理方法であって、
前記除去対象物質は、ホウ素、フッ素、セレン、および重金属のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする記載の水処理方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理方法であって、
前記凝集剤は、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、およびポリアミジンのうち少なくとも１つを含むこと特徴とする水処理方法。
除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段と、
前記反応手段で生成した前記不溶化物を含む反応水に凝集剤を添加し、前記不溶化物を凝集させる凝集手段と、
前記凝集手段で生成した汚泥を固液分離する固液分離手段と、
を備え、
前記凝集剤は、コロイド当量値が＋０．５ｍｅｑ／ｇ以上であり、かつ、重量平均分子量が１００万〜１０００万未満の範囲であることを特徴とする水処理装置。
請求項５に記載の水処理装置であって、
前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸とを主成分とする化合物、水酸化マグネシウム、およびこれらの焼成物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする水処理装置。
請求項５または６に記載の水処理装置であって、
前記除去対象物質は、ホウ素、フッ素、セレン、および重金属のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする水処理装置。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の水処理装置であって、
前記凝集剤は、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩とアクリルアミドとの共重合物、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩化メチル４級塩のホモポリマ、およびポリアミジンのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする水処理装置。