JP4704297B2 - 凝集方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚濁水中の懸濁物質の凝集方法、特に、ＰＣＢの凝集方法に関するものである。

猛毒の物質、例えばポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）、砒素、めっき排水に含まれる６化クロム等は僅かな量といえども外部に漏れて、土壌汚染、河川の水質汚染を招くことは許されない。しかしながら、不幸にして外部に漏れ出した上記猛毒物質を回収する安価で有効な方法はなく、唯一の実績のある処理として、鐘淵化学の高砂工場の高温処理がある。しかしながらこの方法は大掛かりでコスト高となり、しかも、集積されたＰＣＢを焼却処理しているのみであり、地表や河川に流出したＰＣＢを回収処理できる方法ではない。例えば、冷却剤として塩化ビフェニールを使用した電力用トランスが多数残存している。平成１８年３月鳥取県で電柱が土砂崩れで倒れて破損し、トランスの内部に充填されたＰＣＢが周囲に漏れ出した事件がある。このように、上記の焼却法は地表や河川に流れ出したＰＣＢの更なる滲み出し、流出を抑えなければいけないような場合に適用できる方法ではない。

猛毒物質を例にしたが、染色排水、土木排水、下水、あるいは工場廃液に大量に含まれる微細浮遊物質（SS）は水中浮遊物となって河川や海に廃棄されて公害の原因となっている。そこで最近では上記土木廃液等は該水中浮遊物や溶解物質が基準の濃度以下になるように処理してから廃棄されているが、その処理に要する時間と費用は莫大なものとなっている。

例えば、染色工場の排水は、溶解色素の除去が非常に困難であり、現在のところ、排水を一旦貯水槽に溜めて、活性炭、バイオ処理で脱色すると共に、ＢＯＤ、ＣＯＤが基準値以下になるように処理して排水するようにしている。

製紙工場よりの排水には紙表面を滑らかにするために汎用されている酸化チタンの微粒粉あるいは、パルプ繊維の微粒粉が含まれている。これらの微粒粉を除去するために、一旦貯水槽に溜めて有機系あるいは無機系の凝集剤を添加し、凝集、沈澱させてから排水するようにしている。

下水処理では被処理液に有機凝集剤を投入し、大容量の沈殿槽に長時間滞留させて懸濁物質を沈殿させ、必要に応じて活性炭処理、バイオ処理を付加してＳＳ、ＢＯＤ、ＣＯＤ値が所定の値以下になるように処理した後、廃棄するようにしている。

土木排水の処理においては処理後の排水に含まれる鉄分の濃度を下げることが懸案となっている。

又、海底や河川を浚渫したときに排出されるヘドロは含水率が非常に多く、このまま固化しようとすると莫大なセメント量を必要とする。そこで、大容量の沈殿槽にヘドロを導いて、有機凝集剤を添加して沈澱処理をした後、凝固処理を行うようにしている。

このため、莫大な面積の沈殿槽を必要とし、処理装置が大がかりなものとなり、広い設置面積を必要とし、処理時間が長くかかり、コスト高になった。

又、上記凝集処理に使用される凝集剤としては、種々のものが開発されている。例えば無機系では、アルミニウム塩（硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アンモニウムミョウバン、カリミョウバン、アルミン酸ナトリウム、ポリ塩化アルミニウム）、鉄塩（塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等）、有機系では、低分子塩、界面活性剤、天然あるいは合成高分子物質等が開発使用されている。

更に、本出願人は、特許文献１にて、可溶性のアルミニウム塩とアルカリ金属塩と両剤の直接の接触密度を小さくするための第三物質とよりなる凝集剤を提案し、多大の効果をあげている。

上記のように種々の凝集剤が開発され使用されているが、上記のようなＰＣＢ，砒素等の猛毒の汚染物質をはじめ、染色排水、製紙排水等を固液分離することは困難である。また下水処理に至っては莫大な面積の沈殿槽を必要とし、また処理時間も膨大となっているのが現状である。更に、有機凝集剤を大量に使用すると、コストが高くなるとともに、上記固液分離の困難性が増大する。
特公平８−１８０１６号公報

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ＰＣＢや砒素等の猛毒物質をはじめあらゆる汚染物質に対して迅速な凝集効果を発揮し、難処理液の処理が可能であり、しかも安価な凝集方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、被処理液に以下の予備凝集剤を添加した後、主凝集を添加することを特徴としている。この方法によると、ポリ塩化ビフェニールや砒素等の猛毒を含む場合に限らず、あらゆる種類の汚濁水を処理することが可能である。

まず、主凝集剤を予め作成しておく。当該主凝集剤としては、水ガラスと海水を主体とする主凝集剤を使用する。海水に対して水ガラスを添加すると、水ガラスは海水中のカルシウムイオンの刺激を受けてゲル化する。そこで海水1000ccに対して、水ガラス30〜100ｇ好ましくは50〜80ｇを添加してゲル化させた状態を主凝集剤として予めつくっておく。

上記予備凝集剤は、硫酸アルミニウムと炭酸ソーダ（例えば特許文献１参照）よりなる凝集剤であってもよいし、水ガラスと塩化カルシウムよりなる凝集剤であってもよい。この予備凝集剤を、上記主凝集剤の添加に先立て被処理液に添加しておく。これによって、SSや有機物は大きなフロックを形成して殆ど沈降する。

予備凝集剤が硫酸アルミニウムおよび炭酸ナトリウムであるとき、当該硫酸アルミニウムおよび炭酸ナトリウムの比は２対３〜３対２程度である。また予備凝集剤が水ガラスと塩化カルシウムであるとき、水ガラス１〜５ｇ/ｌ程度、塩化カルシウム１〜５ｇ/ｌである。
この予備凝集剤の添加量は被凝集剤の汚濁量によって異なる。

なお、被処理液に有機物を含むときは予備凝集剤として塩化カルシウムを使用すると有効である。

次いで、このようにして予備凝集剤を投入した後にさらに上記のようにして用意した主凝集剤を添加する。これによって、上記予備凝集剤によって形成された浮遊物のフロックがさらに大きくなって沈降する。このときのゲル化した水ガラスの添加量も汚染物質の量によって異なることになり、一概には決定できない。

上記のように無機の凝集剤で大きなフロックを形成した後に、更に、従来から使用されている有機の凝集剤を使用することは、この発明の効果を高める上で好ましい。有機凝集剤としては、ポリアクリルアミド系のカチオン、アニオン、ノニオンのいずれの有機凝集剤等をも用いることができる。

上記によって、汚濁水中のＰＣＢ等の猛毒物質、重金属あるいは単純なSSばかりでなく全窒素、全りん等を凝集することができる効果がある。

本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

ここに使用する被処理液は、鳥取県で電柱が土砂のため倒壊し柱上トランスが破損して充填されていたＰＣＢが漏れ出した河川水と地下水を使用した（平成１８年３月４日付、日本海新聞で報道）。

また以下に使用する水ガラスの濃度は２酸化珪素29.03％、酸化ナトリウム9.40％、硫酸アルミニウムは濃度７〜８％の水溶液、炭酸ナトリウムは濃度１２％の水溶液、硫酸カルシウムは粉末である。有機凝集剤は、ポリアクリルアミド系のカチオン、アニオン、ノニオンのいずれかの１％水溶液である。

試験方法Ａ：
まず、水ガラスを海水に混入すると、海水のアルカリイオンの影響で水ガラスはゲル化する。そこで、水ガラス80ｇを1000ｃｃの海水に混入してゲル化させ、このゲル化された珪酸ナトリウムが粒子状態で沈降した主凝集剤を作っておく。またこの海水には硫酸カルシウム６ｇが混入されている。

一方、汚濁水に金属塩（例えば硫酸アルミニウム、塩化鉄等）とアルカリ（例えば炭酸ナトリウム）を混入すると、中和反応時の生成物と同時にSS、有機物等をフロックにして沈降することが知られている。そこで、炭酸ナトリウム３gと硫酸アルミニウム２ｇ（以下第１予備凝集剤という）を1000ｃｃの被処理液に投入して、フロックを形成し、次いで、上記の主凝集剤１５ｇを処理液に混入する。この後ポリアクリルアミド系の有機凝集剤（濃度１％前後）を４ｇ添加する。

試験方法Ｂ：
主凝集剤を用意することは試験方法Ａに同じである。硫酸カルシウム６ｇが混入されている点も試験方法Ａに同じである。

一方、汚濁水に水ガラスと塩化カルシウムを投入すると、水ガラスがゲル化すると同時に被処理液に含有するSS、有機物等をフロックにして沈降する。そこで、まず、水ガラス３ｇと塩化カルシウム３g（以下第２予備凝集剤という）を1000ccの被処理液に投入する。次いで、上記の主凝集剤を４ｇ、被処理液に投入する。更に、上記有機凝集剤を４ｇ投入する。
（I）前試験
１．試験方法
pH：工場排水試験法JIS K 0102 12.1 ガラス電極法
ポリ塩化ビフェニール(ＰＣＢ)：昭和46年12月28日付環告59号付表3に準拠
２．試料（試験前）ＰＣＢ濃度430mg/ｌ
３．試験結果（試験担当：鳥取県）

※１ 試験品容器にラベルされていた文字を示す。
※２ ND：定量下限値である0.0005mg/L未満であることを示す。

４．定量下限値

上記予備試験の結果、凝集試験については試験方法Ａ、ＢともＰＣＢに対しては定量下限値（0.0005mg/ｌ）の良好な結果を示したが、試験方法Ｂの方がＳＳの改善が良好であったので、以下試験方法Ｂを使用する。
（II）本試験
河川水及び地下水（計３件）の試験結果について（以下凝集試験は試験方法Ｂを使用）
１．試験方法
平成17年度公共用水域及び地下水の水質測定計画に定める方法
２．試料（試験前）、下記（表３）中の番号１、２とも同じ地点のサンプルであって、処理前のＰＣＢ濃度430mg/ｌ
３．試験結果（試験担当：鳥取県）

※１ ND：報告下限値である0.0005mg/L未満であることを示す。

４．基準値等

※２ 水質汚濁に係る環境基準について（昭和46年12月28日付環告59号）による環境基準。

（III）土砂からのＰＣＢ除去
上記の本試験の結果、上記のような高濃度なＰＣＢに対しても本発明は有効であることを確認した。すなわち、処理後はいずれもＰＣＢは検出されていない。このことに基づいて、勝部川のＰＣＢ汚染地区の下記(1)〜(10)の除去前濃度を示す地点のＰＣＢ除去を実施した。実施の方法は、まず、対象地点の多量の水分を含む土砂を一箇所に集積し、以下のプラントを構築して処理をした。

すなわち、図１に示すように、貯水池１００に集積した処理対象の土砂を含む泥水をポンプで吸い上げながら所定径のパイプ３０を通し、上記予備凝集剤の水ガラス、塩化カルシウム、主凝集剤の海水、有機凝集剤を順次投入する。パイプ３０内は、土砂の流れの負圧を利用して、上記各凝集剤等は当該負圧を利用し、バブル３４ａ〜３４ｄを介して自然に引き込まれるようにする。各バルブ１０ａ〜１０ｄは開閉度を調整することによって、各薬剤の添加量を調整できることはもちろんである。また、パイプ３０内を流れる土砂は堰構造２０ａ〜２０ｄによって、強制的に乱流になる構造になっているので、上記予備凝集剤あるいは主凝集剤とよく混ざり合うようになっている。尚、堰構造２０ａ〜２０ｄについては本発明の本質ではないので詳しい説明は省略するが、羽等で土砂の流れる方向が変更される構成であればよい。

上記のように、凝集剤と混ざり合った土砂は沈殿槽４０に移されるが、ここでも早い時間（例えば１０分以内）に固形分と水分と分離して、上澄み液は、下記表に示すようにＰＣＢを検出できない状態であるので、河川にそのまま廃棄できる状態である。尚、図１では、３つの沈殿槽４１ａ〜４１ｃで沈殿させた上水（長時間貯留することなく）を排水している。

上記のプラントでの実績は以下のようになる。すなわち、排水中にＰＣＢは検出されなかったし（0.0005mg/ｌ以下）、ssは４mg以下であった。

１ 試験方法
排水基準を定める省令の規定に基づく環境大臣が定める排水基準に係る検定方法（昭和49年9月30日環告64号）
２ 試験結果（試験担当：鳥取県）
試験採取日 平成１８年３月10日

※１ 報告下限値である0.0005mg/L未満であることを示す。

３ 報告下限値

また、上記のように処理剤を添加してＰＣＢを沈殿させた土砂について、遠心分離機で脱水した後にＰＣＢを測定すると下記（表７）のようになった。すなわち、除去後の土砂のＰＣＢ含有量は許容基準値１０mg以下であり、また、ＰＣＢの溶出は認められなかった。

（IV）ＰＣＢ以外の物質の除去
上記に加えて高砂市阿弥陀町の鹿島神社の池のヘドロ（表８）に対して上記主凝集剤を添加する実験を行った。上記実施例のＰＣＢのみならず窒素、りん、鉄分等の重金属の除去にも大きな効果を示すことが理解できる。

被処理液１Lに対して塩化カルシウム3ｇ、次亜塩素酸ソーダ5ｇを添加する。塩化カルシウムの添加によって澱粉、淡白、脂肪等の有機物が凝集沈殿する。また、次亜塩素酸ソーダの添加によって、殺菌、漂白ができることになる。この状態の被処理液に対して、上記主凝集剤を５ｇ添加し、次いで、有機凝集剤を5ｇ添加する。これによって（表９）に示す結果が得られた。この２つの表を比較すると、全窒素、全リン、鉄分について著しく改善されていることが理解できる。

以上説明したように本発明は、ＰＣＢ・砒素等の毒性の強い物質の除去、および窒素、リン、鉄等の重金属の除去に極めて有効である。

本発明に使用する装置の構造を示す図

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ バルブ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 堰構造
３０ パイプ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ バブル
４０ 沈殿槽
１００ 貯水池

Claims (3)

1. 硫酸アルミニウムと炭酸ソーダ、もしくは水ガラスと塩化カルシウムのいずれか一方の組み合わせよりなる予備凝集剤を被処理液に添加するステップと、
   水ガラスと海水を主体とする主凝集剤を添加するステップと
   よりなる凝集方法。
2. 上記被処理液が、ポリ塩化ビフェニールを含む汚濁水である請求項１に記載の凝集方法。
3. 上記主凝集剤添加後に有機凝集剤を添加する請求項１または２に記載の凝集方法。

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