JP5720722B2 - 難生物分解性有機物含有水の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
さらに、酸化処理水に2価の鉄薬剤を添加し、2価と3価の鉄の混合汚泥(グリーンラストと鉄フェライト)とし、分離汚泥を返送するという提案がされている(特許文献4)。しかし、この方法では、2価鉄と全鉄の比が0.4〜0.8となる汚泥を生成させる必要があり、2価の鉄薬剤添加量が多く、薬品コストが過大である。
酸化工程におけるフェントン反応は、過酸化水素と2価鉄との反応によりOHラジカルを生成させるものであるが、鉄は以下の反応式1に示すように、触媒的に2価と3価を繰り返して利用されるため、鉄は過酸化水素に対し当モル量を添加する必要はない。
<反応式1>
Fe(II)+H2O2→Fe(III)+OH−+・OH
Fe(III)+H2O2→Fe(II)+H++・OOH
Fe(III)+・OOH→Fe(II)+H++O2
<反応式2>
2Fe(II)+2H2O2→2Fe(III)+2OH−+2・OH
・OH+・OH→H2O2
また、酸化工程におけるpHは2〜4とする。pHが2未満では鉄の溶解量は大きいものの、過酸化水素との反応性が悪く、4を超えると鉄が析出する。好ましくは、酸化工程後の固液分離工程の入口にて、鉄はイオン状態であることが必要であるため、反応時間と鉄濃度、水温、原水組成により最適pHを決定する。
即ち、特許文献2,3における汚泥返送量は、返送される汚泥中の金属量が、凝集剤として添加される金属量の2〜50倍、好ましくは15〜40倍としているが、このような条件では、フェントン酸化処理においては汚泥は高密度化しないか或いは固液分離が不安定であった。
酸化処理水には有機酸などの酸成分が含まれているため、一段の中和処理では、鉄が十分に析出せずに、一部溶解する場合がある。このため、中和を予備中和と中和の2段階で行うことが好ましい。なお、この2段階中和において、アルカリ混合汚泥は予備中和槽に添加してもよく、中和槽に添加してもよい。また、予備中和槽と中和槽の両方に添加してもよく、アルカリ剤を混合していない汚泥をそのまま添加することもできる。例えば、以下のような中和処理形態を採用することができる。
(1)予備中和槽に汚泥とアルカリ剤を添加し、中和槽にアルカリ混合汚泥を添加する。
(2)予備中和槽にアルカリ混合汚泥を添加し、中和槽に汚泥とアルカリ剤を添加する。
(3)予備中和槽にアルカリ混合汚泥を添加し、中和槽にアルカリ剤を添加する。
(4)予備中和槽と中和槽にそれぞれアルカリ混合汚泥を添加する。
なお、以下において、酸化処理水とアルカリ剤との反応で生成する不溶化物量に対する返送汚泥の固形分量の割合を「汚泥返送比」と称す。この汚泥返送比が20倍以上とすることにより、固液分離で得られる汚泥を十分に高密度化して脱水性に優れた汚泥を得ることができる。ただし、汚泥返送比を過度に高くすると処理効率が低下し、また、予備中和槽ないしは中和槽として大容量の槽が必要となるため、汚泥返送比は500倍以下とすることが好ましい。処理効率と汚泥の高密度化の点から、汚泥返送比は特に50〜200倍とすることが好ましい。
なお、汚泥や予備中和槽、中和槽に添加するアルカリ剤としては、苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)、消石灰などを用いることができる。
この中和槽の滞留時間は5〜20分程度とすることが好ましい。
凝集剤としては、高分子凝集剤が用いられ、原水の性状に応じて、アニオン系ポリマー、カチオン系ポリマー、両性ポリマー、及びノニオン系ポリマーの中から1種を単独であるいは複数種を組み合わせて用いることができるが、好ましくはアニオン系ポリマーである。これらの凝集剤の添加量は通常1〜5mg/Lである。
なお、以下の実施例及び比較例において、原水の難生物分解性有機物含有水としては、以下のようにして調製した模擬原水を用いて処理を行った。
<模擬原水の調製>
イソプロピルアルコール(IPA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)をそれぞれ100mg/L含む合成排水を生物処理した後、凝集処理、逆浸透膜分離処理して得られた濃縮水をさらに蒸発濃縮することで、CODCr600mg/Lの難生物分解性有機物含有水を調製した。
図1の装置で通水量1L/hrの連続通水処理を行った。
フェントン酸化反応槽1では、過酸化水素を1500mg/L、硫酸第一鉄を100mg/L as Feの添加量で添加し、pH3、滞留時間2時間、25℃の条件とした([Fe]/[H2O2]=0.04)。
次に、予備中和槽2で沈殿槽5の分離汚泥を返送して添加すると共に、pHが4.2±0.1となるようにNaOHを添加した。予備中和槽2の滞留時間は0.2時間とした。
次に、中和槽3で、pHが8.0±0.1となるようにアルカリ混合槽6からのアルカリ混合汚泥を添加した。この中和槽の滞留時間は0.4時間とした。
このときの返送汚泥濃度は12%であった。返送汚泥比は80とし、予備中和槽2とアルカリ混合槽6に返送した。即ち、酸化処理水から発生するSS濃度はFe(OH)3換算で190mg/Lであるため、返送比80とし、汚泥返送量127mL/hr(汚泥濃度12%)で汚泥を返送した。なお、返送汚泥のうち、70%が予備中和槽2へ、30%が中和槽3に添加されるように調整した。
凝集槽4では、高分子凝集剤の栗田工業(株)製アニオン系ポリマー「PA331」を3mg/L添加して、100rpmで緩速撹拌を行い、滞留時間0.1時間で凝集処理を行った。
次の沈殿槽5では凝集処理で生成した粗大フロックを沈降分離して、水槽内のトラフを越流する上澄水を実施例1の処理水とした。
この操作を2週間行った後の処理水を分析した。結果を表1に示す。また、沈殿槽5から排出される汚泥を脱水処理した脱水汚泥の含水率を表1に示す。
図2の装置で通水量1L/hrの連続通水とし、実施例1と同様の反応時間、薬注条件、汚泥返送条件で処理水を得た。処理水の分析結果と脱水汚泥の含水率を表1に示す。
図3の装置で通水量1L/hrの連続通水とし、実施例1と同様の反応時間、薬注条件、汚泥返送条件で処理水を得た。ただし、返送汚泥はアルカリ混合汚泥としてその全量を予備中和槽2に添加した。処理水の分析結果と脱水汚泥の含水率を表1に示す。
図4の装置で通水量1L/hrの連続通水とし、実施例1と同様の反応時間、薬注条件、汚泥返送条件で処理水を得た。処理水の分析結果と脱水汚泥の含水率を表1に示す。
フェントン酸化と凝集沈殿処理による試験を実施した。
原水をpH3の条件下で、過酸化水素1500mg/Lと、硫酸第一鉄200mg/L as Feを添加して25℃にて0.5時間反応させた後、pH9に調整して10分撹拌し、次いで栗田工業(株)製アニオン系ポリマー「PA331」を3mg/L添加し、生成した粗大フロックを沈降分離して、上澄水を比較例1の処理水とした。
フェントン酸化における硫酸第一鉄添加量を100mg/L as Feとし、反応時間を2時間としたこと以外は、比較例1と同様にして試験を実施し、沈降分離で得られた上澄水を比較例2の処理水とした。処理水の分析結果と脱水汚泥の含水率を表1に示す。
汚泥返送比を20とした以外は実施例1と同条件で試験を実施し、沈殿槽5の上澄水を参考例1の処理水とした。このときの返送汚泥濃度は5.5%であった。即ち、酸化処理水から発生するSS濃度はFe(OH)3換算で190mg/Lであるため、返送比20とし、汚泥返送量69mL/hr(汚泥濃度5.5%)で汚泥を返送した。処理水の分析結果と脱水汚泥の含水率を表1に示す。
比較例1では鉄薬剤添加量が200mg−Fe/Lと実施例1〜4に比べて2倍あるためにフェントン酸化反応で過酸化水素が自己分解を起こしており、処理水CODCrが高く、汚泥の脱水性も悪い。また、比較例2は実施例1と同等の鉄薬剤添加量であるため、処理水CODCr濃度は同等であるが、汚泥が高密度化していないために、脱水汚泥の含水率が79%と高い。参考例1は、実施例1と同じく高密度化のための汚泥返送を行っており、処理水CODCrは実施例1に比べて若干高い程度であるが、汚泥返送比が20と低いために、汚泥の高密度化が不十分であり、脱水汚泥の含水率が68%と高い。また汚泥返送比が低く、アルカリ混合汚泥と過酸化水素との反応が不足しているために、処理水中に過酸化水素が残留している。
これに対して、実施例1〜4では脱水汚泥の含水率が51〜56%と低く、特に予備中和槽と中和槽にそれぞれアルカリ混合汚泥を添加した実施例4では最も含水率が低く、高密度な汚泥が得られる。
以上の結果から、本発明に従って、フェントン酸化反応を少ない鉄薬剤の添加量で行い、固液分離して得られた汚泥にアルカリ剤を添加してアルカリ混合汚泥の返送を行うことで、良好な水質を得ると共に、鉄薬剤添加量の低減、汚泥発生量の低減と、汚泥脱水性の向上、更には残留過酸化水素の分解除去を達成することができることが分かる。
2 予備中和槽
3 中和槽
4 凝集槽
5 沈殿槽
6 アルカリ混合槽
Claims (4)
- 難生物分解性有機物を含み水をフェントン酸化処理する方法において、
該難生物分解性有機物含有水に、過酸化水素と、該過酸化水素添加量の0.005〜0.2モル倍量の鉄薬剤とを添加して、pH2〜4の条件下に1時間以上反応させるフェントン酸化工程と、該酸化工程で得られた酸化処理水にアルカリ剤を添加して不溶化物を生成させる不溶化工程と、生成した不溶化物を固液分離する固液分離工程とを有し、
該固液分離工程で得られた分離汚泥の一部にアルカリ剤を添加混合して得られたアルカリ混合汚泥を、前記不溶化工程で酸化処理水に添加するアルカリ剤の少なくとも一部として添加する方法であって、
前記不溶化工程に添加するアルカリ混合汚泥の固形分量が、前記酸化処理水とアルカリ剤が反応して生成する不溶化物量の50〜200倍量であることを特徴とする難生物分解性有機物含有水の処理方法。 - 請求項1において、前記不溶化工程が、前記酸化処理水をpH3.5〜4.5に調整する予備中和工程と、予備中和処理水をpH5〜12に調整する中和工程とを備えることを特徴とする難生物分解性有機物含有水の処理方法。
- 難生物分解性有機物を含み水をフェントン酸化処理する装置において、
該難生物分解性有機物含有水に、過酸化水素と、該過酸化水素添加量の0.005〜0.2モル倍量の鉄薬剤とを添加して、pH2〜4の条件下に1時間以上反応させるフェントン酸化手段と、該酸化手段で得られた酸化処理水にアルカリ剤を添加して不溶化物を生成させる不溶化手段と、生成した不溶化物を固液分離する固液分離手段とを有し、
該固液分離手段で得られた分離汚泥の一部にアルカリ剤を添加混合するアルカリ混合手段と、得られたアルカリ混合汚泥を、前記不溶化手段で酸化処理水に添加するアルカリ剤の少なくとも一部として添加する手段とを備え、
前記不溶化手段に添加するアルカリ混合汚泥の固形分量が、前記酸化処理水とアルカリ剤が反応して生成する不溶化物量の50〜200倍量であることを特徴とする難生物分解性有機物含有水の処理装置。 - 請求項3において、前記不溶化手段が、前記酸化処理水をpH3.5〜4.5に調整する予備中和槽と、予備中和処理水をpH5〜12に調整する中和槽とを備えることを特徴とする難生物分解性有機物含有水の処理装置。
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