JP6798867B2

JP6798867B2 - 排水処理方法及び排水処理装置

Info

Publication number: JP6798867B2
Application number: JP2016243544A
Authority: JP
Inventors: 祐司島村
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: JP2018094524A

Description

本発明は、石炭微粒子を含有する排水の処理方法及び処理装置の技術に関する。

石炭微粒子を含有する排水の一例として、石炭火力発電所における貯炭場排水が挙げられる。石炭火力発電所では、石炭貯蔵のため、施設内に貯炭場が設けられる。野積み式の貯炭場の場合、主に雨水によって石炭微粒子を含有した黒色の貯炭場排水が発生する。石炭微粒子は貯炭場排水中に分散しているため、自然沈降による固液分離は困難であり、本排水をそのまま放流すると環境汚染の原因となる。

そこで、従来、排水に硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）または塩化第二鉄などの無機凝集剤を添加して、濁度を低減する凝集沈殿処理が適用されている。

例えば、特許文献１では、排水貯槽に溜まった貯炭場排水を中和する中和槽と、中和された排水に凝集剤を加えて石炭微粒子を凝集する凝集槽を設けた水処理施設が提案されている。

また、特許文献２では、石炭微粒子の沈降速度を高めるため、排水のｐＨを４以下に調整後、凝集剤を添加する処理方法が提案されている。

特開平９−７５９４９号公報特開２００３−１７０１７３号公報

しかし、従来技術によって石炭微粒子を含有する排水を処理する場合、排水のＳＳ濃度が変動すると、凝集剤添加量が不足して、処理水の濁度を十分に低減させることができないため、過剰の無機凝集剤を排水に添加して、処理を安定化させる対策を講じる必要がある。さらに、無機凝集剤を使用した従来の排水処理では、ｐＨ調整剤を使用して、凝集処理に適したｐＨに調整する必要があるが、一般的に無機凝集剤添加量が多くなる程、ｐＨ調整剤使用量も増大する。このように、従来技術では、処理水の濁度を低減するためには、多量の薬品が必要となるため、排水処理費用の増加に繋がることが懸念される。

そこで、本発明は、石炭微粒子の凝集処理に使用する薬品の使用量を抑えながら、処理水の濁度を低減することができる排水処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、石炭微粒子を含有する排水に有機凝結剤を添加して凝集処理を行う排水処理方法であって、前記有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤を含み、前記有機凝結剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記有機凝結剤の濃度の比で、０．０００２〜０．００１の範囲であることを特徴とする。

前記排水処理方法において、前記排水への無機凝集剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記無機凝集剤の濃度の比で、０．０５以下であることが好ましい。

本発明の実施形態は、石炭微粒子を含有する排水に有機凝結剤を添加して凝集処理を行う排水処理装置であって、前記有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤を含み、前記有機凝結剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記有機凝結剤の濃度の比で、０．０００２〜０．００１の範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、石炭微粒子の凝集処理に使用する薬品の使用量を抑えながら、処理水の濁度を低減することができる排水処理方法及び排水処理装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る排水処理装置の構成の一例を示す模式図である。実施例３における有機凝結剤の添加量（有機凝結剤濃度／排水のＳＳ濃度）に対する上澄み水濁度の結果を示す図である。

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。

図１は、本実施形態に係る排水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す排水処理装置１は、凝集装置１０、沈殿槽１２を備えている。凝集装置１０は、反応槽１４、有機凝結剤添加ライン１６を備えている。反応槽１４には、撹拌機１８が設置されている。

図１に示すように、反応槽１４の排水入口には、排水流入ライン２０が接続されている。また、反応槽１４の薬剤入口には、有機凝結剤添加ライン１６が接続されている。また、反応槽１４の排水出口には、排水排出ライン２２の一端が接続され、沈殿槽１２の排水入口には、排水排出ライン２２の他端が接続されている。また、沈殿槽１２の処理水出口には、処理水排出ライン２４が接続され、沈殿槽１２の汚泥排出口には、汚泥排出ライン２６が接続されている。

本実施形態に係る排水処理装置１の動作の一例について説明する。

石炭微粒子を含む排水が、排水流入ライン２０を通り、反応槽１４に供給されると共に、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上である有機凝結剤が有機凝結剤添加ライン１６から反応槽１４に供給される。反応槽１４内の排水及び有機凝結剤は、撹拌機１８により撹拌される。石炭微粒子は粒子表面の負電荷によって互いに反発している状態であるが、有機凝結剤は分子構造中に正電荷を有するカチオン密度が高い化合物であるため、排水に有機凝結剤が添加されることで、石炭微粒子の負電荷が荷電中和され、粒子同士の反発が抑制される。ここで、本来、有機凝結剤には自己凝集性の作用が無いため、良好な固液分離のためには有機凝結剤と共に無機凝集剤の添加が必須であると考えられるが、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤を用いることで、無機凝集剤を添加しなくても、石炭微粒子は自己凝集してフロック化される。この知見は、本発明者らによって初めて見出されたものである。

フロック化した石炭微粒子を含む排水は、反応槽１４から排水排出ライン２２を通り、沈殿槽１２に供給される。沈殿槽１２内では、処理水とフロック化した石炭微粒子に固液分離される。そして、濁度が低減された処理水が、処理水排出ライン２４から排出され、フロック化した石炭微粒子が汚泥として、汚泥排出ライン２６から排出される。

以下に、排水処理条件等について詳述する。

処理対象である石炭微粒子を含む排水は、如何なる由来の排水でもよく、例えば、石炭火力発電所における貯炭場排水、排水処理設備における粉末活性炭含有水等が挙げられる。

使用する有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤であれば特に制限されるものではない。ここで、カチオンコロイド当量値とは、化合物中における正電荷の強さを表す指標であり、数値が大きくなるほど正電荷の強い化合物となる。カチオンコロイド当量値は、コロイド滴定法によって求められる。具体的には、有機凝結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６とする。

カチオンコロイド当量値が６ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤は、例えば、下記構造式（Ａ）で表されるジメチルアミン・エピクロロヒドリン縮合物（カチオンコロイド当量値７．５ｍｅｑ／ｇ）、下記構造式（Ｂ）で表されるポリエチレンイミン（カチオンコロイド当量値６．６ｍｅｑ／ｇ）、下記構造式（Ｃ）で表されるポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐ−ＤＡＤＭＡＣ、カチオンコロイド当量値６．２ｍｅｑ／ｇ）等が挙げられる。有機凝結剤は、１種単独でも２種以上を組み合せても良い。

有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤に加え、カチオンコロイド当量値が６ｍｅｑ／ｇ未満の有機凝結剤を含んでいてもよい。カチオンコロイド当量値が６ｍｅｑ／ｇ未満の有機凝結剤は、例えば、下記構造式（Ｄ）で表されるジシアンジアミン・ホルムアルデヒド縮合物（カチオンコロイド当量値５．６ｍｅｑ／ｇ）等が挙げられる。

有機凝結剤の添加量は、所望の処理水濁度が得られるように適宜設定されればよいが、例えば、排水のＳＳ濃度に対する有機凝結剤の濃度の比（有機凝結剤濃度／排水のＳＳ濃度）で、０．０００２〜０．００１の範囲であることが好ましい。上記範囲とすることで、処理水の濁度をより低減することが可能となる。本実施形態の排水処理方法における有機凝結剤の添加量は、従来の排水処理方法における無機凝集剤の添加量に比べて、非常に少ない量でよい。すなわち、本実施形態の排水処理方法では、非常に少量の有機凝結剤を排水に添加すれば、処理水の濁度を低減させることができるため、薬品使用量の削減を図ることが可能となる。

本実施形態の排水処理方法は、従来の無機凝集剤を使用した排水処理方法と比べて、非常に幅広いｐＨ範囲で、良好な凝集処理を可能とする。本実施形態において、凝集反応の際のｐＨは、良好な凝集処理を行う観点等から、例えば、４〜１０の範囲であることが好ましく、４〜９の範囲であることがより好ましく、５〜７の範囲であることがさらにより好ましい。石炭微粒子を含有する排水のｐＨは、石炭種によって４〜１０程度まで変動する場合があるが、本実施形態の排水処理方法によれば、上記ｐＨ範囲においても安定した凝集処理を行うことができるため、ｐＨ調整剤添加によるｐＨ調整を必ずしも行う必要はない。この観点からも、本実施形態の排水処理方法によれば、薬品使用量の削減を図ることが可能となる。

本実施形態の排水処理方法は、無機凝集剤の添加を制限するものではないが、無機凝集剤の添加量は、排水のＳＳ濃度に対する無機凝集剤の濃度比で、０．０５以下（無機凝集剤の添加無しも含む）であることが好ましい。無機凝集剤の添加量が上記範囲を超える場合、上記範囲を満たす場合と比較して、処理水濁度が高くなる場合がある。なお、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。

本実施形態では、より良好な凝集処理を行うため、高分子凝集剤を添加してフロック径を成長させることが望ましい。良好な凝集処理を行う点で、石炭微粒子と有機凝結剤との凝集反応が完了した後に添加することが好ましい。具体的には、反応槽１４の後段に第２反応槽を設置し、第２反応槽に高分子凝集剤を添加する。

高分子凝集剤にはノニオン性高分子凝集剤またはアニオン性高分子凝集剤等、特に制限されるものではないが、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。高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせてもよい。

高分子凝集剤の添加量に特に制限はないが、例えば、０．５〜１０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。また、高分子凝集剤添加後は撹拌速度を緩やかにし、フロック径を成長させることが好ましい。

凝集処理後の排水の固液分離は、沈殿槽１２に限定されるものではない。固液分離方法は、例えば、沈殿処理、ろ過、膜分離等が挙げられる。沈殿処理は、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でもよい。また、ろ過処理も特に制限はなく、例えば、重力式、圧力式、サイフォン式、上向流式、ろ材循環式、連続ろ過式などのろ過器と、アンスラサイト、砂、けい砂、砂利、活性炭、プラスチック等のろ材を用いてろ過することができる。膜分離処理も特に制限はなく、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜等を用いて膜分離することができる。

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。

実施例及び比較例で処理する石炭微粒子含有排水として、ＳＳ濃度１１，０００ｍｇ／Ｌ、濁度７,５００度、ｐＨ７．５の貯炭場排水を用いた。

（実施例１−１）
上記貯炭場排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、ジメチルアミン・エピクロロヒドリン縮合物（以下、有機凝結剤Ａと称する。カチオンコロイド当量値は７．５ｍｅｑ／ｇ。）を１２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌し、排水中の石炭微粒子をフロック化させた。次に、塩酸を添加して、ｐＨを６．０に調整して、１５０ｒｐｍの回転速度で５分間撹拌した。その後、ノニオン系高分子凝集剤を２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１分間撹拌した後、４０ｒｐｍで５分間撹拌して、フロック径を成長させた。撹拌終了後、３０分間静置して、上澄み水（処理水）の濁度を測定した。

（実施例１−２）
上記貯炭場排水に有機凝結剤Ａを１２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌した後に、ＰＡＣ（Ａｌ_２Ｏ_３１０％）を１５０ｍｇ／Ｌ添加したこと以外は実施例１−１と同様の処理を行い、上澄み水の濁度を測定した。

（比較例１）
上記貯炭場排水にＰＡＣ（Ａｌ_２Ｏ_３１０％）を３００ｍｇ／Ｌ添加し、塩酸を加えてｐＨ６．０に調整して、１５０ｒｐｍの回転速度で５分間撹拌した。その後は、実施例１−１と同様の処理を行い、上澄み水の濁度を測定した。

表１に、実施例及び比較例の上澄み水濁度の結果を示す。また、実施例及び比較例の処理におけるフロック形成、フロック沈降性、上澄み水外観を以下の基準により評価した。評価基準は以下の全ての実施例及び比較例も同様である。
・フロック形成
良好：概ね２ｍｍ以上のフロックが形成される。
やや不良：１ｍｍ前後のフロックが形成される。
不良：フロックが形成されない。
・フロック沈降性
良好：撹拌終了後、３分以内にほとんどのフロックが沈降する。
やや不良：撹拌終了後、１０分以内にほとんどのフロックが沈降する。
不良：撹拌終了後、１０分経過しても上澄み水にフロックが残存する。
・上澄み水外観
良好：３０分静置後の上澄み水は清澄で濁度がほとんど無い。
やや不良：３０分静置後の上澄み水にやや濁度が残存する。
不良：３０分静置後の上澄み水に濁度が残存する。

表１に示すように、カチオンコロイド当量値が７．５ｍｅｑ／ｇである有機凝結剤Ａを添加した実施例１−１及び１−２と、有機凝結剤Ａを添加していない比較例１の上澄水濁度を比較すると、実施例１−１及び１−２の方が良好であった。また、実施例は、比較例１より少ない薬品使用量で、上澄み水濁度を低減させることができた。

さらに、実施例１−１と１−２の上澄水濁度を比較すると、無機凝集剤を添加していない実施例１−１の方が良好であった。本来有機凝結剤には自己凝集性の作用が無いため、通常は実施例１−２のように有機凝結剤と無機凝集剤とを併用した方が、上澄み水の濁度を低減する効果が高いと考えられるが、実施例１−１が最良となった。この結果は、発明者らによって見出された新規な知見である。

（実施例２−１）
上記貯炭場排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、有機凝結剤Ａを６ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌し、排水中の石炭微粒子をフロック化させた。次に、塩酸を添加して、ｐＨを６．０に調整して、１５０ｒｐｍの回転速度で５分間撹拌した。その後、ノニオン系高分子凝集剤を２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１分間撹拌した後、４０ｒｐｍで５分間撹拌して、フロック径を成長させた。撹拌終了後、３０分間静置して、上澄み水（処理水）の濁度を測定した。

（実施例２−２）
有機凝結剤Ａをポリエチレンイミン（以下、有機凝結剤Ｂと称する。カチオンコロイド当量値は６．６ｍｅｑ／ｇ。）に変更したこと以外は、実施例２−１と同様の処理を行った。

（実施例２−３）
有機凝結剤Ａをポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（以下、有機凝結剤Ｃと称する。カチオンコロイド当量値は６．２ｍｅｑ／ｇ。）に変更し、添加量を６ｍｇ／Ｌから１２ｍｇ／Ｌに変更したこと以外は、実施例２−１と同様の処理を行った。

（比較例２）
有機凝結剤Ａをジシアンジアミン・ホルムアルデヒド縮合物（以下、有機凝結剤Ｄと称する。カチオンコロイド当量値は５．６ｍｅｑ／ｇ。）に変更したこと以外は、実施例２−１と同様の処理を行った。

表２に、実施例及び比較例の上澄み水濁度の結果、フロック形成、フロック沈降性、上澄み水外観の評価結果を示す。

表２に示すように、有機凝結剤Ａ、Ｂ及びＣを添加した実施例２−１、２−２及び２−３においては、濁度が低減した良好な処理水が得られた。特に、有機凝結剤Ｂ及びＣを添加した実施例２−２及び２−３では、上澄み水濁度は１度未満となった。一方、有機凝結剤Ｄを添加した比較例２は凝集不良を起こし、上澄み水濁度を十分に低減させることはできなかった。

実施例２−１、２−２及び２−３で用いた有機凝結剤Ａ〜Ｃは、ｐＨ６におけるカチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上であり、比較例２で用いた有機凝結剤Ｄは、ｐＨ６におけるカチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ未満である。したがって、ｐＨ６におけるカチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上の有機凝結剤が、石炭微粒子を含有する排水の処理に効果的であると言える。

（実施例３）
石炭微粒子含有排水として、ＳＳ濃度を５１０、１，５００、２，７００、５，７００及び１１，０００ｍｇ／Ｌに調整した貯炭場排水Ａ〜Ｅを用いた。当該貯炭場排水Ａ〜Ｅの濁度は４００、１，１００、１，９００、４，０００及び７，５００度であった。

貯炭場排水Ａ（ＳＳ濃度５１０ｍｇ／Ｌ、濁度４００度）３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、有機凝結剤Ｂを２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌した。その後、ノニオン系高分子凝集剤を２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１分間撹拌した後、４０ｒｐｍで５分間撹拌して、フロック径を成長させた。撹拌終了後、３０分間静置して、上澄み水の濁度を測定した。貯炭場排水Ｂ（ＳＳ濃度１，５００ｍｇ／Ｌ、濁度１，１００度）、貯炭場排水Ｃ（ＳＳ濃度２，７００ｍｇ／Ｌ、濁度１，９００度）、及び貯炭場排水Ｅ（ＳＳ濃度１１，０００ｍｇ／Ｌ、濁度７，５００度）についても同様に有機凝結剤Ｂを２ｍｇ／Ｌ添加した条件について試験した。また、貯炭場排水Ｄ（ＳＳ濃度５，７００ｍｇ／Ｌ、濁度４，０００度）については、有機凝結剤Ｂを０．８ｍｇ／Ｌ添加した条件について試験した。

図２は、実施例３における有機凝結剤の添加量（有機凝結剤濃度／排水のＳＳ濃度）に対する上澄み水濁度の結果を示す図である。図２に示すように、有機凝結剤の添加量を、有機凝結剤濃度／排水のＳＳ濃度の比で０．０００２〜０．００１の範囲とすることで、上澄水濁度は１度未満となった。この結果から、有機凝結剤の添加量は、有機凝結剤濃度／排水のＳＳ濃度の比で０．０００２〜０．００１の範囲が適切であると言える。

また、この結果から、排水のＳＳ濃度が変動しても、有機凝結剤の少量添加で、安定した処理が期待できると考えられる。例えば、貯炭場排水を有機凝結剤添加量１ｍｇ／Ｌで処理する場合、排水のＳＳ濃度は以下の式から計算できる。
有機凝結剤添加量÷（有機凝結剤濃度／排水ＳＳ濃度）
ここで、より良好な処理が可能な有機凝結剤濃度／排水ＳＳ濃度は０．０００２〜０．００１の範囲なので、排水ＳＳ濃度は１，０００ｍｇ／Ｌ（１÷０．００１＝１，０００）〜５，０００ｍｇ／Ｌ（１÷０．０００２＝５，０００）となる。したがって、排水のＳＳ濃度が１，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌの範囲で変動しても、有機凝結剤を１ｍｇ／Ｌ添加するだけで、良好な処理が期待できる。

（実施例４−１〜４−７）
石炭微粒子含有排水として、ＳＳ濃度１１，０００ｍｇ／Ｌ、濁度７，５００度、ｐＨ７．５の貯炭場排水を用いた。

上記貯炭場排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、有機凝結剤Ｂを２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１０分間撹拌し、排水中の石炭微粒子をフロック化させた。次に、塩酸を添加して、ｐＨを４〜１０の範囲に調整して、１５０ｒｐｍの回転速度で５分間撹拌した。その後、ノニオン系高分子凝集剤を２ｍｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で１分間撹拌した後、４０ｒｐｍで５分間撹拌して、フロック径を成長させた。撹拌終了後、３０分間静置して、上澄み水（処理水）の濁度を測定した。

表３に、実施例の上澄み水濁度の結果、フロック形成、フロック沈降性、上澄み水外観の評価結果を示す。

表３に示すように、実施例４−１〜４−７のいずれも、上澄み水濁度は十分に低減し、良好な処理が可能であったが、特に、反応ｐＨを４〜９に調整した実施例４−１〜４−６においてより良好な処理が可能となり、ｐＨ５〜７に調整した実施例４−２〜４−４において更により良好な処理が可能となった。この結果から、有機凝結剤添加による石炭微粒子含有排水の処理においては、非常に広いｐＨ範囲において、安定した処理が可能であることが明らかとなった。よって、従来技術と比較してｐＨ調整剤の使用量を削減でき、石炭微粒子を含有する排水の経済的な処理が期待できる。

１排水処理装置、１０凝集装置、１２沈殿槽、１４反応槽、１６有機凝結剤添加ライン、１８撹拌機、２０排水流入ライン、２２排水排出ライン、２４処理水排出ライン、２６汚泥排出ライン。

Claims

石炭微粒子を含有する排水に有機凝結剤を添加して凝集処理を行う排水処理方法であって、
前記有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上である有機凝結剤を含み、
前記有機凝結剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記有機凝結剤の濃度の比で、０．０００２〜０．００１の範囲であることを特徴とする排水処理方法。
前記排水への無機凝集剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記無機凝集剤の濃度の比で、０．０５以下であることを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
石炭微粒子を含有する排水に有機凝結剤を添加して凝集処理を行う排水処理装置であって、
前記有機凝結剤は、カチオンコロイド当量値が６．０ｍｅｑ／ｇ以上である有機凝結剤を含み、
前記有機凝結剤の添加量は、前記排水のＳＳ濃度に対する前記有機凝結剤の濃度の比で、０．０００２〜０．００１の範囲であることを特徴とする排水処理装置。