JP7000000B2

JP7000000B2 - 排水処理方法

Info

Publication number: JP7000000B2
Application number: JP2019027486A
Authority: JP
Inventors: 信一中村
Original assignee: 株式会社オメガ
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JP2020131107A

Description

この発明は、工場排水、原発による放射線汚染土壌の洗浄水、その他の排水処理方法に関するものである。

従来、有機性排水の処理方法及び処理装置に関する提案があった（特許文献１）。
すなわち、この提案は、難分解性有機物を含む有機性排水の処理に用いる粉末活性炭の使用量を簡便に制御し、運転コストを抑制した有機性排水の処理方法を提供しようとするものである。
このため、生物処理水中の電気伝導率又は塩化物イオン濃度と、溶解性ＣＯＤ濃度との間に相関性があることを知見し、生物処理水中の電気伝導率又は塩化物イオン濃度の測定値から溶解性ＣＯＤ濃度を推定し、当該ＣＯＤ濃度に相当する粉末活性炭のＣＯＤ平衡吸着量に基づき、粉末活性炭の必要量を決定するようにした、というものである。
しかし、いずれにしても活性炭の吸着量に制限されてしまうという問題があった。

特開2015-221424

そこでこの発明は、従来のような活性炭の吸着量に制限されない排水処理方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）この発明の排水処理方法は、排水に分散捕捉剤を添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、前記排水中の分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込む工程と、前記排水を活性炭槽で濾過する工程とを有することを特徴とする。
この排水処理方法は、排水に分散捕捉剤を添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、前記排水中の分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込む工程を有するので、排水中で分散捕捉剤から形成された分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込んで排水が浄化されることとなる。

前記分散捕捉剤は、排水中に分散して汚れ成分を捕捉する物質をいう。前記分散性捕捉軟塊は、分散捕捉剤が排水中に分散して汚れ成分を捕捉して取り込む軟塊をいう。前記排水中の汚れ成分は、有機物、溶解性COD成分、極微粒子、ss成分などをいう。
前記分散捕捉剤の材質として、ポリアクリルアマイド、ポリアクリルアマイド・アクリル酸、ポリビニルアミジン、ポリメタクリル酸エステルその他を例示することが出来る。分散捕捉剤は、排水中に分散して分散性捕捉軟塊となり汚れ成分を取り込む機能があれば、前記したポリアクリルアマイドその他以外の物質でもよい。

そして、前記排水を活性炭槽で濾過する工程を有するので、排水中の汚れ成分を取り込んだ分散性捕捉軟塊を活性炭槽で濾別することができ、分散性捕捉軟塊が排水中の汚れ成分を取り込んだ分、活性炭の吸着量以上に汚れ成分が低減した排水を活性炭槽に通過させて浄化処理水として得ることが出来る。
ここで、前記排水中の汚れ成分として、MPA（3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド）を例示することが出来る。また、分子サイズが小さい有機物、すなわちエチレングリコール、プロピレングルコール、エチレンクロロヒドリン、プロピレンクロロヒドリン、アセトアルデヒドなどを例示することが出来る。さらに、植物油、動物油、鉱物油、シリコン油などの疎水性の油類を界面活性剤で可溶化した排水を例示することが出来る。

前記排水には分散捕捉剤と共に、PAC（ポリ塩化アルミニウム）などの凝結剤を添加する。
分散捕捉剤の濃度の調整としては、水に対して分散捕捉剤（例えばポリアクリルアマイド）の原液を0.1wt％添加することを例示できる。前記排水に対する分散捕捉剤の添加の割合としては、前記のように濃度調整したものを排水500ccに対して1ccの割合とすることを例示できる。

（２）前記排水を活性炭槽で濾過する工程には先行する工程から排水をオーバー・フローさせて供給するようにしてもよい。
このように構成し、排水を活性炭槽で濾過する工程に先行工程からオーバー・フローさせて供給するようにすると、オーバー・フローした排水は重力自然流下であるので、既に活性炭槽（固定床）に移行している分散性捕捉軟塊に対して、ポンプなどで加圧した場合のような過度な圧力は掛かり難い。
したがって、過度の加圧によって分散性捕捉軟塊が活性炭槽から押し出され抜け落ちてしまって、浄化処理水の汚染度が高まってしまう事態を抑制ないし回避することが出来る。

（３）前記排水に分散捕捉剤を添加する工程の前又は／及び後で活性炭を添加するようにしてもよい。
このように構成し、排水に分散捕捉剤を添加する工程の前や後で活性炭を添加するようにすると、分散性捕捉軟塊の併存下で活性炭の流動床状態が現出することとなる。
活性炭表面には、酸素化合物が主として水酸基（OH^－）というマイナスイオンの形で固定されており、この活性炭のマイナスイオンに対して、排水中にプラスに帯電した汚れ成分（例えば金属イオン）があると静電的に引き寄せられ化学的に吸着されることとなる。
そして、排水を活性炭槽で濾過する工程では、（分散性捕捉軟塊では取り込まれ得なかった）プラスの汚れ成分を静電的に吸着した（流動床状態の）活性炭が、活性炭槽（固定床）により物理的に濾別され、併存する分散性捕捉軟塊と協調して、排水をより高度に浄化することが出来る。

（４）前記排水を電気分解する工程を有するようにしてもよい。
排水の汚れ成分が、炭素数が少なく分子サイズが小さい有機物、すなわちエチレングリコール（HO-CH₂-CH₂-OH）、エチレンクロロヒドリン（Cl-CH₂-CH₂-OH）、アセトアルデヒド（CH₃-CHO）などの場合、活性炭だけの処理では、早期に活性炭槽をスルーし始めて短期で吸着平衡が立ってしまう。
しかし前記のように構成し、排水を電気分解する工程を有するようにし、電解酸化により分子サイズが小さい有機物に酸素を結合させられるとその分子サイズを大きくすることができる。
これにより、分子サイズが小さい有機物をスルーさせ難くして、分散性捕捉軟塊に捕捉させ易くしたり、活性炭に吸着させ易くしたりすることが出来る。

このため、（分散捕捉剤の併用と相俟って）排水を活性炭槽で濾過する工程に於いて、汚れ成分の浄化効率を向上させたり、活性炭の吸着平衡が立つまでの時間を引き延ばしたりすることが出来る。
ここで、排水を電気分解する工程は、排水に分散捕捉剤を添加する工程の前、その後、排水を活性炭槽で濾過する工程の前、その後、更にこれらの各組み合わせで行うことが出来るが、前記の作用により排水を活性炭槽で濾過する工程の前（まで）に行うことが好ましい。

（５）前記活性炭を熱処理する工程を有するようにしてもよい。
このように構成し、活性炭を熱処理する工程を有するようにすると、活性炭に付着した排水中の汚れ成分や分散性捕捉軟塊を熱分解すると共に、この熱処理工程（例えば900℃以上、1～5時間）を利用して活性炭を賦活して再利用することが出来る。なお、分散性捕捉軟塊が熱分解した炭化物を活性炭として機能させることも出来る。

（６）前記活性炭を脱水する工程を有するようにしてもよい。
このように構成し、活性炭を脱水する工程を有するようにすると、熱処理する工程における水分蒸発のための潜熱のエネルギーを低減することが出来る。活性炭を脱水するための熱源媒体として、例えば油（比熱が水より小さい）を利用することが出来る。

（７）前記排水として放射性セシウム化合物が共存する汚染水を処理するようにしてもよい。
このように構成し、放射性セシウム化合物が共存する汚染水を処理するようにすると、原発事故で地上に降下した放射性セシウム化合物による汚染土壌の洗浄水（排水）について、土壌中の放射性セシウム化合物が共存する粘土・シルトを分散性捕捉軟塊に取り込んで放射能汚染排水を除染することが出来る。
この場合、放射性セシウム化合物を取り込んだ分散性捕捉軟塊を高温（例えば1,600～2,000℃）で熱処理し、これにより揮散した放射性セシウム元素を捕集して回収することが出来る。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
分散性捕捉軟塊が排水中の汚れ成分を取り込んだ分、活性炭の吸着量以上に汚れ成分が低減した排水を活性炭槽に通過させて浄化処理水として得ることができるので、従来のような活性炭の吸着量に制限されない排水処理方法を提供することが出来る。
また、前記排水を活性炭槽で濾過する工程を有するので、排水中の汚れ成分を取り込んだ分散性捕捉軟塊を活性炭槽で濾別することができ、分散性捕捉軟塊が排水中の汚れ成分を取り込んだ分、活性炭の吸着量以上に汚れ成分が低減した排水を活性炭槽に通過させて浄化処理水として得ることができるので、従来のような活性炭の吸着量に制限されないという利点がある。

この発明の排水処理方法の実施形態を説明するシステム・フロー図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、この実施形態の排水処理方法は、排水に分散捕捉剤を添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、前記排水中の分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込む工程を有する。
分散性捕捉軟塊を形成させる混練槽１では、受け入れた排水をモータMで回転駆動されるファンにより撹拌するようにしている。
そして、前記排水を活性炭槽２（固定床）で濾過する工程を有する。この排水を活性炭槽２で濾過する工程には、先行する工程から排水を内側にオーバー・フローさせて供給するようにしている。混練槽１には、Air を吹き込めるようにしていると共に、リリース弁を設けている。

活性炭槽２は、右側３連の前処理用と左側の仕上げ用とから成る。すなわち、前処理用の３連並列の活性炭槽を経た排水を仕上げ用の活性炭槽に送り、２連並列のUF膜濾過機構３を経て、センサーS-2で水質を測定し、外部に排出するようにしている。
前記分散捕捉剤は、排水中に分散して汚れ成分を捕捉する物質である。前記分散性捕捉軟塊は、分散捕捉剤が排水中に分散して汚れ成分を捕捉して取り込む軟塊である。前記排水中の汚れ成分は、有機物、溶解性COD成分、極微粒子、ss成分などである。

前記分散捕捉剤の材質として、ポリアクリルアマイドを使用した。分散捕捉剤は、排水中に分散して分散性捕捉軟塊となり汚れ成分を取り込む機能を有する。前記排水には分散捕捉剤と共に、PAC（ポリ塩化アルミニウム、凝結剤）を添加した。
分散捕捉剤の濃度の調整として、水に対して分散捕捉剤（ポリアクリルアマイド）の原液を0.1wt％添加した。前記排水に対する分散捕捉剤の添加の割合として、前記のように濃度調整したものを排水500ccに対して1ccの割合とした。

排水に分散捕捉剤を添加する工程で粒状の活性炭を添加した。したがって、混練槽１では、分散性捕捉軟塊の併存下で活性炭の流動床状態が現出することとなる。なお、粒状ではなく粉状の活性炭でもよい。
活性炭表面には、酸素化合物が主として水酸基（OH^－）というマイナスイオンの形で固定されており、この活性炭のマイナスイオンに対して、排水中にプラスに帯電した汚れ成分（金属イオン）があると静電的に引き寄せられ化学的に吸着されることとなる。

排水を電気分解する工程（電解機構４）を有するようにした。すなわち、活性炭槽２での処理水を２連並列の電解機構４に送り、電解水槽を経て混練槽１へと循環させるようにしている。
排水の汚れ成分が、炭素数が少なく分子サイズが小さい有機物、すなわちエチレングリコール（HO-CH₂-CH₂-OH）、エチレンクロロヒドリン（Cl-CH₂-CH₂-OH）、アセトアルデヒド（CH₃-CHO）などの場合、活性炭だけの処理では、早期に活性炭槽をスルーし始めて短期で吸着平衡が立ってしまう。
排水を電気分解する工程（電解機構４）は、排水に分散捕捉剤を添加する工程の前（排水を活性炭槽２で濾過する工程の前）に電解処理水が循環されるようにしている。

活性炭を熱処理する工程（900℃以上、1～5時間）を有するようにした。この工程（熱処理機構５）では、ガス・バーナーによる熱風発生装置により、モータMで回転駆動されるスクリュー６によって移送されてきた活性炭に熱風を及ぼすようにした。熱風は、モータM駆動されるファンF1、F2、F3、F4により循環させるようにしている。排ガスは、電解スクラバー機構７、活性炭濾過機構８、センサーS-3を経て大気解放するようにしている。熱処理した活性炭は、冷却・脱塩工業用水により冷却するようにしている。熱風の一部を引き出して、紛体サイクロン装置９により集塵するようにしている。
活性炭を脱水する工程（脱水機構10）を有するようにした。活性炭を脱水するための熱源媒体として、鉱物油（比熱が水より小さい）を利用した。脱水機構10は、活性炭を移送するスクリュー６の一部を囲んで昇温するようにしている。

次に、この実施形態の排水処理方法の使用状態を説明する。
この排水処理方法は、混練槽１で排水に分散捕捉剤を添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、前記排水中の分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込む工程を有するので、排水中で分散捕捉剤から形成された分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込んで排水が浄化されることとなる。
そして、前記排水を活性炭槽２で濾過する工程を有するので、排水中の汚れ成分を取り込んだ分散性捕捉軟塊を活性炭槽２で濾別することができ、分散性捕捉軟塊が排水中の汚れ成分を取り込んだ分、活性炭の吸着量以上に汚れ成分が低減した排水を活性炭槽２に通過させて浄化処理水として得ることができるので、従来のような活性炭の吸着量に制限されないという利点がある。

排水を活性炭槽２で濾過する工程に先行工程からオーバー・フローさせて供給するようにしたので、オーバー・フローした排水は重力自然流下であるので、既に活性炭槽２（固定床）に移行している分散性捕捉軟塊に対して、ポンプなどで加圧した場合のような過度な圧力は掛かり難い。
したがって、過度の加圧によって分散性捕捉軟塊が活性炭槽２から押し出され抜け落ちてしまって、浄化処理水の汚染度が高まってしまう事態を抑制ないし回避することが出来るという利点がある。

そして、排水を活性炭槽２で濾過する工程では、（分散性捕捉軟塊では取り込まれ得なかった）プラスの汚れ成分を静電的に吸着した（流動床状態の）活性炭が、活性炭槽２（固定床）により物理的に濾別され、併存する分散性捕捉軟塊と協調して、排水をより高度に浄化することが出来た。

排水を電気分解する工程（電解機構４）を有するようにしたので、電解酸化により分子サイズが小さい有機物に酸素を結合させられるとその分子サイズを大きくすることができる。
これにより、分子サイズが小さい有機物をスルーさせ難くして、分散性捕捉軟塊に捕捉させ易くしたり、活性炭に吸着させ易くしたりすることが出来る。
このため、（分散捕捉剤の併用と相俟って）排水を活性炭槽２で濾過する工程に於いて、汚れ成分の浄化効率を向上させたり、活性炭の吸着平衡が立つまでの時間を引き延ばしたりすることが出来るという利点がある。

活性炭を熱処理する工程（熱処理機構５）を有するようにしたので、活性炭に付着した排水中の汚れ成分や分散性捕捉軟塊を熱分解すると共に、この熱処理工程を利用して活性炭を賦活して再利用することが出来る。なお、分散性捕捉軟塊が熱分解した炭化物を活性炭として機能させることも出来るという利点がある。

活性炭を脱水する工程（脱水機構10）を有するようにしたので、熱処理する工程（熱処理機構５）における水分蒸発のための潜熱のエネルギーを低減することが出来るという利点がある。

分散捕捉剤として、ポリアクリルアマイドを使用した。汚れ成分としてMPA（3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド）が含有されている排水を処理した。
〔実施例１-１〕
混練槽で排水500cc（COD 978ppm）に対し、PACを添加しpH調整（pH5.6→6.6）した後、既述の方法で調整した分散捕捉剤（ポリアクリルアマイド）を2cc/Lの割合で添加し、更に粒状活性炭0.12gを添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、15分撹拌し15分静置するとCODは890ppmになった。
これを、活性炭槽 (活性炭100g)で濾過した。するとCODは62ppm（当初の6％）に低減した。

〔実施例１-２〕
混練槽で排水1,000cc（COD8,800ppm）に対し、PACを添加しpH調整（pH6.3→6.4）した後、既述の方法で調整した分散捕捉剤（ポリアクリルアマイド）を1cc/Lの割合で添加し、更に粒状活性炭2gを添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、60分撹拌し15分静置するとCODは8,080ppmになった。
これを、活性炭槽 (活性炭100g)で濾過した。するとCODは740ppm（当初の8％）に低減した。
〔比較例１〕
排水500cc（COD10,200ppm）を、活性炭の流動床 (活性炭1.3g)で30分撹拌処理した。しかし、CODは7,083ppm（当初の69％）とあまり低減しなかった。

分散捕捉剤として、ポリアクリルアマイドを使用した。汚れ成分として分子サイズが小さい有機物、すなわちエチレングリコールが含有されている排水を処理した。
〔実施例２-１〕
混練槽で排水500cc（COD 8,000ppm）に対し、PACを添加しpH調整（pH5.6→7.2）した後、既述の方法で調整した分散捕捉剤（ポリアクリルアマイド）を1cc/Lの割合で添加し、更に粒状活性炭2gを添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、15分撹拌し15分静置するとCODは7,520ppmになった。
これを、活性炭槽 (活性炭100g)で濾過した。するとCODは2,800ppm（当初の35％）に低減した。

〔実施例２-２〕
排水585cc（COD 8,400ppm）に対し、並塩1％を添加して電気分解(電流密度6A/dm²、20cc/min)した。すると、CODは6,400ppmになった。
混練槽でPACを添加しpH調整（pH6.2→7.4）した後、既述の方法で調整した分散捕捉剤（ポリアクリルアマイド）を1cc/Lの割合で添加し、更に粒状活性炭2gを添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、15分撹拌し15分静置するとCODは4,400ppmになった。
これを、活性炭槽 (活性炭100g)で濾過した。するとCODは1,767ppm（当初の21％）に低減した。
すなわち、排水を電気分解する工程を有するようにすると、CODの低減効率に顕著な差異が認められた。

〔比較例２〕
排水500cc（COD 7,143ppm）を、活性炭の流動床 (活性炭3.5g)で3時間撹拌処理した。しかし、CODは7,143ppmと全く低減しなかった。

従来よりも有機物などの汚れ成分の除去が十分であることによって、種々の排水処理の用途に適用することができる。

２活性炭槽

Claims

排水に分散捕捉剤を添加して分散性捕捉軟塊を形成せしめ、前記排水中の分散性捕捉軟塊が汚れ成分を取り込む工程と、前記排水を活性炭槽（２）で濾過する工程とを有し、排水中の汚れ成分を取り込んだ分散性捕捉軟塊を活性炭槽（２）で濾別するようにし、前記分散捕捉剤は、排水中に分散して汚れ成分を捕捉する物質であって、ポリアクリルアマイド、ポリアクリルアマイド・アクリル酸、ポリビニルアミジン、ポリメタクリル酸エステル、PACとしたことを特徴とする排水処理方法。