JP7168301B2

JP7168301B2 - 水処理装置

Info

Publication number: JP7168301B2
Application number: JP2017063488A
Authority: JP
Inventors: 恭介高橋; 祐一須田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018164893A

Description

本発明は、炭酸イオンを含む排水を処理する水処理装置に関するものである。詳しくは、本発明は、炭酸イオンを含む排水に凝集剤を添加して処理する凝集沈殿部を備える水処理装置に関するものである。

各種工場等から発生する排水の処理において、重金属及び懸濁物質（以下「ＳＳ」という。）を含む排水の処理方法として、凝集剤などの薬剤を添加して重金属及びＳＳを含むフロックとし、固液分離を行う方法が知られている。

例えば、特許文献１には、重金属及びＳＳを含む排水の処理方法として、親水性高分子物質と鉄塩を含む除去剤及びその他凝集剤を用い、重金属及びＳＳをフロック化して、固液分離により除去する方法が記載されている。また、特許文献１には、排水のｐＨが酸性領域の場合には特にｐＨを調節する必要はなく、排水のｐＨが中性ないしアルカリ性領域の場合であっても、除去剤の添加後に必要に応じてｐＨを調節することが記載されている。

特開２００１－２１２５７３号公報

排水に対して凝集剤などの薬剤の添加により重金属及びＳＳを固液分離するにあたっては、生成した重金属及びＳＳを含むフロックが水面に浮上してしまうと、固液分離ができなくなる。本発明者は、種々の排水に対して固液分離を試みたところ、一部の排水について、ｐＨを酸性側に調整するとフロックが浮遊することがあった。

そこで、本発明の課題は、排水の固液分離処理におけるフロックの浮遊を抑制し、フロックの沈殿を促進することを目的とする。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、排水中の炭酸がフロックを浮遊させる原因であることを見出した。つまりは、炭酸イオンを含む排水では、ｐＨを酸性側に調整すると、炭酸イオンが炭酸となってガスを発生し、フロックを浮遊させることを見出した。

そこで、本発明者は、炭酸イオンを含む排水の水処理装置において、ｐＨを酸性側に調整するｐＨ調整部の後段に炭酸除去部を設けることで、フロックの浮遊を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の水処理装置である。

上記課題を解決するための本発明の水処理装置は、炭酸イオンを含む排水に対して、ｐＨを測定し、ｐＨを酸性側に調整するｐＨ調整部と、ｐＨ調整部の後段で脱炭酸を行う炭酸除去部と、を備えたことを特徴とする。

この水処理装置によれば、ｐＨ調整部の後段に炭酸除去部を設けることで、ｐＨを酸性側に調整した際に生じる炭酸が除去されるため、フロックの浮遊等、炭酸が発生することによって生じる水処理工程の不具合を改善することができる。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、炭酸除去部の後段に、凝集沈殿部を備え、凝集沈殿処理を行うことを特徴とする。
この特徴によれば、炭酸が除去された排水に対して凝集沈殿処理を行うことで、生成するフロックの浮遊を抑制することができるため、沈殿処理を促進するという効果を奏する。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、排水は金属イオンを含むことを特徴とする。
金属イオンを金属化合物として析出させて除去するという排水処理では、金属化合物が微粒子として存在するため、炭酸によりフロックが浮遊するという問題が顕著となる。そのため、本発明の水処理装置は、金属イオンを含む排水の処理に好適に利用することができる。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、炭酸除去部は、曝気により脱炭酸を行うことを特徴とする。
この特徴によれば、減圧装置等の精密な装置等と比べて簡易的な装置で脱炭酸を行うことが可能となる。

更に、本発明の水処理装置の一実施態様としては、排水は懸濁物質濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする。
懸濁物質濃度が低い場合には、炭酸によりフロックが浮遊するという問題が顕著となる。そのため、本発明の水処理装置は、懸濁物質濃度の低い排水の処理に好適に利用することができる。

本発明によれば、炭酸イオンを含む排水の水処理装置において、ｐＨを酸性側に調整するｐＨ調整部の後段に炭酸除去部を設けることで、フロックの浮遊等、炭酸が発生することによって生じる水処理工程の不具合を改善することができる。

本発明の第１の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。本発明の第２の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。本発明の水処理装置に基づく実施例１の水処理工程及び比較例１、２の水処理工程を示すフロー図と、実施例１及び比較例１、２により得られた処理水の写真である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態は、本発明を限定するものではない。

［水処理装置］
本発明の水処理装置は、炭酸イオンを含む排水に対して、ｐＨを測定し、ｐＨを酸性側に調整するｐＨ調整部と、ｐＨ調整部の後段で脱炭酸を行う炭酸除去部と、を備えたことを特徴とするものである。

（排水）
本発明の水処理装置は、炭酸イオンを含む排水の処理に利用するための装置であり、例えば、各種工場等から発生する排水処理に利用される他、河川水、地下水のような自然水の処理等にも利用することができる。

本発明の水処理装置により処理する排水の種類は、特に制限されないが、例えば、金属イオンを含む排水や、金属イオン及び懸濁物質を含むめっき工場やエッチング工場からの排水等が挙げられる。金属イオンを金属化合物として析出させて除去するという水処理では、金属化合物の微粒子が発生するため、特にフロックが浮遊しやすい。よって、金属イオンを含む排水は、本発明の水処理装置の処理対象として、好適に利用することができる。なお、金属イオンとしては、特に制限されないが、例えば、銅、亜鉛、カドミウム、パラジウム、クロム、鉛、マンガン、ニッケル、コバルト、モリブデン、銀などが挙げられる。

排水の懸濁物質の濃度は、特に制限されないが、低濃度である場合には、炭酸によりフロックが浮遊するという問題が顕著となる。そのため、懸濁物質濃度の低い排水の処理では、本発明の水処理装置を好適に利用することができる。排水の懸濁物質の濃度は、好ましくは１００ｍｇ／Ｌ以下である。なお、この「懸濁物質の濃度」における「懸濁物質」とは、金属イオンを金属化合物として析出させて生じた金属化合物微粒子の他、排水中に含まれるその他の懸濁物質も含む総懸濁物質である。

また、金属イオンを金属化合物として析出させて除去するという水処理において、除去対象となる金属化合物微粒子の懸濁物質の濃度は、特に制限されないが、低濃度である場合には、炭酸によりフロックが浮遊し、金属化合物微粒子の除去効率が低下するという問題がある。そのため、除去対象となる金属化合物微粒子の懸濁物質濃度が低い排水の処理では、本発明の水処理装置を好適に利用することができる。析出により除去する金属化合物微粒子の懸濁物質の濃度は、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以下であり、より好ましくは３０ｍｇ／Ｌ以下である。

排水のｐＨは、好ましくは中性又はアルカリ性であり、特に好ましくはアルカリ性である。排水のｐＨが中性ないしはアルカリ性側にある場合、水処理工程においてｐＨを酸性側にすると、炭酸の気泡が大量に発生するため、本発明の水処理装置を好適に利用することができる。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。
本実施形態の水処理装置１ａは、例えばエッチング工場からの排水Ｗを処理するものであり、図１に示すように、ｐＨ調整部２と、炭酸除去部３と、凝集沈殿部４と、これらを接続するラインＬ１～Ｌ６とを備えている。

（ｐＨ調整部）
ｐＨ調整部２は、ｐＨ調整槽２１、排水ＷのｐＨを測定するｐＨ計２２と、ｐＨの測定結果に応じて、排水ＷのｐＨを酸性側に調整するための酸添加部２３を備える。排水ＷはラインＬ１を通じてｐＨ調整槽２１に供給され、酸添加部２３には、塩酸、硫酸、硝酸等の酸性物質を貯留するタンク２４と、酸性物質の添加量を調整するバルブ２５とを備えるものである。また、ｐＨ計２２の測定結果及びｐＨ調整槽２１内の水量に基づき、酸性物質の添加量を算出し、バルブ２５の開閉を自動制御する制御装置（不図示）を備えるものであってもよい。

ｐＨ調整部２において、排水ＷのｐＨは７．０以下とする。より好ましくは６．０以下とする。
ここで、ｐＨ調整部２において排水ＷのｐＨを酸性領域とするのは、後段に設けられた炭酸除去部３における炭酸除去効率を高めるためである。したがって、排水ＷのｐＨを強酸性化する必要はない。少なくともｐＨは７．０以下であればよく、酸性物質の消費量と炭酸除去効率とを勘案してｐＨを決定することが望ましい。

（炭酸除去部）
炭酸除去部３は、排水Ｗ中の炭酸イオンを除去するものであり、炭酸除去槽３１と、曝気装置３２、ブロワー３３を備える。ｐＨ調整部２からラインＬ２を通じて、排水Ｗが炭酸除去槽３１に供給される。炭酸除去槽３１において、曝気装置３２からの曝気により、酸性化した排水Ｗから炭酸が放出される。

炭酸除去部は、炭酸イオンから生じた炭酸ガスを除去できるもの、あるいは、炭酸イオンから炭酸ガスを発生させないものであれば、特に制限されない。
炭酸イオンから生じた炭酸ガスを除去する手段としては、例えば、第１の実施形態のように、曝気により炭酸ガスを空気中へ放出する手段のほか、減圧により炭酸ガスを脱気する手段等が挙げられる。曝気装置は、減圧装置等に比べて簡易的な装置であるため、曝気により炭酸ガスを空気中へ放出する手段を使用することが好ましい。
また、炭酸イオンから炭酸ガスを発生させない手段としては、例えば、炭酸イオンと反応する薬剤を添加する手段が挙げられる。薬剤としては、例えば塩化カルシウムのように、炭酸イオンと反応して沈殿物を形成するものが好ましい。

（凝集沈殿部）
凝集沈殿部４は、凝集槽４１と沈殿槽４２からなる。凝集槽４１は、炭酸除去部３からラインＬ３を通じて供給された排水Ｗに、凝集剤添加部４３から凝集剤を添加して凝集物を形成するための構成である。沈殿槽４２は、凝集槽４１からラインＬ４を通じて供給された排水Ｗを、凝集物と処理水とに固液分離するための構成である。

なお、凝集剤添加部４３と炭酸除去部３の順は、特に制限されず、凝集剤添加部４３により凝集物を形成したあとに、炭酸除去部３により炭酸を除去してもよい。但し、第１の実施形態のように、曝気装置により炭酸を除去する場合には、曝気によりフロックが破壊されるため、炭酸除去部３の後段に凝集剤添加部４３を設けることが好ましい。

凝集剤としては、特に制限されず、無機凝集剤、高分子凝集剤のいずれでもよい。無機凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリシリカ鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられ、高分子凝集剤としては、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素－ホルマリン樹脂等のカチオン性高分子凝集剤、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２－アクリルアミド）－２－メチルプロパン硫酸塩等のアニオン性高分子凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等のノニオン性高分子凝集剤、アクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重合体等の両性高分子凝集剤が挙げられる。凝集状態を良好に維持することができることから、無機凝集剤を使用することが好ましい。また、排水中の成分や凝集状態に応じて、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用してもよい。

なお、本発明の水処理装置では、排水のｐＨを低下する凝集剤（以下、「酸性凝集剤」という。）を使用する場合に、その効果をより発揮することができる。炭酸イオンを含む排水を酸性凝集剤で凝集処理すると、酸性凝集剤の作用によりｐＨが酸性側に移行して炭酸が発生するという問題が顕著となる。一方、凝集剤添加前に炭酸除去を行うことにより、酸性凝集剤の添加時に発生する炭酸の量が低減されるため、フロックの浮遊を抑制するという効果をより発揮することができる。

凝集槽４１において、使用する凝集剤に応じてｐＨを調節してもよい。特に高分子凝集体を使用する場合には、ｐＨを中性付近である６～８とすることが好ましい。
また、凝集槽４１において、炭酸除去部３からの排水Ｗに無機凝集剤を添加した後、ｐＨを中性付近に調節し、高分子凝集剤を添加する構成としてもよい。

沈殿槽４２で固液分離された凝集物及び処理水は、それぞれラインＬ５、Ｌ６を通じて、系外へ排出される。
なお、ラインＬ６には、処理水を系外に排出するためにｐＨを調節する構成を設けてもよい。

〔第２の実施形態〕
図２は本発明の第２の実施形態の水処理装置の構成を示す概略図である。
第２の実施形態の水処理装置１ｂは、図２に示すように、第１の実施形態におけるｐＨ調整槽２１と、炭酸除去槽３１と、凝集槽４１を、１つの反応槽５としたものである。したがって、反応槽５は、ｐＨ計２２、酸添加部２３、曝気装置３２、ブロワー３３、凝集剤添加部４３を備える。この反応槽５内でｐＨ調節、炭酸除去、凝集が行われる。
水処理装置１ｂでは、ラインＬ７を通じて排水Ｗが反応槽５に供給され、反応槽５で処理された排水Ｗは、ラインＬ８を通じて沈殿槽４２に供給される。沈殿槽４２では排水Ｗが凝集物と処理水に固液分離され、それぞれラインＬ９、Ｌ１０を通じて系外に排出される。

水処理装置１ｂは、ｐＨ調節、炭酸除去、凝集を１つの槽内で行うため、装置全体として省スペース化を図ることが可能となる。

なお、上述した実施形態は水処理装置１の一例を示すものである。本発明に係る水処理装置１は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施形態に係る水処理装置１を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

図３に示す実施例１、比較例１及び比較例２の水処理工程により、炭酸イオンを含む排水の水処理を実施した。
実施例１は、本発明の水処理装置１に基づく水処理工程である。すなわち、実施例１は、被処理水Ｗ０に酸を添加してｐＨを酸性側に調節するｐＨ調整、曝気により炭酸を除去する炭酸除去、炭酸除去された処理液に凝集剤を添加する凝集工程を行うものである。

被処理水Ｗ０としては、銅イオンを１３ｍｇ／Ｌ、ＳＳを２２ｍｇ／Ｌを含むｐＨ９の排水を用いた。水処理の具体的方法としては、被処理水Ｗ０に、ｐＨ調整として硫酸を用いてｐＨを７．０とし、炭酸除去として曝気を行い、凝集として無機凝集剤の塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を添加し、さらに水酸化ナトリウムを添加してｐＨを中性付近とし、高分子凝集剤（ＳＡ－２７２）を添加して、処理水Ｗ１を得た。

図３に示すように、比較例１の水処理工程は、実施例１の水処理工程からｐＨ調整及び炭酸除去を除いたものであり、比較例２の水処理工程は、実施例１の水処理工程から炭酸除去を除いたものである。その他の条件については、実施例１と同様に行い、比較例１の水処理工程で処理された処理水Ｗ２、比較例２の水処理工程で処理された処理水Ｗ３を得た。

図３には、各処理水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のフロックの沈降性を示す写真を示している。
図３を見ると、本発明の水処理装置１に基づく実施例１の水処理工程によって処理した処理水Ｗ１はフロックが沈降している。これに対して、比較例１及び比較例２の水処理工程で処理した処理水Ｗ２、Ｗ３では、フロックが水面に浮上している。すなわち、実施例１においてのみフロックの沈降が起こり、凝集沈殿処理における処理効率を向上することができるという効果が認められた。

本発明の水処理装置は、炭酸イオンを含む排水の処理に利用することができる。例えば、各種工場等から発生する排水処理に利用される他、河川水、地下水のような自然水の処理等にも利用することができる。
本発明の水処理装置は、特に、金属イオン及びＳＳを含むめっき工場やエッチング工場からの排水処理に利用することができる。

１ａ、１ｂ…水処理装置、２…ｐＨ調整部、３…炭酸除去部、４…凝集沈殿部、２１…ｐＨ調整槽、２２…ｐＨ計、２３…酸添加部、２４…タンク、２５…バルブ、３１…炭酸除去槽、３２…曝気装置、３３…ブロワー、４１…凝集槽、４２…沈殿槽、４３…凝集剤添加部、５…反応槽、Ｌ１～Ｌ１０…ライン、Ｗ…排水、Ｗ０…被処理水、Ｗ１…実施例１の処理水、Ｗ２…比較例１の処理水、Ｗ３…比較例２の処理水

Claims

炭酸イオン、金属イオン及び金属化合物の微粒子を含む工場排水に対して、
ｐＨを測定し、ｐＨを酸性側に調整するｐＨ調整部と、
ｐＨ調整部の後段又は同一の槽で脱炭酸を行う炭酸除去部と、
を備えたことを特徴とする、水処理装置。
前記炭酸除去部の後段に、凝集沈殿部を備え、凝集沈殿処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
前記炭酸除去部は、曝気により脱炭酸を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理装置。
前記排水は、総懸濁物質濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の水処理装置。