CN104619650B - 水处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种水处理方法及装置，其在被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂，然后，进行搅拌从而进行造粒，接着进行固液分离从而获得处理水，其能够形成不会由于搅拌时的剪切力而被破坏的强固且沉降性良好的絮凝物，并且，处理水的水质变得良好。作为解决方案，本发明提供了一种水处理方法，其具有：在被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂生成凝集絮凝物的凝集工序；接着，对该被处理水进行搅拌从而对凝集絮凝物进行造粒的造粒工序；以及对生成的造粒物进行固液分离从而获得处理水的固液分离工序，其特征在于，其在添加前述阴离子系高分子凝集剂之前，在前述被处理水中添加阳离子基比率为10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂。

Description

水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及从河川水、雨水、工厂用排水等的含微细悬浮物质的水中对悬浮物质进行凝集分离的水处理方法及装置，或者从含有重金属或氟或者磷酸的水中对这些含有物进行凝集分离的水处理方法及装置。
背景技术
将无机凝集剂添加于工厂废水、下水道等的原水(被处理水)中后，同时添加阴离子系高分子凝集剂及阳离子系高分子凝集剂，并进行固液分离，是已知的方案(专利文献1的比较例6、10)。
在专利文献2中，记载有将无机凝集剂添加于给排水、产业废水等原水中使生成凝集物后，添加有机高分子凝集剂，接着，进行搅拌造粒使粒状物沉淀。
在专利文献3中，记载有在排水处理或净水处理中，将无机凝集剂添加于原水中使生成凝集物后，添加有机高分子凝集剂，接着在液体旋风分离器内使旋转进行凝集固液分离。
在专利文献4中，记载有将阴离子系高分子凝集剂添加于镀敷工厂排水等的含金属氢氧化物的悬浮液中，接着，添加阳离子系高分子凝集剂，然后，进行搅拌造粒从而进行固液分离。通过搅拌凝集物从而赋予剪切力，能够促进絮凝物的机械脱水，从而形成密度高的凝集体(颗粒)。经造粒的颗粒，其沉降速度比通常的絮凝物大，因此，能够使水面积负荷比以往类型的污泥床(sludge blanket)型凝集沉淀装置增大，从而能够使装置成为小型。
在专利文献5中，记载有中和含重金属的水并且添加聚合物从而进行凝集处理的含重金属排水的处理方法。
在专利文献6中，记载有使含氟的水与铁反应生成不溶性磷酸铁后，添加聚丙烯酰胺系高分子凝集剂，从而进行固液分离的含氟水的处理方法及装置。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2003-145168
专利文献2：日本特开平11-169609
专利文献3：日本特开2010-214248
专利文献4：日本特开平6-55004
专利文献5：日本特开平5-337474
专利文献6：日本特开2007-98325
发明内容
[发明要解决的课题]
在造粒型的凝集沉淀装置中，通过搅拌床区域进行絮凝物的造粒时，搅拌叶片的剪切力使造粒絮凝物(颗粒)的一部分受到破坏而易于微细化。经微细化的絮凝物，直接流出至处理水中，因此，处理水的水质恶化。
本发明的目的是提供一种水处理方法及装置，其在被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂，然后，进行搅拌从而进行造粒，接着，进行固液分离从而获得处理水，其能够形成不会由于搅拌时的剪切力而被破坏的强固且沉降性良好的絮凝物，并且，处理水的水质变得良好。
[解决课题的方法]
本发明的水处理方法，其具有下列工序：在被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂使生成凝集絮凝物的凝集工序；接着，对该被处理水进行搅拌从而对凝集絮凝物进行造粒的造粒工序；以及，对生成的造粒物进行固液分离从而获得处理水的固液分离工序，其特征在于，在添加前述阴离子系高分子凝集剂之前，在前述被处理水中添加阳离子基比率为10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂。
本发明的水处理装置，其具备下列机构：在被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂的阴离子系高分子凝集剂添加机构；设置在该阴离子系高分子凝集剂添加机构的下游侧的搅拌被处理水并且对凝集絮凝物进行造粒的搅拌机构；以及，对通过该搅拌机构搅拌后的被处理水进行固液分离从而获得处理水的固液分离机构，其特征在于，其具备设置在前述阴离子系高分子凝集剂添加机构的上游侧，并且添加阳离子基比率为10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂的阳离子系高分子凝集剂添加机构。
本发明的一个方案中，首先在被处理水中添加无机凝集剂。该无机凝集剂的添加，可与阳离子系高分子凝集剂的添加同时进行，也可在其之前进行。
本发明的另一个方案中，被处理水含有重金属，首先中和被处理水而析出重金属氢氧化物。该中和处理可与阳离子系高分子凝集剂的添加同时进行，也可在其之前进行。
[发明的效果]
本发明人重复种种研究的结果，发现在被处理水中根据需要添加无机凝集剂或在被处理水含重金属时进行中和处理，并且依序添加阳离子系高分子凝集剂、阴离子系高分子凝集剂进行造粒型的凝集沉淀，由此，能够形成絮凝物强度大、密度高的凝集体。特别是，发现通过作为阳离子系高分子凝集剂使用阳离子基比率为10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂，能够形成密度高、不易破坏的絮凝物。
本发明是基于该见解而完成的。根据本发明，在搅拌造粒工序中在絮凝物因搅拌而承受剪切力时不易引起微细化，因此，抑制了微细絮凝物成为SS而混入处理水中，能够获得澄清的处理水。并且，造粒物成为密度高、沉降速度大的颗粒，因此，可进行高负荷处理。
附图说明
图1是显示实施方式的水处理方法及装置的流程图。
图2是显示实施方式的水处理方法及装置的流程图。
图3是显示实施方式的水处理方法及装置的流程图。
图4是显示实验结果的图。
图5是显示实验结果的图。
图6是显示实验结果的图。
图7是显示实验结果的图。
图8是显示实验结果的图。
图9是显示实验结果的图。
图10是显示实验结果的图。
图11是显示实施方式的水处理方法及装置的流程图。
具体实施方式
〈添加无机凝集剂的第1方案〉
本发明的第1方案涉及在被处理水中添加无机凝集剂、阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂，然后，进行搅拌并进行造粒，接着，进行固液分离从而获得处理水的水处理方法及装置。
[被处理水及凝集剂]
处理对象水若为河川水、雨水、工厂用排水等的含微细悬浮物质的水，或含重金属、氟或磷酸的水，则无特别限制。又，含悬浮物质的水为处理对象水时，优选其SS浓度为1～10000mg/L，特别优选为20～2000mg/L。另外，含氟的水为处理对象时，氟浓度优选为10～10000mg/L左右，含磷酸的水为处理对象时，磷酸浓度优选为5～10000mg/L左右。
无机凝集剂优选为PAC(聚合氯化铝)、聚铁(聚合硫酸铁：polyferricsulfate)、氯铁(氯化铁)或硫酸铝等的形成氢氧化物的无机凝集剂。并且，含氟的水或含磷酸的水，作为无机凝集剂也可使用消石灰等的钙化合物。无机凝集剂的添加量优选为10～1000mg/L，特别优选为20～500mg/L左右。
阳离子系高分子凝集剂优选为丙烯酰胺系的阳离子系高分子凝集剂，其阳离子基比率优选为10～50摩尔％，特别优选为15～40摩尔％，更优选为20～30摩尔％。阳离子系高分子凝集剂的重均分子量优选为1200万～2500万，特别优选为1500万～2200万左右。阳离子系高分子凝集剂的添加量优选为0.2～5mg/L，特别优选为1～3mg/L。
作为这些阳离子系高分子凝集剂，可应用通常作为阳离子性高分子凝集剂使用的阳离子系高分子凝集剂，具体而言，可优选地使用阳离子性单体与丙烯酰胺的共聚物。作为阳离子性单体的具体实例，能够适宜地使用二甲基氨基乙基丙烯酸酯或二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(以下，有时合并二化合物称为“二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯”)的酸盐或其季铵盐，二甲基氨基丙基丙烯酰胺或二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(以下，有时合并二化合物称为“二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺”)的酸盐或其季铵盐，但并不限于此。又，阳离子性高分子凝集剂的制品形态并无特别限制，可应用粉末品、W/O型乳液、或将阳离子性高分子凝集剂粒子分散于高盐类浓度的水系介质中而成的分散液等的排水凝集处理用的通常流通的制品形态。
阴离子系高分子凝集剂，优选丙烯酰胺系的阴离子系高分子凝集剂，其阴离子基比率优选为5～30摩尔％，特别优选为5～20摩尔％。阴离子系高分子凝集剂的重均分子量优选为900万～2000万，特别优选为1200万～1800万左右。阴离子系高分子凝集剂的添加量优选为0.2～8mg/L，特别优选为2～6mg/L。
作为该阴离子系高分子凝集剂，可应用通常作为阴离子性高分子凝集剂使用的阴离子系高分子凝集剂，具体可使用阴离子性单体与丙烯酰胺的共聚物、或聚丙烯酰胺的水解物。作为阴离子性单体的具体实例，可优选地使用丙烯酸或其盐。作为阴离子性单体，使用丙烯酸或其盐以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸或其盐，与丙烯酰胺共聚合而成的聚合物，基于可在广泛的pH范围内稳定地使用的方面考虑，尤其适用。
阴离子性高分子凝集剂的制品形态，并未特别限定，可应用粉末品、W/O型乳液、或将阴离子性高分子凝集剂粒子分散于高盐类浓度的水系介质中而成的分散液等的排水凝集处理用的通常流通的制品形态。
所谓阳离子基比率，是指共聚合的非离子性单体与阳离子性单体的合计摩尔量中阳离子性单体所占的摩尔比。阴离子基比率，是指共聚合的非离子性单体与阴离子性单体的合计摩尔量中阴离子性单体所占的摩尔比(聚丙烯酰胺的水解物时，为非离子性重复单位与阴离子性重复单位的摩尔比)。
例如，使丙烯酰胺80摩尔与二甲基氨基乙基丙烯酸酯的季铵盐20摩尔共聚合的阳离子系高分子凝集剂的情况，阳离子基比率如下所示为20摩尔％。
阳离子基比率[摩尔％]＝
[阳离子性单体的摩尔比/(阳离子性单体的摩尔比+非离子性单体的摩尔比)]×100
＝[20/(20+80)]×100＝20[摩尔％]
添加凝集剂后，也可添加砂等的沉降促进剂。
[凝集剂的添加时点、添加量及添加机构]
在首先在被处理水中添加无机凝集剂的第1方案中，对于被处理水(原水)中，与无机凝集剂同时添加阳离子系高分子凝集剂，或在添加无机凝集剂后立即(例如1秒～1分钟，尤其5秒～30秒)添加，或于其以后添加。然后，在使用搅拌槽混合时，经过1～10分钟后，以管线混合进行混合时，经过30秒～2分钟后，添加阴离子系高分子凝集剂。
阳离子系高分子凝集剂的添加量Ac与阴离子系高分子凝集剂的添加量Aa的比Ac/Aa优选为0.1～1，特别优选为0.4～0.8。
无机凝集剂的添加量Am、阳离子系高分子凝集剂的添加量Ac及阴离子系高分子凝集剂的添加量Aa优选满足下式。
0.1<(Am/100+Ac)/Aa<2
凝集剂的添加，是利用注药泵等进行。
[凝集沉淀槽]
本发明中，优选使用造粒型凝集沉淀槽，但也可使用设置造粒型凝集槽与固液分离机构，并且以固液分离机构的剩余污泥作为种污泥送回到造粒型凝集槽中的构成的凝集沉淀槽。
第一方案的较优选流程图，示于图1、2。
[图1的流程图]
含有微细SS的原水通过配管1流入到搅拌槽2中。搅拌槽2内以搅拌机3进行急速搅拌。无机凝集剂添加于配管1或搅拌槽2中。
利用pH调整剂(NaOH、Ca(OH)2等的碱及HCl、H2SO4等的酸)将搅拌槽2内的pH调整成6～8左右。
将阳离子系高分子凝集剂添加于配管1或搅拌槽2中。无机凝集剂、pH调整剂与阳离子系高分子凝集剂的添加顺序优选为该顺序或同时。但使用搅拌槽时在添加阳离子系高分子凝集剂后立即添加无机凝集剂无妨视为实质上同时添加。
在搅拌槽2中使无机凝集剂与阳离子系高分子凝集剂的正电荷对SS的负电荷作用而进行电荷中和，并且通过氢键络合阳离子系高分子凝集剂的高分子链，形成小粒径且密度确实提高的絮凝物。
搅拌槽2的搅拌强度以G值计，优选设为100～500s-1，滞留时间优选设为1分钟～10分钟。
将阴离子系高分子凝集剂添加于在搅拌槽2(或搅拌用配管)中形成的含絮凝物的水中，且流入造粒型凝集沉淀槽5的底部。阴离子系高分子凝集剂的注入点，优选成为搅拌槽2的流出输送槽(trough)或连结搅拌槽2与造粒型凝集沉淀槽5的配管4等的水路。任一情况下，在添加阴离子系高分子凝集剂后，必须以不充分凝集而与凝集絮凝物混合的状态流入到造粒型凝集沉淀槽5中，因此，优选以添加阴离子系高分子凝集剂后立即(例如1秒～1分钟，尤其5秒～30秒)流入造粒型凝集沉淀槽5中的方式设计。
在造粒型凝集沉淀槽5中形成有保持沉降速度非常大的凝集体(小鹅卵石(pebble))的污泥床。运转初期不仅自***外供给小鹅卵石，也通过进行造粒型凝集沉淀的运转使凝集体成长而制成小鹅卵石，能够形成保持小鹅卵石的污泥床。流入至造粒型凝集沉淀槽5底部的水，以向上流动通过污泥床(以下，有时简称为床)时，絮凝物吸附于床中的小鹅卵石上而进行固液分离，因此，仅使澄清(例如SS浓度20mg/L以下，尤其是10mg/L以下)水自输送槽8作为处理水流出。
床通过造粒用搅拌机7的搅拌叶片6而赋予剪切力，促进絮凝物的机械脱水并形成造粒后的小鹅卵石。含阴离子系高分子凝集剂和絮凝物的水通过该床时，絮凝物强固地结合于小鹅卵石，因此，悬浮物质被去除，成为不容易因剪切力而遭破坏的小鹅卵石。经造粒的小鹅卵石(造粒污泥)自造粒型凝集沉淀槽5的下部被取出。小鹅卵石形成过程中，由于促进了自絮凝物的脱水，因此，造粒污泥成为高密度。澄清的处理水通过造粒型凝集沉淀槽5上部的输送槽8而取出。
该造粒型凝集沉淀槽5中的床的搅拌强度以G值计，优选为2～150s-1，特别优选为5～100s-1。床的SS浓度优选为2000～100000mg/L，特别优选为4000～60000mg/L。另外，造粒型凝集沉淀槽的通水LV优选设为5～90m/小时，特别优选设为10～70m/小时。
[图2的流程]
图2的流程，使用管线混合装置11替代搅拌槽2。原水通过原水泵10通水到该管线混合装置11中。将无机凝集剂、阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂添加于该管线混合装置11中。其他构成与图1相同。管线混合装置11的混合强度以G值计，优选为100～500s-1左右，滞留时间优选为30～120秒，特别优选为30～60秒左右。如上述，使用以下式表示的平均速度梯度值(G值)作为以搅拌叶片所致的搅拌混合的搅拌强度或管线混合中的混合强度的表示。在搅拌混合时，根据搅拌叶片大小、片数、转数，在管线混合时，根据流速、压力损失，能够求出各G值。
g：重力加速度(＝9.8)(m/s2)
w：每单位时间、单位容积的工作量(kg.m/m3.s)
μ：水的粘性系数(kg/m·s)
[图3的流程]
图3的流程为在图1的流程中，在搅拌槽2的后级，作为造粒型凝集槽设置第2搅拌槽20，在该第2搅拌槽20中添加阴离子系高分子凝集剂，以搅拌机21进行搅拌而在第2搅拌槽20内造粒。将自该第2搅拌槽20的流出水导入到沉淀槽30的进料井31中，并且自该进料井31的下部导入至沉淀槽30的下部。在沉淀槽30内沉降的造粒污泥通过集泥耙(rake)32刮集收拢至中央部，其一部分作为造粒用的种污泥而通过污泥回送管线33送回至第2搅拌槽20，其余部分通过取出管线34取出。
上澄水通过输送槽35作为处理水被取出。其他构成与图1相同。
通过图1～3的任一流程均可在沉淀槽5、第2搅拌槽20中生成机械强度高的絮凝物。其理由详细虽尚并不清楚，但推测如下。也即，原水中的SS通过无机凝集剂与阳离子系高分子凝集剂而被电荷中和形成复合体。通过于其中添加阴离子系高分子凝集剂，除阳离子与阴离子的静电作用外，也通过基于丙烯酰胺单元的非离子链的氢键，使絮凝物彼此络合，从而结合变得强固。
为使丙烯酰胺(高分子凝集剂内的非离子链)所致的氢键发挥较大作用，高分子凝集剂优选为具有较多非离子链的高分子凝集剂。并且阳离子链对于被处理水的SS负电荷须为特定量。因此，使用的阳离子系高分子凝集剂认为宜为阳离子度低、分子量大的阳离子系高分子凝集剂。另一方面，关于阴离子系高分子凝集剂也同样，为使因丙烯酰胺(非离子链)所致的氢键发挥较大作用，优选为分子内具有较多非离子链的阴离子系高分子凝集剂。并且阴离子链对于源自残留在被处理水中的絮凝物的凝集剂的正电荷须为特定量。因此，使用的阴离子系高分子凝集剂认为宜为阴离子度低、分子量大的阴离子系高分子凝集剂。
通过与无机凝集剂添加的同时或然后添加阳离子基比率10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂并进行搅拌，与未添加阳离子系高分子凝集剂而添加阴离子高分子凝集剂时相比较，夹带水分子的比例较少，认为可形成密度高的絮凝物。接着，通过添加阴离子系高分子凝集剂以与絮凝物混合的状态造粒，可通过阴离子系高分子凝集剂的吸附力使絮凝物强固地吸附于床区域的小鹅卵石上，使高密度絮凝物粗大化。此时通过使用低离子性物质，可形成密度更高的硬的絮凝物。但是，离子性过低时会有分散性恶化或吸附力降低的顾虑，进而引起除浊性的减少、药剂使用量的增大，因此，需要使阳离子、阴离子均成为适度的离子性。
由于该絮凝物彼此的结合强固，因此，在造粒搅拌时不易因颗粒被破坏而微细化。因此，可降低微细SS流出到处理水中的比例。
通过增强絮凝物彼此的结合力，使絮凝物间隙的水容易被取出，并且通过搅拌的机械的脱水作用得到促进。因此，形成沉降速度大的凝集体。并且，通过造粒被促进，所发生的造粒污泥的密度得到提高。因此，能够使后级的脱水工序中的设备小型化。
由于阳离子系高分子凝集剂的正电荷作用于SS的负电荷，因此，能够减低无机凝集剂的使用量。
〈中和处理及凝集处理含重金属的水的第2方案〉
本发明的第2方案，涉及以含重金属的水作为被处理水的水处理方法及装置，其中，中和被处理水使重金属氢氧化物析出，添加阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂，然后，进行搅拌从而进行造粒，接着，进行固液分离从而获得处理水。
[被处理水及凝集剂]
第2方案的处理对象水为镀敷排水、酸洗排水、蚀刻排水等含重金属的水。作为重金属，例示为Fe、Zn、Cr、Mn、Ni、Pb、Cd、Cu、Sn、Al、Mg等。重金属含量，优选为通过中和而生成重金属氢氧化物为1～20000mg/L，尤其是20～1000mg/L的含量。
作为中和剂，优选为氢氧化钠、氢氧化钙等的至少1种。中和处理后的pH优选为6～8左右。又，重金属为6价铬时，优选在中和处理之前在被处理水中添加还原剂，进行还原成低价铬的处理。
阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂的优选种类及添加量，与前述第1方案相同。
[阳离子系高分子凝集剂的添加时机、添加量及添加机构]
第2方案中，在对于被处理水(原水)添加中和用的碱的同时添加阳离子系高分子凝集剂，或在或添加碱后立即(例如1秒～1分钟，尤其5秒～30秒)添加或者在其以后添加。然后，使用搅拌槽混合时，经过1～10分钟后，以管线混合进行混合时，经过30秒～2分钟后，添加阴离子系高分子凝集剂。
该方案中，阳离子系高分子凝集剂的添加量Ac与阴离子系高分子凝集剂的添加量Aa的比Ac/Aa优选为0.1～1，特别优选为0.4～0.8。
[凝集沉淀槽]
第2方案中，也优选使用造粒型凝集沉淀槽，但也可使用设置造粒型凝集槽与固液分离机构，并且以固液分离机构的剩余污泥作为种污泥送回至造粒型凝集槽中的构成的凝集沉淀槽。
第2方案的优选流程示于图11。
将含重金属的原水通过配管1导入到搅拌槽2中，利用pH调整剂(NaOH、Ca(OH)2等碱)将搅拌槽2内的pH调整成6～11左右，使重金属氢氧化物析出。
将阳离子系高分子凝集剂添加于对搅拌槽2的原水导入配管1或搅拌槽2中。pH调整剂与阳离子系高分子凝集剂的添加顺序优选为该顺序或同时进行。但是，在添加于搅拌槽2时，将添加阳离子系高分子凝集剂后立即添加无机凝集剂无妨视为实质上同时添加。
在搅拌槽2中，阳离子系高分子凝集剂的正电荷作用于重金属氢氧化物的负电荷而进行电荷中和，并且利用氢键络合阳离子系高分子凝集剂的高分子链，形成小粒径但密度确实提高的絮凝物。
搅拌槽2的搅拌强度以G值计，优选设为100～500s-1，滞留时间优选设为1分钟～10分钟。
将阴离子系高分子凝集剂添加于在搅拌槽2中所形成的含絮凝物的水中，并且流入至造粒型凝集沉淀槽5的底部。阴离子系高分子凝集剂的注入点，优选成为搅拌槽2的流出输送槽或连接搅拌槽2与造粒型凝集沉淀槽5的配管4等的水路。任一情况下，均有必要在添加阴离子系高分子凝集剂后不充分凝集而以与凝集絮凝物混合的状态流入至造粒型凝集沉淀槽5中，因此，优选以添加阴离子系高分子凝集剂后立即(例如1秒～1分钟，尤其5秒～30秒)流入造粒型凝集沉淀槽5中的方式进行设计。
在造粒型凝集沉淀槽5中，与第1方案的情况同样，形成保持有沉降速度非常大的凝集体(小鹅卵石)的污泥床。流入至造粒型凝集沉淀槽5底部的水，向上流动通过污泥床时，絮凝物吸附于床中的小鹅卵石上而被固液分离，因此，仅澄清(例如SS浓度20mg/L以下，尤其是10mg/L以下)水自输送槽8作为处理水而流出。
该造粒型凝集沉淀槽5中的床的搅拌强度、SS浓度及通水LV的优选范围与第1方案的情况相同。
根据图11的流程，也在沉淀槽5中生成机械强度高的重金属氢氧化物的絮凝物。
实施例
以下，针对实施例及比较例进行说明。以下说明中，有时将阳离子系高分子凝集剂称为阳离子系聚合物，阴离子系高分子凝集剂称为阴离子系聚合物。又，实施例1～3为第1方案的实施例，实施例4为第2方案的实施例。
[实验1：改变处理方式及所添加的高分子凝集剂的种类的实验]
[实施例1]
根据图1的流程，处理在工业用水中添加200mg/L高岭土所调制的原水。以使对造粒型凝集沉淀槽的水面积负荷(LV)成为60m/小时的方式，以4.2m3/h的流量进行通水。无机凝集剂，使用PAC(添加量150mg/L)，使用氢氧化钠25％溶液作为中和剂使成为中性。作为阳离子系高分子凝集剂，添加1mg/L的使丙烯酰胺与二甲基氨基乙基丙烯酸酯氯化甲基季盐聚合所得的阳离子系高分子凝集剂c(阳离子基比率20摩尔％)，并且，作为阴离子系高分子凝集剂，添加2mg/L的使丙烯酰胺与丙烯酸钠聚合所得的阴离子系高分子凝集剂a(阴离子基比率12摩尔％)。
搅拌槽2的滞留时间设为2分钟，G值设为200s-1。造粒型凝集沉淀槽为直径300mm×高1200mm，床区域的G值设为50s-1，使床区域形成至600mm的高度。床的SS浓度为50000mg/L。
床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[实施例2]
通过图2所示的流程，处理与实施例1相同的原水。管线混合装置的G值设为200s-1，滞留时间设为30秒。其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[实施例3]
根据图3所示的流程，处理原水。添加PAC 200mg/L、阳离子系高分子凝集剂c 1mg/L与阴离子系高分子凝集剂a 3mg/L。搅拌槽的G值在第1搅拌槽2中设为150s-1，在第2搅拌槽20中设为80s-1，各滞留时间均设为5分钟。
其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[比较例1]
实施例1中，使阳离子系高分子凝集剂c 1mg/L与阴离子系高分子凝集剂a 2mg/L的添加部位相反。也即，将阳离子系高分子凝集剂c添加于配管4中，并且将阴离子系高分子凝集剂a添加于搅拌槽2中。其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[比较例2]
实施例1中，将PAC添加量设为200mg/L、阴离子系高分子凝集剂a的添加量设为3mg/L进行添加，未添加阳离子系高分子凝集剂。其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[比较例3]
实施例1中，将PAC添加量设为200mg/L，并且于搅拌槽2中添加阳离子基比率比阴离子基比率小的第1两性高分子凝集剂4mg/L。未添加实施例1的阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂。
其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
[比较例4]
实施例1中，将PAC添加量设为200mg/L，并且于搅拌槽2中添加阴离子系高分子凝集剂a 3mg/L，将阳离子基比率比阴离子基比率大的第2两性高分子凝集剂1mg/L添加于配管4中。
其他条件与实施例1相同。床区域的造粒粒子(絮凝物)的粒径分布、絮凝物表观密度、处理水SS浓度示于表1。
絮凝物的表观密度，通过利用高速照相机测量的一个一个的絮凝物沉降速度与粒径，使用粒子沉降速度公式导出。
表1
阳离子聚合物：阳离子系高分子凝集剂c；
阴离子聚合物：阴离子系高分子凝集剂a；
阴离子两性聚合物：第1两性高分子凝集剂；
阳离子两性聚合物：第2两性高分子凝集剂。
[考察]
(1)由实施例1与2的结果可认为，可以使用管线混合装置替代反应槽。
(2)由实施例1与比较例1可认为，添加顺序以阳离子系高分子凝集剂→阴离子系高分子凝集剂较适当。
(3)由实施例1与比较例2可认为，阳离子系高分子凝集剂的添加是必要的。
(4)由实施例1与实施例3可认为，使用造粒型凝集槽与固液分离机构，并且以剩余污泥作为种污泥送回的方式也可产生性能，但是从处理水SS浓度的角度考虑，更优选造粒型凝集沉淀槽。
(5)由实施例1与比较例3及比较例4可确认，两性高分子凝集剂的效果差。
[实验2：改变高分子凝集剂的离子基比率及重均分子量的实验]
图1的流程中，除改变所添加的阳离子系高分子凝集剂或阴离子系高分子凝集剂的离子基比率或重均分子量以外，其余与实施例1相同的条件处理原水，调查处理水SS浓度及絮凝物的沉降速度。絮凝物的沉降速度，是以500mL量筒使絮凝物沉降，从至90％以上的絮凝物沉降时的时间与沉降距离算出。结果示于图4～7。
此处，阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂的重均分子量，通过以下方法算出。
[阳离子系高分子凝集剂的重均分子量]
阳离子系高分子凝集剂的重均分子量(Mw)，由二甲基氨基甲基甲基丙烯酸酯的氯化甲基季盐(以下，记为“DAM季盐”)的均聚物的粘度式：[η]＝4.09×10-5Mw0.73[加藤忠哉，高分子凝集剤懇話会報告書「実験課題:ホモカチオン(DM-MC)の粘度式の決定」(高分子凝集剂座谈会报告书“实验课题：均阳离子(DM-MC)的粘度式的决定”)，1998年3月23日]，通过如下方法算出。
首先，自在1N-NaCl水溶液中于25℃的条件测定的阳离子系高分子凝集剂的固有粘度(单位为dl/g)，使用上述粘度式算出Mw。将算出的Mw除以DAM季盐的分子量207.5，算出聚合度。通过将使用的阳离子系高分子凝集剂的1单位的分子量95.6(阳离子基比率20摩尔％的丙烯酰胺/二甲基氨基乙基丙烯酸酯氯化甲基季盐共聚物)乘以该聚合度获得的数值作为重均分子量。
[阴离子系高分子凝集剂的重均分子量]
阴离子系高分子凝集剂的重均分子量(Mw)，由聚丙烯酰胺系高分子的粘度式：[η]＝3.73×10-4Mw0.66[ラジカル重合ハンドブック(自由基聚合手册)，(株)エヌ·ティー·エス(NTS(股))发行，558页(1999)]算出Mw。阴离子系高分子凝集剂的重均分子量的算出时，固有粘度[η]使用了1N-NaNO3水溶液中在30℃时的测定值(单位为dl/g)。并且，丙烯酸与丙烯酰胺的分子量大致相等，因此，与阳离子系高分子凝集剂的情况不同，并非以聚合度进行换算，而是由上述式计算出的Mw直接作为阴离子系高分子凝集剂的重均分子量。
图4及6中，显示将阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂的分子量设为相同，并且改变离子基比率时的在LV60m/小时时的处理水质。如图示，阳离子系高分子凝集剂、阴离子系高分子凝集剂，均离子基比率越小，越可获得良好的处理水质。但阳离子基比率过小时处理水质恶化。也即，认为阳离子系高分子凝集剂的阳离子基比率优选为10～50摩尔％，特别优选为15～40摩尔％，更优选为20～30摩尔％，阴离子系高分子凝集剂的阴离子基比率优选为5～30摩尔％。
图5及7中，显示将阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂的离子基比率设为相同，并且改变重均分子量时的在LV60m/小时时的处理水质。阳离子系高分子凝集剂、阴离子系高分子凝集剂，均重均分子量越大，越可获得良好的处理水质。也即，阳离子系高分子凝集剂的重均分子量优选为1200万以上，阴离子系高分子凝集剂的重均分子量优选为900万以上。
[实验3：改变阳离子系高分子凝集剂/阴离子系高分子凝集剂添加比率的实验]
图1的流程中，除了改变阳离子系高分子凝集剂与阴离子系高分子凝集剂的添加量的比以外，其余以与实施例1相同的条件处理原水，调查处理水SS浓度及絮凝物沉降速度。
图8中显示阳离子系高分子凝集剂c/阴离子系高分子凝集剂a添加量比率与处理水SS浓度及絮凝物沉降速度的关系。如图8所示，阳离子系高分子凝集剂/阴离子系高分子凝集剂添加量比率在0.1至1的范围时，絮凝物沉降速度为约75至90m/小时，处理水SS浓度为10mg/L以下而良好。而且，添加量比率设为2时絮凝物沉降速度降低，处理水SS浓度恶化至40mg/L。由此，确认为了获得良好的絮凝物沉降速度的小鹅卵石，阳离子系高分子凝集剂及阴离子系高分子凝集剂的添加量比率需要设为0.1～1。
[实验4：改变添加量比率(Am/100+Ac)/Aa的实验]
图1的流程中，除将阴离子系高分子凝集剂a设为2mg/L，改变无机凝集剂添加量与阳离子系高分子凝集剂c的添加量以外，其余以与实施例1相同的条件处理原水，调查处理水SS浓度及絮凝物沉降速度。
图9中显示添加量比率(Am/100+Ac)/Aa与处理水SS浓度及絮凝物沉降速度的关系。如图9所示，添加量比率(Am/(100+Ac)/Aa为0.1～2时，絮凝物沉降速度为79m/小时以上，处理水SS浓度为20mg/L以下而为良好。
然而，添加量比率(Am/(100+Ac)/Aa设为2.8时，絮凝物沉降速度低至65m/小时，处理水SS浓度也恶化至40mg/L以下。
因此，确认为了获得良好的絮凝物沉降速度的小鹅卵石，添加量比率(Am/100+Ac)/Aa需要设为0.1～2。
[实验5：改变床搅拌的G值的实验]
图1的流程中，除了改变床搅拌的G值以外，其余以与实施例1相同的条件处理原水，调查处理水SS浓度及絮凝物沉降速度。
图10中显示床搅拌的G值与处理水SS浓度及絮凝物沉降速度的关系。如图10所示，通过使G值成为5～150s-1使絮凝物沉降速度增大，获得SS浓度为10mg/L以下的良好处理水质。然而，G值设为300s-1时，会引起絮凝物扬起，使处理水质恶化。并且，G值设为1s-1时，絮凝物的沉降速度变小，处理水SS浓度增加。G值小时无法促进絮凝物的机械脱水，故认为沉降速度降低。因此，床搅拌的G值需要设为5～150s-1。
[实施例4(第2方案)]
根据图11所示的流程，处理表2所示的水质的含Cu(铜)的排水。主要条件如下。
原水流量：1m3/小时；
搅拌槽：容积80L；
pH 8.4(添加NaOH)；
HRT 5分钟；
阳离子系高分子凝集剂c添加1mg/L；
阴离子系高分子凝集剂a添加量：2mg/L(以配管4添加)；
造粒型凝集沉淀槽：直径300mm；
高度1500mm；
LV 15m/小时。
处理水的水质示于表2。
[比较例5]
实施例4中，除了作为阳离子系高分子凝集剂使用在阳离子系高分子凝集中仅阳离子基比率不同的阳离子系高分子凝集剂c’(阳离子基比率60摩尔％)以外，其余进行同样的处理。处理水的水质示于表2。
表2
项目 原水 实施例4 比较例5
pH(-) 5.5 6.9 7.1
SS(mg/L) 18 4 12
Cu(mg/L) 19 0.45 3
如表2所示，根据本发明，处理的水质为良好。
本发明基于2012年9月10日申请的日本专利申请2012-198559，其全文以援用的方式引用于本文中。
附图标记的说明
2：搅拌槽(第1搅拌槽)；
5：造粒型凝集沉淀槽；
10：管线混合装置；
20：第2搅拌槽；
30：沉淀槽。

Claims (11)

1.一种水处理方法，其具有下列工序：在作为含悬浮物质的水的被处理水中添加阴离子系高分子凝集剂使生成凝集絮凝物的凝集工序；接着，对该被处理水进行搅拌从而对凝集絮凝物进行造粒的造粒工序；以及，对生成的造粒物进行固液分离从而获得处理水的固液分离工序，其特征在于，
在添加前述阴离子系高分子凝集剂之前，在前述被处理水中添加阳离子基比率为10～50摩尔％的阳离子系高分子凝集剂，
并且，在添加前述阳离子系高分子凝集剂的同时，或在添加阳离子系高分子凝集剂之前，在前述被处理水中添加无机凝集剂，
并且，通过已形成有污泥床的造粒型凝集沉淀槽实施上述造粒工序和固液分离工序，
并且，所述阳离子系高分子凝集剂的重均分子量是1200万以上，
并且，在正要进行前述造粒工序之前添加前述阴离子系高分子凝集剂。
2.如权利要求1所述的水处理方法，其中，无机凝集剂的添加量Am、阳离子系高分子凝集剂的添加量Ac及阴离子系高分子凝集剂的添加量Aa满足下式：
0.1＜(Am/100+Ac)/Aa＜2。
3.如权利要求1所述的水处理方法，其中，前述被处理水含有重金属，并且在添加前述阴离子系高分子凝集剂之前进一步具有对该被处理水进行中和处理从而使重金属氢氧化物析出的中和工序。
4.如权利要求1所述的水处理方法，其中，阴离子系高分子凝集剂是阴离子基比率为30摩尔％以下的低离子性阴离子系高分子凝集剂。
5.如权利要求1所述的水处理方法，其中，阳离子系高分子凝集剂的重均分子量是1200万～2200万。
6.如权利要求1所述的水处理方法，其中，阴离子系高分子凝集剂的重均分子量是900万～1800万。
7.如权利要求1所述的水处理方法，其中，阳离子系高分子凝集剂的添加量Ac与阴离子系高分子凝集剂的添加量Aa的比Ac/Aa是0.1～1。
8.如权利要求1所述的水处理方法，其中，添加阳离子系高分子凝集剂并进行搅拌时的搅拌槽的G值设为2～150s-1。
9.如权利要求1所述的水处理方法，其中，前述造粒型凝集沉淀槽内的污泥床的SS浓度设为2000～100000mg/L。
10.如权利要求9所述的水处理方法，其中，造粒型凝集沉淀槽的通水LV设为5～90m/小时。
11.如权利要求1至10中任一项所述的水处理方法，其中，处理水的SS浓度是20mg/L以下。
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