JP2015229121A - 凝集処理方法および凝集処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第一の反応槽に3価鉄系無機凝集剤とNaOHを添加し、3価鉄系無機凝集剤を添加して凝集処理することにより被処理水に凝集フロックが形成されるpH範囲の下限pH値をXとしたときに、第二の反応槽の制御目標pH値Aを、X〜(X+0.3)の範囲に設定し、第一の反応槽の制御目標pH値A’を、A〜(A+0.7)の範囲に設定して凝集処理を行う。
【選択図】図1
Description
このため、生物処理水等、バイオポリマーを含有する水をRO膜分離処理する場合は、RO膜汚染原因である微粒子状汚濁物とともにバイオポリマーを凝集させて除去する必要がある。
その主たる理由は、バイオポリマーの主体成分である多糖類は、これが有するカルボキシル基が酸性側で封鎖され易いため、pH6未満の弱酸性域での凝集処理が好ましいが、アルミニウム系無機凝集剤ではpH6未満でAlが処理水に残留するため、pH6未満での凝集処理を行うことができないことにある。
これに対して、3価鉄系無機凝集剤の場合、被処理水の水質にもよるが、pH5程度の低pH条件でも凝集が完結し、処理水へのFeの残留を避けることができる。
3価鉄系無機凝集剤の場合、Fe3+イオンに水および水酸基が配位、結合して生成した全体として大きなプラス荷電を有する鉄水酸化物が大きな凝結作用を有し、RO膜汚染物質である大部分のバイオポリマーを効率良く不溶化することができる。このプラス荷電を有する鉄水酸化物の作用は、技術用語で「凝結」と呼称される。
3価鉄系無機凝集剤の凝結作用が大きく発揮されるpHは、被処理水の水質にもよるが概ねpH3.0〜4.5である。
3価鉄系無機凝集剤では、Fe3+イオンに3個の水酸イオンが結合したFe(OH)3になると、粒子径1mm以上の、目視で明確に確認可能な凝集物(Flock:フロック)を形成する。
「coagulation:凝結」と「flocculation:凝集」の両者を総称して「凝集」とも言うが、本発明においては、作用機構としての「凝結作用」と「凝集作用:目視できる凝集物(フロック)を形成する」は区別される。
凝集にはOH−イオンの補給が必要であることから、必然的に、凝集pHは、前記の凝結作用のあるpH3.0〜4.5に対して高いpHになる。
従って、適性な凝集pH域までNaOHを添加して中和し、凝集を完了させる必要がある。
この時、凝集を完結させるためのOH−イオンは、NaOH添加で供給されるが、被処理水中に重炭酸イオンが存在する場合は、この重炭酸イオンから、次式のように供給される。
HCO3 −→OH−+CO2
従って、被処理水の重炭酸イオン濃度すなわちアルカリ度が高ければpHが低くともOH−が供給されるので、凝集フロックの生成pH域は、原理的にアルカリ度存在の下限pHの4.8に近づく。
一方、凝集処理水を濾過し、濾過水をRO膜分離処理して水回収を行う際には、凝結作用重視の観点から、凝集が完結するpH範囲内において、比較的低いpH条件としており、具体的にはpH5〜7の範囲で最終pHが設定されている。
しかし、凝集・濾過水をRO膜分離処理して水回収を行う場合、高分子凝集剤を適用すると、その残留物がRO膜を汚染するため、基本的には高分子凝集剤不使用とされる。
よって、RO膜分離処理により水回収する場合の前処理凝集設備は、基本的に2つの処理槽で構成される。各槽の呼称は、設備設計、施工者により異なるが、本願明細書では前段の第一の反応槽を「無機凝集剤反応槽」、後段の第二の反応槽を「中和・凝集槽」と呼称する場合がある。
ここでは、3価鉄系無機凝集剤と共にNaOHの添加を行い、上記のpH範囲になるようpH制御しているのが通例である。
予め、無機凝集剤反応槽でNaOHによる一次中和を行うことは、次の中和・凝集槽でのNaOH添加量を少なくし、中和・凝集槽の設定pHの大きな変動(ハンチング)を軽減し、凝集pHを安定に保つ効果がある。
また、設備によっては無機凝集剤反応槽に、pH調整のための硫酸添加ラインが設置されている場合もある
また、中和・凝集槽には、多くの場合、pH調整のための硫酸添加ラインが設置されている。
本発明はまた、この凝集処理方法および凝集処理装置により得られた凝集処理水を更に固液分離、RO膜分離処理して水回収を図る水処理方法および水処理装置を提供することを課題とする。
本発明により得られる凝集処理水は、水質が良好であると共に、水質の安定性にも優れ、RO膜汚染性の低いものであるため、これを固液分離してRO膜分離処理することにより、長期に亘り安定かつ効率的な水回収を行える。
本発明の凝集処理方法は、直列に設けられた、3価鉄系無機凝集剤とNaOHが添加される第一の反応槽と、第二の反応槽に、被処理水を順次通水して凝集処理する方法において、該3価鉄系無機凝集剤を添加して凝集処理することにより該被処理水に凝集フロックが形成されるpH範囲の下限pH値をXとしたときに、該第二の反応槽の制御目標pH値Aを、X〜(X+0.3)の範囲に設定し、該第一の反応槽の制御目標pH値A’を、A〜(A+0.7)の範囲に設定して凝集処理を行うことを特徴とする。
本発明者は、第一の反応槽(無機凝集剤反応槽)で3価鉄系無機凝集剤による凝結とNaOHによる一次中和を行い、第二の反応槽(中和・凝集槽)で最終凝集pHまで中和する、即ち、第一の反応槽の制御目標pH値を、第二の反応槽の制御目標pH値より低くして、最終凝集pHの安定化を図る従来法において、凝集処理水の水質が安定しない理由について、以下の知見を得た。
次いで、中和・凝集槽で、凝集フロックを安定して形成する凝集pHになるようにNaOHを添加する。
しかし、従来法では、中和・凝集槽で、後掲の実験例に示されるように、中和・凝集槽に添加されたNaOHにより局部的に高pHとなる領域が形成され、この領域において、フリーOH−による凝結あるいは凝集された汚濁物の再溶出、再分散が起こる。
しかも、無機凝集剤反応槽が急速攪拌であるのに対し、中和・凝集槽では、凝集フロックを形成させる目的で、一般的に緩速攪拌とされているが、緩い攪拌は、凝集フロック形成に有利である反面、OH−の拡散速度低下で、局部的高pHの発生を増長し、その継続時間も長くする。実際、この局部的高pHはpH10に達する場合もあると予測される。
再溶出、再分散した汚濁物は、既に3価鉄系無機凝集剤の凝結作用が減少しているため、再凝結により捕集されることはない。
このように無機凝集剤反応槽の制御目標pH値を中和・凝集槽の制御目標pH値よりも低く設定し、中和・凝集槽に実質NaOHが添加されないように運転することで、一度凝集した汚濁物が中和・凝集槽内のOH−により凝集物から離脱し、処理水に残留することを防止し、凝集処理水の水質を高く、かつ安定させると共に、同等以上の水質を得るための水処理凝集薬剤の必要量を低減することを可能とする。
本発明においては、3価鉄系無機凝集剤を添加して凝集処理することにより被処理水に凝集フロックが形成されるpH範囲(以下、このpH範囲を「適正凝集pH範囲」と称す場合がある。)の下限pH値(以下、この下限pH値を単に「下限pH値X」と称す場合がある。)をXとしたときに、第二の反応槽(中和・凝集槽)の制御目標pH値Aを、X〜(X+0.3)の範囲に設定し、該第一の反応槽(無機凝集剤反応槽)の制御目標pH値A’を、A〜(A+0.7)の範囲に設定して凝集処理を行う。
すでに被処理水中に微生物フロック等が存在し、3価鉄系無機凝集剤による凝集フロックと見分け難い場合があるので、同時にブランク試料と対比することが好ましい。
また、フロックが形成されても鉄による液の黄色着色がある場合は、凝集フロックの形成が完結していないと考えられる。
液側の黄色着色を含めて、凝集完結の判定が付かない場合は、凝集処理水をNo.5A濾紙2枚で濾過し、500mLがスムーズに濾過するかを確認し、特に濾過後半の濾紙上の残液の黄色味で判断する。凝集不完全の場合は、濾過をスムーズに行えず、残液には黄色味を認める。
なお、実施設運転に習熟した運転員であれば、経験値として、凝集を完結するための下限pH値Xを把握することができる。
まず、中和・凝集槽の制御目標pH値Aを、下限pH値Xの直近のX〜(X+0.3)の範囲で設定する。
次に、無機凝集剤反応槽の制御目標pH値A’を、A〜(A+0.7)の範囲で設定する。
以上の設定で、中和・凝集槽で実質的にNaOHの添加が不要となり、NaOH添加による局部的高pHの生成およびそれによる凝集破壊を防止することができる。
中和・凝集槽でpH制御値を上記制御目標pH値Aに設定することは、何らかの事由で、無機凝集剤反応槽からの流入水のpHが下限pH値Xを下回る事態において、NaOHを最小限添加して、凝集フロック未形成の事態を回避するためである。中和・凝集槽の制御目標pH値Aは、下限pH値X以上であればよいが、実際のpH変動の影響を考慮して好ましくは(X+0.1)〜(X+0.2)の範囲で設定される。
本発明において用いる3価鉄系無機凝集剤としては、一般的な凝集処理に用いるものを用いることができ、塩化第二鉄(FeCl3)、硫酸第二鉄(Fe2(SO4)3)、ポリ硫酸第二鉄([Fe2(OH)n(SO4)3−n/2]m)等を用いることができる。これらの3価鉄系無機凝集剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
3価鉄系無機凝集剤の添加量は、被処理水の水質(凝集対象物の存在量)や、フェノール系水酸基を有する水溶性高分子の併用の有無によっても異なるが、通常Fe3+換算の添加量として、被処理水に対して5〜30mg/L程度の割合で用いることにより、良好な凝集処理水を得ることができる。
被処理水中に、3価鉄系無機凝集剤では凝集処理し得ない中性多糖類や、3価鉄系無機凝集剤での凝集処理が困難なバイオポリマーが含有されている場合、被処理水に3価鉄系無機凝集剤を添加するに先立ち、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子を添加することが好ましい。
(1) ビニルフェノールの単独重合体
(2) 変性ビニルフェノールの単独重合体
(3) ビニルフェノールおよび/または変性ビニルフェノールと疎水性ビニルモノマーとの共重合体
なお、本発明において重量平均分子量は、GPC法(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法)で測定し、標準ポリスチレンによる検量線を用いて算出した値である。
このアルカリ水溶液中の前記ビニルフェノール系重合体の濃度は任意であるが、一般には5〜20(w/v)%程度とするのが好ましい。
同時に既存の縮合高分子成分のフェノール環でも、ホルムアルデヒド類の付加、メチロール基生成、他の縮合高分子成分への付加反応が起こり、樹脂全体の平均分子量が、元の樹脂の2000〜6000から、数倍程度の5000〜30000に増加する。
融点上昇が小さい場合は、低分子量成分の低減が不十分である。逆に、融点が上昇しすぎる、さらには、融点が計測されない(230℃以上では、分解が始まり、融点があるかわからなくなる)程になると、フェノール樹脂の分子量は100万オーダー以上となり、樹脂は溶解できず、析出、固化する。また、液体を保っていても、粘度が上昇し、経時により固化が始まり、凝集剤として実用に供することはできないものとなる。
これらのうち、実用的な物質は、フェノール、クレゾール類、キシレノール類、カテコールである。
これらのうち、実用的な物質は、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドである。
また、ノボラック型フェノール樹脂のアルカリ溶液のpHは、pH11〜13程度であり、ノボラック型フェノール樹脂のアルカリ溶液中のノボラック型フェノール樹脂濃度は、5〜50重量%、特に10〜30重量%程度であることが好ましい。
また、この2次反応フェノール樹脂の重量平均分子量は5000以上が好ましく、さらに好ましくは10000以上である。一方、重量平均分子量が50000を超える場合は、一部分子量100万以上の分子が生成し、粘度が高く、時間経過でさらに架橋し、不溶物が発生する可能性が高いため、2次反応フェノール樹脂の重量平均分子量は50000以下、特に30000以下であることが好ましい。
また、この2次反応フェノール樹脂の重量平均分子量は、反応前、即ち、レゾール型2次反応の原料であるノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量の2〜5倍程度となることが好ましい。
実際の凝集反応設備においては、pH調整のため、硫酸、塩酸などの酸添加設備がNaOH添加設備とともに設けられていることがある。
本発明においては、3価鉄系無機凝集剤の被処理水のアルカリ度による無機凝集剤の消費を軽減するため、予め酸でアルカリ度を減らす場合は、酸添加後の水を被処理水と定義する。即ち、本発明で凝集処理対象とする被処理水は、予め酸が添加されたものであってもよい。ここで、「予め」とは、凝集反応設備、具体的には無機凝集剤反応槽に至る被処理水の配管、被処理水の貯留槽、および前段の生物処理槽等における酸の添加である。
また、中和・凝集槽の制御目標pH値Aを、前段の無機凝集剤反応槽の制御目標pH値A’より低く設定するために中和・凝集槽に酸を添加することも行わず、pHが下限pH値Xより低くなったときのみNaOHを添加してpH調整するようにすることが好ましい。
本発明の水処理方法は、上記の本発明の凝集処理方法で得られた凝集処理水を、固液分離した後、RO膜分離処理することを特徴とする。
また、本発明の水処理装置は、上記の本発明の凝集処理装置と、該凝集処理装置で得られた凝集処理水を、固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で得られた分離水をRO膜分離処理するRO膜分離装置とを有することを特徴とする。
まず、RO膜供給水として好適な水質について説明する。
なお、SFFはバイオポリマー汚染の指標であり、MFF、SDI、netNTUは微粒子物質(シルト、金属水酸化物コロイド、凝集不十分のコロイド状物質)汚染の指標である。
SFF(ソリューブルポリマー・ファウリング・ファクター)は、特開2012−213676号公報に提示されている中性多糖類を含むバイオポリマーの存在および膜汚染影響度を評価する水質評価方法である。
SFFは、RO膜汚染物が事実上存在しないRO膜透過水または蒸留水500mLと、試料水を、それぞれ最大孔径0.45μm、47mmφのMF(マイクロフィルター)を用いて500mHgで吸引濾過を行い、それぞれの濾過時間T0、T1を計測し、水温補正を行った上でT1/T0の比で決定される。
MFF(ファウリングファクター)は、上記のSFF測定に引き続いて、試料水をさらに500mL吸引濾過して濾過時間T2を測定し、T2/T1の比で決定される。
なお、MFFはRO膜供給水の適否を判定する、ASTM D4189に定義されている以下のSDI(シルトデンシティーインデックス)、JIS K3802に定義されているFI(ファウリングインデックス)(SDIとFIは同一の評価方法)を簡素化した手法で、微小濁度の微粒子汚染を判定するものである。
SDI(シルトデンシティーインデックス)は、試料水を最大孔径0.45μm、47mmφのMF(マイクロフィルター)を用いて30psiで加圧濾過を15分間行い、最初の透過水量に対して15分後の透過水量が1分当り何%低下したかを示す値(ASTM D4189)であるが、上記MFFとSDIの同時の同時測定値より、以下の評価区分の判定では回帰式でSDIを推算した。
netNTUはHACH社製ポータブル濁度計「2100P」で計測したNTU値から超純水(または蒸留水)のブランク値を差し引き、小数点2桁目までの微小濁度を判定した数値である。
以下に、本発明の水処理装置の実施の形態の一例を示す図1を参照して、本発明の水処理方法および水処理装置について説明する。
制御器10は、本発明の凝集処理装置における第一のpH制御手段と第二のpH制御手段とを兼ねるものであり、下記(1)または(2)のpH制御を行う。
(1)無機凝集剤反応槽1のpH計11および中和・凝集槽2のpH計12から入力されるそれぞれのpH値に基づいて、NaOH添加手段の薬注ポンプP2の作動を制御して、無機凝集剤反応槽1内の反応液のpHを前記制御目標pH値A’に調整すると共に、中和・凝集槽2内の反応液のpHを前記制御目標pH値Aに調整する。この場合、中和・凝集槽2へのNaOHの添加は不要であり、薬注ポンプP3および薬注ラインを省略することができる。
(2)無機凝集剤反応槽1のpH計11から入力されるpH値に基づいて、NaOH添加手段の薬注ポンプP2の作動を制御して、無機凝集剤反応槽1内の反応液のpHを前記制御目標pH値A’に調整すると共に、中和・凝集槽2のpH計12から入力されるpH値に基づいて、必要に応じてNaOH添加手段の薬注ポンプP3を制御して、中和・凝集槽2内の反応液のpHを前記制御目標pH値Aに調整する。
被処理水の水質の変動や水量の変動等、何らかの上流側の条件変動のために、無機凝集剤反応槽1のpH計11の測定値が、前記制御目標pH値A’よりも高くなった場合は、3価鉄系無機凝集剤の薬注ポンプP1の吐出量を原則手動で増量させて、pHを下げるpH制御が行われる。逆に、NaOH添加手段の薬注ポンプP2の吐出量が著しく多くなった場合、3価鉄系無機凝集剤の薬注ポンプP1の吐出量を原則手動で減量する。
例えば、固液分離手段は、浮上分離装置に限らず沈殿槽であってもよく、また、NaOH添加ポンプは循環しているNaOH希釈液の電動バルブ開閉による添加であってもよい。即ち、NaOH添加用の薬注ポンプP2,P3によりNaOH希釈液を循環させておき、各反応槽のpHに応じて反応槽への薬注ラインに設けた電動バルブの開閉及び開放時間の調整、手動によるバルブの開度調整で、NaOHの添加制御を行うようにすることもできる。
3価鉄系無機凝集剤、BP201の添加量は、いずれも製品としての添加量を示すものであり、その純分としての添加量は、各々の添加量と有効成分の含有割合から算出される値である。
また、pH調整には、実験例1では1重量%NaOH水溶液を用い、その他の実験例では、48重量%NaOH水溶液を用いた。
液晶A工場の排水を生物処理し、生物処理水にFeCl3を添加して凝集処理し、凝集処理水を加圧浮上処理、次いで重力式2層濾過し、濾過水をRO膜分離処理して回収水を得ているプロセスから、生物処理水を採取し、室内試験により、FeCl3添加後、NaOHを添加してpH調整したときの凝集フロックの外観観察から、好適凝集pH値を調べる実験を行った。
実験条件は、以下の通りである。
試料水(生物処理水)500mLを宮本製作所製ジャーテスターに採取して150rpmの攪拌下、FeCl3を30、45、60、または100mg/L添加した後、1重量%NaOH水溶液を0.1mL(2mg/L)ずつ複数回添加し、1回のNaOH添加毎、添加後2〜4分程度局部的な高pH領域が発生しないように、150rpmで急速撹拌し、pHが安定したらpH値を記録し、その後は50rpmの緩速攪拌として凝集フロック形成の有無を確認した。
なお、試料水である生物処理水のアルカリ度は20mg/Lであり、国内水道水水準(30〜60mg/L)よりアルカリ度は低い。
また、目視にて凝集フロックが確認できるpH値を調べ、図2に破線で示した。図2中、実線は、遊離のOH−イオン(フリーOH−)が生成するpH7の値を示す。
この実験により以下のことが確認された。
った。
一般に、凝集フロック形成pHとされているpH5〜5.5で凝集フロックが形成されないのは、試料水のpH緩衝性のある重炭酸イオン(アルカリ度)濃度が低く、凝集に必要なOH−の多くをNaOHで供給しなければならないためである。
(2) いずれのFeCl3添加量の場合も、OH−が鉄水酸化物に吸着されずに余り始め、pH7以上となった後、pHは急激に上昇するが、このように、フリーOH−が存在すれば、一度、凝結・凝集した汚濁物の一部の再溶解が起こると推察される。
(3) 凝集フロック形成状況のみの目視判定では、pHが7.0を超えても凝集フロックの大きさは確保されているが、pH8.0を超えるとフロックは小さくなり、pH9.0を超えるとさらにフロックは小さくなり、液側に着色が観察されるようになった。
すなわち、目視による外観観察では、良好な凝集pHは5.7〜8.0と言える。
ただし、RO膜供給水としての水質面からは、適正凝集pH範囲は、次の実験例2の結果のようにpH5.7〜6.5であるため、液晶A工場の排水の生物処理水の適正凝集pH範囲は5.7〜6.5、下限pH値Xは5.7と判定することができる。
実験例1と同様の試料水(生物処理水)を用い、BP201を2mg/L添加して十分反応させた後、FeCl360mg/Lを添加し、その3〜5秒後の間に所定pHに調整するためのNaOHの理論量を添加し、150rpmで6分間急速攪拌した後、50rpmで6分間緩速攪拌して凝集フロックを形成させた。凝集処理水をNo.5A濾紙で濾過し、濾過水を得た。
試料水について、分光光度計により、波長260nm、50mmセルの吸光度値を測定した。
凝集pHとSFFおよびMFFとの関係を示す図3(a)より、最適結果の得られる適正凝集pH範囲は5.7〜6.5と判定される。
pH6.5以上の場合は、pH上昇に伴い、バイオポリマー存在指標であるSFFが上昇し、微粒子存在指標であるMFFは著しく増加する。
SFFの上昇はNaOHによって一度捕捉されたバイオポリマーの再溶出が生じたと解釈される。
また、MFFの大きな上昇は、バイオポリマーを含む凝集フロックの一部が鉄水酸化物とともにNaOHにより離脱して、コロイド状に分散したためと解釈される。
コロイド状物質の増加は、図3(b)の微小濁度の指標であるnetNTUの増加と対応する。
UV260の増加は、UV260では検出されないバイオポリマー以外の凝集・固定された有機物が離脱したことと、コロイド状物質の増加が相加された結果と判断される。
pH6.5以上の場合は、pH上昇に伴い、バイオポリマー存在指標であるSFFが上昇し、微粒子存在指標であるMFFが大きく増加する。
SFFの上昇はNaOHによって一度捕捉されたバイオポリマーの再溶出が生じたと解釈される。
MFFの大きな上昇は、バイオポリマーを含む凝集フロックの一部が鉄水酸化物とともにNaOHにより離脱して、コロイド状に分散したためと解釈される
(1) 図4(a)のFeCl3単独の場合のpH5.7〜6.5での達成SFF1.05は、図3(a)のBP201併用の場合の達成SFF1.00より1ランク下の評価である。即ち、BP201併用の場合の方が良好な結果が得られる。
(2) pH7以上でのMFFの悪化の程度は、図3(a)のBP201併用の場合の方が大きい。これは、2次反応フェノール樹脂自体がNaOHで溶解するため、取り込んだ汚濁物質を放出する程度が2次反応フェノール樹脂を添加しない場合より大きいためと考えられる。
引き剥がされた汚濁物は、一部は元の溶解性汚濁物、過半は元の溶解性汚濁物を含めて、コロイド状、あるいはミクロゲルとなって水中に分散する。この微粒子成分の粒子径は1μm程度未満と推察され、沈殿、浮上での固液分離は不可能である。また重力式2層濾過装置での捕捉も困難である。
凝集pH6.5未満でも同じ現象が起こるが、pHが低い分、3価鉄無機凝集剤の凝結作用がより多く残るため再凝結が可能であり、その間フリーOH−の減少速度も大きいため、水質悪化が起こり難いと考えられる。
A工場:pH5.7〜6.5
B工場:pH5.8〜6.6
C工場:pH4.9〜5.8
D工場:pH4.8〜5.8※
D工場:pH4.7〜5.5※
E工場:pH4.5〜5.5
(※液晶D工場では、異なる2系統の生物処理水についてそれぞれ評価した。)
フェノール系樹脂アルカリ溶液は、中性程度以下の被処理水中で、その樹脂成分が不溶化し、その不溶化物がバイオポリマーと結びつき、バイオポリマー共ども不溶化して、水を浄化する。
よって、NaOHで局部的高pHが発生すれば、フェノール系樹脂とバイオポリマー等の汚濁物との反応が弱まり、またフェノール系樹脂成分自体が溶解する方向になる。
予め所定のpHに調整した栃木県野木町水道水にBP201を10mg/L添加して反応させた反応液を、No.5A濾紙(ただし、濾紙は1枚とした)で濾過した濾過水について、BP201の紫外領域の吸収ピーク波長である280nmと270nmの吸光度増加から、濾過水からリークしたBP201濃度を検定し、リーク率を百分率で算出した。結果を図5に示す。
図5より明らかなように、pH6以下では90%が濾過処理できる不溶物を生成しているのに対して、pH6.5から濾別できない樹脂成分が増加し始め、pH7〜7.5で濾紙を透過する成分が90%まで急増する。
この濾紙を透過する成分は、微小濁度(netNTU)として検出されることから、完全溶解状態ではなく、部分的にはコロイド状と考えられる。
前掲の図3との関係で考察すると、水酸化鉄フロックに取り込まれていた、バイオポリマー等の汚濁物とフェノール系樹脂の反応物は局部的高pHをもたらすOH−により引き剥がされ、コロイド状、またその一部は溶解状態で、液側に分散、または溶解する。
局部的高pHが最終的に解消され、pHが6.5以下になっても鉄の凝結力が既に失われているため、コロイド状物を再凝結できず、濾過処理水の微細粒子が、FeCl3のみの場合に比べてより多く残留すると推察される。
液晶B工場の排水の生物処理水(適正凝集pH範囲=5.8〜6.6)の凝集設備で本発明の検証を行った。
処理工程は以下の通りであり、評価は、RO膜供給水(濾過水)のMFFを1日1回測定し、その平均値を求めることにより行った。
排水→生物処理→被処理水槽(BP201を6.0mg/L添加)→無機凝集剤反応槽(3価鉄無機凝集剤、NaOH添加設備付き)→中和・凝集槽(NaOH添加設備付き)→浮上分離装置→重力式2層濾過装置→RO膜分離装置による回収設備
3価鉄系無機凝集剤としてはFeCl3を用い、その平均添加量は90mg/Lとした。また、無機凝集剤反応槽の制御目標pH値は6.0、中和・凝集槽の制御目標pH値は6.4で設定した。7日間のRO膜供給水のMFFの平均値は1.086であった(比較例1)。
その後、FeCl3平均添加量85ppm、無機凝集剤反応槽pH制御目標pH値6.2、中和・凝集槽制御目標pH値6.0として、中和・凝集槽制御目標pH値を無機凝集剤反応槽よりも0.2低く設定したところ、以降の7日間のRO膜供給水のMFFの平均値は1.050で、FeCl3添加量を少なくしても、膜濾過性指標MFFは改善された(実施例1)。
液晶C工場の排水の生物処理水(適正凝集pH範囲=4.9〜5.8)の凝集設備で、本発明の検証を行った。
処理系列は3系列あり、そのうちの1系列を対照系(比較例2)、別の1系列を本発明実施系(実施例2)とした。
処理工程は以下の通りであり、評価は、浮上分離装置の処理水を採取し、重力式2層濾過相当のNo.5A濾紙による濾過を行って得られた濾過水について、SFF、MFF測定を3回行ってその平均値を求めることにより行った。
排水→生物処理→被処理水槽→無機凝集剤反応槽(3価鉄無機凝集剤、NaOH添加設備付き)→中和・凝集槽(NaOH添加設備付き)→浮上分離装置→重力式2層濾過装置→RO膜分離装置による回収設備
3価鉄系無機凝集剤としてはポリ硫酸第二鉄を用い、平均添加量は120ppmとした。
対照系列の無機凝集剤反応槽の制御目標pH値は4.0、中和・凝集槽の制御目標pH値は5.2で設定したところ、SFF=1.093、MFF=1.113で、浮上処理水の平均pHは5.2であった(比較例2)。
一方、本発明実施系は、無機凝集剤反応槽制御目標pH値5.2、中和・凝集槽制御目標pH値5.0に設定したところ、SFF=1.082、MFF=1.089で、浮上処理水平均pH5.1であった(実施例2)。
上記比較例2、実施例2における液晶C工場の排水の生物処理水(適正凝集pH範囲=4.9〜5.8)の凝集設備で、被処理水槽にBP201を5mg/Lを添加したこと以外は同様に、各槽の制御目標pH値も同じとしてそれぞれ検証を行った。
なお、実施例3では、上記と同様にSFFおよびMFFの測定を行うと共に、実施例1と同様にRO膜供給水のMFFの測定も行った。
その結果、無機凝集剤反応槽制御目標pH値4.0、中和・凝集槽制御目標pH値5.2に設定した比較例3では、SFF=1.053、MFF=1.088で、浮上処理水の平均pHは5.3であった。
一方、無機凝集剤反応槽制御目標pH値5.2、中和・凝集槽制御目標pH値5.0に設定した実施例2では、SFF=1.014、MFF=1.038で、浮上処理水の平均pHは5.1であり、7日間のRO膜供給水のMFFの平均値は1.086であった。
2 第二の反応槽(中和・凝集槽)
3 浮上分離装置
4 濾過装置
5 RO膜分離装置
10 制御器
Claims (12)
- 直列に設けられた、3価鉄系無機凝集剤とNaOHが添加される第一の反応槽と、第二の反応槽に、被処理水を順次通水して凝集処理する方法において、
該3価鉄系無機凝集剤を添加して凝集処理することにより該被処理水に凝集フロックが形成されるpH範囲の下限pH値をXとしたときに、
該第二の反応槽の制御目標pH値Aを、X〜(X+0.3)の範囲に設定し、
該第一の反応槽の制御目標pH値A’を、A〜(A+0.7)の範囲に設定して凝集処理を行うことを特徴とする凝集処理方法。 - 請求項1において、前記第一の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値A’となると共に、前記第二の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値Aとなるように、該第一の反応槽にNaOHを添加することを特徴とする凝集処理方法。
- 請求項1において、前記第一の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値A’となるように、該第一の反応槽にNaOHを添加すると共に、前記第二の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値Aとなるように、該第二の反応槽にNaOHを添加することを特徴とする凝集処理方法。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記被処理水に前記3価鉄系無機凝集剤を添加するに先立ち、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子を添加することを特徴とする凝集処理方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記被処理水が生物処理水であることを特徴とする凝集処理方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の凝集処理方法で得られた凝集処理水を、固液分離した後、逆浸透膜分離処理することを特徴とする水処理方法。
- 直列に設けられた第一の反応槽および第二の反応槽と、
該第一の反応槽および第二の反応槽に被処理水を順次通水する手段と、
該第一の反応槽に設けられた3価鉄系無機凝集剤添加手段およびNaOH添加手段と、
該第一の反応槽のpHを制御目標pH値A’に制御する第一のpH制御手段と、
該第二の反応槽のpHを制御目標pH値Aに制御する第二のpH制御手段とを有する凝集処理装置であって、
該3価鉄系無機凝集剤を添加して凝集処理することにより該被処理水に凝集フロックが形成されるpH範囲の下限pH値をXとしたときに、
該第二の反応槽の制御目標pH値Aが、X〜(X+0.3)の範囲に設定され、
該第一の反応槽の制御目標pH値A’が、A〜(A+0.7)の範囲に設定されていることを特徴とする凝集処理装置。 - 請求項7において、前記第一の反応槽のNaOH添加手段は、該第一の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値A’となるように、前記第一のpH制御手段によりNaOH添加量が制御されると共に、前記第二の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値Aとなるように、前記第二のpH制御手段によりNaOH添加量が制御されることを特徴とする凝集処理装置。
- 請求項7において、前記第二の反応槽にNaOH添加手段が設けられており、該第二の反応槽のNaOH添加手段は、該第二の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値Aとなるように、前記第二のpH制御手段によりNaOH添加量が制御され、前記第一の反応槽のNaOH添加手段は、該第一の反応槽におけるpH値が前記制御目標pH値A’となるように、前記第一のpH制御手段によりNaOH添加量が制御されることを特徴とする凝集処理装置。
- 請求項7ないし9のいずれか1項において、前記第一の反応槽の前段に、前記被処理水に、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子を添加する手段を有することを特徴とする凝集処理装置。
- 請求項7ないし10のいずれか1項において、前記被処理水が生物処理水であることを特徴とする凝集処理装置。
- 請求項7ないし11のいずれか1項に記載の凝集処理装置と、該凝集処理装置で得られた凝集処理水を、固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で得られた分離水を逆浸透膜分離処理する逆浸透膜分離装置とを有することを特徴とする水処理装置。
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