JP4225844B2 - 濁水処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は濁水処理方法に関し、廃水、排水、汚泥処理の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
例えばダム建設工事が施工されるとセメントを含んだアルカリ排水や濁水が発生し、また地下シールド工事が行われると多量の土砂や礫を含んだ坑内濁水が生成する。このような濁水や泥水は、水中に浮遊している不純物である懸濁成分(SS=suspended solid)を除去して、国や県が定める所定の放流基準・排水基準を満たしたうえで、河川等に放流しなければならない。従来、このような濁水処理に用いられる凝集剤として、特許文献1〜3に開示されるように、ポリアクリルアミドと塩化カルシウムとの混合物を使用することが広く知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−134499号公報
【特許文献2】
特開平9−206759号公報
【特許文献3】
特開平10−337575号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのようなポリアクリルアミドと塩化カルシウムとの混合物である従来の凝集剤では、例えば濁水(原水)の懸濁成分濃度(SS濃度)が1万ppm(mg/リットル)である場合、これをSS濃度が70〜120ppm程度の処理済水まで浄化するのが限度であって、近年、条例により各県でさらに厳しい排水基準が定められているなか、それよりも低いSS濃度、例えばSS濃度が20〜30ppm程度の処理済水まで浄化することは難しいのが現状である。
【0005】
そこで、本発明者は、上記のような現状に鑑み、たとえ濁水のSS濃度が1万ppmと大量であっても、該SS濃度を20〜30ppm程度まで容易に低下させることのできる濁水処理方法を開発せんと鋭意研究検討を重ねた結果、ポリアクリルアミドと塩化カルシウムとを同時に濁水に加えるのではなく、別々に加えると、懸濁成分の除去率が飛躍的に高まることを見出し、本発明を完成したものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項1に記載の発明は、濁水から懸濁成分を凝集して除去する濁水処理方法であって、濁水に、懸濁成分1万重量部に対し塩化カルシウムを15〜40重量部添加して、懸濁成分であるコロイド粒子の電荷を中和することにより該コロイド粒子を凝集させるステップと、上記コロイド粒子が凝集した濁水に、懸濁成分1万重量部に対しポリアクリルアミド系高分子凝集剤を0.025〜0.5重量部添加して、上記凝集したコロイド粒子を上記高分子凝集剤で捕集するステップと、上記コロイド粒子の捕集により生成した沈殿物を上澄液から除去するステップとを有することを特徴とする。
【0008】
このように、本発明では、濁水にポリアクリルアミドと塩化カルシウムとを同時に加えるのではなく、先に塩化カルシウムを添加してから、後でポリアクリルアミド系高分子凝集剤を添加する。これにより、先に添加した塩化カルシウムのカルシウムイオン(+電荷)によって、懸濁成分である土粒子等のコロイド粒子(−電荷)が電気的に中和され、その結果、該コロイド粒子同士が凝集して大きな径に成長する。そして、この状態でポリアクリルアミド系高分子凝集剤を添加することにより、上記の凝集した大きな径のコロイド粒子が効率よく吸着・捕集されて、大量の沈殿物が速やかに沈降する。その後、この生成・沈降した沈殿物を上澄液から除去することによって、該上澄液は、懸濁成分が大量に除去された河川等への放流が可能な処理済水となる。
【0009】
本発明では、塩化カルシウム及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤は水溶液にして濁水に添加するとよい。その際の好ましい濃度は、例えば塩化カルシウムは30〜40%(重量%:以下特に断らない限り同じ)、ポリアクリルアミド系高分子凝集剤は0.05〜0.5%等である。もちろん、濃度を濃くするほど水溶液の添加量が少なくて済むが、塩化カルシウムの濃度が40%を超えると、低温下で塩化カルシウムの結晶が析出してしまう可能性があるし、またポリアクリルアミドの濃度が0.5%を超えると、水溶液の粘度が過度に高くなって取り扱いが困難となる可能性がある。
【0010】
本発明では、上記各水溶液の濁水への添加量は、該濁水中のSS濃度に応じて変更してよい。その際、一般に、SS濃度が高いほど添加量を多くする。例えば、濁水のSS濃度が1万ppmのときは、塩化カルシウムの30〜40%水溶液を50〜100ppm添加し、またポリアクリルアミド系高分子凝集剤の0.05〜0.5%水溶液を50〜100ppm添加する。換言すれば、SS濃度が1万ppmの濁水1トンに対し、塩化カルシウムの30〜40%水溶液及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤の0.05〜0.5%水溶液をそれぞれ50〜100グラムづつ添加する。これは、懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミド系高分子凝集剤の重量比率にすると、1万:15〜40:0.025〜0.5(=40万:600〜1600:1〜20)である。これにより、得られる処理済水のSS濃度を20〜30ppm以下まで低減することが可能となる。この場合、塩化カルシウム及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤を上記比率を超えて添加しても効果が頭打ちとなって経済的でない。
【0011】
本発明の方法は、掘削現場でも、また濁水処理専用プラントでも適用可能である。例えば掘削現場においては、原水を沈斜池に至る流路に流しながら、その途中でSS濃度を計測し、その計測結果に基いて、塩化カルシウム水溶液の添加量及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤水溶液の添加量を決定し、その決定した添加量で塩化カルシウム水溶液及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤水溶液を上記流れている原水にインラインで自動注水する。沈斜池に流れ込んだ原水は該沈斜池で沈殿物と上澄液とに固液分離し、上澄液のSS濃度が所定の排水基準(例えば70ppm以下、50ppm以下、30ppm以下、20ppm以下等)を満たすときは、上記上澄液を放流し、満たさないときは、満たすまで上記上澄液を再び上記流路に戻して上記処理を繰り返し行う。
【0012】
一方、濁水処理専用プラントにおいては、例えば原水槽と複数の沈殿槽とを直列に並べ、上澄液が各槽を順に移動する間に、SS濃度の計測及びそれに応じた量の塩化カルシウム水溶液の添加及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤水溶液の添加を行う。そして、SS濃度が所定の排水基準を満たしたところで上澄液を放流すればよい。各沈殿槽に溜まった沈殿物は脱水処理し、脱水ケーキとして埋立等に供する。
【0013】
その場合、処理対象である原水のSS濃度と、放流対象である処理済水のSS濃度と、塩化カルシウム水溶液(濃度既知)の添加量と、ポリアクリルアミド系高分子凝集剤水溶液(濃度既知)の添加量との関係を予め実験的に求めておいて、その特性を濁水処理システムのプログラムに入力しておけばよい。計測した原水のSS濃度と、所望の排水基準を満たす処理済水のSS濃度とを上記特性にあてはめることにより、塩化カルシウム水溶液(濃度既知)及びポリアクリルアミド系高分子凝集剤水溶液(濃度既知)の必要添加量が容易に決定できる。
【0014】
【実施例】
粘土粉末を水に分散させて、SS濃度が1000ppm、5000ppm、1万ppm、10万ppm、20万ppmの濁水をそれぞれ人工的に調製した。また、塩化カルシウムの30%水溶液及び40%水溶液と、ポリアクリルアミドの0.05%水溶液及び0.5%水溶液とをそれぞれ調製した。
【0015】
上記調製した5種のSS濃度の濁水と、2種の濃度の塩化カルシウム水溶液及びポリアクリルアミド水溶液とを種々組み合わせて濁水処理を行った。すなわち、先に濁水に塩化カルシウム水溶液を添加し、攪拌して放置した後、次にポリアクリルアミド水溶液を添加し、攪拌して放置し、得られた上澄液のSS濃度を濁度センサで測定した。濁水への塩化カルシウム水溶液及びポリアクリルアミド水溶液の添加量は、10ppm、50ppm、100ppm、1000ppmとした。表1に、種々の組合せのうち代表的・特徴的なものの結果を示す。なお、表中、ポリアクリルアミドをPAAと記している。
【0016】
【表1】
【0017】
本実施例において、濁水の懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミドの重量比率のうち、塩化カルシウム及びポリアクリルアミドの比率が最も小さいのは、SS濃度が20万ppmの濁水に、塩化カルシウムの30%水溶液を10ppm添加し、ポリアクリルアミドの0.05%水溶液を10ppm添加した場合であって、20万:3:0.005(=1万:0.15:0.00025)となる(実験番号17)。逆に、塩化カルシウム及びポリアクリルアミドの比率が最も大きいのは、SS濃度が1000ppmの濁水に、塩化カルシウムの40%水溶液を1000ppm添加し、ポリアクリルアミドの0.5%水溶液を1000ppm添加した場合であって、1000:400:5(=1万:4000:50)となる(実験番号4)。
【0018】
そして、特に、懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミドの重量比率が、1万:15以上:0.025以上のときに、上澄液のSS濃度が20ppm以下となって、良好な結果が得られた(実験番号1〜4、6〜8、10〜12、16、20)。ただし、同重量比率が、1万:40超:0.5超となっても、上澄液のSS濃度はそれ以上にはあまり効果的に低下しなかった(実験番号2〜4、7、8、12)。なお、表1の重量比率の欄において、「○」は、塩化カルシウムの重量比率が上記「15〜40」の範囲内にあること、及びポリアクリルアミドの重量比率が上記「0.025〜0.5」の範囲内にあることを示し、「△」は、該範囲を超えていること示し、「×」は、該範囲未満であることを示す。
【0019】
また、従来の1液型処理液として、塩化カルシウム39%、ポリアクリルアミド1%、水60%からなる混合水溶液を調製し、同様に濁水処理を行った。すなわち、上記調製した各濁水にこの従来型の1液処理液を10ppm、50ppm、100ppm又は1000ppm添加し、攪拌して放置した後、得られた上澄液のSS濃度を濁度センサで測定した。この場合、濁水の懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミドの重量比率のうち、塩化カルシウム及びポリアクリルアミドの比率が最も小さいのは、SS濃度が20万ppmの濁水にこの1液処理液を10ppm添加した場合であって、20万:3.9:0.1(=1万:0.195:0.005)となる。逆に、塩化カルシウム及びポリアクリルアミドの比率が最も大きいのは、SS濃度が1000ppmの濁水にこの1液処理液を1000ppm添加した場合であって、1000:390:10(=1万:3900:100)となる。
【0020】
そして、SS濃度が1000ppmの濁水にこの1液処理液を100ppm以上添加したときに(懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミドの重量比率=1万:390以上:10以上)、上澄液のSS濃度が70ppm程度となって、例えば本発明に係る上記実験番号5、9、15、19(懸濁成分:塩化カルシウム:ポリアクリルアミドの重量比率=1万:2〜6:0.005〜0.05)等とほぼ同程度の懸濁成分の除去効果が観察された。このことから、本発明の方法によれば、従来の1液型処理液を使う方法に比べて、懸濁成分の除去効果が飛躍的に高まる結果、塩化カルシウム及びポリアクリルアミドの使用量が少なくて済み、コスト的にも有利であることがわかった。
【0021】
ここで、上記従来型の1液混合水溶液は、ポリアクリルアミドを1%含むが、その粘度は、ポリアクリルアミドの1%単独水溶液よりもはるかに低いものであった。これは、1液混合水溶液中ではポリアクリルアミドと塩化カルシウムとが電気的に結合し、その結果、ポリアクリルアミドの高分子鎖構造が開いたり延びたりするためであると考えられる。したがって、従来、塩化カルシウムとポリアクリルアミドとを1液に溶解して同時に濁水に添加する方法は、ポリアクリルアミドの高分子機能、すなわちミクロフロックの架橋吸着機能・捕獲機能を阻害・損減する不利な方法であると考察される。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、懸濁成分の除去率が飛躍的に高まる結果、SS濃度が1万ppmと極めて高い原水でも、SS濃度が20〜30ppmと極めて低い処理済水に容易に転換することができ、年々厳しくなる各地の排水基準をクリアすることができる。本発明は、ダム建設工事や地下シールド工事等で排出される、廃水、濁水、汚泥等の処理技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
Claims (1)
- 濁水から懸濁成分を凝集して除去する濁水処理方法であって、濁水に、懸濁成分1万重量部に対し塩化カルシウムを15〜40重量部添加して、懸濁成分であるコロイド粒子の電荷を中和することにより該コロイド粒子を凝集させるステップと、上記コロイド粒子が凝集した濁水に、懸濁成分1万重量部に対しポリアクリルアミド系高分子凝集剤を0.025〜0.5重量部添加して、上記凝集したコロイド粒子を上記高分子凝集剤で捕集するステップと、上記コロイド粒子の捕集により生成した沈殿物を上澄液から除去するステップとを有することを特徴とする濁水処理方法。
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