JP4526078B2 - 無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電した無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法に関するものである。

銅合金を扱う工場からの排水中には、カーボンや銅合金成分を含むカーボンが正に荷電した無機懸濁粒子として含有されている。このような無機懸濁粒子を含有する排水は例えば２００メッシュ（７４μｍ）のドラムフィルターでろ過処理されている。７４μｍ未満の無機懸濁粒子は、砂濾過装置によって捕捉分離除去されるが、ドラムフィルターでろ過されない無機懸濁物質を含む排水は除去することができない。

そこでドラムフィルターを通過できない排水はＰＡＣ等の無機凝集剤を加えて撹拌後に中和槽に送液し、ＮａＯＨを添加してＰＡＣの反応に適したｐＨ６.３前後の中性領域に
調整し、凝集槽においてフロックを生成させている。数ｍｍから１０ｍｍ程度に巨大化したフロックは凝集沈殿槽で沈降分離され、沈降物は脱水され脱水ケーキとして処分されている。この方法はＰＡＣを用いた凝集沈殿法として技術的に確立されたものであり、幅広い排水の処理に採用されている（特許文献１）。

しかしこの方法では、目的とする無機懸濁粒子の１０倍ほどの不必要な加水分解生成物や水酸化アルミニウム泥が発生する。このためその埋め立て処分の負荷が大きく、特に重金属や特定化学物質などの埋め立てを制限されている物質を含む排水の場合には、多量に発生する脱水ケーキの処理に問題があった。またｐＨ調整のために、劇薬であるＮａＯＨを使用しなければならないという問題があった。

そこで特許文献２に示されるように、無機凝集剤よりも少量で凝集効果を発揮する高分子系凝集剤を用い、懸濁粒子を含有する排水の凝集処理を行う方法も提案されている。しかしこの特許文献２の方法は、カチオン系高分子凝集剤を用いて形成されたフロックのろ過性が悪いという問題を解決するために、形成されたフロックを水膨張性アニオン性高分子凝集剤を用いて２次凝集させるという内容である。

このために特殊な水膨張性アニオン性高分子凝集剤が必要となって処理コストが高くなるという問題があった。またこの方法は処理対象がカチオン系高分子凝集剤によりフロックを形成することができる下水排水、食品工場排水、染色工場排水、化学薬品工場排水などに限定され、正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水の処理には適しないという問題があった。更にフロック生成操作が容易ではなく、時間がかかるという問題も残されていた。
特開２００２−６６５６８号公報 特公昭６２−２９１１４号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水を、多量の脱水汚泥を発生させることなく凝集処理することができ、しかも水膨張性アニオン性高分子凝集剤のような特殊な凝集剤を用いる必要もなく、処理コストを安価に抑制できる方法を提供することを目的とするものである。また本発明の他の目的は短時間で安定したフロック生成操作ができる無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させ、生成したフロックを分離することを特徴とするものである。

本発明においては、正の荷電を有する第1の有機凝集剤が、カチオン系高分子凝集剤であることが好ましく、特にジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることが好ましい。

また、アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることが好ましく、特にポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物であることが好ましい。またノニオン系有機凝集剤は、ポリアクリルアミドであることが好ましい。

本発明は、弱く正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水に適した処理方法であり、請求項１の発明と同様に第1の有機凝集剤を添加して表面電荷を正としたうえ、第２の有機凝集剤を添加して電荷が中性となる状態を形成し、フロックを生成させる。このため無機系凝集剤は不要であり、短時間で安定したフロック生成ができ、低コストで凝集処理が可能である。

なお何れの発明においても、水膨張性アニオン性高分子凝集剤のような特殊な凝集剤を
用いる必要もないので、処理コストを安価に抑制することができる。

（参考形態１）
参考形態１では、ガイシ原料であるシリカ、アルミナのような金属酸化物、ＡｌＮのような金属窒化物、ＳｉＣのような金属炭化物またはそれらの加水分解生成物などの負に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水の凝集沈澱処理を行う。このような排水はセラミック工場から排出され、それ自体のｐＨは６〜８の中性領域にあるのが普通である。

図１に示すように、上記の排水には正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌
する。ここで正の荷電を有する第1の有機凝集剤としてはカチオン系高分子凝集剤を選択
することが好ましく、特にカチオン系高分子凝集剤の一部または全部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることが好ましい。その添加量は排水の固形分（ＤＳ）あたり１〜１０ｐｐｍ程度で十分である。

この第1の有機凝集剤は負に荷電した無機懸濁粒子に電気的に吸着してフロックを形成
するとともに、全体を正に荷電させる役割を持つ。このためには任意のカチオン系高分子凝集剤を使用することができるが、実験の結果によれば分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡ、好ましくは３００〜４００万の分子量が好適であった。またＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物は、分子量が7００万〜７５０万のものがフロック形成に最適で
あった。

フロック形成に最適な分子量が存在する理由は、分子量が大きすぎると、高分子自身が絡まって球状となりやすく、懸濁粒子との相互作用が弱くなってフロック形成がしにくくなり、また分子量が小さすぎると懸濁粒子と高分子との接触度合いが減少し、大きなフロックの形成が起こりにくくなるためである。また上述のように高分子凝集剤が別の成分との共重合体の場合、懸濁粒子と高分子の相互作用が影響を受けるため、最適な分子量がシフトするためである。

このようにして第1の有機凝集剤を添加し撹拌したうえで、第２の有機凝集剤を添加す
る。この第２の有機凝集剤は、第1の有機凝集剤により正に荷電した状態から電荷が中性
となる状態とするためのものであり、アニオン系有機凝集剤単独、あるいはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とを混合したものが用いられる。混合の場合には、ノニオン系有機凝集剤が全体の９０％を超えないようにする。ノニオン系有機凝集剤がそれ以上となると、電荷を中性に戻す効果が不十分になるためである。

ここでアニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることが好ましく、特にポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物、あるいはポリアクリルアミドを用いることが好ましい。その理由は完全には解明されていないが、分子量及びコロイド当量が適しているためと考えられる。特に前記した分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡまたは分子量が7００万〜７５０万のＤＭＡの４級塩とアクリルアミドと
の共重合物からなる第1の有機凝集剤との組み合わせにより、粒径が５ｍｍ以上の巨大な
フロックを効率よく生成させることができる。

第２の有機凝集剤を添加し撹拌することにより電荷が中性となると、凝集作用が高まってフロックが巨大化するとともに高密度化し、速やかに沈降する。この操作は安定的に行わせることができ、フロック生成は短時間で進行し、生成したフロックはろ過性が良好で容易に固液分離を行うことができる。これにより排水中に含まれる無機懸濁粒子の大部分は除去されるので、フロックを分離した上澄水は放流することができる。無機系凝集剤を
使用しないため、フロックを脱水した脱水ケーキの発生量は僅かであり、処理コストを抑制することができる。

（本発明の実施形態）
本発明では、カーボンや銅合金成分を含むカーボンのような弱い正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水の凝集沈澱処理を行う。このような排水は例えば銅合金工場から排出され、それ自体のｐＨは６〜８の中性領域にあるのが普通である。

図２に示すように、この排水は先ずドラムフィルターなどのフィルターに送られ、粗大粒子を除去される。ドラムフィルターを通過した排水は砂濾過装置によって捕捉分離除去されるが、ドラムフィルターでろ過されない無機懸濁物質を含む排水は請求項１の発明と同様の工程により処理される。すなわち、弱い正に荷電した無機懸濁粒子も、請求項１の発明と同様に正の荷電を有するカチオン系高分子凝集剤により一次凝集されるとともに全体が正に荷電される。このためアニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成すれば、請求項１の発明と同様にフロックを生成して沈降する。

ただしこの発明では第２の有機凝集剤により強く電荷を中性にする作用が求められるので、アニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とを混合する場合には、ノニオン系有機凝集剤が全体の７０％を超えないようにするのが望ましい。ノニオン系有機凝集剤がそれ以上となると、電荷を中性に戻す効果が不十分になるためである。このように本発明は処理対象となる排水が異なるものの、その工程及び作用効果は参考形態１の発明と特に変わらない。

（参考形態２）
参考形態２では、カーボンや銅合金成分を含むカーボンの中にあって強く正に荷電した無機懸濁粒子を含有する排水時の凝集沈澱処理を行う。このような排水は例えば銅合金工場から排出され、それ自体のｐＨは６〜８の中性領域にあるのが普通である。ただしアニオン系の有機洗剤を含有する洗濯排水が混入することがある。

図３に示すように、この排水も先ずドラムフィルターなどのフィルターに送られ、粗大粒子を除去される。ドラムフィルターを通過した排水は砂濾過装置によって捕捉分離除去されるが、ドラムフィルターでろ過されない無機懸濁物質を含む排水はノニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤またはそれらの混合物からなる有機凝集剤が添加される。強く正に荷電した無機懸濁粒子の電荷を中性にするためには、アニオン系有機凝集剤が必須であり、請求項１，２の発明で用いたようなポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物を用いることができる。しかし排水中にアニオン系の有機洗剤が含有されていることによって排水の電荷が中性である場合には、ノニオン系有機凝集剤を単独で使用してもよい。その添加量は排水の固形分（ＤＳ）あたり１〜１０ｐｐｍ程度で十分である。

このようにノニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤またはそれらの混合物からなる有機凝集剤を排水に添加撹拌することにより、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させる。このときに有機凝集剤による物理的な凝集効果が作用し、強固なフロックを生成させることができるので、生成したフロックを容易に沈降分離することができる。

上記した本発明と参考形態１、２の実施例を表１にまとめて示す。表１に記載されていない工程は、実施形態に説明したとおりである。尚、表中で無機懸濁粒子の含有率はｐｐ
ｍとして記載しているが、この含有率はＩＣＰ発光分光分析より求めた。表中の濁度とは微細な懸濁質の総和であり、この数値が大きいほど 透明性が悪く不純物除去も悪い。

次に、参考形態１に記載の無機酸化物系の懸濁粒子を含有する排水を本発明法により処理した結果を、比較例とともに表２に示す。本発明の方法による処理水の濁度が比較例による場合よりも低下したことが分る。また、正の荷電を有する第一の有機凝集剤を添加後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第二の有機凝集剤を添加する順位が優先され、逆や混合では効果がないことが分る。凝集剤の添加濃度は全て１０ｐｐｍである。

以上に説明したように、本発明の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法によれば、(1)苛性ソーダを使用しないので環境負荷の軽減に寄与することができ、(2)フロック生成を短時間で安定して振興させることができ、装置も簡略化することができ、(3)フロックの強度や密度が向上したため固液分離が容易で処理時間が短縮でき、(4)無機凝集剤を使用しないので目的成分以外の加水分解生成物や汚泥が発生せず、埋め立て負荷が大幅に減少し、(7)水膨張性アニオン性高分子凝集剤のような特殊な凝集剤を用いる必要もないので、処理コストを安価に抑制できるなどの多くの利点がある。

参考形態１のフローを示すブロック図である。 本発明のフローを示すブロック図である。 参考形態２のフローを示すブロック図である。

Claims (6)

1. カーボンや銅合金成分を含むカーボンからなる弱い正に荷電した無機懸濁粒子を含む排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させ、生成したフロックを分離することを特徴とする無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。
2. 正の荷電を有する第1の有機凝集剤が、カチオン系高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１記載の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。
3. カチオン系高分子凝集剤の一部または全部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることを特徴とする請求項２記載の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。
4. アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１に記載の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。
5. アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物であることを特徴とする請求項４記載の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。
6. ノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリルアミドであることを特徴とする請求項４記載の無機懸濁粒子を含有する排水の処理方法。

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