JP5874360B2 - シルト含有水の凝集処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、河川水などのシルト含有水を凝集処理する方法及び装置に関するものであり、特に無機凝集剤とカチオン系高分子凝集剤及びアニオン系高分子凝集剤を用いてシルト含有水を凝集処理した後、固液分離する方法及び装置に関する。

河川水、湖沼水等の用水、あるいは下水、産業排水等の排水のような懸濁物質（ＳＳ）含有水の凝集、固液分離処理は、一般に、ＳＳ含有水中に含まれるＳＳの除去に必要な無機凝集剤を添加した後、ｐＨ調整剤を添加して凝集処理に適したｐＨに調整してフロックを形成し、沈降分離、浮上分離、濾過分離等で固液分離して固形分を除去することで行われている。この凝集処理には、形成されたフロックを粗大化して固液分離性を高めるために、無機凝集剤と共に高分子凝集剤が併用されており、特許文献１には、各種の懸濁液の凝集処理において、高分子凝集剤の添加を前後２段に分けて行い、前段でアニオン系高分子凝集剤を添加し、後段でカチオン系高分子凝集剤を添加する方法が提案されている。

なお、凝集処理水の固液分離手段として沈殿槽を用いた場合、沈殿槽で分離された上澄水を更に濾過器で処理することが行われる場合もある。
また、固液分離水は、その用途により、更に逆浸透（ＲＯ）膜分離装置で脱塩処理が行われる場合もある。

特開２００８−１１４１４２号公報

本発明者らの検討により、高濃度シルト含有水を凝集処理する際に、アニオン系高分子凝集剤を先に添加し、その後カチオン系高分子凝集剤を添加する凝集処理では、形成されるフロックが粗大化しすぎることにより、フロックが脆く、崩れやすくなることを知見した。即ち、シルトは微細な土壌粒子であり、水中で浮遊して沈降し難く、このようなシルトを高濃度で含む水は、通常のＳＳ含有水の凝集処理法を適用しても、良好な凝集フロックを得ることができない。

フロックが崩壊して微細フロックが発生すると、この微細フロックにより沈殿槽の上澄水の濁度が高くなり、処理水の水質は悪化し、また、後段の濾過器が目詰りし易くなることにより、濾過器の逆洗頻度が高くなる。更に、この後段にＲＯ膜分離装置を設けた場合、このＲＯ膜分離装置も目詰りし易くなって差圧が上昇する問題がある。

また、フロックが粗大化しすぎることにより、フロック内及びフロック間の空隙率が高くなり、沈殿槽の汚泥界面が上昇することから、この汚泥界面を適切な位置に維持するために、汚泥引き抜き量を多くする必要が生じる。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、高濃度シルト含有水の凝集処理において、高密度で沈降性の高いフロックを形成させることにより、固液分離性を改善し、高水質の処理水を得るシルト含有水の凝集処理方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、高濃度シルト含有水の凝集処理において、無機凝集剤と併用する高分子凝集剤の添加手順として、特許文献１に記載される方法とは逆に、先にカチオン系高分子凝集剤を添加した後アニオン系高分子凝集剤を添加すると、無機凝集剤とカチオン系高分子凝集剤との作用で、ＳＳが強固に結合され、フロック径は小さいものの、高密度で十分に締まったフロックが形成されるようになり、その後、アニオン系高分子凝集剤を添加することにより、このフロックが高密度の状態を保ったまま、更に粗大化するようになり、崩れ難く、沈降性に優れたフロックが形成されることを見出した。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ シルト含有水に凝集剤を添加して凝集処理する凝集工程と、その後、固液分離する固液分離工程とを有するシルト含有水の処理方法において、該凝集工程は、該シルト含有水に無機凝集剤及びカチオン系高分子凝集剤を添加する工程と、次いでアニオン系高分子凝集剤を添加する工程と、を有し、前記無機凝集剤を第１反応槽又は該第１反応槽に導入されるシルト含有水に添加し、前記カチオン系高分子凝集剤を該第１反応槽に添加し、該第１反応槽の流出水を該第１反応槽とは別体の第２反応槽に導入し、前記アニオン系高分子凝集剤を該第２反応槽又は該第２反応槽流入水に添加するシルト含有水の凝集処理方法であって、該第１反応槽の滞留時間及び第２反応槽の滞留時間が１０〜３０ｍｉｎであることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。

［２］ ［１］において、前記無機凝集剤はＦｅ系凝集剤であり、前記凝集工程のｐＨを５〜６とすることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。

［３］ ［１］又は［２］において、前記シルト含有水の濁度が１００ＮＴＵ以上で、ＳＳ濃度が２００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。

［４］ シルト含有水が導入される第１反応槽と、該第１反応槽に導入されるシルト含有水又は該第１反応槽に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段と、該第１反応槽にカチオン系高分子凝集剤を添加するカチオン系高分子凝集剤添加手段と、該第１反応槽からの流出水が導入される第２反応槽と、該第２反応槽への流入水又は該第２反応槽にアニオン系高分子凝集剤を添加するアニオン系高分子凝集剤添加手段と該第２反応槽の流出水を固液分離する固液分離手段とを有し、該第１反応槽及び第２反応槽の滞留時間が１０〜３０ｍｉｎであるシルト含有水の凝集処理装置。

［５］ ［４］において、前記第１反応槽及び第２反応槽のｐＨを５〜６とするためのｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とするシルト含有水の凝集処理装置。

本発明によれば、高濃度シルト含有水の凝集処理にあたり、高密度で沈降性に優れ、崩れ難い粗大フロックを形成することができるため、この凝集処理水を固液分離して、高水質の処理水を得ることができる。
また、沈殿槽で固液分離する場合において、上澄水濁度の上昇及び槽内の汚泥界面の上昇を抑制することができ、汚泥界面維持のための汚泥引き抜き量を低減することができると共に、後段に設けられた濾過器の逆洗頻度を低減することができ、高水質の濾過水を得ることができる。また、更にＲＯ膜分離装置を後段に設けた場合においても、このＲＯ膜分離装置の差圧の上昇を抑制することができる。
固液分離手段として膜分離装置や濾過器を設けた場合においても、その差圧の上昇を防止して、逆洗頻度を低減することができる。
また、固液分離手段として浮上分離槽を用いる場合もスカムの破損を防止することが可能となり、清澄な処理水を得ることが可能となる。

本発明において、凝集処理はｐＨ５〜６の範囲で行うことがＳＳが十分に除去された高水質の処理水を得る上で好ましく、このようなｐＨ条件で凝集処理を行うことから、無機凝集剤としてはＦｅ系凝集剤を用いることが好ましい。

本発明のシルト含有水の凝集処理方法及び装置の実施の形態の一例を示す系統図である。

以下、図面を参照して本発明のシルト含有水の凝集処理方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明のシルト含有水の凝集処理方法及び装置の実施の形態の一例を示す系統図であり、図１においては原水（シルト含有水）は、第１反応槽１に導入されて、無機凝集剤とカチオン系高分子凝集剤（以下「カチオンポリマー」と称す。）と必要に応じてｐＨ調整剤が添加されて凝集処理された後、次いで第２反応槽２に導入され、アニオン系高分子凝集剤（以下「アニオンポリマー」と称す。）と必要に応じてｐＨ調整剤が添加されて凝集処理される。第２反応槽２の流出水は沈殿槽３で固液分離され、上澄水（分離水）が処理水として取り出される。

本発明で凝集処理するシルト含有水とは、河川や湖沼などの表流水のような、粒径０．００２〜０．０２ｍｍ程度の微細な土壌粒子である粘土性物質（シルト）を含有する水であり、本発明は、このようなシルト含有水のうち、特に、濁度が１００ＮＴＵ以上、例えば１００〜１００００ＮＴＵであり、ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上、例えば１００〜３０００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度シルト含有水に有効である。

このようなシルト含有水の凝集処理におけるｐＨ条件は、ｐＨ５〜６の範囲であることが好ましく、このｐＨ範囲内で凝集処理することにより、高水質の処理水を得ることができる。従って、図１において、第１反応槽１及び第２反応槽２には、槽内液のｐＨが５〜６となるように、必要に応じて酸、又はアルカリのｐＨ調整剤を添加することが好ましい。

また、このように、凝集処理時のｐＨを好ましくは５〜６とすることから、原水に添加する無機凝集剤としては、ｐＨ５〜６の範囲で凝集効果の高いＦｅ系無機凝集剤を用いることが好ましく、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の１種又は２種以上を用いることができる。Ｆｅ系凝集剤は比較的比重が重く、形成されるフロックの沈降性の向上にも有効である。

原水への無機凝集剤の添加量は、原水の水質、用いる無機凝集剤の種類によっても異なるが、通常の場合、４０〜５００ｍｇ／Ｌ程度とすることが好ましい。

第１反応槽に添加するカチオンポリマーとしては、特に制限はないが、例えば、ポリジアリル４級アンモニウム塩、ポリ（メタ）アクリル酸アミノエステル、ポリ（メタ）アクリル酸アミノエステル共重合体、ポリエチレンイミン、ポリアミドポリアミン、ジハロアルカンポリアルキレンポリアミン重縮合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性物、ポリアクリルアミドのホフマン分解物、ポリ（メタ）アクリレートポリアルキレンポリアミン、カチオン化澱粉、キトサン等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。

カチオンポリマーの添加量は、少な過ぎると十分に緻密なフロックを形成し得ず、多過ぎるとリークし、濾過器あるいはＲＯ膜を閉塞させる恐れがあることから、２．５〜１０ｍｇ／Ｌ程度とすることが好ましい。

なお、第１反応槽１において、十分に緻密なフロックを形成するために、第１反応槽１の滞留時間が１０〜３０ｍｉｎとなるように処理を行うことが好ましい。

第２反応槽２に添加するアニオンポリマーとしては、特に限定されないが、例えばポリアクリルアミドの部分加水分解物、ポリアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの共重合物、アクリルアミドとビニルスルホン酸ナトリウムとの共重合物、及びアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとの三元共重合物などが挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。

アニオンポリマーの添加量は、少な過ぎるとフロックを十分に粗大化することができず、多過ぎるとカチオンポリマー同様リークし、濾過器あるいはＲＯ膜を閉塞させる恐れがあることから、２〜１０ｍｇ／Ｌ程度とすることが好ましい。

なお、第２反応槽２において、フロックを十分に粗大化させるために、第２反応槽２の滞留時間は１０〜３０ｍｉｎとなるように処理を行うことが好ましい。

第２反応槽２の凝集処理水を固液分離する沈殿槽３は、ＬＶ１〜５ｍ／ｈｒ程度の条件で運転することが好ましい。

図１は、本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図１の形態に限定されるものではない。

例えば、無機凝集剤は、第１反応槽１に添加する他、第１反応槽１への原水の導入配管に添加してもよく、この導入配管と第１反応槽１との両方に添加してもよい。
また、アニオンポリマーについても、第２反応槽２に添加する他、第１反応槽１の流出水が第２反応槽２に導入される配管に添加してもよく、この導入配管と第２反応槽２との両方に添加してもよい。

また、固液分離手段は、沈殿槽に限らず、濾過器や限外濾過膜分離装置、精密濾過膜分離装置、或いは浮上分離槽であってもよく、沈殿槽の後段に濾過器やこれらの膜分離装置を設けてもよい。更に、固液分離水をＲＯ膜分離装置で処理してもよい。

以下、実施例、比較例及び実験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
濁度１００ＮＴＵ、ＳＳ濃度２００ｍｇ／Ｌのシルト含有水を図１に示す装置で凝集、固液分離処理した。
無機凝集剤としては、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を用い、１００ｍｇ／Ｌ添加した。また、カチオンポリマーとしては栗田工業（株）製「ゼータエース（登録商標）」を５ｍｇ／Ｌ添加し、アニオンポリマーとしては栗田工業（株）製「クリフロック（登録商標）」を５ｍｇ／Ｌ添加した。第１反応槽１の滞留時間は１０ｍｉｎ、第２反応槽２の滞留時間は１０ｍｉｎ、沈殿槽３の通水ＬＶは４ｍ／ｈｒとし、第１反応槽１には、ｐＨ５．５となるように、ｐＨ調整剤を添加した。第２反応槽２は、ｐＨ調整剤を添加することなく、ｐＨ５．５を維持していた。

この処理で得られた処理水（沈殿槽上澄水）の濁度を調べ、結果を表１に示した。

［比較例１］
実施例１において、第１反応槽１にカチオンポリマーを添加しなかったこと以外は同様にして処理を行い、得られた処理水（沈殿槽上澄水）の濁度を調べ、結果を表１に示した。

［比較例２］
実施例１において、第１反応槽１にアニオンポリマーを添加し、第２反応槽２にカチオンポリマーを添加したこと以外は同様にして処理を行い、得られた処理水（沈殿槽上澄水）の濁度を調べ、結果を表１に示した。

表１より、本発明に従って、カチオンポリマー添加後にアニオンポリマーを添加することにより、高水質の処理水を得ることができることが分かる。

［実験例１］
実施例１において、第１反応槽１の槽内液ｐＨが表２に示す値となるようにｐＨ調整剤を添加したこと以外は、実施例１と同様にして処理を行い、得られた処理水（沈殿槽上澄水）の濁度を調べ、結果を実施例１の結果と共に表２に示した。
なお、第２反応槽２のｐＨは第１反応槽１のｐＨと同等であった。

表２より、凝集処理時のｐＨは５〜６の範囲が好ましいことが分かる。

１ 第１反応槽
２ 第２反応槽
３ 沈殿槽

Claims (5)

1. シルト含有水に凝集剤を添加して凝集処理する凝集工程と、その後、固液分離する固液分離工程とを有するシルト含有水の処理方法において、
   該凝集工程は、
   該シルト含有水に無機凝集剤及びカチオン系高分子凝集剤を添加する工程と、
   次いでアニオン系高分子凝集剤を添加する工程と、
   を有し、
   前記無機凝集剤を第１反応槽又は該第１反応槽に導入されるシルト含有水に添加し、
   前記カチオン系高分子凝集剤を該第１反応槽に添加し、
   該第１反応槽の流出水を該第１反応槽とは別体の第２反応槽に導入し、前記アニオン系高分子凝集剤を該第２反応槽又は該第２反応槽流入水に添加するシルト含有水の凝集処理方法であって、
   該第１反応槽の滞留時間及び第２反応槽の滞留時間が１０〜３０ｍｉｎであることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。
2. 請求項１において、前記無機凝集剤はＦｅ系凝集剤であり、前記凝集工程のｐＨを５〜６とすることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記シルト含有水の濁度が１００ＮＴＵ以上で、ＳＳ濃度が２００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とするシルト含有水の凝集処理方法。
4. シルト含有水が導入される第１反応槽と、
   該第１反応槽に導入されるシルト含有水又は該第１反応槽に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段と、
   該第１反応槽にカチオン系高分子凝集剤を添加するカチオン系高分子凝集剤添加手段と、
   該第１反応槽からの流出水が導入される第２反応槽と、
   該第２反応槽への流入水又は該第２反応槽にアニオン系高分子凝集剤を添加するアニオン系高分子凝集剤添加手段と
   該第２反応槽の流出水を固液分離する固液分離手段と
   を有し、
   該第１反応槽及び第２反応槽の滞留時間が１０〜３０ｍｉｎであるシルト含有水の凝集処理装置。
5. 請求項４において、前記第１反応槽及び第２反応槽のｐＨを５〜６とするためのｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とするシルト含有水の凝集処理装置。

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