JP6387337B2 - 架橋型の懸濁物質の凝集・沈降剤を用いた水中の懸濁物質の除去処理方法及び懸濁物質除去処理用の懸濁物質の凝集・沈降剤 - Google Patents

Description

本発明は、架橋構造を有するカチオン性又は両性の高分子凝集剤を用いた水中の懸濁物質の除去処理方法及び該高分子凝集剤に関し、より詳しくは、例えば、製鐵工場等で生ずる粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質と５０μｍ未満の微細な懸濁物質とを含む廃水中から、より効果的に、これらの懸濁物質が併存している状態で懸濁物質を一挙に除去処理することができる水中の懸濁物質の除去処理方法、及び該方法に用いるための該高分子凝集剤に関する。

例えば、製鐵工場等からの廃水（原水）には、金属粉や石炭・コークス粉や油分等の粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質（以下、粗大ＳＳとも呼ぶ）が含まれているが、これらの廃水に対する処理は、通常、上記した粗大な懸濁物質を沈降分離等の方法で予め除去し、除去後の廃水を更に処理することで、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質（以下、微細ＳＳとも呼ぶ）を除去して、懸濁物質を取り除いた処理水を得ている。

これに対し、本発明者らは、既に、流れの速い乱流状態の廃水等の中に高分子凝集剤を添加する、といった極めて簡便な方法で、上記粗大ＳＳと微細ＳＳを含んだ状態のままの原水から、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させ、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一挙に除去処理することができ、処理設備の簡略化も可能にできる画期的な水中の懸濁物質の除去処理方法を提案している（特許文献１、特許文献２参照）。そして、その中で、特有の化合物を原料モノマーとしたカチオン性又は両性の共重合体を主成分とした高分子凝集剤を用いることが好適であるとしている。

上記従来技術によれば、下記の効果が得られる。例えば、製鐵所等において発生する、粗大ＳＳと微細ＳＳとが併存している各種廃水中の懸濁物質を分離除去する際に、例えば、Ｏｖｅｒ Ｆｌｏｗ Ｒａｔｅが１０ｍ／ｈｒ以上の比較的小さな槽のみで、粗大ＳＳと微細ＳＳとを同一の処理で、従来技術で処理した場合と比べてＳＳをより速やかに沈降させることができ、しかも、得られる処理水を、これらの懸濁物質を別々に処理していた従来の処理方法で達成していたのと同等以上の清澄な水質のものにできる。より具体的には、粗大ＳＳと微細ＳＳとを同一の処理で、従来技術と比べて迅速に凝集沈降することが可能になったことで、凝集剤の総使用量を従来よりも低減することが可能になり、更に設備を大幅に簡略化することもできる。また、これらに加えて、発生する凝集沈降した沈殿物のリサイクル費の低減、従来、無機凝集剤を使用することに起因して処理水に混入される配管の腐食を促進する物質の低減をも達成できる。更に得られる処理水は、従来の処理方法で達成していたのと同等以上の清澄な水質を示すので、そのまま循環使用することが可能で、しかも、発生する凝集沈降した沈殿物は、水離れのよい取り扱い易いものになるといった利点もある。

一方、カチオン性高分子は、古くより、脱水剤としての有用性が着目されており、汚泥の脱水剤等として使用されており、脱水性を向上させるために、カチオン性高分子の改質も行われている（特許文献３〜５参照）。

特開２０１４−１０８３９４号公報 特開２０１４−１３３２２９号公報 特公平７−７１６７８号公報 特許第２７７９７３２号公報 特許第５６９２９１０号公報

上記したように、本発明者らが開発した上記従来技術は、粗大ＳＳと微細ＳＳを含んだ状態のままの原水から、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させ、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一挙に除去処理することを可能にした画期的なものである。しかしながら、製鐵工場等で生ずる廃水に対する処理は、先に述べたように、粗大ＳＳを沈降分離等の方法で予め除去し、除去後の廃水を更に処理することで微細ＳＳを除去して懸濁物質のない処理水を得るとした構成の処理フローが確立しており、これまで実際の廃水に対して、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させることは行われていなかった。このため、実廃水に対して、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させる方法を適用する際には、安定して、より高い効果を実現できる処理フローを確立することが重要になる。具体的には、粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させた場合に、更に効率よく、効果的にＳＳを除去処理することが可能になる条件等を見出すことができれば、上記した従来技術は、より有効なＳＳの処理手段となり得る。

したがって、本発明の目的は、本発明者らが既に提案している、水中の粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させ、これらのＳＳを一緒に取り除く処理をした場合に、より効率よく処理する方法を提供することにあり、最終的には、実際の廃水に対して適用した際に重要な、処理効率の向上、処理の迅速さ、凝集沈降させた沈殿物の二次処理をより容易にすることができるといったことを達成できる水中の懸濁物質の除去処理方法を提供することにある。

上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存している状態の廃水や取水等の水中に高分子凝集剤を添加し、これらの懸濁物質を同一の処理によって凝集沈降させて一緒に取り除く水中の懸濁物質の除去処理方法であって、前記粗大な懸濁物質が、少なくとも粒径が５０μｍ以上のものであり、少なくとも、前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とが併存する乱流状態の水の中に高分子凝集剤が共存する状態を生じさせて、前記懸濁物質を同一の処理で凝集沈降させる際に、前記高分子凝集剤として、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜３００ｐｐｍの架橋性単量体を共存させて重合してなる、架橋構造を有するカチオン性又は両性の架橋型水溶性高分子を用い、且つ、該架橋型水溶性高分子が、その架橋度を、純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度を、４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度で除した、水溶液の粘性の測定により得た値で表した場合に、該値が、５以上２００以下のものであることを特徴とする水中の懸濁物質の除去処理方法を提供する。

（上記式（１）及び（２）中の、Ｒ₁は、Ｈ又はＣＨ₃、Ｒ₂又はＲ₃は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₄は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

本発明の水中の懸濁物質の除去処理方法の好ましい形態としては、下記のことが挙げられる。前記架橋性単量体が、原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜５０ｐｐｍであること；前記粗大な懸濁物質の水中における存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上であること；前記粗大な懸濁物質の存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記微細な懸濁物質濃度に対する粗大な懸濁物質濃度の比（粗／微）が、その質量比で３以上であること；前記水が、製鐵所において発生する廃水であり、前記高分子凝集剤を前記廃水に添加する位置が、前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とが併存している廃水が発生する地点から水処理設備の入口付近に至るまでのいずれかの地点であり、且つ、該地点における廃水は、流速が０．５ｍ／秒以上で乱流状態にあること；前記水が、水中に粗大な前記懸濁物質をほとんど含まない水に予め粗大な懸濁物質を添加して、該粗大な懸濁物質の存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上となるようにして、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存した状態とした水であることが挙げられる。

本発明は、別の実施形態として、少なくとも粒径が５０μｍ以上の粗大な懸濁物質と、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質とが併存している乱流状態の廃水や取水等の水中に高分子凝集剤を添加し、これらの懸濁物質を同一の処理によって凝集沈降させて一緒に取り除く水中の懸濁物質の除去処理方法で使用するための高分子凝集剤であって、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜３００ｐｐｍの架橋性単量体を共存させて重合してなる、架橋構造を有するカチオン性又は両性の架橋型水溶性高分子であり、且つ、該架橋型水溶性高分子の架橋度を、純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度を、４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度で除した、水溶液の粘性の測定により得た値で表した場合に、該値が５以上２００以下であることを特徴とする懸濁物質除去処理用の高分子凝集剤を提供する。

（上記式（１）及び（２）中の、Ｒ₁は、Ｈ又はＣＨ₃、Ｒ₂又はＲ₃は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₄は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

本発明の懸濁物質除去処理用の高分子凝集剤の好ましい形態としては、前記架橋性単量体が、原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜５０ｐｐｍであることが挙げられる。

本発明によれば、本発明者らが既に提案している、水中の粗大ＳＳと微細ＳＳとを一緒に凝集沈降させ、これらのＳＳを一緒に取り除く処理をした場合に、より効率よく処理する方法の提供が可能になり、最終的には、実際の廃水に対して適用した際に重要な、処理効率の向上、処理の迅速さ、凝集沈降させた沈殿物の二次処理をより容易にすることができる水中の懸濁物質の除去処理方法が提供される。

構造の異なる高分子凝集剤を使用した場合の、高分子凝集剤の添加量と廃水中の粗大ＳＳ量と、処理水中のＳＳとの関係を示すグラフである。

以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、本発明者らが既に提案している前記した技術を、実際の廃水に適用し、より効率よくより確実な処理を行うことを可能にするためには、従来、全く行われていない処理方法であることから、より詳細な検討が必要であることを認識した。具体的には、上記認識の下、検討を進める中で、下記の点について検討する必要があることを認識した。

本発明者らが既に提案している方法では、粗大ＳＳを予め分離処理せずに、粗大ＳＳと微細ＳＳとを含んだままの廃水（原水）中にカチオン性或いは両性の高分子凝集剤（以下、単に高分子凝集剤とも呼ぶ）を添加して処理し、その際に、上記高分子凝集剤の添加を、乱流状態である廃水中に行って、粗大ＳＳと微細ＳＳと高分子凝集剤を乱流状態で共存させることを要する。本発明者らは、これら各要件についての検討を行う過程で、下記の知見を得た。まず、高分子凝集剤の添加量について、添加量が多い方が必ずしも処理効率が向上するわけではなく、添加量が過剰になるとＳＳ処理性が悪化する傾向があることがわかった。したがって、本発明の高い効果がより確実に得られる高分子凝集剤の添加量の上限値を見出すことは、良好な処理を確実に行うためには、極めて有用である。

上記したように、本発明では、高分子凝集剤の添加を、少なくとも乱流状態にある廃水中に行う必要があり、また、より良好な凝集沈降・沈殿処理を行うためには、速度の速い強い乱流状態にある廃水中に行うことが好ましい。このため、例えば、廃水を処理する設備内に、強い乱流状態となる場所がないような場合には、撹拌機を増設するなどの対策をする必要があった。これに対し、本発明者らは、高分子凝集剤の種類によっては、比較的に穏やかな乱流状態であっても高い効果がみられる場合があることを見出した。換言すれば、粗大ＳＳと微細ＳＳと高分子凝集剤とが併存する状態において、弱い撹拌力や、短い撹拌時間でも優れた凝集沈降性が得られる種類の高分子凝集剤があることを見出した。このことは、このような高分子凝集剤を用いれば、廃水を処理する設備内における高分子凝集剤の添加位置の選択の範囲が拡がることを意味しており、また、先に述べた、廃水が強い乱流状態になるように撹拌機を増設するなどの対策を不要にできる可能性があり、極めて有用である。

更に、先に述べたように、本発明の処理方法によって、粗大ＳＳと微細ＳＳと高分子凝集剤とを乱流状態で併存させることで発生する凝集沈降した沈殿物は、水離れのよい取り扱い易いものになる。本発明者らは、この点について更に検討した結果、凝集沈降して得られる沈殿物の中に、再分散がしにくい、その後の処理がより容易になる特性を有するものがあり、この沈殿物の特性の違いが、使用した高分子凝集剤の種類によって生じていることを見出した。

より具体的には、下記に述べる本発明で規定する架橋構造を有する特定の高分子凝集剤をＳＳの処理に用いた場合、この高分子凝集剤は、弱い撹拌力や、短い撹拌時間でも、併存している粗大ＳＳと微細ＳＳに対して優れた凝集沈降性を示し、比較的に穏やかな乱流状態であっても本発明の顕著な効果が得られ、また、この架橋構造を有する特定の高分子凝集剤を用いたことで凝集沈降して得られる沈殿物は、再分散がしにくい、その後の処理が容易なものになることもわかった。

本発明を特徴づける架橋構造を有する特定の高分子凝集剤は、下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーに対して、質量で０．５〜３００ｐｐｍの架橋性単量体を共存させて重合してなる、架橋構造を有するカチオン性又は両性の架橋型水溶性高分子であり、且つ、該架橋型水溶性高分子の架橋度を、純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度を、４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度で除した、水溶液の粘性の測定により得た値で表した場合に、該値が５以上２００以下のものである。

（上記式（１）及び（２）中の、Ｒ₁は、Ｈ又はＣＨ₃、Ｒ₂又はＲ₃は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₄は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）

本発明で用いる架橋型の高分子凝集剤のより好ましいものとしては、前記架橋性単量体が、原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜５０ｐｐｍであるものが挙げられる。０．５ｐｐｍよりも少ないと、配合量が少な過ぎて、確実に共重合している（架橋構造を有する）とみなすことができない。本発明を特徴づける架橋型の高分子凝集剤は、先に従来技術として挙げた特許文献５（特許第５６９２９１０号公報）に記載の方法で容易に製造することができる。また、市販のものとしては、日鉄住金環境社製のＮＣＳ−１５３０、ＮＣＳ−１５４０、ＮＣＳ−１６４９（いずれも商品名）等が挙げられ、いずれも使用することができる。

上記式（１）で示されるモノマーの代表的なものとしては、例えば、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノエチルアクリレートの塩酸塩等が挙げられる。また、式（２）で示されるモノマーの代表例としては、例えば、アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロリドが挙げられる。また、これらのモノマーと共重合可能な他のモノマーとしては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

また、本発明で使用する架橋性単量体は、高分子の分子構造を改質する目的で添加するため構造改質剤とも呼ばれているが、以下のようなものが使用される。例えば、Ｎ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、ジメタクリル酸テトラエチレングリコール、ジメタクリル酸−１，３−ブチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸ポリエチレングリコール、Ｎ−ビニル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチルアリルアクリルアミド、アクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、アクロレイン、グリオキザール、ビニルトリメトキシシラン等があるが、この場合の架橋剤としては、水溶性ポリビニル化合物がより好ましく、最も好ましいのはＮ，Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリルアミドである。また、ギ酸ナトリウム、イソプロピルアルコール等の連鎖移動剤を併用して使用することも架橋性を調節する手法として効果的である。

架橋性高分子の架橋の度合いを表示する方法は、現在のところまだ一般的な表示はない。本発明では、特許文献５（特許第５６９２９１０号公報）に記載されている方法に準じ、その水溶液の粘性の測定によって架橋度を表す方法を採用した。具体的には、本発明で規定したように、本発明では、水溶性高分子を純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度をＡＱＶとし、水溶性高分子を４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度をＳＬＶとした場合に、下記の式を満足する架橋度を示す水溶性高分子を凝集剤として使用する。
５≦ＡＱＶ／ＳＬＶ≦２００（２５℃において）

本発明で規定する上記した架橋構造を有する特定の高分子凝集剤は、先に述べたように、添加量が過剰になるとＳＳ処理性が悪化する傾向がある。本発明者らの検討によれば、この点は、架橋構造を有さない直鎖型の高分子凝集剤においても同様である。

また、本発明者らが詳細な検討を行った結果、本発明で規定する上記した架橋構造を有する特定の高分子凝集剤を用いることで、高分子凝集剤の添加量を少なく抑えることが可能になることを見出した。

更に、本発明者らの詳細な検討によれば、本発明の処理方法で、良好で確実な処理を行う場合の要件として、粗大ＳＳと微細ＳＳと高分子凝集剤とを乱流状態で併存させて、粗大ＳＳと微細ＳＳとを同一の処理で凝集沈降させる際における、これらの物質の併存状態を規定することが有効である。その際に、特に処理する廃水中における粗大ＳＳの存在量を規定することが有効である。そして、その場合に、直鎖型の高分子凝集剤を用いた場合には、粗大ＳＳの存在量が２５０ｍｇ／Ｌ以上とすることが有効であったのに対し、架橋型の高分子凝集剤を用いた場合は、粗大ＳＳの存在量を１３０ｍｇ／Ｌ以上と低減できることがわかった。このことは、処理する廃水の性状に応じて使用する高分子凝集剤の種類を変更することで、より効果的な処理が可能になることを意味している。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

＜模擬廃水＞
検討試験用として、粗大ＳＳと微細ＳＳが、それぞれの存在量で混在している各模擬廃水を、下記のようにして調製した。具体的には、水道水に、微細ＳＳとして、粒度分布の中央値が２μｍであるカオリンを１００ｍｇ／Ｌ程度含有させ、且つ、粗大ＳＳとして、平均粒径が１５０μｍ程度であるケイ砂を用い、粗大ＳＳの濃度が下記となるようにそれぞれ調整して模擬廃水を得た。すなわち、上記ケイ砂を用い、模擬廃水中における粗大ＳＳの存在量が、それぞれ、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ、２０００ｍｇ／Ｌ、５０００ｍｇ／Ｌ、１００００ｍｇ／Ｌ、２００００ｍｇ／Ｌとなるようにした。

＜高分子凝集剤＞
比較用の高分子凝集剤として、一般式（１）及び（２）で表される２種類のモノマーを必須成分として、それぞれ２０モル％ずつ含む原料モノマーから誘導した、アクリルアミド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］ベンジルジメチルアンモニウム・クロリド／［２−（アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム・クロリド共重合体（モル比＝６０／２０／２０）を主成分とするカチオン性の水溶性高分子を用いた。その重量平均分子量は３００万であり、ｐＨ７におけるカチオンコロイド当量が２．０ｍｅｑ／ｇである。得られた水溶性高分子について、後述する、架橋度を水溶液の粘性の測定によって得る方法で求めた値は４であった。この水溶性高分子を、直鎖型の高分子凝集剤と呼ぶ。

また、上記の原料モノマーに、架橋性単量体としてメチレンビスアクリルアミドを、原料モノマーの総量に対して質量で３０ｐｐｍとなるように配合して重合することで、架橋型の水溶性高分子を得た。得られた架橋型の水溶性高分子は、水溶液の粘性の測定により得た値で表わした架橋度が４８であった。架橋度の具体的な測定及び算出は、下記のようにして行った。得られた水溶性高分子を純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液の粘度を測定し、この測定値を、別に、得られた水溶性高分子を４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液の粘度を測定して得た測定値で除した値で、その架橋度を求めた。本発明では、上記で得た値が５以上２００以下であった水溶性高分子を、架橋型高分子凝集剤として用いた。

（高分子凝集剤の添加量についての検討１−廃水中の粗大ＳＳ量が５００〜２００００ｍｇ／Ｌの場合）
先に調製した粗大ＳＳの存在量が異なる各模擬廃水を用い、上記で得た直鎖型の高分子凝集剤と、架橋型の高分子凝集剤をそれぞれ用い、更に、高分子凝集剤の添加量を、粗大ＳＳと微細ＳＳと共存させた場合の高分子凝集剤濃度が、０．２５ｍｇ／Ｌ、０．５ｍｇ／Ｌ、０．７５ｍｇ／Ｌ（直鎖型の場合のみ）になるようにして凝集沈降処理を行った。具体的には、撹拌機で強く撹拌して容器内の模擬廃水を乱流状態にし、この状態の廃水中に高分子凝集剤を添加し、その後に静置し、得られた上澄水（処理水）中における粗大ＳＳを測定した。この際、撹拌及び静置する条件は同じにした。表１に得られた結果を示した。図１に、添加した高分子凝集剤濃度を０．２５ｍｇ／Ｌとした場合の結果をグラフ化して示した。

表１及び図１に示したように、架橋型の高分子凝集剤を用いることで、直鎖型の高分子凝集剤を用いた場合よりも薬剤の添加量を少なく抑えることができることを確認した。更に、表１から、いずれの高分子凝集剤を用いた場合も、過剰に添加すると、得られる処理水の性状が悪化する傾向があることがわかった。

（高分子凝集剤の添加量についての検討２−粗大ＳＳ量が１３〜２０００ｍｇ／Ｌの実廃水の場合）
粗大ＳＳの存在量が異なる熱延廃水をそれぞれ用意した。参考に、微細ＳＳに対する粗大ＳＳの比（粗大ＳＳ／微細ＳＳ）の値を表中に示した。これらの廃水について、先に得た直鎖型の高分子凝集剤と、架橋型の高分子凝集剤とをそれぞれ用い、更に、高分子凝集剤の添加量を、粗大ＳＳと微細ＳＳと共存させた場合の高分子凝集剤濃度が、０．５ｍｇ／Ｌ、０．７５ｍｇ／Ｌ、１ｍｇ／Ｌになるようにそれぞれ調整して凝集沈降処理を行った。具体的な処理方法は、先の検討で行ったと同様にした。表２に得られた結果を示した。なお、目標とする処理水中の粗大ＳＳは、２０ｍｇ／Ｌである。

表２に示したように、架橋型の高分子凝集剤を用いることで、直鎖型の高分子凝集剤を用いた場合よりも添加量を少なく抑えることができることに加えて、更に、高分子凝集剤濃度を１ｍｇ／Ｌとすれば、粗大ＳＳ量が１３０ｍｇ／Ｌと少ない廃水であっても、良好な凝集沈降沈殿処理ができることがわかった。これに対し、従来の直鎖型の高分子凝集剤を使用した場合は、同様に高分子凝集剤濃度が１ｍｇ／Ｌであると、粗大ＳＳ量が２５０ｍｇ／Ｌ以上必要になり、廃水の性状によっても、架橋型の高分子凝集剤を使用することによる優位性があることが確認された。

（架橋型と直鎖型の高分子凝集剤を使用した場合の凝集沈降性の相違についての検討）
先に調製した粗大ＳＳが２０００ｍｇ／Ｌ存在している模擬廃水を用い、撹拌機で強く撹拌して容器内の模擬廃水を乱流状態にし、この状態の廃水中に高分子凝集剤を０．５ｍｇ／Ｌ添加し、その後に静置し、得られた上澄水（処理水）中におけるＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を測定した。その際、撹拌機による撹拌条件を変えて、高分子凝集剤を添加する際の模擬廃水の乱流状態を変化させた。この試験の結果を表３に示した。

本発明の処理方法では、処理対象である水がある程度以上の乱流状態になっていることが重要であり、そのような状態の廃水中に高分子凝集剤を添加して併存させることで本発明の顕著な効果を得ている。これに対し、表３に示したように、架橋型の高分子凝集剤を用いた場合の方が、直鎖型の高分子凝集剤を用いた場合よりも、弱い撹拌力、短い撹拌時間で、凝集沈降反応が終了することが見出された。この結果、乱流が弱い設備において、直鎖型の高分子凝集剤を用いた従来の方法では、撹拌機を増設するなどの対策が必要な場合があったが、架橋型の高分子凝集剤を用いればその必要がなくなることが期待される。また、直鎖型の高分子凝集剤を用いた従来の方法では、ポリマーの添加位置は沈殿させる設備のより上流で添加する方が好ましかったが、架橋型であれば、添加位置を、乱流の程度がこれよりも弱い、例えば、沈殿させる設備へ流入する付近に設定できることが期待される。このため、本発明の処理方法の場合は、高分子凝集剤を添加する位置を選択する場合の自由度が大きくなるので、従来の方法に比べて、より広範な利用が期待される。

（架橋型と直鎖型の高分子凝集剤を使用した場合の凝集沈殿物の性状の違いの検討）
水道水をベースとして、粒度分布の中央値が２μｍであるカオリンを用いて微細ＳＳ濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるようにし、且つ、平均粒径が１５０μｍ程度であるケイ砂を用いて粗大ＳＳ濃度が２０００ｍｇ／Ｌとなるように調整して模擬廃水を作製した。そして、この模擬廃水を撹拌して乱流状態とした中に、先に使用したと同様の架橋型の高分子凝集剤と、直鎖型の高分子凝集剤とを、廃水中における高分子凝集剤の濃度が１．０ｍｇ／Ｌとなるように添加して、下記の一連の処理を行った。すなわち、高分子凝集剤が共存している状態で１分間撹拌し、その後、静置して沈殿物を得、上澄水（処理水）中におけるＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を測定した。その後、先に行ったと同様に、１５分間再撹拌し、その後、静置して再度沈殿物を得、上澄水（処理水）中におけるＳＳ（ｍｇ／Ｌ）を再測定した。表４に、得られた結果を示した。

表４に示した結果からわかるように、本発明の除去処理方法によって凝集沈降して形成される沈殿物は、直鎖型の高分子凝集剤を用いた場合と比較して、再分散して再び懸濁物質に戻ることが抑制された強固な凝集物となるという新たな事実が確認された。この事実は、下記に述べるように、架橋型の高分子凝集剤を用いることによって、実際の廃水処理を行った場合に、極めて有用な新たな効果が得られることを意味している。本発明において、特有の高分子凝集剤によって一緒に凝集沈降して沈殿させられた粗大ＳＳと微細ＳＳの凝集・沈殿物は、水中ポンプによって汚泥貯留槽へ送られたり、クラムシェル型と呼ばれるバケットを持つクレーンにより浚渫され、汚泥貯留槽へ運ばれる。この操作の過程において、凝集・沈殿物を構成している粗大ＳＳから微細ＳＳが剥がれてしまうと、汚泥貯留槽で分離される上澄水に微細ＳＳが含まれてしまって濁るため、再度処理が必要となる。これに対し、本発明で規定する架橋型の高分子凝集剤を用いれば、粗大ＳＳと微細ＳＳの凝集・沈殿物は、結合力が強いものになり、粗大ＳＳから微細ＳＳが剥がれて微細ＳＳが粗大ＳＳから分離されることがないため、再分散した微細ＳＳを再度処理することが不要となるという、ＳＳの処理上、極めて有効な利点がある。

Claims (7)

1. 粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存している状態の廃水や取水等の水中に、前記懸濁物質の凝集・沈降剤を添加し、これらの懸濁物質を同一の処理によって凝集沈降させて一緒に取り除く水中の懸濁物質の除去処理方法であって、
   前記粗大な懸濁物質が、少なくとも粒径が５０μｍ以上のものであり、且つ、粒径が５０μｍ以上の金属粉、石炭粉又はコークス粉の少なくともいずれかを含み、前記微細な懸濁物質が、粒径が５０μｍに満たないものであり、少なくとも、前記粗大な懸濁物質の存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上である状態で、前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とが併存する乱流状態の水の中に懸濁物質の凝集・沈降剤が共存する状態を生じさせて、前記懸濁物質を同一の処理で凝集沈降させる際に、
   前記懸濁物質の凝集・沈降剤として、
   下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜３００ｐｐｍの架橋性単量体を共存させて重合してなる、架橋構造を有するカチオン性又は両性の架橋型水溶性高分子を用い、且つ、該架橋型水溶性高分子が、その架橋度を、純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度を、４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度で除した、水溶液の粘性の測定により得た値で表した場合に、該値が５以上２００以下のものであることを特徴とする水中の懸濁物質の除去処理方法。
   

   

   （上記式（１）及び（２）中の、Ｒ₁は、Ｈ又はＣＨ₃、Ｒ₂又はＲ₃は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₄は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）
2. 前記架橋性単量体が、原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜５０ｐｐｍである請求項１に記載の水中の懸濁物質の除去処理方法。
3. 前記粗大な懸濁物質の存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上であり、且つ、前記微細な懸濁物質濃度に対する粗大な懸濁物質濃度の比（粗／微）が、その質量比で３以上である請求項１又は２に記載の水中の懸濁物質の除去処理方法。
4. 前記水が、製鐵所において発生する廃水であり、
   前記懸濁物質の凝集・沈降剤を前記廃水に添加する位置が、前記粗大な懸濁物質と前記微細な懸濁物質とが併存している廃水が発生する地点から水処理設備の入口付近に至るまでのいずれかの地点であり、且つ、該地点における廃水は、流速が０．５ｍ／秒以上で乱流状態にある請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中の懸濁物質の除去処理方法。
5. 前記水が、前記粗大な懸濁物質の水中における存在量が１３０ｍｇ／Ｌに満たない、水中に粗大な前記懸濁物質をほとんど含まない水である場合に、予め前記粗大な懸濁物質として機能するケイ砂を添加して、該粗大な懸濁物質の存在量が１３０ｍｇ／Ｌ以上となるようにして、粗大な懸濁物質と微細な懸濁物質とが併存した状態とした水である請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中の懸濁物質の除去処理方法。
6. 少なくとも粒径が５０μｍ以上の金属粉、石炭粉又はコークス粉の少なくともいずれかを含む粗大な懸濁物質或いは添加した前記粗大な懸濁物質として機能するケイ砂と、粒径が５０μｍに満たない微細な懸濁物質とが併存している乱流状態の廃水や取水等の水中に懸濁物質の凝集・沈降剤を添加し、これらの懸濁物質を同一の処理によって凝集沈降させて一緒に取り除く水中の懸濁物質の除去処理方法で使用するための懸濁物質の凝集・沈降剤であって、
   下記一般式（１）、下記一般式（２）で表されるモノマーのいずれか一方又は両方を必須成分として５モル％以上を含む原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜３００ｐｐｍの架橋性単量体を共存させて重合してなる、架橋構造を有するカチオン性又は両性の架橋型水溶性高分子であり、且つ、該架橋型水溶性高分子の架橋度を、純水中に添加し、純水で２００倍に希釈した状態の水溶液とした時の水溶液粘度を、４％食塩水中に添加し、４％食塩水で８０倍に希釈した状態の水溶液とした時の塩水溶液粘度で除した、水溶液の粘性の測定により得た値で表した場合に、該値が５以上２００以下であることを特徴とする懸濁物質除去処理用の懸濁物質の凝集・沈降剤。
   

   

   （上記式（１）及び（２）中の、Ｒ₁は、Ｈ又はＣＨ₃、Ｒ₂又はＲ₃は、それぞれ独立にＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅を表し、Ｒ₄は、Ｈ、ＣＨ₃又はＣ₂Ｈ₅のいずれかを表す。Ｘ^-は、アニオン性対イオンを表す。）
7. 前記架橋性単量体が、原料モノマーの総量に対して、質量で０．５〜５０ｐｐｍである請求項６に記載の懸濁物質除去処理用の懸濁物質の凝集・沈降剤。

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