JPWO2014038537A1 - 水処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1態様は、被処理水に無機凝集剤、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添加し、その後、撹拌して造粒し、次いで固液分離して処理水を得る水処理方法及び装置に関するものである。
処理対象水は、河川水、雨水、工場の用排水等、微細な懸濁物質が含まれる水や、重金属、フッ素又はリン酸を含む水であれば特に限定されない。なお、懸濁物質含有水が処理対象水である場合、好ましくはそのSS濃度は1〜10000mg/L特に20〜2000mg/Lである。また、フッ素含有水が処理対象の場合は、フッ素濃度は10〜10000mg/L程度が好ましく、リン酸含有水が処理対象の場合は、リン酸濃度は5〜10000mg/L程度が好ましい。
カチオン基比率[モル%]=
[カチオン性モノマーのモル比/(カチオン性モノマーのモル比+ノニオン性モノマーのモル比)]×100
=[20/(20+80)]×100=20 [モル%]
被処理水にまず無機凝集剤を添加する第1態様においては、カチオン系高分子凝集剤は被処理水(原水)に対し無機凝集剤と共に添加されるか、又は無機凝集剤を添加した直後(例えば1秒〜1分特に5秒〜30秒)又はそれ以降に添加される。その後、撹拌槽を用いて混合したときは1〜10分経過後に、ライン混合で混合したときは30秒〜2分経過後にアニオン系高分子凝集剤が添加される。
0.1<(Am/100+Ac)/Aa<2
凝集剤の添加は、薬注ポンプなどによって行われる。
本発明では、造粒型凝集沈殿槽を用いるのが好ましいが、造粒型凝集槽と固液分離手段とを設け、固液分離手段の余剰汚泥を種汚泥として造粒型凝集槽に返送する構成のものを用いてもよい。
微細なSSを含有する原水が配管1を介して撹拌槽2に流入する。撹拌槽2内は撹拌機3によって急速撹拌されている。無機凝集剤は、配管1または撹拌槽2に添加される。
図2のフローは、撹拌槽2の代わりにライン混合装置11を用いたものである。原水は原水ポンプ10によってこのライン混合装置11に通水される。このライン混合装置11に無機凝集剤、カチオン系高分子凝集剤及びアニオン系高分子凝集剤が添加される。その他の構成は図1と同一である。ライン混合装置11の混合強度はG値で100〜500s−1程度が好適であり、滞留時間は30〜120秒、特に30〜60秒程度が好ましい。上記の通り、撹拌羽根による撹拌混合の撹拌強度やライン混合における混合強度の示標として下式で表わされる平均速度勾配値(G値)が用いられる。撹拌混合の場合は撹拌羽根の大きさ、枚数、回転数によって、ライン混合の場合は流速、圧力損失によってそれぞれG値を求めることができる。
G=√(g・w/μ)
g:重力加速度(=9.8)(m/s2)
w:単位時間、単位容積当たりの仕事量(kg・m/m3・s)
μ:水の粘性係数(kg/m・s)
図3のフローは、図1のフローにおいて、撹拌槽2の後段に造粒型凝集槽として第2撹拌槽20を設置し、この第2撹拌槽20にアニオン系高分子凝集剤を添加し、撹拌機21で撹拌して第2撹拌槽20内で造粒するようにしている。この第2撹拌槽20からの流出水が沈殿槽30のフィードウェル31に導入され、該フィードウェル31の下部から沈殿槽30の下部に導入される。沈殿槽30内に沈降した造粒汚泥は集泥レーキ32によって中央部に掻き寄せられ、その一部は造粒のための種汚泥として汚泥返送ライン33を介して第2撹拌槽20に返送され、残部は取り出しライン34を介して取り出される。
本発明の第2態様は、重金属含有水を被処理水とするものであり、被処理水を中和して重金属水酸化物を析出させ、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添加し、その後、撹拌して造粒し、次いで固液分離して処理水を得る水処理方法及び装置に関するものである。
第2態様の処理対象水は、メッキ排水、酸洗排水、エッチング排水などのように重金属を含むものである。重金属としてはFe、Zn、Cr、Mn、Ni、Pb、Cd、Cu、Sn、Al、Mgなどが例示される。重金属含有量は、中和により重金属水酸化物が1〜20000mg/L特に20〜1000mg/L生成する含有量であることが好ましい。
第2態様では、カチオン系高分子凝集剤は被処理水(原水)に対し中和用のアルカリと共に添加されるか、又はアルカリを添加した直後(例えば1秒〜1分特に5秒〜30秒)又はそれ以降に添加される。その後、撹拌槽を用いて混合したときは1〜10分経過後に、ライン混合で混合したときは30秒〜2分経過後にアニオン系高分子凝集剤が添加される。
第2態様でも、造粒型凝集沈殿槽を用いるのが好ましいが、造粒型凝集槽と固液分離手段とを設け、固液分離手段の余剰汚泥を種汚泥として造粒型凝集槽に返送する構成のものを用いてもよい。
[実施例1]
工業用水にカオリンを200mg/L加えて調製した原水を図1のフローに従って処理した。造粒型凝集沈殿槽に対する水面積負荷(LV)が60m/hrとなるように4.2m3/hの流量で通水を行った。無機凝集剤は、PAC(添加量150mg/L)とし、中和剤として水酸化ナトリウム25%溶液を用いて中性にした。カチオン系高分子凝集剤としてアクリルアミドとジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩とを重合して得たカチオン系高分子凝集剤c(カチオン基比率20モル%)を1mg/L加え、アニオン系高分子凝集剤としてアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとを重合して得たアニオン系高分子凝集剤a(アニオン基比率12モル%)を2mg/L加えた。
図2に示すフローにより、実施例1と同一の原水を処理した。ライン混合装置のG値は200s−1、滞留時間は30秒とした。その他の条件は実施例1と同一とした。ブランケットゾーンの造粒粒子(フロック)の粒径分布、フロック見かけ密度、処理水SS濃度を表1に示す。
図3に示すフローに従って原水を処理した。PAC200mg/L、カチオン系高分子凝集剤c1mg/Lとアニオン系高分子凝集剤a3mg/Lを添加した。撹拌槽のG値は第1撹拌槽2では150s−1、第2撹拌槽20では80s−1とし、それぞれ滞留時間を5分とした。
実施例1において、カチオン系高分子凝集剤c1mg/Lとアニオン系高分子凝集剤a2mg/Lの添加場所を逆にした。即ち、カチオン系高分子凝集剤cを配管4に添加し、アニオン系高分子凝集剤aを撹拌槽2に添加した。その他の条件は実施例1と同一とした。ブランケットゾーンの造粒粒子(フロック)の粒径分布、フロック見かけ密度、処理水SS濃度を表1に示す。
実施例1において、PAC添加量を200mg/L、アニオン系高分子凝集剤aの添加量を3mg/Lを添加し、カチオン系高分子凝集剤を添加しなかった。その他の条件は実施例1と同一とした。ブランケットゾーンの造粒粒子(フロック)の粒径分布、フロック見かけ密度、処理水SS濃度を表1に示す。
実施例1において、PAC添加量を200mg/Lとし、カチオン基比率がアニオン基比率よりも小さい第1の両性高分子凝集剤4mg/Lを撹拌槽2に添加した。実施例1のカチオン系高分子凝集剤及びアニオン系高分子凝集剤は添加しなかった。
実施例1において、PAC添加量を200mg/Lとし、アニオン系高分子凝集剤a3mg/Lを撹拌槽2に添加し、カチオン基比率がアニオン基比率よりも大きい第2の両性高分子凝集剤1mg/Lを配管4に添加した。
(1) 実施例1と2の結果より、反応槽の代わりにライン混合装置を用いても良いことが認められる。
(2) 実施例1と比較例1より、添加順はカチオン系高分子凝集剤→アニオン系高分子凝集剤が適することが認められる。
(3) 実施例1と比較例2より、カチオン系高分子凝集剤の添加が必要であることが認められる。
(4) 実施例1と実施例3より、造粒型凝集槽と固液分離手段を用い、余剰汚泥を種汚泥として返送する方式でも性能が出るが、処理水SS濃度の点で造粒型凝集沈殿槽の方がより好ましいことが認められる。
(5) 実施例1と比較例3及び比較例4より、両性高分子凝集剤は効果が劣ることが認められる。
図1のフローにおいて、添加するカチオン系高分子凝集剤またはアニオン系高分子凝集剤のイオン基比率あるいは重量平均分子量を変化させたこと以外は実施例1と同一条件にて原水を処理し、処理水SS濃度及びフロック沈降速度を調べた。フロックの沈降速度は、500mLメスシリンダーでフロックを沈降させ、90%以上のフロックが沈降しきるまでの時間と沈降距離から算出した。結果を図4〜7に示す。
[カチオン系高分子凝集剤の重量平均分子量]
カチオン系高分子凝集剤の重量平均分子量(Mw)は、ジメチルアミノメチルメタクリレートの塩化メチル4級塩(以下 「DAM4級塩」と記す)のホモポリマーの粘度式:[η]=4.09×10−5Mw0.73[加藤忠哉、高分子凝集剤懇話会報告書「実験課題:ホモカチオン(DM-MC)の粘度式の決定」、1998年3月23日]から、次の方法によって算出した。
まず、1N−NaCl水溶液中25℃の条件で測定したカチオン系高分子凝集剤の固有粘度(単位はdl/g)から、上記粘度式を用いてMwを算出する。算出したMwをDAM4級塩の分子量207.5で除し、重合度を算出する。この重合度に、使用したカチオン系高分子凝集剤の1ユニットの分子量95.6(カチオン基比率20モル%のアクリルアミド/ジメチルアミノエチルアクリレート塩化メチル4級塩共重合物)を掛けることによって得た数値を重量平均分子量とした。
[アニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量]
アニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量(Mw)は、ポリアクリルアミド系高分子の粘度式:[η]=3.73×10−4Mw0.66[ラジカル重合ハンドブック、(株)エヌ・ティー・エス刊、558頁(1999)]からMwを算出した。アニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量の算出にあたっては、固有粘度[η]は、1N−NaNO3水溶液中30℃での測定値(単位はdl/g)を用いた。また、アクリル酸とアクリルアミドとは分子量がほぼ等しいので、カチオン系高分子凝集剤の場合と異なり、重合度に換算することなく、上記式から算出されたMwをそのままアニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量とした。
図1のフローにおいて、カチオン系高分子凝集剤とアニオン系高分子凝集剤の添加量の比を変化させたこと以外は実施例1と同一条件にて原水を処理し、処理水SS濃度及びフロック沈降速度を調べた。
図1のフローにてアニオン系高分子凝集剤aを2mg/Lとし、無機凝集剤添加量とカチオン系高分子凝集剤cの添加量を変化させたこと以外は実施例1と同一条件にて原水を処理し、処理水SS濃度及びフロック沈降速度を調べた。
図1のフローにおいて、ブランケット撹拌のG値を変化させたこと以外は実施例1と同一条件にて原水を処理し、処理水SS濃度及びフロック沈降速度を調べた。
図11に示すフローに従って、表2に示す水質のCu(銅)含有排水を処理した。主な条件は次の通りである。
撹拌槽:容積 80L
pH 8.4(NaOH添加)
HRT 5min
カチオン系高分子凝集剤c 1mg/L添加
アニオン系高分子凝集剤a添加量:2mg/L(配管4にて添加)
造粒型凝集沈殿槽:直径 300mm
高さ 1500mm
LV 15m/hr
実施例4において、カチオン系高分子凝集剤としてカチオン系高分子凝集とはカチオン基比率のみ異なるカチオン系高分子凝集剤c’(カチオン基比率60モル%)を用いたこと以外は同様にして処理を行った。処理水の水質を表2に示す。
5 造粒型凝集沈殿槽
10 ライン混合装置
20 第2撹拌槽
30 沈殿槽
を有する水処理方法において、前記アニオン系高分子凝集剤を添加する前に、前記被処理水に、重量平均分子量が1200万以上で、カチオン基比率が10〜50モル%のカチオン系高分子凝集剤を添加する水処理方法であって、前記被処理水に、前記カチオン系高分子凝集剤と共に、又はカチオン系高分子凝集剤の添加前に無機凝集剤を添加し、撹拌羽根を備える撹拌機を有すると共に、スラッジブランケットが形成された造粒型凝集沈殿槽にて、該撹拌機により該スラッジブランケットを撹拌する前記造粒工程と固液分離工程を行い、前記アニオン系高分子凝集剤の添加点を、前記カチオン系高分子凝集剤による凝集処理水が該造粒型凝集沈殿槽に供給される水路、前記カチオン系高分子凝集剤が添加された水が通水されるライン混合装置のいずれかとすることを特徴とするものである。
を有する水処理方法において、前記アニオン系高分子凝集剤を添加する前に、前記被処理水に、重量平均分子量が1500万以上で、カチオン基比率が10〜50モル%のカチオン系高分子凝集剤を添加する水処理方法であって、前記被処理水に、前記カチオン系高分子凝集剤と共に、又はカチオン系高分子凝集剤の添加前に無機凝集剤を添加し、撹拌羽根を備える撹拌機を有すると共に、スラッジブランケットが形成された造粒型凝集沈殿槽にて、該撹拌機により該スラッジブランケットを撹拌強度G値2〜150s −1 で撹拌する前記造粒工程と固液分離工程を行い、前記アニオン系高分子凝集剤の添加点を、前記カチオン系高分子凝集剤による凝集処理水が該造粒型凝集沈殿槽に供給される水路、前記カチオン系高分子凝集剤が添加された水が通水されるライン混合装置のいずれかとすることを特徴とするものである。
Claims (17)
- 被処理水にアニオン系高分子凝集剤を添加して凝集フロックを生成させる凝集工程と、
次いで該被処理水を撹拌して凝集フロックを造粒する造粒工程と、
生成した造粒物を固液分離して処理水を得る固液分離工程と
を有する水処理方法において、
前記アニオン系高分子凝集剤を添加する前に、前記被処理水に、カチオン基比率が10〜50モル%のカチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とする水処理方法。 - 請求項1において、前記被処理水に、前記カチオン系高分子凝集剤と共に、又はカチオン系高分子凝集剤の添加前に無機凝集剤を添加することを特徴とする水処理方法。
- 請求項2において、無機凝集剤の添加量Am、カチオン系高分子凝集剤の添加量Ac及びアニオン系高分子凝集剤の添加量Aaが下式を満たすことを特徴とする水処理方法。
0.1<(Am/100+Ac)/Aa<2 - 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記被処理水は重金属を含んでおり、前記アニオン系高分子凝集剤を添加する前に該被処理水を中和処理して重金属水酸化物を析出させる中和工程をさらに有することを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記造粒工程の直前に前記アニオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、アニオン系高分子凝集剤はアニオン基比率30モル%以下の低イオン性アニオン系高分子凝集剤であることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし6のいずれか1項において、カチオン系高分子凝集剤の重量平均分子量が1200万〜2200万であることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし7のいずれか1項において、アニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量が900万〜1800万であることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし8のいずれか1項において、カチオン系高分子凝集剤の添加量Acとアニオン系高分子凝集剤の添加量Aaとの比Ac/Aaが0.1〜1であることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし9のいずれか1項において、カチオン系高分子凝集剤を添加して撹拌するときの撹拌槽のG値を2〜150s−1とすることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし10のいずれか1項において、固液分離を造粒型凝集沈殿槽にて行い、該造粒型凝集沈殿槽内のスラッジブランケットのSS濃度を2000〜100000mg/Lとすることを特徴とする水処理方法。
- 請求項11において、造粒型凝集沈殿槽の通水LVを5〜90m/hrとすることを特徴とする水処理方法。
- 請求項1ないし12のいずれか1項において、処理水のSS濃度が20mg−SS/L以下であることを特徴とする水処理方法。
- 被処理水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、
該アニオン系高分子凝集剤添加手段の下流側に設けられた、被処理水を撹拌して凝集フロックを造粒する撹拌手段と、
該撹拌手段によって撹拌された後の被処理水を固液分離して処理水を得る固液分離手段と
を備える水処理装置において、
前記アニオン系高分子凝集剤添加手段の上流側に設けられた、カチオン基比率が10〜50モル%の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を備えたことを特徴とする水処理装置。 - 請求項14において、前記カチオン系高分子凝集剤と共に、又はカチオン系高分子凝集剤添加手段よりも上流側において前記被処理水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段を備えたことを特徴とする水処理装置。
- 請求項14において、前記被処理水は重金属を含んでおり、前記カチオン系高分子凝集剤添加手段の上流側に、被処理水を中和して重金属水酸化物を析出させる中和手段を備えたことを特徴とする水処理装置。
- 請求項14ないし16のいずれか1項において、撹拌造粒手段及び固液分離手段として造粒型凝集沈殿槽を備えたことを特徴とする水処理装置。
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