TW201429880A - 水處理方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種水處理方法及裝置，其係將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中，隨後攪拌並造粒，接著進行固液分離獲得處理水之水處理方法及裝置，其可形成強固且沉降性良好之絮狀沉澱物而不因攪拌時之剪斷力受到破壞，而且處理水之水質變得良好。本發明提供一種水處理方法，其特徵係具有下列步驟之水處理方法：將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中生成凝集絮狀沉澱物之凝集步驟，接著攪拌該被處理水使凝集絮狀沉澱物造粒之造粒步驟，與使生成之造粒物進行固液分離獲得處理水之固液分離步驟，其中在添加前述陰離子系高分子凝集劑之前，於前述被處理水中添加陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑。

Description

水處理方法及裝置
本發明係關於自河川水、雨水、工廠用排水等之含微細懸浮物質之水凝集分離懸浮物質之水處理方法及裝置，或者自含有種金屬或氟或磷酸之水凝集分離該等含有物之水處理方法及裝置。
將無機凝集劑添加於工廠廢水、下水道等之原水(被處理水)之後，同時添加陰離子系高分子凝集劑及陽離子系高分子凝集劑，並經固液分離為已知(專利文獻1之比較例6、10)。
專利文獻2中記載將無機凝集劑添加於給排水、產業廢水等原水中生成凝集物後，添加有機高分子凝集劑，接著進行攪拌造粒使粒狀物沉澱。
專利文獻3中記載於排水處理或淨水處理中，將無機凝集劑添加於原水中生成凝集物後，添加有機高分子凝集劑，接著在液體旋風分離器內旋轉進行凝集固液分離。
專利文獻4中記載將陰離子系高分子凝集劑 添加於電鍍工廠排水等之含金屬氫氧化物之懸浮液中，接著添加陽離子系高分子凝集劑，隨後，進行攪拌造粒進行固液分離。藉由攪拌凝集物而賦予剪斷力，促進絮狀沉澱物之機械脫水，而形成密度高的凝集體(顆粒)。經造粒之顆粒由於沉降速度比通常之絮狀沉澱物大，故水面積負荷比以往類型之污泥床(sludge blanket)型凝集沉澱裝置更增大，而可使裝置成為小型者。
專利文獻5中記載中和含重金屬之水並且添加聚合物進行凝集處理之含重金屬排水之處理方法。
專利文獻6中記載使含氟之水與鐵反應生成不溶性磷酸鐵後，添加聚丙烯醯胺系高分子凝集劑，而進行固液分離之含氟水之處理方法及裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：特開2003-145168
專利文獻2：特開平11-169609
專利文獻3：特開2010-214248
專利文獻4：特開平6-55004
專利文獻5：特開平5-337474
專利文獻6：特開2007-98325
造粒型之凝集沉澱裝置中藉由攪拌污泥床進行絮狀沉澱物之造粒時，利用攪拌葉片之剪斷力破壞造粒絮狀沉澱物(顆粒)之一部分而易於微細化。經微細化之絮狀沉澱物由於直接以處理水流出，故處理水之水質惡化。
本發明之目的係提供一種水處理方法及裝置，其係將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中，隨後攪拌並造粒，接著進行固液分離獲得處理水之水處理方法及裝置，其可形成強固且沉降性良好之絮狀沉澱物以致不因攪拌時之剪斷力受到破壞，而且使處理水之水質變得良好。
本發明之水處理方法之特徵係具有下列步驟之水處理方法：將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中生成凝集絮狀沉澱物之凝集步驟，接著攪拌該被處理水使凝集絮狀沉澱物造粒之造粒步驟，與使生成之造粒物進行固液分離獲得處理水之固液分離步驟，其中在添加前述陰離子系高分子凝集劑之前，於前述被處理水中添加陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑。
本發明之水處理裝置係具備下列機構之水處理裝置：將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中之陰離子系高分子凝集劑添加機構，設置在該陰離子系高分子凝集劑添加機構之下游側的攪拌被處理水並使凝集絮狀沉 澱物造粒之攪拌機構，使藉由該攪拌機構攪拌後之被處理水進行固液分離獲得處理水之固液分離機構，其特徵為具備設置在前述陰離子系高分子凝集劑添加機構之上游側，並添加陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑的陽離子系高分子凝集劑添加機構。
本發明之一樣態為先將無機凝集劑添加於被處理水中。該無機凝集劑之添加可與陽離子系高分子凝劑劑之添加同時進行，亦可在其之前進行。
本發明之另一樣態為被處理水係含有重金屬，首先中和被處理水而析出重金屬氫氧化物。該中和處理可與陽離子系高分子凝集劑之添加同時進行，亦可在其之前進行。
本發明者重複種種研究之結果，發現視需要將無機凝集劑添加於被處理水中或於被處理水含重金屬時進行中和處理，且依序添加陽離子系高分子凝集劑、陰離子系高分子凝集劑進行造粒型之凝集沉澱，可形成絮狀沉澱物強度大、密度高之凝集體。尤其，發現藉由使用陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑作為陽離子系高分子凝集劑，可形成密度高、不易破壞之絮狀沉澱物。
本發明係基於該見解者。依據本發明，由於在攪拌造粒步驟中在絮狀沉澱物因攪拌而承受剪斷力時不 易引起微細化，故抑制了微細絮狀沉澱物成為SS而混入處理水中，獲得澄清之處理水。且，由於造粒物成為密度高、沉降速度大者，故可進行高負荷處理。
1‧‧‧配管
2‧‧‧攪拌槽
3‧‧‧攪拌機
4‧‧‧配管
5‧‧‧造粒型凝集沉澱槽
6‧‧‧攪拌葉片
7‧‧‧造粒用攪拌機
8‧‧‧輸送槽
10‧‧‧原水泵
11‧‧‧管線混合裝置
20‧‧‧第2攪拌槽
21‧‧‧攪拌機
30‧‧‧沉澱槽
31‧‧‧進料井
32‧‧‧集泥耙
33‧‧‧污泥回送管線
34‧‧‧管線
35‧‧‧輸送槽
圖1係顯示實施形態之水處理方法及裝置之流程圖。
圖2係顯示實施形態之水處理方法及裝置之流程圖。
圖3係顯示實施形態之水處理方法及裝置之流程圖。
圖4係顯示實驗結果之圖。
圖5係顯示實驗結果之圖。
圖6係顯示實驗結果之圖。
圖7係顯示實驗結果之圖。
圖8係顯示實驗結果之圖。
圖9係顯示實驗結果之圖。
圖10係顯示實驗結果之圖。
圖11係顯示實施形態之水處理方法及裝置之流程圖。
〈添加無機凝集劑之第1樣態〉
本發明之第1樣態係關於將無機凝集劑、陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中， 隨後，進行攪拌並造粒，接著進行固液分離獲得處理水之水處理方法及裝置者。
[被處理水及凝集劑]
處理對象水若為河川水、雨水、工廠用排水等之含微細懸浮物質之水，或含重金屬、氟或磷酸之水，則無特別限制。又，含懸浮物質之水為處理對象水時，較好其SS濃度為1~10000mg/L，最好為20~2000mg/L。且，含氟之水為處理對象水時，氟濃度較好為10~10000mg/L左右，含磷酸之水為處理對象水時，磷酸濃度較好為5~10000mg/L左右。
無機凝集劑較好為PAC、聚硫酸鐵(polyferric sulfate)、氯鐵(氯化鐵)或硫酸鋁等之形成氫氧化物者。且，含氟之水或含磷酸之水亦可使用氫氧化鈣等之鈣化合物作為無機凝集劑。無機凝集劑之添加量較好為10~1000mg/L，最好為20~500mg/L左右。
陽離子系高分子凝集劑較好為丙烯醯胺系者，其陽離子基比率較好為10~50莫耳%，更好為15~40莫耳%，又更好為20~30莫耳%。陽離子系高分子凝集劑之重量平均分子量較好為1200萬~2500萬，最好為1500萬~2200萬左右。陽離子系高分子凝集劑之添加量較好為0.2~5mg/L，最好為1~3mg/L。
該等陽離子系高分子凝集劑可應用一般作為陽離子性高分子凝集劑使用者，具體而言可較好地使用陽 離子性單體與丙烯醯胺之共聚物。陽離子性單體之具體例可較好地使用丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(以下有時合併二化合物稱為「(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯」)之酸鹽或其4級銨鹽，二甲胺基丙基丙烯醯胺或二甲胺基丙基甲基丙烯醯胺(以下有時合併二化合物稱為「二甲胺基丙基(甲基)丙烯醯胺」)之酸鹽或其4級銨鹽，但並不限於此。又，陽離子性高分子凝集劑之製品形態並無特別限制，可應用粉末品、W/O型乳液、或將陽離子性高分子凝集劑粒子分散於高鹽類濃度之水系介質中而成之分散液等之排水凝集處理用之一般流通者。
陰離子系高分子凝集劑以丙烯醯胺系者較佳，其陰離子基比率較好為5~30莫耳%，最好為5~20莫耳%。陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量較好為900萬~2000萬，最好為1200萬~1800萬左右。陰離子系高分子凝集劑之添加量較好為0.2~8mg/L，最好為2~6mg/L。
該陰離子系高分子凝集劑可應用一般作為陰離子性高分子凝集劑使用者，具體可使用陰離子性單體與丙烯醯胺之共聚物、或聚丙烯醯胺之水解物。陰離子性單體之具體例可較好地使用丙烯酸或其鹽。使用丙烯酸或其鹽以及2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸或其鹽作為陰離子性單體，與丙烯醯胺共聚合而成之聚合物，基於可在廣泛之pH範圍內安定地使用方面而言，尤其適用。
陰離子性高分子凝集劑之製品形態並未特別 限定，可應用粉末品、W/O型乳液、或將陰離子性高分子凝集劑粒子分散於高鹽類濃度之水系介質中而成之分散液等之排水凝集處理用之一般流通者。
所謂陽離子基比率係指共聚合之非離子性單體與陽離子性單體之合計莫耳量中陽離子性單體所佔之莫耳比。陰離子基比率係共聚合之非離子性單體與陰離子性單體之合計莫耳量中陰離子性單體所佔之莫耳比(聚丙烯醯胺之水解物時，為非離子性重複單位與陰離子性重複單位之莫耳比)。
例如，使丙烯醯胺80莫耳與丙烯酸二甲胺基乙酯之4級銨鹽20莫耳共聚合之陽離子系高分子凝集劑之情況，陽離子基比率係成為如下之20莫耳%。
陽離子基比率[莫耳%]=[陽離子性單體之莫耳比/(陽離子性單體之莫耳比+非離子性單體之莫耳比)]×100=[20/(20+80)]×100=20[莫耳%]
添加凝集劑後，亦可添加砂等沉降促進劑。
[凝集劑之添加時點、添加量及添加機構]
首先於被處理水中添加無機凝集劑之第1樣態中，陽離子系高分子凝集劑與無機凝集劑一起添加於被處理水(原水)中，或添加無機凝集劑後立即(例如1秒~1分鐘，尤其5秒~30秒)添加或於其以後添加。隨後，使用攪拌槽混合時經過1~10分鐘後，以管線混合進行混合時 經過30秒~2分鐘後添加陰離子系高分子凝集劑。
陽離子系高分子凝集劑之添加量Ac與陰離子系高分子凝集劑之添加量Aa之比Ac/Aa較好為0.1~1，最好為0.4~0.8。
無機凝集劑之添加量Am、陽離子系高分子凝集劑之添加量Ac及陰離子系高分子凝集劑之添加量Aa較好滿足下式。
0.1<(Am/100+Ac)/Aa<2
凝集劑之添加係利用加注藥泵等進行。
[凝集沉澱槽]
本發明較好使用造粒型凝集沉澱槽，但亦可使用設置造粒型凝集槽與固液分離機構，以固液分離機構之剩餘污泥作為種污泥送回到造粒型凝集槽中之構成者。
第一樣態之較佳流程圖示於圖1、2。
[圖1之流程圖]
含有微細SS之原水通過配管1流入到攪拌槽2中。攪拌槽2內以攪拌機3進行急速攪拌。無機凝集劑添加於配管1或攪拌槽2中。
利用pH調整劑(NaOH、Ca(OH)2等之鹼及HCl、H2SO4等之酸)將攪拌槽2內之pH調整成6~8左右。
將陽離子系高分子凝集劑添加於配管1或攪 拌槽2中。無機凝集劑、pH調整劑與陽離子系高分子凝集劑之添加順序較好為該順序或同時。但使用攪拌槽時在添加陽離子系高分子凝集劑後立即添加無機凝集劑無妨視為實質同時。
攪拌槽2中使無機凝集劑與陽離子系高分子凝集劑之正電荷對SS之負電荷作用而進行電荷中和，並且藉由氫鍵絡合陽離子系高分子凝集劑之高分子鏈，形成小粒徑且密度高之絮狀沉澱物。
攪拌槽2之攪拌強度以G值計，較好設為100~500s-1，滯留時間較好設為1分鐘~10分鐘。
將陰離子系高分子凝集劑添加於在攪拌槽2(或攪拌用配管)中形成之含絮狀沉澱物之水中，且流入造粒型凝集沉澱槽5之底部。陰離子系高分子凝集劑之注入點較好成為連結攪拌槽2之流出輸送槽(trough)或攪拌槽2與造粒型凝集沉澱槽5之配管4等之水路。任一情況下在添加陰離子系高分子凝集劑後必須以不充分凝集而與凝集絮狀沉澱物混合之狀態流入到造粒型凝集沉澱槽5中，故較好以添加陰離子系高分子凝集劑後立即(例如1秒~1分鐘，尤其5秒~30秒)流入造粒型凝集沉澱槽5中之方式設計。
於造粒型凝集沉澱槽5中保持沉降速度非常大之凝集體(小鵝卵石(pebble))形成污泥床。運轉初期不僅自系統外供給小鵝卵石亦藉由進行造粒型凝集沉澱之運轉使凝集體成長，亦可保持小鵝卵石並形成污泥床。 流入至造粒型凝集沉澱槽5底部之水以向上流動通過污泥床(以下有時簡稱為床)時，絮狀沉澱物吸附於床中之小鵝卵石上而進行固液分離，故僅使澄清(例如SS濃度20mg/L以下，尤其是10mg/L以下)水自輸送槽8作為處理水流出。
床係藉由造粒用攪拌機7之攪拌葉片6而賦予剪斷力，促進絮狀沉澱物之機械脫水並進行造粒而形成顆粒。含陰離子系高分子凝集劑與絮狀沉澱物之水通過該床時，絮狀沉澱物強固地結合成小鵝卵石故進行懸浮物質之去除，成為不容易因剪斷力而遭破壞之小鵝卵石。經造粒之小鵝卵石(造粒污泥)自造粒型凝集沉澱槽5之下部被抽出。小鵝卵石形成過程中，由於促進了自絮狀沉澱物之脫水，故造粒污泥成為高密度。澄清之處理水通過造粒型凝集沉澱槽5上部之輸送槽8而取出。
該造粒型凝集沉澱槽5中之床之攪拌強度以G值計，較好為2~150s-1，最好為5~100s-1。床之SS濃度較好為2000~100000mg/L，最好為4000~60000mg/L。且，造粒型凝集沉澱槽之通水LV較好設為5~90m/hr，最好設為10~70m/hr。
[圖2之流程]
圖2之流程係使用管線混合裝置11替代攪拌槽2者。原水藉由原水泵10通水到該管線混合裝置11中。將無機凝集劑、陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝 集劑添加於該管線混合裝置11中。其他構成與圖1相同。管線混合裝置11之混合強度以G值計，較好為100~500s-1左右，滯留時間較好為30~120秒，最好為30~60秒左右。如上述，使用以下式表示之平均速度梯度值(G值)作為以攪拌葉片所致之攪拌混合之攪拌強度或管線混合中之混合強度之示標。依據攪拌混合時之攪拌葉片大小、片數、轉數而定，可求出管線混合時之因流速、壓力損失所致之各G值。
G=√(g．w/μ)
g：重力加速度(=9.8)(m/s2)
w：每單位時間、單位容積之工作量(kg．m/m3．s)
μ：水之黏性係數(kg/m．s)
[圖3之流程]
圖3之流程為在圖1之流程中，於攪拌槽2之後段設置第2攪拌槽20作為造粒型凝集槽，且將陰離子系高分子凝集劑添加於該第2攪拌槽20中，以攪拌機21攪拌在第2攪拌槽20內造粒。將自該第2攪拌槽20之流出水導入到沉澱槽30之進料井31中，且自該進料井31之下部導入至沉澱槽30之下部。在沉澱槽30內沉降之造粒污泥藉由集泥耙(rake)32刮集收攏至中央部，其一部分作為造粒用之種污泥而通過污泥回送管線33送回至第2攪拌槽20，其餘部分通過取出管線34取出。
上澄水係通過輸送槽35作為處理水被取出。 其他構成與圖1相同。
藉由圖1~3之任一流程均可在沉澱槽5、第2攪拌槽20中生成機械強度高的絮狀沉澱物。其理由詳細雖尚並不清楚，但推測如下。亦即，原水中之SS藉由無機凝集劑與陽離子系高分子凝集劑而被電荷中和形成複合體。藉由於其中添加陰離子系高分子凝集劑，除陽離子與陰離子之靜電作用外亦藉由基於丙烯醯胺單位之非離子鏈之氫鍵，使絮狀沉澱物彼此絡合結合而變強固。
為使丙烯醯胺(高分子凝集劑內之非離子鏈)所致之氫鍵發揮較大作用，高分子凝集劑較好為具有較多非離子鏈者。且陽離子鏈對於被處理水之SS負電荷須為特定量。因此，使用之陽離子系高分子凝集劑認為宜為陽離子度低、分子量大者。另一方面，關於陰離子系高分子凝集劑亦同樣，為使因丙烯醯胺(非離子鏈)所致之氫鍵發揮較大作用，較好為分子內具有較多非離子鏈者。且陰離子鏈對於源自殘留在被處理水中之絮狀沉澱物之凝集劑的正電荷須為特定量。因此使用之陰離子系高分子凝集劑認為宜為陰離子度低、分子量大者。
藉由與無機凝集劑添加之同時或隨後添加陽離子基比率10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑並攪拌，與未添加陽離子系高分子凝集劑而添加陰離子高分子凝集劑相較，夾帶水分子之比例較少，認為可形成密度高的絮狀沉澱物。接著藉由添加陰離子系高分子凝集劑以與絮狀沉澱物混合之狀態造粒，可藉由陰離子系高分子凝集 劑之吸附力使絮狀沉澱物強固地吸附於床區之小鵝卵石上，使高密度絮狀沉澱物粗大化。此時藉由使用低離子性者，可形成密度更高之硬的絮狀沉澱物。但，離子性過低時會有分散性惡化或吸附力降低之顧慮，進而為了減少除濁性、增大藥劑之使用量，有必要使陽離子、陰離子均成為適度之離子性。
由於該絮狀沉澱物彼此之結合強固，故在造粒攪拌時不易因顆粒被破壞而微細化。因此，可降低微細SS流出到處理水中之比例。
藉由增強絮狀沉澱物彼此之結合力，使絮狀沉澱物間隙之水容易被取出，而藉攪拌促進機械之脫水作用。因此，形成沉降速度大的凝集體。且，藉由促進造粒，而提高所發生之造粒污泥之密度。因此，可使後段之脫水步驟中之設備小型化。
由於陽離子系高分子凝集劑之正電荷作用於SS之負電荷，故可減低無機凝集劑之使用量。
〈中和處理及凝集處理含重金屬之水的第2樣態〉
本發明之第2樣態係關於以含重金屬之水作為被處理水之水處理方法及裝置，其係中和被處理水使重金屬氫氧化物析出，添加陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑，隨後，攪拌並造粒，接著進行固液分離而獲得處理水者。
[被處理水及凝集劑]
第2樣態之處理對象水為電鍍排水、酸洗排水、蝕刻排水等含重金屬者。至於重金屬例示為Fe、Zn、Cr、Mn、Pb、Cd、Cu、Sn、Al、Mg等。重金屬含量較好為藉由中和而生成重金屬氫氧化物為1~20000mg/L，尤其是20~1000mg/L之含量。
中和劑較好為氫氧化鈉、氫氧化鈣等之至少1種。中和處理後之pH較好為6~8左右。又，重金屬為6價鉻時，較好在中和處理之前於被處理水中添加還原劑，進行還原成低價鉻之處理。
陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑之較佳種類及添加量與前述第1樣態相同。
[陽離子系高分子凝集劑之添加時機、添加量及添加機構]
第2樣態中，陽離子系高分子凝集劑係與對於被處理水(原水)中和用之鹼一起添加，或在或添加鹼後立即(例如1秒~1分鐘，尤其5秒~30秒)添加或者其以後添加。隨後，使用攪拌槽混合時經過1~10分鐘後，以管線混合進行混合時經過30秒~2分鐘後添加陰離子系高分子凝集劑。
該樣態中，陽離子系高分子凝集劑之添加量Ac與陰離子系高分子凝集劑之添加量Aa之比Ac/Aa較好為0.1~1，最好為0.4~0.8。
[凝集沉澱槽]
第2樣態中亦較好使用造粒型凝集沉澱槽，但亦可使用設置造粒型凝集槽與固液分離機構，以固液分離機構之剩餘污泥作為種污泥送回至造粒型凝集槽中之構成者。
第2液態之較佳流程示於圖11。
將含重金屬之原水通過配管1導入到攪拌槽2中，利用pH調整劑(NaOH、Ca(OH)2等鹼)將攪拌槽2內之pH調整成6~11左右，使重金屬氫氧化物析出。
將陽離子系高分子凝集劑添加於對攪拌槽2之原水導入配管1或攪拌槽2中。pH調整劑與陽離子系高分子凝集劑之添加順序較好為該順序或同時。但添加於攪拌槽2時將添加陽離子系高分子凝集劑後立即添加無機凝集劑無妨視為實質同時。
攪拌槽2中，陽離子系高分子凝集劑之正電荷作用於重金屬氫氧化物之負電荷而進行電荷中和，且利用氫鍵絡合陽離子系高分子凝集劑之高分子鏈，而形成小粒徑但密度高的絮狀沉澱物。
攪拌槽2之攪拌強度以G值計，較好設為100~500s-1，滯留時間較好設為1分鐘~10分鐘。
將陰離子系高分子凝集劑添加於攪拌槽2中所形成之含絮狀沉澱之水中，且流入至造粒型凝集沉澱槽5之底部。陰離子系高分子凝集劑之注入點較好成為連接攪拌槽2之流出輸送槽或攪拌槽2與造粒型凝集沉澱槽5之配管4等之水路。任一情況下均有必要在添加陰離子系 高分子凝集劑後不充分凝集而以與凝集之絮狀沉澱物混合之狀態流入至造粒型凝集沉澱槽5中，故較好設為以添加陰離子系高分子凝集劑後立即(例如1秒~1分鐘，尤其5秒~30秒)流入造粒型凝集沉澱槽5中。
造粒型凝集沉澱槽5與第1樣態之情況同樣，形成保持沉降速度非常大之凝集體(小鵝卵石)之污泥床。流入至造粒型凝集沉澱槽5底部之水向上流動通過污泥床時，絮狀沉澱物吸附於床中之小鵝卵石上而經固液分離，故僅澄清(例如SS濃度20mg/L以下，尤其是10mg/L以下)水自輸送槽8作為處理水而流出。
該造粒型凝集沉澱槽5中之床的攪拌強度、SS濃度及通水LV之較佳範圍與第1樣態之情況相同。
依據圖11之流程，亦在沉澱槽5中生成機械強度高的重金屬氫氧化物之絮狀沉澱物。
實施例
以下，針對實施例及比較例加以說明。以下說明中，有時將陽離子系高分子凝集劑稱為陽離子系聚合物，陰離子系高分子凝集劑稱為陰離子系聚合物。又，實施例1~3為第1樣態之實施例，實施例4為第2樣態之實施例。
[實驗1：改變處理方式及所添加之高分子凝集劑之種類的實驗] [實施例1]
根據圖1之流程處理於工業用水中添加200mg/L高嶺土所調製之原水。以使對造粒型凝集沉澱槽之水面積負荷(LV)成為60m/hr之方式，以4.2m3/h之流量進行通水。無機凝集劑係使用PAC(添加量150mg/L)，使用氫氧化鈉25%溶液作為中和劑使成為中性。添加1mg/L之使丙烯醯胺與丙烯酸二甲胺基乙酯氯化甲烷四級鹽聚合所得之陽離子系高分子凝集劑c(陽離子基比率20莫耳%)作為陽離子系高分子凝集劑，且添加2mg/L之使丙烯醯胺與丙烯酸鈉聚合所得之陰離子系高分子凝集劑a(陰離子基比率12莫耳%)作為陰離子系高分子凝集劑。
攪拌槽2之滯留時間設為2分鐘，G值設為200s-1。造粒型凝集沉澱槽為直徑300mm×高1200mm，床區之G值設為50s-1，使床區形成至600mm之高度。床之SS濃度為50000mg/L。
床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[實施例2]
藉由圖2所示之流程圖，處理與實施例1相同之原水。管線混合裝置之G值設為200s-1，滯留時間設為30秒。其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[實施例3]
依據圖3所示之流程圖處理原水。添加PAC 200mg/L、陽離子系高分子凝集劑c 1mg/L與陰離子系高分子凝集劑a 3mg/L。攪拌槽之G值在第1攪拌槽2中設為150s-1，在第2攪拌槽20中設為80s-1，各滯留時間均設為5分鐘。
其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[比較例1]
實施例1中，使陽離子系高分子凝集劑c 1mg/L與陰離子系高分子凝集劑a 2mg/L之添加部位相反。亦即，將陽離子系高分子凝集劑c添加於配管4中，且將陰離子系高分子凝集劑a添加於攪拌槽2中。其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[比較例2]
實施例1中，將PAC添加量設為200mg/L，陰離子系高分子凝集劑a之添加量設為3mg/L進行添加，未添加陽離子系高分子凝集劑。其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表 觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[比較例3]
實施例1中，將PAC添加量設為200mg/L，且於攪拌槽2中添加陽離子基比率比陰離子基比率小之第1兩性高分子凝集劑4mg/L。未添加實施例1之陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑。
其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
[比較例4]
實施例1中，將PAC添加量設為200mg/L，且於攪拌槽2中添加陰離子系高分子凝集劑a 3mg/L，將陽離子基比率比陰離子基比率大之第2兩性高分子凝集劑1mg/L添加於配管4中。
其他條件與實施例1相同。床區之造粒粒子(絮狀沉澱物)之粒徑分佈、絮狀沉澱物表觀密度、處理水SS濃度示於表1。
絮狀沉澱物之表觀密度係自利用高速照相機測量之一個一個的絮狀沉澱物沉降速度與粒徑，使用粒子沉降速度式導出。
陽離子聚合物：陽離子系高分子凝集劑c
陰離子聚合物：陰離子系高分子凝集劑a
陰離子兩性聚合物：第1兩性高分子凝集劑
陽離子兩性聚合物：第2兩性高分子凝集劑
[探討]
(1)由實施例1與2之結果，認為使用管線混合裝置替代反應槽亦可。
(2)由實施例1與比較例1，認為添加順序以陰離子系高分子凝集劑→陰離子系高分子凝集劑較適當。
(3)由實施例1與比較例2，認為陽離子系高分子凝集劑之添加為必要。
(4)由實施例1與實施例3，認為使用造粒型凝集槽與固液分離機構，以剩餘污泥作為種污泥送回之方式亦可引出性能，但就處理水SS濃度方面而言以造粒型凝集沉澱槽更佳。
(5)由實施例1與比較例3及比較例4，確認兩性高分子凝集劑之效果差。
[實驗2：改變高分子凝集劑之離子基比率及重量平均分子量之實驗]
圖1之流程圖中，除改變所添加之陽離子系高分子凝集劑或陰離子系高分子凝集劑之離子基比率或重量平均分子量以外，餘與實施例1相同之條件處理原水，調查處理水SS濃度及絮狀沉澱物之沉降速度。絮狀沉澱物之沉降速度係以500mL量筒使絮狀沉澱物沉降，自絮狀沉澱物沉降至90%以上之時間與沉降距離算出。結果示於圖4~7。
此處，陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量係藉以下方法算出。
[陽離子系高分子凝集劑之重量平均分子量]
陽離子系高分子凝集劑之重量平均分子量(Mw)係由甲基丙烯酸二甲胺基甲酯之氯化甲烷四級鹽(以下記為「DAM4級鹽」)之均聚物之黏度式：[η]=4.09×10-5Mw0.73[加藤忠哉，高分子凝集劑座談會報告書「實驗課題：均陽離子(DM-MC)之黏度式之決定」，1998年3月23日]，藉如下方法算出。
首先，自在1N-NaCl水溶液中於25℃之條件測定之陽離子系高分子凝集劑之固有黏度(單位為dl/g)，使用上述黏度式算出Mw。將算出之Mw除以DAM4級鹽之分子量207.5，算出聚合度。藉由將使用之陽離子系高分子凝集劑之1單位之分子量95.6(陽離子基比率20莫耳%之丙烯醯胺/丙烯酸二甲基胺基乙酯氯化甲基4級鹽共聚物)乘以該聚合度獲得之數值作為重量平均分子量。
[陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量]
陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量(Mw)係由聚丙烯醯胺系高分子之黏度式：[η]=3.73×10-4Mw0.66[自由基聚合手冊，NTS(股)發行，558頁(1999)]算出Mw。陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量之算出之固有黏度[η]係使用1N-NaNO3水溶液中在30℃之測定值 (單位為dl/g)。且，丙烯酸與丙烯醯胺之分子量大致相等，故與陽離子系高分子凝集劑之情況不同，並非以聚合度進行換算，而是由上述式計算出之Mw直接作為陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量。
圖4及6中，顯示將陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑之分子量設為相同，且改變離子基比率時之於LV60m/hr之處理水質。如圖示，陽離子系高分子凝集劑、陰離子系高分子凝集劑均係離子基比率小者可獲得良好之處理水質。但陽離子基比率過小時處理水質惡化。亦即，認為陽離子系高分子凝集劑之陽離子基比率較好為10~50莫耳%，更好為15~40莫耳%，又更好為20~30莫耳%，陰離子系高分子凝集劑之陰離子基比率較好為5~30莫耳%。
圖5及7中，顯示將陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑之離子基比率設為相同，且改變重量平均分子量時之於LV60m/hr之處理水質。陽離子系高分子凝集劑、陰離子系高分子凝集劑均係重量平均分子量大者可獲得良好之處理水質。亦即，陽離子系高分子凝集劑之重量平均分子量1200萬以上為較佳，陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量為900萬以上較佳。
[實驗3：改變陽離子系高分子凝集劑/陰離子系高分子凝集劑添加比率之實驗]
圖1之流程圖中，除了改變陽離子系高分子凝集劑與 陰離子系高分子凝集劑之添加量之比以外，餘以與實施例1相同之條件處理原水，調查處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度。
圖8中顯示陽離子系高分子凝集劑c/陰離子系高分子凝集劑a添加量比率與處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度之關係。如圖8所示，陽離子系高分子凝集劑/陰離子系高分子凝集劑添加量比率在0.1至1之範圍時，絮狀沉澱物沉降速度約為75至90m/hr，處理水SS濃度為10mg/L以下而良好。而且，添加量比率設為2時絮狀沉澱物沉降速度降低，處理水SS濃度惡化至40mg/L。由此，確認為了獲得良好之絮狀沉澱物沉降速度之小鵝卵石，陽離子系高分子凝集劑及陰離子系高分子凝集劑之添加量比率必須設為0.1~1。
[實驗4：改變添加量比率(Am/100+Ac)/Aa之實驗]
圖1之流程圖中除將陰離子系高分子凝集劑a設為2mg/L，改變無機凝集劑添加量與陽離子系高分子凝集劑c之添加量以外，餘以與實施例1相同之條件處理原水，調查處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度。
圖9中顯示添加量比率(Am/100+Ac)/Aa與處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度之關係。如圖9所示，添加量比率(Am/(100+Ac)/Aa為0.1~2時，絮狀沉澱物沉降速度為79m/hr以上，處理水SS濃度為20mg/L以下而為良好。
然而，添加量比率(Am/(100+Ac)/Aa設為2.8時，絮狀沉澱物沉降速度低至65m/hr，處理水SS濃度亦惡化至40mg/L以下。
因此，確認為了獲得良好之絮狀沉澱物沉降速度之小鵝卵石，添加量比率(Am/100+Ac)/Aa必須設為0.1~2。
[實驗5：改變床攪拌之G值之實驗]
圖1之流程圖中，除了改變床攪拌之G值以外，餘以與實施例1相同之條件處理原水，調查處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度。
圖10中顯示床攪拌之G值與處理水SS濃度及絮狀沉澱物沉降速度之關係。如圖10所示，藉由使G值成為5~150s-1使絮狀沉澱物沉降速度增大，獲得SS濃度為10mg/L以下之良好處理水質。然而，G值設為300s-1時，會引起絮狀沉澱物揚起，使處理水質惡化。且，G值設為1s-1時，絮狀沉澱物之沉降速度變小，處理水SS濃度增加。G值小時無法促進絮狀沉澱物之機械脫水，故認為沉降速度降低。因此，床攪拌之G值必須設為5~150s-1。
[實施例4(第2樣態)]
根據圖11所示之流程圖，處理表2所示之水質的含Cu(銅)之排水。主要條件如下。
原水流量：1m3/hr
攪拌槽：容積 80L
pH 8.4(添加NaOH)
HRT 5min
陽離子系高分子凝集劑c 添加1mg/L
陰離子系高分子凝集劑a添加量：2mg/L(以配管4添加)
造粒型凝集沉澱槽：直徑 300mm
高度 1500mm
LV 15m/hr
處理水之水質示於表2。
[比較例5]
實施例4中，除了使用於陽離子系高分子凝集中陽離子基比率不同之陽離子系高分子凝集劑c’(陽離子基比率60莫耳%)作為陽離子系高分子凝集劑以外，餘進行同樣之處理。處理水之水質示於表2。
如表2所示，依據本發明處理之水質為良好。
本發明係基於2012年9月10日申請之日本專利申請案2012-198559，其全文以援用引用於本文中。
1‧‧‧配管
2‧‧‧攪拌槽
3‧‧‧攪拌機
4‧‧‧配管
5‧‧‧造粒型凝集沉澱槽
6‧‧‧攪拌葉片
7‧‧‧造粒用攪拌機
8‧‧‧輸送槽

Claims (17)

  1. 一種水處理方法，其特徵係具有下列步驟之水處理方法：將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中生成凝集絮狀沉澱物之凝集步驟，接著攪拌該被處理水使凝集絮狀沉澱物造粒之造粒步驟，及使生成之造粒物進行固液分離獲得處理水之固液分離步驟，其中在添加前述陰離子系高分子凝集劑之前，於前述被處理水中添加陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑。
  2. 如請求項1之水處理方法，其中將無機凝集劑與前述陽離子系高分子凝集劑一起，或在添加陽離子系高分子凝集劑前，添加於前述被處理水中。
  3. 如請求項2之水處理方法，其中無機凝集劑之添加量Am、陽離子系高分子凝集劑之添加量Ac及陰離子系高分子凝集劑之添加量Aa滿足下式：0.1<(Am/100+Ac)/Aa<2。
  4. 如請求項1至3中任一項之水處理方法，其中前述被處理水含有重金屬，且進一步具有在添加前述陰離子系高分子凝集劑之前使該被處理水進行中和處理而析出重金屬氫氧化物之中和步驟。
  5. 如請求項1至4中任一項之水處理方法，其中在正要進行前述造粒步驟之前添加前述陰離子系高分子凝集劑。
  6. 如請求項1至5中任一項之水處理方法，其中陰離子系高分子凝集劑為陰離子基比率30莫耳%以下之低離子性陰離子系高分子凝集劑。
  7. 如請求項1至6中任一項之水處理方法，其中陽離子系高分子凝集劑之重量平均分子量為1200萬~2200萬。
  8. 如請求項1至7中任一項之水處理方法，其中陰離子系高分子凝集劑之重量平均分子量為900萬~1800萬。
  9. 如請求項1至8中任一項之水處理方法，其中陽離子系高分子凝集劑之添加量Ac與陰離子系高分子凝集劑之添加量Aa之比Ac/Aa為0.1~1。
  10. 如請求項1至9中任一項之水處理方法，其中添加陽離子系高分子凝集劑並攪拌時之攪拌槽的G值係設為2~150s-1。
  11. 如請求項1至10中任一項之水處理方法，其中以造粒型凝集沉澱槽進行固液分離，且該造粒型凝集沉澱槽內之污泥床(sludge blanket)之SS濃度係設為2000~100000mg/L。
  12. 如請求項11之水處理方法，其中造粒型凝集沉澱槽之通水LV係設為5~90m/hr。
  13. 如請求項1至12中任一項之水處理方法，其中處理水之SS濃度為20mg-SS/L以下。
  14. 一種水處理裝置，其係具備下列機構之水處理裝置：將陰離子系高分子凝集劑添加於被處理水中之陰離子系高分子凝集劑添加機構，設置在該陰離子系高分子凝集劑添加機構之下游側的攪拌被處理水並使凝集絮狀沉澱物造粒之攪拌機構，使藉由該攪拌機構攪拌後之被處理水進行固液分離獲得處理水之固液分離機構，其特徵為具備設置在前述陰離子系高分子凝集劑添加機構之上游側，並添加陽離子基比率為10~50莫耳%之陽離子系高分子凝集劑的陽離子系高分子凝集劑添加機構。
  15. 如請求項14之水處理裝置，其具備與前述陽離子系高分子凝集劑一起、或在比陽離子系高分子凝集劑添加機構更上游側，將無機凝集劑添加於前述被處理水中之無機凝集劑添加機構。
  16. 如請求項14之水處理裝置，其中前述被處理水含有重金屬，且在前述陽離子系高分子凝集劑添加機構之上游側具備中和被處理水並析出重金屬氫氧化物之中和機構。
  17. 如請求項14至16中任一項之水處理裝置，其具備造粒型凝集沉澱槽作為攪拌造粒機構及固液分離機構。
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