JP4160882B2

JP4160882B2 - 排水処理用凝集剤

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Publication number: JP4160882B2
Application number: JP2003306678A
Authority: JP
Inventors: 豊三浜田
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005074296A

Description

本発明は、特に難沈降性物質を含む排水を高度処理する際に好適な排出処理用凝集剤に関する。

凝集剤を用いて排水処理する場合、懸濁粒子群を効率良く凝集させるためには、凝集剤を懸濁液内に均一に混入させた後、急速攪拌してマイクロフロック群を形成させる処理と、緩速攪拌してマイクロフロック群や微粒子群を衝突・集合させる処理を併用することが知られている。（非特許文献１）
一般に使用されている凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄等に代表される無機凝集剤と、ポリアクリルアミド等に代表される水溶性高分子凝集剤がある。無機凝集剤は、正電荷を有する水酸化物により凝集が起こりやすくなり、高分子凝集剤は、接触する粒子群同士を架橋作用により集合させ、凝集体群を形成させるため、現在では、無機凝集剤と高分子凝集剤が併用されることが多い。

そして、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用する場合にも、上記したとおり、無機凝集剤を添加した後に急速攪拌してマイクロフロック群を形成させ、高分子凝集剤を添加した後、緩速攪拌してより大きな凝集体群を形成させる処理方法が適用されている。

特許文献１には、界面活性剤、油分等を含む排水に、ベントナイト、カチオン系高分子凝集剤を添加して得られる処理水を混和槽に導き、アルミニウム塩、アルカリ剤を添加して凝集反応を行った後、沈殿池で凝集フロックを分離する方法が開示されている。しかし、時間差を設けて、無機凝集剤や高分子凝集剤等の凝集剤を別々に投入する必要があるため、手間が掛かり、複数の凝集剤投入手段が必要となるほか、設備面積が大きくなり、装置が大きくなるという不利益もある。

非特許文献２には、ベントナイト、植物抽出エキスを主成分としたＡ剤と、硫酸アルミニウム、デンプン誘導体カチオン性アクリルアミド重合物を主成分としたＢ剤とからなる排水処理剤〔（有）ウエステックから販売されている商品名ウエスタック〕が紹介されている。しかし、この排水処理剤は、水性塗料廃液に対して、まず粉末状のＡ剤を投入し、次いでＢ剤を水で溶解させた液体を添加する必要があるため、上記特許発明と同様に、設備面積が大きくなること、凝集剤の投入手段が複数必要となるという問題がある。

特許文献２では、予めベントナイト等の吸着物質、炭酸塩、硫酸塩及び高分子凝集剤が所定割合で混合された混合凝集剤が開示されている。この技術は、凝集剤の投入手段が複数必要となるとの問題は解決されるものの、凝集剤の吸着速度や凝集・沈降速度が遅いと、沈降分離に時間を要し、設備面積が大きくなるという問題は残る。

一方、界面活性剤、油分等を含む洗浄排水は、油分が界面活性剤によって高度にエマルジョン化されているため、凝集剤による処理は、設備面積が大きくなり、凝集剤投入量が多くなるといった問題があった。このため、攪拌槽及び凝集沈澱槽の滞留時間の大幅な短縮が可能であったり、あるいは水面沈降負荷が１以上であっても凝集沈澱処理が可能な凝集剤の選定が必要となる。
特許第１６８２２５５号公報特開平９−２２５２０８号公報凝集工学−基礎と応用−；日本粉体工業技術協会編２００１年６月２６日付の化学工業日報

本発明は、上記問題を解決すると共に、特に難沈降性物質を含む排水を高度処理する際に好適であり、排水処理設備のコンパクト化に寄与できる排水処理用凝集剤を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、排水中のＣＯＤ成分を除去するための凝集剤であって、排水に対して１００ｍｇ／Ｌの濃度にて添加し、１０分間攪拌した後、静置沈降させた際の凝集フロックの沈降速度が０．３〜３．０ｃｍ／分である排水処理用凝集剤を提供する。

本発明において、ＣＯＤ成分とは、ＣＯＤ値を発現させる被酸化成分を意味し、ＣＯＤ成分を除去するとは、ＣＯＤを低下させることを意味する。

また本発明は、課題の他の解決手段として、攪拌部の槽容量がＶ_１（ｍ^３）、沈殿部の槽容量がＶ_２（ｍ^３）、沈殿部の沈降面積がＡ（ｍ^２）である凝集沈澱槽で凝集沈澱処理をするとき、下記の要件（ａ）〜（ｅ）を満たすように処理するものである排水処理用凝集剤を提供する。

（ａ）排水に対して２０〜２００ｍｇ／Ｌの濃度にて攪拌部に添加する；
（ｂ）処理量Ｆ（ｍ^３／Ｈｒ）にて処理する；
（ｃ）Ｖ_１／Ｆで表される攪拌部液平均滞留時間が５〜１５分である；
（ｄ）Ｖ_２／Ｆで表される沈殿部液平均滞留時間が１０〜３０分である；
（ｅ）Ｆ／Ａで表される水面積負荷が１〜１０ｍ／Ｈｒである；
本発明において、沈降部の沈降面積Ａは、沈殿部において凝集フロックが堆積しうる面積の総和であり、槽底部の面積や沈降板の面積を含む。

本発明の排水処理用凝集剤によれば、急速攪拌及び緩速攪拌の組み合わせが不要となり、凝集剤を成分ごとに２剤に分割する必要もなく、かさ密度が高く、沈降性の高い成分を使用することによる、凝集剤設備面積の増大や、凝集剤の投入手段が複数必要となるという問題が解決される。このため、本発明の排水処理用凝集剤を適用すれば、排水処理装置をより小型化することができるようになる。

更に本発明の排水処理用凝集剤によれば、洗車排水のように、特に難沈降性物質を含む排水を高度処理することができると共に、排水処理装置の小型化もできるようになるため、既設の洗車排水の処理装置にも容易に適用することができる。

本発明の排水処理用凝集剤を使用することにより、ＣＯＤ除去率（実施例に記載された方法により求める）を大幅に高めることができる。

本発明の排水処理用凝集剤は、排水に対して１００ｍｇ／Ｌの濃度にて添加し、１０分間攪拌した後、静置沈降させた際の凝集フロックの沈降速度が０．３〜３．０ｃｍ／分であり、好ましくは０．５〜２．０ｃｍ／分のものである。

沈降速度が０．３ｃｍ／分以上であれば、沈降分離性が良く、沈殿槽の容積を小さくすることができ、３．０ｃｍ／分以下であれば、ＣＯＤで評価される処理後の水質も良くなる。

また、本発明の排水処理用凝集剤は、攪拌部の槽容量がＶ_１（ｍ^３）、沈殿部の槽容量がＶ_２（ｍ^３）、沈殿部の沈降面積がＡ（ｍ^２）である凝集沈澱槽で凝集沈澱処理をするとき、下記の要件（ａ）〜（ｅ）を満たすように処理するものである。

（ａ）排水に対して２０〜２００ｍｇ／Ｌの濃度にて攪拌部に添加する；
（ｂ）処理量Ｆ（ｍ^３／Ｈｒ）にて処理する；
（ｃ）Ｖ_１／Ｆで表される攪拌部液平均滞留時間が５〜１５分である；
（ｄ）Ｖ_２／Ｆで表される沈降部液平均滞留時間が１０〜３０分である；
（ｅ）Ｆ／Ａで表される水面積負荷が１〜１０ｍ／Ｈｒである；
このように（ａ）〜（ｅ）を満たすように処理することで、ＣＯＤ除去率を大幅に高めることができる。

本発明の排水処理用凝集剤は、ベントナイト（モンモリロナイト）を３０〜６０質量％含むものが好ましい。ベントナイトは、その主成分であるモンモリロナイトが、界面活性剤によりエマルション化された油分の吸着を行って、溶液粘度（排水の粘度）を低下させるように作用するもので、他の凝集剤成分に比べ密度も高いため、沈降性が良い点で優れている。

本発明の排水処理用凝集剤は、ベントナイト以外の残余の成分として、下記の有機凝集剤及び無機凝集剤から選択される成分を含むものが好ましい。

ベントナイト以外の無機凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、消石灰、ケイ酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミニウムミョウバン類等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの内でも硫酸アルミニウムが好ましい。

有機凝集剤としては、ポリ（メタ）アクリル酸エステルやポリ（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリルアミド等の親水性単量体を共重合させたアクリル系共重合体、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、マレイン酸共重合体、ポリ（メタ）アクリルアミド、リグニンスルホン酸ナトリウム、カ性デンプン、ポリオキシエチレン、（メタ）アクリル酸エステルや（メタ）アクリルアミドのアニオン性、カチオン性又はノニオン性の高分子凝集剤、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとの共重合体等のアニオン性、カチオン性又はノニオン性の高分子凝集剤、ポリアミン類、ポリジシアンジアミド類、カチオン化デンプン、カチオン性ポリ（メタ）アクリルアミド、水溶性アニリン樹脂、ポリチオ尿素、ポリエチレンイミン、第４級アンモニウム塩類、ポリビニルピリジン類、キトサン等のカチオン性高分子凝集剤、プロピレンジアミン等の低分子アミン凝集剤等が挙げられる。これらの中でも、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸エステル、アルギン酸ナトリウムが好ましく、カチオン性ポリアクリルアミド、アルギン酸ナトリウムが最も好ましい。

凝集剤の成分としてモンモリロナイトの含有割合は、好ましくは３０〜６０質量％、より好ましくは４０〜５５質量％、更に好ましくは４５〜５０質量％、モンモリロナイト以外の無機凝集剤は、好ましくは３０〜６０質量％、より好ましくは４０〜５５質量％、更に好ましくは４５〜５０質量％、有機凝集剤は、好ましくは１〜１４質量％、より好ましくは２〜１２質量％、更に好ましくは３〜１０質量％である。

次に、本発明の排水処理用凝集剤の好ましい配合例を例示する。

（１）配合例１
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜８質量％
（２）配合例２
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸第二鉄４０〜６０質量％
カチオン系、アニオン系又はノニオン系ポリアクリルアミド１〜１０質量％
（３）配合例３
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
アルギン酸ナトリウム１〜５質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜５質量％
本発明の排水処理用凝集剤は、粉末状乃至は粒子状のものであるが、排水中に投入した場合に速やかに崩壊できる程度であれば、圧縮成型等の方法を適用し、所望形状に成型することもできる。

本発明の排水処理用凝集剤の使用量は、処理対象となる排水の汚れの程度に応じて適宜設定するが、ＣＯＤ濃度が３０〜３００ｍｇ／Ｌ程度の排水に対し、排水中の凝集剤濃度が２０〜２００ｍｇ／Ｌ程度になるように添加すれば良い。

本発明の排水処理用凝集剤を使用する場合、処理対象となる排水に対して、所要量の全部を一度に投入する方法、所要量を連続投入する方法、所要量を複数回に分けて分割投入する方法を適用できる。

本発明の排水処理用凝集剤は、各種排水処理施設、処理装置用の凝集剤として適用できるものであり、特に凝集剤用の設備面積を小さくできるので、処理装置を小型化する上で有用である。

本発明の排水処理用凝集剤は、油分や洗浄剤を含む排水処理、家庭、プールや浴場から排出される排水、洗米のとぎ汁、糖やタンパク質等を含有する食品工場排水処理、浄水処理、処理汚濁の程度が大きな天然水の浄水処理にも適用できる。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（１）沈降速度
沈降速度は、測定排水１Ｌの入った１Ｌビーカーに１００ｍｇ／Ｌの濃度で凝集剤を投入し、１６０回転／分で１０分間攪拌した直後に存在する凝集フロックの８０％が、水面よりＨｃｍ沈降して底に堆積するまでの時間Ｔをもとに、Ｈ／Ｔで算出した。具体的には、攪拌した直後と各沈降時間における水面下Ｈｃｍの地点における濁度を調べ、濁度が８０％減少した際の時間Ｔと沈降距離Ｈを測定して上式にて算出した。なお、濁度は、濁度計（TURBIDIMETER 2100P:HACH社製）により測定した。

（２）ＣＯＤ除去率
洗車排水のＣＯＤ濃度をＸ、凝集沈澱処理後（例えば、凝集沈降槽の沈降槽からの上澄水）のＣＯＤ濃度をＹとし、ＣＯＤ除去率を（１−Ｙ／Ｘ）×１００と定義して、算出した。

なお、ＣＯＤ濃度は、排水（原水）及び上澄み液２ｍｌをＣＯＤ試薬バイアル（Cat．21259-25；０〜１，５００mg／Ｌ用；HACH社製）に投入し、１５０℃にて２時間加熱した後、冷却し、HACH社製の水質分析計（ＤＲ／２０１０）により測定した。

（３）排水処理実験
以下の凝集沈澱処理部、膜分離処理部及び高度処理部からなる排水再利用装置をガソリンスタンド内の洗車機横に設置し、処理量（凝集沈澱処理部における処理量）Ｆを２．４ｍ^３／Ｈ（比較例３以外。比較例３は９．６ｍ^３／Hr）に設定し、洗車排水処理を行った。

（凝集沈殿処理部）
攪拌槽、沈殿槽、膜原水貯留槽の３槽からなるＡ〜Ｄタイプの凝集沈澱槽を使用した。

Ａタイプ
攪拌槽容量（Ｖ_１）：０．４ｍ^３、沈澱槽容量（Ｖ_２）：０．６ｍ^３、沈降槽の沈降面積（Ａ）：０．５ｍ^２、膜原水貯留槽：０．２ｍ^３
Ｂタイプ
攪拌槽容量（Ｖ_１）：０．３ｍ^３、沈澱槽容量（Ｖ_２）：０．５ｍ^３、沈降槽の沈降面積（Ａ）：０．３ｍ^２、膜原水貯留槽：０．２ｍ^３
Ｃタイプ
攪拌槽容量（Ｖ_１）：０．５ｍ^３、沈澱槽容量（Ｖ_２）：０．７ｍ^３、沈降槽の沈降面積（Ａ）：１．０ｍ^２、膜原水貯留槽：０．２ｍ^３
凝集剤は、粉体供給機により攪拌槽に投入した。投入量は、排水に対し１００ｍｇ／Ｌに設定した。

なお、膜分離処理部として、酢酸セルロース中空糸膜モジュール（膜面積１６ｍ^２、分画分子量：１５万）３本を用い、膜間差圧は１５〜２５ｋＰａに維持した。高度処理部として、活性炭（ＣＷ１３０Ａ、二村化学工業（株）製）を充填したカラムを用いた。

実施例１
ベントナイト（ホージュン製）４７質量％、硫酸アルミニウム（浅田化学工業製）４９質量％、カチオン系ポリアクリルアミド（三井サイテック社製、アコフロックＣ４８６）４質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤１を得た。

この凝集剤１を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、洗車排水（平均ＣＯＤ値６３mg／Ｌ，平均濁度１６NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

実施例２
ベントナイト（ホージュン製）５０質量％、硫酸アルミニウム（浅田化学工業製）４５質量％、カチオン系ポリメタクリル酸エステル（三井サイテック社製、アコフロックＡ１３０）５質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤２を得た。

この凝集剤２を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（平均ＣＯＤ値５３mg／Ｌ，平均濁度１３NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

実施例３
ベントナイト（ホージュン製）４５質量％、硫酸第二鉄（和光純薬製）５０質量％、ノニオン性ポリアクリルアミド（三井サイテック社製、アコフロックＮ１００）５質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤３を得た。

この凝集剤３を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（平均ＣＯＤ値７１mg／Ｌ，平均濁度２３NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

実施例４
ベントナイト（ホージュン製）４８質量％、硫酸アルミニウム（和光純薬製）４８質量％、アルギン酸ナトリウム（アルギテックスＬ，キミカ製）２質量％、カチオン系ポリアクリルアミド（アコフロックＣ４８６）２質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤４を得た
この凝集剤４を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（平均ＣＯＤ値８１mg／Ｌ，平均濁度２５NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

実施例５
実施例４で使用した凝集剤４を用い、Ｂタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（平均ＣＯＤ値６８mg／Ｌ，平均濁度１７NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

実施例６
実施例４で使用した凝集剤４を用い、Ｃタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（ＣＯＤ値７２mg／Ｌ，濁度１９NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

比較例１
硫酸アルミニウム（浅田化学工業製）９０質量％、カチオン系ポリアクリルアミド（アコフロックＣ４８６）１０質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤５を得た。

この凝集剤５を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（ＣＯＤ値７６mg／Ｌ，濁度１７NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

比較例２
硫酸アルミニウム（浅田化学工業製）１０質量％、カチオン系ポリアクリルアミド（アコフロックＣ４８６）９０質量％の各成分を混合し、排水処理用凝集剤６を得た。

この凝集剤６を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、上記の通り洗車排水（ＣＯＤ値７３mg／Ｌ，濁度２０NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。また、この排水中での上記凝集剤添加量１００ｍｇ／Lにおける沈降速度は０．２ｃｍ／分であった。

比較例３
実施例４で使用した凝集剤４を用い、Ａタイプの凝集沈澱槽を用いて、処理量を９．６ｍ^３／Hrにして、上記の通り洗車排水（ＣＯＤ値６９mg／Ｌ，濁度１８NTU）の処理を行った。処理後のＣＯＤ除去率を表１に示す。

表１から明らかなとおり、実施例１〜４と比較例１、２の比較から、凝集フロックの沈降速度が０．３〜３．０ｃｍ／分であることにより、比較的高いＣＯＤ除去率が得られた。

また、実施例４〜６と比較例３の比較から、本発明の凝集剤は、Ｖ_１／Ｆで表される攪拌部液平均滞留時間が５〜１５分、Ｖ_２／Ｆで表される沈降部液平均滞留時間が１０〜３０分、Ｆ／Ａで表される水面積負荷が１〜１０ｍ／Ｈｒとなるように排水を処理量Ｆ（ｍ^３／Ｈｒ）にて処理することにより、比較的高いＣＯＤ除去率が得られた。

実施例５ではＢタイプの凝集沈殿槽を使用し、比較例１、２ではＡタイプの凝集沈殿槽を使用しているが、容量はＡタイプの凝集沈殿槽の方が大きいから、本発明の凝集剤を使用することにより、処理能力を高めた上に、凝集沈殿槽をより小型化できるようになる。

Claims

排水中のＣＯＤ成分を除去するための凝集剤であって、ＣＯＤ濃度が３０〜３００ｍｇ／Ｌの排水に対して１００ｍｇ／Ｌの濃度にて添加し、１０分間攪拌した後、静置沈降させた際の凝集フロックの沈降速度が０．３〜３．０ｃｍ／分である、下記配合例１〜３から選ばれる排水処理用凝集剤。
（１）配合例１
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜８質量％
（２）配合例２
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸第二鉄４０〜６０質量％
カチオン系、アニオン系又はノニオン系ポリアクリルアミド１〜１０質量％
（３）配合例３
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
アルギン酸ナトリウム１〜５質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜５質量％
下記配合例１〜３から選ばれる排水処理用凝集剤であって、攪拌部の槽容量がＶ_１（ｍ^３）、沈殿部の槽容量がＶ_２（ｍ^３）、沈殿部の沈降面積がＡ（ｍ^２）である凝集沈澱槽で凝集沈澱処理をするとき、下記の要件（ａ）〜（ｅ）を満たすように処理するものである排水処理用凝集剤。
（１）配合例１
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜８質量％
（２）配合例２
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸第二鉄４０〜６０質量％
カチオン系、アニオン系又はノニオン系ポリアクリルアミド１〜１０質量％
（３）配合例３
ベントナイト（モンモリロナイト）３０〜６０質量％
硫酸アルミニウム４０〜６０質量％
アルギン酸ナトリウム１〜５質量％
カチオン系ポリアクリルアミド１〜５質量％
（ａ）排水に対して２０〜２００ｍｇ／Ｌの濃度にて攪拌部に添加する；
（ｂ）処理量Ｆ（ｍ^３／Ｈｒ）にて処理する；
（ｃ）Ｖ_１／Ｆで表される攪拌部液平均滞留時間が５〜１５分である；
（ｄ）Ｖ_２／Ｆで表される沈殿部平均滞留時間が１０〜３０分である；
（ｅ）Ｆ／Ａで表される水面積負荷が１〜１０ｍ／Ｈｒである；
攪拌部の槽容量Ｖ _１（ｍ ^３）、沈殿部の槽容量Ｖ _２（ｍ ^３）及び沈殿部の沈降面積Ａ（ｍ ^２）が、
攪拌部の槽容量（Ｖ _１）が０．４ｍ ^３、沈殿部の槽容量（Ｖ _２）が０．６ｍ ^３、沈殿部の沈降面積（Ａ）が０．５ｍ ^２、
攪拌部の槽容量（Ｖ _１）が０．３ｍ ^３、沈殿部の槽容量（Ｖ _２）が０．５ｍ ^３、沈殿部の沈降面積（Ａ）が０．３ｍ ^２、及び
攪拌部の槽容量（Ｖ _１）が０．５ｍ ^３、沈殿部の槽容量（Ｖ _２）が０．７ｍ ^３、沈殿部の沈降面積（Ａ）が１．０ｍ ^２のいずれかの組み合わせから選ばれるものである、請求項２記載の排水処理用凝集剤。
排水が洗車排水である請求項１〜３のいずれか１項に記載の排水処理用凝集剤。