(57)【要約】【課題】ＨＤＳ法による無機イオン含有排水を処理する方法において、格別な追加設備を採用することなく、汚泥返送量を適正量とすることができる無機イオン含有排水の処理方法を提供する。【解決手段】原水は、反応槽１にてアルカリ添加汚泥が添加され、攪拌された後、凝集槽２に送られ、ポリマー凝集剤が添加され、沈殿池３に導入され、沈降分離処理が行われる。沈降した汚泥の一部は引抜汚泥として系外に取り出される。沈降した汚泥の残部は、返送汚泥としてアルカリ添加槽６に送られ、アルカリが添加される。このアルカリ添加汚泥が反応槽１に送られ、該反応槽１内の原水に添加される。返送汚泥の流量と、引抜汚泥の流量との比を予め設定した一定の汚泥返送比とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機イオン含有排水に不溶性塩生成剤を添加して不溶性塩を析出させ、次いで固液分離処理して不溶性塩を含む汚泥を処理水から分離し、
分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶性塩生成剤を添加して前記無機イオン含有排水に添加し、
汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、
返送汚泥の流量と引抜汚泥の流量との比を予め設定した一定の汚泥返送比とすることを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記汚泥返送比を無機イオンの種類によって設定することを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、返送汚泥濃度が２〜１０重量％となるように前記所定値を設定することを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属イオンやリン酸イオン等の無機イオンを含む排水の処理方法に係り、特に汚泥の一部を返送すると共に、この返送汚泥にアルカリ等の不溶性塩生成剤を添加するようにした無機イオン含有排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属イオン含有排水の処理において、濃縮性に富み、脱水性に優れた高濃度金属水酸化物汚泥を得る方法として、アルカリ汚泥法等の高密度汚泥法（ＨＤＳ法：High  Density  Sludge）が知られている。アルカリ汚泥法では、金属イオン含有排水の処理で分離されて返送される汚泥の一部にアルカリ添加する。
【０００３】
アルカリ汚泥法では、高濃度で脱水性に優れた汚泥を安定して得ると共に、良好な処理水の水質を維持するために、原水の中和によって生成する不溶化物量（ＳＳ量）と返送汚泥量の比を適切な範囲に維持することが重要である。
【０００４】
特開平５−５７２９２号公報には、アルカリと混合する返送汚泥の固形分量を、アルカリと原水とが反応して生成する不溶化物の量の１５〜４０倍特に２０〜３０倍とする重金属含有廃水の処理方法が記載されている。
【０００５】
また、特開平８−２４８７７号公報には、アルカリ汚泥法によるイオン含有排水の処理方法において、アルカリと排水とが反応して生成する不溶化物の量を、排水のｐＨが３から８．５付近になるまでに要したアルカリ使用量から算出することが記載されている。
【０００６】
なお、フッ素イオンやリン酸イオンもＨＤＳ法によって除去される。この場合、不溶性塩生成剤としてはカルシウム化合物等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−５７２９２号公報
【特許文献２】特開平８−２４８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＨＤＳ法において汚泥返送比が適切に制御されないと、たとえば汚泥返送比が過度に小さいと、通常凝集汚泥のように脱水性が悪化する。逆に、汚泥返送比が過度に高いと、微細フロックが生成し、処理水質が悪化する。
【０００９】
汚泥返送比を的確に制御するために、実際に原水から発生する汚泥量を求める方法（例えば上記特開平５−５７２９２）を採用した場合、本来の排水処理設備とは別に、実際の処理と同等の薬剤を使用して、汚泥を発生させ、これを計測する計測設備が必要である。このような計測設備を設けることは、コストがかかるほか、無機汚泥を発生させる設備はすなわちスケール生成装置であり、メンテナンスが容易でないという問題があった。
【００１０】
上記特開平８−２４８７７号公報は、原水を分取してアルカリを添加し、ｐＨが３から８．３にまで上昇するのに要するアルカリ量を金属イオンの中和に用いられるアルカリ量とみなし、このアルカリ量と金属イオンの種類とから生成する不溶性塩の量を演算し、汚泥返送比が８〜４０となるように汚泥返送ポンプを制御するものである。
【００１１】
このような特開平８−２４８７７号公報の方法では、原水を分取してアルカリ滴定を行うところから、ランニングコストが高い。また、この方法は、あらかじめ汚泥発生量とアルカリ消費量の関係を求め、計算式を作成し、この計算式に基づいて汚泥発生量を推算するものであるが、必ずしも原水性状と計算式が一致せず、計算式を場合により頻繁に更新することが必要である。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、ＨＤＳ法による無機イオン含有排水を処理する方法において、格別な追加設備を採用することなく、汚泥返送量を適正量とすることができる無機イオン含有排水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の無機イオン含有排水の処理方法は、無機イオン含有排水に不溶性塩生成剤を添加して不溶性塩を析出させ、次いで固液分離処理して不溶性塩を含む汚泥を処理水から分離し、分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶性塩生成剤を添加して前記無機イオン含有排水に添加し、汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、返送汚泥の流量と引抜汚泥の流量との比を予め設定した一定の汚泥返送比とすることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の無機イオン含有排水の処理方法は、請求項１において、前記汚泥返送比を無機イオンの種類によって設定することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の無機イオン含有排水の処理方法は、請求項１又は２において、返送汚泥濃度が２〜１０重量％となるように前記所定値を設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、返送汚泥の流量と引抜汚泥の流量との比が予め設定した一定の汚泥返送比となるように返送汚泥流量を制御するようにしたものである。本発明によると、原水の性状に変化があっても、自ずから汚泥返送比が適正な値に収束する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る無機イオン含有排水の処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２】実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は本発明の無機イオン含有排水の処理方法が適用された排水処理設備のフロー図である。
【００１９】
原水は、反応槽１にて配管７からのアルカリ添加汚泥が添加され、攪拌された後、凝集槽２に送られ、ポリマー凝集剤が添加され、凝集フロックが成長する。この汚泥フロックを含んだ水が沈殿池３に導入され、固液分離処理（汚泥フロックの沈降分離処理）が行われる。沈降した汚泥の一部は引抜汚泥として配管４から汚泥取出ポンプ（図示略）を介して系外に取り出される。沈降した汚泥の残部は、返送汚泥として配管５から汚泥返送ポンプ（図示略）を介してアルカリ添加槽６に送られ、水酸化ナトリウム等のアルカリが添加され、攪拌される。このアルカリ添加汚泥が配管７を介して反応槽１に送られ、該反応槽１内の原水に添加される。
【００２０】
本発明において、無機イオンとしてはＡｌ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎなどの金属イオンのほか、リン酸イオンやフッ化物イオンなどが例示される。
【００２１】
金属イオンから不溶性塩を生成させるための不溶性塩生成剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ剤が好適である。リン酸イオンの不溶性塩生成剤としては塩化カルシウムなどのカルシウム塩や水酸化カルシウム等が好適である。フッ化物イオンの不溶性塩生成剤としては、塩化カルシウムなどのカルシウム塩や水酸化カルシウム等が好適である。
【００２２】
アルカリ剤は、反応槽１内のｐＨが所定範囲となるように添加される。好適なｐＨ範囲は金属種によって異なり、Ａｌの場合はｐＨ４〜６、Ｃｒの場合はｐＨ５〜７、Ｆｅ２＋の場合はｐＨ８〜１０、Ｚｎの場合はｐＨ８〜１０、Ｆｅ３＋の場合はｐＨ４〜５、Ｃｕの場合はｐＨ６〜８である。
【００２３】
カルシウム塩等は、原水中のリン酸イオン濃度又はフッ化物イオン濃度に応じて添加される。リン酸イオンを処理する場合、カルシウム塩等の添加量は、当モル比の１倍＋残留Ｃａとして２０〜２００ｍｇ／Ｌ程度が好適である。フッ化物イオンを処理する場合、カルシウム塩等の添加量は、当モル比の１倍＋残留Ｃａとして２００〜５００ｍｇ／Ｌ程度が好適である。
【００２４】
金属イオンの排水中の濃度が５０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。本発明方法を適用するのに好適な金属イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、鉱山排水などが例示される。
【００２５】
リン酸イオンの排水中の濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。リン酸イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、農業排水、活性汚泥の脱水濾液、嫌気消化脱離液等が例示される。フッ化物イオンの排水中の濃度が１５〜２００００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。フッ化物イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、洗煙排水、などが例示される。
【００２６】
本発明では、返送汚泥の流量と、引抜汚泥の流量との比が予め設定した一定の汚泥返送比となるように汚泥取出ポンプ及び汚泥返送ポンプを制御する。この汚泥返送比の値は、無機イオンの種類によって異なる。主なイオンにおける好適な上記汚泥返送比（返送汚泥流量［ｍ３／ｈ］／引抜汚泥流量［ｍ３／ｈ］の値）の範囲を次に例示する。
【００２７】
鉄イオン  １２〜４０特に１５〜３０から選ばれた一定値
アルミニウムイオン  ３０〜１００特に４０〜６０から選ばれた一定値
亜鉛イオン    １５〜５０特に２０〜３０から選ばれた一定値
クロムイオン    １５〜５０特に２０〜３０から選ばれた一定値
カルシウムイオン    １０〜５００特に１０〜１００から選ばれた一定値
リン酸イオン    １０〜５００特に１０〜１００から選ばれた一定値
フッ化物イオン    １０〜５００特に１０〜１００から選ばれた一定値
銅イオン  ３０〜１００特に４０〜６０から選ばれた一定値
本発明方法によると、原水の性状が変動しても、返送汚泥流量と引抜汚泥流量との比が経時的に上記所定値に収束してくる。この理由について以下に説明する。
【００２８】
第１図において、ある時点での原水流量をＱ１［ｍ３／ｈ］、原水からの汚泥発生率をＣ１［ｋｇ／ｍ３］とすると、汚泥発生量（固形物量）はＣ１・Ｑ１［ｋｇ／ｈ］となる。
【００２９】
汚泥返送比をＲとすると、返送固形物量は、汚泥発生量（固形物量）にＲを乗じた量として定義されるので、
返送固形物量［ｋｇ／ｈ］＝Ｒ・Ｃ１・Ｑ１                （１）
となる。
【００３０】
返送汚泥流量と引抜汚泥流量との比を汚泥返送比Ｒと同一の一定値に保った場合、引抜汚泥流量をＱ２［ｍ３／ｈ］とすると、返送汚泥流量Ｑ３は、Ｑ３＝Ｒ・Ｑ２［ｍ３／ｈ］となる。
【００３１】
この時点での、引抜汚泥濃度をＣ２［ｋｇ／ｍ３］とすると、
返送固形物量［ｋｇ／ｈ］＝Ｃ２・Ｑ３
＝Ｃ２・Ｒ・Ｑ２［ｋｇ／ｈ］      （２）
引抜固形物量［ｋｇ／ｈ］＝Ｃ２・Ｑ２［ｋｇ／ｈ］          （３）
となる。
【００３２】
定常状態（即ち、原水流量が変動せず、原水中の無機イオンの種類及び濃度も変動せず、汚泥発生率も変動しない状態）では、原水からの汚泥発生量と引抜固形物量は等しくなるので、
Ｃ１・Ｑ１＝Ｃ２・Ｑ２                                    （４）
なる関係が成り立つ。
【００３３】
返送固形物量は、（２）に（４）式を代入することにより、
返送固形物量［ｋｇ／ｈ］＝Ｃ２・Ｒ・Ｑ２
＝Ｒ・Ｃ１・Ｑ１                （５）
となり、（１）式と等しくなる。
【００３４】
このように、返送汚泥流量Ｑ３と引抜汚泥流量Ｑ２との比Ｑ３／Ｑ２を予め設定した汚泥返送比Ｒと同じ値とするだけで、定常状態では、一定の汚泥返送比Ｒでの運転状態とすることができる。
【００３５】
原水汚泥発生率が変動した場合、一時的に、返送汚泥流量と引抜汚泥流量との比が、設定した汚泥返送比Ｒの値から乖離するようになる。
【００３６】
即ち、原水からの汚泥発生率がＣ１からＣ１’に変化した場合、原水からの汚泥発生量（固形物量）はＣ１’・Ｑ１に変化するので、引抜汚泥固形物量もＣ１’・Ｑ１に変化させるべきである。なお、この時点での汚泥返送比Ｒ’すなわち（５）式の返送固形物量（Ｒ・Ｃ１・Ｑ１）と新たな汚泥発生固形物量との比は、
Ｒ’＝（Ｒ・Ｃ１・Ｑ１）／（Ｃ１’・Ｑ１）
＝Ｒ・（Ｃ１／Ｃ１’）
となっている。
【００３７】
ところが、実際には、この時点での実際の汚泥引抜固形物量はＣ２・Ｑ２（＝Ｃ１・Ｑ１）［ｋｇ／ｈ］のままであり、この時点での原水からの汚泥発生固形物量Ｃ１’・Ｑ１との間に乖離が生じる。具体的には、Ｃ１＞Ｃ１’であれば、Ｃ２・Ｑ２＞Ｃ１’・Ｑ１であり、Ｃ１＜Ｃ１’であれば、Ｃ２・Ｑ２＜Ｃ１’・Ｑ１である。しかしながら、Ｃ１＞Ｃ１’又はＣ１＜Ｃ１’の状態が継続すると、次第に汚泥引抜固形物量は原水からの汚泥発生固形物量Ｃ１’・Ｑ１に合致してくる。
【００３８】
例えば、Ｃ１＞Ｃ１’の場合、汚泥引抜固形物量Ｃ２・Ｑ２が原水からの汚泥発生固形物量より多い状態が継続すると、沈殿池の汚泥保有量が減少し、汚泥の沈殿時間が短くなり、返送汚泥濃度及び引抜汚泥濃度の低下が起こり、Ｃ２は低下していき、最終的には汚泥引抜量Ｃ２・Ｑ２はＣ１’・Ｑ１にまで低下してくる。Ｃ１＜Ｃ１’の場合は、その逆に、汚泥引抜固形物量Ｃ２・Ｑ２が原水からの汚泥発生固形物量Ｃ１’・Ｑ１よりも少ない状態が継続すると、沈殿池の汚泥保有量が増加し、沈殿池での沈殿時間が長くなり、Ｃ２が高くなってくる。最終的には、汚泥引抜量Ｃ２・Ｑ２はＣ１’・Ｑ２にまで上昇する。
【００３９】
このように、汚泥発生率Ｃ１が増減変化しても、汚泥引抜量及び汚泥返送量は新たな定常状態へ向かって収束していく。そして、汚泥返送比は、返送汚泥流量Ｑ３と引抜汚泥流量Ｑ２との比Ｑ３／Ｑ２に合致してくる。
【００４０】
ところで凝集槽から流出した無機塩を主体とする汚泥は、沈降速度及び圧密速度が極めて速く（例えばＦｅやＺｎを主体とする汚泥の場合、沈降速度は０．５ｍ／ｈ程度であり、約２分以内に１０％以上に濃縮する。）、沈降池から返送汚泥に至るための所要時間は数分〜１５分程度であり、負荷変動があった場合にも上記の収支が十分に成り立つ。従って、とくに原水汚泥発生量を計測して返送固形物量を制御するまでもなく、汚泥返送比は自然に予め設定した汚泥返送比とほぼ同一の値となる。
【００４１】
上記のように、本発明では、返送汚泥流量と引抜汚泥流量との比が予め設定した一定の汚泥返送比と同じ値となるように返送汚泥流量及び引抜汚泥流量を制御する。
【００４２】
この引抜汚泥は連続的に引き抜かれてもよく、間欠的に引き抜かれてもよい。
【００４３】
たとえば、汚泥返送比２０で運転する場合、返送汚泥流量２０ｍ３／ｈに対して引抜汚泥流量１ｍ３／ｈに設定し、常時この流量にて汚泥の返送及び引き抜きを行ってもよい。また、返送汚泥、引抜汚泥流量を同一とし、タイマーで返送と引き抜きを切り替えてもよい。具体的には、沈殿池からの汚泥の全量を返送汚泥として２０分返送し、その後、沈殿池からの汚泥の全量を引抜汚泥として１分間だけ排出し、以下、これを交互にくり返すように運転してもよい。
【００４４】
本発明では、負荷変動への応答性を高めるために、沈殿池の汚泥保有量を極力少なくすることが好ましい。沈殿池の汚泥保有量が多くなると、沈殿池へ流入した汚泥が返送されるまでの時間が長くなり、負荷変動への追随性が悪くなる。また、ＨＤＳ汚泥は、１０％以上に容易に濃縮され、２０％以上にまで濃縮されることもあり、沈殿池での滞留時間が長くなると、予期せずして返送汚泥濃度が高くなり、その結果、汚泥返送比が過度に高くなるおそれがある。
【００４５】
本発明では、負荷変動への追随性を高めるために沈殿池での汚泥の滞留時間を短くするのが好ましいところから、返送汚泥流量を返送汚泥濃度が１０重量％以下好ましくは５〜８重量％で所定の汚泥返送比を満たす固形物量を送ることができる流量とするのが好ましい。たとえば負荷増加時には返送汚泥濃度が高くなるが、このように汚泥濃度が上昇しても汚泥を流通させることができるようにするために、通常時は５〜１０重量％程度の濃度域で運転を行うのが好ましい。
【００４６】
なお、前述の通り、ＨＤＳ汚泥は沈降速度及び圧密速度が高く、１０％以上まで容易に濃縮されるが、汚泥がさらに濃縮される場合には、その分時間を要するため、負荷変動への追随性が低下する。返送汚泥濃度は低いほど負荷変動への追随性が高いといえるが、引抜汚泥濃度は高いほうが汚泥脱水時の処理速度が高いため、返送汚泥濃度（これは引抜汚泥濃度と等しい。）は５重量％以上とすることが望ましい。
【００４７】
また、本発明方法は、負荷変動に良好に追随できるものであるが、装置を安定的に運転するためには、負荷変動は小さいほうがよく、装置の前段に負荷変動を吸収するための調整槽を設置することが望ましい。負荷変動範囲は、１時間あたり±５０％以内、特に±２５％以内であることが望ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例について説明する。第１図に示す装置の各条件を下記の通りとした。原水としては、硫酸第一鉄の６００〜１０００ｍｇ  ａｓ  Ｆｅ／Ｌ水溶液を用いた。この水溶液の濃度を５時間周期で最高値１０００ｍｇ  ａｓ  Ｆｅ／Ｌ、最低値６００ｍｇ  ａｓ  Ｆｅ／Ｌの間で周期的に増減させた。
【００４９】
原水流量、返送汚泥流量及び引抜汚泥流量を下記の量に固定して、汚泥返送比の変動を調査した。その結果を第２図に示す。
【００５０】
原水からの汚泥発生率    １２００〜２０００ｍｇ／Ｌ
汚泥返送比設定値        １５
原水流量                ３Ｌ／ｈ
返送汚泥流量（Ｑ３）    １Ｌ／ｈ
引抜汚泥流量（Ｑ２）    ０．０６７Ｌ／ｈ
反応槽１のｐＨ          ８．５
反応槽１の容量          １Ｌ
凝集槽２の容量          ０．２Ｌ
化学反応槽７の容量      ０．０５Ｌ
アルカリ添加量          Ｃａ（ＯＨ）２１７００ｍｇ／Ｌ（平均）
Ｑ３／Ｑ２を約１５（１４．９３）に設定したこの実施例では、第２図の通り、原水中の鉄イオン濃度変動に追随して実際の汚泥返送比は１２〜２０で変動し、平均で１５．６となった。この実施例より、返送汚泥流量を制御せずに、返送汚泥流量と引抜汚泥流量を固定することで汚泥返送比が原水中の金属イオン濃度変動に追随してほぼ目標値（設定値）となることが認められた。
【符号の説明】
【００５１】
１  反応槽
２  凝集槽
３  沈殿池
６  アルカリ添加槽
【図１】
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【図２】
2010234300.tif 000004