(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造工程で発生する油分を含有するアルカリ性の廃水であるアルカリ廃水から、減圧雰囲気で液体成分を蒸発させ、残渣である固形分を取り出すとともに、蒸発させた前記液体成分を分離回収する蒸発濃縮装置と、前記蒸発濃縮装置の後段に設置され、前記蒸発濃縮装置により分離回収された前記液体成分から油分を分離除去するオイルセパレータと、を備える廃水処理装置を用いる廃水処理方法であって、
前記蒸発濃縮装置内の前記アルカリ廃水からの前記液体成分の回収を１回行うのに要する回収時間に閾値を設定し、前記回収時間が前記閾値以上となった場合に、前記アルカリ廃水の回収を一旦停止し、前記蒸発濃縮装置から汚泥を排出する、廃水処理方法。
【請求項２】
前記廃水処理装置は、前記蒸発濃縮装置の前段に設置され、前記アルカリ廃水を攪拌しながら貯留する原水槽と、
前記原水槽から前記蒸発濃縮装置に前記アルカリ廃水を供給する廃水供給装置と、
をさらに備える、請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記廃水処理装置は、前記蒸発濃縮装置に消泡剤を供給する消泡剤供給装置をさらに備える、請求項１または２に記載の廃水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製造工程から発生する濃厚アルカリ脱脂廃水を処理するための廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製鉄所等で発生する廃水は、減容化して廃棄物の発生量を抑えるために、固液分離される。ところが、濃厚なアルカリ成分を含有する濃厚アルカリ廃水、特に、製鉄所から発生するアルカリ脱脂廃水は、濃厚な油分を含有しているため、固液分離が難しく、廃水処理装置を多段化する必要があった。そのため、廃水処理装置が複雑化するという難点があった。また、この廃液中の油分濃度が高いほど固液分離がより難しくなり廃棄物を減容化することができないため、廃棄物量が増大してしまう。さらに、濃厚アルカリ脱脂廃水の処理の際には、多量のｐＨ調整剤の添加が必要である、という難点もあった。
【０００３】
これらの難点に対して、減圧雰囲気で水分を蒸発させ、残渣である固形分を取り出す蒸発濃縮装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１の蒸発濃縮装置では、原水槽より計量槽を経由して減圧蒸留釜へ廃水をバッチ送水し、真空ポンプを用いて蒸留釜内を減圧雰囲気（−８０ｋｐａ〜９０ｋｐａ、４０〜５０℃）として蒸留する。蒸発した水分は、ミストフィルターを経由してコンデンサーにて凝縮される。凝縮された水分は、熱交換器を通り、回収液タンクにて回収される。分離後の廃水は、残渣である固形分となり、蒸留釜内に堆積されるため、掻き寄せ機にて排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、製鉄所の各ラインからの廃水は、廃水の出所によって水質差が大きく、各々の廃水を処理すると設備に与える負荷変動が大きいため、特許文献１の蒸発濃縮装置を用いても安定操業が難しい、という問題があった。また、特許文献１の蒸発濃縮装置を用いて蒸発処理を行う場合、蒸発した水分中の汚濁物質等を除去するのがミストフィルターのみでは、ｎ−Ｈｅｘ、ＣＯＤ等について、水質汚濁防止法等で規定されている基準値の範囲内の水質まで、廃水を処理できない恐れがあった。特に、ＣＯＤは、化学酸化や活性炭吸着等の方法で処理することは可能であるが、大水量処理設備となり、設備投資が膨大となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、固液分離が難しく水質差の大きな廃水を簡易で安定操業可能な装置により固液分離して廃棄物量を減容化するとともに、化学酸化や活性炭吸着等のＣＯＤ処理を必要とすることなく、法定基準値の範囲内の水質まで処理することが可能な廃水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、鉄鋼製造工程で発生する油分を含有するアルカリ性の廃水であるアルカリ廃水から、減圧雰囲気で液体成分を蒸発させ、残渣である固形分を取り出すとともに、蒸発させた前記液体成分を分離回収する蒸発濃縮装置と、前記蒸発濃縮装置の後段に設置され、前記蒸発濃縮装置により分離回収された前記液体成分から油分を分離除去するオイルセパレータと、を備える廃水処理装置を用いる廃水処理方法であって、前記蒸発濃縮装置内の前記アルカリ廃水からの前記液体成分の回収を１回行うのに要する回収時間に閾値を設定し、前記回収時間が前記閾値以上となった場合に、前記アルカリ廃水の回収を一旦停止し、前記蒸発濃縮装置から汚泥を排出する、廃水処理方法が提供される。
【０００８】
前記廃水処理装置は、前記蒸発濃縮装置の前段に設置され、前記アルカリ廃水を攪拌しながら貯留する原水槽と、前記原水槽から前記蒸発濃縮装置に前記アルカリ廃水を供給する廃水供給装置と、をさらに備えていてもよい。
【０００９】
前記廃水処理装置は、前記蒸発濃縮装置に消泡剤を供給する消泡剤供給装置をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アルカリ脱脂廃水の廃水処理設備として、蒸発濃縮装置により固液分離された液体成分をさらに油水分離するオイルセパレータを設けることにより、固液分離が難しく水質差の大きな廃水を簡易で安定操業可能な装置により固液分離して廃棄物量を減容化するとともに、化学酸化や活性炭吸着等のＣＯＤ処理を必要とすることなく、法定基準値の範囲内の水質まで処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る廃水処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】同実施形態に係るオイルセパレータによる油水分離方法を示す説明図である。
【図３】回収液タンクでの回収間隔と回収回数との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（廃水処理装置の構成）
まず、図１を参照しながら、本発明の好適な実施形態に係る廃水処理装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る廃水処理装置１００の全体構成を示す説明図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る廃水処理装置１００は、原水槽１１０と、蒸発濃縮装置１２０と、オイルセパレータ１３０と、消泡剤供給装置１４０とを主に有する。以下、これらの各構成要素について詳細に説明する。
【００１６】
＜原水槽１１０＞
原水槽１１０は、蒸発濃縮装置１２０の前段に設置され、鉄鋼製造工程で発生する油分を含有するアルカリ性の廃水であるアルカリ廃水を攪拌しながら貯留する槽である。ここで、「蒸発濃縮装置１２０の前段」とは、蒸発濃縮装置１２０へのアルカリ廃水の入側、すなわち、アルカリ廃水が発生する製鉄所内の各種ラインと原水槽１１０との間のことを意味する。また、本実施形態における「アルカリ廃水」は、アルカリ成分及び油分を含有する廃水であれば特に限定はされないが、具体例を挙げると、亜鉛めっきやその他の表面処理の前処理として行われるアルカリ脱脂処理後の廃水（めっきラインからの廃水や電解ラインからの廃水等）などが挙げられる。
【００１７】
原水槽１１０には、製鉄所の各ラインから排水されたアルカリ廃水が供給される。ここで、表１に製鉄所のラインで発生する廃水の一例を示す。表１には、水質の指標として、水質汚濁防止法で濃度の基準値が設定されている、浮遊物質量（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、ノルマルヘキサン抽出物質量（ｎ−ｈｅｘ）の各濃度を示した。
【００１８】
【表１】
0005569352.tif 000002
【００１９】
表１に示すように、各ラインからの廃水は、その出所によって水質差が大きい。そのため、各々の廃水を同じ装置（例えば、蒸発濃縮装置１２０）で処理すると、装置に与える操業負荷の変動が大きい。このように、廃水の水質差による操業負荷の変動が大きいと、蒸発濃縮装置１２０により分離された液体成分から油分等の物質を除去するフィルタ（ミストフィルタ等）の交換頻度がバラつき、メンテナンス負荷も大きくなるため、安定操業が難しくなる場合もある。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る廃水処理装置１００では、原水槽１１０を設け、この原水槽１１０において各ラインからの水質差の大きなアルカリ廃水を攪拌して混合し、蒸発濃縮装置１２０に供給するアルカリ廃水の水質の均一化を図ることで、蒸発濃縮装置１２０への操業負荷をほぼ一定にしている。このように、各ラインからの水質差の大きなアルカリ廃水を攪拌するために、原水槽１１０には、攪拌手段として、例えば、モータ１１１を駆動手段として用いたインペラー１１３等が設けられている。このように、原水槽１１０内にて様々な水質を有する廃水を攪拌することで、水質の均一化が図れるのみならず、アルカリ廃水中の浮遊物質等が原水槽１１０内で沈殿しないようにすることもできる。
【００２１】
また、廃水処理装置１００には、原水槽１１０で攪拌混合されて水質が均一化されたアルカリ廃水を、原水槽１１０から蒸発濃縮装置１２０に供給する原水ポンプ１１５が設けられている。この原水ポンプ１１５は、本実施形態に係る廃水供給装置の一例であり、原水槽１１０と蒸発濃縮装置１２０との間に設けられている。原水ポンプ１１５による蒸発濃縮装置１２０への廃水の供給（送水）方法は特に限定されない。
【００２２】
なお、本発明に係る廃水処理装置では、原水槽１１０や原水ポンプ１１５は、必要に応じて設けられていればよく、例えば、単一のラインからの廃水を処理する場合や、複数のラインであっても水質差の小さい廃水を処理する場合には、原水槽１１０や原水ポンプ１１５を必ずしも設けなくてもよい。
【００２３】
＜蒸発濃縮装置１２０＞
蒸発濃縮装置１２０は、原水槽１１０から原水ポンプ１１５により供給されたアルカリ廃水から、減圧雰囲気で液体成分を蒸発させ、残渣である固形分を取り出すとともに、蒸発させた液体成分を分離回収する装置である。具体的には、蒸発濃縮装置１２０は、減圧蒸留器１２１と、コンデンサー１２３とを主に有する。
【００２４】
減圧蒸留器１２１は、その内部が、真空ポンプ（図示せず。）等を用いて減圧雰囲気（−８０ｋｐａ〜９０ｋｐａ）とされるとともに、所定温度（４０℃〜５０℃）に加熱されている。そのため、原水槽１１０から減圧蒸留器１２１にアルカリ廃水が供給されると、このアルカリ廃水が蒸留され、アルカリ廃水中の揮発成分が気化して、揮発成分が分離される。減圧蒸留器１２１内で気化した揮発成分（主に水分）は、減圧蒸留器１２１の出側に配置されたミストフィルター（図示せず。）により所定の油分が除去される。一方、液体成分の分離後のアルカリ廃水は、残渣である固形分となり、この固形分が、減圧蒸留器１２１内に堆積される。堆積した固形分は、掻き寄せ機（図示せず。）等により減圧蒸留器１２１から脱水ケーキとして排出される。排出された脱水ケーキは、例えば、焼却炉で助燃材として利用される。このように、アルカリ廃水を固液分離して、固形分を脱水ケーキとして排出することにより、製鉄所の各ラインで発生したアルカリ廃水を大幅に減容化して廃棄物量を減らすことができる。
【００２５】
コンデンサー１２３は、減圧蒸留器１２１の上部に接続されており、その内部が、真空ポンプ（図示せず。）等を用いて減圧雰囲気（−８０ｋｐａ〜９０ｋｐａ）とされるとともに、所定温度（４０℃〜５０℃）に冷却されている。そのため、ミストフィルターを通過した揮発成分がコンデンサー１２３内に供給されると、揮発成分は、冷却されたコンデンサー１２３内で凝縮されて液化する。液化した揮発成分（液体成分）は、熱交換器（図示せず。）を経由して、必要に応じて回収液タンク１５０にて回収される。
【００２６】
ここで、本発明者が確認したところによると、回収液タンク１５０で回収された液体成分は、比較的清澄であるものの、この液体成分には、ミストフィルターからリークした少量の低沸点油分が浮遊していることがわかった。この回収液タンク１５０中の液体成分に、低沸点油分が浮遊していることにより、ＣＯＤやｎ−ｈｅｘの値が高くなり、廃水処理（固液分離）後のアルカリ廃水の液体成分の水質が悪化することが判明した。そこで、本実施形態に係る廃水処理装置１００には、以下に説明するオイルセパレータ１３０を設けている。
【００２７】
＜オイルセパレータ１３０＞
オイルセパレータ１３０は、蒸発濃縮装置１２０の後段に設置され、蒸発濃縮装置１２０により分離回収された液体成分（以降、「回収液」と記載することもある。）から油分を分離除去（油水分離）する装置である。ここで、「蒸発濃縮装置１２０の後段」とは、蒸発濃縮装置１２０からのアルカリ廃水の出側、すなわち、蒸発濃縮装置１２０と、廃水処理装置１００による処理後のアルカリ廃水が排出される排水処理設備との間のことを意味する。
【００２８】
ここで、図２を参照しながら、本実施形態に係るオイルセパレータ１３０の構成及び機能について説明する。図２は、本実施形態に係るオイルセパレータによる油水分離方法を示す説明図である。
【００２９】
図２に示すように、オイルセパレータ１３０は、蒸発濃縮装置１２０（回収液タンク１５０）の後段に設けられており、その内部に２つの隔壁１３１，１３３を有する。隔壁１３１は、オイルセパレータ１３０内部の天面側を閉塞し、底面側を開放するように設けられている。また、隔壁１３３は、隔壁１３１よりも回収液の出側に、オイルセパレータ１３０内部の天面側を開放し、底面側を閉塞するように設けられている。
【００３０】
以上のような構成を有するオイルセパレータ１３０に回収液が供給されると、回収液１５０の表面に浮遊している油分が、オイルセパレータ１３０内部の天面側に設けられた隔壁１３１によりトラップされる。このトラップされた油分は、隔壁１３１により、オイルセパレータ１３０内でそれ以上回収液の出側に流れることはできないので、オイルセパレータ１３０から排出された回収液は、ミストフィルターからリークした低沸点油分等までもが除去された非常に清澄な液となる。このようにして、オイルセパレータ１３０からは、隔壁１３１等により油分が分離され、単に蒸発濃縮装置１２０により固液分離しただけの回収液よりも清澄な回収液が排出され、固液分離後のアルカリ廃水の液体成分の水質悪化を解消することができる。
【００３１】
なお、隔壁１３１、１３３は、浮遊油の除去状況に応じて適宜段数を増設すると、より浮遊油の除去効果が得られる。
【００３２】
＜消泡剤供給装置１４０＞
消泡剤供給装置１４０は、蒸発濃縮装置１２０の減圧蒸留器１２１に消泡剤を供給する装置である。本実施形態に係る廃水処理装置１００では、減圧蒸留器１２１内でアルカリ廃水を沸騰させて揮発成分を蒸発させ、気化してミスト状となった揮発成分をミストフィルター等のフィルターに吸着させる機構を有しているため、煮沸により減圧蒸留器１２１内のアルカリ廃水中で発泡が起こる。このように煮沸により発泡した場合、発泡したアルカリ廃水中の油分や懸濁質等が飛散し、気化した揮発成分とともにフィルター側に随伴されるおそれがある。このように、油分や懸濁質等がフィルター側に随伴されると、アルカリ廃水から分離された回収液の清澄性が悪化してしまう。
【００３３】
そこで、本実施形態に係る廃水処理装置１００では、アルカリ廃水の発泡を抑制するため、蒸発濃縮装置１２０の減圧蒸留器１２１内に消泡剤を供給することで、油分や懸濁質等の飛散による回収液の清澄性の悪化への影響を抑制している。具体的には、消泡剤供給装置１４０は、消泡剤を貯留する貯留タンク１４０と、貯留タンク１４０中の消泡剤を蒸発濃縮装置１２０へ供給する供給ポンプ１４３とを有している。
【００３４】
消泡剤としては、公知のシリコーン系消泡剤や有機系消泡剤を使用することができる。シリコーン系消泡剤の種類は、オイル型、溶液型、オイルコンパウンド型、エマルジョン型、自己乳化型等、特に限定されず、いずれのものも用いることができる。  
【００３５】
＜多段フィルター＞
また、本実施形態では、飛散したミスト状の油分や懸濁質等は、フィルターに吸着させることにより除去されるが、フィルターの清浄性を維持することが安定した処理後の廃水の水質の確保につながる。そこで、フィルターを複数枚のフィルターが積層された多段フィルターとし、さらに、上流側から一部のフィルターのみを順次交換していくことにより、フィルター全体としての機能を維持することが好ましい。
【００３６】
（廃水処理方法）
以上、本発明の好適な実施形態に係る廃水処理装置について詳細に説明したが、続いて、本発明の好適な実施形態に係る廃水処理方法について説明する。本実施形態に係る廃水処理方法は、上述した本実施形態に係る廃水処理装置１００を用いてアルカリ廃水の処理を行う廃水処理方法である。より詳細には、本実施形態に係る廃水処理方法では、蒸発濃縮装置１２０内のアルカリ廃水からの液体成分の回収を１回行うのに要する回収時間に所定の閾値ｔＴを設定し、回収時間が設定した閾値ｔＴ以上となった場合に、アルカリ廃水の回収を一旦停止する。
【００３７】
ここで、本実施形態に係る廃水処理方法において、上記のような操業を行うこととした理由について説明する。
【００３８】
蒸発濃縮装置１２０によりアルカリ廃水の固液分離が十分に行われると、発生汚泥量（固液分離後の残渣となる固形分量）の抑制には繋がるが、発生した汚泥（固形分）が減圧蒸留器１２１内に乾燥固着する要因となり、固形分の排出性に悪影響を与え、トラブルに繋がるという難点があった。
【００３９】
そこで、本発明者らは、回収液の回収率の向上と固形分の排出性をバランスよく両立させた蒸発濃縮装置１２０の操業方法の最適化に関して検討した。通常は、例えば、アルカリ廃水１６５Ｌを減圧蒸留器１２１にバッチ送水し、気化させて回収した回収液を１回につき４．５Ｌ、回収液タンク１５０に回収している。また、一般的には、アルカリ廃水の廃水処理はバッチ操業のため、処理後の回収液の回収率を目安に規定回数（例えば、回収液の回収率を７０％に設定した場合には、２５．５回程度）で一旦操業（蒸発濃縮装置１２０の運転）を停止させている。
【００４０】
上記検討では、規定の回収回数を超えた後も、蒸発濃縮装置１２０の運転を継続し、６回試験を行い（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）、回収間隔と回収回数を測定した。その結果を図３に示す。図３は、回収液タンクでの回収間隔と回収回数との関係の一例を示すグラフである。図３の縦軸は回収間隔（秒）、横軸は回収回数（回）を示している。
【００４１】
図３に示すように、入熱量が一定であることから、揮発成分の蒸発量はほぼ一定であると考えられるため、２５回目までは回収間隔１００秒前後で推移していたが、水分が無くなってきた２７回目を境に急激に回収間隔が大きく（回収に要する時間が増大）していることがわかる。すなわち、回収間隔が大きくなると、水分がなくなってきて、減圧蒸留器１２１内への固形分の固着が進展していると考えられる。以上の結果から、回収液タンク１５０による回収間隔が概ね２００秒以上となるところに、減圧蒸留器１２１内への汚泥（固形分）の固着の起点があることが考えられる。以上のように、回収液タンク１５０での回収間隔と回収回数との関係を明確にしたことで、減圧蒸留器１２１内への汚泥の固着の起点が所定の回収間隔にあることを解明した。
【００４２】
そこで、以上の知見に基づいて、本実施形態に係る廃水処理方法では、回収時間間隔に着目したフレキシブル操業を実施することとした。すなわち、蒸発濃縮装置１２０内のアルカリ廃水からの液体成分の回収を１回行うのに要する回収時間に所定の閾値ｔＴを設定し、回収時間が設定した閾値ｔＴ以上となった場合に、アルカリ廃水の回収を一旦停止することとした。
【００４３】
（まとめ）
以上説明したように、本実施形態に係る廃水処理装置１００及び廃水処理方法は、鉄鋼製造工程から発生する濃厚なアルカリ成分及び油分を含有するアルカリ脱脂排水を、従来のｐＨ調整剤や沈殿池などの固液分離装置を使用することなく、蒸発濃縮装置１２０を用いて固液分離し、廃棄物の大幅な減容化を図るものである。また、固液分離した清澄な回収液は既設の排水処理設備へ送水し、残渣である固形分は焼却炉で助燃材等として処理することで、ゼロエミッション化を図るとともに、一元化された高濃度含油アルカリ廃水の処理方式を構築したものである。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本実施例では、廃水処理する原水として、ｐＨが１３．６、ＳＳ値が１１００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ値が１６０００ｍｇ／Ｌ、ｎ−ｈｅｘ値が５１００ｍｇ／Ｌのアルカリ脱脂廃水を用いた。これを図１に示すような廃水処理装置１００を用いて廃水処理を行った。蒸発濃縮装置１２０として処理能力が３３０Ｌ／７５分ものを用い、真空度が−８１〜８７ｋＰａで、蒸気圧が０．０３〜０．０５Ｍｐａの条件で運転を行った。また、蒸発濃縮装置１２０に、シリコーン系消泡剤を２００ｍｇ／Ｌの濃度となるように添加した。
【００４５】
以上のように廃水処理を行った結果を表２に示す。表２に示すように、原水から分離回収された回収液の水質は、オイルセパレータ１３０の通過後、ｐＨが１０．６、ＳＳ値が１．６ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ値が最大で１０ｍｇ／Ｌ、ｎ−ｈｅｘ値が最大で２６ｍｇ／Ｌ（１１〜２６ｍｇ／Ｌ）と、清澄な回収液が連続して得られた。また、原水の減容率は７０％であり、アルカリ廃水を原水量の３０％と大幅に減容することができた。また、ｐＨ，ｎ−ｈｅｘについては、この後、既設排水処理設備にて中和・浮上分離を行うことで、法定値の範囲内とする処理を行った。
【００４６】
【表２】
0005569352.tif 000003
【００４７】
（実施例２）
実施例１と同様のアルカリ廃水を用い、このアルカリ廃水１６５Ｌを減圧蒸留器１２１にバッチ送水し、気化させて回収した回収液を１回につき４．５Ｌ、回収液タンク１５０に回収するようにして廃水処理を行った。この際、上記の検討結果に基づき、回収間隔２００秒で一旦蒸発濃縮装置１２０の運転を停止するようにして操業した。この結果、濃縮乾燥装置１２０の減圧蒸留器１２１内で汚泥が固着するトラブルが発生することなく、汚泥の排出を行うことができた。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４９】
１００    廃水処理装置
１１０    原水槽
１１１    モータ
１１３    インペラー
１１５    原水ポンプ
１２０    蒸発濃縮装置
１２１    減圧蒸留器
１２３    コンデンサー
１３０    オイルセパレータ
１３１，１３３    隔壁
１４０    消泡剤供給装置
１４１    貯留タンク
１４３    供給ポンプ
１５０    回収液タンク
【図１】
0005569352.tif 000004
【図２】
0005569352.tif 000005
【図３】
0005569352.tif 000006