(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオキシン類を含む排水に凝集剤を加えることにより、排水中に含まれるダイオキシン類を分離して除去する方法において、目標とするダイオキシン類残存比及び処理水のＳＳ濃度を定め、原水のＳＳ濃度に基づいて凝集剤添加率を決定する方法。
【請求項２】
凝集剤添加率Ｃを下式Ａにしたがって決定する請求項１に記載の方法。
【式１】
0003645195.tif 000018
（上式中、Ｃは凝集剤添加率(mg/L)；ηは目標とするダイオキシン類残存比；ＳＳinfは原水のＳＳ濃度(mg/L)；ＳＳeffは目標とする処理水のＳＳ濃度(mg/L)；αは凝集剤のＳＳ転換比；である）
【請求項３】
請求項２に記載の方法に従って排水から分離された生成汚泥中のダイオキシン濃度を、下式Ｂに従って推定する方法。
【式２】
0003645195.tif 000019
（上式中、βは生成汚泥中のダイオキシン類濃度(ng/g)；Ｄinf／は原水の全ダイオキシン類濃度(pg/L)；ＳＳinfは原水のＳＳ濃度(mg/L)；αは凝集剤のＳＳ転換比；Ｃは凝集剤添加率(mg/L)；である）
【請求項４】
ダイオキシン類を含む排水を凝集処理する装置であって、
排水原水のＳＳ濃度を測定する手段；
測定された原水のＳＳ濃度に基づいて算出された、目標とするダイオキシン類残存比及び処理水のＳＳ濃度を達成するのに必要な量の凝集剤を排水原水中に加える手段；
を具備することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオキシン類を含んだ排水を浄化するための水処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平成１１年７月に制定されたダイオキシン類対策特別措置法によってダイオキシン類の環境基準が定まり、平成１２年１月からは排出基準を遵守しなければならない。しかしながら、ダイオキシン類除去のための排水処理法に関しては、未だ十分な検討がなされていないのが現状である。即ち、現在ダイオキシン類除去のために用いられている方法は、従来の水処理技術の援用に過ぎず、ダイオキシン類の性状を考慮して、合理的な除去方法を提案している例は殆どない。
【０００３】
例えば、促進酸化（ＡＯＰ）法と呼ばれるオゾン・ＵＶ・過酸化水素を用いた複合酸化法が注目を浴びているが、この方法では経験則に基づいて処理条件が定められているだけで、処理原理に基づいた条件設定は未だ考えられていない。同様に、活性炭吸着法や凝集剤添加法についても、処理性能は種々確認されているものの、処理条件は経験則に基づいて定めるしかなかったのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を鑑み、排水に凝集剤を添加して排水中のダイオキシン類を分離除去する処理法において、経験則に因らず、ダイオキシン類の特性から最適の処理条件を決定する方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の観点で鋭意研究を重ねた結果、凝集剤による排水中のダイオキシン類の分離除去法において、目標とするダイオキシン類残存比及び目標とする処理水のＳＳを定めれば、これらと原水のＳＳ及び用いる凝集剤のＳＳ転換比の値から、かかる目標値を達成するための最適の凝集剤添加率が算出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、ダイオキシン類を含む排水に凝集剤を加えることにより、排水中に含まれるダイオキシン類を分離して除去する方法において、目標とするダイオキシン類残存比及び処理水のＳＳ濃度を定め、原水のＳＳ濃度に基づいて凝集剤添加率を決定する方法に関する。
【０００７】
より具体的には、本発明は、目標とするダイオキシン類残存比及び処理水のＳＳ濃度を定め、下式Ａ：
【０００８】
【式３】
0003645195.tif 000002
【０００９】
（上式中、Ｃは凝集剤添加率(mg/L)；ηは目標とするダイオキシン類残存比；ＳＳinfは原水のＳＳ濃度(mg/L)；ＳＳeffは目標とする処理水のＳＳ濃度(mg/L)；αは凝集剤のＳＳ転換比；である）
にしたがって凝集剤添加率を決定する方法に関する。
【００１０】
また、本発明者らは、更に、上記のようにして求められた添加率で凝集剤を用いた際に、生成汚泥中のダイオキシン類の濃度の推定値を算出できることをも見出した。即ち、本発明の他の態様は、上記に記載の方法に従って排水から分離された生成汚泥中のダイオキシン濃度を、下式Ｂ：
【００１１】
【式４】
0003645195.tif 000003
【００１２】
（上式中、βは生成汚泥中のダイオキシン類濃度(ng/g)；Ｄinf／は原水の全ダイオキシン類濃度(pg/L)；ＳＳinfは原水のＳＳ濃度(mg/L)；αは凝集剤のＳＳ転換比；Ｃは凝集剤添加率(mg/L)；である）
に従って推定する方法に関する。
【００１３】
なお、上式において、凝集剤のＳＳ転換比αとは、排水中に加えた凝集剤が凝集処理後に排水から汚泥中に移行する割合を示し、個々の凝集剤がそれぞれの固有の値を有している。また、ダイオキシン類残存比ηとは、凝集処理によって目標とする処理水中のダイオキシン類濃度Ｄeffと排水原水中のダイオキシン類濃度Ｄinfとの比Ｄeff／Ｄinfを示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る理論を説明する。
排水中に含まれるダイオキシン類は、一般にＳＳ性と非ＳＳ性に区分される。ここで、ＳＳとは懸濁物質(suspended solids)の意味である。ＳＳ性物質とは１μm以上の大きさの懸濁粒子中に存在するもので、非ＳＳ性物質とは孔径１μmの濾紙による濾液中に存在する物質を示している。排水に凝集剤を添加して適切な凝集処理を行うと、ナノメートルレベル以上のコロイド粒子が凝集フロックに取り込まれるので、ＳＳ性物質は勿論のこと、非ＳＳ性物質の一部も分離除去されることが知られている。
【００１５】
本発明は、ダイオキシン類の性状を考慮して、上記に述べたコロイド粒子除去機構を利用したものである。具体的には、本発明者らの研究によって、ダイオキシン類は水に殆ど溶解せず、ダイオキシン類の非ＳＳ性成分の大部分は、凝集処理を行った後はコロイド粒子中に存在することが分かった。本発明者らの焼却炉スクラバー排水を用いた実験により、排水原水中には３０％程度の非ＳＳ性ダイオキシン類が含まれていたが、凝集剤を添加して適切な凝集処理を行った後の処理水中には、非ＳＳ性ダイオキシン類は殆ど存在せず、処理水中に含まれているダイオキシン類は殆どがＳＳ性ダイオキシン類であることが見出された。なお、凝集条件に不備があって良好な凝集フロックを形成できない場合にはこの限りではない。
【００１６】
以上のことは、凝集理論から次のように解釈することができる。つまり、ダイオキシン類を含む排水に凝集剤を添加して凝集処理を行うと、１nm以上のコロイド粒子が凝集フロックに容易に吸着されて固液分離可能なフロックを形成することによって、非ＳＳ性のダイオキシン類は固形物（ＳＳ）の方に移行する。なお、ダイオキシン類は、それ自身の分子量の大きさと、疎水性であることから、１nm以下の状態で存在することは、事実上困難である。
【００１７】
本発明者らは、以上の原理に基づいて排水中の物質収支式を導くと上記Ａ式が得られることを見出した。更に、処理水中に非ＳＳ性ダイオキシン類が殆ど存在しないことを前提とすると、マスバランスから、凝集処理によって生じる汚泥中のダイオキシン類の濃度も上記Ｂ式によって容易に推定することができることも見出した。これは廃棄物処理を考える上でも非常に有用である。
【００１８】
排水原水、凝集処理後の処理水、及び凝集処理によって得られた汚泥のそれぞれについて、水量（容量）を、Ｑinf[L]、Ｑeff[L]、Ｑs[L]；ＳＳを、ＳＳinf[mg/L]、ＳＳeff[mg/L]、ＳＳs[mg/L]；全ダイオキシン類濃度を、Ｄinf[pg/L]、Ｄeff[pg/L]、Ｄs[pg/L]；また、排水原水、凝集処理後の処理水のそれぞれについて、ＳＳ性ダイオキシン類濃度を、Ｄinf(SS)[pg/L]、Ｄeff(SS)[pg/L]；非ＳＳ性ダイオキシン類濃度を、Ｄinf(n-S)[pg/L]、Ｄeff(n-S)[pg/L]；とする。なお、ここで、ＳＳ性ダイオキシン類とは１μmフィルタを通過不可のダイオキシン類を示し、非ＳＳ性ダイオキシン類とは１μmフィルタ濾過液中のダイオキシン類を示す。
【００１９】
また、この凝集処理に必要な凝集剤の添加量をＣ[mg/L]、凝集剤の汚泥（ＳＳ）転換比をαとする。これらの関係を図１に示す。
系のＳＳの物質収支は、次式(1)で表される。
【００２０】
【式５】
0003645195.tif 000004
【００２１】
また、ダイオキシン類（ＤＸＮ）の物質収支は、次式(2)で表される。
【００２２】
【式６】
0003645195.tif 000005
【００２３】
また、
【００２４】
【式７】
0003645195.tif 000006
【００２５】
式(3)に式(2)を代入すると、
【００２６】
【式８】
0003645195.tif 000007
【００２７】
ここで、凝集剤添加後のＳＳ（汚泥）中のＤＸＮ含有率をβ[ng/g]とすると、
【００２８】
【式９】
0003645195.tif 000008
【００２９】
式(5)、(6)を式(4)に代入すると、
【００３０】
【式１０】
0003645195.tif 000009
【００３１】
式(7)に式(1)を代入すると、
【００３２】
【式１１】
0003645195.tif 000010
【００３３】
ここで、
【００３４】
【式１２】
0003645195.tif 000011
【００３５】
であるので、
【００３６】
【式１３】
0003645195.tif 000012
【００３７】
ダイオキシン類（ＤＸＮ）の残存比をηとすると、
【００３８】
【式１４】
0003645195.tif 000013
【００３９】
したがって、凝集処理によって目標とするダイオキシン類残存比（η）及び処理水のＳＳ濃度（ＳＳeff)(mg/L)を定めれば、これらの数値と、排水原水のＳＳ濃度（ＳＳinf)(mg/L)及び用いる凝集剤のＳＳ転換比（α）とを上式Ａに代入すれば、凝集剤の最適添加率Ｃ(mg/L)を算出することができる。
【００４０】
また、式(9)より、
【００４１】
【式１５】
0003645195.tif 000014
【００４２】
よって、ダイオキシン類濃度（Ｄinf)(pg/L)の排水原水に、上記で求めた添加率Ｃで凝集剤を添加して凝集処理を行った場合に、得られる汚泥中に含まれるダイオキシン類の濃度（推定値）は、各数値を上式Ｂに代入することによって算出することができる。
【００４３】
以上のことから、本発明によれば、凝集処理によって排水中のダイオキシン類を分離除去する方法において、予め目標とするダイオキシン類残存比及び目標とする処理水ＳＳを設定すれば、これらの数値を、原水ＳＳ（測定によって求めることができる）及び凝集剤のＳＳ転換比（個々の凝集剤に固有であり、用いる凝集剤を決定すれば定まる）と共に上式Ａに代入すれば、設定された目標値を達成するために最適の凝集剤の添加率を求めることができ、有効な凝集処理が図れる。特に、かかる本発明方法によれば、排水原水中のダイオキシン濃度を測定することなく、凝集剤添加率を算出することができるので、処理の際に時間のかかるダイオキシン濃度測定を行う必要がなく、迅速且つ簡便に処理条件を決定することが可能になる。更に、上式Ｂによって、生成される汚泥のダイオキシン類濃度を推定することができ、その後の廃棄物処理プロセスを考慮する上で極めて有用である。
【００４４】
本発明において用いることのできる凝集剤としては、無機凝集剤、高分子凝集剤及びこれらの組み合わせからなる群より選択される凝集剤を用いることができる。具体的には、ＦｅＣｌ3、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ポリ鉄（ポリ硫酸第２鉄）、硫酸第１鉄などの無機凝集剤、ポリジアルキルアミノエチルメタクリレート等のカチオン系高分子凝集剤を好ましく挙げることができる。
【００４５】
凝集剤のＳＳ転換比は、個々の凝集剤について化学量論的に算出することもできるし、或いは実験で求めることもできる。例えば、凝集剤としてＰＡＣを用いる場合、ＰＡＣ中のアルミニウムが水酸化アルミニウムになると考えると、ＰＡＣのＳＳ転換比は、以下の式により０．１５３と算出される。
【００４６】
【式１６】
0003645195.tif 000015
【００４７】
また、凝集剤としてＦｅＣｌ3を用いる場合、ＳＳ転換比は、下式によって０．６６と算出される。
【００４８】
【式１７】
0003645195.tif 000016
【００４９】
また、実験で凝集剤のＳＳ転換比を求める場合には、例えば、凝集剤を添加した後の総ＳＳから原水のＳＳを減じることによって求めることができる。
なお、フロックの沈降分離を更に容易にするために、ポリビニルスルホン酸塩、ポリアクリルアミド加水分解物等のアニオン系高分子凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等のノニオン系高分子凝集剤、アルギン酸ソーダなどの凝集助剤を併用することもできる。
【００５０】
本発明に係る方法によって凝集した固形物を排水から固液分離によって除去する手段としては、沈殿、浮上、濾過、膜処理などの当該技術において周知の単位操作を挙げることができ、これらの単位操作を適宜組合せて用いることもできる。分離されたダイオキシン類を含む汚泥は、焼却溶融処理などの当該技術において周知の廃棄処分を施すことができる。
【００５１】
なお、本発明は、上記の技術思想に基づいてダイオキシン類を含む排水を処理する装置をも提供する。即ち、本発明の他の態様は、ダイオキシン類を含む排水を凝集処理する装置であって、
排水原水のＳＳ濃度を測定する手段；
測定された原水のＳＳ濃度に基づいて算出された、目標とするダイオキシン類残存比及び処理水のＳＳ濃度を達成するのに必要な量の凝集剤を排水原水中に加える手段；
を具備することを特徴とする装置に関する。
【００５２】
【実施例】
実施例１
廃棄物最終処分場の浸出水に対して、本発明方法による凝集沈殿法によってダイオキシン類の分離除去処理を行った。処理原水の水質は、ＳＳが１６０mg/L、全ダイオキシン類（ＤＸＮ）濃度が２１０pg/Lであった。目標とする処理水ＳＳを７mg/L、目標とする処理水中の全ＤＸＮ濃度を５pg/L（ＤＸＮ残存比は０．０２３８）と設定した。凝集剤としてはＰＡＣを用いた。ＰＡＣのＳＳ転換比は、上記に説明したようにＰＡＣ中のアルミニウムが水酸化アルミニウムになるとして化学量論的に求めると０．１５３であった。これらの数値を式Ａに代入したところ、凝集剤添加率は８７６mg/Lと算出された。また、上記各数値を式Ｂに代入したところ、生成される汚泥中のＤＸＮ含有率は０．７１ng/gと予測された。
【００５３】
上記の計算に基づいて、９００mg/LのＰＡＣ凝集剤と２mg/Lのポリマー（有機高分子凝集剤：エバグロースＡ−１５１（アニオン系）、エバグロースＮ−８００（ノニオン系））を排水中に投入し、凝沈水面積負荷量２８m/dで凝集処理を行った。
【００５４】
処理水の水質を測定したところ、ＳＳは５．７mg/L、全ＤＸＮは３．７pg/Lで、ほぼ目標値と同等の値が達成された。ＤＸＮの除去率は９８．２％であった。また、生成した汚泥のＤＸＮ濃度を測定したところ、０．８３ng/gで予測値とほぼ同等であった。条件及び結果を表１に要約する。
【００５５】
実施例２
実施例１と同一の排水原水に対して、凝集処理の後に濾過処理を行って浄化レベルを上げた処理を行った。濾過処理としては、有効径０．８mmの砂を濾材として用いた。目標とする処理水ＳＳを２mg/L、目標とする処理水ＤＸＮ濃度を２pg/L（ＤＸＮ残存比は０．００９５２）と設定した。凝集剤としては、実施例１と同じくＰＡＣを用いた。各数値を式Ａに代入したところ、凝集剤添加率は３２７mg/Lと算出された。
【００５６】
上記の計算に基づいて、３５０mg/LのＰＡＣ凝集剤と１mg/Lのポリマー（有機高分子凝集剤）を排水中に投入し、凝沈水面積負荷量２８m/dで凝集処理を行った。濾過は濾過速度１１０m/dで行った。
【００５７】
処理水の水質を測定したところ、ＳＳは１．３mg/L、全ＤＸＮは１．５pg/Lで、ほぼ目標値と同等の値が達成された。ＤＸＮの除去率は９９．３％であった。条件及び結果を表１に要約する。
【００５８】
実施例３
焼却場のスクラバー排水に対して本発明方法による凝集沈殿法によってダイオキシン類の分離除去処理を行った。処理原水の水質は、ＳＳが１１０mg/L、全ダイオキシン類（ＤＸＮ）濃度が１３００pg/Lであった。目標とする処理水ＳＳを７mg/L、目標とする処理水中のＤＸＮ濃度を５pg/L（ＤＸＮ残存比は０．００３８５）と設定した。凝集剤としてはＦｅＣｌ3を用いた。ＦｅＣｌ3のＳＳ転換比は、上記に説明したように０．６６であった。これらの数値を式Ａに代入したところ、凝集剤添加率は２５８８mg/Lと算出された。
【００５９】
上記の計算に基づいて、２６００mg/LのＦｅＣｌ2凝集剤と２mg/Lのポリマー（有機高分子凝集剤）を排水中に投入し、凝沈水面積負荷量２５m/dで凝集処理を行った。
【００６０】
処理水の水質を測定したところ、ＳＳは７mg/L、全ＤＸＮは４．２pg/Lで、ほぼ目標値と同等の値が達成された。ＤＸＮの除去率は９９．７％であった。条件及び結果を表１に要約する。
【００６１】
【表１】
0003645195.tif 000017
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、凝集処理によって排水中のダイオキシン類を分離除去する方法において、目標とするダイオキシン類残存比及び目標とする処理水ＳＳを設定することにより、最適の凝集剤の添加率を計算で求めることができ、従来の経験則に基づいた処理法に比べてより有効な凝集処理を図ることが可能になる。特に、本発明方法によれば、時間のかかるダイオキシン濃度測定を行う必要なしに、迅速且つ簡便に処理条件（凝集剤添加率）を決定することが可能になる。更に、生成される汚泥のダイオキシン類濃度も推定することができ、その後の廃棄物処理プロセスを考慮する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物質収支式における各記号の意味を説明する図である。
【図１】
0003645195.tif 000020