(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、
アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、
該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、
該金属イオン含有排水のｐＨが３未満である場合に、アルカリと該排水とが反応して生成する不溶化物の量を、該排水の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を特徴とする金属イオン含有排水の処理方法。
【請求項２】
金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、
アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、
該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、
該金属イオン含有排水のｐＨが３未満である場合に、予備中和槽を設置して、この予備中和槽でｐＨを予めｐＨ３に調節した前記排水を採取して、ｐＨ８．５まで調節するのに要したアルカリ量から、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量を算出することを特徴とする金属イオン含有排水の処理方法。
【請求項３】
金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、
アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、
該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、
該金属イオン含有排水のｐＨが３以上である場合に、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量を、前記排水のｐＨが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を特徴とする金属イオン含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は金属イオン含有排水の処理方法に係り、特に、金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリはこの分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として被処理排水に添加する方法であって、アルカリと混合する分離汚泥の固形物量を、アルカリと被処理排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、該不溶化物の量を容易に算出して安定かつ確実な処理を行なう方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、アルカリ汚泥法がある。この方法は、金属イオン含有排水にアルカリを直接添加せずに、排水の処理で分離される汚泥の一部と混合して添加する方法である（特公昭６１−１５６号公報）。
【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一定の範囲に維持することが必要である。しかして、本出願人は、先に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倍とする重金属含有廃水の処理方法を提案した（特開平５−５７２９２号公報）。
【０００４】
なお、本明細書において、原水である金属イオン含有排水の中和によって生成するＳＳ量（以下、単に「生成ＳＳ」と称する場合がある。）と返送汚泥量の比を「返送比」と表記する。具体的には、下記式（１）に示す因子を計測して返送比を算出する。
【０００５】
【数１】
0003658775.tif 000002
【０００６】
上記式（１）からも明らかなように、この返送比を一定の範囲内に維持するためには、原水中の金属イオンの濃度変化に対応して返送汚泥の量を制御することが必要である。
【０００７】
従来、原水中の重金属イオン濃度は、原水の少量を分取してｐＨを中和し、その時に生成した水酸化物の濃度を汚泥濃度計を用いて計測することにより求めていた。
【０００８】
なお、金属イオン含有排水の処理方法の他の従来技術として、酸性鉄イオン含有液にアルカリを添加して予め鉱酸を中和した後、返送汚泥とアルカリとの混合物を添加して鉄イオンを不溶化し沈殿分離する方法が提案されているが（特公昭５５−１９６４３号公報）、この方法では返送汚泥量を制御することは考慮されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来法において、汚泥濃度の計測には、光透過式の汚泥濃度計や超音波式の汚泥濃度計が用いられるが、生成した汚泥がセンサー部に付着して測定誤差を引き起こすため、清掃や計器校正などのメンテナンスが頻繁に必要であった。この清掃や計器校正などのメンテナンスを怠ると、原水中の金属イオン濃度の変化に返送汚泥量が追従できなくなり、返送比を一定の範囲に維持することができなくなる。このため、処理水質が悪化したり、或いは高濃度で脱水性に優れた汚泥が安定して得られないといった不具合を生じる。
【００１０】
一方、返送比を一定の範囲内に維持するためには、返送汚泥の濃度を計測することも必要であるが、立ち上げ運転時を除いた場合、返送汚泥の濃度の変動は少ないので、従来と同様の方法で計測しても、計器校正などのメンテナンスで頻繁に行う必要はない。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、アルカリ汚泥法により金属イオン含有排水を処理するにあたり、汚泥濃度計を用いることなく、原水の中和により生成するＳＳ量を容易に算出することにより返送比を所定の値に維持し、脱水性に優れた高濃度汚泥を得ると共に清澄な高水質処理水を安定かつ確実に得ることができる金属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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の金属イオン含有排水の処理方法は、金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、該金属イオン含有排水のｐＨが３未満である場合に、アルカリと該排水とが反応して生成する不溶化物の量を、該排水の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を特徴とする。
請求項２の金属イオン含有排水の処理方法は、金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、該金属イオン含有排水のｐＨが３未満である場合に、予備中和槽を設置して、この予備中和槽でｐＨを予めｐＨ３に調節した前記排水を採取して、ｐＨ８．５まで調節するのに要したアルカリ量から、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量を算出することを特徴とする。
請求項３の金属イオン含有排水の処理方法は、金属イオン含有排水にアルカリを添加して不溶化物を生成させ、これを汚泥として処理水と分離し、アルカリは前記分離した汚泥の一部と混合して得られる混合物として前記排水に添加する方法であって、アルカリと混合する前記分離した汚泥の固形物量を、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量の所定倍にする方法において、該金属イオン含有排水が、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水であり、該金属イオン含有排水のｐＨが３以上である場合に、アルカリと前記排水とが反応して生成する不溶化物の量を、前記排水のｐＨが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を特徴とする。
ｐＨ８．５付近とは、ｐＨ８．５±０．５の意であり、たいていの金属イオンはこのｐＨで不溶化できる。
【００１３】
【作用】
本発明は、ｐＨ滴定に使用されたアルカリ量から金属イオン濃度を求め、これにより中和時に処理対象排水中から生成するＳＳ（水酸化物）濃度を求めようとするものである。
【００１４】
本発明において処理対象とされる金属イオン含有排水は、鉄鋼の酸洗排水、鋼板の電気亜鉛メッキ排水やそれらの工程からの洗浄排水である。これらの排水は金属イオンの他に、酸洗浄やメッキ工程で完全に使用されずに残留した硫酸や塩酸などが遊離酸の形で含まれており、単にｐＨ滴定に使用されるアルカリ量のみでは金属イオンの量は求められない。
【００１５】
そこで、処理対象排水の一定量を採取し、まず、そのｐＨを３．０まで調節するのに要したアルカリ量を求める（以下、このｐＨ３に調整する処理を「予備滴定」と称する場合がある。）。この予備滴定に要したアルカリ消費量を、原水中に含まれる遊離酸の中和に使用されるものとする。
【００１６】
遊離酸として硫酸を９８０ｍｇ／ｌの濃度で含む合成排水のｐＨ滴定曲線を図１に示す。図１の曲線の立ち上がりの状態から、ｐＨ３で遊離酸の中和反応が終了していることが判る。
【００１７】
従って、ｐＨ３から８．５付近に到る中和処理に使用されたアルカリ量が、金属イオンと反応してその不溶化に使用された量となる。
【００１８】
例えば、処理対象排水中の金属イオンがＦｅ2+であれば、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）による中和で生成するＳＳ量は、ｐＨ３から８．５付近に到る中和処理に使用されたアルカリ量から次のような反応式のもとに、下記式（２）より求めることができる。
【００１９】
【数２】
0003658775.tif 000003
【００２０】
以下、この発生ＳＳ濃度の算出のためにＮａＯＨの必要量（ｍｇ−ＮａＯＨ／ｌ）に乗ずる数を「ＳＳ係数」と称する場合がある。このＳＳ係数は、金属イオンの種類によって異なり、上記の如く、Ｆｅ2+の場合は０．８９であるが、その他の主な金属イオンのＳＳ係数は下記表１の通りである。
【００２１】
【表１】
0003658775.tif 000004
【００２２】
このようにして算出した生成ＳＳ濃度に対応して、汚泥返送ポンプの吐出量を制御して、返送比が８〜４０となるように必要な量の汚泥を返送することにより、常に安定かつ確実に高濃度で脱水性に優れた汚泥を得ると共に、良好な処理水の水質を維持することができる。
【００２３】
なお、本発明において、金属イオン含有排水のｐＨが３から８．５付近になるまでに要するアルカリ使用量の具体的な測定方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
【００２４】
処理対象排水の一定量（例えば、１０リットル）を採取し、これを濃度が既知のアルカリ（例えば、１０重量％苛性ソーダ水溶液）を使用してｐＨ滴定を行う。この時のアルカリの必要量を、例えば、当該苛性ソーダ水溶液の液量の減少量や薬注用定量ポンプの稼働時間から求める。まず、排水をｐＨ３までに中和して予備滴定に必要なアルカリ量を計測する。排水のｐＨが３以上の場合は、該排水中に遊離の酸が含まれていないのであるから、予備滴定の工程は必要ない。次いで、この液をｐＨ８．５まで調整し、この調整に要したアルカリ量を、同じ方法によって計測する。このアルカリ量から予備滴定に要するアルカリ量を差し引いて（排水がｐＨ３以上の場合は、この必要はない）、ｐＨ３から８．５付近に到る中和処理に使用されたアルカリ量を求める。
【００２５】
或いは、後述の図２に示す如く、予備中和槽を設置して、この予備中和槽でｐＨを予めｐＨ３に調節した原水を採取して、ｐＨ８．５まで調節するのに要したアルカリ量を求めても良い。
【００２６】
【実施例】
以下に図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２７】
図２は本発明の金属イオン含有排水の処理方法の一実施例を示す系統図である。図２において、１は原水槽、２は予備中和槽、３は中和槽、４は凝集槽、５は沈殿槽、６は反応槽、７はアルカリ貯槽、８はポリマー槽、９はｐＨ滴定装置、１０は制御装置、３０は汚泥濃度計である。また、２Ａ，３Ａ，４Ａ，６Ａは攪拌機、２Ｂ，３ＢはｐＨ計、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6 はポンプ、Ｖはバルブ、Ｆ1 ，Ｆ2 は流量計、１１〜２５の各符号は配管である。
【００２８】
本実施例の方法において、原水である金属イオン含有排水は、配管１１、原水槽１及び配管１２を経て予備中和槽２に導入される。この原水の流入量は流量計Ｆ1 で計測され、測定値は制御装置１０に入力される。予備中和槽２において、原水は、アルカリ貯槽７より配管２１を経て注入される消石灰等のアルカリによりｐＨ３に調整される。即ち、予備中和槽２のｐＨ計２Ｂは、アルカリ供給ポンプＰ2 に連動し、槽内液のｐＨが３になるように、配管２１よりアルカリが注入される。
【００２９】
予備中和槽２の流出水は、配管１３より中和槽３に導入されるが、この流出水又は予備中和槽２内の液の一定量が配管２２より抜き出され、ｐＨ滴定装置９内の反応槽に採取される。ｐＨ滴定装置９では、採取したｐＨ３の液を濃度が既知のアルカリ（例えば１０重量％苛性ソーダ水溶液）を用いてｐＨ滴定し、ｐＨ８．５に調整するのに要するアルカリ量を、滴定用アルカリ液量の減少量や薬注用定量ポンプの稼働時間等から求める。ｐＨ滴定装置９で計測されたアルカリ量の測定値は制御装置１０に入力される。
【００３０】
一方、中和槽３には、反応槽６にて配管１７からの返送汚泥と配管２０を経てアルカリ貯槽７から送給されるアルカリとが混合されて調製された混合物（以下「アルカリ汚泥」と称す。）が、配管２４より供給されている。この中和槽３のｐＨ計３Ｂは、アルカリ供給ポンプＰ3 に連動し、アルカリ汚泥の添加により槽内液が好ましくはｐＨ６．５〜７．５となるように、制御されている。
【００３１】
中和槽３の流出液は、配管１４より凝集槽４に導入され、ポリマー槽８より配管２５を経て注入されるポリマーにより凝集処理される。このポリマー注入量は通常の場合１〜５ｐｐｍ程度とされる。
【００３２】
凝集処理液は次いで配管１５より沈殿槽５に導入され、固液分離される。分離水は処理水として配管１６より系外へ排出され、沈降汚泥の一部は配管１８を経て系外へ排出され、残部は配管１７より反応槽６に返送される。
【００３３】
この返送汚泥の濃度は汚泥返送配管１７に設けられた汚泥濃度計３０で測定される。即ち、汚泥返送配管１７より、返送汚泥の一部が配管１８より抜き出され、汚泥濃度計３０で濃度測定された後、配管１９より反応槽６に注入される。
【００３４】
この汚泥濃度計の測定値は制御装置１０に入力される。また、返送汚泥流量は汚泥返送配管１７に設けられた流量計Ｆ2 で測定され、測定値は制御装置１０に入力される。
【００３５】
制御装置１０では、ｐＨ滴定装置９から入力されるｐＨ３に調整された原水をｐＨ８．５に調整するに必要なアルカリ量から、前述のＳＳ係数を用いて原水中の金属イオンから生成するＳＳ濃度を算出する。そして、算出された生成ＳＳ濃度、汚泥濃度計３０から入力される返送汚泥濃度、流量計Ｆ2 から入力される返送汚泥流量及び流量計Ｆ1 から入力される原水流量を、前記式（１）に入力して返送比を算出し、この返送比が所定値、例えば１５〜４０となるように汚泥返送ポンプＰ4 の吐出量の制御信号を出力する。
【００３６】
これにより、従来の如く、汚泥濃度計を用いることなく、従って、汚泥濃度計の煩雑なメンテナンスや計器校正などを必要とすることなく、原水の中和で生成するＳＳ量を容易に求めることができ、この生成ＳＳ量を用いて、返送比を所定値に確実に維持することができる。
【００３７】
なお、本発明において、処理対象となる金属イオン含有排水としては、重金属イオンや、重金属とキレート剤との重金属錯体等を含む排水であり、例えばメッキ排水などが挙げられる。重金属としては、銅、亜鉛、ニッケル、カドミウム、マンガン、鉛、鉄等がある。
【００３８】
また、これらの排水に添加するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、消石灰等のアルカリ剤が挙げられ、ポリマーとしてはポリアクリルアミド、その部分加水分解物等が挙げられる。
【００３９】
以下に具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００４０】
実施例１
図２に示す本発明の方法に従って、下記水質の鋼板の酸洗廃水の処理を行った。なお、この原水を中和した時の生成ＳＳ濃度は４８０〜１３００ｍｇ／ｌであった。
【００４１】
原水水質
ｐＨ    ：２．２〜２．７
Ｆｅ    ：２２０〜５５０ｍｇ／ｌ
Ｈ2 ＳＯ4 ：２８０〜６５０ｍｇ／ｌ
ｐＨ滴定用のアルカリとしては１００ｇ／ｌの苛性ソーダ水溶液を用い、ｐＨ滴定装置（ｐＨ滴定装置の反応槽容積：１０リットル）のｐＨ調節計に連動して、定量ポンプで注入した。定量ポンプの単位時間あたりの吐出量を予め測定しておき、定量ポンプの稼働時間から、苛性ソーダの使用量を算出した。
【００４２】
本発明による方法によって求めたＳＳ濃度（計算値）と、実際に原水を中和した時に発生したＳＳ濃度を実測した測定値の関係を図３に示す。図３より、中和滴定のアルカリ量から算出したＳＳ濃度と、実際の発生ＳＳ濃度とは極めて高い相関関係があることが判る。
【００４３】
また、本発明による方法によって求めた原水ＳＳ濃度（計算値）を基に、返送比を１２〜１５となるように調節して運転したアルカリ汚泥法の返送汚泥濃度の経時変化を図４に示す。
【００４４】
図４より、次のことが明らかである。即ち、運転開始直後は、通常の中和法に近い状態の汚泥であるので、汚泥濃度は３〜５％程度である。処理を継続するに従って汚泥の改質が進行し、圧密性の高い汚泥となる。汚泥濃度が２００ｇ／ｌ（２０％）を超えると、沈澱槽の汚泥かき寄せ用のレーキや、排泥ポンプに大きな負荷がかかり、運転に不都合が生じるので、排泥濃度が１５〜１６％を超えない様に、排泥量を調節した。このため、図４の汚泥濃度（返送汚泥濃度）は１５〜１６％が上限になっている。なお、沈澱槽からの排泥は、汚泥の返送と同じ配管から分岐しているため、返送汚泥濃度と排泥濃度は等しい。
【００４５】
この運転において、運転開始５日後から１０日後までの間に得られた処理水の水質はＦｅ  １ｍｇ／ｌ以下，ＳＳ  ５ｍｇ／ｌ以下であり、極めて良好な処理水を安定に得ることができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の金属イオン含有排水の処理方法によれば、金属イオン含有排水をアルカリ汚泥法で処理するに当り、原水の中和によって発生するＳＳの量を簡単な方法によって算出することができることから、この計算により求めた生成ＳＳ量をもとに返送比を所定の値に維持し、脱水性に優れた高濃度汚泥を得ると共に、清澄な高水質処理水を安定かつ確実に得ることができる。
【００４７】
特に、本発明によれば、原水の中和によって生成するＳＳ濃度を汚泥濃度計で直接計測する必要がないため、汚泥濃度計のセンサー部の頻繁な清掃や計器校正などのメンテナンスが全く不要となり、運転管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成排水のｐＨ滴定曲線を示すグラフである。
【図２】本発明の金属イオン含有排水の処理方法の一実施例を示す系統図である。
【図３】実施例１におけるＳＳ濃度の実測値と計算値との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１における返送汚泥濃度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原水槽
２  予備中和槽
３  中和槽
４  凝集槽
５  沈殿槽
６  反応槽
７  アルカリ貯槽
８  ポリマー槽
９  ｐＨ滴定装置
１０  制御装置
３０  汚泥濃度計
【図１】
0003658775.tif 000005
【図２】
0003658775.tif 000006
【図３】
0003658775.tif 000007
【図４】
0003658775.tif 000008