(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグを埋立てに用いた埋立場からの浸出水（原水）の浄化を行う鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法であって、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理した後、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させた後、固液分離する工程を有し、かつ、上記高分子凝集剤を添加する前に、被処理水に散気管から曝気空気量０．１〜０．６ｍ3／（ｍ2・ｍｉｎ）の範囲内で空気を送って散気処理を行うことを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法。
【請求項２】
鉄鋼スラグを埋立てに用いた埋立場からの浸出水（原水）の浄化を行う鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法であって、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を、添加量が１，５００ｍｇ／Ｌ以上であるように添加して酸化処理した後、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させた後、固液分離する工程を有し、かつ、上記高分子凝集剤を添加する前に、被処理水に散気管から空気を送って散気処理を行うことを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法。
【請求項３】
鉄鋼スラグを埋立てに用いた埋立場からの浸出水（原水）の浄化を行う鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法であって、前記原水中のアンモニア態窒素の量が３〜１０ｍｇ／Ｌであり、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理した後、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させた後、固液分離する工程を有し、かつ、上記高分子凝集剤を添加する前に、被処理水に散気管から空気を送って散気処理を行うことを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法。
【請求項４】
鉄鋼スラグを埋立てに用いた埋立場からの浸出水（原水）の浄化を行う際に、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理した後、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させた後、固液分離する工程を有し、かつ、上記高分子凝集剤を添加する前に、被処理水に散気管から空気を送って散気処理をする、鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置であって、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理をするための酸化処理槽と、該酸化処理槽の下流側に配置された被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理をするための凝集処理槽とを有し、かつ、上記酸化処理槽と凝集処理槽との間に、被処理水に散気管から空気を送り、散気処理を行うための混合槽が配置されてなることを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグ埋立場浸出水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）の処理工程においてフロックの浮上や白濁を生じることなく、固形物（凝集物）の沈降分離性を向上させ、装置のコンパクト化、処理水の水質向上を達成できるスラグ埋立場浸出水の浄化処理方法、及び、浄化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼スラグは、鉄の製造過程で大量に副生されるものであって、高炉で銑鉄を作る際に生成される高炉スラグや、鋼を作る際に生成される製鋼スラグ等がある。これらの鉄鋼スラグは、そのすべてがリサイクルされており、例えば、セメント用途、各種骨材等として広く使用され、一部、埋立て用としても利用されている。
【０００３】
鉄鋼スラグの成分は、普通の岩石や鉱石の成分に類似しており、石灰（ＣａＯ）、シリカ（ＳｉＯ2）が主成分であり、水に接するとスラグ中の石灰（ＣａＯ）がわずかに溶出し、アルカリ性を呈する。また、微量のシリカ（ＳｉＯ2）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の溶出により表面に緻密な水和生成物を形成し、これがスラグの粒子をつなぐ結合材となって時間とともに硬化する性質（水硬性）を持つ。また、鉄鋼製造では、炭素や窒素やリンや硫黄分等の不純物をスラグへと移行させ、これらの成分の除去を行っているため、スラグにはこれらの成分も含有されている。上記したような特性をもつため、鉄鋼スラグを埋め立てに用いた場合には、地下水や雨水によって無機物或いは有機物が溶出するおそれがある。鉄鋼スラグを埋立てに用いた場合、埋立地内からの浸出水は、例えば、チオ硫酸イオン等のＣＯＤ成分を含むため、そのまま排出することはできない場合が多い。この場合には、放流する前に排水中のＣＯＤ成分を浄化処理して排水基準に適合させることが要求されるため、ＣＯＤ成分を効率よく処理する方法について様々な提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２９６４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の状況下、本発明者らは、鉄鋼スラグの埋立地内に井戸を設けて浸出水を溜め、これを浄化処理してから排出する場合に、スラグ埋立場浸出水（原水）に次亜塩素酸を添加して酸化処理を行った後、最終的に、無機凝集剤及び高分子凝集剤を用いて凝集処理して排水中の懸濁物（ＳＳ）を凝集し、沈殿槽で、固形物（懸濁物）を沈降分離させて浄化することがＣＯＤ値の低減に有効であることを模擬試験で確認した。しかしながら、実際に、鉄鋼スラグによって埋立地内で上記した処理を行ったところ、沈殿槽に、浮上フロックの発生や白濁の発生が生じるという問題があることがわかった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、鉄鋼スラグを埋立てに利用した場合に生じる鉄鋼スラグからの浸出水の浄化処理技術を向上させて、確実なものとすることで、環境汚染を生じることなく、鉄鋼スラグを埋立てに有効利用でき、環境保護及び資源保護にも資する、経済的な鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法及び処理装置を提供することにある。特に、本発明の目的は、酸化剤として次亜塩素酸（ＮａＯＣｌ）を用いる特有の構成からなる鉄鋼スラグ埋立場浸出水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）の処理工程において生じる、フロックの浮上や白濁の発生を抑制して、固形物（凝集物）の沈降分離性を向上させ、装置のコンパクト化、処理水の水質向上を達成できるスラグ埋立場浸出水の浄化処理方法及び処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、鉄鋼スラグを埋立てに用いた埋立場からの浸出水（原水）の浄化を行う鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法であって、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理した後、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させた後に、固液分離する工程を有し、かつ、上記高分子凝集剤を添加する前に、被処理水に散気管から空気を送って散気処理を行うことを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法である。
【０００８】
その好ましい形態としては、上記散気処理を、曝気空気量０．１〜０．６ｍ3／（ｍ2・ｍｉｎ）の範囲内で行うこと、上記次亜塩素酸の添加量が１，５００ｍｇ／Ｌ以上であること、或いは、上記原水中のアンモニア態窒素の量が３〜１０ｍｇ／Ｌであることが挙げられる。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、上記いずれかの鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法を実施するための浄化装置であって、少なくとも、被処理水である原水に次亜塩素酸を添加して酸化処理をするための酸化処理槽と、該酸化処理槽の下流側に配置された被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理をするための凝集処理槽とを有し、かつ、上記酸化処理槽と凝集処理槽との間に、被処理水に散気管から空気を送り、散気処理を行うための混合槽が配置されてなることを特徴とする鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鉄鋼スラグを埋立てに利用した場合に生じる鉄鋼スラグからの浸出水の浄化処理技術を向上させることで、環境汚染を生じることなく、鉄鋼スラグを埋立てに有効利用できる、環境保護及び資源保護にも資する、経済的な鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法及び処理装置が提供される。特に、鉄鋼スラグ埋立場浸出水のＣＯＤの処理工程において、フロックの浮上や白濁を生じることなく、散気管からの曝気という簡便な手段で固形物（凝集物）の沈降分離性を向上させ、装置のコンパクト化、処理水の水質向上を達成できる実用価値の高いスラグ埋立場浸出水の浄化処理方法及び処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を説明するための模式図である。
【図２】ビーカー試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、好ましい実施の形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。本発明者らは、上記した課題を解決すべく鋭意検討を行った。まず、本発明の鉄鋼スラグ埋立場浸出水の浄化処理方法の基本構成について、図１を参照しながら説明する。前記したように、鉄鋼スラグの成分は、普通の岩石、鉱石の成分に類似しており、水に接するとスラグ中の石灰（ＣａＯ）がわずかに溶出し、アルカリ性を呈する。このため、鉄鋼スラグ埋立場からの浸出水は、アルカリ性となっているので、最初に塩酸等の中和剤で中和処理する。次に、次亜塩素酸（ＮａＯＣｌ）を添加して酸化処理することでＣＯＤ値を低下させる。本発明者らの検討によれば、例えば、ＣＯＤ値が５５ｍｇ／Ｌの原水に対して、次亜塩素酸（ＮａＯＣｌ）を１，５００ｍｇ／Ｌ以上、特に２，０００ｍｇ／Ｌ程度、さらには２，５００ｍｇ／Ｌ程度添加すれば、処理水のＣＯＤ値を、確実に安定して目標値の１５ｍｇ／Ｌ以下にすることができる。
【００１３】
上記の処理後、再び中和剤で中和し、その後、さらに、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤を添加して還元処理することが好ましい。本発明では、少なくとも、その後に、被処理水に無機凝集剤及び高分子凝集剤を添加して凝集処理を行って排水中の懸濁物を凝集させる工程を有する。さらに、その最終処理では、沈殿槽で、凝集した凝集物の固液分離を行って凝集物を除去した後、分離された処理水を放流している（図１参照）。
【００１４】
上記した処理方法を、実際の鉄鋼スラグ埋立場からの浸出水の処理設備に導入した結果、処理水は、ＣＯＤ値等、いずれも規制値を満足したものとなるが、沈殿槽において、時折、フロックが浮上することがあった。そして、特に、処理量が多くなった場合には、このことが原因して処理水の白濁等の処理不良が生じることが懸念された。一方、このフロックの浮上は、高分子凝集剤の添加量を、例えば、１０分の１程度に減少させれば抑制できることを確認した。しかし、その場合には十分な凝集処理が期待できなくなって、処理水に影響を及ぼし悪化させる可能性がある。そこで、このフロックの発生原因を調査し、種々検討した結果、下記のことがわかった。先ず、埋立て地の各所に井戸を掘り、そこから採取した各浸出水（原水）に、次亜塩素酸（ＮａＯＣｌ）を添加したところ気泡の発生が確認された。そこで、この原因について詳細な水質検査等を行ったところ、原水中にアンモニア態窒素が、３〜１０ｍｇ／Ｌの範囲で含有されており、下記に示したように、このアンモニア態窒素が、添加したＮａＯＣｌと反応して窒素ガスを発生させていることを見出した。そして、本発明者らは、このことがフロックの浮上の発生原因ではないかと考えて、さらに詳細な検討を行った。
２ＮＨ4+＋４ＮａＯＣｌ→Ｎ2↑＋４ＮａＣｌ＋４Ｈ2Ｏ
【００１５】
上記知見に基づき、まず、図１に示した処理工程を実行する実際の処理への適用に関して、原水中におけるアンモニア態窒素が、各処理工程においてどのような挙動を示すかについての調査を行った。その結果、一連の処理工程においてアンモニア態窒素が検出されるのは、ＮａＯＣｌを添加した直後までであって、それ以降においては殆ど検出されないことがわかった。このことは、上記したアンモニア態窒素とＮａＯＣｌとの反応が極めて短時間で終了していること示している。また、ＮａＯＣｌの添加量によっても窒素ガスの発生状況は変化し、例えば、ＮａＯＣｌを１，５００ｍｇ／Ｌ以上、さらには、２，０００ｍｇ／Ｌ以上添加した場合に窒素ガスが発生することを確認した。このことは、ＮａＯＣｌの添加量を低減すれば、窒素ガスの発生をなくすことが可能であることを示している。しかしながら、ＮａＯＣｌの添加量を、原水の浄化処理ができるぎりぎりの状態に制御することは困難であり、安定した酸化処理ができなくなり、処理水の水質悪化が懸念されるため、好ましくない。
【００１６】
上記した事情から、本発明者らは、ＮａＯＣｌを添加する前に、原水の曝気処理を行うことでアンモニア態窒素の除去ができれば、窒素ガスの発生がなく、これによってフロックの発生を抑制できるのではないかと考えた。しかしながら、原水を、９０時間に渡って曝気処理しても、アンモニア態窒素の量は殆ど変化しないことがわかった。勿論、この方法では、その後のフロックの発生や処理水の白濁を抑制することもできなかった。
【００１７】
本発明者らは、上記したような種々の検討を重ねる中で、高分子凝集剤を添加する前に、被処理水の曝気処理をすることを試みた。その結果、驚いたことに、この方法によれば、短時間の曝気処理を行うだけで、高分子凝集剤の添加量及びＮａＯＣｌの添加量を低減することなく、処理水の清浄度が増し、浮上フロックの発生もなくなるという顕著な効果が得られた。本発明は、かかる新たな知見に基づきなされたものである。そのメカニズムは定かではないが、本発明者らは下記のように考えている。ＮａＯＣｌによる酸化処理をした場合に、原水中のアンモニア態窒素と、添加したＮａＯＣｌとの反応によって生じる窒素ガスは、微細な状態で被処理水中の懸濁物に付着するため、このことが原因して、高分子凝集剤を添加して懸濁物を凝集させた場合にフロックの浮上や白濁が発生したものと推定される。これに対し、本発明のように、高分子凝集剤を添加する前に曝気処理を行うと、懸濁物に付着していたこの微細な窒素ガスを懸濁物から剥離することができ、その結果、フロックの浮上や白濁の発生が抑制できたものと考えられる。
【００１８】
本発明者らは、図１に示した処理工程を実行する実際の処理への適用に関して、曝気条件等についてさらに詳細な検討を行った。その結果、散気処理の条件として、曝気空気量を０．１〜０．６ｍ3／（ｍ2・ｍｉｎ）の範囲内とすることが好ましいことを見出した。
【００１９】
次亜塩素酸の添加量は特に限定されないが、１，５００ｍｇ／Ｌ以上、さらには処理の完全を期するため、２，０００ｍｇ／Ｌ以上、特には、２，５００ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましい。
【００２０】
また、本発明者らの検討によれば、先にも述べたように、本発明で問題としている沈殿槽において生じるフロックの浮上や白濁の現象は、処理対象である原水中のアンモニア態窒素量と相関があり、原水中のアンモニア態窒素の量が３〜１０ｍｇ／Ｌである場合に著しい傾向がある。したがって、本発明によってもたらされるフロックの浮上や白濁の発生の抑制効果は、原水中のアンモニア態窒素の量が３〜１０ｍｇ／Ｌである場合に、より顕著に得ることができるので、本発明の浄化処理方法は、このような原水を対象とするものとしてより有効である。
【００２１】
本発明では、その凝集工程で、無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用するが、無機凝集剤としては、アルミニウム系や鉄系の凝集剤を使用することができる。より具体的には、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や塩化第二鉄を使用することができる。また、高分子凝集剤としては、ノニオン系の高分子凝集剤や強アニオン系の高分子凝集剤等を使用することができる。市販されているものとしては、例えば、ノニオン系のものとしてはＫＥＡ−４５５（日鉄環境エンジニアリング製、イオン強度＝２〜３ＣＥＱ）や、強アニオン系のものとしてはＫＥＡ−５４５（日鉄環境エンジニアリング製、イオン強度＝３８〜４２ＣＥＱ）等が挙げられる。これらの使用量としては、例えば、ＰＡＣ使用量は、１００〜２００ｍｇ／Ｌ程度、高分子凝集剤使用量は、１〜２ｍｇ／Ｌ程度とすればよい。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
＜試験条件＞
図１に示した工程からなる、処理量が２ｍ3／ｍｉｎの排水処理設備を建設した。１次中和槽で使用した中和剤は塩酸であり、２次中和槽で使用した中和剤は水酸化ナトリウムであり、還元剤には、亜硫酸ナトリウムを用いた。酸化剤のＮａＯＣｌの添加量は、２，５００ｍｇ／Ｌとした。無機凝集剤にＰＡＣを用い、２００ｍｇ／Ｌの濃度となるようにして用いた。また、弱アニオン系高分子凝集剤であるＫＥＡ−５２０を１ｍｇ／Ｌの濃度となるようにして用いた。
【００２３】
＜ビーカー試験＞
上記した条件で連続処理を行い、その還元槽からサンプリングした被処理水を２つのビーカーにそれぞれ同量ずつ入れ、一方には、３分間空気を送り込んで曝気した。そして、それぞれに高分子凝集剤を入れて混合した。その結果、図２に示したように、曝気したものはフロックがほぼ沈降したのに対し、曝気しなかったものは、浮上フロックが認められ、明らかな有意差が認められた。なお、還元槽からサンプリングした被処理水（原水）中のアンモニア態窒素の量は、６ｍｇ／Ｌ程度であった。
【００２４】
＜実機試験＞
前記した処理量が２ｍ3／ｍｉｎの図１に示した排水処理設備で、連続試験を行った。混合槽における曝気は、エンジンコンプレッサーを用い、散気管から空気を１．８ｍ3／（ｍ2・ｍｉｎ）で送って散気した。その結果、沈澱槽には浮上フロックが殆ど見られず、処理濁度は１度であり、清澄な処理液が得られた。これに対し、曝気を止めた以外は全く同様の条件で処理したところ、浮上フロックが認められ、前記したビーカーテストとほぼ同様の結果が得られた。
【図１】
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【図２】
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