(57)【要約】  【課題】  廃水処理で生じる凝集汚泥に含まれる残留水分を簡易に減じて、効率よく凝集汚泥を回収する【解決手段】  汚濁物質を含む廃水Ｄ１に、廃水処理剤を混合し、汚濁物質を廃水処理剤に凝集する凝集工程と、この混合液Ｄ２から凝集物Ｄ３を分離する固液分離工程と、凝集物Ｄ３の残留水分を低減して脱水汚泥Ｄ４を生成する脱水工程とを含む廃水処理方法を採用する。廃水処理剤には温度応答性高分子材を含み、廃水に混合させて温度応答性高分子材の下限臨界溶液温度を境とする高温側又は上限臨界溶液温度を境とする低温側に温度調整することにより、温度応答性高分子の疎水性を強め、廃水処理剤により汚染物質又は汚濁物質の凝集を促進する。脱水工程において凝集物Ｄ３を下限臨界溶液温度又は上限臨界溶液温度を境とする高温側と低温側へ交互に移行させるよう凝集物Ｄ３を間歇的に複数回加熱又は放熱することにより、凝集物Ｄ３の残留水分の脱水を促進する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質又は汚濁物質を含有する廃水に、廃水処理剤を混合し、汚染物質等を廃水処理剤に凝集する凝集工程と、
この混合液から凝集物を分離する固液分離工程と、
分離された凝集物の残留水分を低減して凝集汚泥を生成する脱水工程とを含む廃水処理方法において、
前記廃水処理剤には、温度応答性高分子材を含み、廃水に混合した混合液を温度応答性高分子材の下限臨界溶液温度を境とする高温側又は上限臨界溶液温度を境とする低温側に温度調整することにより、温度応答性高分子の疎水性を強め、廃水処理剤により汚染物質又は汚濁物質の凝集を促進することを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記脱水工程において前記凝集汚泥を前記下限臨界溶液温度又は上限臨界溶液温度を境とする高温側と低温側へ交互に移行させるよう凝集物を間歇的に複数回加熱又は放熱することにより、凝集汚泥の残留水分の脱水を促進することを特徴とする請求項２に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記廃水処理剤は、特定の有害物を吸着する性質及び又は磁性を有する基材の表面に温度応答性高分子材を被覆したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前記凝集工程及び又は脱水工程において凝集物は、電熱器又は熱交換器により加熱又は放熱されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の廃水処理方法。
【請求項５】
前記固液分離工程は、磁性を付与した前記廃水処理剤に付着した凝集物を磁気吸着により分離することを特徴とする請求項３又は４に記載の廃水処理方法。
【請求項６】
磁気吸着した前記凝集物を、温度応答性高分子材の下限臨界溶液温度を境とする低温側又は上限臨界溶液温度を境とする高温側に温度調整することにより、凝集度を下げ、凝集物を解離することにより磁気吸着を弱めることを特徴とする請求項５に記載の廃水処理方法。
【請求項７】
前記凝集物を圧搾して脱水することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか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、汚濁物質又は汚染物質（以下汚濁物質等という）を含有する工場廃水などから汚染物質等を分離回収して、これらを除去する廃水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１４に示すように、廃水処理システム１は、廃水Ｄ１を貯留する原水槽２を備える。原水槽２の廃水Ｄ１は造粒槽３に移され、薬剤供給機４から凝集剤が投入され、攪拌して混合される。造粒槽３の混合液Ｄ２は凝集槽５に移され、混合液Ｄ２中に凝集物Ｄ３が沈殿する。凝集槽５の上澄み液Ｃ１は放流槽６に受けて放流される一方、凝集物Ｄ３はポンプＰで抜き取られて、フィルタプレスやベルトプレスなどの圧搾機７で脱水され、減容化する。脱水汚泥Ｄ４は貯泥槽９に貯留され処分される一方、圧搾機７による濾過水Ｃ２は濾過水槽８に貯留され、その性状を確認の上、再利用又は排出される。凝集剤は、廃水中の汚濁物質を凝集沈殿させる。この凝集剤には、硫酸バンド、硫酸第一鉄、ポリ塩化アルミニウム、粘土鉱物又は高分子化合物などが用いられる。廃水中の汚染物質が重金属等である場合には、凝集剤と共に汚染物質吸着剤を添加する方法も提案されている（特許文献１，２参照）。
また、図１５に示すように、凝集槽５において凝集物Ｄ３は、比重の関係で混合液Ｄ２の液面上に浮上分離する場合、ブロア５ｃに連結する散気管５ａから放出される気泡により浮上分離し、スキマー５ｂで掻き取って、圧搾機７で脱水汚泥Ｄ４とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平09-001131号公報
【特許文献２】特開2013-083616号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の方法においては、小規模の土木工事、地下水汚染対策工事、放射能除染工事などでの廃水処理に伴う凝集物の脱水作業に、圧搾機の十分な設置スペースを確保できないケースも生じ、また、コスト高になるため、工事規模に見合う方法でない。この脱水の代替手段として、凝集物を濾過用フレコンバッグに詰めて吊り下げておく自重圧搾、風乾、天日乾燥などが行われるが、乾燥までに日数を要し、現場での廃水処理で生じる凝集汚泥の簡易な脱水法が望まれている。
そこで本発明は、廃水処理で生じる凝集汚泥に含まれる残留水分を特別な設備を要することなく簡易に分離回収する廃水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明は、汚濁物質等を含有する廃水Ｄ１に、廃水処理剤を混合し、汚濁物質等を廃水処理剤で凝集する凝集工程と、この混合液Ｄ２から凝集物Ｄ３を分離する固液分離工程と、分離された凝集物Ｄ３の残留水分を低減して脱水汚泥Ｄ４を生成する脱水工程とを含む廃水処理方法を採用する。廃水処理剤には、温度応答性高分子材を含み、廃水に混合した混合液Ｄ２を温度応答性高分子材の下限臨界溶液温度を境とする高温側又は上限臨界溶液温度を境とする低温側に温度調整することにより、温度応答性高分子の疎水性を強め、廃水処理剤により汚染物質又は汚濁物質の凝集を促進する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、簡単な温度調整により温度応答性高分子の疎水性を強め、温度応答性高分子を含む廃水処理剤に汚濁物質等を凝集させ、その凝集汚泥の脱水減容化を促進でき、大掛かりな脱水設備を必要とすることなく、廃水から短時間で簡易的に汚濁物質等を除去できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る廃水処理システムの概略的構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る廃水処理システムの凝集工程を行う設備の概略的構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る廃水処理システムの脱水工程を行う設備の概略的構成図である。
【図４】本発明に係る廃水処理システムの凝集工程及び脱水工程に使用する廃水処理剤の化学的構造の説明図である。
【図５】脱水工程の加熱状態を示すタイムチャートである。
【図６】卓上試験における凝集物の沈降体積の時間変化を示すグラフである。
【図７】脱水工程において周期的な温度変化を加えた場合の凝集汚泥の沈降体積の時間変化を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る廃水処理システムの概略的構成図である。
【図９】他の廃水処理剤の説明図である。
【図１０】さらに他の廃水処理剤の説明図である。
【図１１】第３の実施形態に係る廃水処理システムの概略的構成図である。
【図１２】第３の実施形態に係る廃水処理システムの固液分離工程を行う設備の概略的構成図である。
【図１３】第４の実施形態に係る廃水処理システムの脱水工程を行う設備の概略的構成図である。
【図１４】従来の廃水処理システムの概略的構成図である。
【図１５】従来の他の廃水処理システムの概略的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下において従来と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図１において、第１の実施形態に係る廃水処理システム１０は、凝集促進手段１１及び脱水促進手段１２を備える。
凝集促進手段１１は、図２に示すように、造粒槽３の外周に装着される熱交換器１３を備える。熱交換器１３は熱源１４に連結する。造粒槽３は、原水槽２から廃水Ｄ１が移され、薬剤供給機４から廃水処理剤が投入され、混合液Ｄ２を凝集槽５に送る。廃水処理剤は温度応答性高分子材を含み、加熱して温度を上げ、又は放熱して温度を下げると、疎水性を強め、自己収縮して、汚濁物質等を凝集物として分離するもので、その詳細は後述する。熱交換器１３は温度応答性高分子材の種類に応じた混合液Ｄ２の加熱又は放熱手段である。熱交換器１３が加熱手段であれば、シリコンラバーヒータなどの電熱器のほか、太陽熱温水器の温水、近隣の工場などのボイラーの排熱などを熱源１４に利用できる。また、熱交換器１３放熱手段であれば、冷水を循環させる冷却装置を適用できる。
【０００９】
脱水促進手段１２は、図１，図３に示すように、凝集槽５から凝集物Ｄ３を圧搾機７へ移送する途中の移送路１５の外周に装着される熱交換器１６を備える。熱交換器１６は熱源１７に連結する。熱交換器１６は先の熱交換器１３とほぼ同様に、温度応答性高分子材の種類に応じた凝集物Ｄ３の加熱又は放熱手段である。
【００１０】
廃水処理剤に適用する温度応答性高分子材は、特定の分子構造により、水中で所定の下限臨界溶液温度（Lower Critical Solution temperature「以下、LCSTと称す」）を境に高温側で疎水性が強まり、低温側で親水性が強まる特性を持つものと、上限臨界溶液温度（Upper Critical Solution temperature「以下、UCSTと称す」）を境に低温側で疎水性が強まり、高温側で親水性が強まる特性を持つものとがあり、温度に応じて水への溶解度が異なる相転移の挙動を可逆的に示す。温度応答性高分子材の具体例として、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド（PNIPAM）がある。PNIPAMはLCST３２℃の高分子化合物であり、高温側で側鎖の疎水性部分であるイソプロピル基によって分子内及び分子間の疎水結合が強まり、脱水和反応が起こり、水と分離する不溶性を示す一方、低温側で側鎖の親水性部分のアミド結合と水分子とが結合するため、水分子が側鎖のまわりに強く付着する水和反応が起こり、水溶性を示す。この温度応答性を廃水Ｄ１の処理に利用して、PNIPAMは、高温側で廃水Ｄ１の疎水性物質である汚濁物質等を取り込み脱水和収縮し、凝集する。LCSTは、高分子化合物の共重合組成によって自由に変えることができ、しかも前後の狭い温度範囲で相転移を制御できる。PNIPAMは、高分子鎖の分子構造に強く依存するため、疎水性単量体とPNIPAMの単量体であるNIPAMを共重合させ疎水性共重合体とすることによって低温側に、また親水性単量体とNIPAMを共重合させ親水性共重合体とすることによって高温側にそれぞれシフトさせることができる。
【００１１】
廃水処理剤は、汚濁物質を沈殿させる場合には、温度応答性高分子材のみでもよいが、ゼオライト、層状粘土鉱物等のシリカ又はアルミナを主成分とする無機素材を基材として、その表面に温度応答性高分子材を化学的に被覆することで作製してもよい。特に、廃水処理剤の基材に、有害物質（放射性セシウム、ヒ素、鉛等の有害重金属類）、廃水の着色原因となる有機化合物又は油分等を吸着する素材を用いれば、廃水処理に一層効果的である。
【００１２】
廃水処理剤は、無機物の基材にPNIPAMを被覆して製作する場合、図４に示すように、例えば基材にメソポーラスシリカを用い、被覆基材にアリルトリエトキシシラン（シランカップリング剤）を用いると、シランカップリング剤の末端にあるエトキシ基（-OC2H5）が容易に加水分解し、水酸基（-OH）になるので、この水酸基と基材の表面上の水酸基が脱水縮合することで、シランカップリング剤の有する官能基を固体表面上に共有結合させることができる。即ち基材の表面に被覆基材を付加し、足場とすることで、その上に温度応答性高分子鎖が伸長、展開することになる。ここでメソポーラスシリカは、表面に汚染物質等を吸着可能な微細孔を多数有しているため、廃水処理剤を凝集剤としてだけでなく、吸着剤としても機能させることができる。
磁性を付与した廃水処理剤は、図９に示すように、マグネタイト等磁性材料又は鉱物素材（ゼオライト、層状粘土鉱物等にマグネタイト等の磁性材料を付加したもの）を基材として、その表面に先と同様に温度応答性高分子材を化学的に被覆して製作する。
また図１０に示すように、ゼオライト等の鉱物素材を基材とし、マグネタイト等の磁性材料を付加し、シランカップリング剤を用いて、その表面にPNIPAMを被覆して磁性を付与した廃水処理剤を製作できる。特に、ゼオライトの表面には、汚染物質等を吸着可能な微細孔が多数存在しているため、廃水処理剤は凝集剤としてだけでなく、吸着剤としても機能する。
【００１３】
この廃水処理システム１０においては、造粒槽３において廃水Ｄ１に廃水処理剤を混合させた混合液Ｄ２を凝集促進手段１１の熱交換器１３で加熱するか又は放熱する。混合液Ｄ２がLCST以上に加温又はUCST以下に放熱されると、廃水処理剤の温度応答性高分子材の分子内及び分子間の疎水結合が強まり、汚濁物質等を吸着した廃水処理剤の凝集が促進されて、水と分離した不溶性を示す凝集度の高い凝集物Ｄ３が生成される。この凝集物Ｄ３は凝集槽５においてポンプで抜き取られ、圧搾機７に移される。凝集槽５から圧搾機７に送る途中の移送路１５において、凝集物Ｄ３を脱水促進手段１２の熱交換器１６で加熱又は放熱する。このとき、図５に示すように、凝集物Ｄ３の加熱又は放熱操作を周期的に行い、LCST又はUCSTを境に高温、低温を交互に繰り返すことにより、凝集物Ｄ３の残留水の脱水を効果的に行うことができる。
【００１４】
なお凝集促進手段１１において使用する廃水処理剤の凝集効果を明らかにするため、温度変化の有無による凝集物Ｄ３の沈降体積の時間変化について比較試験を行った結果を図６のグラフに示す。このグラフから本発明に係る廃水処理剤を使用することにより、凝集物Ｄ３の沈降体積が温度変化によって縮小し、凝集度が高まることが分かる。
【００１５】
また、脱水促進手段１２について、粒径75μm以下の万古土を汚濁物質として40,000mg/L含む濁水25mLを調整し、試験体とし、以下の条件で凝集した汚泥の沈降体積変化から脱水性について比較試験を行った。
試験体１：濁水に対し600mg/L（600ppm）の割合でPNIPAMを添加。
50℃（LCST以上）環境下10分静置→20℃（LCST以下）10分静置→
50℃（LCST以上）環境下10分静置→20℃（LCST以下）10分静置。
試験体２：濁水に対し100mg/L（100ppm）の割合でPNIPAMを添加。
50℃（LCST以上）環境下10分静置→20℃（LCST以下）10分静置→
50℃（LCST以上）環境下10分静置→20℃（LCST以下）10分静置。
この試験結果を図７に示す。
1)試験体１の沈降体積変化は、3.1mL（10分後）→2.4mL（20分後）→2.2mL（30分後）→2.1mL（40分後）と推移し、凝集沈降のみによる10分後の沈降体積3.1mLから温度変化サイクル2周期目完了時の40分後の沈降体積2.1mLを比較すると、前者の67.7％まで減容化した。
2)試験体２の沈降体積変化は、3.1mL（10分後）→2.6mL（20分後）→2.4mL（30分後）→2.3mL（40分後）と推移し、凝集沈降のみによる10分後の沈降体積3.1mLから温度変化サイクル2周期目完了時の40分後の沈降体積2.3mLを比較すると、前者の74.1％まで減容化した。
3)以上より、周期的温度変化が凝集沈降した汚泥の体積減少に寄与することが明らかとなり、また薬剤（廃水処理剤）添加量が多い600mg/Lの場合のほうが、100mg/L添加の場合より沈降した凝集汚泥の脱水効率が高いことが判明した。
【００１６】
第２の実施形態を図８に示す。同図の廃水処理システム１８の凝集槽５においては、磁性を付与した廃水処理剤を用い、混合液Ｄ２を凝集促進手段１１の熱交換器１３で加熱又は放熱し、凝集槽５において懸濁又は浮上した凝集物Ｄ３を磁石部５ｅで磁気吸着する。所定位置に固定された磁石部５ｅを収納するドラムケーシング５ｄを回転させ、凝集物Ｄ３を磁石部５ｅから離れた位置でスキマー５ｂにより掻き取り、磁着物分離槽１９に貯留する。磁着物分離槽１９から圧搾機７に送る途中の移送路１５において、凝集物Ｄ３を脱水促進手段１２の熱交換器１６で周期的に加熱又は放熱して凝集度を高める。
【００１７】
磁性を付与した廃水処理剤は、図９に示すように、マグネタイト等磁性材料又は鉱物素材（ゼオライト、層状粘土鉱物等にマグネタイト等の磁性材料を付加したもの）を基材として、その表面に先と同様に温度応答性高分子材を化学的に被覆して製作する。
また図１０に示すように、ゼオライト等の鉱物素材を基材とし、マグネタイト等の磁性材料を付加し、シランカップリング剤を用いて、その表面にPNIPAMを被覆して磁性を付与した廃水処理剤を製作できる。特に、ゼオライトの表面には、汚染物質等を吸着可能な微細孔が多数存在しているため、廃水処理剤は凝集剤としてだけでなく、吸着剤としても機能する。
【００１８】
第３の実施形態を図１１に示す。同図の廃水処理システム２０は、磁性を付与した廃水処理剤を用いた混合液Ｄ２を固液分離工程において循環槽２１に送り、集磁器２２に循環させて高勾配磁気分離法を利用して坦磁等により磁性を付与された凝集物Ｄ３を磁着物分離槽１９に磁気的に収集する。この集磁器２２は、縦方向の長尺の流路を構成する集磁管２３と、集磁管２３内を長手方向へ移動可能に嵌合する磁気フィルタ２４と、集磁管２３の外周に対向配置されたＳ極とＮ極の一対の磁石２５とを具備する。磁石２５は永久磁石でも良いし、電磁石でも良い。図１２に示すように、集磁器２２は、集磁管２３の上部の外周に磁石２５が配置される磁着部２３ａを、下部に磁着部２３ａに磁気フィルタ２４が位置するときに磁着捕獲された凝集物Ｄ３を磁気フィルタ２４ごと移動させ磁場領域から離脱することにより消磁し、水や空気などの洗浄用流体により磁気フィルタ２４から分離するための脱着部２３ｂを備える。脱着部２３ｂの上部には磁性を付与した廃水処理剤を混合させた廃水Ｄ１及び洗浄用流体を取り込むための入水口２３ｃが、磁着部２３ａの上部には処理水を排出するための出水口２３ｄが、脱着部２３ｂの下部には凝集物Ｄ３を排出するための排泥口２３ｅをそれぞれ備える。磁気フィルタ２４は強磁性細線で構成され、集磁管２３内の磁石２５の対応位置の磁場内においてこれを通過する廃水Ｄ１に生成される凝集物を磁化させ、磁性を有する凝集粒子間の磁力で結合することにより団塊化して粒径を拡大し凝集物Ｄ３を生成し、これを磁気吸着する。
【００１９】
凝集物Ｄ３を吸着させた磁気フィルタ２４を脱着部２３ｂに移動させ、LCSTを境とする低温側に、又はUCSTを境とする高温側に、図示しない熱交換器等で放熱、又は加熱することにより、水溶性を高め、磁気フィルタ２４から凝集物Ｄ３を洗浄離脱させて、排泥口２３ｅより排出した後、圧搾機７に移送し、脱水工程を実施する。
【００２０】
なお、上記各実施形態における圧搾機７は、必要に応じて利用するものとし、脱水能力の向上に資する。
【００２１】
温度応答性高分子材の他の例として、ポリビニルメチルエーテル(PVME）がある。PVMEは、側鎖にオキシエチレン鎖を持ち、水溶液中でわずか１℃の温度差で相転移を示す高感度の応答性を示す。さらに、長鎖のアルキル基を持つ結晶性のビニルエーテルやフルオロアルキル基を有するフッ素含有ビニルエーテルは、数多くの有機溶媒中において高温側で親水性、低温側で疎水性を示す所定のUCSTを有する相転移を感度良く示す。これらの相転移温度は、先と同様に高分子の共重合組成によって自在にコントロール可能である。
【００２２】
第４の実施形態を図１３に示す。同図の廃水処理システムの濾過用フレコンバッグ２７には、圧搾機７に代えて脱水促進手段２６が設けられる。濾過用フレコンバッグ２７は、磁着物分離槽１９から送られた凝集物Ｄ３を収容して吊架し、自重圧搾により脱水するものである。脱水促進手段２６は、濾過用フレコンバッグ２７の外周に装着される熱交換器２８を備える。熱交換器２８は熱源２９に連結する。熱交換器２８は先の熱交換器１３とほぼ同様に、温度応答性高分子材の種類に応じた凝集物Ｄ３の加熱又は放熱手段である。濾過用フレコンバッグ２７の濾過水Ｃ２は、濾過水槽８に貯留し、再利用又は排出する。
【符号の説明】
【００２３】
１    廃水処理システム
２    原水槽
３    造粒槽
４    薬剤供給機
５    凝集槽
５ａ  散気管
５ｂ  スキマー
５ｃ  ブロア
５ｄ  磁石ドラムケーシング
５ｅ  磁石部
６    放流槽
７    圧搾機
８    濾過水槽
９    貯泥槽
１０    廃水処理システム
１１    凝集促進手段
１２    脱水促進手段
１３    熱交換器
１４    熱源
１５    移送路
１６    熱交換器
１７    熱源
１８    廃水処理システム
１９    磁着物分離槽
２０    廃水処理システム
２１    循環槽
２２    集磁器
２３    集磁管
２３ａ  磁着部
２３ｂ  脱着部
２３ｃ  入水口
２３ｄ  出水口
２３ｅ  排泥口
２４    磁気フィルタ
２５    磁石
２６    脱水促進手段
２７    濾過用フレコンバッグ
２８    熱交換器
２９    熱源
Ｃ１  上澄み液
Ｃ２  濾過水
Ｃ３  下澄み液
Ｄ１  廃水
Ｄ２  混合液
Ｄ３  凝集物
Ｄ４  脱水汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018161596.tif 000013
【図１２】
2018161596.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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