(57)【要約】【課題】緻密で脱水性が高く、沈降速度が大きい汚泥を生成させることができる無機イオン含有排水の処理方法及び装置を提供する。【解決手段】無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加して不溶化物を析出させ、次いで固液分離処理して不溶化物を含む汚泥を処理水から分離し、分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶化物生成剤を添加して前記無機イオン含有排水に添加し、汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、前記不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加された無機イオン含有排水に、カチオン基比率が１０〜５０モル％のカチオン系高分子凝集剤を添加し撹拌して凝集フロックを生成させた後、更にアニオン系高分子凝集剤を添加して該凝集フロックを造粒することを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。【選択図】図２
2015066546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加して不溶化物を析出させ、次いで固液分離処理して不溶化物を含む汚泥を処理水から分離し、
分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶化物生成剤を添加して前記無機イオン含有排水に添加し、
汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、
前記不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加された無機イオン含有排水に、カチオン基比率が１０〜５０モル％のカチオン系高分子凝集剤を添加し撹拌して凝集フロックを生成させた後、更にアニオン系高分子凝集剤を添加して該凝集フロックを造粒することを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記無機イオン含有排水は重金属を含んでおり、前記不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加する前に該無機イオン含有排水を中和処理して重金属水酸化物を析出させる中和工程をさらに有することを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記カチオン系高分子凝集剤は、カチオン基比率１５〜３０モル％の低イオン性カチオン系高分子凝集剤であることを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記アニオン系高分子凝集剤は、アニオン基比率３０モル％の低イオン性アニオン系高分子凝集剤であることを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、固液分離を造粒型凝集沈殿槽にて行い、該造粒型凝集沈殿槽内のスラッジブランケットのＳＳ濃度を２０００〜１０００００ｍｇ／Ｌとすることを特徴とする無機イオン含有排水の処理方法。
【請求項６】
無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加する手段と、
該不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加された液にカチオン系高分子凝集剤を添加する手段と、
該カチオン系高分子凝集剤が添加された液にアニオン系高分子凝集剤を添加する手段と、
該アニオン系高分子凝集剤が添加された液を固液分離する固液分離手段と、
該固液分離手段で分離された汚泥の一部に不溶化物生成剤を添加して前記不溶化物生成剤添加返送汚泥とする不溶化物生成剤添加手段と
を備えてなる無機イオン含有排水の処理装置。
【請求項７】
請求項６において、前記無機イオン含有排水には重金属を含んでおり、前記不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加する前に該無機イオン含有排水にを中和処理して重金属水酸化物を析出させる中和手段をさらに備えたことを特徴とする無機イオン含有排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属イオンやリン酸イオン等の無機イオンを含む排水の処理方法に係り、特に凝集汚泥の一部を反応槽に返送すると共に、この返送汚泥にアルカリ等の不溶化物生成剤を添加するようにした無機イオン含有排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属イオン含有排水を処理して、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、アルカリ汚泥法等の高密度汚泥法（ＨＤＳ法：High  Density  Sludge）が知られている。アルカリ汚泥法では、金属イオン含有排水の処理で分離されて返送される汚泥の一部にアルカリを添加する。
【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適切な範囲に維持することが重要である。
【０００４】
特開平５−５７２９２号公報には、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倍特に２０〜３０倍とする重金属含有廃水の処理方法が記載されている。
【０００５】
また、特開平８−２４８７７号公報には、アルカリ汚泥法によるイオン含有排水の処理方法において、アルカリと排水とが反応して生成する不溶化物の量を、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が記載されている。
【０００６】
特開２０１０−２３４３００号公報には、返送汚泥と引抜汚泥との流量比を一定とすることが記載されている。また、同号公報には、原水に返送汚泥を添加した後、ポリマー凝集剤を添加して凝集処理することが記載されている。
【０００７】
なお、フッ素イオンやリン酸イオンもＨＤＳ法によって除去される。この場合、不溶化物生成剤としてはカルシウム化合物等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−５７２９２号公報
【特許文献２】特開平８−２４８７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３４３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、緻密で脱水性が高く、沈降速度が大きい汚泥を生成させることができる無機イオン含有排水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無機イオン含有排水の処理方法は、無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加して不溶化物を析出させ、次いで固液分離処理して不溶化物を含む汚泥を処理水から分離し、分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶化物生成剤を添加して前記無機イオン含有排水に添加し、汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、前記不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加された無機イオン含有排水に、カチオン基比率が１０〜５０モル％のカチオン系高分子凝集剤を添加し撹拌して凝集フロックを生成させた後、更にアニオン系高分子凝集剤を添加して該凝集フロックを造粒することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無機イオン含有排水の処理装置は、無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加する手段と、該不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加された液にカチオン系高分子凝集剤を添加する手段と、該カチオン系高分子凝集剤が添加された液にアニオン系高分子凝集剤を添加する手段と、該アニオン系高分子凝集剤が添加された液を固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段で分離された汚泥の一部に不溶化物生成剤を添加して前記不溶化物生成剤添加返送汚泥とする不溶化物生成剤添加手段とを備えてなる。
【００１２】
本発明では、前記無機イオン含有排水が重金属を含んでいる場合、前記返送汚泥を添加する前に該無機イオン含有排水を中和処理して重金属水酸化物を析出させるようにしてもよい。
【００１３】
カチオン系高分子凝集剤としてはカチオン基比率１０〜５０モル％の低イオン性カチオン系高分子凝集剤が好ましい。また、アニオン系高分子凝集剤としてはアニオン基比率３０モル％の低イオン性アニオン系高分子凝集剤が好ましい。
【００１４】
本発明では、固液分離を造粒型凝集沈殿槽にて行い、該造粒型凝集沈殿槽内のスラッジブランケットのＳＳ濃度を２０００〜１０００００ｍｇ／Ｌとするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者が種々研究を重ねた結果、無機イオン含有排水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加して不溶性塩を析出させ、次いで固液分離処理して不溶性塩を含む汚泥を処理水から分離し、分離した汚泥の一部を返送汚泥とし、この返送汚泥に前記不溶化物生成剤を添加し、汚泥の残部を引き抜き汚泥として排出する無機イオン含有排水の処理方法において、前記返送汚泥と前記不溶化物生成剤とが添加された無機イオン含有排水にカチオン系高分子凝集剤を添加・撹拌して凝集フロックを生成させた後、更にアニオン系高分子凝集剤を添加して前記凝集フロックを造粒し生成する造粒物を汚泥として処理水から分離することにより、フロック強度が大きく、密度が高い凝集体が形成できることが見出された。特に、カチオン系高分子凝集剤として、カチオン基比率が１０〜５０モル％のカチオン系高分子凝集剤を用いることにより、密度が高く、壊れにくいフロックを形成させることができることが見出された。
【００１６】
本発明は、かかる知見に基づくものである。本発明によると、撹拌フロックが撹拌による剪断力を受けても微細化しにくいので、微細フロックがＳＳとして処理水に混入することが抑制され、清澄な処理水が得られる。また、造粒物は密度が高く、沈降速度が大きいものとなるので、高負荷処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る無機イオン含有排水の処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２】実施の形態に係る無機イオン含有排水の処理方法を説明するためのフロー図である。
【図３】比較例のフロー図である。
【図４】比較例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は本発明の無機イオン含有排水の処理方法が適用された排水処理設備のフロー図である。
【００１９】
無機イオン含有排水（原水）は、配管１から反応槽２に導入され、ｐＨ調整剤添加手段３から塩酸などの酸又は苛性ソーダ、消石灰などのアルカリが添加されてｐＨ調整されると共に、配管５から不溶化物生成剤添加返送汚泥が添加され、カチオン系高分子凝集剤の添加手段４からカチオン系高分子凝集剤が添加され、撹拌機６によって撹拌される。酸又はアルカリは、ｐＨ計７で検出されるｐＨが所定範囲となるように添加される。反応槽２内の凝集反応液は、配管９を介してペレット形成槽１１に移送されると共に、反応槽２の出口又はこの配管９の途中でアニオン系高分子凝集剤添加手段１０からアニオン系高分子凝集剤が添加される。アニオン系高分子凝集剤が添加された凝集反応液は、ペレット形成槽１１内において撹拌機１２によって撹拌され、凝集ペレットが成長する。
【００２０】
ペレット形成槽１１に沈殿槽１５が並設されている。ペレット形成槽１１と沈殿槽１５とは、往管１３と戻管１４を介して接続されている。往管１３は槽１１，１５の高さ方向中間付近同士を連通しており、戻管１４は槽１１，１５の上部同士を接続している。ペレット形成槽１１内で成長したペレット状汚泥は、水と共に往管１３を介して沈殿槽１５内に流入し、沈降する。沈殿槽１５内でペレット状汚泥が分離された水は、戻管１４を介してペレット形成槽１１に戻る。ペレット形成槽１１内の上澄水は、ペレット形成槽１１のトラフ１１ａから処理水取出管１６を介して系外に取り出される。
【００２１】
沈殿槽１５内で沈殿したペレット状汚泥は、汚泥ポンプ１７で取り出され、その一部は引抜配管１８から引抜汚泥として系外に取り出される。汚泥の残部は返送配管１９を介して不溶化物生成剤添加槽２０に導入され、添加手段２１によって不溶化物生成剤が添加されると共に、撹拌機２２によって撹拌される。この添加槽２０内からの不溶化物生成剤添加返送汚泥が前記配管５を介して反応槽２に導入される。
【００２２】
上記図１の実施の形態では原水を反応槽２に導入しているが、図２のように、原水を中和槽３１に導入し、この中和槽３１にて酸又はアルカリもしくは汚泥（引抜汚泥及び／又はアルカリ混合汚泥）を添加して例えばｐＨ５〜９に調整すると共に、不溶化物生成剤添加返送汚泥を該中和槽３１に導入し、撹拌機３２で撹拌した後、移送配管３３で凝集反応槽２’に導入してもよい。
【００２３】
図２のフローにおいて、被処理水に鉄が多く含まれる場合には、中和槽３１の前段にプレ中和槽を設け、このプレ中和槽にて被処理水に引抜汚泥又はアルカリ添加返送汚泥を添加し、好ましくはｐＨ３．５〜４．５特に好ましくは３．８〜４．２に調整してもよい。必要に応じて苛性ソーダや消石灰などのアルカリを添加することもできる。鉄を析出させ除去するためにはｐＨ５以上にする必要があるが、ｐＨ３．５〜４．５への予備中和をせずにｐＨ調整すると、汚泥表面の水酸化物との反応よりも、水中の水酸化物との反応が増えるために高密度化しなくなる。
【００２４】
図２では、ペレット形成槽１１及び沈殿槽１５の代りに、造粒型凝集沈殿槽３５を設けている。移送配管９からのフロック含有水は、この造粒型凝集沈殿槽３５の底部に導入され、スラッジブランケットを上向流で通過し、トラフ３７、配管３８を介して処理水として取り出される。スラッジブランケットは撹拌機３６によって撹拌される。汚泥は槽底部から引き抜かれてもよく、濃度が高いときにはブランケットの上下方向途中部分から引き抜かれてもよい。図２のその他の構成は図１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。
【００２５】
図１，２ではアニオン系高分子凝集剤を配管９に添加しているが、本発明ではアニオン系高分子凝集剤を添加するための凝集反応槽を設置してもよい。
【００２６】
本発明において、無機イオン含有排水中の無機イオンとしてはＡｌ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎなどの金属イオンのほか、リン酸イオンやフッ素イオンなどが例示される。
【００２７】
金属イオンから不溶化物を生成させるための不溶化物生成剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ剤が好適である。不溶化物生成剤としてアルカリを用いた場合、原水（被処理水）中の金属イオンは、汚泥表面に吸着されている水酸化物と反応し、汚泥表面で析出するため、高密度となり、脱水性の優れた汚泥が得られる。
【００２８】
リン酸イオンの不溶化物生成剤としては塩化カルシウムなどのカルシウム塩や水酸化カルシウム等が好適である。フッ素イオンの不溶化物生成剤としては、塩化カルシウムなどのカルシウム塩や水酸化カルシウム等が好適である。
【００２９】
原水が半導体製造工程排水のようにフッ素イオンを含む場合、中和槽３１や反応槽２に硫酸及び／又は硫酸塩もしくはこれらを含む排水を添加してもよい。これにより、生成するフッ化カルシウム粒子の凝集性、結晶性、沈降性が改善される。硫酸塩としては硫酸ナトリウムが好適である。
【００３０】
カルシウム塩等は、原水中のリン酸イオン濃度又はフッ素イオン濃度に応じて添加される。リン酸イオンを処理する場合、カルシウム塩等の添加量は、当モル比の１倍と残留Ｃａとして２０〜２００ｍｇ／Ｌとの合量程度が好適である。フッ素イオンを処理する場合、カルシウム塩等の添加量は、当モル比の１倍と残留Ｃａとして２００〜５００ｍｇ／Ｌとの合量程度が好適である。
【００３１】
無機イオン含有排水が金属イオン含有排水である場合、該排水中の金属イオン濃度が５０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。本発明方法を適用するのに好適な金属イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、鉱山排水などが例示される。
【００３２】
無機イオン含有排水がリン酸イオン含有排水である場合、該排水中のリン酸イオン濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。リン酸イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、農業排水、活性汚泥の脱水濾液、嫌気消化脱離液等が例示される。フッ素イオンの排水中の濃度が１５〜２００００ｍｇ／Ｌ程度である場合に本発明を適用するのに好適である。フッ素イオン含有排水の具体例としては、各種工場排水、洗煙排水、などが例示される。
【００３３】
酸又はアルカリは、反応槽２又は中和槽３１内のｐＨが所定範囲となるように添加される。好適なｐＨ範囲は金属種によって異なり、Ａｌの場合はｐＨ４〜６、Ｃｒの場合はｐＨ５〜７、Ｆｅ２＋の場合はｐＨ８〜１０、Ｚｎの場合はｐＨ８〜１０、Ｆｅ３＋の場合はｐＨ４〜５、Ｃｕの場合はｐＨ６〜８である。
【００３４】
カチオン系高分子凝集剤はアクリルアミド系のものが好適であり、そのカチオン基比率は１０〜５０モル％、特に１５〜４０モル％、更に２０〜３０モル％が好適である。カチオン系高分子凝集剤の重量平均分子量は１２００万〜２５００万特に１５００万〜２２００万程度が好適である。カチオン系高分子凝集剤の添加量は０．２〜５ｍｇ／Ｌ特に１〜３ｍｇ／Ｌが好適である。
【００３５】
このようなカチオン系高分子凝集剤としては、一般にカチオン性高分子凝集剤として使用されているものが適用でき、具体的にはカチオン性モノマーとアクリルアミドとの共重合物を好適に用いることができる。カチオン性モノマーの具体例としては、ジメチルアミノエチルアクリレートやジメチルアミノエチルメタクリレート（以下、両化合物を併せて「ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート」と記す場合がある）の酸塩もしくはその４級アンモニウム塩、ジメチルアミノプロピルアクリアミドやジメチルアミノプロピルメタクリアミド（以下、両化合物を併せて「ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド」と記す場合がある）の酸塩もしくはその４級アンモニウム塩を好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。なお、カチオン性高分子凝集剤の製品形態は特に限定されるものではなく、粉末品、Ｗ／Ｏ型エマルション、或いは、高塩類濃度の水系媒体中にカチオン性高分子凝集剤粒子が分散しているディスパージョンなど、排水の凝集処理用に一般に流通しているのが適用できる。
【００３６】
アニオン系高分子凝集剤はアクリルアミド系のものが好適であり、そのアニオン基比率は５〜３０モル％特に５〜２０モル％が好適である。アニオン系高分子凝集剤の重量平均分子量は９００万〜２０００万特に１２００万〜１８００万程度が好適である。アニオン系高分子凝集剤の添加量は０．２〜８ｍｇ／Ｌ特に２〜６ｍｇ／Ｌが好適である。
【００３７】
このようなアニオン系高分子凝集剤としては、一般にアニオン性高分子凝集剤として使用されているものが適用でき、具体的にはアニオン性モノマーとアクリルアミドとの共重合物、または、ポリアクリルアミドの加水分解物を用いることができる。アニオン性モノマーの具体例としては、アクリル酸若しくはその塩を好適に用いることができる。アニオン性モノマーとして、アクリル酸若しくはその塩とともに、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸若しくはその塩を用いて、アクリルアミドと共重合した重合物は、広いｐＨ範囲で安定して使用できる点で特に好適に用いることができる。
【００３８】
アニオン性高分子凝集剤の製品形態は特に限定されるものではなく、粉末品、Ｗ／Ｏ型エマルション、或いは、高塩類濃度の水系媒体中にアニオン性高分子凝集剤粒子が分散しているディスパージョンなど、排水の凝集処理用に一般に流通しているものが適用できる。
【００３９】
カチオン基比率とは、共重合するノニオン性モノマーとカチオン性モノマーとの合計モル量に占めるカチオン性モノマーのモル比である。アニオン基比率とは、共重合するノニオン性モノマーとアニオン性モノマーとの合計モル量に占めるアニオン性モノマーのモル比（ポリアクリルアミドの加水分解物の場合は、ノニオン性繰り返し単位とアニオン性繰り返し単位のモル比）である。
【００４０】
例えば、アクリルアミド８０モルとジメチルアミノエチルアクリレートの４級アンモニウム塩２０モルとを共重合したカチオン系高分子凝集剤の場合、カチオン基比率は以下の通り２０モル％となる。
【００４１】
カチオン基比率［モル％］＝
［カチオン性モノマーのモル比／（カチオン性モノマーのモル比＋ノニオン性モノマーのモル比）］×１００
＝［２０／（２０＋８０）］×１００＝２０  ［モル％］
【００４２】
凝集剤を添加した後、砂などの沈降促進剤を添加してもよい。
【００４３】
本発明では、カチオン系高分子凝集剤の添加量Ａｃとアニオン系高分子凝集剤の添加量Ａａとの比Ａｃ／Ａａが０．１〜１特に０．４〜０．８であることが好ましい。
【００４４】
反応槽２、中和槽３１の撹拌強度はＧ値で１００〜５００ｓ−１とし、滞留時間は１分〜１０分とすることが好ましい。
【００４５】
反応槽２又は凝集反応槽２’で形成されたフロックを含有する水にアニオン系高分子凝集剤を添加した後、アニオン系高分子凝集剤が十分に凝集反応する前に凝集フロックと混合状態でペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５に流入させるのが好ましいので、好ましくはアニオン系高分子凝集剤を添加直後（例えば１秒〜１分特に５秒〜３０秒）にペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５に流入させるのが好ましい。
【００４６】
ペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５では沈降速度が非常に大きい凝集体(ペレット)が保持されたスラッジブランケットが形成されている。運転初期に系外からペレットを供給するだけでなく、ペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５の運転を行って凝集体を成長させてペレットを作ることによってもペレットが保持されたスラッジブランケットを形成することができる。ペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５の底部に流入した水はスラッジブランケット（以下、単にブランケットということがある。）を上向流で通過する際、フロックがブランケット中のペレットに吸着されて固液分離されるため、清澄な（例えばＳＳ濃度２０ｍｇ／Ｌ以下、特に１０ｍｇ／Ｌ以下）水がトラフ１１ａ又は３７から処理水として流出する。
【００４７】
ブランケットは撹拌機１２又は３６によって剪断力を与えられており、フロックの機械的脱水が促進されて造粒されたペレットが形成される。アニオン系高分子凝集剤とフロックを含んだ水がこのブランケットを通過すると、フロックがペレットに強固に結合するため懸濁物質の除去がなされ、剪断力によって壊れにくいペレットになる。造粒されたペレット（造粒汚泥）は前述の通り沈殿槽１５，３５の下部から引き抜かれる。ペレット形成過程でフロックからの脱水が促進されているため、造粒汚泥は高密度となる。
【００４８】
このペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５におけるブランケットの撹拌強度はＧ値で２〜１５０ｓ−１特に５〜１００ｓ−１とすることが好ましい。ブランケットのＳＳ濃度は５，０００〜１００，０００ｍｇ／Ｌ特に１０，０００〜６０，０００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。また、ペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５の通水ＬＶを５〜９０ｍ／ｈｒ特に１０〜７０ｍ／ｈｒとすることが好ましい。
【００４９】
引抜汚泥の汚泥濃度は５ｗｔ％以上特に１０ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００５０】
機械的強度の高いフロックがペレット形成槽１１又は造粒型凝集沈殿槽３５において生成する理由については、詳細は不明であるが、次のように推察される。即ち、原水中のＳＳがカチオン系高分子凝集剤によって荷電中和されて不溶化物生成剤添加返送汚泥と複合体を形成する。これにアニオン系高分子凝集剤を加えることによって、カチオンとアニオンの静電作用に加えてアクリルアミド単位に基づくノニオン鎖の水素結合により、フロック同士が絡みつき結合が強固となる。
【００５１】
アクリルアミド(高分子凝集剤内のノニオン鎖)による水素結合が大きく働くために、高分子凝集剤はノニオン鎖を多く持つものが好ましい。またカチオン鎖は被処理水のＳＳ負荷電に対し所定量必要である。よって、使用するカチオン系高分子凝集剤はカチオン度が低く、分子量が大きいものが適すると考えられる。一方、アニオン系高分子凝集剤についても同様に、アクリルアミド(ノニオン鎖)による水素結合が大きく働くために、分子内にノニオン鎖を多く持つものが好ましい。またアニオン鎖は被処理水中の凝集フロックに残る凝集剤由来の正荷電に対し所定量必要である。よって使用するアニオン系高分子凝集剤はアニオン度が低く、分子量が大きいものが適すると考えられる。
【００５２】
原水に対し不溶化物生成剤添加返送汚泥と共にカチオン基比率１０〜５０モル％のカチオン系高分子凝集剤を添加して撹拌することにより、カチオン系高分子凝集剤を添加することなくアニオン系高分子凝集剤を添加したときと比較して、水分子を抱き込む割合が少なく、密度が高いフロックが形成できると考えられる。続いてアニオン系高分子凝集剤を添加してフロックと混合状態で造粒することにより、アニオン系高分子凝集剤の吸着力によりブランケットゾーンのペレットにフロックが強固に吸着することで粗大化する。このとき低イオン性のものを用いることにより、より密度の高い硬いフロックを形成することができる。ただし、過度にイオン性が低すぎると分散性の悪化や吸着力の低下が懸念され、引いては除濁性の減少、薬剤使用量の増大につながるため、カチオン、アニオン共に適度なイオン性とする必要がある。
【００５３】
このようにフロック同士の結合が強固なため、造粒撹拌時にペレットが破壊されて微細化しにくくなる。これによって、処理水へ微細ＳＳが流出する割合を低減できる。
【００５４】
フロック同士の結合力が強くなることで、フロック間隙水が抜けやすくなり、撹拌による機械的脱水作用が促進される。これにより、沈降速度の大きな凝集体が形成される。また、造粒が促進されることにより、発生する造粒汚泥の密度が高まる。このため、後段の脱水工程における設備を小型化することができる。
【００５５】
カチオン系高分子凝集剤の正荷電がＳＳの負荷電に作用するため、無機凝集剤の使用量を低減することができる。
【００５６】
本発明では、返送汚泥の全量に不溶化物生成剤を添加してもよく、返送汚泥の一部に不溶化物生成剤を添加してもよい。
【００５７】
被処理水に添加する返送汚泥の固形分量を、被処理水と不溶化物生成剤が反応して生成する不溶化物の量（以下、返送比）の５〜５００倍量とすることで、凝集フロックの大きさが粗大で、脱水性の優れた汚泥となり、固液分離を安定化できる。好ましくは１０〜２００倍量である。被処理水に含まれる金属濃度により最適な返送比は異なるが、１０倍量よりも少ないと、汚泥が少ないために、汚泥表面での析出が進まず、汚泥が高密度化せず、２００倍量よりも多いと、汚泥濃度が高いために、汚泥が肥大化せず、分散状態になり、沈殿槽からリークしやすくなる。
【００５８】
被処理水中の金属が汚泥表面に析出するため、汚泥の表面積は多いことが望ましい。そのため、粗大になったペレットを微細化する微細化手段を必要に応じて、被処理水に添加するより前に、あるいはアルカリ剤を添加する前に設けることができる。このときＧ値として５０〜５００Ｓ−１、好ましくは１００〜３００Ｓ−１である。
【実施例】
【００５９】
［実施例１］
金属を含む排水としてＣｕを１，０００ｍｇ／Ｌ含む模擬液を調製し、試験原水とした。この合成原水を図２の無機イオン含有排水処理装置に通水量６３０Ｌ／ｈｒにて連続通水して処理した。各槽の容積及び処理条件は次の通りである。  
中和槽３１：１５０Ｌ
凝集反応槽２’：５０Ｌ
造粒型凝集沈殿槽３５：２５Ｌ
不溶化物生成剤添加槽２０：５Ｌ
不溶化物生成剤：ＮａＯＨ（２５ｗｔ％水溶液）
不溶化物生成剤（ＮａＯＨ）添加量：中和槽３１のｐＨが８．５となるように添加
【００６０】
中和槽３１の滞留時間を１５ｍｉｎとし、ｐＨが８．５±０．１となるようにＨＣｌ又はＮａＯＨを添加した。
【００６１】
このときの返送汚泥濃度は１２％であった。返送比は２０とした。（排水から発生するＳＳ濃度はＣｕ（ＯＨ）２換算で１５４０ｍｇ／Ｌのため、２６０ｍＬ／ｈｒ、ＳＳ１２％で汚泥を返送した。）
【００６２】
凝集反応槽２’では、カチオン系高分子凝集剤としてカチオン基比率２０モル％のカチオン系高分子凝集剤ｃを１ｍｇ／Ｌ加えた。配管９に対し、アニオン系高分子凝集剤としてアニオン基比率１２モル％のアニオン系高分子凝集剤ａを２ｍｇ／Ｌ添加した。凝集反応槽２’では、Ｇ値２００Ｓ−１で撹拌を行い、滞留時間２ｍｉｎとした。
【００６３】
造粒型凝集沈殿槽３５では、水面積負荷ＬＶ６０ｍ／ｈｒ、ブランケットゾーンのＧ値を５０Ｓ−１とした。ブランケットのＳＳ濃度は５０，０００ｍｇ／Ｌである。生成した粗大フロックを沈降分離し汚泥として取り出した。また、トラフ３７を越流する上澄水を処理水とした。
【００６４】
この操作を１５０時間行った後の処理水と引き抜き汚泥を分析した結果を表１に示す。
【００６５】
［比較例１］
実施例１と同じ試験原水を図３に示すフローに従って処理した。図３のフローは、汚泥返送を行わず、カチオン系高分子凝集剤を添加せず、アニオン基比率２０モル％のアニオン系高分子凝集剤ａ’を凝集反応槽２’に添加するようにしたこと以外は図２に示すフローと同一である。
【００６６】
中和槽３１にて苛性ソーダを添加してｐＨ９に調整し、滞留時間を５ｍｉｎとした。凝集反応槽２’にてアニオン系高分子凝集剤としてアニオン基比率２０モル％のアニオン系高分子凝集剤ａ’を３ｍｇ／Ｌ添加して、反応時間３ｍｉｎとした。次いで水面積負荷ＬＶ１ｍ／ｈｒの沈殿槽で固液分離を行った。処理水と引抜汚泥を分析した結果を表１に示す。
【００６７】
［比較例２］
実施例１において、汚泥返送を行なわないこと以外は同一条件として前記試験原水の処理を行った。処理水と引き抜き汚泥を分析した結果を表１に示す。
【００６８】
［比較例３］
実施例１と同じ試験原水を図４に示すフローに従って処理した。図４のフローは、カチオン系高分子凝集剤を添加せず、アニオン基比率２０モル％のアニオン系高分子凝集剤ａ’を凝集反応槽２’に添加するようにしたこと以外は図２に示すフローと同一である。
【００６９】
中和槽３１の滞留時間を１５ｍｉｎとし、ｐＨが８．５±０．１となるように返送汚泥に不溶化物生成剤としてアルカリを加えたアルカリ混合汚泥を添加した。
【００７０】
このときの返送汚泥濃度は１２％であった。返送比は２０とした。（排水から発生するＳＳ濃度はＣｕ（ＯＨ）２換算で１５４０ｍｇ／Ｌのため、２６０ｍＬ／ｈｒ、ＳＳ１２％で汚泥を返送した。）
【００７１】
凝集反応槽２’では、アニオン基比率２０モル％のアニオン系高分子凝集剤ａ’を３ｍｇ／Ｌ添加して、反応時間３ｍｉｎとした。次いで、水面積負荷ＬＶ１ｍ／ｈｒの沈殿槽で固液分離を行った。この操作を１５０時間行った後の処理水と引き抜き汚泥を分析した結果を表１に示す。
【００７２】
表１に実施例１および比較例１〜３の処理水Ｃｕ濃度、処理水ＳＳ濃度、引抜汚泥の２４時間静置後の汚泥濃度（ＳＶ２４ｈｒ）を示す。引抜汚泥の２４時間静置後の汚泥濃度は脱水性を判断するための指標として測定を行った。
【００７３】
【表１】
2015066546.tif 000003
【００７４】
［考察］
比較例１ではＳＶ２４ｈｒが実施例１の１０％であり、緻密な汚泥が得られない。また比較例２では通水ＬＶが実施例と同等であるが、ＳＶ２４ｈｒは１５％であった。比較例３はＳＶ２４ｈｒが７６％まで濃縮されるが、通水ＬＶが低い。
【００７５】
［実施例２］
フッ素濃度１５０ｍｇ／Ｌのフッ化カリウム（ＫＦ）水溶液を調製し、試験原水とした。この合成原水を図１の無機イオン含有排水処理装置に通水量０．６３ｍ３／ｈｒにて連続通水して処理した。各槽の容積及び処理条件は次の通りである。  
反応槽２：１５０Ｌ
ペレット形成槽１１：直径２００ｍｍ、高さ７５０ｍｍ
不溶化物生成剤添加槽２０：５Ｌ
不溶化物生成剤：ＣａＣｌ２（３５ｗｔ％水溶液）
不溶化物生成剤（ＣａＣｌ２）添加量：５００ｍｇ−Ｃａ／Ｌ−返送汚泥
【００７６】
反応槽２にはｐＨが７±０．３となるようにＨＣｌ又はＮａＯＨを添加した。また、反応槽２にはＮａ２ＳＯ４の２０ｗｔ％水溶液を２００ｍｇ−ＳＯ４／Ｌの添加量にて添加した。
【００７７】
このときの返送汚泥濃度は１５％であった。返送比は４０とした。
【００７８】
反応槽２では、カチオン系高分子凝集剤としてカチオン基比率２０モル％のカチオン系高分子凝集剤ｃを１ｍｇ／Ｌ加え、配管９に対しアニオン系高分子凝集剤としてアニオン基比率１２モル％のアニオン系高分子凝集剤ａを３ｍｇ／Ｌ添加した。反応槽２では、Ｇ値１２０Ｓ−１で撹拌を行った。
【００７９】
ペレット形成槽１１では、水面積負荷ＬＶ２０ｍ／ｈｒ、ブランケットゾーンのＧ値を２０Ｓ−１とした。ブランケットのＳＳ濃度は５００００ｍｇ／Ｌである。生成した粗大フロックを沈殿槽１５から汚泥として取り出した。また、トラフ１１ａを越流する上澄水を処理水とした。
【００８０】
この操作を１５０時間行った後の処理水と引き抜き汚泥を分析した結果を表２に示す。
【００８１】
［比較例４］
金属を含む排水としてフッ素濃度１５０ｍｇ／Ｌのフッ化カリウム（ＫＦ）水溶液を調製し、試験原水とした。この合成原水を図４の無機イオン含有排水処理装置に通水量０．６３ｍ３／ｈｒにて連続通水して処理した。各槽の容積及び処理条件は次の通りである。  
中和槽３１：１５０Ｌ
凝集反応槽２’：５０Ｌ
造粒型凝集沈殿槽３５：２５Ｌ
不溶化物生成剤添加槽２０：５Ｌ
不溶化物生成剤：ＣａＣｌ２（３５ｗｔ％水溶液）
不溶化物生成剤（ＣａＣｌ２）添加量：５００ｍｇ−Ｃａ／Ｌ−返送汚泥
【００８２】
中和槽３１にはｐＨが７±０．３となるようにＨＣｌ又はＮａＯＨを添加した。また、中和槽３１にはＮａ２ＳＯ４の２０ｗｔ％水溶液を２００ｍｇ−ＳＯ４／Ｌの添加量にて添加した。
【００８３】
このときの返送汚泥濃度は１０％であった。返送比は４０とした。
【００８４】
いずれの槽にも、カチオン系高分子凝集剤は添加しなかった。凝集反応槽２’には、アニオン系高分子凝集剤としてアニオン基比率１２モル％のアニオン系高分子凝集剤ａを３ｍｇ／Ｌ添加した。中和槽３１では、Ｇ値１２０Ｓ−１で撹拌を行った。
【００８５】
造粒型凝集沈殿槽３５では、水面積負荷ＬＶ４ｍ／ｈｒ、ブランケットゾーンのＧ値を２０Ｓ−１とした。ブランケットのＳＳ濃度は５００００ｍｇ／Ｌである。生成した粗大フロックを沈殿槽１５から汚泥として取り出した。また、トラフ１１ａを越流する上澄水を処理水とした。
【００８６】
この操作を２００時間行った後の処理水と引き抜き汚泥を分析した結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
2015066546.tif 000004
【００８８】
以上の結果から明らかな通り、金属イオンを含む被処理水に不溶化物生成剤添加返送汚泥を添加した後にカチオン系高分子凝集剤を添加し、アニオン系高分子凝集剤を添加し、その後、撹拌して造粒し、次いで固液分離し、返送汚泥に不溶化物生成剤を添加することで、緻密で脱水性が高く、粗大で沈降速度が大きな汚泥を形成できる。
【符号の説明】
【００８９】
２  反応槽
２’  凝集反応槽
３  ｐＨ調整剤添加手段
１１  ペレット形成槽
１５  沈殿槽
２０  不溶化物生成剤添加槽
３１  中和槽
３５  造粒型凝集沈殿槽
【図１】
2015066546.tif 000005
【図２】
2015066546.tif 000006
【図３】
2015066546.tif 000007
【図４】
2015066546.tif 000008