(57)【要約】【課題】排水中の水ガラスを、簡易な設備構成で効率よく除去でき、かつ、再利用不可能な汚泥の発生を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】水ガラスを含む排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させ、生成したフロックを分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラスを含む排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させ、生成したフロックを分離することを特徴とする水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項２】
正の荷電を有する第1の有機凝集剤が、カチオン系高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項３】
カチオン系高分子凝集剤の一部または全部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることを特徴とする請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項４】
アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項５】
アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリル酸ソーダ（ＰＡＮ）とポリアクリルアミド（ＰＡＡ）との共重合物であることを特徴とする請求項４記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項６】
ノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリルアミドであることを特徴とする請求項４記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項７】
前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を、前記排水の濁度を制御する濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、濁度を５００〜１０００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項８】
前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を６０〜２００メッシュの粒度に分別して濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、濁度を３００〜１２００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項９】
前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、更に、６０〜２００メッシュに調整されたアルミナ・シリカ質粒子を０.１〜１.０％を添加して、濁度を２５０〜１３００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【請求項１０】
前記濁度制御槽において、更に、加水を行って濁度を１００〜１３００ｍｇ/Ｌに制御することを特徴とする請求項７記載の水ガラスを含む排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水ガラスを含む排水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水中に流出した水ガラスは、配管を閉塞させる等のトラブルの要因となるため、従来から、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム（硫酸バンド）などの凝集剤を添加して沈殿処理を行う手法が広く採用されている。しかし、分散剤としても用いられる水ガラスは、前記の凝集剤では完全に凝集させることができず、水ガラスの一部が除去されるに留まるため、環境保全の観点や、配管閉塞を確実に回避するために、除去効率の向上が望まれる。
【０００３】
なお、上記の従来手法よりも、効率よく水ガラスを除去する技術として、排水のｐＨを高アルカリ領域に調整した上で、水ガラスとゲル化反応する金属塩を添加することにより、珪酸金属塩として析出沈殿させる技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、水ガラスの除去に伴い、再利用不可能な汚泥が大量に発生する問題があった。また、特許文献１の技術は、大掛かりな装置構成を前提とするものであり、設備導入ができないケースも多く想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１５６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は前記問題を解決し、排水中の水ガラスを、簡易な設備構成で効率よく除去でき、かつ、再利用不可能な汚泥の発生を抑制することができる技術を提供することである。
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の水ガラスを含む排水の処理方法は、水ガラスを含む排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌後、アニオン系有機凝集剤またはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とからなる第２の有機凝集剤を添加し、電荷が中性となる状態を形成してフロックを生成させ、生成したフロックを分離することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、正の荷電を有する第1の有機凝集剤が、カチオン系高分子凝集剤であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、カチオン系高分子凝集剤の一部または全部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、アニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、ノニオン系有機凝集剤が、ポリアクリルアミドであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、濁度を５００〜１０００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を６０〜２００メッシュの粒度に分別して濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、濁度を３００〜１２００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項２記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、前記の生成したフロックを、シックナーにより、汚泥と上澄水とに分離し、分離された汚泥を濁度制御槽に導き、該濁度制御槽において、前記汚泥と前記水ガラスを含む排水とを混合し、更に、６０〜２００メッシュに調整されたアルミナ・シリカ質粒子を０.１〜１.０％を添加して、濁度を２５０〜１３００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項７記載の水ガラスを含む排水の処理方法において、前記濁度制御槽において、更に、加水を行って濁度を１００〜１３００ｍｇ/Ｌに制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水ガラスを含む排水の処理方法では、水ガラスを含む排水に、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して表面電荷を正としたうえ、第２の有機凝集剤を添加して電荷が中性となる状態を形成し、フロックを生成させる。本発明の方法によれば、排水のｐＨを高アルカリ領域に調整するためのｐＨ調整剤や、水ガラスとゲル化反応する金属塩の添加は不要であり、短時間で安定したフロック生成ができ、大掛かりな装置を用いることなく水ガラスの凝集処理を行うことができる。また、本発明の方法によれば、汚泥の発生量も低減することができる。
【００１８】
更に、本発明の方法によれば、水膨張性アニオン性高分子凝集剤のような特殊な凝集剤を用いる必要もないので、処理コストを安価に抑制することができる。
【００１９】
請求項９記載の発明によれば、アルミナ・シリカ質粒子を０.１〜１.０％を添加して、濁度を２５０〜１３００ｍｇ／Ｌに制御したうえで、前記カチオン系高分子凝集剤を添加するので、アルミナ質粒子が核形成剤として作用し、密度の大きなフロックが形成され、固液分離が容易となる。ここでアルミナ・シリカ質とは、ムライト、コランダム、シリカの複合体を言う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１を説明するフロー図である。
【図２】実施形態２を説明するフロー図である。
【図３】実施形態３を説明するフロー図である。
【図４】実施形態４を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
下記の実施形態では、何れも、液状化対策等で行われる土木工事に伴って排出された排水中の水ガラスの凝集沈澱処理を行っている。
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１では、図１に示すように、上記の排水のｐＨを中性領域とするｐＨ調整後、正の荷電を有する第1の有機凝集剤を添加して撹拌する。ここで正の荷電を有する第1の有機凝集剤としてはカチオン系高分子凝集剤を選択することが好ましく、特にカチオン系高分子凝集剤の一部または全部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることが好ましい。その添加量は１〜１０ｐｐｍが好ましい。  
【００２３】
この第1の有機凝集剤は負に荷電した水ガラスに電気的に吸着してフロックを形成するとともに、全体を正に荷電させる役割を持つ。このためには任意のカチオン系高分子凝集剤を使用することができるが、実験の結果によれば分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡ、好ましくは３００〜４００万の分子量が好適であった。またＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物は、分子量が７００万〜７５０万のものがフロック形成に最適であった。
【００２４】
フロック形成に最適な分子量が存在する理由は、分子量が大きすぎると、高分子自身が絡まって球状となりやすく、懸濁粒子との相互作用が弱くなってフロック形成がしにくくなり、また分子量が小さすぎると懸濁粒子と高分子との接触度合いが減少し、大きなフロックの形成が起こりにくくなるためである。また上述のように高分子凝集剤が別の成分との共重合体の場合、懸濁粒子と高分子の相互作用が影響を受けるため、最適な分子量がシフトするためである。
【００２５】
このようにして第1の有機凝集剤を添加し撹拌したうえで、第２の有機凝集剤を添加する。その添加量は１〜１０ｐｐｍが好ましい。この第２の有機凝集剤は、第1の有機凝集剤により正に荷電した状態から電荷が中性となる状態とするためのものであり、アニオン系有機凝集剤単独、あるいはアニオン系有機凝集剤とノニオン系有機凝集剤とを混合したものが用いられる。混合の場合には、ノニオン系有機凝集剤が全体の９０％を超えないようにする。ノニオン系有機凝集剤がそれ以上となると、電荷を中性に戻す効果が不十分になるためである。
【００２６】
ここでアニオン系有機凝集剤及びノニオン系有機凝集剤が、高分子凝集剤であることが好ましく、特にポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物、あるいはポリアクリルアミドを用いることが好ましい。その理由は完全には解明されていないが、分子量及びコロイド当量が適しているためと考えられる。特に前記した分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡまたは分子量が７００万〜７５０万のＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物からなる第1の有機凝集剤との組み合わせにより、粒径が５ｍｍ以上の巨大なフロックを効率よく生成させることができるので好ましい。
【００２７】
第２の有機凝集剤を添加し撹拌することにより電荷が中性となると、凝集作用が高まってフロックが巨大化するとともに高密度化し、速やかに沈降する。この操作は安定的に行わせることができ、フロック生成は短時間で進行し、生成したフロックはろ過性が良好でシックナーにより容易に固液分離を行うことができる。これにより排水中に含まれ水ガラスの大部分は除去されるので、フロックを分離した上澄水は砂ろ過装置を通し、監視槽で排水の濁度のチェックを行った上で放流される。
【００２８】
本実施形態によれば無機系凝集剤を使用しないため、フロックを脱水した脱水ケーキの発生量は僅かであり、処理コストを抑制することができる。
【００２９】
（実施形態２）
実施形態２では、図２に示すように、上記の排水は、濁度制御槽に導かれる。濁度制御槽において排水のｐＨを中性領域とするｐＨ調整を行う。このフローではシックナーにより分離された汚泥（フロック）の一部を濁度制御槽に返送する返送手段が設けられている。
【００３０】
この濁度制御槽は本発明に特有のもので、排水の濁度（＝浮遊懸濁物質の量）を計測して、シックナーからの汚泥を混合し、排水の濁度を制御する。排水の濁度は、５００〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲に制御する。排水の濁度を前記範囲に制御することにより、次工程において安定したフロック形成が可能となる。５００ｍｇ／Ｌ未満では浮遊懸濁物質が凝縮しにくくなり、１０００ｍｇ／Ｌを越えると凝集しきれない浮遊懸濁物質が残留するので好ましくない。なお必要に応じて加水手段から水を加えることもできる。なお、本発明における「排水の濁度（ｍｇ／Ｌ）」とは、清製水１Ｌの中に１ｍｇのカオリンが含まれている時の濁りをカオリン濁度１と表すカオリン濁度標準に基づくものである。また、本発明における濁度とは、散乱光濁度（試料中の粒子によって散乱した光の強度を波長６６０ｎｍ付近で測定し、カオリン標準液を用いて作成した検量線から求められる。測定は、散乱光濁度計を使用する。）を意味する。
【００３１】
濁度制御後の排水には、第１撹拌槽においてカチオン系の第１の高分子凝集剤を添加され、次に第２撹拌槽においてアニオン系またはノニオン系の第２の高分子凝集剤を添加される。カチオン系高分子凝集剤としては、その全部または一部が、ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡ）、またはＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物であることが好ましい。その添加量は排水の固形分（ＤＳ）あたり１〜１０ｐｐｍ程度で十分である。この第1の高分子凝集剤は負に荷電した水ガラスに電気的に吸着してフロックを形成するとともに、全体を正に荷電させる役割を持つ。実験の結果によれば分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡ、好ましくは３００〜４００万の分子量が好適であった。またＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物は、分子量が７００万〜７５０万のものがフロック形成に最適であった。
【００３２】
フロック形成に最適な分子量が存在する理由は、分子量が大きすぎると、高分子自身が絡まって球状となりやすく、懸濁粒子との相互作用が弱くなってフロック形成がしにくくなり、また分子量が小さすぎると懸濁粒子と高分子との接触度合いが減少し、大きなフロックの形成が起こりにくくなるためである。また上述のように高分子凝集剤が別の成分との共重合体の場合、懸濁粒子と高分子の相互作用が影響を受けるため、最適な分子量がシフトするためである。
【００３３】
このようにして第1の高分子凝集剤を添加し撹拌したうえで、第２の高分子凝集剤を添加する。この第２の高分子凝集剤は、第1の高分子凝集剤により正に荷電した状態から電荷が中性となる状態とするためのものであり、アニオン系高分子凝集剤単独、あるいはアニオン系高分子凝集剤とノニオン系高分子凝集剤とを混合したものが用いられる。混合の場合には、ノニオン系高分子凝集剤が全体の９０％を超えないようにするのが好ましい。ノニオン系高分子凝集剤がそれ以上となると、電荷を中性に戻す効果が不十分になりやすいためである。第２の高分子凝集剤の添加量は、排水の固形分（ＤＳ）あたり１〜５ｐｐｍ程度で十分である。
【００３４】
ここでアニオン系高分子凝集剤及びノニオン系高分子凝集剤としては、特にポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物、あるいはポリアクリルアミドを用いることが好ましい。その理由は完全には解明されていないが、分子量及びコロイド当量が適しているためと考えられる。特に前記した分子量が２５０万〜４５０万のＤＭＡまたは分子量が７００万〜７５０万のＤＭＡの４級塩とアクリルアミドとの共重合物からなる第１の高分子凝集剤との組み合わせにより、粒径が５ｍｍ以上の巨大なフロックを効率よく生成させることができる。
【００３５】
第２の高分子凝集剤を添加し撹拌することにより電荷が中性となると、凝集作用が高まってフロックが巨大化するとともに高密度化し、沈降槽において速やかに沈降する。この操作は安定的に行わせることができ、フロック生成は短時間で進行し、生成したフロックはろ過性が良好でシックナーにより汚泥（フロック）と上澄水とに容易に固液分離を行うことができる。これにより排水中に含まれる水ガラスの大部分は汚泥として除去されるので、フロックを分離した上澄水は砂ろ過装置を通し、監視槽で濁度のチェックを行った上で放流される。
【００３６】
本実施形態によれば無機系凝集剤を使用しないため、フロックを脱水した脱水ケーキの発生量は僅かであり、処理コストを抑制することができる。また、排水の濁度を５００〜１０００ｍｇ／Ｌに制御したうえ高分子凝集剤を添加するので、安定したフロック形成が可能となる。
【００３７】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示すブロック図であり、そのフローは基本的に実施形態２の発明と同様である。しかし図３のフローにはシックナーにより分離された汚泥（フロック）の一部を分別する分別手段と、分別された汚泥を濁度制御槽に返送する返送手段とが設けられている。シックナーの汚泥は６０〜２００メッシュの粒度に分別されたうえ、返送される。必要により加水手段により濁度の制御を行う。
【００３８】
水ガラスを含む排水は濁度制御槽において返送汚泥と混合され、排水の濁度を３００〜１２００ｍｇ／Ｌに制御する。実施形態２の発明よりも濁度制御における許容範囲が広いのは、粒度制御された汚泥を使用することによるものである。６０〜２００メッシュの粒度に分別された返送汚泥と水ガラスを含む排水を混合することにより、大きな密度のあるフロックを安定して形成することができる。このような大きなフロックは吸蔵吸着効果が大きく、不純物除去効果が高いうえ、短時間で固液分離が可能で処理水の清澄性が向上する利点がある。
【００３９】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示すブロック図であり、そのフローは基本的に実施形態２と同様である。４のフローには濁度制御槽への粒子添加手段が設けられており、例えば碍子製造工場から排出されるセルベンのような６０〜２００メッシュに調整されたアルミナ・シリカ質粒子（ガイシ仮焼物）を濃縮水に０.１〜１.０％添加混合し、排水の濁度を２５０〜１３００ｍｇ／Ｌに制御する。また必要に応じて、加水手段から水を加えて、排水の濁度を１００〜１３００ｍｇ／Ｌに制御する。本実施形態によれば、添加されたアルミナ質粒子が核形成剤として作用し、密度の大きなフロックが形成されて固液分離が容易となる。
【００４０】
なおセルベンとはムライト、コランダム、シリカの複合体の焼成物であり、比重は２．９５である。ムライトやコランダムを用いることもできる。その他粒子添加手段として、ジルコニアは高価であるうえ比重が５.６８と重くフロック形成に難があり、シリカは比重が２.６６と軽すぎ、やはりフロック形成に難がある。また生成過程で水和物を作製するのでフロック形成に好ましくない。また使用する粒径を６０〜２００メッシュに調整することで安定的なフロック形成が可能となり、固液分離が短時間で容易となる。６０メッシュより小さいか、２００メッシュより大きいとフロック形成に難があり、固液分離が困難になる。
【実施例】
【００４１】
図１のフローに示す方法（実施例１）および図４のフローに示す方法（実施例２）により、水ガラスを含む排水の処理を行った結果を表１に示している。ｐＨは、硫酸バンドと重曹を用いて、ｐＨ７とする調整を行った。
【表１】
2015182034.tif 000003
【００４２】
図１のフローに示す方法において、第1の有機凝集剤および第２の有機凝集剤の種類を変えて、水ガラスを含む排水の処理を行った結果を表２に示している。なお、表２において、「ＤＭＡ」はジメチルアミノエチルメタクリレート、「ＤＡＡ」はジメチルアミノエチルアクリレート、「ＰＡＮ＋共」はポリアクリル酸ソーダとポリアクリルアミドとの共重合物、「ＰＡＮ」はポリアクリル酸ソーダ、「ＰＡＡ」はポリアクリルアミド、「ＰＡ」はポリアミジン系、「Ｐ＋Ｎ」葉ＰＡＣ（塩化アルミニウム） ＋ ＮａＯＨを意味する。
【表２】
2015182034.tif 000004
【００４３】
図４のフローに示す方法において、ガイシ仮焼物添加後の濁度を変化させながら、工業用水に水ガラス３号（ＪＩＳ Ｋ１４０８）を加えて作成したものの処理を行った結果を表３に示している。
【表３】
2015182034.tif 000005
【００４４】
図２のフローに示す方法において、シックナーで分離された汚泥の一部を６０〜２００メッシュに分別して濁度制御槽へ返送した際の濁度制御槽の濁度を変化させながら、工業用水に水ガラス３号（ＪＩＳ Ｋ１４０８）を加えて作成したものの処理を行った結果を表４に示している。
【表４】
2015182034.tif 000006
【００４５】
表１〜４に示すように、本発明によれば、大掛かりな装置を用いることなく水ガラスの凝集処理を行うことができる。
【図１】
2015182034.tif 000007
【図２】
2015182034.tif 000008
【図３】
2015182034.tif 000009
【図４】
2015182034.tif 000010