(57)【要約】【課題】特殊な装置や設備を必要とせず、汚濁物質、有害成分、着色成分等が少なくとも1種以上共存又は複合する排水を迅速に清浄な上澄み水と凝集沈殿物に固液分離することができ、かつ排水中の有害な重金属類も同時に除去することができる排水処理剤及び排水処理方法の提供。【解決手段】カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム１０〜１１０質量部、石灰５〜１５００質量部及び高分子凝集剤１〜２０質量部を含有することを特徴とする排水処理剤、及びこれを用いる排水処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム１０〜１１０質量部、石灰５〜１５００質量部及び高分子凝集剤１〜２０質量部を含有することを特徴とする排水処理剤。
【請求項２】
さらに、還元剤１０〜３００質量部及びアルカリ金属リン酸塩０．５〜２０質量部から選ばれる１種又は２種以上を含有するものである請求項１記載の排水処理剤。
【請求項３】
排水１００質量部に対して０．０５〜３．０質量部添加して使用するものである請求項１又は２記載の排水処理剤。
【請求項４】
対象排水が、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水である請求項１〜３のいずれかに記載の排水処理剤。
【請求項５】
多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水に、請求項１〜３のいずれかに記載の排水処理剤を添加し、固液分離することを特徴とする排水処理方法。
【請求項６】
排水が、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合するものであり、水質基準対象成分を除去する方法である請求項５記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機系排水処理剤を用いた、各種重金属類を含有する排水および染色・着色排水や汚濁物質を含む排水の処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種産業界、下水道および土木建築工事現場等から排出される各種汚濁物質、有害成分、着色成分等を含む排水は、排水基準の規制対象であり、これを満足するように各種汚濁物質、有害成分、着色成分等を除去した後に公共水域に放流される。近年は、環境保全の高まりから、排水基準が強化される傾向にあり、自治体によっては排水基準に上乗せして、環境基準値を採用するケースも見受けられる。
【０００３】
各種産業界、下水道および土木建築工事現場等から排出される各種汚濁物質、有害成分、着色成分等を含む排水は、一般的に第一工程としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の無機系凝集剤を添加して荷電中和（凝結効果）させた後、酸またはアルカリを加えてpH調整を行い、第二工程で高分子凝集剤を添加し、架橋吸着（フロック化）して凝集沈殿させ、処理されている。また無機凝集剤や高分子凝集剤を添加する工程を複数有する処理も行われている（特許文献１〜４）。
【０００４】
しかしながら、上記のような凝集沈殿処理では、使用する薬剤や処理工程が多く複雑になるとともに、撹拌槽や沈殿槽などの処理装置も過大となり、設置場所も広大になるなどの問題があった。
【０００５】
また、これまでは特定の重金属類や汚濁物質等の処理には有効な排水処理剤や処理方法であっても（特許文献４〜７）、近年では、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分、着色成分等が共存又は複合する排水もある。このため、このような処理困難な排水を迅速に処理することができ、簡便で、低コストかつ高い除去性能を有する排水処理剤および排水処理方法の開発が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９５７７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２２００６７号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４５４３１号公報
【特許文献４】特許第５１７０４６１号公報
【特許文献５】特開２０００−２４６２６７号公報
【特許文献６】特開２０１０−８２５０７号公報
【特許文献７】特開２００６−１６７５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分、着色成分等が少なくとも１種以上共存又は複合する排水を迅速に凝集沈殿させて分離することができ、かつ有害微量成分を同時に除去することができる排水処理剤の開発が望まれている。
【０００８】
従って、本発明の課題は、特殊な装置や多大な設備を必要とせず、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分、着色成分等が少なくとも１種以上共存又は複合する排水を迅速に清浄な上澄み水と凝集沈殿物に固液分離することができ、かつ排水中の有害微量成分も同時に除去することができる排水処理剤及び排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者は、前述の従来技術の問題点を解決するため種々検討した結果、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分、着色成分等が少なくとも１種以上共存又は複合する排水にカルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、石灰および高分子凝集剤から構成される排水処理剤を添加することによって、特殊な装置や設備を必要とすることなく、迅速に清浄な上澄み水と凝集沈殿物に固液分離することができ、かつ排水中の有害微量成分も同時に除去することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の〔１〕〜〔６〕を提供するものである。
【００１１】
〔１〕カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム１０〜１１０質量部、石灰５〜１５００質量部及び高分子凝集剤１〜２０質量部を含有することを特徴とする排水処理剤。
〔２〕さらに、還元剤１０〜３００質量部及びアルカリ金属リン酸塩０．５〜２０質量部から選ばれる１種又は２種以上を含有するものである〔１〕記載の排水処理剤。
〔３〕排水１００質量部に対して０．０５〜３．０質量部添加して使用するものである〔１〕又は〔２〕記載の排水処理剤。
〔４〕対象排水が、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水である〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の排水処理剤。
〔５〕多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水に、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の排水処理剤を添加し、固液分離することを特徴とする排水処理方法。
〔６〕排水が、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合するものであり、水質基準対象成分を除去する方法である〔５〕記載の排水処理方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の排水処理剤を用いれば、遠心分離機等の特殊な設備や多大な設備を必要とすることなく、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分、着色成分等が少なくとも１種以上共存又は複合する排水を迅速に清浄な上澄み水と凝集沈殿物に固液分離することができ、かつ排水中の有害微量成分も同時に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】重金属除去試験フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の排水処理剤は、カルシウムアルミネート１００質量部、硫酸アルミニウム１０〜１１０質量部、石灰５〜１５００質量部及び高分子凝集剤１〜２０質量部を含有する。
【００１５】
カルシウムアルミネートは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3を主成分とする化合物である。例えば、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2などが使用できるが、汚濁物質や着色成分の凝集沈殿促進効果及び重金属類等の有害成分の除去効果の点から、ＣａＯ及びＡｌ2Ｏ3の含有量の多いカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2がより好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3がさらに好ましい。またカルシウムアルミネートは結晶質あるいは非晶質のものがあるが、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましい。
カルシウムアルミネートの粉末度は特に限定されるものではないが、凝集促進効果の点からブレーン比表面積で、３０００〜９０００ｃｍ2／ｇが好ましく、さらには４０００〜６０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。
【００１６】
硫酸アルミニウムは、化学成分としてＡｌ2（ＳＯ4）3・ｎＨ2Ｏで表される水和物、あるいはＡｌ2（ＳＯ4）3で表される無水塩の何れでも良い。好ましくは、有害物質の除去効果や凝集効果に優れていることから、ｎが１４〜１８の水和物が良い。一般に硫酸バンドと呼ばれる粉末の試薬および工業品であれば特に限定されず、望ましくはＪＩＳ  Ｋ  １４２３に準拠したものがより好ましい。
硫酸アルミニウムの含有量は、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して１０〜１１０質量部であり、好ましくは１０〜１００質量部である。硫酸アルミニウムの含有量が、１０質量部未満では、排水のpHが高くなる傾向があり、１１０質量部を超えると十分な凝集促進効果が得られない。なお硫酸アルミニウムは水和物総重量換算である。
【００１７】
石灰としては、例えば消石灰、生石灰、石灰石微粉末などが挙げられるが、消石灰および生石灰が好ましい。
石灰の粉末度は特に限定されるものではないが、凝集促進効果及び有害成分の除去効果の点からブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ2／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。
石灰の含有量は、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して５〜１５００質量部である。消石灰を用いる場合、消石灰の含有量は、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して８０〜１５００質量部であり、好ましくは８０〜１０００質量部である。消石灰の含有量が８０質量部未満では十分な凝集沈殿効果及び有害成分の除去効果が得られず、１５００質量部を超えると排水のpHが高くなる傾向になる。また生石灰を用いる場合、生石灰の含有量は、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して５〜２００質量部であり、好ましくは５〜１００質量部である。生石灰の含有量が５質量部未満では十分な凝集沈殿効果及び有害成分の除去効果が得られず、２００質量部を超えると十分な凝集促進効果が得られない。
【００１８】
高分子凝集剤としては、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤、カチオン基とアニオン基とノニオン基を同時に有した両性高分子凝集剤などが挙げられる。本発明では多種多様な排水の処理に対応するため、カチオン、アニオン、ノニオン性凝集剤の特長を全て兼ね備えた  両性高分子凝集剤の使用が好ましい。
両性高分子凝集剤の含有量は、凝集性能及び経済性の面から排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して１〜２０質量部が好ましく、１〜１０質量部がより好ましい。
【００１９】
本発明の排水処理剤には、さらに有害成分の無害化及び除去効果を向上させる目的で、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、還元剤及びアルカリ金属リン酸塩から選ばれる１種又は２種以上を併用することができる。
【００２０】
還元剤をカルシウムアルミネートと併用することで、優れた有害成分の無害化及び除去効果が得られる。還元剤としては、硫酸第一鉄、チオ硫酸ナトリウム、ギ酸、シュウ酸などが挙げられるが、取扱いが容易で、比較的安価であることから硫酸第一鉄が好適に使用できる。硫酸第一鉄としては、結晶水を7つ持つ硫酸第一鉄七水和物と結晶水を１つ持つ硫酸第一鉄一水和物があるが、保存安定性が高い硫酸第一鉄一水和物を用いるのが好ましい。
硫酸第一鉄一水和物の含有量は、還元効果と経済性の点から、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して１０〜３００質量部が好ましく、より好ましくは１０〜２００質量部である。
【００２１】
アルカリ金属リン酸塩としては、リン酸ナトリウムやリン酸カリウムなどの易溶性の塩が挙げられる。本発明では、アルカリ金属リン酸塩を配合することにより、良好な有害成分の除去効果が得られる。アルカリ金属リン酸塩としては、下記式（１）〜（３）で表されるリン酸カリウムが好ましく、有害成分の除去効果に優れていることから下記式（２）で表されるリン酸二水素カリウムがより好ましい。
リン酸二水素カリウムの含有量は、排水処理剤中にカルシウムアルミネート１００質量部に対して０．５〜２０質量部が好ましく、０．５〜１０質量部がより好ましい。
【００２２】
Ｋ2ＨＰＯ4    （１）
ＫＨ2ＰＯ4    （２）
Ｋ3ＰＯ4      （３）
【００２３】
本発明の排水処理剤は、前記カルシウムアルミネート、硫酸アルミニウム、石灰及び高分子凝集剤を含有していればよく、排水の凝集性や重金属類等の有害成分の除去効果に影響を与えなければ、他の成分、例えばキレート剤、普通セメント、早強セメント、超早強セメント、中庸熱セメント、低熱セメント、耐硫酸塩セメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の混合セメント、白色セメント、エコセメント、アルミナセメント、コロイドセメント、超微粒子セメント、セメント系固化材等の特殊セメント、無水石膏、二水石膏、半水石膏等の石膏類、天然又は人工ゼオライト、モンモリロナイト、カオリン、ベントナイト等の粘土鉱物等を含有していてもよい。
【００２４】
本発明の排水処理剤を用いれば、排水中の有害物質、すなわち環境省が定める水質基準により有害物質として規制されている成分（水質基準対象成分）を除去することができる。当該水質基準対象成分としては、例えば、ほう素（Ｂ）、ふっ素（Ｆ）、ひ素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、六価クロム（Ｃｒ6+）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、総水銀（Ｔ-Ｈｇ）等が挙げられる。
【００２５】
本発明による処理の対象となる排水は、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水である。本発明による排水処理によれば、汚濁物質や着色成分と一緒に排水中に含まれる重金属類や他の有害成分も除去できるので、排水中には多種多様な有害成分が含まれていてもよい。本発明で処理の対象となる排水には、産業界や下水道から排出される排水、製鉄業、製紙製造業、アルミニウム製造業、半導体製造業等の各種製造業や鉱工業、重金属回収業やリサイクル業界、土木建築工事現場、あるいは畜産業からの排水等が挙げられる。
【００２６】
本発明の排水処理方法は、多数の重金属類、汚濁物質、有害成分及び着色成分から選ばれる少なくとも１種以上共存又は複合する排水に、前記の排水処理剤を添加し、凝集沈殿させ、固液分離する方法である。排水処理剤の添加量は、排水１００質量部に対して０．０５〜３．０質量部が好ましく、０．１〜１．０質量部がより好ましい。
【００２７】
排水処理剤を添加した排水は、重金属類や有害成分の除去、汚濁物質や着色成分の凝集を促進させるため、混合するのが好ましい。混合手段は、特に限定されず、通常の攪拌機を用いればよい。排水処理剤添加後の排水は、凝集が促進されるため、撹拌停止直後から沈殿が生じ、二層に分離する。特殊な装置を使用せず、例えば沈降分離槽等の設置により固液分離すれば、液層（水層）からは重金属類や汚濁物質および着色成分が除去されている。
【００２８】
処理後の液層（水層）は、重金属類や有害成分の含有量が顕著に低下しているので、必要に応じてpH調整すれば、そのまま放流することができる。一方、固層は、セメント原料の一部として許容可能な範囲でリサイクルすればよい。
【実施例】
【００２９】
次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実施例及び比較例に使用した材料及び分析方法は以下の通りである。
＜使用材料＞
（１）排水
都市ごみ焼却灰水洗水
黒色脱墨排水（略号：排水ａ）：製紙会社
青色着色排水（略号：排水ｂ）：製紙会社
緑色着色排水（略号：排水ｃ）：製紙会社
（２）排水処理剤
カルシウムアルミネート（略号：ＣＡ）：太平洋マテリアル(株)製
硫酸アルミニウム（略号：ＡＬＳ）：大明化学工業(株)製
生石灰（略号：ＣＡＯ）：太平洋マテリアル(株)製
消石灰（略号：ＣＡＨ）：関東化学社製  粉末試薬
硫酸第一鉄一水和物（略号：ＦＳＨ）：富士チタン工業社製
リン酸二水素カリウム（略号：ＫＨＰ）：関東化学社製  粉末試薬
高分子凝集剤（略号：ＰＦＡ）：ポリアクリルアミド系両性高分子凝集剤
キースロックRP-AM7
キレート剤（略号：ＫＡ）：排水用キレート剤  市販品
ポリ塩化アルミニウム（略号：ＰＡＣ）：一般市販品
【００３１】
＜分析方法＞
【００３２】
【表１】
2015100781.tif 000002
【００３３】
表２に示す割合で上記使用材料を配合し、本実施例の排水処理剤および比較例の排水処理剤を作製した。
【００３４】
（排水処理剤の重金属除去効果）
各種重金属類を含有する都市ごみ焼却灰水洗水を用いて、排水処理剤の添加による重金属除去試験を行った。都市ごみ焼却灰水洗水に排水処理剤を所定量添加し、３分間撹拌後、静置した。凝集沈殿後の上澄み水を０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、重金属分析用の検液とした。また比較として、市販の排水用キレート剤を用いて、同様の試験を行った。なお、キレート剤を用いた場合は、キレート剤メーカーが推奨する凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を別途添加し、凝集沈殿を行った。図１に重金属除去試験のフローを示す。また、表３に重金属除去試験結果を示す。
【００３５】
【表２】
2015100781.tif 000003
【００３６】
【表３】
2015100781.tif 000004
【００３７】
表３から明らかなように、カルシウムアルミネート（ＣＡ）１００質量部、硫酸アルミニウム（ＡＬＳ）１０〜１１０質量部、石灰（ＣＡＯ又はＣＡＨ）５〜１５００質量部及び高分子凝集剤（ＰＦＡ）１〜２０質量部を含有する排水処理剤を用いれば、都市ごみ焼却灰水洗水中の有害な重金属類を除去することができ、水質汚濁に係る環境基準値をクリアすることが可能であった。またキレート剤では除去できない重金属類についても除去可能であることが判明した。
【００３８】
（排水処理剤の凝集沈殿効果）
製紙会社より排出された３種類の着色懸濁排水を、５００mlをビーカーに入れ、表４の配合で調整した排水処理剤を排水に対して外割で各添加量を設定し、凝集沈殿効果および上澄み水のpH、濁度および色度を確認した。凝集沈殿効果の確認は、対象とする排水１００重量部に対して、外割で所定の排水処理剤を添加して撹拌した後、静置１分以内に凝集物の沈降が終了するか否かを評価基準した。表５に測定結果を示す。
【００３９】
【表４】
2015100781.tif 000005
【００４０】
【表５】
2015100781.tif 000006
【００４１】
表５から明らかなように、各排水１００質量部に対して本発明の排水水処理剤を０．０５〜０．１質量％添加することにより、凝集が顕著に促進でき、凝集沈殿後の上澄み水もpH、濁度および色度の水質基準をクリアしていることがわかる。
【図１】
2015100781.tif 000007