(57)【要約】【課題】  従来の浄化装置は、複雑で大規模な構造の浄化装置からなり、多大なイニシャルコスト・ランニングコストを要し、かつ、膨大な設置面積を必要とし、さらに、廃水をきれいに浄化できない課題があった。【解決の手段】【請求項１】  廃水２中に鉄イオンと、マグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの少なくとも何れか一８，９とを添加して、廃水２中の混入異物を凝集沈殿６，７させ、または、遠心分離機、もしくは、砂濾過、あるいは、フイルタで除去する凝集除去工程と、  凝集除去工程で異物が除去された廃水を、マグネシュウム、カルシュウム、または、アルミニュウムの水酸化物の、少なくとも何れか一からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤１４ａ，１５ａの相互間隙中を通過させて、廃水中の微粒子を凝集させて除去する精密凝集除去工程とで構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水中に鉄イオンと、マグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの少なくとも何れか一とを添加して、廃水中の混入異物を凝集させて沈殿させ、または、遠心分離機、もしくは、砂濾過、あるいは、フイルタで除去する凝集除去工程と、
凝集除去工程で異物が除去された廃水を、マグネシュウム、カルシュウム、または、アルミニュウムの水酸化物の、少なくとも何れか一からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させ、廃水中の微粒子を凝集させて除去する精密凝集除去工程とを具備したことを特徴とする廃水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、例えば、インク廃水、染色廃水、塗装廃水等の廃水を浄化する廃水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば、インク製造工場における廃水の浄化は、第一の沈殿槽において、廃水中に硫酸バンド等の凝集剤を投入して凝集沈殿させ、その沈殿物を除去した後、さらに第二の沈殿槽において、高分子凝集剤を投入し凝集沈殿物を除去した後、バッキ槽でバクテリア処理して放流している。
【発明の開示】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００３】  従来の浄化装置は、上記の如く複雑な凝集沈殿を繰り返し行っているにもかかわらず、きれいに廃水を浄化できず、かつ、多大なイニシャルコスト・ランニングコストを要し、さらに、膨大な設置面積を必要としており、これらの問題を解決する必要性に迫られている。
さらに、図５の写真に示すインク工場の廃水は、第一の沈殿槽で凝集沈殿物が除去されるが、図６の写真で示す如く殆どきれいに浄化されず、この汚れた液が第二の沈殿槽に注ぎ込まれるため、第二の沈殿槽の負荷が大きくなり、日によっては十分浄化されていない汚れた液が次工程のバッキ槽に流れ込み、バッキ槽の機能が十分に発揮できない課題があった。
【０００４】  この発明は、廃水中に鉄イオンと、マグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの何れか一とを添加して、廃水中の混入異物を凝集沈殿させ、または、遠心分離機、もしくは、砂濾過、あるいは、フイルタで除去する凝集除去工程と、凝集除去工程で大まかな異物が除去された後の廃水を、水酸化物からなる特殊吸着剤の相互間隙中を通過させて廃水中の微粒子を凝集して後、除去する精密凝集除去工程とからなる廃水浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】    上記課題解決手段は、廃水中に鉄イオンと、マグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの何れか一とを添加して、廃水中の混入異物を凝集沈殿させ、または、遠心分離機、もしくは、砂濾過、あるいは、フイルタで除去する凝集除去工程と、凝集除去工程で大まかな異物が除去された廃水を、マグネシュウム、カルシュウム、または、アルミニュウムの水酸化物の、少なくとも何れか一からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させて、廃水中の微粒子を凝集させて後、除去する精密凝集除去工程とで構成する。
【０００６】  例えば、インク工場の廃水は、図５の写真で示す如く非常に汚れている。この廃水中に鉄イオンを例えば、１００ｐｐｍ添加して図７の写真のａに示す状態にして後、図７の写真に示す２００μｍの濾紙２４で濾過しょうとしても、混入スラッジ量が多く全く濾紙２４を通過しない。
この鉄イオンを添加した廃水中に、さらに、マグネシュウムイオン１００ｐｐｍ添加して図８の写真に示すように凝集沈殿した状態にして、図９の写真のａで示す如く２００μｍの濾紙２４で濾過すると、図９の写真のｃ、並びに、図１０の写真に示す如く可也きれいな透過液が得られた。この工程が本願の凝集除去工程に相当する。
さらに、図１１に示す水酸化マグネシュウムを主成分とする直径２５０μｍの毛玉状の吸着剤と、図１２に示すこの吸着剤の相互間隙を広める役割をする珪藻土を焼結して形成したスペーサーとを、体積比率５０：５０で混合した吸着剤２５を、図１３の写真に示す如く、２００μｍの濾紙２４上に乗せて、鉄イオンとマグネシュウムイオンとを添加した図８の写真に示す廃液を上から注ぐと、図８の写真のｃ、並びに、図１４の写真に示す如く、非常にきれいな透過液が得られた。この工程が本願の精密凝集除去工程に相当する。
なお上記実験では、鉄イオンとして塩化第二鉄を用い、マグネシュウムイオンとして硫酸マグネシュウムを使用した。
また、インキ工場の廃水にあっては、イオンの添加量として、鉄イオン、マグネシュウムイオンとも、５０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍが最適であった。
しかしながら、鉄イオンは凝集剤として作用し、マグネシュウムイオンは凝集補助剤として作用しており、両者を併せて添加することにより優れた結果が得られるのであり、その添加量は被浄化液毎に、また、その性状毎に異なる。
さらに、マグネシュウムイオンの代わりに、カルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンを用いても同様の効果が得られ、鉄イオンと、少なくともマグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの何れか一とを添加すればよい。
【０００７】  精密凝集除去工程は、吸着剤の電荷０ポイントの性状を利用して行う。即ち、廃水のｐＨ値が吸着剤の電荷０ポイントより低いｐＨ領域の場合、吸着剤の表面は正に帯電し、負に帯電する水酸基を水溶液中に溶解する性状を利用する。
吸着剤が水酸化マグネシュウムの場合、その電荷０ポイントはｐＨ１２であり、ｐＨ１２より低いｐＨ領域の水溶液中にあっては水酸化マグネシュウムの表面は正に帯電する。
一方、廃水中の微粒子は、ｐＨ６〜ｐＨ１２の領域の水溶液中にあっては負に帯電する。負に帯電している微粒子は、正に帯電している吸着剤の表面に吸引されて微粒子の相互間距離が、互いに吸引力が働きく距離まで狭くなり、互いに凝集して大きな塊となる。大きな塊となった微粒子は、目の粗い例えば２００μｍの濾紙で捕捉される。
【０００８】  また、吸着剤として、図１１の写真に示す長さ３０μｍの針状繊維を絡めて毛玉状の粉末状体に構成した水酸化マグネシュウムを用いた場合、その自重の２倍の油を吸収することができる。また、その吸収能力が飽和すると、油を大きな塊として水溶液中に押し出し液面に浮上させる。この浮上油を分離回収することもできる。
さらに、水酸化マグネシュウムは、水溶液中に水酸基を溶解させるため、廃水中に鉛、ニッケル等の重金属イオンが混入している場合、この重金属イオンと結合して水酸化物のフロックを形成し、このフロックを凝集させてフイルタで除去することも出来る。
【発明の効果】
【０００９】  課題解決手段は、廃液中に鉄イオンと、少なくともマグネシュウムイオンもしくはカルシュウムイオンあるいはアルミニュウムイオンの何れか一とを添加して混入異物を大まかに除去する凝集除去工程と、吸着剤の電荷０ポイントの性状を利用して微粒子を凝集して除去する精密凝集除去工程とで構成することにより、イニシャルコスト・ランニングコストが少なく、設置面積を大幅に縮小することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下この発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。【００１１】  図１は、この発明の原理説明用のＭｇ（ＯＨ）２の電荷０ポイント特性曲線、即ち、ＰＺＣ：ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｚｅｒｏ  ｃｈａｒｇｅ特性曲線で、横軸にｐＨ値を、縦軸に濃度を取っており、電荷０ポイント：ｐＨ１２より低いｐＨ領域の液中においては、
Ｍｇ（ＯＨ）２＝Ｍｇ（ＯＨ）＋＋ＯＨ−の平衡から、Ｍｇ（ＯＨ）＋が生じやすく、Ｍｇ（ＯＨ）２の表面は正に帯電し、また、液中にはＯＨ−が多くなり塩基性を示す。
一方、水中の微粒子・微細油は、多くの場合−に帯電しており、それらの粒子間には、図２に示す拡張ＤＬＶＯ理論による反発力が働き、凝集しないで分散し、安定化している。【００１２】  図２は、拡張ＤＬＶＯ理論の説明図で、横軸に微粒子の表面間距離、縦軸にエネルギーを取っている。
古典的ＤＶＬＯ理論では、微粒子間に働く力Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｖｅ＋Ｖｄと言われている。
ここにおいて、Ｖｅ：粒子間に働く静電気力
Ｖｄ：粒子間に働くｖａｎ  ｄｅｒ  ｗａａｌｓ力
即ち、固液界面に形成される電気二重層が、粒子同士の接近により重なり合うために生じる静電気反発力と、粒子を構成する分子の分子間力に起因する分子間引力との釣り合いにより、微粒子が凝集・分散するとされていた。
拡張ＤＶＬＯ理論では、微粒子間に働く力Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｖｅ＋Ｖｄ＋ＶＳであると言われている。
ＶＳ：水和力ＶＳ１＋疎水力ＶＳ２
即ち、粒子の親水性が強い場合や、電解質濃度が高い場合には、水和力ＶＳ１と云う反発力を考慮し、粒子表面の疎水性が強い場合には疎水力ＶＳ２と言う引力を考慮して、力のポテンシャルを計算するものである。
水和力ＶＳ１は、粒子表面の水和により水分子のある種の構造が形成され、これが粒子の接近を妨げる反発力として、現れたものであると考えられる。
疎水力ＶＳ２は、エントロピー説や、キャビテーション説等が提案されているが、未だ定説が出来ていない。
拡張ＤＶＬＯ理論では、粒子と気泡の付着を起こす引力は疎水力ＶＳ２であり、疎水力ＶＳ２を発生させるために粒子の疎水化が必要であるとしており、気泡−粒子間の疎水力ＶＳ２は、分子間力や静電気反発力に比べて遥かに大きいとしている。【００１３】  図３は、気泡−粒子間の疎水力ＶＳ２を示す特性曲線で、横軸に粒子・気泡間距離を、縦軸に相互作用エネルギーを取っている。
図において、特性曲線ａは、ＤＬＶＯ理論に基づく曲線で、エネルギーバリアは無限大で粒子の付着は説明不可能である。
特性曲線ｂは、拡張ＤＬＶＯ理論に基づく曲線で、疎水性引力の寄与でバリアが下げられ、粒子の付着が説明可能となる。なお、特性曲線ｃは、疎水性引力ＶＳ２を示す。【００１４】  本発明は、これらの理論を元になされてものであり、図１において、Ｍｇ（ＯＨ）２の電荷０ポイントよりｐＨ値の低い液中においては、Ｍｇ（ＯＨ）２の表面は正電荷を帯び、かつ、負電荷のＯＨ−を大量に溶出することに着目し、Ｍｇ（ＯＨ）２等、水酸基を有するマグネシュウム、カルシュウム、アルミニュウムの少なくとも何れか一からなる水酸化物を吸着剤として使用し、この吸着剤の電荷０ポイントよりｐＨ値の低い液中の、負電荷を帯びた微粒子、並びに、微細油を、正電荷を帯びた吸着剤の表面に吸着して、互いに吸引力が働くまで相互間距離を狭くして凝集させる。また、正電荷を帯びた液中の金属イオンを、液中に溶解した負電荷のＯＨ−と結合させてフロック化し、凝集剤を使用せず、例えば、フイルタ構造で、微粒子、微細油、金属イオンを除去する廃水浄化装置を提供する。【００１５】  図４は、この発明の一実施例を示す図で、図において、廃水槽１内の図５の写真で示す廃水２を、ポンプ３で汲み上げ、バルブ４，５を介して、例えば、４時間毎に交互に第１，第２の沈殿槽６，７に注ぎ込む。第１，第２の沈殿槽６，７では、第１，第２のイオン注入口８，９から鉄イオン・マグネシュウムイオンが投入され、撹拌されて廃水中の異物は、例えば、１，２時間掛けて凝集沈殿し図８の写真に示す如くになる。この工程が凝集除去工程である。
廃水中の異物が凝集沈殿した第１，第２の沈殿槽６，７の上澄み液は、第１，第２のポンプ１０，１１によって、第１，第２の前処理フイルタ１２，１３と第１，第２の精密凝集装置１４，１５と第１，第２の後処理フイルタ１６，１７とに送り込まれる。
第１，第２の前処理フイルタ１２，１３は、例えば、フイルタメーカー公称１０μｍのフイルタ１２ａ，１３ａを使用して上澄み液中の大きな微粒子を除去する。大きな微粒子が除去された廃水は、第１，第２の精密凝集装置１４，１５に送り込まれ、例えば、図１１の写真に示すマグネシュウムの２５０μｍの毛玉状の微粒子と、例えば、図１２に示す珪藻土の焼結体からなるスペーサーとを、体積比率５０：５０に混合した吸着剤層１４ａ，１５ａを通過させて廃水中の微粒子を約３００倍の大きな塊に凝集する。
この約３００倍の大きな塊となった微粒子を第１，第２の後処理フイルタ１６，１７の、例えば、フイルタメーカー公称１０μｍのフイルタ１６ａ，１７ａで捕捉し、図１４の写真の如くきれいに浄化する。この工程が精密凝集除去工程である。
第１，第２の後処理フイルタ１６，１７で微粒子が除去された浄化水は、バルブ１８を介してバッキ槽１９に送り込まれ、浄化水中のＢＯＤ，ＣＯＤ値を低減して後、下水放流されるか、または、バルブ２０を介して冷却水等にリサイクル使用される。
一方、第１，第２の沈殿槽６，７の沈殿物は、バルブ２１，２２を介してフイルタプレス２３に送り込まれ、プレス濾過されて後、沈殿物は廃棄処理され、プレス濾過後の廃水は廃水槽１内に戻される。【００１６】  なお、上記実施例では、第１，第２の後処理フイルタ１６，１７を第１，第２の精密凝集装置１４，１５の後段に設けたが、第１，第２の精密凝集装置１４，１５の吸着剤層１４ａ，１５ａの内周層にフイルタ１６ａ，１７ａを設け、第１，第２の後処理フイルタ１６，１７を無くしてもよい。
さらに、第１，第２の後処理フイルタ１６，１７の代わりに、凝集沈殿槽を設けてもよく、遠心分離機、砂濾過等、どの様な濾過装置であってもよい。
さらにまた、第１，第２の精密凝集装置１４，１５をフイルタ構造としたが、砂濾過構造としてもよく、砂濾過構造は上方から廃水を注ぎ込むが、下方から廃水を圧入するようにしてもよい。
さらにまた、バッキ槽１９の代わりに電気浄化装置を使用してＢＯＤ，ＣＯＤ値を低減してもよく、バッキ槽１９で処理した後の浄化水を、例えば、フイルタ等を介して、リサイクル使用してもよい。【００１７】  さらに、上記実施例では、凝集除去工程として、第１，第２の沈殿槽６，７を設け、沈殿物をフイルタプレス２３で濾過し、上澄み液を精密凝集除去工程に送り込む場合を示したが、廃水中２に鉄イオンとマグネシュウムイオンとを添加して後、遠心分離機、砂濾過、あるいは、フイルタプレス２３等のフイルタで濾過してもよい。【００１８】  さらにまた、上記実施例では、１，第２の沈殿槽６，７を設けたが単一の浄化槽でもよく、さらに、第１，第２の沈殿槽６，７を設けた場合であっても、第１，第２の精密凝集装置１４，１５等、凝集除去ラインを一ラインとして交互に切り替えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の原理説明用の電荷０ポイント特性。
【図２】  この発明の原理説明用の拡張ＤＬＶＯ理論の説明図。
【図３】  この発明の原理説明用の気泡−粒子間の疎水力を示す特性。
【図４】  この発明の廃水浄化装置の一実施例を示すブロック線図。
【図５】  インク工場の廃水を示す写真。
【図６】  インク工場の廃水を従来の第一沈殿槽で浄化した状態を示す写真。
【図７】  ［図５］の写真に示す廃水に鉄イオンを添加した廃水では２００μｍの濾紙を透過しない状態を示す写真。
【図８】  ［図５］の写真に示す廃水に鉄イオンとマグネシュウムイオンとを添加した状態を示す写真。
【図９】  ［図８］の写真に示す廃水の２００μｍの濾紙での濾過状態を示す写真。
【図１０】  ［図９］の濾過後の浄化液を示す写真。
【図１１】  水酸化マグネシュウムを主成分とする毛玉状の吸着剤を示す写真。
【図１２】  珪藻土を焼結して構成したスペーサーを示す写真。
【図１３】  図８］に示す廃水の２００μｍの濾紙上に吸着剤を乗せた濾過状態を示す写真。
【図１４】  ［図１３］の濾過後の浄化液を示す写真。
【符号の説明】
１      ：廃水槽
２      ：廃水
６，  ７：第１，第２の沈殿槽
８，  ９：第１，第２のイオン注入口
１４，１５：第１，第２の精密凝集装置
１６，１７：第１，第２の後処理フイルタ
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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