(57)【要約】【課題】  金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物の汚泥を、長期間連続的に、かつ安定的に効率良く処理することを可能とする方法を提供する。【解決手段】  金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して金属化合物汚泥を生成させ、その金属化合物汚泥をケーキろ過にて濃縮する際に、ケーキ厚を１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とし、さらにケーキを構成する粒子の平均粒子径を４μｍ以上、またはケーキの平均比抵抗を６×１０8ｃｍ／ｇ以下とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して金属化合物汚泥を生成させ、その金属化合物汚泥をケーキろ過にて濃縮する方法において、ケーキ厚を１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下にし、ケーキを構成する粒子の平均粒子径を４μｍ以上とすることを特徴とする汚泥濃縮方法。
【請求項２】
金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して金属化合物汚泥を生成させ、その金属化合物汚泥をケーキろ過にて濃縮する方法において、ケーキ厚を１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下にし、形成するケーキの平均比抵抗を６×１０8ｃｍ／ｇ以下とすることを特徴とする汚泥濃縮方法。
【請求項３】
ケーキ厚制御機構によりケーキ厚を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥濃縮方法。
【請求項４】
ケーキ厚制御機構として、スクレーパを使用することを特徴とする請求項３に記載の汚泥濃縮方法。
【請求項５】
スクレーパの往復動が下記条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の汚泥濃縮方法。
ろ過面積（ｍ2）÷（スクレーパ長さ（ｍ／本）×スクレーパ本数（本））÷往復動回数（回／分）＜０．３
【請求項６】
ケーキろ過をするろ過体として、平板状のろ過体もしくは回転円盤状のろ過体を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の酸洗やメッキ廃液、鉱山廃液等の金属イオンが溶解した酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物汚泥の濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥の高濃度化を目的とした処理方法として、反応槽内に膜分離装置を設置した膜分離活性汚泥法やケーキろ過法がある。
【０００３】
従来の膜分離活性汚泥法やケーキろ過方法では、ろ過の進行に伴いろ過面にケーキが形成され、ろ過抵抗が増大して処理性が低下するため、ろ過面に生成したケーキを剥離させる方法が取られている。その方法として、攪拌機等で発生する水流による剥離、膜面下方からの曝気による剥離、スクレーパ等による機械的な剥離方法があるが、ケーキの剥離は膜面にケーキを生成させない、あるいは生成してもなるべく薄く生成するように制御して、処理を安定化するのが目的である。
【０００４】
特許文献１のような膜分離活性汚泥装置において、膜分離装置の下方に散気装置を設け、膜面を洗浄する装置が記載されているが、その目的は膜面にケーキ層を生成させないことである。
【０００５】
また、特許文献２のようなケーキろ過装置において、ブレードやスクレーパによりケーキ層の厚さを３〜９ｍｍに調整する機能を持ったものがある。
【０００６】
【特許文献１】特許３４０８６１３号公報
【特許文献２】特許３３４４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの文献には濃縮しようとする汚泥の性質について詳細な記述はなく、また、通常処理能力も膜面１ｍ2当り２ｍ3／日程度であった（以下、２ｍ3／ｍ2／日と表現する）。そこで、本発明は、金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物の汚泥を、長期間連続的に、かつ安定的に効率良く処理することを可能とする方法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】
【０００８】
上記目的を解決するために、本発明においては、
（１）  金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物汚泥を、ケーキろ過して濃縮する方法において、ケーキ厚を１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下にし、ケーキを構成する粒子の平均粒子径を４μｍ以上とすること、
（２）  金属イオンを含む酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物汚泥を、ケーキろ過して濃縮する方法において、ケーキ厚を１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下にし、形成するケーキの平均比抵抗を６×１０8ｃｍ／ｇ以下とすること、
（３）  ケーキ厚制御機構によりケーキ厚を制御すること、
（４）  ケーキ厚制御機構として、スクレーパを使用すること、
（５）  スクレーパの往復動が下記条件を満足すること、
ろ過面積（ｍ2）÷（スクレーパ長さ（ｍ／本）×スクレーパ本数（本））÷往復動回数（回／分）＜０．３
（６）  ケーキろ過をするろ過体として、平板状のろ過体もしくは回転円盤上のろ過体を用いること、
を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属イオンが溶解した酸性廃液を中和処理して生成する金属化合物汚泥を長期間安定して効率良く濃縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明について、以下に詳細に説明する。
【００１１】
図１は、ろ過圧力を一定（Ｐ＝０．０５ＭＰａ）にし、ろ過面に形成されたケーキの厚みを変化させた際の、ろ過速度の変化を示した図である。ケーキ厚が大きくなると、ケーキによるろ過抵抗が上昇し、ろ過速度が小さくなる。つまり、ろ過を継続すると、ろ過に伴いケーキ厚みが上昇するため、徐々にろ過速度が小さくなる。しかしながら、ケーキ厚が５０ｍｍであっても、粒子径が８μｍの場合はろ過速度が１０ｍ3／ｍ2／日以上の非常に高いろ過速度が得られる。ケーキ厚は薄ければ薄いほどろ過速度は大きく取れるが、例えばケーキ厚が０ｍｍでは処理水の水質が悪化し、また、ケーキ厚を制御する上でも１ｍｍ以上のケーキ厚みは必要となる。また、ケーキ厚を５０ｍｍ以上にすると、ろ過速度が低下すると同時に、ケーキ厚を確保するために装置が大きくなるため、既存の水槽に設置しようとした場合に装置が入らなくなるという問題が発生する。よって、ケーキ厚は１〜５０ｍｍとするのが望ましい。
【００１２】
図２は、ケーキを構成する粒子の平均粒子径がろ過速度に及ぼす影響を示した図であり、ケーキ厚を一定（Ｔ＝１０ｍｍ）で、ろ過圧力を一定（Ｐ＝０．０５ＭＰａ）にし、ケーキを構成する粒子の平均粒子径を変化させたときの、粒子径に対するろ過速度の変化を示した図である。平均粒子径が大きくなると、ケーキのろ過抵抗を低下させることができるため、ろ過速度を大きくとることができ、平均粒子径が３μｍを超えると飛躍的にろ過速度が高くなる。このとき、ケーキを構成する粒子の平均粒子径を制御する方法としては、発明者等が先に出願した特願２００２−３５６９３６号に示したように、水槽中の２価鉄イオン質量濃度を変化させる方法があり、平均粒子径を４μｍ以上とするには、水槽中の２価鉄イオン質量濃度を１００ｍｇ／Ｌ以下にすれば良い。
【００１３】
図３は、膜上に形成されるケーキの平均比抵抗、つまり、平均粒子径と密接に関係があるケーキの平均比抵抗がろ過速度におよぼす影響であり、ケーキ厚を一定（Ｔ＝１０ｍｍ）で、ろ過圧力を一定（Ｐ＝０．０５ＭＰａ）にし、ろ過膜上のケーキの平均比抵抗を変化させたときの、ケーキの平均比抵抗に対するろ過速度の変化を示した図である。ケーキの平均比抵抗を６×１０8ｃｍ／ｇ以下と小さくすると、ろ過速度を５０ｍ3／ｍ2／日以上に大きくすることができる。ここで、平均比抵抗とは、ろ過において単位断面積中の固体粒子層の実質（乾燥ケーキに相当する）１ｇが示す抵抗係数をいう。
【００１４】
図４には、本発明に係るケーキ厚制御機能を用いた汚泥濃縮方法の一例を示す。
【００１５】
図４に示すように、本発明の一実施の形態に係るケーキ厚制御機能を有した汚泥濃縮方法に適用される汚泥濃縮装置１０は、水槽２１の内部にスラリー２２を投入し、下部には散気管２３を設置し、その散気管２３から空気を散気する。また、水槽２１内には循環流を形成するための整流壁２４があり、水槽２１内部では循環流を形成している。散気量は、水槽２１の大きさにもよるが、水槽容量１ｍ3当り、０．００３〜０．２Ｎｍ3／分が好ましい。０．００３Ｎｍ3／分未満であると、スラリー内の粒子が沈降し水槽２１の底部に堆積し、０．２Ｎｍ3／分超では送風に電力がかかりすぎ経済的ではない。
【００１６】
また、水槽２１内には、固液分離のためのろ過体２５が設置されており、これらのろ過体２５はヘッダー管２６で連結され、吸引ポンプ２７に接続されている。吸引ポンプ２７を稼動させることにより、水槽２１内の液体を固形分と分離し、水槽外に排出される。吸引圧力については、ろ過体２５表面に形成されるケーキのろ過抵抗にもよるが、０．０７ＭＰａ以下が好ましい。０．０７ＭＰａ超では、キャビテーション現象がろ過体２５内で発生し、安定的な固液分離操作ができなくなる。
【００１７】
更に、水槽２１内には、ろ過体のケーキ厚みを一定にするために、スクレーパ３１を固定したスクレーパ支持構造物３２があり、それを上下に稼動させる駆動装置３３と、駆動装置３３とスクレーパ支持構造物３２を連結させる連結器３４を設置している。スクレーパ長さおよび往復動回数（スクレーパの剥離回数）は、次の式が成立するように、設計することが好ましい。
ろ過面積（ｍ2）÷（スクレーパ長さ（ｍ／本）×スクレーパ本数（本））÷往復動回数（回／分）＜０．３
この値より大きいと、ケーキ厚が大きくなり、高いろ過速度が得られない。
【００１８】
つまり、常にスクレーパ３１により、ろ過体２５表面に堆積したケーキ層表面を削り取ることで、ケーキ厚みを一定にし、循環流により、その削り取ったケーキをろ過体２５間の空間より排出することにより、常に高いろ過速度を得ることができるのである。また、時間が経過するにつれて、ろ過体２５表面に形成されたケーキ層は緻密になるため、一定時間ごとに、ろ過体２５内部に洗浄水を逆洗用ポンプ４０にて圧入し、ろ過体２５表面に堆積したケーキを剥離する。
【００１９】
なお、本発明の一実施の形態に係るケーキ厚制御機能を有した汚泥濃縮方法の処理対象量は、６〜３０００ｍ3／ｈが好ましい。６ｍ3／ｈ未満の場合は、対象量が小さく、本発明を実施する投資額に対してメリットが小さく経済的でない。一方、３０００ｍ3／ｈ超の場合は、固液分離装置が大きくなりすぎ、固液分離装置の安定的な操業が維持できない。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の範囲である。
【００２１】
例えば、図４において浸漬型の平膜ろ過装置をイメージした図を記載しているが、ケーキ厚一定制御装置を付加した回転円盤型ろ過装置でも同様の効果を得ることができるため、回転円盤型ろ過装置でもよい。
【００２２】
また、スクレーパ３１の断面形状として、台形、四角、円形、三角形を採用することができる。
【００２３】
また、図４の水槽２１内において、エアーによる循環流を形成させたが、機械攪拌によって循環流を形成させてもよい。また、図４では、上向流のところのみにろ過体を設置しているが、下向流のところにも設置することができる。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
酸洗メッキ廃水を対象とし、図４に示す装置を用いて、表１に示す模擬廃水を原水として連続処理した結果を図５に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
容量３Ｌの水槽２１内に連続的に表１に示す模擬廃水を２０ｍＬ／分で供給するとともに、アルカリ剤として苛性ソーダを用いて水槽２１内のｐＨが４になるように制御した。また、同時に散気管２３からは０．５ＮＬ／分で空気を供給して水槽内の攪拌を行った。この水槽２１内には、あらかじめ鉄酸化細菌と好気性かつ従属栄養性の微生物を投入しており、廃水中の２価の鉄イオンは鉄酸化細菌により３価の鉄イオンにほぼ全量酸化され、廃水中に含まれていた鉄イオンが金属水酸化物として析出する。さらに、その析出した金属水酸化物表面上に鉄イオンが金属水酸化物として析出、または粒子間に金属水酸化物が析出することで、粒子径が大きくなる。この金属水酸化物をろ過体２５で固液分離することでろ過体２５表面に金属水酸化物のケーキが生成する。水槽２１内にはケーキ制御ためのスクレーパ３１を設置し、膜面とのクリアランスを１０ｍｍとしてスクレーパを１０秒に１回及び２０分に１回上下させてケーキ厚を制御した。このとき、スクレーパ長さと往復動回数の関係式の値はそれぞれ０．００３及び０．４であった。なお、この時のケーキの平均粒子径は６μｍであった。
【００２８】
ケーキ厚制御を行わない場合には、図５に示すように逆洗直後は大きなろ過速度を得られるものの、処理水は濁ったものとなる。さらに時間が経過すると、ケーキ厚みが厚くなり、徐々にろ過速度が低下して、逆洗から３０分後にはろ過速度は逆洗直後の１５０ｍ3／ｍ2／日から２０ｍ3／ｍ2／日へと大幅に低下した。ろ過面上のケーキ厚の一定制御を行うと、ケーキ厚制御を実施しないよりも大きなろ過速度を安定して得ることができる。ただし、スクレーパを２０分に１回上下させた場合、ろ過速度はケーキ厚制御をしない場合と大きく差がない２５ｍ3／ｍ2／日で安定した。しかし、スクレーパを１０秒に１回上下させた場合は１００ｍ3／ｍ2／日と非常に高いろ過流量で安定した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ろ過圧力を一定（Ｐ＝０．０５ＭＰａ）にし、ろ過面に形成されたケーキの厚みを変化させた際の、ろ過速度の変化を示したグラフ
【図２】ケーキを構成する粒子の平均粒子がろ過速度に及ぼす影響を示したグラフ
【図３】膜上に形成されるケーキの平均比抵抗、つまり、平均粒子径と密接に関係が有るケーキの平均比抵抗がろ過速度に及ぼす影響を示したグラフ
【図４】本発明に係るケーキ厚制御機能を有した汚泥濃縮法の一例
【図５】ケーキ厚を制御した場合としない場合のろ過速度の経時変化
【符号の説明】
【００３０】
１０  …  汚泥濃縮装置
２１  …  水槽
２２  …  廃水
２３  …  散気管
２４  …  整流壁
２５  …  ろ過体
２６  …  ヘッダー管
２７  …  吸引ポンプ
３１  …  スクレーパ
３２  …  スクレーパ構造物
３３  …  駆動装置
３４  …  連結器
４０  …  逆洗用ポンプ
【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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