(57)【要約】【課題】凝集剤使用量と汚泥の発生量を削減する排水処理方法を提供する。【解決手段】所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、前記製造工程から発生するシリカ成分をイオン化する工程と、イオン状のシリカ成分を膜により分離し除去する工程と、を備え、前記シリカ成分のイオン化する工程が、シリカを含む排水に、オゾンガスを接触させる工程と、紫外線を照射する工程とからなる排水処理方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、
前記製造工程から発生するシリカ成分をイオン化する工程と、
イオン状のシリカ成分を膜により分離し除去する工程と、
を備えたことを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の排水処理方法において、
前記シリカ成分のイオン化する工程が、シリカを含む排水に、オゾンガスを接触させる工程と、紫外線を照射する工程と、からなることを特徴とする排水処理方法。
【請求項３】
所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、
前記製造工程から発生するシリカを含む排水に対し凝集沈殿処理を行った後、シリカ成分をイオン化する工程と、
イオン状のシリカ成分を、膜により分離し除去する工程と、
を備えたことを特徴とする排水処理方法。
【請求項４】
所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、
前記製造工程から発生するシリカを含む排水の加圧浮上処理を行った後、シリカ成分をイオン化する工程と、
イオン状のシリカ成分を、膜により分離し除去する工程と、
を備えたことを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排水処理方法において、
前記膜が、逆浸透膜であることを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トナー製造工場から発生する排水として、界面活性剤水溶液や、顔料分散液、ワックス分散液、シリカ分散液、エマルション水溶液等を含有する排水が発生している。これらの排水には、上述した界面活性剤や、着色成分である顔料等が含まれているため、このままの状態で、河川や下水道等に排出することはできない。このため、これらの排水は、工場内の排水処理施設にて処理された後に外部に排出される。排水処理としては、凝集沈殿処理が利用される場合が多い。凝集沈殿処理とは、五訂公害防止の技術と法規水質編(通商産業省環境立地局監修、平成１３年発行)p１４１にも記載されているように、排水処理の分野において最も一般的に用いられている固液分離操作の一つであり、広く用いられている。凝集沈殿処理は、排水に凝集剤を添加することによりフロック(凝集により生じた粗大粒子)を生じさせ、水とフロックとの比重差により、フロックが沈殿し固液分離を行う処理方法である。こうして固体として分離されたフロックは、産業廃棄物の汚泥として処理され、固体を分離した水は、河川や下水道等へ排出されている。
【０００３】
特許文献１では、有機汚染物質含有排水を固液分離する排水処理方法において、発生した汚泥の一部を、被処理原水側に戻して循環することにより、汚泥の最終処理が容易な排水処理方法が開示されている。しかし、この方法をシリカ含有排水の処理に用いる場合、そのシリカの作用により、メカニズムはよくわからないが、汚泥が沈降しにくいという問題を生じてしまう。一方、特許文献２では、エマルション排水の処理に、加圧浮上分離を行う方法が開示されている。しかし、この方法は、エマルション排水の処理は可能であるが、トナー製造工場から発生する全ての種類の排水にそのまま適用することはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３６４０８号公報
【特許文献２】特開平９−２２５４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば、トナー製造工場から発生する多成分含有排水の凝集沈殿処理では、フロックの沈殿槽等における沈降性が悪く、固液分離に際し非常に長時間の沈降処理が要求される。更に、排水中に含まれるシリカ成分を凝集沈殿処理するために、多量の凝集剤を添加する必要があることから、産業廃棄物として処理する汚泥が多量に発生するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、凝集剤使用量と汚泥の発生量を削減する排水処理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】
【０００７】
本発明は、以下の特徴を有する。
【０００８】
（１）所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、前記製造工程から発生するシリカ成分をイオン化する工程と、イオン状のシリカ成分を膜により分離し除去する工程と、を備えた排水処理方法である。
【０００９】
（２）上記（１）に記載の排水処理方法において、前記シリカ成分のイオン化する工程が、シリカを含む排水に、オゾンガスを接触させる工程と、紫外線を照射する工程と、からなる排水処理方法である。
【００１０】
（３）所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、前記製造工程から発生するシリカを含む排水に対し凝集沈殿処理を行った後、シリカ成分をイオン化する工程と、イオン状のシリカ成分を、膜により分離し除去する工程とを備えた排水処理方法である。
【００１１】
（４）所定の製造工程から発生する少なくともシリカを含む排水を処理対象とする排水処理方法であって、前記製造工程から発生するシリカを含む排水の加圧浮上処理を行った後、シリカ成分をイオン化する工程と、イオン状のシリカ成分を、膜により分離し除去する工程と、を備えた排水処理方法である。
【００１２】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の排水処理方法において、前記膜が、逆浸透膜である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造工程から発生する、少なくともシリカを含有する排水の処理に使用する凝集剤量と、排水処理によって発生する汚泥の発生量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記排水処理が必要な製造工程として、トナー製造工程を例にして以下に説明する。
【００１５】
トナー製造工程は、大きくトナーの原材料となるラテックスポリマーの製造工程と、現像用トナーの製造方法に分けられる。以下に、それぞれについて一例を挙げ説明する。
【００１６】
［ラテックスポリマーの製造工程］
ラテックスポリマーを生成するには、通常モノマーとアニオン性界面活性剤とを水に加え、攪拌してエマルションとする。モノマーエマルションが生成したら、該モノマーエマルションの２５重量％以下（すなわち、少量のモノマーエマルション）と遊離基開始剤とを、水相に加えて混合し、所望の反応温度で種重合を開始する。種粒子の生成後、この種粒子含有組成物に更にモノマーエマルションを追加し、規定の温度で所望の時間、重合を続けて重合を完了し、ラテックスポリマーを生成させる。ラテックスポリマーが生成したら、後述の現像剤トナーの製造方法に記載した通り、着色剤とともに凝集させて凝集体粒子とし、次にこれを融合させてトナー粒子とする。このラテックスポリマーの製造工程から、製造工程で不要となったり、その製造工程の設備メンテナンス等にて発生したエマルション水溶液が排出される。
【００１７】
前記モノマーの種類としては遊離基開始剤と反応しうるものであれば特に制限はない。モノマーの具体例としてはスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類の単独重合体または共重合体；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のビニル基を有するエステル類の単独重合体または共重合体；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類の単独重合体または共重合体を挙げることができる。
【００１８】
また自己乳化性を持つポリエステル、ポリウレタンのような樹脂を界面活性剤とともに水系媒体中でせん断し分散させても良い。
【００１９】
［現像用トナーの製造方法］
上記調製法により得られたラテックスポリマーは、次のような方法でトナーの調製に用いられる。本件に述べる方法で調製したラテックスポリマーと、少なくとも着色剤を含む複数種の分散液に、必要に応じて凝集剤及び／又は電荷添加剤及び／又は他の添加剤を混合し、得られた混合物をラテックスポリマーのＴｇ近辺の温度、望ましくはラテックスポリマーのＴｇ±１０℃で効果的な時間、例えば１〜８時間加熱して、トナー大の凝集体を生成する。次に、凝集体懸濁液を、ラテックスポリマーのＴｇ又はそれより高い温度、例えば約６０〜約１２０℃に加熱して合体又は融合させてトナー粒子を造粒し、このトナー粒子をろ過などの手段で母液から分離して、イオン交換水などで洗浄(洗浄工程)した後、乾燥する。
【００２０】
ラテックスポリマーは、通常トナーの結着樹脂として用いられ、７５〜９８重量％程度トナー内に存在する。本発明の製法に適したラテックスポリマーの大きさはレーザー回折式粒度分布測定機等で測定することができ、例えば、マイクロトラック(日機装社製)で測定した体積平均粒径で、０．０５〜１μｍ程度である。
【００２１】
着色剤は、通常トナー中に効果的な量、例えばトナーの１〜１５重量％程度、好ましくは３〜１０重量％程度存在する。また、その大きさは、例えば、該マイクロトラックで測定した体積平均粒径で、０．０５〜０．５μｍ程度である。
【００２２】
該凝集剤は効果的な量、例えばトナーの固形分に対して０．０１〜１０重量％程度を用いることができる。使用する凝集剤としては、一価以上の電荷を有する化合物が好ましく、その化合物の具体例としては、前述のイオン性界面活性剤類、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、シュウ酸等の酸類、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸アンモニウム、硝酸アルミニウム、硝酸銀、硫酸銅、炭酸ナトリウム、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられるが、これらに限るものではない。好ましい凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム等の多価の電荷を有するものが挙げられる。
【００２３】
帯電制御剤も効果的な量、例えばトナーの０．１〜５重量％を使用しても良い。適当な帯電制御剤としては、アルキルピリジニウムハロゲン化物類、重硫酸塩類、シリカ等の帯電制御剤類、アルミニウム錯体のような陰帯電制御剤等が挙げられるが、これらに限るものではない。使用する他の添加剤としては、離型剤として働くワックス類などが挙げられる。ワックスの好ましい量としては、トナーの固形分に対して、５〜２０重量%程度である。
【００２４】
またワックスの種類としては特に制限はないが、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類；軟化点を有するシリコーン類；オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類；カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス；ミツロウ等の動物系ワックス類；モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス類；ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル等の高級脂肪酸と高級アルコールとのエステルワックス類などが挙げられる。
【００２５】
湿式添加する無機微粒子としては、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなど、通常トナー表面の外添剤として使用される全てのものを、イオン性界面活性剤や高分子酸、高分子塩基で水に分散して湿式添加することができる。
【００２６】
前記トナー製造工程から、製造工程で不要となったり、その製造工程の設備メンテナンス等にて発生した界面活性剤水溶液、顔料分散液、ワックス分散液、シリカ分散液が、排出される。その排水量割合は、前記洗浄工程から排出されるシリカ分散液が全体の約１重量％を占める。
【００２７】
本発明者らの研究によれば、トナー製造工程から排出される割合が、全排水量に対して８０重量％を占める界面活性剤水溶液を含有する排水に、微量のシリカを含有する排水を混合すると、界面活性剤の作用により、シリカの分散状態がより安定することから、凝集沈殿処理での沈降時間が長くなり、また、凝集沈殿させるために使用する無機凝集剤、例えば塩化第二鉄の添加量が増加し、その結果、凝集沈殿物の量、つまり、産業廃棄物として処理する汚泥が多量に発生する。これは、無機凝集剤として使用している塩化第二鉄の一定量が、排水中に含まれるシリカおよび、シリカを排水中で安定に分散させている界面活性剤と電荷中和反応し、凝集剤としての作用を阻害しているためである。
【００２８】
すなわち、本発明者は鋭意検討の結果、シリカを含む排水中のシリカ成分を、イオン化させ、次いでイオン状のシリカ成分を、例えば逆浸透膜装置で膜分離することで、水中に存在し凝集阻害因子であるシリカを除去することができ、その結果、凝集沈殿させるために必要な無機凝集剤の量を削減することができることから、本発明の目的を達成することを見出し、本発明の完成に至ったものである。
【００２９】
［排水処理方法］
本実施の形態の排水処理方法を、図面を用いて説明する。
【００３０】
図１には実施形態に係る排水処理方法が示され、図２には、従来の排水処理方法が示されている。
【００３１】
図１において、少なくともシリカを含む排水は、まず始めに、凝集沈殿処理または加圧浮上処理が行われる。以下、凝集沈殿処理を例にとって、排水からのシリカ除去プロセスを説明する。
【００３２】
上記凝集沈殿処理では、まず反応槽において、排水に対し無機凝集剤である塩化第二鉄が添加され、フロックを生成させる。このフロック中には、主に、顔料やワックス等が含まれている。次に、凝集槽において、高分子凝集剤が添加され、無機凝集剤にて生成したフロックが成長する。最後に、沈殿槽において、沈殿したフロックが除去される。この凝集沈殿処理にて、シリカ以外の成分が除去される。
【００３３】
次いで、フロックを除去した後、イオン化処理工程にて、オゾン処理と紫外線処理とが行われ、イオン化処理が行われた排水に対して、膜分離処理、例えば逆浸透膜処理が行われる。
【００３４】
これらの各処理が実施された後、河川等に放流される。一方、凝集沈殿後の沈殿物(フロック)は、汚泥脱水処理工程を経て、産業廃棄物の汚泥として処理される。
【００３５】
この排水処理設備で使用する凝集剤としては、無機凝集剤と有機凝集剤とが用いられる。無機凝集剤としては、例えば、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム等が用いられる。この無機凝集剤の添加量は、５００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度である。但し、無機凝集剤は、必ずしもこれらに限定されるわけではない。さらに、フロックを成長させるために、高分子凝集剤として、例えば、アクリルアミド系アニオン性凝集剤等を使用することができる。添加量としては、０．５〜５ｍｇ／Ｌ程度である。なお、高分子凝集剤は、必ずしもアクリルアミド系アニオン性凝集剤に限定されるわけではなく、他のアニオン性凝集剤または、カチオン性凝集剤や、ノニオン性凝集剤の使用も可能である。また、これらを組み合わせて使用しても構わない。
【００３６】
前記イオン化処理において、本実施の形態ではオゾン処理と紫外線処理を実施するが、これに限るものではない。イオン化処理において、例えば、処理装置や用途に応じて、Ｘ線、α線、β線、γ線などの放射線を使用してもよい。
【００３７】
本実施の形態で使用するオゾンガスの濃度は、０．５ｐｐｍ以上１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以上５ｐｐｍ以下とすることが好ましく、また紫外線照射は、発光波長を１７０〜４００ｎｍとし、光量として３０ＷＨ／ｍ３以上２００ＷＨ／ｍ３以下、好ましくは７０ＷＨ／ｍ３以上１００ＷＨ／ｍ３以下とする。上記オゾンガス濃度および紫外線照射の光量は、排水中の含有シリカ量に応じて適宜調整することが好ましい。また、イオン化処理時間は、２秒／Ｌから４秒／Ｌである。なお、イオン化処理を施されるシリカの粒子径は、約１０ｎｍから１０００ｎｍである。
【００３８】
上記逆浸透膜としては、一般の排水処理用に用いられているものであれば、いかなるものを用いても良いが、例えば、東レ社製の逆浸透膜（商品名「ロメンブラSU-SERIES」）などが使用できる。また、上記逆浸透膜を用いた逆浸透装置において、初期の逆浸透膜の入口側の水圧は、１．０〜２．０ＭＰａが好ましい。
【００３９】
図２の従来の排水処理では、凝集沈殿処理または加圧浮上処理のみ実施された後、河川等に放流される。一方、凝集沈殿後の沈殿物(汚泥)は、汚泥脱水処理工程を経て、産業廃棄物の汚泥として処理される。
【実施例１】
【００４０】
次に実施例および比較例にて、本発明を更に具体的に説明する。
【００４１】
（排水Ａの組成）
排水Ａとは、工場から実際に排出される排水であり、その中には、顔料分散液、ワックス分散液、エマルション水溶液、界面活性剤水溶液のほか、少なくともシリカが含まれる排水である。排水Ａの主な組成について以下に示す。
【００４２】
シリカ（粒子径：１００ｎｍ）：  ０．００６重量部
アニオン界面活性剤（ネオゲンＳＣ：第一工業製薬（株）製）：  ０．０００８重量部
ラテックスポリマー：  ０．０００４重量部
着色剤：  ０．００１６重量部
ワックス（「ポリワックス７２５」東洋ペトロライト（株）製）：０．００１２  重量部
水：  ９９９．９重量部
【００４３】
（排水Ｂの組成）
排水Ｂは、排水Ａとは、組成は同じであるがその濃度が異なる。排水Ｂの主な組成について以下に示す。
【００４４】
シリカ（粒子径：１００ｎｍ）：  ３０重量部
アニオン界面活性剤（ネオゲンＳＣ：第一工業製薬（株）製）：  ４重量部
ラテックスポリマー：  ２重量部
着色剤：  ８重量部
ワックス（「ポリワックス７２５」東洋ペトロライト（株）製）：  ６重量部
水：  ９５０重量部
【００４５】
（実施例１）
排水Ａの処理性
被処理物質固形分濃度０．０１ｗｔ％の排水Ａを、図１に記載の排水処理設備を用いて処理した。凝集沈殿処理には、無機凝集剤(塩化第二鉄)を１０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００：ハイモ社製)を１ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の凝集沈殿槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。イオン化処理は、オゾンガス濃度１ｐｐｍ、紫外線照射は発光波長を１７０〜４００ｎｍとし７０ＷＨ／ｍ３とした。この結果、汚泥発生量は、１．１ｇ／Ｌで、処理された排水は着色なく透明であり処理性も問題なかった。
【００４６】
（実施例２）
排水Ｂ処理性
被処理物質固形分濃度５ｗｔ％の排水Ｂを、図１に記載の排水処理設備を用いて、実施例１と同様に処理した。この時、無機凝集剤(塩化第二鉄)を２０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００)を２ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の凝集沈殿槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。イオン化処理は、オゾンガス濃度５ｐｐｍ、紫外線照射は発光波長を１７０〜４００ｎｍとし１００ＷＨ／ｍ３とした。この結果、汚泥発生量は、７４ｇ／Ｌで、処理された排水は着色なく透明であり処理性も問題なかった。
【００４７】
（実施例３）
排水Ａの処理性
被処理物質固形分濃度０．０１ｗｔ％の排水Ａを、図１に記載の排水処理設備を用いて処理した。加圧浮上処理には、無機凝集剤(塩化第二鉄)を１０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００：ハイモ社製)を１ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の加圧浮上槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。イオン化処理は、オゾンガス濃度０．５ｐｐｍ、紫外線照射は発光波長を１７０〜４００ｎｍとし３０ＷＨ／ｍ３とした。この結果、汚泥発生量は、１．１ｇ／Ｌで、処理された排水は着色なく透明であり処理性も問題なかった。
【００４８】
（実施例４）
排水Ｂ処理性
被処理物質固形分濃度５ｗｔ％の排水Ｂを、図１に記載の排水処理設備を用いて、実施例１と同様に処理した。この時、無機凝集剤(塩化第二鉄)を２０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００)を２ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の加圧浮上槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。イオン化処理は、オゾンガス濃度１０ｐｐｍ、紫外線照射は発光波長を１７０〜４００ｎｍとし２００ＷＨ／ｍ３とした。この結果、汚泥発生量は、７４ｇ／Ｌで、処理された排水は着色なく透明であり処理性も問題なかった。
【００４９】
（比較例１）
排水Ａの処理性
被処理物質固形分濃度０．０１ｗｔ％の排水Ａを、図２の排水処理設備を用いて処理した。この時、無機凝集剤(塩化第二鉄)を５０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００)を１ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の凝集沈殿槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。この結果、汚泥発生量は５．１ｇ／Ｌで、実施例１の約５倍の汚泥を発生したが、処理性には問題はなかった。
【００５０】
（比較例２）
排水Ｂの処理性
被処理物質固形分濃度５ｗｔ％の排水Ｂを、図２の排水処理設備を用いて処理した。この時、無機凝集剤(塩化第二鉄)を５０００ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤(アクリルアミド系高分子凝集剤：ハイモロックＳＳ−１００)を２ｍｇ／Ｌを添加し、１８ｍ３の凝集沈殿槽を持つ排水処理設備で、通常運転(１４ｍ３／ｈ)にて処理した。この結果、汚泥発生量は１８５ｇ／Ｌで、実施例２の約２．５倍の量の汚泥が発生した。また、凝集沈殿処理後も顔料等による排水の着色が残り、処理性は悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態にかかる排水処理方法を説明する図である。
【図２】従来の排水処理方法を説明する図である。
【図１】
2005205323.tif 000003
【図２】
2005205323.tif 000004