(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム含有汚泥にアルカリ剤を添加してアルミニウムを溶解するアルミニウム溶解工程と、
アルミニウム溶解工程で得られたアルミニウム溶解液に凝集剤を添加して凝集処理する第一の凝集処理工程と、
第一の凝集処理工程で凝集処理した凝集処理液を固液分離する第一の固液分離工程と、
第一の固液分離工程で固液分離した分離液に中和剤を添加して中和し、水酸化アルミニウムを生成させる中和工程と、
中和工程で得られた中和処理液に凝集剤を添加して水酸化アルミニウムを凝集処理する第二の凝集処理工程と、
第二の凝集処理工程で凝集処理した凝集処理液を固液分離して水酸化アルミニウムを含む固形分を分離する第二の固液分離工程とを含み、
前記中和剤が前記第二の固液分離工程で固液分離した水酸化アルミニウムを含む固形分と酸との混合物である
ことを特徴とするアルミニウム含有汚泥の処理方法。
【請求項２】
アルミニウム含有汚泥がリン酸塩またはフッ素化合物を含有するアルミニウム含有汚泥であり、アルカリ剤がアルカリおよびカルシウムイオンを含むものである請求項１記載の方法。
【請求項３】
第一の固液分離工程で固液分離した分離固形分をアルミニウム溶解工程に返送する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第二の固液分離工程で固液分離した水酸化アルミニウムを含む固形分に酸を加えてアルミニウム塩として回収する請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム含有汚泥の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水、工業用水、浄水などの水処理においては、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウムなどのアルミニウム系の凝集剤を添加して凝集処理が行われている。これに伴ってアルミニウムを含有するアルミニウム含有汚泥が生じるが、このアルミニウム含有汚泥は濃縮性が悪いので、汚泥発生量が多いという問題点がある。例えば、汚泥濃度１〜２重量％のアルミニウム汚泥をフィルタープレスなどの高性能脱水機で脱水処理を行っても、脱水ケーキの含水率は通常８０重量％程度である。
【０００３】
一方、アルミニウム含有汚泥を酸で処理してアルミニウム塩として回収し、この回収アルミニウムを凝集剤として再利用することも行われている。しかし、アルミニウム含有汚泥を単に酸で処理した場合、アルミニウム含有汚泥中に含まれている有機物、リン酸塩、フッ素化合物、微生物、粘土鉱物なども回収アルミニウム中に移行するため、このような回収アルミニウムを凝集剤として再利用すると、処理水が悪化する場合がある。このため、新しい凝集剤の補給量が多くなり、アルミニウムの回収メリットは小さくなる場合がある。
【０００４】
ところで特公昭５１−４８３８６号には、アルミニウム水酸化物を含むアルミニウムスラッジにアルカリ性アルミニウム含有液を添加して反応させた後、この反応混合物に酸または酸性アルミニウム含有液を添加して中和し、アルミニウム水酸物を形成させるアルミニウム含有液の処理方法が記載されている。また特公昭５１−３７２７８号、特公昭４９−３６８７９号には、アルミニウム水酸化物を含むアルミニウムスラッジにアルカリを加えて反応させた後、この反応混合物に、酸性アルミニウム含有液または酸性アルミニウム含有液をアルカリで中和したアルミニウム含有液を添加し、アルミニウム水酸化物を形成させる酸性アルミニウム含有液の処理方法が記載されている。
しかし上記従来の方法はいずれも、アルカリアルミン酸液に酸と水酸化アルミニウムとの混合物を添加して中和することにより水酸化アルミニウムを形成させる方法ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、アルミニウム含有汚泥からアルミニウムを脱水性の良好な水酸化アルミニウム含有固形分として回収することができ、また再利用した場合に処理水を悪化させない凝集剤として回収することができるアルミニウム含有汚泥の処理方法を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のアルミニウム含有汚泥の処理方法である。
（１）  アルミニウム含有汚泥にアルカリ剤を添加してアルミニウムを溶解するアルミニウム溶解工程と、
アルミニウム溶解工程で得られたアルミニウム溶解液に凝集剤を添加して凝集処理する第一の凝集処理工程と、
第一の凝集処理工程で凝集処理した凝集処理液を固液分離する第一の固液分離工程と、
第一の固液分離工程で固液分離した分離液に中和剤を添加して中和し、水酸化アルミニウムを生成させる中和工程と、
中和工程で得られた中和処理液に凝集剤を添加して水酸化アルミニウムを凝集処理する第二の凝集処理工程と、
第二の凝集処理工程で凝集処理した凝集処理液を固液分離して水酸化アルミニウムを含む固形分を分離する第二の固液分離工程とを含み、
前記中和剤が前記第二の固液分離工程で固液分離した水酸化アルミニウムを含む固形分と酸との混合物である
ことを特徴とするアルミニウム含有汚泥の処理方法。
（２）  アルミニウム含有汚泥がリン酸塩またはフッ素化合物を含有するアルミニウム含有汚泥であり、アルカリ剤がアルカリおよびカルシウムイオンを含むものである上記（１）記載の方法。
（３）  第一の固液分離工程で固液分離した分離固形分をアルミニウム溶解工程に返送する上記（１）または（２）記載の方法。
（４）  第二の固液分離工程で固液分離した水酸化アルミニウムを含む固形分に酸を加えてアルミニウム塩として回収する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
【０００７】
本発明で処理の対象となるアルミニウム含有汚泥は、排水、工業用水、浄水などの水処理において、アルミニウム化合物を含む凝集剤を用いて凝集処理した凝集汚泥である。このような汚泥中には、アルミニウムの他にリン酸塩またはフッ素化合物などが含まれていてもよい。汚泥濃度は特に限定されないが、通常１〜２重量％である。
【０００８】
本発明では、まずアルミニウム含有汚泥にアルカリ剤を添加してアルミニウムを溶解する。このとき使用するアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ化合物があげられる。アルミニウム含有汚泥がリン酸塩またはフッ素化合物を含む場合は、アルカリ剤として上記アルカリ化合物と水中でカルシウムイオンを生成するカルシウム化合物との混合物を用いる。カルシウム化合物の具体的なものとしては、水酸化カルシウム、塩化カルシウムなどがあげられる。アルカリ化合物とカルシウム化合物とは別々にアルミニウム含有汚泥に添加することができる。
【０００９】
アルカリ化合物の添加量はアルミニウム含有汚泥のｐＨが１１．５〜１３、好ましくは１１．８〜１２．３となるように添加する。ｐＨが１１．５未満ではアルミニウムの溶解が阻害され、またｐＨが１３を超える量を添加しても溶解に関与しないアルカリが増加し、コスト高になる。
【００１０】
またカルシウム化合物の添加量は、アルミニウム含有汚泥に含まれるリン酸塩やフッ素化合物の当量以上とするが、通常１〜２倍当量で十分である。当量計算は次の式から計算できる。
リン酸塩では、
３ＰＯ43-＋５Ｃａ2+＋ＯＨ-→Ｃａ5(ＰＯ4)3ＯＨ
からリン酸イオンがＰとしてｘ1ｍｇ／ｌ汚泥に含まれている場合、Ｃａの必要量は、ｘ1×５Ｃａ／３Ｐ×１〜２＝ｘ1×(２００／９１)×１〜２で表わされる。
またフッ素化合物では、
Ｃａ2+＋２Ｆ-→ＣａＦ2
からＦとしてｘ2ｍｇ／ｌ汚泥に含まれている場合、Ｃａの必要量は、ｘ2×(４０／３８)×１〜２となる。
【００１１】
アルミニウム含有汚泥にアルカリ剤を添加すると、例えば下記式（１）〜（３）の反応によりアルミニウムがアルミン酸として水に溶解する。また水酸化アルミニウムに吸着されていた有機物も溶解する。
【化１】
0003864518.tif 000002
【００１２】
アルミニウムを溶解したアルミニウム溶解液には凝集剤を添加して第一の凝集処理を行う。このとき使用する凝集剤としては、ポリアクリルアミド、その部分加水分解物、ポリアクリル酸等のアクリル酸系高分子凝集剤などがあげられる。凝集剤の添加量は使用する凝集剤の種類などにより異なるが、例えばポリアクリルアミドの場合は５〜１００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜２０ｍｇ／ｌとするのが望ましい。凝集処理は急速攪拌および緩速攪拌を組み合せて行うなど、公知の方法で行うことができる。
【００１３】
このようにして凝集処理した第一の凝集処理液は第一の固液分離工程において分離液と分離固形分とに固液分離する。固液分離装置としては、シックナー、浮上分離装置、沈降分離装置、遠心分離装置、膜分離装置など公知の固液分離装置が使用できる。
【００１４】
第一の固液分離工程では、不溶性の有機物、リン酸塩、フッ素化合物、粘土鉱物などが固形分として分離される。この分離固形分は、アルミニウム溶解工程でのアルミニウム溶解が不十分である場合、または分離性が不十分である場合は、その一部または全部を前記アルミニウム溶解工程または第一の凝集処理工程に返送することができる。返送しない分離固形分は脱水機などで脱水した後処分することができる。この場合、分離固形分はアルミニウム含量が少なく、また分離性が良好な汚泥であるため、脱水性は良好であり、脱水ケーキの生成量は大幅に低減する。
【００１５】
第一の固液分離工程で分離した分離液は中和工程において中和剤を添加して中和し、水酸化アルミニウムを生成させる。
中和剤としては、酸と後述の第二の固液分離工程で固液分離した水酸化アルミニウムを含む固形分（以下、水酸化アルミニウム汚泥という場合がある）とを混合した混合物を用いる。酸と水酸化アルミニウム汚泥との混合は、通常混合槽を設け、この混合槽に水酸化アルミニウム汚泥を第二の固液分離工程から返送して酸と混合することにより行う。上記酸としては硫酸、塩酸などの無機酸等があげられる。
【００１６】
中和剤の添加量は、中和する分離液中に含まれているアルミン酸の中和当量ないし少過剰の量である。この添加量は反応液のｐＨを指標にして決定することができ、通常ｐＨが５．５〜７．５、好ましくはｐＨ６．５±０．３となるように添加する。また水酸化アルミニウム汚泥の混合槽への返送量は、下記式（４）で求められる返送比（Ｒ）が２０〜２００、好ましくは３０〜８０となるように返送するのが好ましい。
【００１７】
返送比（Ｒ）
＝（Ｃ2×Ｑ2）／（Ｃ1×Ｑ1）      …（４）
〔式中、Ｃ1は中和に伴なって生成される水酸化アルミニウム濃度（単位：ｋｇ／ｍ3）、Ｑ1は被処理水量（単位：ｍ3／hr）、Ｃ2は返送する水酸化アルミニウム汚泥中の汚泥濃度（単位：ｋｇ／ｍ3）、Ｑ2は返送する水酸化アルミニウム汚泥の量（単位：ｍ3／hr）である。〕
【００１８】
前記中和剤を前記ｐＨおよび返送比を満たすように添加して中和処理すると、従来のゲル状の水酸化アルミニウムとは異なり、結晶性白色の脱水性が良好な水酸化アルミニウムが形成する。この理由は明らかではないが、水酸化アルミニウム汚泥と酸とを混合すると水酸化アルミニウムに水素イオンが吸着され、汚泥表面に水酸化アルミニウムが析出し、この状態で下記式（５）で示される中和反応が進行するためであると推測される。
【化２】
0003864518.tif 000003
【００１９】
中和処理液は第二の凝集処理工程において凝集剤を添加して、生成した水酸化アルミニウムを凝集させた後、第二の固液分離工程においてこの水酸化アルミニウムを含む固形分（水酸化アルミニウム汚泥）を分離する。この第二の凝集処理および第二の固液分離は前記第一の凝集処理および第一の固液分離と同様にして行うことができる。
【００２０】
水酸化アルミニウム汚泥の一部または全部は前記のように酸と混合して中和剤として使用する。残部は、硫酸、塩酸または廃酸などを添加して溶解処理し、アルミニウム塩として回収する。溶解処理はｐＨ２〜３で行うのが好ましく、ｐＨが３を超えると溶解が不十分となり、ｐＨが２未満では酸が過剰となる。
【００２１】
回収された回収アルミニウムは凝集剤として再利用することができる。例えば、上流の水処理工程における凝集処理工程においてアルミニウム系の凝集剤として再利用することができる。この場合、第一の固液分離工程において不溶性の有機物、リン酸塩、フッ素化合物、粘土鉱物などが固形分として分離されているので、処理水の悪化は招かない。
【００２２】
水酸化アルミニウム汚泥を再利用しない場合は、脱水機などで脱水した後処分する。この場合、水酸化アルミニウム汚泥は脱水性が良好であり、容易に脱水処理することができ、含水量の少ない脱水ケーキを得ることができる。このため従来より通常４０〜６０％ケーキ発生量が少なくなる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウム溶解液に酸と水酸化アルミニウム汚泥との混合物からなる中和剤を添加して中和処理しているので、アルミニウム含有汚泥からアルミニウムを脱水性の良好な水酸化アルミニウム含有固形分として回収することができ、また再利用した場合に処理水を悪化させない凝集剤として回収することができるアルミニウム含有汚泥の処理方法を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明のアルミニウム含有汚泥の処理方法を示す系統図である。図１において、１はアルミニウム含有汚泥、２は溶解槽、３は第一の凝集槽、４は第一の固液分離装置、５は中和槽、６は第二の凝集槽、７は第二の固液分離装置、８は混合槽、９はアルミニウム回収槽、１０は脱水機である。
【００２５】
１１は水処理工程であって、凝集反応槽１２、フロック形成槽１３、固液分離槽１４から構成される。
水処理工程１１では、原水１５を凝集反応槽１２に導入し、アルミニウム化合物からなる凝集剤１６およびｐＨ調整剤１７を添加し、攪拌機１８で急速攪拌して凝集反応を行い、さらにフロック形成槽１３で高分子凝集剤１９を添加して攪拌機２０で緩速攪拌を行ってフロック形成させ、固液分離槽１４で固液分離し、分離液を処理水２１として排出する。
【００２６】
被処理汚泥となるアルミニウム含有汚泥１は水処理工程１１における固液分離槽１４で分離された汚泥であり、原水中の懸濁物その他の不純物を、凝集剤の成分であるアルミニウムの水酸化物が抱き込んだ状態のものである。このアルミニウム含有汚泥１は溶解槽２においてアルカリ剤２２を添加して攪拌機２３で攪拌し、アルミニウムをアルミン酸として溶解させる。
【００２７】
アルミニウムを溶解したアルミニウム溶解液２４は第一の凝集槽３に導入して高分子凝集剤２５を添加して攪拌機２６により攪拌して第一の凝集処理を行う。このとき使用する凝集剤としては、ポリアクリルアミド、その部分加水分解物、ポリアクリル酸等のアクリル酸系高分子凝集剤などがあげられる。
【００２８】
このようにして凝集処理した第一の凝集処理液２８は第一の固液分離装置４において分離液と分離固形分とに固液分離する。第一の固液分離装置４としては、沈降分離装置が用いられるが、浮上分離装置、遠心分離装置、膜分離装置などでもよい。
【００２９】
第一の固液分離装置４では、不溶性の有機物、リン酸塩、フッ素化合物、粘土鉱物などが固形分として分離される。この分離固形分は、アルミニウム溶解工程でのアルミニウム溶解が不十分である場合、または分離性が不十分である場合は、その一部または全部を返送汚泥２９として溶解槽２に返送することができる。返送しない分離汚泥３０は脱水機１０で脱水した後処分することができる。この場合、分離汚泥３０はアルミニウム含量が少なく、含水率の低い良好な汚泥である。
【００３０】
第一の固液分離装置４で分離した分離液３１は中和槽５において中和剤３２を添加し攪拌機３３で攪拌して中和し、水酸化アルミニウムを生成させる。
中和剤３２としては、第二の固液分離装置７で固液分離した水酸化アルミニウムを含む返送汚泥３４と酸３５との混合物を用いる。中和用の酸としては硫酸、塩酸などの無機酸等があげられる。
【００３１】
中和剤３２の添加量は、ｐＨ計３６により測定した反応液のｐＨが５．５〜７．５、好ましくはｐＨ６．５±０．３となるように添加する。また返送汚泥３４の返送量は、前記式（４）で求められる返送比（Ｒ）が２０〜２００、好ましくは３０〜８０となるように返送する。
【００３２】
中和処理液３７は第二の凝集槽６において高分子凝集剤３８を添加して攪拌機３９で攪拌して、生成した水酸化アルミニウムを凝集させた後、第二の固液分離装置７においてこの水酸化アルミニウムを含む固形分（水酸化アルミニウム汚泥）を分離する。分離した分離液は処理液４０として排出する。
【００３３】
水酸化アルミニウム汚泥の一部または全部は前記のように返送汚泥３４として混合槽８に返送し、ここで酸３５と混合して中和剤３２として使用する。残部は回収汚泥４１としてアルミニウム回収槽９に送り、ここで硫酸、塩酸または廃酸などの酸４２を添加し攪拌機４３で攪拌して溶解処理し、アルミニウム塩４４として回収する。溶解処理はｐＨ２〜３で行うのが好ましい。アルミニウム塩４４は水処理工程１１の凝集反応槽１２に返送し、凝集剤１６の一部または全部の代りに使用する。
【００３４】
【実施例】
実施例１
図１のフローで浄水場汚泥１（汚泥濃度：１２ｇ／liter−汚泥、Ａｌ含有量：３．２ｇ／liter−汚泥、強熱減量：３０．８重量％／ドライケーキ、ｐＨ６．８）を２ liter−汚泥／ｈｒの処理量で下記のようにして処理した。
【００３５】
すなわち、溶解槽２に５０重量％水酸化ナトリウム水溶液をｐＨが１２．５となるように添加してアルミニウムを溶解した。溶解したアルミニウム量は、２．９ｇ／liter−浄水場汚泥で約９０％以上溶解した。この溶解液のＣＯＤは２５０ｍｇ／ｌであった。次に第一の凝集槽３でポリアクリルアミド系凝集剤（クリフロックＰＡ−３３１、栗田工業（株）製、登録商標）を１０ｐｐｍ注入して凝集処理した後、第一の固液分離装置４で固液分離した。分離汚泥の溶解槽２への返送は行わなかった。
【００３６】
分離液は中和槽５に導入し、返送汚泥３４と酸３５とを混合した中和剤３２を添加して、中和処理することにより結晶性の水酸化アルミニウムを生成させた。このときのｐＨは６．５であった。続いて第二の凝集槽６で凝集処理した後、第二の固液分離装置７で水酸化アルミニウム汚泥を分離した。分離した水酸化アルミニウム汚泥の汚泥濃度は１８重量％であった。この水酸化アルミニウム汚泥を返送汚泥３４として３．１ liter／hrの流量で混合槽８に移送し、硫酸３５と混合して中和剤３２とした。返送汚泥３４の返送比（Ｒ）は、溶解アルミニウム２．９ｇがＡｌ（ＯＨ）3になるとして（１８０×３）／（２×３．２×７８／２７）＝３０である。なお汚泥濃度１８重量％の水酸化アルミニウム汚泥を２４時間静置した時の汚泥容積は４７ｖｏｌ％であるため、実質的には３８重量％濃度の汚泥といえる。
【００３７】
処理液４０の水質はｐＨ＝６．７、ＳＳ＝６ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ＝１９０ｍｇ／ｌであった。このことから、有機物の約７６％は系外に排出されるため、有機物の系内蓄積が起らないことが実証された。
【００３８】
水酸化アルミニウム汚泥の一部はアルミニウム回収槽９でｐＨ２．２で溶解処理した。その結果、約６０ｇ／ｌのＡｌ濃厚液が得られた。
また水酸化アルミニウム汚泥の一部をフィルタープレスにより、ろ過圧力＝４ｋｇ／ｃｍ2、ろ過時間＝２分、圧搾圧力＝７ｋｇ／ｃｍ2、圧搾時間＝５分の条件で脱水処理した。その結果、含水率５２重量％の脱水ケーキが得られた。
【００３９】
実施例２
フッ素含有排水のアルミニウム塩による処理工程から発生したアルミニウム含有汚泥１（汚泥濃度：２１．６ｇ／ｌ、Ａｌ：８．２ｇ／ｌ、Ｆ：０．５ｇ／ｌ、Ｃａ：１．７ｇ／ｌ）を実施例１と同様に処理した。たたし、アルミニウム溶解槽２にＣａ（ＯＨ）2  １２００ｍｇ／ｌを水酸化ナトリウムと同時に添加し、フッ素をＣａＦ2として分離した。結果は次の通りである。
脱水ケーキ含水率：４２重量％
回収Ａｌ溶解：７５ｇ−Ａｌ／ｌ−溶液
０．３ｇ−Ｆ／ｌ−溶液
【００４０】
比較例１
実施例１と同じアルミニウム含有汚泥１をそのまま実施例１と同様に脱水した。その結果、得られた脱水ケーキの含水率は７９．５重量％であった。
また汚泥を溶解してこれをアルミニウム系凝集剤として利用するため、濃硫酸を理論量の１７５００ｍｇ／ｌより少過剰の１９０００ｍｇ／ｌ添加し、３時間反応させた。このろ液を分析したところ、ｐＨ＝２．２、Ａｌ3+濃度＝３．０ｇ／ｌ−原汚泥換算であり、汚泥に含まれるアルミニウムの９０％以上が溶解した。また有機物の指標であるＣＯＤはろ液で２９０ｍｇ／ｌ−原汚泥換算であり、そのまま使用するとＣＯＤが系内を循環することになり、回収再利用することは困難であった。
【００４１】
比較例２
実施例２と同じアルミニウム含有汚泥１をそのまま実施例１と同様に脱水した。その結果、ケーキ含水率は７２．６重量％であった。
【００４２】
実施例１と比較例１の脱水ケーキの含水率から、実施例１の脱水ケーキの発生量は比較例１に比べて約５７％低減することがわかる。同様に実施例２の脱水ケーキの発生量は比較例２に比べて約５３％低減することがわかる。このように、脱水ケーキとして処分する場合はケーキ発生量が大幅に低減する。またアルミニウムを回収する場合は、不純物であるフッ素の大部分が分離されることがわかる。
【００４３】
実施例３
実施例１および２で得られた結晶性水酸化アルミニウム汚泥のＸ線回折を行った結果、結晶性を示す鋭い回折線が得られ、Ｂａｙｅｒｉｔｅの回折線と一致した。このことから、Ｂａｙｅｒｉｔｅ  Ａｌ（ＯＨ）3と同定された。一方、浄水場汚泥からは何らかの結晶の存在を示す回折線は得られず、無定型であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のアルミニウム含有汚泥の処理方法を示す系統図である。
【符号の説明】
１  アルミニウム含有汚泥
２  溶解槽
３  第一の凝集槽
４  第一の固液分離装置
５  中和槽
６  第二の凝集槽
７  第二の回液分離装置
８  混合槽
９  アルミニウム回収槽
１０  脱水機
１１  水処理工程
１２  凝集反応槽
１３  フロック形成槽
１４  固液分離槽
１５  原水
１６  凝集剤
１７  ｐＨ調整剤
１８、２０、２３、２６、３３、３９、４３  攪拌機
１９、２５、３８  高分子凝集剤
２１  処理水
２２  アルカリ剤
２４  アルミニウム溶解液
２８  第一の凝集処理液
２９、３４  返送汚泥
３０  分離汚泥
３１  分離液
３２  中和剤
３５、４２  酸
３６  ｐＨ計
３７  中和処理液
４０  処理液
４１  回収汚泥
４４  アルミニウム塩
【図１】
0003864518.tif 000004