(57)【要約】【課題】  無機性排水の懸濁物等の水質の変動によっても、常に安定して沈降分離処理を行うことのできる無機性排水の沈降分離方法及び沈降分離設備を提供すること。【解決手段】  無機性排水である被処理水に、凝集剤を添加し、次いで沈殿槽において無機汚泥を沈降分離する無機性排水の沈降分離方法において、凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた下限値を下回ると、沈殿槽で分離された無機汚泥を被処理水に添加し、凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた上限値を上回ると、被処理水への無機汚泥の添加を停止することを特徴とする無機性排水の沈降分離方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機性排水である被処理水に、凝集剤を添加し、次いで沈殿槽において無機汚泥を沈降分離する無機性排水の沈降分離方法において、
凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた下限値を下回ると、沈殿槽で分離された無機汚泥を被処理水に添加し、
凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた上限値を上回ると、被処理水への無機汚泥の添加を停止することを特徴とする無機性排水の沈降分離方法。
【請求項２】
前記無機性排水は、ガス集塵水であることを特徴とする請求項１に記載の無機性排水の沈降分離方法。
【請求項３】
前記ガス集塵水は、製鉄所の副生ガスのガス集塵水であることを特徴とする請求項２に記載の無機性排水の沈降分離方法。
【請求項４】
前記ＳＳ濃度の下限値は１５００ｍｇ／Ｌであり、前記ＳＳ濃度の上限値は５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の無機性排水の沈降分離方法。
【請求項５】
無機性排水である被処理水が収容され、被処理水に凝集剤が添加される受水槽と、
前記受水槽の後段において、凝集剤が添加された被処理水の攪拌が行われる攪拌槽と、
前記攪拌槽の後段において、攪拌された被処理水から無機汚泥を沈降分離させる沈殿槽と、を有する無機性排水の沈降分離設備であって、
前記受水槽における被処理水のＳＳ濃度を測定する濁度計と、
沈殿槽の底部から受水槽まで、無機汚泥を返送する汚泥返送配管と、
前記汚泥返送配管の途中に設けられ、濁度計の測定結果に応じて開閉状態を制御される返送制御弁と、を有し、
前記返送制御弁は、受水槽における被処理水のＳＳ濃度が予め定められた下限値を下回ると開状態となり、受水槽における被処理水のＳＳ濃度が予め定められた上限値を上回ると閉状態となるように制御されることを特徴とする無機性排水の沈降分離設備。
【請求項６】
前記無機性排水は、ガス集塵水であることを特徴とする請求項５に記載の無機性排水の沈降分離設備。
【請求項７】
前記ガス集塵水は、製鉄所の副生ガスのガス集塵水であることを特徴とする請求項６に記載の無機性排水の沈降分離設備。
【請求項８】
前記ＳＳ濃度の下限値は１５００ｍｇ／Ｌであり、前記ＳＳ濃度の上限値は５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一項に記載の無機性排水の沈降分離設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機性排水の懸濁物等の水質の変動によっても、常に安定して沈降分離処理を行うことのできる無機性排水の沈降分離方法及び沈降分離設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
無機物を主に含む無機性排水（被処理水）の処理では、懸濁物(suspended solid、以下「ＳＳ」と称することがある。)を凝集剤によって粗大化させて、次いで無機汚泥として沈降させることにより固液分離が行われる。具体的に、図２を用いて説明する。図２では、無機性排水の沈降分離を行う代表的な設備例を示す。各種の用水使用設備１から排出された無機性排水は、受水槽２にて受けられ、必要に応じて水量等が調整され、沈降促進のために凝集剤等の薬液注入を行い、続く攪拌槽３にて攪拌された後、横流式又は円形の沈殿槽４にて固液分離される。固液分離処理後に得られる上澄み水（処理水）は、後段の中継槽５へと送られた後、そのまま再利用される場合もあるし、図２のように用途・規制等に応じて後段の高度処理装置６にて、さらなる高度処理が行われた後に、再利用される場合もある。
【０００３】
一方で、沈殿槽４にて沈降分離された無機汚泥は、沈殿槽４の底部に設けられた排泥配管１５及び排泥ポンプ１０によって排泥され、後段の汚泥濃縮槽８にて濃縮された後、脱水機９にて脱水されて、固形の脱水ケーキとして排出される。
【０００４】
沈殿槽４における無機汚泥の沈降分離が不十分であると、固液分離処理後の処理水にＳＳが残留しやすくなる。ＳＳ濃度の高い処理水は、再利用の際に用水使用設備１にて問題を引き起こすこともある。また、中継槽５の後段にストレーナー（図示せず）が設けられる場合には、ストレーナーの目詰まりを生じさせることもある。
【０００５】
そこで、被処理水の水量、水質等に拘わらず、常に沈殿槽４において安定した沈降分離を行い、処理水中に過剰なＳＳが残留しないようにすることが求められる。安定的な沈降分離を妨げる特に大きな要因として、被処理水中のＳＳ濃度が一時的に上昇してしまうことが挙げられる。このようなケースでは、沈殿槽４でＳＳを無機汚泥として十分に凝集・沈降させることができず、処理水中にＳＳがリークしてしまう。
【０００６】
被処理水の水量や水質の変動に拘わらず、安定的に沈降分離させる方法を開示した文献として、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、被処理水の水量及び水質の変動を吸収して均一化できるように、巨大な調整槽を受水槽２の前段に設置することが開示されている。また、特許文献１には、被処理水の水量、水質等の変動に合わせて、凝集剤等の薬液注入量（以下、単に「薬注量」とも称する。）を調整することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−１２５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
まず、引用文献１に開示されているような調整槽を用いた手法では、処理水の水質変動を吸収するために巨大な水槽を設けなければならず、広大な設置用地及び膨大な建設費・維持費が必要となる。よって、既存の処理設備に、調整槽を設ける技術を適用しようとすることは、現実的には困難である。
【０００９】
また、本発明者らの検討によると、被処理水のＳＳ濃度が一時的に上昇した場合だけでなく、被処理水のＳＳ濃度が一時的に減少した場合においても、無機汚泥の沈降分離が上手くいかずに処理水中にＳＳが残留しやすいことが見出された。前述した特許文献１を含む従来技術は、いずれも、主に被処理水中のＳＳ濃度が増大する場合の沈降処理の安定化に主眼を置いており、被処理水中のＳＳ濃度が減少する場合の沈降処理の安定化には適していない。
【００１０】
例えば、特許文献１に開示された被処理水中のＳＳ濃度に応じて薬注量を制御するという技術に関しては、薬注量を薬注ポンプの台数制御でコントロールすることが一般的である。この場合、薬注量を薬注ポンプ１台分の薬注量以下とすることはできない。よって、被処理水中のＳＳ濃度が減少する場合、被処理水中のＳＳ濃度が薬注ポンプ１台分の薬注量で処理できる濃度よりも小さくなると、最小限である薬注ポンプ１台分の薬注量でも凝集剤の過注入となってしまう。凝集剤の過注入は、薬注コストの増大をもたらすほか、処理水の水質に悪影響を及ぼすという問題もある。
【００１１】
また、薬注ポンプを、台数制御ではなくストローク制御でコントロールしようとしても、薬注ポンプは少量のストロークでは吐出量が安定しないことから、被処理水のＳＳ濃度の減少に応じて、薬注量を厳密に制御することは現実的に難しいという問題がある。さらに、薬注量を増減させてから、沈殿槽４においてその効果が見られるまでの応答性にも問題があり、突発的なＳＳ濃度の変動に対応することは難しいという問題もある。
【００１２】
尚、薬注ポンプによる薬注量を制御するためには、薬注ポンプの近傍にセンサー・演算装置等からなる制御装置を設けるか、遠隔で人が薬注ポンプの動作を制御する必要がある。いずれにしても、薬注量を制御するための設備やシステムを設置・維持するためには、多大なイニシャルコスト、ランニングコストがかかってしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために想到されたものであり、巨大な調整槽や薬注量の制御システム等を設けなくとも、沈殿槽において安定的に沈降分離処理を行うことのできる無機性排水の沈降分離方法及び沈降分離設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の手段は、次の通りである。
［１］無機性排水である被処理水に、凝集剤を添加し、次いで沈殿槽において無機汚泥を沈降分離する無機性排水の沈降分離方法において、凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた下限値を下回ると、沈殿槽で分離された無機汚泥を被処理水に添加し、凝集剤添加前の被処理水におけるＳＳ濃度が予め定められた上限値を上回ると、被処理水への無機汚泥の添加を停止することを特徴とする無機性排水の沈降分離方法。
［２］前記無機性排水は、ガス集塵水であることを特徴とする前記［１］に記載の無機性排水の沈降分離方法。
［３］前記ガス集塵水は、製鉄所の副生ガスのガス集塵水であることを特徴とする前記［２］に記載の無機性排水の沈降分離方法。
［４］前記ＳＳ濃度の下限値は１５００ｍｇ／Ｌであり、前記ＳＳ濃度の上限値は５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする前記［１］から［３］までのいずれか一つに記載の無機性排水の沈降分離方法。
［５］無機性排水である被処理水が収容され、被処理水に凝集剤が添加される受水槽と、前記受水槽の後段において、凝集剤が添加された被処理水の攪拌が行われる攪拌槽と、前記攪拌槽の後段において、攪拌された被処理水から無機汚泥を沈降分離させる沈殿槽と、を有する無機性排水の沈降分離設備であって、前記受水槽における被処理水のＳＳ濃度を測定する濁度計と、沈殿槽の底部から受水槽まで、無機汚泥を返送する汚泥返送配管と、前記汚泥返送配管の途中に設けられ、濁度計の測定結果に応じて開閉状態を制御される返送制御弁と、を有し、前記返送制御弁は、受水槽における被処理水のＳＳ濃度が予め定められた下限値を下回ると開状態となり、受水槽における被処理水のＳＳ濃度が予め定められた上限値を上回ると閉状態となるように制御されることを特徴とする無機性排水の沈降分離設備。
［６］前記無機性排水は、ガス集塵水であることを特徴とする前記［５］に記載の無機性排水の沈降分離設備。
［７］前記ガス集塵水は、製鉄所の副生ガスのガス集塵水であることを特徴とする前記［６］に記載の無機性排水の沈降分離設備。
［８］前記ＳＳ濃度の下限値は１５００ｍｇ／Ｌであり、前記ＳＳ濃度の上限値は５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする前記［５］から［７］までのいずれか一つに記載の無機性排水の沈降分離設備。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、被処理水のＳＳ濃度が変動した場合に、処理水量及び薬注量等の調整を行わずとも安定的に沈降分離処理を行うことができ、処理水中のＳＳ濃度が上昇してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る無機性排水の沈降分離設備のフロー図である。
【図２】図２は、従来例に係る無機性排水の沈降分離設備のフロー図である。
【図３】図３は、実施例における被処理水のＳＳ濃度と処理水のＳＳ濃度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１のフロー図を用いて、本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００１８】
まず、用水使用設備１から排出された無機性排水である被処理水は、受水槽２へと送られる。受水槽２にて、酸又はアルカリによってｐＨ調整を行いつつ、被処理水に凝集剤が添加される。次いで、被処理水は攪拌槽３へと送られて、均一に攪拌される。その後、沈殿槽４において、ＳＳ分を無機汚泥として沈降させて、無機汚泥と上澄み水（処理水）との固液分離が行われる。
【００１９】
沈降分離後の処理水は、中継槽５にて一旦貯められた後、必要に応じて高度処理装置６にて高度処理がなされる。高度処理後の水は、後段の処理水槽７にて貯められた後、必要に応じて用水使用設備１へと循環供給される。尚、高度処理とは、沈殿槽４における固液分離で得られた処理水を、再使用するのにさらに適した水質等とするために行われる処理である。高度処理の具体例としては、砂ろ過による物理的ろ過処理、ストレーナーを用いた異物除去処理、熱交換器を通して行う温度調節処理、酸・アルカリの添加によるｐＨ調整処理等が挙げられる。
【００２０】
一方で、沈殿槽４にて沈降分離された無機汚泥は、沈殿槽４の底部に設けられた排泥配管１５と排泥ポンプ１０とによって沈殿槽４より抜き出される。無機汚泥は、後段の汚泥濃縮槽８にて更に濃縮された後、脱水機９にて脱水を受け、脱水ケーキとして排出される。
【００２１】
本発明に係る沈降分離設備では、沈殿槽４の底部に設けられた排泥配管１５は、その途中で二又に分岐する。分岐した配管の一方は汚泥濃縮槽８へと到り、他方は受水槽２へと到る。排泥配管１５のうち、分岐部から受水槽２に到るまでの部分を汚泥返送配管１３と称する。汚泥返送配管１３の途中には、その開閉状態によって無機汚泥の受水槽２までの返送を制御する、返送制御弁１２が設けられる。
【００２２】
沈殿槽４の典型例としては、被処理水を円筒型水槽の中央部へ流入させ、流入水が円周部に設置された樋に到達するまでにＳＳを重力で沈降させ、樋を越えて溢流してくる処理水を得ることのできる、円形の沈殿池が挙げられる。また、沈殿槽４として、いわゆる横流式の沈殿池を用いることもできる。
【００２３】
また、受水槽２内には、濁度計１１が設置される。濁度計１１は、受水槽２内の濁度を測定し、濁度をＳＳ濃度に換算することで、被処理水中のＳＳ濃度を監視している。被処理水中のＳＳ濃度の変動を早期に検知するという観点から、濁度計による濁度の測定は連続的に行うか、なるべく短いインターバルにて行うことが好ましい。
【００２４】
濁度計１１での測定結果に応じて、返送制御弁１２の開閉状態が制御される。具体的には、予め受水槽２内における被処理水中のＳＳ濃度の上限値及び下限値を設定しておく。用水使用設備１から排出された無機性排水のＳＳ濃度が低下し、受水槽２に収容された被処理水中のＳＳ濃度が下限値を下回った場合には、返送制御弁１２を開状態とする。これにより、沈殿槽４に沈降した無機汚泥の一部が受水槽２へと返送され、受水槽２内のＳＳ濃度が上昇する。やがて受水槽２内のＳＳ濃度が上限値を超え、この状態が濁度計１１によって検知された場合、返送制御弁１２を閉とする。上記のような返送制御弁１２の制御により、受水槽２内におけるＳＳ濃度は、上限値と下限値との間に維持されるようになる。
【００２５】
被処理水のＳＳ濃度の下限値としては、それ以上ＳＳ濃度が下回ると沈殿槽４での沈降分離処理が上手くいかずに、処理水のＳＳ濃度が上昇してしまう値とすればよい。また、受水槽２内におけるＳＳ濃度の上限値としては、それ以上ＳＳ濃度が上回ると沈殿槽４での沈降分離の処理能力を超えてしまい、処理水にＳＳがリークしてしまう値とすればよい。設備の処理能力等によって前記上限値、前記下限値を適宜設定できるが、一例として、下限値を１５００ｍｇ／Ｌ、上限値を５０００ｍｇ／Ｌとすることができる。また、処理水中に許容されるＳＳ濃度の一例としては、４０ｍｇ／Ｌ以下が挙げられる。
【００２６】
被処理水で測定対象となるＳＳとしては、粒径が１μｍ〜１００μｍ前後の浮遊物質や、粒径が１ｎｍ〜１μｍ前後のコロイド物質等が挙げられる。
【００２７】
返送制御弁１２を開閉する作業は、濁度計１１での結果に応じて制御装置（図示せず）により自動で制御するようにしてもよいし、作業者の操作にて行ってもよい。作業者の操作にて返送制御弁１２の開閉を行う場合、受水槽２内における被処理水中のＳＳ濃度が下限値を下回った場合、及びＳＳ濃度が上限値を上回った場合に、警報を発するようにすればよい。
【００２８】
また、返送制御弁１２は、単に開と閉との制御を受けるだけでなく、濁度計１１での測定結果に応じて、その開度を調節できるようにしていてもよい。これにより、より厳密に無機汚泥の返送量を調節することができるようになる。
【００２９】
上記の通り、本発明では受水槽２内の被処理水中のＳＳ濃度を、下限値と上限値との間の一定の範囲内に維持することができる。これにより、巨大な水量の調整槽を設けたり、
攪拌槽３や沈殿槽４等における処理水量や受水槽２における薬注量等を水質に応じて変更させたりしなくとも、沈殿槽４における沈降分離を安定的に行うことができ、処理水にＳＳが多量に残留してしまうことを防止することができる。尚、攪拌槽３及び沈殿槽４において処理される処理水の水量の一例は、３００ｔｏｎ／ｈｒ〜５００ｔｏｎ／ｈｒである。
【００３０】
本発明において処理対象となる無機性排水は、無機物（典型例として、Cr, Ni, Cu, Zn, Fe等の金属元素の化合物）を主に含む排水であり、酸・アルカリ排水、金属含有排水、シアン・重金属等有害物質含有排水に代表される無機性物質を含有する排水等が挙げられる。有機物を主に含むいわゆる有機性排水は、微生物による反応を利用した生物学的処理を行った後に放流・再利用することが行われる。一方で、本発明で処理対象とする無機性排水は、生物学的処理を行わずに、沈降分離処理を行うものである。
【００３１】
また、本発明で得られる無機汚泥は、上述のような無機性排水の沈降処理の結果得られ、無機物を主成分とする汚泥である。このような無機汚泥は、有機性排水の生物学的処理の結果得られる、有機物を餌として増殖した微生物が沈殿して形成される、いわゆる活性汚泥とは異なる。
【００３２】
受水槽２にて注入される凝集剤としては、無機凝集剤のみを用いてもよいし、無機凝集剤と高分子凝集剤との両方を用いてもよい。無機凝集剤の具体例としては、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、ポリ鉄（ポリ硫酸第二鉄）、塩化第二鉄等が上げられる。高分子凝集剤の典型例として、ポリアクリルアミド系の凝集剤が挙げられる。
【００３３】
本発明は、ガス集塵水（排ガスを湿式集塵機にて集塵した後に排出される水）に適用すると、特に優れた効果を発揮する。ガス集塵水には、無機成分からなるダストが多く含まれている。本発明を適用することで、ガス集塵水におけるダストの量に拘わらず、安定した沈降分離を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明は、製鉄所の副生ガスのガス集塵水に適用すると、更に優れた効果を発揮する。副生ガスのガス集塵水のより具体的な例としては、シャフト炉のガス集塵水、高炉のガス集塵水、転炉のガス集塵水等が挙げられる。製鉄所の副生ガスのガス集塵水には、酸化鉄を主成分とする多くのダストがＳＳ分として含まれている。また、製鉄所における操業条件等の変更によって、ガス集塵水のダストの成分や濃度等は、常に変動しうる状態にある。本発明を適用すると、突発的にガス集塵水のダストの濃度が変動（特に、下降）しても、受水槽２内における被処理水中のＳＳ濃度を所定の範囲内に保つことで、常に安定して沈降分離を行うことができる。これにより、処理水中へのＳＳのリークを防止することができる。
【実施例】
【００３５】
図１に示した沈降分離設備を用いて、無機性排水の沈降分離処理を行った。被処理水はシャフト炉のガス集塵水とし、操業条件の異なる日に被処理水と処理水とを５検体ずつ採取した。尚、沈殿槽ではｐＨを９〜１１の範囲に調整しつつ無機凝集剤と高分子凝集剤とを添加した。採取した被処理水と処理水とを、沈降筒に投入し、ＳＳ濃度を測定した。それぞれの日毎の、被処理水中に含まれるＳＳ濃度と処理水に含まれるＳＳ濃度との測定結果をまとめたものが図３である。図３に示すように、被処理水のＳＳ濃度が１５００ｍｇ／Ｌ未満である２つの例では、処理水のＳＳ濃度が４０ｍｇ／Ｌ（許容値）よりも大きく、被処理水におけるＳＳ成分の残留が顕著であった。一方で、被処理水のＳＳ濃度が１５００ｍｇ／Ｌ以上である３つの例では、処理水のＳＳ濃度が４０ｍｇ／Ｌ（許容値）よりも小さく、沈降分離が良好であることが示された。
【符号の説明】
【００３６】
１                用水使用設備
２                受水槽
３                攪拌槽
４                沈殿槽
５                中継槽
６                高度処理装置
７                処理水槽
８                汚泥濃縮槽
９                脱水機
１０                排泥ポンプ
１１                濁度計
１２                返送制御弁
１３                汚泥返送配管
１５                排泥配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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