(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を不溶化処理して無機質の不溶化物を析出させ、砂および／またはアンスラサイトを含む濾材により濾過分離する不溶化物分離方法において、
被処理液を不溶化処理して金属を含む不溶化物を析出させ、
析出した不溶化物の一部を固液分離したのち、固液分離液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加し、または
析出した不溶化物を固液分離することなく、不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して、
濾過分離を行うことを特徴とする不溶化物分離方法。
【請求項２】
被処理液の不溶化処理が、凝集剤の添加により不溶化物を析出させる凝集処理である請求項１記載の方法。
【請求項３】
被処理液の不溶化処理が、不溶化剤の添加により被処理液中の成分を不溶化する処理である請求項１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、被処理液を不溶化処理して無機質の不溶化物を析出させ、この不溶化物を濾過分離する不溶化物分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
用排液処理では、被処理液中に含まれる濁質やコロイド状物質等の不純物を除去するために、凝集処理が行われる。この凝集処理には、被処理液に無機凝集剤を添加し、必要によりｐＨ調整剤を添加してｐＨ調整することにより、凝集剤成分を不溶化物として析出させ、このとき不溶化物に不純物を抱き込ませて除去する方法がある。こうして析出した不溶化物は沈降分離、浮上分離等の固液分離により分離したのち、あるいは分離することなく、濾過により分離することが行われる。
【０００３】
このような凝集処理とは別に、被処理液中に重金属イオンが含まれる場合、アルカリを加えて中和し、重金属イオンを不溶化する中和処理法がある。アルカリの他に硫化物、リン酸塩等の不溶化剤を加えて重金属イオンを不溶化処理し、不溶化物を固液分離により分離したのち、あるいは分離することなく濾過分離する方法がある。
【０００４】
このような無機質の不溶化物の濾過分離に用いる濾過装置としては、砂、アンスラサイトのような粒状濾材を充填した濾層を有する濾過装置が用いられており、通常は砂とアンスラサイトを二層に積層した濾過装置が用いられている。
このような通常の二層濾過装置では、上層に充填されるアンスラサイトは粒径０．７〜１．４ｍｍ、充填高さが３００〜５００ｍｍであり、下層の砂層は粒径０．３５〜０．７ｍｍ、充填高さ３００〜５００ｍｍであるが、出来るだけ清澄な処理水を得るためには粒径の小さな濾材が使用される。濁質は濾材粒子間の空隙部に捕捉されるが、濾材が小さくなると空隙部が狭くなるため、濁質捕捉が少なくなって、早期に閉塞が起き、逆洗をたえず行う必要がある。その結果、運転時間が減り、所期計画の水量が得られない場合があった。このため、一般的には粒径０．４５ｍｍの砂と粒径０．７ｍｍのアンスラサイトの組合せが適用される場合が多い。
【０００５】
しかし、捕捉される濁質と濾材との親和性がない場合は、濁質は濾材間隙に捕捉されないで、濾材を通り抜け、目的とする清澄な処理水が得られない場合がある。このような場合には濾材粒径を小さくすれば解決される場合もあるが、上記したように捕捉量は少なくなるという問題がある。また濾材粒径を小さくしても、濁質の濾材との親和性が低い場合は、微少の圧力変化、流量変化でも濾材間隙を抜けていくようになり、濁質の物性が大きく影響する場合がある。
【０００６】
従来、濾過分離においては、濾材と被濾過物との親和性については考慮されていなかった。一方、無機凝集剤を添加して凝集処理を行い、析出物を加圧浮上分離で分離する方法において、高級脂肪酸のアルカリ金属塩を添加してフロックの安定性を高め、加圧浮上分離を効率よく行う方法が提案されている（特公平２−３６３１３号）。しかしこの方法では、高級脂肪酸アルカリ金属塩は加圧浮上分離におけるフロックの安定性を高めるために用いられており、その後の濾過分離における親和性については考慮されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、被処理液を不溶化処理して析出する無機質の不溶化物の濾材に対する親和性を改善して濾材による捕捉性を大きくし、不溶化物の濾材からの漏出を防止して効率よく濾過分離を行い清澄な濾過液を長期にわたって得ることが可能な不溶化物分離方法を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の不溶化物分離方法である。
（１）  被処理液を不溶化処理して無機質の不溶化物を析出させ、砂および／またはアンスラサイトを含む濾材により濾過分離する不溶化物分離方法において、
被処理液を不溶化処理して金属を含む不溶化物を析出させ、
析出した不溶化物の一部を固液分離したのち、固液分離液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加し、または
析出した不溶化物を固液分離することなく、不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して、
濾過分離を行うことを特徴とする不溶化物分離方法。
（２）  被処理液の不溶化処理が、凝集剤の添加により不溶化物を析出させる凝集処理である上記（１）記載の方法。
（３）  被処理液の不溶化処理が、不溶化剤の添加により被処理液中の成分を不溶化する処理である上記（１）記載の方法。
【０００９】
本発明において処理の対象となる被処理液は、凝集処理、中和処理等の不溶化処理の対象となる液である。凝集処理の対象となる被処理液としては、懸濁物、コロイド、有機物など、無機凝集剤による凝集処理により除去される不純物を含む液である。また中和処理等の対象となる被処理液としては、重金属イオン等の不純物イオンを含み、アルカリ等の不溶化剤の添加によりこれらの不純物イオンが不溶化物として析出するような液である。アルカリ以外に、硫化物、リン酸塩等の他の不溶化剤の添加により不溶化する不純物イオン等を含む液であってもよい。
【００１０】
本発明において、不溶化処理としては、凝集処理のように添加した薬剤が不溶化物として析出する処理のほか、中和処理等のように被処理液に含まれるアルミニウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛等の重金属イオン等の不純物（錯体を含む）が不溶化剤の添加により不溶化物として析出する処理などがある。不溶化剤の添加により不溶化する処理にはアルカリ剤の添加による中和処理のほかに、硫化物の添加により不溶性硫化物として析出させる処理、リン酸または塩の添加により不溶性リン酸塩として析出させる処理などがあげられる。
【００１１】
凝集処理に使用する無機凝集剤は、硫酸バンド、塩基性塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化鉄、硫酸鉄などがあげられる。またこれらの無機凝集剤とともに用いるｐＨ調整剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ剤、塩酸、硫酸等の酸があげられる。凝集処理は被処理液に無機凝集剤を添加し、必要によりｐＨ調整剤を添加して最適ｐＨに調整し、急速攪拌および緩速攪拌を行う。これにより凝集剤の成分は水酸化物等の不溶化物となって析出し、フロックが形成される。
【００１２】
中和処理に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、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等があげられる。また他の不溶化剤としては硫化水素、硫化ナトリウム等の硫化物、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等のリン酸塩などがあげられる。このほか酸化剤や無機凝集剤などを用いて不溶化することもできる。
【００１３】
これらの不溶化剤を用いる不溶化処理は、被処理液に不溶化剤を添加して反応させることにより、被処理液に含まれる重金属イオン等の不純物が水酸化物、硫化物、リン酸塩等の不溶化物となって析出する。錯イオンの場合には酸化剤等を併用して分解することにより不溶化する場合もある。また無機凝集剤を併用して凝集を行うこともできる。
【００１４】
上記の凝集処理および中和処理等の不溶化処理は化学反応のみによることもできるが、加熱、光照射、超音波処理等の操作を加えることにより、不溶化を促進することもできる。これらの不溶化処理により不溶化物を析出させる場合、フロックを成長させて、大型のフロックを形成するのが好ましいが、必ずしもフロックを成長させなくてもよい。また有機高分子凝集剤を添加してもよいが、添加しなくてもよい。
【００１５】
上記により金属を含む不溶化物を析出させた不溶化処理液はそのまま高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行ってもよいが、これに先立って沈降分離、浮上分離等の他の固液分離手段により不溶化物を分離したのち、高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行うと、濾過分離における負荷を少なくすることができる。沈降分離は沈降槽に滞留させて自然沈降により分離を行う。浮上分離は通常は起泡剤等を用いて不溶化物に微細な気泡を付着させ、浮上させて分離する方法であり、加圧水を用いる加圧浮上方法が好ましい。このほか遠心分離等の固液分離手段を用いてもよい。
【００１６】
本発明ではこのように不溶化物の一部を固液分離したのち、固液分離液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加し、または析出した不溶化物を固液分離することなく、不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行う。高級脂肪酸としてはＣ８〜Ｃ２２、好ましくはＣ１２〜Ｃ２０の飽和または不飽和の高級脂肪酸があげられる。そのアルカリ金属塩としてはナトリウム塩、カリウム塩があげられる。このような高級脂肪酸アルカリ金属塩の添加量は重量比で不溶化物量の１／５〜１／１００、好ましくは１／１０〜１／３０程度とすることができる。
このような高級脂肪酸アルカリ金属塩は不溶化処理前に添加すると不溶化物中に取込まれてしまうが、不溶化処理後に添加することにより、不溶化物の表面を改質して濾材に対する親和性を付与することができる。また濾過分離の前に不溶化物の一部を固液分離する場合は、固液分離前に添加すると高級脂肪酸アルカリ金属塩も分離されてしまうので、固液分離後に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加することにより不溶化物の表面を改質することができる。
【００１７】
濾過分離に用いる濾過装置は、砂および／またはアンスラサイトを含む濾材により濾過分離するものであるが、粒状の濾材を用いるものが好ましい。粒状の濾材としては砂および／またはアンスラサイトを含むものが用いられるが、特に砂およびアンスラサイトを積層する二層濾過が好ましい。この場合上層に充填するアンスラサイトは平均粒径０．７〜１．４ｍｍ、充填高さ３００〜５００ｍｍ、下層の砂層は平均粒径０．３５〜０．７ｍｍ、充填高さ３００〜５００ｍｍとするのが好ましい。
【００１８】
不溶化処理液またはその固液分離液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行うことにより、不溶化物の濾材に対する親和性が改善されるため、不溶化物は濾材に捕捉されやすくなる。このため濾材の粒径を小さくしなくても不溶化物を効率よく捕捉して漏出する不溶化物量を少なくし清澄な分離液を得ることができる。
【００１９】
砂、アンスラサイト等の濾材は疎水性の濁質に対する親和力が高いため、疎水性物質の代表的な油を含む排水を濾過した場合、油分は濾材に強く吸着され、濾材の逆洗操作を行っても排除できない。やがてはマッドボールという現象で知られる濾材の固化が起きる。
本発明では、不溶化物の表面を疎水性にして濾材に対する親和性を高めるという発想に基づき疎水基を持つ有機物を吸着させる。本発明で濾過分離の対象とする不溶化物は金属を含むものであるため、添加する有機物は一方の端が疎水性、他端が金属との親和性を有する直鎖状有機物が適切である。濁質の金属部分に上記の官能基が反応し、あるいは吸着されれば、他端の疎水基は液側に残るため、不溶化物は疎水性物質のような挙動を示して濾材にも吸着されやすくなるものと推測される。
【００２０】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、被処理液を不溶化処理して無機質の不溶化物を析出させ、砂および／またはアンスラサイトを含む濾材により濾過分離する不溶化物分離方法において、被処理液を不溶化処理して金属を含む不溶化物を析出させ、析出した不溶化物の一部を固液分離したのち、固液分離液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加し、または析出した不溶化物を固液分離することなく、不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行うようにしたので、被処理液を不溶化処理して析出する無機質の不溶化物の濾材に対する親和性を改善して濾材による捕捉性を大きくし、不溶化物の濾材からの漏出を防止して効率よく濾過分離を行い清澄な濾過液を長期にわたって得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は実施形態の不溶化物分離方法を示すフロー図である。
図１（ａ）〜（ｃ）において、１は不溶化槽、２は濾過槽、３は沈殿槽、４は浮上槽である。
【００２２】
図１（ａ）では不溶化槽１に被処理液路５から被処理液を導入し、薬注路６から凝集剤または不溶化剤を注入し、必要により薬注路７からｐＨ調整剤その他の薬剤を注入し、攪拌機８により攪拌して凝集処理、中和処理等の不溶化を行う。凝集処理の場合は薬注路６から凝集剤を注入し、薬注路７からｐＨ調整剤を注入して反応させることより、凝集剤成分である無機塩の水酸化物を主体とする不溶化物を析出させ、被処理液中の懸濁物、コロイド、有機物等の不純物を抱き込んでフロックを形成させる。中和処理その他の不溶化処理の場合は、薬注路６からアルカリ、硫化物、リン酸塩等の不溶化剤を注入し、必要により薬注路７から凝集剤その他の薬剤を注入して、被処理液中の重金属イオン等と反応させ、不溶化物を析出させる。
【００２３】
不溶化処理液は移送路９から濾過槽２に送る間に薬注路１０から高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して混合し、濾過槽２に導入して濾過分離を行う。濾過槽２は上層に大粒径濾材層１１としてアンスラサイトが充填され、下層に小粒径濾材層１２として砂が充填された２層濾過槽である。高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加した不溶化処理液はまず大粒径濾材層１１において不溶化物の大部分を除去され、さらに小粒径濾材層１２において残留する不溶化物を除去する。
このとき不溶化物は高級脂肪酸アルカリ金属塩と結合して濾材に対する親和性が高くなっているので、粒径の大きい濾材を使用しても不溶化物の捕捉性は大きく、濾材層からの漏出を防止して効率よく濾過分離を行い、清澄な濾過液を得ることができる。濾過分離液は処理水路１３から処理水として排出される。
【００２４】
図１（ｂ）では、不溶化槽１の不溶化処理液は沈殿槽３で沈降分離を行った後、濾過槽２において濾過分離を行う。この場合移送路９ａから沈殿槽３に入った不溶化処理液は自然沈降により不溶化物を沈殿させて、汚泥を排泥路１４から排出し、分離液は移送路９ｂから濾過槽２に送る間に薬注路１０から高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行う。移送路９ａに薬注路１５から高級脂肪酸アルカリ金属塩を注入すると、大部分の高級脂肪酸アルカリ金属塩が沈殿槽３で失われるが、薬注路１０から注入することにより濾過槽２に流入する不溶化物の親和性の改善を効率よく行うことができる。
【００２５】
図１（ｃ）では、不溶化槽１の不溶化処理液は浮上槽４で加圧浮上分離を行った後、濾過槽２において濾過分離を行う。この場合移送路９ａに加圧水路１６から加圧水を注入して混合した不溶化処理液は浮上槽４に入ると、減圧により発生する微細な気泡が不溶化物に付着して浮上し、浮上分離が行われる。浮上した汚泥は集泥部１７に集められて排泥路１４から排出される。分離液は移送路９ｂから濾過槽２に送る間に薬注路１０から高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加して濾過分離を行う。移送路９ａに薬注路１８から高級脂肪酸アルカリ金属塩を注入すると、大部分の高級脂肪酸アルカリ金属塩が浮上槽４で失われるが、薬注路１０から注入することにより濾過槽２に注入する不溶化物の親和性の改善を効率よく行うことができる。
【００２６】
上記の図１（ａ）の処理は不溶化物の少ない場合に適し、図１（ｂ）の処理は重質の不溶化物が多く生成する場合に適し、図１（ｃ）の処理は軽質の不溶化物が多く生成する場合に適する。
濾過処理水を回収利用する場合、さらに後段に、活性炭処理あるいは精密濾過等を設置することができる。また純水として回収する場合は、イオン交換樹脂、逆浸透膜装置等を設置することができる。これらの場合はファウリングを防止するために濾過処理水はできるだけ清澄な方が良い。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｃ）の処理では、いずれの場合も濾過分離を行う前の不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩を添加するため、被処理液を不溶化処理に析出する無機質の不溶化物の濾材に対する親和性を改善して濾材による捕捉性を大きくし、不溶化物の濾材からの漏出を防止して効率よく濾過分離を行い、清澄な濾過液を長期にわたって得ることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例における処理液の清澄性は、ＭＦチェック法によりミリポア社製の孔径０．４５μｍの精密濾過膜を用い試料水１literを濾過し、濾過時間をＭＦ時間（単位〔分：秒〕）で表示した。
【００２９】
実施例１、比較例１
被処理液として地下水（ｐＨ７．５、電気伝導度：２１ｍＳ／ｍ、Ｍアルカリ度：９５ｍｇ／ｌ（ＣａＣＯ3として）、濁度：１．８度、色度：１２度、Ｆｅ：０．６ｍｇ／ｌ）を用い図１（ａ）の方法で処理を行った。不溶化槽では塩素２ｍｇ／ｌと液体硫酸バンド１０ｍｇ／ｌを添加して、処理水量１１０ｍ3／ｈｒ、反応時間１０分間で凝集処理を行った。この不溶化処理液に高級脂肪酸アルカリ金属塩としてオレイン酸系複合石ケンを０．２ｍｇ／ｌ添加した場合（実施例１）と、添加しなかった場合（比較例１）について、濾過槽で濾過分離を行った。濾過槽は粒径０．９ｍｍのアンスラサイトを３５０ｍｍの高さに充填した上層と、粒径０．４５ｍｍの砂を３５０ｍｍの高さに充填した下層の二層濾過であり、ＬＶ６．５ｍ／ｈｒで濾過を行った。処理液のＭＦ時間（液温１２℃、真空度６７ｋＰａ、ブランクとして蒸留水１literの濾過時間は２分０４秒である）による濾過時間を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0004239326.tif 000002
【００３１】
実施例２、比較例２
図１（ｃ）に示す方法において脂肪酸石ケンの添加位置の効果と検討した。被処理液は湖沼水（ｐＨ７．８、電気伝導度：１２ｍＳ／ｍ、Ｍアルカリ度：４０ｍｇ／ｌ（ＣａＣＯ3として）、濁度：４．５度、色度：２０度、ＳＳ：６．０ｍｇ／ｌ）であり、不溶化槽においてポリ塩化アルミニウムを２５ｍｇ／ｌで添加し、処理水量８０ｍ3／ｈｒ、反応時間１０分で、凝集処理を行った後、浮上槽において加圧浮上処理を行った。加圧浮上処理は加圧水（３５０ｋＰａ・・・ゲージ圧）を原水／加圧水＝１０／２の割合で注入し、浮上ＬＶ７ｍ／ｈｒで浮上分離した。濾過槽は砂層０．４５ｍｍ、充填高さ３５０ｍｍ、アンスラサイト部０．９ｍｍ、充填高さ３５０ｍｍ、ＬＶ５ｍ／ｈｒである。脂肪酸石ケン（オレイン酸系複合石ケン）の添加位置を薬注路１０にした場合（実施例２）と薬注路１８にした場合（比較例２）とについて処理水の添加量によるＭＦ時間（液温１５℃、真空度６７ｋＰａ、ブランクとして蒸留水１ literの濾過時間は２分０１秒である）の差を表２に示す。
【００３２】
【表２】
0004239326.tif 000003
【００３３】
表１の結果より高級脂肪酸塩を添加した実施例１では蒸留水レベルの水質を１２時間にわたって確保できたが、高級脂肪酸塩を添加しない比較例１では、３時間以下であった。
また表２の結果より、浮上槽の入口側に高級脂肪酸塩を添加する比較例２よりも、浮上槽の出口側に高級脂肪酸塩を添加する実施例２の方が少ない薬剤量で長時間にわたって濾過分離の優れた効果を得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）−（ｃ）はそれぞれ別の実施形態の不溶化物分離方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  不溶化槽
２  濾過槽
３  沈澱槽
４  浮上槽
５  被処理液路
６、７、１０、１５、１８  薬注路
８  攪拌機
９、９ａ、９ｂ  移送路
１１  大粒径濾材層
１２  小粒径濾材層
１３  処理水路
１４  排泥路
１６  加圧水路
【図１】
0004239326.tif 000004