特集

工業用水の一生

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水は，生物の生命維持に不可欠であると共に，人類が地球上で存続していくために必要な物質である。
各種産業で用いられる「工業用水」※もまた，「工業装置」というシステムを維持・操業するために必要不可欠なものとなっている。
地球全体の環境を維持し，健全な水資源を次世代に継承するため，各種産業で使用した排水を適切に処理することは科学技術によって克服していくべき課題と考える。
本特集では，「工業用水の一生」と題して，工業用水の取水から各種産業で要求される前処理及び産業別の排水処理技術について紹介する。
生立ちとして日本とアジア圏における工業用水取水時の違いから，誕生・成育として各産業別に必要とされる水質にするための浄水技術，用水を使う上でのトラブル事例とその対策，最後に再生として産業別に特有な排水処理技術について紹介する。
※「工業用水」：日本の「工業用水道事業法」による定義では，工業（物品の加工修理業を含む製造業，電気供給業，ガス供給業及び熱供給業）の用に供する水で，水力発電用と飲用を除く水（編集担当：黒木政勝）†

日本の工業用水の特徴伊藤 博文の沈下の防止に資することを目的とする。」とされ，地盤沈

1．はじめに下対策として，工業用水を利用することで地下水の取水を制限している。

工業用水道事業法では，工業用水道事業を工業（製造業，工業用水道は，取水，貯水，導水，浄水，送水，配水の電気供給業，ガス供給業及び熱供給業）の用に供する水を一般の各施設から構成される。ここでは，水処理をおこなう浄水

需要に応じて導管により供給する事業であり，給水区域内施設を取り上げ，日本の工業用水の特徴について述べる。の需要に対しては，給水義務を負うことと定義されてい2．水質基準る。上水道事業が広く一般家庭等に給水するのに対し，工業用水道事業は，特定少数の工場等に大量の工業用水を供給することが特徴である。所轄官庁は，工業用水道が経済

水質に関しては，上水道が水道法第 4 条で水質基準が定産業省，上水道が厚生労働省である。また，工業用水法第められ全国一律であることに対して，工業用水道は，各事

1 条では，「この法律は，特定の地域について，工業用水業者の工業用水道供給規定等に定められ，事業体により異の合理的な供給を確保するとともに，地下水の水源の保全なる基準であることが特徴の一つである。表 1 に標準的なを図り，もつてその地域における工業の健全な発達と地盤

工業用水道の供給水質基準とそれに対応する水道水質基準を示す。水道水質基準は，51 項目あり飲用する上水の方

Industrial Water Features of Japan
Hirofumi ITO
1986 年 山梨大学大学院工学研究科修了
現 在 水 ing（株）上下水技術統括 副統括
連絡先；〒 108-8470 東京都港区港南 1-7-18
E-mail ito.hirofumi@swing-w.com

が工業用水の標準的な水質基準値よりも項目も多く，また概ね厳しくなっているが，配管の腐食やスケールの発生等の原因となる項目は，工業用水の方が厳しくなっている。
例えば，工業用水の方が pH の範囲がより中性付近であり，† Kuroki, M.

2017 年 6 月 16 日受理

610

（2）

平成29，30年化工誌編集委員（11号特集主査）
出光興産（株）生産技術センター
化学

工学

表1

工業用水道供給標準水質 1）と水道水質基準

濁度（度）

pH

アルカリ度
（CaCO3）（mg/L）

硬度（CaCO3）（mg/L）

蒸発残留物（mg/L）

塩化物イオン（Cl −）（mg/L）

鉄Fe（mg/L）

マンガン
Mn（mg/L）

工業用水道供給標準

20 以下

6.5 〜 8.0

75 以下

120 以下250 以下80 以下

0.3 以下0.2 以下水道水質基準2 以下

5.8 〜 8.6

基準なし

300 以下500 以下200 以下0.3 以下0.05 以下

特項目

備考：網掛けは，工業用水道供給標準の方が水道水質基準よりも厳しい数値を示す。

集硬度，蒸発残留物，塩化物イオンも上水に比べて半分以下と厳しくなっている。さらに水道水質基準には無いアルカリ度が規定されている。

3．凝集沈殿処理
工業用水の処理は，濁度除去を目的とした凝集沈殿処理が主流である。原水濁度が基準値以内の場合は，凝集剤を注入せず処理をしないまま配水する場合もある。原水である河川水が良好な水質のため，大きな夾雑物を除去する除塵機と砂を除去する沈砂池のみで処理して配水している施設もある。ここでは，凝集沈殿処理のメカニズム等について述べる。
3.1

メカニズム
図1

「百年河清を俟つ」ということわざがある。どれだけ待っ凝集の模式図ても望みが叶わないこと，あてもないのにいつまでも待つことを意味する。中国で「河」と書けば「黄河」のことであり，黄河はその名の通りいつも濁っていて，それが澄むのは，百年でも足りないことに由来することわざである。では何故，黄河の水は濁ったままなのか。それは，水の中にコロイドと呼ばれる表面にマイナスの電荷を持った極めて小さい粒子（1 〜 100 nm）が電気的に互いに反発，分散してい図2るためである。この水にプラスの電荷を持った凝集剤と呼ばれる薬品を注入して急速に撹拌すると電気的に中和さ

緩速撹拌の模式図

ν＝（ρs −ρw）/18μ× d 2g

れ，コロイド同士が小さな塊（マイクロフロック）になり（図1），さらにゆっくり撹拌することにより大きな塊となってここで，ν：沈降速度（cm/s），ρs：粒子の密度（g/cm3），

沈降する。この塊をフロックといい，この原理が凝集沈殿

ρw：水の密度（g/cm3），μ：水の粘性係数（g/cm・s），d：法と呼ばれるものである。凝集沈殿処理では，原水にポリ粒子径（cm），g：重力加速度（cm/s2）。

塩化アルミニウム（PAC）や硫酸バンド等の凝集剤を注入して，急速撹拌後に緩速撹拌する。緩速撹拌では，フロキュ

この式から分かるように沈降速度（ν）を大きくするにレータと呼ばれる機械式撹拌装置で徐々に撹拌強度を小さは，粒子の密度（ρs）と粒子径（d）を大きくし，水の粘性係くして（テーパード・フロキュレーション）フロックを大きくし数（μ）を小さくすれば良い。すなわち，重く大きなフロッて沈降しやすくする方法がとられる（図2）。緩速撹拌には，クを作れば，早く沈降することになる。最適な凝集剤注入

機械式の他に水の位置エネルギーを利用して撹拌する「迂量を見つけるために用いられる方法が室内でおこなう

流式」がある。

ジャーテストと呼ばれるもので，複数のビーカーに凝集剤3.2

量を変えて注入して急速撹拌，緩速撹拌，沈静後に上澄みフロックの沈降性

フロックの沈降性を表す際に用いられるのが下記のス

水の濁度を測定して最も良い条件を施設に反映させる。こトークスの式である。の時に沈降性の良いフロックが形成される様子を観察することも重要である。

第 81 巻第 11 号（2017）

（3）

611

3.3

傾斜板沈降装置

横流式沈殿池は，凝集沈殿池の基本形で表面負荷率を低特

凝集沈殿処理において，処理効率を向上させるには，前くするために長方形の長い構造になっていて沈殿池面積を述のように沈降性の良いフロックを作ることが重要であ大きくとっている。汚泥掻寄機も無くシンプルな構造の沈る。これ以外に処理効率を向上させることができる方法が殿池もある。

傾斜板沈降装置の設置である。沈殿池の沈降効率を示す数

高速凝集沈殿池は，米国からの導入技術で昭和 30 年代がある。
値として表面負荷率 V（mm/min）0から多く建設されている。原水を循環するフロックと接触集させ凝集と沈殿を上下の仕切られた一体の水槽で処理でき

V0 ＝ Q/A × 103

るため省スペースを特徴とする装置である。

ここで，Q：処理水量（m /min），A：沈殿池底面積（m ）。
3

傾斜板沈殿池は，日本の発明品である傾斜板沈降装置を2設置することにより，横流式沈殿池に比べて省スペースで
表面負荷率は，単位面積当たりの処理水量のことで，小安定した処理水が得られるため現在の主流となっている。

さいほど沈殿効率が高くなる。処理水量を少なくする，ま傾斜板の原理と同様に傾斜管を設置した装置もあり上向流

たは，沈殿池面積を大きくすれば，沈殿効率が向上する。

で処理する。

すなわち，同じフロックの性状で同じ処理水量では，沈殿超高速凝集沈殿池は，欧州からの導入技術でマイクロサ池面積が大きいほど沈殿効率が高くなる（図 3）。階層式のンド及び高分子凝集剤（ポリマ） を用いて沈降性の良いフ沈殿池にすれば，沈殿池面積を大きくすることができるがロックを作ることにより高速で処理できるため高速凝集沈沈殿したフロックを排出する掻寄機が多くなる。一方，階殿池よりも更に省スペースにできる装置である。沈殿池に層式としないで沈殿面積を増やし，沈殿したフロックが自は，傾斜板（管）沈降装置を設置して，急速ろ過池の逆洗流然に滑り落ちるようにしたものが傾斜板沈降装置である。

速以上（最大 1 m/min 程度）の高速で上向流にて処理する。

傾斜板沈降装置は，昭和 30 年代に早稲田大学教授であっ4．排水処理た宇野昌平が発明したもので，前述のポリ塩化アルミニウム（PAC）とともに日本が世界に誇ることができる水処理関

凝集沈殿処理で発生する沈殿汚泥を処理する施設が排水連の発明である。傾斜板と同じ原理の管状の傾斜管沈降装置もあり，上向流の沈殿池に用いられる。

処理施設である。水質汚濁防止法では，10,000 m3/ 日以上3.4の浄水処理能力（沈殿池またはろ過池）の施設は，特定施設と処理方式の変遷

凝集沈殿処理は，沈殿池の形状等によりその方式が分類され排水処理施設の設置義務が生じる。また，排水処理施され基本となる方式が横流式沈殿池であり，その後，高速設から排出される脱水汚泥は，「廃棄物の処理及び清掃に凝集沈殿池，傾斜板沈殿池，超高速凝集沈殿池へと新しい（廃掃法）によって，産業廃棄物として適切に処関する法律」方式が開発されている（図 4）。

理することが義務付けられている。一般的な排水処理設備

凝集沈殿処理（1階層）

凝集沈殿処理（1階層）

凝集沈殿処理（2階層）

凝集沈殿処理（4階層）

上澄み水

上澄み水

上澄み水
上澄み水

上澄み水

凝集処理水

上澄み水
上澄み水

◆同じフロックで同じ水量の場合は，沈殿池の面積が大きいほど効率が高い。

◆傾斜を付けて排泥し易くした装置が傾斜板沈降装置である。

凝集沈殿処理（傾斜板）

図3612

傾斜板沈殿池の効果
（4）

化学

工学

▼1962年▼1954年▼2006年

現在

特沈殿池の基本形で表面負荷率を低くするために長い沈殿池となっている。

集横流式沈殿池

昭和30年代から多く建設された米国からの導入技術。凝集沈殿を循環式の水槽で行えるため省スペースを特徴高速凝集沈殿池とする。
日本の発明品の傾斜板沈降装置を設置することにより，横流式に比べて省スペースで安定した処理水が得られるため現在の主流となっている。

傾斜板（管）沈殿池

マイクロサンド，高分子凝集剤（ポリマ）を用いて高速で処理できる欧州からの導入技術。沈殿池には，傾斜板（管）沈降装置を設置して，ろ過池の逆洗流速以上の高速で上向流にて処理する。
図4

超高速凝集沈殿池

凝集沈殿処理方式の変遷

は，沈殿汚泥を受入れる排泥池，後段の脱水処理がし易くることでマンガンを除去できるためマンガンを低減する場なるように汚泥を重力により濃縮する濃縮槽及び脱水装置

合にこの接触ろ過法が用いられている。

で構成される。

6．おわりに

脱水装置には，太陽光及び風という自然エネルギーを利用して脱水する天日乾燥床とフィルタープレス等の機械式がある。敷地に余裕がある場合には，天日乾燥床の方が安工業用水は，産業の血液とも言われていて製造業等には価である。一方，敷地に制約がある場合などは，機械式脱欠かすことのできない貴重な資源である。しかしながら，水機を設置する場合も多く，両者の組合せもある。脱水汚

高度経済成長期に建設された工業用水道施設の老朽化によ

泥は，廃棄するだけではなく，農業や園芸用の土壌としてり，配水管の破損や浄水場の機器類の故障等による事故が有効利用されている。

多く報告されている 2）。今後も健全な施設を保つことができるような中長期的な更新計画の策定と着実な実施が重要

5．その他の処理である。

工業用水は，凝集沈殿処理が主流であるが，上水と同様

引用文献
1）（一社）日本工業用水協会：工業用水道施設設計指針・解説 , p.128（2004）の表-4.1.1 より転載
2）（一社）
日本工業用水協会：工業用水 , p.634（2016）にろ過設備を設置している施設もある。ろ過することにより，濁度が低くできるため水質が向上する。更にろ過設備の前に次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）等の塩素剤を添加す

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