JP5589430B2

JP5589430B2 - 無機物質懸濁廃水の処理方法

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Publication number: JP5589430B2
Application number: JP2010035713A
Authority: JP
Inventors: 孝博柏原
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011167656A

Description

本発明は、無機物質懸濁廃水の処理方法に関し、詳しくは、有機凝結剤を使用する無機物質懸濁廃水の処理方法に関する。

トンネル、造成、ダム、等の土木工事や骨材製造プラントから排出され無機物質懸濁廃水の処理方法として、以下のように幾つかの方法が知られているが必ずしも満足し得る方法ではない。

（１）粗粒土が分離された濁水にポリ塩化アルミニウム（以下「ＰＡＣ」と略称する）とアニオン系高分子凝集剤を添加混合して凝集沈澱を行い、次いで、上澄液と凝集沈澱物に固液分離して得た凝集沈澱物を毛管−ロールプレス型（スーパープレス）脱水機で脱水を行う方法（特許文献１）。

（２）凝集沈殿槽から分離した凝集沈澱物に更にカチオン性高分子凝集剤を添加混合した後、フィルタープレスで脱水する方法（特許文献２）。

（３）無機性汚泥にＰＡＣとアクリル酸ヒドラジン系高分子化合物及びアニオン性高分子凝集剤を添加して凝集する方法（特許文献３）。

しかしながら、上記（１）の方法は、薬品使用量が多く脱水の処理能力も十分高いとは言えず、上記（２）の方法は、添加設備が必要な上、凝集沈殿物の濃度が高く混合負荷も高いため過大な設備となり、上記（３）の方法は、従来のＰＡＣとアニオン凝集剤に第三の薬品を必要とし経済的的ではない。

特公昭６２−２３６３５号公報特許第３６９３２７３号公報特許第３３７７２４８号公報

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、良好な凝集フロックを形成することにより薬品使用量の削減と効率的な脱水を両立し、固液分離後のスラッジを削減でき、良好な処理水質が得られる、無機物質懸濁廃水の処理方法を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨は、無機物質が懸濁した濁廃水に１種又は２種以上のカチオン性有機凝結剤を添加混合して凝集沈澱処理を行い、次いで、上澄水と凝集沈殿物に固液分離して得た凝集沈殿物を加圧濾過して脱水を行う無機物質懸濁廃水の処理方法において、カチオン性有機凝結剤がポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの四級アンモニウム塩と２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸及びその塩の共重合体であり、以下に定義される１０質量％塩粘度が１０〜３０００ｍＰａ・ｓであるカチオン性有機凝結剤を使用し、且つ、その添加量として以下の計算式（１）で求められる添加量を採用することを特徴とする無機物質懸濁廃水の処理方法に存する。
［塩粘度］
脱イオン水４５０．０ｇに有機凝結剤５０．０ｇを溶解し、更に食塩２０ｇを溶解した
２５℃の水溶液のＢ型粘度計で測定した粘度。
［数１］
0.008×SS×Dma^-2.5≦有機凝結剤添加量［mg/l］≦0.012×SS×Dma^-1.7・・・（１）
（但し、ＳＳは濁廃水中の懸濁浮遊粒子量（ｍｇ／ｌ）、Ｄｍａは浮遊粒子の面積平均粒子径（μｍ）を表す。）

本発明の処理方法によれば、骨材製造プラントや土木工事から排出される無機物質の濁廃水に対し濁廃水の簡便な性状測定により適した添加量を求めることが出来、特定組成の有機凝結剤の使用により、無機凝結剤の添加量を大幅に低減させて発生するスラッジ量を大幅に低減することができる。また、凝集沈澱で分離された凝集沈殿物の加圧濾過による脱水においても大幅な処理時間の短縮が可能となり、しかも、優れた脱水性を示す。更に、無機凝集剤の貯留タンクの設置が不要となり、薬品輸送の負荷軽減を達成できる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、無機物質が懸濁した濁廃水としては、例えば、トンネル、造成、ダム、等の土木工事や骨材製造プラントから排出される無機物質の濁廃水が挙げられる。一般に濁廃水は予め貯水槽において粗粒土を自然沈降により除去され、凝集沈殿処理に供される。

上記の凝集沈殿処理は反応槽送られた濁廃水に１種又は２種以上のカチオン性有機凝結剤を添加混合することにより行われる。

一般に高分子量であるほど凝集力は強くなり凝集性はよくなるが、一方で微細な粒子を凝結することができなくなり、処理された廃水が濁る問題が生じる。また、分子量が低すぎると凝集性が悪くなる。

そこで、本発明においては、凝結性と凝集性を確保するため、分子量の指標として１０質量％塩粘度が１０〜３０００ｍＰａ・ｓであるカチオン性有機凝結剤を使用する。ここで、１０質量％塩粘度とは、脱イオン水４５０．０ｇに有機凝結剤５０．０ｇを溶解し、更に食塩２０ｇを溶解した２５℃の水溶液のＢ型粘度計で測定した粘度をいう。上記の塩粘度は、好ましくは１００〜２０００ｍＰａ・ｓである。

粘土、珪酸塩などの数μｍから数十μｍの微細な粒子を多く含む濁廃水に用いるカチオン性有機凝結剤としては、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの四級塩、ジアリルジメチルアンモニウム塩の重合体又は他の単量体との共重合体から選ばれる１種又は２種以上のカチオン性有機凝結剤が好ましい。

ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの四級塩の具体例としては、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩化メチル付加物などのハロゲン化アルキル付加物及び塩化ベンジル等のハロゲン化アリール付加物等の４級塩；ジアルキルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドの塩化メチル付加物などのハロゲン化アルキル付加物及び塩化ベンジル付加物などのハロゲン化アリール付加物などの４級塩などが挙げられる。これらの中では、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の四級アンモニウム塩が好ましく、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートハロゲン化アルキル付加物が更に好ましく、ジメチルアミノエチルメタアクリレートメチルクロライド付加物が特に好ましい。

前記の他の単量体の代表例としては、（メタ）アクリルアミド等のノニオン性単量体、アクリル酸及びその塩、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸及びその塩などが挙げられる。

前記の重合体及び共重合体の中では、ジメチルアミノアルキル（メタ）アクリレートの四級塩又はジアリルジメチルアンモニウム塩と２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸及びその塩の共重合体が特に好適である。

前記のジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート単量体の含有量は、通常９７〜１００質量％であり、９７質量％未満では水質の低下あるいは使用量の増大を招く恐れがある。

前記のカチオン性有機凝結剤の使用により十分な脱水が可能であるが、アニオン系高分子凝集剤の併用により、カチオン性有機凝結剤の使用量の削減が可能となる。

アニオン系高分子凝集剤としては、従来から使用されているポリ（メタ）アクリル酸ナトリウム、ポリ（メタ）アクリルアミドの加水分解物、（メタ）アクリルアミド・（メタ）アクリル酸ナトリウム共重合体、（メタ）アクリルアミド・（メタ）アクリル酸ナトリウム・２−アクリルアミド−２−メチル−プロパン−１−スルホン酸ナトリウム共重合体、（メタ）アクリルアミド・２−アクリルアミド−２−メチル−プロパン−１−スルホン酸ナトリウム共重合体の他、ここで使用されるアニオン性モノマーを含む共重合体などが挙げられる。

無機物質懸濁廃水には採取される場所によって粒子径や性質などが異なる粒子が含まれており、ＰＡＣ等の無機凝集剤を使用する場合は、凝集沈澱を行った後の沈殿槽内で固液分離された上澄水の濁度が基準以下となるよう添加量を実験的に求めることが一般的に行われている。上記と同様に、前記のカチオン性有機凝結剤を使用する場合もその添加量は濁廃水の性状によって大きく変化する。

本発明においては、前記のカチオン性有機凝結剤の添加量として以下の計算式（１）で求められる添加量を採用することが重要である。

［数２］
0.008×SS×Dma^-2.5≦有機凝結剤添加量［mg/l］≦0.012×SS×Dma^-1.7・・・（１）
（但し、ＳＳは濁廃水中の懸濁浮遊粒子量（ｍｇ／ｌ）、Ｄｍａは浮遊粒子の面積平均粒子径（μｍ）を表す。）

計算式（１）で決定されるカチオン性有機凝結剤の添加量は、それについて詳細な検討の結果、得られたものであり、上記の下限未満の場合は十分な処理性能が得られず、上記の上限を超える場合は処理性能が低下したりコスト上昇を招く。

本発明の処理方法が好適に適用される濁廃水は、濁廃水中の懸濁浮遊粒子量ＳＳ（ｍｇ／ｌ）が通常５，０００〜５０，０００ｐｐｍ、好ましくは７，０００〜３０，０００ｐｐｍであり、浮遊粒子の面積平均粒子径Ｄｍａ（μｍ）が通常０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜７０μｍである。

濁廃水にカチオン性有機凝結剤を添加する方法としては、粉末状の有機凝結剤をそのまま添加してもよいが、均一混合の観点から、有機凝結剤を水溶液にした後に、濁廃水に添加して十分に攪拌する方法が好ましい。有機凝結剤水溶液の濃度は、通常０．０１〜３０質量％、好ましくは１〜２０％質量である。

カチオン性有機凝結剤の溶解方法は、特に限定されないが、例えば、予め秤量した水を攪拌モーター等の攪拌装置により攪拌しながら所定量の有機凝結剤を加え、１０分〜５時間攪拌して溶解する方法などが採用される。

本発明においては、前記の凝集沈澱処理を行い、次いで、上澄水と凝集沈殿物に固液分離して得た凝集沈殿物を加圧濾過して脱水を行う。固液分離および加圧濾過は、常法に従って行うことが出来る。すなわち、通常、固液分離は沈殿槽を使用し、加圧濾過はフィルタープレス脱水機などによって行うことが出来る。フィルタープレス脱水機の構造は濾布を張った濾枠に汚泥を加圧しながら供給して濾過する構造であれば特に制限されない。なお、上澄水の大部分は骨材製造プラントで再利用され、残りは放流される。一方、加圧濾過で回収された脱水ケーキは搬出、処分される。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、また、例中の「％」は、特に断らない限り、質量％を示す。

＜有機凝結剤の物性＞
本発明で使用した無機凝結剤及び有機凝結剤を表１に示す。

表１中、「ＤＭＣ」はジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの四級アンモニウム塩を表し、「ＳＭＳ」は２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸ナトリウムを表す。また、「１０％塩粘度」は、脱イオン水４５０．０ｇに有機凝結剤５０．０ｇを溶解し、更に食塩２０ｇを溶解した２５℃の水溶液のＢ型粘度計（東機産業社製）で測定した粘度である。そして、測定は、水溶液の粘度に応じたローターを使用し、回転速度６０ｒｐｍでローターを回転させ、回転開始５分後に行う。試料７の粘度は「５％塩粘度」であるが、これは、有機凝結剤の量を２５．０ｇ、脱イオン水の量を４７５．０ｇとした以外は、「１０％塩粘度」と同様にして測定した値である。

本発明で使用した骨材製造プラントから採取した濁廃水の性状を表２に示す。粒子径は、レーザー回折散乱法粒度測定装置（日機装社製の商品名マイクロトラック、機種：ＭＴ３３００）を用いて測定した値である。表２中、「Ｄ５０」は粒子径分布において、全質量に対する累積質量が５０％となる粒子径を意味する。また、「ｓｄ」（標準偏差）はｓｄ＝（ｄ_１８４−ｄ_１１６）／２で定義され、「ｄ_１８４」及び「ｄ_１１６」は、粒子径分布において、全質量に対する累積質量がそれぞれ８４％及び１６％となる粒子径を意味する。

＜机上試験による評価＞
貯水槽で粗粒土が自然沈降により除去・分離された濁廃水５００ｍｌを５００ｍｌのビーカーに採取した。これに、所定量の凝結剤を加えた後にジャーテスターにて１５０ｒｐｍ、３０秒間攪拌する。その後にアニオン性凝集剤（ダイヤニトリックス社製「ＡＰ８２５Ｃ」）を３ｐｐｍ加えてフロックを形成させ、フロック径を計測した。アニオン性凝集剤を加えた後、６０秒間の攪拌時間が経過したら攪拌を停止し、その３分後に凝集沈澱した高さ（以降、沈降ＳＶと称する）を測定した。また、処理液の上澄みの濁りを目視にて観察した。

骨材製造プラント１濁廃水を用いた実施例１、３、５、６、比較例１〜８の評価結果を表３に示す。骨材製造プラント２濁廃水を用いた実施例７、９、１０、１１、１２、比較例９〜１５の評価結果を表４に示す。範囲上限、下限は計算式（１）にて計算した値である。

表３及び４の結果から、濁廃水１及び２の何れにおいても本願発明で規定する添加範囲内で凝集沈殿効果が発揮され、ＰＡＣよりも大幅に添加量が削減でき、少量でも凝集沈殿性能も優れていることが確認できた。

＜実処理設備による評価＞
貯水槽で粗粒土が自然沈降により除去・分離された濁廃水（表２）を反応槽に送り、この反応槽で所定量の凝結剤とアニオン系高分子凝集剤（ダイヤニトリックス社製「ＡＰ８２５Ｃ」）を６ｐｐｍ加えてフロックを形成させ、沈殿槽へ送液した。沈殿槽での透視度を測定した。

沈殿槽の下部から引き抜かれたで凝集沈殿物はいったん汚泥貯槽に溜められ、そこからフィルタープレス脱水機に送り脱水した。ＰＡＣを用いた場合のフィルタープレス脱水機への汚泥フィード時間を１００％とし、有機凝結剤添加時の汚泥フィード時間の割合を相対フィード時間として求めた。

骨材製造プラント１濁廃水を用いた実施例１３〜１５、比較例１６の評価結果を表５に示す。骨材製造プラント２濁廃水を用いた実施例１６、比較例１７の評価結果を表
６に示す。

表５及び６の結果から、濁廃水１及び２の何れにおいても、本発明における有機凝結剤は、ＰＡＣよりも大幅に添加量が削減でき、フィルタープレス脱水機へのフィード時間もＰＡＣを使用した場合よりも半減することが確認できた。また、フィルターからの脱水ケーキの剥離性も良好であった。比較例１４に対して実施例１４では含水率４％削減、脱水ケーキ量は１３％減少した。比較例１５に対して実施例１６含水率３％削減、脱水ケーキ量は１０％減少した。

Claims

無機物質が懸濁した濁廃水に１種又は２種以上のカチオン性有機凝結剤を添加混合して凝集沈澱処理を行い、次いで、上澄水と凝集沈殿物に固液分離して得た凝集沈殿物を加圧濾過して脱水を行う無機物質懸濁廃水の処理方法において、カチオン性有機凝結剤がポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの四級アンモニウム塩と２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸及びその塩の共重合体であり、以下に定義される１０質量％塩粘度が１０〜３０００ｍＰａ・ｓであるカチオン性有機凝結剤を使用し、且つ、その添加量として以下の計算式（１）で求められる添加量を採用することを特徴とする無機物質懸濁廃水の処理方法。
［塩粘度］
脱イオン水４５０．０ｇに有機凝結剤５０．０ｇを溶解し、更に食塩２０ｇを溶解した２５℃の水溶液のＢ型粘度計で測定した粘度。
［数１］
0.008×SS×Dma^-2.5≦有機凝結剤添加量［mg/l］≦0.012×SS×Dma^-1.7・・・（１）
（但し、ＳＳは濁廃水中の懸濁浮遊粒子量（ｍｇ／ｌ）、Ｄｍａは浮遊粒子の面積平均粒子径（μｍ）を表す。）
カチオン性有機凝結剤としてジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートモノマーを９７〜１００質量％含有する重合体を使用する請求項１に記載の処理方法。
ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート単量体がジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの四級アンモニウム塩である請求項２に記載の処理方法。
濁廃水にカチオン性有機凝結剤を添加した後にアニオン性高分子凝集剤を添加する請求項１〜３の何れかに記載の処理方法。