特許 7213125 シリカを含有する水の凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-18

(45)【発行日】2023-01-26

(54)【発明の名称】シリカを含有する水の凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 21/01 20060101AFI20230119BHJP

   C02F 1/52 20230101ALI20230119BHJP

   C02F 1/56 20230101ALI20230119BHJP

   B01D 21/08 20060101ALI20230119BHJP

   B01D 21/24 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

B01D21/01 107Z

B01D21/01 102

B01D21/01 107A

B01D21/01 107B

C02F1/52 K

C02F1/56 K

B01D21/01 B

B01D21/01 C

B01D21/08 C

B01D21/24 D

B01D21/24 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019073504

(22)【出願日】2019-04-08

(65)【公開番号】P2020171870

(43)【公開日】2020-10-22

【審査請求日】2021-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】加藤 歩

(72)【発明者】

【氏名】福水 圭一郎

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０７９４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５２２７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４６５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００７２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３８５３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１８８８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／５２－ １／５６

Ｂ０１Ｄ ２１／００－２１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカを含有する被処理水に無機凝集剤を添加する手段と、前記被処理水にエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合物である有機凝結剤を添加する手段と、を備える第１の反応槽と、
前記第１の反応槽の下流に位置する沈殿槽と、
前記第１の反応槽から前記沈殿槽の手前までの間の区間に位置し、前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加する手段と、を有し、
前記沈殿槽は、前記無機凝集剤と前記有機凝結剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行い、造粒濃縮された前記凝集フロックを処理水から分離する、凝集沈殿装置。

【請求項2】

前記第１の反応槽が、カチオン性高分子凝集剤を添加する手段をさらに備える、請求項１に記載の凝集沈殿装置。

【請求項3】

前記第１の反応槽と、前記アニオン性高分子凝集剤を添加する手段との間に位置し、前記被処理水にカチオン性高分子凝集剤を添加する手段を備える第３の反応槽を有する、請求項１に記載の凝集沈殿装置。

【請求項4】

シリカを含む被処理水に無機凝集剤を添加する手段を備える第１の反応槽と、
前記第１の反応槽の下流に位置し、前記被処理水にエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合物である有機凝結剤を添加する手段を備える第２の反応槽と、
第２の反応槽の下流に位置する沈殿槽と、
前記第２の反応槽から前記沈殿槽の手前までの間の区間に位置し、前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加する手段と、を有し、
前記沈殿槽は、前記無機凝集剤と前記有機凝結剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行い、造粒濃縮された前記凝集フロックを処理水から分離する、凝集沈殿装置。

【請求項5】

前記第２の反応槽と、前記アニオン性高分子凝集剤を添加する手段との間位置し、前記被処理水にカチオン性高分子凝集剤を添加する手段を備える第３の反応槽を有する、請求項４に記載の凝集沈殿装置。

【請求項6】

第１の添加位置でシリカを含有する被処理水に無機凝集剤とエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合物である有機凝結剤を添加することと、
前記第１の添加位置からその下流の沈殿槽の手前までの間の区間に位置する第２の添加位置で前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加することと、
前記無機凝集剤と前記有機凝結剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を前記沈殿槽に供給することと、
前記沈殿槽で前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行うことと、
前記沈殿槽内で造粒濃縮された凝集フロックを処理水から分離することと、を有する、凝集沈殿処理方法。

【請求項7】

前記第１の添加位置で、カチオン性高分子凝集剤が前記被処理水に添加される、請求項６に記載の凝集沈殿処理方法。

【請求項8】

前記第１の添加位置の下流でかつ前記第２の添加位置の上流に位置する第３の添加位置で、カチオン性高分子凝集剤が前記被処理水に添加される、請求項６に記載の凝集沈殿処理方法。

【請求項9】

第１の添加位置でシリカを含有する被処理水に無機凝集剤を添加することと、
前記第１の添加位置から下流に位置する第４の添加位置で前記被処理水にエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合物である有機凝結剤を添加することと、
前記第４の添加位置からその下流の沈殿槽の手前までの間の区間に位置する第２の添加位置で前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加することと、
前記無機凝集剤と前記有機凝集剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を前記沈殿槽に供給することと、
前記沈殿槽で前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行うことと、
前記沈殿槽内で造粒濃縮された凝集フロックを処理水から分離することと、を有する、凝集沈殿処理方法。

【請求項10】

前記第４の添加位置の下流でかつ前記第２の添加位置の上流に位置する第３の添加位置で、カチオン性高分子凝集剤が前記被処理水に添加される、請求項９に記載の凝集沈殿処理方法。

【請求項11】

前記シリカを含有する被処理水が、飽和溶解度を超えるシリカ濃度である、請求項６～１０のいずれか１項に記載の凝集沈殿処理方法。

【請求項12】

前記有機凝結剤が２００ｍｇ／Ｌ以上の濃度で、被処理水に添加される、請求項６～１１のいずれか１項に記載の凝集沈殿処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はシリカを含有する水の凝集沈殿装置と凝集沈殿処理方法に関し、特に沈殿槽の上流側で被処理水に凝集剤を添加し、沈殿槽内攪拌により沈殿槽内で凝集、造粒を行う装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水処理装置の１つとして、用水処理や排水処理などに凝集沈殿装置が広く用いられている。凝集沈殿装置は、原水に含まれる懸濁物質を凝集させて沈殿槽内で沈殿させ、原水を汚泥と処理水とに分離するものである。凝集沈殿装置の中には沈殿槽内に汚泥の浮遊密集層（スラッジブランケット）を形成させ、このスラッジブランケットにより沈殿槽に供給される原水中の微細粒子や懸濁物質を捕捉し、清澄な処理水を得る技術がある。

【0003】

このような凝集沈殿装置の中でも、凝集剤が添加された被処理水（原水）を沈殿槽内の攪拌翼により緩速攪拌して凝集フロックを形成し、さらに凝集フロック同士の衝突や凝集フロックの転がり運動を繰り返し生じさせることで凝集フロックの粒径を次第に増大させて、球状のペレットを形成する造粒型の凝集沈殿装置が知られている。造粒型の凝集沈殿装置では、高密度で沈降速度が速いペレットが流動層（ペレットブランケット）を形成することで、より高速での処理が可能になるとともに、沈殿槽内の通水線速度（ＬＶ）を高め、処理流量の増加または沈殿槽の小型化を実現することができる。

【0004】

水処理装置としては、近年特に半導体や液晶を製造する工程から生じるシリカを含有する排水の処理に対する要望が高まっている。そして、シリカを含有する排水の凝集沈殿処理において、排水を塩酸や水酸化ナトリウムで中性領域まで中和した後に、ＰＡＣ等の無機凝集剤で凝集物を沈殿させ、固液分離する方法がある。しかし、この方法では排水に含有するシリカがゲル状の凝集物として析出するため、沈降性が悪く、処理流量の増加または沈殿槽の小型化を実現することが難しい。
そこで、排水に多量の水酸化カルシウムを添加する方法が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－５０９４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載された方法では、処理水中の懸濁物質濃度（濁度）が高いため処理水質が十分ではなく、さらに多量の水酸化カルシウムが汚泥として発生するといった問題があった。

【0007】

本発明の目的は、シリカを含有する被処理水について、沈降速度の速いペレットを形成し、且つ濁度成分の除去などを効率的に行うことができる凝集沈殿処理装置および凝集沈殿処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、シリカを含有する被処理水に無機凝集剤を添加する手段と、前記被処理水に有機凝結剤を添加する手段と、を備える第１の反応槽と、前記第１の反応槽の下流に位置する沈殿槽と、前記第１の反応槽から前記沈殿槽の手前までの間の区間に位置し、前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加する手段と、を有し、前記沈殿槽は、前記無機凝集剤と前記有機凝結剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行い、造粒濃縮された前記凝集フロックを処理水から分離する、凝集沈殿装置である。

【0009】

また、本発明は、第１の添加位置でシリカを含有する被処理水に無機凝集剤と有機凝結剤を添加することと、前記第１の添加位置からその下流の沈殿槽の手前までの間の区間に位置する第２の添加位置で前記被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加することと、前記無機凝集剤と前記有機凝結剤と前記アニオン性高分子凝集剤とが添加された前記被処理水を前記沈殿槽に供給することと、前記沈殿槽で前記被処理水を攪拌することによって、凝集フロックの形成と当該凝集フロックの造粒濃縮を行うことと、前記沈殿槽内で造粒濃縮された凝集フロックを処理水から分離することと、を有する、凝集沈殿処理方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、シリカを含有する被処理水について、沈降速度の速いペレットを形成し、且つ濁度成分の除去などを効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の態様に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第２の態様に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す模式図である。

【図3】本発明の第３の態様に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す模式図である。

【図4】本発明の第４の態様に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す模式図である。

【図5】本発明の第５の態様に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の凝集沈殿装置および凝集沈殿処理方法について説明する。各図において同一の符号は同一の部品または要素を示すものとする。

【0013】

＜被処理水＞
本発明に用いられる被処理水としては、シリカを含有するものであり、例えば、地熱発電等において用いられる地熱水、半導体、液晶、太陽電池等のシリコンを用いる製品の製造工程、イオン交換樹脂の再生において排出される排水を挙げることができる。
また、本発明で用いられる被処理水としては、飽和溶解度を超えるシリカ濃度を含むものであってもよい。

【0014】

＜第１の実施態様＞
図１は、本発明の第１の実施態様に係る凝集沈殿装置の模式図である。図１において凝集沈殿装置２０１は、被処理水（原水）を貯留する原水層２と、第１の反応槽３と、沈殿槽５と、を有し、これらが配管１１、１２で直列に接続されている。すなわち、第１の反応槽３は第１の配管１１によって原水層２と接続され、沈殿槽５は第２の配管１２によって第１の反応槽３と接続されている。沈殿槽５は第１の反応槽３の下流に位置し、第１の配管１１には被処理水の供給ポンプ１４と流量計１５が設けられている。

【0015】

第１の反応槽３は、被処理水に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段６と、被処理水に有機凝結剤を添加する有機凝結剤添加手段７と、被処理水にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段８とを備えている。すなわち、第１の反応槽３は被処理水に無機凝集剤と有機凝結剤とｐＨ調整剤とが添加される第１の添加位置を構成する。
無機凝集剤添加手段６は無機凝集剤貯留タンク６１と、無機凝集剤貯留タンク６１に接続された無機凝集剤供給配管６２と、無機凝集剤供給配管６２上に設けられた無機凝集剤供給ポンプ６３と、を有している。無機凝集剤供給配管６２の下流側の端部は第１の反応槽３の内部で開口している。無機凝集剤としては、硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などのアルミニウム塩、塩化第二鉄の酸性溶液、ポリ硫酸第二鉄などの第二鉄塩の酸性溶液などを使用できる。被処理水の処理に用いられる無機凝集剤の添加量としては、沈殿処理ができる範囲であれば特に制限はないが、例えば、被処理水中における無機凝集剤の濃度が１０～１００００ｍｇ／Ｌ、好ましくは１００～５０００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは５００～２０００ｍｇ／Ｌとなるように設定される。

【0016】

有機凝結剤添加手段７は有機凝結剤貯留タンク７１と、有機凝結剤貯留タンク７１に接続された有機凝結剤供給配管７２と、有機凝結剤供給配管７２上に設けられた有機凝結剤供給ポンプ７３と、を有している。有機凝結剤供給配管７２の下流側の端部は第１の反応槽３の内部で開口している。有機凝結剤としては、アルキルアミン・エピクロルヒドリン縮合物、アルキレンジクロライドとポリアルキレンポリアミンの縮合物、ジシアン・ジアミド・ホルマリン縮合物、ジメチルジアリルアンモニウムクロライド重合体などが挙げられ、これらの分子量は数万～数十万程度である。有機凝結剤の種類は、被処理水に添加する無機凝集剤の添加量を削減する効果があれば、これらに限定されない。被処理水の処理に用いられる有機凝結剤の添加量としては、沈殿処理ができる範囲であれば特に制限はないが、例えば、被処理水中における有機凝結剤の濃度が１０～１０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは５０～８００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは２００～５００ｍｇ／Ｌとなるように設定される。

【0017】

ｐＨ調整剤添加手段８はｐＨ調整剤貯留タンク８１と、ｐＨ調整剤貯留タンク８１に接続されたｐＨ調整剤供給配管８２と、ｐＨ調整剤供給配管８２上に設けられたｐＨ調整剤供給ポンプ８３と、を有している。ｐＨ調整剤供給配管８２の下流側の端部は第１の反応槽３の内部で開口している。ｐＨ調整剤は被処理水のｐＨを６～８程度に調整するために添加され、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）_２などのアルカリ薬剤を使用することができる。第１の反応槽３には被処理水のｐＨを測定するためのｐＨ計１６が設けられている。また、第１の反応槽３は攪拌翼３１を有しており、無機凝集剤と有機凝結剤とｐＨ調整剤が添加された被処理水を高速で攪拌することができる。

【0018】

凝集沈殿装置２０１は被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加するアニオン性高分子凝集剤添加手段１０を有している。アニオン性高分子凝集剤添加手段１０はアニオン性高分子凝集剤貯留タンク１０１と、アニオン性高分子凝集剤貯留タンク１０１に接続されたアニオン性高分子凝集剤供給配管１０２と、アニオン性高分子凝集剤供給配管１０２上に設けられたアニオン性高分子凝集剤供給ポンプ１０３と、を有している。アニオン性高分子凝集剤供給配管１０２の下流側の端部は第２の配管１２に合流している。アニオン性高分子凝集剤添加手段１０の第２の配管１２との合流点は、被処理水にアニオン性高分子凝集剤を添加する第２の添加位置１７を構成する。第２の添加位置１７は第１の反応槽３と沈殿槽５との間に位置している。

【0019】

アニオン性高分子凝集剤としては、例えば、アクリルアミドとアクリル酸の重合物が挙げられる。アニオン性高分子凝集剤の分子量は、例えば、１０００万以上あるいは１５００万以上とすることができ、また２５００万以下とすることができる。アニオン性高分子凝集剤の被処理水への添加量は、例えば、０．３～１０ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。添加量が０．３ｍｇ／Ｌ未満では粒径の大きな造粒物を形成する効果が得られにくい場合がある。また、添加量を１０ｍｇ／Ｌ超としても、造粒物の粒径を大きくする効果は少なく、その一方でアニオン性高分子凝集剤の使用量が増えることになる。アニオン性高分子凝集剤は、予め水に溶解した溶液の状態で被処理水に添加することが好ましい。その溶液のアニオン性高分子凝集剤の濃度は、０．０５～０．３ｗ／ｖ％であることが好ましい。アニオン性高分子凝集剤のアニオン基比率（アニオン性モノマーとノニオン性モノマーの合計量に対するアニオン性モノマーの比率）の最適値は被処理水の性状や凝集ｐＨにより異なる。

【0020】

凝集沈殿装置２０１による被処理水の処理は以下のように行われる。被処理水はまず原水槽２から第１の配管１１を通って第１の反応槽３（第１の添加位置）に導入され、無機凝集剤と有機凝結剤とｐＨ調整剤とが添加され、高速攪拌される。これによって、被処理水中に凝集フロックが形成される。次に、被処理水には第２の配管１２上の第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加される。第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加されることで、より強固で沈降速度の速いペレットを形成することができる。

【0021】

＜第２の実施態様＞
図２は、本発明の第２の実施態様に係る凝集沈殿装置の模式図である。図２において凝集沈殿装置２０２は、図１における第１の実施態様に加えて、第１の反応槽３にカチオン性高分子凝集剤添加手段９を備えている。カチオン性高分子凝集剤添加手段９はカチオン性高分子凝集剤貯留タンク９１と、カチオン性高分子凝集剤貯留タンク９１に接続されたカチオン性高分子凝集剤供給配管９２と、カチオン性高分子凝集剤供給配管９２上に設けられたカチオン性高分子凝集剤供給ポンプ９３と、を有している。カチオン性高分子凝集剤供給配管９２の下流側の端部は第３の反応槽４の内部で開口している。

【0022】

凝集沈殿装置２０２による被処理水の処理は以下のように行われる。被処理水はまず原水槽２から第１の配管１１を通って第１の反応槽３（第１の添加位置）に導入され、無機凝集剤と有機凝結剤とｐＨ調整剤と、カチオン性高分子凝集剤が添加され、高速攪拌される。これによって、被処理水中に凝集フロックが形成され、さらに凝集フロックは粗大化される。次に、被処理水には第３の配管１２上の第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加される。第１の反応槽３（第１の添加位置）でカチオン性高分子凝集剤カチオン性高分子凝集剤が、第２の添加位置１７で第１のアニオン性高分子凝集剤が添加されることで、より強固で沈降速度の速いペレットを形成することができる。

【0023】

カチオン性高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート・塩化メチル四級塩（ＤＡＡ）、ジメチルアミノエチルメタアクリレート塩化メチル４級塩（ＤＡＭ）が挙げられる。カチオン性高分子凝集剤の分子量は、例えば、７００万以上あるいは１０００万以上とすることができ、また１５００万以下とすることができる。カチオン性高分子凝集剤の被処理水への添加量は、例えば、０．３～１０ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。添加量が０．３ｍｇ／Ｌ未満ではカチオン性高分子凝集剤の効果（カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤とを併用する効果）が得られにくく、大きな造粒物を形成しにくい場合がある。また、添加量を１０ｍｇ／Ｌ超としても、造粒物の粒径を大きくする効果は少なく、その一方でカチオン性高分子凝集剤の使用量が増えることになる。カチオン性高分子凝集剤は、予め水に溶解した溶液の状態で被処理水に添加することが好ましい。その溶液のカチオン性高分子凝集剤の濃度は、例えば０．０５～０．３ｗ／ｖ％である。カチオン性高分子凝集剤のカチオン基比率（カチオン性モノマーとノニオン性モノマーの合計量に対するカチオン性モノマーの比率）は２７モル％以下が好ましい。カチオン基比率は１５モル％以下であることがより好ましく、８モル％以下であることがさらに好ましい。

【0024】

＜第３の実施態様＞
図３は、本発明の第３の実施態様に係る凝集沈殿装置の模式図である。図３において凝集沈殿装置２０３は、図１における第１の実施態様に加えて、被処理水にカチオン性高分子凝集剤を添加するカチオン性高分子凝集剤添加手段９を有する第３の反応槽４を備えている。第３の反応槽４は、被処理水にカチオン性高分子凝集剤が添加される第３の添加位置を構成し、第３の反応槽４は第１の反応槽３とその下流の沈殿槽５との間に位置している。第３の反応槽４は攪拌翼４１を有しており、カチオン性高分子凝集剤が添加された被処理水を高速で攪拌することができる。

【0025】

凝集沈殿装置２０３による被処理水の処理は以下のように行われる。被処理水はまず原水槽２から第１の配管１１を通って第１の反応槽３（第１の添加位置）に導入され、無機凝集剤と有機凝結剤とｐＨ調整剤とが添加され、高速攪拌される。これによって、被処理水中に凝集フロックが形成される。次に、被処理水は第２の配管１２を通って第３の反応槽４（第３の添加位置）に導入され、カチオン性高分子凝集剤が添加され、高速攪拌される。これによって、凝集フロックが粗大化される。次に、被処理水には第３の配管１３上の第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加される。第３の反応槽４（第３の添加位置）でカチオン性高分子凝集剤が、第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加されることで、より強固で沈降速度の速いペレットを形成することができる。

【0026】

＜第４の実施態様＞
図４は、本発明の第４の実施態様に係る凝集沈殿装置の模式図である。図４において凝集沈殿装置２０４は、図１における第１の実施態様に加えて、第２の反応槽１９を備えている一方、第１の反応槽３には、有機凝結剤添加手段７を備えていない。第２の反応槽１９は、被処理水に有機凝結剤が添加される第４の添加位置を構成する。第２の反応槽１９は第１の反応槽３とその下流の沈殿槽５との間に位置している。第２の反応槽１９は、被処理水に有機凝結剤を添加する有機凝結剤添加手段７を備えている。有機凝結剤添加手段７は有機凝結剤貯留タンク７１と、有機凝結剤貯留タンク７１に接続された有機凝結剤供給配管７２と、有機凝結剤供給配管７２上に設けられた有機凝結剤供給ポンプ７３と、を有している。有機凝結剤供給配管７２の下流側の端部は第２の反応槽５の内部で開口している。第２の反応槽１９は攪拌翼２１を有しており、有機凝結剤が添加された被処理水を高速で攪拌することができる。

【0027】

凝集沈殿装置２０４による被処理水の処理は以下のように行われる。被処理水はまず原水槽２から第１の配管１１を通って第１の反応槽３（第１の添加位置）に導入され、無機凝集剤とｐＨ調整剤とが添加され、高速攪拌される。これによって、被処理水中に凝集フロックが形成される。次に、被処理水は第２の配管１２を通って第２の反応槽１９（第４の添加位置）に導入され、有機凝結剤が添加され、高速攪拌される。これによって、凝集フロックが粗大化される。次に、被処理水には第３の配管１３上の第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加される。第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加されることで、より強固で沈降速度の速いペレットを形成することができる。

【0028】

＜第５の実施態様＞
図５は、本発明の第５の実施態様に係る凝集沈殿装置の模式図である。図５において凝集沈殿装置２０５は、第４の実施形態に加えて、第３の実施形態と同様に、被処理水にカチオン性高分子凝集剤を添加するカチオン性高分子凝集剤添加手段９を有する第３の反応槽４を備えている。第３の反応槽４は、被処理水にカチオン性高分子凝集剤が添加される第３の添加位置を構成する。第３の反応槽４は第２の反応槽１９とその下流の沈殿槽５との間に位置している。

【0029】

凝集沈殿装置２０５による被処理水の処理は以下のように行われる。被処理水はまず原水槽２から第１の配管１１を通って第１の反応槽３（第１の添加位置）に導入され、無機凝集剤とｐＨ調整剤とが添加され、高速攪拌される。これによって、被処理水中に凝集フロックが形成される。次に、被処理水は第２の配管１２を通って第２の反応槽１９（第４の添加位置）に導入され、有機凝結剤が添加され、高速攪拌される。これによって、凝集フロックが粗大化される。次に、被処理水には第３の配管１３を通って第３の反応槽４（第３の添加位置）に導入され、カチオン性高分子凝集剤が添加され、高速攪拌される。これによって、凝集フロックがさらに粗大化される。次に、被処理水には第４の配管１８上の第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加される。第３の反応槽４（第３の添加位置）でカチオン性高分子凝集剤が、第２の添加位置１７でアニオン性高分子凝集剤が添加されることで、より強固で沈降速度の速いペレットを形成することができる。

【0030】

<沈殿槽＞
第１～第５の実施形態の沈殿槽５は、外側容器５１と、外側容器５１の内部に設けられた仕切板５２とを有している。沈殿槽５は外側容器５１と仕切板５２とによって沈殿部５４と、汚泥濃縮部５５と、に分離されている。沈殿部５４は、無機凝集剤と有機凝結剤とアニオン性高分子凝集剤とカチオン性高分子凝集剤とが添加された被処理水を緩速攪拌することによって、凝集フロックの形成と凝集フロックの造粒濃縮（ペレット形成）を行い、造粒濃縮された凝集フロックを処理水から分離する。汚泥濃縮部５５は懸濁物質の汚泥を収集し濃縮する。凝集フロックが沈殿槽５から越水して汚泥濃縮部５５に収集されるように、仕切板５２の頂部は沈殿部５４の頂部より低くされている。汚泥濃縮部５５の側面の下部に汚泥の引抜きノズル（図示せず）が設けられている。沈殿部５４の側面の上部には清澄水（処理水）の取出しノズル（図示せず）が設けられている。沈殿部５４の内部には、モータ５７に連結された回転軸５６に取り付けられた複数の攪拌翼５８が設けられている。

【0031】

第１～第５の実施形態において、被処理水は沈殿槽５に導入される。被処理水は沈殿部５４の底部の被処理水供給口５９から沈殿部５４に上昇流として供給され、攪拌翼５８で緩速攪拌される。第２の添加位置１７で添加されたアニオン性高分子凝集剤はこれによって被処理水中に攪拌分散される。凝集フロック同士が衝突や転がり運動を繰り返すことで、凝集フロックの粒径は次第に増加していき、球状のペレットが形成される。ペレットは重力による下向きの力と、被処理水供給口５９から供給される被処理水の上昇流による上向きの力を受けて、沈殿部５４の内部を浮遊する。新たに供給された被処理水に含まれる凝集フロックは沈殿部５４の内部を浮遊するペレットに捕捉され、合体する。これによって、ペレット径はさらに増加する。

【0032】

被処理水は造粒濃縮された凝集フロックから分離され、上昇流となる。この結果、沈殿部５４の下部にペレットの層（ペレットブランケット５３）が、上部にペレットブランケット５３から分離した清澄水の層５４が形成される。層５４の清澄水は処理水として取出しノズルから取り出される。ペレットブランケット５３の頂部界面は徐々に上昇していき、ペレットブランケット５３の頂部界面が仕切板５２の頂部に達すると、ペレットは仕切板５２を越水して汚泥濃縮部５５に収集される。以降、被処理水の通水中はペレットブランケット５３の頂部界面からペレットの越水が続き、ペレットブランケット５３は一定の高さを保つ。汚泥濃縮部５５は被処理水の上昇流がないため、凝集フロックは重力で汚泥濃縮部５５内を沈降して濃縮汚泥となる。濃縮汚泥は引抜きノズルから引抜かれる。

【0033】

ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や塩化鉄等の無機凝集剤によって形成される凝集フロックは架橋性が少なく、細かくて軽い凝集フロックとなる。そのため、シリカの低減のために多量の無機凝集剤を使用すると、カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤を併用しても強度の高い凝集フロックを形成させることができず、造粒沈殿装置でペレットを形成することが困難となる場合がある。本実施形態では有機凝結剤を使用することで、ペレットを確実に形成しつつ、無機凝集剤の添加量を減らすことができる。また、無機凝集剤の添加量を減らすことで汚泥発生量も減らすことができるため、コスト削減効果が期待できる。さらに、無機凝集剤の添加量が多くペレット凝集沈殿処理の適用が困難であった排水においても、有機凝結剤を使用することでペレットの形成が容易となり、高ＬＶ処理が可能となる。

【実施例】

【0034】

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。ただし本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0035】

＜被処理水水質＞
以下の実施例及び比較例で用いた被処理水の水質は、表１の通りである。ＳｉＯ_２の濃度は、吸光光度計（商品名：ＤＲ３９００、ＨＡＣＨ社製）により測定した。濁度及び色度は、濁度・色度計（ＮＩＰＰＯＮ ＤＥＮＳＨＯＫＵ社製Ｗａｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ ２０００Ｎ）を用いて測定した。なお、被処理水のシリカ濃度は、２５℃における飽和溶解度（１００ｍｇ／Ｌ）を超えるものを用いた。

【0036】

【表1】

【0037】

＜実施例１＞
表１に示した水質の被処理水３００ｍＬを３００ｍＬのビーカーに投入し、無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）（商品名：ポリ塩化アルミニウム、オルガノ株式会社製）を、濃度が１０００ｍｇ／Ｌになるように添加した。その後、ＮａＯＨ水溶液でｐＨ７に調整し、直径６．５ｃｍの攪拌翼を用いて、１５０ｒｐｍの回転で１０分間攪拌、混合した。次いで、有機凝結剤としてエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合（商品名：オルフロック ＣＬ－６２１、オルガノ株式会社製）を、濃度が３００ｍｇ／Ｌとなるまで添加し、１５０ｒｐｍで１０分間攪拌、混合した。そして、カチオン性高分子凝集剤（商品名：オルフロック ＨＳ－０６６０、オルガノ株式会社製）を、濃度が４ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１００ｒｐｍで２分間急速攪拌をおこなった。続いて、アニオン性高分子凝集剤（商品名：オルフロック ＯＡ－３Ｈ、オルガノ株式会社製）を、濃度が２ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１００ｒｐｍで１分間急速攪拌した後、４０ｒｐｍで５分間緩速攪拌を行った。この間に、攪拌中のフロックの高さを測定した。試験後、１０分間沈静させ、上澄水の濁度を測定した。

【0038】

＜実施例２＞
有機凝結剤の添加量を１００ｍｇ／Ｌ、カチオン性高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌ、アニオン性高分子凝集剤の添加量を１ｍｇ／Ｌとした以外は、実施例１と同様に被処理水を処理した。

【0039】

＜実施例３＞
有機凝結剤の添加量を５０ｍｇ／Ｌ、カチオン性高分子凝集剤の添加量を２ｍｇ／Ｌ、アニオン性高分子凝集剤の添加量を１ｍｇ／Ｌとした以外は、実施例１と同様に被処理水を処理した。

【0040】

＜比較例１＞
表１に示した水質の被処理水３００ｍＬに、無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を、濃度が１０００ｍｇ／Ｌになるように添加した。その後、ＮａＯＨ水溶液でｐＨ７に調整し、１５０ｒｐｍの回転で１０分間攪拌、混合した。次いで、カチオン性高分子凝集剤を濃度が、２ｍｇ／Ｌとなるよう添加し、１００ｒｐｍで２分間急速攪拌をおこなった。続いて、アニオン性高分子凝集剤を、濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１００ｒｐｍで１分間急速攪拌した後、４０ｒｐｍで５分間緩速攪拌を行った。試験後、１０分間沈静させ、上澄水の濁度の測定を行った。

【0041】

実施例１～３および比較例１の結果を表２に示す。

【0042】

【表2】

【0043】

表２より、有機凝結剤を添加した実施例１～３では、上澄水の濁度を十分に低下させることができ、沈降性の良い、良好なフロックが形成することがわかった。一方、有機凝結剤を添加していない比較例１では、上澄水の濁度が７．８度と高くなってしまい、沈降性の悪いフロックが形成することが明らかとなった。
以上の結果より、エピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合などの有機凝結剤を添加することによって、沈降性の良いフロックが形成できることが分かった。

【0044】

＜実施例４＞
実施例１で得られた上澄水に含まれるＳｉＯ_２の濃度を、測定した。

【0045】

＜実施例５＞
表１に示した水質の被処理水３００ｍＬに、無機凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を、濃度が１０００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。その後、ＮａＯＨ水溶液でｐＨ７に調整し、１５０ｒｐｍの回転で１０分間攪拌、混合した。次いで、有機凝結剤としてエピクロロヒドリン・ジメチルアミン共重合を、濃度が３００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１５０ｒｐｍで１０分間攪拌、混合した。続いて、アニオン性高分子凝集剤を、濃度が６ｍｇ／Ｌとなるように添加し、１００ｒｐｍで１分間急速攪拌した後、４０ｒｐｍで５分間緩速攪拌を行った。この間に、攪拌中のフロックの高さ、フロックサイズを測定した。試験後、１０分間沈静させ、濁度の測定を行った。

【0046】

＜実施例６＞
有機凝結剤の添加量を１００ｍｇ／Ｌとした以外は、実施例５と同様に被処理水を処理した。

【0047】

＜実施例７＞
有機凝結剤の添加量を５０ｍｇ／Ｌとした以外は、実施例５と同様に被処理水を処理した。

【0048】

実施例４～７の結果を表３に示す。

【0049】

【表3】

【0050】

表３より、カチオン性高分子凝集剤を添加した実施例４では、沈降性が良く、フロックの攪拌中のフロックの高さが抑えられていることがわかる。また、上澄水中のＳｉＯ_２の濃度も低く抑えられており、シリカを含む被処理水を効率的に処理できることがわかる。また、実施例５および６から、有機凝結剤を２００ｍｇ／Ｌ以上となるように添加することにより、良好なフロック高さおよびＳｉＯ_２の濃度となるように被処理水を処理できることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明によって、シリカを含有する被処理水に対し、沈降速度の速いペレットを形成し、且つ濁度成分の除去などを効率的に行うことができる凝集沈殿装置および凝集沈殿処理方法が提供される。

【符号の説明】

【0052】

３ 第１の反応槽（第１の添加位置）
４ 第３の反応槽（第３の添加位置）
５ 沈殿槽
６ 無機凝集剤添加手段
７ 有機凝結剤添加手段
９ カチオン性高分子凝集剤添加手段
１０ アニオン性高分子凝集剤添加手段
１７ 第２の添加位置
１９ 第２の反応槽（第４の添加位置）
２０１～２０５ 凝集沈殿装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】