JP5660461B2 - 膜分離を用いた排水の処理方法および処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、膜分離を用いた排水の処理方法および処理装置に関する。

様々な排水を処理するにあたり、該排水中の浮遊物質（以下、本明細書において「ＳＳ」ともいう）を除去することが行われており、除去装置としては、一般に、砂ろ過法が広く用いられている。しかし、微細なＳＳについては該砂ろ過によって効率よく除去することが難しく、また、除去率を高めるためには大掛かりな装置や複数の砂ろ過装置を用いる必要があった。

また、このようなＳＳの除去方法として、従来、精密ろ過膜を備えた膜分離装置を採用することによって、砂ろ過では効率的に除去し得ないＳＳを高効率で分離することが可能となっている。しかし、処理対象である排水に有機物が含まれていると、該有機物等が精密ろ過膜を詰まらせてしまう、いわゆるファウリングと呼ばれる現象が起こり、膜分離装置で処理しうる処理水量を低下させるという問題が生じる。特に、該膜分離装置の上流側において凝集沈殿処理を行っている場合には、添加する凝集剤に含まれる有機成分が原因となり、ファウリング現象がより一層生じやすくなる。

従来、このようなファウリング対策としては、例えば、下記特許文献１や特許文献２に記載のように、該膜分離装置の逆洗浄を行ったり、薬液による洗浄を行ったり、或いは薬液の種類を種々選定したりするといった対策が検討されている。

特開２００５−１６９２３８号公報 特開２００６−２５５５２６号公報

しかしながら、上述の如き従来のファウリング防止技術は、何れの方法も煩雑であることには変わりなく、より効果的で且つより簡便な方法が求められている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、膜分離によってＳＳを効率的に除去しつつ、該膜分離装置のファウリングをより簡便に抑制しうる排水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

上記のような課題に鑑み、本発明に係る膜分離を用いた排水の処理方法は、排水中の浮遊物質を膜分離する膜分離工程を備えた排水の処理方法であって、該膜分離工程の上流側において処理対象となる排水に塩素成分を含ませた処理液を電気分解する電解工程と、前記電解工程と前記膜分離工程との間において前記電解工程で電気分解された処理水の遊離塩素濃度を測定する濃度測定工程とを備え、前記濃度測定工程によって測定される遊離塩素濃度の値に基づき、前記電解工程における印加電圧を調整することにより、前記膜分離工程へ流入する処理液中の遊離塩素濃度を５０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲に制御することを特徴とする。

また、本発明に係る処理方法は、好ましくは前記膜分離工程の上流側において処理液に次亜塩素酸塩を添加し、該次亜塩素酸塩の添加量の調整と前記印加電圧の調整とにより、前記遊離塩素濃度を前記範囲に制御することを特徴とする。

さらに、本発明に係る膜分離を用いた排水の処理装置は、排水中の浮遊物質を膜分離する膜分離装置を備えた排水の処理装置であって、該膜分離装置の上流側において処理対象となる排水に塩素成分を含ませた処理液を電気分解する電解装置と、前記電解装置で処理された処理液の遊離塩素濃度の値を測定する濃度測定装置と、前記濃度測定装置によって測定される遊離塩素濃度に基づき、前記膜分離装置へ流入する処理液中の遊離塩素濃度が５０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲となるように前記電解装置による印加電圧を調整する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る処理装置は、好ましくは前記膜分離器の上流側において処理液に次亜塩素酸塩を添加する次亜塩素酸塩添加装置を備え、前記制御装置は、次亜塩素酸塩の添加量と、前記印加電圧とを調整することにより、前記遊離塩素濃度を前記範囲に制御するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る膜分離を用いた排水の処理方法および処理装置によれば、塩素成分が含まれた状態で排水を電気分解して遊離塩素濃度を上記のような範囲に設定するようにしたことにより、膜分離装置の膜に付着した有機物の量を低減し、従来よりも容易にファウリング現象を抑制することが可能となる。また、電解工程を設けることにより、排水中に溶存するタリウム（ＴＩ）等の金属を酸化物として析出させることができ、該排水からの重金属除去を同時に実施することが可能となる。

また、本発明に係る上記好ましい態様によれば、電気分解に加えて次亜塩素酸を添加することにより次亜塩素酸の濃度を制御するようにしたので、遊離塩素濃度の制御がより一層容易になるという効果がある。

以上のように、本発明に係る膜分離を用いた排水の処理方法および処理装置によれば、膜分離によって排水中のＳＳを効率的に除去することが可能であり、同時に該膜分離装置のファウリングを抑制することも可能となる。

本発明の膜分離を用いた排水の処理方法を実施する処理装置を模式的に示したの図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態である膜分離を用いた排水の処理方法および処理装置（以下、単に処理方法および処理装置という場合もある）について説明する。図１は、本実施形態の膜分離を用いた排水の処理装置を模式的に示した図である。本実施形態の処理装置は、セメント製造設備において排出される脱塩ダストを塩素含有廃棄物Ｄとして受入れ、脱塩された処理物をセメント原料として利用する場合に適用したものである。

該処理装置は、具体的には、塩素含有脱塩廃棄物Ｄに水Ｗを添加して該廃棄物Ｄを流動化させて塩素を溶解させる溶解槽１と、該溶解槽１で生成したスラリーＳ１を固液分離してセメント原料として用いる固形ケークＣ２と濾液Ｆ２とに分離する濾過装置２と、該濾過装置２からの濾液Ｆ２をｐＨ５〜６に調整し且つ還元剤を添加してセレンを析出させる反応槽３と、該反応槽３から排出され析出したセレンを含むスラリーＳ３からセレンを沈降させる凝集槽４と、該凝集槽２４からの上澄み液Ｆ４をｐＨ９〜１０に調整して還元剤を添加して重金属を析出させる反応槽５と、該反応槽５から排出され重金属析出物を含むスラリーＳ５に高分子凝集剤Ｆを添加して重金属を凝集させてフロックを沈降させる凝集槽６と、該フロックおよび前記凝集槽４で生成した沈殿物を固液分離してセメント原料となる固形ケークＣ７と前記反応槽２５へ循環させる上澄み液Ｆ７とに分離する濾過装置７と、前記凝集槽６からの上澄み液Ｆ６に直流電流を印加して電解により金属酸化物を析出させる電解槽８と、該電解槽８で生成され金属酸化物を含むスラリーＳ８を固液分離により濾過して、前記凝集槽６に循環させる固形分Ｍ１０と、濾液Ｆ１０とに分離する濾過装置１０と、濾液Ｆ１０を再度濾過する活性炭吸着塔１１とを備える。

斯かる構成の処理装置を用いた一実施形態の排水の処理方法は、具体的には、塩素含有廃棄物Ｄに水Ｗを添加して該廃棄物Ｄを流動化させることによって塩素を溶解させたスラリーＳ１とし、該スラリーＳ１を濾過して濾液Ｆ２と固形ケークＣ２とに固液分離する水洗・濾過工程と、濾液Ｆ２をｐＨ５〜６に調整し且つ還元剤を添加してセレンを析出させ、析出したセレンを含むスラリーＳ３を凝集させてセレン含有物Ｓ４を沈降させて分離するセレン除去工程と、該セレン除去工程で分離された上澄み液Ｆ４をｐＨ９〜１０に調整して還元剤を添加して重金属を析出させ、重金属析出物を含むスラリーＳ５に高分子凝集剤Ｆを添加して重金属を含むフロックを凝集沈降させる重金属除去工程と、前記セレン除去工程で分離されたセレン含有沈降物Ｓ４および該重金属除去工程で凝集沈降したフロックＳ６を固液分離してセメント原料となる固形ケークＣ７と上澄み液Ｆ７とに分離し、分離した上澄み液Ｆ７を前記該重金属除去工程へと返送する固液分離工程と、前記重金属凝集工程で分離した上澄み液Ｆ６に直流電流を印加して電気分解することにより金属酸化物を析出させる電解工程と、該電解工程で生成され金属酸化物を含むスラリーＳ８を濾過して濾液Ｆ１０と固形分Ｍ１０とに固液分離する膜分離工程と、濾液Ｆ１０を活性炭処理して放流する活性炭処理工程とを備える。

該方法においては、塩素含有廃棄物Ｄたる脱塩ダストは、固形ケークＣ２およびＣ７として排出され、セメント原料として使用されることとなる。

以下、各工程についてより具体的に説明する。
（水洗・濾過工程）
該水洗・濾過工程では、塩素含有廃棄物Ｄである脱塩ダストを溶解槽１に投入し、該脱塩ダストが流動化する程度の水Ｗを添加して撹拌し、スラリー化するとともに、該脱塩ダストに含まれる塩素化合物等の可溶成分を溶出させてリパルプさせる。添加する水Ｗの量としては、脱塩ダストＤに対して２〜１０質量倍の量が好ましく、また、該水Ｗとしては、工業用水や、製造工程等から排出される二次排水や上水道等が用いられる。水の添加量が塩素含有廃棄物Ｄの２〜１０質量倍とすることにより、塩素含有廃棄物Ｄ中の可溶成分を十分に溶出させて脱塩ケークＣ２中に残存する塩素成分を低減することができ、また、スラリーをポンプ輸送が容易な粘度とすることができる。

上記のリパルプでは、可溶成分の溶解速度を高めるため、溶解槽１内の温度を４０℃以上に高めてもよい。また、攪拌時間は１０時間以内とすることが好ましい。

さらに、該水洗・濾過工程では、リパルプにより生成したスラリーＳ２１を、濾過機２２に投入し、圧搾して固液分離を行い、脱水ケークＣ２と濾液Ｆ２とに分離する。該濾過機２としては、フィルタープレスやベルトフィルターが用いられる。
また必要に応じて、濾過機２内に水Ｗを導入し、固形分Ｃ２に残留する可溶成分を洗浄してもよい。洗浄のために使用する水Ｗは、脱塩洗浄に供する廃棄物量に対して０．５〜２．０質量倍が好ましい。

得られた脱水ケークＣ２はセメント原料として有効利用される。具体的には、固形分Ｃ２を直接セメント製造設備に送り、他のセメント原料と混合された後、乾燥・粉砕等の工程を経て粉末セメント原料としてセメント焼成工程に供給され、セメントクリンカとして焼成される。

（セレン除去工程）
濾過機２から排出された濾液Ｆ２には、脱塩ダストＤ中の塩素が溶出しているほか、セレン、重金属等が含まれている。そこで、セレン除去工程では、この濾液Ｆ２に含まれているセレンを選択的に除去する。具体的には、先ず、濾液Ｆ２を反応槽３に送り、該濾液Ｆ２にｐＨ調整剤Ａ１を添加してｐＨが５〜６程度に調整する。ｐＨ調整剤Ａ１としては、炭酸、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸が好適に用いられる。

該反応槽３では、前記ｐＨ調製剤Ａ１を添加してｐＨを上記範囲に調整するとともに、反応槽３中の濾液Ｆ２に、さらに鉄粉や塩化第一鉄等の還元剤Ａ２を添加し、撹拌混合することによりスラリーＳ３とする。
濾液Ｆ２のｐＨが上記範囲であれば、鉄粉や塩化第一鉄等の還元剤Ａ２を加えた際にセレンの還元反応が生じ、セレンを沈殿させて除去することが可能となる。

鉄粉や塩化第一鉄等の還元剤Ａ２の添加量は、濾液Ｆ２に含まれるセレンを還元して沈殿させることができる量であればよく、濾液Ｆ２に対して、例えば０．５質量％以上かつ４質量％以下が好ましく、１質量％以上２質量％以下がより好ましい。また、スラリーＳ３は加温してもよく、加温の際の温度は、４５℃〜６０℃が好ましい。

該セレン除去工程では、セレンは鉄粉又は塩化第一鉄等の還元剤Ａ２により還元されて析出する一方、鉄粉又は塩化第一鉄はその一部がセレンによりイオン化され第二鉄イオンとしてスラリーＳ３中に溶出することとなる。

（重金属除去工程）
凝集槽４で分離した上澄み液Ｆ４には、脱塩ダストＤ中の塩素が溶出しているほか、重金属等も含まれている。そこで、該上澄み液Ｆ４にｐＨ調整剤Ｂ１を添加し、さらに高分子凝集剤Ｆを添加して、該上澄み液Ｆ４に含まれる重金属を沈殿させ、この沈殿物を濾過により分離する。

具体的には、凝集槽４の上澄み液Ｆ４を反応槽５に移送し、該上澄み液Ｆ４に、例えば、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄）や塩化第一鉄（ＦｅＣｌ₂）等の還元剤Ｂ２を添加して反応させ、スラリーＳ５を生じさせる。

例えば、重金属類については、上澄み液Ｆ４のｐＨを９〜１０．５程度にして重金属の水酸化物を沈殿させることにより、効率良く取り除くことができる。この際に用いるｐＨ調整剤Ｂ１としては、アルカリ性であればよく、中でもＮａＯＨが好ましい。

次いで、凝集槽６では、反応槽５からのスラリーＳ５に高分子凝集剤Ｆを添加することにより、スラリーＳ５中の重金属、または微粒子化した重金属、あるいは水酸化物の重金属を凝集させて、沈降させる。

（固液分離工程）
凝集槽６の沈殿物Ｓ６、および、前記凝集槽４の沈殿物Ｓ４は、例えば、フィルタープレス等の濾過機７を用いて固液分離し、脱水ケーキＣ７として排出する。ここで、必要に応じて濾過機７内に水を導入し、該沈殿物を水で洗浄してもよい。

該濾過装置７で得られた脱水ケークＣ７は、セメント原料として有効利用できる。利用方法としては、前記水洗・濾過工程により得られた脱水ケークＣ２と同様である。また、該濾過装置７で得られた脱水ケークＣ７は、その一部を反応槽３のスラリーに添加する鉄粉等の一部として繰り返し使用することもでき、濾液Ｆ７は、反応槽５に循環させて利用することができる。

（電解工程）
凝集槽６から排出される上澄水Ｆ６は、電解槽８に送られ、電解槽８の電極を介して通電されて電気分解が行われる。上澄み液Ｆ６を電気分解することによって、該上澄み液Ｆ６中に溶存する金属を酸化物として析出させ、微細な懸濁物質に変化させることができる。また、該電解工程では、図１に示すように、次亜塩素酸ナトリウムＧを添加することが好ましい。次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより、前記電気分解による溶存金属の析出反応を促進することができ、且つ、後段の膜分離工程におけるファウリング現象を抑制しやすくなるという効果がある。

前記上澄水Ｆ２６溶存する金属がタリウム（Ｔｌ）の場合、該電解工程によって容易に懸濁物質となるため、タリウム処理工程を設けることによってタリウムを除去することができる。具体的には、電解槽８で生じた懸濁物質を含むスラリーＳ８をデカンタ９で静置し、懸濁物質を沈降させてタリウム（Ｔｌ）を回収する。該デカンタ９にチオ硫酸ナトリウム等のチオ硫酸塩を添加すると、過剰の次亜塩素酸ナトリウムが除去され、タリウムを回収することが可能となる。

（膜分離工程）
電解槽２８からの懸濁物質を含む処理液Ｆ８は、膜分離装置１０に送られ、膜分離によって金属酸化物を含む微細な懸濁物質が取り除かれる。膜分離装置１０としては、精密濾過（ＭＦ）膜や、限外濾過（ＵＦ）膜などの膜を用いた膜濾過装置を挙げることができる。
膜分離工程によって処理された濾液Ｆ１０は、懸濁浮遊物質（ＳＳ）の含有量が１ｍｇ／Ｌ以下であるため、環境的にも問題がなく、下水道等へ放流することができるが、本実施形態の如く該濾液Ｆ１０を活性炭吸着塔１１に導入し、含有された微量成分を取り除くことも可能である。一方、該膜分離装置１０で得られた固形分Ｍ１０は、前記凝集槽６に循環されて再処理される。

電解槽８から移送される処理液Ｆ８は、遊離塩素濃度が５０〜５００ｍｇ／Ｌとなるように制御され、好ましくは５０〜２００ｍｇ／Ｌとなるように制御される。具体的には、電解槽８と膜分離装置１０との間で処理液Ｆ８の遊離塩素濃度を測定する濃度測定装置（図示せず）と、該測定装置によって測定される遊離塩素濃度の値に基づき、電解槽８における印加電圧を制御する制御装置（図示せず）とを備え、該制御装置によって、遊離塩素の濃度が上記範囲となるように制御される。遊離塩素は、塩素を含んだ状態の処理液、すなわち、前記実施形態では塩素含有廃棄物Ｄに由来する塩素を含んだ上澄み液Ｆ６を電気分解することにより、該処理液中に生成するため、前記電解槽８（電解工程）における印加電圧を調整することにより、遊離塩素濃度を上記範囲に制御することができる。遊離塩素濃度を上記範囲内に調整することにより、膜分離装置のファウリングを抑制することができ、処理水量の低下を防止することができる。
なお、遊離塩素濃度は、例えば、液の酸化還元電位を測定することによって容易に測定することができる。

遊離塩素の濃度を上記範囲に制御するという観点から、上澄み液Ｆ６中の塩素濃度は、１０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。

また、上述のように、該電解槽８（電解工程）において次亜塩素酸ナトリウム等の次亜塩素酸塩を別途添加するようにしてもよい。該電解槽８（電解工程）において次亜塩素酸塩を別途添加することにより、溶存金属の析出反応を促進すると同時に、膜分離工程における処理水の遊離塩素濃度を高めてファウリングの防止をも図りうるという効果がある。

尚、本発明に係る処理方法および処理装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、塩素含有廃棄物をセメント原料として使用するための処理設備において適用した場合について説明したが、一般的な排水の処理工程や、汚泥の処理工程において適用することも可能である。

１ 溶解槽
２ 濾過装置
３ 反応槽
４ 凝集槽
５ 反応槽
６ 凝集槽
７ 濾過装置
８ 電解槽
９ デカンタ
１０ 膜分離装置
１１ 活性炭吸着塔

Claims (4)

1. 排水中の浮遊物質を膜分離する膜分離工程を備えた排水の処理方法であって、
   該膜分離工程の上流側において処理対象となる排水に塩素成分を含ませた処理液を電気分解する電解工程と、
   前記電解工程と前記膜分離工程との間において前記電解工程で電気分解された処理液の遊離塩素濃度を測定する濃度測定工程とを備え、
   前記濃度測定工程によって測定される遊離塩素濃度の値に基づき、前記電解工程における印加電圧を調整することにより、前記膜分離工程へ流入する処理液中の遊離塩素濃度を５０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲に制御することを特徴とする膜分離を用いた排水の処理方法。
2. 前記膜分離工程の上流側において処理液に次亜塩素酸塩を添加し、該次亜塩素酸塩の添加量の調整と前記印加電圧の調整とにより、前記遊離塩素濃度を前記範囲に制御することを特徴とする請求項１記載の膜分離を用いた排水の処理方法。
3. 排水中の浮遊物質を膜分離する膜分離装置を備えた排水の処理装置であって、
   該膜分離装置の上流側において処理対象となる排水に塩素成分を含ませた処理液を電気分解する電解装置と、
   前記電解装置で処理された処理液の遊離塩素濃度の値を測定する濃度測定装置と、
   前記濃度測定装置によって測定される遊離塩素濃度に基づき、前記膜分離装置へ流入する処理液中の遊離塩素濃度が５０〜５００ｍｇ／Ｌの範囲となるように前記電解装置による印加電圧を調整する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする膜分離を用いた排水の処理装置。
4. 前記膜分離装置の上流側において処理液に次亜塩素酸塩を添加する次亜塩素酸塩添加装置を備え、前記制御装置は、次亜塩素酸塩の添加量と、前記印加電圧とを調整することにより、前記遊離塩素濃度を前記範囲に制御するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の膜分離を用いた排水の処理装置。

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