JP7582359B2

JP7582359B2 - 排水処理方法

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Publication number: JP7582359B2
Application number: JP2023025293A
Authority: JP
Inventors: 裕介小池
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2024-11-13
Anticipated expiration: 2043-02-21
Also published as: JP2023152734A

Description

本発明は、工場の排水処理用の薬品使用量を低減する排水処理方法に関する。

産業上においては、多くの化学製品が使用され、発生した排水は、工場系排水として混合され処理されている。
工場系排水の処理方法として、希硫酸、消石灰等でｐＨを調整しながら塩化第二鉄を注入し、排水中の不純物が凝集し、比重で沈降することで排水処理を行う凝集沈殿処理と、酸性の状態で過酸化水素と塩化第二鉄を反応させ、ヒドロキシラジカルを生成するフェントン反応を起こし、排水中の有機物を酸化分解する、酸化処理としてのフェントン処理がある。

排水処理前の排水に含まれるＣＯＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎＤｅｍａｎｄ化学的酸素要求量）が高いと想定される排水については、フェントン処理を行った後、さらに凝集沈殿処理によりＣＯＤを低減する処理を行う。一方、ＣＯＤが低いと想定される排水については凝集沈殿処理によりＣＯＤを低減する。

しかし、実際には、排水の性状は均一ではないため、一般的には、高負荷の排水を処理する場合を想定して薬品を注入するが、低負荷の排水を処理する場合、余分に薬品を注入していることになる。ここで、余分な薬品の注入による無駄をなくす方法として、排水成分のデータから演算して最適の薬品注入量を求める方法が提案されている。

特許文献１に記載の技術では、酸化処理工程（フェントン処理）に先立って行う凝集処理工程で、被処理水に無機凝集剤と活性炭を添加し共存させ、さらに有機凝集剤を添加し処理する排水処理方法が開示されている。
また、特許文献２に記載の技術では、被処理水に対して適切な量の薬品を注入することが可能な水処理システム及び薬品注入制御装置が開示されている。
また、特許文献３に記載の技術では、排水のＣＯＤ又はＴＯＣの値を計測し薬品の注入量等を制御する方法が開示されている。

特開２０１９－２１４０２０号公報特開２０１９－８１１４０号公報特開２０１０－１７９２７２号公報

上記従来技術には以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、酸化工程前段の凝集工程で、活性炭添加による活性炭吸着を行うことにより難分解性ＣＯＤが効率よく吸着除去され、さらに、その後に行う酸化工程で酸化剤による酸化効率も向上する。しかし、酸化工程および活性炭吸着を含めた凝集工程を常に実施することが前提であり、プロセス省略による薬品の注入量を大幅に削減することにはならない。

また、特許文献２に記載の演算によって最適の薬品注入量を求める方法は、処理する排水の性状の変化が、ある程度予想できる場合には有効だが、工場排水などを扱う場合、排水の性状が大きく変化するため、最適の薬品注入量を演算によって導くことが困難という問題がある。
特許文献３に記載の方法であれば難しい演算を行わずに薬注量の制御が可能である。しかし、工場排水などを扱う場合、短時間で排水の性状が変化する可能性があり、排水性状の変化が大きすぎて薬注量の制御を追従させることができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、排水性状が大きく変化する場合でも、余分に注入している薬品の注入量を削減する排水処理方法を提案することを目的とする。

発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意、実験及び検討を行った。その結果、排水処理前の排水のＣＯＤにより、排水処理方法を選択できるシステムにより、凝集沈殿処理方法だけか、又は酸化処理も併用する凝集沈殿処理方法かを選別できるようになり、最適な薬品の注入量で排水処理できることを見出した。

上記課題を有利に解決する本発明にかかる排水処理方法は以下のように構成される。
［１］排水処理前の排水のＣＯＤを計測し、前記ＣＯＤの値にもとづいて、凝集沈殿処理、および、酸化処理と凝集沈殿処理のいずれか一方の排水処理を選択する排水処理方法である。
［２］上記の［１］において、前記ＣＯＤを原水槽で計測し、得られたＣＯＤの値について、１時間あたりの最大値と最小値の差であるＣＯＤの変化量ΔＱにもとづいて、排水処理を選択する排水処理方法である。
［３］上記の［２］において、前記ＣＯＤの変化量ΔＱが１０００ｍｇ／Ｌ以上増加したときに、排水処理として酸化処理と凝集沈殿処理を選択する排水処理方法である。
［４］上記の［１］から［３］のいずれかの１において、前記凝集沈殿処理が、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、及びポリ硫酸鉄を含む鉄系凝集剤を使用する処理である排水処理方法である。
［５］上記の［１］から［３］のいずれかの１において、前記酸化処理が、過酸化水素水溶液と鉄系触媒によりヒドロキシラジカルを生成するフェントン反応を利用する処理である排水処理方法である。
［６］上記の［１］から［３］のいずれかの１において、前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である排水処理方法である。
［７］上記の［４］において、前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である排水処理方法である。
［８］上記の［５］において、前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である排水処理方法である。

本発明によれば、排水のＣＯＤの値にもとづいて処理方法を選択できるようになったので、排水のＣＯＤが低い場合に、従来使用されていたフェントン処理用薬品の使用を削減する排水処理方法が実現できる。また、排水性状が大きく変化する排水を処理する場合にも本願発明に係る排水処理方法が適用できる。さらに、本発明は、処理に伴うｐＨ調整用薬品等の薬品の使用も削減することができる。

本発明の一つの実施形態である排水処理フローの概略図である。本発明の排水処理のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態である排水処理方法について詳細に説明する。

＜排水処理設備＞
図１に排水処理設備を示す。原水槽１は、複数の工場からの排水を貯める。原水槽の排水のＣＯＤを計測するＣＯＤ測定器２を設置する。この測定されたＣＯＤの値は、制御装置３に送信される。この制御装置３では、このＣＯＤにもとづく排水処理について、凝集沈殿処理５、又はフェントン処理４および凝集沈殿処理５の工程を決定し、排水フローの電磁弁３１、電磁弁３２を開閉する制御を行う。

図１の上段から中段にかけてフェントン処理設備４を示す。ＣＯＤ中和槽４１は、原水槽からの排水の中和処理を行う。ｐＨ調整に使用する薬品は希硫酸、消石灰、苛性ソーダが好ましい。この排水を撹拌するバッファー池４２を有する。撹拌にはエアーを用いることが好ましい。中和槽４３は、排水のｐＨを調整する。調整には希硫酸を用いることが好ましい。反応槽４４で、塩化第二鉄と過酸化水素を排水に注入しフェントン反応を起こし有機物を分解する処理を行う。塩化第二鉄に代えて硫酸第一鉄等のフェントン反応を起こすことのできる薬品でもよい。分解槽４５では、排水に残存する過酸化水素を除去するため、撹拌しｐＨ調整を行う。ｐＨ調整には苛性ソーダを用いることが好ましく、撹拌にはエアーを用いることが好ましい。沈殿槽４６で、排水処理の不純物が沈降する。

なお、電磁弁は、２方向電磁弁に限定されるものではなく、たとえば、３方向電磁弁を利用してもよい。

図１の下段に凝集沈殿処理設備５を示す。分解槽５１に希硫酸、塩化第二鉄を注入して排水のｐＨを調整する。ｐＨ調整には希硫酸を用いることが好ましい。中和槽５２では排水のｐＨを調整する。沈殿槽５３では、排水中の不純物が沈降分離する。

＜排水処理方法＞
本発明の実施態様の排水処理フローを図２に示す。まず、原水槽１で排水のＣＯＤを測定し（ステップＳ１）、このＣＯＤの値は制御装置３へ送信され、制御装置３にあらかじめ設定した値と測定された排水のＣＯＤ値を制御装置で比較する（ステップＳ２）。ここで、原水槽１の排水のＣＯＤは、排水処理時間内で特定の時間又は特定の時間毎に測定する。
排水のＣＯＤが設定した値以上であった場合、原水槽１からフェントン処理設備４へ通じる電磁弁３１を開にし、原水槽１から凝集沈殿処理設備５に通じる電磁弁３２を閉にする（ステップＳ３）。同時に、フェントン処理設備４で使用される薬品を注入するポンプを起動させる信号を制御装置３から送る（ステップＳ３）。排水のＣＯＤが設定した値未満の場合は、原水槽１からフェントン処理設備４へ通じる電磁弁３１を閉にし、原水槽１から凝集沈殿処理設備５に通じる電磁弁３２を開にする（ステップＳ５）。同時に、フェントン処理設備４で使用される薬品を注入するポンプを停止させる信号を制御装置３から送る（ステップＳ５）。

また、排水のＣＯＤの変化量ΔＱにもとづいて、排水処理設備に通じる手段を制御して、凝集沈殿処理、および、酸化処理と凝集沈殿処理のいずれか一方の排水処理を選択し、選択した排水処理方法で排水処理条件を設定し排水処理することができる。ここで、ＣＯＤの変化量ΔＱとは、排水処理時間内で測定された原水槽のＣＯＤについて、１時間あたりの最大値と最小値の差をいう。
たとえば、排水処理前から排水処理時間内で、特定の時間又は特定の時間毎に原水槽のＣＯＤを測定し、その測定されたＣＯＤにおける１時間あたりの最大値と最小値の差を解析し変化量ΔＱをアウトプットする。

排水ＣＯＤの変化量ΔＱが設定した値以上であった場合、原水槽１からフェントン処理設備４へ通じる電磁弁３１を開にし、原水槽１から凝集沈殿処理設備５に通じる電磁弁３２を閉にする（ステップＳ３）。同時に、フェントン処理設備４で使用される薬品を注入するポンプを起動させる信号を制御装置３から送る（ステップＳ３）。排水のＣＯＤが設定した値未満の場合は、原水槽１からフェントン処理設備４へ通じる電磁弁３１を閉にし、原水槽１から凝集沈殿処理設備５に通じる電磁弁３２を開にする（ステップＳ５）。同時に、フェントン処理設備４で使用される薬品を注入するポンプを停止させる信号を制御装置３から送る（ステップＳ５）。
なお、排水処理の選択は、ＣＯＤの変化量ΔＱが１０００ｍｇ／Ｌを基準として、１０００ｍｇ／Ｌ以上であれば、酸化処理と凝集沈殿処理とすることが好ましい。

この排水処理の制御システムにより、排水のＣＯＤの値にもとづく排水の処理方法、すなわち、所定の設定値以上又は変化量以上のＣＯＤの値ではフェントン処理（ステップＳ４）と凝集沈殿処理（ステップＳ６）を両方行ない、所定の設定値未満又は変化量未満のＣＯＤの値では、凝集沈殿処理（ステップＳ６）だけを選択して排水処理を実施することができる（ステップＳ７）。

また、ＣＯＤが上昇する原因として、界面活性剤のような有機物に起因する場合と鉄分等の金属イオンに起因する場合とが考えられる。金属イオンが原因でＣＯＤが上昇する場合は、凝集沈殿処理のみで処理が可能であり、フェントン反応による処理を行ってもＣＯＤの低減効果はほとんどない。排水のＣＯＤ原因のうち、金属イオンが優位である場合の排水のＣＯＤは２００～１５００ｍｇ／Ｌである。ここで、本発明の実施形態におけるＣＯＤは、有機物由来と金属イオン由来とを考慮した値であり、２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である。
そこで、あらかじめ設定する値は１５００ｍｇ／Ｌとするのが好ましいが、実際に運用する時の排水基準を満たすように設定値を変更してもよい。

上記の排水処理を実施して、処理された排水を排出する前に、処理された排水のＣＯＤを測定し、排出基準を満たす場合は排水を排出し、満たさない場合は、再度、本発明の排水処理を施す。

フェントン処理４は、原水槽１からの排水を、ＣＯＤ中和槽４１で中和処理を行い、ｐＨを７～９に調整する。次いで、バッファー池４２で排水を撹拌する。撹拌された排水は、中和槽４３で排水のｐＨを２～３に調整する。ｐＨ調整後、反応槽４４でフェントン反応により有機物を分解する処理を行う。この分解処理を行った後に、分解槽４５で、残存する過酸化水素を除去するために、ｐＨを７～９に調整して撹拌を行ない、沈殿槽４６で不純物を沈降させる。

凝集沈殿処理５は、分解槽５１に希硫酸、塩化第二鉄を注入して排水のｐＨを調整する。次いで、中和槽５２で、消石灰を投入し排水のｐＨを７～９に調整する。沈殿槽５３で凝集剤を注入してフロックを形成することで排水中の不純物を沈降分離させる。

また、フェントン処理が必要な排水は、常に排水のＣＯＤが高いものとして処理が行われてきたが、実際、排水収集のタイミングによっては、フェントン処理を必要としないほどＣＯＤが低い場合がある。その場合にも、本発明のＣＯＤの設定値にもとづく排水処理方法を用いて、フェントン処理を行わず凝集沈殿処理のみの処理とすることが可能である。

凝集沈殿処理された処理水はＣＯＤ計測器でＣＯＤ濃度が基準値以下であることを確認したうえで、排水口から外部に放流される。このＣＯＤ計測器は、精確性を要求されることから、ＪＩＳＫ０１０２－１：２０２１に準拠した化学分析を用いることが好ましい。

［実施例１］
複数の工場からの排水を原水槽に集めて、ＣＯＤを測定した。排水処理方法の切り替えＣＯＤの設定値を１５００ｍｇ／Ｌとし、ＣＯＤが、１５００ｍｇ／Ｌ以上ならば、フェントン処理と凝集沈殿処理を両方実施し、ＣＯＤが、１５００ｍｇ／Ｌ未満ならば、凝集沈殿処理のみ実施した。３か月間、本発明のＣＯＤの値による排水処理方法で排水処理を行った。なお、排水処理を終えて、排出する前にＣＯＤを測定し、全てのチャージにおいて、ＣＯＤは排出基準以下になっていた。

［実施例２］
複数の工場からの排水を原水槽に集めて、常時ＣＯＤを測定した。さらに、ＣＯＤの最大値と最小値の差は、ＣＯＤ測定開始から１時間あたりに換算したＣＯＤのデータから算出した。
排水処理方法の切り替えるタイミングを１時間あたりのＣＯＤの最大値と最小値の差を１２００ｍｇ／Ｌと設定し、そのＣＯＤの差が、１２００ｍｇ／Ｌ以上増加したならば、フェントン処理と凝集沈殿処理を両方実施し、ＣＯＤの差が、１２００ｍｇ／Ｌ未満ならば、凝集沈殿処理のみ実施した。処理時間はおよそ１～２時間である。３か月間、本発明のＣＯＤ変化量による排水処理方法で排水処理を行った。なお、排水処理を終えて、排出する前にＣＯＤを測定し、全てのチャージにおいて、ＣＯＤは排出基準以下になっていた。

本発明の実施例では、排水のＣＯＤの値又はＣＯＤの変化量にもとづいて処理方法を選択できるようになったので、排水のＣＯＤが低い場合に、従来使用されていたフェントン処理用薬品を使用する必要がなくなったため、いずれの処理方法においてもフェントン処理用薬品の使用量を２５％以上削減することができた。

なお、上記の実施例では本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものでない。

本発明によれば、新たな排水処理方法が開発された場合、排水処理方法が改善された場合など排水処理方法の選択肢が増えた場合にも、本排水処理制御システムを適用することが可能である。

Ｗ排水
１原水槽
２ＣＯＤ測定器
３制御装置
３１フェントン処理設備に通じる電磁弁
３２凝集沈殿処理設備に通じる電磁弁
４フェントン処理設備
４１ＣＯＤ中和槽
４２バッファー池
４３中和槽
４４反応槽
４５分解槽
４６沈殿槽
５凝集沈殿処理設備
５１分解槽
５２中和槽
５３沈殿槽

Claims

排水処理前の排水のＣＯＤを原水槽で計測し、得られたＣＯＤの値について、１時間あたりの最大値と最小値の差であるＣＯＤの変化量ΔＱにもとづいて、凝集沈殿処理、および、酸化処理と凝集沈殿処理のいずれか一方の排水処理を選択することを特徴とする排水処理方法。
前記ＣＯＤの変化量ΔＱが１０００ｍｇ／Ｌ以上増加したときに、排水処理として酸化処理と凝集沈殿処理を選択することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
前記凝集沈殿処理が、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、及びポリ硫酸鉄を含む鉄系凝集剤を使用する処理である請求項１又は２に記載の排水処理方法。
前記酸化処理が、過酸化水素水溶液と鉄系触媒によりヒドロキシラジカルを生成するフェントン反応を利用する処理である請求項１又は２に記載の排水処理方法。
前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である請求項１又は２に記載の排水処理方法。
前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である請求項３に記載の排水処理方法。
前記排水のＣＯＤが２００～１００００ｍｇ／Ｌの範囲である請求項４に記載の排水処理方法。