JP4322175B2

JP4322175B2 - 排水の処理方法

Info

Publication number: JP4322175B2
Application number: JP2004184701A
Authority: JP
Inventors: 正之森脇; 雅史桝田; 浩司高光
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2006007018A

Description

本発明は、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水中の有機成分の処理において、少ない凝集剤の使用量で有機成分を極めて高度に除去でき、またこれにより発生するスラッジの量が低減でき、低コストで処理できる排水の処理方法を提供するものである。

廃石膏ボードの年間発生量は約１５０万ｔであり、この内、約５０万ｔは生産時や新築内装工事での端材で、石膏ボードメーカーがリサイクルを行っている。しかし、残りの約１００万ｔが改装・解体工事で排出され、ほぼ全量が埋立処分されている。廃石膏ボードの発生量は年々増加する傾向にあり、埋立地の不足、環境保全の観点から廃石膏ボードの有効な処理方法が求められていた。

これまで、廃石膏ボードの処理方法として、廃石膏ボードを加熱処理し、廃石膏ボードに含まれる紙類を炭化させることで石膏を回収する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、廃石膏ボードを加熱処理し、廃石膏ボードに含まれる紙類、その他有機成分、例えば、界面活性剤を燃焼除去し、セメント用添加剤とする方法が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、上記方法によって得られる石膏は、焼成により無水型となった石膏であるため、大量の使用量を有するポルトランドセメント用の石膏として使用するためには、二水型に変換する操作を別途必要とし、工業的な実施において問題があった。また、無水型のままで使用する場合はその用途が制限されるため、大量の使用量を確保することが困難であった。

そこで、本発明者らは、従来の加熱、焼成処理と異なる廃石膏ボードを処理する画期的な方法として、水中で廃石膏ボードとアルカリを反応させて、石膏を水酸化カルシウムとして回収し、再利用することでその用途の拡大を図ることを可能にした廃石膏ボードの処理方法を提案した。

しかし、上記廃石膏ボードは、水との接触により界面活性剤等の有機成分が水中に溶出するため、上記水酸化カルシウムの懸濁液より水酸化カルシウムを分離して使用する場合はその炉液に、また懸濁液として他の用途、例えばクロロヒドリン法によるプロピレンオキサイド製造時の中和剤等に使用する場合には、使用後の排水中に前記廃石膏ボードに由来する有機成分が含まれているため、排水中のＣＯＤが高く、かかる有機成分の除去処理が必要であった。

従来排水中の有機成分の除去法として広く採用されている活性汚泥処理は、界面活性剤等が活性汚泥処理に対して難分解性であるため、十分有効な処理とは言えなかった。さらに、界面活性剤等が難分解性であるばかりでなく、活性汚泥中の微生物に悪影響し、処理効率が低下することが懸念されていた。従って、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を処理するにあたり、凝集沈殿等の前処理により界面活性剤等をある程度除去した後に、活性汚泥処理を行う方法を採用するのが一般的である。しかしながら、上記処理によれば、凝集沈澱処理時に大量のスラッジが発生するため、スラッジの処理コストが高くなるという問題が生じることが判明した。

一方、前記排水の他の処理方法として、活性炭に代表される吸着剤を用いての処理、過酸化水素に代表される酸化剤を用いての処理が考えられるが、これらの処理には、処理コストが高いという課題があった。

そこで、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水中の有機成分の処理において、少ない凝集剤の使用量で有機成分を極めて高度に除去でき、またこれにより発生するスラッジの量が低減でき、低コストで処理できる排水の処理方法の開発が切望されていた。

特開平６−１４２６３３号公報特開平１０−３６１４９号公報

即ち、本発明は、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水中の有機成分の処理において、少ない凝集剤の使用量で有機成分を極めて高度に除去でき、またこれにより発生するスラッジの量が低減でき、低コストで処理できる排水の処理方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた。その結果、前記、凝集沈殿等の前処理により界面活性剤等をある程度除去した後に、活性汚泥処理を行う手順による処理は、凝集沈殿の為に使用される凝集剤が、目的の界面活性剤等のみならず、排水に含有される他の有機成分も一緒に凝集沈殿させるため、界面活性剤等の有機成分の除去のために大量の凝集剤が必要であり、このため大量のスラッジが発生するという知見を得た。

一方、本発明者らは、数多くの実験を行い、難分解性の界面活性剤等を含む排水の活性汚泥処理を行っても、難分解性の界面活性剤等が活性汚泥の菌に悪影響を及ぼすことなく、活性汚泥処理が可能であることを確認した。
更に、上記活性汚泥処理後の排水に対する処理として、凝集沈殿処理について種々の検討を行ったところ、凝集剤として鉄を含む凝集剤を添加して処理する排水処理を採用することにより、少ない凝集剤の使用量で排水中の有機成分を極めて高度に除去でき、またこれにより発生するスラッジの量の低減が可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、水中で廃石膏ボードと水酸化アルカリを反応させ、生成した水酸化カルシウムを含有する懸濁液を得た後、該懸濁液中の固体の水酸化カルシウムを分離して得られた、又は、該懸濁液を任意の工程のアルカリ源として使用後、固体を分離して得られた、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を活性汚泥処理した後に、鉄を含む凝集剤を添加して処理する排水の処理方法である。

本発明の処理方法によれば、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水中の有機成分を少ない凝集剤の使用量で排水中の有機成分を極めて高度に除去でき、またこれにより発生するスラッジの量の低減が可能である。従って、スラッジのろ過、脱水、焼却、埋立等の処理コストの低減を図ることが可能となり、排水処理コストの低減が可能である。また、鉄を含む凝集剤はいずれも安価で、工業的に容易に入手可能であるため、吸着剤や活性炭処理と比べても低コストでの処理が可能である。

本発明において廃石膏ボードは、石膏ボード生産時や新築内装工事での石膏ボード端材、改装・解体工事で排出される石膏ボード等、一般に使用されているものであれば、何ら制限なく用いることができる。上記廃石膏ボードに含有する有機成分として一般的には、紙、でんぷんに加えて、分散剤、泡剤、凝結促進剤等の用途で界面活性剤が含まれている。上記廃石膏ボードは、水との接触により界面活性剤等の有機成分が水中に溶出し、上記排水を任意の工程のアルカリ源等として使用した場合においても溶出した有機成分を含んでいる。本発明における、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水は、上記の有機成分を含有する排水が全て対象となる。

該廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を例示すれば、前記排水が、廃石膏ボードを粉砕した後、水に分散させて有機成分を溶解させた排水、水中で廃石膏ボードと水酸化アルカリを反応させ、生成した水酸化カルシウムを含有する懸濁液より、固体の水酸化カルシウムを分離して得られるものである排水、水中で廃石膏ボードと水酸化アルカリとを反応させ、生成した水酸化カルシウムを含有する懸濁液を得た後、該懸濁液を任意の工程のアルカリ源として使用後、固体を分離して得られるものである排水が挙げられる。ここで、任意の工程のアルカリ源としては、例えばクロロヒドリン法によるプロピレンオキサイド製造時の中和剤等のアルカリ源が挙げられる。

本発明は、上記廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を活性汚泥処理した後に、凝集剤を添加して処理を行うことが特徴である。活性汚泥処理前に該鉄を含む凝集剤を使用すると、該排水のＣＯＤを低減させるためには大量の凝集剤が必要であり、大量のスラッジが生成する。

これは、昜分解性の有機物である澱粉、紙の繊維等が多量に存在すると、目的の界面活性剤等のみならず、これらの有機物も凝集剤にて凝集沈殿してしまい、凝集剤が消費されるため、難分解性の界面活性剤を凝集沈殿させるためにはさらに凝集剤を添加する必要があるためと推測される。

これに対して、本発明のように、凝集剤を添加する前に活性汚泥処理を行えば、上記の易分解性有機物は活性汚泥処理にて除去されるため、必要な凝集剤量は、難分解性の界面活性剤を凝集沈殿させる分で十分であり、このため、凝集沈殿処理時に発生するスラッジ量が低減される。

上記廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を活性汚泥処理する場合の有機成分の濃度は特に制限はなく、活性汚泥処理の処理効率を勘案して適宜決定すればよいが、高濃度すぎると、活性汚泥処理能力が低下し、低濃度すぎれば、排水処理量の増大、ひいては、設備の大型化を招くので、好ましくは、ＣＯＤ（Ｍｎ）で５０〜５０００ｐｐｍｗ、より好ましくは５０〜３０００ｐｐｍｗ、更に好ましくは、５０〜２０００ｐｐｍｗに調整することがよい。

上記廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水の塩濃度は、特に制限はなく、活性汚泥処理の処理効率を勘案して適宜決定すればよいが、高濃度すぎると、活性汚泥処理能力が低下し、低濃度すぎれば、排水処理量の増大、ひいては、設備の大型化を招くので、排水の塩濃度は、好ましくは、０．３〜７．０重量％、より好ましくは０．５〜６．５重量％、更に好ましくは０．７〜６．０重量％に調整することが好ましい。

また、活性汚泥の処理効率を高めるうえで、該廃石膏ボードの由来の排水のｐＨは５〜９近辺、排水の温度は５〜５０℃に調整することが望ましい。

上記廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を活性汚泥処理する際の活性汚泥処理方法については、従来から用いられている活性汚泥処理方法が特に制限なく用いることが出来る。活性汚泥処理方法を例示すれば、標準活性汚泥法、回分式活性汚泥法、連続式活性法、膜分離活性汚泥法、酸素活性汚泥法等が挙げられる。上記処理法のうち、処理スペース、必要とする処理能力を勘案して適宜決定すればよいが、効率的な活性汚泥処理が可能な、連続式活性汚泥処理法、酸素活性汚泥法が好ましい。

また、上記活性汚泥処理に用いる微生物についても従来から用いられているものが特に制限なく用いることが出来る。

本発明において、凝集沈殿処理に用いる凝集剤としては、鉄を含む凝集剤であれば特に制限なく用いることが出来る。該鉄を含む凝集剤の効果は、明らかではないが、一般的に言われている鉄加水分解イオンによる荷電中和効果に加えて、該排水の対象としている廃石膏ボード由来の成分との間で、架橋効果等のフロック形成を促進する効果が高いため、少ない凝集剤量にて、十分な除去効果が得られるものと推定している。また、凝集剤量が少量で済むため、凝集沈殿処理におけるスラッジの生成量も低減でき、処理コストの低減が可能となる。

該鉄を含む凝集剤を例示すれば、塩化鉄、硫酸鉄、塩化コッパラス（塩化第二鉄と硫酸第二鉄の混合物）、ポリシリカ鉄（重合ケイ酸に鉄イオンを導入したもの）等の鉄を含む凝集剤が挙げられる。特に、塩化鉄、ポリシリカ鉄は凝集沈殿効果が高く好ましい。
該鉄を含む凝集剤の濃度は、活性汚泥処理後の排水に対して、鉄として１０〜３０００ｐｐｍｗの割合で添加することが好ましく、より好ましくは７０〜１０００ｐｐｍｗの割合で添加することが好ましい。

更に、鉄を含む凝集剤と併用して、高分子凝集剤を使用することは有効である。該高分子凝集剤は、特に限定されず、陰イオン性、陽イオン性、非イオン性を問わず、低重合度から高重合度のものまで使用することが可能であるが、架橋吸着による凝集作用が高い、高重合度のものがより好ましい。具体的には、高重合度の陰イオン性のものは、ポリアクリル酸ナトリウム、マレイン酸共重合体塩、陽イオン性のものは、ポリビニルピリジン塩酸塩、ビニルピリジン共重合体塩、非イオン性は、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレン等が挙げられる。

該高分子凝集剤の濃度は、活性汚泥処理後の排水に対して、０．０１〜３０ｐｐｍｗの割合で添加することが好ましく、より好ましくは０．５〜１０ｐｐｍｗの割合で添加することが好ましい。

鉄を含む凝集剤の供給、混合方法は特に限定されず、配管の途中で供給、混合してもよいし、別途槽を設けて添加してもよい。
本発明により、凝集剤を用いて沈殿したスラッジ等の処理は、難分解性の界面活性剤等を含むことになるので、セメント等の高温熱処理を行なう製造、または、処理設備において処理することが適当である。

本発明の態様について、図１にその概略を示す下記の工程によって実施することができる。

即ち、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を排水供給配管１より、活性汚泥槽２に供給する。この活性汚泥槽においては、酸素を酸素供給配管３により供給すると共に、攪拌器４において、菌を槽内均一な状態に保ち、有機成分を処理する。この活性汚泥槽のボトムに堆積する菌は、ボトムに設置したポンプ５において、菌の一部を抜出し汚泥配管６から排出しながら、返送汚泥配管７において循環させる。活性汚泥槽において、有機成分をある程度低減した排水を連絡配管８により、次の活性汚泥槽９に送液する。同様に、活性汚泥槽９において、同様の操作を行い、有機成分を低減する。その後、連絡配管１５の途中において、凝集沈殿剤１６を投入して、沈降槽１７に送液する。沈降槽において、菌等の浮遊物を沈降させた後、放流配管１８により、最終処理設備に送液する。また、ボトムに沈殿した沈殿物は、ポンプ１９によりスラッジ抜出し配管２０より抜出した後、脱水処理後、処分する。

本発明の方法をさらに具体的に説明するために、下記に実施例及び比較例を掲げて説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
廃石膏ボードを粉砕し、苛性ソーダ水溶液と反応させ製造した水酸化カルシウムスラリーをアルカリ源としてクロルヒドリン法によるプロピレンオキサイド製造に使用した。使用後の排水のＣＯＤ（Ｍｎ）が４００ｐｐｍｗ、塩化カルシウム濃度５ｗｔ％であった。この排水をまず、１Ｌの活性汚泥槽において、ＣＯＤ（Ｍｎ）容積負荷として０．２ｋｇ／ｍ^３・ｄａｙにおいて、活性汚泥処理した後のＣＯＤ（Ｍｎ）は５０ｐｐｍｗであった。これに、凝集剤として塩化鉄を排水に対してＦｅ濃度で５０ｐｐｍｗ添加し、凝集沈殿を行なった。この結果、発生したスラッジ量は排水量に対して４００ｐｐｍｗであり、沈殿物を取除いた排水のＣＯＤ（Ｍｎ）は３０ｐｐｍｗであった。

実施例２
実施例１と同様の活性汚泥処理した後の排水に、凝集剤として、塩化鉄を排水に対してＦｅ濃度で２００ｐｐｍｗ添加し、凝集沈殿を行った。この結果、発生したスラッジ量は排水量に対して１２００ｐｐｍｗであり、沈殿物を取除いた排水のＣＯＤ（Ｍｎ）は２０ｐｐｍｗであった。

実施例３
実施例１と同様の活性汚泥処理した後の排水に、凝集剤として、ポリシリカ鉄凝集剤を排水に対してＦｅ濃度で２００ｐｐｍｗ添加し、凝集沈殿を行った。この結果、発生したスラッジ量は排水量に対して１１００ｐｐｍｗであり、沈殿物を取除いた排水のＣＯＤ（Ｍｎ）は１５ｐｐｍｗであった。

実施例４
実施例１と同様の活性汚泥処理した後の排水に、凝集剤として、塩化鉄を排水に対してＦｅ濃度で２００ｐｐｍｗ添加し、高分子凝集剤を排水に対して重量比で２ｐｐｍｗ添加し、凝集沈殿を行った。この結果、発生したスラッジ量は排水量に対して８００ｐｐｍｗであり、沈殿物を取除いた排水のＣＯＤ（Ｍｎ）は１５ｐｐｍｗであった。

比較例１
実施例１と同様の活性汚泥処理した後の排水に、凝集剤として、硫酸アルミニウムを排水に対してアルミニウム濃度で２００ｐｐｍｗ添加し、凝集沈殿を行った。この結果、発生したスラッジ量は排水量に対して２６００ｐｐｍｗであり、沈殿物を取除いた排水のＣＯＤ（Ｍｎ）は４５ｐｐｍｗであった。

比較例１と実施例２より、鉄を含まない凝集剤を用いた場合には、界面活性剤等に対する凝集効果が低く、ＣＯＤの除去効率が悪いことが分かる。また、多量のスラッジが生成していることが分かる。

比較例２
廃石膏ボードを粉砕し、苛性ソーダ水溶液と反応させ製造した水酸化カルシウムスラリーをアルカリ源としてクロルヒドリン法によるプロピレンオキサイド製造に使用した。使用後の排水のＣＯＤ（Ｍｎ）が４００ｐｐｍｗ、塩化カルシウム濃度５ｗｔ％であった。この排水をまず、塩化鉄を含む凝集剤の量を排水に対してのＦｅ濃度で５００ｐｐｍｗ添加し、スラッジを取り除いた後に、１Ｌの活性汚泥槽において、ＣＯＤ（Ｍｎ）容積負荷として０．２ｋｇ／ｍ^３・ｄａｙにおいて、活性汚泥処理した後のＣＯＤ（Ｍｎ）は５０ｐｐｍｗであった。トータルで発生したスラッジ量は排水量に対して２７００ｐｐｍｗであった。

比較例２と実施例１より、活性汚泥処理の前に凝集沈殿を行った場合には、界面活性剤等の有機成分を凝集沈殿させるために多量の鉄を含む凝集剤必要とし、多量のスラッジが生成していることが分かる。従って、活性汚泥処理の後に凝集沈殿処理を行った方が使用する凝集剤の量が低減でき、かつスラッジの生成量も低減できるため、効率的であることが分かる。

本発明の好適な排水処理方法の概略図

符号の説明

１：排水供給配管
２：活性汚泥槽
３：酸素供給配管
４：攪拌器
５：ポンプ
６：抜出し汚泥配管
７：返送汚泥配管
８：連絡配管
９：活性汚泥槽
１０：酸素供給配管
１１：攪拌器
１２：ポンプ
１３：抜出し汚泥配管
１４：返送汚泥配管
１５：連絡配管
１６：凝集沈殿剤配管
１７：沈降槽
１８：放流配管
１９：ポンプ
２０：スラッジ抜出し配管

Claims

水中で廃石膏ボードと水酸化アルカリを反応させ、生成した水酸化カルシウムを含有する懸濁液を得た後、該懸濁液中の固体の水酸化カルシウムを分離して得られた、又は、該懸濁液を任意の工程のアルカリ源として使用後、固体を分離して得られた、廃石膏ボード中の有機成分を溶解して含有する排水を活性汚泥処理した後に、鉄を含む凝集剤を添加して処理することを特徴とする排水の処理方法。
前記凝集剤に、高分子凝集剤を併用して使用することを特徴とする請求項１記載の排水の処理方法。