効果的な産業排水処理ソリューション

産業排水処理

水は産業でプロセス用、冷却用、蒸気発生用、粉塵抑制用など多目的に使用されます。産業排水は、上記目的で水を使用した後に生じる水系廃棄物です。産業排水は、水以外の物質が水に溶解または浮遊している結果生じます。

産業排水処理は、上記活動での水使用により何らかの形で汚染された水を処理するためのメカニズムとプロセスを網羅します。処理の目的は、排水中の溶解・浮遊物質を除去し、処理水を環境に安全に排出できるようにするか、同一プロセスにリサイクルするか、別プロセスで使用できるようにすることです。

排水の構成成分

産業排水には以下の構成成分が含まれ、適切な処理が必要です。

• 浮遊固形物（SS）：肉眼で見える汚染物質で、一般的なろ紙でろ過除去可能。厳密な定義はないが、通常1〜2ミクロン以上のサイズ。水を静置すると、浮遊固形物は時間とともに容器底部に沈殿。
• 溶解性固形物（DS）：肉眼で見えず、ろ過では除去できない汚染物質。一般的に0.45ミクロン未満のサイズ。正常溶解性物質（温度上昇で溶解度増大）と逆溶解性物質（温度上昇で溶解度低下、「硬度」イオンとして知られ、水処理では主にカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム塩に限定）に分類される。逆溶解性物質はボイラーや熱交換器管の高温面にスケールを形成。
• コロイド固形物：溶解性と見なすには十分小さくないが、浮遊固形物と見なすには十分大きくない固形物。一般的に水中で霧状に見え、肉眼では個別粒子を識別不可。典型的サイズ範囲は約0.45〜2.0ミクロン。コロイド固形物はイオン表面電荷の影響を強く受けるため、水から沈殿しない。水中のコロイド懸濁液は安定懸濁液と言われる。
• 色度：コロイド懸濁液の一種。原水に色を与える有機分子は、より小さなコロイドサイズ範囲に属するマクロ分子。水中でイオン表面電荷を帯びて安定化し、沈殿しない。
• 生物化学的酸素要求量（BOD）と化学的酸素要求量（COD）：BODは、有機物分解時にバクテリアが消費する酸素量の尺度。安全なBODレベルは質の高い排水生産に不可欠。BODが高すぎると、更なる汚染リスク、処理プロセスへの干渉、最終製品への影響が生じる。硝酸塩・リン酸塩の存在、水温など複数要因が高BODに寄与。各要因は水中植物（藻類等）に影響し、ひいては排水処理で汚染物質分解を助ける生物にも影響。最良の排水処理は、これらのバクテリアの生活を支えつつ、急速なバクテリア分解（高BODを招く）を促さないよう個体数を制御した環境で起こる。CODは、有機物分解と無機物酸化（化学物質）における水の酸素消費量を測定。CODは通常工業排水で使用される。

排水処理技術

産業排水処理技術は通常、以下の4カテゴリに分類されます。(1) 化学技術、(2) 物理技術、(3) 生物技術、(4) 膜技術。

化学技術

産業排水向け主要化学技術は以下の通り。

• 中和：排水のアルカリ度と酸度をpH7の中性値に調整。
• 沈殿：化学薬剤を排水に添加し、汚染物質の化学組成を変えて新化合物を生成、沈殿分離時に沈降させる。通常、重金属除去に用いられ、重金属は通常水酸化物として沈殿。ただし、重金属沈殿を妨げる物質を事前除去する前処理が必要。
• 凝集：化学薬剤で汚染物質を凝集させ、沈殿分離時に沈降させる。コロイド・浮遊固形物含有排水の澄清に使用。シリカやポリ電解質が急速沈降物質の形成を助ける。乳化油含有廃水も凝集プロセスで澄清可能。色度低減には非常に効率的だが、COD（化学的酸素要求量）低減にはあまり効果的でない。
• 吸着：特定汚染物質をその化学物質表面に付着させて後続除去する化学物質の使用。活性炭や合成活性表面が使用される。
• イオン交換：排水から望ましくない陽イオンと陰イオンを除去するプロセス。陽イオンは水素またはナトリウムと、陰イオンは水酸基イオンと交換。イオン交換樹脂は、官能基を付着させた有機・無機ネットワーク構造で構成。排水処理用イオン交換樹脂の多くは、有機化合物重合により合成された合成樹脂。

物理技術

産業排水向け主要物理技術は以下の通り。

• スクリーニング：ストレーナー装置を用いて排水から粗大固形物を除去。
• 澄清と沈殿：産業排水処理プラントで一般的かつ不可欠なプロセス。澄清槽はタンクまたは池で、一定期間排水を保持し、水中浮遊固形物やその他物質を底部に沈降させる。
• 浮上：微細気泡/ガス泡を排水に注入して実施。気泡が排水中の汚染物質粒子を表面に浮上させ、後続除去。浮上プロセスは通常油分離に採用。遊離油がタンク表面に浮上し、その後除去される。
• エアストリッピング：気流を用いて揮発性・半揮発性有機化合物を排水から除去。

生物技術

生物処理は他の排水処理方法より自然なプロセスです。微生物が排水中の複雑な物質を摂取し、より単純な物質に変えて、更なる処理への準備を行います。生物技術の主目的はBODレベルの低減です。産業排水向け主要生物技術は以下の通り。

• 標準活性汚泥法：好気性プロセス。バクテリアが排水中の有機物、窒素、酸素を消費し、新しいバクテリアを増殖。バクテリアは、排水に吹き込まれる空気の混合作用で曝気槽内に浮遊保持。
• 高純度酸素活性汚泥法：標準活性汚泥法と類似の好気性プロセスだが、空気の代わりに純酸素を排水に注入。
• 曝気池/ラグーン法：標準活性汚泥法と類似の好気性プロセス。機械式曝気機で空気を排水に注入、または排水と空気を激しく攪拌して酸素を移動。
• 散水ろ床法：固定床好気性プロセス。表面積/体積比の高い媒体を含むタンクを使用。排水をタンク頂部から排出し、媒体を伝って下向きに浸透（トリクル）させる。バクテリアが媒体上で増殖し、排水中の有機物と窒素を利用。典型的な散水ろ床プロセスを図1に示す。
• 回転生物学プロセス：散水ろ床法と類似の固定床好気性プロセスだが、バクテリア増殖媒体が排水タンク上で水平に支持される。バクテリア増殖媒体が連続回転し、交互に排水と空気に曝露。
• 酸化溝法：活性汚泥法と類似。物理的にはリング形状で、機械式曝気装置を装備。

図1 典型的な散水ろ床プロセス

膜技術

産業排水処理において、膜技術はますます重要になっています。これらの技術により、粒子、コロイド、マクロ分子を除去し、排水を消毒することが可能になります。膜技術は通常、分離対象物質のサイズ範囲に応じて分類されます。

産業排水向け主要膜技術は以下の通り。

• 逆浸透（RO）：溶解塩と低分子有機物の分離に使用。
• ナノろ過：水の選択的脱塩または有機溶液濃縮に使用。抗生物質分離にも使用。
• 超ろ過（UF）：エマルジョン、コロイド、マクロ分子、タンパク質の分離に使用。
• 微細ろ過（MF）：微小粒子、大型コロイド、微生物細胞の分離に使用。