水の回収再利用とスラッジ排出量の削減を目的に、従来の凝集剤（無機凝集助剤、高分子凝集剤）を使用する凝集沈殿装置と砂ろ過装置の組み合わせに対して、細孔径0.5㎛以下のチューブ状の精密ろ過膜（MF）を用いたMFろ過濃縮装置（写真）が利用されています。このシステムでは微細な重金属水酸化物を直接ろ過分離できるため、無機凝集助剤および高分子凝集剤の添加が不要になり、薬品使用量とスラッジ発生量を大幅に削減できます。さらに、工場排水からRO装置を利用した脱塩・水回収・再利用を行う場合にはこのMFろ過濃縮装置の透過液を直接RO装置の原水として使用できるので効果的です。

　沈降分離装置は回分式と連続式があり、回分式は処理量が少ない場合、水質・水量の経時変動の幅が大きい場合、間欠的に運転する場合などに使用されます。連続式は清澄水を得ることを目的とした装置とSS成分の濃縮を目的とした装置があります。

　一般には凝集槽で高分子凝集剤を添加してフロックを粗大化させ、沈降分離槽へ送り固液分離を行います。沈降分離槽への移送の際は落差などによりフロックを破壊しないように工夫されており、分離槽容積は水面積負荷および沈殿物保有量を考慮します。一例として、凝集槽、多段の傾斜室を設置した沈殿分離槽およびスラリー濃縮槽を一体化したコンパクトな凝集沈降分離装置を図２に示しました。日常は原水の水質変化、凝集剤注入量、堆積スラリーの舞上がり、エアーの混入、凝集状態の把握、清澄度の監視が必要です。定期的には沈積スラリー、浮上スカムの清掃、腐食状態の把握と修復が必要です。さらに、1年に1回は装置内部の液およびスラリーを全量排出し、内面および集泥機などの腐食状況の点検・補修が必要です。

　固液分離装置には懸濁液中の固形分を沈降させて分離する装置、浮上させて分離する装置、ろ材を用いて分離する装置および遠心力を用いて分離する装置があります。油分を含む排水などでは水中に溶解させた空気を懸濁粒子の表面に析出付着させ浮上させる加圧浮上分離装置を用いることもあるが、多くのめっき工場では沈降分離装置とろ過分離装置を組み合わせて固液分離を行っています。

　次回以降に沈降分離装置、精密膜分離装置、脱水機、清澄ろ過機を紹介いたします。

　めっき排水処理設備は人の健康、生活環境および地球環境を継続的に守るためにめっき工場排水を浄化することを目的とした環境保全設備です。ここでは、めっき排水処理設備の概要と運用・維持管理のポイントを紹介します。

　排水処理の目的は排水中の有害物質を無害で安定な物質に変化させることであり、この目的のために図１に示すような固液分離および熱的処理のような物理的装置と反応を中心とした物理化学的処理装置あるいは生物化学的処理装置を組み合わせて排水処理設備を構成しています。一般的なめっき排水処理ではこの図に示した装置の一部を用いて最適なシステムを組み立てています。

【６価クロム】

毒性の強い重金属として知られる６価クロムは工業用クロムめっき、装飾クロムめっき、クロメート処理および樹脂めっきのエッチング等の表面処理に利用されています。６価クロムは他の重金属と異なり、そのままでは水酸化物の沈殿を作りませんので、特殊な前処理が必要になります。

【発生源】

脱脂→水洗→酸洗→水洗→クロムめっき→水洗→乾燥

脱脂→水洗→酸洗→水洗→亜鉛めっき→水洗→クロメート→水洗→乾燥

脱脂→水洗→エッチング→水洗→キャタリスト→アクセーター→無電解めっき→水洗→銅めっき→水洗→ニッケルめっき→水洗→クロムめっき→水洗→乾燥

【排水処理のポイント】

６価クロム排水は最初に還元剤を使って３価クロムに還元処理を行います。ついで他の重金属と同様にアルカリ剤の添加によって水酸化クロムの沈殿を作り分離します。還元剤には重亜硫酸ソーダ、亜硫酸ソーダあるいは硫酸第一鉄が使用されます。重亜硫酸塩等による還元反応はORP（酸化還元電位）計とpH計で制御します。還元反応はpHにより反応速度が変わりますのでpHの制御も重要です。

2H₂Cr₂O₇＋6NaHSO₃＋3H₂SO₄→2Cr₂(SO₄)₃＋3Na₂SO₄＋8H₂O

Cr₂(SO₄)₃＋6NaOH→2Cr(OH)₃＋3Na₂SO₄

水酸化クロムは高pH領域で再溶解する場合がありますので注意が必要です。

また、排水中に銅、ニッケル、コバルトのような金属が共存する場合、条件によっては３価クロムが再び６価クロムに酸化される場合があります。詳細はお問い合わせください。

【排水処理フロー】

排水→pH調整→還元処理→中和処理→凝集沈殿→ろ過→pH調整→放流

【黒染め】

黒染めは鉄を140℃位の強アルカリの液（硝酸塩、亜硝酸塩を含む）に浸漬し、表面に四三酸化鉄の皮膜を生成させる表面処理方法で、フェルマイト（フェロマイト）、ブラックオキサイドや四三酸化鉄皮膜処理とも言われています。寸法精度を維持し、黒色にしたい製品、金属光沢を抑えたい、放熱性を上げたい等の軸受部品、精密歯車、カメラ部品、精密機械部品や、車・オートバイのエンジン内部の部品に使われています。

【発生源】

脱脂→水洗→酸洗→水洗→黒染め処理→水洗→防錆油

【排水処理のポイント】

黒染め加工排水にはアルカリに加えて硝酸塩、亜硝酸塩が含まれますのでpH、窒素、COD、鉄がおもな処理対象となります。亜硝酸塩はアミド硫酸などのような還元剤で窒素ガスまで分解することが可能ですので、COD及び窒素負荷を下げることができます。

NO₂^- + NH₂SO₃H → HSO₄^- + N₂ + H₂O

【排水処理フロー】

排水→pH調整→還元処理→中和処理→凝集沈殿→ろ過→最終pH調整→放流

【亜鉛】

亜鉛は鋼材上への防錆めっきとしての利用が最も多いのですが、伸銅品、ダイカストあるいは無機薬品としても使用されています。亜鉛は鉄や銅とともに人の体にはなくてはならない微量元素ですが、水生生態系には悪影響を与えることから公共用水域に排出するには規制値を守らなければいけません。

【発生源】

脱脂→水洗→酸洗→水洗→亜鉛めっき(シアン)→水洗→クロメート→水洗→乾燥

脱脂→水洗→酸洗→水洗→亜鉛めっき(酸・アルカリ)→水洗→3価クロム化成処理→水洗→乾燥

【排水処理のポイント】

亜鉛の水酸化物は酸にもアルカリにも溶解する性質を持っているので沈殿生成処理pHに注意が必要です。

Zn²⁺ ＋ 2OH^- → Zn(OH)₂↓

Zn(OH)₂ ＋ OH^- → Zn(OH)₃^- (HZnO₂^- ＋ H₂O) 再溶解

主な発生源である亜鉛めっき浴にはシアンを含む青化浴(Zn(CN)₄^2-)、ジンケート浴(Zn(OH)₃^-)、酸性浴(Zn(NH₃)₆^3-)などがあります。これらのめっき排水中の亜鉛を処理するにはシアン、キレート剤、アンモニアの存在を考慮する必要があります。また、他の系統の排水と混合して処理する場合にもキレート剤等の影響を受けないようにする必要があります。さらに沈殿処理で発生した水酸化亜鉛は時間とともに酸化亜鉛に変化しフロックが微細化する傾向がありますので、沈殿槽から微細フロックの流出に注意してください。

Zn(OH)₂ → ZnO ＋ H₂O フロックの微細化

【排水処理フロー】

排水→シアン・アンモニア処理→pH調整→凝集沈殿→ろ過→最終pH調整→放流