JP2001212573A - 水中に含まれる有害性物質を除去するための薬剤及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中に含まれる浮遊物質や溶存重金属イオン
を効率よくかつ低められたスラッジ発生量で除去するた
めの薬剤及び方法を提供する。 【解決手段】 水中に含まれる浮遊物質及び／又は重金
属イオンからなる有害性物質を除去するための薬剤であ
って、カルボキシル基を有する親水性高分子物質と鉄塩
を含む水溶液からなることを特徴とする有害物質除去
剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に溶存する浮
遊物質及び／又は溶存重金属イオンからなる有害性物質
を除去するための薬剤及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、水中に溶存する浮遊物質の除
去剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や硫酸アル
ミニウムなどのアルミ系凝集剤が用いられてきたが、ア
ルミニウムにアルツハイマー病の原因物質であるとの疑
念が生じており、それに代わる凝集剤が強く求められて
いる。この代替物として鉄系の凝集剤の使用が検討され
ているが、添加した鉄が水酸化物の形で残り、処理液を
着色する等の問題がある。一方、重金属イオンの除去方
法としては、水中に水酸化ナトリウムや水酸化カルシウ
ム等のアルカリ性物質を添加して、水酸化物として沈殿
させる方法が知られている。このような方法において、
アルカリ性物質として水酸化ナトリウムを使用するとき
には、生成するスラッジ（重金属水酸化物）の発生量は
少ないものの、そのスラッジ粒子が小さく分離しにくい
という欠点がある。従って、これまでは、水酸化カルシ
ウムがもっぱら使用されてきたが、この場合には、スラ
ッジ発生量が多いという欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水中に含ま
れる浮遊物質や溶存重金属イオンを効率よくかつ低めら
れたスラッジ発生量で除去するための薬剤及び方法を提
供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、水中に含まれる浮遊
物質及び／又は重金属イオンからなる有害性物質を除去
するための薬剤であって、カルボキシル基を有する親水
性高分子物質と鉄塩を含む水溶液からなることを特徴と
する有害物質除去剤が提供される。また、本発明によれ
ば、水中に含まれる浮遊物質及び／又は重金属イオンか
らなる有害性物質を除去する方法であって、該水中に前
記除去剤を添加することを特徴とする有害物質の除去方
法が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の有害物質除去剤（以下、
単に除去剤とも言う）は、その一方の成分として、カル
ボキシル基を有する親水性高分子物質を含有する。この
ようなカルボキシル基を有する高分子物質としては、ア
ルギン酸、ジエランガム、キサンタンガム、ペクチン、
ペクチン酸、ペクチニン酸、アニオン化でんぷん、アル
ギン酸プロピレングリコールエステル、カルボキシメチ
ルセルロース、デンプングリコール酸、繊維素グリコー
ル酸等の多糖類及びそれらのアルカリ金属塩やアルカリ
土類金属塩等が挙げられる。

【０００６】本発明では、特に、アルギン酸ナトリウム
やアルギン酸カルシウムの使用が好ましいが、このもの
を用いる場合には、アルギン酸を構成しているマンヌマ
ロン酸（Ｍ）とグルロン酸（Ｇ）の含有比率（モル比）
［Ｍ］／［Ｇ］が、０．１〜４．０、好ましくは０．１
〜３の範囲にあるものの使用が好ましい。グルロン酸の
含有比率が多いもの程、フロック形成性にすぐれてい
る。

【０００７】本発明において除去剤成分として用いる前
記親水性高分子物質は、単独又は混合物の形態で用いる
ことができる。

【０００８】本発明の除去剤は、他方の成分として、鉄
塩を含有する。この場合、鉄塩には、１価鉄塩及び２価
鉄塩が包含される。このような鉄塩には、塩化第一鉄、
塩化第二鉄等の塩化鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄等の硫
酸鉄、ポリ塩化鉄、ポリ硫酸鉄等のポリ鉄塩等が包含さ
れる。鉄塩としては、前記のような無機酸の鉄塩が好ま
しいが、酢酸鉄やクエン酸鉄等の有機カルボン酸の鉄塩
等も用いることができる。

【０００９】本発明の除去剤は、親水性高分子物質と鉄
塩を水中において加熱することによって好ましく調製す
ることができる。この場合、加熱温度は７０〜９０℃、
好ましくは７５〜８５℃、より好ましくは８０〜８５℃
である。水中に含まれる鉄塩の重量比率で、１〜４０
％、好ましくは４〜４０％である。また、鉄塩の親水性
高分子物質に対する場合は、親水性高分子物質１００重
量部当たり、１００〜５０００００重量部、好ましくは
５００〜２０００００重量部の割合である。この除去剤
の調製方法によれば、鉄塩及び親水性高分子物質の溶解
した水溶液が得られる。この場合、親水性高分子物質
は、やや加水分解を受けて低分子量化され、その水溶性
が向上する。

【００１０】本発明の除去剤は、親水性高分子物質を酸
性水中で７０〜９０℃、好ましくは７５〜８５℃に加熱
して水溶液とする。この場合、酸性水溶液のｐＨは−１
〜４、好ましくは０〜３である。そのｐＨ調節剤として
は、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸が用いられる。水溶液中
の親水性高分子物質の濃度は２０〜１０００００ｍｇ／
Ｌ、好ましくは２００〜５００００ｍｇ／Ｌである。こ
の溶解工程において、親水性高分子物質は加水分解を受
けて低分子量化され、その水溶性は向上する。次いで、
この親水性高分子物質の酸性水溶液に鉄塩を添加溶解さ
せる。鉄塩の割合は、親水性高分子物質１００重量部当
たり、１００〜５０００００重量部、好ましくは５００
〜２０００００重量部である。

【００１１】前記親水性高分子物質の加水分解による低
分子量化の程度は、その高分子物質が水中に溶解しやす
くなるように行えばよい。親水性高分子物質が水溶性に
富むものであれば、その加水分解工程は必要とされず、
そのまま水中に溶解させればよい。

【００１２】本発明の除去剤において、その親水性高分
子物質の濃度は、２０〜１０００００ｍｇ／Ｌ、好まし
くは２００〜５００００ｍｇ／Ｌである。鉄塩の割合
は、親水性高分子物質１００重量部当り、１００〜５０
００００重量部、好ましくは５００〜２０００００重量
部である。

【００１３】本発明の除去剤を用いる場合、凝集剤を併
用するのが好ましい。この場合の凝集剤は、フロックの
凝集に用いられているものであり、このようなものに
は、塩化カルシウム、ビス（リン酸２水素）カルシウ
ム、塩化第１鉄、塩化第２鉄、硫酸第１鉄、硫酸第２
鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無機
系凝集剤の他、ポリアクリルアミドのカチオン化変性
物、ポリアクリル酸ジメチルアミノエチルエステル、ポ
リメタクリル酸ジメチルアミノエチルエステル、ポリエ
チレンイミン、キトサン等のカチオン性有機系凝集剤、
ポリアクリルアミド等のノニオン性有機系凝集剤、ポリ
アクリル酸、アクリルアミドとアクリル酸との共重合体
及びその塩等のアニオン性有機系凝集剤が包含される。

【００１４】本発明の除去剤は、浮遊物質や重金属イオ
ンを含む各種の水、例えば、河川水、湖水、地下水、排
水等に適用される。この場合、重金属イオンには、銅イ
オン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、鉛イオン、クロム
イオン等が包含される。水中の浮遊物質や、排水中の重
金属イオンの濃度については特に制限はないし、共存す
る他の物質やイオンの制限もない。

【００１５】本発明の除去剤を用いて水中の浮遊物質を
除去する場合、その排水は酸性排水であることが好まし
いが、河川水、湖水、地下水等の自然水である場合は、
特にｐＨを調製する必要がなく、除去剤を添加して生成
するフロックを固液分離すれば良い。工場排水中の浮遊
物質を処理する場合、その排水は酸性排水であることが
好ましいが、その排水が中性やアルカリ性の場合には、
あらかじめその排水のｐＨを酸性領域、通常、ｐＨ１〜
７、好ましくは２〜４の範囲に調節するのが好ましい。
しかし、このような前以ってのｐＨ調節は必ずしも必要
とはしない。

【００１６】本発明の除去剤を用いて排水中に溶存する
重金属イオンを除去する場合、その排水は酸性排水であ
ることが好ましいが、その排水が中性やアルカリ性の場
合には、あらかじめその排水のｐＨを酸性領域、通常、
ｐＨ１〜７、好ましくは２〜４の範囲に調節するのが好
ましい。しかし、このような前以ってのｐＨ調節は必ず
しも必要とはされず、本発明の場合、中性ないしアルカ
リ性排水には、本発明の除去剤を添加後、必要に応じて
そのｐＨを、６〜１２の範囲、好ましくは６〜１０の範
囲に調節することもできる。

【００１７】被処理水のｐＨをアルカリ性領域や酸性領
域に調節する場合、ｐＨ調節剤が用いられるが、このよ
うなｐＨ調節剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシ
ウム等のアルカリ性物質、もしくは塩酸、硫酸、硝酸等
の酸性物質が用いられる。

【００１８】前記のようにして生成された浮遊物質のフ
ロックや不溶化重金属イオンを吸着もしくは取り込んだ
ゲルはフロックを形成するが、固液分離が十分でないと
きは凝集剤を添加しさらに巨大で強固なフロックにする
ことができる。本発明においては、前記のようにして生
成したフロックは、固液分離法により水中から分離す
る。この場合の固液分離法としては、濾過法や遠心分離
法、沈降法等の慣用の方法を採用することができる。本
発明による水中から浮遊物質や溶存重金属イオンを除去
するための処理時間は、非常に短く、通常、１時間以
内、特に３０分以内、好ましくは３〜１０分である。

【００１９】本発明を実施する場合、親水性高分子物質
としては、天然産のアルギン酸やそのアルカリ金属塩の
ような鉄イオンと反応してゲル化しやすいものが好まし
く使用される。天然の親水性高分子物質は、適度に加水
分解されることにより、鉄塩との混合物としてもゲル化
しない状態で、水中に投入分散することができる。ま
た、低濃度の天然の親水性高分子物質を使用することに
よって、ゲル化を防止することができる。本発明を実施
する場合、必要に応じて、凝集剤を添加することができ
るが、この凝集剤の添加は、水中に分散する天然の浮遊
物質のフロックや、有害性重金属イオンの不溶化物をさ
らに凝集させ、巨大フロックを生成させる作用を示す。

【００２０】本発明において、浮遊物質を除去する場
合、該水中に除去剤を加え、必要に応じて、アルカリを
加えて全体を撹拌する。これにより水中に含まれる浮遊
物質は、鉄イオンによって凝集するが、この際、その凝
集物は親水性高分子物質及び／又はその加水分解生成物
に捕捉されて、成長したフロックを形成して沈殿を生じ
る。さらに、親水性高分子物質及び／又はその加水分解
生成物は、鉄イオンと反応し、鉄が水酸化物コロイドと
して処理水中に残存することを防止する。

【００２１】本発明において、酸性水中に含まれる重金
属イオンを除去する場合、先ず、その酸性水中に除去剤
を加え、必要に応じて、アルカリを加えて全体を撹拌す
る。これにより水中に含まれる重金属イオンは不溶化さ
れる。この際、水中に含まれる重金属イオンの一部は、
親水性高分子物質及び／又はその加水分解生成物と反応
して、高分子の不溶性塩を形成して沈殿を生じる。そし
て、この際、親水性高分子物質及び／又はその加水分解
生成物が存在することにより、生成した重金属水酸化物
のフロックをより大きく成長させることができ、これに
よって従来の消石灰や石灰の単独処理に比べ、カルシウ
ムの使用量を大幅に削減でき、その結果としてスラッジ
の大幅削減を可能にする。さらに，凝集剤を添加するこ
とにより、より巨大で、強固なフロックを沈殿させるこ
とができる。

【００２２】本発明において、浮遊物質を含む被処理原
水として用いられるものには、河川水、湖水、地下水、
工場排水等が挙げられる。また、重金属含有排水には、
半導体製造業、鉄鋼・非鉄金属業、電気機器製造業、機
械器具製造業等の各種工場からの排水、メッキ工場から
の排水、各種研究所からの排水等が包含される。これら
の排水の大部分は有害性の重金属を含有する。本発明
は、一般的には、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ等の各種の重金属を
含む排水の処理法として適用することができる。

【００２３】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。

【００２４】実施例１ 耐熱性の３０リットルガラス容器に、工業用塩化第二鉄
（３７．５ｗｔ％）２０リットルとアルギン酸ナトリウ
ム９６０ｇを取り、８０℃で８時間加熱すると、褐色の
液体が得られた。これを除去剤Ｉとした。この除去剤Ｉ
を用いて、原水のＳＳ濃度が４６６ｍｇ／Ｌの実際の排
水を以下のようにして処理した。除去剤Ｉを４０倍に希
釈したものを１０ｐｐｍ添加した後、アニオン系高分子
凝集剤を１．５ｐｐｍ添加して凝集沈殿させたところ、
ＳＳは完全に除去された。この場合、発生したスラッジ
の乾燥重量は、５００ｍｇ／Ｌであり、沈降性の良い成
長したフロックを生成することができた。

【００２５】比較例１ 実施例１の排水に、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を
５００ｐｐｍ添加した後、アニオン系高分子凝集剤を５
ｐｐｍ添加して凝集沈殿させたところ、ＳＳは完全に除
去されたが、発生したスラッジの乾燥重量は、５８０ｍ
ｇ／Ｌであり、フロックの沈降性は悪く成長したフロッ
クを得ることはできなかった。

【００２６】実施例２ 濁度１４．１の河川水に除去剤Ｉを４０倍に希釈したも
のを１０ｐｐｍ添加したときの透過光濁度は、０．５８
６であり、成長したフロックを生成することができた。
このとき、処理水中に水酸化鉄のコロイドの存在は認め
られなかった。

【００２７】比較例２ 実施例２と同じ河川水にＰＡＣを１０ｐｐｍ添加したと
きの透過光濁度は０．６５１１であった。このときのフ
ロックの沈降性は、除去剤１を用いた場合に比べて悪か
った。

【００２８】実施例３ 銅濃度が８．９２ｐｐｍ，ＴＯＣ濃度が１８６ｐｐｍ，
ｐＨ６．７８の工場総合排水に、除去剤Ｉを４０倍に希
釈したものを５ｐｐｍ添加した後、水酸化ナトリウムで
ｐＨ１０に調整し、アニオン系高分子凝集剤を１．５ｐ
ｐｍ添加して処理された清澄水の水質は、銅濃度が０．
２３７ｐｐｍ、ＴＯＣ濃度が４２．６２ｐｐｍであっ
た。そのとき発生したスラッジの乾燥重量は、１２６ｍ
ｇ／Ｌであった。

【００２９】比較例３ 実施例３と同じ排水に水酸化カルシウムを１４０ｍｇ／
Ｌ添加してｐＨを１０に調整し、その後、塩化第二鉄を
３００ｐｐｍ、アニオン系高分子凝集剤を１．５ｐｐｍ
添加することで処理された清澄水の水質は、銅濃度が
３．３８１ｐｐｍ、ＴＯＣ濃度が５４．１１ｐｐｍであ
った。そのとき発生したスラッジの乾燥重量は、１８８
ｍｇ／Ｌであった。

【００３０】実施例４ 実施例１、２、３において、除去剤Ｉの代りに、親水性
高分子物質を酸性中であらかじめ溶解させてから塩化第
２鉄を混合させてたものを用いたところ、同様の結果が
得られた。

【００３１】実施例５ アルギン酸ナトリウムが２００ｐｐｍになるように水に
とかし、それと工業用塩化第２鉄を加え、アルギン酸ナ
トリウムと塩化第２鉄との重量比が１：１の混合溶液を
調製した。これを除去剤IIとした。実施例２の河川水
に、除去剤IIを３０ｐｐｍ添加したところ処理水の濁度
は０．１であった。このとき、処理水中に水酸化鉄のコ
ロイドの存在は認められなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、各種の浮遊物質や溶存
重金属を含む被処理水から、それらの有害性物質を高い
除去率でかつ低められたスラッジ発生量で効率よく除去
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000005979 三菱商事株式会社 東京都千代田区丸の内２丁目６番３号 (74)上記３名の代理人 100074505 弁理士 池浦 敏明 (72)発明者 辰巳 憲司 茨城県つくば市小野川16番３ 工業技術院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 和田 愼二 茨城県つくば市小野川16番３ 工業技術院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 湯川 恭啓 茨城県つくば市二ノ宮２丁目３−10センチ ュリー時計台１ 205号 Ｆターム(参考） 4D015 BA10 BA11 BB12 CA14 CA17 DA13 DA15 DA16 DB33 DC08 EA13 EA16 EA32 4D038 AA02 AA08 AB65 AB67 AB68 AB69 AB74 BB13 BB18 4D062 BA10 BA11 BB12 CA14 CA17 DA13 DA15 DA16 DB33 DC08 EA13 EA16 EA32

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に含まれる浮遊物質及び／又は溶存
   重金属からなる有害性物質を除去するための薬剤であっ
   て、カルボキシル基を有する親水性高分子物質と鉄塩を
   含む水溶液からなることを特徴とする有害性物質除去
   剤。
2. 【請求項２】 該鉄塩が、ポリ塩化鉄、ポリ硫酸鉄、塩
   化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄の中
   から選ばれる少なくとも１種である請求項１の除去剤。
3. 【請求項３】 該親水性高分子物質が、（ｉ）アルギン
   酸もしくはその塩又は（ii）アルギン酸もしくはその塩
   と他の親水性高分子物質との混合物からなる請求項１〜
   ２のいずれかの除去剤。
4. 【請求項４】 該親水性高分子物質が、（ｉ）ペクチ
   ン、ペクチン酸もしくはそれらの塩又は（ii）ペクチ
   ン、ペクチン酸もしくはそれらの塩と他の親水性高分子
   物質との混合物からなる請求項１〜２のいずれかの除去
   剤。
5. 【請求項５】 該鉄塩の割合が、該親水性高分子物質１
   ００重量部当たり、５００〜２０００００重量部の割合
   である請求項１〜４のいずれかの除去剤。
6. 【請求項６】 水中に含まれる浮遊物質及び／又は溶存
   重金属からなる有害性物質を除去するための方法であっ
   て、該水中に、請求項１〜５のいずれかの除去剤を添加
   することを特徴とする有害性物質の除去方法。
7. 【請求項７】 該水中に凝集剤を添加する請求項６の方
   法。