JP2001515406A - 排水処理からのスラッジ処理方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
排水精製からのスラッジの処理方法について述べられている。この方法において、リンと沈殿用化学物質から生じ二価鉄およびアルミニウムから選択された少なくとも1種類の金属とを含有するスラッジが処理され、このスラッジのpHは4より低く好ましくは2より低く調整されて、スラッジ中のリンと前記金属との含有物を溶出させ;残存スラッジを分離させ;スラッジを除去されリンと前記金属を含有する溶液を処理し、pH2から3で溶液のリン含有物をFePO4として沈殿させ;沈殿したFePO4を分離させる。この方法の特徴は、FePO4分離後に残存し沈殿用化学物質からの前記金属を含有する溶液が、排水精製にリサイクルされることである。また溶液のリン含有物は、少なくとも同当量のFe3+を添加することにより、FePO4として沈殿できるものである。
Description
【発明の詳細な説明】
排水処理からのスラッジ処理方法
本発明は、請求項1の序文に従い排水処理からのスラッジを処理する方法に関
する。より詳しくはこの発明は、スラッジから沈殿用化学物質を回収し排水処理
にリサイクルさせるプロセスに関する。
廃水処理は、一般的に、たとえばスクリーンや沈砂池を用いて固体不純物を予
備沈殿装置に沈殿させることによって、固体不純物の機械的分離を最初に行う。
続いて、この排水は化学精製によって処理され、さらに好適には生物学的精製に
よっても処理される。ここで化学精製は、鉄塩やアルミニウム塩のような沈殿用
化学物質を排水に添加し、凝集によって、リン酸塩や粒子のような排水中の不純
物を沈殿させ捕集することによって行われる。また生物学的精製は、例えば活性
化スラッジプロセスや散水ろ床で行われ、排水が微生物によって精製される。排
水処理では大量のスラッジが生じ、これを処理しなければならない。この処理は
スラッジを蒸解(digest)することで可能となり、この場合有機物は無機物に変
換され、嫌気性微生物がこれを促進する。蒸解作用後に生じたスラッジ、すなわ
ち蒸解スラッジは埋め立て用にあるいは化学肥料として用いられる。蒸解スラッ
ジを化学肥料として用いようとする場合、重金属すなわちクロム、ニッケル、銅
、亜鉛、カドミウム、鉛、および水銀から成る集まりのなかの金属の含有物を最
初に取り除かなければならない。スラッジはさらに沈殿用化学物質を含むが、経
済的見地から、できればこれは回収再利用する。本発明における沈殿用化学物質
とは、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウムやポリ塩化アル
ミニウムのような鉄および/またはアルミニウム含有化合物関連のものである。
排水処理からのスラッジを処理するにあたって多様な方法が知られているが、
従来技術の一例として、1996年7月11日発行のWO96/20894があげ
られる。この引例によれば、スラッジを酸性化してスラッジから金属およびリン
を溶出させることによって排水スラッジの処理を行っている。残存スラッジの分
離後、pHを約2から4に調整することによって沈殿用化学物質の鉄およびアルミ
ニウムをリン酸塩として回収する。さらに、沈殿リン酸塩の分離後、pHを約7
から9に上げ硫化物のような沈殿剤を添加することによって、溶解重金属を沈殿
させる。この重金属硫化物は分離後に析出され、このとき、ろ過水のほうは排水
処理作業にリサイクルできるようになっている。この結果生じたリン酸塩析出物
は、リン酸鉄を含有しさらにまたリン酸アルミニウムも含有可能である。そして
この析出物は、苛性ソーダのような水酸化アルカリの添加によって処理され、鉄
およびアルミニウムの沈殿用化学物質が回収できるようになっている。これによ
って、不溶性水酸化鉄と、溶解可能なアルカリリン酸塩(alkali phosphate)と
水酸化アルミニウムを含有する溶液とが形成される。この水酸化鉄は、塩酸、硫
酸、もしくは硝酸のような酸に溶解し、それぞれに応じた鉄塩(iron salt)の
溶液を提供し、この鉄塩は沈殿用化学物質として使用できる。
上記WO 96/20894によれば、スラッジの鉄含有物は三価で存在する
か、あるいは過酸化水素のような酸化剤を添加することによって酸化され三価に
なっている。三価の鉄を外部から添加しているわけではない。ただしリンについ
ては、リン酸やリン酸塩として外部から添加してリンに対するリン酸のモル比を
約1対1に調整することが引例中で述べられている。
上記から明らかなように、WO 96/20894で達成される排水スラッジ
処理では、スラッジから重金属のような望ましくない金属およびリンが除去され
る。しかしスラッジ中の沈殿用化学物質から生じる鉄やアルミニウムのような金
属の含有物は、リン酸塩として回収され、排水精製プロセスに直接リサイクルし
て沈殿用化学物質として使おうとしてもそれは不可能であり、まず溶解処置およ
び沈殿処置を加えて金属含有物を転化させなければならない。このような溶解処
置および沈殿処置はそれぞれ、ここで注目している化学物質の収量を減少させる
おそれがある。したがって、沈殿用化学物質に使用される金属が、排水スラッジ
からの溶出後に沈殿および溶解の中間工程なしに排水精製プロセスに直接リサイ
クルできるようになったプロセスが提供されたなら、有利となるはずである。
本発明によって、前記欠点は取り除かれるあるいは減じられる。また本発明に
よって提供される排水精製からのスラッジ処理方法では、沈殿用化学物質からの
鉄および/またはアルミニウムがスラッジから溶出され、この結果生じた溶液が
排水処理にリサイクルされることを特徴とする。
さらに特定的には、本発明によって提供される排水精製からのスラッジ処理方
法では、前記スラッジが、リンと、沈殿用化学物質から生じFe2+およびAl3+
から選択される少なくとも1種類の金属とを含有する前記処理方法において:
スラッジのpHを4より低く調整して、スラッジ中のリンと前記金属との含有
物を溶出させ;
残存スラッジを分離させ;
スラッジを除去されてリンと前記金属を含有する溶液を処理して、pH2から
3で溶液中のリン含有物をFePO4として沈殿させ;そして
沈殿しているFePO4を分離させている。本発明の特徴は、沈殿用化学物質
からの前記金属を含有する残存溶液が排水処理にリサイクルされることである。
本発明のさらなる利点や顕著な特徴は、以下の説明と添付請求範囲から明白と
なろう。
以下、本発明を添付図面を参照しながらさらに詳細に説明する。この図面は本
発明の現時点で好適な態様を図式的に示したものである。
排水精製プラント(図示せず)からのスラッジは、特に、リン酸塩としてのリ
ンおよび排水精製で使用される沈殿用化学物質から生じる金属を含有している。
そしてこのスラッジは第1工程Iに供給され、スラッジ中のリンと沈殿用化学物
質からの金属との含有物とを溶出させる。本発明によれば、沈殿用化学物質から
生じる1種もしくは複数種の金属は鉄および/またはアルミニウムであり、この
とき鉄は二価(Fe2+)で存在するという条件がある。鉄は最初、沈殿用化学物
質中では三価(Fe3+)で存在するが、排水処理の化学精製工程で沈殿用化学物
質が添加され凝集されてスラッジ相に移動されると、たとえばこのスラッジを蒸
解させることによって、鉄は二価に還元される。
この第1工程Iで、スラッジ中のリン、鉄および/またはアルミニウムとの含
有物はスラッジを酸性化することにより溶出される。これは、硫酸のような酸を
用いて、pHを4より低くして好適には2より低くして、スラッジを酸水解する
ことによって実効される。この加水分解は、望ましい溶解を引き起こすような条
件下で行われる。温度も圧力もこの加水分解において厳密に決めるべきものでは
なく、常温常圧でよい。しかし必要に応じて、例えば加水分解を促進するために
、温度および/または圧力を上げることもできる。通常の温度範囲は約0〜20
0℃でよいが、約100〜140℃程度に上げると加水分解が促進されて好まし
い。圧力はこれに応じて、加水分解温度次第で、常圧(大気圧)から約1MPa
まで変化する。多くの場合加水分解におけるpHを4より低くするだけで十分で
あるが、加水分解におけるpHを2より低くするとスラッジ中のリン、鉄および
/またはアルミニウムとの含有物が完全溶解されて好ましい。
加水分解完了後、残存スラッジおよび加水分解流体は第二工程IIへ供給されて
、たとえばろ過や遠心分離によって残存スラッジを分離させる。
スラッジ分離後、スラッジを除去された溶液は、スラッジから溶出されたリン
と金属をそれぞれリン酸塩と溶解金属塩として含有している。そしてこの溶液は
、第3工程IIIに供給され、重金属があればこれを分離させる。重金属は、前述
したように、クロム、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、鉛および水銀から成る
群
に含まれる金属のことである。重金属が含まれていないか無視できるほどの量で
ある場合、この工程は省いてよい。
重金属分離工程IIIにおいて、重金属と不溶性化合物を形成する物質を添加す
ることによって、重金属を分離させる。好適にはこの物質は硫化ナトリウムのよ
うなサルファイドイオン発生源(sulphide ion source)で、その結果、重金属
の硫化物(heavy metal sulphides;HMS)として重金属が沈殿する。
あるいは溶液中のリン含有物を、サルファイドイオン発生源を添加することに
よって重金属が沈殿される前に、まず、後述される工程IVおよびVに従いFe
PO4として沈殿させておいてもよい。
酸水解後に分離されたスラッジ中に重金属の硫化物が入ってもよい場合、酸水
解前でもあるいは酸水解に関連づけながらでも、サルファイドイオン発生源を添
加して、硫化物として存在するいかなる重金属も拘束しておくというさらに別の
方法が示唆される。この場合、後に続く特定的な硫化物沈殿工程IIIを省くこと
ができる。
この溶液は重金属が除去されてから第4工程IVへ供給される。これは、溶液
のpHが2〜3、好適には2〜2.8に調整される工程である。pHは、苛性ソ
ーダや酸化マグネシウムのような適切な塩基を添加して調整される。続いて前記
pH範囲で不溶性のFePO4として溶液中のリン含有物を沈殿させるが、pH
調整は、この前の予備工程として行われるものである。
上記第1段階において溶液のpHがすでに4より低く2〜3の範囲内にあるよ
うに調整ずみの場合は、スラッジ分離後にいかなるpH調整も不要である。
次いで、リン酸塩(PO4 3-),二価鉄(Fe2+)および/またはアルミニウ
ム(Al3+)を含有する工程IVからの溶液は第5工程Vへ供給され、溶液のリ
ン含有物をリン酸鉄(FePO4)として沈殿させる。これは、溶液に三価鉄(
Fe3+)発生源、例えば塩化第二鉄を添加することによって行われる。溶液の
リン含有物を完全に沈殿させるという目的で、少なくとも等モル量で、すなわち
溶液中のリン含有物に対し三価鉄のモル比が、少なくとも約1:1たとえば約1
から1.5:1で、三価鉄を添加するのが好ましい。前述のように、三価のリン
酸鉄は、pHが2〜3の範囲で不溶性であり、2〜2.8の範囲であるときわめ
て高純度な状態で沈殿するので好ましい。この溶液のリン含有物をできるだけ完
全な沈殿になるように、三価鉄発生源の添加と形成リン酸鉄の分離との間に、一
定の滞留時間をさらに設けるべきである。適切な滞留時間は、約5分から約6時
間、好適には約30分から約1時間である。次いで、沈殿リン酸鉄はそのままで
、例えばろ過や遠心分離のような公知の方法によって、この溶液から除去される
。
上記の説明では、三価鉄(Fe3+)発生源を添加する工程Vの前に溶液のpH
を調整する工程IVが行われているが、本発明においては工程IVおよびVの相
対的順序は任意であることに留意すべきである。最初に三価鉄発生源を添加して
からあとはpHを2〜3へ調整するという場合が多く、またそのほうがたいてい
好ましい。この場合、上記滞留時間はpH調整と関連づけられたうえで設けられ
る。
沈殿リン酸鉄分離後、残存溶液は、最初のスラッジにあった沈殿用化学物質か
ら生じFe2+および/またはAl3+である金属の含有物を含有する。スラッジ、
重金属およびリン酸塩を除去された溶液は、排水精製にリサイクルされ、溶液中
の鉄やアルミニウムの含有物は沈殿用化学物質として再生利用される。溶液中の
鉄含有物の機能を沈殿用化学物質として活性化させるため、鉄は二価から三価に
なる必要がある。このために、排水精製が好気性生物学的精製工程を含み、そし
て溶液がこの精製工程に添加されて好気性生物学的精製工程によって二価鉄が三
価鉄に酸化されるようになっていると好ましい。したがって、リサイクルされた
溶液が二価鉄を含んでいる場合、この溶液は好気性生物学的精製工程に先立って
あるいはこの工程中に排水精製に添加されることになる。溶液がアルミニウムの
みを含有する場合、排水精製への添加は、原理的には任意の時点で行われる。ま
た溶液中の二価鉄含有物を、例えば過酸化水素添加などの他の方法で三価鉄に酸
化させることも当然可能である。この場合、排水精製への添加は任意の時点で行
われる。
上記沈殿から生成されるリン酸第二鉄(FePO4)は、農業化学肥料として
利用できる。またリン酸第二鉄から三価鉄を回収し沈殿試薬として再生利用する
ことも可能であり、この場合、リン酸第二鉄の沈殿物を苛性ソーダのようなアル
カリで処理して水酸化第二鉄を形成させ、次いでこの水酸化第二鉄を分離して塩
酸や硫酸のような酸で処理してそれぞれに応じた鉄塩を形成させ、さらにこの鉄
塩を沈殿試薬として利用する。
本発明は、沈殿用化学物質から生じる金属をスラッジから回収しこの金属を排
水精製へ再循環させて再生利用する簡単で円滑な方法を提供しているという点で
評価される。本発明の方法では、金属が溶液中に一定に保たれているということ
によって、また一つもしくはそれより多くの沈殿工程でも金属の分離がないとい
うことで、金属損失が最小限に抑えられる。さらにまた、スラッジ中のリン含有
物に対する沈殿試薬を成す三価鉄が再生可能であるということで、本発明はきわ
めて経済的である。
本発明によって、排水精製に鉄とアルミニウムをリサイクルさせて沈殿用化学
物質として再生利用できることに加え、スラッジも望ましくない不純物を除去さ
れて例えば肥料として利用可能となった。さらに本発明ではどの含有重金属も回
収されるが、この場合、分離沈殿物として析出可能となっているか、さらに処理
されて重金属回収されるようになっているのが好ましい。そして本発明によれば
最初のスラッジのリン含有物もまたリン酸鉄として別に回収されて、このリン酸
鉄は前述のとおり処理されて三価鉄が回収されることになる。この三価鉄の回収
では、リン酸塩はリン酸ナトリウム(Na3PO4)として得られ、これはたとえ
ば農業化学肥料の生産原料や洗剤製造業の原料として利用できる。
上記から明らかなように、本発明によって有害なあるいは望ましくない物質は
排除されもしくは最小レベルに減じられ、その結果、本発明は排水精製からのス
ラッジ処理にあたってきわめて環境になじんだ処理方法を提供するものである。
以下、本発明をさらに説明するためいくつかの実施態様が述べられるが、これ
らは本発明の範囲を限定しようとするものではない、
実施例 1
パイロットプラントの排水精製からのスラッジを、pH1.6、温度約140
℃において約1時間、酸水解させた。沈殿用化学物質は、塩化第二鉄および硫酸
第二鉄の両方そしてポリ塩化アルミニウムを含み、つまりこのスラッジはFe2+
およびAl3+を共に含んでいた。加水分解後、残存スラッジを遠心分離により分
離し、このスラッジを除去した溶液(清澄相)を用いて温度約20℃でテストを
行った。三価鉄塩については表1でさらに詳細に示しているが、これは、安定し
ないよう攪拌しながらモル比Fe3+:PO4 3-が1:1となるように溶液に添加
した。そして、続けて攪拌しながらこの溶液にNaOHを添加することによって
、pHを2.6に調整した。このpH調整でリン酸第二鉄(FePO4)は溶液
から沈殿し、そして、撹拌および1時間の沈殿後、この結果生じたリン酸鉄の沈
殿物はGF/Aフィルターを介するろ過によって溶液から分離された。次いで、
残存溶液をFe2+およびAl3+の含有量に関して分析した。結果は表1に示され
ている。表1において、入Fe2+および入Al3+はそれぞれもとのスラッジのF
e2+およびAl3+の含有量のことである。出Fe2+および出Al3+はそれぞれ最
終のリサイクルされたスラッジのFe2+およびAl3+の含有量のことである。リ
サイクルされたP、リサイクルされたFe2+およびリサイクルされたAl3+はそ
れぞれ排水精製にリサイクルされたP、Fe2+およびAl3+のパーセント量のこ
とである。
1)JKLは硫酸塩化鉄(iron chloride sulphate)で、11.6重量%のFe3+
と最大20重量%のCl-および20%のSO4 2-を含む。
JKLは、スウェーデン、ヘルシングボルイのKemira Kemwater社から入手可能
である。
2)PIX−111は塩化鉄(iron chloride)で、13.7重量%のFe3+と
26〜28重量%のCl-を含む。
PIX−111は、スウェーデン、ヘルシングボルイのKemira Kemwater社から
入手可能である。
3)PIX−115は硫酸鉄(iron sulphate)で、11.5重量%のFe3+と
32重量%のSO4 2-を含む。
PIX−115は、スウェーデン、ヘルシングボルイのKemira Kemwater社から
入手可能である。
表1から明らかなように、本発明では、スラッジ中の沈殿用化学物質から約9
0%のFe2+および約75%のAl3+のリサイクルを可能とした。実施例2
沈殿用化学物質として塩化第二鉄および硫酸鉄を用いた商用排水精製プラント
からの排水スラッジを、2種類の異なるテスト(テスト1およびテスト2)にお
いて、pH1.8、温度約140℃において約1時間、酸水解させた。加水分解
後、残存スラッジを遠心式デカンターにより分離させ、このスラッジを除去した
溶液(清澄相)を用いて温度約50〜60℃にてテストを行った。三価鉄塩を、
混合槽内でPO4 3-に対するFe3+のモル比が約1:1となるように溶液に添加
した。添加された三価鉄は13.7重量%のFe3+と26〜28重量%のCl-
を含む塩化鉄の製品であった。この製品は、PIX−111なる名称で、スウェ
ーデンのKemira、Kemwater社から入手可能である。混合槽における滞留時間は3
0分であった。混合槽では続いて、NaOHを添加してpHを2.1〜2.8に
調整した。混合槽におけるこの滞留時間は30分であつた。このpH調整でリン
酸第二鉄(FePO4)が沈殿され、これは溶液より押圧されている混合槽から
遠心デカンターに分離された。イギリスのAllied Colloidから供給される陽イオ
ンポリマーZetag89を添加して、デカンターおける良好な分離を確実にし
た。もとのスラッジのFe2+含有量(入Fe2+)および最終的な溶液のFe2+含
有量(出Fe2+)について分析した。テスト1および2の結果は表2で示されて
おり、ここでの数値は、4時間(テスト1)および6時間(テスト2)行われた
テスト中の平均数値である。
表2はスラッジのFe2+含有量の少なくとも80%が、水精製処置にリサイク
ル可能である(リサイクルされたFe2+となる)ことを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
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TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V
N,YU,ZW
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 排水精製からのスラッジ処理方法であって、スラッジが、リンと、沈殿 用化学物質から生じFe2+およびAl3+から選択される少なくとも1種類の金属 とを含有する、処理方法において: スラッジのpHを4より低く調整して、スラッジ内のリンと前記金属との含有 物を溶出させる工程と; 残存するスラッジを分離する工程と; スラッジが除去されてリンおよび前記金属を含有する溶液を処理し、溶液中の リン含有物をpH2〜3でFePO4として沈殿させる工程と; 沈殿したFePO4を分離する工程と;を含み、 沈殿用化学物質からの前記金属を含有する残存溶液を排水処理へリサイクルさ せることを特徴とする方法。 2. 沈殿用化学物質からの前記金属がFe2+であることを特徴とする、請求 項1に記載の方法。 3. スラッジのpHを2より低く調整してスラッジ内のリンと前記金属との 含有物を溶出させることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 4. 溶液中のリン含有物が、少なくとも同当量のFe3+を添加することによ りFePO4として沈殿されられることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれ か一項に記載の方法。 5. 残存溶液が、Fe2+を含有するとともに、好気性生物学的精製工程に先 立って、排水処理へリサイクルされることを特徴とする、請求項1乃至4のいず れか一項に記載の方法。 6. 残存溶液が、Fe2+を含有するとともに、排水処理中に好気性生物学的 精製工程にリサイクルされることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項 に記載の方法。 7. スラッジ中の重金属が、スラッジのpHを4より低く調整したときに溶 解され、残存スラッジ分離後にスラッジを除去された溶液内に存在し、残存スラ ッジの分離後、溶液に硫化イオン発生源を添加することによって、硫化物として 沈殿させられることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法 。 8、 硫化イオン発生源が、溶液中のリン含有物が沈殿する前に溶液に添加さ れることを特徴とする、請求項7に記載の方法。 9. リンと、沈殿用化学物質から生じスラッジ中に存在する前記金属との含 有物が、0〜200℃の温度範囲で酸水解により溶解されることを特徴とする、 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
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