JP2002210495A - 水処理装置および肥料の製造法 - Google Patents
水処理装置および肥料の製造法Info
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Abstract
いが重金属含有の排水から有害な薬品を使用することな
く、また重金属を経済的に除去することができる水処理
装置、および良質の有機肥料を造る肥料の製造法を提供
する。 【解決手段】重金属および有機物を含む汚泥・排水の水
処理装置において、前記汚泥排水を重金属と有機物とに
分解処理する汚泥分解槽6と、分解処理された重金属を
磁性体とするか、もしくは重金属に磁性体を付加して磁
性化処理する磁性化処理槽7と、この磁性化処理した重
金属を磁気力によって分離する磁気分離装置8とを備え
る。また、この汚泥・排水の処理装置を用いて有機肥料
を製造する。
Description
重金属および有機物を含む汚泥・排水から有害な重金属
を除去し、また重金属および有機物を含む汚泥・排水か
ら重金属を除去することによって良質の有機肥料を得る
ことができる水処理装置および肥料の製造法に関する。
産業廃棄物排水などの高度な処理の増加に伴い、これら
の処理における発生汚泥量が飛躍的に増え続けている
が、現在のところ汚泥類はそのまま投棄されるかあるい
は焼却処分されている。その発生量は莫大であるため、
汚泥の有効利用が望まれるようになってきたが、下水汚
泥、農業集落排水汚泥、屎尿汚泥、食品工場汚泥などの
汚泥には、有機肥料として利用価値のある有機物と共
に、有害な重金属類が含有されていることが知られてい
る。そのためこれらの汚泥は、例えば、コンポストによ
って肥料化して利用する際には、汚泥類から重金属類を
除去することが必要であって、汚泥類を効率よく処理し
て無害化する装置,方法を開発することが重要な課題と
なっている。
ている。たとえば特開平6−106173号公報に開示
されるように、フェントン酸化を用いて排水の有機物を
分解し、発生汚泥の減容化を図る方法が知られている。
特開昭63−23798号公報に開示される処理方法で
は、酸やアルカリにより汚泥から重金属類を溶出させる
ことで有機物と重金属とを分離している。さらに、特開
平11−33594号公報で開示される処理方法では、
リン酸を用いて汚泥から重金属の溶出を図っている。
06173号公報記載の方法は、汚泥全体を処理してい
るために装置が大きくなり、使用薬剤量も多くなる。ま
た処理方法、処理時間にもよるが、汚泥中の有機成分が
ほとんどなくなってしまうか、鉄塩や重金属を大量に含
むので有機肥料としては利用し難い。
特開昭63−23798号公報開示の方法は、強酸や強
アルカリを大量に使用することから処理効率に配慮され
ておらず、また硫酸、硝酸や水酸化ナトリウムなどの有
害な薬品類を使用すること、種々の重金属をいずれも効
率よく除去するのが難しいこと、などの点においても必
ずしも配慮されているとはいえない。
開示される方法は、重金属のリン酸塩は溶解度が低い物
が多く、汚泥から分離し難い。また、新たに水質の悪化
をもたらすリン化合物を投入するので、汚泥分離後の上
澄み液のリンの除去装置を設置することが必要となる。
されているが、これらの装置,方法は汚泥の有効利用が
難しく、また、有害な薬品を大量に取り扱わなければな
らず、コストにおいても経済的な方法であるとは必ずし
もいえないものであった。
り、その目的とするところは、重金属および有機物を含
む汚泥・排水から有害な薬品を使用することなく、また
重金属を経済的に除去することができる水処理装置を提
供することにある。
を含む排水の水処理装置を提供することにある。
を含む汚泥・排水から良質の有機肥料を造る肥料の製造
法を提供することにある。
に、本発明に係る水処理装置の発明の構成は、重金属お
よび有機物を含む汚泥を対象とした水処理装置におい
て、前記汚泥を重金属と有機物とに分解処理する汚泥分
解槽と、分解処理された重金属を磁性体とするか、もし
くは重金属に磁性体を付加して磁性化処理する磁性化処
理槽と、この磁性化処理した重金属を磁気力によって分
離する磁気分離装置とを備えるものである。
水処理装置の他の発明の構成は、重金属および有機物を
含む排水を対象とした水処理装置において、前記排水か
ら有機物を析出させる析出層と、この析出した有機物お
よび重金属を沈澱させて汚泥とし、処理水と分離するた
めの沈殿槽と、前記汚泥を重金属と有機物とに分解処理
する汚泥分解槽と、分解処理された重金属を磁性体とす
るか、もしくは重金属に磁性体を付加して磁性化処理す
る磁性化処理槽と、この磁性化処理した重金属を磁気力
によって分離する磁気分離装置とを備えるものである。
う手段は、フェライト化を行うものである。
ェライトの前駆体である水酸化鉄化合物の状態で止め、
重金属を水酸化鉄化合物として磁気分離装置で捕捉する
ものである。
び磁性化処理を、フェントン酸化を用いて発生した水酸
化鉄(II)もしくは水酸化鉄(III)に重金属を吸着させて
同一槽で行うものである。
理に過酸化水素を使用する場合に、反応処理後の余剰過
酸化水素の除去剤として二酸化マンガンを用い、重金属
と共に磁気分離装置で二酸化マンガンを除去するもので
ある。
肥料の製造法の発明の構成は、重金属および有機物を含
む汚泥から有機肥料を造る肥料の製造法において、前記
汚泥を重金属と有機物とに分解処理し、分解処理された
重金属を磁性体とするか、もしくは重金属に磁性体を付
加して磁性化処理し、この磁性化処理した重金属を磁気
力によって分離し、残部有機物から有機肥料を造るもの
である。
水処理装置の他の発明の構成は、重金属を含む重金属含
有排水および重金属含有汚泥の水処理装置において、前
記重金属を含む水に鉄(II)イオンを注入して撹拌する
混合槽と、この鉄(II)イオンと重金属との混合液にア
ルカリを注入して磁性化する第1の反応槽と、この磁性
化処理した重金属を磁気力によって分離する第1の磁気
分離装置とを備えるものである。
水処理装置のさらに他の発明の構成は、重金属を含む重
金属含有排水および重金属含有汚泥の水処理装置におい
て、前記重金属を含む水に鉄(II)イオンを注入して撹
拌する混合槽と、この鉄(II)イオンと重金属との混合
液にアルカリを注入して磁性化する第1の反応槽と、こ
の磁性化処理した重金属を磁気力によって分離する第1
の磁気分離装置と、この第1の磁気分離装置の後に配置
され、磁性化処理した重金属をフェライト化するための
第2の反応槽と、この第2の反応槽の後に配置され、フ
ェライト化された重金属を磁気力によって分離するため
の第2の磁気分離装置とを備えるものである。
電導磁石を用いて連続的に処理を行うものである。
を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施例に
係る排水の処理装置の系統図である。同図に示すよう
に、処理装置は基本的に、流量調整槽1と析出層2と沈
殿槽3とからなる汚泥分離部、および汚泥分解槽6と磁
性化処理槽7と磁気分離装置8と脱水装置9とからなる
重金属分離部の2つの分離部より構成されている。
本装置に流入してきた農業集落汚泥排水、屎尿排水、食
品工場排水、産業廃棄物埋立処理場の浸出汚水、重金属
含有排水などをキレート試薬で処理したキレート金属含
有汚泥排水は、流量調整槽1に蓄えられ流量を一定に保
ちながら配管22を通して析出層2に流れ込む。
ほとんどの有機物が個体として浮遊するようになり、そ
のまま配管23を通して沈殿槽3に送られる。沈殿槽3
では、浮遊物を凝集沈澱により固液分離し、上澄み液は
栄養分の少ない処理水となって配管26から得られ、こ
の上澄み液は必要に応じてpH調整を行った後、そのま
ま放流もしくは再利用される。この沈殿槽3で行う固液
分離は、汚泥の粒子を磁性フロック化させた後の磁気分
離法を用いることによっても可能である。分離した汚泥
は、一部を返送汚泥として配管27を通して析出層2に
送り、残りを余剰汚泥として配管28を通して重金属分
離部に送る(配管27は凝集沈殿法では必要としな
い)。
いが、有機物を固化させればよいだけなので、有機物を
析出させる薬剤を投入した凝集沈殿でもよい。また、凝
集剤は一般にリンを析出させやすいので投入量を多くす
るほど、処理水が浄化される。
体ではなく、上水汚泥、下水汚泥、農業集落排水汚泥、
屎尿汚泥、食品工場汚泥、重金属含有排水などをキレー
ト試薬で処理したキレート金属、一般に汚泥と呼ばれる
ような含水率が低い物の場合、直接配管28から重金属
分離部に流し込めば、汚泥分解槽6以降で被処理物が排
水の場合と同じように処理できる。
り込まれた汚泥は有機物と重金属とに分解される。ここ
で重金属とは、単体やイオン、化合物等すべての存在形
態を示すが、有機物の含有率が低い重金属であることが
望ましい。汚泥分解槽6における分解方法は、薬品処理
や酸化処理、生物処理、熱処理、超音波処理あるいはこ
れらの組み合わせによって分解処理し、重金属を単純な
金属化合物、単体あるいはイオンとする。ここで、薬品
処理とは酸やアルカリによる溶解処理であってもよい
し、また酸化処理はオゾン、過酸化水素、触媒酸化、紫
外線照射又はこれらの組み合わせであってもよく、生物
処理においては、例えば硫黄酸化細菌を用いて重金属を
溶出させるようなバクテリアリーチングでもよい。
を磁性化処理するため、重金属と有機物は配管29を通
って磁性化処理槽7に送られる。磁性化処理槽7では有
機物と分離した重金属に磁性を持たせる。この場合、フ
ェライト化のように磁性を持つ化合物にしてもよいし、
磁性を持つ物を投入してこれに吸着させてもよく、また
pHを調整した後、凝集剤などを用いてマグネタイトな
どの磁性体と重金属の磁性フロックとしてもよい。この
とき、捕捉目的の重金属がそのものだけで十分に磁性を
持っているならば、特に処理する必要はない。また、こ
の時点で過酸化水素が残っている場合は、重亜硫酸ナト
リウムや、二酸化マンガンなどを投入して過酸化水素を
分解してもよい。
30を通して磁気分離装置8に送られるが、このとき含
水率が低すぎると重金属の磁気分離に支障をきたすた
め、磁気分離に適した含水率になるように配管31を通
して水を注入する。ここで注入される水は、水道水でも
よいし、また本水処理装置で発生した配管26あるいは
配管36から得られる処理水もしくは処理水でもよい。
の内、重金属と前段で投入された二酸化マンガンのみが
捕捉され、配管32を通して回収される。一方、有機物
やその他の物は磁気分離装置8では捕捉されずにそのま
ま通過する。この場合の磁気分離装置8は、捕捉しよう
とするものが弱い磁性体の場合は、超電導磁石を使用し
た高勾配磁気分離装置を用いることによって効率よく目
的物を捕捉できる。
ているので、汚泥の有機物としての有効利用は可能であ
るが、汚泥の運搬費用等を考慮すると脱水した方が扱い
やすい。
ましいものである。磁気分離装置8で重金属を取り除か
れた汚泥は、配管33を通して脱水装置9に送られる
が、脱水に当たって凝集剤を添加した方が脱水効率が上
がる場合が多いので、必要に応じて凝集剤を配管34か
ら注入する。この際、凝集剤の効果はpHに依存するの
で必要に応じてpHを調整する。脱水装置9は固体と液
体とを分離するためのものであるので、凝集沈殿や、遠
心分離機、ベルトプレス等、いかなる装置でもかまわな
い。濃縮された固体は配管35を通して回収され、コン
ポスト化にまわされる。一方、固形物が除かれた処理水
は配管36を通して回収され、排水基準を満たさない場
合は流量調整槽1に戻されるか規準適合のための処理後
放流し、排水基準を満たす場合はそのまま放流してもよ
いし配管31に送り込む水として利用してもよい。
理装置の系統図である。第1の実施例と異なる部分は重
金属分離部にある。すなわち、配管28から送り込まれ
た汚泥は、フェントン酸化反応槽10に入り、配管38
および配管39から、フェントン試薬である鉄(II)塩と
過酸化水素が注入される。ここでの反応時間は長すぎる
とほとんどの有機物が酸化されてしまうため、最終工程
で回収される有機物の量が減少し、反応時間が短いと重
金属と有機物との分解があまり行われず未分解物が残っ
てしまうので、処理時間を適切に選択して処理する必要
がある。
も、反応時間に関わってくるので併せて操作する必要が
ある。反応の進み具合の測定は、汚泥の吸光度を計って
もよいし、電気伝導度を測定してもよく、反応の前後で
物性が変わる部分を測定するものであればよい。センサ
50によって測定した値に従って、電気信号線52を通
して配管30から流れ出す汚泥量をバルブ51によって
制御し、また、配管38および配管39から鉄(II)塩と
過酸化水素との注入量を制御する。
生した水酸化鉄(II)や水酸化鉄(III)に吸着されて重金
属は磁性を持つようになり、処理液全体を配管30を通
し磁気分離装置8に送る。第1の実施例と同様に、磁気
分離装置8において水酸化鉄と共に吸着された重金属は
汚泥から取り除かれる。この場合の磁気分離装置8は弱
い磁性体を捕捉しようとしているので、超電導磁石を用
いた高勾配磁気分離装置であることが望ましい。また、
フェントン酸化は光エネルギーを用いたフォトフェント
ン反応を用いてもよい。
理装置の系統図である。第1および第2の実施例と異な
る部分は重金属分離部にある。すなわち、配管28から
送り込まれた汚泥は、分解槽11に入り、重金属はイオ
ン化される。分解槽11における分解方法は、薬品処理
や生物処理、あるいはこれらの組み合わせによって分解
処理し、重金属をイオンとする。ここで、薬品処理とは
酸やアルカリによる溶解処理であってもよいし、生物処
理においては、例えば硫黄酸化細菌を用いて重金属を溶
出させるようなバクテリアリーチングでもよい。
汚泥は配管40を通して脱水装置12に送られるが、脱
水に当たって凝集剤を添加した方が脱水効率が上がる場
合が多いので、必要に応じて凝集剤を配管41から注入
する。この際、凝集剤の効果はpHに依存するので必要
に応じてpHを調整する。脱水装置12は固体と液体と
を分離するためのものであるので、凝集沈殿や、遠心分
離機、ベルトプレス等、の装置でもよい。濃縮された汚
泥は配管42を通して回収され、コンポスト化にまわさ
れる。一方、固形物が除かれた重金属イオン含有水は配
管43を通して前処理槽13に送られる。
ト化するために必要な鉄(II)イオンを配管44から注入
し、よく攪拌して後の混合物を配管45を通して反応槽
14(第1の反応槽)に送る。反応槽14に流れ込んだ
混合物には、フェライト化のためのアルカリが配管46
からpH計の値により決定される量が注入される。アル
カリは、例えば水酸化ナトリウムのように沈殿が生成せ
ずpHを上げるものであればよい。ここでは磁性を持つ
重金属を含んだ水酸化金属が生成され、配管47を通し
て磁気分離装置8(第1の磁気分離装置)に送られる。
磁気分離装置8では、流れ込んでくる固液混合物のう
ち、水酸化金属のみを捕捉し配管70を通して回収さ
れ、残った水は磁気分離装置8では捕捉されずにそのま
ま通過するので、配管48から処理水が得られる。
準を満たさない場合は図示しない配管によって流量調整
槽1に戻され、排水基準を満たす場合はそのまま放流し
てもよい。また、この場合の磁気分離装置は捕捉しよう
とするものが弱い磁性体なので、超電導磁石を用いた高
勾配磁気分離装置であることが望ましい。磁気分離装置
8で捕捉された重金属は配管70を通して最終反応槽1
5(第2の反応槽)に送られるが、最終反応装置15内
の水分量が足りない場合は配管48より分岐した配管4
9から、バルブ55を通して最終反応槽15に水を供給
する。また余剰の水分は配管73からバルブ56を通し
て引き抜き配管48の処理水と同じように処分される。
トは配管72よりバルブ74を通して磁気分離装置16
(第2の磁気分離装置)に送られる。また最終反応槽1
5は必須のものではないが、完全なフェライト化を行っ
た方が安定な化合物となり、廃棄処分するときに有利で
あるので設置することが望ましい。センサ57により最
終反応槽15内の状態を測定した値に従って、電気信号
線58を通して、バルブ55、56、74の開度の制
御、およびヒータ59の制御や配管71から送り込まれ
る酸化剤の量の制御を行って、効率よくフェライト化反
応を行うようにする。反応の進み具合の測定は、汚泥の
吸光度を計ってもよいし、電気伝導度を測定してもよ
く、反応の前後で物性が変わる部分を測定するものであ
ればよい。また酸化剤も、反応液を酸化できるものであ
ればよい。
が、非常に効率のよい固液分離ができるので使用するの
が望ましい。磁気分離装置16に送り込まれた高濃度フ
ェライト含有水は、ここでさらに水分の少ないフェライ
トと水に分離される。配管76からは含水率の低い重金
属が得られ、配管75からは固形分のほとんどない処理
水が得られ、これは配管48を通る処理水と同じように
処分される。ここで、磁気分離装置16は処理物が磁性
の強いフェライトであるので、特に超伝導を用いた高勾
配磁気分離装置である必要はない。
ェライト化を行っていないが、これはフェライトの前駆
体でも磁気分離装置8で捕獲できるためで、前駆体の生
成速度は速いので反応槽14は小さくて済み、さらに最
終反応槽15では流れ込んでくる水の量が配管45と比
較して遙かに少ないのでここで時間のかかる処理を行っ
ても、たいして反応装置の巨大化は招かない。また、本
発明の浄化装置に流れ込む量が少ない場合は、反応槽1
4において完全なフェライト化を行ってもかまわない。
ト化についてであったが、前処理槽13および反応槽1
4の処理を磁性を持つ物を投入してこれに吸着させる処
理としてもよいし、また生成物の溶解度が低くなる薬剤
を投入して析出させた後、凝集剤などを用いて磁性を持
つ物と重金属の磁性フロックを生成する処理としてもよ
い。この際、凝集剤の効果はpHに依存するので必要に
応じてpHを調整する。このように処理された重金属は
磁気分離装置8で分離された後、最終反応槽15で反応
させる必要はないが、含水率が高いので脱水装置9のよ
うなもので固液分離することが望ましい。
れる重金属をイオの状態で含んだ重金属含有排水を、前
記処理槽13に投入すれば前記汚泥排水と同様に効率よ
く処理できる。
離装置では被処理物を上または下、あるいは横から通し
てもよく、必要ならば、配管にポンプやバルブを設けて
流量を変化させてもよい。さらに、基本的に反応槽や汚
泥排水の処理装置などを前段より後段の方が低い位置に
なるように設置すると、設置するポンプの数を減らすこ
とができるので、コスト低減が図れる。また、図1の磁
性化処理槽において、磁性を持たせた物や磁性体とは1
×10−6cgs emu以上の物、例えばクロム、マ
ンガン、コバルト、鉄、ニッケルやこれらの化合物など
である。有機物は−1〜1×10−6cgs emuな
ので有機物と分離することが可能であり、磁性体は1×
10−6cgs emu以上の物であれば上記以外の他
の物でもよいが、大きい値の物の方が望ましい。
含む工場や下水などの汚泥・排水に適応でき、効率よく
重金属を除去することが可能となる。したがって、汚泥
・排水中に含まれる有機物を、容易に再資源化して肥料
などに有効利用できる。
汚泥の分解および磁気分離のための重金属の磁性化が同
時に行えるので、汚泥の有効利用時に必要な重金属除去
における使用薬剤費や設備費等の低コスト化が可能とな
る。
含む汚泥・排水から有害な薬品を使用することなく、ま
た重金属を経済的に除去することができる水処理装置を
提供することができる。
重金属を含む排水から有害な薬品を使用することなく、
また重金属を経済的に除去することができる水処理装置
を提供することができる。
有機物を含む汚泥・排水から良質の有機肥料を造る肥料
の製造法を提供することができる。
系統図である。
系統図である。
系統図である。
Claims (10)
- 【請求項1】重金属および有機物を含む汚泥を対象とし
た水処理装置において、 前記汚泥を重金属と有機物とに分解処理する汚泥分解槽
と、 分解処理された重金属を磁性体とするか、もしくは重金
属に磁性体を付加して磁性化処理する磁性化処理槽と、 この磁性化処理した重金属を磁気力によって分離する磁
気分離装置とを備えることを特徴とする水処理装置。 - 【請求項2】重金属および有機物を含む排水を対象とし
た水処理装置において、 前記排水から有機物を析出させる析出層と、 この析出した有機物および重金属を沈澱させて汚泥と
し、処理水と分離するための沈殿槽と、 前記汚泥を重金属と有機物とに分解処理する汚泥分解槽
と、 分解処理された重金属を磁性体とするか、もしくは重金
属に磁性体を付加して磁性化処理する磁性化処理槽と、 この磁性化処理した重金属を磁気力によって分離する磁
気分離装置とを備えることを特徴とする水処理装置。 - 【請求項3】前記磁性化処理槽で行う手段は、フェライ
ト化を行うものであることを特徴とする請求項1もしく
は2に記載の水処理装置。 - 【請求項4】前記フェライト化を、フェライトの前駆体
である水酸化鉄化合物の状態で止め、重金属を水酸化鉄
化合物として磁気分離装置で捕捉することを特徴とする
請求項1もしくは2に記載の水処理装置。 - 【請求項5】前記分解処理および磁性化処理を、フェン
トン酸化を用いて発生した水酸化鉄(II)もしくは水酸化
鉄(III)に重金属を吸着させて同一槽で行うことを特徴
とする請求項1もしくは2に記載の水処理装置。 - 【請求項6】前記汚泥の分解処理に過酸化水素を使用す
る場合に、反応処理後の余剰過酸化水素の除去剤として
二酸化マンガンを用い、重金属と共に磁気分離装置で二
酸化マンガンを除去することを特徴とする請求項1もし
くは2に記載の水処理装置。 - 【請求項7】重金属および有機物を含む汚泥から有機肥
料を造る肥料の製造法において、 前記汚泥を重金属と有機物とに分解処理し、 分解処理された重金属を磁性体とするか、もしくは重金
属に磁性体を付加して磁性化処理し、 この磁性化処理した重金属を磁気力によって分離し、残
部有機物から有機肥料を造ることを特徴とする肥料の製
造法。 - 【請求項8】重金属を含む重金属含有排水および重金属
含有汚泥の水処理装置において、 前記重金属を含む水に鉄(II)イオンを注入して撹拌す
る混合槽と、 この鉄(II)イオンと重金属との混合液にアルカリを注
入して磁性化する第1の反応槽と、 この磁性化処理した重金属を磁気力によって分離する第
1の磁気分離装置とを備えることを特徴とする水処理装
置。 - 【請求項9】重金属を含む重金属含有排水および重金属
含有の水処理装置において、 前記重金属を含む水に鉄(II)イオンを注入して撹拌す
る混合槽と、 この鉄(II)イオンと重金属との混合液にアルカリを注
入して磁性化する第1の反応槽と、 この磁性化処理した重金属を磁気力によって分離する第
1の磁気分離装置と、 この第1の磁気分離装置の後に配置され、磁性化処理し
た重金属をフェライト化するための第2の反応槽と、 この第2の反応槽の後に配置され、フェライト化された
重金属を磁気力によって分離するための第2の磁気分離
装置とを備えることを特徴とする水処理装置。 - 【請求項10】前記磁気分離装置は、超電導磁石を用い
て連続的に処理を行うものであることを特徴とする請求
項1、2、8もしくは9のいずれかに記載の水処理装
置。
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