JP2005194597A

JP2005194597A - 汚泥からの重金属回収方法および装置

Info

Publication number: JP2005194597A
Application number: JP2004003548A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Toshihiro Komatsu; 敏宏小松; Toshiyuki Shibata; 敏行柴田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】できるだけ薬剤を添加しない方法でのｐＨ低下と連続処理を可能となし、被処理汚泥自体が持つ微生物を最大限に活用することができる汚泥からの重金属回収方法および装置を提供する。
【解決手段】重金属を含む被処理汚泥を溶出槽３において酸発酵させ、酸発酵によって溶出槽３に形成する所定酸性条件下で重金属を溶出させ、溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥を膜分離装置４でろ過し、溶出した重金属を含む膜透過液を回収槽７に導き、回収槽７において物理的手段もしくは化学的手段によって膜透過液から重金属を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は汚泥からの重金属回収方法および装置に関し、汚泥再生処理センター、家畜糞尿処理施設、し尿処理施設などにおいて汚泥を利活用する技術に係るものである。

この種の技術としては、例えば特許文献１、特許文献２に記載するものがある。特許文献１に開示するものは、亜鉛化合物等の有害重金属化合物を含む汚泥に、次亜塩素酸ソーダまたは次亜塩素酸を加えて上記有害重金属化合物を溶出分離し、この処理液をＰＨ調整して固液分離し、得られたケーキにアルカリ剤または硫化水素を加えてケーキ中の重金属を不溶性にし、重金属化合物が溶出したろ液に、アルカリ剤を加えて重金属類を析出させ、その析出液を濃縮して固液分離し、重金属類を回収するものである。

特許文献２に開示するものは、汚泥に、鉄酸化細菌、硫黄酸化細菌のいずれか一方又は両方及び窒素酸化細菌を接種し、液相水分を含む培養系にて好気的に保って、汚泥に含まれる重金属を液相中に溶出させ、次いで、重金属が溶け込んだ液相部分を汚泥から分離するものである。
特開平１０−１６５９９４号公報特開平１-６７２９９号公報

特許文献１に記載するように、薬剤添加にて汚泥ｐＨを低下する方法は、特に消化汚泥などのアルカリ度が高い汚泥の場合、添加量が非常に多くなり、維持管理コストを圧迫する。さらに、薬剤添加時に硫化水素が発生するなど安全面でも問題が起きる。

特許文献２に記載するように、細菌を接種して曝気を行うと、消化汚泥のように窒素分が多い汚泥では硝化による硝酸の生成によりｐＨが低下するが、硝化細菌自体がｐＨ６以下では活動を停止してしまい、連続的な溶出処理が困難であった。

本発明は上記した課題を解決するものであり、できるだけ薬剤を添加しない方法でのｐＨ低下と連続処理を可能となし、被処理汚泥自体が持つ微生物を最大限に活用することができる汚泥からの重金属回収方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の汚泥からの重金属回収方法は、重金属を含む被処理汚泥を溶出槽において酸発酵させ、酸発酵によって溶出槽内に形成する所定酸性条件下で重金属を溶出させ、溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥を膜分離装置でろ過し、溶出した重金属を含む膜透過液を回収槽に導き、回収槽において物理的手段もしくは化学的手段によって膜透過液から重金属を回収するものである。

上記した構成により、酸発酵によって有機酸が生成することで溶出槽内がｐＨ３〜６の所定酸性条件下となり、被処理汚泥の消化汚泥、活性汚泥等に含まれたヒ素、セレン、カドミウム等の重金属が塩となって溶出槽内汚泥の液相中に溶出する。よって、薬剤を添加しないでｐＨ低下による重金属を溶出させることが可能となる。溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥を膜分離装置でろ過することで、溶出した重金属イオンを膜透過液とともに溶出槽から取り出すことができるとともに、酸発酵菌を溶出槽内で濃縮して安定した酸発酵が持続できる。回収槽においてイオン交換膜（剤）やキレート膜（剤）等の物理的手段もしくは嫌気化（硫化物化）等の化学的手段によって膜透過液から重金属を回収する。回収槽に流入する膜透過液にはＳＳが含まれないので、回収槽でのイオン交換、キレートによる重金属回収効率が上がり、回収した重金属の純度も高くなる。溶出槽から溶出槽内汚泥（発酵汚泥）を取り出して汚泥処理、もしくは水処理する場合に発酵汚泥に含まれた有機酸が水素供与体として作用することで脱窒処理が行い易くなる。

本発明の請求項２の汚泥からの重金属回収方法は、回収槽において重金属を分離した処理液を溶出槽へ循環供給し、溶出槽における所定酸性条件を維持しながら溶出槽内汚泥中の重金属濃度を所定値以下に維持するものである。

上記した構成により、処理液を溶出槽へ循環供給することで溶出槽における所定酸性条件を維持しながら溶出槽内汚泥中の重金属濃度を希釈することができ、重金属が溶出する反応の化学平衡を回避して連続処理が可能となる。

溶出槽における所定酸性条件のｐＨが低いほどに重金属の溶出は容易で、化学平衡に達する重金属濃度は高くなるので、処理液の循環量は小さく設定して重金属を高濃度に含む膜透過液を回収槽に導いて重金属回収効率を高める。

溶出槽における所定酸性条件のｐＨが高いほどに重金属の溶出は困難で、化学平衡に達する重金属濃度は低くなるので、処理液の循環量を大きく設定して溶出槽内汚泥中の重金属濃度を低濃度に維持して重金属の溶出を促進する。

本発明の請求項３の汚泥からの重金属回収方法は、溶出槽へ投入する前工程において被処理汚泥の一部もしくは全部を可溶化するものである。
上記した構成により、加熱処理、オゾン処理、超音波処理等によって被処理汚泥中の微生物の生物膜を破壊することで、活性汚泥、消化汚泥の酸発酵を促進するとともに、微生物中に取り込まれた重金属を所定酸性条件下の溶出槽内汚泥中に放出させて重金属の溶出を促進する。

本発明の請求項４の汚泥からの重金属回収装置は、重金属を含む被処理汚泥を酸発酵させ、酸発酵によって溶出槽内に形成する所定酸性条件下で重金属を溶出させる溶出槽と、溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥をろ過する膜分離装置と、溶出した重金属を含む膜透過液を導いて物理的手段もしくは化学的手段によって膜透過液から重金属を回収する回収槽とを備えたものである。

本発明の請求項５の汚泥からの重金属回収装置は、回収槽において重金属を分離した処理液を溶出槽へ循環供給する処理液循環系を備えたものである。
本発明の請求項６の汚泥からの重金属回収装置は、溶出槽へ投入する前工程として被処理汚泥の一部もしくは全部を可溶化する可溶化手段を備えたものである。

以上のように、本発明によれば、酸発酵によって重金属が溶出する所定酸性条件を形成することで、薬剤を添加しないでｐＨ低下による重金属を溶出させることが可能となり、膜分離装置によってろ過することで、溶出した重金属イオンの取り出しと酸発酵菌の濃縮を図ることができる。回収槽に流入する膜透過液にＳＳが含まれないことで、回収槽での重金属回収効率が上がり、回収した重金属の純度も高くなる。処理液を溶出槽へ循環供給することで、重金属が溶出する反応の化学平衡を回避して連続処理が可能となる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、被処理汚泥１である消化汚泥、活性汚泥等を可溶化工程２において可溶化する。可溶化工程２では被処理汚泥１に加熱処理（７０℃以上で１時間以上）やオゾン処理や超音波処理を施し、被処理汚泥中の微生物の生物膜を破壊して後工程の溶出槽３における酸発酵を促進するとともに、微生物に含まれた重金属を被処理汚泥中に放出させる。

可溶化工程２を経た被処理汚泥１は溶出槽３に導いて酸発酵させる。このとき、溶出槽３には酸発酵汚泥や活性汚泥等の汚泥を種菌として添加し、酸発酵を促進する。酸発酵によって溶出槽３内にｐＨ３〜６の所定酸性条件下を形成することで、被処理汚泥１の消化汚泥、活性汚泥等に含まれたヒ素、セレン、カドミウム等の重金属が塩となって溶出槽３の汚泥の液相中に溶出する。よって、薬剤を添加しないでｐＨ低下による重金属を溶出させることが可能となる。

溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥は膜分離装置４でろ過する。この膜分離装置４によるろ過で、溶出した重金属イオンを膜透過液とともに溶出槽３から取り出すことができるとともに、酸発酵菌を溶出槽３の内部で濃縮して安定した酸発酵が持続できる。膜分離装置４は膜がセラミック膜や有機平膜からなり、ブロア５から供給する空気を散気装置６から噴出させて膜表面を洗浄曝気するとともに、酸発酵に適度な酸素を供給する。また、酸素濃度を適性に保つためにガス攪拌を利用することも可能である。

溶出した重金属を含む膜透過液は回収槽７に導き、回収槽７においてイオン交換膜（剤）やキレート膜（剤）等の物理的手段もしくは嫌気化（硫化物化）等の化学的手段によって膜透過液から重金属を回収する。回収槽７に流入する膜透過液にはＳＳが含まれないので、回収槽７でのイオン交換、キレートによる重金属回収効率が上がり、回収した重金属の純度も高くなる。

溶出槽３の溶出槽内汚泥（発酵汚泥）は適宜に余剰汚泥として引抜き、汚泥処理もしくは水処理装置へ供給して処理する。このとき、発酵汚泥に含まれた有機酸が水素供与体として作用することで脱窒処理が行い易くなる。

回収槽７において重金属を分離した処理液は水処理装置を経て放流し、処理液の一部は処理液循環系８を通して溶出槽３へ循環供給し、溶出槽３における所定酸性条件を維持しながら溶出槽内汚泥中の重金属濃度を希釈して所定値以下に維持することで、重金属が溶出する反応の化学平衡を回避して連続処理を可能となす。

溶出槽３の溶出槽内汚泥のｐＨをｐＨセンサー９でモニタリングし、ｐＨセンサー９の測定値に基づいてコントローラ１０で膜分離装置４の吸引ポンプ１１および処理液循環系８の循環ポンプ１２を制御し、処理液の循環量を調整する。

溶出槽３における所定酸性条件のｐＨが低いほどに重金属の溶出は容易で、化学平衡に達する重金属濃度は高くなるので、処理液の循環量は小さく設定して重金属を高濃度に含む膜透過液を回収槽に導いて重金属回収効率を高める。

溶出槽３における所定酸性条件のｐＨが高いほどに重金属の溶出は困難で、化学平衡に達する重金属濃度は低くなるので、処理液の循環量を大きく設定して溶出槽内汚泥中の重金属濃度を低濃度に維持して重金属の溶出を促進する。

本発明の実施の形態における汚泥からの重金属回収装置を示す模式図である。

符号の説明

１被処理汚泥
２可溶化工程
３溶出槽
４膜分離装置
５ブロア
６散気装置
７回収槽
８処理液循環系
９ｐＨセンサー
１０コントローラ
１１吸引ポンプ
１２循環ポンプ

Claims

重金属を含む被処理汚泥を溶出槽において酸発酵させ、酸発酵によって溶出槽内に形成する所定酸性条件下で重金属を溶出させ、溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥を膜分離装置でろ過し、溶出した重金属を含む膜透過液を回収槽に導き、回収槽において物理的手段もしくは化学的手段によって膜透過液から重金属を回収することを特徴とする汚泥からの重金属回収方法。
回収槽において重金属を分離した処理液を溶出槽へ循環供給し、溶出槽における所定酸性条件を維持しながら溶出槽内汚泥中の重金属濃度を所定値以下に維持することを特徴とする請求項１に記載の汚泥からの重金属回収方法。
溶出槽へ投入する前工程において被処理汚泥の一部もしくは全部を可溶化することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥からの重金属回収方法。
重金属を含む被処理汚泥を酸発酵させ、酸発酵によって溶出槽内に形成する所定酸性条件下で重金属を溶出させる溶出槽と、溶出した重金属を含む溶出槽内汚泥をろ過する膜分離装置と、溶出した重金属を含む膜透過液を導いて物理的手段もしくは化学的手段によって膜透過液から重金属を回収する回収槽とを備えたことを特徴とする汚泥からの重金属回収装置。
回収槽において重金属を分離した処理液を溶出槽へ循環供給する処理液循環系を備えたことを特徴とする請求項４に記載の汚泥からの重金属回収装置。
溶出槽へ投入する前工程として被処理汚泥の一部もしくは全部を可溶化する可溶化手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の汚泥からの重金属回収装置。