JP2005349349A - 重金属処理資材 - Google Patents

Abstract

【課題】
鉱山廃水に代表される三価の砒素は、多くの場合安価な水酸化物鉄共沈法による処理が行われており、三価の砒素を五価の砒素に酸化させるための長時間の曝気と大量の炭酸カルシウムが必要であった。三価の砒素や六価のクロムを吸着又はイオン交換できる資材は少なく添加量が多くなる傾向にある。
【解決手段】
古紙を再生するときに発生するペーパースラッジを炭化したものを使用し、スラッジ中の古紙のコーティング材であるカオリンクレーや炭カル、タルクが炭化工程で活性化され、細孔に閉じこめられた酸化鉄及び酸化チタンと未炭化物の官能基が重金属を吸着し三価の砒素までも吸着する、また、添加・混合した微細なアパタイトも三価の砒素の吸着効果があるため、段階的に処理材を添加することにより、３％（重量）の添加で三価の砒素を９９％吸着できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は汚染土壌や下水道汚泥、焼却灰及び飛灰、汚染廃水に含まれる重金属対して、陽イオン、陰イオンを問わず吸着及びイオン交換し、汚染物から重金属を取り除くことを可能にした重金属処理資材に関するものである。

土壌に関する法律の規制や肥料取締法の改正による下水道汚泥の重金属の規制、ゴミ処理施設の溶融炉化による重金属含有飛灰の増加、などにより重金属処理資材の需要は高まってきている。

カドミウムや鉛などに代表される陽イオンについては様々な処理方法や処理資材が開発されているが、砒素や六価クロムなどに代表される陰イオンの処理資材は少なく高価であり添加量か多い。

また、陰イオンのうち三価の砒素は五価に酸化する必要があり、六価のクロムは一度三価のクロムに還元する必要があった。そのため処理工程が煩雑になり、還元剤や酸化剤の添加による処理コストの負担が大きくなる事や、水酸化物にするため沈殿物が多くなる事などがあり、酸化や還元を必要とせず沈殿物を生じない吸着剤が望まれている。
特開平９−１７４０１７ 特開２００３−１８１２８１（Ｐ２００３−１８１２８１Ａ） 特願２００１−３３１１１４（Ｐ２００１−３３１１１４） 特開２００３−１６５７２１（Ｐ２００３−１６５７２１Ａ） 特開２０００−３３３８７（Ｐ２０００−３３３８７Ａ）

鉱山廃水に代表される三価の砒素は多くの場合安価な水酸化物鉄共沈法による処理が行われており、曝気により三価の砒素を五価の砒素に酸化させるための曝気と大量の炭酸カルシウムが必要であった。また、六価クロムは汚染土壌やメッキ廃水に多く含まれているが、多くは還元して三価にし水酸化物沈殿法により処理が行われている。

従来、三価の砒素、六価のクロムを吸着又はイオン交換できる資材は少なく高価であった。また、三価の砒素を物理吸着する場合に活性炭が使われるが、条件によっては吸着率が低く添加量が多いという欠点がある。

本発明は、三価の砒素、六価のクロムをそのまま吸着できる機能を持つ事を特徴とし、他の陽イオン重金属も同時に吸着できる。

本発明による重金属処理資材は、再生紙を生産する時に発生するペーパースラッジの炭化物であるが、その特異的な含有物としてケイ酸カルシウム、酸化鉄、酸化アルミニウムを含むことにある。

活性炭の砒素吸着は少量では吸着率が低いため、対象物の１０％以上の添加が必要であるが、活性炭は高価であり経済的には困難である。また同様に活性アルミナも吸着率が高いが高価なため高付加価値製品の生産向きであり廃棄物処理には向かない。

本発明による重金属処理資材は、古紙を再生するときに発生するペーパースラッジを炭化したものを使用しているが、スラッジ中に古紙のコーティング材であるカオリンクレーや炭カル、タルク、酸化チタンが入っており、これらが炭化工程で活性化し重金属を吸着する。

また、ペーパースラッジを沈殿させるための凝集剤として三価の鉄が使われており、炭化後は炭化物中や細孔に閉じこめられ砒素の吸着を促進する。さらに、ペーパースラッジ中の有機物の一部が未炭化物となり官能基の役割を果たしさらに吸着効果を高める

従って、本処理資材の炭化物中にはコーティング材に由来するケイ酸化合物・酸化チタンと凝集剤由来の酸化鉄及びスラッジに由来する未炭化物の官能基が存在し、分子ふるい効果や物理吸着、化学吸着の相乗効果により三価の砒素のような分離しづらい重金属も吸着する事が出来る。

アパタイトの添加による効果として、五価の砒素の置換と三価のクロムの置換及び他の金属の置換が挙げられるが、三価の砒素もアパタイト中のカルシウム格子中に捕捉し吸着する。

本発明による重金属処理資材は、三価の砒素、六価のクロムを、酸化及び還元することなく処理を行える事を特徴とし、アパタイトを加えることにより三価の砒素のさらなる吸着や他の重金属のイオン交換を同時に行うことが可能となった。

三価の砒素は中性域で処理が可能、六価クロムは低pHで効果が大きい。また、五価の砒素及び三価のクロムも同時に処理を行える。

三価のクロムを１００ｐｐｍ含む液体と１０ｐｐｍ含む液体を各２００ｍｌ用意し、本発明重金属処理資材を１％（重量）添加し、スターラーで１時間攪拌を行った。

その後メンプランフィルターにて濾過後、水素化砒素を発生させフレーム原子吸光にて測定したところ。１００ｐｐｍの三価の砒素が２５ｐｐｍとなり、１０ｐｐｍの三価の砒素が２．０ｐｐｍとなった。

次に、２５ｐｐｍと２．０ｐｐｍになった液体を濾過し、再度１％（重量）の本発明重金属処理資材を添加したところ、２５ｐｐｍが６ｐｐｍまで下がり、２．０ｐｐｍは０．１ｐｐｍまで低下した。さらに、６ｐｐｍとなった液体を濾過後再度１％（重量）の本発明重金属処理資材を添加したところ、１ｐｐｍとなった。

このように、本処理資材を段階的に投与することにより、１００ｐｐｍの三価の砒素は３％（重量）の添加で９９％吸着され、１０ｐｐｍの三価の砒素は２％（重量）の添加で９９％吸着する。

六価クロムの吸着能力を調べた。メッキ廃水を想定しｐＨが１程度に調整した液中に六価クロムを５０ｐｐｍになるよう調整し２００ｍｌ取り分けた。

本発明重金属処理資材を２００ｍｌに対して１％（重量）添加しスターラーで１時間攪拌後、フレーム原子吸光にて測定したところ、５０ｐｐｍの六価クロムは０．１ｐｐｍまで下がった。

鉛、カドミウム、砒素（五価）が含まれる混合液を５００ｍｌ作成し、本処理資材を１％（重量）づつ合計３％になるように段階添加し１時間スターラーで攪拌した後、フレーム原子吸光で測定したところ、鉛２０ｐｐｍが０．０１ｐｐｍ以下となり、カドミウム１５ｐｐｍが０．０１ｐｐｍ以下、砒素は２０ｐｐｍが０．０１ｐｐｍ以下となった。

本発明重金属処理資材は、道栄紙業（株）に於いて製造されている「ＰＳＣ」を使用し、「ＰＳＣ」１に対して０．２（重量）の微細なアパタイト結晶を添加混合した。

混合させた微細なアパタイトは、水酸化カルシウムを含む液体中にリン酸をモル比にしてカルシウムの同量を加え常温で３時間攪拌した後、濾過し乾燥させたものを用いた。

Claims (4)

1. ペーパースラッジの炭化物を利用した重金属処理資材。
2. ペーパースラッジの炭化物に微細なアパタイト結晶物を加え混合し、陰イオン系の重金属と陽イオン系の重金属の両方を吸着及びイオン交換により取り込む事ができる重金属処理資材。
3. ペーパースラッジの炭化物中にケイ酸が２０％から３０％、酸化アルミニウムが、１５％から２０％、酸化鉄が５％から１５％、カルシウムが１０％から２０％、酸化チタンが０．５％から３％程度含まれる請求項１の重金属処理資材。
4. 廃水を何度かに分け段階的に添加又は通水することにより廃水中の重金属の濃度を下げる請求項１及び請求項２の重金属処理材の処理方法。