JP2006043616A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機砒素を含有する水の処理方法において、高い処理効率を奏する処理方法と該処理方法に用いることのできる処理装置とを提供することにある。
【解決手段】 有機砒素を含有している水に凝集剤を加えて、含有している有機砒素を沈殿させて除去する沈殿工程の後に、さらに水中に残留する有機砒素を逆浸透膜を用いて除去する逆浸透膜工程を行うことを特徴とする水処理方法と、有機砒素を含有している水を処理する逆浸透膜装置を備えた水処理装置であって、前記水に凝集剤を混合して前記有機砒素を沈殿させる沈殿槽を、前記逆浸透膜装置の上流側に備えたことを特徴とする水処理装置とを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機砒素を含有する水の処理方法とその装置に関する。

従来、砒素化合物としては、亜ヒ酸塩などの無機砒素が農薬、防腐剤などに用いられ、発ガン性、中毒症状など種々の問題を生じている。一方、有機砒素については、化学兵器などの比較的限られた用途にしか用いられていない。このため、これまでの砒素汚染土壌処理、砒素汚染水浄化などの技術は、無機砒素を対象としたものであり、有機砒素についてのこれらの対策は、ほとんどなされていない。
ところが、近年になって、遺棄化学兵器から有機砒素化合物が漏洩し、地下水などに混入する事例が報告されるに至り、有機砒素化合物を含有する水から、有機砒素を除去する水処理方法の確立が強く望まれるようになっている。特許文献１には、２−クロロビニルアルソニック酸、ビスジフェニルアルシネオキサイドなどの有機砒素を含有した遺棄化学兵器などの洗浄排水と凝集剤とを混合して、有害物の凝集物を限外ろ過膜装置にて除去し、該限外ろ過膜装置にて除去できずに洗浄水中に残留している微細な凝集物や、有害イオンなどをさらに逆浸透膜装置を用いて除去する処理方法が示されている。

ここで、逆浸透膜装置にて有害物が除去され最終的に得られた水は、通常、一般用途に利用できる程度に無害化されたものとなる。一方、限外ろ過膜装置や、逆浸透膜装置にて除去された有害物は、別途、無害化処理が必要な有害物となる。
このような、処理方法においては、処理前の水に対する、無害化された水の割合が多いほど効率の高い処理方法である。
しかし、上述のような従来の処理方法では、凝集剤を用いて凝集させた凝集物は、そのほとんどを限外ろ過膜にて除去させていることから、該限外ろ過膜の負荷が大きく、目詰まりや、目詰まり除去のための逆洗浄によるろ過の中断などにより、逆浸透膜装置に供給する水量を増大することが困難である。
また、有機砒素は、通常、無機砒素や浮遊微粒子などと比べて凝集を起こしにくく、従来の方法においては、前記限外ろ過膜で除去せずに逆浸透膜装置で除去している。このため、逆浸透膜装置の負荷も大きく、処理水量を増大させるのは困難である。
逆浸透膜装置での処理水量をより大きく得るために、処理圧力を上げて運転することも考え得るが、その場合は、短期間でスケーリング（析出）やファウリング（目詰まり）が生じて抵抗となり、結果、処理水量が低下してしまう。また、前記スケーリングやファウリングを解消するためには薬品洗浄を頻繁に行う必要があり、運転コストも高いものとなる。また、ポンプなど搬送手段もの高い圧力で運転させなければならず運転コストを高くさせてしまう。
また、限外ろ過膜装置をより微細な凝集物を除去し得るものに変更して、逆浸透膜装置の負荷を軽減させることも考え得るが、この場合は、先述の理由と同様に、限外ろ過膜装置での処理量を減少させてしまい、結果的に得られる無害化された水の量を増やすことが困難なものである。
このように、従来の処理方法では、大きな処理水量を得ること、即ち、高い処理効率を得ることが困難である。

特開２００４−１１３９０３号公報

本発明の課題は、上記問題点に鑑み、有機砒素を含有する水の処理方法において、高い処理効率を奏する処理方法と該処理方法に用いることができる処理装置とを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決すべく、有機砒素を含有している水に凝集剤を加えて、含有している有機砒素を沈殿させて除去する沈殿工程の後に、さらに水中に残留する有機砒素を逆浸透膜を用いて除去する逆浸透膜工程を行うことを特徴とする水処理方法と、
有機砒素を含有している水を処理する逆浸透膜装置を備えた水処理装置であって、前記水に凝集剤を混合して前記有機砒素を沈殿させる沈殿槽を、前記逆浸透膜装置の上流側に備えたことを特徴とする水処理装置と、を提供する。

本発明によれば、有機砒素を含有している水に凝集剤を加えて、含有している有機砒素を沈殿させて除去することから、逆浸透膜に供給する水量の減少を防ぎつつ、逆浸透膜の負荷を軽減させることができ、薬品洗浄の頻度を減少させた高い効率の処理方法とし得る。

まず、本実施形態の水処理装置について説明する。

本実施形態の水処理装置は、図１に示すように、有機砒素を含有している水を処理する前処理設備として原水ピット６、沈砂池７、原水槽８を備え、処理設備として有機砒素を含有している水に凝集剤を加えて十分に混合させるための混和凝集槽１と、該混和凝集槽１により混合された水を導入して含有している有機砒素を沈殿させて除去する沈殿槽２と、該沈殿槽２において有機砒素を沈殿除去した上澄み液を貯留する凝集沈澱処理水槽１０と、前記上澄み液に残留している微小凝集物などの固形物をさらに除去する限外ろ過膜装置３と、該限外ろ過膜装置３でさらに固形物を除去した水を一般用途に使用できる程度にまで無害化する逆浸透膜装置４とを備えている。
また、本実施形態の水処理装置は、原水ピット６に有機砒素を含有している水を供給する手段、原水ピット６から沈砂池７に処理する水を供給する手段、沈砂池７から原水槽８に処理する水を供給する手段、原水槽８から混和凝集槽１に処理する水を供給する手段、限外ろ過膜装置に凝集沈殿処理水槽１０の水を供給する手段、限外ろ過膜装置３にて固形物を除去した水を逆浸透膜装置に供給する手段、限外ろ過膜装置３や逆浸透膜装置４にて水中に含有する有機砒素の濃度が高められた濃縮水を沈殿槽２に返送する手段、及び逆浸透膜装置４にて無害化された水の排出手段として、ポンプ５、配管といった一般的な液体搬送手段を備えている。

前記前処理において、原水ピット６は、回収された有機砒素を含有する水を一時貯留するためのもので、処理水量の変動により、処理設備が過負荷、或いは、休転に陥ることを抑制し得る容量を備えている。
前記沈砂池７は、バースクリーン９を備え、前記原水ピット６に貯留された水から大きな塵芥、砂礫など比重の高い雑物を沈降させて除去した後、木材、プラスチック、ビニールシートなどのシート材など浮遊する大きな塵芥を除去して原水槽８に送出するもので処理設備の負荷を軽減させるために備えられている。
前記原水槽８は、前記沈砂池７にて前記大きな塵芥などが除去された水を処理設備にて処理するまでに一時貯留するためのもので、前記原水ピット６と同じく処理設備が過負荷、或いは、休転に陥ることを抑制し得る容量を備えている。
前記混和凝集槽１は、有機砒素を含有している水を一時的に貯留し、凝集剤と十分に混合し得るように、貯留タンク１１と、該貯留タンク１１内の水を攪拌する、混合攪拌機１２とを備えている。

前記沈殿槽２は、前記混和凝集槽１で凝集された凝集物を沈殿させて除去し上澄み液を凝集沈澱処理水槽１０に導入し得るように、前記凝集沈澱処理水槽１０を隣接させ、該隣接する壁には越流せき２２が備えられている。
また、前記混和凝集槽１から導入された水に含まれる凝集物が沈殿する前に前記越流せき２２を通って前記限外ろ過膜装置に導入されることを抑制し得るように、前記混和凝集槽１と前記沈殿槽２とを連通し、混和凝集槽１から前記沈殿槽２に処理する水を導入する流入管２３と該流入管２３より導入された水を前記沈殿槽２の底部方向に転流させるセンターウェル２４を略中央部に備えている。
前記凝集沈澱処理水槽１０は、前記上澄み液を限外ろ過膜装置に導入するまで一時貯留するために備えられている。

前記限外ろ過膜装置としては、高い処理効率を維持しつつ浮遊微粒子や凝集物を除去し得る点において分画分子量５０００〜３０００００の限外ろ過膜を備えるものを使用することができる。より確実に浮遊微粒子や凝集物を除去し得る点において、好ましくは、分画分子量５０００〜１５００００の限外ろ過膜を備えるものを用いることができ、さらに、逆浸透膜装置の負荷をより軽減し得る点において、分画分子量５０００〜５００００の限外ろ過膜を備えるものがより好ましい。
このような、限外ろ過膜装置としては、流路面積が大きく閉塞しにくく、逆洗浄も可能で、膜表面の堆積物を容易に除去し得る点において、ろ過膜を略封筒状に構成し内部に透過水排出路を形成し該透過水排出路に連通する貫通孔が穿設された限外ろ過モジュールを複数積層し、前記貫通孔どうしを限外ろ過モジュールの外部からシールされた状態で連結させ、圧力容器内に設置したものを用いることができる。
このような、限外ろ過膜装置は前記限外ろ過モジュールを脱着自在に積層させることにより一部の限外ろ過モジュールが破損した場合においてもすべての限外ろ過モジュールを交換する必要がなくなるという優れた点を有する。
前記分画分子量は、スクロース、ラフィノース 、ビタミンＢ１２、Ｂａｃｉｔｒａｃｉｎ、インシュリン、チトクロームＣ、ミオグロビン、α−ｃｈｙｍｏｔｒｙｓｉｎｏｇｅｎｅ 、ペプシン、オバアルブミン、Ｂｏｖｉｎｅアルブミン、ａｌｄｏｌａｓｅ 、γ−グロブリンをマーカー分子として用いた阻止率９０％の値を指す。

前記逆浸透膜装置としては、逆浸透膜のファウリングを好適に防止し得る点において、円板状の多数の逆浸透膜をスペーサーを介して積層し、該逆浸透膜の表面とスペーサーの間を処理する水が流れる時に圧力をかけて水のみを透過させ、逆浸透膜の内側に脱塩された処理水を貯留させ、該処理水を前記逆浸透膜と連通した処理水用導管に導入し、該処理水用導管を経て排出する逆浸透膜装置を好適に用いることができる。
また、前記逆浸透膜としては、酢酸セルロースからなる逆浸透膜や芳香族ポリアミド、脂肪族ポリアミド、ポリアミド−ヒドラジドといったポリアミド系合成膜を使用することができ、ＮａＣｌ阻止率が９９％以上のものが好ましい。
なお、前記ＮａＣｌ阻止率は、常温において０．１５重量％のＮａＣｌ水溶液を２ＭＰａの圧力で処理した際に前記逆浸透膜を通過することを阻止することのできるＮａＣｌ量により求められた値である。

また、本実施形態の水処理装置としては、上述のような構成のものを例示したが、本発明においては、これらの装置以外に、一般的な水処理設備に用いられる設備をその効果が阻害されない範囲において適宜付加することができる。

次いで、前記処理装置を用いて、遺棄化学兵器により汚染された地下水の処理方法について説明する。

前記地下水には、有機砒素が砒素含有率として、１００ｐｐｍ以上の高濃度で有機砒素を含有する場合も有るが、通常、０．０１ｐｐｍ以上、例えば１ｐｐｍ程度含有されている。また、前記地下水には、通常、無機砒素、浮遊微粒子なども含有されている。
このような、地下水をポンプによって汲み上げ、凝集剤である塩化第二鉄とともに混和凝集槽へ導入し、混合攪拌手段により地下水と塩化第二鉄とを均一に分散させ、塩化第二鉄に有機砒素、無機砒素、浮遊微粒子などを凝集させる。このとき、前記塩化第二鉄を、地下水に対して１００〜２０００ｍｇ／Ｌ、好ましくは３００〜１５００ｍｇ／Ｌ、さらに好ましくは、５００〜１０００ｍｇ／Ｌとなるよう計量して混和凝集槽に導入する。
これは、前記凝集剤が１００ｍｇ／Ｌ未満の場合は、凝集力が不足し処理の効率を低下させる怖れを有し、前記凝集剤が２０００ｍｇ／Ｌを超える場合は、凝集剤の消費量に見合う有機砒素の凝集が行われずコストアップとなってしまう怖れを有するためである。また、混和凝集槽に供給する地下水と塩化第二鉄との量は、混和凝集槽から沈殿槽に供給するために排出する量とほぼ同量とし、混和凝集槽に貯留する前記地下水の量をほぼ一定に保持する。該保持する前記地下水の量としては、該地下水を前記混和凝集槽に貯留させる平均時間を３分以上とするのが好ましい。

次いで、前記混和凝集槽で塩化第二鉄を分散させた地下水を、流入管を用いて沈殿槽のセンターウェルに導入する。該センターウェルにおいて、導入した地下水を沈殿槽底部に向けた下降流とし無機砒素、浮遊微粒子とともに有機砒素も凝集物として沈殿させる。
前記沈殿槽で凝集物を沈殿させた前記地下水は、上澄み液となり前記越流せきを越えて凝集沈澱処理水槽に導入される。
このとき、前記沈殿槽は、無機砒素、浮遊微粒子に比べて微細な凝集物となる有機砒素の凝集物をより確実に沈殿槽に沈殿させるべく、水面積負荷を３０ｍ³／ｍ²／日以下とするのが好ましい。
前記沈殿槽において沈殿させた、無機砒素、浮遊微粒子、有機砒素の凝集物は、沈殿槽の底部から、高濃度のスラッジ（汚泥）として前記沈殿物取出口から適宜排出させ、別途、還元加熱処理などにより無害化させればよい。
また、前記スラッジを前記無害化する前に真空蒸発などにより減容化させてもよく、該減容化を行った場合は、無害化処理をより作業性の良好なものとし得る。

また、前記沈殿槽において無機砒素、浮遊微粒子、有機砒素を除去した地下水は、限外ろ過膜装置、及び逆浸透膜装置により無機砒素、浮遊微粒子、有機砒素をさらに除去させ砒素濃度として、例えば０．０１ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．００１ｍｇ／Ｌ以下に実質無害化して地下に戻すか、または、一般の地下水と同様に利用することができる。
また、前記限外ろ過膜装置及び前記逆浸透膜装置で有機砒素が濃縮された濃縮水は、前記沈殿槽に返送し再度沈澱処理を行う。
このように、本実施形態においては、沈殿槽と逆浸透膜装置との中間に限外ろ過膜装置を配しているため、沈殿槽から直接逆浸透膜装置に地下水を導入させる場合に比べ、逆浸透膜装置の負荷をより軽減させて高い処理効率の処理方法とすることができる。
また、前記限外ろ過膜装置の濃縮水は、有機砒素を含む微小凝集物の濃度が高められ、前記逆浸透膜装置の濃縮水は、有機砒素の濃度が高められていることから、これらの濃縮水に含まれる有機砒素ならびに有機砒素含有微小凝集物を、濃度が高められる前に比べて沈殿槽で沈殿させやすいものとすることができ、これらを沈殿槽に返送することで、より多くの有機砒素を沈殿槽にて除去し得る。その結果、濃縮水として無害化処理する場合に比べ濃縮水の減容化工程ならびにそのための設備を不要なものとでき、設備費用、運転費用を削減でき、作業性においても優れたものとし得る。

なお、本実施形態においては、処理設備の負荷を軽減させるため、原水ピット、沈砂池、原水槽からなる前処理設備を用いているが、本発明においては、特にこれらの前処理設備に限定されるものではなく、一般的な排水処理に用いる前処理設備を導入することが可能であり、逆にこれら前処理設備をもうけないことも可能である。
また、本実施形態においては、有機砒素を含有する水として、遺棄化学兵器により汚染された地下水を用いたが、本発明において有機砒素を含有する水としては、前記地下水に限定されるものではない。
また、前記含有する有機砒素としては、クロロビニルアルソニック酸、ビスジフェニルアルシネオキサイド、ジフェニルクロロアルシン、ジフェニルシアノアルシン、ジフェニルアルソン酸等を例示することができる。

また、本実施形態においては、有機砒素を含有する水に凝集剤を加える手段として、より凝集剤を分散させることができ、また、凝集のために所定時間の貯留を行い確実に凝集を生じさせ得るという点において混合攪拌機と貯留タンクとを備えた混和凝集槽を用いているが、本発明においては、特に、混合攪拌機などの分散手段や、貯留タンクなどの一時貯留する手段を設けるものに限定するものではなく、要すれば、このような混和凝集槽を用いずに沈殿槽において有機砒素を含有する水に凝集剤を加えてもよい。

また、本実施形態における凝集剤としては、有機砒素を凝集させる能力に優れる点から塩化第二鉄を採用しているが、本発明における凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、高分子凝集剤等を使用することができる。

また、本実施形態においては、有機砒素の凝集物を沈殿させる点において有利である点において先述のような沈殿槽を用いたが、本発明においては、特に沈殿槽の形態を限定するものではなく、一般的に水に浮遊している固形物を沈殿させる沈殿槽として用いられている沈殿槽を使用することができる。

また、本実施形態においては、前記限外ろ過膜装置として分画分子量５０００〜３０００００の限外ろ過膜を有するものを用いているが、本発明においては、限外ろ過膜装置としては、特に加えられる物ではなく、限外ろ過膜装置に代えて孔径０．１μｍ以下の精密ろ過膜を備えた装置を使用することも可能である。また、限外ろ過膜装置と精密ろ過膜装置とを併用してもよく、逆に、両方とも用いないことも可能である。

また、本実施形態においては、水分子を選択的に透過させて地下水を砒素濃度として、０．００１ｐｐｍ程度に実質無害化させた処理水と、有機砒素やその他のイオンなどを含有する濃縮水とに分離する点において、単位面積あたりの透過水量が大きく、有機砒素やその他のイオンの除去効果が高いという有利な点を有することから逆浸透膜として酢酸セルロースやポリアミド系合成膜を用いているが、本発明においては、その他の逆浸透膜を用いた逆浸透膜装置を用いることができる。

なお、本実施形態においては、限外ろ過膜装置や逆浸透膜装置において有機砒素が濃縮された濃縮水を沈殿槽に戻す手段を採用しているが、濃縮水中の有害物を活性炭に吸着させて無害化処理してもよく、減容化処理を行って還元加熱処理などの無害化処理設備で無害化してもよい。
前記濃縮水の減容化を行った場合には、無害化処理する非処理物の量を減らすことができ、無害化処理をより作業性の良好なものとすることができ、無害化処理設備までの運搬コストなどを減少させ得るものとなる。

一実施形態を示すブロック図。

符号の説明

２ 沈殿槽
３ 限外ろ過膜装置
４ 逆浸透膜装置

Claims (9)

1. 有機砒素を含有している水に凝集剤を加えて、含有している有機砒素を沈殿させて除去する沈殿工程の後に、さらに水中に残留する有機砒素を逆浸透膜を用いて除去する逆浸透膜工程を行うことを特徴とする水処理方法。
2. 前記沈殿工程と前記逆浸透膜工程との間に、限外ろ過膜を通過させて有機砒素を含有する固形物を除去する限外ろ過膜工程を行う請求項１記載の水処理方法。
3. 前記逆浸透膜工程及び前記限外ろ過膜工程の少なくとも一方において有機砒素を含有している水を有機砒素の濃度を高めた濃縮水として除去し、さらに前記濃縮水の水分を蒸発させて減容化を行う請求項１又は２記載の水処理方法。
4. 前記逆浸透膜工程及び前記限外ろ過膜工程の少なくとも一方において有機砒素を含有している水を有機砒素の濃度を高めた濃縮水として除去し、該濃縮水を前記沈殿工程以前に戻す請求項１又は２記載の水処理方法。
5. 前記凝集剤として塩化第二鉄を用いる請求項１乃至４の何れかに記載の水処理方法。
6. 有機砒素を含有している水を処理する逆浸透膜装置を備えた水処理装置であって、
   前記水に凝集剤を混合して前記有機砒素を沈殿させる沈殿槽を、前記逆浸透膜装置の上流側に備えたことを特徴とする水処理装置。
7. 前記沈殿槽と前記逆浸透膜装置との間に限外ろ過膜装置をさらに備えた請求項６記載の水処理装置。
8. 前記逆浸透膜装置及び前記限外ろ過膜装置の少なくとも一方において除去される有機砒素濃度が高められた濃縮水の水分を蒸発させて減容化を行う減容化装置をさらに備えた請求項６又は７記載の水処理装置。
9. 前記逆浸透膜装置及び前記限外ろ過膜装置の少なくとも一方において除去される有機砒素濃度が高められた濃縮水を前記沈殿槽以前に戻す返送装置をさらに備えた請求項６乃至８の何れかに記載の水処理装置。

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