JP2006289336A

JP2006289336A - 重金属類含有水の処理装置

Info

Publication number: JP2006289336A
Application number: JP2005242677A
Authority: JP
Inventors: Nariyuki Tsuzaki; 成幸津崎; Hitoshi Takeuchi; 均竹内
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】澱物を沈降させるのに時間を要せず、装置を簡易化できる重金属類含有水の処理装置を提供する。
【解決手段】重金属類含有水に含まれる重金属類を還元剤により還元することにより澱物を形成する反応槽２と、この澱物を含む重金属類含有水が導入される固液分離手段４と、澱物の一部を反応槽に再供給する返泥ライン４１と、固液分離手段によって分離された澱物を固形分にして排出する排出ライン４２とを設け、上記固液分離手段として、遠心力を制御する制御手段を備えた遠心分離機５を用いるとともに、制御手段により、澱物から水分を除去した固形分を排出ラインから排出する第１運転モードと、第１運転モードよりも遠心力が低く設定されて澱物を含む濃縮スラリーを返泥ラインから反応槽へ再供給する第２運転モードとを切換可能にした重金属類含有水の処理装置とした。また、この遠心分離機の水分排出部に着磁手段を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化還元反応を利用して重金属類を含む排水等から重金属類を除去する重金属類含有水の処理装置に関するものである。

近年、特許文献１に示すように、排水に含まれる重金属等の有害物質を除去する排水処理装置として、還元剤を添加して、還元された有害物質と澱物を形成する反応槽及びその後段に設けられた澱物を沈降させるクラリファイナーやシックナーなどの沈降槽を備えた装置が知られている。この排水処理装置においては、沈降した澱物の一部を、反応槽に再循環させ、残部を固形分として排出している。

しかしながら、上述の沈降槽を用いた場合には、澱物を沈降させるために時間を要するという問題がある。
さらに沈降させた澱物に水分が残余するため、沈降した澱物の一部をそのまま再循環させることはできるが、残部を固形分にして排出させることはできない。このため排水処理装置には、排出工程前にフィルタープレス等の脱水槽を設ける必要があり、装置が大型化するという問題がある。

特に、還元剤として還元性鉄化合物を用いて、有害物質を還元して除去する場合には、還元性鉄化合物がフェライトに酸化され、有害物質及びその還元物を共沈させて、澱物として除去している。この場合にも、澱物を沈降させるのに時間を要するため、一般に凝集剤を使用して、沈降作用を促している。
ところが、凝集剤を使用した場合には、フェライト生成反応が阻害されやすく、フェライト化が不完全な場合には、澱物を沈降させ難くなるという悪循環が生じている。

特開２００１−３２１７８１号公報

このため本発明は、澱物を沈降させるために時間を要せず、かつ、装置を簡易化できる重金属類含有水の処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、重金属類含有水に含まれる重金属類を当該重金属類含有水に添加された還元剤により還元することにより澱物を形成する反応槽と、当該反応槽において生成された澱物を含む重金属類含有水が導入される固液分離手段と、上記澱物の一部を上記反応槽に再供給する返泥ラインと、上記固液分離手段によって分離された上記澱物を固形分にして排出する排出ラインとを有する重金属類含有水の処理装置において、上記固液分離手段として、遠心力を制御する制御手段を備えた遠心分離機を用いるとともに、当該制御手段により、上記澱物から水分を除去した固形分を上記排出ラインから排出する第１運転モードと、上記第１運転モードよりも遠心力が低く設定されて上記澱物を含む濃縮スラリーを上記返泥ラインから上記反応槽へ再供給する第２運転モードとを、切換可能とすることを特徴とする重金属類含有水の処理装置である。

ここで、上記重金属類とは、例えば、セレン、カドミウム、六価クロム、鉛、亜鉛、銅、ニッケル、ヒ素、アンチモンなどの各種重金属元素や金属元素を包含するものである。
そして、上記重金属類含有水とは、上記重金属類を含む水の総称であり、自然発生的および人為的に生じた各種の廃水や排水等を含み、例えば、工場排水や下水、海水、河川水、沼や湖池の水、地表の溜まり水、河川等の堰止域の水、地下の流水や溜まり水、暗渠の水等であって、上記重金属類を含有するものをいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の重金属類含有水の処理装置において、前記反応槽において、前記還元剤として用いられる還元性鉄合物がフェライトに酸化されて、前記有害物質及びその還元物並びに上記フェライトを含む還元性鉄化合物の酸化物により上記澱物を形成することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の重金属類含有水の処理装置において、上記遠心分離機には、上記澱物から除去された水分及び上記重金属類含有水中の水分を排出する水分排出部に、着磁する手段を備えた磁性体が設けられていることを特徴とする。

上述の請求項１に記載の発明によれば、遠心分離機を用いたため、沈降槽を用いる場合と比較して、短時間で澱物から水分を除去することができる。

また、第１運転モードにおいては、遠心力を高く設定することで、澱物から水分を除去した固形分としたうえで排出することができる。このため、沈降槽の他に脱水槽を設けずに重金属類含有水の処理装置を構成することができる。
さらに、第２運転モードにおいては、遠心力を第１運転モードより低く設定することで、所望の水分保持率を有する濃縮スラリーを繰り返し反応槽に再供給することができる。

以上のように第１運転モード又は第２運転モードに設定することにより、遠心分離機のみで水分保持率の異なる澱物を、排出ライン又は返泥ラインに供給することができ、装置の簡易化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、還元剤として還元性鉄化合物を用いたため、フェライトを含む沈澱により、有害物質を還元し、澱物として徐々に沈降化する。そして、重金属類含有水の処理装置において、遠心分離機を用いたため、凝集剤を用いて沈降化させなくても、この澱物を効率よく分離除去することができる。

請求項３に記載の発明によれば、遠心分離機は、上記澱物から除去された水分及び上記重金属類含有水中の水分を排出する水分排出部に、着磁する手段を備えた磁性体が設けられているため、例えば、還元剤として用いた還元性鉄化合物等が、重金属類を還元することにより酸化されて磁性物質になると、この磁性物質が、生成された澱物とともに着磁した磁性体に付着するため、上記水分中に混入した細かい澱物を取り出すことができる。

本発明に係る重金属類含有水の処理装置の一実施形態を、図１ないし図３を用いて説明する。

この重金属類含有水の処理装置においては、図１に示すように、薬剤添加槽１、４槽の反応槽２及び緩衝槽３が順次連続して設けられている。
各々の反応槽２は、反応槽本体２１と、その上部中央に一体となって設けられている断面積が反応槽本体よりも小さい管状部材２２とから概略構成されている。

この反応槽本体２１は、断面四角形状に形成されており、その上部が、管状部材２２に向けて断面積が漸次小さくなることにより、周縁部から中央に向けて漸次上面に向かう傾斜面２１１によって形成されている。
一方、管状部材２２は、断面円形状に形成されており、重金属類含有水と大気との界面が内部に位置する高さに設けられている。

各々反応槽本体２１の連結部には、その底部に立設され、その上部に空間が設けられた配設板２１２と、その天井に垂設され、その下部に空間が設けられた配設板２１３とが設置され、これにより前段の反応槽２上部から後段の反応槽２の下部に向けて流路が形成されている。

反応槽２の管状部材２２には、上方の基台（図示されない）に載置された攪拌機２５用のモータから延出する回転軸が挿通されており、この回転軸の下端部に攪拌翼が、反応槽本体２１の下部中央部に位置するように設けられている。

緩衝槽３は、上部が開放されており、その後段には、固液分離手段４が移送ポンプを介装した配管３４により接続されている。
この固液分離手段４は、遠心分離機５と、三方弁４０ａと、それらの制御手段（図示を略す。）とが設けられている。

この遠心分離機５内には、モータ５ｂに接続された回転軸５ａを中心として回転可能にされた筒状の分離かご５ｃが設けられている。
そして、遠心分離機５の分離かご５ｃの外部には、分離された水分を排出するための排出管４３（水分排出部）が連結して設けられている。

この排出管４３は、一部が磁性体からなる管部４３ａにより構成されており、この磁性体を着磁させる手段として交流電源に接続された励磁コイル４４が設けられている。
なお、磁性体からなる管部４３ａの換わり磁性体からなるフィルターを内部に備えていてもよい。

また、遠心分離機５の底部には、ポンプ４０ｂが介装された配管４０が設けられ、この配管４０の端部には三方弁４０ａにより返泥ライン４１及び排出ライン４２が接続されている。

また、上記制御手段により、遠心分離機５の遠心力及び三方弁４０ａの接続が制御されて、第１運転モードと、第２運転モードとが設定されるようになっている。
この第１運転モードでは、澱物から水分を除去して、固形分とするように、遠心力が高く設定され、三方弁４０ａは配管４０と排出ライン４２とが接続されるようになっている。

他方、第２運転モードでは、澱物を含む濃縮スラリーとするように、第１運転モードより遠心力が低く設定され、三方弁４０ａは配管４０と返泥ライン４１とが接続されるようになっている。
この他に、各々回転所用時間が設定されるようになっている。

また、上記制御手段により、上記第１運転モード及び第２運転モードが、他方の運転モードに切り換えられるようになっている。
さらに、上記制御手段により、上記第２運転モードが微調整されるようになっており、所望の水分保持率の濃縮スラリーとするように遠心分離機５の遠心力が微調整されるようになっている。

上記返泥ライン４１は、濃縮スラリーを再供給するために薬剤添加槽１中の条件槽１２に接続されている。
この薬剤添加槽１は、図２に示すように、仕切板１０によって、排水槽１１と条件槽１２とが独立して設けられている。このうち排水槽１１には、処理される重金属類含有水の供給管と還元性鉄化合物としてのＦｅＳＯ₄の供給管とが接続されている。他方、条件槽１２には、返泥ライン４１とアルカリ性物質としてＣａ（ＯＨ）₂を添加するための供給管とが接続されている。

このように構成された重金属類含有水の処理装置を用いて排水を処理する場合の作用について、以下に説明する。

まず、重金属を含む排水を薬剤添加槽１の一部である排水槽１１に供給し、還元性鉄化合物を添加する。ここで還元性鉄化合物とは、ＦｅＳＯ₄やＦｅＣｌ₂等の第１鉄化合物の他、重金属等の有害物質に対し還元性を示す鉄化合物を意味するが、本実施形態においてはＦｅＳＯ₄を添加する。
すると、ＦｅＳＯ₄が添加された排水は、排水槽１１との連結部から初段の反応槽２に流入する。

一方、薬剤添加槽１の一部である条件槽１２においては、澱物のｐＨ値が１１〜１３となるように定量のＣａ（ＯＨ）₂を添加する。その後、条件槽１２に連結される流入口から初段の反応槽２に流入すると、排水槽１１から流入するＦｅＳＯ₄の加水分解によりｐＨ値が低下して、ｐＨ値が８．５〜１１程度に保持されながら、排水が攪拌翼によって攪拌されることにより、酸化還元反応が生じる。

より詳細には、添加されたＦｅＳＯ₄がグリーンラスト（示性式の一例［Ｆｅ（ＩＩ）₄Ｆｅ（ＩＩＩ）₂（ＯＨ）₁₂］²⁺［ＳＯ₄ｎＨ₂Ｏ］^2-）に、さらにグリーンラストが緩慢に酸化され、磁性を有するフェライト（Ｆｅ₃Ｏ₄）となる。
他方、グリーンラストの還元力により、排水に含まれる重金属がセレンである場合には、一部６価セレン（ＳｅＯ₄ ^2-）を４価セレン（ＳｅＯ₃ ^2-）や金属セレン（Ｓｅ）に還元する。この際、グリーンラストとフェライトとの混合沈澱が形成され、これに上記４価セレン等が取り込まれて澱物が形成される。

そして、ＦｅＳＯ₄が添加された排水は、初段の反応槽、２段目、３段目、４段目の反応槽へと、流入するに従い、グリーンラストとフェライトとの混合沈澱によるセレンの除去反応が進行する。

次に、澱物が含まれる排水は、４段目の反応槽２の流出口から緩衝槽３へと流入する。
緩衝槽３は、反応槽２に接続して設けられ、上部が開放されているため、その水位が反応槽２の排水の水位と同一になる。このため、緩衝槽３における排水と大気との界面の位置を調整することによって、反応槽２における排水と大気との界面の位置を管状部材２２内に保持する。

次に、緩衝槽３内の排水を、その水位により生じる水圧を利用して、移送ポンプの併用により固液分離手段４の遠心分離機５へと導入する。

固液分離手段４においては、澱物を固液分離するため、制御手段により、モータ５ｂの回転速度により定まる遠心力と、その運転時間とを、例えば図３に示すように調整する。
すなわち、固液分離手段４においては、制御手段を用いて、まず三方弁４０ａにより配管４０と排出ライン４２とを接続する。次に、遠心分離機５を遠心力７０００Ｇ〜９０００Ｇとして、例えば１５分間運転し、澱物から水分を除去して固形分とし、排出ライン４２から系外に排出する（第１運転モード）。その後、遠心分離機５を例えば１５分間停止させる。
次いで、三方弁４０ａにより配管４０と返泥ライン４１とを接続する。次に、遠心分離機５を、第１運転モードより遠心力を低く（遠心力５００Ｇ〜１５００Ｇ）設定し、かつ所用時間を短く（例えば１分間）設定して、澱物を含む濃縮スラリーとし、返泥ライン４１から条件槽１２に供給する（返送汚泥）（第２運転モード）。なお、制御手段により、遠心分離機５の遠心力を微調整して、所望の水分保持率の濃縮スラリーとする。その後、遠心分離機５を例えば１５分間停止させる。

また、これと並行して排水中の水分及び澱物から除去した水分は、排出管４３により外部へ排出する。
その際、交流電源を入れて、励磁コイル４４を通電させることにより、磁性体からなる管部４３ａを着磁させる。すると、上記水分中に混入した澱物が、磁性物質であるため管部４３ａに付着する。
次いで、管部４３ａに一定量以上の澱物が付着したときに、交流電源を切り、励磁コイル４４への通電を停止させて、磁性体からなる管部４３ａを消磁させる。その後、管部４３ａを振動、揺動させることにより、管部４３ａ付着した澱物を除去する。

上記第２の運転モードにより返泥ライン４１から条件槽１２に戻された澱物は、条件槽１２において、アルカリ性物質としてのＣａ（ＯＨ）₂が添加され、ｐＨ１１〜１３に調整される。

次いで、上記条件槽１２においてＣａ（ＯＨ）₂を添加した澱物を、前述の排水槽１１においてＦｅＳＯ₄を添加した排水と共に反応槽２へ供給する。
そしてＦｅＳＯ₄を添加した排水とＣａ（ＯＨ）₂を添加した澱物とが反応槽２において混合されて混合溶液となり、前述のように攪拌翼により攪拌され、澱物を形成しながら、緩衝槽３、遠心分離機５へ流れる。その後も前述と同様にして、遠心分離機５の運転モードを第１運転モードとして、固形分を排出ライン４２により排出し、次に第２運転モードとして澱物を含む濃縮スラリーを返泥ライン４１により条件槽１２へ再供給する。このようにして濃縮スラリーを、澱物として繰り返し再供給する。

上述のように澱物を含む濃縮スラリーを繰り返し再供給するのは、澱物中又は澱物と共に再供給される４価セレン等を取り込んでいない混合沈澱中に一部含まれるグリーンラストにより、排水中に含まれるセレンが沈澱化されると共に、グリーンラストの酸化により、フェライトの割合が増加することによって、圧密性、沈降性の良好な澱物の形成量を増加させるためである。
このため、遠心分離機５から濃縮スラリーを返送汚泥として薬剤添加槽１に再供給する割合は、澱物及び混合沈澱中の２価鉄イオンと全鉄イオンの比（Ｆｅ²⁺／全Ｆｅイオン）が０．４〜０．８となるように調整する。

上述の実施形態においては、遠心分離機５を用いることにより、遠心力を高く設定（遠心力７０００Ｇ〜９０００Ｇ）した第１運転モードの場合には、短時間で澱物から水分を除去することができる。
さらに、第２運転モードにおいては、遠心力を第１運転モードにより低く設定（遠心力５００Ｇ〜１５００Ｇ）することで、所望の水分保持率を有する濃縮スラリーを繰り返し条件槽１２に再供給することができる。特に、制御手段により、遠心力を微調整することで、湿度や温度の変化に応じて、容易に所望の水分保持率の濃縮スラリーを再供給することができる。

以上のように第１運転モード又は第２運転モードに設定することで、遠心分離機５のみで水分保持率の異なる澱物を、排出ライン４２又は返泥ライン４１に供給することができ、排水処理装置の簡易化を図ることができる。

この排水処理装置において、遠心分離機５を用いたため、還元剤としてＦｅＳＯ₄を用いた場合にも、沈降に時間を要するグリーンラストとフェライトとの混合沈澱の沈降を促進させ、繰り返す事によりセレンの除去反応を進行させることができる。

また、反応槽２は、反応槽本体２１よりも内部断面積の小さい管状部材２２が、上記排水と大気との界面が位置する高さに設けられているため、完全な大気遮断雰囲気ではないが、排水と大気との接触面積を最小限に抑制し、大気中の酸素によるＦｅＳＯ₄及びグリーンラストの酸化や、セレンの酸化を防止することができる。このため、ＦｅＳＯ₄がグリーンラストを経て、フェライトに緩慢に酸化されることによりセレンを還元し、効率よく澱物を沈降させることができる。

さらに、反応槽本体２１は、その上部が、上記傾斜面２１１によって形成されているため、大気中の酸素が排水中に混入した場合にも、上記傾斜面に沿って酸素を上昇させ、管状部材から外部へ排出することができる。このため、排水と大気との接触時間を最小限に抑制し、ＦｅＳＯ₄がフェライトに緩慢に酸化されることによりセレンを還元することができる。

さらに、上述の反応槽２は、攪拌機２５が挿通された管状部材２２を利用して、排水と大気との接触面積を最低限に抑制したため、セレンを還元し排水から除去するという簡易な装置構造とすることによって、メンテナンスの頻度を低減することができる。

なお、本発明の重金属類含有水の処理装置は、上述の実施の形態に限られない。例えば、第１運転モードと第２運転モードのサイクルは、上述のタイムサイクルに限定されず、濃縮スラリーの水分保持率等に応じて変化させてもよい。

本発明に係る重金属類含有水の処理装置の一実施形態を示した断面模式図である。本発明に係る重金属類含有水の処理装置の一部である薬剤添加槽の一実施形態として示した平面模式図であり、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う平面模式図である。本発明に係る重金属類含有水の処理装置の一部である遠心分離機の運転モードの一実施形態を説明するタイムサイクルである。

符号の説明

１・・・薬剤添加槽
２・・・反応槽
３・・・緩衝槽
４・・・固液分離手段
５・・・遠心分離機
５ａ・・・回転軸
５ｃ・・・分離かご
１０・・・仕切板
１１・・・排水槽
１２・・・条件槽
２１・・・反応槽本体
２２・・・管状部材
２５・・・攪拌機
３４、４０・・・配管
４０ａ・・・三方弁
４０ｂ・・・ポンプ
４１・・・返泥ライン
４２・・・排出ライン
４３・・・排出管
２１１・・・傾斜面
２１２、２１３・・・配設板

Claims

重金属類含有水に含まれる重金属類を当該重金属類含有水に添加された還元剤により還元することにより澱物を形成する反応槽と、
当該反応槽において生成された澱物を含む重金属類含有水が導入される固液分離手段と、
上記澱物の一部を上記反応槽に再供給する返泥ラインと、
上記固液分離手段によって分離された上記澱物を固形分にして排出する排出ラインと
を有する重金属類含有水の処理装置において、
上記固液分離手段として、遠心力を制御する制御手段を備えた遠心分離機を用いるとともに、
当該制御手段により、上記澱物から水分を除去した固形分を上記排出ラインから排出する第１運転モードと、
上記第１運転モードよりも遠心力が低く設定されて上記澱物を含む濃縮スラリーを上記返泥ラインから上記反応槽へ再供給する第２運転モードとを、切換可能とすることを特徴とする重金属類含有水の処理装置。
前記反応槽においては、前記還元剤として用いられる還元性鉄合物がフェライトに酸化されて、前記有害物質及びその還元物並びに上記フェライトを含む還元性鉄化合物の酸化物により上記澱物を形成することを特徴とする請求項１に記載の重金属類含有水の処理装置。
上記遠心分離機は、上記澱物から除去された水分及び上記重金属類含有水中の水分を排出する水分排出部に、着磁する手段を備えた磁性体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の重金属類含有水の処理装置。