JP2006297364A

JP2006297364A - 重金属類含有水処理装置の反応槽

Info

Publication number: JP2006297364A
Application number: JP2005242676A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Takeuchi; 均竹内; Hiroshi Hayashi; 浩志林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】簡易な装置によって、大気中の酸素により阻害されることなく重金属類を除去し、メンテナンスの頻度を低減できる反応槽を提供することを目的とする。
【解決手段】重金属類含有水に含まれる重金属類を、還元性鉄化合物により還元することによって沈澱化し、除去する重金属類含有水処理装置の反応槽（２）として、重金属類含有水が導入される流入口と重金属類含有水を排出する流出口とを設けた反応槽本体（２１）の上部に、断面積が上記反応槽本体よりも小さく、かつ、攪拌機（２５）等の機器類が挿通されるとともに、重金属類含有水と大気との界面が内部に位置する管状部材（２２）を一体に設けた。また、前記反応槽本体の上部が上記管状部材の基端部に向けて、漸次断面積が小さくなるように形成した。さらに、管状部材の一部を磁性体により構成し、かつ、管状部材に磁性体を着磁させる着磁手段（２４）を設けた。
【選択図】図４

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処理装置の反応槽に関するものである。

排水等に還元性鉄化合物を添加して、重金属を還元することによって沈澱化し、排水等から重金属を除去する排水処理装置においては、排水と大気中の酸素とが接触すると、酸素によって還元性鉄化合物又は重金属が酸化されることにより、重金属を還元できず、所望の重金属の除去効果を得ることができない。
このため、従来からこの種の排水処理装置において、重金属を還元除去する反応槽には、大気中の酸素による還元剤等の酸化作用を防止すべく、排水を大気雰囲気から遮断する様々な構造が採用されている。

例えば特許文献１に開示された反応槽は、メカニカルシールの設置や不活性ガス雰囲気にすることにより、排水を大気雰囲気から遮断する。
しかしながら、メカニカルシールを設置した反応槽は、メカニカルシールのための機械的構造が必要となり、メンテナンスが必要とされる。
他方、不活性ガス雰囲気とした反応槽は、排水の量により充満させる不活性ガスの量を調整するため、ガス抜き弁が設けられる。この充満する不活性ガスが排水の流れを悪くする場合がある。また、ガス抜き弁が排水の流動状態により却って大気を引き込む可能性がある。

このため特許文献２に開示された反応槽は、不活性ガスの容量を可変としながらも、排水の流動悪化及び大気の引き込みを防止できるように密閉弾性バルーン体が連結して設けられている。
しかしながら、この反応槽でも、バルーン体が弾性体からなるため、構造が複雑になり、比較的頻度の高いメンテナンスを要するだけでなく、装置規模が大きくなるという問題があった。
特開平８−２６７０７６号公報特開平９−２４８５７９号公報

このため本発明は、簡易な装置によって、大気中の酸素により阻害されることなく重金属類を除去し、メンテナンスの頻度を低減できる反応槽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性鉄化合物により還元することによって沈澱化し、上記重金属類含有水中から除去する重金属類含有水処理装置の反応槽であって、上記重金属類含有水が導入される流入口と、当該重金属類含有水を排出する流出口とが設けられた反応槽本体の上部に、断面積が上記反応槽本体よりも小さく、かつ、攪拌機等の機器類が挿通されるとともに、上記重金属類含有水と大気との界面が内部に位置する管状部材が一体に設けられている重金属類含有水処理装置の反応槽である。

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処理装置の反応槽において、前記反応槽本体は、その上部が上記管状部材の基端部に向けて、漸次断面積が小さくなるように形成されている。

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処理装置用の反応槽において、上記管状部材の上端部には、当該管状部材から溢れた上記重金属類含有水を貯留する受皿部が設けられている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずか１項に記載の重金属類含有水処理装置の反応槽において、上記管状部材は、少なくとも一部が磁性体からなり、かつ、当該磁性体を着磁させる着磁手段が設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の重金属類含有水処理装置の反応槽において、上記着磁手段は、上記磁性体の着磁と消磁とを切換可能な励磁コイルであり、少なくとも上記重金属類含有水と大気との界面が上記励磁コイルに対応する位置から上部にあるときには、上記励磁コイルが通電して、上記磁性体を着磁させ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、上記重金属類含有水と大気との界面が、断面積が反応槽本体よりも小さく、かつ攪拌機等の機器類が挿通される管状部材の内部に位置するため、重金属類含有水と大気との接触を最小限に抑え、簡易な構造ながら大気中の酸素により阻害されることなく、セレン等の重金属類を還元し、重金属類含有水中から除去することができる。また、反応槽が簡易な構造であるため、メンテナンスの頻度を低減させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、反応槽本体の上部が、管状部材の基端部に向けて漸次断面積が小さくなるように形成されているため、重金属類含有水の供給量の変動により、一時的に上記重金属類含有水と大気との界面が反応槽本体内に位置した場合でも、重金属類含有水と大気との接触面積を最小限に抑えることができる。さらに反応槽本体は、管状部材の基端部に向けて漸次断面積が小さくなるように形成されているため、酸素等の空気が重金属類含有水中に混入した場合にも、その傾斜面に沿って上昇させ、管状部材から外部に排出し易い構造である。

請求項３に記載の発明によれば、管状部材から溢れた上記重金属類含有水を貯留する受皿部が設けられるため、同様に重金属類含有水の供給量の変動により、一時的に重金属類含有水が管状部材の上端から外部に溢れた場合でも、受皿部に貯留させて、再び管状部材又は反応槽内に供給することができる。

請求項４に記載の発明によれば、還元性鉄化合物として、例えば第１鉄化合物等の重金属類を還元することにより酸化されて磁性物質となる化合物を用いた場合に、管状部材の一部である磁性体を着磁させると、重金属類含有水の供給量の変動により一時的に重金属類含有水が管状部材の上端から溢れても、磁性物質を管状部材内に残留させることができる。また、この磁性物質を反応槽本体に戻すことで、重金属類の沈澱化を担保することができる。

特に、請求項５に記載の発明によれば、着磁手段が磁性体の着磁と消磁とを切換可能な励磁コイルであり、少なくとも上記重金属類含有水と大気との界面が上記励磁コイルに対応する位置から上部にあるときには、励磁コイルが通電して、管状部材の一部である磁性体を着磁させるため、磁性物質が管状部材の内壁に付着する。また、励磁コイルへの通電を停止させることにより、磁性体が消磁するため磁性物質を容易に反応槽に戻すことができる。

本発明に係る反応槽の一実施形態を、図１ないし図４を用いて説明する。

先ず、上記反応槽が組み込まれた重金属類含有水処理装置全体の概略を、図１を用いて説明する。
この重金属類含有水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。

緩衝槽３の後段には、沈降槽４が配管３４により接続されている。
さらに沈降槽４の後段には、上澄み液を排出する清透液槽５とこの上澄み液を貯留する排出槽８とが、配管４５とポンプが介装された配管５８とを介して接続されている。
さらにまた、沈降槽４の後段には、澱物を排出する排泥タンク６、脱水槽７が、順次ポンプが介装された配管４６、配管６７を介して接続されている。また、沈降槽４内の澱物を、反応槽２に再供給するための薬剤添加槽１が、ポンプが介装された戻り配管４１を介して接続されている。
また、戻り配管４１と配管４６とには、それぞれ沈降槽４内の澱物を選択的に移送するための切替弁が設けられている。

沈降槽４から澱物を再供給する薬剤添加槽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の供給管と配管７１とが接続されている。他方、条件槽１２には、戻り配管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。

次に実施形態の上記反応槽２の構成について、図３及び図４を用いて詳しく説明する。
各々の反応槽２は、図３に示すように、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、磁性体によって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。なお、後述の励磁コイル２４に対応する位置の下部には、上記磁性体に換えてリング状の非磁性体２２ａが設けられている。

この管状部材２２は、着磁手段として、その周囲にリング状の励磁コイル２４が設けられている。すべての管状部材２２の周囲に設けられたこの励磁コイル２４は、交流電源及びスイッチ２６ａを備えた並列回路２６に接続されている（図１参照）。

また、管状部材２２の内部には、重金属類含有水及び大気の界面位置計測手段として水位センサー２８が備えられている。なお、水位センサー２８は、いずれか一つの管状部材２２内又は緩衝槽３に備えられていればよい。

さらに、この水位センサー２８により計測された重金属類含有水と大気との界面が励磁コイル２４に対応する位置から上部にあるときには、励磁コイル２４に備えられたスイッチ２６ａを入れて（図１中実線）、励磁コイル２４を通電させる制御手段２７が設けられている。この制御手段２７は、管状部材２２の内壁の着磁部（励磁コイル２４に対応する位置）全面に磁性物質が付着した場合、スイッチ２６ａを切り（図１中点線）、励磁コイル２４の通電を停止させるようになっている。

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とが設置されている。この配設板２１２上部に設けられた空間が流出口となり、配設板２１３下部に設けられた空間が流入口となり、前段の反応槽２上部から後段の反応槽２の下部に向けた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用のモータから延出する回転軸２５１が挿通されており、この回転軸の下端部に攪拌翼２５２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。

また、図４に示す他の実施形態においては、上述の反応槽２に、管状部材２２から溢れた重金属類含有水を貯留する受皿部２３が上記管状部材２２の上端部に連結して設けられている。

このように構成された本実施形態の反応槽を有する重金属類含有水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、上述の排水槽１１に連結される流入口から初段の反応槽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２５２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、磁性物質であるフェライト（Ｆｅ₃Ｏ₄）となる。このグリーンラストは、第１鉄と第２鉄の水酸化物が層状をなし、還元力を持つと共にグリーンラストの層間に重金属イオンが取り込まれる。この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、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価セレンや金属セレンが取り込まれて澱物が形成される。

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。

この際、水位センサー２８により計測された排水と大気との界面が励磁コイル２４に対応する位置から上部にあるときには、制御手段２７によって、スイッチ２６ａが入る。これにより、排水中に含まれる澱物は、管状部材２２の内壁に付着するため、一時的に排水が管状部材の上端から溢れた場合においても、管状部材の上端から溢れることなく、管状部材２２の内壁に残留する。このため、排水と大気との接触面積を最小限に抑制し、大気中の酸素によりセレンの還元が阻害されることを抑制する。
なお、リング状の非磁性体２２ａが設けられているため、励磁コイル２４により発生した磁場の影響が反応槽本体２１内へ及ぶことを防止する。

その後、管状部材２２の内壁の着磁部全面に澱物が付着した場合、スイッチ２６ａを切ることにより、グリーンラストが反応槽本体２１に戻るため、上述のセレンの除去反応が担保される。
なお、水位センサー２８が管状部材２２の内部に備えられていることにより、並列回路２６及び制御手段２７により近く位置して、回線等の配置が容易になる。

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。また、水位センサー２８を備えた場合には、上部が傾斜面２１１によって形成されていないため、排水と大気との界面の位置を容易に計測する。

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、ポンプの併用により沈降槽４へと供給する。
沈降槽４においては、澱物を固液分離する。そのため、沈降槽４内に供給されて一定時間経過した後に、一方では上澄み液を清透液槽５へ供給し、さらに排出槽８に供給して、排出する。
他方、澱物は、一部排出すべく、下部に設けられたバルブを開口し、排泥タンク６、脱水槽７へ供給し、水分を除去する。その後、水分を除去した澱物を、外部へと排出し、除去された水分を、配管７１から排水槽１１へ返送する。残部は、澱物として再供給すべく、切替弁を開口し、戻り配管４１から条件槽１２へ再供給する。

再供給した澱物は、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を添加した返送汚泥（澱物）を、前述の排水槽１１においてＦｅＳＯ₄等を添加した排水と共に流入口から反応槽２へ供給する。
そしてＦｅＳＯ₄等を添加した排水と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２５２により攪拌され、澱物を形成しながら、緩衝槽３、沈降槽４へ流れる。その後も前述と同様にして、上澄み液及び澱物の一部を排出し、澱物の残部を戻り配管４１から条件槽１２へ再供給する。このようにして澱物を繰り返し再供給する。

上述のように澱物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、沈降槽４から澱物を条件槽１２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、反応槽本体２１よりも断面積が小さい管状部材２２の内部に、上記混合溶液と大気との界面を位置させたため、混合溶液と大気との接触面積を最小限に抑制し、大気中の酸素によりセレンの還元が阻害されることを防止することができる。

また、上述の反応槽２は、攪拌機２５等の機器類が挿通された管状部材２２を利用して、混合溶液と大気との接触面積を最低限に抑制することにより、重金属を還元し、沈澱化させ、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。

さらにまた、反応槽本体２１は、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によって形成されるため、供給量が変動し、一時的に上記排水と大気との界面が反応槽本体内に位置した場合であっても、混合溶液と大気との接触面積を最小限に抑えることができる。
その上、反応槽本体は、その上部が、上記傾斜面２１１によって形成されているため、大気中の酸素が混合溶液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。

また、上述の他の実施形態においては、管状部材の上端部に連結して受皿部が設けられているため、混合溶液が管状部材から外部に溢れたときにも、一時的に混合溶液を受皿部に貯留させて、再び管状部材又は反応槽内に供給することができる。

なお、本発明の反応槽は、上述の実施の形態に限られない。例えば、反応槽本体２１が、その上部において管状部材２２に向けて断面積が漸次小さくならなくてもよい。また、反応槽２の数は、必要反応時間に応じて増減してもよい。

本発明の反応槽を用いた重金属類含有水処理装置の一実施形態を示した断面模式図である。本発明の反応槽を用いた重金属類含有水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。本発明の一実施形態として示した反応槽の断面模式図であり、図１における反応槽の拡大断面模式図である。本発明の他の実施形態として示した反応槽の断面模式図である。

符号の説明

１・・・薬剤添加槽
２・・・反応槽
３・・・緩衝槽
４・・・沈降槽
５・・・清透液槽
６・・・排泥タンク
７・・・脱水槽
８・・・排出槽
１０・・・仕切板
１１・・・排水槽
１２・・・条件槽
２１・・・反応槽本体
２２・・・管状部材
２３・・・受皿部
２４・・・励磁コイル（着磁手段）
２５・・・攪拌機
３４、４５、４６、５８、６７、７１・・・配管
４１・・・戻り配管
２１１・・・傾斜面
２１２、２１３・・・配設板
２５１・・・回転軸
２５２・・・攪拌翼

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性鉄化合物により還元することによって沈澱化し、上記重金属類含有水中から除去する重金属類含有水処理装置の反応槽であって、
上記重金属類含有水が導入される流入口と、当該重金属類含有水を排出する流出口とが設けられた反応槽本体の上部に、断面積が上記反応槽本体よりも小さく、かつ、攪拌機等の機器類が挿通されるとともに、上記重金属類含有水と大気との界面が内部に位置する管状部材が一体に設けられていることを特徴とする重金属類含有水処理装置の反応槽。
前記反応槽本体は、その上部が上記管状部材の基端部に向けて、漸次断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の重金属類含有水処理装置の反応槽。
上記管状部材の上端部には、当該管状部材から溢れた上記重金属類含有水を貯留する受皿部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処理装置の反応槽。
上記管状部材は、少なくとも一部が磁性体からなり、かつ、当該磁性体を着磁させる着磁手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の重金属類含有水処理装置の反応槽。
上記着磁手段は、上記磁性体の着磁と消磁とを切換可能な励磁コイルであり、少なくとも上記重金属類含有水と大気との界面が上記励磁コイルに対応する位置から上部にあるときには、上記励磁コイルが通電して、上記磁性体を着磁させることを特徴とする請求項４に記載の重金属類含有水処理装置の反応槽。