JP2007211315A - 重金属類を含む被汚染物の浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反応槽2は、隔膜Mによって隔離されたアノードAを含むアノード区域10とカソードCを含むカソード区域20とを含む。カソード区域20には、被汚染物供給手段22を介して重金属類を含む被汚染物を、酸性物質又はアルカリ性物質供給手段24を介して酸性物質又はアルカリ性物質を、水供給手段26を介して水を供給する。これらのスラリーを還元的雰囲気及び強酸性又は強アルカリ性雰囲気の共存下に維持して、重金属類を溶出及びカソード表面に電解析出させ、重金属類を被汚染物及び間隙水から分離する。
【選択図】図1
Description
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。なお、図中、同じ構成要素には同じ参照符号を付す。
図1に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。
図2に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマ製NEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。
図1に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。カソード区域に、ごみ焼却飛灰をさらにプラズマで溶融した際に生じる溶融飛灰(鉛含有濃度36g/kg;採取場所:Dごみ焼却溶融炉)100gと、水道水640mLと、20%塩酸250mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で700rpmの速度で撹拌し、被験系とした。鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により0.5mm厚に溶融浸漬した銅製エキスパンドメタルの耐腐食性カソードを被験系内に挿入し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。アノード区域には、水道水810mLと、47%硫酸90mLと、を添加し、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードを挿入した。
実施例1と同様の条件下で、カソード電位を-0.25Vに設定して20分間運転した時の鉛除去試験結果を表4に示す。
図4に示すように、高さ0.4m、横幅0.1m、奥行き0.05mの内容量2000mLのアクリル製反応槽を中央部で陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を用いて、それぞれ、高さ0.4m、横幅0.05m、奥行き0.05mの寸法の区画に分けて、カソード区画及びアノード区画とした。カソード区画に、難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:E自動車工場)100gと、水道水800mLと、1:1塩酸50mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌し、被験系とした。ニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソードを被験系内に水面2cmの深さに設置し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。また、タイゴンチューブと循環ポンプを使用して上部から上澄みを吸引し、装置底部から再注入する循環系を構成した。循環水流は、土壌に含まれる細粒画分のみがカソードに到達でき、カソード表面に析出した鉛が剥離しない流速(本実施例においては、0.5L/minであった)に調節した。
図5に示すように、2400mlアクリル製の浄化反応槽2をカソード側1400ml、アノード側1000mlになるように陽イオン交換膜(DuPont社製NAFION)Mで中央を仕切る。スラリー形成部2aにおいて膜に最も近い位置に、析出用カソードC-2としてニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)電極を、膜から最も遠い位置に、溶出用カソードC-1a,C-1bとしてグラファイト電極をそれぞれ設置した。分離部2bには膜から2cmの位置にアノードA-1,A-2としてグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製)を2本設置した。両カソードは並列に配線されており、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続した。
図6に示すように、角型の2400mL透明ポリ塩化ビニル製浄化反応槽をカソード側1400mL、アノード側1000mLになるように陽イオン交換膜(DuPont社製NAFION)Mで中央を仕切る。カソード区域において膜に最も近い位置に、析出用カソードC-2として鉛-スズ合金(鉛/スズ=40/60)により20μm厚にメッキした銅製電極を、膜から最も遠い位置に、溶出用カソードC-1としてカーボン電極をそれぞれ設置した。アノード区域には膜から2cmの位置にアノードAとしてグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製)を1本設置した。両カソードは並列に配線されており、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続した。
図14及び図15に示す2000L容角型リアクター(幅2m、奥行き1m、深さ1m)に、鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:E自動車工場工場)200kgと、水道水1500Lと、20%塩酸200Lと、を添加し、リアクター底部に窒素ガス散気管6本を配して2m3/分の通気速度でガス撹拌し、被験系とした。図14に示すように直径60mmの円筒形の隔膜ユニット(アストムED-CORE)10ユニットを配し(有効膜面積1.5m2)、各ユニット間を仕切るように鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により20μm厚にメッキした銅製金網からなるカソードを27ユニット配備した。隔膜ユニット中には5%硫酸液を循環通水してアノード反応液とした。カソードを治具および整流器を介してアノードに接続し、1000Aの定電流で20分間運転した。運転開始直後のカソード電位は、0.0V程度であったが、数分で-0.3V程度まで低下した。この間に液中の酸化力のある物質が還元消費されたと考えられる。その後運転を停止する30分後までに徐々に-0.76Vまで低下した。この間に鉛の析出が進んで液相鉛濃度が低下し、定電流維持の為に低い電位へシフトしたものと考えられる。
図14及び図15に示す2000L容角型リアクターを被験系に、図16及び図17に示す改造した2000L容角型リアクターを対照系として実施例9と同様に試験を行った。被汚染物として、鉛汚染土壌の代わりにスズ汚染土壌(スズ含有濃度530mg/kg乾土;採取場所:F薬品工場)200kgを用いた。結果を表10に示す。
図14及び図15に示す2000L容角型リアクターを用い、カソードとして鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により20μm厚にメッキした銅製金網を用いたものを被験系1に、同じくカソードとしてニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網を用いたものを被験系2に、銅金網を用いたものを対照系として実施例9と同様に試験を行った。試験は2日間かけて行い、初日に3種類のカソードについて試験を行った後、カソードユニットを水洗せずに塩酸酸性のスラリーが付着した状態で一晩放置した。2日目に再び同じカソードユニットを使って同じ試験を繰返し行い、一晩放置したことによる腐食の影響を評価した。初日の結果を表11に、2日目の結果を表12に示す。
2:反応槽(スラリー形成槽)
2a:スラリー形成部
2b:分離部
3;120:固液分離機
5:重金属トラップ(ガス洗浄瓶)
A:アノード
A-1:第1のアノード
A-2:第2のアノード
C:カソード
C-1a,C-1b:溶出用カソード
C-2:析出用カソード
M:隔膜
10:アノード区域
20:カソード区域
22;111:被汚染物供給手段
24;112:酸性物質又はアルカリ性物質供給手段
26;115:水供給手段
27:不活性ガス供給手段(散気管)
28:pH計用電極
34:スラリーポンプ
40:液体循環ライン
50:カソード保護部材
Claims (10)
- 重金属類を含む被汚染物質から重金属類を除去する装置に用いるカソードであって、
少なくとも該カソードの接液部が、鉛、ニッケル、スズ、クロムから選択される少なくとも1種類の金属もしくはこれらから選択される少なくとも1種類の金属を含む合金から構成されていることを特徴とする耐腐食性カソード。 - 前記耐腐食性カソードの基材は銅である請求項1に記載のカソード。
- 前記耐腐食性カソードの形状は、網状、エキスパンドメタル状、パンチングメタル状、ハニカム状のいずれかである請求項1または2に記載のカソード。
- 重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段と、還元的雰囲気を提供する請求項1〜3のいずれかに記載の耐腐食性カソードと、隔膜と、アノードと、を具備し、
該隔膜によって該アノードを含むアノード区域と、該耐腐食性カソード及び該被汚染物供給手段を含むカソード区域と、が形成され、
該カソード区域は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、該被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び該溶出した重金属類イオンの該被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽を含む、重金属類を含む被汚染物の浄化装置。 - 前記アノードを囲むように前記隔膜を位置づけて、前記隔膜の内側に前記アノード区域を形成し、前記隔膜の外側に前記カソード区域を形成することを特徴とする請求項4に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
- 隔膜単独もしくは隔膜と他の補強材との組み合わせから構成される円筒形、箱状又は袋状の形態の隔膜内部に前記アノードを位置づけ、隔膜外部に請求項1〜3の何れか1項に記載の耐腐食性カソードを位置づけた電極−隔膜ユニットを含むことを特徴とする請求項5に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
- 前記耐腐食性カソードは、前記隔膜を囲むように、星形、放射状または仕切り板状に配置されることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
- 前記還元的雰囲気は、カソードの電極電位を水素標準電極電位に対して-0.16V以下とすることにより提供される、請求項5〜7の何れか1項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
- 重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段と、還元的雰囲気を提供する請求項1〜4のいずれかに記載の耐腐食性カソードから構成される析出用カソードと、溶出用カソードと、隔膜と、アノードと、を具備し、
該隔膜によって該アノードを含むアノード区域と、該析出用カソード、該溶出用カソード及び該被汚染物供給手段を含むカソード区域と、が形成され、
該カソード区域は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、該被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び該溶出した重金属類イオンの該被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽を含む、重金属類を含む被汚染物の浄化装置。 - 前記還元的雰囲気は、析出用カソードの電極電位を水素標準電極電位に対して-0.16V以下とすることにより提供される、請求項9に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
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