JP2010269282A

JP2010269282A - 水の浄化方法および浄化装置

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Publication number: JP2010269282A
Application number: JP2009125151A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Yasui; 伸弘安井; Hiroyuki Nakazato; 広幸中里; Hiroyuki Shigetoshi; 宏之重年
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: JP5371546B2

Abstract

【課題】無動力で効率的に、鉄を含む酸性水である処理対象水の鉄濃度を低減し弱酸性化する浄化方法および浄化装置を提供する。
【解決手段】５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化方法であって、前記処理対象水を枝葉へ散水する鉄除去処理工程と、前記鉄除去処理工程後の処理対象水を炭酸カルシウムに流通させる中和処理工程と、を備える浄化方法が提供される。さらに、５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化装置であって、枝葉への散水により鉄除去処理を行う枝葉散水処理部と、炭酸カルシウムによる中和処理を行う炭酸カルシウム処理部と、を備える浄化装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば休廃止鉱山の坑口などから湧出する鉄を含む酸性水等である処理対象水を浄化する浄化方法および浄化装置に関する。

従来、例えば有機物等を含む各種排水や汚濁水の浄化方法として植物系資材を用いた方法（特許文献１）や、生物膜を用いた方法（特許文献２）が開示されており、各種排水や汚濁水に含まれる窒素の除去がこれらの方法によって行われている。

一方、例えば、休廃止鉱山の坑口などから湧出する坑廃水は鉄を含む酸性水であり、その含有される鉄分はＦｅ^２＋の形態であることが多いことが確認されている。一般的に、鉄を含む坑廃水は、動力を用いて処理場に導水し、坑廃水が導入された反応槽に中和剤を投入後、動力を用いて攪拌し、発生した鉄殿物と処理後水を固液分離した後、処理後水のみを放流するといった方法により処理されてきた。また、反応槽に中和剤を投入する代わりに、アルカリ剤を充填させた処理槽を用い、その処理槽に坑廃水（処理対象水）を通水させて鉄殿物と処理後水を分離させる方法が採られていた。

特開２００７−２６０５４９号公報特開２００５−３４７３９号公報

しかしながら、坑口の多くは、奥深い山間部にあり、電気等の動力が確保できないことから、上述した動力を用いる坑廃水の浄化方法は使用することができなかった。そこで、無動力で何らかの水質改善方法を創案する必要があり以下のような方法が創案されていた。即ち、無動力で、鉄が含まれる酸性水を処理する処理方法として、アルカリ剤を充填させた処理槽に処理対象水を通水させる方法が創案されている。しかし、この方法では、アルカリ剤の表面が固形の鉄澱物で急速にコーティングされ、中和反応がおこらなくなり、固形の鉄澱物でコーティングされたアルカリ剤の間が泥状の鉄澱物で埋められ目詰まりをおこし、処理対象水の通水が行えないという問題があった。

そこで、上記問題点に鑑み本発明の目的は、無動力で効率的に、鉄を含む酸性水である処理対象水の鉄濃度を低減し弱酸性化する浄化方法および浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化方法であって、前記処理対象水を枝葉へ散水する鉄除去処理工程と、前記鉄除去処理工程後の処理対象水を炭酸カルシウムに流通させる中和処理工程と、を備える浄化方法が提供される。

前記鉄除去処理工程において、前記処理対象水の全鉄濃度の５０％以上を除去する。また、前記鉄除去処理工程を経た処理対象水を枝植物に流通させる第２の鉄除去処理工程を備えることができ、前記鉄除去処理工程および前記第２の鉄除去処理工程において用いる枝葉及び／又は枝植物を、鉄除去能が全鉄濃度の３０％以下となったときに交換することができる。さらにまた、浄化処理開始後４ヶ月〜１２ヶ月経過後に前記枝葉及び／又は枝植物を交換してもよい。また、前記中和処理工程で、前記処理対象水をｐＨ５以上とし、前記中和処理工程で用いる炭酸カルシウムは蛎殻であることが好ましい。

また、別な観点からの本発明によれば、５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化装置であって、枝葉への散水により鉄除去処理を行う枝葉散水処理部と、炭酸カルシウムによる中和処理を行う炭酸カルシウム処理部と、を備える浄化装置が提供される。該浄化装置は、前記枝葉散水処理部において処理された処理対象水を枝植物に流通させる、枝植物処理部を備えていてもよい。また、前記炭酸カルシウムに植物が植設されており、前記炭酸カルシウムは蛎殻である。

本発明によれば、鉄を含む酸性水である処理対象水を無動力で効率的に浄化する浄化方法および浄化装置が提供される。この浄化方法および浄化装置によれば、例えば休廃止鉱山の坑口などから湧出する坑廃水等の効率的な浄化が可能となり、環境性、コスト性に優れた処理対象水の浄化が行われる。

浄化装置１の概略図である。表１および表２に示すデータをグラフ化したものである。表１および表２のデータの平均値に基づいて処理工程ごとの鉄（全鉄、二価鉄）の濃度およびｐＨの値の変化をグラフにしたものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明にかかる浄化装置１の概略図である。浄化装置１は、処理対象水を処理する３つの処理部から構成されている。図１に示すように、これら３つの処理部は、処理対象水の導入される上流側から順に枝葉散水処理部１０、枝植物処理部２０、炭酸カルシウム処理部３０である。枝葉散水処理部１０には例えば詰めた際に軽く表面積が広く空隙率の高くなる松葉や杉葉や杉枝などが敷き詰められている。なお、枝葉は特にこれらに限定されず、あらゆる植物の枝葉を適宜利用できる。枝に対する葉の比率は０超〜４０％程度が望ましい。
また、枝植物処理部２０には例えば詰めた際に軽く表面積が広く空隙率が高いうえに植栽を支持する強度の出る杉枝などが敷き詰められている。なお、枝植物は特に限定されず、あらゆる植物の枝を適宜利用できる。
さらに、炭酸カルシウム処理部３０には、炭酸カルシウム含量が８０％以上の貝殻などを使用できる。例えば、ホタテ貝殻（９６．６８％）や蛎殻（８９．３０％）などが挙げられる。また、蛎殻には植物を植設してもよい。例えば、主成分が炭酸カルシウムである蛎殻等の炭酸カルシウムを敷き詰め、そこに、シュロ、ミント、シキザキ、カラー、ミソハギ、キショウ、ブルー、キショウブ、ヒメ、セキ、ブルーベリー枝、ワスレ、クレ、ルイ、キ、ルイジアナアヤメ、エゾミソ、セリ、ヒメイワ、セキショウのような常緑で落葉を受け止めその多くを排除する植物を植栽できる。なお、枝葉散水処理部１０、枝植物処理部２０には、代表的には庭の剪定時に発生する剪定くずを利用できる。

また、枝葉散水処理部１０の上流には処理対象水を導入する処理対象水導入路４０が設置され、例えば休廃止鉱山の坑口等から湧出する坑廃水（処理対象水）がこの処理対象水導入路４０から浄化装置１（枝葉散水処理部１０）に導入される。枝葉散水処理部１０と枝植物処理部２０は連通水路１１を介して連通し、また、枝植物処理部２０と炭酸カルシウム処理部３０は連通水路２１を介して連通している。なお、本実施の形態における処理対象水は５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む。ここでの鉄分は８０％以上の二価鉄を含むことを示す。また、処理対象水が鉱水であるときは、具体的には鉄分は５０ｍｇ／Ｌ以下含まれ、本発明の浄化方法で効率よく処理できる。

炭酸カルシウム処理部３０には処理後の水（処理水）を排出する排出水路３１が設けられ、排出水路３１は処理水を貯留する貯留部５０に接続されている。また、枝葉散水処理部１０、枝植物処理部２０、それぞれの出口近傍には、全鉄濃度測定計５２が設置され、炭酸カルシウム処理部３０の出口近傍にはｐＨ測定計５３が設置される。これにより各処理部での処理後の処理対象水について全鉄濃度あるいはｐＨ値が測定される。

以上、図１に示すように構成される浄化装置１において、例えば休廃止鉱山の坑口などから湧出する鉄を含む酸性水等である処理対象水から鉄を除去する浄化処理が行われる。まず、処理対象水は処理対象水導入路４０から枝葉散水処理部１０に導入される。そして、枝葉散水処理部１０において処理対象水の全鉄濃度の５０％以上が除去されるように鉄除去浄化処理が行われる。なお、処理対象水の全鉄濃度は、枝葉散水処理部１０に取り付けられた全鉄濃度測定計５２によって常時測定されている。

鉄除去処理された処理対象水は、連通水路１１を介して枝葉散水処理部１０から枝植物処理部２０へ流入する。枝植物処理部２０において処理対象水の全鉄濃度の８５％以上が除去されるように第２の鉄除去浄化処理が行われる。処理対象水の全鉄濃度は上記同様枝植物処理部２０に取り付けられた全鉄濃度測定計５２によって常時測定される。ここで、枝葉散水処理部１０、枝植物処理部２０のいずれか一方または双方での鉄除去能が全鉄濃度の３０％以下となった場合や、使用開始から４ヶ月〜１２ヶ月程度経過した場合には、鉄除去能の低下を防止する観点から、敷き詰められた枝植物を交換することが好ましい。これは、枝葉散水処理部１０や枝植物処理部２０に敷き詰められた杉葉等に鉄化合物が過剰に付着して鉄除去能が低下することを防止するためである。

上述したように鉄除去処理された処理対象水は、連通水路２１を介して枝植物処理部２０から炭酸カルシウム処理部３０に流入する。炭酸カルシウム処理部３０においては、上記枝葉散水処理部１０および枝植物処理部２０では行うことができない中和処理が行われ、処理対象水のｐＨが５以上となるように浄化処理が行われる。なお、公共水域に放流可能な水質は、ｐＨ５．８〜ｐＨ８．６とされているので、放流する場合は、例えば更なる中和処理やアルカリ処理を行い、かかる水質に調整すればよい。

以下には、炭酸カルシウム処理部３０における浄化処理のメカニズムについて説明する。処理対象水に含まれる鉄分は、ほとんどが二価鉄（硫化鉄）である。一般的には、二価鉄（硫化鉄）と炭酸カルシウムの反応は次式（１）のように示される。

しかし、上記式（１）に示す反応は、ｐＨ６以上の条件下でなければ起こらないことがわかっているため、本発明において炭酸カルシウム処理部３０における二価鉄と炭酸カルシウムの反応は、以下の式（２）に示すように多段階の反応であると考えられる。なお、この式（２）に示す反応によれば、二価の硫化鉄はＦｅ（ＯＨ）_３の褐色澱物となって処理対象水から除去されることとなる。

また、処理対象水には二価以外の鉄も微量に含まれており、炭酸カルシウム処理部３０ではその二価以外の鉄についても除去が行われる。この反応については以下の式（３）に示す反応が生じ、鉄が除去されている。

以上説明した反応により、炭酸カルシウム処理部３０において処理対象水の浄化処理がさらに行われ、当初酸性であった処理対象水が弱酸性化または中和され、約ｐＨ５〜８の値を示す処理水として排出水路３１から排出され、処理水は貯留部５０に貯留される。

以上説明したように、浄化装置１において鉄を含む酸性水である処理対象水の浄化処理が無動力で行われ、弱酸性化または中和された処理水が得られる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、炭酸カルシウム処理部３０に敷き詰められる炭酸カルシウムとしては蛎殻であるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、一般的に流通している塊状、粒状、粉状の炭酸カルシウムを用いることとしてもよい。ただし、蛎殻は形状が面形状であり表面にヒダがあるため、処理対象水との接触面積が大きく浄化処理の反応が効率的に行われるという利点があり、さらに、浄化処理時に発生する澱物による目詰まりもおこしにくいため、本発明においては、炭酸カルシウムとして蛎殻を用いるのが好ましいと考えられる。また、より好ましくは、蛎殻を細かく砕いて炭酸カルシウム処理部３０に敷き詰めることも考えられる。

また、本発明にかかる浄化装置１おいて、枝葉散水処理部１０に敷き詰める植物については、松葉、杉葉および杉枝が例示され、枝植物処理部２０に敷き詰められる植物については、杉枝が例示される。

本発明の実施例として、上記実施の形態で図１に示した浄化装置を用いて、処理対象水の浄化処理を行った。なお、処理対象水としては硫化鉄鉱を採掘した坑道跡に溜まった水が坑口から流出したものを利用した。

枝葉散水処理部としては、外寸６００ｍｍ×４００ｍｍ、高さ（深さ）２００ｍｍの球根籠（浅籠）および外寸６００ｍｍ×４００ｍｍ、高さ（深さ）２５０ｍｍの球根籠（深籠）に松葉、杉葉および杉枝を敷き詰め、それら球根籠を幅７００ｍｍの試験槽に浅籠２段、深籠３段を１列として、５列敷き詰めた。そして１列あたり２箇所に直径１０ｍｍの散水口を設置し、処理対象水を散水口から０．６〜１Ｌ／ｍｉｎの水量負荷でもって散水を行い、浄化処理を行った。

枝植物処理部としては、長さ４００〜５５０ｍｍ、直径３〜３０ｍｍの杉の剪定枝を球根籠に満たした後、球根籠に長さ４０ｍｍ以下に破砕した剪定枝を加えた球根籠を用意した。そしてこの球根籠に上記枝葉散水処理部で処理を行った後の処理対象水を接触させることで、処理対象水の浄化処理をさらに行った。

そして、炭酸カルシウム処理部としては、長さ１００ｍｍ〜２００ｍｍ、幅５０〜１００ｍｍ、厚さ５〜１０ｍｍの蛎殻を球根籠に満たし、さらに、空隙部に直径約１５ｍｍ、厚さ５〜１０ｍｍの破砕した蛎殻片を敷き詰め、そこにセキショウを植栽したものを使用した。この蛎殻および植物を満たした球根籠を炭酸カルシウム処理部として用い、上記枝植物処理部で処理を行った後の処理対象水の浄化処理を行った。なお、以下では炭酸カルシウム処理部での処理を蛎殻植物処理とする。

上述したように、枝葉散水処理部、枝植物処理部、炭酸カルシウム処理部における浄化処理を行ったことにより、各処理部には処理対象水から除去された褐色澱物が沈殿され、処理対象水が浄化された。以下にその浄化作用を示すデータについて表およびグラフを参照して説明する。

表１には、実施開始日からの経過日ごとに、原水（坑口から流出直後の処理対象水）、枝葉散水処理後の処理対象水、枝植物処理後の処理対象水、蛎殻植物処理後の処理対象水についてそれぞれの全鉄濃度、二価鉄濃度、ｐＨの値について、６回測定した結果を示した。また、それぞれの値の６回の平均値についても算出した。

また、実施開始後２８日目以降（実施開始から２８日目、４０日目、５２日目）では、処理対象水に対して蛎殻植物処理の後段にさらに蛎殻の槽を連結増設し、蛎殻処理の全容量を０〜１４日目までに比べて２倍程度に増量した。以下の表２にはその蛎殻処理後の全鉄、二価鉄、ｐＨを示す。

図２は上記表１に示すデータを全鉄（図２（ａ））、二価鉄（図２（ｂ））、ｐＨ（図２（ｃ））のそれぞれについてグラフ化したものである。また、図３は表１のデータの平均値に基づいて処理工程ごとの鉄（全鉄、二価鉄）の濃度およびｐＨの値の変化をグラフにしたものである。

表１、図２および図３に示されるように、枝葉散水処理、枝植物処理、および蛎殻植物処理を行うことにより処理対象水（原水）の全鉄および二価鉄はほとんど除去された。また、表２に示すように、蛎殻植物処理および蛎殻処理を行うことにより処理対象水のｐＨ値が５以上になっていることから、処理対象水の中和が蛎殻植物処理および蛎殻処理において行われていることがわかった。

本発明は、例えば休廃止鉱山の坑口から湧出する５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む酸性水等である処理対象水を浄化する浄化方法および浄化装置に適用される。

１…浄化装置
１０…枝葉散水処理部
１１、２１…連通水路
２０…枝植物処理部
３０…炭酸カルシウム処理部
３１…排出水路
４０…処理対象水導入路
５０…貯留部
５２…全鉄濃度測定計
５３…ｐＨ測定計

Claims

５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化方法であって、
前記処理対象水を枝葉へ散水する鉄除去処理工程と、
前記鉄除去処理工程後の処理対象水を炭酸カルシウムに流通させる中和処理工程と、を備える浄化方法。
前記鉄除去処理工程において、前記処理対象水の全鉄濃度の５０％以上を除去する、請求項１に記載の浄化方法。
前記鉄除去処理工程を経た処理対象水を枝植物に流通させる第２の鉄除去処理工程を備える、請求項１または２に記載の浄化方法。
前記鉄除去処理工程および前記第２の鉄除去処理工程において用いる枝葉及び／又は枝植物を、鉄除去能が全鉄濃度の３０％以下となったときに交換する、請求項３に記載の浄化方法。
浄化処理開始後４ヶ月〜１２ヶ月経過後に前記枝葉及び／又は枝植物を交換する、請求項３または４に記載の浄化方法。
前記中和処理工程で、前記処理対象水をｐＨ５以上にする、請求項１〜５のいずれかに記載の浄化方法。
前記中和処理工程で用いる炭酸カルシウムは蛎殻である、請求項１〜６のいずれかに記載の浄化方法。
５〜１００ｍｇ／Ｌの鉄分を含む処理対象水を浄化する浄化装置であって、
枝葉への散水により鉄除去処理を行う枝葉散水処理部と、
炭酸カルシウムによる中和処理を行う炭酸カルシウム処理部と、を備える浄化装置。
前記枝葉散水処理部において処理された処理対象水を枝植物に流通させる、枝植物処理部を備える、請求項８に記載の浄化装置。
前記炭酸カルシウム処理部に植物が植設されている、請求項８または９に記載の浄化装置。
前記炭酸カルシウムは蛎殻である、請求項８〜１０のいずれかに記載の浄化装置。