JP2011000558A

JP2011000558A - シアン汚染地下水の処理方法

Info

Publication number: JP2011000558A
Application number: JP2009147116A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Fukunaga; 和久福永; Toshihiko Takagi; 敏彦高木; Eiichiro Imayasu; 英一郎今安
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: JP5143790B2

Abstract

【課題】Feの添加量が少なく、高分子凝集剤が不要で、かつ、スラッジ発生量が少ない、ランニングコストの少ないシアン汚染地下水の処理方法を提供する。
【解決手段】シアンで汚染された地下水のｐHを５．５以下に調整し、ポリ硫酸第二鉄を添加して撹拌した後、固液分離することを特徴とするシアン汚染地下水の処理方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、シアンで汚染された地下水の処理方法に関する。具体的には、シアン化合物を含有する地下水から鉄シアノ錯体を除去する方法に関する。

工場廃水に含まれるシアン化合物により汚染された地下水の処理方法としては例えば、特開２００４−８１９７９号公報（下記特許文献１）に、シアン汚染された地下水を亜鉛白法によって処理する方法であって、大気と遮蔽された環境下に地下水を地上に揚水する第１の工程、揚水した地下水に亜鉛塩を添加し亜鉛白を生成させる第２の工程、ｐＨを８．５〜１０の範囲内に調整し水酸化亜鉛を生成させて、亜鉛白とコロイド状青化亜鉛懸濁物とともに、腐植物質コロイドに結合したシアン成分を沈澱させる第３の工程、さらに沈殿した懸濁物などを分離除去する第４の工程を含むことを特徴とするシアン汚染地下水の処理方法などによって、シアンで汚染された地下水を揚水し、地上で効率的かつ経済的に浄化処理を行うことのできるシアン汚染地下水の処理方法および処理装置が提案されている。

また、代表的なシアン化合物の処理方法としては、以下のものがある。
１）アルカリ塩素法
２）オゾン酸化法
３）紺青法
以下、各方法について説明する。
１）アルカリ塩素法
最も代表的なシアン化物の処理方法である。アルカリを用いてｐＨ１０から１３にした後、塩素、次亜塩素酸、過マンガン酸カリウムなどの酸化剤を加えて、シアン化物イオンを酸化分解する。

しかし、アルカリ塩素法は、低濃度の比較的分解しやすいシアン化物の分解に適用可能であるが、高濃度のシアン化物の分解には適用できない。また、鉄、ニッケル、カドミウムなどとのシアン化錯体イオンにも適用が難しい。また、実際に土壌浄化への適用は、ｐＨ＝１０〜１３に上昇させることの困難性、次亜塩素酸塩を多量消費、環境影響などの観点から困難である。
２）オゾン酸化法
オゾンの酸化力によりシアン化合物を直接酸化する方法である。この方法では、特殊なオゾン発生設備が必要となり、コスト上の課題がある。また、酸化分解効率も必ずしも高いものではない。また、鉄などとのシアン化錯体イオンにも適用が難しい。
３）紺青法
工場廃水が地下に漏れ出し、地下水に混入したシアンは、地中の鉄分と鉄シアノ錯体を形成していることが多い。鉄シアノ錯体は、鉄塩を添加することにより、次のように反応して難溶性塩を生成する。

3[Fe(CN)₆]^4-+4Fe³⁺→Fe₄[Fe(CN)₆]₃ フェリフェロ形（プルシアンブルー）
2[Fe(CN)₆]^3-+3Fe²⁺→Fe₃[Fe(CN)₆]₂ フェロフェリ形（ターンブルブルー）
[Fe(CN)₆]^4-+2Fe²⁺→Fe₂[Fe(CN)₆] フェロフェロ形（ベルリンホワイト）
この場合、鉄イオンが不足するとFe[Fe(CN)₆]^-（可溶性プルシアンブルー）ができ可溶性シアノ鉄（II）イオンが残留し、凝集沈殿後も処理水の着色度は大となり、処理は不完全となる。

そこで、通常、硫酸第一鉄を過剰に入れて難溶性シアノ化合物として凝集沈殿させるが、二価の鉄（Fe²⁺）が過剰に必要となるため下記の問題点があった。

１）硫酸第一鉄を過剰に添加しなければならないため薬品費用が増大する。

２）上記の無機凝集剤に加えて、高分子凝集剤が必要になる。

３）発生するスラッジ量が多く、スラッジの処理費用が増大する。

特開２００４−８１９７９号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、Feの添加量が少なく、高分子凝集剤が不要で、かつ、スラッジ発生量が少ない、ランニングコストの少ないシアン汚染地下水の処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決すべく鋭意検討の結果、シアンで汚染された地下水のｐHを５．５以下に調整し、ポリ硫酸第二鉄を添加して撹拌した後、固液分離することにより、鉄シアノ錯体を除去できることを見出したものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）シアンで汚染された地下水のｐHを５．５以下に調整し、ポリ硫酸第二鉄を添加して撹拌した後、固液分離することを特徴とするシアン汚染地下水の処理方法。
（２）前記固液分離に、ろ過装置を用いることを特徴とする（１）に記載のシアン汚染地下水の処理方法。
（３）前記ろ過装置として、積層ろ過装置を用いることを特徴とする（２）に記載のシアン汚染地下水の処理方法。
（１）の発明によれば、フェロシアン[Fe(CN)₆]^4-には、ポリ硫酸第二鉄のFe³⁺が反応し、Fe₄[Fe(CN)₆]₃ （プルシアンブルー）として沈殿除去することができるうえ、フェリシアン[Fe(CN)₆]^3-は、ｐＨ５．５以下に調整することにより、ポリ硫酸第二鉄中の水酸化鉄と反応し共沈して除去することができる。
（２）の発明によれば、固液分離工程にろ過装置を用いることにより固液分離の効率を著しく高めることができる。
（３）の発明によれば、ろ過装置として積層ろ過装置を用いることにより、下記の効果を奏することができる。
・ケーキ層を作ってろ過するので処理液のＳＳ濃度（Suspended Solid濃度）が高くても処理できる。
・分離した固体を除去する逆洗水量を少なくすることができる。
・マッドボールによる詰まりが少ない。
・容易に洗浄できる。
・ろ過機自体がＳＵＳで作られているため洗浄が容易である。

本発明により、Feの添加量が少なく、高分子凝集剤が不要で、かつ、スラッジ発生量が少ない、ランニングコストの少ないシアン汚染地下水の処理方法を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

従来の紺青法を用いたシアン汚染地下水の処理フローを示す図である。本発明のシアン汚染地下水の処理フローを示す図である。本発明のシアン汚染地下水の処理方法の効果を示す図である。

本発明を実施するための形態について図１〜図３を用いて詳細に説明する。

図１は、従来の紺青法を用いたシアン汚染地下水の処理フローを示す図である。

シアンで汚染された地下水を井戸からポンプで吸い上げて、原水槽に移送し、硫酸（H₂SO₄）を加えてｐＨを５．６以上に調整し、硫酸第一鉄（FeSO₄・７H₂O）を過剰に添加して撹拌することにより難溶性塩を生成させる。この難溶性塩を凝集沈殿させるためには上記の無機凝集剤に加えて、高分子凝集剤を添加する必要があるうえ、発生するスラッジ量が多く、スラッジの処理費用が増大するという問題点があった。

図２は、本発明のシアン汚染地下水の処理フローを示す図である。

シアンで汚染された地下水を井戸からポンプで吸い上げて、原水槽に移送し、硫酸（H₂SO₄）を加えてｐＨを５．５以下に調整し、ポリ硫酸第二鉄を添加して撹拌することにより難溶性塩の生成に必要なFe量を低減することができる。また、ポリ硫酸第二鉄は鉄系の高分子凝集剤なのて、この難溶性塩を凝集沈殿させるためには従来のように別途、高分子凝集剤を添加する必要がないうえ、発生するスラッジ量が少ないためスラッジの処理費用を著しく低減することができる。

ポリ硫酸第二鉄は、一般式[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_ｍの組成からなり、ポリ鉄とも呼ばれている無機凝集剤である。ポリ硫酸第二鉄によるシアン化合物の凝集メカニズムは必ずしも明確ではないが、フェロシアン[Fe(CN)₆]^4-には、ポリ硫酸第二鉄のFe³⁺が反応し、Fe₄[Fe(CN)₆]₃ （プルシアンブルー）として沈殿除去することができるうえ、フェリシアン[Fe(CN)₆]^3-は、ｐＨ５．５以下に調整することにより、ポリ硫酸第二鉄中の水酸化鉄と反応し共沈して除去することができるため、難溶性塩の生成に必要なFe量を低減することができるものと考えられる。なお、凝集沈殿の際の撹拌速度は30〜100r.p.m.緩速撹拌が好ましい。

図２の処理フローでは、沈殿地により凝集沈殿させて固液分離を行う方法を示しているが、ろ過機を用いて固液分離を行うことにより、設備をコンパクト化することができるので、必要なスペースを低減することができるうえ、ユニット化することができるので、設備を移転して利用することも可能である。
しかし、ＳＳ濃度が高い場合には、通常の砂ろ過だと逆洗頻度が多く、逆洗水量も多くなるため、汚泥処理の費用がかさむ。

また、水酸化鉄主体のＳＳで粘性が高い場合には、マッドボールが発生し、閉塞し易いうえ、シアンを含むスラッジのため、ろ材の洗浄も困難であり廃棄物として処理する必要がある。

さらに、排水のｐＨは５．５以下のため、ろ過装置の材質をＳＵＳ等の耐食性の高い材質にする必要がある。

そこで、ろ過装置として積層ろ過装置を用いることが好ましい。

積層ろ過装置とは、ドーナツ状に成型されたステンレス製薄板を多数積層した積層板の内側に導かれた処理水が、積み重ねられた薄板間に形成される隙間（10〜50μｍ）でろ過するろ過装置であり、以下の効果を奏することができる。
・ケーキ層を作ってろ過するので処理液のＳＳ濃度（Suspended Solid濃度）が高くても処理できる。
・分離した固体を除去する逆洗水量を少なくすることができる。
・マッドボールによる詰まりが少ない。
・容易に洗浄できる。
・ろ過機自体がＳＵＳで作られているため洗浄が容易である。

図３は、本発明のシアン汚染地下水の処理方法の効果を示す図である。

図３の横軸はポリ鉄の添加量（mg/l）、縦軸は処理水シアン濃度T-CN（mg/ｌ）を示しており、ｐＨ７ではポリ鉄を700mg/l添加しても処理水シアン濃度T-CN（mg/ｌ）を2mg/l以下に低減することはできないが、シアン汚染地下水をｐＨ４〜５．５に調整し、ポリ鉄を350mg/l以上添加して撹拌した後、固液分離することにより合計シアン量T-CN（mg/ｌ）を2mg/l以下に低減することができることがわかった。

シアン汚染地下水をｐＨ４〜５．５に調整し、ポリ鉄を700mg/l以上添加して撹拌した後、固液分離することにより処理水シアン濃度T-CN（mg/ｌ）を1mg/l以下に低減することができることがわかった。

図４〜図７に従来のシアン汚染地下水の処理方法の実施例を示す。

図４に示すように、原水をアルカリ塩素法によりシアン分解した後、紺青法により処理を行った。また、図５に示すように、過酸化水素水により分解する方法でも試験を行った。さらに、図６に示すように、硫酸第一鉄による凝集沈殿を行った。

図７（a）に処理水の全シアン濃度分析値を示す。また、硫酸第一鉄注入量と処理水の全シアン濃度との関係を図７(b)に示す。図７（a）に示すように、アルカリ塩素法および過酸化水素分解では処理水全シアン濃度が1mg/l以下にならなかったが、硫酸第一鉄を2000mg/l注入すると処理水全シアン濃度が0.8mg/lとなった。このように、多量の硫酸第一鉄が必要になるうえ、高分子凝集剤も必要となるうえ、発生スラッジ量も多くなるという問題点があった。

次に、本発明のシアン汚染地下水の処理方法の実施例としてビーカー試験を行った結果を説明する。

井戸から採取したシアン汚染地下水の分析結果を表１に示す。ｐＨは11.7、トータルシアン濃度T-CNは9.5mg/ｌだった。

このシアン汚染地下水に表３に示す使用量（mg/l）の100％硫酸（H₂SO₄）を添加してｐＨを４〜７の試料を作成し、ポリ鉄を350〜700mg/l添加して凝集処理試験を行った結果を表２に示す。

表２に示すように、ｐＨ５でポリ鉄を350mg/l添加すれば、合計シアン量T-CNは1.6（mg/ｌ）に低減することができ、ｐＨ４でポリ鉄を350mg/l添加すれば、処理水シアン濃度T-CNは0.9（mg/ｌ）に低減することができ、ｐＨ５でポリ鉄を700mg/l添加すれば、処理水シアン濃度T-CNは0.8（mg/ｌ）に低減することができ、ｐＨ４でポリ鉄を700mg/l添加すれば、処理水シアン濃度T-CNは0.8（mg/ｌ）に低減することができることが判明し、本発明の効果が確認された。

Claims

シアンで汚染された地下水のｐHを５．５以下に調整し、ポリ硫酸第二鉄を添加して撹拌した後、固液分離することを特徴とするシアン汚染地下水の処理方法。
前記固液分離に、ろ過装置を用いることを特徴とする請求項１に記載のシアン汚染地下水の処理方法。
前記ろ過装置として、積層ろ過装置を用いることを特徴とする請求項２に記載のシアン汚染地下水の処理方法。