JP2011011103A - 排水からのタリウムの除去回収方法及び除去回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の排水からのタリウムの除去回収方法は、前記排水に酸化剤を添加して該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを前記排水から分離する除去回収方法であり、好ましくは、更に、直流電流を通電することにより、該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを排水から分離回収する方法である。
【選択図】図1
Description
例えば、セメント製造工場および産業廃棄物の最終処分施設等の工場等から排出される排気ガスや排水の浄化について様々な方法や装置が提案され、実用化に至っている。
セメント製造設備においては、排気ガス中の有害な揮発性塩素成分を除去するために塩素バイパス装置が設置されており、かかる塩素バイパス装置は、セメントキルンの窯尻部から排出される排気ガスを抽気し冷却することにより、排気ガス中に含まれる塩素化合物を主とする揮発性成分を固化させた塩素ダストを生成させ、この塩素ダストを系外に排出することにより、セメントキルンと予熱機との間で揮発と凝縮を繰り返すことで発生し濃縮した塩素をセメントキルン内から除去する装置である。
そこで、塩素化合物を分離回収する塩素含有廃棄物の処理方法としては、例えば、塩素を含む廃棄物を水洗して塩素分および鉛分を溶出させて固液分離する水洗工程と、濾別した固形分にアルカリ溶液を加えて鉛分を溶出させると共にカルシウムを水酸化剤として濾別するアルカリ溶出工程と、この濾液を水洗工程にて分離した濾液に加え、硫化剤を添加して鉛を沈殿分離する脱鉛工程と、この脱鉛した濾液に炭酸源を加えてカルシウムを沈殿分離する脱カルシウム工程と、この濾液を加熱し塩化物を晶析させて分離回収する塩分回収工程を有する廃棄物の処理方法が提案されている(特許文献1)。
このような重金属を含む排水は、河川等の水質を悪化させるのみでなく、大気汚染、土壌汚染等をも引き起こすおそれがあることから、排水中に含まれる重金属を極力除去し、水質を浄化する必要がある。
また、重金属を含む排水には、無機塩類、ダイオキシン等の有機ハロゲン化合物、環境ホルモンと称される内分泌攪乱物質、プラスチック材料等の難分解性物質等が含まれているために、これらの物質を除去し、水質を浄化する必要がある。
また、特開2005−161188号公報には、pH調整剤及び非イオン系高分子凝集剤により排水に含まれる金属を金属水酸化剤として沈降させる沈降槽と、この金属水酸化剤が沈降した後の処理水を中和させる中和槽と、この中和した処理水を通すことにより該処理水中の塩類を濃縮する電気透析装置と、この塩類が濃縮された後の処理水から水分を蒸発させることにより、この処理水中に含まれる塩類を結晶化させる蒸発缶とを具えた排水処理装置も提案されている(特許文献3)。
更に、特開2007−117965号公報には、排水に直流電流を通電することにより排水中に含有される金属を酸化剤として析出回収する方法及び装置が開示されている(特許文献4)。
従って、この濾液を加熱し塩化物を晶析させて分離回収する場合に、回収された塩化物中にタリウム等の重金属が取り込まれて残存するおそれがあった。
好ましくは、排水中のタリウム濃度を0.2ppm以下とすることができる、排水からのタリウムの除去回収方法及び除去回収装置を提供することである。
特に、本発明の第2及び第3のタリウムの除去方法によれば、更に短時間で効率よくレアメタルであるタリウムを回収することができるとともに、排水中のタリウム濃度を著しく低下させることができる。
本発明の第1の排水からのタリウムの除去回収方法は、排水に酸化剤を添加することにより該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを前記排水から分離して、排水からタリウムを除去回収する方法である。
酸化剤を添加すると同時に通電することで、又は酸化剤を適用した後の二次排水中に残存する場合があるタリウムを効率よく除去する方法である。
具体的には、第2の形態は、排水に酸化剤と添加すると同時に、直流電流を通電させて酸化タリウムを短時間に効率よく酸化タリウムとして析出させて、この酸化タリウムを前記排水から固液分離して分離除去するものであり、また第3の形態は、酸化剤を添加して析出した酸化タリウムを分離した後に得られた二次排水に直流電流を通電することにより、該二次排水中に残存する場合がある少量の溶存タリウムを酸化タリウムとして析出させ、この酸化タリウムを前記二次排水から固液分離して分離除去するものである。これにより、二次排水中に残存するタリウムが効率的に取り除かれ、二次排水中にタリウムがほとんど含まれなくなり、その結果、二次排水の水質を十分に良好とすることができる。
酸化剤としては、排水中の溶存タリウムが酸化タリウムを形成するものであれば任意の酸化剤を用いることができ、例えば次亜塩素酸塩、過酸化マンガン塩、過酸化水素水からなる群より選ばれる酸化剤を好適に用いることができる。塩としてはナトリウム塩、カリウム塩等が例示でき、酸化剤として水に溶解する形態となるものを用いることができる。
この方法では、酸化タリウムを分離した後の排水または二次排水中に僅かに溶存する金属をイオン交換樹脂により除去することにより、排水中に含まれる金属を更にイオン交換樹脂で取り除くこととなり、最終的な排水の水質がさらに向上する。
酸化タリウムを分離した後の排水または二次排水中に僅かに溶存する重金属をイオン交換樹脂により除去することにより、排水中に含まれる重金属を更にイオン交換樹脂で取り除く手段を設けることとなり、最終的な排水の水質がさらに向上する。
図1〜図3は、本発明の一実施形態の排水からのタリウムの除去回収方法・装置を示す模式図であり、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダストを水洗してタリウム成分が溶出した排水からタリウムを分離除去する方法・装置を模式的に示す例である。
1は反応槽、2は沈殿槽、3は遠心分離装置、4はイオン交換装置、5は電気分解装置、6は精密濾過装置、11は混合槽、12はフィルタープレス、S1〜S6は排水、M1は溶液、Dは塩素バイパスダスト、Wは水、Cは脱塩ケーキ、Xは酸化剤である。
また、本発明の第2の実施形態の好適な排水からのタリウムの除去回収方法は、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出され塩素バイパスダストを水洗してタリウムが溶出した排水に含まれる該タリウムを除去回収する方法であって、前記排水に酸化剤を添加すると同時に直流電流を通電することにより、該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムの形態で析出させ、この析出物を前記排水から固液分離して、タリウムを除去回収する方法である。
また、本発明の第3の実施形態の好適な排水からのタリウムの除去回収方法は、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出され塩素バイパスダストを水洗してタリウムが溶出した排水に含まれる該タリウムを除去回収する方法であって、前記排水に、酸化剤を添加して前記排水に溶存するタリウムを酸化タリウムの形態で析出させ、この析出物を前記排水から固液分離して二次濾液排水を生じさせ、該二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水中に溶存するタリウムを酸化タリウムの形態で析出させ、この析出物を前記排水から固液分離して、タリウムを除去回収する方法である。
当該水洗・濾過装置は、セメント製造設備の塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダスト(塩素含有廃棄物)に水を添加し混合してスラリーとし、このスラリーを濾過により脱塩ケーキ(固形分)と該濾液とに分離する装置であり、得られた脱塩ケーキはセメント原料として用いることができる。
具体的には、一例の水洗・濾過装置としては、塩素バイパスダストDと新たな水(以下、「新水」と称す。)Wとを混合し溶液M1とする水洗槽11と、該溶液M1を加圧濾過することにより脱塩ケーキCと排水S1とに分離するとともに、該加圧状態下で得られた脱塩ケーキCに新水Wを添加して脱塩ケーキCを洗浄するフィルタープレス12とにより構成されている。
また、新水Wの注水量がダストの4重量倍を超えると、カルシウム成分や重金属類等の他の成分の溶出が多くなり、後段の工程において、これらの成分を取り除くための薬剤の使用量が多くなってしまう場合があるからである。
次いで、該新水Wが貯留された水洗槽11に塩素バイパスダストDを配合して撹拌水洗をする。
撹拌時間は、塩素バイパスダストDに含まれるタリウム成分を溶解するのに十分な時間であればよく、10時間以内が好ましい。なお、10時間を越える長時間の撹拌は、該ダストに含有されるカルシウムとアルカリ成分および塩素との複塩が生成して沈殿物が生じ、十分な脱塩が行われないおそれがあるので好ましくない。
該加圧濾過の際に、フィルタープレス12内の脱塩ケーキに残留するタリウム成分に新水Wを添加洗浄して、更にタリウム成分が溶解した洗浄水を得ることが好ましい。該新水Wを用いた洗浄は、フィルタープレス12を加圧した状態で脱塩ケーキに一方向から新水Wを圧送することにより、少ない水量で効率のよい洗浄を行う。
該添加洗浄する新水Wの添加量は、水洗される脱塩ケーキの量に対して0.5〜2.0重量倍が好ましい。
また、得られた脱塩ケーキCは、加圧濾過されていることで含水率が比較的低いことから、直接セメント製造設備に移送され、新たなセメント原料と混合されて、乾燥・粉砕等の後、粉末セメント原料としてセメント焼成工程にて再循環使用されて、セメントクリンカを製造するのに使用することができる。
一方、脱塩ケーキCを洗浄した後の洗浄水は、排水S1に合流されて、本発明のタリウム除去処理に課される排水S1となる。
この懸濁している析出した酸化タリウムを含む排水S2は沈殿槽2に送られ、所定時間静置される。これにより、排水S2中の酸化タリウムが沈殿することとなる。
また、該沈殿槽2を必ず設ける必要はなく、反応槽1で析出した酸化タリウムを、下記遠心分離装置3に直接移送してもかまわない。
該遠心分離装置3は、連続式又はバッチ式のいずれの遠心分離装置も適用することができ、適宜選択して使用することができる。
遠心分離装置3では、酸化タリウムを遠心・脱水することで、酸化タリウムのケーキと、濾液とに濾別される。この濾液は反応槽1に送られる排水S1に添加されることで循環使用される。
なお、この酸化タリウムは、遠心分離装置3での分離後、新水にて洗浄してもかまわない。
このイオン交換樹脂により、排水S6の水質が向上するので、より排水として外部へ排出することが可能となる。
上記図1示す本発明の排水からのタリウムの除去回収方法及び装置における沈殿槽2で得られた排水S3を、電気分解装置5に移送する。なお、上記したように、該沈殿槽2を必ず設ける必要はなく、析出した酸化タリウムを、上記遠心分離装置3に直接移送するとともに、これにより反応槽1で排出された排水を直接該電気分解装置5に直接移送してもかまわない。
該電気分解装置5の電極を介して排水S3に通電を行い、排水S3の一部の水を電気分解することによって、残存している可能性があるごく少量の溶存タリウムを酸化タリウム(Tl2O3)として析出させ、微細な懸濁物質に変化させ、懸濁物質を含む排水S4とする。
この電気分解の際、電気分解装置5の陽極上に、鉛、銅、亜鉛等の金属が析出し、排水S3中から除去される。析出した鉛等の金属は、別途定期的に陽極上から回収することができる。
この酸化タリウムは、上記遠心分離装置3に移送されて、上記と同様の処理を課される。
以上説明したように、本実施形態の排水からのタリウムの除去回収方法及び除去回収装置によれば、排水からのタリウムを効率よく個別簡単な操作及び装置で回収することができる。従って、タリウムを再度利用することも可能となる。さらに、排水からタリウムを除去回収するための時間を軽減し、コストも安価にすることができる。
なお、本実施例では、処理の対象となる排水としては、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出され塩素バイパスダストを水洗してタリウム成分を溶出させた排水を用いた。
次いで、フィルタープレス12を用いて、このダストスラリーM1を空気圧5Kg/cm2の圧力で圧搾して311重量部の排水濾液S1を得た。次いで、この圧搾状態を保ったまま、フィルタプレス12内の脱塩ケーキに新水W100重量部を濾液圧送方向から圧入し、この脱塩ケーキの貫通洗浄をおこなって、該貫通洗浄濾液104重量部を得た。
得られた脱塩ケーキの収量は85重量部、その含水率は40%、塩素含有率は0.3%であり、塩素の含有率が極めて低いことから、セメント原料として再利用が可能なものであった。
図1に示すタリウムの除去回収装置を用いて、上記排水S1に含まれているタリウムを除去する。
まず、この排水S1を反応槽1に注入し、該反応槽1に、1.2%次亜塩素酸ナトリウム水溶液Xを、3ml/L、6ml/L、12ml/Lの量でそれぞれ添加して撹拌し、析出した懸濁物質を含む懸濁排水S2を得た。
該懸濁排水S2を沈殿槽2に移送して60分間(但し、上記亜塩素酸ナトリウム水溶液X添加後からの時間)静置し、排水中の懸濁している析出物質を沈殿させた。
この沈殿槽2で得られた沈殿物は、酸化タリウムであることが確認された。
また、遠心分離装置3により固液分離した後の濾液は、反応槽1に投入する排水S1に加えて再利用を行った。
ついで、必要に応じて設けられたイオン交換装置4に該排水S3を移し、この排水中に残存する金属を、CR11、IRY等のイオン交換樹脂により取り除いて、排水S6とした。
図2に示すタリウムの除去装置を用いて、上記排水S1に含まれているタリウムを除去する。
まず、この排水S1を反応槽1に注入し、該反応槽1に、1.2%次亜塩素酸ナトリウム水溶液Xを、3ml/L、6ml/Lの量でそれぞれ添加して撹拌するとともに、付設された電気分解装置5を用いて該反応槽1に通電をした。電気分解装置5の電極としては白金電極を用い、この白金電極を介して排水S3に150c/Lの直流電圧を印加し、通電を行った。この電気分解の際、白金電極上に、鉛、銅、亜鉛等の金属が析出したが、これらの金属の回収量は極めて微量であった。
この酸化剤の添加によって、及び、通電により排水中の一部の水が電気分解することによって排水中に溶存するタリウム(Tl)が酸化物として析出し、該酸化タリウム懸濁物質を含む排水S2を得た。
該排水S2中のタリウムは、容易に酸化して酸化タリウム(Tl2O3)になっていることが確認された。
該懸濁排水S2を沈殿槽2に移送して60分間(但し、上記添加及び通電後からの時間)所定時間静置し、排水中の懸濁している析出物質を沈殿させた。
この沈殿槽2で得られた沈殿物は、酸化タリウムであることが確認された。
また、遠心分離装置3により固液分離した後の濾液は、反応槽1に投入する排水S1に加えて再利用を行った。
ついで、必要に応じて設けられたイオン交換装置4に該排水S3を移し、この排水中に残存する金属を、CR11、IRY等のイオン交換樹脂により取り除いて、排水S6とした。
次亜塩素酸ナトリウムを添加しない以外は、実施例1と同様にして排水を処理した。排水S3中のタリウム濃度は、20mg/Lであった。その結果を表1に示す。
排水S1を電気分解装置5にて通電するが、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加せず、排水S1を処理した以外は、実施例4と同様にして排水を処理した。排水S5中のタリウム濃度は、2.43mg/Lであった。その結果を表1に示す。
次亜塩素酸ナトリウムの代わりに、0.2モル/LのKMnO4水溶液を1.5ml/L添加した以外は、実施例1と同様にして、排水を処理した。排水S3中のタリウム濃度は、0.06mg/Lであった。その結果を表2に示す。
次亜塩素酸ナトリウムの代わりに、0.2モル/LのKMnO4水溶液を、それぞれ0.15ml/L、0.3ml/L添加した以外は、実施例4と同様にして、排水を処理した。排水S5中のタリウム濃度は、それぞれ0.27mg/L、0.22mg/Lであった。その結果を表2に示す。
なお、参考のために表2に、比較例1及び比較例2の結果も示す。
2 沈殿槽
3 遠心分離装置
4 イオン交換装置
5 電気分解装置
6 精密濾過装置
11 混合槽
12 フィルタープレス
S1〜S6 排水
M1 溶液
D 塩素バイパスダスト
W 水
C 脱塩ケーキ
T 酸化剤
Claims (8)
- 排水に含まれるタリウムを除去回収する方法であって、
前記排水に酸化剤を添加して該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを前記排水から分離することを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収方法。 - 排水に含まれるタリウムを除去回収する方法であって、
前記排水に酸化剤を添加すると同時に直流電流を通電することにより、該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを排水から分離することを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収方法。 - 排水に含まれるタリウムを除去回収する方法であって、
前記排水に酸化剤を添加して該排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを前記排水から分離し、次いで分離した二次排水に直流電流を通電して、該二次排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させ、該酸化タリウムを前記二次排水から分離することを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収方法。 - 請求項1〜3いずれかの項記載のタリウムの除去回収方法において、酸化剤は、次亜塩素酸塩溶液、過マンガン酸塩溶液及び過酸化水素水からなる群より選ばれる酸化剤であることを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収方法。
- 請求項1〜4いずれかの項記載の排水からのタリウムの除去方法において、前記排水は、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる排水、または生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰のうちいずれか1種または2種以上を水洗した際に生じる排水であることを特徴とする、タリウムの除去方法。
- 排水に含まれるタリウムを除去回収する装置であって、
前記排水を貯留し、この貯留された排水に酸化剤を添加して前記排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させる反応槽と、
該析出物を前記排水から分離する固液分離手段とを備えることを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収装置。 - 請求項6記載の排水からのタリウム除去回収装置において、前記反応槽には、電気分解装置を付設し、酸化剤を添加すると同時に直流電流を通電することにより前記排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させることを特徴とする、排水からのタリウム除去回収装置。
- 排水に含まれるタリウムを除去回収する装置であって、
前記排水を貯留し、この貯留された排水に酸化剤を添加して前記排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させる反応槽と、該析出物を前記排水から分離する固液分離手段と、前記固液分離手段から分離されて得られた濾液二次排水に、直流電流を通電することにより該二次排水に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させる電気分解手段とを備えることを特徴とする、排水からのタリウムの除去回収装置。
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