JP2011177640A - 金属含有水の処理方法及び金属含有水の処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、金属含有水から金属イオンを除去する金属含有水の処理方法であり、前記金属含有水を脱炭酸処理する脱炭酸工程S1と、前記脱炭酸工程を経た処理水にアルカリ剤を添加して、前記金属イオンを水に不溶の金属水酸化物に変換する金属水酸化物生成工程S2と、金属水酸化物生成工程S2を経た処理水に凝集剤を添加して、前記金属水酸化物を含む固形分を凝集させて凝集体を形成させる凝集工程S3と、凝集工程S3を経た処理水から前記凝集体を固液分離して沈殿体を形成する固液分離工程S4と、を備え、前記沈殿体の一部である第1返送物を、脱炭酸工程S1において前記金属含有水に添加することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
まず、本発明の金属含有水の処理装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明における金属含有水の処理装置の一実施形態を示す模式図である。
Cr;pH5以上、好ましくはpH=5.5〜6.5
Cu;pH6以上、好ましくはpH=7〜8
Zn;pH9以上、好ましくはpH=9〜10
Ni;pH9以上、好ましくはpH=9〜10
Fe2+;pH9以上(ただしFe2+を空気酸化する場合はpH7以上、好ましくはpH=7.5〜8.5)
Fe3+;pH3以上、好ましくはpH=3.5〜4.5
Mn;pH10以上、好ましくはpH=10〜11
Cd;pH9以上、好ましくはpH=9.5〜10.5
処理水のpHを上記範囲とすることにより、処理水に含まれる金属イオンを十分に金属水酸化物に変換することができる。なお、処理水の好ましいpH範囲に上限を設けたのは、アルカリ剤の過剰添加等による無駄を除くためである。
第3返送ライン63によって返送される汚泥量は、凝集槽30内の汚泥濃度が1%以上となるように返送されることが好ましい。汚泥発生量が多く、第3返送ライン63による汚泥返送を行わなくても凝集槽30内の汚泥濃度が1%以上となる場合には、第3返送ライン63による汚泥返送は不要である。
まず、本実施態様の金属含有水の処理方法における脱炭酸工程S1について説明する。
この工程は、処理水(金属含有水)から遊離炭酸又は炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を行なう工程である。本実施態様の金属含有水の処理方法では、アルカリ剤を処理水に添加することにより処理水をアルカリ性とし、処理水に含まれる金属イオンを金属水酸化物に変換して除去する。しかし、処理水に遊離炭酸又は炭酸イオンが含まれていると、処理水の緩衝性が強くなるため、これを中和するためのアルカリ剤が余分に必要になり、処理コストが増大する要因となる。そこで、本実施態様の金属含有水の処理方法では、処理水にアルカリ剤を添加するのに先立ち、処理水から遊離炭酸や炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を行なう。
次に、金属水酸化物生成工程S2について説明する。
この工程は、脱炭酸工程S1を経た処理水にアルカリ剤を添加して、処理水をアルカリ性にすることにより、処理水に含まれる金属イオンを水に不溶な金属水酸化物に変換する工程である。
Cr;pH5以上、好ましくはpH=5.5〜6.5
Cu;pH6以上、好ましくはpH=7〜8
Zn;pH9以上、好ましくはpH=9〜10
Ni;pH9以上、好ましくはpH=9〜10
Fe2+;pH9以上(ただしFe2+を空気酸化する場合はpH7以上、好ましくはpH=7.5〜8.5)
Fe3+;pH3以上、好ましくはpH=3.5〜4.5
Mn;pH10以上、好ましくはpH=10〜11
Cd;pH9以上、好ましくはpH=9.5〜10.5
処理水のpHを上記範囲とすることにより、処理水に含まれる金属イオンを十分に金属水酸化物に変換することができる。なお、処理水の好ましいpH範囲に上限を設けたのは、アルカリ剤の過剰添加等による無駄を除くためである。
次に、凝集工程S3について説明する。
この工程は、金属水酸化物生成工程S2を経た処理水に凝集剤を添加して、金属水酸化物生成工程S2で生成した金属水酸化物を含む固形分を凝集させる工程である。
次に、固液分離工程S4について説明する。
この工程は、凝集工程S3を経た処理水から、凝集工程S3で形成させた凝集体を固液分離して沈殿体を形成する工程である。すなわち、処理水に含まれる凝集体を重力により沈降させ、液体である処理水から固体である凝集体を分離する工程である。沈降した凝集体は沈降体を形成し、この沈降体は汚泥となる。
次に、アルカリ返送物作製工程S5について説明する。
この工程は、固液分離工程S4で生成した汚泥の一部である第2返送物にアルカリを添加して、この第2返送物をアルカリ返送物に変換することで、アルカリ返送物を作製する工程である。作製されたアルカリ返送物は、既に述べたように、金属水酸化物生成工程S2で使用される。
本実施態様の金属含有水の処理方法は、固液分離工程S4で作製された沈殿体(汚泥)の一部である第1返送物を、脱炭酸工程S1において、処理水である金属含有水に添加する。そのため、脱炭酸処理に伴って生じた炭酸カルシウムを汚泥の粒子の表面に析出させることができ、炭酸カルシウムが処理装置の壁面等に析出することが抑制される。その結果、スケール障害の発生が抑制される。
以上、本発明の金属含有水の処理装置の一実施形態、及び本発明の金属含有水の処理方法の一実施態様について具体的に説明したが、本発明は、上記の実施形態及び実施態様に限定されず、本発明の構成の範囲において適宜変更を加えて実施することができる。
以下の実施例1及び比較例1〜2の金属含有水の処理方法において、処理の対象とした原水は、pH6.5、鉄(Fe2+)濃度60mg/L、アルカリ度250mg/L、カルシウム濃度500mg/Lである。
実施例1の金属含有水の処理方法は、脱炭酸工程S1、金属水酸化物生成工程S2、凝集工程S3、固液分離工程S4を備え、さらに、固液分離工程S4で生成した汚泥の一部にアルカリを添加するアルカリ返送物作製工程S5を備える。原水(処理水)の流量は、80L/hである。また、固液分離工程S4で生成した汚泥の一部を、脱炭酸工程S1及び凝集工程S3における処理水へ返送するとともに、アルカリ返送物作製工程S5におけるアルカリ返送物の作製のために返送し、アルカリ返送物作製工程S5で作製されたアルカリ返送物を金属水酸化物生成工程S2における処理水へ返送した。
脱炭酸工程S1では、撹拌装置及び曝気装置を備えた容量20Lの脱炭酸槽を使用して、曝気のために処理水へ導入される空気の流量が80L/hとなる条件で曝気を行なった。脱炭酸後の処理水のpHは、6.5である。また、金属水酸化物生成工程S2では、撹拌装置及び曝気装置を備えた容量20Lの反応槽を使用し、曝気を行いながら、アルカリ返送物を添加した。また、凝集工程S3では、撹拌装置を備えた容量5Lの凝集槽を使用し、凝集槽内部の処理水に対して、凝集剤としてアクリル酸とアクリルアミドとの共重合物を3mg/Lの割合で添加した。また、固液分離工程S4では、直径30cmの沈殿槽を使用した。さらに、アルカリ返送物作製工程S5では、撹拌装置を備えた容量0.5Lの化学反応槽を使用し、返送された汚泥に対して、そのpHが7.5となるになるように水酸化ナトリウムを添加し、混合した。その他、詳細な条件を表1に示す。
固液分離工程S4で生成した汚泥の一部を、凝集工程S3における処理水へ返送しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法にて、実施例2の金属含有水の処理を行った。詳細な条件を表1に示す。
脱炭酸工程S1を備えず、かつ凝集工程S3の処理水に対して、固液分離工程S4で生じた汚泥を返送しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法にて、比較例1の金属含有水の処理を行なった。詳細な条件を表1に示す。
脱炭酸工程S1を備えず、かつ固液分離工程S4で生じた汚泥の返送を一切行なわなかったこと以外は、実施例1と同様の方法にて、比較例2の金属含有水の処理を行なった。なお、固液分離工程で生じた汚泥の返送を一切行なわないので、アルカリ返送物作製工程S5も行なっていない。ここで、比較例2の汚泥は沈降速度が遅いとの理由から、比較例2の金属含有水の処理方法では、固液分離工程S4で使用した沈殿槽を直径40cmとした。詳細な条件を表1に示す。
また、表2におけるスケールの付着速度は、各槽に炭素鋼製テストピース(SPCC,30mm×50mm×1mm)を設置し、運転8日後のテストピースの重量変化より算出した。
また、凝集槽への汚泥の返送を行った実施例1では、凝集槽への汚泥の返送を行わなかった実施例2よりも、処理後の浮遊粒子量が少なく、かつ汚泥の含水率が少ない傾向だった。このことから、凝集槽への汚泥の返送を行うことにより、処理後の処理水がより清澄なものとなり、かつ汚泥の脱水処理が軽減されることが理解される。
さらに、実施例1及び2並びに比較例1と比較例2とを比較すると、アルカリ剤として、アルカリ返送物を使用することにより、反応槽へのスケール付着が抑制されることが理解される。
10 脱炭酸槽
20 反応槽
30 凝集槽
40 沈殿槽
50 化学反応槽
60 返送ライン
61 第1返送ライン
62 第2返送ライン
63 第3返送ライン
64 廃棄ライン
70 処理水ライン
S1 脱炭酸工程
S2 金属水酸化物生成工程
S3 凝集工程
S4 固液分離工程
S5 アルカリ返送物作製工程
Claims (6)
- 金属イオン及びカルシウムイオン並びに遊離炭酸若しくは炭酸イオンを含有する金属含有水から金属イオンを除去する金属含有水の処理方法であって、
前記金属含有水を脱炭酸処理する脱炭酸工程と、
前記脱炭酸工程を経た処理水にアルカリ剤を添加して、前記金属イオンを水に不溶の金属水酸化物に変換する金属水酸化物生成工程と、
前記金属水酸化物生成工程を経た処理水に凝集剤を添加して、前記金属水酸化物を含む固形分を凝集させて凝集体を形成させる凝集工程と、
前記凝集工程を経た処理水から前記凝集体を固液分離して沈殿体を形成する固液分離工程と、を備え、
前記沈殿体の少なくとも一部である第1返送物を、前記脱炭酸工程において前記金属含有水に添加することを特徴とする金属含有水の処理方法。 - 前記沈殿体の一部である第2返送物にアルカリを添加して、前記第2返送物をアルカリ返送物に変換するアルカリ返送物作製工程を備え、
前記アルカリ返送物を、前記金属水酸化物生成工程で添加されるアルカリ剤の一部又は全部とすることを特徴とする請求項1記載の金属含有水の処理方法。 - 前記沈殿体の一部である第3返送物を、前記凝集工程において前記金属水酸化物生成工程を経た処理水に添加する請求項1又は2記載の金属含有水の処理方法。
- 金属イオン及びカルシウムイオン並びに遊離炭酸若しくは炭酸イオンを含有する金属含有水から金属イオンを除去するための金属含有水の処理装置であって、
前記処理装置は、
前記金属含有水に含まれる遊離炭酸又は炭酸イオンを除去する脱炭酸槽と、
前記脱炭酸槽から流出した処理水にアルカリ剤を添加して、当該処理水に含まれる金属イオンを水に不溶の金属水酸化物に変換する反応槽と、
前記反応槽から流出した処理水に凝集剤を添加して、当該処理水に含まれる前記金属水酸化物を凝集させて凝集体とする凝集槽と、
前記凝集槽から流出した処理水に含まれる前記凝集体を固液分離して沈殿体とする沈殿槽と、を備え、
さらに、前記沈殿槽で生じた前記沈殿体の少なくとも一部を、前記脱炭酸槽に返送する第1返送ラインを備えることを特徴とする金属含有水の処理装置。 - 前記沈殿槽で生じた前記沈殿体の一部を、前記反応槽に返送する第2返送ラインを備え、
さらに、前記第2返送ラインの途中には、前記第2返送ラインで返送される前記沈殿体にアルカリを添加するための化学反応槽を備えることを特徴とする請求項4記載の金属含有水の処理装置。 - 前記沈殿槽で生じた前記沈殿体の一部を、前記凝集槽に返送する第3返送ラインを備える請求項4又は5記載の金属含有水の処理装置。
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