JP2012166144A - 多種金属イオン含有排水からの溶存鉄の回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】原水を中和酸化槽に導入し、原水のpHを3.5〜6.0に調整し、中和酸化槽内にδ−FeO(OH)を触媒として添加し、溶存鉄を酸化剤で酸化処理して水酸化鉄(III)粒子を主とする金属水酸化物を生成させ、中和酸化槽の下流側に配置させた沈殿槽で金属水酸化物を含有するスラッジを沈殿分離し、かつ、沈殿分離したスラッジの一部を中和酸化槽に返送するための返送工程を設け、該工程で、沈殿分離したスラッジの一部をスラッジ反応槽に導入し、該反応槽内にアルカリ剤を添加してスラッジを処理し、処理後のスラッジを中和酸化槽内に戻しながら原水を連続処理する多種金属イオン含有排水からの溶存鉄の回収方法。
【選択図】なし
Description
(1)原水を処理する処理系の中和酸化槽における処理を、槽内に導入した原水のpHを3.5〜6.0に保たれた状態で処理を行う。
(2)基本的には槽内を曝気することなく過酸化水素等の酸化剤によって酸化処理する。さらに、その際に、δ−FeO(OH)を触媒として添加して処理することで、水酸化鉄(III)粒子を主とする金属水酸化物を生成させる。
(3)さらに、中和酸化槽の下流側に配置した沈殿槽で上記金属水酸化物を含有するスラッジを沈殿分離し、かつ、沈殿分離したスラッジの一部を上記中和酸化槽に返送しながら原水を連続処理する。返送する際に、沈殿分離したスラッジの一部をスラッジ反応槽に導入し、該槽内にアルカリ剤を添加してスラッジを処理し、処理後のスラッジを上記中和酸化槽内に戻す。
<(1)の工程>
まず、本発明で対象とする原水は、溶存鉄を主に含み、かつ、ニッケル、アルミニウム、マンガン、クロム、亜鉛、カドミウム、錫、銅等の多種の金属イオンを含有する排水であり、例えば、製鉄所や鋼鈑処理場の如く鉄を大量に処理する際に使用する、冷却水や、酸洗後の洗浄水や表面処理水等の排水が該当する。これらは、pH2〜3の酸性である場合が多い。本発明では、原水のpHを3.5〜6.0に調整した状態で、中和酸化槽内で原水の処理を行うことを要する。このため、アルカリ剤や酸化剤を中和酸化槽内に添加してpHを調整しながら酸化処理をする。中和酸化槽の前に、原水のpHを調整するpH調整槽を設けてもよいが、本発明では、従来の方法ではpHを7.5〜9.0として処理していたのに対し、pHが3.5〜6.0、好ましくは4.0程度に調整した酸性側の状態で処理できるので、従来の溶存鉄を主に含む排水の処理方法よりも有利である。すなわち、別途、pH調整槽を設けずに中和酸化槽内で容易にpH調整することが可能であり、また、pH調整のための薬剤の量が従来よりも少なくてすむ。本発明の方法では、原水のpHが3.5〜6.0の範囲で処理するため、鉄分以外の金属類は沈殿することなく水中に残る。この結果、多種金属イオン含有排水中から選択的に溶存鉄を回収することができる。なお、原水中に含有されている金属類の大半を占める溶存鉄が沈殿処理された後、他の金属類は、処理水中に溶解した状態で残留するが、その量は微量であるため、混合された状態で行うよりも容易に処理できる。処理水は、必要に応じて、沈殿及び濾過処理、活性炭吸着処理等の高度処理を施すことで、再使用することもできる。
本発明では、中和酸化槽内で、pHが3.5〜6.0に調整された原水を酸化剤によって酸化処理する。本発明では、基本的には槽内を曝気することなく、酸化剤によって酸化処理する。酸化剤としては、過酸化水素、オゾン及び次亜塩素酸等を用いることができるが、中でも、過酸化水素は、経済的であり、二次汚染の懸念もないので特に好ましい。過酸化水素水を使用する場合の添加量は、原水の性状にもよるが、例えば、原水中の鉄分から算出した酸化に必要な理論量の等倍以上6倍以下の範囲、ランニングコストと処理効率を考えると2〜3倍程度の範囲で添加すればよい。
本発明では、中和酸化槽の下流側に配置した沈殿槽で、水酸化鉄(III)粒子を主とする金属水酸化物を含有するスラッジを沈殿分離し、かつ、沈殿分離したスラッジの一部を上記中和酸化槽に返送し、その際に、沈殿分離したスラッジの一部をスラッジ反応槽に導入し、該槽内にアルカリ剤を添加してスラッジを処理し、処理後のスラッジを中和酸化槽内に戻す。返送するスラッジ量は、中和酸化槽で原水中から発生する金属水酸化物の理論量に対して41倍量以上とすることが好ましい。すなわち、返送するスラッジ量について基礎検討を行った結果、41倍未満の場合は、凝集が充分ではなく処理水SS濃度が>20mg/Lとなり、処理水の水質が劣る傾向にあることがわかった。さらに、41倍未満とスラッジの返送量が少ない場合は、分離したスラッジの含水率が高くなる傾向があった。一方、返送するスラッジ量の上限は特に規定されないが、処理倍率120倍を超えると、凝集が促進され過ぎて、処理水SS濃度が>20mg/Lとなり、処理水の水質が劣る場合があるため、120倍以下とすることが推奨される。上記の検討結果に基づき、より安定な運転が可能となる好適範囲は、80〜120倍量、さらには80〜100倍量程度であると判断した。
[実施例1]
図1に示した試験プラントを用いて実証試験を行った。試験に用いた原水の水質を表1中に示した。この原水は、本発明で処理対象としている、製鉄所、鋼鈑処理場やメッキ工場等からの排水であり、鉄を主成分とし、少なくとも、亜鉛、ニッケル、クロムを含有する。また、原水のpHは、2程度であった。
δ−FeO(OH)を添加後、上記の原水を、まず、容量15Lの中和酸化槽へと導入して、アルカリ剤である水酸化ナトリウムの25質量%溶液を添加してpHを3.5−4.0に調整し、この値を保持した状態の中和酸化槽内で、過酸化水素による酸化処理を行い、鉄イオンを鉄水酸化物として晶析させた。その際、中和酸化槽内へ原水を1L/minの速さで導入して処理した。また、本実施例では、図1に示したように、沈殿池で沈降したスラッジの一部を、スラッジ反応槽を介して中和酸化槽へと返送した。その際、スラッジ反応槽において、アルカリ剤として水酸化ナトリウムの25質量%溶液を用いて処理し、アルカリスラッジにした。また、循環返送したスラッジの量は、原水から発生するSSに対して100倍量(重量)とした。例えば、本実施例で処理した原水の場合を例にとると、Fe2+を400mg/L含有する場合、Fe2+が全てFeO(OH)となれば、400×89/56=636mg/LのSSが発生する。この時の循環返送量は636×100=63600mg/L(≒64g/L)となる。従って、返送スラッジ濃度が200g/Lとするように設計した場合は、0.32Lの返送スラッジを返送すればよい。
本比較例では、図2に示した汚泥を返送しない実験装置を用いて、実施例で使用したものと同様の原水について処理を行った。中和酸化槽のpHを4.0に調整して行った。このようにして処理をして得た処理水中の金属イオンを測定したところ、処理水については実施例と同様の水質が得られることが確認された。しかし、後述するように、実施例と比較して、処理して得られるスラッジの脱水性が劣るため扱いにくいことに加えて、このことが原因して脱水ケーキ中の鉄の濃度が相対的に低くなることがわかった。
実施例及び比較例で沈降分離した各スラッジの性状について、下記の方法で、脱水性、固形物成分及び沈降性を調べた。その結果、比較例で沈降分離したスラッジに比べて、実施例で沈降分離したスラッジは、脱水性が著しく優れ、さらに鉄含有量が著しく高いものであることが確認された。このことは、本発明方法で処理して得られるスラッジは、ケーキ成分からも水酸化鉄(III)を主体とした成分となり、水分は42質量%と低いため、他原料との混練等の操作を加えることにより鉄源として利用できることを意味する。このことは、本発明方法によれば、溶存鉄を主に含み、亜鉛やニッケル等の多種金属イオン含有排水を原水とする溶存鉄含有排水の処理が経済的に行われることを意味している。また、沈降速度が高くなっていることから、シックナー等の沈殿池の小型化や処理効率の向上を図ることができる。
実施例及び比較例における沈殿槽より排泥したスラッジを、1−24時間毎にサンプリングして、その脱水性を下記のようにして調べた。具体的には、排泥したスラッジのSS濃度を100g/Lに調整し、圧力0.3MPaにて、通気量15cm3/cm2/秒のろ布を用いた条件で加圧脱水した場合の脱水ケーキの含水率を測定した。そして、得られた結果を表2に示した。
実施例及び比較例における沈殿槽より排泥したスラッジを、上記の方法で脱水処理して得られた脱水ケーキの金属イオン含有量を測定し、得られた結果を表2に示した。
実施例及び比較例における凝集槽中の液を、1−24時間毎にサンプリングして7Lのメスシリンダーに分取し、静置沈殿させた場合の沈降開始から10分間の沈降速度を表3に示した。
Claims (4)
- 第一鉄を主体とする溶存鉄を主に含む多種金属イオン含有排水を原水とし、該原水を連続的に酸化処理して原水中の多種金属イオンから鉄イオンを選択的に沈殿分離させる原水中の溶存鉄の回収方法であって、
上記原水を処理する処理系の中和酸化槽に導入し、該原水のpHを3.5〜6.0に調整し、該中和酸化槽内にδ−FeO(OH)を触媒として添加し、溶存鉄を酸化剤で酸化処理して水酸化鉄(III)粒子を主とする金属水酸化物を生成させ、
該中和酸化槽の下流側に配置させた沈殿槽で上記金属水酸化物を含有するスラッジを沈殿分離し、かつ、
沈殿分離したスラッジの一部を上記中和酸化槽に返送するための返送工程を設け、該工程で、沈殿分離したスラッジの一部をスラッジ反応槽に導入し、該スラッジ反応槽内にアルカリ剤を添加してスラッジを処理し、処理後のスラッジを上記中和酸化槽内に戻しながら原水を連続処理することを特徴とする多種金属イオン含有排水からの溶存鉄の回収方法。 - 前記返送工程で、前記中和酸化槽内に返送するスラッジの量を、該中和酸化槽内で原水中から生成する理論値の金属水酸化物量に対して41倍量以上となるようにする請求項1に記載の溶存鉄の回収方法。
- 前記原水を処理する処理系とは別に、該処理系で使用するδ−FeO(OH)の調製系を設け、少なくとも上記処理系の立ち上げ時に、上記δ−FeO(OH)の調製系で、2価の鉄を含む鉄系試薬に、アルカリ剤と過酸化水素とを添加して混合・反応させてδ−FeO(OH)の結晶微粒子を生成させ、生成したδ−FeO(OH)の結晶微粒子を速やかに前記処理系における中和酸化槽内に添加する請求項1又は2に記載の溶存鉄の回収方法。
- 前記酸化剤が、過酸化水素、オゾン及び次亜塩素酸から選ばれる少なくともいずれかである請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶存鉄の回収方法。
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