JP2015047534A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重金属含有廃水から重金属を低コストで効率的かつ効果的に除去して処理水を得る。
【解決手段】実施形態の水処理方法は、重金属を含有する廃水を第１の反応槽に導入した後、廃水中に酸化剤を添加するステップと、酸化剤の添加後において、廃水を第２の反応槽中に導入し、廃水中にアルカリを添加して重金属の水酸化物を析出させるステップと、第２の反応槽において、水酸化物を含む廃水中に凝結剤を添加し、水酸化物を含むフロックを形成するステップとを具える。また、フロックを含む廃水を凝集槽内に導入し、廃水中に高分子凝集剤を添加してフロックを含む凝集物を生成させるステップと、凝集物を含む廃水を沈殿槽中に導入し、凝集物を沈殿除去するステップと、沈殿槽中の上澄み液をろ過槽内に導入し上澄み液中に残存する凝集物を除去するステップと、上澄み液を吸着槽内に導入し、上澄み液中に残存する重金属を除去するステップとを具える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理方法及び水処理装置に関する。

水資源を守るために各種廃水を浄化することが重要である。

特に、重金属含有廃水を浄化は、鉄とカルシウム、マグネシウムによる置換などを用いることができる。アルカリ沈殿法は、重金属含有廃水にアルカリを添加することにより当該廃水をアルカリ性とし、廃水中の重金属イオンと水酸化物イオンとを反応させて重金属水酸化物を得、その後当該重金属水酸化物を沈殿除去することにより、上記重金属含有廃水を浄化する方法である。

また、鉄とカルシウムによる置換法は、ＦｅＣｌ_３等の置換剤を用いてキレート系重金属中の有機物と錯体を形成している重金属をＦｅで置換させた後アルカリ性にしてＣａと置換し、廃水中のＦｅイオン及び重金属イオンは水酸化物イオンと反応させて鉄水酸化物及び重金属水酸化物として析出させ、その後沈殿除去することにより、重金属含有廃水を浄化する方法である。さらに、マグネシウムによる置換法は、塩化マグネシウム等の置換剤を添加してキレート系重金属中の重金属をＭｇで置換させ、次いでアルカリ性とすることにより廃水中の重金属イオンと水酸化物イオンとを反応させて重金属水酸化物を得、その後当該重金属水酸化物を沈殿除去することにより、上記重金属含有廃水を浄化する方法である（特許文献１参照）。

しかしながら、重金属含有廃水においては、当該廃水中に含まれる重金属が廃水中の有機酸やＥＤＴＡ等の有機物と配位結合及びイオン結合により安定かつ強固に結合している場合が多く、廃水中の重金属イオンは錯イオンとして存在しており、重金属イオン単独で存在している割合が少ない。

また、鉄とカルシウムによる置換法等の場合は、ＦｅＣｌ_３等の置換剤（薬剤）を多量に使用する必要があるとともに多量の汚泥が発生するため、薬品使用費、汚泥産廃費等の処理コストが高くなるという問題がある。

特開２０１３−１４１６４１号

本発明が解決しようとする課題は、重金属含有廃水から重金属を低コストで効率的かつ効果的に除去し、当該廃水から重金属を除去した後の処理水を、低コストで効率的かつ効果的回収することである。

実施形態の水処理方法は、重金属を含有する廃水を第１の反応槽に導入した後、前記廃水中に酸化剤を添加するステップと、前記酸化剤の添加後において、前記廃水を第２の反応槽中に導入し、前記廃水中にアルカリを添加して前記重金属の水酸化物を析出させるステップと、前記第２の反応槽において、前記水酸化物を含む前記廃水中に凝結剤を添加し、前記水酸化物を含むフロックを形成するステップと、を具える。また、前記フロックを含む前記廃水を凝集槽内に導入し、前記廃水中に高分子凝集剤を添加して前記フロックを含む凝集物を生成させるステップと、前記凝集物を含む前記廃水を沈殿槽中に導入し、前記凝集物を沈殿除去するステップと、前記沈殿槽中の上澄み液をろ過槽内に導入し前記上澄み液中に残存する前記凝集物を除去するステップと、前記上澄み液を吸着槽内に導入し、前記上澄み液中に残存する前記重金属を除去するステップと、を具える。

実施形態における水処理装置の概略構成図である。

図１は、本実施形態の水処理方法に使用する水処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示す水処理装置１０は、重金属を含む廃水Ｗ０に対して酸化剤を添加するための第１の反応槽１１と、この第１の反応槽１１の下流側に位置し、酸化剤を添加した後の廃水Ｗ０に対してアルカリ剤及び凝結剤を添加するための第２の反応槽１２と、この第２の反応槽１２の下流側に位置し、廃水Ｗ０に対して高分子凝集剤を添加するための凝集槽１３とを有している。

また、上記水処理装置１０は、凝集槽１３の下流側に位置し、当該凝集槽１３内で得た凝集物を沈殿させるための沈殿槽１４と、この沈殿槽１４の下流側に位置し、沈殿槽１４からの上澄み液中の残存する凝集物を除去するためのろ過槽１５と、このろ過槽１５の下流側に位置し、沈殿槽１４からの上澄み液中の残存する重金属を除去するための吸着槽１６とを有している。

なお、本実施形態における“重金属”とは、比重が４〜５g/cm³以上の金属を持つものを意味し、例えば鉄、鉛、金、白金、銀、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、錫、ビスマス等の金属が含まれるものである。

第１の反応槽１１の上方には酸化剤貯留槽２２が配設されており、当該酸化剤貯留槽２２から配管２１を介して第１の反応槽１１内に所定の酸化剤が供給されるようになっている。

第２の反応槽１２の上方にはアルカリ剤貯留槽２４が配設されており、当該アルカリ剤貯留槽２４から配管２３を介して第２の反応槽１２内に所定のアルカリ剤が供給されるようになっている。また、第２の反応槽１２の上方には凝結剤貯留槽２６が配設されており、当該凝結剤貯留槽２６から配管２５を介して第２の反応槽１２内に所定の凝結剤が供給されるようになっている。

第３の反応槽１３の上方には高分子凝集剤貯留槽２８が配設されており、当該高分子凝集剤貯留槽２８から配管２７を介して第３の反応槽１３内に所定の高分子凝集剤が供給されるようになっている。

第１の反応槽１１の下部と第２の反応槽１２の上部とは配管３１で連結されており、第２の反応槽１２の下部と凝集槽１３の上部とは配管３２で連結されている。また、凝集槽１３の上部と沈殿槽１４の上部とは配管３３で連結されており、沈殿槽１４の上部とろ過槽１５の上部とは配管３４で連結されており、ろ過槽１５の上部と吸着槽１６の上部とは配管３５で連結されている。

酸化剤貯留槽２２内に貯留され、後に第１の反応槽１１に供給されるべき酸化剤の種類は、以下に説明する水処理方法において、廃水中に存在するキレート系重金属、すなわち金属錯体を形成している重金属と有機物との配位結合等を分断し、これらの間の結合力を弱めて重金属を有機物から解離することができれば特に限定されるものではない。但し、このような作用効果をより効果的に発揮できるとの観点から、過酸化水素水、次亜塩素酸ナトリウム、オゾン及び酸素の少なくとも一種であることが好ましい。

アルカリ剤貯留槽２４内に貯留され、後に第２の反応槽１２に供給されるべきアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムを挙げることができる。

凝結剤貯留槽２６内に貯留され、後に第２の反応槽１２に供給されるべき凝結剤としては、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸バンド、及び硫酸第一鉄等を挙げることができる。

高分子凝集剤貯留槽２８内に貯留され、後に凝集槽１３に供給されるべき高分子凝集剤としては、ノニオン性、弱アニオン性、アニオン性及びカチオン性等を挙げることができる。

ろ過槽１５は、ろ布や金属メッシュ、多孔質セラミック、多孔質ポリマー等を内部に配設したろ過装置として構成することもできるが、アンスラサイト、砂利及びガーネット等のろ材を配設した砂ろ過装置として構成することもできる。

なお、ろ過槽１５をろ布を用いて構成する場合は、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステルなどの材質で、二重織、綾織、平織、朱子織などで編んだものが用いられる。

また、ろ過槽１５を砂ろ過装置として構成する場合、砂のろ材の粒度は例えば０．１ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。なお、この粒度は、レーザー回折法により測定した結果に基づいて算出されたものであって、具体的には、レーザー回折法を利用した機器として株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−ＤＳ２１型測定装置（商品名）を用いて得た体積換算平均粒子径を意味するものである。

吸着槽１６内には、前段のろ過槽１５までで除去しきれなかった重金属を除去するような吸着剤が充填されていることが必要である。当該吸着剤は重金属を除去することができれば特に限定されるものではないが、例えばポリアミン型、アミドキシ型、ジチオカルバミン酸型、チオ尿素型、アミノリン酸型、グルカミン酸等の配位基を有し、基本樹脂としてフェノール系、スチレン系、アクリル系、エポキシ系の樹脂を有するキレート樹脂等を挙げることができる。このようなキレート樹脂は、残存した重金属と錯体を形成するため、当該重金属をより確実に除去することができる。

なお、上述のようなキレート樹脂の他に、例えばアクリル酸系、あるいはメタクリル酸系の陽イオン交換樹脂等を用いることもできる。

次に、図１に示す水処理装置１０を用いた水処理方法について説明する。

最初に、第１の反応槽１１内に重金属を含有する廃水Ｗ０を導入し、次いで、酸化剤貯留槽２２より過酸化水素水等の酸化剤を、配管２１を介して第１の反応槽１１内に供給して添加する。なお、上述した好ましい酸化剤の内、過酸化水素水は3%〜35%の濃度の水溶液を添加し、オゾンは20g/m³〜150g/m³の濃度のガスを注入する。

廃水Ｗ０中に存在する重金属は、同じく廃水Ｗ０内に存在する有機酸やＥＤＴＡ等の有機物と配位結合及びイオン結合により安定な金属錯体を形成しているが、上述のような酸化剤を添加することにより、金属錯体を構成している配位結合が分断され、あるいはイオン結合に寄与している電子が酸素原子等に引き寄せられることによって当該イオン結合が分断されて、上記金属錯体より重金属が解離するようになる。

次いで、酸化剤を添加した後の廃水Ｗ０を配管３１を介して第２の反応槽１２内に導入するとともに、アルカリ剤貯留槽２２及び凝結剤貯留槽２４からそれぞれ配管２３及び２５を介して、アルカリ剤及び凝結剤を第２の反応槽１２内に導入して廃水Ｗ０に添加する。すると、廃水中に解離して存在する重金属は、アルカリ剤と反応して重金属の水酸化物を析出するとともに、上記凝結剤によって当該水酸化物を凝結させ、第２の反応槽１２内の廃水Ｗ０中にはたくさんのフロックＰ１が浮遊するようになる。

なお、第２の反応槽１２内にアルカリ剤及び凝結剤を添加した後は、第２の反応槽１２内に配設された攪拌機１２１で適宜廃液Ｗ０を撹拌することにより、廃液Ｗ０中の重金属（イオン）とアルカリ剤及び凝結剤とが十分に接触し、上述したような反応過程を経て、十分な量のフロックＰ１が生成するようにする。フロックＰ１の大きさは、ＳＡＬＤ−ＤＳ２１型測定装置で計測すると、１μｍ程度の大きさである。

次いで、フロックＰ１を含む廃水Ｗ０を配管３２を介して第２の反応槽１２から凝集槽１３に導入するとともに、高分子凝集剤貯留槽２８から配管２７を介して、高分子凝集剤を凝集槽１３内に導入して廃水Ｗ０に添加する。すると、廃水Ｗ０中に浮遊しているフロックＰ１は高分子凝集剤によって凝集して凝集物Ｐ２を生成するようになる。

なお、凝集槽１３内に高分子凝集剤を添加した後は、凝集槽１３内に配設された攪拌機１３１で適宜廃液Ｗ０を撹拌することにより、廃液Ｗ０中のフロックＰ１と高分子凝集剤とが十分に接触し、十分な量の凝集物Ｐ２が生成するようにする。凝集物Ｐ２の大きさは、ＳＡＬＤ−ＤＳ２１型測定装置で計測すると、１０μｍ程度の大きさである。

次いで、凝集物Ｐ２を含む廃水Ｗ０を配管３３を介して凝集槽１３の下部から沈殿槽１４の上部に導入し、当該沈殿槽１４内で廃水Ｗ０を静置することにより、廃水Ｗ０中の凝集物Ｐ２を沈殿槽１４の下部に沈殿させて堆積させる。このとき、沈殿槽１４の下部に堆積した沈殿物Ｓは沈殿槽１４の下部に配設された配管３８から外部に排出される。沈殿物Ｓ中には廃水Ｗ０中の重金属の水酸化物が含まれているので、沈殿槽１４における沈殿物Ｓの外部排出によって、廃水Ｗ０中の重金属の大部分が除去されることになる。

なお、第２の反応槽１２で得たフロックＰ１を含む廃水Ｗ０を直接沈殿槽１４内に導入することもできるが、フロックＰ１の大きさが上述のように１０μｍ程度が大半を占めており、比重も小さいために、このような廃水Ｗ０を沈殿槽１４内に導入してもフロックＰ１が沈殿槽１４内で沈殿せず、沈殿槽１４の下部において十分な量の沈殿物Ｓを堆積させることができない。このため、廃水Ｗ０より十分な量の重金属を除去できなくなる。

次いで、沈殿槽１４の上部に連結された配管３４を介して沈殿槽１４中の上澄み液Ｗ１をろ過槽１５中に導入して通水させることにより、上澄み液Ｗ１に残存する凝集物Ｐ２を除去する。次いで、上澄み液Ｗ１を配管３５を介してろ過槽１５から吸着槽１６に導入し、吸着槽１６内に充填されたキレート樹脂等によって上澄み液Ｗ１内に残存する重金属を除去し、目的とする処理水Ｗ２を得る。

本実施形態では、第１の反応槽１１内に廃水Ｗ０を導入するとともに酸化剤を添加し、当該廃水Ｗ０中に存在する金属錯体から重金属が解離するようにし、その後、アルカリ剤添加によって重金属の水酸化物を生成し、凝結剤や高分子凝集剤を用いることによって水酸化物を沈殿除去等し、処理水Ｗ２を得るようにしている。したがって、従来のアルカリ沈殿法に比較して、重金属含有廃水からの重金属を簡易に除去することができる。また、Ｆｅ−Ｃａ置換法等のように置換剤（薬剤）を用いないので、低コストで効率的かつ効果的に廃水Ｗ０から重金属を除去し、目的とする処理水Ｗ２を得ることができる。

図１に示す水処理装置１０を用いて試験を行った。廃水Ｗ０として、Ｎｉを２９０ｍｇ／Ｌ及びＺｎを１７０ｍｇ／Ｌの割合で含む模擬廃水５００ｍＬを準備し、これにオゾン５０ｇ/ｍ^３を２時間添加した。その後、アルカリ剤としてＮａＯＨをｐＨ８．５ｇになるまで添加し、さらに凝結剤としてＰＡＣを５０ｍｇ/Ｌとなるように添加した後、高分子凝集剤としてアニオンポリマーを１ｍｇ/Ｌとなるように添加して凝集物を生成し、沈殿させた。その後、上澄み液Ｗ１を砂ろ過した後、キレート樹脂に通水させて目的とする処理水Ｗ２を得た。

得られた処理水Ｗ２中のＮｉ濃度及びＺｎ濃度をICP発光分光分析法によって計測したところ、それぞれ０．０１質量％未満であることが判明した。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 水処理装置
１１ 第１の反応槽
１２ 第２の反応槽
１３ 凝集槽
１４ 沈殿槽
１５ ろ過槽
１６ 吸着槽
２２ 酸化剤貯留槽
２４ アルカリ剤貯留槽
２６ 凝結剤貯留槽
２８ 高分子凝集剤貯留槽
２１，２３，２５，２７，３１〜３８ 配管
Ｗ０ 廃水
Ｗ１ 上澄み液
Ｗ２ 処理水

Claims (7)

1. 重金属を含有する廃水を第１の反応槽に導入した後、前記廃水中に酸化剤を添加するステップと、
   前記酸化剤の添加後において、前記廃水を第２の反応槽中に導入し、前記酸化剤を添加した前記廃水中にアルカリを添加して前記重金属の水酸化物を析出させるステップと、
   前記第２の反応槽において、前記水酸化物を含む前記廃水中に凝結剤を添加し、前記水酸化物を含むフロックを形成するステップと、
   前記フロックを含む前記廃水を凝集槽内に導入し、前記廃水中に高分子凝集剤を添加して前記フロックを含む凝集物を生成させるステップと、
   前記凝集物を含む前記廃水を沈殿槽中に導入し、前記凝集物を沈殿除去するステップと、
   前記沈殿槽中の上澄み液をろ過槽内に導入し前記上澄み液中に残存する前記凝集物を除去するステップと、
   前記上澄み液を吸着槽内に導入し、前記上澄み液中に残存する前記重金属を除去するステップと、
   を具えることを特徴とする、水処理方法。
2. 前記酸化剤は、過酸化水素水、次亜塩素酸ナトリウム、オゾン及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記吸着槽内にはキレート樹脂が充填されており、前記残存した重金属は、前記キレート樹脂と錯体を形成することによって除去されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 重金属を含有する廃水中に酸化剤を添加するための第１の反応槽と、
   記酸化剤の添加後の前記廃水を導入して、当該廃水中にアルカリを添加して前記重金属の水酸化物を析出させるとともに、前記水酸化物を含む前記廃水中に凝結剤を添加し、前記水酸化物を含むフロックを形成するための第２の反応槽と、
   前記フロックを含む前記廃水を導入して、前記廃水中に高分子凝集剤を添加して前記フロックを含む凝集物を生成させるための凝集槽と、
   前記凝集物を含む前記廃水を導入して、前記凝集物を沈殿除去するための沈殿槽と、
   前記沈殿槽中の上澄み液をろ過槽内に導入して、当該上澄み液中に残存する前記凝集物を除去するためのろ過槽と、
   前記上澄み液を導入して、前記上澄み液中に残存する前記重金属を除去するための吸着槽と、
   を具えることを特徴とする、水処理装置。
5. 前記第２の反応槽は前記第１の反応槽の下流側に位置し、前記凝集槽は前記第２の反応槽の下流側に位置し、前記沈殿槽は前記凝集槽の下流側に位置し、前記ろ過槽は前記沈殿槽の下流側に位置し、前記吸着槽は前記ろ過槽の下流側に位置することを特徴とする、請求項４に記載の水処理装置。
6. 前記酸化剤は、過酸化水素水、次亜塩素酸ナトリウム、オゾン及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の水処理装置。
7. 前記吸着槽内にはキレート樹脂が充填されており、前記残存した重金属は、前記キレート樹脂と錯体を形成することによって除去されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一に記載の水処理装置。

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