JP2018038965A - 水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アカガネイトを使用した水処理システム、及びそのシステムを用いた水処理方法を提供する。
【解決手段】無機化合物の陰イオンを含む原水が導入される原水槽１と、原水槽１に供給する塩化鉄（ＩＩＩ）が含まれる第一水溶液を貯留する第一貯留槽３と、原水槽１に供給する、アルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩、並びに、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩から選ばれる１種以上の塩（Ｓ）が含まれる第二水溶液を貯留する第二貯留槽４と、前記第一水溶液を第一貯留槽３から原水槽１へ供給する第一水溶液供給部３ａと、前記第二水溶液を第二貯留槽４から原水槽１へ供給する第二水溶液供給部４ａと、を備える水処理システム１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理システム及び水処理方法に関する。

化学事業所や工事現場の排水にはセレン、ヒ素、クロム等のオキソ酸イオンが含まれることがある。これらの陰イオンは溶解性が高く、従来の一般的な排水処理に使用される硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の無機凝集剤や、高分子ポリマーを含む有機凝集剤によって沈殿して除去することは困難である。そこで、特許文献１では、シュベルトマナイト［組成式：Ｆｅ_８Ｏ_８（ＯＨ）_８−２ｘ（ＳＯ_４）_ｘ；１≦ｘ≦１．７５］と呼ばれる酸化鉄鉱物にセレン、ヒ素、クロムを吸着させる方法が提案されている。

特開２００５−９５７３２号公報

本発明者らが鋭意検討したところ、特許文献１に記載のシュベルトマナイトは硫酸イオンを本来的に含んでいるため、目的の陰イオンが充分に吸着するためには硫酸イオンを置換する必要があると考えられた。また、硫酸イオンの結合力は比較的強いため、目的の陰イオンがシュベルトマナイトに吸着する効率は必ずしも高いとはいえないことを見出した。
そこで、本発明者らはより優れた吸着効率を示す鉱物を種々検討したところ、アカガネイト（赤金鉱）（Akaganeite）は、目的の陰イオンに対して優れた吸着効率を示すことを見出した。

本発明は、アカガネイトを使用した水処理システム、及びそのシステムを用いた水処理方法を提供する。

［１］ 無機化合物の陰イオンを含む原水が導入される原水槽と、前記原水槽に供給する塩化鉄（ＩＩＩ）が含まれる第一水溶液を貯留する第一貯留槽と、前記原水槽に供給する、アルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩、並びに、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩から選ばれる１種以上の塩（Ｓ）が含まれる第二水溶液を貯留する第二貯留槽と、前記第一水溶液を前記第一貯留槽から前記原水槽へ供給する第一水溶液供給部と、前記第二水溶液を前記第二貯留槽から前記原水槽へ供給する第二水溶液供給部と、を備えることを特徴とする水処理システム。
［２］ 前記原水、前記第一水溶液及び前記第二水溶液の混合液が導入され、前記混合液に含まれるアカガネイトと上澄み液とを分離する濁水処理装置と、前記混合液を前記原水槽から前記濁水処理装置へ送液する混合液送液部と、を備えることを特徴とする［１］に記載の水処理システム。
［３］ 前記アカガネイトを凝集させる凝集剤を保持する第三貯留槽と、前記凝集剤を前記第三貯留槽から前記濁水処理装置へ供給する凝集剤供給部と、を備えることを特徴とする［２］に記載の水処理システム。
［４］ 前記上澄み液を受け入れて一時的に貯留する放流槽と、前記上澄み液を前記濁水処理装置から前記放流槽へ送液する上澄み液送液部と、を備えることを特徴とする［２］又は［３］に記載の水処理システム。
［５］ 前記濁水処理装置から前記アカガネイトを含む沈殿物を受け入れる貯泥槽と、前記沈殿物を前記濁水処理装置から前記貯泥槽へ移送する沈殿物第一移送部と、を備えることを特徴とする［２］〜［４］の何れか一項に記載の水処理システム。
［６］ 前記沈殿物を脱水する脱水装置と、前記沈殿物を前記貯泥槽から前記脱水装置へ移送する沈殿物第二移送部と、を備えることを特徴とする［５］に記載の水処理システム。
［７］ ［１］〜［６］の何れか一項に記載の水処理システムを用いた水処理方法であって、前記原水と、前記第一水溶液と、前記第二水溶液と、をそれぞれ前記原水槽へ供給し、前記原水槽において前記原水、前記第一水溶液及び前記第二水溶液を混合することにより、得られた混合液の中でアカガネイトを生成し、前記アカガネイトに前記陰イオンを吸着させる工程を有することを特徴とする水処理方法。
［８］ ［１］〜［６］の何れか一項に記載の水処理システムを用いた水処理方法であって、前記第一水溶液と、前記第二水溶液と、をそれぞれ前記原水槽へ供給し、前記原水槽において前記第一水溶液及び前記第二水溶液とを混合することにより、得られた混合液の中でアカガネイトを生成する工程と、前記原水を前記原水槽へ導入し、前記原水槽において前記混合液及び前記原水を混合することにより、前記アカガネイトに前記陰イオンを吸着させる工程と、を有することを特徴とする水処理方法。

本発明の水処理システム及び水処理方法によれば、原水（被処理水）中に含まれる無機化合物の陰イオンをアカガネイトに吸着させ、前記陰イオンの濃度が低減された水を得ることができる。

本発明の一例の水処理システム１０の模式図である。 アカガネイトのトンネル構造を表す模式図である。 ３種の酸化鉄鉱物におけるセレン酸イオンの吸着等温線である。

《水処理システム》
本発明の第一態様の水処理システムは、無機化合物の陰イオンを含む原水が導入される原水槽と、前記原水槽に供給する塩化鉄（ＩＩＩ）が含まれる第一水溶液を貯留する第一貯留槽と、前記原水槽に供給する、アルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩、並びに、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩から選ばれる１種以上の塩（Ｓ）が含まれる第二水溶液を貯留する第二貯留槽と、を備える。

図１に示す水処理システム１０は、原水槽１、第一貯留槽３、及び第二貯留槽４を備え、さらに、前記第一水溶液を第一貯留槽３から原水槽１へ供給する第一水溶液供給部３ａと、前記第二水溶液を第二貯留槽４から原水槽１へ供給する第二水溶液供給部４ａと、を備える。

第一水溶液供給部３ａ及び第二水溶液供給部４ａは、原水槽１と、第一貯留槽３又は第二貯留槽４とを接続する配管、ポンプ及びバルブによって構成されている。第一水溶液供給部３ａと第二水溶液供給部４ａとは互いに独立した供給ラインとされている。両ラインは独立しているため、原水槽１に供給する第一水溶液と第二水溶液の供給量を個別に制御することができる。これにより、後述するアカガネイトの生成反応の制御が容易となる。

前記原水は、原水貯留槽（不図示）等の外部から適当な手段（例えば配管、給水車等）を介して原水槽１に導入される。原水槽１に前記原水、前記第一水溶液及び前記第二水溶液が供給され、原水槽１においてこれらが混合された混合液が得られる。混合液中では後述する反応によりアカガネイトが生成される。

水処理システム１０は、前記混合液が導入され、前記混合液に含まれるアカガネイトと上澄み液とを分離する濁水処理装置５を任意の構成として備えている。

上記の他、水処理システム１０は、濁水処理装置５に供給し、前記アカガネイトを凝集させる凝集剤を保持する第三貯留槽６と；前記上澄み液を受け入れて、外部に放流するまで前記上澄み液を一時的に貯留する放流槽７と；濁水処理装置５から前記アカガネイトを含む沈殿物を受け入れる貯泥槽８と；前記沈殿物を脱水する脱水装置９と；を任意の構成として備えている。

濁水処理装置５には、前記混合液を原水槽１から濁水処理装置５へ送液する混合液送液部１ａが接続されている。
濁水処理装置５には、前記凝集剤を第三貯留槽６から濁水処理装置５へ供給する凝集剤供給部６ａが接続されている。
放流槽７には、前記上澄み液を濁水処理装置５から放流槽７へ送液する上澄み液送液部５ａが接続されている。
貯泥槽８には、前記沈殿物を濁水処理装置５から貯泥槽８へ移送する沈殿物第一移送部５ｂが接続されている。
脱水装置９には、前記沈殿物を貯泥槽８から脱水装置９へ移送する沈殿物第二移送部８ａが接続されている。
上記の接続を行う各部は、配管、バルブ、ポンプ等の公知の接続部材によって構成されている。

《水処理方法》
本発明の第二態様の水処理方法は、前述した第一態様の水処理システムを利用して、原水（被処理水）に含まれる無機化合物の陰イオンを低減する方法である。この水処理方法によって清浄な処理水が得られる。以下に、水処理システム１０を利用した方法を説明する。

まず、無機化合物の陰イオンが含まれる原水を外部から原水槽１へ導入する。
次いで、第一貯留槽３と第二貯留槽４から原水槽１へ、第一水溶液供給部３ａ及び第二水溶液供給部４ａの独立したラインを介して、塩化鉄（ＩＩＩ）を含む第一水溶液と、前記１種以上の塩（Ｓ）を含む第二水溶液とをそれぞれ供給する。原水槽１において、原水、第一水溶液及び第二水溶液を混合することにより、混合液中でアカガネイトが生成する。この際、必要に応じて水道水を原水槽１へ供給してもよい。
原水槽１の上記混合液においてアカガネイトに前記無機化合物の陰イオンが接触し、吸着する（吸着工程）。その後、混合液送液部１ａを介して原水槽１から濁水処理装置５へ、アカガネイトを含む混合液を移送する。

次に、濁水処理装置５の水槽に導入した前記混合液を静置し、アカガネイトを含む沈殿を沈降させる。第三貯留槽６から濁水処理装置５へ、凝集剤供給部６ａを介して凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム、高分子凝集剤等）を供給すると、沈殿の沈降を促進させることができる。アカガネイトを含む前記沈殿が沈降した後、上澄み液送液部５ａを介して、前記無機化合物の陰イオン濃度が低減した上澄み液を放流槽７へ移送し、一時的に貯留して、適切なタイミングで河川等の外部へ放流する。また、必要に応じて上澄み液を原水槽１へ戻してもよい。一方、沈降したアカガネイトが含まれる沈殿を汚泥として、濁水処理装置５から貯泥槽８へ、沈殿物第一移送部５ｂを介して移送し、一時的に貯留する。その後、沈殿物第二移送部８ａを介して貯泥槽８から、フィルタープレス機等の脱水装置９へ汚泥を移送し、汚泥を脱水して、アカガネイトを含む脱水ケーキを得る。脱水ケーキは公知方法によって適切に処分される。脱水した水は、上澄み液よりも清浄度が劣ると考えられるため、原水槽１へ戻すことが好ましい。

上記の水処理方法に代えて、次の２つの工程に分けた水処理方法を採用してもよい。
まず、第一貯留槽３と、第二貯留槽４から、前記第一水溶液と、前記第二水溶液と、をそれぞれ原水槽１へ供給し、原水槽１において前記第一水溶液及び前記第二水溶液を混合することにより、得られた混合液の中でアカガネイトを生成する工程（生成工程）を行う。
次いで、外部から前記原水を原水槽１へ供給し、原水槽１において前記混合液及び前記原水を混合することにより、前記アカガネイトに前記陰イオンを吸着させる工程（吸着工程）を行う。
上記２つの工程のうち前段工程でアカガネイトを生成することにより、第一水溶液及び第二水溶液の混合の制御（撹拌効率、混合比率等）が容易になり、アカガネイトをより容易に生成できる。

以上で説明した水処理方法においては、次に説明する陰イオン吸着方法、アカガネイトの合成方法を適用することができる。

《陰イオン吸着方法》
原水槽１において、無機化合物の陰イオンを含む原水をアカガネイトに接触させることにより、前記陰イオンを前記アカガネイトに吸着させることができる。

前記無機化合物としては、例えば、セレン、ヒ素、クロム、フッ素、硫黄、リン等の無機元素を含む無機化合物が挙げられる。具体的には、例えば、セレン、ヒ素、クロムのオキソ酸、フッ化水素酸（フッ酸）、硫酸、リン酸等が挙げられる。

前記無機化合物としては、アカガネイトに高い吸着力を示す観点から、オキソ酸が好ましく、前記無機元素を含む、１価又は２価の無機オキソ酸がより好ましい。
ここで、オキソ酸とは、１つの無機原子に水酸基（−ＯＨ）及びオキソ基（＝Ｏ）が結合しており、且つその水酸基のプロトンが脱離し得る無機化合物である。オキソ酸は水中では前記プロトンが脱離したオキソ酸イオンとなり得る。

前記オキソ酸としては、アカガネイトに高い吸着力を示す観点から、セレンのオキソ酸が好ましく、セレンのオキソ酸イオンとしては、セレン酸イオン（ＳｅＯ_４ ^２−）、セレン酸水素イオン（ＨＳｅＯ_４ ⁻）、亜セレン酸イオン（ＳｅＯ_３ ^２−）、亜セレン酸水素イオン（ＨＳｅＯ_３ ⁻）が挙げられる。

原水に含まれる無機化合物の陰イオンは１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。

本発明において陰イオン吸着剤として使用するアカガネイト（赤金鉱）（Akaganeite）は、化学組成β−Ｆｅ^３＋（Ｏ（ＯＨ，Ｃｌ））で表される酸化鉄鉱物である。その結晶系は単斜晶系で、空間群Ｉ２／ｍ、単位格子：ａ＝１０．６００，ｂ＝３．０３３９，ｃ＝１０．５１３，β＝９０．２４°という結晶学的データが学術論文“Post J E, Buchwald V F, American Mineralogist, 76 (1991) p.272-277, Crystal structure refinement of akaganeite”に記載されている。この論文で明らかにされたアカガネイトの結晶構造には塩化物イオンを保持するトンネル構造が存在し、そのトンネルの壁から中心に向けて水酸基が差し出されていることも記載されている。

図２は、上記トンネル構造を模式的に表した図である。図中、灰色丸は酸素原子を表し、白色丸は水素原子を表し、八面体の中央の丸は鉄原子を表し、トンネル内の黒色丸は、塩化物イオン及び水素イオンが同じ占有率（５０：５０）で存在することを示す。

本発明においては、原水をアカガネイトに接触させると、原水に含まれる陰イオンがアカガネイトの上記トンネル構造にトラップされて吸着すると考えられる。この吸着によってトンネル構造に予め存在する塩化物イオンが前記陰イオンに置換されて脱離する。

第一水溶液及び第二水溶液を含む前記混合液中でアカガネイトを生成する際、その混合液のｐＨは酸性に調整されることが好ましい。
目的の陰イオンをアカガネイトに吸着させる処理中の前記混合液（アカガネイト分散液）のｐＨは、１０以下が好ましく、２以上９以下がより好ましく、３以上７以下がさらに好ましく、４以上６以下が特に好ましい。
処理中の前記混合液のｐＨが９以下であると、アカガネイトの分解を防止し、アカガネイトによる目的の陰イオンの吸着力を高めることができる。
処理中の前記混合液のｐＨが低いほど、アカガネイトの前記トンネル構造の中心を向く水酸基に結合するプロトンが増える。これにより前記トンネル構造内が負電荷を帯びることを抑制し、前記トンネル構造内に目的の陰イオンをより容易に吸着させることができる。したがって、目的の陰イオンの吸着力を高める観点から、ｐＨ２〜５が好ましく、ｐＨ２〜４がより好ましく、ｐＨ２〜３がさらに好ましい。
処理中の前記混合液のｐＨが４以上６以下であると、アカガネイト同士が凝集し易くなり、アカガネイトの回収が容易になる観点から好ましい。
前記混合液のｐＨを調整する方法は特に限定されず、例えば、塩酸、水酸化ナトリウム、前記１種以上の塩（Ｓ）を添加する方法が挙げられる。

アカガネイトによる前記吸着の際の前記混合液の温度は特に限定されず、例えば、４〜６０℃が好ましく、１５〜５０℃がより好ましく、３０〜４０℃がさらに好ましい。
上記温度範囲であると、アカガネイトによる目的の陰イオンの吸着力を高めることができる。上記温度範囲の下限値以上であると、前記混合液中における目的の陰イオンの拡散速度が高まり、アカガネイトに接触して吸着する効率がより高められる。上記温度範囲の上限値以下であると、一度吸着した陰イオンがアカガネイトから脱離することをより低減することができる。

原水に含まれる目的の陰イオンの含有量に対して、この原水に接触するアカガネイトの量は特に限定されず、予備実験を行って経験的に目的の陰イオンを充分に吸着できることを確認した量に設定すればよい。
通常、接触させるアカガネイトの量を多くすれば、吸着可能な陰イオンの量も多くなり、例えば、アカガネイトによる無機オキソ酸イオンの吸着量として０．３〜０．５ｍｏｌ／ｋｇが挙げられる。

前記陰イオンを吸着したアカガネイトを前記混合液から回収する方法としては、例えば、沈殿法、濾過法等が挙げられる。沈殿法としては、例えば、前記混合液を静置して沈殿させる方法、前記混合液に硫酸バンド、ＰＡＣ、高分子ポリマー凝集剤等を添加して凝集させて沈殿させる方法、前記混合液のｐＨを４〜６に調整してアカガネイト同士を凝集させる方法等が挙げられる。

《アカガネイトの合成》
原水槽１において、塩化鉄（ＩＩＩ）が含まれる第一水溶液と、前記１種以上の塩（Ｓ）が含まれる第二水溶液とを混合することによりアカガネイトを生成する際、さらに前記原水が混合されていても、アカガネイトの生成に支障はない。

前記１種以上の塩（Ｓ）は、アカガネイトを高収率で合成する観点から、前記１種以上の塩（Ｓ）は水に易溶性であることが好ましく、例えば、下記のカチオンを含む塩が好ましい。
前記アルカリ金属は周期表の第１族元素であり、ナトリウム、カリウムが好ましい。
前記アルカリ土類金属は周期表の第２族元素であり、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましい。

原水槽１において第一水溶液と第二水溶液を混合することにより、水溶液中で電離したイオン同士が自然に反応してアカガネイトが生成される。より詳しくは、前記１種以上の塩（Ｓ）を水中に溶解させると水酸化物イオンが生成される。この水酸化物イオンと鉄イオンが、塩化物イオンが多く溶存する酸性水溶液中で反応することにより、アカガネイトが生成される。
アカガネイトの生成反応を促進するために、前記混合液（反応液）を例えば４０〜１００℃程度に加熱してもよい。

アカガネイトを生成させる際の前記反応液のｐＨは、７未満が好ましく、４未満がより好ましく、１〜３がさらに好ましい。
ｐＨ７未満であると、塩化物イオン存在下においてアカガネイトが容易に生成される。
ｐＨ４未満であると、特にｐＨ３以下であると、塩化物イオン存在下において高収率でアカガネイトを生成することができる。なお、ｐＨ４〜６でもアカガネイトは容易に形成されるが、このｐＨ範囲であると、生成しつつあるアカガネイト同士が凝集して未反応の塩化鉄（ＩＩＩ）又は塩（Ｓ）が取り込まれる場合がある。一方、ｐＨがアルカリ性であると、異なる構造の酸化鉄鉱物（例えば、ゲータイト、スクメタイト等）が生成される可能性が高い。

アカガネイトを生成させる際の反応液のｐＨの調整は、前記原水、第一水溶液及び第二水溶液を混合する前に、少なくとも何れか１つのｐＨを予め調整しておくことが好ましい。第一水溶液と第二水溶液を混合した反応液のｐＨがアルカリ性であると、アカガネイト以外の酸化鉄鉱物が生成される恐れがある。

前記原水、第一水溶液、第二水溶液のｐＨを調整して維持する方法は、塩酸を滴下する方法が好ましい。塩酸を用いればアカガネイトの生成に有用な塩化物イオン以外の余計な陰イオン（例えば硫酸イオン等）を反応液に投入してアカガネイトに吸着することを防止できる。また、水酸化ナトリウムを用いて反応液のｐＨを調整して維持することも好ましい。

第一水溶液と第二水溶液を混合する割合としては、得られる前記混合液中の塩化鉄（ＩＩＩ）の量が、例えば０．０１〜３モル／Ｌとなる割合が好ましい。また、前記混合液中の前記１種以上の塩（Ｓ）の合計量が、例えば０．０１〜３モル／Ｌとなる割合で、第一水溶液と第二水溶液を混合することが好ましい。
前記混合液（反応液）を調製する際に、第一水溶液と第二水溶液を混合する順序は、混合液のｐＨを酸性に維持するために、第一水溶液に対して第二水溶液を添加する順序が望ましい。また、酸性の第一水溶液とアルカリ性の第二水溶液を混合した際に、前述した好適なｐＨとなるように両方の溶液を混合することが好ましい。

前記混合液中において、塩化鉄（ＩＩＩ）によって生成されるＦｅ^３＋と、前記１種以上の塩（Ｓ）によって生成されるＯＨ⁻とのモル比は、１：１〜１：３であることが好ましく、１：１．５〜１：２．５であることがより好ましく、１：１．８〜１：２．２であることがさらに好ましい。理論的には、１：２のモル比が最も好ましい。
上記モル比が１：２に近い上記範囲であると、前記混合液中のＦｅ^３＋が有する正電荷量と、ＯＨ⁻が有する負電荷量とがアカガネイトの生成に適したバランスとなり、塩化鉄（ＩＩＩ）に由来するＦｅ^３＋のほとんど全てを反応で消費して、アカガネイトを容易に高い収率で生成させることができる。

具体的には、例えば、０．１モルの炭酸水素ナトリウムを溶解させた１Ｌの水溶液中において、炭酸のみかけの（二酸化炭素との平衡の影響を受けた）酸解離定数ｐＫａ_１＝６．３を考慮して、溶液ｐＨがｐＫａ_１よりも１以上低い、ｐＨ５．３以下である場合、水溶液中に生成する水酸化物イオン濃度（炭酸分子濃度）は０．０９〜０．１モル／Ｌ程度と考えられる。これに基づき、前記混合液中の塩化鉄（ＩＩＩ）の濃度は、０．０９〜０．１モル／Ｌの１／３〜１倍の濃度が好ましく、１／２〜１倍の濃度がより好ましい。
また、例えば、０．１モルの炭酸ナトリウムを溶解させた１Ｌの水溶液中において、炭酸の酸解離定数ｐＫａ_２＝１０．３及び上記みかけの酸解離定数ｐＫａ_１＝６．３を考慮して、溶液ｐＨが５．３以下において、水溶液中に生成する水酸化物イオン濃度（炭酸分子濃度）は０．１８〜０．２モル／Ｌ程度と考えられる。これに基づき、前記混合液中の塩化鉄（ＩＩＩ）の濃度は、０．１８〜０．２モル／Ｌの１／３〜１倍の濃度が好ましく、１／２〜１倍の濃度がより好ましい。
また、例えば、０．１モルの水酸化ナトリウムを溶解させた１Ｌの水溶液中において、その酸解離定数ｐＫａ＝１３を考慮して、溶液ｐＨが７以下の酸性域において、水溶液中に生成する水酸化物イオン濃度はほぼ０．１モル／Ｌと考えられる。これに基づき、前記混合液中の塩化鉄（ＩＩＩ）の濃度は、０．１モル／Ｌの１／３〜１倍の濃度が好ましく、１／２〜１倍の濃度がより好ましい。

何れの炭酸水素塩、炭酸塩、水酸化物塩を用いる場合にも、当該塩のｐＫａ_１よりも当該水溶液のｐＨが１以上低ければ、溶解した塩のモル濃度の０．９〜２倍程度の水酸化物イオンが生成する。よって、前記混合液中、塩化鉄（ＩＩＩ）は、上記のｐＨ域において、前記１種以上の塩（Ｓ）のモル濃度の約０．３〜２倍（生成する水酸化物イオン濃度の１／３〜１倍）の濃度であることが好ましく、０．４５〜１倍量で（生成する水酸化物イオン濃度の１／２倍）の濃度であることがより好ましい。

また、上記を総合的に考慮して、アカガネイトを生成する前記混合液において、塩化鉄（ＩＩＩ）と前記１種以上の塩（Ｓ）とのモル比は２：１〜１：３であることが好ましい。
上記モル比の範囲であると、前記混合液中のＦｅ^３＋とＯＨ⁻の電荷バランスが良好となり、アカガネイトを容易に高い収率で生成させることができる。

前記混合液におけるアカガネイトの生成反応の終了は、反応液が暗褐色から赤褐色に変化したことを目安にして経験的に判断することができる。
アカガネイトの生成反応の開始後、その反応が一段落するまでに要する時間は、生成するアカガネイトの濃度にもよるが、１０〜２５℃において例えば３〜５分程度である。

アカガネイトが生成した後、前記混合液のｐＨを４以上〜ｐＨ６以下に調整することにより、アカガネイト同士を凝集させることができる。この際、凝集を妨げない温度範囲で、例えば１０〜４０℃で行うことが好ましい。ｐＨを調整してアカガネイトが凝集するまでに要する時間は１０〜２５℃において例えば５〜１０分程度である。
ここで前記混合液のｐＨを４以上〜ｐＨ６以下に調整する方法としては、前記混合液に前記１種以上の塩（Ｓ）を追加して添加する方法が好ましい。前記１種以上の塩（Ｓ）を用いることにより、余計な陰イオン（例えば硫酸イオン等）が前記混合液に混入してアカガネイトに吸着することを防止できる。

上記のアカガネイトの合成方法によれば、塩化鉄（ＩＩＩ）として投入した鉄イオンの全てがアカガネイトになった場合の収率をモル基準で１００％であるとした場合、例えば収率９０〜９９％でアカガネイトを得ることができる。

以上で説明したように、原水槽１において、原水の混合の有無に関わらず、第一水溶液及び第二水溶液を混合した混合液中でアカガネイトが生成する。このアカガネイトは、前記混合液に混合された原水に含まれる目的の陰イオンを吸着することができる。

［アカガネイトの合成］
０．２ｍｏｌ／Ｌの塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液１Ｌに、０．４ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム１Ｌを添加して、５分間穏やかに撹拌しながら、約ｐＨ２の水溶液（Ｆｅ^３＋：ＯＨ⁻＝約１：２）中でアカガネイトを生成した。次いで、生成したアカガネイトが含まれた懸濁液に、水酸化ナトリウムをさらに添加し、ｐＨ４〜５に調整し、５分間穏やかに撹拌しながら、アカガネイト同士を凝集させた。凝集したアカガネイトを濾過で回収し、乾燥した粘土状のアカガネイトの塊を得た。この塊を乳鉢で砕いて粉体としたアカガネイトを以下の実験に用いた。
塩化鉄（ＩＩＩ）として投入した鉄イオンの全てがアカガネイトになった場合の収率をモル基準で１００％であるとした場合、収率９５％でアカガネイトを回収して得た。
合成したアカガネイトをＸＲＤで分析したところ、アカガネイトを示すブロードなピークが確認された。

［試験例１］
セレンを１０ｍｇ／Ｌ含むセレン酸ナトリウム水溶液を調製した。上記合成で得たアカガネイトを用いて、以下の実験手順を行った。
セレン酸イオンを含む上記水溶液に、上記で合成したアカガネイトを、０．０１５、０．０２５、０．０５、０．１、０．２、０．５、１．０（単位：ｗ／ｗ％）の各濃度で添加した。ｐＨ６に調整した上記水溶液を２０℃で１時間撹拌した後に、アカガネイトを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度をＪＩＳ Ｋ０１０２：２０１３年の「６７．セレンの水素化合物発生ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。
セレン酸イオンを含む上記水溶液に、グリーンラストを、２０℃で０．１５ｗ／ｗ％〜１．０ｗ／ｗ％の重量比となるように添加した。ｐＨ６となった上記水溶液を２０℃で１時間撹拌した後に、グリーンラストを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度を上記方法で測定した。
セレン酸イオンを含む上記水溶液に、シュベルトマナイトを、ｐＨ９となった上記水溶液を２０℃で０．０１５、０．０２５、０．０５、０．１、０．２、０．５、１．０（単位：ｗ／ｗ％）の各濃度で添加した。１時間撹拌した後に、シュベルトマナイトを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度を上記方法で測定した。
上記実験によって、アカガネイト、グリーンラスト、シュベルトマナイトの各酸化鉄鉱物におけるセレン酸イオンに対する吸着等温線を得た（図３）。
図３に示す結果から、溶存セレン酸イオンの平衡濃度が環境基準（０．０１ ｍｇ／Ｌ）以下になる酸化鉄鉱物は、アカガネイトだけであり、その吸着量が最も高いことが明らかである。

［試験例２］
セレンを１０ｍｇ／Ｌ含むセレン酸ナトリウム水溶液（原水）を調製した。この原水に、 塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液、及び水酸化ナトリウム水溶液を添加して、塩化鉄（ＩＩＩ）０．１ｍｏｌ／Ｌ、水酸化ナトリウム０．２ｍｏｌ／Ｌの濃度で含まれる混合液（ｐＨ２）を調製した。
調製した混合液を２０℃で１時間撹拌し、混合液中でアカガネイトを生成させるとともに、生成したアカガネイトに混合液中のセレン酸イオンを吸着させた。
その後、水酸化ナトリウム水溶液を添加して混合液をｐＨ４．５に調整し、アカガネイト同士を凝集させることにより沈降させ、その上澄み液を回収した。回収した上澄み液に含まれる溶存セレン（ｍｇ／Ｌ）を上記方法で測定したところ、上澄み液中の溶存セレン濃度が環境基準（０．０１ｍｇ／Ｌ）未満であることが分かった。
工事現場の排水中に含まれるセレン濃度は０．０３〜０．１ｍｇ／Ｌ程度であることを考慮すると、本発明によってセレンを含む排水を充分に処理できることが理解される。

試験例１〜２の結果から、本発明にかかる水処理システム及び水処理方法によって、原水槽において原水とアカガネイトを接触させることにより、原水から目的の陰イオンを除去した処理水が得られることは明らかである。

以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

本発明は、セレン、ヒ素、クロム等の重金属類が含まれる汚染水を浄化する用途に広く適用できる。

１…原水槽、１ａ…混合液送液部、３…第一貯留槽、３ａ…第一水溶液供給部、４…第二貯留槽、４ａ…第二水溶液供給部、５…濁水処理装置、５ａ…上澄み液送液部、５ｂ…沈殿物第一移送部、６…第三貯留槽、６ａ…凝集剤供給部、７…放流槽、８…貯泥槽、８ａ…沈殿物第二移送部、９…脱水装置、１０…水処理システム

Claims (8)

1. 無機化合物の陰イオンを含む原水が導入される原水槽と、
   前記原水槽に供給する塩化鉄（ＩＩＩ）が含まれる第一水溶液を貯留する第一貯留槽と、
   前記原水槽に供給する、アルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩、並びに、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩から選ばれる１種以上の塩（Ｓ）が含まれる第二水溶液を貯留する第二貯留槽と、
   前記第一水溶液を前記第一貯留槽から前記原水槽へ供給する第一水溶液供給部と、
   前記第二水溶液を前記第二貯留槽から前記原水槽へ供給する第二水溶液供給部と、
   を備えることを特徴とする水処理システム。
2. 前記原水、前記第一水溶液及び前記第二水溶液の混合液が導入され、前記混合液に含まれるアカガネイトと上澄み液とを分離する濁水処理装置と、
   前記混合液を前記原水槽から前記濁水処理装置へ送液する混合液送液部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記アカガネイトを凝集させる凝集剤を保持する第三貯留槽と、
   前記凝集剤を前記第三貯留槽から前記濁水処理装置へ供給する凝集剤供給部と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記上澄み液を受け入れて一時的に貯留する放流槽と、
   前記上澄み液を前記濁水処理装置から前記放流槽へ送液する上澄み液送液部と、
   を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の水処理システム。
5. 前記濁水処理装置から前記アカガネイトを含む沈殿物を受け入れる貯泥槽と、
   前記沈殿物を前記濁水処理装置から前記貯泥槽へ移送する沈殿物第一移送部と、
   を備えることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の水処理システム。
6. 前記沈殿物を脱水する脱水装置と、
   前記沈殿物を前記貯泥槽から前記脱水装置へ移送する沈殿物第二移送部と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の水処理システム。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の水処理システムを用いた水処理方法であって、
   前記原水と、前記第一水溶液と、前記第二水溶液と、をそれぞれ前記原水槽へ供給し、
   前記原水槽において前記原水、前記第一水溶液及び前記第二水溶液を混合することにより、得られた混合液の中でアカガネイトを生成し、前記アカガネイトに前記陰イオンを吸着させる工程を有することを特徴とする水処理方法。
8. 請求項１〜６の何れか一項に記載の水処理システムを用いた水処理方法であって、
   前記第一水溶液と、前記第二水溶液と、をそれぞれ前記原水槽へ供給し、
   前記原水槽において前記第一水溶液及び前記第二水溶液を混合することにより、得られた混合液の中でアカガネイトを生成する工程と、
   前記原水を前記原水槽へ導入し、前記原水槽において前記混合液及び前記原水を混合することにより、前記アカガネイトに前記陰イオンを吸着させる工程と、を有することを特徴とする水処理方法。