JP2019135039A - アンチモン含有水処理方法及びアンチモン含有水処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係るアンチモン含有水処理方法は、pH1以上6以下のアンチモン含有水及び0価の還元鉄粉を接触して接触後水を得る接触工程と、接触後水に酸化剤を添加する酸化工程と、を備える。
Sb5+ + 2e− → Sb3+ ・・・ (1)
Fe → Fe2+ + 2e− ・・・ (2)
Fe2+ → Fe3+ + e− ・・・ (3)
Sb3+ → Sb(OH)3↓ ・・・ (4)
Fe3+ → Fe(OH)3↓ ・・・ (5)
図1は、第1の実施形態に係るアンチモン含有水処理装置の概略図である。図1に示すアンチモン含有水処理装置1は、混合部11と、凝集沈殿分離部12と、酸化部13と、第1固液分離部14と、磁気分離部15と、第2固液分離部16とを備える。アンチモン含有水処理装置1では、アンチモン含有水と還元鉄粉とを混合部11において混合し、還元鉄粉にアンチモンを吸着させる。そして、凝集沈殿分離部12において混合後水から上澄み液(以下、第1の実施形態に係るアンチモン含有水処理装置における「混合後水」ということもある。)を除去する。酸化部13においてこの上澄み液に酸化剤を添加し、Fe(OH)3とSb(OH)3をさらに共沈させる。第1固液分離部14では、このFe(OH)3とSb(OH)3の沈殿を固液分離して除去する。一方で、凝集沈殿分離部12において回収した固体成分、すなわち還元鉄粉とフロックと残留水の混合物は、磁気分離部15に搬送され、還元鉄粉のみが回収される。このようにして磁気分離部15において回収された還元鉄粉は、第2固液分離部16に搬送されて固液分離され、再度混合部11に戻される。
本発明の第1のアンチモン含有水処理方法は、上記の混合部11において、pH1以上6以下のアンチモン含有水と、0価の還元鉄粉と、を混合する工程(混合工程)を備える方法である。このようなアンチモン含有水処理方法によれば、アンチモン含有水からアンチモンを効率良く吸着分離し、処理水中のアンチモン濃度を低濃度に減少させることができる。また、0価の還元鉄粉は、低価格で入手することが可能であるため、ランニングコストも低くすることができる。なお、この実施形態においては、さらに、凝集沈殿分離部12における凝集沈殿分離工程、酸化部13における酸化工程、第1固液分離部14における第1固液分離工程、磁気分離部15における磁気分離工程、第2固液分離部16における第2固液分離工程、搬送ラインL4を介して行われる返送工程、が構成されている。
混合工程は、pH1以上6以下のアンチモン含有水と、0価の還元鉄粉とを混合して混合後水を得る工程である。具体的に、混合工程では、アンチモン含有水を充填した反応槽に、還元鉄粉を添加し、攪拌して混合することができる。このようにして、pH1以上6以下のアンチモン含有水と0価の還元鉄粉とを混合することにより、還元鉄粉にアンチモンを吸着・保持させることができる。
凝集沈殿分離工程は、固形成分(還元鉄粉及びフロック)を含む水から、固形成分を沈殿させ、上澄み液(混合後水)を除去し、水分量を低減させる工程である。水分量が低減された状態で、後述する磁気分離工程において還元鉄粉を処理することができ、磁気分離工程における処理負担を低減させることができる。固液分離処理の手法としては、ここで述べる凝集沈殿分離工程以外にも種々の手法が考えられるが、これにより複雑な工程や過度な設備を要するのでは、結果としてアンチモン含有水処理の効率の低下を招くおそれもある。そこで、還元鉄粉は比重が重く沈降分離しやすいという特質を利用し、簡易な設備で容易に固液分離を実現できる凝集沈澱法を採用することができる。
酸化工程は、混合後水に酸化剤を添加し、混合後水に含まれるFe2+を酸化する工程である。還元鉄粉に含まれるFeは、(2)式の反応によりFe2+に酸化され、その一部はさらに(3)式の反応によりFe3+に酸化される。ここで、Fe2+はその一部が混合後水に溶解し、そのまま混合部11から排出される。これによって当初設定した量のFe3+が確保されずに吸着量の低下を招くという問題がある。これに対して本発明においては、この混合後水に酸化剤を添加してFe2+を酸化することで、Fe3+を生成させることができる。このようにして生成したFe3+は、混合後水に残存している微量のアンチモンと(4)、(5)式の反応により共沈し、Sb(OH)3がその表面に付着したFe(OH)3が固体状で得られる。この固体を分離除去することで、アンチモンが処理水から除去される。このようにすることで、FeをFe2+として無駄に消費することなく有効利用でき、最低限必要なアンチモンの除去量を設計できるとともに、設計通りのアンチモンの除去量を確保することができる。
第1固液分離部14においては、酸化部13より排出されたFe(OH)3及びSb(OH)3の沈殿を含む酸化後水を固液分離する。
磁気分離工程は、凝集沈殿分離工程により得られた還元鉄粉とフロックと残留水分からなる混合物(以下、「沈殿混合物」ということもある。)から還元鉄粉のみを、磁気(具体的には、磁石等)を用いて回収する工程である。
固液分離工程は、磁気分離工程において還元鉄粉とともに吸引・回収された空気を分離し、還元鉄粉のみを回収する工程である。
返送工程は、固液分離において回収された還元鉄粉混合工程に返送する工程である。返送された還元鉄粉は、再度アンチモン含有水に添加され、還元鉄粉のアンチモン吸着能が低下するまで繰り替し、アンチモンの回収に用いることができる。
図2は、第1の実施形態に係るアンチモン含有水処理装置の変形例の概略図である。この実施形態においては、混合部11において、アンチモン含有水を加熱するため、加熱部113を設けている点が上記の第1実施形態と異なっている。なお、図2において、上記の第1実施形態と同様の構成については、同様の図番を付してその説明を省略する。
図3は、第2の実施形態に係るアンチモン含有水処理装置の概略図である。図3に示すアンチモン含有水処理装置2は、pH調整部21と、通水部22と、酸化部23と、固液分離部24とを有する。
本発明の第2のアンチモン含有水処理方法は、0価の還元鉄粉を含む粒子(以下、「吸着剤粒子」と言うこともある。)が配置されている通水部22に、pH1以上6以下のアンチモン含有水を通水して通水後水を得る通水工程と、得られた通水後水に酸化剤を添加する酸化工程とを備える方法である。このような構成により、第1実施形態に比べてアンチモンをより効率良く吸着分離し、処理水中のアンチモン濃度を低濃度に減少させることができる。
pH調整部21におけるpH調整工程は、処理の対象であるアンチモン含有水のpHを1以上6以下に調整する工程である。具体的に、pH調整工程では、アンチモン含有水に、pH調整剤を添加しpHを調整する。
なお、図3では図示しないが、上記の加熱部113を設けて温度調整を行ってもよい。
通水部22における通水工程は、0価の還元鉄粉を含む吸着剤粒子が配置されている通水部に、pH1以上6以下のアンチモン含有水を通水する工程である。これにより、アンチモン含有水中に含まれるアンチモンを、吸着剤粒子に吸着させることができる。還元鉄粉については上記第1実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
pH測定工程においては、処理水のpHを測定する。そして、上述したpH調整工程において、測定した値に基づいてpH調整剤の添加量を制御することができる。
第2の実施形態における酸化工程は、第1の実施形態の酸化工程と同様であるため、省略する。なお、第1の実施形態の「混合後水」を「通水後水」と読み替えるものとする。
第2の実施形態における固液分離工程は、第1の実施形態の第1固液分離工程と同様であるため、省略する。
図4は、第2の実施形態に係るアンチモン含有水処理装置の変形例の概略図である。この実施形態においては、緩衝剤添加部213、流量制御部214、pH測定部231、ORP測定部232、温度調整部25及びpH及びORP制御部26を設けている点が上記の第2実施形態と異なっている。なお、図4において、上記の第2実施形態と同様の構成については、同様の図番を付してその説明を省略する。
図4に示す構成のアンチモン処理装置を構成した。アンチモン濃度1mg/Lのアンチモン含有水を、SV値を5として送水した。pH調整剤添加部212では、pH調整剤の添加量を、pH測定部231におけるpHの指示値が7.5となるようにpH及びORP制御部26によって制御した。また、緩衝剤添加部213では、緩衝剤の添加量をその緩衝剤濃度が300mg/Lとなるように流量制御部214と連動して注入した。酸化剤添加部233では、酸化剤の濃度は通液後液に対して約100mg/Lとなるように添加した。この際のORP測定部232におけるORPの指示値は稼働中、ほぼ500mVにであった。なお、その添加した酸化剤の濃度は通液後液に対して約100mg/Lでほぼ一定あった。24時間アンチモン処理装置を稼動し、酸化部23の析出したFe(OH)3粒子を、固液分離部24を設置した孔径0.2μmのMF膜によってろ過し回収した。回収したFe(OH)3粒子は、水に分散し、レーザー回折式粒度分布測定装置(Bettersize Instruments Ltd.製、BT−9300ST Intelligent Laser Particle Size Analyzer)により、粒度分布を測定した。
ORP測定部232におけるORPの指示値に関わらず、酸化剤の添加量を0mg/L(無添加)、20mg/L、30mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/Lに変更した以外、実施例1と同様にしてアンチモン処理装置を稼働した。稼働から1時間後に、SV値5でMF膜(0.02μm)を透過したろ過後水をサンプリングし、そのろ過後水中の鉄濃度をJIS K 0102:2013に基づき測定した。これにより、酸化剤添加量が酸化後水中の鉄析出に与える影響を検討した。
pH測定部231におけるpHの指示値を、7.0、7.5、8.0、8.1、8.3、8.5となるよう添加するように変更した以外、実施例1と同様にしてアンチモン処理装置を稼働した。働から1時間後に、SV値5でMF膜(0.02μm)を透過したろ過後水をサンプリングし、そのろ過後水中の鉄濃度をJIS K 0102:2013に基づき測定した。これにより、通水後水のpHが酸化後水中の鉄析出に与える影響を検討した。
実施例1と同様にして、アンチモン処理装置を134日間稼働した。稼働開始の翌日から7日おきに、通水部22の出口における通水後水のアンチモン濃度及び酸化後水をろ過した水(以下、「ろ過後水」と言う。)のアンチモン濃度を測定した。また、図8は、並びに通水後水及びろ過後水のアンチモン濃度対稼働日数のグラフである。
11 混合部
111 還元鉄粉投入部
112 攪拌部
113 加熱部
12 凝集沈殿分離部
121 上澄み液排出部
122 沈殿物排出部
13 酸化部
14 第1固液分離部
15 磁気分離部
16 第2固液分離部
161 送風部
21 pH調整部
211 pH測定部
212 pH調整剤添加部
213 緩衝剤添加部
214 流量制御部
22 通水部
23 酸化部
231 pH測定部
232 ORP測定部
233 酸化剤添加部
24 固液分離部
25 温度調整部
251 撹拌部
252 加熱部
26 pH及びORP制御部
Claims (17)
- pH1以上6以下のアンチモン含有水及び0価の還元鉄粉を接触して接触後水を得る接触工程と、
前記接触後水に酸化剤を添加する酸化工程と、を備える、
アンチモン含有水処理方法。 - 前記接触後水のpHを7.5以上8以下に制御する、
請求項1に記載のアンチモン含有水処理方法。 - pH1以上6以下のアンチモン含有水及び0価の還元鉄粉を混合して混合後水を得る混合工程と、
前記混合後水に酸化剤を添加する酸化工程と、を備える、
アンチモン含有水処理方法。 - 前記混合後水のpHを7.5以上8以下に制御する、
請求項3に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 0価の還元鉄粉を含む吸着剤粒子が配置されている通水部に、pH1以上6以下のアンチモン含有水を通水して通水後水を得る通水工程と、
前記通水後水に酸化剤を添加する酸化工程と、を備える、
アンチモン含有水処理方法。 - 前記通水後水のpHを7.5以上8以下に制御する、
請求項5に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記吸着剤粒子は、0価の還元鉄粉がバインダ樹脂に分散されてなる、
請求項5又は6に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記バインダ樹脂は、澱粉、アラビアゴム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、リグニンスルホン酸塩類、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、スチレン−アクリル共重合物からなる群から選択される1種以上である、
請求項7に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記吸着剤粒子は、0価の還元鉄粉により構成されてなる、
請求項5又は6に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記吸着剤粒子は、球状、立方体状、柱状又は中空柱状である、
請求項5乃至9のいずれか1項に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記吸着剤粒子は、粒径が1mm以上5mm以下である、
請求項5乃至10のいずれか1項に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記還元鉄粉は、粒径が100μm以下である、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記アンチモン含有水は、pKaが1以上7以下である緩衝剤を含む、
請求項1乃至12のいずれか1項に記載のアンチモン含有水処理方法。 - 前記アンチモン含有水は、35℃以上である、
請求項1乃至13のいずれか1項に記載のアンチモン含有水処理方法。 - pH1以上6以下のアンチモン含有水及び0価の還元鉄粉を混合し混合後水を得ることが可能な混合部と、
前記混合後水に酸化剤を添加する酸化部と、を備える、
アンチモン含有水処理装置。 - 0価の還元鉄粉を含む吸着剤粒子が配置されており、pH1以上6以下のアンチモン含有水を通水して通水後水を得ることが可能な通水部と、
前記通水後水に酸化剤を添加する酸化部と、を備える、
アンチモン含有水処理装置。 - 前記通水部又はその上流に接続されるpH調整部と、
前記通水部より下流に配置されるpH測定部と、
前記pH測定部でのpH測定値に応じて、前記アンチモン含有水をpH1以上6以下に制御するpH制御部と、を備える、
請求項16に記載のアンチモン含有水処理装置。
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