JP2923212B2 - 排水の処理方法 - Google Patents

排水の処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、清掃工場等より排出さ
れる重金属を含む排水、特に高pHでカルシウム濃度の
高い排水の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、清掃工場における焼却灰には、
重金属類と共にアルカリ成分が多く含まれている。従っ
て、これらの洗浄によって生じる排水はかなりの濃度の
重金属を含んでおり、特にアルカリ領域で溶解し易い性
状を有する鉛や亜鉛の濃度が高いことが多い。従来、こ
のような排水については、pH調整により重金属を水酸
化物として沈澱させ、この沈澱物を鉄塩等の凝集剤によ
り凝集させて分離除去し、有機汚染が大きい場合は引き
続いて生物処理を行い、排水基準値以下として放流する
方法が採用されている。
【0003】しかしながら、平成7年4月より施行され
る新たな排水の排出基準値あるいは環境基準値による
と、例えば鉛の許容濃度が0.1mg/l以下と非常に
厳しくなり、現状のpH調整と凝集による処理では殆ど
対応できなくなることが判明している。このため、上記
の新基準値を満足できる排水処理法の確立が急務となっ
ているが、従来からの常識的な重金属除去手段は様々な
問題点があることから、特に清掃工場より排出される重
金属を含む排水の処理には適用困難である。
【0004】すなわち、清掃工場の排水中には一般に重
金属より遙かに多量の硬度成分、特にカルシウムが含ま
れるが、このカルシウムと鉛等の重金属とは化学的な性
状で共通する部分が多く、通常の沈澱剤等の処理におい
ては沈澱剤がカルシウムとの反応に消費されることか
ら、重金属を確実に除去する上で極めて多量の添加を必
要とし、そのために処理コストが上昇すると共に、汚泥
の発生量が多くなる欠点を有する。従って、処理剤とし
てはカルシウムとは反応せず重金属と選択的に反応する
ものが望ましいが、このような性状を持つ薬剤は必然的
に極めて限られており、一般的には硫化ナトリウムとジ
チオカルバミン酸塩類が知られる程度である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の硫化
ナトリウムは、常態でも微量ながら有毒な硫化水素ガス
を生じることから、作業環境に悪影響を及ぼす上、何ら
かの要因で酸成分と接触した際に激しく硫化水素ガスを
発生するという危険性があるため、重金属除去用の処理
剤として優れた性状を有するにもかかわらず、安全衛生
面より採用困難である。因に、硫化水素ガスは、大気汚
染関連物質の特定物質に指定されており、700ppm
以上の濃度において数分間で人命を損なう程の強い毒性
を有するものである。
【0006】一方、ジチオカルバミン酸塩類は、高pH
でカルシウムを多量に含む排水に対する重金属沈澱剤と
して優れた機能を発揮し、極めて大きな重金属捕集力を
有することが確認されているが、やはり酸成分との接触
によって硫化水素ほどではないが相当に有毒な二硫化炭
素を発生する上、空気酸化によって厳しい排水規制を要
求される農薬成分のチウラムを生成する性質がある。従
って、このジチオカルバミン酸塩類も、二硫化炭素及び
チウラムによる環境汚染が懸念されることと、チウラム
の後処理が不可避であることから、処理剤としては基本
的に採用困難である。
【0007】なお、上記のジチオカルバミン酸塩類と類
似のものとして、ポリマー分子にジチオカルバミン酸基
を結合させた高分子化合物があり、これも高pHでカル
シウムを多量に含む排水中で重金属と選択的に反応する
ことから、優れた重金属除去剤として機能し得るが、や
はり酸成分との接触によって有毒な二硫化炭素を発生す
る点で前二者と同様の危険性があり、処理剤として採用
困難である。その他、処理剤に利用可能な薬剤として、
重金属沈澱用の分析試薬に使用される有機化合物が考え
られるが、これらは金属と極めて強固に結合する性質を
有する反面、成分中に窒素や硫黄を含むことから毒物な
いし変異原性物質の性状を示すものが多く、そのために
処理剤としての使用に厳しい制限を受けることが想定さ
れる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の状
況に鑑み、重金属含有排水の処理剤として、重金属の除
去効率に優れて毒性がなく安全な無機系沈澱剤を究明す
べく模索する過程で、まず重金属と不溶性の塩を形成し
易いりん酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩の3種に着目した。す
なわち、これら無機酸塩は、カルシウムを多量に含む排
水を処理対象とした場合、通常の技術的常識からすれ
ば、カルシウムとの反応に消費されるため、カルシウム
量に見合う以上の添加量としない限り重金属を効果的に
除去できないと考えられるが、実際には、排水のpHを
中性付近に調整した上で添加することにより、カルシウ
ム量よりも遙かに少ない添加量で重金属濃度をある程度
まで低減できる。
【0009】しかるに、りん酸塩及び炭酸塩では、上記
のpH調整後の添加で沈澱処理し、更に塩化鉄等の鉄塩
により凝集を行っても、低減し得る鉛濃度は0.1mg
/l程度が限界であり、pH調整と鉄塩による凝集を行
う従来の排水処理と比較して有意差が認められる程の効
果は得られず、新しい排水基準値には充分に対応できな
いことが判明した。
【0010】これに対し、ケイ酸塩では、鉄塩による凝
集を組み合わせることにより、通常の技術的常識に反
し、りん酸塩や炭酸塩よりも更に少ない添加量で鉛を
0.01mg/l以下といった極低濃度まで低減でき、
しかも高いpH域にあってカルシウム成分が多量に含ま
れている排水でもpHを前もって調整する必要がなく、
初期の段階で単に添加するだけで効率よく重金属を沈澱
させることができ、新しい排水基準値を確実に満足でき
ることを見出し、本発明をなすに至った。
【0011】すなわち、本発明の請求項1に係る重金属
含有排水の処理方法は、重金属と500mg/l以上の
カルシウムイオンとを含んだpH10以上のアルカリ性
の排水に、ケイ酸のアルカリ金属塩を添加することによ
り、重金属を沈澱させ、次いで凝集剤を添加して沈澱物
を凝集させ、この凝集物を分離除去することを特徴とす
る構成を採用したものである。
【0012】また請求項2の発明は、上記請求項1の重
金属含有排水の処理方法において、ケイ酸のアルカリ金
属塩が、オルトケイ酸又はメタケイ酸のナトリウム塩又
はカリウム塩である構成を採用したものである。
【0013】請求項3の発明は、上記請求項1又は2の
重金属含有排水の処理方法において、凝集剤が鉄塩より
なる構成を採用したものである。
【0014】
【発明の細部構成と作用】本発明の処理方法では、既述
のように、重金属を含む排水にケイ酸のアルカリ金属塩
を添加することにより、重金属を沈澱させ、この沈澱物
を凝集剤により凝集させて分離除去する。しかして、こ
の処理対象とする排水がカルシウムイオンを500mg
/l以上の高濃度で含むものであっても、ケイ酸のアル
カリ金属塩の添加量はカルシウムより遙かに少量でよ
く、また該排水がpH10以上のアルカリ性であっても
pHを前もって調整する必要がなく、単にケイ酸のアル
カリ金属塩を添加するだけで、例えば鉛濃度が後述する
実施例1の如く0.01mg/l以下となるように、新
しい排水基準値を充分に満足する極めて低い濃度まで排
水中の重金属を低減することができる。従って、本発明
方法は、特に清掃工場等より排出される高pHでカルシ
ウム濃度の高い重金属含有排水の処理法として極めて有
用である。
【0015】ところで、ケイ酸塩による鉛の沈澱作用
は、一般的には次式の反応によってケイ酸鉛として沈澱
するものると考えられる。 Pb2++SiO3 2- → PbSiO3 ↓ 一方、水中に存在する鉛は、アルカリ領域では鉛イオン
(Pb2+)が水酸化鉛Pb(OH)2として沈澱するが、
pHが高くなるほど鉛イオンよりも亜鉛酸イオン(HP
bO- )の比率が増し、pH11以上ではHPbO-
形で安定していてPb2+は存在しない。つまり、pHに
よって次の平衡が移動する。 Pb2+ HPbO-
【0016】次頁の表1は、解離定数、錯体形成定数か
ら求められる鉛の溶解濃度とpHとの相関を示す。
【0017】
【表1】
【0018】上表より、鉛の溶解濃度は、pH9.4〜
9.6付近で約1mg/l程度と最も低くなるが、更に
pHが高くなるにしたがってHPbO- が増加し、pH
12以上では非常に高濃度となる。
【0019】しかるに本発明方法では、後述する実施例
で示すように、Pb2+が存在しない高pHの排水を処理
対象としても、予め排水を上記溶解濃度の低いpH域に
調整するための格別な中和処理を行う必要はなく、高p
Hのままでケイ酸のアルカリ金属塩を少量添加すること
により、鉛濃度を0.01mg/l以下といった極微量
にまで低減できることが実証されている。従って、本発
明方法においては、ケイ酸のアルカリ金属塩を添加した
際に、前記のPb2+とSiO3 2- とからPbSiO3
沈澱を生成する反応とは異なる反応、もしくは生成した
ケイ酸カルシウム(CaSiO3 )による鉛成分の吸
着、あるいはこれら両作用等、未知の特異な沈澱機構を
生じているものと考えられる。
【0020】本発明で沈澱剤として使用するケイ酸のア
ルカリ金属塩は、特に限定されないが、処理コストの面
よりオルトケイ酸又はメタケイ酸のナトリウム塩及びカ
リウム塩が好適である。またケイ酸のアルカリ金属塩の
使用量は、一連の清掃工場の実排水を用いてのテストの
結果、排水中の鉛濃度、カルシウム濃度に対し相関性は
みられず、SiO2 として40mg/lの添加量で充分
に満足できる結果を得た。
【0021】本発明においては、上記のケイ酸のアルカ
リ金属塩を添加して重金属を沈澱させたのち、凝集剤を
添加混合して沈澱を凝集させ、この凝集物を沈澱,濾過
等によって分離除去する。なお、凝集時の排水のpH
は、特に調整する必要はないが、塩化鉄等のフロック形
成効果を考慮してpH10〜11に調整するのが好まし
い。しかして、凝集剤としては、凝集フロックの沈澱性
が優れていること、ヒ素成分との共沈効果が高いこと、
処理コストの点から塩化鉄等の鉄塩が好ましい。一連の
テストにおいては、Feとして70mg/lの添加量で
充分であった。
【0022】
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。なお、実施例及び比較例ではは、次の
表2で示す性状の清掃工場排水を処理対象とした。
【0023】
【表2】
【0024】実施例1〜4 排水1リットルを採取し、この排水中に攪拌しながらメ
タケイ酸ナトリウム(Na2 SiO3 )を下記表3に示
すSiO2 換算の添加量で混合し、5分攪拌した上で、
塩化鉄を200mg/lの割合で加え、硫酸にてpHを
11に調整して凝集処理を行ったのち、ガラスフィルタ
ーにて吸引濾過し、濾液中の鉛濃度を測定した。その結
果を表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】上記表3の結果から、本発明方法によれ
ば、排水中にケイ酸のアルカリ金属塩を少量添加するだ
けで、鉛濃度を新排水基準値(鉛として0.1mg/l
以下)を充分に満足できる極微量まで低減できることが
判る。
【0027】実施例5〜7 排水1リットルを採取し、この排水中に攪拌しながらS
iO2 換算で50mg/lのメタケイ酸ナトリウム(N
2 SiO3 )を添加混合し、5分攪拌した上で、塩化
鉄を200mg/lの割合で加え、硫酸にてpHを下記
表4に記載の値に調整して凝集処理を行ったのち、ガラ
スフィルターにて吸引濾過し、濾液中の鉛及び亜鉛の濃
度を測定した。その結果を表4に示す。
【0028】
【表4】
【0029】一般に両性金属である亜鉛の除去において
はpH調整こそが処理を良好に行う前提とされるが、上
記表4の結果から広いpH域においても鉛、亜鉛共に良
好に処理されていることが明らかである。また、この結
果からすれば、処理対象とする重金属含有排水が中性な
いし酸性である場合、カルシウムを添加してpHを10
以上に調整した上で本発明方法を適用すれば、鉛等の重
金属を効率よく極微量まで低減できることが示唆され
る。
【0030】比較例1〜4 排水1リットルを採取し、カルシウムの影響を抑制する
ために硫酸にてpHを6〜7に調整した上で、攪拌しつ
つ下記表5に示す沈澱剤(比較例1のみ沈澱剤なし)を
表記載の添加量で混合して5分攪拌後、塩化鉄を200
mg/lの割合で加え、硫酸にてpHを8.5に調整し
て凝集処理を行ったのち、ガラスフィルターにて吸引濾
過し、濾液中の鉛濃度を測定した。その結果を表5に示
す。なお、表中のDMDCは、ジメチルジチオカルバミ
ン酸ナトリウムを意味する。
【0031】
【表5】
【0032】上記表5の結果から、沈澱剤としてりん酸
塩や炭酸塩を使用した場合、鉛濃度の低減は0.1mg
/l程度が限界であり、凝集剤(塩化鉄)単独による処
理と有意差はなく、新排水基準値には対応できないこと
が明らかである。なお、溶解度積定数と解離定数より理
論的に算出される鉛濃度の限界値は、りん酸塩を用いた
場合では0.24mg/l、炭酸塩では0.06mg/
lである。しかして、ジメチルジチオカルバミン酸ナト
リウムを用いた場合は、鉛濃度を新排水基準値を充分に
満足できる程度まで低減できるが、既述したような毒
性、安全性の問題がある。
【0033】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、高PHでカル
シウム濃度の高い重金属含有排水の処理方法として、そ
のPHを調整するための格別な操作を行うことなく、し
かもカルシウムに見合う量よりも遙かに少ない量の処理
剤の添加により、毒性等の問題を生じることなく安全
に、鉛等の重金属を効率よく極めて低濃度まで確実に除
去することが可能であり、汚泥生成量も少なくて済み、
処理コストが安く操作的にも簡易であり、且つ従来の清
掃工場等における排水処理設備を改変することなく適用
できる方法が提供される。
【0034】請求項2の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法において、特に重金属沈澱用の処理剤
コストが安く付くという利点がある。
【0035】請求項3の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法において、特に重金属の沈澱処理後の
凝集効率がよく、且つ処理剤コストが安く付くという利
点がある。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 1/58 - 1/64 C02F 1/52

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重金属と500mg/l以上のカルシウ
    ムイオンとを含んだpH10以上のアルカリ性の排水
    に、ケイ酸のアルカリ金属塩を添加することにより、重
    金属を沈澱させ、次いで凝集剤を添加して沈澱物を凝集
    させ、この凝集物を分離除去することを特徴とする排水
    の処理方法。
  2. 【請求項2】 ケイ酸のアルカリ金属塩が、オルトケイ
    酸又はメタケイ酸のナトリウム塩又はカリウム塩である
    請求項1記載の排水の処理方法。
  3. 【請求項3】 凝集剤が鉄塩よりなる請求項1又は2に
    記載の排水の処理方法。
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