JP3213045B2 - 地下熱水中含有ヒ素の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地熱のエネルギー利用
分野において余剰に発生する地下熱水中のヒ素を、鉄系
薬剤を使用してヒ酸鉄とし、かつ生成した水酸化鉄，酸
化鉄の固形物を前記ヒ酸鉄と共に砂濾過により分離除去
し、地下熱水の多目的利用を図ることができる地下熱水
中含有ヒ素の除去方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水中含有ヒ素を分離除去する場
合、（１）水中に溶存しているヒ素は、亜ヒ酸イオンま
たはヒ酸イオンの形で存在しているので、塩化第１鉄，
塩化第２鉄，硫酸第１鉄，硫酸第２鉄等の鉄系凝集剤を
用いて分離し、そして過酸化水素，次亜塩素酸ナトリウ
ム，塩素ガス等の酸化薬剤を併用して亜ヒ酸を酸化し、
ヒ酸鉄および水酸化鉄からなる固形物を生成させたの
ち、沈殿槽により固形物を分離する方法が実施されてい
る。

【０００３】固形物を分離する場合、粒子径が小さいと
沈殿分離が困難であり、さらに沈殿分離槽内の水温が高
いときは、沈殿槽の上下水面および側壁側において温度
差が生じるので槽内対流が発生し、そのため固形物の分
離性不良が生じる。この対策として、（２）脱水機によ
り固形物を直接分離することが提案されている。

【０００４】また沈殿分離効果を上げる方法として、
（３）特公昭５６−３９９５３号公報により公表されて
いるように、ケイ酸を含む熱水のＰＨを3.０〜4.５とし
た後、電解により鉄イオンを含有ヒ素量の約５〜１０倍
量添加し、次に同じく電解によりアルミニウムイオンを
所要量添加注入する方法、（４）特公昭６０−３６８３
１号公報により公表されているように、ヒ素およびヒ酸
イオンおよびケイ酸イオンを陰イオン交換体に吸着さ
せ、次いでヒ酸イオンおよびケイ酸イオンを吸着した陰
イオン交換体に塩基性物質の水溶液を接触させて吸着し
たヒ酸イオンおよびケイ酸イオンを塩基性物質の塩とし
て脱離させた後、ヒ酸イオンおよびケイ酸イオンの塩を
含有する塩基性物質の水溶液を、酸で中性もしくは酸性
にしてケイ酸イオンを酸化ケイ素として沈殿除去する方
法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記（１）の方法の場
合、一般的に上澄水の固形物濃度１０mg／ｌ以下の水質
を安定して得ることは難しく、さらに高温熱水の場合に
おいては、一般的な保温施工によっても水面上下方向お
よび周囲側壁方向において温度差が生じ、沈殿槽内の対
流により良好な上澄水を得ることは難しい。例えば、公
害対策基本法に示されているヒ素の環境基準値である0.
０５mg／ｌ以下の処理された熱水を満足に得ることはで
きないので、熱水の多目的利用は困難である。

【０００６】前記（２）の方法の場合は、非常に大きな
設備を必要とするので実用性に乏しく、さらに比較的固
形物濃度の低い反応液を直接脱水濾過すると、例えばフ
ィルタープレス式脱水機の場合、固形物が均一に濾布に
付着しにくく、脱水性能が悪化し、脱水ケーキ含水率が
高く、また濾布の目詰りが早いため、洗浄頻度が多くな
り、さらに濾布寿命が短くなる等の問題点を有してい
る。

【０００７】また、電気分解により発生する鉄イオンお
よびアルミニウムイオンを使用する前記（３）の方法に
おいては、地下熱水中のケイ酸が電極に析出するので、
電解圧を高くする必要があり、そのため経済的に見て実
用性がない。さらにまた、イオン交換体を使用する前記
（４）の方法の場合は、ケイ酸含有量が地下熱水のよう
に多量に存在すると、多量のイオン交換体を必要とする
ので、この方法の場合も、経済的に見て実用性がない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ケイ酸が
過飽和状態で存在するヒ素含有地下熱水からヒ素を効果
的に分離するためには、酸性条件下において亜ヒ酸を酸
化させ、ヒ酸鉄および水酸化鉄、酸化鉄として析出する
固形物を砂濾過により分離する方法が最も効果的である
ことを知見し本発明を完成した。即ち、本発明は、反応
槽においてケイ酸及び亜ヒ酸イオンを含有する地下熱水
に酸化剤と鉄系薬剤と酸又はアルカリ剤とを添加して、
ＰＨ２．５〜５％の酸化条件下で酸化反応を行い、その
反応液を凝集槽に導入し、凝集剤を添加して凝集反応を
行い、次いで粗大フロックとした反応生成固形物を複数
段の砂濾過装置により分離除去し、各段の砂濾過装置の
逆洗水のうち、反応槽の固形物濃度より大きい濃度を有
する逆洗水を、濃縮槽に導入して固形物を濃縮分離し、
その他の逆洗水を凝集槽へ循環させることを特徴とする
地下熱水中含有ヒ素の除去方法である。 また、本発明の
各段の砂濾過装置は、逆洗用エアリフトポンプ空気吹出
部空気箱に熱水を散水する機構を有するエアリフトポン
プ式移動床砂濾過装置とするとよい。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図１ないし図５によ
って説明する。原水（地下熱水）は原水導入管１を経て
反応槽２に導入され、同時に酸化剤供給管３より酸化
剤、鉄系薬剤供給管４より鉄系薬剤、酸又はアルカリ剤
供給管５より酸又はアルカリ剤が、反応槽２内の原水に
添加されて撹拌器７Ａにより撹拌混合される。撹拌混合
時間は５分間程度で十分である。原水中に含有されてい
る亜ヒ酸イオン（AsO₃ ^3-）は、酸化剤によりヒ酸イオン
（AsO₄ ^-3）に酸化され、さらに第２鉄イオンとの反応に
より不溶性のヒ酸鉄（FeAsO₄）の固形物として析出す
る。以上の反応はＰＨ中性近辺においても十分進行する
が、原水中にケイ酸が含まれている場合は、反応液がＰ
Ｈ５を超えると鉄イオンとの反応により、ケイ酸鉄が形
成されて、ヒ酸鉄の生成を妨害し、そのため多量の鉄系
薬剤を必要とし不経済であり、かつ多量のスラッジが生
成するので、そのスラッジをどのように処分するかが問
題になる。また反応液がＰＨ2.５よりも低いと、反応生
成する固形物の粒子径が小さくなり過ぎるため、砂濾過
により固形物を分離することができなくなる。したがっ
て、反応液のＰＨは2.５以上の酸性側にする必要があ
り、また図４に示すように、ヒ素の環境基準値の0.０５
mg／ｌを満足する処理熱水を得るためには、ＰＨ３〜3.
５の範囲が好ましく、さらに排水基準値0.５mg／ｌを得
るためにはＰＨ５以下にする必要がある。したがって、
本発明においては、反応液のＰＨを2.５〜５に設定す
る。

【００１０】鉄系凝集剤としては、第１鉄イオンまたは
第２鉄イオンを使用することができるが、第１鉄イオン
の場合、第２鉄イオンに酸化させるための酸化剤添加量
を増加させる必要があるから、鉄系凝集剤としては、例
えば塩化第２鉄イオンや硫酸第２鉄イオンなどの第２鉄
イオンを使用するのが好ましい。鉄イオンの添加量は、
図５に示すようにヒ素の環境基準値0.０５mg／ｌを満足
するためには、鉄とヒ素の比Ｆe ／Ａs を５以上にすれ
ばよい。また酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム，過酸化
水素，塩素，過酸化カルシウム等より選択することがで
きるが、取扱いおよび経済性の点では、次亜塩素酸ナト
リウムを使用するのが好ましく、鉄／ヒ素の比が１０の
場合、３０〜８０mg／ｌの添加量で十分である。

【００１１】反応槽２の反応液は、凝集槽６に導入され
て撹拌器７Ｂにより約２０分間の緩速撹拌混合が行なわ
れると共に、凝集槽６内の反応液に高分子凝集剤供給管
２１から高分子凝集剤が供給され、前記反応固形物は大
きなフロックに成長する。次に凝集槽６の反応液は、送
水管２０を経て前段の砂濾過塔８Ａからなる砂濾過装置
及び後段の砂濾過塔８Ｂからなる砂濾過装置に順次導入
されて、反応液中の固形物が完全に濾過除去され、ヒ素
を除去した熱水が後段の砂濾過塔８Ｂの排水口に接続さ
れた排水管１９から放出される。

【００１２】従来、砂濾過装置のＬＶ（濾過線速度）
は、一般的には５〜１０ｍ／Ｈの範囲で使用されている
が、前記実施例における砂濾過塔８Ａ，８Ｂにおいて
も、従来の場合と同様ＬＶで使用することができ、前段
の砂濾過塔８ＡでのＬＶは９ｍ／Ｈ以下、後段の砂濾過
塔８ＢでのＬＶは７ｍ／Ｈ以下の条件で十分である。

【００１３】本発明を実施する場合、砂濾過装置である
砂濾過塔としては、固定床式，移動床式のいずれをも使
用できるが、固定床式の場合は、逆洗水槽，濾過原水槽
等の水槽の数が多くなり、また熱水を貯溜する容量が大
きくなって、熱水温度の低下をまねくため、最終処理熱
水の多目的利用を考えると、移動床式の砂濾過塔を使用
するのが好ましい。

【００１４】図２および図３は移動床式の砂濾過塔の一
つである散水管を設置したエアリフトポンプ方式による
連続砂濾過塔を示すものであって、下部に反応液の送水
管２０を接続したタンク本体２９内の中央部に、上下方
向に延長するエアリフト管２４が設けられ、そのエアリ
フト管２４の下部はエアリフトポンプ空気吹出用空気箱
２２内に挿入固定され、その空気箱の下部に濾過砂吸込
口２３が設けられ、前記空気箱２２は縦管３０の下部に
固定され、タンク本体２９内の上部に、縦管３０の上部
を囲む外筒３１とその外筒３１の上半部を囲む濾液受容
器３４とが設けられ、前記送水管２０の吐出口の上部に
分散板３２が設けられている。

【００１５】タンク本体２９の上部に、処理水出口３３
と濾液受容器３４内に連通する洗浄水出口３５とが設け
られ、エアリフト管２４の上端部と縦管３０の上端部と
の間に蓋板３６が介在されて固定され、空気供給管２５
Ｂと水供給管２７Ｂとは、エアリフト管２４と縦管３０
との間を通って空気箱２２の空気吹込部２６内に開口
し、水供給管２７Ｂの吐出口に散水管２８が設けられ、
前記空気供給管２５Ｂの上端部は空気流入管２５Ａを介
してコンプレッサに接続され、前記水供給管２７Ｂの上
端部は水流入管２７Ａを介して水供給源に接続されてい
る。

【００１６】図２および図３に示すエアリフトポンプ方
式による連続砂濾過塔において、コンプレッサから送り
出された圧縮空気は、空気流入管２５Ａおよび空気供給
管２５Ｂを通って空気箱２２内の空気吹込部２６に吹込
まれ、次いでエアリフト管２４内を上昇して、エアリフ
ト効果を発生する。このエアリフト効果により、タンク
本体２９の下部のコーン部内にある濾過用砂は、エアリ
フト管２４内を空気混合水流と共に上昇し、濾過用砂は
その空気混合水流により逆洗される。空気と水と濾過用
砂との混合流体は、エアリフト管２４の上部から排出さ
れて大気中に開放され、濾過用砂は、縦管３０とその縦
管３０の上部を囲む外筒３１との間のラビリンス部に落
下し、次いでタンク本体２９内の下側に堆積している砂
層の上に落下する。

【００１７】反応液は、タンク本体２９のコーン部の上
部に設けた分散板３２の下部に送り込まれて、その分散
板３２により濾過用砂層のほぼ全体に分散されてその砂
層中を上昇し、反応液中のＳＳは砂層により捕捉され
る。砂層を通過した濾液の大部分は処理水出口３３から
排出されるが、濾液の一部は、水位の差により縦管３０
と外筒３１との間のラビリンス部を上昇する際に、その
ラビリンス部を落下する濾過用砂を洗浄し、次いで外筒
３１に設けた開口部から濾液受容器３４に侵入したの
ち、洗浄水出口３５から排出される。前記空気箱２２の
内部にケイ酸を主体としたスケールが発生し、空気吹込
部２６が閉塞する場合があるが、外部よりケイ酸濃度の
低い熱水，温水，冷水等を散水管２８により散水するこ
とにより、前記スケール発生を防止することができる。

【００１８】地下熱水中のヒ素を効果的に除去するに
は、前記反応により生成した固形物を効率よく確実に砂
濾過により除去し、環境基準値であるヒ素濃度0.０５mg
／ｌの処理熱水を得るには、処理熱水中の固形物濃度を
２mg／ｌ以下にする必要がある。前記反応により生成さ
れる固形物は粒子径が小さく、基本的には高分子凝集剤
を使用して粗大化させる必要があるが、熱水温度が高い
場合は、高分子凝集剤のフロック形成作用が低下するた
め、単段の砂濾過によって固形物濃度２mg／ｌの処理熱
水を得ることは困難である。

【００１９】実験の結果、前段の砂濾過塔８Ａの流入液
の固形物濃度を６０mg／ｌ以下とすれば、前段の砂濾過
塔８Ａの出口からの流出水の固形物濃度は２０mg／ｌと
なり、後段の砂濾過塔８Ｂの出口からの流出水すなわち
処理熱水中の固形物は２mg／ｌとなることを見出した、
また地下熱水の温水の温度が著しく高い場合は、砂濾過
塔８Ａ，８Ｂの入口近辺の配管内に高分子凝集剤流入管
９Ａ，９Ｂより高分子凝集剤を添加することによって、
熱によるフロックの微細化が生じる前に固形物を濾過分
離する方法を採用するのが好ましい。

【００２０】前段の砂濾過塔８Ａの逆洗水は、送水管１
１を経て回転掻板１３を有する濃縮槽１２に導入され
て、上澄水と濃縮固形物とに分離される。また上澄水は
送水管１７，１８により凝集槽６に返送され、さらに濃
縮固形物は脱水機１４に送られて固形物が分離され、脱
水機１４から排出された濾過液は送水管１６，１８によ
り凝集槽６に返送される。

【００２１】後段の砂濾過塔８Ｂの逆洗水は送水管１０
により凝集槽６に返送される。逆洗水に含まれる主とし
てヒ酸鉄，酸化鉄，水酸化鉄からなる固形物は、凝集槽
において種晶の効果があり、強固な固形物の生成に寄与
する。

【００２２】凝集槽６内の固形物濃度は、後段の砂濾過
塔８Ｂの逆洗水，濃縮槽１２の上澄水，脱水濾液により
希釈されて、反応槽２内の固形物濃度より低下すると共
に、主に後段の砂濾過塔８Ｂの逆洗水の水量を調整する
ことにより固形物の濃度調整を行なうことができる。

【００２３】次に本発明について行なった実験例につい
て説明する。温度９９℃，ＰＨ6.８〜7.２，ヒ素濃度3.
９mg／ｌ，ケイ酸（SiO₂）６６６mg／ｌの地下熱水を用
いて、図１に示す処理方法により処理を行なった。処理
条件は、鉄／ヒ素の比５，ＰＨ3.５，次亜塩素酸ナトリ
ウム添加量８０mg／ｌであり、処理結果を表１に示す。
また比較例として単段の場合の結果も表１に示した。

【表１】 表１から、比較例に比べて本発明の処理性能が優れてい
ることが判る。

【００２４】本発明を実施する場合、砂濾過塔からなる
砂濾過装置の段数を３段以上にしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、ケイ酸及び亜ヒ酸イオ
ンを含有する地下熱水に、酸化剤と鉄系薬剤と酸又はア
ルカリ剤とを添加して、ＰＨ2.５〜５の酸性条件下にお
いて酸化及び凝集反応を行ない、次いで粗大フロックと
した反応生成固形物を複数段の砂濾過装置により分離除
去するので、ヒ素含有地下熱水からヒ素を効果的に分離
することができ、そのため地下熱水を多目的に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すフローシートである。

【図２】散水管を設置したエアリフトポンプ方式による
連続砂濾過塔の縦断側面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】ＰＨとヒ素濃度の関係を示す図である。

【図５】鉄／ヒ素の比とヒ素濃度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 地下熱水流入管 ２ 反応槽 ３ 酸化剤供給管 ４ 鉄系薬剤供給管 ５ 酸またはアルカリ剤供給管 ６ 凝集槽 ７Ａ 撹拌器 ７Ｂ 撹拌器 ８Ａ 前段の砂濾過塔 ８Ｂ 後段の砂濾過塔 ９Ａ 高分子凝集剤流入管 ９Ｂ 高分子凝集剤流入管 １２ 濃縮槽 １４ 脱水機 １５ 固形物 １９ 排水管 ２０ 送水管 ２１ 高分子凝集剤供給管 ２２ エアリフトポンプ空気吹出用空気箱 ２３ 濾過砂吸込口 ２４ エアリフト管 ２５Ａ 圧縮空気流入管 ２５Ｂ 空気供給管 ２６ 空気吹込部 ２７Ａ 水流入管 ２７Ｂ 水供給管 ２８ 散水管 ３０ 縦管 ３１ 外筒 ３２ 分散板 ３３ 処理水出口 ３４ 濾液受容器 ３５ 洗浄水出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安賀 弘一 福岡県福岡市中央区笹丘３−33−４の 201 (72)発明者 梅田 龍夫 福岡県大牟田市大字草木731の10 (72)発明者 平山 康光 福岡県三池郡高田町下楠田2250の１ 審査官 中野 孝一 (56)参考文献 特開 平１−199610（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−28391（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−30555（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/72 C02F 1/58 B01D 24/46 B01D 29/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応槽においてケイ酸及び亜ヒ酸イオン
   を含有する地下熱水に酸化剤と鉄系薬剤と酸又はアルカ
   リ剤とを添加して、ＰＨ２．５〜５％の酸性条件下で酸
   化反応を行い、その反応液を凝集槽に導入し、凝集剤を
   添加して凝集反応を行い、次いで粗大フロックとした反
   応生成固形物を複数段の砂濾過装置により分離除去し、
   各段の砂濾過装置の逆洗水のうち、反応槽の固形物濃度
   より大きい濃度を有する逆洗水を、濃縮槽に導入して固
   形物を濃縮分離し、その他の逆洗水を凝集槽へ循環させ
   ることを特徴とする地下熱水中含有ヒ素の除去方法。
2. 【請求項２】 各段の砂濾過装置は逆洗用エアリフトポ
   ンプ空気吹出部空気箱に熱水を散水する機構を有するエ
   アリフトポンプ式移動床砂濾過装置であることを特徴と
   する請求項１の地下熱水中含有ヒ素の除去方法。