JP3283266B2 - 廃水からの硫黄化合物の嫌気的除去 - Google Patents

廃水からの硫黄化合物の嫌気的除去

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫黄化合物を含有する廃水から該化合物を嫌
気的に除去する方法に関し、該方法は、 １）前記廃水を嫌気性消化系に供給し、 ２）嫌気性消化系において硫黄化合物を硫化物に転換
し、 ３）消化系からの硫化物を含有する流出液を、流出液か
ら硫化物をストリップするためのストリッパ系を備えた
バイパス路中に循環させ、 ４）硫化物をストリッパ系中の輸送ガスと接触させるこ
とによって流出液から除去し、 ５）硫化物を硫黄に転換することからなる。
硫酸塩を含有する廃水は嫌気性生物処理によって定量
的に硫化物に転換することができる。形成された硫化物
が、液体から除去可能な有用な副産物に転換できるので
あれば、硫酸塩を含有する廃水の塩負荷は劇的に減少さ
せることができる。この技術の適用は、硫酸塩および亜
硫酸塩が工業的工程、煙道ガス処理、浸出水等に由来す
る廃水から放出される場合に特に注目されている。
FR−Ａ−2484990は、ストリッパと脱硫化装置との間
に循環される生物ガスを用いる嫌気性反応器をバイパス
として硫化水素を除去する方法を開示している。しかし
ながら、この方法をアルカリ性廃水に適用すれば、非選
択的硫化水素除去に伴う二酸化炭素放出によって反応器
の液体のpH値が（メタン発生およびH2S除去のための）
最適値よりも高くなるであろう。二酸化炭素が系から出
ると反応器／ストリッパ循環液のpHが上昇する。これ
は、多量の二酸化炭素が脱硫化装置を介して除去され、
その結果、ストリッパ中で二酸化炭素の多大な放出が生
じる場合に起こるであろう。上述の公報では二酸化炭素
の放出が記載されている。
本発明の目的は廃水、特に高濃度の硫酸塩（＞500gS/
m3）によって汚染された廃水から硫黄化合物を除去する
方法を提供することにある。後者の場合、硫黄化合物の
回収が極めて高い関心を呼ぶことがある。
この目的は、上述の型の方法において、本発明によ
り、硫化物を吸収系において吸収液によって輸送ガスか
ら吸収し、この吸収液は吸収系を閉ループで通過させ、
輸送ガスはストリッパ系および吸収系を閉ループで通過
させることによって達成される。
吸収液が閉ループで吸収系を通過することにより、硫
化物を硫黄に転換する工程で二酸化炭素が放出されるの
を防止する効果的な手段が提供される。
好ましくは、吸収液は再生系を通過させ、再生可能な
レドックス液からなる。
レドックス液は４〜７の範囲のpH値を有することが好
ましい。このpH値はより好ましくは約6.5である。
上記のようなpH値を有する再生可能なレドックス液が
吸収液として循環するH2S吸収器においては、二酸化炭
素の吸収は防止されるが、硫化物から硫黄への酸化は効
果的に行うことができる。
例えば、鉄（III）ヘキサシアノ鉄酸のような遷移金
属複合体を含有するレドックス液によって硫化物が良好
に転換されることが見出された。本発明による遷移金属
複合体を用いた硫化物の酸化の後、遷移金属複合体の電
極電位制御された電気化学的再生が行われる。
本発明の一実施例においては、硫化物はキレート化さ
れた鉄を含有するレドックス液を用いて転換されるが、
そのキレート剤は好ましくはエチレンジアミン四酢酸で
あり、その濃度は0.01〜0.1Mの範囲にあり、好ましくは
0.05Mである。
本発明によれば、グリセロールが、例えば50g/lの懸
濁液として、レドックス液に添加されると、フリーラジ
カル反応の発生を防止し、これによって、レドックス液
を安定化することが見出された。この他、MnO2（例えば
1g/l）もしくはMnCl2・7H2O（例えば5g/l）の懸濁液も
フリーラジカル反応の防止に効果的であることが見出さ
れた。
さらに、レドックス液中における複合化剤の生物学的
減成はアジドナトリウムの懸濁液（例えば10ppm）をレ
ドックス液に添加することによって効果的に防止される
ことが見出された。
本発明の他の長所および目的は添付図面に関連する以
下の詳細な説明から明らかになるであろう。ここで、 図１は、硫酸塩および亜硫酸塩の嫌気的転換が１つの
反応容器中で行われ、硫化水素のストリッピングが閉ル
ープ系で行われ、効果的な硫化物の吸収／転換がエアレ
ータを閉ループで循環するレドックス液に含有される鉄
キレートによって行われる本発明を実施する一方法を示
す工程系統図である。
図１は硫黄化合物を含有する廃水（流入液）２の生物
学的処理装置１を示す。廃水２は導管５を介してポンプ
４によって嫌気性生物反応器（消化装置）３中に導かれ
る。流出液は出口６を経由して反応器３から出て、気泡
７によって模式的に表される、産出された生物ガスはガ
スドーム８中に収集されて導管9,10によって吸収器／反
応器11に移送される。消化装置３からの流出液はポンプ
12および散水濾床型ストリッパ14と消化装置３との間の
導管13によって循環される。ストリッパ14中には硫化物
を含有する流出液がオリフィス15を介して導入され、H2
Sは水相から気相に移送される。使用済のガスは導管10,
16およびファン17を介して吸収器／反応器11およびスト
リッパ14を高速に再循環する。硫化物を含まない余分な
生物ガスは出口弁18を介して放出することができる。吸
収器／反応器11中において、H2Sを含有するガスはpH6.5
に緩衝液処理されたFe（III/II）を含有する液体で浄化
される。吸収されたH2Sは直ちに転換されて硫黄元素と
なり、綿状沈殿物の形状に凝固して沈降機19中に沈殿す
る。硫黄スラリは沈降機19底部の弁20を解放することに
よって得ることができ、さらに加工することができる。
例えば、スラリを脱水し、回収した液体を系に再導入す
ることができる。産出されたFe（II）EDTAは導管21を介
してエアレータ22に移送され、後者には（気泡23によっ
て模式的に表される）空気がファンもしくはコンプレッ
サ24によって導入される。エアレータ22中でFe（II）は
酸化されてFe（III）になる。再生された液体はポンプ2
5および導管26により、オリフィス27を介して吸収器／
反応器11に移送される。遊離酸素の系内への導入を防止
するため、コンプレッサ24をフィードバックループ29で
制御するメータ28によって液相中の酸化電位を監視する
ことにより、曝気を制御し、空気導入はNHEについての
最大値＋150mVで停止するようにする。消耗した水分お
よび薬品の補充は容器22で行われる。
製革所廃水に本方法を適用して適正な機能を得るため
の典型的な流速は以下の通りである。
（ポンプ12を介した消化装置３からストリッパ14への
液体循環流速）／（ポンプ４を介した流入液の流速）＝
２〜40、 （ストリッパ14から吸収器11へのガス循環流速）／
（消化装置３からストリッパ14への液体循環流速）＝10
〜300、 （ポンプ25を介した吸収体11からエアレータ22への液
体循環流速）／（消化装置３からストリッパ14への0.06
MのFe.EDTA液体循環流速）＝0.1〜0.3。
ストリッパ14および吸収器14において気相と液相とを
集約的かつ反復的に接触させるためにストリッパ14およ
び吸収器11からなる系のガスおよび液体の流速は比較的
高い。ストリッパ14および吸収器11の双方とも散水濾床
である。
実施例１ 容量5lのアップフロウ嫌気性スラッジブランケット型
（UASB）反応器を用いて製革所廃水の嫌気性処理を行っ
た。反応器の内径は10cm、高さは65cmであった。反応器
はバイパスを介して内径5cmのストリッパカラムに接続
した。UASB反応器からの流出液は蠕動ポンプを用いて
（再）循環した。ストリッパカラムは、0.06Mの鉄（III
/II比0.8）を含む0.2M燐酸塩としたpH6.5の0.1MのEDTA
溶液500mlを含有する高さ50cmの1l吸収カラムに接続し
た。
適用した製革所廃水の組成は以下の通りであった。
COD（総量） :6.5g/l COD（可溶） :5.3g/l 硫酸塩 :2.9g/l 硫化物 :0.3g/l UASB反応器の処理条件は以下の通りであった。
流速 :0.4l/h 温度 :29〜30℃ pH :7.5〜8.5 ローディング温度:6〜14kgCOD/m3.d 保持時間 :1〜0.4d ストリッパの処理条件は以下の通りであった。
ガス流速 :30l/h 吸収器の処理条件は以下の通りであった。
レドックス液 :0.06Mの鉄;80％Fe IIIの0.1MのEDT
A溶液 pH :6.5 UASB反応器の性能は以下の通りであった。
COD除去 :50〜70％ 硫酸塩から硫化物への転換:70〜95％ ストリッパの性能は以下の通りであった。
ストリッピングによる硫化物除去:60％（UASBのpH8.
5） :90％（UASBのpH7.
5） 実施例２ 硫黄除去効率をさらに詳細に検討するため、pH値7.5
〜8.5において0.03M硫化物および0.05M炭酸塩の水溶液
をストリッピングし、担体ガス（N2）を閉ループ系にお
いてpH値5.5〜8.5の0.06M鉄EDTAを含有するレドックス
液と、このレドックス液を別のエアレータ中で連続的に
mVを制御して曝気することによってFe III/II比を0.8〜
0.2に保持しながら、接触させてストリッピング／転換
試験を行った。
まず、ストリッピングの最良の結果は硫化物溶液では
pH値7.5、レドックス溶液ではpH値8.5で得られることが
認められた。しかしながら、系は不安定であり、硫化物
溶液のpHが上昇し、ストリッピング効率は系が実用的で
なくなるほど低下する。同様の結論はUASBのpH7.5およ
び８とレドックス液のpH8.5および7.5のいずれの組合せ
についても得ることができる。
UASBのpHが8.5の場合、レドックス溶液のpHに関して
はいかなる制限もない。しかしながら、残念なことに、
硫化物を効果的にストリップするために必要とされるガ
スの体積は実用的でないほど高い。
硫黄を効果的に除去するためにはレドックス溶液のpH
を７未満とする。６未満の値においては、ストリップさ
れた硫化水素のレドックス溶液中における吸収が顕著に
減速化し始める。曝気中に顕著な二酸化炭素損失が起こ
らない実用的な最適状態がpH6.5で生じる。この状態で
は系は安定しており、硫化水素を効果的にストリップ
し、硫黄に転換するために必要なガスの体積は小さい。
実施例３ 様々なpH値における硫化物の硫黄への転換。
脱ミネラル水１リットルあたり0.2molのKH2PO4/NaOH
緩衝液、0.1molのFeSO4、および0.25molのEDTAを含有す
る溶液をpH6.5、7.0、および8.0に調節して曝気した。
数分以内にFe（II）からFe（III）への酸化が色変化に
よって確認できた。0.1MのNa2S溶液5mlを0.1MのFe（II
I）−EDTA溶液100mlに添加すると、試験されたすべての
pH値において直ちに急速な硫黄粒子産出が起こった。
（混濁状から綿状への）硫黄凝固／凝集工程は２時間以
内の極めて緩慢な攪拌中に生じた。すべての転換試験に
おいて99％を超える添加硫化物が酸化されて硫黄となっ
た。
実施例４ Fe（II）EDTAの制御された再生。
消費されたレドックス液中のFe（II）EDTAは曝気によ
って再酸化しなければならないため、生物ガス中に遊離
酸素が導入される危険がある。したがって、再生された
液の酸素濃度は充分に低くするべきである。安全かつ効
果的な再生においては硫化物吸収／転換反応器の入口と
出口との間のFe（III）/Fe（II）比が0.8〜0.2の範囲に
ある。このような混合物のレドックス電位制御された再
生の可能性を探るため、２つの異なった第一鉄／第二鉄
比を有する0.06M鉄EDTA溶液のレドックス電位を４と9.3
の間の様々なpH値で測定した。この結果、（H2Sの完全
な吸収が可能であり、CO2の吸収が制限される）６〜８
のpH範囲において２つの第一鉄／第二鉄比を有する溶液
のレドックス電位は約50mV異なることが見出された。さ
らに、pH6〜6.5の範囲においてはレドックス電位のpH依
存度は低かったため、最大値150mVにおけるpH6.5付近で
の曝気中の処理制御は信頼できるものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−51995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−87556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−115192（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−77520（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−173400（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 3/28,1/20 B01D 53/18

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】硫黄化合物を含有する廃水（２）から該化
    合物を嫌気的に除去する方法であって、 １）前記廃水を嫌気性消化系（３）に供給し、 ２）嫌気性消化系（３）において硫黄化合物を硫化物に
    転換し、 ３）消化系（３）からの硫化物を含有する流出液を、流
    出液から硫化物をストリップするためのストリッパ系
    （14）を備えたバイパス路（13）中に循環させ、 ４）硫化物をストリッパ系（14）中の輸送ガスと接触さ
    せることによって流出液から除去し、 ５）硫化物を硫黄に転換することからなり、 ６）吸収系（11）において吸収液によって硫化物を輸送
    ガスから吸収し、該吸収液は吸収系（11）を閉ループ
    （26,11,21,22）で通過させ、輸送ガスはストリッパ系
    （14）および吸収系（11）を閉ループ（16,14,10,11）
    で通過させる ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって、 ７）吸収液は再生系を通過させ、再生可能なレドックス
    液からなる ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】レドックス液のpH値が４〜７の範囲にある
    ことを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】前記pH値が約6.5であることを特徴とする
    請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】レドックス液が遷移金属複合体を含有して
    いることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載
    の方法。
  6. 【請求項６】遷移金属複合体が鉄（III）ヘキサシアノ
    鉄酸であることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】遷移金属複合体を電気化学的に再生するこ
    とを特徴とする請求項５もしくは６記載の方法。
  8. 【請求項８】レドックス液を曝気によって再生すること
    を特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】レドックス液がキレート化された鉄を含有
    していることを特徴とする請求項２もしくは８記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】キレート剤がエチレンジアミン四酢酸
    （EDTA）であることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】レドックス液のEDTA濃度が0.01〜0.1Mの
    範囲にあることを特徴とする請求項10記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記濃度が約0.05Mであることを特徴と
    する請求項11記載の方法。
  13. 【請求項１３】レドックス液のmV制御された曝気を行っ
    て、キレート化されたFe（II）/Fe（III）の濃度比を０
    〜４の範囲とすることを特徴とする請求項９〜12のいず
    れか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記濃度比が約0.25であることを特徴と
    する請求項13記載の方法。
  15. 【請求項１５】工程４）における輸送ガスと工程３）に
    おける循環流出液との流量比が10〜300の範囲にあるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】硫化物のストリッピングを散水濾床で行
    うことを特徴とする請求項１〜15のいずれか１項記載の
    方法。
  17. 【請求項１７】硫化物の吸収を散水濾床で行うことを特
    徴とする請求項１〜16のいずれか１項記載の方法。
  18. 【請求項１８】グリセロールを前記レドックス液に添加
    することを特徴とする請求項２〜14のいずれか１項記載
    の方法。
  19. 【請求項１９】MnO2の懸濁液を前記レドックス液に添加
    することを特徴とする請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項２０】MnCl2の懸濁液を前記レドックス液に添
    加することを特徴とする請求項18もしくは19に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】アジドナトリウムの懸濁液を前記レドッ
    クス液に添加することを特徴とする請求項18〜20のいず
    れか１項記載の方法。
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