JP3657401B2 - 電気分解を用いた重金属汚染底泥からの重金属解離法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、湖沼、海域、池などの底に堆積する底泥、あるいは廃棄物処理場からの汚染水から重金属類を解離・回収するための装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖的な内湾、湖沼、河川、池などの水域環境の汚染が年々進行しており、排水規制などが行われているが、なかなか改善されない。これは長期間にわたり堆積し続けている底泥からの有機物や栄養塩類の再溶出が大きく関与している。
この底泥からの汚濁物質の再溶出を防ぐために、直接系外へ排出して水域環境を回復する浚渫事業が行われているが、現在の浚渫事業は有機物の分解・無機化と栄養塩類の除去技術に主眼が置かれている。
【０００３】
しかし、重金属を含有する底泥を浚渫すると底泥が酸化作用を受け、底泥に安定化されていた重金属が水系へ再溶出してくる。従って、重金属を含む底泥については浚渫ができず、放置されているのが現状である。
従来底泥中の重金属を除去すべく、いろいろ研究がなされてきてはいる。例えば、硫酸・塩酸等を混合し酸性にして重金属を分離する方法が研究されたが、廃液に残留する硫酸や塩酸の処理が困難であり、また硫化金属を酸化できず、結果的に重金属を解離させることは困難であった。
【０００４】
同じような問題が廃棄物処理場からの汚染水においても起こっている。
本発明者等は電気分解水法を用いて酸性水を作成し、これにより重金属を除去する方法を研究し、数種類の重金属を解離・溶出させることに成功したが、その回収率ははかばかしくなく未だ満足できる状況ではない。
そこで、底泥及び汚染水中の重金属を効率よく除去できる方法の開発が望まれているところである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
汚染底泥及び汚染水中の重金属を簡便に、かつ効率よく回収する方法を確立することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明者等は、鋭意研究を重ねたところ、汚染水、特に底泥に存在する重金属類が嫌気的な環境下で硫化金属として存在するため、重金属類と結合する硫黄を電気分解水法による酸化により解離させる方法に着目し、重金属類を直接電極に接触させることによって、効率よく重金属類を回収することができることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）酸性槽とアルカリ槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつないでなる電気分解装置の、酸性槽内に汚染水又は汚染底泥を希釈したものを入れ、電流を通すことにより重金属を回収する方法、
（２）汚染水又は汚染底泥をＮａＣｌ又は海水で希釈することを特徴とする（１）に記載の重金属回収方法、
（３）塩橋がゲルライトとＮａＣｌを混合したものからなることを特徴とする（１）あるいは（２）に記載の重金属回収方法、
（４）酸性槽で解離した重金属を含む溶液とアルカリ槽で生成されたアルカリ水とを混合して重金属を沈降させることを特徴とする（１）、（２）あるいは（３）に記載の重金属回収方法、
（５）アルカリ槽と汚染水を入れるための酸性槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつなぐことを特徴とする汚染水又は汚染底泥から重金属を回収する装置
に関する。
【０００８】
図−１に実験装置を示す。
電気分解を効率的に行うために、処理対象となる硫化重金属類を電極と接触させる必要があるので、底泥を希釈し含水率を高めて攪拌を行う。また酸化効果を高める目的で、希釈溶液として通電性の高い海水あるいはＮａＣｌ溶液を用いる。塩橋は直流電気の通電により高温となるため、耐熱性のゲルライトとＮａＣｌを混合して作成する。電極は通電性を高める目的で、白金製等の電極を使用する。通電の開始とともに、汚染水又は汚染底泥を入れた酸性極では、塩酸、次亜塩素酸及び塩素が発生し、強酸性でかつ高酸化還元電位を示すとともに（図−２）、重金属類と硫黄が解離し重金属類が溶出する（図−３）。汚染水又は汚染底泥から溶液に分離された重金属類は、固液分離する方法（例、遠心分離）で回収される。次に陰極槽では水酸化ナトリウム及び水素が発生し、高アルカリ性を示す。
【０００９】
重金属類は高ｐＨの環境で析出する特性を有することから、酸性槽で解離させた重金属類を含有する溶液と陰極槽で生成された高アルカリ水を混合することで、重金属類は再沈降する。これを濾別することで、重金属類のみを回収する。
このようにして、重金属が除去された底泥は無害であるので、埋め土、スキー場の法面等土木工事に有効利用されるとともに、浚渫事業が行い易くなり、水域環境の浄化を促進させることが可能となり、また重金属が除去された水は、工業用水等に活用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（１）電解装置
白金製等の電極を備えた、２水槽を塩橋でつなぎ白金極に直流電気を通電させる。
陽極槽に処理すべき底泥を投入する。陰極槽には陽極槽に投入した汚染底泥又は汚染水と希釈水を加えたものと同量のＮａＣｌ溶液（１〜３％）または海水を投入する。
【００１１】
（２）陽極槽における汚染底泥又は汚染水の希釈・混合
重金属汚染された底泥又は水を、ＮａＣｌ溶液（１〜３％）または海水で倍量に希釈したのち、水槽下部で底泥が堆積しないように攪拌を行う。
【００１２】
（３）重金属汚染底泥又は汚染水の電気分解
直流電気発生装置より直流電気を通電させる。攪拌により常時未酸化状態の硫化金属が電極付近で酸化され、重金属類が解離する。
（４）回収した重金属類の再沈殿・回収
（３）で回収された重金属類が解離した溶液に、陰極槽で生成された高アルカリ水を混合し、重金属類を沈殿させ、濾別して重金属類の回収を行う。
【００１３】
【実施例】
汚染されていない底泥１００ｃｃに水銀、ヒソ、鉛、カドミウムをそれぞれ２０ｐｐｍ汚染させた３％ＮａＣｌ溶液１００ｃｃを添加した希釈模擬汚染底泥２００ｃｃを作成した。この希釈模擬汚染底泥を陽極槽にいれ、陰極槽には３％のＮａＣｌ溶液２００ｃｃをいれて、０.２アンペアで電気分解を行った。なお、塩橋は寒天にＮａＣｌ３％と耐熱性ポリマー剤（商品名ビオポリー）１０％とを混合したものを使用した。
【００１４】
この結果ｐＨは最低で１.０程度まで低下、ＯＲＰは＋１２００ｍｖまで上昇し、強酸化、酸性の状態になった。図３に上澄み中の重金属類濃度を示す。電解直後は重金属類は底泥において硫化金属として存在するため、上澄みで測定されないが、電解時間の進行とともに溶出し、電解３００分でいずれも７５％以上溶出した。
ついでこの溶出液に陰極槽で生成された高アルカリ水を混合したところ、いずれも５ｐｐｍ以下の濃度となり、５０％が沈殿した。
【００１５】
（比較例１）
対比するために、従来技術として掲げた硫酸による処理の実験も実施した。
【００１６】
１）３％ＮａＣｌ溶液１００ｃｃにＡｓ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｐｂを混合し、各重金属濃度１０ｍｇ／ｌの模擬汚染水を作成。
２）Ｎａ2Ｓ１０ｍｌを添加し、硫化金属汚染水を作成。
３）ここに硫酸を添加し、ｐＨを１.０まで低下させる。
４）混合攪拌後、濾別し上澄みの重金属濃度を測定。
その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
（比較例２）
比較例として底泥を直接電極に接触させずに、電気分解水法により生成された酸性水を用いた場合の実験を行った。
１２種類の重金属を各５０ｐｐｍの濃度に調整した汚染水に２倍当量の硫化ナトリウムを添加し、各重金属を硫化物として沈殿させた。この高濃度汚染水５０ｍｌにｐＨ１.６〜４.８の酸性水（電気分解水法により生成）を２０ｍｌ加え、混合攪拌し、上澄み中の重金属濃度の測定を行った。酸性水の添加により当初ｐＨ５.６であった汚染水のｐＨはｐＨ３.４〜５.２に低下した。
【００１９】
結果は、図−４に示す。
この結果ｐＨ４.５以下でＡｌ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｃｕが高い溶出量を示したが、Ｐｂ、Ｆｅ、Ａｓ、Ｓｎの溶出量が少なく、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎについては溶出を確認できなかった。
【００２０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によって、浚渫処理により回収される重金属汚染底泥から重金属類を効率的に回収することが可能となり、浚渫工事が容易になるとともに、底泥を土木工事に利用することができるし、また汚染水から重金属を除去することにより、工業用水等に有効活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解装置を示す。
【図２】陽極槽におけるｐＨと酸化還元電位（ＯＲＰ）の挙動を示す。
【図３】電解時間と重金属類の溶出濃度（汚染濃度１０ｍｇ/ｌ）の関係を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、湖沼、海域、池などの底に堆積する底泥、あるいは廃棄物処理場からの汚染水から重金属類を解離・回収するための装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖的な内湾、湖沼、河川、池などの水域環境の汚染が年々進行しており、排水規制などが行われているが、なかなか改善されない。これは長期間にわたり堆積し続けている底泥からの有機物や栄養塩類の再溶出が大きく関与している。
この底泥からの汚濁物質の再溶出を防ぐために、直接系外へ排出して水域環境を回復する浚渫事業が行われているが、現在の浚渫事業は有機物の分解・無機化と栄養塩類の除去技術に主眼が置かれている。
【０００３】
しかし、重金属を含有する底泥を浚渫すると底泥が酸化作用を受け、底泥に安定化されていた重金属が水系へ再溶出してくる。従って、重金属を含む底泥については浚渫ができず、放置されているのが現状である。
従来底泥中の重金属を除去すべく、いろいろ研究がなされてきてはいる。例えば、硫酸・塩酸等を混合し酸性にして重金属を分離する方法が研究されたが、廃液に残留する硫酸や塩酸の処理が困難であり、また硫化金属を酸化できず、結果的に重金属を解離させることは困難であった。
【０００４】
同じような問題が廃棄物処理場からの汚染水においても起こっている。
本発明者等は電気分解水法を用いて酸性水を作成し、これにより重金属を除去する方法を研究し、数種類の重金属を解離・溶出させることに成功したが、その回収率ははかばかしくなく未だ満足できる状況ではない。
そこで、底泥及び汚染水中の重金属を効率よく除去できる方法の開発が望まれているところである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
汚染底泥及び汚染水中の重金属を簡便に、かつ効率よく回収する方法を確立することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明者等は、鋭意研究を重ねたところ、汚染水、特に底泥に存在する重金属類が嫌気的な環境下で硫化金属として存在するため、重金属類と結合する硫黄を電気分解水法による酸化により解離させる方法に着目し、重金属類を直接電極に接触させることによって、効率よく重金属類を回収することができることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）酸性槽とアルカリ槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつないでなる電気分解装置の、酸性槽内に汚染水又は汚染底泥を希釈したものを入れ、電流を通すことにより重金属を回収する方法、
（２）汚染水又は汚染底泥をＮａＣｌ又は海水で希釈することを特徴とする（１）に記載の重金属回収方法、
（３）塩橋がゲルライトとＮａＣｌを混合したものからなることを特徴とする（１）あるいは（２）に記載の重金属回収方法、
（４）酸性槽で解離した重金属を含む溶液とアルカリ槽で生成されたアルカリ水とを混合して重金属を沈降させることを特徴とする（１）、（２）あるいは（３）に記載の重金属回収方法、
（５）アルカリ槽と汚染水を入れるための酸性槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつなぐことを特徴とする汚染水又は汚染底泥から重金属を回収する装置
に関する。
【０００８】
図−１に実験装置を示す。
電気分解を効率的に行うために、処理対象となる硫化重金属類を電極と接触させる必要があるので、底泥を希釈し含水率を高めて攪拌を行う。また酸化効果を高める目的で、希釈溶液として通電性の高い海水あるいはＮａＣｌ溶液を用いる。塩橋は直流電気の通電により高温となるため、耐熱性のゲルライトとＮａＣｌを混合して作成する。電極は通電性を高める目的で、白金製等の電極を使用する。通電の開始とともに、汚染水又は汚染底泥を入れた酸性極では、塩酸、次亜塩素酸及び塩素が発生し、強酸性でかつ高酸化還元電位を示すとともに（図−２）、重金属類と硫黄が解離し重金属類が溶出する（図−３）。汚染水又は汚染底泥から溶液に分離された重金属類は、固液分離する方法（例、遠心分離）で回収される。次に陰極槽では水酸化ナトリウム及び水素が発生し、高アルカリ性を示す。
【０００９】
重金属類は高ｐＨの環境で析出する特性を有することから、酸性槽で解離させた重金属類を含有する溶液と陰極槽で生成された高アルカリ水を混合することで、重金属類は再沈降する。これを濾別することで、重金属類のみを回収する。
このようにして、重金属が除去された底泥は無害であるので、埋め土、スキー場の法面等土木工事に有効利用されるとともに、浚渫事業が行い易くなり、水域環境の浄化を促進させることが可能となり、また重金属が除去された水は、工業用水等に活用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（１）電解装置
白金製等の電極を備えた、２水槽を塩橋でつなぎ白金極に直流電気を通電させる。
陽極槽に処理すべき底泥を投入する。陰極槽には陽極槽に投入した汚染底泥又は汚染水と希釈水を加えたものと同量のＮａＣｌ溶液（１〜３％）または海水を投入する。
【００１１】
（２）陽極槽における汚染底泥又は汚染水の希釈・混合
重金属汚染された底泥又は水を、ＮａＣｌ溶液（１〜３％）または海水で倍量に希釈したのち、水槽下部で底泥が堆積しないように攪拌を行う。
【００１２】
（３）重金属汚染底泥又は汚染水の電気分解
直流電気発生装置より直流電気を通電させる。攪拌により常時未酸化状態の硫化金属が電極付近で酸化され、重金属類が解離する。
（４）回収した重金属類の再沈殿・回収
（３）で回収された重金属類が解離した溶液に、陰極槽で生成された高アルカリ水を混合し、重金属類を沈殿させ、濾別して重金属類の回収を行う。
【００１３】
【実施例】
汚染されていない底泥１００ｃｃに水銀、ヒソ、鉛、カドミウムをそれぞれ２０ｐｐｍ汚染させた３％ＮａＣｌ溶液１００ｃｃを添加した希釈模擬汚染底泥２００ｃｃを作成した。この希釈模擬汚染底泥を陽極槽にいれ、陰極槽には３％のＮａＣｌ溶液２００ｃｃをいれて、０.２アンペアで電気分解を行った。なお、塩橋は寒天にＮａＣｌ３％と耐熱性ポリマー剤（商品名ビオポリー）１０％とを混合したものを使用した。
【００１４】
この結果ｐＨは最低で１.０程度まで低下、ＯＲＰは＋１２００ｍｖまで上昇し、強酸化、酸性の状態になった。図３に上澄み中の重金属類濃度を示す。電解直後は重金属類は底泥において硫化金属として存在するため、上澄みで測定されないが、電解時間の進行とともに溶出し、電解３００分でいずれも７５％以上溶出した。
ついでこの溶出液に陰極槽で生成された高アルカリ水を混合したところ、いずれも５ｐｐｍ以下の濃度となり、５０％が沈殿した。
【００１５】
（比較例１）
対比するために、従来技術として掲げた硫酸による処理の実験も実施した。
【００１６】
１）３％ＮａＣｌ溶液１００ｃｃにＡｓ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｐｂを混合し、各重金属濃度１０ｍｇ／ｌの模擬汚染水を作成。
２）Ｎａ2Ｓ１０ｍｌを添加し、硫化金属汚染水を作成。
３）ここに硫酸を添加し、ｐＨを１.０まで低下させる。
４）混合攪拌後、濾別し上澄みの重金属濃度を測定。
その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
（比較例２）
比較例として底泥を直接電極に接触させずに、電気分解水法により生成された酸性水を用いた場合の実験を行った。
１２種類の重金属を各５０ｐｐｍの濃度に調整した汚染水に２倍当量の硫化ナトリウムを添加し、各重金属を硫化物として沈殿させた。この高濃度汚染水５０ｍｌにｐＨ１.６〜４.８の酸性水（電気分解水法により生成）を２０ｍｌ加え、混合攪拌し、上澄み中の重金属濃度の測定を行った。酸性水の添加により当初ｐＨ５.６であった汚染水のｐＨはｐＨ３.４〜５.２に低下した。
【００１９】
結果は、図−４に示す。
この結果ｐＨ４.５以下でＡｌ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｃｕが高い溶出量を示したが、Ｐｂ、Ｆｅ、Ａｓ、Ｓｎの溶出量が少なく、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎについては溶出を確認できなかった。
【００２０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によって、浚渫処理により回収される重金属汚染底泥から重金属類を効率的に回収することが可能となり、浚渫工事が容易になるとともに、底泥を土木工事に利用することができるし、また汚染水から重金属を除去することにより、工業用水等に有効活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解装置を示す。
【図２】陽極槽におけるｐＨと酸化還元電位（ＯＲＰ）の挙動を示す。
【図３】電解時間と重金属類の溶出濃度（汚染濃度１０ｍｇ/ｌ）の関係を示す。
Claims (5)
- 酸性槽とアルカリ槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつないでなる電気分解装置の、酸性槽内に汚染水又は汚染底泥を希釈したものを入れ、電流を通すことにより重金属を回収する方法。
- 汚染水又は汚染底泥をＮａＣｌ又は海水で希釈することを特徴とする請求項１に記載の重金属回収方法。
- 塩橋がゲルライトとＮａＣｌを混合したものからなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の重金属回収方法。
- 酸性槽で解離した重金属を含む溶液とアルカリ槽で生成されたアルカリ水とを混合して重金属を沈降させることを特徴とする請求項１、２または３に記載の重金属回収方法。
- アルカリ槽と汚染水又は汚染底泥を入れるための酸性槽とからなり、両槽を塩橋でつなぎ両槽内に電極をセットし、電極間に電源装置をつないだことを特徴とする汚染水又は汚染底泥から重金属を回収する装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22530197A JP3657401B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 電気分解を用いた重金属汚染底泥からの重金属解離法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22530197A JP3657401B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 電気分解を用いた重金属汚染底泥からの重金属解離法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1157788A JPH1157788A (ja) | 1999-03-02 |
| JP3657401B2 true JP3657401B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=16827206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22530197A Expired - Fee Related JP3657401B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 電気分解を用いた重金属汚染底泥からの重金属解離法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3657401B2 (ja) |
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| JP6254759B2 (ja) * | 2013-01-28 | 2017-12-27 | 義久 石井 | 消臭除菌装置 |
| CN107939881A (zh) * | 2017-12-31 | 2018-04-20 | 三橡股份有限公司 | 一种列车车厢减震胶垫及其制备方法 |
| CN110255842A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-20 | 浙江创韵环境科技有限公司 | 一种河道底泥处理系统 |
| CN111718086B (zh) * | 2020-07-03 | 2022-06-17 | 江苏航运职业技术学院 | 一种重金属污染河湖底泥修复装置 |
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1997
- 1997-08-21 JP JP22530197A patent/JP3657401B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1157788A (ja) | 1999-03-02 |
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