JP4907950B2 - 排水からの金属の除去方法及び除去装置 - Google Patents

排水からの金属の除去方法及び除去装置 Download PDF

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Description

本発明は、排水からの金属の除去方法及び除去装置に関し、更に詳しくは、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる排水、あるいは生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰等を水洗した際に生じる排水中に含まれる、例えば、タリウム、鉛、カドミウム、クロム、水銀等の金属を除去し、水質の浄化を図る際に用いて好適な排水からの金属の除去方法及び除去装置に関するものである。
近年、地球環境の保護の高まりにより、産業廃棄物を有効利用するセメント製造設備を初め、産業廃棄物の最終処分施設、石油化学プラント、各種工場等においても、環境対策が非常に重要視されている。例えば、セメント製造設備、産業廃棄物の最終処分施設、工場等から排出される排ガスや排水の浄化についても様々な方法や装置が提案され、実用化されている。
例えば、セメント製造設備では、産業廃棄物に含まれる塩素等の揮発性成分を取り除くために塩素バイパス装置が設置されている。
この塩素バイパス装置は、セメントキルンと予熱機の間で揮発と凝縮を繰り返すことで濃縮した塩素等の揮発性成分を取り除くために、セメントキルンの窯尻部から排ガスを抽気し冷却することにより、塩素化合物を主とする揮発性成分を固化させた塩素バイパスダストを生成させ、この塩素バイパスダストを系外に排出することで、塩素をセメントキルン内から除去する装置である。
この塩素バイパス装置にて発生した塩素バイパスダストは、多量の塩素化合物や重金属類等を含んでいるので、再びセメント原料として再利用するには、これらの塩素化合物や重金属類等を取り除く必要がある。
そこで、塩素化合物を分離回収する塩素含有廃棄物の処理方法としては、例えば、塩素を含む廃棄物を水洗して塩素分および鉛分を溶出させて固液分離する水洗工程と、濾別した固形分にアルカリ溶液を加えて鉛分を溶出させると共にカルシウムを水酸化物として濾別するアルカリ溶出工程と、この濾液を水洗工程にて分離した濾液に加え、硫化剤を添加して鉛を沈殿分離する脱鉛工程と、この脱鉛した濾液に炭酸源を加えてカルシウムを沈殿分離する脱カルシウム工程と、この濾液を加熱し塩化物を晶析させて分離回収する塩分回収工程を有する廃棄物の処理方法が提案されている（特許文献１）。
一方、産業廃棄物の最終処分施設や一部の工場等においては、鉛、カドミウム、クロム等の重金属を含む排水により、土壌汚染等の環境汚染が生じる虞がある。
このような重金属を含む排水は、河川等の水質を悪化させるのみでなく、大気汚染、土壌汚染等をも引き起こす虞があることから、排水中に含まれる重金属を極力除去し、水質を浄化する必要がある。
また、重金属を含む排水には、無機塩類、ダイオキシン等の有機ハロゲン化合物、環境ホルモンと称される内分泌攪乱物質、プラスチック材料等の難分解性物質等が含まれているために、これらの物質を除去し、水質を浄化する必要がある。
そこで、鉄系吸着材を用いて排水中の重金属イオン成分を吸着・除去する重金属吸着装置と、この重金属吸着装置から排出される排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去する脱イオン装置と、脱イオン装置から排出される濃縮水を上記の重金属吸着装置に戻す循環手段とを備えた重金属排水処理装置が提案されている（特許文献２）。
また、ｐＨ調整及び非イオン系高分子凝集剤により排水に含まれる金属を金属水酸化物として沈降させる沈降槽と、この金属水酸化物が沈降した後の処理水を中和させる中和槽と、この中和した処理水を通すことにより該処理水中の塩類を濃縮する電気透析装置と、この塩類が濃縮された後の処理水から水分を蒸発させることにより、この処理水中に含まれる塩類を結晶化させる蒸発缶とを具えた排水処理装置も提案されている（特許文献３）。
特開２００３−１２１８号公報 特開２００５−１０３５１８号公報 特開２００５−１６１１８８号公報
しかしながら、従来の塩素含有廃棄物の処理方法では、水洗工程にて濾別した固形分にアルカリ溶液を加えて鉛分を溶出させると共にカルシウムを水酸化物として濾別し、得られた濾液を水洗工程にて分離された濾液に加え、硫化剤を添加して鉛を沈殿分離しているために、必ずしも全ての重金属を取り除くことができないという問題点があった。特に、タリウム等の重金属は、硫化剤や還元剤等によって沈殿物として分離することが難しいために、塩素化合物とともに濾液中に残存することが多い。
したがって、この濾液を加熱し塩化物を晶析させて分離回収する場合に、回収された塩化物中にタリウム等の重金属が取り込まれて残存する虞があった。
また、従来の重金属排水処理装置や排水処理装置では、鉄系吸着材を用いて排水中の重金属イオン成分を吸着・除去したり、非イオン系高分子凝集剤により排水に含まれる金属を金属水酸化物として沈降させているために、排水中に重金属が残存したまま排水されてしまう虞があった。このため、前処理を含め、このプロセスを行って排水中の重金属の濃度の低減処理を施さないと、そのまま排水することができない虞があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる排水、あるいは生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰等を水洗した際に生じる排水中に含まれる、例えば、タリウム、鉛、カドミウム、クロム、水銀等の金属を除去し、これらの金属濃度を排水基準以下とすることにより、排水の水質の向上を図ることができる排水からの金属の除去方法及び除去装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために次の様な排水からの金属の除去方法及び除去装置を提供した。
すなわち、本発明の排水からの金属の除去方法は、排水に含まれる金属を除去する方法であって、前記排水に、還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離することを特徴とする。
この排水からの金属の除去方法では、排水に、還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、この二次排水に直流電流を通電することにより、通常のｐＨ調整や還元剤等では沈殿しない二次排水中の溶存金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する。これにより、二次排水に含まれる金属が効率的に取り除かれ、二次排水中の金属濃度を著しく低下させることが可能になる。その結果、二次排水の水質が排水基準に十分適合した状態にまで向上する。
上記の各々の排水からの金属の除去方法では、前記金属酸化物を分離した後の排水または二次排水中に溶存する金属を、イオン交換樹脂により除去することが好ましい。
この方法では、金属酸化物を分離した後の排水または二次排水中に僅かに溶存する金属をイオン交換樹脂により除去することにより、排水中に含まれる金属を電気分解とイオン交換樹脂の二段階の方法にて取り除くこととなり、二次排水の水質がさらに向上する。
前記排水は、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる産業排水、または生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰のうちいずれか１種または２種以上を水洗した際に生じる産業排水であることが好ましい。
この方法では、前記排水を、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる排水、または生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰のうちいずれか１種または２種以上を水洗した際に生じる排水としたことにより、この排水に含まれる金属が効率的に取り除かれ、排水中の金属濃度を著しく低下させることが可能になる。その結果、排水の水質がさらに向上する。
前記排水または前記二次排水に直流電流を通電することにより、この排水または二次排水に溶存する金属を電極上に析出させ、この金属を前記排水または二次排水から除去することが好ましい。
この方法では、前記排水または前記二次排水に直流電流を通電し、この排水または二次排水に溶存する金属を電極上に析出させることにより、この排水または二次排水に溶存する金属が効率的に取り除かれ、この排水または二次排水中の金属濃度を著しく低下させることが可能になる。その結果、この排水または二次排水の水質がさらに向上する。
本発明の排水からの金属の除去装置は、排水に含まれる金属を除去する装置であって、前記排水を貯留し、この貯留された排水に還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせる反応槽と、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせる固液分離手段と、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する電気分解手段とを備えてなることを特徴とする。
この排水からの金属の除去装置では、反応槽にて貯留された排水に還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、固液分離手段にて、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、電気分解手段にて、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する。
これにより、排水中の金属濃度が著しく低下し、その結果、排水の水質が排水基準に十分適合した状態にまで向上する。
この装置では、前記電気分解手段の下流側に、前記金属酸化物を分離した後の二次排水中に溶存する金属を除去するイオン交換樹脂を設けてなることが好ましい。
この装置では、イオン交換樹脂により、電気分解手段から排出される二次排水中に溶存する金属をさらに除去することにより、二次排水中に含まれる金属を電気分解手段とイオン交換樹脂の二段階にて取り除くこととなり、排水中の金属濃度がさらに低下し、その結果、排水の水質がさらに向上する。
本発明の排水からの金属の除去方法によれば、排水に、還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離するので、二次排水に含まれる金属を効率的に取り除くことができ、二次排水中の金属濃度を著しく低下させることができる。したがって、二次排水の水質を排水基準に十分適合した状態にまで向上させることができる。
本発明の排水からの金属の除去装置によれば、前記排水を貯留し、この貯留された排水に還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせる反応槽と、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせる固液分離手段と、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する電気分解手段とを備えたので、排水に含まれる金属を効率的かつ安価に取り除くことができ、排水中の金属濃度を著しく低下させることが容易にできる。したがって、容易かつ安価に排水の水質を排水基準に十分適合した状態にまで向上させることができる。
本発明の排水からの金属の除去方法及び除去装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明の一実施形態の排水からの金属の除去装置を示す模式図であり、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダストを水洗してタリウム、鉛、銅、亜鉛等の金属成分を溶出させた排水から、これらの金属を除去し浄化する装置の例である。
この除去装置は、排水Ｓ１に、例えば、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）や塩化第一鉄（ＦｅＣｌ２）等の還元剤、炭酸ガス（ＣＯ２）等のＰＨ調整剤、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、塩酸（ＨＣｌ）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、高分子凝集剤Ｐ等を必要に応じて適宜添加し反応させる反応槽１と、これらの反応により生じた炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および重金属の凝集物を含む排水Ｓ２を静置して凝集した炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）及び重金属を沈殿させる沈殿槽２と、この沈殿槽２にて沈殿した沈殿物を取り出して加圧・脱水し炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）及び重金属を含むケーキ状の重金属スラッジＭＳと排水Ｓ３とに分離するフィルタプレス３と、沈殿槽２から排出される上澄水である排水Ｓ４に金属捕集剤Ｔを添加して反応させ排水Ｓ４中の金属を凝集させる反応槽４と、この反応槽４から排出される金属凝集体を含む排水Ｓ５に直流電流を通電して電気分解を行い、排水Ｓ５の電気分解とともに排水Ｓ５中に溶存している金属を酸化物として析出させる電気分解装置（電気分解手段）５と、この金属酸化物が析出した排水Ｓ６をメンブレンフィルタを用いて電気分解により生じた金属酸化物を含む懸濁物質ＭＰと排水Ｓ７とに分離する精密濾過装置６と、精密濾過装置６により微細な懸濁物質ＭＰが除去された排水Ｓ７に微量に溶存する金属をイオン交換樹脂を用いて取り除くイオン交換装置７とにより構成されている。
次に、本発明の排水からの金属の除去方法（以下、単に除去方法と称する）について、図１に基づき説明する。
本実施形態の除去方法は、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出され塩素バイパスダストを水洗して金属成分を溶出させた排水に含まれる金属を除去する方法であり、前記排水に、還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する方法である。
この除去方法について、さらに詳細に説明する。
本実施形態の除去方法においては、対象とする排水は、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉から排出される焼却灰や飛灰、またはセメント焼成設備に付設した塩素バイパス装置で得られた高濃度の塩素化合物を含むダストを水洗してタリウム、鉛、銅、亜鉛等の金属成分を溶出させた排水である。
ここでは、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダストを水洗してタリウム、鉛、銅、亜鉛等の金属成分を溶出させた排水を対象として説明する。
「処理の対象となる排水」
処理の対象となる排水は、例えば、図２に示す水洗・濾過装置から排出される。
この水洗・濾過装置は、セメント製造設備の塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダスト（塩素含有廃棄物）に水を添加し混合してスラリーとし、このスラリーを濾過により脱塩ケーキ（固形分）と濾液に分離し、得られた脱塩ケーキをセメント原料とする装置であり、塩素バイパスダストＤと新たな水（以下、新水とも称する。）Ｗとを混合し溶液Ｍ１とする混合槽１１と、この溶液Ｍ１を加圧濾過により脱塩ケーキＣと排水Ｓ１に分離し、この加圧濾過後に得られた脱塩ケーキＣを加圧した状態のまま新水Ｗを圧送して脱塩ケーキＣを洗浄するフィルタープレス１２とにより構成されている。
この水洗槽１１では、まず、所定量の新水Ｗ、例えば水洗する塩素バイパスダストＤに対して２〜４重量倍の新水Ｗを貯留し、この新水Ｗに所定量の塩素バイパスダストＤを投入し浸漬・攪拌して水洗し、塩素バイパスダストＤに含まれる塩素化合物、及びタリウム、鉛、銅、亜鉛等の可溶成分を溶出させ、溶液Ｍ１とする。
ここで新水Ｗの注水量を上記の様に限定した理由は、注水量がダストの２重量倍以下であると、ダスト中の可溶成分の溶出が不十分なものとなり、後段の濾過機１２で濾過して得られる脱塩ケーキＣ中に残存する可溶成分が多くなるからである。また得られる溶液Ｍ１の粘性が高くなり、後の工程へのポンプ輸送が難しくなるからである。
また、注水量がダストの４重量倍以上であると、カルシウム成分や重金属類等の他の成分の溶出が多くなり、したがって、後段の工程においては、これらの成分を取り除くための薬剤の使用量が多くなるからである。
上記の水洗過程では、水洗槽１１内の温度は所定の温度範囲内に制御されていればよく、特に制限されるものではないが、可溶成分の溶解速度を高めるために、例えば、４０℃以上に高めることとしてもよい。
また、攪拌時間は、塩素バイパスダストＤに含まれる塩素化合物、及びタリウム、鉛、銅、亜鉛等の可溶成分を溶解するのに十分な時間であればよく、１０時間以内が好ましい。なお、１０時間を越える長時間の攪拌は、ダストに含有するカルシウムとアルカリ成分および塩素との複塩が生成して沈殿物が生じ、十分な脱塩が行われない虞があるので好ましくない。
この水洗過程により生成した溶液Ｍ１は、フィルタープレス１２により脱塩ケーキＣと排水Ｓ１に濾別される。
この濾別の際に、フィルタープレス１２内の脱塩ケーキに残留する可溶成分を含有する水分を、新水Ｗで洗浄することが好ましい。この新水Ｗを用いた洗浄は、フィルタープレス１２を加圧した状態で脱塩ケーキに一方向から新水Ｗを圧送することにより、少ない水量で効率のよい洗浄を行うことができる。
この洗浄のために使用する新水Ｗは、水洗されるダスト量に対して０．５〜２．０重量倍が好ましい。
この新水Ｗを用いた洗浄により、脱塩ケーキＣ中の塩素含有量、及びタリウム、鉛、銅、亜鉛等の可溶成分を十分に低下させることができる。
また、得られた脱塩ケーキＣは、含水率が比較的低いことから、直接セメント製造設備に送られ他のセメント原料に混合され、乾燥・粉砕の後、粉末セメント原料としてセメント焼成工程にて再循環使用され、セメントクリンカとして焼成される。一方、脱塩ケーキＣを洗浄した後の洗浄水は、排水Ｓ１に合流される。
「排水からの金属の除去」
上記の水洗・濾過装置から排出される洗浄後の水を含む排水Ｓ１は、ダスト中の塩素が溶出している他に、タリウム、鉛、銅、亜鉛等の金属を含む可溶成分、カルシウム成分、塩素成分等も含まれている。そこで、これらの成分を除去する。
この金属除去工程は、下記の３つの段階に分けられる。
Ａ．第１段階
排水に還元剤、共沈剤、ｐＨ調整剤等を添加し、この排水中に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を排水から分離する工程。
Ｂ．第２段階
第１段階で沈殿物が分離された排水に直流電流を通電することにより、この排水の電気分解とともに、この排水中に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を分離する工程。
Ｃ．第３段階
金属酸化物を分離した後の排水のイオン交換を行い、この排水中に溶存する金属を除去する工程。
これら３つの段階について順次説明する。
「第１段階」
まず、上記の水洗・濾過装置から排出される洗浄後の水を含む排水Ｓ１を反応槽１に注入し、この排水Ｓ１から重金属類、カルシウム成分を取り除くために、還元剤・共沈剤として、例えば、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）や塩化第一鉄（ＦｅＣｌ２）等の鉄塩を添加し、またｐＨ調整剤として炭酸ガス（ＣＯ２）を吹込み、さらに炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、塩酸（ＨＣｌ）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、高分子凝集剤Ｐ等を適宜添加し反応させることにより、上記成分を水酸化物等からなる沈殿物として析出させる。
例えば、重金属類については、排水Ｓ１のｐＨを９〜１０．５程度にして重金属の水酸化物の沈殿物を生成させることにより、大幅に取り除くことが可能である。また、ｐＨ調整剤としては酸性のものであればよいが、炭酸ガスが最も好ましい。炭酸ガスを用いることで、排水Ｓ１中に溶解しているカルシウムを大幅に取り除くことができる。
また、炭酸ガス（ＣＯ２）と同時に炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を添加することとすれば、排水Ｓ１中に溶解しているカルシウムを炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）として完全に沈殿させて除去することができる。炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を添加した場合、最終的に回収される塩は塩化カリウム（ＫＣｌ）である。
ここでは、使用する化学物質を選択する際に、将来、排水中の塩を回収する場合も勘案して適した化学物質を選択する。例えば、最終的に回収される塩を塩化カリウム（ＫＣｌ）とすると、利用価値が高く好ましいため、それに適した炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を選択する。
この炭酸カリウムの替わりに炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）や炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）も利用することが可能である。
また、炭酸ガス（ＣＯ２）が用意できない場合には、排水Ｓ１中に溶解しているカルシウムを炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）のみで処理してもよい。
次いで、このようにして得られた炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む排水に塩酸（ＨＣｌ）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を添加し、反応をさらに促進させる。
次いで、この反応が促進した濾液に高分子凝集剤Ｐを添加し、排水中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および重金属を凝集させ、懸濁物質を含む排水Ｓ２とする。
この炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および重金属の凝集物、すなわち懸濁物質を含む排水Ｓ２は沈殿槽２に送られ、所定時間静置される。これにより、排水Ｓ２中の凝集物である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および重金属が沈殿することとなる。
この沈殿槽２の沈殿物は、取り出した後にフィルタプレス３に送られる。
フィルタプレス３では、沈殿物を加圧・脱水することにより、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および重金属を含むケーキ状の重金属スラッジＭＳと、排水Ｓ３とに濾別される。この排水Ｓ３は反応槽１に送られる排水Ｓ１に添加されることで循環使用される。
なお、この重金属スラッジＭＳは、フィルタプレス３での圧搾後、新水にて洗浄してもかまわない。
一方、沈殿槽２から排出される上澄水である排水Ｓ４は、反応槽４に送られて金属捕集剤Ｔが添加される。この排水Ｓ４は金属捕集剤Ｔと反応することにより、懸濁浮遊物質（ＳＳ成分）を数％以下含む懸濁した排水Ｓ５となる。
「第２段階」
この懸濁した排水Ｓ５は電気分解装置５に送られ、電気分解装置５の電極を介して排水Ｓ５中に通電を行い、排水Ｓ５中の一部の水を電気分解することによって同時に溶存する金属を酸化物として析出させ、微細な懸濁物質に変化させ、懸濁物質を含む排水Ｓ６となる。特に溶存する金属がタリウム（Ｔｌ）の場合、容易に酸化して酸化タリウム（Ｔｌ２Ｏ３）となる。
この電気分解の際、電気分解装置５の陽極上に、鉛、銅、亜鉛等の金属が析出し、排水Ｓ５中から除去される。析出した鉛等の金属は、別途定期的に陽極上から回収する。
この懸濁物質を含む排水Ｓ６は、精密濾過装置６に送られ、メンブレンフィルタ（ＭＦ：精密濾過膜）によって金属酸化物を含む微細な懸濁物質ＭＰが取り除かれて懸濁浮遊物質（ＳＳ成分）が１ｍｇ／Ｌ以下の濃度の排水Ｓ７となる。この排水Ｓ７には、０．５〜３ｐｐｍ程度のタリウムが含まれている。
この懸濁物質ＭＰは、上記の水洗・濾過装置と同様、フィルタープレスでの圧搾後、新水にて洗浄してもかまわない。
「第３段階」
精密濾過装置２６から排出される排水Ｓ６に残留している微量の溶存金属を取り除くため、この排水Ｓ７をイオン交換装置７に送り、イオン交換樹脂を用いて排水Ｓ７に微量に溶存する金属を吸着し取り除く。イオン交換樹脂としては、ＣＲ１１、ＩＲＹ等が用いられる。
このイオン交換樹脂により、上記の第２段階の処理でも尚ごく微量に残存するタリウム等の金属が取り除かれる。
タリウムは、イオン交換装置による吸着処理のみでも１／５０程度に低減することができるが、イオン交換装置のみで０．１ｐｐｍ以下の濃度とすることは、装置の大型化等を考えると難しい。
そこで、排水中に含まれるタリウム等の金属を、電気分解装置５とイオン交換装置７の二段階にて取り除くこととすれば、排水中のタリウム濃度がさらに低下し、その結果、排水の水質がさらに向上し、タリウムの濃度が０．１ｐｐｍ以下の排水とすることができる。
このように、微量の溶存金属を含む排水Ｓ６は、イオン交換樹脂にて微量のタリウム等の金属がほぼ完全に取り除かれるために、タリウム等の金属の濃度が０．１ｐｐｍ以下となり、外部へ排出される。
以上説明したように、本実施形態の排水からの金属の除去方法によれば、電気分解装置５を用いて排水Ｓ５中に通電を行い、排水Ｓ５中の一部の水を電気分解することによって同時に溶存するタリウム（Ｔｌ）等の金属を酸化物として析出させ、懸濁物質を含む排水Ｓ５とし、精密濾過装置６により排水Ｓ５から酸化タリウム（Ｔｌ２Ｏ３）等の金属酸化物を含む微細な懸濁物質ＭＰを取り除き、懸濁浮遊物質（ＳＳ成分）が１ｍｇ／Ｌ以下の排水Ｓ６とし、さらに、イオン交換装置７により微量に残存するタリウム等の金属を吸着して除去し、タリウムの濃度を０．１ｐｐｍ以下とするので、排水に含まれるタリウム等の重金属を効率的に取り除くことができ、排水中の重金属の濃度を著しく低下させることができる。したがって、排水の水質を排水基準濃度以下の状態にまで向上させることができる。
本実施形態の排水からの金属の除去装置によれば、排水Ｓ５に直流電流を通電して電気分解を行い、排水Ｓ５の電気分解とともに排水Ｓ５中に溶存している金属を酸化物として析出させる電気分解装置５と、この金属酸化物が析出した排水Ｓ６をメンブレンフィルタを用いて電気分解により生じた金属酸化物を含む懸濁物質ＭＰと排水Ｓ７とに分離する精密濾過装置６と、精密濾過装置６により微細な懸濁物質ＭＰが除去された排水Ｓ７に微量に溶存する金属をイオン交換樹脂を用いて取り除くイオン交換装置７とを備えたので、排水に含まれるタリウム等の重金属を効率的かつ安価に取り除くことができ、排水中のタリウム等の重金属濃度を著しく低下させることが容易にできる。したがって、容易かつ安価に排水の水質を排水基準に十分適合した状態にまで向上させることができる。
以下、本発明の排水からの金属の除去方法及び除去装置について実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって何ら制限されるものではない。
なお、本実施例では、処理の対象となる排水としては、セメント製造設備に設置された塩素バイパス装置から排出され塩素バイパスダストを水洗して金属成分を溶出させた排水を用いた。
この塩素バイパスダストの組成を表１に示す。
Figure 0004907950
「処理の対象となる排水の作製」
次に、この塩素バイパスダストを水洗して金属成分を溶出させることにより、本実施例にて処理の対象となる排水を作製した。
まず、上記の組成のダストに、このダスト１００重量部に対して３００重量部の水を添加して攪拌し、ダストスラリーとするとともに、含有する塩素化合物等の可溶成分を溶出させリパルプさせた。
次いで、フィルタプレスを用いて、このダストスラリーを空気圧５Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で圧搾して３１１重量部の濾液を得た。次いで、この圧搾状態を保ったまま、フィルタープレス内の脱塩ケーキに新水１００重量部を濾液圧送方向から圧入し、この脱塩ケーキの貫通洗浄をおこなった。
得られた脱塩ケーキの収量は８５重量部、その含水率は４０％、その塩素含有率は０．３％、その脱塩率は９８．８％であった。このようにして得られた脱塩ケーキは、塩素の含有率が極めて低く、セメント原料として再利用が可能なものであった。
一方、この工程にて得られた浸出水と洗浄液を加えた排水は４１５重量部であり、この排水の特性は、ｐＨが１３．１、導電率が２００ｍＳ／ｃｍであり、また、カリウムの含有量は４７．５ｇ／Ｌ、塩素の含有量は４６．２ｇ／Ｌであり、カルシウムを７３０ｐｐｍ程度含むものであった。
また、この排水は、金属類として鉛を約２５０ｐｐｍ、銅を３０ｐｐｍ、亜鉛を３ｐｐｍ、タリウムを８０ｐｐｍ程度含むものであった。
「排水からの金属の除去」
上記の排水に含まれているタリウム、鉛、銅、亜鉛等の金属を除去する。
まず、この排水を反応槽１に注入し、この排水に炭酸ガスを吹き込むことによりｐＨを９．５に調製し、さらに硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）及び炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を添加して反応させ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含む排水とした。
次いで、この排水に高分子凝集剤を添加し、排水中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）及び重金属を凝集させ、この凝集体が懸濁した排水とした。
次いで、この懸濁した排水を沈殿槽２に移して所定時間静置し、排水中の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）及び重金属を沈殿させた。
次いで、沈殿槽２から沈殿物を取り出し、フィルタプレス３にて加圧・脱水を行い、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）及び重金属を含むケーキ状の重金属スラッジと濾液とに分離した。
この沈殿槽２で得られた沈殿物は、カルシウムの他、鉛などの金属化合物塩を多く含むものであった。また、フィルタープレス３により濾過した後の濾液は、反応槽１に投入する排水に加えて再利用を行った。
一方、沈殿槽２から排出される上澄水である排水を反応槽４に移し、この排水に金属捕集剤を添加し、反応させた。
これにより、排水は析出した懸濁物質（ＳＳ成分）を数％以下含む懸濁した排水となった。また、この排水の重金属類の含有量を調べたところ、特にタリウムを約５０ｐｐｍ含んでおり、この段階においては十分に捕集されていないものであった。
次いで、この排水を電気分解装置５に移し、電気分解装置５の電極として白金電極を用い、この白金電極を介して排水に３ボルトの直流電圧を印加し、通電を行った。
この通電により、排水中の一部の水が電気分解することによって同時に溶存するタリウム（Ｔｌ）等の金属が酸化物として析出し、懸濁物質を含む排水となった。
排水中のタリウムは、容易に酸化して酸化タリウム（Ｔｌ２Ｏ３）になっていることが確認された。
この電気分解の際、白金電極上に、鉛、銅、亜鉛等の金属が析出したが、これらの金属の回収量は極めて微量であった。
また、電気分解の際の排水のｐＨを８〜１３の範囲で変化させたが、分解量や吸着量に大きな差は認められなかった。
図３に、排水の電気分解における通電電気量（Ｃ／Ｌ）とタリウム濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示す。
この図によれば、通電電気量が１００Ｃ／Ｌで９０％以上、また、１４０Ｃ／Ｌ以上で９５％以上の除去ができた。
次いで、この排水を精密濾過装置６に移し、メンブレンフィルタ（ＭＦ）により、析出し懸濁している酸化タリウムを含む微細な懸濁物質と、濾液である排水とに分離した。この懸濁物質は、タリウムの純度が高く、回収することにより有効利用を図ることができた。
このメンブレンフィルタ（ＭＦ）により懸濁物質が取り除かれタリウムの濃度が１ｍｇ／Ｌとなった排水をイオン交換装置７に移し、この排水中にごく僅かに残存するタリウム等の金属を、ＣＲ１１、ＩＲＹ等のイオン交換樹脂により取り除いた。
イオン交換装置７から排出される排水の特性は、ｐＨが９．５、導電率が２００ｍＳ／ｃｍであり、カリウムの含有量は４７．５ｇ／Ｌ、塩素の含有量は４６．２ｇ／Ｌであり、カルシウムを４ｐｐｍ含むものであった。
また、金属については、鉛、銅および亜鉛がいずれも０．１ｐｐｍ以下であり、タリウムについては０．１ｐｐｍ以下となっていた。
これにより、排水に僅かに残存するタリウム等の金属が電気分解装置５とイオン交換装置７により効率的に分離捕集されていることがわかった。
一方、比較例として、反応槽４から排出された排水を、電気分解装置５を通さずに直接、精密濾過装置６に移して金属を含む微細な懸濁物質と、濾液である排水とに分離した後、この排水をイオン交換装置７に移し、この排水中に残存する金属を、ＣＲ１１、ＩＲＹ等のイオン交換樹脂により取り除いた。
図４に、タリウム濃度が６０ｍｇ／Ｌの排水のイオン交換樹脂における通水量（ｍＬ）とタリウム濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示す。
この図によれば、通水量を３０ｍＬとすれば、タリウム濃度が０．１３ｍｇ／Ｌ程度となるが、さらにタリウム濃度を０．１０ｍｇ／Ｌ以下とするためには、非常に大きなイオン交換装置が必要になり、排水処理を効率よくしかも安価に行うことができないことが分かる。
本発明の一実施形態の排水からの金属の除去装置を示す模式図である。 塩素バイパスダストを水洗・濾過する水洗・濾過装置の一例を示す模式図である。 排水の電気分解における通電電気量とタリウム濃度との関係を示す図である。 排水のイオン交換樹脂における通水量とタリウム濃度との関係を示す図である。
符号の説明
１ 反応槽
２ 沈殿槽
３ フィルタプレス
４ 反応槽
５ 電気分解装置
６ 精密濾過装置
７ イオン交換装置
１１ 混合槽
１２ フィルタープレス
Ｓ１〜Ｓ７ 排水
Ｍ１ 溶液
Ｄ 塩素バイパスダスト
Ｗ 水
Ｃ 脱塩ケーキ
Ｐ 高分子凝集剤
Ｔ 金属捕集剤
ＭＳ 重金属スラッジ
ＭＰ 懸濁物質

Claims (6)

  1. 排水に含まれる金属を除去する方法であって、
    前記排水に、還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせ、この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせ、この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離することを特徴とする排水からの金属の除去方法。
  2. 前記金属酸化物を分離した後の排水または二次排水中に溶存する金属を、イオン交換樹脂により除去することを特徴とする請求項１記載の排水からの金属の除去方法。
  3. 前記排水は、塩素含有廃棄物を水洗した際に生じる排水、または生ゴミ焼却灰、飛灰、プラスチック焼却灰のうちいずれか１種または２種以上を水洗した際に生じる排水であることを特徴とする請求項１または２記載の排水からの金属の除去方法。
  4. 前記排水または前記二次排水に直流電流を通電することにより、この排水または二次排水に溶存する金属を電極上に析出させ、この金属を前記排水または二次排水から除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の排水からの金属の除去方法。
  5. 排水に含まれる金属を除去する装置であって、
    前記排水を貯留し、この貯留された排水に還元剤及びｐＨ調整剤を添加して前記排水に溶存する金属を含む沈殿物を生じさせる反応槽と、
    この沈殿物を前記排水から分離して二次排水を生じさせる固液分離手段と、
    この二次排水に直流電流を通電することにより該二次排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を前記二次排水から分離する電気分解手段とを備えてなることを特徴とする排水からの金属の除去装置。
  6. 前記電気分解手段の下流側に、前記金属酸化物を分離した後の二次排水中に溶存する金属を除去するイオン交換樹脂を設けてなることを特徴とする請求項５記載の排水からの金属の除去装置。
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