JP5235276B2 - Purification equipment for contaminated materials including heavy metals - Google Patents

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Description

本発明は、重金属による環境汚染物の浄化技術に関し、特に鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、水銀(Hg)、ウラン(U)、プルトニウム(Pu)、砒素(As)などの重金属類を、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰、ヘドロ、これらの抽出液、これらを含む工業用水、廃水、表流水、地下水、海水などの重金属類を含む固体または流体状の被汚染物から、分離除去する浄化方法及び装置に関する。   The present invention relates to a technology for purifying environmental pollutants by heavy metals, and in particular, lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), tin (Sn), mercury (Hg), uranium (U), plutonium (Pu), Including heavy metals such as arsenic (As), soil, sludge, sediment, waste, incinerated ash, sludge, extracts of these, industrial water containing these, wastewater, surface water, groundwater, seawater and other heavy metals The present invention relates to a purification method and apparatus for separating and removing solid or fluid-like contaminants.

重金属で汚染された土壌を浄化修復する方法として、電気化学的手法を用いる方法が提案されている(特許文献1)。この方法によれば、汚染土壌を酸性溶媒と混合してスラリーを形成させ、汚染土壌から重金属イオンをスラリー(間隙水)中に抽出させた後に、重金属イオンを含むスラリーを濾過材により濾過しつつ直流電圧を印加して、濾過材により隔離形成されているカソード部に、スラリーから濾過された重金属イオンを移行させて、汚染土壌から重金属を分離する。   As a method for purifying and repairing soil contaminated with heavy metals, a method using an electrochemical method has been proposed (Patent Document 1). According to this method, the contaminated soil is mixed with an acidic solvent to form a slurry, and after heavy metal ions are extracted from the contaminated soil into the slurry (pore water), the slurry containing heavy metal ions is filtered through the filter medium. A DC voltage is applied to transfer heavy metal ions filtered from the slurry to the cathode part that is separated and formed by the filter medium, thereby separating heavy metals from the contaminated soil.

しかし、この方法では、カソード部とスラリーとが濾過材により隔離されているので、間隙水はアノード側から濾過材を通過してカソード側に流れ、スラリーはカソードの還元電位によって還元されることがなく、逆にアノードの酸化電位によって酸化的雰囲気中に維持される可能性が高い。そのため、鉛、カドミウム、水銀等の固体付着物のうち、鉄マンガン吸着態及び有機物結合態と呼ばれる難溶性の付着形態をとる画分を効率的に抽出できず、土壌中重金属類含有濃度を十分に低下させることができない、という問題がある。   However, in this method, since the cathode part and the slurry are separated by the filter medium, the pore water flows from the anode side through the filter medium to the cathode side, and the slurry is reduced by the reduction potential of the cathode. On the contrary, there is a high possibility of being maintained in an oxidative atmosphere by the oxidation potential of the anode. For this reason, among solid deposits such as lead, cadmium, and mercury, it is not possible to efficiently extract fractions that have poorly soluble deposits called ferromanganese adsorption and organic binding, and the concentration of heavy metals in the soil is sufficient. There is a problem that it cannot be lowered.

また、焼却灰から重金属類を除去する方法として、汚染焼却灰をpH調整し、均一なスラリーとした後、撹拌機及びカソード、アノードを具備する分離回収槽に導入して直流電圧を印加することにより、重金属を電極に付着させる方法が提案されている(特許文献2)。   As a method for removing heavy metals from the incineration ash, adjust the pH of the contaminated incineration ash to a uniform slurry, then introduce it into a separation and recovery tank equipped with a stirrer, cathode, and anode and apply a DC voltage. Has proposed a method of attaching heavy metal to an electrode (Patent Document 2).

しかし、この方法では、分離回収槽内に設けられたカソード及びアノードにスラリーが直接接触するので、アノードから発生する塩素、酸素ガスなどの影響によってスラリーを還元的雰囲気中に維持することができない。そのため、上述の鉄マンガン吸着態及び有機物結合態と呼ばれる難溶性の付着形態をとる画分を効率的に抽出できず、焼却灰中重金属類含有濃度を十分に低下させることができない、という問題がある。   However, in this method, since the slurry directly contacts the cathode and anode provided in the separation and recovery tank, the slurry cannot be maintained in a reducing atmosphere due to the influence of chlorine, oxygen gas, etc. generated from the anode. Therefore, there is a problem that it is not possible to efficiently extract the fraction having the poorly soluble adhesion form called the above-described ferromanganese adsorption state and organic matter binding state, and the concentration of heavy metals in the incineration ash cannot be sufficiently reduced. is there.

さらに、焼却灰からの重金属類の除去方法として、汚染焼却灰を酸抽出した後に固液分離し、得られた抽出液に対して、陰極電位を段階的に低下させて電解を行うことにより、複数種の金属を段階的に析出させて重金属類を回収する方法が提案されている(特許文献3)。   Furthermore, as a method for removing heavy metals from the incineration ash, the contaminated incineration ash is subjected to solid-liquid separation after acid extraction, and by performing electrolysis by lowering the cathode potential stepwise to the obtained extract, A method of recovering heavy metals by depositing a plurality of types of metals in stages has been proposed (Patent Document 3).

しかし、この方法でも、酸抽出時に還元電位が印加されていないため、上述の難溶性の付着形態をとる画分を効率的に抽出できず、焼却飛灰中重金属類含有濃度を十分に低下させることができない。   However, even in this method, since the reduction potential is not applied during the acid extraction, it is not possible to efficiently extract the fraction having the above-mentioned poorly soluble adhesion form, and the concentration of heavy metals in the incineration fly ash is sufficiently reduced. I can't.

また、この方法では、重金属類の水溶液中への抽出と水溶液からの分離を同時に行わず2段階に分けて行っているため、抽出段階において水溶液中の重金属類濃度が上昇し、特に溶解度積の小さい重金属塩類を完全に溶解しきれない、という問題がある。さらに、間隙水中に高濃度の重金属類が溶解している状態で固液分離を行うため、固液分離後も残留する間隙水(スラッジ)に含まれる重金属類を焼却灰から除去できない、という問題もある。   Further, in this method, the extraction of heavy metals into an aqueous solution and the separation from the aqueous solution are not performed at the same time, but are performed in two stages, so that the concentration of heavy metals in the aqueous solution is increased in the extraction stage, There is a problem that small heavy metal salts cannot be completely dissolved. Furthermore, since solid-liquid separation is performed in a state where high-concentration heavy metals are dissolved in the pore water, it is impossible to remove heavy metals contained in the pore water (sludge) remaining after the solid-liquid separation from the incinerated ash. There is also.

これらの従来の方法は、酸を用いて重金属類を溶出させ、次いで溶出した重金属類を電極電位差によって移動及び/又は析出させる反応を利用するものである。上記何れの方法においても、カソードの還元電位によって被汚染物を還元的雰囲気に維持して、重金属類の溶出を促進させる、という思想は開示も示唆もされていない。   These conventional methods use a reaction in which heavy metals are eluted using an acid, and then the eluted heavy metals are moved and / or precipitated by an electrode potential difference. In any of the above methods, the idea of maintaining the contaminated material in a reducing atmosphere by the reduction potential of the cathode to promote the elution of heavy metals is not disclosed or suggested.

さらに、これらの方法では、重金属類を十分に溶出させるためには、難溶性物質として溶解度積の制限を受けるために溶媒としての液相の体積を大きくとることが必要で、その結果、処理装置全体の体積が大きくなり、装置の小型化が難しいという問題があった。   Furthermore, in these methods, in order to sufficiently elute heavy metals, it is necessary to increase the volume of the liquid phase as a solvent in order to be restricted by the solubility product as a hardly soluble substance. There is a problem that the entire volume becomes large and it is difficult to reduce the size of the apparatus.

これらの問題を解決するための手段として、発明者らはカソード区画とアノード区画を隔膜で区切り、重金属類で汚染された被汚染物をカソード区画に導入することによって還元的雰囲気及び強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気の共存下に維持することにより、被汚染物に含まれる重金属類を溶出させ、さらにカソード表面に析出させる方法を提案した(特許文献4)。この方法によれば被汚染物が還元的雰囲気に維持され、アノードにより形成される酸化的雰囲気とは離隔されるために重金属の溶出が促進され、また溶出した重金属がカソード表面に析出することによって液相重金属イオン濃度が低く維持されるために、溶解度積の低い重金属でも比較的少量の溶媒に順次溶出させることが可能であり、上記被汚染物から、重金属類の難溶性の画分まで確実に除去することができる。   As a means to solve these problems, the inventors separated the cathode compartment and the anode compartment with a diaphragm, and introduced contaminated materials contaminated with heavy metals into the cathode compartment, thereby reducing the atmosphere and strongly acidic or strong. A method has been proposed in which heavy metals contained in a contaminated material are eluted by being maintained in the presence of an alkaline atmosphere and further deposited on the cathode surface (Patent Document 4). According to this method, the contaminants are maintained in a reducing atmosphere and separated from the oxidizing atmosphere formed by the anode, so that the elution of heavy metals is promoted, and the eluted heavy metals are deposited on the cathode surface. Since the liquid-phase heavy metal ion concentration is kept low, even heavy metals with low solubility products can be eluted in a relatively small amount of solvent in sequence, ensuring reliable coverage of the above-mentioned contaminants to the insoluble fraction of heavy metals. Can be removed.

しかしながら、特に銅を電極として用いた場合、小型の装置では問題なく繰返し利用が可能であったが、カソード区画の容量が100L以上の大型の装置では電解処理および電解停止を繰り返すうちに、電解停止中に銅電極が腐食し、緑青を生じ、電極が損耗すると共に、電解処理時にカソード電位を所望電位まで低下させるまでに長い時間を要する問題が認められた。
特開平11-253924号公報 特開2002-126692号公報 特開2002-173790号公報 国際特許公開WO2005/035149パンフレット
However, especially when copper was used as the electrode, it could be used repeatedly without any problem in a small device, but in a large device with a cathode compartment capacity of 100L or more, the electrolytic treatment was stopped while the electrolytic treatment and electrolytic stop were repeated. The copper electrode corroded, patina was produced, the electrode was worn out, and a problem was required that it took a long time to lower the cathode potential to the desired potential during the electrolytic treatment.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-253924 JP 2002-126692 JP JP 2002-173790 A International Patent Publication WO2005 / 035149 Pamphlet

本発明の目的は、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰等の被汚染物から、重金属類の難溶性の画分まで確実に除去し、被汚染物中重金属類含有濃度そのものを低下させ、将来にわたって汚染リスクを排除することができる被汚染物の浄化方法及び装置を提供することにある。特に、電極腐食の問題を回避し、大容量の被汚染物の処理を可能とする浄化方法および装置を提供することを目的とする。   The object of the present invention is to reliably remove even the hardly soluble fraction of heavy metals from contaminated materials such as soil, sludge, sediment, waste, incinerated ash, etc., and reduce the concentration of heavy metals in the contaminated materials themselves It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for cleaning a contaminated object that can eliminate the risk of contamination in the future. In particular, it is an object of the present invention to provide a purification method and apparatus that can avoid the problem of electrode corrosion and can treat a large volume of contaminated substances.

本発明者らは、鋭意研究の結果、電極の接液部に、鉛、スズ、ニッケル、クロムおよびこれらの少なくとも1種を含む合金などの耐腐食性を有する導電性物質を用いることにより、電解時および無通電時のいずれの状態でもカソード表面の腐食を抑制することができ、電極の損耗を生じずに、また電解時に速やかに目的の還元電位までカソード電位を低下させることができ、大型の電解装置においても安定的に重金属類を含む被汚染物からの重金属類除去を行うことができることを知見して、本発明をなしたものである。   As a result of diligent research, the present inventors have conducted electrolysis by using a conductive material having corrosion resistance such as lead, tin, nickel, chromium and an alloy containing at least one of these in the wetted part of the electrode. Corrosion of the cathode surface can be suppressed in both the state of time and no power supply, the electrode potential is not worn, and the cathode potential can be quickly lowered to the target reduction potential during electrolysis. The present invention has been made based on the knowledge that heavy metals can be stably removed from contaminated materials containing heavy metals even in an electrolysis apparatus.

具体的には、本発明によれば、カソードの接液部が強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気下で還元電位を印加しない条件下で耐腐食性を有する導電性物質で構成されていることを特徴とする重金属類を含む被汚染物質から重金属類を除去する装置に用いるカソードが提供される。   Specifically, according to the present invention, the liquid contact part of the cathode is composed of a conductive material having corrosion resistance under a condition where a reduction potential is not applied in a strongly acidic or strongly alkaline atmosphere. Provided is a cathode for use in an apparatus for removing heavy metals from contaminants containing heavy metals.

本発明のカソードは、導電性があり、汚染重金属類を良く電着し、還元的雰囲気および酸化的雰囲気(空気存在条件)においてカソード液の酸性(またはアルカリ性)に対して耐腐食性を持つものであることが好ましい。このため、本発明のカソードは、少なくとも接液部が上記導電性物質で構成されていればよく、カソード全体が上記導電性物質で構成されていても、あるいはカソードの接液部となる表面が上記導電性物質で被覆されていてもよい。カソードの接液部表面のみを導電性物質で被覆する場合には、カソードを構成する基材(以下、「カソード基材」という)は、銅、ステンレス、鋼などの導電性基材であることが好ましく、特に銅が好ましい。また、カソード基材に導電性物質を被覆するには、メッキまたは溶融浸漬などの公知の技術を用いて被覆することができる。   The cathode of the present invention is electrically conductive, well electrodeposits contaminated heavy metals, and has corrosion resistance against the acidity (or alkalinity) of the catholyte in a reducing and oxidizing atmosphere (air presence conditions). It is preferable that For this reason, the cathode of the present invention only needs to have at least the liquid contact portion made of the above-described conductive material, or the entire surface of the cathode which is made of the above-mentioned conductive material, or the surface that becomes the liquid contact portion of the cathode. You may coat | cover with the said electroconductive substance. In the case where only the surface of the wetted part of the cathode is coated with a conductive material, the base material constituting the cathode (hereinafter referred to as “cathode base material”) is a conductive base material such as copper, stainless steel or steel. Is preferable, and copper is particularly preferable. Moreover, in order to coat | cover a conductive material with a cathode base material, it can coat | cover using well-known techniques, such as plating or fusion | melting immersion.

本発明のカソードの接液部を構成する上記導電性物質は、鉛、ニッケル、クロム、スズから選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらから選択される少なくとも1種の金属を含む合金であることが好ましく、例えば、鉛、鉛合金(鉛-スズ、鉛-亜鉛など)、ニッケル、ニッケル合金(ニッケル-銅、ニッケル-亜鉛、ニッケル-鉄など)、クロム、クロム合金(クロム-ニッケル、クロム-ニッケル-鉄、クロム-ニッケル-銅など)などを挙げることができる。   The conductive material constituting the wetted part of the cathode of the present invention is at least one metal selected from lead, nickel, chromium and tin or an alloy containing at least one metal selected from these metals For example, lead, lead alloys (lead-tin, lead-zinc, etc.), nickel, nickel alloys (nickel-copper, nickel-zinc, nickel-iron, etc.), chromium, chromium alloys (chromium-nickel, chromium- Nickel-iron, chromium-nickel-copper, etc.).

このように還元的雰囲気および酸化的雰囲気(空気存在条件)においてカソード液の酸性(またはアルカリ性)に対して耐腐食性を有する導電性物質を用いてカソードの接液部を構成することにより、カソードを無通電時においても酸化腐食から守ることができ、カソードの損耗を防ぐことができる。また、カソードが腐食して表面に金属酸化物が蓄積すると、電解時において金属酸化物の還元反応が生じるために、電解電流が浪費される問題がある。特にカソード表面に蓄積する金属酸化物を構成する金属が、除去しようとする汚染重金属よりも貴な電位を持つ金属であった場合(例えば鉛、クロム等の汚染に対して銅の酸化物が発生した場合など)、汚染重金属の析出よりも先に該金属の還元析出が生じるため、電位を制御しても重金属のみを選択的に析出させることは不可能である。また、電解時にまず該金属の還元析出反応が生じるためにカソード電位が中々低下せず、目的の重金属を析出できるような低いカソード電位を実現するまでに長い時間が掛かる問題が生じる。さらに、いったん該金属の酸化物が発生すると電解終了時には常にカソード表面に析出しているために系外に排出されず、繰返しカソード表面で酸化しては電解時に還元される状態となり、浄化装置の処理速度を著しく低下させる問題がある。本発明の耐腐食性を持つカソードを用いることにより、これらの問題を避けることができる。   Thus, the cathode wetted part is formed by using a conductive material having corrosion resistance to the acidity (or alkalinity) of the catholyte in a reducing atmosphere and an oxidizing atmosphere (air existence condition). Can be protected from oxidative corrosion even when no current is applied, and cathode wear can be prevented. Further, when the cathode corrodes and the metal oxide accumulates on the surface, a reduction reaction of the metal oxide occurs at the time of electrolysis, so that there is a problem that the electrolysis current is wasted. In particular, when the metal composing the metal oxide that accumulates on the cathode surface is a metal having a higher potential than the contaminated heavy metal to be removed (for example, copper oxide is generated due to contamination of lead, chromium, etc.) In this case, since the reduction precipitation of the metal occurs prior to the precipitation of the contaminated heavy metal, it is impossible to selectively deposit only the heavy metal even if the potential is controlled. In addition, since a reduction precipitation reaction of the metal first occurs during electrolysis, the cathode potential does not drop moderately, and there is a problem that it takes a long time to realize a low cathode potential capable of depositing the target heavy metal. Furthermore, once the oxide of the metal is generated, it is always deposited on the cathode surface at the end of electrolysis, so it is not discharged out of the system, and is repeatedly oxidized on the cathode surface to be reduced during electrolysis. There is a problem of significantly reducing the processing speed. By using the corrosion-resistant cathode of the present invention, these problems can be avoided.

また、本発明の耐腐食性カソードは、目的の重金属類を電解析出させるために広い表面積を持つことが好ましく、例えば、繊維状、網目状、エキスパンドメタル状、パンチングメタル状、ハニカム状などの構造を持つことが好ましい。特に、装置コストや作業性の点から、銅やステンレスなどのカソード基材をエキスパンドメタル等の形状に成形した後、鉛-スズ合金などの導電性物質をメッキまたは溶融浸漬などにより被覆させた構造であることが好ましい。   In addition, the corrosion-resistant cathode of the present invention preferably has a large surface area for electrolytic deposition of the intended heavy metals. For example, it has a fibrous shape, a mesh shape, an expanded metal shape, a punching metal shape, a honeycomb shape, etc. It is preferable to have a structure. In particular, from the viewpoint of equipment cost and workability, after forming a cathode base material such as copper or stainless steel into a shape such as expanded metal, a structure in which a conductive material such as a lead-tin alloy is coated by plating or melt dipping, etc. It is preferable that

また、本発明によれば、上述の本発明の耐腐食性カソードを具備する重金属類を含む被汚染物の浄化装置が提供される。具体的には、重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段と、上述の還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードと、隔膜と、アノードと、を具備し、アノードを含むアノード区域とカソード及び被汚染物供給手段を含むカソード区域とが隔膜によって形成され、カソード区域は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び溶出した重金属類イオンの被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽を含む被汚染物の浄化装置が提供される。   Moreover, according to this invention, the purification apparatus of the to-be-contaminated object containing the heavy metals which comprise the above-mentioned corrosion-resistant cathode of this invention is provided. Specifically, an anode including a pollutant supply means for supplying a pollutant containing heavy metals, a corrosion-resistant cathode that provides the above-described reducing atmosphere, a diaphragm, and an anode. The zone and the cathode zone including the cathode and the contaminant supply means are formed by a diaphragm, and the cathode zone is maintained in a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere to elute and elute heavy metal ions from the contaminated substance. There is provided a pollutant purification apparatus including a reaction tank for separating heavy metal ions from a contaminated substance and pore water in parallel.

本発明の浄化装置に用いるカソードは、上述の本発明の耐腐食性カソードであり、銅のカソード基材に鉛、ニッケル、スズ、クロムから選択される少なくとも1種類の金属若しくはこれらから選択される少なくとも1種の金属を含む合金で接液表面が被覆されている網状、エキスパンドメタル状、パンチングメタル状、ハニカム状の何れかの形状を有するものであることが好ましい。   The cathode used in the purification apparatus of the present invention is the above-described corrosion-resistant cathode of the present invention, and is selected from at least one metal selected from lead, nickel, tin, and chromium on a copper cathode base material, or from these. It is preferable to have one of a net shape, an expanded metal shape, a punching metal shape, and a honeycomb shape in which the liquid contact surface is coated with an alloy containing at least one metal.

また、本発明の被汚染物の浄化装置においては、反応槽中に複数のカソードを配置することもできる。本態様において、複数のカソードのうち、少なくとも1つは重金属イオンを溶出させる作用を主とする溶出用カソードであり、他のカソードの少なくとも1つは重金属イオンを析出させる作用を主とする析出用カソードとして機能する。このため、標準電極電位が相対的に高い物質を析出用カソードとして用い、標準電極電位が相対的に低い物質を溶出用カソードとして用いる。析出用カソードは、溶出用カソードよりも析出した重金属類が電着しやすい物質から構成されていることが好ましく、比表面積を最大にするような形状であり、重金属類を回収する際に電極に高い電位を与えて電極表面に析出した重金属類を再溶解させる際に、取り除きやすいような構造であり、表面は析出した重金属類が還元反応槽内で再剥離しないよう、凹凸、網目状などの形状であることが好ましい。本発明の耐腐食性カソードは析出用カソードとして用いられる。溶出用カソードには耐摩擦性、耐酸性、耐アルカリ性があることが求められ、具体的には、カーボンや表面処理を施した金属をカソード基材とし、表面に重金属類が析出しにくく、仮に重金属類が析出したとしても容易に除去できるように、できる限り滑らかな平面及び曲面に仕上げられていることが望ましく、その形状としては例えば、長方形の板型、円盤型、皿型、椀型、球型などスラリーにより擦り減りにくい形状が好ましい。また、析出用カソードは、溶出用カソードよりもアノードに近い位置に配置されていることが好ましく、析出が起こり易い位置で重金属類を析出用カソードに析出させ、その位置より相対的にアノードから遠い位置、すなわち相対的に析出しにくい位置で重金属類を被汚染物の難溶解性画分から溶出用カソードを用いて溶出させることができる。これにより、折出用カソード周辺におけるプロトン濃度が、溶出用カソード周辺より高くなるため、プロトン濃度に比例する電流密度も大きくなる。電極への金属の析出は電流密度が大きいほど析出速度が速くなる為、より析出用カソードに重金属類が析出しやすくなる。溶出用カソード及び析出用カソード電位の調整による還元的雰囲気の提供は、アノード、参照電極、溶出用カソード及び析出用カソードの組み合わせにおいて、アノードと析出用カソード間距離の制御、析出用カソードと溶出用カソード間距離の制御、及び、装置内の流れによって調整することができる。たとえば、析出用カソード電位を水素標準電極に対して-0.16V以下、好ましくは-0.25V以下に調整することで、鉛(標準電極電位-0.126V)、カドミウム(標準電極電位-0.40V)を析出用カソード表面に析出させることができる。一方、溶出用カソードはできるだけ重金属類の析出を避けるために析出用カソードと比べて同じか高い電位に制御することが望ましい。また、溶出用カソードが析出用カソードと同じ電位で操作される場合には、異なる導電性材料を使用するか、析出しにくい形状を採用することで重金属類の析出から電極を保護することが望ましい。例えば炭素電極は金属と結合しないので、仮に低い電位を与えて炭素電極表面に重金属類が析出しても撹拌や流れがあれば析出した重金属類の固体は電極から遠ざかり、還元雰囲気により再溶解し、ついには析出用カソードに析出する。また、両カソードともに素材によってはカソードが溶解して逆方向の電流を生じる可能性もあるので注意を要する。従って定電位電源装置を用いて両カソードともに電位を-0.16V以下に制御することが望ましい。   In the contaminated material purification apparatus of the present invention, a plurality of cathodes can be arranged in the reaction tank. In this embodiment, at least one of the plurality of cathodes is an elution cathode mainly having an action of eluting heavy metal ions, and at least one of the other cathodes is used for precipitation mainly having an action of precipitating heavy metal ions. Functions as a cathode. For this reason, a substance having a relatively high standard electrode potential is used as the deposition cathode, and a substance having a relatively low standard electrode potential is used as the elution cathode. The deposition cathode is preferably made of a material that deposits heavy metals more easily than the elution cathode, and has a shape that maximizes the specific surface area. It is a structure that is easy to remove when redissolving heavy metals deposited on the electrode surface by applying a high potential, and the surface is uneven, mesh-like, etc. so that the deposited heavy metals do not peel again in the reduction reaction tank The shape is preferred. The corrosion-resistant cathode of the present invention is used as a deposition cathode. The elution cathode is required to have friction resistance, acid resistance, and alkali resistance. Specifically, carbon or a surface-treated metal is used as a cathode base material, and heavy metals are hardly deposited on the surface. It is desirable that it be finished as smooth and curved as possible so that it can be easily removed even if heavy metals are deposited. Examples of the shape include a rectangular plate shape, a disk shape, a dish shape, a bowl shape, A shape such as a spherical shape that is less likely to be worn away by the slurry is preferable. Further, the deposition cathode is preferably disposed at a position closer to the anode than the elution cathode, and heavy metals are deposited on the deposition cathode at a position where precipitation is likely to occur, and is relatively far from the anode than the position. It is possible to elute heavy metals from the hardly soluble fraction of the contaminated material using the elution cathode at a position, that is, a position where it is relatively difficult to deposit. As a result, the proton concentration around the folding cathode is higher than that around the elution cathode, so that the current density proportional to the proton concentration also increases. Since the deposition rate of the metal on the electrode increases as the current density increases, heavy metals are more likely to be deposited on the deposition cathode. The provision of a reducing atmosphere by adjusting the elution cathode and the deposition cathode potential is achieved by controlling the distance between the anode and the deposition cathode and the deposition cathode and the elution cathode in the combination of the anode, reference electrode, elution cathode and deposition cathode. It can be adjusted by controlling the distance between the cathodes and the flow in the apparatus. For example, lead (standard electrode potential -0.126V) and cadmium (standard electrode potential -0.40V) can be obtained by adjusting the deposition cathode potential to -0.16V or less, preferably -0.25V or less with respect to the hydrogen standard electrode. It can be deposited on the cathode surface for deposition. On the other hand, it is desirable to control the elution cathode at the same or higher potential than the deposition cathode in order to avoid deposition of heavy metals as much as possible. Also, when the elution cathode is operated at the same potential as the deposition cathode, it is desirable to protect the electrode from deposition of heavy metals by using a different conductive material or adopting a shape that is difficult to deposit. . For example, the carbon electrode does not bond to the metal, so even if heavy metal is deposited on the surface of the carbon electrode by applying a low potential, if there is agitation or flow, the deposited heavy metal solid will move away from the electrode and redissolve in a reducing atmosphere. Finally, it is deposited on the deposition cathode. Also, care must be taken because both cathodes may cause the cathode to melt and generate a reverse current depending on the material. Therefore, it is desirable to control the potential of both cathodes to −0.16 V or less using a constant potential power supply.

本発明の浄化装置に用いるアノードは、導電性があり、強酸性(好ましくはpH3以下)もしくは強アルカリ性(好ましくはpH12以上)水溶液中での耐性があり、陽極腐食に対する耐性があることが好ましく、例えば、ファーネスブラック、グラファイト、チタン、ダイヤモンド電極(導電性ダイヤモンド膜で表面処理した導電材料)、白金族金属被覆金属(例えば酸化ルテニウム被覆チタン)、チタン被覆金属、鉛-スズ合金、二酸化鉛などを挙げることができる。また、アノードは、被汚染物を酸化的雰囲気に曝すことのないように、被汚染物と直接接触せずに通電することができる構成にすることが好ましく、後述するように隔膜によって被汚染物と隔離されていることが好ましい。   The anode used in the purification apparatus of the present invention is electrically conductive, has resistance in a strongly acidic (preferably pH 3 or less) or strongly alkaline (preferably pH 12 or more) aqueous solution, and preferably has resistance to anodic corrosion, For example, furnace black, graphite, titanium, diamond electrode (conductive material surface-treated with conductive diamond film), platinum group metal coated metal (for example, ruthenium oxide coated titanium), titanium coated metal, lead-tin alloy, lead dioxide, etc. Can be mentioned. Further, it is preferable that the anode has a configuration in which it can be energized without being in direct contact with the contaminated material so that the contaminated material is not exposed to an oxidizing atmosphere. It is preferable to be isolated.

本発明の浄化装置において用いる隔膜は、カソードとアノードとの間に位置づけられ、カソードを含むカソード区域とアノードを含むアノード区域とを隔離する。また、別の態様において、アノードを囲むように隔膜を位置づけて、隔膜の内側にアノード区域を形成し、隔膜の外側にカソード区域を形成してもよい。あるいは、隔膜単独でもしくは隔膜の強度を強める枠材などの補強材を用いて、少なくとも一端を閉じた円筒形、箱状または袋状の隔膜ユニットとし、隔膜ユニット内部にアノードを位置づけてアノード区域とし、隔膜ユニット外部にカソードを位置づけてカソード区域としてもよい。アノードと隔膜表面との距離はアノードで発生する水素イオンを効率よく隔膜表面に供給するためになるべく短いことが望ましい(ただし後述するように接触することは避けるべきである)ため、アノードの形状は隔膜ユニットの形状に対応していることが望ましい。例えば、隔膜ユニットが円筒形であるならアノードも円筒形であることが好ましい。また、アノードは隔膜ユニット中に格納されるため、カソードに対して表面積が比較的小さくなりがちである。アノードの表面積によってアノード反応が律速段階とならないよう、アノードは凹凸状、多孔質状、網状、繊維状にするなどして表面積を大きくすることが好ましい。アノード表面においては電気分解により酸化反応が進行するため、隔膜表面を酸化腐食から保護するためにアノード表面と隔膜表面は接触させないことが望ましい。何らかの非導電性のスペーサーを両者の間に挿入するか、アノードを隔膜に接触しないよう何らかの方法で固定することが望ましい。隔膜ユニットは、平膜状の素材を任意の容器の形に成形し、接着、熔着、または縫製によって作製することができる(図8)。また隔膜の変形や磨耗を避けるため、網状またはパンチングプレート状の樹脂で表面を補強し、また樹脂製の型枠や板、パイプなどの保護材を用いて特に隔膜の角の部分、底部や上部を形成、保護することが望ましい(図9)。この場合、隔膜自体の底部もしくは側面が閉じていなくても、保護材に接着もしくは溶着することによりユニットを形成しても良い。市販のアストム製ED-CORE膜は既に円筒形に成形されているので、円筒形の隔膜ユニットを形成するために好ましく用いることができる。セラミックについては焼成の前段階で容器の形状とするか、または平板であっても多面体状の型枠に固定することで隔膜ユニットとして使用できる(図10)。しかし、隔膜−電極ユニットは、必ずしも閉鎖型である必要はなく、重金属類を含む被汚染物質の粒子がアノードに直接接触しないように、隔膜がアノードを囲む構成になっていればよい。   The diaphragm used in the purification apparatus of the present invention is positioned between the cathode and the anode, and isolates the cathode section including the cathode and the anode section including the anode. In another embodiment, the diaphragm may be positioned so as to surround the anode, the anode section may be formed inside the diaphragm, and the cathode section may be formed outside the diaphragm. Alternatively, using a diaphragm alone or a reinforcing material such as a frame material that increases the strength of the diaphragm, a cylindrical, box-shaped or bag-shaped diaphragm unit with at least one end closed, and an anode positioned within the diaphragm unit as an anode region The cathode section may be formed by positioning the cathode outside the diaphragm unit. Since the distance between the anode and the diaphragm surface is preferably as short as possible in order to efficiently supply hydrogen ions generated at the anode to the diaphragm surface (but contact as described later should be avoided), the shape of the anode is It is desirable to correspond to the shape of the diaphragm unit. For example, if the diaphragm unit is cylindrical, the anode is also preferably cylindrical. Further, since the anode is stored in the diaphragm unit, the surface area tends to be relatively small with respect to the cathode. In order to prevent the anode reaction from becoming a rate-determining step depending on the surface area of the anode, it is preferable to increase the surface area of the anode by making it uneven, porous, net-like, or fibrous. Since the oxidation reaction proceeds on the anode surface by electrolysis, it is desirable that the anode surface and the diaphragm surface are not in contact with each other in order to protect the diaphragm surface from oxidative corrosion. It is desirable to insert some non-conductive spacer between them or fix the anode in some way so as not to contact the diaphragm. The diaphragm unit can be produced by forming a flat membrane material into an arbitrary container shape and bonding, welding, or sewing (FIG. 8). In order to avoid deformation and wear of the diaphragm, the surface is reinforced with a net-like or punched plate-like resin, and protective parts such as resin molds, plates, pipes, etc. are used, especially at the corners, bottom and top of the diaphragm. It is desirable to form and protect (FIG. 9). In this case, the unit may be formed by bonding or welding to the protective material even if the bottom or side of the diaphragm itself is not closed. Since the commercially available Astom ED-CORE membrane is already formed into a cylindrical shape, it can be preferably used to form a cylindrical diaphragm unit. Ceramic can be used as a diaphragm unit by making it into the shape of a container before firing or by fixing it to a polyhedral mold even if it is a flat plate (FIG. 10). However, the diaphragm-electrode unit does not necessarily need to be a closed type, and it is sufficient that the diaphragm surrounds the anode so that particles of contaminants including heavy metals do not directly contact the anode.

本態様においては、カソードは隔膜ユニットの周囲に配置されるが、重金属の電着効率を上げるためになるべく広い表面積をもち、またアノード区域から供給される水素イオンを効率よく利用するためになるべく隔膜ユニットの近傍に配置され、かつカソード表面の全体で電着が行えるよう、隔膜ユニットを透過して拡散してくる水素イオンの移動を妨げない構造であることが望ましい。ここで、アノード区域からカソード区域への水素イオンの移動は電解反応時における両区域のチャージバランスを維持して回路を閉じるために必要であるのみならず、カソード表面における重金属の電着を阻害する水酸化物イオン濃度を低下させる役割も果たす。これらの条件を満たすカソード及び隔膜−電極ユニットの配置方法として、図11に示すような中央のアノードを囲むように配置した隔膜−電極ユニットの周囲を取り巻くようにカソードを星形に配置したり、または図12に示すように隔膜−電極ユニットの周囲にカソードを放射状に配置したりする態様が望ましい。放射状に並べたカソードは、図12(a)に示すように単列形態でも、図12(b)に示すように複数列形態でもよい。また、図示した態様では、星形の角は鋭角であるが、湾曲していてもよい。また、星形配置の折りたたみ回数および放射状配置の放射線の本数には特に制限は無く、装置の大きさや被汚染物の性状(特に被汚染物の場合は粒径)、反応液またはスラリーの撹拌方法、撹拌強度に応じて適宜変更すべきである。あるいは、カソードは図13(a)、(b)に示すように仕切り板状に複数の隔膜−電極ユニット間に配置されても良い。このとき、仕切り板の面積を増すために、カソードを金網状またはエキスパンドメタル状の仕切り板状に形成し、図13(c)に示すように板を波板状に湾曲させても良く、また図13(d)に示すようにプリーツ状に折っても良い。このように仕切り板状のカソードを配置した場合は、通電のための治具の配置が規則的となり、カソードユニットの着脱が容易となる利点がある。また、水素イオンの供給が十分に行われていて水素イオンの供給速度が重金属類の析出反応の律速段階とならないような場合は、特にこのような配置を取る必要は無く、隔膜−電極ユニットから見て重なり合うようにカソードを配置しても良い。   In this embodiment, the cathode is disposed around the diaphragm unit, but has a surface area as large as possible to increase the electrodeposition efficiency of heavy metals, and as much as possible to efficiently use hydrogen ions supplied from the anode section. It is desirable to have a structure that is arranged in the vicinity of the unit and does not hinder the movement of hydrogen ions that permeate and diffuse through the diaphragm unit so that electrodeposition can be performed on the entire cathode surface. Here, the movement of hydrogen ions from the anode zone to the cathode zone is not only necessary for maintaining the charge balance of both zones during the electrolytic reaction and closing the circuit, but also impedes heavy metal electrodeposition on the cathode surface. It also plays a role in reducing the hydroxide ion concentration. As a method of arranging the cathode and the diaphragm-electrode unit satisfying these conditions, the cathode is arranged in a star shape so as to surround the diaphragm-electrode unit arranged so as to surround the central anode as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 12, it is desirable to arrange the cathodes radially around the diaphragm-electrode unit. The radially arranged cathodes may be in a single row form as shown in FIG. 12 (a) or in a multiple row form as shown in FIG. 12 (b). In the illustrated embodiment, the star-shaped corner is an acute angle, but may be curved. The number of star arrangements and the number of radial arrangements of radiation are not particularly limited. The size of the apparatus, the nature of the contaminated material (particularly the particle size in the case of the contaminated material), the method of stirring the reaction solution or slurry It should be changed as appropriate according to the stirring intensity. Alternatively, the cathode may be disposed between a plurality of diaphragm-electrode units in a partition plate shape as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). At this time, in order to increase the area of the partition plate, the cathode may be formed into a wire mesh or expanded metal partition plate shape, and the plate may be curved into a corrugated plate shape as shown in FIG. As shown in FIG. 13D, it may be folded into a pleated shape. When the partition plate-like cathode is arranged in this way, there is an advantage that the arrangement of the jig for energization becomes regular and the cathode unit can be easily attached and detached. In addition, when the supply of hydrogen ions is sufficiently performed and the supply rate of hydrogen ions does not become the rate-determining step for the precipitation reaction of heavy metals, there is no need to take such an arrangement. You may arrange | position a cathode so that it may overlap by seeing.

被汚染物中の重金属類はカソードによる還元雰囲気下で溶出及び電解析出反応を起こし、被汚染物から分離、除去される。カソードは上述したように隔膜−電極ユニットの周囲に星形、放射状または仕切り板状に並べられ、隔膜を透過してくる水素イオンを利用して溶出及び電解析出反応を進行させる。カソードが隔膜に対して積層した形で配置されていると、より隔膜に近い側のカソードに集中して重金属類が析出し、特にカソードが隔膜を覆っているような配置形状では重金属類の蓄積によって隔膜からカソードへと向かう水素イオンの流れが遮断もしくは閉塞してしまい、水素イオンと反応液中の重金属イオンとの接触効率が低下して結果的に電解析出効率が低下するので注意を要する。この問題は、カソードを上述したように隔膜−電極ユニットの周囲に星形、放射状または仕切り板状に並べることにより、避けることができる。   Heavy metals in the contaminated material undergo elution and electrolytic deposition in a reducing atmosphere by the cathode, and are separated and removed from the contaminated material. As described above, the cathode is arranged in a star shape, a radial shape, or a partition plate around the diaphragm-electrode unit, and the elution and electrolytic deposition reactions proceed using hydrogen ions that permeate the diaphragm. When the cathode is arranged in a stacked form with respect to the diaphragm, heavy metals are concentrated on the cathode closer to the diaphragm, and heavy metals accumulate especially in an arrangement where the cathode covers the diaphragm. As a result, the flow of hydrogen ions from the diaphragm to the cathode is blocked or blocked, and the contact efficiency between the hydrogen ions and the heavy metal ions in the reaction solution decreases, resulting in a decrease in electrolytic deposition efficiency. . This problem can be avoided by arranging the cathodes in a star shape, radial shape or partition shape around the diaphragm-electrode unit as described above.

反応槽が大型化した場合、この隔膜−電極ユニットを反応槽内に複数個配置し、各隔膜−電極ユニットの周囲にカソードを配置すれば、容易に電極と膜間の距離及び/または電極と反応液(またはスラリー)間の距離を小さくすることができ、反応速度及び汚染物除去効率を維持することができる。また、隔膜又は隔膜ユニットが汚損、イオン交換能低下、亀裂発生等により劣化した場合には、隔膜−電極ユニットを反応容器内から引き上げることによって容易に補修または交換を行うことができる。実際に土壌などの被汚染物を浄化する装置を構築した場合、現実的な浄化期間内に処理を完了するために反応槽の容積を大きくせざるを得ず、例えば汚染土壌処理を想定した場合10m3以上の容積が必要となることが一般的である。このような大きな反応槽に平膜型の隔膜を適用すると、電極と膜間の距離及び/または電極と反応液(またはスラリー)間の距離が大きくなってしまい、反応速度及び除去効率が低下する。この問題を避けるために反応槽を縦に扁平な形とし、隔膜を介して横に積層することによって上記の距離を短くする方法も考えられるが、巨大な平膜を何枚も使用することは膜の膨潤による漏れの危険性を増し、また膜の補修や交換も困難であることから現実的ではない。アノードを反応槽中に配置した底部の閉じた円筒形、箱状または袋状の隔膜の内部に配置し、カソードを隔膜の外部に配置することによって大型の実装置においても電極と隔膜間の距離及び/または電極と反応液(またはスラリー)間の距離を十分小さく維持することが可能であり、好ましい汚染物除去効率が得られるとともに隔膜の補修や交換も容易になる。 When the reaction tank is enlarged, a plurality of the diaphragm-electrode units are arranged in the reaction tank, and a cathode is arranged around each diaphragm-electrode unit. The distance between the reaction liquids (or slurries) can be reduced, and the reaction rate and contaminant removal efficiency can be maintained. Further, when the diaphragm or the diaphragm unit is deteriorated due to fouling, reduced ion exchange ability, crack generation, etc., it can be easily repaired or replaced by pulling up the diaphragm-electrode unit from the inside of the reaction vessel. When a device that actually purifies contaminated materials such as soil is constructed, the volume of the reaction tank must be increased to complete the treatment within a realistic purification period. Generally, a volume of 10 m 3 or more is required. When a flat membrane type diaphragm is applied to such a large reaction tank, the distance between the electrode and the membrane and / or the distance between the electrode and the reaction liquid (or slurry) increases, and the reaction rate and the removal efficiency decrease. . In order to avoid this problem, it is possible to shorten the distance by making the reaction tank vertically flat and laminating it horizontally through the diaphragm, but it is possible to use several large flat membranes. It is not realistic because it increases the risk of leakage due to membrane swelling and it is difficult to repair or replace the membrane. The distance between the electrode and the diaphragm even in a large-scale actual apparatus by arranging the anode inside the closed cylindrical, box-shaped or bag-like diaphragm placed in the reaction tank and arranging the cathode outside the diaphragm. In addition, the distance between the electrode and the reaction solution (or slurry) can be kept sufficiently small, so that preferable contaminant removal efficiency can be obtained and the repair and replacement of the diaphragm can be facilitated.

本発明においてカソードとアノードとを隔てるために用いることができる隔膜としては、水溶液中の特定のイオン以外の物質の移動を制御する機能を有する隔膜であって、イオン交換を行ってアノード及びカソード間の回路を閉じる機能を有し、且つ塩素ガス、酸素ガス、溶存塩素、溶存酸素などの透過を防止してカソード区域の還元的雰囲気を維持する機能を有する隔膜を挙げることができる。具体的には、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜(陽イオン交換膜)を好ましく挙げることができる。スルホン酸基は、親水性があり、高い陽イオン交換能を有する。また、より安価な隔膜として、主鎖部のみをフッ素化したフッ素樹脂系イオン交換膜や、芳香族炭化水素系イオン交換膜も利用することができる。このようなイオン交換膜としては、例えばIONICS製NEPTON CR61AZL-389、トクヤマ製NEOSEPTA CM-1又は同CMB、旭硝子製Selemion CSVなどの市販製品を好ましく用いることができる。また、アノードと被汚染物質とを隔離するために用いる隔膜としては、陰イオン交換膜を用いることもできる。具体的には、アンモニウムヒドロキシド基を有するヒドロキシドイオン交換膜を好ましく挙げることができる。このような陰イオン交換膜としては、例えば、IONICS製NEPTON AR103PZL-389、トクヤマ製NEOSEPTA AHA、旭硝子製Shelemion ASVなどの市販製品を好ましく用いることができる。さらに、本発明において用いることができる隔膜としては、官能基を有しないMF(マイクロフィルタ)、UF(ウルトラフィルタ)膜やセラミックなどの多孔質濾材、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン製の織布等を用いることができる。これらの官能基を有しない隔膜は、孔径が5μm以下で、非加圧条件でガスを透過しないものが好ましく、例えば、Schweiz Seidengazefabrik製のPE-10膜、Flon Industry製のNY1-HD膜などの市販品を好ましく用いることができる。   In the present invention, the diaphragm that can be used to separate the cathode and the anode is a diaphragm having a function of controlling movement of a substance other than specific ions in the aqueous solution, and performs ion exchange between the anode and the cathode. There may be mentioned a diaphragm having a function of closing the circuit, and a function of preventing the permeation of chlorine gas, oxygen gas, dissolved chlorine, dissolved oxygen, etc. and maintaining a reducing atmosphere in the cathode region. Specifically, a fluororesin ion exchange membrane (cation exchange membrane) having a sulfonic acid group can be preferably mentioned. The sulfonic acid group is hydrophilic and has a high cation exchange capacity. Further, as a cheaper diaphragm, a fluororesin ion exchange membrane in which only the main chain portion is fluorinated, or an aromatic hydrocarbon ion exchange membrane can also be used. As such an ion exchange membrane, for example, commercially available products such as NEPTON CR61AZL-389 manufactured by IONICS, NEOSEPTA CM-1 manufactured by Tokuyama or CMB, and Selemion CSV manufactured by Asahi Glass can be preferably used. Moreover, an anion exchange membrane can also be used as the diaphragm used for isolating the anode and the contaminant. Specifically, a hydroxide ion exchange membrane having an ammonium hydroxide group can be preferably exemplified. As such an anion exchange membrane, for example, commercially available products such as NEPTON AR103PZL-389 manufactured by IONICS, NEOSEPTA AHA manufactured by Tokuyama, and Shelemion ASV manufactured by Asahi Glass can be preferably used. Furthermore, as the diaphragm that can be used in the present invention, MF (microfilter) having no functional group, UF (ultrafilter) membrane, porous filter medium such as ceramic, nylon, polyethylene, polypropylene woven fabric, or the like is used. be able to. These diaphragms having no functional group preferably have a pore diameter of 5 μm or less and do not allow gas permeation under non-pressurized conditions. For example, PE-10 membrane manufactured by Schweiz Seidengazefabrik, NY1-HD membrane manufactured by Flon Industry, etc. Commercial products can be preferably used.

好ましい実施形態において、反応槽は、被汚染物と酸性物質又はアルカリ性物質と水とを含む混合物をスラリー状態にするスラリー形成槽である。スラリー形成槽内を還元的雰囲気にするように外気を遮断するよう構成されているものも好ましい。被汚染物をスラリー形成槽内に供給し、溶出用カソードの還元電位によって還元雰囲気を維持する。この時、アノード側で発生する酸化的雰囲気によってカソード側還元雰囲気が損なわれることがないように、例えば、カソードとアノードとの距離を大きくしたり、カソード側からアノード側への水流を存在させたり、多孔壁又は隔膜を設けたりすることが望ましい。   In a preferred embodiment, the reaction vessel is a slurry formation vessel that makes a mixture containing a contaminated substance and an acidic substance or an alkaline substance and water into a slurry state. What is comprised so that external air may be interrupted | blocked so that the inside of a slurry formation tank may be reduced atmosphere is also preferable. Contaminated substances are supplied into the slurry forming tank, and the reducing atmosphere is maintained by the reduction potential of the elution cathode. At this time, for example, the distance between the cathode and the anode is increased, or a water flow from the cathode side to the anode side is present so that the reducing atmosphere on the cathode side is not impaired by the oxidizing atmosphere generated on the anode side. It is desirable to provide a porous wall or a diaphragm.

本発明においては、カソード電極電位を調整して重金属類を含む被汚染物を還元的雰囲気に維持して、カソード表面に重金属類を析出させることが好ましい。このため、重金属類を含むスラリーをカソードと接触状態に維持して、電解析出反応を生じさせることが必要である。   In the present invention, it is preferable to deposit the heavy metal on the cathode surface by adjusting the cathode electrode potential to maintain the contaminated material containing the heavy metal in a reducing atmosphere. For this reason, it is necessary to maintain the slurry containing heavy metals in contact with the cathode to cause the electrolytic deposition reaction.

カソード表面に重金属類が析出する速度K0は、重金属類イオンの拡散物質移動速度Kと、カソード表面析出速度KRによって、下記関係式のように決定される。 The rate K 0 at which heavy metals precipitate on the cathode surface is determined by the diffusion material transfer rate K D of heavy metal ions and the cathode surface deposition rate K R as shown in the following relational expression.

Figure 0005235276
Figure 0005235276

カソード表面析出速度KRは、重金属類イオンの種類及び温度によって決定され、例えば、鉛の場合には30〜40℃の範囲の温度、鉛以外の重金属類では25〜80℃の範囲の温度とすることが好ましい。一般に、温度が高いほどイオン拡散速度が大きくなり、高電流密度(例えば11.48A/m2)に達するまで重金属類をカソード表面に析出させることができるが、析出した結晶粒が過大に成長しやすく、水素過電圧が低下して水酸化物が生成しやすくなるので、上記範囲の温度とすることが有利である。拡散物質移動速度KDは、スラリー形成槽内の撹拌状態及び温度に比例するので、スラリーを十分に撹拌する必要がある。しかし、スラリーを撹拌すると、カソード表面に剪断力が作用して、カソード表面に析出した重金属類が剥離されることがある。析出された重金属類がカソード表面から剥離してしまうと、重金属類の分離除去効率が低下してしまうため、このようなスラリーによる剪断力の影響を排除又は抑制することが必要である。本態様において、カソード表面に付与されるスラリーによる剪断力の抑制は、カソードをスラリー形成槽内の上方位置に位置づけて、スラリー中の固体粒度分布をスラリー中において上部には小さな粒径の固体が存在し且つスラリー中において下部には大きな粒径の固体が存在するように制御するか又はスラリー流を整流することによってなされることが好ましい。 Cathode surface deposition rate K R are determined by the type and temperature of the heavy metal ions, for example, a temperature in the range of 25 to 80 ° C. in heavy metals other than the temperature in the range of 30 to 40 ° C., lead in the case of lead It is preferable to do. In general, the higher the temperature, the higher the ion diffusion rate, and heavy metals can be deposited on the cathode surface until a high current density (eg, 11.48 A / m 2 ) is reached, but the precipitated grains tend to grow excessively. Since the hydrogen overvoltage is reduced and hydroxide is easily generated, it is advantageous to set the temperature within the above range. Diffusion mass transfer rate the K D is proportional to the stirring conditions and the temperature in the slurry formation tank, it is necessary to sufficiently stirred slurry. However, when the slurry is stirred, a shearing force acts on the cathode surface, and heavy metals deposited on the cathode surface may be peeled off. If the deposited heavy metals are peeled off from the cathode surface, the separation and removal efficiency of the heavy metals is lowered. Therefore, it is necessary to eliminate or suppress the influence of the shearing force due to such slurry. In this embodiment, suppression of shearing force by the slurry applied to the cathode surface is achieved by positioning the cathode at an upper position in the slurry forming tank, so that the solid particle size distribution in the slurry is small in the upper part of the slurry. It is preferably done by controlling the presence of large solids at the bottom in the slurry or by rectifying the slurry stream.

スラリーの固体粒度分布制御としては、スラリーに上昇流を与える方法を好ましく用いることができる。スラリー上昇流提供手段は、反応槽内上部に設けられたスラリー抜き出し口と、反応槽底部に設けられたスラリー導入口と、スラリー抜き出し口からスラリー導入口までスラリーを循環させる循環ポンプと、を含み、スラリーを反応槽内にて槽底部から所望速度で上昇させるように構成されていることが好ましい。あるいはスラリー形成槽底部から空気を導入する空気導入口を設けてもよい。種々の粒径の固体を含むスラリーを上昇流とすることで、大きな粒径の固体が上昇流に抵抗してスラリー形成層下部に残り、小さな粒径の固体が優先的に上昇することができ、結果的にスラリー中の固体粒度分布は上層ほど細かく、下層ほど大きくなる。固体粒度分布の制御は、スラリーの上昇流の流速を制御することで行うことができ、上昇流の終末速度がわかれば固体粒度分布を推測することができる。例えば、被汚染物が土壌である場合には、粒径が2mm以下の固体を浄化対象とすることが多く、中でも、難分解性の重金属類を含む粘土画分は、粒径が0.02mm、密度が約2.7×103kg/m3の粘土粒子を多く含む。このような被汚染物を含むスラリーの密度を1.0〜1.2×103kg/m3、スラリーの粘度を1×10-3N・s/m2と仮定すると、粘度粒子の終末速度は、下記ストークス(Stokes)の式: For controlling the solid particle size distribution of the slurry, a method of giving an upward flow to the slurry can be preferably used. The slurry upward flow providing means includes a slurry extraction port provided at the upper part in the reaction tank, a slurry introduction port provided at the bottom of the reaction tank, and a circulation pump for circulating the slurry from the slurry extraction port to the slurry introduction port. It is preferable that the slurry is raised from the bottom of the tank at a desired rate in the reaction tank. Or you may provide the air inlet which introduces air from a slurry formation tank bottom part. By making the slurry containing solids with various particle sizes into the upward flow, the solids with a large particle size can resist the upward flow and remain at the bottom of the slurry forming layer, and the solids with a small particle size can rise preferentially. As a result, the solid particle size distribution in the slurry is finer in the upper layer and larger in the lower layer. The solid particle size distribution can be controlled by controlling the flow rate of the upward flow of the slurry. If the terminal velocity of the upward flow is known, the solid particle size distribution can be estimated. For example, when the contaminated material is soil, solids with a particle size of 2 mm or less are often targeted for purification, and among them, the clay fraction containing hardly decomposable heavy metals has a particle size of 0.02 mm, It contains a lot of clay particles with a density of about 2.7 × 10 3 kg / m 3 . Assuming that the density of the slurry containing such contaminants is 1.0 to 1.2 × 10 3 kg / m 3 and the viscosity of the slurry is 1 × 10 −3 N · s / m 2 , the terminal velocity of the viscous particles is as follows: Stokes formula:

Figure 0005235276
Figure 0005235276

より、約3.3〜3.7×10-4m/sと計算することができる。なお、このときの粒子レイノルズ数Reは、下記式: Therefore, it can be calculated as about 3.3 to 3.7 × 10 −4 m / s. The particle Reynolds number Re at this time is expressed by the following formula:

Figure 0005235276
Figure 0005235276

より、1以下となるので、ストークスの式を用いることは適当である。 Therefore, it is appropriate to use the Stokes equation.

また、被汚染物が細粒画分や粘度粒子を大量に含む場合には、細粒画分や粘度粒子は帯電していて相互に反発しあうので、より沈殿しにくくなる、つまり、終末速度が小さくなるので、上昇流の流速を小さくしても望ましい固体粒度分布を得ることができる。   In addition, when the contaminated material contains a large amount of fine-grained fractions and viscous particles, the fine-grained fractions and viscous particles are charged and repel each other, making it more difficult to settle, that is, the terminal velocity Therefore, the desired solid particle size distribution can be obtained even if the upward flow rate is reduced.

さらに、被汚染物がレイノルズ数1を越える粒子画分を含む場合には、ストークスの式に代えて、アレン(Allen)の式:   In addition, if the contaminated material contains a particle fraction with a Reynolds number greater than 1, instead of the Stokes equation, the Allen equation:

Figure 0005235276
Figure 0005235276

を用いて終末速度を計算することができる。 Can be used to calculate the terminal velocity.

以上のような化学工学的なプロファイリングを用いて、上昇流の終末速度を設定することで、スラリー中固体の所望の粒度分布を得ることができる。このように、スラリーの固体粒度分布をスラリー上層部ほど小さな粒径の固体が存在し且つスラリー下層部ほど大きな粒径の固体が存在するように制御することで、スラリー形成槽内上方位置に位置づけられているカソード表面に、大きな粒径の固体による剪断力が作用することを避けることができ、結果的にカソード表面に付与される剪断力を低減することができる。   The desired particle size distribution of the solid in the slurry can be obtained by setting the terminal velocity of the upward flow using the chemical engineering profiling as described above. Thus, by controlling the solid particle size distribution of the slurry so that a solid having a smaller particle size is present in the upper layer portion of the slurry and a solid having a larger particle size is present in the lower layer portion of the slurry, the slurry is positioned at an upper position in the slurry forming tank. It is possible to avoid a shearing force due to a solid having a large particle size from acting on the cathode surface, and as a result, the shearing force applied to the cathode surface can be reduced.

また、スラリー形成槽は、カソードの表面に作用するスラリーの剪断力を低減し且つカソードとスラリーとの接触状態を維持するように制御する剪断力抑制手段を具備することが好ましい。剪断力抑制手段は、カソード表面に作用するスラリー流の剪断力を低減するようにスラリー流を整流する整流機構であって、板材、多孔材、格子状材料及び網目状材料から選択される1種以上の材料から構成される整流部材であってもよい。たとえば、スラリー形成槽内上方位置に位置づけられたカソードよりも下方位置に、カソード保護部材を配置する形態がある。カソード保護部材は、カソードを囲い込むように配置しても、カソード表面に向かうスラリー流の経路に隔壁として配置してもよい。ただし、カソード保護部材を用いる場合には、カソード表面に作用するスラリーの剪断力が低減されるが、カソード表面とスラリーとを接触状態に維持するように設けることが必要である。よって、カソードを囲い込むようにカソード保護部材を配置する場合には、カソード保護部材として、多孔材、格子状材料及び網目状材料などのスラリーが流通可能な材料を好ましく用いることが好ましい。カソード保護部材を板材などを用いて隔壁として配置する場合には、カソード表面と隔壁との距離、スラリー流の流入角度などを適宜調整することが好ましい。カソード保護部材を構成する材質としては、摩擦に強く、耐強酸性及び耐強アルカリ性の材料からなるものを好ましく用いることができ、具体的には強化ガラス、石英、強化プラスチック、フッ素系樹脂などの合成樹脂、FRPなどの繊維強化複合材料、グラファイト、グラッシーカーボン、コンクリート、セラミックス、チタン、鉄などの金属表面を耐腐食処理したものなどを好ましく挙げることができる。   Moreover, it is preferable that the slurry forming tank includes a shearing force suppressing unit that controls the shearing force of the slurry acting on the surface of the cathode to be reduced and to maintain the contact state between the cathode and the slurry. The shear force suppressing means is a rectifying mechanism that rectifies the slurry flow so as to reduce the shear force of the slurry flow acting on the cathode surface, and is one kind selected from a plate material, a porous material, a lattice material, and a mesh material. A rectifying member made of the above materials may be used. For example, there is a form in which the cathode protection member is disposed at a lower position than the cathode positioned at the upper position in the slurry forming tank. The cathode protection member may be disposed so as to surround the cathode, or may be disposed as a partition wall in a slurry flow path toward the cathode surface. However, when the cathode protection member is used, the shearing force of the slurry acting on the cathode surface is reduced, but it is necessary to provide the cathode surface and the slurry so as to maintain the contact state. Therefore, when the cathode protection member is disposed so as to surround the cathode, it is preferable to use a material capable of circulating a slurry, such as a porous material, a lattice-like material, and a mesh-like material, as the cathode protection member. When the cathode protection member is arranged as a partition using a plate material or the like, it is preferable to appropriately adjust the distance between the cathode surface and the partition, the inflow angle of the slurry flow, and the like. As a material constituting the cathode protective member, a material that is resistant to friction and is made of a strong acid-resistant and strongly alkaline-resistant material can be preferably used. Specifically, tempered glass, quartz, reinforced plastic, fluorine-based resin, etc. Preferred examples include synthetic resins, fiber reinforced composite materials such as FRP, and those obtained by subjecting metal surfaces such as graphite, glassy carbon, concrete, ceramics, titanium, and iron to corrosion resistance.

また好ましい実施形態において、反応槽は、固体状または液体状の被汚染物と酸またはアルカリと水とを含む混合物をガス撹拌または機械撹拌によって混合し、カソードと接触させる撹拌容器である。ガス撹拌に用いるガスは不活性ガスを主たる成分とするガスであることが好ましく、窒素ガスが好ましく用いられる。また、ガスを循環して利用することも好ましい。さらにガスを循環させる際、少量のガスを経時的に追加供給して循環系を与圧状態とし、背圧弁を用いて徐々にガスを更新することも好ましい。装置内を還元的雰囲気にするように外気を遮断するよう構成されているものも好ましい。   In a preferred embodiment, the reaction vessel is a stirring vessel in which a solid or liquid contaminated material, a mixture containing acid or alkali, and water is mixed by gas stirring or mechanical stirring and is brought into contact with the cathode. The gas used for gas stirring is preferably a gas containing an inert gas as a main component, and nitrogen gas is preferably used. It is also preferable to circulate and use the gas. Further, when the gas is circulated, it is also preferable that a small amount of gas is additionally supplied over time to bring the circulation system into a pressurized state, and the gas is gradually updated using a back pressure valve. What is comprised so that external air may be interrupted | blocked so that the inside of an apparatus may be reduced atmosphere is also preferable.

本発明の浄化装置において、反応槽には被汚染物供給手段が設けられている。被汚染物供給手段は、被汚染物の性状によりベルトフィーダ、スラリーポンプなどから選択することが望ましい。反応槽に投入する被汚染物は、反応槽がスラリー形成槽である場合には、反応槽内でスラリーを形成しやすくするため、予めブレードウオッシャ、トロンメル、振動スクリーンなどの乾式または湿式の篩いを用いて数ミリメートル以下の細粒とすることが望ましい。また、反応槽への被汚染物投入量を減少させたい場合には、さらにサイクロンなどを用いて1ミリメートル以下の細粒画分とすることも望ましい。スラリー形成槽を用いる場合には、カソード電極電位を例えば-0.3V以下-1.3V以上の範囲に調整することで、鉛やカドミウムなどの電解析出反応を効率よく生じさせることができる一方で、スラリー中に含まれる鉄の析出や、水の電気分解による水素発生が抑制されるので、重金属類の電解析出反応をある程度特異的に生じさせることができる。   In the purification apparatus of the present invention, the reaction tank is provided with a contaminant supply means. The contamination supply means is preferably selected from a belt feeder, a slurry pump or the like depending on the properties of the contamination. When the reaction tank is a slurry formation tank, the contamination to be introduced into the reaction tank is preliminarily provided with a dry or wet sieve such as a blade washer, a trommel or a vibrating screen in order to facilitate the formation of a slurry in the reaction tank. It is desirable to use fine particles of several millimeters or less. In addition, when it is desired to reduce the amount of contaminants input to the reaction tank, it is desirable to further reduce the fine particle fraction to 1 mm or less using a cyclone or the like. When using a slurry forming tank, by adjusting the cathode electrode potential to a range of, for example, -0.3 V or less -1.3 V or more, an electrolytic deposition reaction such as lead or cadmium can be efficiently generated, Since precipitation of iron contained in the slurry and generation of hydrogen due to electrolysis of water are suppressed, the electrolytic deposition reaction of heavy metals can be caused to be specific to a certain extent.

また、本発明の被汚染物の浄化装置は、反応槽(もしくはスラリー形成槽)に酸性もしくはアルカリ性物質を供給する手段を具備することが好ましい。処理する被汚染物が焼却灰などのアルカリ性物質又は酸性物質を含む場合を除いて、被汚染物を強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気に維持するために、被汚染物に酸性もしくはアルカリ性物質を供給することが好ましい。本発明において用いる強酸性雰囲気は、被汚染物の間隙水のpHが3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。このような強酸性雰囲気とすることで、土壌中に存在する硫化鉄などの影響を排除することができる。本発明における強酸性雰囲気は、被汚染物に、酸を添加することにより形成することができる。添加することができる酸としては、塩酸、有機酸、例えば、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、テレフタル酸などを好ましく挙げることができる。一方、本発明において用いる強アルカリ性雰囲気は、被汚染物の間隙水のpHが12以上であることが好ましく、13以上であることがより好ましい。本発明における強アルカリ性雰囲気は、被汚染物に、アルカリ性物質を添加することにより形成することができる。添加することができるアルカリ性物質としては、水酸化物塩、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを好ましく挙げることができる。   Moreover, it is preferable that the contaminated material purification apparatus of the present invention includes means for supplying an acidic or alkaline substance to the reaction tank (or slurry forming tank). Supplying acidic or alkaline substances to the contaminated materials in order to maintain the contaminated materials in a strongly acidic or strongly alkaline atmosphere, except when the contaminated materials to be treated contain alkaline substances or acidic substances such as incineration ash Is preferred. In the strongly acidic atmosphere used in the present invention, the pH of the pore water of the contaminated material is preferably 3 or less, and more preferably 2 or less. By setting it as such a strong acidic atmosphere, the influence of iron sulfide etc. which exist in soil can be excluded. The strongly acidic atmosphere in the present invention can be formed by adding an acid to the contaminated material. Preferable examples of the acid that can be added include hydrochloric acid and organic acids such as methanesulfonic acid, formic acid, acetic acid, citric acid, oxalic acid, and terephthalic acid. On the other hand, the strongly alkaline atmosphere used in the present invention preferably has a pore water pH of 12 or more, more preferably 13 or more. The strong alkaline atmosphere in the present invention can be formed by adding an alkaline substance to a contaminated object. Preferred examples of the alkaline substance that can be added include hydroxide salts such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.

本発明において、反応槽のカソード区域は還元的雰囲気に維持される。還元的雰囲気は、カソード電極電位の調整により形成することができる。カソード電極電位の調整は、水素標準電極に対して-0.16V以下、より好ましくは-0.25V以下のカソード電極電位となるように行うことが好ましい。カソード電極電位の調整による還元的雰囲気の提供は、アノード、隔膜、参照電極及びカソードの組み合わせにおいて、隔膜をアノードとカソードの間に配置することにより行うことができる。この場合、隔膜を介してアノード側より酸が供給されるので、多量の酸を供給する必要性を排除することができる、という利点がある。   In the present invention, the cathode section of the reaction vessel is maintained in a reducing atmosphere. The reducing atmosphere can be formed by adjusting the cathode electrode potential. It is preferable to adjust the cathode electrode potential so that the cathode electrode potential is −0.16 V or less, more preferably −0.25 V or less with respect to the hydrogen standard electrode. Providing a reducing atmosphere by adjusting the cathode electrode potential can be accomplished by placing the diaphragm between the anode and cathode in a combination of anode, diaphragm, reference electrode and cathode. In this case, since the acid is supplied from the anode side through the diaphragm, there is an advantage that the necessity of supplying a large amount of acid can be eliminated.

カソードに必要な還元電位を印加するには、定電位電源を用いることが好ましい。特に、除去すべき重金属類が鉛やカドミウムである場合には、定電位電源を用いて適正な電位にカソード電位を制御することで、重金属類の析出反応により発生した負方向の電流値が析出反応の終了と同時に低下するので、電流値の計測によって重金属類の析出反応の完了を知ることができ、不必要な電解反応を生じさせて電気を浪費することがなく、有利である。例えば、カソード電極電位を-0.3V以下-1.3V以上の範囲に制御すると、鉛、カドミウムの電解析出反応を効率よく生じさせるが、スラリー中に含まれる鉄の析出や水の電気分解による水素発生が抑制されるので、重金属類の電解析出反応を特異的に生じさせることができ、有利である。ただし、処理条件が一定で電流値と電解反応の関係が把握されていれば、必ずしも定電位電源を用いなくてもよく、定電流電源を用い、反応時間に応じて設定電流量を減少させていくことで好ましいカソード電極電位を維持することもできる。   In order to apply the necessary reduction potential to the cathode, it is preferable to use a constant potential power source. In particular, when the heavy metals to be removed are lead or cadmium, by controlling the cathode potential to an appropriate potential using a constant potential power source, the negative current value generated by the precipitation reaction of heavy metals is precipitated. Since it decreases simultaneously with the end of the reaction, it is possible to know the completion of the precipitation reaction of heavy metals by measuring the current value, and it is advantageous that electricity is not wasted by causing an unnecessary electrolytic reaction. For example, if the cathode potential is controlled within the range of -0.3V or lower and -1.3V or higher, the electrolytic deposition reaction of lead and cadmium is efficiently generated. However, hydrogen generated by the precipitation of iron contained in the slurry or the electrolysis of water is used. Since generation | occurrence | production is suppressed, the electrolytic deposition reaction of heavy metals can be produced specifically, and it is advantageous. However, if the processing conditions are constant and the relationship between the current value and the electrolytic reaction is known, it is not always necessary to use a constant-potential power supply. Use a constant-current power supply and reduce the set current amount according to the reaction time. Thus, a preferable cathode electrode potential can be maintained.

本態様により浄化することができる重金属類を含む被汚染物としては、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰、ヘドロなどの重金属類を含む固体状または液体状の被汚染物、上記固体状汚染物からの抽出液、工業用水、排水、表流水、地下水、海水などの重金属を含む液体状被汚染物を好ましく挙げることができる。また、本発明により分離除去される重金属類としては、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、スズ(Sn)、クロム(Cr)、砒素(As)、ウラン(U)、プルトニウム(Pr)などを好ましく挙げることができる。   Contaminated substances containing heavy metals that can be purified by this embodiment include solid or liquid contaminated substances containing heavy metals such as soil, sludge, sediment, waste, incineration ash, sludge, and the above solids Preferred examples include liquid contaminated substances containing heavy metals such as extracts from industrial contaminants, industrial water, wastewater, surface water, groundwater, seawater and the like. The heavy metals separated and removed by the present invention include lead (Pb), cadmium (Cd), mercury (Hg), tin (Sn), chromium (Cr), arsenic (As), uranium (U), and plutonium. Preferred examples include (Pr).

また、本発明においては、重金属類を含む被汚染物を含むスラリーを容器中に収容し、スラリーを強酸性または強アルカリ性に維持するとともに、容器中に配置したカソードの電位を調整することによりスラリーを還元的雰囲気下に置き、それにより重金属類をスラリー中に溶出させる。そして、溶出した重金属イオンを、容器内においてさらにスラリーから析出させて分離する工程を前記溶出工程と並行して行う。ここにおいて、カソードが複数、容器(反応槽)中に配置されているので、異なる役割分担をさせたり、一方の作用が不調であったり交換や保守を行う場合でも装置の稼動を継続することができる。   In the present invention, the slurry containing the contaminated material containing heavy metals is accommodated in the container, the slurry is maintained in a strong acidity or strong alkalinity, and the potential of the cathode disposed in the container is adjusted. Is placed in a reducing atmosphere to elute heavy metals into the slurry. Then, a step of separating the separated heavy metal ions from the slurry in the container is performed in parallel with the elution step. Here, since a plurality of cathodes are arranged in a container (reaction tank), it is possible to continue the operation of the apparatus even when different roles are shared, or when one of the functions is malfunctioning or replacement or maintenance is performed. it can.

一般に、重金属類は、被汚染物中において、イオン交換態、炭酸塩結合態、鉄マンガン吸着態又は有機物結合態などの形態で存在している。これらの形態のうち、イオン交換態で存在する重金属類は、強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気下では、腐食域に入り、水溶出濃度が高められる。一方、炭酸塩結合態、鉄マンガン吸着態及び有機物結合態などの形態で存在する重金属類は、強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気下であってもなお溶解度が低く、溶出しにくい。これら難溶性の形態で存在する重金属類をさらに還元的雰囲気下に供することで、腐食域に移行させ、水への溶解度を増加させることができる。また、汚染重金属が水銀である場合には、カソード表面から発生する水素ガス及び/又は窒素ガスを槽内に供給して、曝気することにより、水銀イオンが還元されて生じる揮発性の0価水銀が水素ガス及び/又は窒素ガスに随伴して容易に気相へ移行するので、間隙水中から分離することができる。   In general, heavy metals are present in a contaminated material in a form such as an ion exchange state, a carbonate bond state, an iron manganese adsorption state, or an organic matter bond state. Among these forms, heavy metals existing in an ion exchange state enter a corrosive zone under a strongly acidic or strongly alkaline atmosphere, and the water elution concentration is increased. On the other hand, heavy metals existing in a form such as a carbonate-bonded state, an iron-manganese adsorbed state, and an organic substance-bound state have low solubility and are difficult to elute even in a strongly acidic or strongly alkaline atmosphere. By subjecting these heavy metals present in a hardly soluble form to a reductive atmosphere, the heavy metals can be transferred to a corrosive zone and the solubility in water can be increased. When the contaminated heavy metal is mercury, volatile zero-valent mercury generated by reducing mercury ions by supplying hydrogen gas and / or nitrogen gas generated from the cathode surface into the tank and aeration. Is easily transferred to the gas phase along with hydrogen gas and / or nitrogen gas, and can be separated from the pore water.

本発明においては、還元電位を供給する耐腐食性カソードとアノードとの間に隔膜を位置づけて、耐腐食性カソードを含むカソード区域と、アノードを含むアノード区域と、に隔離させて、カソード区域には処理対象物である重金属類を含む被汚染物と、酸性物質又はアルカリ性物質とを加えることによってpH3以下又は12以上として、さらに還元的雰囲気とすることで、重金属類を効果的に被汚染物及び間隙水から分離する。この方法では、カソード(還元極)において、被汚染物に含まれる重金属類を還元して溶出させる反応と、耐腐食性カソード表面へ重金属類を電解析出させる反応が並行して行われる。カソードの還元電位によって被汚染物を還元的雰囲気に維持して重金属類の溶出を促進させるので、強酸性、又は強アルカリ性条件下においても溶出しないような重金属類の難溶性の画分まで溶出させることができ、重金属類を効果的に被汚染物及び間隙水から分離することができる。   In the present invention, a diaphragm is positioned between the corrosion-resistant cathode that supplies the reduction potential and the anode, and is separated into a cathode area that includes the corrosion-resistant cathode and an anode area that includes the anode. By adding a contaminated material containing heavy metals, which is the object to be treated, and an acidic or alkaline substance, the pH is set to 3 or less, or 12 or more, and a reducing atmosphere is created to effectively remove heavy metals. And separate from pore water. In this method, at the cathode (reduction electrode), a reaction for reducing and eluting heavy metals contained in the contaminated material and a reaction for electrolytically depositing heavy metals on the surface of the corrosion-resistant cathode are performed in parallel. The contamination potential is maintained in a reducing atmosphere by the reduction potential of the cathode to promote the elution of heavy metals, so that even the insoluble fractions of heavy metals that do not elute even under strongly acidic or strongly alkaline conditions are eluted. And can effectively separate heavy metals from contaminants and interstitial water.

本発明の浄化装置を用いることにより、被汚染物からの重金属類イオンの溶出工程と、該溶出した重金属類イオンを被汚染物及び間隙水から分離させる分離工程と、を同一の容器内で並行して行い、該重金属類イオンの溶出及び分離が完了するまで、該被汚染物を還元的雰囲気及び強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気の共存下に維持することを特徴とする重金属類を含む被汚染物の浄化方法が提供される。   By using the purification apparatus of the present invention, the elution step of heavy metal ions from the contaminated material and the separation step of separating the eluted heavy metal ions from the contaminated material and pore water are performed in the same container. The contaminated material containing heavy metals, wherein the contaminated material is maintained in the coexistence of a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere until elution and separation of the heavy metal ions are completed. A purification method is provided.

より詳細には、被汚染物中にイオン交換態、炭酸塩結合態、鉄マンガン吸着態又は有機物結合態などの形態で存在している重金属類を、耐腐食性カソードにより提供される還元的雰囲気下で十分な量の酸性水溶液又はアルカリ性水溶液と接触させることにより、イオン交換脱着させて、水溶液中に溶出させ、耐腐食性カソード表面へ電解析出させるかあるいは水銀の場合には曝気除去することにより、重金属類を被汚染物から除去するものである。重金属類の被汚染物からの溶出と分離が単一の槽内で完結するため、後処理の固液分離工程においてはスラリーを還元的雰囲気に維持する必要がない。また、重金属類は、耐腐食性カソード表面に析出して間隙水から除かれることにより、溶解度積の低い重金属類も順次溶解することになり、抽出効率をさらに向上させることができる。   More specifically, the reducing atmosphere provided by the corrosion-resistant cathode is used for the heavy metals present in the contaminated material in a form such as an ion exchange state, a carbonate bond state, an ferromanganese adsorption state, or an organic matter bond state. Under deionization by contact with a sufficient amount of acidic or alkaline aqueous solution, and elution into the aqueous solution, electrolytic deposition on the corrosion-resistant cathode surface, or aeration removal in the case of mercury Thus, heavy metals are removed from the contaminated material. Since elution and separation of heavy metals from contaminated substances are completed in a single tank, it is not necessary to maintain the slurry in a reducing atmosphere in the solid-liquid separation step of the post-treatment. In addition, heavy metals are deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode and removed from the pore water, so that heavy metals having a low solubility product are also dissolved sequentially, and the extraction efficiency can be further improved.

一般に、重金属類は、強アルカリ性雰囲気下よりも強酸性雰囲気下で、より溶出しやすい。しかし、浄化すべき被汚染物の性質によっては、強酸性雰囲気よりも強アルカリ性雰囲気の方が、好ましい場合もある。例えば、被汚染物が鉄を多量に含む土壌である場合には、強酸性雰囲気下では鉄が溶出して電極を被覆したり、閉塞などの問題を生じるかもしれないので、強アルカリ性雰囲気とすることが好ましい。さらに、被汚染物の状態によっては、酸性物質もしくはアルカリ性物質の添加を要しない場合もある。被汚染物が焼却灰である場合には、焼却灰が強アルカリ性であるから、アルカリ性物質を添加するまでもなく、強アルカリ性雰囲気を形成できる。   In general, heavy metals are more easily eluted in a strongly acidic atmosphere than in a strongly alkaline atmosphere. However, depending on the nature of the contamination to be purified, a strong alkaline atmosphere may be preferable to a strong acidic atmosphere. For example, if the contaminated material is a soil containing a large amount of iron, the iron may elute in a strongly acidic atmosphere to cover the electrode or cause problems such as clogging. It is preferable. Furthermore, depending on the state of the contaminated material, it may not be necessary to add an acidic substance or an alkaline substance. When the contaminated material is incinerated ash, the incinerated ash is strongly alkaline, so a strong alkaline atmosphere can be formed without adding an alkaline substance.

本発明の浄化装置においては、さらに、浄化すべき土壌などの現場の条件に応じて、被汚染物に、重金属類の溶出及び水溶液中での安定化に寄与する界面活性剤、錯イオン形成剤及びキレート剤、被汚染物のpH変動を抑制する緩衝剤、還元的雰囲気を維持する電子供与体及び還元剤、及びこれらの組み合わせから選択される物質を添加することもできる。これらの添加剤としては、例えば、界面活性剤としてSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)及びカチオン界面活性剤、錯イオン形成剤としてクエン酸、シュウ酸、及び乳酸、キレート剤としてEDTA(エチレンジアミン四酢酸)及びNTA(ニトリロ三酢酸)、緩衝剤としてリン酸緩衝液、トリス緩衝液及び塩酸−塩化カリウム緩衝液、電子供与体として水素、糖、有機酸(塩)、アルコール、各種有機排水、アスコルビン酸、DTT(ジチオスレイトール)、クエン酸チタニウム、鉄粉及びグラニュール鉄などを好ましく挙げることができる。錯イオン形成剤やキレート剤を添加する場合には、重金属類が耐腐食性カソード表面へ電解析出する電位が低下する可能性があるので、予備試験を行って適当な電位を設定することが必要である。   In the purification apparatus of the present invention, a surfactant and a complex ion forming agent that contribute to the elution of heavy metals and stabilization in an aqueous solution to the contaminated material according to the conditions of the field such as the soil to be purified. In addition, a substance selected from chelating agents, buffering agents that suppress pH fluctuations of contaminated substances, electron donors and reducing agents that maintain a reducing atmosphere, and combinations thereof can also be added. Examples of these additives include SDS (sodium dodecyl sulfate) and cationic surfactants as surfactants, citric acid, oxalic acid, and lactic acid as complex ion forming agents, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) and NTA as chelating agents. (Nitrilotriacetic acid), phosphate buffer, Tris buffer and hydrochloric acid-potassium chloride buffer as buffers, hydrogen, sugar, organic acid (salt) as an electron donor, alcohol, various organic wastewater, ascorbic acid, DTT ( Dithiothreitol), titanium citrate, iron powder, granular iron and the like can be preferably mentioned. When complex ion forming agents and chelating agents are added, the potential at which heavy metals are electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode may decrease, so a preliminary test may be performed to set an appropriate potential. is necessary.

重金属類イオンの分離は、耐腐食性カソード表面への重金属類の電解析出を含み、この際、被汚染物を少なくとも含むスラリーにより耐腐食性カソード表面に作用する剪断力によって重金属類の電解析出が阻害されないよう、スラリーの流れをカソード表面に作用する剪断力を低減するように整流又は抑制する条件下で、前記重金属類を該カソード表面上に析出させることができる。本態様においては、重金属類を含む被汚染物から形成されるスラリーにより耐腐食性カソード表面に作用する剪断力によって耐腐食性カソード表面での重金属類の析出が阻害されない条件に維持するので、耐腐食性カソード表面に析出した重金属類の剥離や、耐腐食性カソードの摩耗などが防止される。   Separation of heavy metal ions includes electrolytic deposition of heavy metals on the surface of the corrosion-resistant cathode, and in this case, an electric analysis of heavy metals by a shearing force acting on the surface of the corrosion-resistant cathode by a slurry containing at least contaminated substances. The heavy metals can be deposited on the cathode surface under conditions that rectify or suppress the flow of the slurry to reduce the shear forces acting on the cathode surface so that outflow is not hindered. In this embodiment, the slurry formed from the contaminated material containing heavy metals is maintained in a condition in which the precipitation of heavy metals on the corrosion resistant cathode surface is not hindered by the shearing force acting on the corrosion resistant cathode surface. Peeling of heavy metals deposited on the corrosive cathode surface and wear of the corrosion resistant cathode are prevented.

重金属類を含む被汚染物は、含有されている重金属類がイオンとして溶出するように、スラリーとして処理されることが好ましい。このスラリーには、被汚染物を強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気に維持するために、酸性又はアルカリ性物質が少なくとも含まれている。被汚染物が焼却灰である場合など、アルカリ性物質又は酸性物質を含む場合を除いて、スラリーを形成する際に酸性物質又はアルカリ性物質を添加することが好ましい。本態様において用いることができる酸性物質としては、塩酸、有機酸、例えば、ギ酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、テレフタル酸などを好ましく挙げることができる。これらの酸性物質を含むスラリーは、好ましくは被汚染物の間隙水のpHが3以下、より好ましくは2以下の強酸性雰囲気に維持される。このような強酸性雰囲気とすることで、土壌中に存在する硫化鉄などの影響を排除することができる。アルカリ性物質としては、水酸化物塩、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを好ましく挙げることができる。これらのアルカリ性物質を含むスラリーは、好ましくは被汚染物の間隙水のpHが12以上、より好ましくは13以上の強アルカリ性雰囲気に維持される。   The contaminated material containing heavy metals is preferably treated as a slurry so that the contained heavy metals are eluted as ions. This slurry contains at least an acidic or alkaline substance in order to maintain the contaminated material in a strong acidic or strong alkaline atmosphere. It is preferable to add an acidic substance or an alkaline substance when forming a slurry, except when an contaminated substance is incinerated ash or the like and contains an alkaline substance or an acidic substance. Preferred examples of the acidic substance that can be used in this embodiment include hydrochloric acid and organic acids such as formic acid, acetic acid, citric acid, oxalic acid, and terephthalic acid. The slurry containing these acidic substances is preferably maintained in a strongly acidic atmosphere in which the pH of pore water of the contaminated material is 3 or less, more preferably 2 or less. By setting it as such a strong acidic atmosphere, the influence of iron sulfide etc. which exist in soil can be excluded. Preferred examples of the alkaline substance include hydroxide salts such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The slurry containing these alkaline substances is preferably maintained in a strongly alkaline atmosphere in which the pH of the pore water of the contaminated material is 12 or more, more preferably 13 or more.

[好ましい実施形態]
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。なお、図中、同じ構成要素には同じ参照符号を付す。
[Preferred embodiment]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.

図1は、電解析出反応を利用して、鉛、カドミウム、クロム、砒素、スズ、ウラン、プルトニウムなどを除去回収する本発明の好ましい第一の実施形態を示す概略説明図である。   FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first preferred embodiment of the present invention for removing and recovering lead, cadmium, chromium, arsenic, tin, uranium, plutonium and the like by using an electrolytic deposition reaction.

図1に示す浄化装置1は、重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段22と、酸性物質又はアルカリ性物質を供給する酸性物質又はアルカリ性物質供給手段24と、還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードCと、隔膜Mと、アノードAと、を具備し、隔膜MによってアノードAを含むアノード区域10と、耐腐食性カソードC、被汚染物供給手段22及び酸性物質又はアルカリ性物質供給手段24を含むカソード区域20と、が形成され、カソード区域20は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び溶出した重金属類イオンの被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽2を含む被汚染物の浄化装置である。   The purification apparatus 1 shown in FIG. 1 provides a contaminated substance supply means 22 for supplying a contaminated substance containing heavy metals, an acidic substance or alkaline substance supply means 24 for supplying an acidic substance or an alkaline substance, and a reducing atmosphere. A corrosive resistant cathode C, a diaphragm M, and an anode A, the anode section 10 including the anode A by the diaphragm M, the corrosive resistant cathode C, the contaminant supply means 22, and an acidic substance or an alkaline substance. A cathode zone 20 including a supply means 24, and the cathode zone 20 is maintained in a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere to elute heavy metal ions from contaminated substances and to cover the eluted heavy metal ions. It is a purification apparatus for contaminated substances including a reaction tank 2 that performs separation from contaminants and pore water in parallel.

反応槽2には、さらに、水を反応槽2のカソード区域20に供給する水供給手段26、反応槽2内の混合物のpHを測定するpH計28、及び反応槽2内で形成された混合物のスラリーを抜き出すためのスラリー抜き出し口30が設けられている。スラリー抜き出し口30には、スラリー移送ライン32及びスラリー移送ライン32上に設けられたスラリーポンプ34が接続されている。スラリー移送ライン32は、固液分離装置3に接続されている。固液分離装置3には、分離した固体を抜き出す固体抜き出しライン36と、分離した液体を抜き出す液体抜き出しライン38と、が接続している。液体抜き出しライン38からは、液体の一部を循環液として反応槽2に戻す液体循環ライン40が分岐している。   The reaction vessel 2 further includes a water supply means 26 for supplying water to the cathode section 20 of the reaction vessel 2, a pH meter 28 for measuring the pH of the mixture in the reaction vessel 2, and a mixture formed in the reaction vessel 2. A slurry extraction port 30 is provided for extracting the slurry. A slurry transfer line 32 and a slurry pump 34 provided on the slurry transfer line 32 are connected to the slurry extraction port 30. The slurry transfer line 32 is connected to the solid-liquid separator 3. Connected to the solid-liquid separator 3 are a solid extraction line 36 for extracting separated solids and a liquid extraction line 38 for extracting separated liquids. A liquid circulation line 40 is branched from the liquid extraction line 38 to return a part of the liquid to the reaction tank 2 as a circulating liquid.

この浄化装置1を用いて、重金属類で汚染されている被汚染物を浄化する態様を説明する。まず、被汚染物供給手段22を介して、土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物などの重金属類で汚染されている被汚染物を反応槽(スラリー形成槽)2に供給する。このとき、被汚染物が非飽和状態、すなわち被汚染物の空隙が水で飽和してない場合には、水供給手段26又は液体循環ライン40を介して適量の水を供給して、飽和状態とする。スラリー形成槽2内で、供給された被汚染物、及び場合によっては水を撹拌混合して、スラリー状にする。pH計28を用いて、スラリーのpHを測定しながら、酸性物質又はアルカリ性物質供給手段24を介して酸性物質もしくはアルカリ性物質を添加してスラリーのpHを3以下又は12以上となるように調整する。スラリーの酸化還元電位を測定しながら、カソード電極Cの酸化還元電位が水素標準電極に対して-0.16V以下となるように調整する。この状態で、スラリー中では、被汚染物から重金属類が溶出し、次いで耐腐食性カソードC表面に電解析出するようになる。このとき、耐腐食性カソードCの電極電位が低いほど、電解析出反応速度は上昇するが、電極電位が低すぎると(例えば、鉛の場合、約-0.6V以下)、電解析出時に重金属が緻密な被膜を形成せず、一旦形成した被膜が撹拌の剪断力により剥離しやすくなるので、汚染物や装置の条件に応じて適切な電極電位を選定する。   A description will be given of an aspect in which the purification apparatus 1 is used to purify contaminated substances that are contaminated with heavy metals. First, the contaminated material contaminated with heavy metals such as soil, sludge, sludge, incineration ash, and deposits is supplied to the reaction tank (slurry forming tank) 2 through the contaminated material supply means 22. At this time, if the contaminated material is not saturated, that is, if the void of the contaminated material is not saturated with water, supply an appropriate amount of water via the water supply means 26 or the liquid circulation line 40, and the saturated state And In the slurry forming tank 2, the supplied contaminants and, in some cases, water are stirred and mixed to form a slurry. While measuring the pH of the slurry using the pH meter 28, the acidic substance or alkaline substance is added via the acidic substance or alkaline substance supply means 24 to adjust the pH of the slurry to 3 or less or 12 or more. . While measuring the oxidation-reduction potential of the slurry, the oxidation-reduction potential of the cathode electrode C is adjusted to be −0.16 V or less with respect to the hydrogen standard electrode. In this state, in the slurry, heavy metals are eluted from the contaminated material and then electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode C. At this time, the electrodeposition reaction rate increases as the electrode potential of the corrosion-resistant cathode C is lower, but if the electrode potential is too low (for example, about -0.6 V or less in the case of lead), heavy metals are deposited during the electrodeposition. However, a dense film is not formed, and the film once formed is easily peeled off by the shearing force of stirring. Therefore, an appropriate electrode potential is selected according to the contaminants and the conditions of the apparatus.

次に、スラリーポンプ34を作動させて、スラリーを固液分離機3に圧送し、液体と、浄化脱水固体(土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物由来の固体脱水物など)と、に分離する。分離された固体分は、固体抜き出しライン36を介して抜き出され、重金属類で汚染されていない土壌、汚泥、ヘドロ又は焼却灰などとして、処理することができる。分離された液体は、液体抜き出しライン38を介して抜き出され、液体循環ライン40を介してスラリー形成槽2に再循環されるか、余剰排液として排水される。   Next, the slurry pump 34 is operated, and the slurry is pumped to the solid-liquid separator 3, and the liquid and the purified dehydrated solid (soil, sludge, sludge, incinerated ash, sediment-derived solid dehydrate, etc.) To separate. The separated solid component is extracted through a solid extraction line 36 and can be treated as soil, sludge, sludge, incinerated ash, or the like that is not contaminated with heavy metals. The separated liquid is extracted via the liquid extraction line 38 and recirculated to the slurry forming tank 2 via the liquid circulation line 40 or drained as excess drainage.

耐腐食性カソードC表面に電解析出した重金属類は、電極を交換する際に系外に取り出されるか、又はカソードの再生、例えばカソードを一時的に取り出して酸洗浄するか、または電極電位を約-0.1Vに一時的に上昇させることにより、電極表面から溶離させて重金属濃縮液として回収し、重金属汚染物として廃棄するか、又は重金属原料として再利用することができる。電極の再生時に余り高い電位を印加すると(例えば、銅電極の場合には約0.0V)、電極の構成成分が溶解してしまうので、電極電位を電極構成成分が溶解しない範囲に設定するか、あるいは高い電位を印加する時間を短時間に管理することが望ましい。   Heavy metals electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode C are taken out of the system when the electrode is replaced, or the cathode is regenerated, for example, the cathode is temporarily taken out and washed with acid, or the electrode potential is changed. By temporarily raising the voltage to about −0.1 V, it can be eluted from the electrode surface and recovered as a heavy metal concentrate, discarded as a heavy metal contaminant, or reused as a heavy metal raw material. If a too high potential is applied during electrode regeneration (for example, about 0.0 V in the case of a copper electrode), the electrode components will dissolve, so the electrode potential should be set to a range where the electrode components do not dissolve, Alternatively, it is desirable to manage the time for applying a high potential in a short time.

図2は、重金属類として水銀や砒素を含む場合に適する本発明の第二の実施形態の概略図である。図2に示す浄化装置1Aは、図1に示す浄化装置とほぼ同様の構成であるが、反応槽2に窒素ガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段27と、重金属蒸気含有ガス中の重金属を捕集する重金属トラップ5をさらに具備する。重金属トラップ5には、排気ライン51が設けられていて、重金属トラップ5で重金属を捕集除去した後の気体を排出するように構成されている。重金属トラップ5としては、例えば硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液を入れたガス洗浄瓶や、硫黄粉末などの酸化剤を担持させたガス処理担体を用いることができる。   FIG. 2 is a schematic view of a second embodiment of the present invention suitable for the case where mercury or arsenic is included as heavy metals. The purification device 1A shown in FIG. 2 has substantially the same configuration as the purification device shown in FIG. 1, but an inert gas supply means 27 for supplying an inert gas such as nitrogen gas to the reaction tank 2, and a heavy metal vapor-containing gas A heavy metal trap 5 for collecting heavy metals therein is further provided. The heavy metal trap 5 is provided with an exhaust line 51 so that the gas after the heavy metal is collected and removed by the heavy metal trap 5 is discharged. As the heavy metal trap 5, for example, a gas cleaning bottle containing a sulfuric acid-acid potassium permanganate aqueous solution or a gas treatment carrier carrying an oxidizing agent such as sulfur powder can be used.

この浄化装置1Aを用いる被汚染物の浄化態様は、重金属トラップ5の作用以外は、図1に示す浄化装置1において説明した態様とほぼ同様であるので、ここでは重金属トラップ5の作用のみ説明する。   Since the purification mode of the contaminated object using the purification device 1A is substantially the same as the mode described in the purification device 1 shown in FIG. 1 except for the operation of the heavy metal trap 5, only the operation of the heavy metal trap 5 will be described here. .

本浄化装置1Aは、特に水銀や砒素を含む被汚染物の浄化に適する。   This purification apparatus 1A is particularly suitable for the purification of contaminated substances including mercury and arsenic.

水銀を含む被汚染物の場合、該被汚染物をスラリー形成槽2内に供給して、還元的雰囲気及び強酸性又は強アルカリ性雰囲気に維持することにより、被汚染物から水銀または水銀を含む重金属が溶出し、次いで水銀は還元され、気化するようになる。気化した水銀は、カソード電極で発生する水素ガス及び/又は不活性ガス供給手段27からスラリー形成槽2内に供給された窒素ガス等の不活性ガスにより随伴されて、スラリーから気相に移行し、重金属トラップ5に捕集される。捕集された水銀などの重金属は、重金属汚染物として廃棄するか、又は重金属原料として再利用することができる。   In the case of contaminated substances containing mercury, the contaminated substances are supplied into the slurry forming tank 2 and maintained in a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere, so that heavy metals containing mercury or mercury are contained in the contaminated substances. Elutes, and then mercury is reduced and vaporizes. The vaporized mercury is accompanied by an inert gas such as hydrogen gas generated at the cathode electrode and / or nitrogen gas supplied from the inert gas supply means 27 into the slurry formation tank 2, and moves from the slurry to the gas phase. , Collected in heavy metal trap 5. The collected heavy metals such as mercury can be discarded as heavy metal contaminants or recycled as heavy metal raw materials.

砒素を含む被汚染物の場合、該被汚染物をスラリー形成槽2内に供給して、還元的雰囲気及び強酸性又は強アルカリ性雰囲気に維持することにより、被汚染物から砒素または砒素を含む重金属が溶出し、次いで砒素は還元・水素化され、例えばアルシン(AsH3)の形で気化するようになる。気化した砒素は、カソード電極で発生する水素ガス及び/又は不活性ガス供給手段27からスラリー形成槽2内に供給された窒素ガス等の不活性ガスにより随伴されて、スラリーから気相に移行し、重金属トラップ5に捕集される。捕集された砒素などの重金属は、重金属汚染物として廃棄するか、又は重金属原料として再利用することができる。 In the case of a contaminated substance containing arsenic, the contaminated substance is supplied into the slurry forming tank 2 and maintained in a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere, whereby the heavy metal containing arsenic or arsenic from the contaminated substance Then, arsenic is reduced and hydrogenated, and vaporizes in the form of arsine (AsH 3 ), for example. The vaporized arsenic is accompanied by an inert gas such as hydrogen gas generated at the cathode electrode and / or nitrogen gas supplied from the inert gas supply means 27 into the slurry formation tank 2, and moves from the slurry to the gas phase. , Collected in heavy metal trap 5. The collected heavy metal such as arsenic can be discarded as a heavy metal contaminant or reused as a heavy metal raw material.

図3は、電解析出反応を利用して、鉛、カドミウム、クロム、スズ、砒素、ウラン、プルトニウムなどを除去回収する本発明の好ましい第三の実施形態(剪断力抑制手段を備える態様)を示す概略説明図である。   FIG. 3 shows a third preferred embodiment of the present invention that removes and recovers lead, cadmium, chromium, tin, arsenic, uranium, plutonium, and the like using an electrolytic deposition reaction (a mode including a shearing force suppressing unit). It is a schematic explanatory drawing shown.

図3において、浄化装置1Bは、重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段22と、酸又はアルカリ性物質を供給する酸又はアルカリ性物質供給手段24と、被汚染物と酸性又はアルカリ性物質を少なくとも含むスラリーに還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードCと、耐腐食性カソード表面に作用する該スラリーによる剪断力を低減し且つ耐腐食性カソードとスラリーとの接触状態を維持するように制御する剪断力抑制手段と、を具備するスラリー形成槽2を具備する。   In FIG. 3, the purification apparatus 1B includes a contaminated material supply means 22 for supplying a contaminated material containing heavy metals, an acid or alkaline material supply means 24 for supplying an acid or an alkaline material, and a contaminated material with an acidic or alkaline property. Corrosion-resistant cathode C that provides a reducing atmosphere to a slurry containing at least a substance, and reducing the shear force due to the slurry acting on the surface of the corrosion-resistant cathode and maintaining the contact state between the corrosion-resistant cathode and the slurry And a slurry forming tank 2 having a shearing force suppressing means for controlling the shearing force.

図示した実施形態において、スラリー形成槽2は、さらに、水をスラリー形成槽2に供給する水供給手段26を具備する。スラリー形成槽2の下部は、漏斗状に形成されていて、漏斗状先端部には、スラリー抜き出し口30が設けられている。スラリー抜き出し口30には、スラリー移送ライン32及びスラリー移送ライン32上に設けられたスラリーポンプ34が接続されている。スラリー移送ライン32には、固液分離装置3が接続されていて、スラリーを固形分と液体分とに分離する。固液分離装置3には循環ポンプ39及び液体循環ライン40が接続されていて、固液分離装置3にて分離された液体分を循環液として、スラリー形成槽2下部の漏斗状上端に設けられている循環液導入口42に再導入する。固液分離装置3には、分離した固体(清浄脱水土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物など)を抜き出す固体抜き出しライン36と、分離した液体を余剰排水として抜き出す液体抜き出しライン(ドレイン)38と、が接続されている。   In the illustrated embodiment, the slurry forming tank 2 further includes water supply means 26 for supplying water to the slurry forming tank 2. The lower part of the slurry forming tank 2 is formed in a funnel shape, and a slurry extraction port 30 is provided at the funnel-shaped tip. A slurry transfer line 32 and a slurry pump 34 provided on the slurry transfer line 32 are connected to the slurry extraction port 30. A solid-liquid separator 3 is connected to the slurry transfer line 32, and the slurry is separated into a solid content and a liquid content. A circulation pump 39 and a liquid circulation line 40 are connected to the solid-liquid separation device 3, and the liquid component separated in the solid-liquid separation device 3 is provided as a circulating liquid at the upper part of the funnel shape at the bottom of the slurry formation tank 2. It is reintroduced into the circulating fluid inlet 42. The solid-liquid separator 3 includes a solid extraction line 36 for extracting separated solids (clean dehydrated soil, sludge, sludge, incineration ash, sediment, etc.), and a liquid extraction line (drain) 38 for extracting the separated liquid as surplus drainage. And are connected.

スラリー形成槽2内には、スラリーに還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードC、アノードA、参照電極Bがスラリー形成槽2内上方位置に位置づけられており、スラリーのpHを測定するpH計28が備え付けられている。耐腐食性カソードC、アノードA及び参照電極Bは、スラリー形成槽2外部の電源装置と接続していて、制御された印加電位が提供される。耐腐食性カソードCには、スラリー中大きな粒径の固体がカソード表面近傍に存在しないようにカソード保護部材50が取り付けられている。保護部材50は、ナイロン製のメッシュ(目の大きさ1.5mm)から構成されている。   In the slurry forming tank 2, a corrosion-resistant cathode C, an anode A, and a reference electrode B that provide a reducing atmosphere to the slurry are positioned in the upper position in the slurry forming tank 2, and a pH meter that measures the pH of the slurry. 28 is provided. The corrosion-resistant cathode C, the anode A, and the reference electrode B are connected to a power supply device outside the slurry forming tank 2, and a controlled applied potential is provided. A cathode protection member 50 is attached to the corrosion-resistant cathode C so that a solid having a large particle size in the slurry does not exist near the cathode surface. The protective member 50 is made of nylon mesh (eye size: 1.5 mm).

次に、この浄化装置1Bを用いる重金属類で汚染されている被汚染物を浄化する態様を説明する。   Next, an aspect of purifying a contaminated object contaminated with heavy metals using the purification device 1B will be described.

まず、被汚染物供給手段22を介して、土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物などの重金属類で汚染されている被汚染物をスラリー形成槽2に供給する。このとき、被汚染物が非飽和状態、すなわち被汚染物の空隙が水で飽和してない場合には、水供給手段26又は液体循環ライン40を介して適量の水を供給して、飽和状態とする。スラリー形成槽2内で、供給された被汚染物、及び場合によっては水を撹拌混合して、スラリー状にする。pH計28を用いて、スラリーのpHを測定しながら、酸性物質又はアルカリ性物質供給手段24を介して酸性物質もしくはアルカリ性物質を添加してスラリーのpHを3以下又は12以上となるように調整する。スラリーの酸化還元電位を測定しながら、耐腐食性カソードCの酸化還元電位が水素標準電極に対して-0.16V以下となるように調整する。この状態で、スラリー中では、被汚染物から重金属類が溶出し、次いで耐腐食性カソードC表面に電解析出するようになる。このとき、耐腐食性カソードCの電極電位が低いほど、電解析出反応速度は上昇するが、電極電位が低すぎると(例えば、鉛の場合、約-0.6V以下)、電解析出時に重金属が緻密な被膜を形成せず、一旦形成した被膜が撹拌の剪断力により剥離しやすくなるので、汚染物や装置の条件に応じて適切な電極電位を選定する。   First, the contaminated material contaminated with heavy metals such as soil, sludge, sludge, incineration ash, and deposits is supplied to the slurry forming tank 2 through the contaminated material supplying means 22. At this time, if the contaminated material is not saturated, that is, if the void of the contaminated material is not saturated with water, supply an appropriate amount of water via the water supply means 26 or the liquid circulation line 40, and the saturated state And In the slurry forming tank 2, the supplied contaminants and, in some cases, water are stirred and mixed to form a slurry. While measuring the pH of the slurry using the pH meter 28, the acidic substance or alkaline substance is added via the acidic substance or alkaline substance supply means 24 to adjust the pH of the slurry to 3 or less or 12 or more. . While measuring the oxidation-reduction potential of the slurry, the oxidation-reduction potential of the corrosion-resistant cathode C is adjusted to be −0.16 V or less with respect to the hydrogen standard electrode. In this state, in the slurry, heavy metals are eluted from the contaminated material and then electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode C. At this time, the electrodeposition reaction rate increases as the electrode potential of the corrosion-resistant cathode C is lower, but if the electrode potential is too low (for example, about -0.6 V or less in the case of lead), heavy metals are deposited during the electrodeposition. However, a dense film is not formed, and the film once formed is easily peeled off by the shearing force of stirring. Therefore, an appropriate electrode potential is selected according to the contaminants and the conditions of the apparatus.

スラリーは、撹拌装置による撹拌作用を受けながら、スラリー形成槽2下部の漏斗状部分に下降する。スラリー形成槽2内上方位置にある耐腐食性カソードCはカソード保護部材50で保護されているので、スラリー流により耐腐食性カソードC表面に付与される剪断力を低く抑制することができる。   The slurry descends to the funnel-shaped portion at the bottom of the slurry forming tank 2 while receiving the stirring action by the stirring device. Since the corrosion-resistant cathode C at the upper position in the slurry forming tank 2 is protected by the cathode protection member 50, the shearing force applied to the surface of the corrosion-resistant cathode C by the slurry flow can be suppressed low.

一定時間経過後、または電流値の観測により、負方向の電流値が低下したことでスラリー形成槽2内での処理が完了したことを確認したら、スラリーを固液分離機3に圧送し、液体と、浄化脱水固体(土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物由来の固体脱水物など)と、に分離する。分離された固体分は、固体抜き出しライン36を介して抜き出され、重金属類で汚染されていない土壌、汚泥、ヘドロ又は焼却灰などとして、処理することができる。分離された液体は、液体循環ライン40を介してスラリー形成槽2に再循環されるか、又は液体抜き出しライン38を介して抜き出されて余剰排液として排水される。   After confirming that the treatment in the slurry forming tank 2 has been completed due to a decrease in the current value in the negative direction after a certain period of time or by observation of the current value, the slurry is pumped to the solid-liquid separator 3 and the liquid And purified dehydrated solids (soil, sludge, sludge, incineration ash, sediment-derived solid dehydrates, etc.). The separated solid component is extracted through a solid extraction line 36 and can be treated as soil, sludge, sludge, incinerated ash, or the like that is not contaminated with heavy metals. The separated liquid is recirculated to the slurry forming tank 2 via the liquid circulation line 40, or extracted via the liquid extraction line 38 and drained as excess drainage.

耐腐食性カソードC表面に電解析出した重金属類は、電極の交換により系外に取り出してもよい。あるいは電極の再生方法として、電極を取り出して酸洗浄するか、一時的に電極電位を例えば-0.1V程度まで上昇させて、耐腐食性カソードC表面から溶離させて重金属類濃縮液を形成させて回収してもよい。電極再生時に印加する電位が高すぎる(例えば、銅電極の場合には0.0V程度)と、電極を構成する材料自身が溶解してしまうので、適正な範囲の電位に調整するか、印加時間を短くする。回収された重金属類は、重金属類汚染物として廃棄処分するか、あるいは重金属類原料として再利用してもよい。   Heavy metals electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode C may be taken out of the system by exchanging electrodes. Alternatively, as a method of regenerating the electrode, the electrode is taken out and washed with acid, or the electrode potential is temporarily increased to about −0.1 V, for example, and eluted from the surface of the corrosion-resistant cathode C to form a heavy metal concentrate. It may be recovered. If the potential applied during electrode regeneration is too high (for example, about 0.0 V in the case of a copper electrode), the material constituting the electrode itself will be dissolved. shorten. The recovered heavy metals may be disposed of as heavy metal contaminants or reused as heavy metal raw materials.

図4は、剪断力抑制手段の別の態様を示す概略説明図である。図4に示す浄化装置100は、重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段111と、酸又はアルカリ性物質を供給する酸又はアルカリ性物質供給手段112と、該被汚染物と該酸又はアルカリ性物質を少なくとも含むスラリーに還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソード113Cと、耐腐食性カソード表面に作用するスラリーによる剪断力を低減し且つ耐腐食性カソードとスラリーとの接触状態を維持するように制御する剪断力抑制手段と、を具備するスラリー形成槽110を備える。   FIG. 4 is a schematic explanatory view showing another aspect of the shear force suppressing means. The purifying apparatus 100 shown in FIG. 4 includes a contaminated material supply unit 111 that supplies a contaminated material containing heavy metals, an acid or alkaline material supply unit 112 that supplies an acid or an alkaline material, the contaminated material and the acid. Alternatively, the corrosion resistant cathode 113C that provides a reducing atmosphere to the slurry containing at least an alkaline substance, and the shearing force caused by the slurry acting on the surface of the corrosion resistant cathode is reduced, and the contact state between the corrosion resistant cathode and the slurry is maintained. And a slurry forming tank 110 having a shearing force suppressing means for controlling as described above.

本浄化装置100において、還元的雰囲気は、スラリー形成槽110内に配置された耐腐食性カソード113Cと、アノード113Aと、カソード制御用参照電極(水素標準電極)113Bと、耐腐食性カソード113C、アノード113A及び参照電極113Bの印加電圧を制御するための外部電源装置によって、スラリーに提供される。参照電極113Bは、制御する電極(カソード)の近傍に配置されている。図示した実施形態においては、耐腐食性カソード113Cとアノード113Aとの間に電解膜(隔膜)Mが位置づけられていて、アノード113Aとスラリーとの接触を希薄なものとするように構成されている。耐腐食性カソード113C、アノード113A、電解膜M及び参照電極113Bは、スラリー形成槽110内上方位置に位置づけられている。   In the present purification apparatus 100, the reducing atmosphere includes a corrosion-resistant cathode 113C disposed in the slurry forming tank 110, an anode 113A, a cathode control reference electrode (hydrogen standard electrode) 113B, a corrosion-resistant cathode 113C, The slurry is provided to the slurry by an external power supply for controlling the applied voltage of the anode 113A and the reference electrode 113B. The reference electrode 113B is disposed in the vicinity of the electrode (cathode) to be controlled. In the illustrated embodiment, an electrolytic membrane (diaphragm) M is positioned between the corrosion resistant cathode 113C and the anode 113A, and the contact between the anode 113A and the slurry is dilute. . The corrosion-resistant cathode 113C, the anode 113A, the electrolytic membrane M, and the reference electrode 113B are positioned at an upper position in the slurry forming tank 110.

スラリー形成槽110には、スラリーが強酸性雰囲気又は強アルカリ性雰囲気に維持されていることを監視するため、pH計116が備え付けられている。また、図示したスラリー形成槽110は、スラリーを形成するために場合によっては必要となる水を供給する水供給手段115を具備する。さらに、スラリー形成槽110底部には、処理後のスラリーを抜き出すための処理済スラリー抜き出し口122が設けられている。処理済スラリー抜き出し口122には、処理済スラリーを抜き出すためのスラリーポンプ123と、固液分離装置120が接続している。固液分離装置120には、固液分離により得られた処理水をスラリー形成槽110に再循環させる循環液供給手段(図示せず)が接続されている。   The slurry forming tank 110 is equipped with a pH meter 116 for monitoring that the slurry is maintained in a strong acidic atmosphere or a strong alkaline atmosphere. In addition, the illustrated slurry forming tank 110 includes water supply means 115 for supplying water that is necessary in some cases to form a slurry. Further, a treated slurry extraction port 122 for extracting the processed slurry is provided at the bottom of the slurry forming tank 110. A slurry pump 123 for extracting processed slurry and a solid-liquid separator 120 are connected to the processed slurry extraction port 122. Connected to the solid-liquid separator 120 is a circulating liquid supply means (not shown) for recirculating the treated water obtained by the solid-liquid separation to the slurry forming tank 110.

図示した実施形態において、剪断力抑制手段は、スラリー形成槽上部に設けられたスラリー抜き出し口117と、槽底部に設けられたスラリー導入口118と、スラリー抜き出し口117からスラリー導入口118までスラリーを循環させる循環ポンプ119と、を含み、スラリーを槽底部から所望速度で上昇させて、スラリー形成槽110内に所望のスラリー固体粒度分布を提供するように構成されている。   In the illustrated embodiment, the shear force suppressing means includes a slurry extraction port 117 provided at the top of the slurry forming tank, a slurry introduction port 118 provided at the bottom of the tank, and a slurry from the slurry extraction port 117 to the slurry introduction port 118. A circulation pump 119 that circulates, and is configured to raise the slurry from the bottom of the vessel at a desired rate to provide the desired slurry solids particle size distribution within the slurry forming vessel 110.

また、スラリー形成槽110下部には、撹拌装置121が設けられていて、スラリー導入口118からスラリー形成槽110内に導入されたスラリーを十分に撹拌して、スラリー形成槽水平レベルでのスラリー中重金属類イオン濃度を一定にするように構成されている。   In addition, a stirring device 121 is provided at the lower part of the slurry forming tank 110, and the slurry introduced into the slurry forming tank 110 from the slurry inlet 118 is sufficiently stirred so that the slurry at the horizontal level of the slurry forming tank 110 The heavy metal ions concentration is made constant.

次に、浄化装置110を用いて、重金属類で汚染されている被汚染物を浄化する好ましい一態様を説明する。   Next, a preferred embodiment for purifying a contaminated object contaminated with heavy metals using the purification device 110 will be described.

まず、被汚染物供給手段111を介して、土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物などの重金属類で汚染されている被汚染物をスラリー形成槽110に供給する。このとき、被汚染物が非飽和状態、すなわち被汚染物の空隙が水で飽和されていない場合には、水供給手段115及び/又は循環液供給手段(図示せず)を介して、適量の水を供給して、飽和状態とする。スラリー形成槽110内に供給された被汚染物、及び場合によっては水及び/又は循環液を撹拌混合してスラリーを形成させる。pH計116によって、スラリーのpHを測定しながら、酸又はアルカリ性物質供給手段112を介して、酸性物質又はアルカリ性物質を供給し、スラリーのpHを3以下又は12以上となるように調整する。スラリーの酸化還元電位を測定しながら、耐腐食性カソード113Cの酸化還元電位が水素標準電極113Bに対して-0.16V以下となるように調整する。   First, the contaminated material contaminated with heavy metals such as soil, sludge, sludge, incineration ash, and deposits is supplied to the slurry forming tank 110 through the contaminated material supplying means 111. At this time, if the contaminated material is not saturated, that is, the void of the contaminated material is not saturated with water, an appropriate amount of water is supplied via the water supply means 115 and / or the circulating fluid supply means (not shown). Supply water to saturation. The contaminated material supplied into the slurry forming tank 110 and, in some cases, water and / or circulating liquid are stirred and mixed to form a slurry. While measuring the pH of the slurry by the pH meter 116, an acidic substance or alkaline substance is supplied via the acid or alkaline substance supply means 112, and the pH of the slurry is adjusted to 3 or less or 12 or more. While measuring the oxidation-reduction potential of the slurry, the oxidation-reduction potential of the corrosion-resistant cathode 113C is adjusted to be −0.16 V or less with respect to the hydrogen standard electrode 113B.

得られたスラリーは、循環ポンプ119の作動によって、スラリー形成槽110内を上昇流として流れ、スラリー形成槽110上部のスラリー抜き出し口117を介して抜き出され、スラリー導入口118を介して再びスラリー形成槽110に導入され、再び上昇流として流れる。スラリーの上昇流の速度は、循環ポンプ119の調整により行う。   The obtained slurry flows as an upward flow in the slurry formation tank 110 by the operation of the circulation pump 119, is extracted through the slurry extraction port 117 above the slurry formation tank 110, and is again slurried through the slurry introduction port 118. It is introduced into the forming tank 110 and flows again as an upward flow. The speed of the upward flow of the slurry is adjusted by adjusting the circulation pump 119.

上昇流としてスラリー形成槽110内を流動するスラリー中では、還元的雰囲気及び強酸性もしくは強アルカリ性雰囲気が維持され、被汚染物から重金属類が溶出し、耐腐食性カソード113C表面に電解析出するようになる。このとき、カソード電極電位が低いほど、電解析出反応速度が上昇するが、低すぎると(例えば、鉛の場合には-0.6V以下)電解析出した重金属類は緻密な被膜を形成できず、被膜が剥離しやすくなるので、カソード電極電位を適正な範囲に調整する。   In the slurry flowing in the slurry forming tank 110 as an upward flow, a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere are maintained, and heavy metals are eluted from the contaminated substances and electrolytically deposited on the surface of the corrosion-resistant cathode 113C. It becomes like this. At this time, the electrodeposition reaction rate increases as the cathode electrode potential is lower. However, if it is too low (for example, -0.6 V or less in the case of lead), the heavy metals that are electrodeposited cannot form a dense film. Since the coating is easily peeled off, the cathode electrode potential is adjusted to an appropriate range.

スラリーを上昇流としてスラリー形成槽110内を流動させることで、スラリー形成槽110下部に粒径の大きな固体が存在し、上部に粒径の小さな固体が流動するようになる。こうして、スラリー形成槽110内上方位置に位置づけられている耐腐食性カソード113C近辺には粒径の小さな固体を含むスラリーが流れ、カソード表面113Cに対する粒径の大きな固体による剪断力が排除される。よって、カソード113C表面に電解析出した重金属類は、スラリー、特にスラリー中の大きな粒径の固体による剪断力の影響を受けずに、良好に堆積され得る。   By causing the slurry to flow in the slurry forming tank 110 as an upward flow, a solid having a large particle size exists in the lower part of the slurry forming tank 110 and a solid having a small particle diameter flows in the upper part. Thus, the slurry containing the solid having a small particle size flows in the vicinity of the corrosion-resistant cathode 113C positioned at the upper position in the slurry forming tank 110, and the shearing force due to the solid having a large particle size on the cathode surface 113C is eliminated. Therefore, the heavy metals electrolytically deposited on the surface of the cathode 113C can be deposited well without being affected by the shearing force due to the slurry, particularly the large particle size solid in the slurry.

電流値の観測により、負方向の電流値が低下したことでスラリー形成槽110内での処理が完了したことを確認したら、スラリーポンプ123を作動させて、処理済スラリー抜き出し口122より処理済みのスラリーを抜き出し、固液分離装置120に圧送する。固液分離装置120にて、処理済みのスラリーを水溶液と浄化脱水固体(土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物由来の固体脱水物など)とに分離する。分離された固体分は、重金属類で汚染されていない土壌、汚泥、ヘドロ又は焼却灰として処理してもよい。分離された水溶液は、循環液としてスラリー形成槽110に再循環させて再利用するか、もしくは余剰液として系外に排出してもよい。   When it is confirmed by the observation of the current value that the processing in the slurry forming tank 110 has been completed due to the decrease in the current value in the negative direction, the slurry pump 123 is operated, and the treated slurry is extracted from the treated slurry extraction port 122. The slurry is extracted and pumped to the solid-liquid separator 120. The treated slurry is separated into an aqueous solution and purified dehydrated solids (soil, sludge, sludge, incineration ash, sediment-derived solid dehydrates, etc.) by the solid-liquid separator 120. You may process the isolate | separated solid content as soil, sludge, sludge, or incineration ash which is not polluted with heavy metals. The separated aqueous solution may be recycled to the slurry forming tank 110 as a circulating liquid and reused, or may be discharged out of the system as a surplus liquid.

カソード113C表面に電解析出した重金属類の後処理は、図3の装置について説明したように行うことができる。   The post-treatment of heavy metals electrolytically deposited on the surface of the cathode 113C can be performed as described for the apparatus of FIG.

図5は、電解溶出と電解析出反応を利用して鉛、カドミウムなどを除去回収する本発明の好ましい第五の実施形態を示す概略説明図である。図5に示す浄化装置100Aは、重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段22と、酸又はアルカリを供給する酸又はアルカリ供給手段24と、還元的雰囲気を提供する還元的雰囲気提供手段と、を具備する浄化反応槽2を具備する。浄化反応槽2は、この例では上流側のスラリー形成部2aと下流側の分離部2bから構成され、この例ではスラリー形成部2aは横断面が円形の槽であり、分離部2bはこれより幅狭の長方形の槽である。還元的雰囲気提供手段は、分離部2b内に配置された第1のアノードA-1と第2のアノードA-2、スラリー形成部2aに配置された溶出用カソード制御用参照電極B-1及び一対の溶出用カソードC-1a,C-1b、及び第1のアノードA-1と溶出用カソードC-1a,C-1bの間に配置された析出用カソード制御用参照電極B-2及び析出用カソードC-2からなる。溶出用カソードC-1a,C-1bと第2のアノードA-2の間に溶出用電位を加える第1の電源装置と、析出用カソードC-2と第1のアノードA-1の間に析出用電位を加える第2の電源装置が設けられている。   FIG. 5 is a schematic explanatory diagram showing a fifth preferred embodiment of the present invention in which lead, cadmium, and the like are removed and recovered using electrolytic elution and electrolytic deposition reaction. A purification apparatus 100A shown in FIG. 5 includes a contaminated material supply means 22 for supplying a contaminated material containing heavy metals, an acid or alkali supply means 24 for supplying an acid or an alkali, and a reducing atmosphere that provides a reducing atmosphere. And a purification reaction tank 2 comprising a providing means. In this example, the purification reaction tank 2 is composed of an upstream slurry forming part 2a and a downstream separating part 2b.In this example, the slurry forming part 2a is a tank having a circular cross section, and the separating part 2b is A narrow rectangular tank. The reducing atmosphere providing means includes a first anode A-1 and a second anode A-2 arranged in the separation unit 2b, an elution cathode control reference electrode B-1 arranged in the slurry forming unit 2a, and A pair of elution cathodes C-1a and C-1b, a deposition cathode control reference electrode B-2 and a deposition disposed between the first anode A-1 and the elution cathodes C-1a and C-1b Cathode C-2. A first power supply device for applying an elution potential between the elution cathodes C-1a, C-1b and the second anode A-2, and between the deposition cathode C-2 and the first anode A-1. A second power supply device for applying a deposition potential is provided.

参照電極B-1及びB-2は、それぞれ制御する電極付近に配置されている。スラリー形成部2aには、内部のスラリーを均一にするための装置として例えば撹拌器等を備えることが望ましい。さらに、水を供給するための水供給手段26及び固液分離後の処理水を再利用するための循環液供給手段40aを設けてもよい。浄化反応槽2には、スラリーのpHを測定するためのpH計用電極28を挿入する。浄化反応槽2において形成されたスラリーを固液分離するための固液分離装置3及びスラリー搬送用のスラリーポンプ34が配備されていてもよい。アノード側で発生する酸化的雰囲気によってカソード側還元雰囲気が損なわれることがないように、例えば、カソードとアノードとの距離を離したり、カソード側からアノード側への水流を存在させたり、又は多孔壁又は隔膜Mを設けたりしてもよい。また、この例では、分離部2bからスラリー形成部2aに液を戻す循環ポンプが設けられている。   Reference electrodes B-1 and B-2 are arranged in the vicinity of the electrodes to be controlled. The slurry forming unit 2a is preferably provided with, for example, a stirrer as a device for making the slurry inside the slurry uniform. Furthermore, a water supply means 26 for supplying water and a circulating liquid supply means 40a for reusing the treated water after solid-liquid separation may be provided. A pH meter electrode 28 for measuring the pH of the slurry is inserted into the purification reaction tank 2. A solid-liquid separation device 3 for solid-liquid separation of the slurry formed in the purification reaction tank 2 and a slurry pump 34 for slurry conveyance may be provided. In order not to impair the cathode-side reducing atmosphere due to the oxidative atmosphere generated on the anode side, for example, the cathode and the anode are separated from each other, the water flow from the cathode side to the anode side is present, or the porous wall Alternatively, a diaphragm M may be provided. In this example, a circulation pump for returning the liquid from the separation unit 2b to the slurry formation unit 2a is provided.

この浄化装置100Aを用いて、重金属類で汚染されている被汚染物を浄化する方法を説明する。まず、被汚染物供給手段22を介して、土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物などの重金属類で汚染されている被汚染物を浄化反応槽2に供給する。このとき、被汚染物が非飽和状態、すなわち被汚染物の空隙が水で飽和してない場合には、水供給手段26又は循環液供給手段40bを介して適量の水を供給して、飽和状態とする。   A method for purifying a contaminated object contaminated with heavy metals using the purification device 100A will be described. First, the contaminated material contaminated with heavy metals such as soil, sludge, sludge, incineration ash, and deposits is supplied to the purification reaction tank 2 through the contaminated material supply means 22. At this time, if the contaminated material is in an unsaturated state, that is, if the void of the contaminated material is not saturated with water, an appropriate amount of water is supplied via the water supply means 26 or the circulating fluid supply means 40b and saturated. State.

浄化反応槽2のスラリー形成部2a内で、供給された被汚染物、及び場合によっては水及び/又は循環液を撹拌して、スラリー状にする。pH計用電極28を用いてスラリーのpHを測定しながら、酸又はアルカリ供給手段24を介して酸もしくはアルカリを添加し、スラリーのpHを3以下又は12以上となるように調整する。スラリーの酸化還元電位を測定しながら、溶出用カソードC-1a,C-1b及び析出用カソードC-2の酸化還元電位が水素標準電極に対して-0.16V以下となるように調整する。   In the slurry forming section 2a of the purification reaction tank 2, the supplied contaminants and, in some cases, water and / or circulating liquid are stirred to form a slurry. While measuring the pH of the slurry using the pH meter electrode 28, acid or alkali is added via the acid or alkali supply means 24, and the pH of the slurry is adjusted to 3 or less or 12 or more. While measuring the oxidation-reduction potential of the slurry, the oxidation-reduction potentials of the elution cathodes C-1a, C-1b and the deposition cathode C-2 are adjusted to be −0.16 V or less with respect to the hydrogen standard electrode.

この状態で、スラリー中では、被汚染物から重金属類が溶出し、次いで析出用カソードC-2表面に電解析出するようになる。この時、低い電位であるほど電解析出反応速度は上昇するが、電位が低すぎると(例えば鉛の場合-0.6V程度以下であると)電解析出時に重金属類が緻密な被膜を形成せず、いったん形成した被膜が剥離しやすくなるので、汚染物や装置の条件に応じて適当な電位を選定すべきである。   In this state, in the slurry, heavy metals are eluted from the contaminated material and then electrolytically deposited on the surface of the deposition cathode C-2. At this time, the electrodeposition reaction rate increases as the electric potential becomes lower. However, if the electric potential is too low (for example, about -0.6 V or less in the case of lead), heavy metals form a dense film during the electrodeposition. First, since the coating once formed is easily peeled off, an appropriate potential should be selected according to the contaminants and the conditions of the apparatus.

次に、スラリーポンプ34を用いて、スラリーを固液分離機3に圧送し、水溶液と、浄化脱水固体(土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物由来の固体脱水物など)とに分離させる。分離された固体分は、重金属類で汚染されていない土壌、汚泥、ヘドロ又は焼却灰などとして、処理することができる。分離された水溶液は、循環液として再利用されるか、余剰液として排水される。   Next, the slurry is pumped to the solid-liquid separator 3 using the slurry pump 34, and separated into an aqueous solution and purified dehydrated solids (soil, sludge, sludge, incinerated ash, sediment-derived solid dehydrates, etc.). . The separated solid content can be treated as soil, sludge, sludge, incinerated ash, or the like that is not contaminated with heavy metals. The separated aqueous solution is reused as a circulating liquid or drained as an excess liquid.

また、析出用カソードC-2表面に電解析出した重金属類は、通常は電極を交換するか、または電極を一時的に取り出して酸洗浄することにより系外に取り出される。また、析出用カソードC-2の再生方法として、一時的に析出用カソード電位を例えば、-0.1V程度に上昇させることにより、析出用カソードC-2表面から溶離して重金属類濃縮液として回収される。これを、重金属類汚染物として廃棄するか、又は重金属類原料として再利用することができる。この時、析出用カソードC-2に過剰に高い電位を印加すると(例えば銅電極の場合0.0V程度)析出用カソードC-2の材料そのものが溶解するので、析出用カソード素材の溶解しない範囲で析出用カソードC-2の再生のための電位を設定するか、あるいは高い電位を与える時間を短時間になるように制御することが望ましい。なお、析出用カソードC-2を一対設けておき、一方を交互に取り出すようにすれば、装置稼動を継続的に行うことができる。   The heavy metals electrolytically deposited on the surface of the deposition cathode C-2 are usually taken out of the system by exchanging the electrodes or by temporarily taking out the electrodes and washing them with an acid. Also, as a method for regenerating the deposition cathode C-2, the cathode potential for deposition is temporarily raised to, for example, about -0.1 V, and eluted from the surface of the deposition cathode C-2 and recovered as a heavy metal concentrate. Is done. This can be discarded as heavy metal contaminants or reused as a heavy metal source. At this time, if an excessively high potential is applied to the deposition cathode C-2 (for example, about 0.0 V in the case of a copper electrode), the material of the deposition cathode C-2 itself dissolves, so that the deposition cathode material does not dissolve. It is desirable to set the potential for regeneration of the deposition cathode C-2 or to control the time for applying a high potential to be short. If a pair of deposition cathodes C-2 are provided and one of them is taken out alternately, the apparatus can be operated continuously.

なお、図5に示す実施形態においては、反応槽2を断面円形のスラリー形成層2a及び断面矩形のスラリー分離槽2bから構成し、スラリー形成層2a中央部に撹拌機を配置して、被汚染物供給手段22、酸又はアルカリ供給手段24及び水供給手段26をスラリー分離槽2bへの入口と径方向に対向する位置に設けている。このため、スラリー形成層2a内に供給された被汚染物、酸又はアルカリ性物質、水は撹拌されて周方向に回転すると共にスラリー分離槽2b方向に押し流される。したがって2b部における押し出し流れ速度を循環ポンプを制御することにより前記周方向の回転速度よりも遅くなるようにすれば、2a部における溶出用カソードとの接触、溶出効率を維持しつつ2b部における析出用カソードへの剪断力を抑制できる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the reaction tank 2 is composed of a slurry forming layer 2a having a circular cross section and a slurry separating tank 2b having a rectangular cross section, and a stirrer is disposed in the center of the slurry forming layer 2a to cause contamination. The material supply means 22, the acid or alkali supply means 24, and the water supply means 26 are provided at positions facing the inlet to the slurry separation tank 2b in the radial direction. For this reason, the contaminated material, acid or alkaline substance, and water supplied into the slurry forming layer 2a are stirred and rotated in the circumferential direction and are pushed away in the direction of the slurry separation tank 2b. Therefore, if the flow rate of extrusion in part 2b is made slower than the rotational speed in the circumferential direction by controlling the circulation pump, contact with the elution cathode in part 2a, precipitation in part 2b is maintained while maintaining elution efficiency. The shearing force to the cathode can be suppressed.

図7は、電解溶出と電解析出反応を利用して重金属を除去回収する本発明の好ましい第六の実施形態を示す概略説明図である。図7に示す反応槽2は、重金属類を含む固体状または液体状の被汚染物を供給するスラリー状または液体状の被汚染物供給手段22と、酸又はアルカリを供給する酸又はアルカリ供給手段24と、反応槽2中にあってスラリーまたは液体と接触している耐腐食性カソードCと、反応槽2中に配置した底部の閉じた円筒形、箱状または袋状の隔膜ユニットMと、隔膜ユニットMの内部に配置されるアノードAと、耐腐食性カソードCに還元電位を提供する還元電位提供手段を含む固体状または液体状の被汚染物の浄化装置である。反応槽2には、内部の反応液を均一にするための装置としてガス散気装置8のようなものを備えることが望ましい。さらに、水を供給するための水供給手段26及び固液分離後の処理水を再利用するための循環液供給手段(スラリー搬送ライン32、スラリーポンプ34、固液分離装置3、循環液搬送ライン40)が設けられていてもよい。   FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a sixth preferred embodiment of the present invention in which heavy metals are removed and recovered using electrolytic elution and electrolytic deposition reaction. The reaction tank 2 shown in FIG. 7 includes a slurry or liquid contaminant supply means 22 for supplying solid or liquid contaminants containing heavy metals, and an acid or alkali supply means for supplying acid or alkali. 24, a corrosion-resistant cathode C that is in contact with the slurry or liquid in the reaction tank 2, and a closed cylindrical, box-shaped or bag-shaped diaphragm unit M disposed in the reaction tank 2, This is a solid or liquid contamination purification apparatus including an anode A disposed inside the diaphragm unit M and a reduction potential providing means for providing a reduction potential to the corrosion-resistant cathode C. The reaction tank 2 is desirably provided with a device such as a gas diffuser 8 as a device for uniformizing the reaction solution inside. Furthermore, a water supply means 26 for supplying water and a circulating liquid supply means for reusing the treated water after solid-liquid separation (slurry transport line 32, slurry pump 34, solid-liquid separation device 3, circulating liquid transport line 40) may be provided.

この反応槽2を用いて、重金属類で汚染されている固体状または液体状の被汚染物を浄化する方法を説明する。まず、固体状または液体状の被汚染物供給手段22を介して、土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物、工業用排水、表流水、地下水、海水などの重金属類で汚染されている固体状または液体状の被汚染物を反応槽2に供給する。このとき、固体状または液体状の被汚染物が非飽和状態、すなわち固体状の被汚染物の空隙が水で飽和してない場合には、水供給手段26又は循環液供給手段(32,34,3,40)を介して適量の水を供給して、飽和状態とする。反応槽2内で、供給された固体状または液体状の被汚染物、及び場合によっては水及び/又は循環液を撹拌して、スラリーまたは溶液状にする。pH計(図示せず)を用いて、スラリーのpHを測定しながら、酸又はアルカリ供給手段24を介して酸もしくはアルカリを添加してスラリーのpHを3以下又は12以上となるように調整する。還元電位提供手段を用いて、カソードCの電位が水素標準電極に対して-0.16V以下、または電流密度が+0.01〜+10A/L反応容器となるように還元電位を印加する。最適なカソード電位または電流密度は汚染物の濃度や電極面積、装置の形状によって大きく変化するので、条件に応じて適切な印加電位を選定する。   A method for purifying a solid or liquid contaminated object contaminated with heavy metals using the reaction vessel 2 will be described. First, solids contaminated with heavy metals such as soil, sludge, sludge, incineration ash, sediment, industrial wastewater, surface water, groundwater, seawater, etc. A liquid or liquid contaminant is supplied to the reaction tank 2. At this time, when the solid or liquid contaminated object is in an unsaturated state, that is, when the void of the solid contaminated object is not saturated with water, the water supply means 26 or the circulating fluid supply means (32, 34) , 3,40) to supply an appropriate amount of water to achieve saturation. In the reaction tank 2, the supplied solid or liquid contaminated material, and, in some cases, water and / or circulating liquid are stirred to form a slurry or a solution. While measuring the pH of the slurry using a pH meter (not shown), acid or alkali is added via the acid or alkali supply means 24 to adjust the pH of the slurry to 3 or less or 12 or more. . Using the reduction potential providing means, the reduction potential is applied so that the potential of the cathode C is −0.16 V or less with respect to the hydrogen standard electrode, or the current density is +0.01 to +10 A / L reaction vessel. The optimum cathode potential or current density varies greatly depending on the concentration of contaminants, the electrode area, and the shape of the apparatus. Therefore, an appropriate applied potential is selected according to the conditions.

電解溶出、析出反応終了後、スラリーポンプ34を用いて、スラリーを固液分離機3に圧送し、水溶液と、浄化脱水固体(土壌、汚泥、ヘドロ、焼却灰、堆積物由来の固体脱水物など)と、に分離させる。被汚染物質が液体である場合は固液分離工程は必要ない。分離された固体分は、重金属類で汚染されていない土壌、汚泥、ヘドロ又は焼却灰などとして、処理することができる。分離された水溶液は、循環液として再利用されるか、余剰液として排水される。析出用カソードC表面に電解析出した重金属類は、電極を交換することにより系外に取り出されるか、または析出用カソードCの再生方法として一時的に析出用カソード電位を例えば-0.1V程度に上昇させることにより析出用カソードC表面から溶離して重金属類濃縮液として回収され、重金属類汚染物として廃棄するか、又は重金属類原料として再利用することができる。この時、あまりにも高い電位を印加すると(例えば銅電極の場合0.0V程度)析出用カソードの素材そのものが溶解するので、析出用カソード素材の溶解しない範囲で析出用カソードの再生のための電位を設定するか、あるいは高い電位を与える時間を短時間に管理することが望ましい。   After the completion of the electrolytic elution and precipitation reaction, the slurry is pumped to the solid-liquid separator 3 using the slurry pump 34, and the aqueous solution and the purified dehydrated solid (soil, sludge, sludge, incinerated ash, sediment-derived solid dehydrate, etc. And). When the contaminated material is a liquid, a solid-liquid separation step is not necessary. The separated solid content can be treated as soil, sludge, sludge, incinerated ash, or the like that is not contaminated with heavy metals. The separated aqueous solution is reused as a circulating liquid or drained as an excess liquid. Heavy metals electrolytically deposited on the surface of the deposition cathode C are taken out of the system by exchanging the electrodes, or as a method for regenerating the deposition cathode C, the deposition cathode potential is temporarily reduced to, for example, about -0.1V. By elevating it, it elutes from the surface of the cathode C for precipitation and is recovered as a heavy metal concentrate and can be discarded as a heavy metal contaminant or reused as a heavy metal raw material. At this time, if a too high potential is applied (for example, about 0.0 V in the case of a copper electrode), the deposition cathode material itself is dissolved, so that the potential for regeneration of the deposition cathode is set within a range where the deposition cathode material does not dissolve. It is desirable to set or manage the time for applying a high potential in a short time.

ウラン汚染土壌を本発明の浄化装置で電解析出除去する方法を具体的に述べると以下のようになる。図1に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設ける。カソード区域に、難水溶性のウラン汚染土壌100gと、水道水800mLと、20%塩酸90mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で700rpmの速度で撹拌する。ニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソードをカソード区域内に挿入し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続する。アノード区域には、水道水810mLと、47%硫酸90mLと、を添加し、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードを挿入する。参照電極をカソード区域に挿入し、カソード電極電位が水素標準電極電位に対して-1.5Vとなるように、ポテンショスタットを調節する。カソード電極電位が-1.5Vに達してから60分間運転することにより、ウラン汚染土壌中から金属ウランを回収する。ウランは放射能を持つため、作業は遠隔操作または放射線防護服、防護壁を用いて被爆量に注意しつつ行う。   The method for electrolytic deposition removal of uranium contaminated soil by the purification apparatus of the present invention will be specifically described as follows. As shown in FIG. 1, a cation exchange membrane (Tokuyama NEOSEPTA CMB) is installed in the center of a 2000 mL plexiglass reactor, and the reactor is divided into two parts to provide a cathode zone and an anode zone. 100 g of poorly water-soluble uranium-contaminated soil, 800 mL of tap water, and 90 mL of 20% hydrochloric acid are added to the cathode zone, and the mixture is stirred with a Teflon (registered trademark) stirring blade at a speed of 700 rpm. A nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) wire mesh corrosion-resistant cathode is inserted into the cathode section and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply). In the anode zone, 810 mL of tap water and 90 mL of 47% sulfuric acid are added, and an anode made of ruthenium oxide-coated titanium is inserted. A reference electrode is inserted into the cathode section and the potentiostat is adjusted so that the cathode electrode potential is -1.5 V with respect to the hydrogen standard electrode potential. Metal uranium is recovered from uranium contaminated soil by operating for 60 minutes after the cathode potential reaches -1.5V. Since uranium has radioactivity, work should be done while paying attention to the amount of exposure using remote control or radiation protective clothing and protective walls.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例において用いた被検物は、各種工場敷地内から採取した土壌に、重金属類を配合して、所定濃度の重金属類含有土壌を調製したものである。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. The specimens used in the following examples are prepared by mixing heavy metals with soil collected from various factory sites to prepare heavy metal-containing soil with a predetermined concentration.

[実施例1]鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図1に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。
[Example 1] Electrolytic precipitation removal test of lead-contaminated soil As shown in Fig. 1, a cation exchange membrane (Tokuyama NEOSEPTA CMB) was installed in the center of a 2000 mL plexiglass reactor, and the reactor was divided into two parts. A cathode zone and an anode zone.

カソード区域に、難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度300mg/kg乾土;採取場所:A機械工場)100gと、水道水800mLと、20%塩酸90mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で700rpmの速度で撹拌し、被験系とした。   In the cathode area, add 100 g of poorly water-soluble lead-contaminated soil (lead-containing concentration 300 mg / kg dry soil; sampling location: A machine factory), 800 mL of tap water, and 90 mL of 20% hydrochloric acid, and Teflon (registered trademark) ) The test system was stirred with a stirring blade made at a speed of 700 rpm.

ニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソードをカソード区域内に挿入し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。   A corrosion-resistant cathode of a nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) wire mesh was inserted into the cathode section and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply).

アノード区域には、水道水810mLと、47%硫酸90mLと、を添加し、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードを挿入した。   In the anode area, 810 mL of tap water and 90 mL of 47% sulfuric acid were added, and an anode made of ruthenium oxide-coated titanium was inserted.

参照電極をカソード区域に挿入し、カソード電極電位が水素標準電極電位に対して-0.55Vとなるように、ポテンショスタットを調節した。カソード電極電位が-0.55Vに達してから20分間運転した後、リアクター内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。反応時間中、カソード区域のスラリーのpHは、1.0以下に維持した。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法を用いて測定した。同じ実験装置を用いて、カソード電極電位を水素標準電極電位に対して0.0Vとなるように設定した対照系についても、同様に吸引濾過、固液分離を行い、濾液中及び濾過後の土壌中の鉛濃度を測定した。結果を表1に示す。   A reference electrode was inserted into the cathode area and the potentiostat was adjusted so that the cathode electrode potential was -0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode potential. After 20 minutes of operation after the cathode electrode potential reached −0.55 V, the slurry in the reactor was subjected to suction filtration using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the cathode zone slurry was maintained below 1.0. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration in the soil after filtration were measured using an atomic absorption method. Using the same experimental apparatus, the suction system and solid-liquid separation were similarly performed on the control system in which the cathode electrode potential was set to 0.0 V with respect to the hydrogen standard electrode potential. The lead concentration of was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0005235276
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表1より、重金属類固体状汚染物を含むスラリーを強酸性雰囲気及び還元的雰囲気を維持することで、土壌に付着していた難溶性の鉛のうち96%がカソード電極に付着して、土壌及び間隙水より除去されたことがわかる。   From Table 1, by maintaining the slurry containing heavy metal solid contaminants in a strongly acidic atmosphere and a reducing atmosphere, 96% of the poorly soluble lead adhering to the soil adheres to the cathode electrode. It can be seen that the water was removed from the pore water.

[実施例2]水銀汚染堆積物の電極還元洗浄試験
図2に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマ製NEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。
[Example 2] Electrode reduction cleaning test of mercury-contaminated sediment As shown in FIG. 2, a cation exchange membrane (NEOSEPTA CMB made by Tokuyama) was installed in the center of a 2000 mL plexiglass reactor, and the reactor was separated for 2 minutes. And provided with a cathode zone and an anode zone.

カソード区域に、難水溶性の水銀汚染堆積物(総水銀含有濃度130mg/kg乾土;採取場所:B薬品工場)100gと、水道水800mLと、20%塩酸90mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で700rpmの速度で撹拌し、窒素ガスの散気管を挿入して、10mL/minの速度でカソード区域を窒素曝気し、被験系とした。   To the cathode area, add 100 g of poorly water-soluble mercury contaminated sediment (total mercury content concentration 130 mg / kg dry soil; sampling location: B Chemical Factory), 800 mL of tap water, and 90 mL of 20% hydrochloric acid, and add Teflon ( The mixture was agitated with a stirring blade manufactured by (registered trademark) at a speed of 700 rpm, a nitrogen gas diffusing tube was inserted, and the cathode area was aerated with nitrogen at a rate of 10 mL / min to prepare a test system.

鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により10μm厚にメッキした銅製金網の耐腐食性カソードを被験系内に挿入し、ポテンショスタットを介してアノードと接続させた。カソード区域から排出されるガスを捕集するために、過マンガン酸カリウム(50g/L)を含む1:4硫酸100mLを入れたガス洗浄瓶をリアクターに接続させた。   A copper wire mesh corrosion-resistant cathode plated to a thickness of 10 μm with a lead-tin alloy (lead / tin = 60/40) was inserted into the test system and connected to the anode via a potentiostat. In order to collect the gas discharged from the cathode section, a gas washing bottle containing 100 mL of 1: 4 sulfuric acid containing potassium permanganate (50 g / L) was connected to the reactor.

アノード区域には、水道水810mLと、47%硫酸90mLと、を添加し、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードを挿入した。   In the anode area, 810 mL of tap water and 90 mL of 47% sulfuric acid were added, and an anode made of ruthenium oxide-coated titanium was inserted.

参照電極をカソード区域に挿入し、カソード電極電位を標準水素電極電位に対して-0.66Vとなるように、ポテンショスタットを調節した。カソード電極電位が-0.66Vに達してから20分間運転させた後、リアクター内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。カソード区域のpHは、1.0以下に維持した。リアクターからのガスを重金属トラップとしてのガス洗浄瓶に捕集させた。吸引濾過後、濾液中の総水銀濃度及び濾過後の堆積物中の水銀含有濃度を加熱気化原子吸光法用いて測定し、ガス洗浄瓶中に捕集された水銀濃度を原子吸光法を用いて測定した。   The reference electrode was inserted into the cathode section, and the potentiostat was adjusted so that the cathode electrode potential was −0.66 V with respect to the standard hydrogen electrode potential. After the cathode potential reached −0.66 V, the operation was continued for 20 minutes, and the slurry in the reactor was suction filtered using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. The pH of the cathode zone was maintained below 1.0. The gas from the reactor was collected in a gas wash bottle as a heavy metal trap. After suction filtration, measure the total mercury concentration in the filtrate and the mercury-containing concentration in the sediment after filtration using the heated vaporization atomic absorption method, and the mercury concentration collected in the gas wash bottle using the atomic absorption method. It was measured.

同じ実験装置を用いてカソード電極電位を水素標準電極電位に対して+0.2Vとなるように設定した対照系についても、同様に吸引濾過し、固液分離した後、濾液、濾過後の堆積物及びガス洗浄瓶中の水銀濃度を測定した。結果を表2に示す。   For the control system in which the cathode potential was set to +0.2 V with respect to the hydrogen standard electrode potential using the same experimental apparatus, suction filtration and solid-liquid separation were performed in the same manner, and then the filtrate and the filtered sediment And the mercury concentration in the gas washing bottle was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0005235276
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表2より、堆積物に付着していた難溶性の水銀のうち99%が、酸性条件下で還元電位を印加することにより、堆積物及び間隙水中より除去されることがわかる。   From Table 2, it can be seen that 99% of the hardly soluble mercury adhering to the deposit is removed from the deposit and the pore water by applying a reduction potential under acidic conditions.

[実施例3]飛灰中の鉛の電解析出除去試験
図1に示すように、2000mL容プレキシグラス製リアクターの中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、リアクターを2分し、カソード区域及びアノード区域を設けた。カソード区域に、ごみ焼却飛灰をさらにプラズマで溶融した際に生じる溶融飛灰(鉛含有濃度36g/kg;採取場所:Dごみ焼却溶融炉)100gと、水道水640mLと、20%塩酸250mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で700rpmの速度で撹拌し、被験系とした。鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により0.5mm厚に溶融浸漬した銅製エキスパンドメタルの耐腐食性カソードを被験系内に挿入し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。アノード区域には、水道水810mLと、47%硫酸90mLと、を添加し、酸化ルテニウム被覆チタン製のアノードを挿入した。
[Example 3] Electrodeposition removal test of lead in fly ash As shown in FIG. 1, a cation exchange membrane (Tokuyama NEOSEPTA CMB) was installed in the center of a 2000 mL plexiglass reactor. To provide a cathode zone and an anode zone. In the cathode area, 100 g of molten fly ash (lead-containing concentration: 36 g / kg; sampling location: D waste incineration melting furnace) that is generated when waste incineration fly ash is further melted with plasma, 640 mL of tap water, and 250 mL of 20% hydrochloric acid , And stirred with a Teflon (registered trademark) stirring blade at a speed of 700 rpm to prepare a test system. A copper expanded metal corrosion-resistant cathode melted and immersed to a thickness of 0.5 mm with a lead-tin alloy (lead / tin = 60/40) was inserted into the test system, and the anode was connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply). Connected. In the anode area, 810 mL of tap water and 90 mL of 47% sulfuric acid were added, and an anode made of ruthenium oxide-coated titanium was inserted.

参照電極をカソード区域に挿入し、カソード電極電位が水素標準電極電位に対して-0.55Vとなるように、ポテンショスタットを調節した。カソード電極電位が-0.55Vに達してから60分間運転した後、リアクター内のスラリーを遠心分離し、固液分離を行った。反応時間中、カソード区域のスラリーのpHは、1.0以下に維持した。   A reference electrode was inserted into the cathode area and the potentiostat was adjusted so that the cathode electrode potential was -0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode potential. After the cathode potential reached −0.55 V, the operation was performed for 60 minutes, and then the slurry in the reactor was centrifuged to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the cathode zone slurry was maintained below 1.0.

遠心分離後、液相中の鉛濃度と土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法を用いて測定した。   After centrifugation, the lead concentration in the liquid phase and the lead-containing concentration in the soil were measured using the atomic absorption method.

同じ実験装置を用いて、カソード電極電位を水素標準電極電位に対して-0.1Vとなるように設定した対照系についても60分間運転を行い、同様に遠心分離を行い、液相中及び土壌中の鉛濃度を測定した。結果を表3に示す。   Using the same experimental apparatus, the control system in which the cathode electrode potential was set to −0.1 V with respect to the hydrogen standard electrode potential was also operated for 60 minutes, and centrifuged in the same manner in the liquid phase and in the soil. The lead concentration of was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 0005235276
Figure 0005235276

表3より、被験系においては、重金属類汚染飛灰を含むスラリーを強酸性雰囲気及び還元的雰囲気(水素標準電極に対して-0.55V)を維持することで、飛灰中の鉛のうち99%がカソード電極に付着して、固相及び液相より除去されたことがわかる。   From Table 3, in the test system, the slurry containing heavy metal-contaminated fly ash is maintained in a strongly acidic atmosphere and a reducing atmosphere (-0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode), so that 99 of the lead in the fly ash It can be seen that% was attached to the cathode electrode and removed from the solid phase and the liquid phase.

[実施例4]鉛汚染土壌の電解析出除去試験
実施例1と同様の条件下で、カソード電位を-0.25Vに設定して20分間運転した時の鉛除去試験結果を表4に示す。
[Example 4] Electrolytic precipitation removal test of lead-contaminated soil Table 4 shows the results of the lead removal test when the cathode potential was set to -0.25 V and operated for 20 minutes under the same conditions as in Example 1.

Figure 0005235276
Figure 0005235276

[実施例5]鉛汚染土壌の電解析出除去試験 [Example 5] Electrolytic precipitation removal test of lead-contaminated soil

図3に示すように、2000mL容アクリル製容器をスラリー形成槽として用いた。スラリー形成槽のほぼ中央部に、陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を設置して、槽を2分し、それぞれカソード区域及びアノード区域とした。   As shown in FIG. 3, a 2000 mL acrylic container was used as a slurry formation tank. A cation exchange membrane (Tokuyama NEOSEPTA CMB) was installed at approximately the center of the slurry forming tank, and the tank was divided into two parts, which were a cathode zone and an anode zone, respectively.

カソード区域に、難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:E自動車工場)100gと、水道水800mLと、1:1塩酸50mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌し、被験系とした。   In the cathode area, add 100 g of poorly water-soluble lead-contaminated soil (lead-containing concentration 5000 mg / kg dry soil; sampling location: E car factory), 800 mL of tap water, and 50 mL of 1: 1 hydrochloric acid, and add Teflon (registered) The mixture was stirred at a speed of 500 rpm with a stirring blade manufactured by Trademark) to obtain a test system.

ニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソードを被験系内に挿入し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。カソード近傍に、ナイロン製のメッシュ(目の大きさ1.0mm)で構成される保護部材で隔壁を形成し、耐腐食性カソード表面にスラリー中大きな粒径の固体による剪断力が作用しないようにした。   A corrosion-resistant cathode of a nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) wire mesh was inserted into the test system and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply). In the vicinity of the cathode, a partition wall was formed with a protective member made of nylon mesh (mesh size 1.0 mm) to prevent the shearing force due to the large particle size solid in the slurry from acting on the corrosion-resistant cathode surface. .

アノード区域には、水道水800mLと、47%塩酸90mLと、を添加し、グラファイト製のアノードを挿入した。   In the anode zone, 800 mL of tap water and 90 mL of 47% hydrochloric acid were added, and a graphite anode was inserted.

参照電極をカソード区域に挿入し、カソード電極電位が水素標準電極電位に対して-0.55Vとなるように、ポテンショスタットを調節した。カソード電極電位が-0.55Vに達してから20分間運転した後、槽内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。反応時間中、カソード区域のスラリーのpHは、1.0以下に維持した。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法を用いて測定した。カソード保護部材を用いなかった点を除いて被験系と同じ実験装置を用いて構成した対照系についても、同様に吸引濾過、固液分離を行い、濾液中及び濾過後の土壌中の鉛濃度を測定した。結果を表5に示す。   A reference electrode was inserted into the cathode area and the potentiostat was adjusted so that the cathode electrode potential was -0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode potential. After 20 minutes of operation after the cathode electrode potential reached -0.55 V, the slurry in the tank was suction filtered using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the cathode zone slurry was maintained below 1.0. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration in the soil after filtration were measured using an atomic absorption method. For the control system constructed using the same experimental equipment as the test system except that the cathode protection member was not used, suction filtration and solid-liquid separation were performed in the same manner, and the lead concentration in the filtrate and in the soil after filtration was determined. It was measured. The results are shown in Table 5.

Figure 0005235276
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表5より、カソードに付与されるスラリーによる剪断力を抑制することで、電極に分配される鉛濃度が増加していることがわかる。よって、本発明により、カソード表面に電解析出した重金属類の剥離及び再溶解が防止できることが確認された。   From Table 5, it can be seen that the concentration of lead distributed to the electrode is increased by suppressing the shearing force due to the slurry applied to the cathode. Therefore, according to the present invention, it was confirmed that peeling and re-dissolution of heavy metals electrolytically deposited on the cathode surface can be prevented.

[実施例6] 鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図4に示すように、高さ0.4m、横幅0.1m、奥行き0.05mの内容量2000mLのアクリル製反応槽を中央部で陽イオン交換膜(トクヤマNEOSEPTA CMB)を用いて、それぞれ、高さ0.4m、横幅0.05m、奥行き0.05mの寸法の区画に分けて、カソード区画及びアノード区画とした。カソード区画に、難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:E自動車工場)100gと、水道水800mLと、1:1塩酸50mLと、を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌し、被験系とした。ニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網の耐腐食性カソードを被験系内に水面2cmの深さに設置し、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続させた。また、タイゴンチューブと循環ポンプを使用して上部から上澄みを吸引し、装置底部から再注入する循環系を構成した。循環水流は、土壌に含まれる細粒画分のみがカソードに到達でき、カソード表面に析出した鉛が剥離しない流速(本実施例においては、0.5L/minであった)に調節した。
[Example 6] Electrodeposition removal test of lead-contaminated soil As shown in FIG. 4, a cation exchange membrane is used at the center of an acrylic reaction tank having a height of 0.4 m, a width of 0.1 m, and a depth of 0.05 m and an internal volume of 2000 mL (Tokuyama NEOSEPTA CMB) was used to divide into compartments having a height of 0.4 m, a width of 0.05 m, and a depth of 0.05 m, respectively, to form a cathode compartment and an anode compartment. To the cathode compartment, add 100 g of poorly water-soluble lead-contaminated soil (lead-containing concentration 5000 mg / kg dry soil; sampling location: E car factory), 800 mL of tap water, and 50 mL of 1: 1 hydrochloric acid, and Teflon (registered) The mixture was stirred at a speed of 500 rpm with a stirring blade manufactured by Trademark) to obtain a test system. A corrosion-resistant cathode made of nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) wire mesh was installed at a depth of 2 cm in the test system and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply). In addition, a circulation system was constructed in which the supernatant was sucked from the top using a Tygon tube and a circulation pump and reinjected from the bottom of the apparatus. The circulating water flow was adjusted to a flow rate (in this example, 0.5 L / min) at which only the fine-grained fraction contained in the soil could reach the cathode and lead deposited on the cathode surface did not peel off.

アノード区画には、水道水800mLと、47%硫酸90mLと、グラファイト製のアノードを挿入した。参照電極をカソード区画に挿入して、カソードの電位が水素標準電極に対して-0.55Vとなるように、ポテンショスタットを調節した。カソードの電位が-0.55Vに達してから20分間運転して、反応槽内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過して、固液分離を行った。反応時間中、カソード区画内のスラリーのpHは1.0以下に維持した。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中に残留した鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法で測定した。   In the anode compartment, 800 mL of tap water, 90 mL of 47% sulfuric acid, and a graphite anode were inserted. A reference electrode was inserted into the cathode compartment and the potentiostat was adjusted so that the cathode potential was -0.55 V relative to the hydrogen standard electrode. After the cathode potential reached −0.55 V, the operation was continued for 20 minutes, and the slurry in the reaction tank was subjected to suction filtration using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the slurry in the cathode compartment was maintained below 1.0. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration remaining in the filtered soil were measured by atomic absorption method, respectively.

スラリー循環系を備えていない対照系を作製し、被験系と同様の実験条件で吸引濾過、固液分離をした後、濾液中及び濾過後の土壌中に残留した鉛含有濃度を原子吸光法で測定した。結果を下記表6に示す。   A control system without a slurry circulation system was prepared, and after suction filtration and solid-liquid separation under the same experimental conditions as the test system, the lead content remaining in the filtrate and the soil after filtration was determined by atomic absorption spectrometry. It was measured. The results are shown in Table 6 below.

Figure 0005235276
Figure 0005235276

[実施例7]鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図5に示すように、2400mlアクリル製の浄化反応槽2をカソード側1400ml、アノード側1000mlになるように陽イオン交換膜(DuPont社製NAFION)Mで中央を仕切る。スラリー形成部2aにおいて膜に最も近い位置に、析出用カソードC-2としてニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)電極を、膜から最も遠い位置に、溶出用カソードC-1a,C-1bとしてグラファイト電極をそれぞれ設置した。分離部2bには膜から2cmの位置にアノードA-1,A-2としてグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製)を2本設置した。両カソードは並列に配線されており、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続した。
[Example 7] Electrodeposition removal test of lead-contaminated soil As shown in FIG. 5, a cation exchange membrane (NAFION manufactured by DuPont) was used so that a purification reaction tank 2 made of 2400 ml acrylic was 1400 ml on the cathode side and 1000 ml on the anode side ) Divide the center with M. In the slurry forming portion 2a, a nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) electrode is used as the deposition cathode C-2 at the position closest to the membrane, and the elution cathodes C-1a and C-1b are located farthest from the membrane. A graphite electrode was installed respectively. Two glassy carbon electrodes (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) were installed as anodes A-1 and A-2 at a position 2 cm from the membrane in the separation part 2b. Both cathodes were wired in parallel and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply).

スラリー形成部2aには難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:F化学工場)100gと、水道水1300mLと、1:1塩酸80mLと、を添加し、PTFE(テトラフルオロエチレン重合体)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌することにより均一に近い状態に保たれている。分離部2bについては水道水800mlに1:1硫酸90mLを添加し、被験系とした。参照電極B-1をカソード区域に挿入し、カソードの電位が水素標準電極に対して-0.55Vとなるようにポテンショスタットを調節した。カソードの電位が-0.55Vに達してから20分間運転後、浄化反応槽2内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。反応時間中、カソード区域内のスラリーのpHは1.0以下に維持した。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法で測定した。溶出用カソードC-1a,C-1bを取り除いた以外は同様の条件で行った対照系についても、同様に吸引濾過、固液分離後、濃液中及び濾過後の土壌中の鉛濃度を測定した。結果を表7に示す。   Add 100 g of poorly water-soluble lead-contaminated soil (lead-containing concentration 5000 mg / kg dry soil; sampling location: F Chemical Factory), 1300 mL of tap water, and 80 mL of 1: 1 hydrochloric acid to the slurry forming part 2a, and then add PTFE It is kept in a nearly uniform state by stirring with a stirring blade made of (tetrafluoroethylene polymer) at a speed of 500 rpm. For the separation part 2b, 90 mL of 1: 1 sulfuric acid was added to 800 ml of tap water to prepare a test system. The reference electrode B-1 was inserted into the cathode area, and the potentiostat was adjusted so that the cathode potential was -0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode. After operation for 20 minutes after the cathode potential reached −0.55 V, the slurry in the purification reaction tank 2 was subjected to suction filtration using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the slurry in the cathode zone was maintained below 1.0. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration in the soil after filtration were measured by atomic absorption method, respectively. For the control system, which was conducted under the same conditions except that the elution cathodes C-1a and C-1b were removed, the lead concentration in the concentrated liquid and the filtered soil was also measured after suction filtration and solid-liquid separation. did. The results are shown in Table 7.

Figure 0005235276
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表7より、カソードを溶出用、析出用として複数使用することで、被汚染物に含まれる重金属類に対し、従来の技術より優れた除去効果が得られたことが理解される。   From Table 7, it is understood that the removal effect superior to the conventional technology was obtained for heavy metals contained in the contaminated material by using a plurality of cathodes for elution and deposition.

[実施例8]複数電極による鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図6に示すように、角型の2400mL透明ポリ塩化ビニル製浄化反応槽をカソード側1400mL、アノード側1000mLになるように陽イオン交換膜(DuPont社製NAFION)Mで中央を仕切る。カソード区域において膜に最も近い位置に、析出用カソードC-2として鉛-スズ合金(鉛/スズ=40/60)により20μm厚にメッキした銅製電極を、膜から最も遠い位置に、溶出用カソードC-1としてカーボン電極をそれぞれ設置した。アノード区域には膜から2cmの位置にアノードAとしてグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製)を1本設置した。両カソードは並列に配線されており、ポテンショスタット(定電位電源装置)を介してアノードと接続した。
[Example 8] Electrodeposition removal test of lead-contaminated soil with multiple electrodes As shown in FIG. 6, a square 2400 mL transparent polyvinyl chloride purification reaction tank has a cation such that the cathode side is 1400 mL and the anode side is 1000 mL. Partition the center with an exchange membrane (NAFION manufactured by DuPont) M. In the cathode area, a copper electrode plated with a lead-tin alloy (lead / tin = 40/60) with a thickness of 20 μm as the deposition cathode C-2 is located closest to the membrane, and the elution cathode is located farthest from the membrane. Carbon electrodes were installed as C-1. In the anode area, a glassy carbon electrode (made by Tokai Carbon Co., Ltd.) was installed as anode A at a position 2 cm from the membrane. Both cathodes were wired in parallel and connected to the anode via a potentiostat (constant potential power supply).

カソード区域には難水溶性の鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:F化学工場)100gと、水道水1300mLと、1:1塩酸80mLと、を添加し、PTFE(テトラフルオロエチレン重合体)製撹拌羽根で500rpmの速度で撹拌することにより均一に近い状態に混合した。アノード区域については水道水800mlに1:1硫酸5mLを添加し、被験系とした。参照電極B-1をカソード区域に挿入し、カソードの電位が水素標準電極に対して-0.55Vとなるようにポテンショスタットを調節した。カソードの電位が-0.55Vに達してから20分間運転後、浄化反応槽2内のスラリーをGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。反応時間中、カソード区域内のスラリーのpHは1.0以下に維持した。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法で測定した。溶出用カソードC-1を取り除いた以外は同様の条件で行った対照系についても、同様に吸引濾過、固液分離後、濃液中及び濾過後の土壌中の鉛濃度を測定した。結果を表8に示す。   In the cathode area, 100 g of poorly water-soluble lead-contaminated soil (lead-containing concentration 5000 mg / kg dry soil; sampling location: F Chemical Factory), 1300 mL of tap water, and 80 mL of 1: 1 hydrochloric acid are added, and PTFE (tetra The mixture was mixed almost uniformly by stirring at a speed of 500 rpm with a stirring blade made of (fluoroethylene polymer). In the anode zone, 5 mL of 1: 1 sulfuric acid was added to 800 ml of tap water to prepare a test system. The reference electrode B-1 was inserted into the cathode area, and the potentiostat was adjusted so that the cathode potential was -0.55 V with respect to the hydrogen standard electrode. After operation for 20 minutes after the cathode potential reached −0.55 V, the slurry in the purification reaction tank 2 was subjected to suction filtration using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. During the reaction time, the pH of the slurry in the cathode zone was maintained below 1.0. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration in the soil after filtration were measured by atomic absorption method, respectively. For the control system, which was conducted under the same conditions except that the elution cathode C-1 was removed, the lead concentration in the concentrated liquid and the filtered soil was similarly measured after suction filtration and solid-liquid separation. The results are shown in Table 8.

Figure 0005235276
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[実施例9]鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図14及び図15に示す2000L容角型リアクター(幅2m、奥行き1m、深さ1m)に、鉛汚染土壌(鉛含有濃度5000mg/kg乾土;採取場所:E自動車工場工場)200kgと、水道水1500Lと、20%塩酸200Lと、を添加し、リアクター底部に窒素ガス散気管6本を配して2m3/分の通気速度でガス撹拌し、被験系とした。図14に示すように直径60mmの円筒形の隔膜ユニット(アストムED-CORE)10ユニットを配し(有効膜面積1.5m2)、各ユニット間を仕切るように鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により20μm厚にメッキした銅製金網からなるカソードを27ユニット配備した。隔膜ユニット中には5%硫酸液を循環通水してアノード反応液とした。カソードを治具および整流器を介してアノードに接続し、1000Aの定電流で20分間運転した。運転開始直後のカソード電位は、0.0V程度であったが、数分で-0.3V程度まで低下した。この間に液中の酸化力のある物質が還元消費されたと考えられる。その後運転を停止する30分後までに徐々に-0.76Vまで低下した。この間に鉛の析出が進んで液相鉛濃度が低下し、定電流維持の為に低い電位へシフトしたものと考えられる。
[Example 9] Electrolytic precipitation removal test of lead-contaminated soil Lead-contaminated soil (lead-containing concentration of 5000 mg / kg dry) was added to a 2000 L square reactor (width 2 m, depth 1 m, depth 1 m) shown in FIGS. Sat; Sampling location: E car factory) Add 200kg, 1500L of tap water and 200L of 20% hydrochloric acid, arrange 6 nitrogen gas diffuser pipes at the bottom of the reactor, and gas at a ventilation rate of 2m 3 / min. The test system was stirred. As shown in FIG. 14, 10 units of a cylindrical diaphragm unit (Astom ED-CORE) with a diameter of 60 mm are arranged (effective membrane area 1.5 m 2 ), and lead-tin alloy (lead / tin = 60/40) 27 units of cathode made of copper wire mesh plated to 20μm thickness were installed. A 5% sulfuric acid solution was circulated through the diaphragm unit to prepare an anode reaction solution. The cathode was connected to the anode via a jig and a rectifier and operated at a constant current of 1000 A for 20 minutes. The cathode potential immediately after the start of operation was about 0.0 V, but decreased to about -0.3 V in a few minutes. During this time, it is considered that the oxidizing substance in the liquid was consumed by reduction. After that, it gradually decreased to -0.76V by 30 minutes after stopping the operation. During this time, lead precipitation progresses and the liquid phase lead concentration decreases, and it is considered that the potential has shifted to a lower potential in order to maintain a constant current.

30分運転後、リアクター内のスラリーを採取し、遠心分離後にGF/B濾紙を用いて吸引濾過し、固液分離を行った。吸引濾過後、濾液中の鉛濃度と濾過後の土壌中の鉛含有濃度をそれぞれ原子吸光法を用いて測定した。対照系として、図16および図17に示すように図14及び図15の装置の両端の壁面を取り外して10cm角の格子枠で陽イオン交換平膜(アストムNEOSEPTA CMB)を有効面積1.44m2となるように固定し、その外側に容積200Lのアノード区域を設け、被験系で用いたのと同じアノード10本を各5本ずつ浸漬し、反応液として5%硫酸液を循環通水した。リアクター容器中には被験系で用いたのと同じカソード27ユニットを配置した。その他の条件は被験系と同一として、定電流運転を30分間行った後に鉛濃度を測定した。結果を表9に示す。 After operating for 30 minutes, the slurry in the reactor was collected, centrifuged, and suction filtered using GF / B filter paper to perform solid-liquid separation. After suction filtration, the lead concentration in the filtrate and the lead-containing concentration in the soil after filtration were measured using an atomic absorption method. As a control system, as shown in FIGS. 16 and 17, the wall surfaces at both ends of the apparatus of FIGS. 14 and 15 are removed, and a cation exchange flat membrane (Astom NEOSEPTA CMB) is used with an effective area of 1.44 m 2 with a 10 cm square lattice frame. The anode section having a volume of 200 L was provided on the outside, and five of the same anode 10 used in the test system were immersed in each, and a 5% sulfuric acid solution was circulated as a reaction solution. The same cathode 27 unit used in the test system was placed in the reactor vessel. The other conditions were the same as in the test system, and the lead concentration was measured after 30 minutes of constant current operation. The results are shown in Table 9.

Figure 0005235276
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表9より、平膜の代わりに隔膜ユニットを適用してその周囲にカソードを配置することで、大型のリアクターであっても効率的に鉛の電解析出が進行し、土壌に付着していた難溶性の鉛のうち98%が電極に付着して、土壌及び間隙水より除去できたことがわかる。   From Table 9, by applying a diaphragm unit instead of a flat membrane and arranging a cathode around it, even in a large reactor, electrolytic deposition of lead progressed efficiently and adhered to the soil. It can be seen that 98% of the poorly soluble lead adhered to the electrode and could be removed from the soil and pore water.

[実施例10]スズ汚染土壌の電解析出除去試験
図14及び図15に示す2000L容角型リアクターを被験系に、図16及び図17に示す改造した2000L容角型リアクターを対照系として実施例9と同様に試験を行った。被汚染物として、鉛汚染土壌の代わりにスズ汚染土壌(スズ含有濃度530mg/kg乾土;採取場所:F薬品工場)200kgを用いた。結果を表10に示す。
[Example 10] Electrolytic precipitation removal test of tin-contaminated soil The 2000L square reactor shown in FIGS. 14 and 15 was used as a test system, and the modified 2000L square reactor shown in FIGS. 16 and 17 was used as a control system. The test was conducted as in Example 9. As the contaminated material, tin-contaminated soil (tin-containing concentration of 530 mg / kg dry soil; sampling location: F chemical factory) was used in place of lead-contaminated soil. The results are shown in Table 10.

Figure 0005235276
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表10より、平膜の代わりに隔膜ユニットを適用してその周囲にカソードを配置することで、大型のリアクターであっても効率的にスズの電解析出が進行し、土壌に付着していた難溶性のスズのうち95%以上が電極に付着して、土壌及び間隙水より除去できたことがわかる。   From Table 10, by applying a diaphragm unit instead of a flat membrane and arranging a cathode around it, even in a large reactor, electrolytic deposition of tin proceeded efficiently and adhered to the soil It can be seen that 95% or more of the hardly soluble tin adhered to the electrode and could be removed from the soil and pore water.

[実施例11]各種カソード電極を用いた鉛汚染土壌の電解析出除去試験
図14及び図15に示す2000L容角型リアクターを用い、カソードとして鉛-スズ合金(鉛/スズ=60/40)により20μm厚にメッキした銅製金網を用いたものを被験系1に、同じくカソードとしてニッケル-銅合金(大同インコアロイ製モネル400)金網を用いたものを被験系2に、銅金網を用いたものを対照系として実施例9と同様に試験を行った。試験は2日間かけて行い、初日に3種類のカソードについて試験を行った後、カソードユニットを水洗せずに塩酸酸性のスラリーが付着した状態で一晩放置した。2日目に再び同じカソードユニットを使って同じ試験を繰返し行い、一晩放置したことによる腐食の影響を評価した。初日の結果を表11に、2日目の結果を表12に示す。
[Example 11] Electrodeposition removal test of lead-contaminated soil using various cathode electrodes Lead-tin alloy (lead / tin = 60/40) as a cathode using a 2000L square reactor shown in FIGS. Using a copper wire mesh plated to a thickness of 20 μm by the test system 1, a nickel-copper alloy (Daido Incoalloy Monel 400) wire mesh as the cathode, and a test system 2 using a copper wire mesh The test was performed in the same manner as in Example 9 as a control system. The test was conducted over 2 days, and after testing the three types of cathodes on the first day, the cathode unit was left overnight with a hydrochloric acid acidic slurry attached without being washed with water. On the second day, the same test was repeated using the same cathode unit again, and the influence of corrosion caused by standing overnight was evaluated. The results on the first day are shown in Table 11, and the results on the second day are shown in Table 12.

Figure 0005235276
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Figure 0005235276
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表11および表12より、1日目の試験においては各種カソード電極を用いることによって鉛除去性能に大きな違いは無かったが、カソードを塩酸酸性のスラリーが付着した状態で一晩放置した後の2日目の試験では、被験系1および2においては1日目と大きな違いが無かったのに対し、銅電極カソードを用いた対照系においては運転時間である30分間の間にほとんどカソード電位が低下せず、鉛の除去が達成できなかったことが分かる。2日目の銅カソード(対照系)は全体に緑色の緑青(CuCO3・Cu(OH)2、CuClおよびCuCl2・3Cu(OH)2を主成分とする)を発生して腐食しており、電解反応時にはこれらの2価および3価の銅が0価に還元されて析出する反応が鉛の還元析出に先んじて生じるために、カソード電位が所定の運転時間内には充分低下せず、鉛の析出に至らなかったと考えられる。すなわち、従来の技術と比較して本発明の耐食性の高いカソード電極を用いることにより、大型装置での繰返し電解運転時に、重金属の電解還元反応を安定して行える効果があることが示された。 From Table 11 and Table 12, in the test on the first day, there was no significant difference in the lead removal performance by using various cathode electrodes, but 2 after the cathode was left overnight with hydrochloric acid acidic slurry attached. In the day test, test systems 1 and 2 were not significantly different from day 1, whereas in the control system using a copper electrode cathode, the cathode potential almost decreased during the 30-minute operation time. It can be seen that the removal of lead could not be achieved. The copper cathode (control system) on the second day is corroded by generating green patina (CuCO 3 · Cu (OH) 2 , CuCl and CuCl 2 · 3Cu (OH) 2 as main components) In addition, since the reaction in which these divalent and trivalent coppers are reduced to 0 valence during the electrolytic reaction occurs prior to the reductive precipitation of lead, the cathode potential is not sufficiently lowered within a predetermined operation time, It is thought that lead did not precipitate. That is, it was shown that the use of the cathode electrode having higher corrosion resistance than the conventional technique has an effect of stably performing the electrolytic reduction reaction of heavy metal during repeated electrolytic operation in a large apparatus.

なお、本試験にあたってはカソード電極を仕切り板状のユニットとし、治具ごと差し替えられる構造としたため、2m3規模の大型装置であっても各種電極の交換が容易であり、星型のカソードを隔膜-電極ユニットの周囲に巻きつける従来の方法に比べて作業性の上で有利であった。 Note that when this test was the cathode electrode and the partition plate shaped unit, due to the structure to be replaced by a jig, even 2m 3 scale large apparatus is easy replacement of the various electrodes, the cathode of the star-shaped diaphragm -It was advantageous in terms of workability compared to the conventional method of winding around the electrode unit.

本発明によれば、重金属類で汚染されている、例えば、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰等の被汚染物から、被汚染物に含まれている重金属類の難溶性の画分まで確実に除去することができ、被汚染物中の重金属類含有濃度そのものを低下させることができるので、処理時点のみならず将来にわたって重金属類の溶出による二次汚染によるリスクを排除することが可能となる、という効果が得られる。   According to the present invention, for example, soils, sludges, sediments, wastes, incinerated ash and other contaminated substances contaminated with heavy metals are hardly soluble in heavy metals contained in the contaminated substances. The concentration of heavy metals in the contaminated material itself can be reduced, eliminating the risk of secondary contamination due to elution of heavy metals not only at the point of processing but also in the future. The effect that it becomes possible is acquired.

また、本発明によれば、重金属類で汚染されている、例えば、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰等の被汚染物から、重金属類の難溶性の画分まで確実に除去することができ、被汚染物に含まれている重金属類をカソード表面に電解析出させた後の重金属類のカソード表面からの剥離及びスラリー中への再溶解を防止することができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to reliably remove from the contaminated materials such as soil, sludge, sediment, waste, incinerated ash, etc., which are contaminated with heavy metals, to the insoluble fraction of heavy metals. It is possible to prevent the heavy metals contained in the contaminated material from being separated from the cathode surface and re-dissolved in the slurry after electrolytic deposition of the heavy metals on the cathode surface.

また、本発明によれば、重金属類で汚染されている、例えば、土壌、汚泥、堆積物、廃棄物、焼却灰、工業用排水、表流水、地下水、海水等の固体状または液体状の被汚染物から、溶出用カソードにより固体状または液体状の被汚染物に含まれている重金属類の難溶性の画分から確実に溶出させ、水溶液中に溶出してきた重金属類を析出用カソードに析出させることによって従来技術よりも確実に重金属類を除去することができる。実際の環境浄化に必要な大型装置においても、隔膜−電極ユニットの数を増やすことによって膜間の距離及び/または電極と反応液(またはスラリー)間の距離を維持できるので、除去効率及び反応速度を低下させること無く処理を行うことができる。   In addition, according to the present invention, for example, soil, sludge, sediment, waste, incineration ash, industrial wastewater, surface water, groundwater, seawater, etc. The elution cathode is surely eluted from the sparingly soluble fraction of heavy metals contained in the solid or liquid contaminated material, and the heavy metals eluted in the aqueous solution are deposited on the deposition cathode. As a result, heavy metals can be removed more reliably than in the prior art. Even in a large apparatus required for actual environmental purification, the distance between the membrane and / or the distance between the electrode and the reaction liquid (or slurry) can be maintained by increasing the number of diaphragm-electrode units, so that the removal efficiency and reaction speed It is possible to perform processing without lowering.

さらに本発明によれば、耐食性の高いカソード電極を使用することによって電位印加、電流停止の繰返し運転を行っても電極が腐食せず、安定した処理を行うことができる。   Furthermore, according to the present invention, by using a cathode electrode with high corrosion resistance, the electrode is not corroded even when repeated operation of potential application and current stop is performed, and stable treatment can be performed.

図1は、電解析出反応を利用して鉛、カドミウム等を除去回収する本発明の好ましい一実施形態を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a preferred embodiment of the present invention in which lead, cadmium, and the like are removed and recovered using an electrolytic deposition reaction. 図2は、電極反応を用いて水銀等を除去回収する本発明の好ましい別の実施形態を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another preferred embodiment of the present invention in which mercury or the like is removed and recovered using an electrode reaction. 図3は、本発明の好ましい実施形態を示す概略説明図であり、特に、カソード保護部材をカソード近傍に配置して、カソード表面にスラリー中の大きな粒径の固体による剪断力が作用しないように構成した態様を示す概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a preferred embodiment of the present invention, and in particular, a cathode protection member is disposed in the vicinity of the cathode so that a shearing force due to a large particle size solid in the slurry does not act on the cathode surface. It is a schematic explanatory drawing which shows the comprised aspect. 図4は、本発明の別の好ましい一実施形態を示す概略説明図であり、特に、スラリー上昇流を用いて、スラリー中の固体粒度分布を形成し、カソード表面へのスラリー中の大きな粒径の固体による剪断力を抑制する態様を示す概略説明図である。FIG. 4 is a schematic illustration showing another preferred embodiment of the present invention, in particular, using a slurry upflow to form a solid particle size distribution in the slurry and a large particle size in the slurry to the cathode surface. It is a schematic explanatory drawing which shows the aspect which suppresses the shear force by the solid of. 図5は、本発明の好ましい一実施形態の被汚染物の浄化装置を示す概略説明図である。FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a contaminated object purifying apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. 図6は、本発明の好ましい一実施形態の被汚染物の浄化装置を示す概略説明図である。FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a contaminated object purifying apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. 図7は、カソードを用いて鉛、カドミウムなどを固体状または液体状の被汚染物から溶出させ電解析出させて回収する本発明の好ましい一実施形態を示す概略説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a preferred embodiment of the present invention in which lead, cadmium, and the like are eluted from a solid or liquid contaminated substance by electrolytic deposition using a cathode and recovered. 図8は、本発明に用いられるアノード区域とカソード区域を分離するための隔膜の形態を示す概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram showing a form of a diaphragm for separating an anode section and a cathode section used in the present invention. 図9は、隔膜の変形や磨耗に対し、隔膜の底部や上部を保護するための型枠及びパイプを用いた補強の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of reinforcement using a mold and a pipe for protecting the bottom and top of the diaphragm against deformation and wear of the diaphragm. 図10は、多孔性セラミック等の平板を多面体状の型枠に固定することで隔膜ユニットとして使用する一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of using as a diaphragm unit by fixing a flat plate made of porous ceramic or the like to a polyhedral mold. 図11は、隔膜ユニットを透過し拡散する水素イオンの移動を妨げないカソード及び隔膜−電極ユニットの配置の好ましい一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a preferred example of the arrangement of the cathode and the diaphragm-electrode unit that does not hinder the movement of hydrogen ions that permeate and diffuse through the diaphragm unit. 図12は、隔膜ユニットを透過し拡散する水素イオンの移動を妨げないカソード及び隔膜−電極ユニットの配置の好ましい別の一例を示す図であり、図12(a)はカソードが単列配置されている場合を示し、図12(b)はカソードが複数列配置されている場合を示す。FIG. 12 is a diagram showing another preferred example of the arrangement of the cathode and the diaphragm-electrode unit that does not hinder the movement of hydrogen ions that permeate and diffuse through the diaphragm unit. FIG. 12A shows a single row of cathodes arranged in a row. FIG. 12B shows a case where a plurality of cathodes are arranged. 図13は、隔膜ユニットを透過し拡散する水素イオンの移動を妨げないカソード及び隔膜−電極ユニットの配置の好ましい別の一例を示す図であり、図13(a)、(b)はカソードの配置例を示し、図13(c)、(d)はカソード板の形状(上から見た図)の例を示す。FIG. 13 is a diagram showing another preferred example of the arrangement of the cathode and the diaphragm-electrode unit that do not hinder the movement of hydrogen ions that permeate and diffuse through the diaphragm unit, and FIGS. 13A and 13B show the arrangement of the cathode. Examples are shown, and FIGS. 13C and 13D show examples of the shape of the cathode plate (viewed from above). 図14は、実施例9〜11で用いた2000L容角型リアクターを示す模式図(側面)である。FIG. 14 is a schematic diagram (side view) showing the 2000 L square reactor used in Examples 9-11. 図15は、実施例9〜11で用いた2000L容角型リアクターを示す模式図(上面図)である。FIG. 15 is a schematic diagram (top view) showing the 2000 L square reactor used in Examples 9-11. 図16は、実施例9〜11の対照系として用いた2000L容角型リアクターを示す模式図(側面)である。FIG. 16 is a schematic view (side view) showing a 2000 L square reactor used as a control system in Examples 9 to 11. 図17は、実施例9〜11の対照系として用いた2000L容角型リアクターを示す模式図(上面図)である。FIG. 17 is a schematic diagram (top view) showing a 2000 L square reactor used as a control system in Examples 9 to 11.

符号の説明Explanation of symbols

1;1A;1B;100:浄化装置
2:反応槽(スラリー形成槽)
2a:スラリー形成部
2b:分離部
3;120:固液分離機
5:重金属トラップ(ガス洗浄瓶)
A:アノード
A-1:第1のアノード
A-2:第2のアノード
C:カソード
C-1a,C-1b:溶出用カソード
C-2:析出用カソード
M:隔膜
10:アノード区域
20:カソード区域
22;111:被汚染物供給手段
24;112:酸性物質又はアルカリ性物質供給手段
26;115:水供給手段
27:不活性ガス供給手段(散気管)
28:pH計用電極
34:スラリーポンプ
40:液体循環ライン
50:カソード保護部材
1; 1A; 1B; 100: Purification device
2: Reaction tank (slurry formation tank)
2a: Slurry forming part
2b: Separation part
3; 120: Solid-liquid separator
5: Heavy metal trap (gas cleaning bottle)
A: Anode
A-1: First anode
A-2: Second anode
C: Cathode
C-1a, C-1b: Elution cathode
C-2: Cathode for deposition
M: Diaphragm
10: Anode area
20: Cathode area
22; 111: Contaminated material supply means
24; 112: Means for supplying acidic or alkaline substances
26; 115: Water supply means
27: Inert gas supply means (air diffuser)
28: pH meter electrode
34: Slurry pump
40: Liquid circulation line
50: Cathode protection member

Claims (9)


重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段と、少なくとも接液部が鉛−スズ合金又はニッケル−銅合金から構成されている還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードと、隔膜と、アノードと、を具備し、
該隔膜によって該アノードを含むアノード区域と、該耐腐食性カソード及び該被汚染物供給手段を含むカソード区域と、が形成され、 該カソード区域は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、該被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び該溶出した重金属類イオンの該被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽を含む、重金属類を含む被汚染物の浄化装置。

A contaminant supply means for supplying a contaminant including heavy metals, a corrosion-resistant cathode that provides a reducing atmosphere in which at least the liquid contact portion is composed of a lead-tin alloy or a nickel-copper alloy, and a diaphragm; And an anode,
The diaphragm forms an anode zone containing the anode and a cathode zone containing the corrosion-resistant cathode and the contaminant supply means, and the cathode zone is maintained in a reducing atmosphere and a strong acidic or strong alkaline atmosphere. A device for purifying contaminated substances containing heavy metals, comprising a reaction tank that performs elution of heavy metal ions from the contaminated substances and separation of the eluted heavy metal ions from the contaminated substances and pore water in parallel .
前記アノードを囲むように前記隔膜を位置づけて、前記隔膜の内側に前記アノード区域を形成し、前記隔膜の外側に前記カソード区域を形成することを特徴とする請求項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。 Positioned the diaphragm so as to surround the anode, the anode zone formed on the inside of the membrane, including the heavy metals according to claim 1, characterized by forming the cathode zone outside the membrane Contaminant purification equipment. 隔膜単独もしくは隔膜と他の補強材との組み合わせから構成される円筒形、箱状又は袋状の形態の隔膜内部に前記アノードを位置づけ、隔膜外部に少なくとも接液部が鉛−スズ合金又はニッケル−銅合金から構成されている還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードを位置づけた電極−隔膜ユニットを含むことを特徴とする請求項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。 The anode is positioned inside a cylindrical, box-shaped, or bag-shaped diaphragm composed of a diaphragm alone or a combination of a diaphragm and another reinforcing material, and at least the liquid contact part outside the diaphragm is a lead-tin alloy or nickel- 3. The apparatus for purifying contaminated objects containing heavy metals according to claim 2 , further comprising an electrode-diaphragm unit having a corrosion-resistant cathode provided with a reducing atmosphere made of a copper alloy .
前記耐腐食性カソードは、前記隔膜を囲むように、星形、放射状または仕切り板状に配置されることを特徴とする請求項又は請求項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。

The said corrosion-resistant cathode is arrange | positioned at star shape, radial shape, or a partition plate shape so that the said diaphragm may be surrounded, Purification of the contaminated material containing the heavy metals of Claim 2 or Claim 3 characterized by the above-mentioned. apparatus.
前記還元的雰囲気は、カソードの電極電位を水素標準電極電位に対して-0.16V以下とすることにより提供される、請求項1〜4の何れか1項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
The contaminated material containing heavy metals according to any one of claims 1 to 4 , wherein the reducing atmosphere is provided by setting an electrode potential of a cathode to -0.16V or less with respect to a hydrogen standard electrode potential. Purification equipment.
重金属類を含む被汚染物を供給する被汚染物供給手段と、少なくとも接液部が鉛−スズ合金又はニッケル−銅合金から構成されている還元的雰囲気を提供する耐腐食性カソードから構成される析出用カソードと、溶出用カソードと、隔膜と、アノードと、を具備し、
該隔膜によって該アノードを含むアノード区域と、該析出用カソード、該溶出用カソード及び該被汚染物供給手段を含むカソード区域と、が形成され、 該カソード区域は還元的雰囲気及び強酸性若しくは強アルカリ性雰囲気に維持され、該被汚染物からの重金属類イオンの溶出及び該溶出した重金属類イオンの該被汚染物及び間隙水からの分離を並行して行う反応槽を含む、重金属類を含む被汚染物の浄化装置。
Contaminated material supply means for supplying a contaminated material containing heavy metals, and a corrosion-resistant cathode that provides a reducing atmosphere in which at least the liquid contact portion is composed of a lead-tin alloy or a nickel-copper alloy. A deposition cathode, an elution cathode, a diaphragm, and an anode;
The diaphragm forms an anode area containing the anode and a cathode area containing the deposition cathode, the elution cathode and the contaminant supply means, wherein the cathode area is a reducing atmosphere and strongly acidic or strongly alkaline. Contamination containing heavy metals, including a reaction tank that is maintained in an atmosphere and includes a reaction vessel that performs elution of heavy metal ions from the contaminated material and separation of the eluted heavy metal ions from the contaminated material and pore water in parallel. Purification equipment.
前記還元的雰囲気は、析出用カソードの電極電位を水素標準電極電位に対して-0.16V以下とすることにより提供される、請求項に記載の重金属類を含む被汚染物の浄化装置。 The apparatus for purifying contaminated substances including heavy metals according to claim 6 , wherein the reducing atmosphere is provided by setting the electrode potential of the deposition cathode to -0.16V or less with respect to the hydrogen standard electrode potential. 前記耐腐食性カソードの基材は銅である、請求項1〜7のいずれかに記載の浄化装置。The purification apparatus according to claim 1, wherein a base material of the corrosion-resistant cathode is copper. 前記耐腐食性カソードの形状は、網状、エキスパンドメタル状、パンチングメタル状、ハニカム状のいずれかである、請求項1〜8のいずれかに記載の浄化装置。The purification device according to any one of claims 1 to 8, wherein a shape of the corrosion-resistant cathode is one of a net shape, an expanded metal shape, a punching metal shape, and a honeycomb shape.
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