JP5708231B2 - 還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法 - Google Patents

還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法に関する。より詳細には、高炉吹製水を用いることを特徴とする、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法に関する。
鉄鋼製造工程において副産物として発生する鉄鋼スラグは、その特性を生かし、これまでに、路盤材、コンクリート用細骨材、高炉水砕スラグ微粉末、土木用材料、肥料などに利材化され、鉄鋼スラグの大部分が有効利用されてきている。また、最近では、自然保護、省エネルギーおよびCO削減等の観点から、環境負荷の小さいリサイクル材として評価され、高炉セメント、高炉スラグ骨材、鉄鋼スラグ混入路盤材、鉄鋼スラグ混入アスファルト混合物、鉄鋼スラグを原料としたロックウール、土工用水砕スラグ、地盤改良用製鋼スラグ、鉄鋼スラグ水和固化体等は、グリーン購入法(平成12年法律第100号)の特定調達品目にも指定されている。
鉄鋼スラグは、高炉で鉄鉱石を溶融・還元する際に発生する高炉スラグと、鉄を精錬する製鋼段階で発生する製鋼スラグ(脱燐スラグ、脱硫スラグ等を含む)とに大別できるが、いずれにしても、利材化されるまでにスラグヤード等に野積みされることが一般的である。
野積みされた鉄鋼スラグに雨水等の水が接触すると、鉄鋼スラグ中の成分が水中に溶出する。このようなスラグ中の成分が溶出した水をスラグ浸出水というが、高炉スラグや脱硫スラグ等のように、1〜2質量%の硫黄を含有するスラグのスラグ浸出水では、CODとして計測される硫黄化合物(「還元性硫黄成分」または「硫黄系COD成分」という。)が高濃度で含有される。
このような高濃度の硫黄系CODを含有するスラグ浸出水は、CODの排水基準である160mg/Lを満たさず、そのまま放流することができない。そのため、還元性硫黄成分を酸化処理して硫酸イオン(SO 2−)として、カルシウムイオン(Ca2+)と反応させて石膏(CaSO)として回収したり、または、酸化処理後、無害な硫酸イオン(SO 2−)としてから放流したりする必要がある。
また、製鉄工場等から排出される還元性硫黄成分を含有する廃水は、鉄鋼スラグ浸出水だけではなく、例えば、排ガスから除去された硫黄酸化物(SOx)などを含有する排煙脱硫水などもある。
このような還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法としては、従来、様々な処理方法が提案されてきた。
例えば、特許文献1には、pH4〜5で硫黄細菌を用いる高炉スラグ浸漬水CODの処理方法が記載されている。
また、特許文献2には、硫黄酸化細菌を固定化し、pHを4.0〜7.5の範囲に管理・制御した固定床型バイオリアクターで処理することを特徴とする還元性硫黄化合物を含む廃水の生物学的処理方法が記載されている。
また、特許文献3には、pHが中性の条件で硫黄酸化機能を有する、シュードモナス属の細菌を用いることを特徴とする、微生物による還元性硫黄化合物含有排水の処理方法が記載されている。
特開平3−296497号公報 特開平6−15294号公報 特開平8−323390号公報
しかし、これらの方法は、硫化水素(HS)ガスの発生を抑制しようとしてpHをアルカリ側にすると、生物活性が低下して、処理能力が著しく低下するため、反応装置が大型化してしまうという問題があり、硫化水素ガスの発生量を低減することと、低コスト化を図ることとの両立が満足できる水準になかった。
そこで、本発明は、スラグ浸出水や排煙脱硫水等の還元性硫黄成分を含有する廃水を、硫化水素ガスの発生量を低減し、かつ、低コストで処理することができる、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねたところ、還元性硫黄成分を含有する廃水と、高炉吹製水と、を混合し、前記廃水と前記高炉吹製水との混合液を、酸素存在下で、15〜80℃の範囲内の温度に維持すると、スラグ浸出水や排煙脱硫水等の還元性硫黄成分を含有する廃水を、硫化水素ガスの発生量を低減し、かつ、低コストで処理することができる、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法を提供することができることを知得し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下に掲げる(1)〜(7)を提供する。
(1)還元性硫黄成分を含有する廃水と、高炉吹製水と、を混合し、
前記廃水と前記高炉吹製水との混合液を、酸素存在下で、15〜80℃の範囲内の温度に維持する、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法。
(2)前記混合液を、さらに、撹拌する、上記(1)に記載の処理方法。
(3)前記高炉吹製水が、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で空気に曝露した高炉吹製水である、上記(1)または(2)に記載の処理方法。
(4)前記高炉吹製水が、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で空気に曝露し、そのpHがpH8.0未満に低下した高炉吹製水である、上記(1)または(2)に記載の処理方法。
(5)前記高炉吹製水が、還元性硫黄化合物および/または培地成分を添加し、酸素存在下で、15〜80℃の範囲内の温度に保持した高炉吹製水である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の処理方法。
(6)前記還元性硫黄成分が、硫化物イオン、チオ硫酸イオン、ジチオン酸イオン、亜硫酸イオンおよび重亜硫酸イオンならびにこれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の処理方法。
(7)前記還元性硫黄成分を含有する廃水が、鉄鋼スラグ浸出水または排煙脱硫水を含む、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の処理方法。
本発明によれば、スラグ浸出水や排煙脱硫水等の還元性硫黄成分を含有する廃水を、硫化水素ガスの発生量を低減し、かつ、低コストで処理することができる、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法を提供することができる。
そして、本発明の処理方法によれば、鉄鋼スラグ浸出水または排煙脱硫水を含む廃水等の還元性硫黄成分を含有する廃水の、硫黄系COD成分の排水基準を満足することができる。
本発明の処理方法を実施するための処理装置を模式的に表す図である。 実施例1(○)および比較例1(×)の、混合液のpHと処理時間(日)との関係を表すグラフである。 実施例1(○)および比較例1(×)の、混合液中の硫酸イオン(SO 2−)濃度(mM)と処理時間(日)との関係を表すグラフである。 実施例1の混合液の、処理前および処理後のそれぞれについて、硫黄成分の組成を表すグラフである。 ろ過した高炉吹製水(◇、△、×)およびろ過しなかった高炉吹製水(□、*、○)の経時的pH変化を表すグラフである。 (A)馴養した高炉吹製水のDGGE解析結果を表す電気泳動像である。(B)馴養しなかった高炉吹製水のDGGE解析結果を表す電気泳動像である。
本発明は、「還元性硫黄成分を含有する廃水と、高炉吹製水と、を混合し、前記廃水と前記高炉吹製水との混合液を、酸素存在下で、15〜80℃の範囲内の温度に維持する、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法」である。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、高炉吹製水を空気に曝露しておくと、空気中の酸素等による自然酸化によるpH低下を明らかに超えるpH低下が生ずるという新規な知見に基づくものである。
本発明者らは、このようなpH低下は、主として、高炉吹製水に含有される還元性硫黄酸化物が酸化されて硫酸等の酸が生成されることによるものと考えている。
高炉吹製水中で硫黄が酸化されるメカニズムの詳細は不明であるが、本発明者らは、高炉吹製水中に硫黄酸化能力を有する複数種類の細菌が存在し、これら複数の細菌が働くことにより、以下の反応式で表される化学反応のうちの少なくとも一つが行われ、還元性硫黄成分が酸化されるものと推定をしている。ただし、この推定に限定されるものではない。
2−+2O→SO 2−
2−+2O+HO→2SO 2−+2H
2S 2−+O+2HO→4SO 2−+4H
SO 2−+HO→SO 2−+2H
1.高炉吹製水
本発明の処理方法で使用する高炉吹製水(以下、単に「吹製水」ともいう。)は、高炉水砕スラグ製造工程において、高炉溶融スラグを急冷するために使用され、高炉水砕スラグと分離された冷却水、または、これに以下に記載するような還元性硫黄成分を酸化する能力を向上させるための処理をしたものである。さらに、これら冷却水や処理された冷却水のpHを調節したものも含む。
高炉水砕スラグ製造工程としては、一般的には、例えば、高炉溶融スラグに加圧水を噴射して、または高炉溶融スラグを水槽に注入して、急冷し、粒状化(水砕)する工程が挙げられる。水砕スラグを製造する冷却水の温度は60℃以下、pH5.5〜8程度である。この冷却水が、高炉溶融スラグと接触することによって、温度が70〜90℃程度にまで、pHがpH9〜11程度にまで、それぞれ上昇する。その後、高炉水砕スラグと分離・回収し、冷却する工程で、再度、温度が60℃以下にまで、pHがpH5.5〜8程度にまで低下する。通常、冷却水は再利用されるため、温度およびpHの上昇および低下が複数回繰り返される。
本発明の処理方法で使用する高炉吹製水は、その温度およびpHは特に限定されず、高炉水砕スラグ製造工程で1回以上高炉溶融スラグと接触した吹製水であればよい。
本発明においては、以下に記載するような、高炉吹製水の還元性硫黄成分を酸化する能力を向上させる処理およびこの処理をすることを、それぞれ、「馴養」および「馴養する」という場合がある。
本発明の処理方法で使用する高炉吹製水は、また、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で、好ましくはpH8.5以上で、より好ましくはpH9.0以上で、さらに好ましくはpH9.5以上で、いっそう好ましくはpH10.0以上で、空気に曝露したものが好ましい。
空気に曝露することによって、高炉吹製水の還元性硫黄成分を酸化する能力を向上させられるからである。
また、空気に曝露する時間(日)は特に限定されないが、1〜14日が好ましく、1〜7日がより好ましく、1〜5日がさらに好ましく、1〜3日がいっそう好ましい。
本発明の処理方法で使用する高炉吹製水は、また、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で、好ましくはpH8.5以上で、より好ましくはpH9.0以上で、さらに好ましくはpH9.5以上で、いっそう好ましくはpH10.0以上で、空気に曝露する。その後、そのpHがpH8.0未満、好ましくはpH7.5未満、より好ましくはpH7.0未満、さらに好ましくはpH6.5未満、いっそう好ましくはpH6.0未満に低下したものがより好ましい。
空気に曝露してpHを低下させることによって、高炉吹製水の還元性硫黄成分を酸化する能力を向上させられるからである。
また、空気に曝露する時間(日)は、特に限定されず、吹製水のpHがpH8.0未満の所定pH未満に低下するまでの時間(日)とすれば特に限定されないが、コストの観点からは、例えば、1〜14日が好ましく、1〜7日がより好ましく、1〜5日がさらに好ましく、1〜3日がいっそう好ましい。
「空気に曝露し」とは、混合液の表面および/または内部を空気に曝すことをいう。混合液の表面および/または内部を空気に曝す方法は特に限定されず、混合液の表面を空気に曝したり、混合液を撹拌して内部に空気を取り込ませたり、および/または混合液の内部に空気を吹き込んだりすることができる。
また、本発明の処理方法で使用する高炉吹製水としては、還元性硫黄化合物および/または培地成分を添加し、酸素存在下で、15〜80℃の、好ましくは40〜80℃の、より好ましくは45〜75℃の、さらに好ましくは45〜70℃の、いっそう好ましくは45〜65℃の、よりいっそう好ましくは45〜55℃の範囲内に温度を保持する処理を行ったものが好ましい。温度はこの範囲内であれば変動してもよいが、一定の設定温度を維持することが好ましい。ここで、設定温度を維持するとは、この範囲を超えない限りにおいて、設定温度±5.0℃を維持することをいう。
本発明において、還元性硫黄化合物とは、酸化数が−2〜+4の硫黄原子を有する化合物をいう。還元性硫黄化合物としては、水溶性のイオン性化合物が好ましく、具体的には、例えば、ナトリウム、カリウムまたはマグネシウムの硫化物、亜硫酸塩、チオ硫酸塩およびジチオン酸塩等が挙げられ、これらからなる群から選択されるいずれか1種類を単独で、またはこれらからなる群から選択される2種類以上を組み合わせて使用することができる。
培地成分とは、主に細菌用培地に使用される成分からなる群から選択される少なくとも1種類の成分をいう。培地成分としては、具体的には、例えば、麦芽エキス、酵母エキス、肉エキス、ペプトン、デンプンおよびグルコース等の有機物;ナトリウム、カリウムまたはマグネシウム等のリン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、硝酸塩および硫酸塩等の無機塩類;鉄、亜鉛、銅、モリブデン、マンガン、コバルト、クロム、スズ、バナジウム、ニッケル、カドミウム、アルミニウム、塩素、ヨウ素、フッ素、ケイ素、セレンおよびヒ素等の微量元素;などが挙げられ、これらからなる群から選択されるいずれか1種類を単独で、またはこれらからなる群から選択される2種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、培地成分の添加量は、処理コストの観点からは、できるだけ少なくすることが好ましく、添加しないことがより好ましい。処理する還元性硫黄成分を含有する廃水にこれらの成分が含まれる場合は添加しなくてよい。
酸素存在下とは、混合液の表面および/または内部が酸素に接触している状態をいう。酸素は100%酸素ガスでもよいし、空気等の酸素含有ガス中の酸素でもよい。酸素含有ガス中の酸素分圧は特に限定されないが、大きいほど好ましい。混合液の表面および/または内部が酸素と接触する方法は特に限定されず、混合液の表面を空気に曝したり、混合液を撹拌して内部に空気を取り込ませたり、および/または混合液の内部に空気を吹き込んだりすることができる。
温度を保持する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができ、例えば、高炉吹製水と高温熱源および/または低温熱源を用いて温度を保持することができる。高温熱源としては、蒸気、熱気、ヒーター等を、低温熱源としては、冷気、クーラー等を利用することができる。
また、温度を保持する時間は、特に限定されないが、コストの観点からは、例えば、1〜14日が好ましく、1〜7日がより好ましく、1〜5日がさらに好ましく、1〜3日がいっそう好ましい。
2.還元性硫黄成分を含有する廃水
本発明の処理方法で処理される廃水(以下、単に「廃水」ともいう。)は、還元性硫黄成分を含有する、工場等から排出された廃水であれば特に限定されない。
本発明において、還元性硫黄成分は、酸化数が−2〜+4の硫黄原子を有するイオンおよび/または化合物であれば特に限定されない。
上記還元性硫黄成分としては、具体的には、例えば、硫化物形態の硫黄(硫化水素,S2−イオン等;硫黄の酸化数=−2)、チオ硫酸イオン(S 2−;硫黄の酸化数=+6,−2/平均酸化数=+2)およびその塩、亜硫酸イオン(SO 2−;硫黄の酸化数=+4)およびその塩、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つが挙げられる。
前記還元性硫黄成分としては、硫化物イオン、チオ硫酸イオン、ジチオン酸イオン、亜硫酸イオンおよび重亜硫酸イオンならびにこれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
上記廃水は、製品、材料もしくは廃棄物等から浸出した廃水および/または工場もしくは作業場等から排出された廃水を含むことが好ましく、鉄鋼スラグ浸出水または排煙脱硫水を含むことがより好ましい。
鉄鋼スラグ浸出水は、鉄鋼スラグと水とが接触することによって、当該鉄鋼スラグに含有される成分が浸出した水である。鉄鋼スラグに接触する水としては、雨水等が挙げられる。
鉄鋼スラグ浸出水中の硫黄成分は、硫化物形態の硫黄(硫化水素,S2−イオン等;硫黄の酸化数=−2)、チオ硫酸イオン(S 2−;硫黄の平均酸化数=+2)、亜硫酸イオン(SO 2−;硫黄の酸化数=+4)等の形態で存在する。スラグ浸出水中における硫黄の安定形態は硫酸イオン(SO 2−;硫黄の酸化数=+6)である。
鉄鋼スラグ浸出水としては、例えば、高炉から排出される高炉スラグと水とが接触して生成する高炉スラグ浸出水、溶銑予備処理工程において排出されるスラグと水とが接触して生成する溶銑予備処理スラグ浸出水、転炉から排出される転炉スラグと水とが接触して生成する転炉スラグ浸出水等が挙げられる。
溶銑予備処理スラグ浸出水としては、例えば、脱硫工程において排出される脱硫スラグと水とが接触して生成する脱硫スラグ浸出水、脱珪工程において排出される脱珪スラグと水とが接触して生成する脱珪スラグ浸出水、脱燐工程において排出される脱燐スラグと水とが接触して生成される脱燐スラグ浸出水等が挙げられる。
鉄鋼スラグのうちでも、高炉スラグや脱硫スラグは、硫黄を約1〜2質量%含有することから、鉄鋼スラグ浸出水としては、高炉スラグ浸出水または脱硫スラグ浸出水を含むことが好ましい。
なお、本発明においては、高炉から排出されるスラグを高炉スラグ、溶銑予備処理工程において排出されるスラグを溶銑予備処理スラグ、転炉から排出されるスラグを転炉スラグという。また、溶銑予備処理工程において、脱硫工程、脱珪工程および脱燐工程で排出されるスラグを、それぞれ、脱硫スラグ、脱珪スラグおよび脱燐スラグという。また、溶銑予備処理スラグおよび転炉スラグを総称して、製鋼スラグといい、高炉スラグおよび製鋼スラグを総称して鉄鋼スラグという。
排煙脱硫水は、燃焼等による排ガスと水とが接触して生成する湿式処理排水であり、排ガスより除去された硫黄酸化物(SOx)などを含有する廃水である。例えば、製鉄所では、焼結炉や発電所で発生する排ガスを処理したときに発生する。
3.還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法
廃水と吹製水とを混合する方法は特に限定されず、従来公知の方法を用いて、混合することができる。混合の方法としては、例えば、吹製水を収容する容器に廃水を加えて混合したり、吹製水を、廃水を収納する容器に加えて混合したり、または吹製水と廃水とをそれらを収容する容器とは異なる容器で混合したりする方法が挙げられる。また、混合の際には、撹拌をしながら混合してもよい。
酸素存在下とは、混合液の表面および/または内部が酸素に接触している状態をいう。酸素は100%酸素ガスでもよいし、空気等の酸素含有ガス中の酸素でもよい。混合気体中の酸素分圧は特に限定されないが、大きいほど好ましい。混合液の表面および/または内部が酸素と接触する方法は特に限定されず、混合液の表面を空気に曝したり、混合液を撹拌して内部に空気を取り込ませたり、および/または混合液の内部に空気を吹き込んだりすることができる。
温度を維持する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、混合液と高温熱源および/または低温熱源を用いて温度を保持することができる。高温熱源としては、蒸気、熱気、ヒーター等を、低温熱源としては、冷気、クーラー等を利用することができる。また、混合液は、温度を維持しながら、さらに、撹拌することが好ましい。
また、維持する温度は15〜80℃の範囲内であれば特に限定されないが、好ましくは40〜80℃、より好ましくは45〜75℃、さらに好ましくは45〜70℃、いっそう好ましくは45〜65℃、よりいっそう好ましくは45〜55℃の範囲内である。温度はこの範囲内であれば変動してもよいが、一定の設定温度を維持することが好ましい。ここで、設定温度を維持するとは、この範囲を超えない限りにおいて、設定温度±5.0℃を維持することをいう。
また、温度を維持する時間、すなわち処理時間は、特に限定されないが、還元性硫黄成分の濃度で規定する場合には、少なくとも、混合液中の還元性硫黄成分(硫黄系COD成分)の濃度が排水基準以下(160mg/mL以下)となるまでとすることが好ましいが、時間で規定する場合には、1〜14日が好ましく、1〜7日がより好ましく、1〜5日がさらに好ましく、1〜3日がいっそう好ましい。
本発明の処理方法では、還元性硫黄成分を含有する廃水の容量と、高炉吹製水の容量との間の関係は特に限定されないが、容積比で、廃水10に対して、吹製水を1.0〜100の範囲内とすることが好ましく、5.0〜50の範囲内とすることがより好ましい。
本発明においては、pHの測定およびpHの調整は、従来公知の方法によって行うことができる。pHの測定は、例えば、pHメーターで測定することによって行うことができ、pHの調整は、例えば、水酸化ナトリウム等のアルカリおよび/または塩酸等の酸を添加することによって行うことができる。pHを調整するときは、同時にpHを測定することが好ましい。
4.処理装置
本発明の処理方法を実施するために好適な処理装置の一例を、図1を参照しながら説明する。
廃水を処理するための好ましい処理装置1は、廃水貯槽2、反応槽(恒温装置内蔵)3、高炉吹製水前処理槽4、曝気装置5および撹拌装置6を有し、廃水貯槽2に収容された廃水と、高炉吹製水前処理槽4に収容された高炉吹製水とが、反応槽(恒温装置内蔵)3で混合され、混合液が15〜80℃の温度範囲に維持されながら、曝気装置5によって反応液に空気が吹き込まれ、さらに混合液は撹拌装置6によって撹拌される。処理された混合液は、処理水として排出される。
次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
[実施例1]
1.高炉吹製水の馴養
高炉吹製水に、5mM硝酸カリウム(KNO)、0.1g/Lリン酸水素カリウム(KHPO)、50μM塩化マグネシウム(MgCl)、および微量金属を添加し、pHを11に調整した(濃度は終濃度を表す)。
次に、この高炉吹製水(1000mL)を、曝気しながら、7日間、約50℃に維持した。
2.廃水の処理
廃水として、脱硫スラグ浸出水(初期pH=12)を用いた。
この廃水(500mL)と、上記のとおり馴養した高炉吹製水(500mL)とを、反応槽内で混合した。混合後、廃水と高炉吹製水との混合液を、曝気しながら、14日間、約50℃に維持した。
3.pHおよび硫酸イオン濃度の測定
混合液のpHを、処理開始時(0日)、処理中(3日、7日)および処理終了時(14日)に測定した。測定結果を、第1表(測定値)および図2(グラフ)に示す。

また、混合液中の硫酸イオン濃度(mM)を処理開始時(0日)、処理中(7日、13日)に測定した。測定結果を、第2表(測定値)および図3(グラフ)に示す。
4.処理前後の各硫黄成分の濃度の測定
処理開始時(0日)および処理終了時(14日)に採取した混合液サンプルについて、混合液中の硫酸イオン(SO 2−)、亜硫酸イオン(SO 2−)、チオ硫酸イオン(S 2−)、硫化物イオン(S2−)およびその他硫黄成分の濃度を測定した。測定結果を、第3表(測定値)および図4(グラフ)に示す。
還元性硫黄成分のほとんどは硫酸イオンに酸化され、硫黄系COD成分の濃度は排水基準(160mg/L)を下回った。
5.その他
処理中に硫化水素ガスの発生は認められなかった。また、処理中にpHを管理または調節をする必要はなく、高炉吹製水を補充する必要もなかった。
[比較例1]
高炉吹製水に代えて、好酸性硫黄酸化細菌(培養pH=2)の培養液を用いた他は、実施例1と同様にしてスラグ浸出水の処理および測定を行った。
反応液のpH測定結果を表1(測定値)および図2(グラフ)に、反応液中の硫酸イオン濃度の測定結果を表2(測定値)および図3(グラフ)に、それぞれ示す。
pH12という高アルカリ環境下では、好酸性硫黄酸化細菌の生物活性が低下するため、硫酸生成は曝気した酸素含有ガスによる自然酸化のみであり、それに伴うpH低下もわずかであった(pHは12から11に低下)。
実施例1ではpHが約7.4まで低下したが、硫化水素ガスの発生はなかった。これは、pHがそこまで低下する間に、HSやS2−等が酸化されて消費され尽くしたためと考えられる。
また、実施例1では廃液処理剤を補充しなくとも廃液処理を行うことができた。これは、pH9.0以上、特にpH10.0以上で生育することができる耐アルカリ性細菌によって反応液のpHが下げられることによって、pH8〜10の間で細菌叢が大きく変化し、そのpH域で働く硫黄酸化細菌に切り替わっていったため、全体として生物活性が低下しなかったことによると思われる。
[実験例]
本発明者らは、高炉吹製水中に還元性硫黄成分を酸化する能力を有する細菌が存在することを検証すべく、以下の実験例により検証を行った。
1.実験例1:高炉吹製水を空気に曝露した場合のpH変化
(1)高炉吹製水中に還元性硫黄成分を酸化して硫酸を生成し、高炉吹製水のpHを低下させる細菌が存在することを本実験例により検証した。
(2)方法
高炉吹製水を3ロット準備した(高炉吹製水1〜3)。
各高炉吹製水に、終濃度10mMとなるようにチオ硫酸ナトリウムを添加し、水酸化ナトリウムおよび塩酸を用いてpHを約10〜11に調整した。
各高炉吹製水を2つに分け、一方をそのまま、他方を最終的に孔径0.22μmのメンブレンフィルターを用いてろ過し、供試サンプルとした。
ろ過しなかった供試サンプルを、それぞれ、未ろ過1〜3、ろ過した供試サンプルを、それぞれ、ろ過1〜3とした。各供試サンプルのアラビア数字部分は、高炉吹製水1〜3に対応する。
各供試サンプルを、曝気しながら、70℃で1週間保持した。
保持開始時(0日)、保持中および保持終了時(7日)に、それぞれ、少なくとも1回ずつ、供試サンプルのpHを測定した。
(3)結果
各供試サンプルのpH測定結果を第4表(測定値)および図5(グラフ)に示す。
ろ過した供試サンプル(ろ過1〜3)は、保持終了時(7日)にpH8.0以上であったが、ろ過しなかった供試サンプル(未ろ過1〜3)は、保持終了時にpH8.0未満であった。
ろ過しなかった供試サンプルでは、ろ過した供試サンプルでみられる自然酸化によるpH低下を大きく超えるpH低下が観察された。
この結果から、高炉吹製水中に還元性硫黄成分を酸化する能力を有する細菌が存在することが推定される。
2.実験例2:高炉吹製水のDGGE分析
(1)実験例1から、高炉吹製水中には微生物が存在することがわかった。また、本発明者らは、高炉吹製水を空気に曝気しておくと、pHが経時的に低下し、約6以下にまで低下することを知見している。そこで、pH11からpH6までの数点において、高炉吹製水を試料としてPCR−DGGE解析を行い、微生物叢の解明を試みた。
(2)方法
(馴養高炉吹製水の調製)
高炉吹製水に、終濃度10mMとなるようにチオ硫酸ナトリウムを添加し、水酸化ナトリウムおよび塩酸を用いてpHをpH11に調整した。その後、曝気しながら、70℃で1週間保持し、馴養した。
(非馴養高炉吹製水の調製)
水砕スラグと分離されたばかりの新鮮な高炉吹製水を採取し、水酸化ナトリウムおよび塩酸を用いて、pHをpH11に調整した。
(PCR−DGGE解析)
馴養高炉吹製水および非馴養高炉吹製水を、それぞれ、曝気しながら、70℃で2週間保持した。保持中、高炉吹製水のpHを経時的に測定し、馴養高炉吹製水においては、pHが11、10、8、7および6の時に、非馴養高炉吹製水においては、pHが10.5、9、8.5、7.5および6.5の時に、それぞれ、サンプリングを行った。
サンプリングした高炉吹製水を試料として、プライマー341F(配列番号1)およびプライマー907R−GC(配列番号2;プライマー907R(配列番号3)の5’末端にGCクランプを付加したもの)を用いてPCR反応を行い、得られたPCR産物をDGGE解析(例えば、Ishii and Fukui, 2001, Applied and Environmental Microbiology, 67(8): 3753-3755 を参照)に供した。
(3)結果
DGGE解析の結果を図5に示す。
馴養高炉吹製水(図5(A))のpH11および10でサンプリングした試料からは、ほぼ同一のバンドパターンが確認されたが、非馴養高炉吹製水(図5(B))のpH10.5および9でサンプリングした試料からは、バンドが検出されなかった。これは、馴養したことによって、pH11またはpH10で生育する微生物が増殖したことによるものと考えられる。
馴養高炉吹製水および非馴養高炉吹製水のいずれにおいても、pH9未満でサンプリングした試料からは、複数のバンドパターンが確認された。
この結果は、高炉吹製水中には、複数種類の微生物(細菌)が存在することを強く示唆する。
3.実験例3:高炉吹製水中の微生物の同定
微生物(細菌)の種類を同定するためには、16S rRNA遺伝子(以下、「16S rDNA」ともいう。)塩基配列は有用な情報である。
3.1:同定1
(1)方法
実験例2で行った、pH11の馴養高炉吹製水から採取した試料のPCR−DGGE解析で得られたゲルから、バンドを切り出し、PCR産物を分離精製した。
このPCR産物を、プライマー341F(配列番号1)またはプライマー907R(配列番号3)を用いてダイレクトシークエンシングすることによって、16S rDNA部分塩基配列(配列番号4)を得た。
この塩基配列をクエリー配列として、GenBankデータベースに対してBLAST検索を行った。
(2)結果
BLAST検索の結果、Thermus scotoductusの16S rDNAの該当部分と100%の配列一致をした。
したがって、16S rRNA遺伝子塩基配列に基づき、高炉吹製水中に存在する細菌として、Thermus scotoductusが同定された。
なお、Thermus scotoductusは、好気性、混合栄養性のグラム染色陰性桿菌であり、生育至適温度65℃、生育至適pH7.5、pH10.5でも生育すると報告されている(Kristjansson et al., 1994, Systematic and Applied Microbiology, 17(1): 44-50)。また、本菌種は硫黄酸化性であることも報告されている(Skirnisdottir et al., 2001, Extremophiles, 5: 45-51)。
3.2:同定2
(1)方法
実験例2と同様にして馴養した馴養高炉吹製水にDNA抽出操作を行い、得られたDNAを鋳型として、プライマー8F(配列番号5)およびプライマー1541R(配列番号6)を用いてPCR増幅を行い、このPCR産物のDNAシークエンシングをプライマー8Fまたはプライマー1541Rを用いて行い、16S rDNA部分塩基配列(配列番号7)を得た。この塩基配列をクエリー配列として、DDBJデータベースに対してBLAST検索を実行した。
(2)結果
BLAST検索の結果、この塩基配列を有する細菌は、Hydrogenobacter sp.と同定された。
配列表に記載した配列について説明する。
配列番号1は、プライマー341Fの塩基配列である。
配列番号2は、プライマー907R−GC(907Rの5’末端にGCクランプを付加したものである)の塩基配列である。
配列番号3は、プライマー907Rの塩基配列である。
配列番号4は、配列決定されたThermus scotoductusの16S rRNA遺伝子部分塩基配列である。
配列番号5は、プライマー8Fの塩基配列である。
配列番号6は、プライマー1541Rの塩基配列である。
配列番号7は、配列決定されたHydrogenobacter sp.の16S rRNA遺伝子部分塩基配列である。
1 処理装置
2 廃水貯槽
3 反応槽
4 高炉吹製水前処理槽
5 曝気装置
6 撹拌装置

Claims (7)

  1. 還元性硫黄成分を含有する廃水と、高炉溶融スラグから高炉水砕スラグを製造する際に前記高炉溶融スラグを急冷するために使用され、前記高炉水砕スラグと分離された水である高炉吹製水と、を混合し、
    前記廃水と前記高炉吹製水との混合液を、酸素存在下で、15〜80℃の範囲内の温度に維持する、還元性硫黄成分を含有する廃水の処理方法。
  2. 前記混合液を、さらに、撹拌する、請求項1に記載の処理方法。
  3. 前記高炉吹製水が、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で空気に曝露した高炉吹製水である、請求項1または2に記載の処理方法。
  4. 前記高炉吹製水が、高炉溶融スラグに接触させた後、少なくとも1回はpH8.0以上で空気に曝露し、そのpHがpH8.0未満に低下した高炉吹製水である、請求項1または2に記載の処理方法。
  5. 前記高炉吹製水が、還元性硫黄化合物および/または培地成分を添加し、酸素存在下で15〜80℃の範囲内の温度に保持した高炉吹製水である、請求項1〜4のいずれかに記載の処理方法。
  6. 前記還元性硫黄成分が、硫化物イオン、チオ硫酸イオン、ジチオン酸イオン、亜硫酸イオンおよび重亜硫酸イオンならびにこれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれかに記載の処理方法。
  7. 前記還元性硫黄成分を含有する廃水が、鉄鋼スラグ浸出水または排煙脱硫水を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の処理方法。
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