JP6731261B2 - 重金属含有水の処理装置および処理方法 - Google Patents
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Description
第一鉄塩添加手段として第一鉄塩添加ライン32と、pH調整手段としてのpH調整剤添加ライン34と、凝集物粗大化手段としての高分子凝集剤添加ライン36と、排ガスライン46とが接続されている。反応槽10の下部と上部は、循環手段として循環ポンプ20を介した循環ライン38により接続されている。循環ライン38は、例えば、ステンレス製等の金属製、または耐熱性塩化ビニル製等の耐熱性樹脂製等の配管であり、配管内における懸濁物質の沈殿滞留防止等の観点から、配管径は管内流速が0.5m/sec以上となる径であることが望ましい。循環ライン38における循環ポンプ20と反応槽10の上部接続部との間には、流量計22と、混合手段としてエジェクタ24とが設置されている。エジェクタ24には、エジェクタ24で吸気される気体ライン48が接続され、気体ライン48にはガス流量計26が設置されている。循環ライン38における循環ポンプ20と流量計22との間には、処理水ライン40がバルブ28を介して接続され、処理水ライン40は、バルブ28の下流側で処理水排出ライン42と、汚泥排出ライン44とに分岐している。
被処理水である重金属含有水の加熱時期は、第一鉄塩が添加される際であればよく、これは第一鉄塩が添加される前だけではなく、第一鉄塩の添加中、第一鉄塩の添加後も含まれる。そして、加熱工程における重金属含有水の加熱温度は、水が沸騰しない程度の温度であればよく、60℃以上100℃未満の範囲であればよいが、60℃以上95℃以下の範囲であることが好ましく、65℃以上75℃以下の範囲がより好ましい。重金属含有水がセレンを含む場合、水温が50℃未満では、第一鉄塩によるセレンの還元速度が遅いため第一鉄塩の添加量が多大になるとともに、一連の反応を通してもフェライト等の生成が少なく水酸化鉄の多い固形物が生成し、沈降濃縮性の悪い大量の汚泥が生成しやすい。また、セレンを含む重金属含有水の温度を95℃超としても、第一鉄塩の必要添加量や汚泥発生量の抑制の点で95℃以下の場合とほとんど変わらず、加熱に必要なエネルギーコストだけが高くなる場合がある。
第一鉄塩の添加量は、重金属含有水の重金属濃度や共存イオンの存在量等によって大きく異なる。重金属含有水が6価セレンを含む場合、還元反応が生じやすい第一鉄塩の添加量が望ましく、概ねセレン濃度が1mg/L以下であれば、第一鉄塩の添加量は、鉄濃度で50〜300mg/Lの範囲、セレン濃度が1〜10mg/Lであれば、鉄濃度で300〜5000mg/Lの範囲が目安である。
反応槽10内の被処理水のpHは、第一鉄塩が水酸化鉄に変化することによって酸性側にシフトする。これに、pH調整剤としてアルカリまたは酸を添加して、pH7以上、好ましくはpH7〜10の所定pHに調整する。
反応工程では、還元反応および凝集反応が行われている反応水の一部を循環し、循環ライン38において酸素含有気体が供給され、混合されながら行われる。第一鉄塩の反応時間は、5分〜60分の範囲であることが好ましい。すなわち、反応槽10内の反応水の滞留時間が5分〜60分の範囲であることが好ましい。上記反応時間が5分未満では、鉄のフェライト化反応および重金属の凝集反応が十分に行われず、重金属の除去率が低下する場合がある。なお、上記反応時間を60分超としても、重金属の除去率はほとんど変化せず、汚泥量もそれ以上ほとんど低減しない。
反応工程中は例えば循環ポンプ20および循環ライン38で反応水を循環させ、循環途中で酸素含有気体が供給、混合される。
必要に応じて高分子凝集剤添加ライン36から添加する高分子凝集剤の量は、1〜30mg/Lの範囲が好ましい。高分子凝集剤の量が1mg/L未満では、凝集物に沈降速度の遅い小さな粒子が多数存在し、後段の固液分離工程において処理水への凝集物の流出が多くなる場合がある。また、高分子凝集剤の量が30mg/Lを超えると、凝集物の沈降性は30mg/Lの場合とほとんど変わらず、凝集剤使用量だけが多くなるとともに、固液分離工程で汚泥となった際の汚泥の粘性が大きくなり、汚泥配管の閉塞といった問題が生じることもある。
固液分離工程において用いられる沈殿槽は、粗大化した凝集物(フェライトおよび重金属等を含む)を含む凝集反応水から固液分離することができれば、如何なる形態の分離形式のものでもよいが、沈殿分離が最も効果的である。反応槽10とは別の沈殿槽に凝集反応水を移して固液分離を行ってもよいし、反応槽10の撹拌機12を停止して凝集反応水を静置し、反応槽10内で沈殿分離を行ってもよい。後者の場合、反応槽10は、反応手段として機能するとともに、固液分離手段(沈殿槽)としても機能することになる。沈殿時間は沈殿槽の大きさにもよるが、例えば15分〜30分程度が好ましい。
図2に示す重金属含有水の処理装置3を製作した。重金属含有水の処理装置3は、主に反応槽10と沈殿槽54とで構成される。処理装置3は、反応槽10(撹拌機12、pH計14、温度計16、電気式のヒータ18が付帯)150L、循環ライン38、循環ポンプ20、電動弁、流量計22、空気自吸式のエジェクタ24(前後に圧力計を設置)、ガス流量計26で構成される。また、沈殿槽54の内壁には体積の目盛があり、汚泥量を読み取ることができる。
・被処理水量:100L
・反応温度65℃
・塩化第一鉄(31重量%FeCl2水溶液):5.0gFe/L
・反応pHと時間:pH7.5×15分+pH9.5×15分(計0.5時間)
・反応水循環流量:780L/h×0.5時間
・空気供給量(実施例のみ):50〜250L(ntp)/100L原水/0.5時間
酸素量 0.0105〜0.105L(ntp)/g−Fe
・高分子凝集剤:オルガノ製、オルフロックM−4020 20mg/L
・高分子凝集剤反応時間:5分
・沈殿時間:30分
気体ライン48に設置されたバルブ56を完全に閉め、エジェクタ24から空気が入らないようにした以外は、実施例と同様の操作で重金属含有水100Lの処理を行い、30分沈殿後の上澄水質および汚泥体積を測定した。それらの結果も表2にまとめた。
図2の処理装置3の反応槽10の底部に散気管52を設置し、ブロワ50に接続した。反応槽10内に入れた重金属含有水100Lをヒータ18により65℃まで加温した後、塩化第一鉄溶液(水溶液、FeCl2 31重量%)を添加し、水酸化ナトリウム溶液(水溶液、20重量%)でpHを7.5に調整した。この後、ブロワ50を起動し、散気管52から反応槽10内に曝気した(循環ポンプ20は起動させず、反応水の循環を行わなかった)。15分反応させた後、曝気を継続しながら、反応槽10に水酸化ナトリウム溶液(水溶液、20重量%)を添加してpH9.5の有機高分子凝集剤(オルガノ製、オルフロックM−4020)20mg/Lを添加した。以降は、実施例と同じ操作を行った。30分沈殿後の上澄水質および汚泥体積を測定した。それらの結果も表2にまとめた。
・空気供給量(比較例2のみ):150L(ntp)/100L原水/0.5時間
酸素量 0.063L(ntp)/g−Fe
エジェクタ、ラインミキサと、散気管とで水に空気を吹込んだときの空気溶解量を比較した。
32 第一鉄塩添加ライン、34 pH調整剤添加ライン、36 高分子凝集剤添加ライン、38 循環ライン、40 処理水ライン、42 処理水排出ライン、44 汚泥排出ライン、46 排ガスライン、48 気体ライン、50 ブロワ、52 散気管、54 沈殿槽。
Claims (6)
- 第一鉄塩の存在下、60℃以上100℃未満、pH7以上において、セレンを含む重金属含有水中の重金属の還元反応および凝集反応を行い、その後、より高いpHに調整して凝集反応を行う反応手段と、
還元反応および凝集反応が行われている反応水の一部を、循環ラインを通して循環させる循環手段と、
前記循環ライン内で酸素含有気体を前記反応水に供給して混合する混合手段と、
前記重金属を凝集反応させた凝集反応水から凝集物を分離する固液分離手段と、
を備えることを特徴とする重金属含有水の処理装置。 - 請求項1に記載の重金属含有水の処理装置であって、
前記混合手段において供給する酸素量が、鉄濃度に換算した前記第一鉄塩の添加量に対して、0.01〜0.11L(ntp)/g−Feの範囲であることを特徴とする重金属含有水の処理装置。 - 請求項1または2に記載の重金属含有水の処理装置であって、
前記混合手段は、エジェクタ、または、コンプレッサおよびラインミキサであることを特徴とする重金属含有水の処理装置。 - 第一鉄塩の存在下、60℃以上100℃未満、pH7以上において、セレンを含む重金属含有水中の重金属の還元反応および凝集反応を行い、その後、より高いpHに調整して凝集反応を行う反応工程と、
還元反応および凝集反応が行われている反応水の一部を、循環ラインを通して循環させる循環工程と、
前記循環ライン内で酸素含有気体を前記反応水に供給して混合する混合工程と、
前記重金属を凝集反応させた凝集反応水から凝集物を分離する固液分離工程と、
を含むことを特徴とする重金属含有水の処理方法。 - 請求項4に記載の重金属含有水の処理方法であって、
前記混合工程において供給する酸素量が、鉄濃度に換算した前記第一鉄塩の添加量に対して、0.01〜0.11L(ntp)/g−Feの範囲であることを特徴とする重金属含有水の処理方法。 - 請求項4または5に記載の重金属含有水の処理方法であって、
前記混合工程において、エジェクタ、または、コンプレッサおよびラインミキサを用いて、前記酸素含有気体を前記反応水に供給して混合することを特徴とする重金属含有水の処理方法。
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