JP7097316B2 - 鉄イオン含有水から鉄分を除去する方法及び装置 - Google Patents
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Description
(1)反応槽に、鉄イオン含有水、アルカリ剤、及び酸素を供給し、前記鉄イオン含有水中の第一鉄イオンの少なくとも一部をオキシ水酸化鉄に変換させ、オキシ水酸化鉄を含むスラリーを得る工程、
前記オキシ水酸化鉄のスラリーに、凝集剤を添加する工程、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程、
前記オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を、前記反応槽に返送する工程、
を含む、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去する方法。
(2)前記凝集剤を添加する工程において、前記凝集剤が、前記オキシ水酸化鉄のスラリーの懸濁物質(SS)量に対して、0.010~0.500質量%の量となるように添加される、(1)に記載の方法。
(3)前記鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が、1~100mg/Lである、(1)または(2)に記載の方法。
(4)前記オキシ水酸化鉄のスラリーのSS量が500~20000mg/Lとなるように前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を返送することを含む、(1)~(3)のいずれか1項に記載の方法。
(5)前記凝集剤を添加する工程の前に、
前記オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び
前記沈殿させたオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する工程
をさらに含む、(1)~(4)のいずれか1項に記載の方法。
(6)前記反応槽が循環ライン及び循環ポンプを備えており、前記オキシ水酸化鉄のスラリーが前記循環ラインを循環しており、前記鉄イオン含有水は、前記反応槽の前記循環ラインに供給される、(1)~(5)のいずれか1項に記載の方法。
(7)(1)~(6)のいずれか1項に記載の方法に用いられる装置であって、
鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ラインと、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ラインと、酸素を供給する酸素供給ラインとが接続されている反応槽、
前記反応槽からのオキシ水酸化鉄のスラリーに凝集剤を供給する凝集剤供給ラインが接続されている凝集槽、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽、
前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥の少なくとも一部を前記反応槽へと返送する第1の返送ライン、及び
前記固液分離槽からの処理水を排出する処理水排出ライン
を含む前記装置。
反応槽としては、通常の槽を用いればよく、特に限定されないが、循環ポンプと循環ラインを有し、槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環ラインを通じて循環できるものが好ましい。反応槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環させることにより、鉄イオン含有水中の鉄イオンと、反応槽内のオキシ水酸化鉄と、反応槽に供給されるアルカリ剤及び酸素との接触を促進させ、鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換を促進させることができる。循環流量は特に限定されず、反応槽の容積、鉄イオン含有水の注入速度、鉄イオン含有水中の鉄イオン濃度、反応槽中の懸濁物質(SS)量などに応じて適宜設定すればよい。例えば、これに限定されないが、流入する鉄イオン含有水中の第一鉄イオン濃度が1~100mg/Lである場合、鉄イオン含有水注入体積1Qに対して、好ましくは2Q~10Qの、さらに好ましくは4Q~8Qの水量比率で反応槽内の液を循環ラインを通じて循環させることが好ましい。
スラリーの遠心分離(3000~4000rpm、2~3分)を行い、上澄液を捨て、得られた沈殿物に水を加えてよく撹拌した後、再び同一の条件で遠心分離を行う。得られた沈殿物を105~110℃の温度で2時間乾燥させた後、質量を測定し、SS量を算出する。
次に、凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーの固液分離を行い、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を少なくとも含む汚泥を分離する。固液分離の方法としては、凝集沈殿処理の他、凝集膜分離、凝集加圧浮上などが考えられるが、本発明において生成するオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥は、沈降性が非常に良いことから、沈殿処理が最も好ましい。
<参考例> 反応系から流出するSS量の確認
地下水(pH6.4)に対し、Fe濃度を5000mg/Lとなるように調整したFeCl2水溶液を混和し、Fe濃度を約1000mg/Lに調整し、原水とした。この原水を、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に25ml/分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に25g/LのNa2CO3水溶液を添加して、槽内のpHを6.8に制御した。運転中、反応槽内のSS量を計測し、SS量が約39000mg/Lとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量(約200g)採取し、その一部をSS量がそれぞれ5700mg/L、9700mg/L、10700mg/L、及び14600mg/Lの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
参考例に記載の方法で準備したSS量が約39000mg/Lのスラリーの一部を、SS量がそれぞれ100mg/L、730mg/L、及び10000mg/Lの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
鉄イオン含有水として、Fe濃度が1000mg/LとなるようにFeCl2・4H2Oを添加した3%並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に25ml/分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に25g/LのNa2CO3水溶液を添加して、槽内のpHを6.8に制御した。運転中、反応槽内のSS量を計測し、SS量が約15000mg/Lとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量(約150g)採取し、その一部をSS量が10000mg/Lの濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。このスラリーを、3つに分け、それぞれ15L水槽に液深が250mmとなるように入れた。ここに、アニオン性高分子凝集剤(エバグロース(登録商標)A152、水ing株式会社製)を表1に記載の量でそれぞれ添加し、撹拌混合後、それぞれ表1に記載の時間静置させ、水槽の底面に堆積した堆積物の厚みを測定した。また、上澄水の外観を目視観察した。
鉄イオン含有水として、Fe濃度が20mg/LとなるようにFeCl2・4H2Oを添加した3%並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に20ml/分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に25g/LのNa2CO3水溶液を添加して、槽内のpHを6.8に制御した。反応槽内のSS量が15000mg/Lとなったところで、除鉄の連続試験を開始した。反応装置としては、図1に記載の装置を用いた。
鉄イオン含有水として、Fe濃度が500mg/LとなるようにFeCl2・4H2Oを添加した3%並塩水溶液を用いた。循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に20ml/分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に25g/LのNa2CO3水溶液を添加して、槽内のpHを6.8に制御した。反応装置としては、図1に記載の装置を用いた。反応槽のSS量が1000mg/Lとなったところで、反応槽のスラリーの体積の約4/5を引き抜き、反応槽に残ったスラリーに、アニオン性高分子凝集剤(エバグロース(登録商標)A152、水ing株式会社製)をスラリーのSS量に対し、それぞれ0%、0.1質量%、及び1.0質量%となるように添加した。ここに上記の鉄イオン含有水(Fe濃度500mg/L)を同条件で再び連続的に供給し、曝気とpH制御を行いながら、槽内で循環させた。槽内のSS量が1000mg/Lになったところで反応槽内のスラリーを取得した。取得したスラリーを遠心分離することにより沈殿物を回収し、水を加えてかき混ぜ、再び遠心分離して沈殿物を回収する操作を2回行った。得られた沈殿物を60℃の乾燥機で一晩乾燥させて水分を除去し、得られた固形物を細かくすり潰すことによりFT-IR測定用のサンプルを調製した。各サンプルについて、ATR法(全反射法)によりFT-IRを測定した。測定条件は、プリズムがダイヤモンド、分解能が4cm-1、スペクトル回数が16回である。α-FeOOH及びγ-FeOOHのそれぞれの標準スペクトルと、各サンプルのスペクトルについて、図8に示す。α-FeOOHは、885.2cm-1と798.42cm-1に特徴的なピークを示し、γ-FeOOHは、1022.13cm-1に特徴的なピークを示す。図8より、凝集剤を0.1質量%または1.0質量%添加したサンプルも、凝集剤を添加しなかったサンプルと同様に、α-FeOOHとγ-FeOOHのそれぞれに特徴的なピークを示しており、凝集剤を添加した場合(すなわち、反応槽内に凝集剤を含む汚泥が返送される場合)であっても、凝集剤を添加しない場合と同様に、反応槽においてα-FeOOHとγ-FeOOHの混合スラリーを形成することができたことがわかる。
参考例に記載の方法で準備したSS量が約39000mg/Lのスラリーの一部に対し、アニオン性高分子凝集剤(エバグロース(登録商標)A152、水ing株式会社製)を表3に記載の添加率となるように添加して撹拌混合した後静置し、オキシ水酸化鉄と凝集剤を含む汚泥を形成した。得られた汚泥をベルトプレス脱水機を用いて脱水した。濾布は、フェルト系濾布(敷島カンバス社製、品番FN1101XB)を用い、濾布緊張力4.9kN/m、濾布スピード1.0m/分とした。得られた脱水固形物における厚さを測定し、SS回収率を計算した。また、得られた脱水固形物の含水率を、脱水固形物の乾燥前後の質量から算出した。結果を表3に示す。また、試験8及び比較3のそれぞれについて、脱水後の濾布と、濾布を通過した濾液の様子を写真撮影した(図9)。
2 鉄イオン含有水供給ライン
3 アルカリ剤供給ライン
4 酸素供給ライン
5 凝集剤供給ライン
6 固液分離槽
7 第1の返送ライン
8 処理水排出ライン
9 凝集槽
10 pH計測手段
11 第1のSS量計測手段
12 循環ライン
13 循環ポンプ
14 第2のSS量計測手段
15 汚泥排出ライン
16 第3のSS量計測手段
17 汚泥返送・排出ポンプ
18 中間沈殿槽
19 第2の返送ライン
20 第3の返送ライン
21 第4のSS量計測手段
Claims (7)
- 反応槽に、鉄イオン含有水、アルカリ剤、及び酸素を供給し、前記鉄イオン含有水中の第一鉄イオンの少なくとも一部をオキシ水酸化鉄に変換させ、オキシ水酸化鉄を含むスラリーを得る工程、
前記オキシ水酸化鉄のスラリーに、アニオン性高分子凝集剤を添加する工程、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程、
前記オキシ水酸化鉄とアニオン性高分子凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を、前記反応槽に返送する工程、
を含み、さらに、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程の前に、
前記オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び
前記沈殿させたオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する工程
を含む、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去する方法。 - 前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程において、前記アニオン性高分子凝集剤が、前記オキシ水酸化鉄のスラリーの懸濁物質(SS)量に対して、0.010~0.500質量%の量となるように添加される、請求項1に記載の方法。
- 前記鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が、1~100mg/Lである、請求項1または2に記載の方法。
- 前記オキシ水酸化鉄のスラリーのSS量が500~20000mg/Lとなるように前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を返送することを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程を凝集槽で行うことを含み、
前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程の後に、前記オキシ水酸化鉄とアニオン性高分子凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を前記凝集槽へと返送する工程をさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記反応槽が循環ライン及び循環ポンプを備えており、前記オキシ水酸化鉄のスラリーが前記循環ラインを循環しており、前記鉄イオン含有水は、前記反応槽の前記循環ラインに供給される、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の方法に用いられる装置であって、
鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ラインと、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ラインと、酸素を供給する酸素供給ラインとが接続されている反応槽、
前記反応槽からのオキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる中間沈殿槽、
前記中間沈殿槽からの沈殿しなかったオキシ水酸化鉄を含むスラリーにアニオン性高分子凝集剤を供給する凝集剤供給ラインが接続されている凝集槽、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽、
前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥の少なくとも一部を前記反応槽へと返送する第1の返送ライン、
前記中間沈殿槽で沈殿したオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する第3の返送ライン、及び
前記固液分離槽からの処理水を排出する処理水排出ライン
を含む前記装置。
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