JP7454096B1 - 廃水の処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記アルカリ酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。
[2]アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を中性酸化反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液中に残留する前記次亜塩素酸塩、又は前記アルカリ酸化反応液にさらに添加される次亜塩素酸塩を反応させて、中性酸化反応液を得る工程と、
前記中性酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記中性酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記中性酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記中性酸化反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が650+59×(7-pH)mV以上950+59×(7-pH)mV以下の前記中性酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記中性酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。
図1に、本発明の第一実施形態の廃水の処理方法(以下、単に「処理方法」と記載することがある。)を実行し得る水処理装置11及び処理フローの一例を表す概略構成図を示す。第一実施形態の処理方法で用いることが可能な水処理装置11は、アルカリ酸化反応槽22、及び還元反応槽26を備える。第一実施形態の処理方法は、アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水W0を処理対象とする。
第一実施形態の処理方法は、アルカリ酸化反応槽22において、アルカリ酸化反応液W1を得る工程(本明細書において、「工程1A」と記載することがある。)を含む。この工程1Aは、廃水W0をアルカリ酸化反応槽22に導入して行われる。そして、アルカリ酸化反応槽22において、廃水W0のpHを9.0以上11.5以下に調整する。廃水W0のpHの調整には、後述するpH調整剤を用いることができる。アルカリ酸化反応槽22には、廃水W0にpH調整剤を添加するための装置(以下、「pH調整剤添加装置」と記載することがある。)42や、廃水W0のpHを測定するためのpH計62を設けてもよい。
また、第一実施形態の処理方法は、還元反応槽26において、還元反応液W3を得る工程(本明細書において、「工程1C」と記載することがある。)を含む。この工程1Cは、上記工程1Aで得られたアルカリ酸化反応液W1を還元反応槽26に導入して行われる。そして、還元反応槽26において、アルカリ酸化反応液W1のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、アルカリ酸化反応液W1に還元剤を添加して反応させ、アルカリ酸化反応液W1中の残留塩素化合物を分解して還元反応液W3を得る。この際、アルカリ酸化反応液W1中の還元剤の反応によって、酸化還元電位(ORP)が400mV以下の還元反応液W3を得る。すなわち、工程1Cでは、ORPが400mV以下となるように、還元剤をアルカリ酸化反応液W1に添加する。それにより、アルカリ酸化反応液W1中の残留塩素化合物を十分に分解することができる。アルカリ酸化反応液W1への還元剤の添加は、好ましくはアルカリ酸化反応液W1のpHを6.0以上8.0以下に調整しながら(すなわち、pH調整と同時に)行うが、pH調整後に行ってもよい。
図2に、本発明の第二実施形態の処理方法を実行し得る水処理装置12及び処理フローの一例を表す概略構成図を示す。第二実施形態の処理方法で用いることが可能な水処理装置12は、アルカリ酸化反応槽22、中性酸化反応槽24、及び還元反応槽26を備える。第二実施形態の処理方法も、第一実施形態の処理方法と同様、アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水W0を処理対象とする。第二実施形態の処理方法は、第一実施形態の処理方法における「アルカリ酸化反応液を得る工程」と「還元反応液を得る工程」との間に、後述する「中性酸化反応液を得る工程」を含む点が、第一実施形態の処理方法とは異なる。
第二実施形態の処理方法は、第一実施形態の処理方法と同様に、アルカリ酸化反応槽22において、アルカリ酸化反応液W1を得る工程(本明細書において、「工程2A」と記載することがある。)を含む。この工程2Aは、廃水W0をアルカリ酸化反応槽22に導入して行われる。そして、アルカリ酸化反応槽22において、廃水W0のpHを9.0以上11.5以下に調整する。廃水W0のpHの調整には、後述するpH調整剤を用いることができる。アルカリ酸化反応槽22には、pH調整剤添加装置42やpH計62を設けてもよい。
また、第二実施形態の処理方法は、中性酸化反応槽24において、中性酸化反応液W2を得る工程(本明細書において、「工程2B」と記載することがある。)を含む。この工程2Bは、上記工程2Aで得られたアルカリ酸化反応液W1を中性酸化反応槽24に導入して行われる。そして、中性酸化反応槽24において、アルカリ酸化反応液W1のpHを6.0以上8.0以下に調整する。アルカリ酸化反応液W1のpHの調整には、後述するpH調整剤を用いることができる。中性酸化反応槽24には、pH調整剤添加装置44やpH計64を設けてもよい。
さらに、第二実施形態の処理方法は、還元反応槽26において、還元反応液W3を得る工程(本明細書において、「工程2C」と記載することがある。)を含む。この工程2Cは、上記工程2Bで得られた中性酸化反応液W2を還元反応槽26に導入して行われる。そして、還元反応槽26において、中性酸化反応液W2に還元剤を添加して反応させ、中性酸化反応液W2中の残留塩素化合物を分解して還元反応液W3を得る。この際、中性酸化反応液W2中の還元剤の反応によって、酸化還元電位(ORP)が400mV以下の還元反応液W3を得る。すなわち、工程2Cでは、ORPが400mV以下となるように、還元剤を中性酸化反応液W2に添加する。それにより、中性酸化反応液W2中の残留塩素化合物を十分に分解することができる。工程2Cにおいて、還元剤が添加される中性酸化反応液W2は、上述の工程2BでpH6.0以上8.0以下に調整されているが、pH調整剤を用いて中性酸化反応液W2のpHを上記範囲に維持しながら還元剤を添加してもよい。
第一及び第二実施形態の処理方法におけるアルカリ酸化反応液W1を得る工程(工程1A及び2A)では、次の反応が生じると考えられる。
(A-1)下記反応式(1)で表される推定機構のように、チオシアン酸イオン(SCN-)の次亜塩素酸イオン(ClO-)との反応によるシアン酸(CNO-)への酸化が生じると考えられる。
SCN- + 4ClO- + 2OH-
→ SO4 2- + CNO- + 4Cl- + H2O (1)
(A-2)下記反応式(2)で表される推定機構のように、アンモニアと次亜塩素酸イオンとの反応によるクロラミン(代表的なクロラミンとしてモノクロラミン(NH2Cl))の生成が考えられる。
NH3 +ClO- → NH2Cl + OH- (2)
(A-3)下記反応式(3)で表される推定機構のように、クロラミンの分解が生じると考えられる。
3NH2Cl → N2 + NH4Cl + 2HCl (3)
(A-4)下記反応式(4)で表される推定機構のように、後述するシアン化合物のうち、易分解性のシアン化合物(シアン化物イオンや、シアンと金属との結合が比較的弱い金属シアノ錯体(亜鉛シアノ錯体及び銅シアノ錯体等))のシアン酸への酸化が生じると考えられる。なお、ペンタシアノモノカルボニル鉄(II)イオンやテトラシアノジカルボニル鉄(II)イオンも、この工程1A及び2Aで一部分解する可能性があると考えられる。
CN- + ClO- → CNO- + Cl- (4)
第二実施形態の処理方法における中性酸化反応液W2を得る工程(工程2B)では、次の反応が生じると考えられる。
(B-1)下記反応式(5)で表される推定機構のように、アンモニアと次亜塩素酸(HOCl)との反応によるクロラミン類(NH2Cl、NHCl2、NCl3)の生成が考えられる。
NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O
NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O (5)
(B-2)また、下記反応式(6)で表される代表的な推定機構のように、クロラミン類の窒素ガスへの分解が生じると考えられる。
NH2Cl+NHCl2 → N2 + 3HCl (6)
(B-3)また、下記反応式(7)で表される推定機構のように、シアン酸の分解が生じると考えられる。
2CNO- + 3OCl- + H2O
→ N2 + 3Cl- + 2HCO3 - (7)
第一及び第二実施形態の処理方法における還元反応液W3を得る工程(工程1C及び2C)では、還元剤によって、次亜塩素酸(HOCl)、次亜塩素酸イオン(ClO-)、及び結合残留塩素(クロラミン類等)の残留塩素化合物が分解され、除去される。
本実施形態の処理方法は、アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水W0を処理対象とする。これらの成分を含有する可能性が高いことから、排出ガスを処理する際に生じた廃水W0に対して、本実施形態の処理方法を好適に適用することができる。そのような廃水W0としては、懸濁物質を含む排出ガスを湿式集塵処理して得られた集塵水や、その集塵水から懸濁物質を除去するための固液分離処理がなされた集塵廃水等を挙げることができる。排出ガスとしては、例えば、発電所から発生する排出ガス、コークス炉から発生する排出ガス、溶融炉(精錬炉)等の金属精錬設備や製鉄所から生じる排出ガス、セメント製造設備から生じる排出ガス、及び各種ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却施設から生じる排出ガス等が挙げられる。廃水W0の水温としては、15℃以上80℃以下が好ましく、30℃以上60℃以下がより好ましい。
第一実施形態の処理方法では、アルカリ酸化反応槽22、及び還元反応槽26を用い、第二実施形態の処理方法では、それらの反応槽22、26に加えてさらに、それらの間で中性酸化反応槽24を用いる。各反応槽22、24、26は、一定以上の滞留時間が確保できるものであれば特に限定はないが、滞留時間が1~120分であるものが好ましく、滞留時間が3~60分であるものがより好ましい。また、各反応槽22、24、26は、撹拌機構70を備えることが好ましい。撹拌の方式としては、特に制限はなく、例えば、撹拌翼による方式、バッフルによる方式、気体吹込みによる方式、水中ポンプによる方式、及び水中モータによる方式等が挙げられる。
本実施形態の処理方法におけるアルカリ酸化反応液W1を得る工程(工程1A及び2A)において、廃水W0のpHを9.0以上11.5以下に調整する際には、pH調整剤を用いることができる。pH調整剤としては、水処理の技術分野で用いられているものを好適に用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化カルシウム等の塩基を用いることができる。これらのなかでも、入手の容易さの観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。また、アルカリ酸化反応槽22における廃水W0のpHをより厳密に調整するために酸をpH調整剤として併用することも可能である。この酸としては、硫酸水溶液、及び塩酸等を挙げることができる。
本実施形態の処理方法におけるアルカリ酸化反応液W1を得る工程(工程1A及び2A)では、次亜塩素酸塩を用いる。また、第二実施形態の処理方法における中性酸化反応液W2を得る工程(工程2B)では、工程2Aで得られるアルカリ酸化反応液W1中に次亜塩素酸塩が残留していない場合、アルカリ酸化反応液W1にさらに次亜塩素酸塩を添加する。これらの工程で用いる次亜塩素酸塩としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、及び次亜塩素酸カルシウム等を挙げることができる。これらのなかでも、取り扱い及び入手の容易さの観点から、次亜塩素酸ナトリウムを用いることが好ましく、水溶液の形態で用いることがより好ましい。その水溶液中の次亜塩素酸塩の濃度は、1~20質量%であることが好ましく、例えば、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を好ましく用いることができる。
アンモニアの次亜塩素酸塩による分解過程での副産物として硝酸イオンが生じることが知られている。硝酸イオンの生成量が極力低くなり、かつアンモニアの十分な除去効果が得られるように、アルカリ酸化反応槽22及び中性酸化反応槽24のそれぞれでの次亜塩素酸塩の添加量を調整するとよい。この際の次亜塩素酸塩の添加量は、予備実験等で適当な量な把握しておき、その把握結果に基づいて調整することが好ましい。また、シアン酸の残留の程度もアルカリ酸化反応槽22と中性酸化反応槽24での次亜塩素酸塩の添加量に依存することから、この観点からも、次亜塩素酸塩の適当な添加量を把握しておき、その把握結果に基づいて調整することが好ましい。
本実施形態の処理方法では、次亜塩素酸塩の添加量は、廃水W0中のチオシアン酸イオンを酸化分解し得る量として、次亜塩素酸塩を添加する対象の液の酸化還元電位(ORP)を指標に調整する。すなわち、アルカリ酸化反応液W1を得る工程(工程1A及び2A)では、次亜塩素酸塩の添加量は、アルカリ酸化反応槽22内の液のORPが350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下となる量とする。それにより、廃水W0中のチオシアン酸イオンを十分に酸化分解することができる。アルカリ酸化反応液W1を得る工程では、廃水W0のpHを9.0以上11.5以下に調整するため、上記ORPは、pH11.5の場合に最小で320.5mVであり、pH9.0の場合に最大で818.0mVとなる。
本実施形態の処理方法における還元反応液W3を得る工程(工程1C及び2C)では、還元剤を用いる。還元剤としては、亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸ナトリウム等の亜硫酸塩;チオ硫酸ナトリウム等のチオ硫酸塩;塩化第一鉄及び硫酸第一鉄等の第一鉄塩;硫化ナトリウム等の硫化物塩;アスコルビン酸及びその塩;システイン等のチオール類;ジエチルジチオカルバミン酸等のジチオカルバミン酸類;等を挙げることができる。これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、安全性や取り扱いやすさ、入手のしやすさの観点から、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、及び第一鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。なかでも、CODを上昇させにくい観点から、亜硫酸塩及び第一鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも1種がより好ましい。還元剤も水溶液の形態で用いることが好ましい。その水溶液中の還元剤の濃度は、10~50質量%であることが好ましい。
本実施形態の処理方法では、還元反応槽26中の液の還元状態を把握する方法として、酸化還元電位(ORP)を指標とする。つまり、還元反応液W3を得るに当たり、還元剤の添加量は、還元反応槽26に導入された液中の残留塩素化合物を分解し得る量として、還元反応槽26中の液のORPを指標に調整する。すなわち、還元反応液W3を得る工程(工程1C及び2C)では、還元剤の添加量は、還元反応槽26内の液のORPが400mV以下となる量とする。それにより、液中の残留塩素化合物を十分に還元除去することができる。
図3に、第一実施形態の処理方法を実行し得る水処理装置13及び処理フローの別の一例を表す概略構成図を示す。図4に、第一実施形態の処理方法を実行し得る水処理装置14及び処理フローのまた別の一例を表す概略構成図を示す。また、図5に、第二実施形態の処理方法を実行し得る水処理装置15及び処理フローの別の一例を表す概略構成図を示す。図6に、第二実施形態の処理方法を実行し得る水処理装置16及び処理フローのまた別の一例を表す概略構成図を示す。
銅化合物としては、銅(I)化合物及び銅(II)化合物の少なくとも1種を用いることができる。銅(I)化合物は1価の銅化合物(第一銅化合物)である。銅(I)化合物としては、例えば、塩化銅(I)、酸化銅(I)(亜酸化銅)、及び硫酸銅(I)等を挙げることができ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、銅(II)化合物は2価の銅化合物(第二銅化合物)である。銅(II)化合物としては、例えば、塩化銅(II)、酸化銅(II)、及び硫酸銅(II)等を挙げることができ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
銅化合物の添加量は、廃水W0中の全シアン濃度、及び目標とする処理水W5の全シアン濃度等に応じて適宜設定すればよいが、1~300mg-Cu/Lが好ましく、3~100mg-Cu/Lがより好ましい。また、アルカリ酸化反応液W1を得る工程以後で銅化合物添加工程前の液中のシアン含有量を予め測定し、その含有量に対して0.1モル等量以上の銅化合物を添加することも好ましい。
銅化合物の添加位置は、固液分離処理を行う前に、廃水W0から分離対象液W4までのいずれかの液に銅化合物が添加される位置であればよい。銅(I)化合物は次亜塩素酸と反応すると銅(II)化合物に酸化され、鉄シアノ錯体を難溶化する能力を低減する可能性があるが、還元剤と反応すれば鉄シアノ錯体を難溶化する能力を回復すると考えられる。そのため、銅化合物は、廃水W0が処理される過程の廃水W0から分離対象液W4までのどの位置に添加してもよい。
固液分離工程では、上述の通り、鉄シアノ錯体等のシアン化合物の難溶化物を分離除去することができるが、廃水や銅化合物添加工程で得られた分離対象液W4に、他の懸濁物質(SS)が含有されている場合、固液分離工程でSSを除去することもできる。固液分離工程における固液分離処理の手法としては、沈殿処理、膜分離処理、及びろ過処理等を挙げることができ、これらのなかでも、実際の廃水処理現場における処理のしやすさの観点から、沈殿処理が好ましい。
本実施形態の処理方法は、固液分離処理を行う前に、還元反応槽26内の液、還元反応液W3、又は分離対象液W4に、第4級アンモニウム化合物を添加することをさらに含むことが好ましい。それにより、シアノ錯体の除去性能をより高めることが可能である。第4級アンモニウム化合物は、還元反応槽26内の液、還元反応液W3、又は分離対象液W4に添加するのであれば、銅化合物の添加よりも前に行ってもよいし、その後に行ってもよい。また、図示を省略するが、上述のように第4級アンモニウム化合物を添加するための装置を水処理装置13~16に設けてもよい。
液中のシアン濃度が十分に低下しているかを確認するために、還元反応液W3を得る工程又は銅化合物添加工程を経た液をろ過して得られたろ液等の固液分離工程後の処理水W5について、その処理水W5中のシアン濃度をバッチ式又は連続式の測定装置を用いて測定することが好ましい。固液分離工程には一定程度の滞留時間があるため、即時に処理の状態を薬剤添加量等の処理条件に反映するためには、還元反応液W3を得る工程及び銅化合物添加工程後、固液分離工程前の分離対象液W4をろ過して得られたろ液を測定対象とすることが好ましい。銅化合物添加工程後の分離対象液W4を測定装置に導入する場合には、測定装置に至るまでの流路及び測定装置内におけるスケールの生成を防止する目的でスケール防止剤を添加してもよい。この場合に用いるスケール防止剤は特に限定されないが、窒素分(シアン濃度測定過程で副次的にシアンを生成することがあり、測定に正の妨害を生じることが知られている)を含まないものが好ましい。具体的には、ポリカルボン酸系スケール防止剤や有機酸系スケール防止剤が好ましい。複数のスケール防止剤を用いてもよい。
[1]アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記アルカリ酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。
[2]アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を中性酸化反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液中に残留する前記次亜塩素酸塩、又は前記アルカリ酸化反応液にさらに添加される次亜塩素酸塩を反応させて、中性酸化反応液を得る工程と、
前記中性酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記中性酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記中性酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記中性酸化反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が650+59×(7-pH)mV以上950+59×(7-pH)mV以下の前記中性酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記中性酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。
[3]前記還元剤は、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、及び第一鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記[1]又は[2]に記載の廃水の処理方法。
[4]前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中に、Cu+、Cu2+、及びZn2+からなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンの存在下で行われる上記[1]~[3]のいずれかに記載の廃水の処理方法。
[5]前記アルカリ酸化反応液を得る工程の前に、前記廃水に、Cu+、Cu2+、及びZn2+からなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含有させる工程をさらに含む上記[1]~[4]のいずれかに記載の廃水の処理方法。
[6]前記還元反応液を得る工程を経た分離対象液を固液分離設備に導入し、固液分離処理を行う工程と、
前記固液分離処理を行う前に、前記廃水から前記分離対象液までのいずれかの液に銅化合物を添加する工程と、をさらに含み、
前記固液分離処理を行う工程は、前記銅化合物の添加によって難溶化されたシアン化合物を前記分離対象液から分離除去する工程である、上記[1]~[5]のいずれかに記載の廃水の処理方法。
[7]前記銅化合物を添加する工程は、前記分離対象液への前記銅化合物の添加によって行われる上記[6]に記載の廃水の処理方法。
[8]前記固液分離処理を行う前に、前記還元反応槽内の液、前記還元反応液、又は前記分離対象液に、第4級アンモニウム化合物を添加することをさらに含む、上記[6]又は[7]に記載の廃水の処理方法。
[9]前記固液分離処理を行う前に、前記廃水から前記分離対象液までのいずれかの液に、前記銅化合物の添加と同時又はその後に、凝集剤を添加することをさらに含む、上記[6]~[8]のいずれかに記載の廃水の処理方法。
以下の実験例及び実施例等に示される、チオシアン酸イオン(SCN-)濃度はイオンクロマトグラフ法(参考文献:平木ら,分析化学,52(11),1019-1024)により、測定した。また、全シアン(T-CN)濃度、シアン化物イオン(F-CN)濃度、全窒素(T-N)、及びアンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度は、JIS 0102:2019に規定される方法により、測定した。塩化シアン(ClCN)濃度は、「水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法(平成15年厚生労働省告示第261号)」に基づいて、イオンクロマトグラフ-ポストカラム法により測定した。酸化還元電位(ORP)の測定には、ORP計(商品名「RM-30P」、東亜ディーケーケー社製。これに接続して用いるORP電極には「PST-2729C」(東亜ディーケーケー社製)を使用。)を用いた。
予備実験例1では、アルカリ酸化反応槽におけるアルカリ酸化反応液を得る工程によって、廃水中のチオシアン酸イオン(SCN-)を十分に除去し得るかを確認する実験を行った。予備実験例1では、廃水として、水温が35℃、pHが7.8、チオシアン酸イオン(SCN-)濃度が40mg/L、全シアン(T-CN)濃度かつシアン化物イオン(CN-;F-CN)濃度が3mg/L、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度が140mg/Lである模擬廃水(以下、単に「廃水」と記載することがある。)を用いた。
廃水の適量をアルカリ酸化反応槽に見立てたビーカーに分取した。ビーカー内の廃水に、下記表1に示すpHとなる量の水酸化ナトリウムを添加するとともに、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表1のアルカリ酸化反応槽の欄に示す酸化還元電位(ORP)となる量にて添加し、15分間撹拌した。その後、上記ビーカーを還元反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、還元剤として、35質量%濃度の亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO3)水溶液を、ORPが330mVとなる量にて添加し、このとき、pH7.5になるように硫酸又は水酸化ナトリウムでpH調整を行いながら、15分間撹拌して、処理水を得た。この処理水のSCN-濃度を測定した。その結果を表1の処理水の欄及び図7に示す。
〔廃水〕
実施例1シリーズ(実施例1-1~1-10及び比較例1-1~1-4)では、廃水として、水温が50℃、pHが7.8、チオシアン酸イオン(SCN-)濃度が40mg/L、全シアン(T-CN)濃度かつシアン化物イオン(CN-)濃度が5mg/L、全窒素(T-N)濃度が160mg/L、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度が140mg/Lである模擬廃水を用いた。
(アルカリ酸化反応液を得る工程又はその比較工程)
廃水の適量をアルカリ酸化反応槽に見立てたビーカーに分取した。次いで、アルカリ酸化反応液を得る工程、又はそれと比較するための工程を行った。具体的には、ビーカー内の廃水に、下記表2-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の水酸化ナトリウムを添加した。その後、ブランク試験である比較例1-1を除く例では、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表2-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。ここで、SCN-濃度及びF-CN濃度を測定した。その結果を表2-1のアルカリ酸化反応槽の欄の処理水質の欄に示す。
上記アルカリ酸化反応槽での工程に次いで、実施例1-4、1-8、及び1-10を除く例(実施例1-1~1-3、1-5~1-7、及び1-9、並びに比較例1-1~1-4)では、中性酸化反応液を得る工程、又はそれと比較するための工程を行った。具体的には、上記ビーカーを中性酸化反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、表2-1の中性酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の硫酸を添加した。その後、比較例1-1及び比較例1-4を除く例(実施例1-1~1-3、1-5~1-7、及び1-9、並びに比較例1-2及び1-3)では、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表2-1の中性酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加した。そして、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。比較例1-1及び比較例1-4では、この工程においてはNaClO水溶液を添加せずにORPを測定し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。
その後、上記ビーカーを還元反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、還元剤としての亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO3)水溶液を、表2-1の還元反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加した。このとき、pHが7.5になるように硫酸又は水酸化ナトリウムでpH調整を行いながら、上記還元剤の添加を行い、15分間撹拌して、処理水を得た。ただし、比較例1-1では、亜硫酸水素ナトリウム水溶液の添加を行わなかった。得られた処理水の全シアン(T-CN)濃度、シアン化物イオン(F-CN)濃度、塩化シアン(ClCN)濃度、全窒素(T-N)濃度、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度を測定した。その結果を表2-2に示す。
〔廃水〕
実施例2シリーズ(実施例2-1~2-6)では、廃水として、水温が50℃、pHが7.8、チオシアン酸イオン(SCN-)濃度が40mg/L、全シアン(T-CN)濃度が5.0mg/L、全窒素(T-N)濃度が160mg/L、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度が140mg/Lである模擬廃水を用いた。
(廃水への金属イオンの添加)
上記廃水に表3-1の金属イオン欄に示す種類及び濃度にて金属イオンを含有させた。廃水へのCu+の供給源としては、5質量%濃度の酸化銅(I)の塩酸溶液を用いた。廃水へのCu2+の供給源としては、5質量%濃度の硫酸銅(II)5水和物の水溶液を用いた。廃水へのZn2+の供給源としては、5質量%濃度の硫酸亜鉛7水和物の水溶液を用いた。
Cu+、Cu2+、又はZn2+を含有させた廃水の適量をアルカリ酸化反応槽に見立てたビーカーに分取した。次いで、アルカリ酸化反応液を得る工程を行った。具体的には、ビーカー内の廃水に、表3-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の水酸化ナトリウムを添加した。その後、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表3-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。なお、実施例1シリーズにおいて、アルカリ酸化反応液を得る工程により、F-CN濃度及びSCN-濃度の低減が確認されたため、実施例2シリーズでは、アルカリ酸化反応液のF-CN濃度及びSCN-濃度の測定を省略した。
上記アルカリ酸化反応槽での工程に次いで、中性酸化反応液を得る工程を行った。具体的には、上記ビーカーを中性酸化反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、表3-1の中性酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の硫酸を添加した。その後、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表3-1の中性酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。
その後、上記ビーカーを還元反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、還元剤としての亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO3)水溶液を、表3-1の還元反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加した。このとき、pHが7.0になるように硫酸又は水酸化ナトリウムでpH調整を行いながら、上記還元剤の添加を行い、15分間撹拌して、処理水を得た。この処理水の全シアン(T-CN)濃度、シアン化物イオン(F-CN)濃度、塩化シアン(ClCN)濃度、全窒素(T-N)濃度、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度を測定した。その結果を表3-2に示す。
〔廃水〕
実施例3シリーズ(実施例3-1~3-6及び比較例3-1~3-3)では、廃水として、水温が50℃、pHが7.8、チオシアン酸イオン(SCN-)濃度が40mg/L、全シアン(T-CN)濃度が19.5mg/L、全窒素(T-N)濃度が160mg/L、アンモニア態窒素(NH4 +-N)濃度が140mg/Lである模擬廃水を用いた。
(アルカリ酸化反応液を得る工程又はその比較工程)
廃水の適量をアルカリ酸化反応槽に見立てたビーカーに分取した。次いで、アルカリ酸化反応液を得る工程、又はそれと比較するための工程を行った。具体的には、ビーカー内の廃水に、下記表4-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の水酸化ナトリウムを添加した後、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表4-1のアルカリ酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。ただし、比較例3-2では、この工程を行わなかった。なお、実施例1シリーズにおいて、アルカリ酸化反応液を得る工程により、F-CN濃度及びSCN-濃度の低減が確認されたため、実施例3シリーズでは、アルカリ酸化反応液のF-CN濃度及びSCN-濃度の測定を省略した。
次いで、実施例3-5及び3-6を除く例(実施例3-1~3-4及び比較例3-1~3-3)において、中性酸化反応液を得る工程、又はそれと比較するための工程を行った。具体的には、上記ビーカーを中性酸化反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、表4-1の中性酸化反応槽の欄に示すpHとなる量の硫酸を添加した後、12質量%濃度の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を、表4-1の中性酸化反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加し、硫酸又は水酸化ナトリウムでpHを維持しながら15分間撹拌した。
その後、上記ビーカーを還元反応槽に見立て、そのビーカー内の液に、還元剤としての亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO3)水溶液を、表4-1の還元反応槽の欄に示すORPとなる量にて添加した。このとき、pHが7.0になるように硫酸又は水酸化ナトリウムでpH調整を行いながら、上記還元剤の添加を行い、15分間撹拌し、還元反応液を得た。
22 アルカリ酸化反応槽
24 中性酸化反応槽
26 還元反応槽
28 銅化合物添加槽
32、34 次亜塩素酸塩添加装置
36 還元剤添加装置
38 銅化合物添加装置
42、44、46 pH調整剤添加装置
52、54、56 ORP計
62、64、66 pH計
70 撹拌機構
80 固液分離設備
W0 廃水
W1 アルカリ酸化反応液
W2 中性酸化反応液
W3 還元反応液
W4 分離対象液
W5 処理水
Claims (9)
- アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記アルカリ酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。 - アンモニア、チオシアン酸イオン、及びシアン化合物を含有する廃水の処理方法であって、
前記廃水をアルカリ酸化反応槽に導入し、前記廃水のpHを9.0以上11.5以下に調整するとともに、前記廃水に次亜塩素酸塩を添加して反応させ、少なくとも前記廃水中の前記チオシアン酸イオンを酸化分解してアルカリ酸化反応液を得る工程と、
前記アルカリ酸化反応液を中性酸化反応槽に導入し、前記アルカリ酸化反応液のpHを6.0以上8.0以下に調整するとともに、前記アルカリ酸化反応液中に残留する前記次亜塩素酸塩、又は前記アルカリ酸化反応液にさらに添加される次亜塩素酸塩を反応させて、中性酸化反応液を得る工程と、
前記中性酸化反応液を還元反応槽に導入し、前記中性酸化反応液に還元剤を添加して反応させ、前記中性酸化反応液中の残留塩素化合物を分解して還元反応液を得る工程と、を含み、
前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が350+59×(11-pH)mV以上700+59×(11-pH)mV以下の前記アルカリ酸化反応液を得る工程であり、
前記中性酸化反応液を得る工程は、前記アルカリ酸化反応液中の前記次亜塩素酸塩の反応によって、酸化還元電位が650+59×(7-pH)mV以上950+59×(7-pH)mV以下の前記中性酸化反応液を得る工程であり、
前記還元反応液を得る工程は、前記中性酸化反応液中の前記還元剤の反応によって、酸化還元電位が400mV以下の前記還元反応液を得る工程である、廃水の処理方法。 - 前記還元剤は、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、及び第一鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1又は2に記載の廃水の処理方法。
- 前記アルカリ酸化反応液を得る工程は、前記廃水中に、Cu+、Cu2+、及びZn2+からなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンの存在下で行われる請求項1又は2に記載の廃水の処理方法。
- 前記アルカリ酸化反応液を得る工程の前に、前記廃水に、Cu+、Cu2+、及びZn2+からなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含有させる工程をさらに含む請求項1又は2に記載の廃水の処理方法。
- 前記還元反応液を得る工程を経た分離対象液を固液分離設備に導入し、固液分離処理を行う工程と、
前記固液分離処理を行う前に、前記廃水から前記分離対象液までのいずれかの液に銅化合物を添加する工程と、をさらに含み、
前記固液分離処理を行う工程は、前記銅化合物の添加によって難溶化されたシアン化合物を前記分離対象液から分離除去する工程である、請求項1又は2に記載の廃水の処理方法。 - 前記銅化合物を添加する工程は、前記分離対象液への前記銅化合物の添加によって行われる請求項6に記載の廃水の処理方法。
- 前記固液分離処理を行う前に、前記還元反応槽内の液、前記還元反応液、又は前記分離対象液に、第4級アンモニウム化合物を添加することをさらに含む、請求項6に記載の廃水の処理方法。
- 前記固液分離処理を行う前に、前記廃水から前記分離対象液までのいずれかの液に、前記銅化合物の添加と同時又はその後に、凝集剤を添加することをさらに含む、請求項6に記載の廃水の処理方法。
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