JPH08103774A - 排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 重金属を含む排水にケイ酸のアルカリ金属塩
を添加することにより、重金属を沈澱させ、次いで凝集
剤を添加して沈澱物を凝集させ、この凝集物を分離除去
する。 【効果】 処理対象とする排水が高いｐＨ域にあってカ
ルシウム成分を多量に含む場合でも、非常に少量の処理
剤の添加により、鉛等の重金属を極めて低濃度まで除去
することができ、毒性や環境汚染の問題がなく、処理コ
ストが安く、操作的に簡易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、清掃工場等より排出さ
れる重金属を含む排水、特に高ｐＨでカルシウム濃度の
高い排水の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、清掃工場における焼却灰には、
重金属類と共にアルカリ成分が多く含まれている。従っ
て、これらの洗浄によって生じる排水はかなりの濃度の
重金属を含んでおり、特にアルカリ領域で溶解し易い性
状を有する鉛や亜鉛の濃度が高いことが多い。従来、こ
のような排水については、ｐＨ調整により重金属を水酸
化物として沈澱させ、この沈澱物を鉄塩等の凝集剤によ
り凝集させて分離除去し、有機汚染が大きい場合は引き
続いて生物処理を行い、排水基準値以下として放流する
方法が採用されている。

【０００３】しかしながら、平成７年４月より施行され
る新たな排水の排出基準値あるいは環境基準値による
と、例えば鉛の許容濃度が０．１ｍｇ／ｌ以下と非常に
厳しくなり、現状のｐＨ調整と凝集による処理では殆ど
対応できなくなることが判明している。このため、上記
の新基準値を満足できる排水処理法の確立が急務となっ
ているが、従来からの常識的な重金属除去手段は様々な
問題点があることから、特に清掃工場より排出される重
金属を含む排水の処理には適用困難である。

【０００４】すなわち、清掃工場の排水中には一般に重
金属より遙かに多量の硬度成分、特にカルシウムが含ま
れるが、このカルシウムと鉛等の重金属とは化学的な性
状で共通する部分が多く、通常の沈澱剤等の処理におい
ては沈澱剤がカルシウムとの反応に消費されることか
ら、重金属を確実に除去する上で極めて多量の添加を必
要とし、そのために処理コストが上昇すると共に、汚泥
の発生量が多くなる欠点を有する。従って、処理剤とし
てはカルシウムとは反応せず重金属と選択的に反応する
ものが望ましいが、このような性状を持つ薬剤は必然的
に極めて限られており、一般的には硫化ナトリウムとジ
チオカルバミン酸塩類が知られる程度である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の硫化
ナトリウムは、常態でも微量ながら有毒な硫化水素ガス
を生じることから、作業環境に悪影響を及ぼす上、何ら
かの要因で酸成分と接触した際に激しく硫化水素ガスを
発生するという危険性があるため、重金属除去用の処理
剤として優れた性状を有するにもかかわらず、安全衛生
面より採用困難である。因に、硫化水素ガスは、大気汚
染関連物質の特定物質に指定されており、７００ｐｐｍ
以上の濃度において数分間で人命を損なう程の強い毒性
を有するものである。

【０００６】一方、ジチオカルバミン酸塩類は、高ｐＨ
でカルシウムを多量に含む排水に対する重金属沈澱剤と
して優れた機能を発揮し、極めて大きな重金属捕集力を
有することが確認されているが、やはり酸成分との接触
によって硫化水素ほどではないが相当に有毒な二硫化炭
素を発生する上、空気酸化によって厳しい排水規制を要
求される農薬成分のチウラムを生成する性質がある。従
って、このジチオカルバミン酸塩類も、二硫化炭素及び
チウラムによる環境汚染が懸念されることと、チウラム
の後処理が不可避であることから、処理剤としては基本
的に採用困難である。

【０００７】なお、上記のジチオカルバミン酸塩類と類
似のものとして、ポリマー分子にジチオカルバミン酸基
を結合させた高分子化合物があり、これも高ｐＨでカル
シウムを多量に含む排水中で重金属と選択的に反応する
ことから、優れた重金属除去剤として機能し得るが、や
はり酸成分との接触によって有毒な二硫化炭素を発生す
る点で前二者と同様の危険性があり、処理剤として採用
困難である。その他、処理剤に利用可能な薬剤として、
重金属沈澱用の分析試薬に使用される有機化合物が考え
られるが、これらは金属と極めて強固に結合する性質を
有する反面、成分中に窒素や硫黄を含むことから毒物な
いし変異原性物質の性状を示すものが多く、そのために
処理剤としての使用に厳しい制限を受けることが想定さ
れる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の状
況に鑑み、重金属含有排水の処理剤として、重金属の除
去効率に優れて毒性がなく安全な無機系沈澱剤を究明す
べく模索する過程で、まず重金属と不溶性の塩を形成し
易いりん酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩の３種に着目した。す
なわち、これら無機酸塩は、カルシウムを多量に含む排
水を処理対象とした場合、通常の技術的常識からすれ
ば、カルシウムとの反応に消費されるため、カルシウム
量に見合う以上の添加量としない限り重金属を効果的に
除去できないと考えられるが、実際には、排水のｐＨを
中性付近に調整した上で添加することにより、カルシウ
ム量よりも遙かに少ない添加量で重金属濃度をある程度
まで低減できる。

【０００９】しかるに、りん酸塩及び炭酸塩では、上記
のｐＨ調整後の添加で沈澱処理し、更に塩化鉄等の鉄塩
により凝集を行っても、低減し得る鉛濃度は０．１ｍｇ
／ｌ程度が限界であり、ｐＨ調整と鉄塩による凝集を行
う従来の排水処理と比較して有意差が認められる程の効
果は得られず、新しい排水基準値には充分に対応できな
いことが判明した。

【００１０】これに対し、ケイ酸塩では、鉄塩による凝
集を組み合わせることにより、通常の技術的常識に反
し、りん酸塩や炭酸塩よりも更に少ない添加量で鉛を
０．０１ｍｇ／ｌ以下といった極低濃度まで低減でき、
しかも高いｐＨ域にあってカルシウム成分が多量に含ま
れている排水でもｐＨを前もって調整する必要がなく、
初期の段階で単に添加するだけで効率よく重金属を沈澱
させることができ、新しい排水基準値を確実に満足でき
ることを見出し、本発明をなすに至った。

【００１１】すなわち、本発明の請求項１に係る重金属
含有排水の処理方法は、重金属を含む排水にケイ酸のア
ルカリ金属塩を添加することにより、重金属を沈澱さ
せ、次いで凝集剤を添加して沈澱物を凝集させ、この凝
集物を分離除去することを特徴とする構成を採用したも
のである。

【００１２】また請求項２の発明は、上記請求項１の重
金属含有排水の処理方法において、重金属を含む排水が
５００ｍｇ／ｌ以上のカルシウムイオンを含む構成を採
用したものである。

【００１３】請求項３の発明は、上記請求項１又は２の
重金属含有排水の処理方法において、重金属を含む排水
がｐＨ１０以上のアルカリ性である構成を採用したもの
である。

【００１４】請求項４の発明は、上記請求項１〜３のい
ずれか重金属含有排水の処理方法において、ケイ酸のア
ルカリ金属塩が、オルトケイ酸又はメタケイ酸のナトリ
ウム塩又はカリウム塩である構成を採用したものであ
る。

【００１５】請求項５の発明は、上記請求項１〜４のい
ずれか重金属含有排水の処理方法において、凝集剤が鉄
塩よりなる構成を採用したものである。

【００１６】

【発明の細部構成と作用】本発明の処理方法では、既述
のように、重金属を含む排水にケイ酸のアルカリ金属塩
を添加することにより、重金属を沈澱させ、この沈澱物
を凝集剤により凝集させて分離除去する。しかして、こ
の処理対象とする排水がカルシウムイオンを５００ｍｇ
／ｌ以上の高濃度で含むものであっても、ケイ酸のアル
カリ金属塩の添加量はカルシウムより遙かに少量でよ
く、また該排水がｐＨ１０以上のアルカリ性であっても
ｐＨを前もって調整する必要がなく、単にケイ酸のアル
カリ金属塩を添加するだけで、例えば鉛濃度が後述する
実施例１の如く０．０１ｍｇ／ｌ以下となるように、新
しい排水基準値を充分に満足する極めて低い濃度まで排
水中の重金属を低減することができる。従って、本発明
方法は、特に清掃工場等より排出される高ｐＨでカルシ
ウム濃度の高い重金属含有排水の処理法として極めて有
用である。

【００１７】ところで、ケイ酸塩による鉛の沈澱作用
は、一般的には次式の反応によってケイ酸鉛として沈澱
するものると考えられる。 Ｐｂ²⁺＋ＳｉＯ₃ ^2- → ＰｂＳｉＯ₃ ↓ 一方、水中に存在する鉛は、アルカリ領域では鉛イオン
（Ｐｂ²⁺）が水酸化鉛Ｐｂ（ＯＨ)₂として沈澱するが、
ｐＨが高くなるほど鉛イオンよりも亜鉛酸イオン（ＨＰ
ｂＯ^- ）の比率が増し、ｐＨ１１以上ではＨＰｂＯ^- の
形で安定していてＰｂ²⁺は存在しない。つまり、ｐＨに
よって次の平衡が移動する。 Ｐｂ²⁺←→ＨＰｂＯ^-

【００１８】次の表１は、解離定数、錯体形成定数から
求められる鉛の溶解濃度とｐＨとの相関を示す。

【表１】

【００１９】上表より、鉛の溶解濃度は、ｐＨ９．４〜
９．６付近で約１ｍｇ／ｌ程度と最も低くなるが、更に
ｐＨが高くなるにしたがってＨＰｂＯ^- が増加し、ｐＨ
１２以上では非常に高濃度となる。

【００２０】しかるに本発明方法では、後述する実施例
で示すように、Ｐｂ²⁺が存在しない高ｐＨの排水を処理
対象としても、予め排水を上記溶解濃度の低いｐＨ域に
調整するための格別な中和処理を行う必要はなく、高ｐ
Ｈのままでケイ酸のアルカリ金属塩を少量添加すること
により、鉛濃度を０．０１ｍｇ／ｌ以下といった極微量
にまで低減できることが実証されている。従って、本発
明方法においては、ケイ酸のアルカリ金属塩を添加した
際に、前記のＰｂ²⁺とＳｉＯ₃ ^2- とからＰｂＳｉＯ₃ の
沈澱を生成する反応とは異なる反応、もしくは生成した
ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ₃ ）による鉛成分の吸
着、あるいはこれら両作用等、未知の特異な沈澱機構を
生じているものと考えられる。

【００２１】本発明で沈澱剤として使用するケイ酸のア
ルカリ金属塩は、特に限定されないが、処理コストの面
よりオルトケイ酸又はメタケイ酸のナトリウム塩及びカ
リウム塩が好適である。またケイ酸のアルカリ金属塩の
使用量は、一連の清掃工場の実排水を用いてのテストの
結果、排水中の鉛濃度、カルシウム濃度に対し相関性は
みられず、ＳｉＯ₂ として４０ｍｇ／ｌの添加量で充分
に満足できる結果を得た。

【００２２】本発明においては、上記のケイ酸のアルカ
リ金属塩を添加して重金属を沈澱させたのち、凝集剤を
添加混合して沈澱を凝集させ、この凝集物を沈澱，濾過
等によって分離除去する。なお、凝集時の排水のｐＨ
は、特に調整する必要はないが、塩化鉄等のフロック形
成効果を考慮してｐＨ１０〜１１に調整するのが好まし
い。しかして、凝集剤としては、凝集フロックの沈澱性
が優れていること、ヒ素成分との共沈効果が高いこと、
処理コストの点から塩化鉄等の鉄塩が好ましい。一連の
テストにおいては、Ｆｅとして７０ｍｇ／ｌの添加量で
充分であった。

【００２３】なお、本発明方法は、ｐＨ１０以上でカル
シウムイオンを５００ｍｇ／ｌ以上の高濃度で含む排水
の重金属除去処理方法として特に有用であるが、これよ
り低いｐＨの排水、及びカルシウム濃度の低い排水にも
適用可能である。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。なお、実施例及び比較例ではは、次の
表２で示す性状の清掃工場排水を処理対象とした。

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例１〜４ 排水１リットルを採取し、この排水中に攪拌しながらメ
タケイ酸ナトリウム（Ｎａ₂ ＳｉＯ₃ ）を下記表３に示
すＳｉＯ₂ 換算の添加量で混合し、５分攪拌した上で、
塩化鉄を２００ｍｇ／ｌの割合で加え、硫酸にてｐＨを
１１に調整して凝集処理を行ったのち、ガラスフィルタ
ーにて吸引濾過し、濾液中の鉛濃度を測定した。その結
果を表３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】上記表３の結果から、本発明方法によれ
ば、排水中にケイ酸のアルカリ金属塩を少量添加するだ
けで、鉛濃度を新排水基準値（鉛として０．１ｍｇ／ｌ
以下）を充分に満足できる極微量まで低減できることが
判る。

【００２９】実施例５〜７ 排水１リットルを採取し、この排水中に攪拌しながらＳ
ｉＯ₂ 換算で５０ｍｇ／ｌのメタケイ酸ナトリウム（Ｎ
ａ₂ ＳｉＯ₃ ）を添加混合し、５分攪拌した上で、塩化
鉄を２００ｍｇ／ｌの割合で加え、硫酸にてｐＨを下記
表４に記載の値に調整して凝集処理を行ったのち、ガラ
スフィルターにて吸引濾過し、濾液中の鉛及び亜鉛の濃
度を測定した。その結果を表４に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】一般に両性金属である亜鉛の除去において
はｐＨ調整こそが処理を良好に行う前提とされるが、上
記表４の結果から広いｐＨ域においても鉛、亜鉛共に良
好に処理されていることが明らかである。また、この結
果からすれば、処理対象とする重金属含有排水が中性な
いし酸性である場合、カルシウムを添加してｐＨを１０
以上に調整した上で本発明方法を適用すれば、鉛等の重
金属を効率よく極微量まで低減できることが示唆され
る。

【００３２】比較例１〜４ 排水１リットルを採取し、カルシウムの影響を抑制する
ために硫酸にてｐＨを６〜７に調整した上で、攪拌しつ
つ下記表５に示す沈澱剤（比較例１のみ沈澱剤なし）を
表記載の添加量で混合して５分攪拌後、塩化鉄を２００
ｍｇ／ｌの割合で加え、硫酸にてｐＨを８．５に調整し
て凝集処理を行ったのち、ガラスフィルターにて吸引濾
過し、濾液中の鉛濃度を測定した。その結果を表５に示
す。なお、表中のＤＭＤＣは、ジメチルジチオカルバミ
ン酸ナトリウムを意味する。

【００３３】

【表５】

【００３４】上記表５の結果から、沈澱剤としてりん酸
塩や炭酸塩を使用した場合、鉛濃度の低減は０．１ｍｇ
／ｌ程度が限界であり、凝集剤（塩化鉄）単独による処
理と有意差はなく、新排水基準値には対応できないこと
が明らかである。なお、溶解度積定数と解離定数より理
論的に算出される鉛濃度の限界値は、りん酸塩を用いた
場合では０．２４ｍｇ／ｌ、炭酸塩では０．０６ｍｇ／
ｌである。しかして、ジメチルジチオカルバミン酸ナト
リウムを用いた場合は、鉛濃度を新排水基準値を充分に
満足できる程度まで低減できるが、既述したような毒
性、安全性の問題がある。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、重金属含有排
水の処理方法として、非常に少ない量の処理剤の添加に
より、毒性等の問題を生じることなく安全に、鉛等の重
金属を効率よく極めて低濃度まで確実に除去することが
可能であり、処理コストが安く操作的にも簡易であり、
且つ従来の清掃工場等における排水処理設備を改変する
ことなく適用できる方法が提供される。

【００３６】請求項２の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法として、処理対象とする排水が５００
ｍｇ／ｌ以上のカルシウムイオンを含むにも関わらず、
このカルシウムに見合う量よりも遙かに少ない処理剤の
使用により、鉛等の重金属を効率よく極めて低濃度まで
確実に除去することが可能であり、汚泥生成量が少なく
て済み、それだけ汚泥処理のコストも低減される方法が
提供される。

【００３７】請求項３の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法において、予め排水のｐＨを調整する
格別な操作を必要とせず、ケイ酸のアルカリ金属塩の添
加と凝集剤の添加を行うだけで、鉛等の重金属を効率よ
く極めて低濃度まで確実に除去できるという利点があ
る。

【００３８】請求項４の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法において、特に重金属沈澱用の処理剤
コストが安く付くという利点がある。

【００３９】請求項５の発明によれば、上記の重金属含
有排水の処理方法において、特に重金属の沈澱処理後の
凝集効率がよく、且つ処理剤コストが安く付くという利
点がある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重金属を含む排水にケイ酸のアルカリ金
   属塩を添加することにより、重金属を沈澱させ、次いで
   凝集剤を添加して沈澱物を凝集させ、この凝集物を分離
   除去することを特徴とする排水の処理方法。
2. 【請求項２】 重金属を含む排水が５００ｍｇ／ｌ以上
   のカルシウムイオンを含む請求項１記載の排水の処理方
   法。
3. 【請求項３】 重金属を含む排水がｐＨ１０以上のアル
   カリ性である請求項１又は２に記載の排水の処理方法。
4. 【請求項４】 ケイ酸のアルカリ金属塩が、オルトケイ
   酸又はメタケイ酸のナトリウム塩又はカリウム塩である
   請求項１〜３のいずれかに記載の排水の処理方法。
5. 【請求項５】 凝集剤が鉄塩よりなる請求項１〜４のい
   ずれかに記載の排水の処理方法。