JPH09299964A - Se含有液からのSe除去方法 - Google Patents

Se含有液からのSe除去方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】無機塩類を含む液に含まれるSeの除去方法を
提供する。 【解決手段】Se含有液に硫酸第一鉄水溶液を投入する
還元工程、第1反応槽で液のpHを7以上13以下に保
持する第1の保持工程、第2反応槽で液のpHが5以上
11以下であり、かつ第1の保持工程におけるSe含有
液よりpHが2以上小さい状態に保持する第2の保持工
程、および、還元されたSeを液から除去する除去工
程、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無機塩類を含む液
に含まれるSeの除去方法に関し、特に従来法では除去
が困難な6価Seを除去するのに優れた方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の、Seを含有するガラスを
製造する工場における排ガスの流れと、排煙脱硫装置に
おける吸収液の流れを示す。
【0003】ガラス熔解槽で発生した重油燃焼排ガス
は、蓄熱型排熱回収設備により排ガス温度が下げられ、
次いで排煙脱硫装置の吸収塔でNaOH等のアルカリ液
により有害なSO2 成分が除去される。このとき同時に
排ガス中のSeも吸収液に捕捉される。
【0004】吸収液は排脱吸収塔を循環しつつ硫酸塩・
亜硫酸塩等を濃縮していくが、その一部がパージされる
ので、安定操業条件下では吸収液中の無機塩の濃度はほ
ぼ一定値になる。Seを吸収した吸収液は図6のSe回
収設備に送られ、例えば特公昭52−23970記載の
方法で大部分のSeを沈殿除去して、ガラス原料として
再利用する。
【0005】特公昭52−23970以外にも、従来、
排水中のSeの除去法は多く知られている。特開昭55
−99378、特公昭59−39517ではイオン交換
樹脂を用いてSeを除去する。しかし、陰イオン交換樹
脂にSeO4 2-を吸着させる場合は、共存するSO4 2-
等との選択性の差が少ないため、濃厚塩水溶液ではきわ
めて非効率になる。
【0006】一方、第二鉄塩を加えて加水分解により水
酸化第二鉄に吸着・共沈させる方法は、SeO3 2- をあ
る程度まで除去できるが、SeO4 2- はほとんど除去で
きない(例えばMerril et al.,Field evaluation of ar
senic and selenium removalby iron coprecipitation;
Environmental Progress 6(2),May,1987参照)。
【0007】特公昭48−30558では、SeO3 2-
(4価Se)を含有する排水にFe2+を添加し、次いで
pH3〜5でCu2+を添加することにより、SeO3 2-
によるFe2+の酸化および加水分解を促進し、さらに、
pH5〜6において還元され生成したSeをFe3+の水
酸化物とともに回収する。
【0008】特開平5−78105では、BaCl2
添加し難溶塩を生成した後にFe2+を添加して、残存す
るSeO3 2- を難溶性第二鉄塩として共沈させる。
【0009】特開平6−79286では、SeO3 2-
(4価Se)、SeO4 2- (6価Se)、Cu2+および
懸濁物質を含有する排水からSeを除去するにあたり、
まず1次処理として中和剤を加え懸濁物質を除去したの
ち、2次処理として酸とFe2+の塩を添加してpH8.
5〜10でSeと水酸化鉄との混合物を共沈させる。
【0010】この特開平6−79286には、pHが
8.5より低いと添加したFe2+が処理水中に残留し、
一方pHが10より高いと酸化が過度に進行してSeの
回収が困難となる、とあり、実施例によれば1次処理の
pHは8.9〜9、また2次処理のpHは8.9〜9.
9としている。液温の記載はないのでほぼ常温で処理さ
れていると思われる。またこの結果生じる水酸化鉄は、
酸で溶解して前記2次処理に再利用できる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】精錬排水はCu2+イオ
ンを含み、これが少量であれば特公昭48−30558
のようにSeイオンの除去に有効に作用するが、逆にこ
れが50mg/リットル以上の濃度であればSeイオン
の還元を妨害する。このため、特開平5−78105で
は事前に難溶性Ba塩、特開平6−79286では水酸
化物を生成させて、過剰なCuを除去している。
【0012】ところで、Seを含有する熱線吸収ガラス
などの色板ガラスを製造するガラス熔解槽からは、重油
燃焼排ガスが排出されて脱硫設備に送られる。この排ガ
ス中には、重油およびガラス原料から来る二酸化硫黄
と、原料から来るSe酸化物が含まれる。脱硫設備には
湿式と乾式のいずれもが用いられているが、湿式脱硫吸
収塔の吸収液には、二酸化硫黄を吸収するため添加され
たNaイオンに起因して各種形態の無機塩が生じてい
る。また、吸収液のpHは、SO2 を吸収する目的から
は高い方がよいが、CO2 を吸収しないためには低い方
がよく、通常は両方のかねあいで決められる。
【0013】
【表1】
【0014】上記表1に、ガラス熔解槽の排煙脱硫吸収
塔における吸収液の概略成分の例を示す。ここで亜硫酸
ナトリウム(Na2 SO3 )1%が完全酸化して芒硝
(Na2 SO4 )に転じると、Na2 SO3 +1/2・
2 →Na2 SO4 の反応によって1.13%のNa2
SO4 が生じる。同様に亜硫酸水素ナトリウム(NaH
SO3 )1%からは2・NaHSO3 +1/2・O2
Na2 SO4 +SO2 +HOの反応によって0.68
%、チオ硫酸ナトリウム(Na23 )1%から
はNa223 +3/2・O2 →Na2 SO4 +SO
2 の反応によって0.90%のNa2 SO4 が生じる計
算になる。
【0015】すなわち、ガラス製造工場の吸収塔排液に
は、このようにNa2 SO4 に換算して、通常、20%
程度の全ナトリウム硫酸塩が排水中に存在する。なお、
この濃度は燃料油種・排ガス量・吸収塔の液ガス比・吸
収液のパージ割合等の運転条件により変動し一定ではな
く、ここに掲げたのは代表例と解釈すべきである。
【0016】Seの還元を妨害する物質のうち、Cuの
ような重金属イオンは公知の沈殿処理で容易に除去でき
る。一方、Cuと同様にSeの還元を妨害する硫酸ナト
リウムのような無機塩類は、トータルの濃度を下げるこ
とが難しい。したがって特開平5−78105または特
開平6−79286記載の方法をCu不含の上記のよう
なきわめて濃厚な塩類溶液に適用しても、重金属除去後
も残留する無機塩類がSeの還元を妨害するため、特に
Seの6価イオンは充分には除去できない。
【0017】Se除去対象液中の硫酸ナトリウムの濃度
を変えたときの2価の鉄によるSeの除去率を調査した
結果が図2である。硫酸ナトリウムの濃度が高くなる
と、Seの除去率が低下することがわかる。
【0018】本発明の目的は従来技術では除去し難かっ
た高濃度塩類水溶液中のSe、特に6価のSeを充分に
除去することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、Se含有液に
還元剤を投入する還元工程、液のpHを7以上13以下
に保持する第1の保持工程、液のpHが5以上11以下
であり、かつ第1の保持工程におけるSe含有液よりp
Hが2以上小さい状態に保持する第2の保持工程、およ
び、還元されたSeを液から除去する除去工程、を含む
ことを特徴とするSe含有液からのSe除去方法であ
る。
【0020】本発明のSe除去方法は、無機塩類として
硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、硝酸塩、亜硝酸塩等を含む
Se含有液を対象とできるが、特に効果的なのは、燃焼
排ガス中の二酸化硫黄をアルカリ水溶液で吸収して得ら
れる吸収液のように、高濃度(5重量%以上)のナトリ
ウム硫酸塩またはナトリウム亜硫酸塩がSeと共存する
排液である。
【0021】排水中のSeのうち4価イオンの形態をと
るものは比較的除去しやすい。一方、6価イオンの形態
をとるものは、化学的に不活性で安定しているため還元
されにくい。特に濃厚な塩類水溶液中にあっては、Se
は6価イオンのままとどまりやすく、固液分離がきわめ
て難しい。
【0022】前述のように、ガラス熔解窯の排煙脱硫吸
収塔の吸収液には、Na2 SO4 、NaHSO3 、Na
2 SO3 、Na223 等のナトリウム塩がNa2
4換算で20重量%程度含まれており、本発明はこの
ように濃厚な塩類水溶液中から、イオン化したSe、特
に除去が困難な6価のSeを効果的に還元して固液分離
により除去できる。特にSe含有液中のSeイオンが1
mg/リットル以上、6価のSeイオン濃度が0.5m
g/リットル以上の液からSeを除去するのに適する。
【0023】
【発明の実施の形態】既存の排煙脱硫塔吸収液の処理プ
ラントに本発明の方法にかかる設備を設置するときのフ
ローを、図1に示す。連続式のものでは反応槽を2つ以
上連結し、内部にそれぞれ攪拌機を設置する。
【0024】第1反応槽ではpHを7〜13とし、液温
は好ましくは80℃程度に設定する。液温の調整には投
げ込みヒーターや蒸気加熱等、常用の方法を採用でき
る。硫酸鉄水溶液等の還元剤は専用の貯槽から定量ポン
プで供給する。その供給量は、対象排液の流量に対して
一定の還元剤濃度が実現するように計算して注入する。
【0025】本発明で使用する還元剤としては、硝酸ニ
ッケルまたはモリブデン酸アンモニウムに水素化ホウ素
ナトリウムを添加したものや、硫酸第一鉄、塩化第一鉄
が例示される。特に、入手が容易な第一鉄の水溶液の採
用が好ましく、さらに、次工程以降でNa2 SO4 を回
収して、ガラスの原料等に再利用することを考慮するな
らば、硫酸第一鉄水溶液の採用が好ましい。
【0026】本発明ではまず、第1反応槽(ここにおけ
る反応を以下第1反応といい、第2反応槽における反応
を以下第2反応という)において、第1鉄イオンを代表
とする還元剤を液に添加する。次いでpH調整剤、好ま
しくは水酸化ナトリウムを添加して、pHが7〜13の
範囲になるように調節する。pH調整および還元剤投入
の順序は入れ替えてもよい。
【0027】第1反応槽は、アルカリ性であるため、還
元剤として第一鉄イオンを加えた場合には、水酸化鉄と
なって液中に析出し還元反応が行われる。特に添加した
鉄が多いときには全体がスラリー状になるが、その状態
で撹拌を続行して反応を継続させればよい。
【0028】
【化1】Fe2++Fe(OH)2 +SeO4 2-→ Fe
(OH)3 ,FeOOH,Fe34 +Se0
【0029】還元反応は上記化1のように進むと考えら
れる。すなわち、水酸化第一鉄からわずかに解離してい
るFe2+の還元力によって、Se6+はSe4+に還元さ
れ、中間生成のSe4+はすぐに金属Seに還元される。
このとき、大量に共存するFe(OH)2 も、活性サイ
トを提供しているものと考えられる。
【0030】第1反応槽において、Se6+の還元反応に
与えるpHの影響について述べる。図3は横軸にpHを
とってSeの除去率を示したグラフである。還元剤とし
てのFeの濃度は2500ppmとした。pHが10.
5となる付近でもっともSe除去率が上がることがわか
る。したがって本発明の第1反応槽でのpHは7〜13
とされ、好ましくは8〜12、最も好ましくは10〜1
1である。pHが7未満では、第一鉄イオンの還元作用
が低下し、排水中の6価Seの還元が難しい。このpH
が高すぎると水酸化第一鉄の溶解度が下がり、有効に働
く第一鉄イオンが減少し処理速度が下がる。
【0031】図3から明らかなように、その周辺であっ
ても除去率がゼロというわけではない。しかし、Se除
去率として99.7%などの高い値が必要な場合には、
第1反応槽でのpHを10〜11に調整することがきわ
めて好ましい。
【0032】無機塩類が5%を超すほど濃厚には含まれ
ず、Se濃度が10mg/リットル以下のSe含有液を
処理する場合は、第1反応槽による反応だけ行い、必要
に応じて凝集剤を添加することによって排液中の重金属
とSeを析出させ、次段の濾過機で汚泥として回収すれ
ば、90%以上のSe除去率が得られる。
【0033】ところが無機塩類が多量に含有される濃厚
水溶液の場合で、しかもSe濃度を処理槽の出口で施行
予定の法令の排出基準値(0.1mg/リットル)以下
にしようとすると、これだけでは不充分である。この方
法では、後述の図2に示すように、当初のSe含液中の
Seイオン濃度が30mg/リットルであったとする
と、反応槽に1時間滞留させることにより、Se濃度を
1mg/リットル程度までは下げうるが、その後の濃度
低下は横這いになる。
【0034】この場合でも除去率は約96.7%である
から、一般的な排水処理としては低い数字ではないが、
処理設備の出口で上記排出基準を達成しようとすれば、
除去率は99.7%が求められる。pHを一定に保つ方
法では、還元剤の濃度をかなり上げても実用に供しうる
滞留時間内に液中のSe濃度を上記排出基準値まで下げ
ることは困難である。
【0035】発明者らは、鋭意研究の結果、pHが比較
的高い第1段階に引き続いて、pHが第1段階よりも2
程度以上低い第2段階を設けると、濃厚塩類水溶液中の
残留Seの濃度が顕著に下がることを見いだした。
【0036】その結果を図2に示す。図2において、還
元剤である硫酸鉄の添加量が鉄の濃度で6000mg/
リットルのとき、最初の10分間はpHを11にしてお
き、10分経過後に硫酸を添加してpHを8に下げる
と、反応の初期にはむしろ最初からpH11または8に
維持した場合よりもSeの除去は悪いが、約40分経過
後に逆転し、最終的に0.1mg/リットル以下に到達
することがわかる。
【0037】図2でpH11一定の場合と、pH8一定
の場合では後者の方が最終除去率が高くなっているが、
原液を変えて行った別の実験データでは逆にpH11の
方が除去率が高かった。すなわちpHを一定に保つ方
が、Se除去率は安定しにくく、わずかな実験条件の変
化で結果がばらつきやすい。これに対してpHを最初高
く、後で下げることによりSe除去率が安定して向上す
る。
【0038】本発明のようにpHを反応の途中で変化さ
せると、処理液中のSe濃度が著しく低下する理由は明
確ではない。しかし、2価鉄イオンはアルカリ側では還
元電位が低いのでSe6+を還元する力が大きいと考えら
れる。一方、pHを下げた場合は、還元力は小さくなる
が、フリーの鉄の2価イオンの濃度が増すため反応が早
く進みやすいと考えるのが妥当に思われる。
【0039】最初からpHを下げておくと、フリーの2
価鉄が増すが、還元力が小さく除去率は多くを望めな
い。本発明のように、Se6+の絶対量が多いときは還元
力を高く保ち、絶対量が減ってきたらフリーの2価鉄を
増して反応を早く進ませるのがよい、と考えられる。
【0040】すなわち、濃厚無機塩水溶液中の6価Se
を処理するにあたり、pHを最初は10.5程度に高く
保つことで還元剤の還元ポテンシャルを高め、次いでp
Hを5〜11、好ましくは7〜9、として前段より2以
上下げることによりフリーの2価の鉄イオンを増して、
全体としてのSeの除去率を高めうる。pHの変化は、
2以上、好ましくは、2〜3程度である。
【0041】第1反応槽での滞留時間は、図2に示す鉄
が6000mg/リットルの場合はSe6+を還元する原
動力となるFe2+の状態を作り出すために10分程度を
確保するのが好ましい。引き続き第2反応槽での滞留時
間は50分程度を確保するのが好ましい。鉄の濃度を下
げるにしたがい両槽における滞留時間は延長する方がよ
いが、逆に鉄の濃度を上げることによって時間を短縮す
ることもできる。
【0042】すなわち、第1反応および第2反応におけ
る、反応時間は鉄濃度により可変であり、6000mg
/リットルなら第1反応が滞留10分、第2反応は60
分から90分以内に、約20%の硫酸塩を含む排液中の
約30mg/リットルのSe6+を金属Seまで還元で
き、次工程で濾過ないしは沈降により系外に分離でき
る。10000mg/リットルの鉄を加えれば第2反応
は約30分で済むが、汚泥の発生量もその分増すので、
反応槽があまり大きくならない限り、鉄濃度は少なめに
する方が好ましい。充分な鉄の量が加われば、第1反応
は30秒、第2反応は20分から行いうる。
【0043】ガラス窯の製造品種はSeを含有するもの
だけではなく、むしろ着色剤としてのSeを目標成分に
含まない品種の方が普通である。ガラス熔解窯内でSe
を含まない品種からSe含有品種に製造品目を切り替え
るときは、切り替えが一段落するまでの数日間は、吸収
塔内の吸収液中のSe濃度が大きく変動する。
【0044】このように処理対象の原液の濃度が変動し
やすいとき、または、切り替え完了後であっても製品中
のSeの濃度が高い品種を製造するときには、本発明に
かかわる排水処理で注入すべき鉄の量は、6000mg
/リットル程度の多めを設定するのが適当である。工程
が安定して吸収塔内、したがって排液処理の処理対象原
液中のSe濃度がほぼ一定になったら、汚泥の発生量を
減らすために鉄の濃度を1000〜2000mg/リッ
トルに減じることができる。
【0045】処理中のSe含有液の温度は、50〜95
℃に維持することが好ましい。この温度は50℃未満で
は反応が実質的に進行しない。この温度は高い方がよ
く、実用上70〜95℃の範囲が望ましく、特に80℃
前後がもっとも好ましい。前述の実験はいずれも液温は
80℃で行った。
【0046】処理中のSe含有液の温度の影響を示すの
が、図4である。図4は、Se56.5ppm(うち6
価のSe38.1ppm)を含有する原液に還元剤とし
て硫酸第一鉄を鉄濃度で6000ppm加え、第1反応
でのpHを11、滞留時間を1分、第2反応でのpHを
8、滞留時間を1時間として保持した結果である。
【0047】さらに、発明者らは、亜硫酸(SO3 2-
イオンが、Se6+の還元反応を妨害する物質のひとつで
あることを見いだしている。その実験例を図5に示す。
図5は、Na2 SO4 が含有されない状態で、横軸に、
Na2 SO3 の濃度をとり、液温80℃でpH10.5
〜11で1時間保持した場合の、Se除去率を示す。S
eの初期濃度は50ppm、還元剤としての鉄濃度は2
500ppmと1000ppmの2種類、について実施
した。
【0048】したがって第1反応槽の前段の処理とし
て、例えば空気吹き込み・酸化剤の注入等によって、対
象液中のSO3 2- をできるだけSO4 2- に酸化しておく
のが好ましい。この前処理を、表1上段の構成を有する
Se含有液について行うと、表1下段の全ナトリウム硫
酸塩に記載したのとほぼ同じ濃度のNa2 SO4 を含有
したSe含有液になる。なお、この観点で、既出の図2
はNa2 SO3 のない液、図3は実際の排脱吸収液を充
分に空気酸化して液中の還元物質量を、JIS−K02
11記載のヨウ素消費量で100mg/リットル以下に
下げたもので測定している。
【0049】以上は、連続式設備で行うことを前提に説
明したが、この方法には限定されず、たとえば、回分式
の設備で行うことなどもできる。その他、本発明の効果
を奏する範囲で、種々の公知の方法を付加併用できる。
【0050】
【実施例】図1に示すガラス製造窯の排脱吸収塔の排液
処理設備で、実際の吸収塔排液を対象に連続式でSeの
除去処理を行った。原液の液量は0.25m3 /時、そ
のうちのNa2 SO4 に換算したナトリウム硫酸塩の濃
度は20.8重量%、JIS−K0211記載のヨウ素
消費量は200ppm、pHは中性域にあった。
【0051】また、ガラス熔解窯の高温排ガスを吸収液
に接触させる方式を採用しているうえに、酸化塔で空気
を吹き込むことによる酸化反応熱が付加されて、原液の
液温は反応槽入口で約60℃であった。反応を80℃で
進めるために2つの反応槽に温度指示調節計(電気ヒー
ター)を用いた。また、pH指示調節計を両槽に設置し
た。
【0052】還元剤として、硫酸第一鉄を鉄濃度が60
00ppmになるように添加した。2つの反応槽の容量
はともに250リットルで、排液の滞留時間はいずれも
1時間、液温はいずれも80℃である。結果を表2に示
す。
【0053】
【表2】
【0054】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のSe除去
方法においては、濃厚塩溶液中からSeを排水基準値以
下まで除去でき、環境の保全に役立つ。特に除去が困難
な6価のSeを効率よく除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガラス熔解窯の排脱吸収塔周りの排ガ
スと排水のフローを示すブロック図。
【図2】Se除去率に及ぼすpH操作条件の影響を示す
グラフ。
【図3】Se除去率に及ぼすpHの影響を示すグラフ。
【図4】Se除去率に及ぼす液温の影響を示すグラフ。
【図5】Se除去率に及ぼすNa2 SO3 濃度の影響を
示すグラフ。
【図6】従来のガラス熔解窯の排脱吸収塔周りの排ガス
と排水のフローを示すブロック図。
【図7】Se除去率に及ぼすNa2 SO4 濃度の影響を
示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田渕 るみ子 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目1番地 旭硝子株式会社京浜工場内 (72)発明者 永田 隆久 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目1番地 旭硝子株式会社京浜工場内 (72)発明者 岩本 政俊 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目1番地 旭硝子株式会社京浜工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Se含有液に還元剤を投入する還元工程、 液のpHを7以上13以下に保持する第1の保持工程、 液のpHが5以上11以下であり、かつ第1の保持工程
    におけるSe含有液よりpHが2以上小さい状態に保持
    する第2の保持工程、および、 還元されたSeを液から除去する除去工程、を含むこと
    を特徴とするSe含有液からのSe除去方法。
  2. 【請求項2】第1の保持工程および第2の保持工程にお
    ける液温が50℃以上95℃以下である請求項1のSe
    含有液からのSe除去方法。
  3. 【請求項3】Se含有液が6価のSeイオンを0.5m
    g/リットル以上含有する請求項1または2のSe含有
    液からのSe除去方法。
  4. 【請求項4】還元剤が固体状または水溶液状の硫酸第一
    鉄であり、還元剤投入後のSe含有液中の鉄イオン濃度
    が1000mg/リットル以上である請求項1、2また
    は3のSe含有液からのSe除去方法。
  5. 【請求項5】第1の保持工程におけるSe含有液の滞留
    時間が30秒以上であり、第2の保持工程における液の
    滞留時間が20分以上である請求項1、2、3または4
    のSe含有液からのSe除去方法。
  6. 【請求項6】少なくとも第1の保持工程の前に、Se含
    有液を空気または酸化剤の添加により酸化処理する請求
    項1、2、3、4または5のSe含有液からのSe除去
    方法。
  7. 【請求項7】Se含有液が燃焼廃ガスの排煙脱硫装置に
    おける吸収液である請求項1、2、3、4、5または6
    のSe含有液からのSe除去方法。
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