JPH09323089A - 水処理装置の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄金属粒子の充填層に通水して排水中の不純物
を還元処理する水処理装置において、鉄金属粒子の表面
に付着した汚染物質を容易に剥離、除去することがで
き、長期間にわたり安定して排水中の有害物質を除去す
ることができる水処理装置の洗浄方法を提供する。 【解決手段】鉄金属粒子の充填層に通水して排水中の不
純物を還元処理する水処理装置において、充填層に洗浄
水及び窒素ガスの混合流を上向流で供給し、鉄金属粒子
の充填層内の汚染物質を除去することを特徴とする水処
理装置の洗浄方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水処理装置の洗浄
方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、鉄金属粒子
の充填層に通水して水中の不純物を還元処理する水処理
装置において、洗浄水の使用量が少なく、洗浄に要する
時間が短く、しかも鉄金属粒子の表面に付着した汚染物
質を効率よく除去することができる水処理装置の洗浄方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭又は石油を燃焼した際に発生する排
ガスの脱硫装置から排出される排煙脱硫排水は、重金
属、非金属類などの種々の有害物質を含有するので、排
煙脱硫排水よりこれらの有害物質を除去する必要があ
る。排煙脱硫排水の水質は、燃料の燃焼の効率化や、排
煙脱硫方式の改良により変化し、水質の変化に対応した
排煙脱硫排水の処理方法が必要とされている。排水にペ
ルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸などが含まれている
場合は、これらの除去は容易ではなかったが、本発明者
らは先に、これらの有害物質を含む排水のpHを５以下に
調整して鉄金属と接触させたのち、凝集処理及び固液分
離を行うことにより、排水中のペルオキソ硫酸、ヨウ素
酸、セレン酸などが溶出した２価の鉄イオンによって還
元され、さらに、凝集処理により水中に溶解している鉄
イオンを水不溶性の水酸化鉄として沈殿させるとき、重
金属、フッ素などの有害物質も同時に効率的に除去され
ることを見いだした。排水を鉄金属と接触させる方法と
しては、米国特許第４,４０５,４６４号明細書、米国特
許第５,２００,０８２号明細書などに提案されている、
反応槽において排水に鉄金属微粒子を添加して撹拌する
撹拌接触法と、特開平７−２５０２号公報などに提案さ
れている、排水を鉄金属の充填層に通水する通水接触法
が知られている。撹拌接触法は、充填層の洗浄操作は不
要であるが、還元反応が十分でなく、排水中の有害物質
の除去が通水接触法にくらべて劣る上に、鉄金属微粒子
の添加量や、鉄金属微粒子を均一に分散させるための撹
拌強度を管理したり、分散した鉄金属微粒子の流出を防
止するなど、運転管理上の問題が多い。これに対して、
鉄金属粒子の充填層に通水する通水接触法は、運転管理
が比較的容易であり、通水初期には排水中の有害物質が
効率的に除去されるが、長期間通水を続けると鉄金属の
表面に汚染物質が付着したり、目詰まりを生じたりし
て、排水処理効率が低下するという問題がある。長期間
の通水による汚染の問題を回避するために、鉄線材を繊
維状に束ねたものを用いる試みがなされているが、還元
反応を十分に行うためには排水を循環させる必要がある
など、実用化は困難である。このため、本発明者らは、
鉄金属粒子表面に付着した汚染物質を容易に除去し、安
定した排水処理を継続して行うことを可能とする水処理
装置の洗浄方法の研究を行った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄金属粒子
の充填層に通水して排水中の不純物を還元処理する水処
理装置において、鉄金属粒子の表面に付着した汚染物質
を容易に剥離、除去することができ、長期間にわたり安
定して排水中の有害物質を除去することができる水処理
装置の洗浄方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鉄金属粒子の充
填層に洗浄水及び窒素ガスの混合流を上向流で供給して
洗浄することにより、鉄金属粒子の表面に付着した汚染
物質を効率的に剥離、除去し得ることを見いだし、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は、（１）鉄金属粒子の充填層に通水して排水中
の不純物を還元処理する水処理装置において、充填層に
洗浄水及び窒素ガスの混合流を上向流で供給し、鉄金属
粒子の充填層内の汚染物質を除去することを特徴とする
水処理装置の洗浄方法、を提供するものである。さら
に、本発明の好ましい態様として、（２）洗浄水の通水
速度が、ＬＶ＝３０〜１５０ｍ・hr^-1である第(１)項記
載の水処理装置の洗浄方法、（３）窒素ガスの供給量
が、鉄金属粒子の充填層に対し、体積比で１分間に０.
１〜１０倍量である第(１)項又は第(２)項記載の水処理
装置の洗浄方法、（４）洗浄水及び窒素ガスの混合流に
よる洗浄を行ったのち、さらに洗浄水のみによる洗浄を
行う第(１)項、第(２)項又は第(３)項記載の水処理装置
の洗浄方法、（５）洗浄水及び窒素ガスの混合流の供給
を、１〜５分間行う第(１)項、第(２)項、第(３)項又は
第(４)項記載の水処理装置の洗浄方法、及び、（６）洗
浄水のみによる洗浄を、１〜５分間行う第(４)項又は第
(５)項記載の水処理装置の洗浄方法、を挙げることがで
きる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明方法は、排水を鉄金属粒子
の充填層に通水して、排水中の不純物を還元処理する水
処理装置の洗浄に使用することができる。排水のpHを５
以下に調整し、鉄金属と接触させると、鉄金属より次式
にしたがって２価の鉄イオンが水中に溶出する。 Ｆｅ＋２Ｈ⁺ → Ｆｅ²⁺＋Ｈ₂ 排水中に含まれるペルオキソ硫酸、ヨウ素酸及びセレン
酸は、それぞれ以下に示す式にしたがって２価の鉄イオ
ンと反応し、還元処理される。 Ｓ₂Ｏ₈ ^2-＋２Ｆｅ²⁺ → ２ＳＯ₄ ^2-＋２Ｆｅ³⁺ ２ＩＯ₃ ^-＋１０Ｆｅ²⁺＋１２Ｈ⁺ → Ｉ₂＋１０Ｆｅ³⁺＋
６Ｈ₂Ｏ ＳｅＯ₄ ^2-＋６Ｆｅ²⁺＋８Ｈ⁺ → Ｓｅ⁰＋６Ｆｅ³⁺＋４
Ｈ₂Ｏ さらに、酸化還元電位が−４００〜−１００ｍＶの場合
は、次式にしたがって鉄金属とセレン酸の反応が起こ
る。 ＳｅＯ₄ ^2-＋３Ｆｅ＋８Ｈ⁺ → Ｓｅ⁰＋３Ｆｅ²⁺＋４Ｈ₂
Ｏ このようにして排水中に含まれる不純物を鉄金属と接触
して還元処理したのち、被処理水にアルカリ剤を添加し
てpHを７以上とすると、水中の鉄イオンは、例えば、下
記の式のように水不溶性の水酸化鉄となってフロックを
形成する。 Ｆｅ²⁺＋２ＮａＯＨ → Ｆｅ(ＯＨ)₂＋２Ｎａ⁺ Ｆｅ³⁺＋３ＮａＯＨ → Ｆｅ(ＯＨ)₃＋３Ｎａ⁺ このとき、還元されたセレンのほか、排水中に含まれる
重金属類、懸濁物質、フッ素、ＣＯＤ成分なども同時に
凝集、沈降して分離することができる。pHを５以下に調
整した排水を接触させる鉄金属粒子としては、純鉄、粗
鋼、合金鋼、その他の鉄合金などの粒子を挙げることが
できる。鉄金属が鉄合金であるときは、鉄の含有率が８
５重量％以上であることが好ましい。

【０００６】排水と鉄金属粒子の接触は、排水を鉄金属
粒子を充填したカラムなどに通水することにより、効率
的に行うことができる。しかし、鉄金属粒子の充填層に
排水の通水を続けると、鉄金属粒子の表面への汚染物質
の付着や、鉄金属粒子の充填層の目詰まりなどが生じ、
排水中の不純物の除去効率が次第に低下してくる。この
ような汚染物質には、鉄金属又は鉄イオンの反応により
生成する酸化鉄、炭化鉄、硫化鉄や、排水中の懸濁物質
などがある。本発明方法においては、鉄金属粒子の充填
層に排水を通水し、不純物の還元処理を続けたのち、鉄
金属粒子の充填層に洗浄水及び窒素ガスの混合流を上向
流で供給し、鉄金属粒子の表面に付着した汚染物質を剥
離、除去し、あるいは、鉄金属粒子の充填層に目詰まり
を起こしている汚染物質を除去する。洗浄水及び窒素ガ
スの混合流を上向流として供給することにより、鉄金属
粒子の充填層は展開、流動化するとともに、窒素ガスの
気泡を含む混合流により激しく撹拌され、鉄金属粒子表
面から付着した汚染物質が剥離され、目詰まりを起こし
ている汚染物質とともに水流に伴われて排出される。洗
浄水及び窒素ガスの混合流とすることなく、洗浄水のみ
による洗浄では、鉄金属粒子の充填層が展開しても、汚
染物質の剥離効果が小さく、多量の洗浄水を消費しても
洗浄効果は上がらない。本発明方法においては、ガスと
して窒素ガスを使用する。窒素ガスを使用することによ
り、鉄金属粒子の充填層を不活性雰囲気に維持すること
ができ、充填層中に存在する溶解した鉄イオンが酸化さ
れて酸化鉄となり、鉄金属粒子の表面に再付着するおそ
れがない。

【０００７】本発明方法において、鉄金属粒子の充填層
に洗浄水を通水するときの流れ方向には特に制限はな
く、上向流又は下向流のいずれともすることができる。
しかし、pHを５以下に調整した排水の通水は、水素ガス
が発生するため通常は上向流で行い、洗浄水及び空気の
混合流の供給も上向流で行うので、設備設計及び運転管
理上からは、鉄金属粒子の充填層への洗浄水の通水も上
向流とすることが好ましい。本発明方法において、洗浄
水の通水速度は、ＬＶ＝３０〜１５０ｍ・hr^-1とするこ
とが好ましい。洗浄水の通水速度は、鉄金属粒子の大き
さなどに応じて選択することができるが、洗浄水及び窒
素ガスの混合流を供給したとき、鉄金属粒子の充填層が
１０〜５０％展開する程度とすることが好ましい。洗浄
水の通水速度が３０ｍ・hr^-1未満であると、鉄金属粒子
の充填層の展開が少なく、鉄金属粒子の表面に付着した
汚染物質が十分に剥離しないおそれがある。洗浄水の通
水速度が１５０ｍ・hr^-1を超えると、消費する洗浄水の
量が多くなる上に、鉄金属粒子が流出するおそれがあ
る。本発明方法において、窒素ガスの供給量は、鉄金属
粒子の充填層に対し、体積比で１分間に０.１〜１０倍
量であることが好ましい。窒素ガスの供給量が、鉄金属
粒子の充填層に対し体積比で１分間に０.１倍量未満で
あると、撹拌力が弱く洗浄効果が十分に向上しないおそ
れがある。窒素ガスの供給量は、通常は鉄金属粒子の充
填層に対し体積比で１分間に１０倍量で十分であり、そ
れ以上の窒素ガスを供給しても、窒素ガスの供給量の増
加に見合って洗浄効果は向上しない。 本発明方法においては、洗浄水及び窒素ガスの混合流を
供給して洗浄を行ったのち、洗浄水のみによる洗浄を行
うことが好ましい。洗浄水のみによる洗浄により、洗浄
水及び窒素ガスの混合流によって剥離した汚染物質を洗
い流すとともに、鉄金属粒子の充填層から気泡を追い出
すことができ、さらに、鉄金属粒子の充填層を均一に形
成することができる。本発明方法においては、洗浄水及
び窒素ガスの混合流の供給を１〜５分間行うことが好ま
しい。混合流の供給が１分間未満であると、鉄金属粒子
の充填層の洗浄が不十分となるおそれがある。混合流の
供給は、通常は５分間以内で十分であり、それ以上混合
流を供給しても洗浄効果は向上しない。本発明方法にお
いては、洗浄水及び窒素ガスの混合流の供給後の洗浄水
のみによる洗浄は、１〜５分間行うことが好ましい。洗
浄水のみによる洗浄時間が１分間未満であると、剥離し
た汚染物質の洗い流し及び気泡の追い出しが不十分とな
るおそれがある。洗浄水のみによる洗浄は、通常は５分
間以内で十分であり、それ以上洗浄水のみによる洗浄を
継続しても洗浄効果は向上しない。洗浄水のみによる洗
浄を終了したのち、洗浄水の供給を停止して沈静化する
ことにより、鉄金属粒子の充填層をふたたび形成する。

【０００８】図１は、本発明の水処理装置の洗浄方法の
説明図である。本図に示す水処理装置は、円筒状のカラ
ム１の底部に排水、洗浄水及び窒素ガスの導入口２を備
え、上部に還元処理水及び洗浄水のための水排出口３を
備えている。カラムの下部には砂利を充填して支持床４
とし、支持床の上に多孔板５を取り付け、さらにその上
に鉄金属粒子を充填して鉄金属粒子の充填層６を形成す
る。カラムの頭部には多孔板７を取り付け、還元処理時
に発生する水素ガス及び洗浄時に供給する窒素ガスの排
出口とする。排水の還元処理においては、pHを５以下、
好ましくはpHを２〜３に調整した排水を導入口より供給
し、鉄金属粒子の充填層において、排水中に含まれるペ
ルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸などの不純物を還元
処理する。排水は上向流として導入されるので、還元処
理に際して発生する水素ガスは、水流とともに上方へ移
動し、カラム頭部の多孔板より排出される。水排出口よ
り流出する還元処理水は、さらに凝集沈澱設備に導き、
アルカリ剤を添加してpH７以上に調整し、必要に応じて
さらに高分子凝集剤などを添加して凝集沈澱処理を行っ
て処理水を得る。一定時間経過後、あるいは、処理水中
の不純物が増加する傾向が認められたとき、水処理装置
の洗浄を行う。水処理装置の洗浄を行うためには、排水
の供給を停止し、導入口から洗浄水及び窒素ガスの混合
流を供給することにより、鉄金属粒子の充填層を展開、
流動化する。鉄金属粒子の充填層の展開、流動化によ
り、鉄金属粒子の表面に付着した汚染物質は剥離され、
目詰まりを起こしていた汚染物質とともに、水流に伴わ
れて水排出口より排出される。洗浄水及び窒素ガスの混
合流を所定時間供給したのち、窒素ガスの供給を停止
し、洗浄水のみによる洗浄を行うことにより、剥離した
汚染物質を完全に洗い流すとともに、鉄金属粒子の充填
層から気泡を追い出す。洗浄水のみによる洗浄を所定時
間行ったのち、洗浄水の供給を停止し、鉄金属粒子を沈
静化して充填層を形成する。その後、pH調整を行った排
水を導入口より供給し、還元処理を再開する。本発明方
法によれば、少ない量の洗浄水及び窒素ガスを用いて、
鉄金属粒子の充填層の洗浄を効率的に行うことができ、
長期間にわたって安定して排水中の不純物の還元処理を
行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１ 内径２８mm、高さ６００mmのアクリル樹脂製カラム下部
に、直径５〜１０mmの砂利を１００mmの高さに充填して
支持床とし、この支持床の上に、孔径３mm、ピッチ１０
mmの多孔板を取り付けた。多孔板上に、粒子径０.６mm
の均一な球状の鉄金属粒子２００ml（約１kg）を充填
し、図１に示す形状の鉄金属粒子の充填層を有するカラ
ムを作製した。セレン０.７mg／リットルを含有する排
水に塩酸を添加してpHを２〜３に調整し、カラム下部に
設けた導入口から、上向流で通水速度ＳＶ＝２０hr^-1で
通水し、還元処理を行った。カラム上部に設けた水排出
口から流出する還元処理水に、水酸化ナトリウム水溶液
を添加してpHを９〜９.５に調整して凝集処理を行い、
沈殿を分離して処理水を得た。処理水中のセレン濃度
は、通水５時間後、１５時間後、２４時間後及び３０時
間後においては、いずれも０.０２mg／リットルであ
り、４８時間後において０.０３mg／リットルとなっ
た。ここで排水の通水を止め、カラムの洗浄を行った。
工業用水を導入口から上向流で通水速度ＬＶ＝５０ｍ・h
r^-1で通水を始め、同時に窒素ガスを導入口から１リッ
トル／分で工業用水とともに送り込んだ。２分後に窒素
ガスの供給を止めて、工業用水のみの通水を２分間行
い、合計４分間でカラムの洗浄を終えた。ふたたびpH調
整を行ったセレン含有排水の通水に切り替え、上と同様
に処理を続けたところ、処理水中のセレン濃度は、通水
５４時間後０.０２mg／リットル、７２時間後０.０２mg
／リットル、９６時間後０.０３mg／リットルであった。 ここで、ふたたび排水の通水を止め、上と同様にして４
分間の工業用水の通水と、２分間の窒素ガスの導入を組
み合わせたカラムの洗浄を行った。さらにpH調整を行っ
たセレン含有排水の通水に切り替え、同様に処理を続け
たところ、処理水中のセレン濃度は、通水１０５時間後
０.０２mg／リットル、１３０時間後０.０２mg／リット
ル、１４４時間後０.０４mg／リットルであった。 比較例１ 実施例１に用いたものと同じ鉄金属粒子を充填したカラ
ムに、工業用水の通水及び窒素ガスの導入による洗浄を
行うことなく、実施例１と同じセレン０.７mg／リット
ルを含有し塩酸によりpHを２〜３に調整した排水を連続
して１４４時間通水して還元処理を行った。還元処理水
は、水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを９〜９.５
に調整して凝集処理を行い、沈殿を分離して処理水を得
た。処理水中のセレン濃度は、通水５時間後、１５時間
後、２４時間後及び３０時間後においては、いずれも
０.０２mg／リットルであり、４８時間後において０.０
３mg／リットルであったが、通水５４時間後０.１５mg
／リットル、７２時間後０.２２mg／リットル、９６時
間後０.２５mg／リットル、１０５時間後０.３５mg／リ
ットル、１３０時間後０.４０mg／リットル、１４４時
間後０.４５mg／リットルと上昇した。 比較例２ 実施例１に用いたものと同じ鉄金属粒子を充填したカラ
ムに、実施例１と同じセレン０.７mg／リットルを含有
し塩酸によりpHを２〜３に調整した排水を通水して還元
処理を行った。さらに還元処理水に、水酸化ナトリウム
水溶液を添加してpHを９〜９.５に調整して凝集処理を
行い、沈殿を分離して処理水を得た。処理水中のセレン
濃度は、通水５時間後、１５時間後、２４時間後及び３
０時間後においては、いずれも０.０２mg／リットルで
あり、４８時間後において０.０３mg／リットルとなっ
た。ここで工業用水のみを用い、窒素ガスを供給するこ
となく、カラムの洗浄を行った。すなわち、排水の通水
を止め、工業用水を導入口から上向流で通水速度ＬＶ＝
５０ｍ・hr^-1で８分間通水し、カラムの洗浄を終えた。
ふたたびpH調整を行ったセレン含有排水の通水に切り替
え、上と同様に処理を続けたところ、処理水中のセレン
濃度は、通水５４時間後０.０９mg／リットル、７２時
間後０.１１mg／リットル、９６時間後０.１２mg／リッ
トルであった。 比較例３ 実施例１に用いたものと同じ鉄金属粒子を充填したカラ
ムに、実施例１と同じセレン０.７mg／リットルを含有
し塩酸によりpHを２〜３に調整した排水を通水して還元
処理を行った。さらに還元処理水に、水酸化ナトリウム
水溶液を添加してpHを９〜９.５に調整して凝集処理を
行い、沈殿を分離して処理水を得た。処理水中のセレン
濃度は、通水５時間後、１５時間後、２４時間後及び３
０時間後においては、いずれも０.０２mg／リットルで
あり、４８時間後において０.０３mg／リットルとなっ
た。ここで窒素ガスのみを供給するカラムの洗浄と、工
業用水のみを用いるカラムの洗浄を逐次的に行った。す
なわち、排水の通水を止め、窒素ガスを導入口から１リ
ットル／分で４分間供給し、続いて窒素ガスの供給を止
めて、工業用水を導入口から上向流で通水速度ＬＶ＝５
０ｍ・hr^-1で８分間通水し、カラムの洗浄を終えた。ふ
たたびpH調整を行ったセレン含有排水の通水に切り替
え、上と同様に処理を続けたところ、処理水中のセレン
濃度は、通水５４時間後０.０８mg／リットル、７２時
間後０.１０mg／リットル、９６時間後０.１２mg／リッ
トルであった。 実施例１及び比較例１〜３の結果を、第１表及び図２に
示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】第１表及び図２の結果から、鉄金属粒子の
充填層に洗浄水及び窒素ガスの混合流を供給して洗浄し
た実施例１においては、処理水中のセレン濃度が０.０
２〜０.０４mg／リットルと安定して低いことが分か
る。これに対して、全く洗浄を行わない比較例１におい
ては、通水時間が５０時間を超えると処理水中のセレン
濃度は急速に上昇し、通水時間が１０５時間を超えると
排水中のセレンの除去率は５０％以下となっしまう。ま
た、洗浄を洗浄水のみを用いて行った比較例２と、洗浄
を窒素ガス及び洗浄水を用いて逐次的に行った比較例３
は結果には大差はなく、いずれも通水時間７２時間で処
理水中のセレン濃度は、規制値である０.１mg／リット
ル以上となる。これらの結果から、鉄金属粒子の充填層
に洗浄水及び窒素ガスの混合流を供給して洗浄する本発
明方法が、排水中のセレンを安定して除去する上で、非
常に有効であることが分かる。

【００１２】

【発明の効果】本発明方法によれば、排水中の不純物を
還元処理するための鉄金属粒子の充填層の洗浄を、少な
い量の洗浄水及び窒素ガスを用いて効率的に行うことが
でき、ペルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸などの酸化
性物質を不純物として含有する排水の還元処理を、長期
間にわたって安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の水処理装置の洗浄方法の説明
図である。

【図２】図２は、通水時間と処理水中のセレン濃度の関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ カラム ２ 導入口 ３ 水排出口 ４ 支持床 ５ 多孔板 ６ 鉄金属粒子の充填層 ７ 多孔板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄金属粒子の充填層に通水して排水中の不
   純物を還元処理する水処理装置において、充填層に洗浄
   水及び窒素ガスの混合流を上向流で供給し、鉄金属粒子
   の充填層内の汚染物質を除去することを特徴とする水処
   理装置の洗浄方法。