(57)【要約】【課題】  簡易な構造の設備および操作によって、効果的に重金属類含有水から重金属を除去することができる、重金属類含有水の浄化設備およびこれを用いた重金属類含有水の浄化方法を提供する。【解決手段】  内部が気密状態に保持された浄化槽１ａ、１ｂと、この浄化槽の内部に設けられて重金属類含有水の流路が形成された磁性体からなる保持部材２と、浄化槽内にグリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材を供給する水質浄化材供給ライン３ａ、３ｂと、保持部材に対する着磁と消磁とを切換可能な保持部材磁気化手段９ａ、９ｂと、浄化槽内に重金属類含有水を供給する重金属類含有水供給ライン１２ａ、１２ｂと、浄化槽内の重金属類含有水を排出する処理水排出ライン１６ａ、１６ｂと、浄化槽内の水質浄化材を排出する水質浄化材排出ライン１９ａ、１９ｂとを備えてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が気密状態に保持された浄化槽と、この浄化槽の内部に設けられて重金属類含有水の流路が形成された磁性体からなる保持部材と、上記浄化槽内にグリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材を供給する水質浄化材供給ラインと、上記保持部材に対する着磁と消磁とを切換可能な保持部材磁気化手段と、上記浄化槽内に重金属類含有水を供給する重金属類含有水供給ラインと、上記浄化槽内の上記重金属類含有水を排出する処理水排出ラインと、上記浄化槽内の上記水質浄化材を排出する水質浄化材排出ラインとを備えてなることを特徴とする重金属類含有水の浄化設備。
【請求項２】
上記保持部材に対する消磁を行った際に、上記保持部材からの上記水質浄化材の離脱を促進させる振動付与手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の重金属類含有水の浄化設備。
【請求項３】
上記重金属類含有水供給ラインには、上記重金属類含有水中にアルカリ物質を供給して当該重金属類含有水のｐＨを８〜１１の範囲に保持するｐＨ調整手段が介装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の重金属類含有水の浄化設備。
【請求項４】
上記浄化槽に洗浄水を供給する洗浄水供給ラインが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の重金属類含有水の浄化設備。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の重金属類含有水の浄化設備を用いた重金属類含有水の浄化方法であって、上記浄化槽内に上記グリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材のスラリーを供給するとともに、上記保持部材磁気化手段を作動させて上記保持部材を着磁することにより、当該保持部材上に上記水質浄化材を磁気的に固定し、次いで重金属類含有水を上記浄化槽内に供給することにより、上記重金属類含有水に含まれる重金属を上記水質浄化材に吸着させて当該重金属類含有水から除去することを特徴とする重金属類含有水の浄化方法。
【請求項６】
上記水質浄化材が劣化した際に、上記保持部材磁気化手段の作動を停止させて、上記保持部材を消磁することにより、当該水質浄化材の上記保持部材に対する磁気的吸着を解いて上記浄化槽から排出することを特徴とする請求項５に記載の重金属類含有水の浄化方法。
【請求項７】
上記保持部材を消磁した際に、上記保持部材に振動を与えることにより、当該保持部材からの上記水質浄化材の離脱を促進させることを特徴とする請求項６に記載の重金属類含有水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水等の重金属類含有水中から重金属類を吸着除去または還元吸着除去して、上記重金属類含有水を浄化させるための重金属類含有水の浄化設備およびこれを用いた重金属類含有水の浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般の工場排水や、燃焼ガスの洗煙工程や汚染土壌の浄化工程等で排出される各種の産業排水には、セレン、銅、クロム、亜鉛等の各種の重金属が含まれている。
このため、河川の環境保全の観点から、上記排水から重金属を除去した後に、上記河川に放流することが義務づけられている。
【０００３】
このような排水を浄化するための設備としては、一般にキレート剤を用いた排水処理設備が知られているが、キレート剤が高価であるとともに、設備が大規模かつ複雑であるという問題点がある。
そこで、比較的簡易な排水の浄化設備として、例えば下記特許文献１に見られるような、ゼオライトとこのゼオライトよりも大きな粒径の粒度調整材とを混合した吸着剤を備えた濾過層に、重金属含有排水を通過させ、上記ゼオライトと接触させることにより、当該排水に含まれる重金属を吸着除去する装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−０２８２４５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の排水等の重金属類含有水の浄化設備にあっては、排水を濾過層に通す際の透水性を、粒度調整材によって確保する構造であるために、設備全体における排水の処理能力や排水に含まれる重金属の量等に応じて、上記粒度調整材の量や粒度を適宜調整しなければならないという問題点がある。
【０００５】
また、微粒子であるゼオライトが濾過層から流出しないように、別途ゼオライトの粒径よりも小さなメッシュのフィルター層を設ける必要があり、よって排水の流路抵抗が増大するという問題点もある。
さらに、濾過層においても、吸着性能が劣化したゼオライト等を交換するために、多くの手間を要するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造の設備および操作によって、効果的に排水等の重金属類含有水から重金属を除去することができる重金属類含有水の浄化設備およびこれを用いた重金属類含有水の浄化方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の重金属類含有水の浄化設備は、内部が気密状態に保持された浄化槽と、この浄化槽の内部に設けられて重金属類含有水の流路が形成された磁性体からなる保持部材と、上記浄化槽内にグリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材を供給する水質浄化材供給ラインと、上記保持部材に対する着磁と消磁とを切換可能な保持部材磁気化手段と、上記浄化槽内に重金属類含有水を供給する重金属類含有水供給ラインと、上記浄化槽内の上記重金属類含有水を排出する処理水排出ラインと、上記浄化槽内の上記水質浄化材を排出する水質浄化材排出ラインとを備えてなることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、上記重金属類とは、例えば、セレン、カドミウム、六価クロム、鉛、亜鉛、銅、ニッケル、ヒ素、アンチモンなどの各種重金属元素や金属元素を包含するものである。
そして、上記重金属類含有水とは、上記重金属類を含む水の総称であり、自然発生的および人為的に生じた各種の廃水や排水等を含み、例えば、工場排水や下水、海水、河川水、沼や湖池の水、地表の溜まり水、河川等の堰止域の水、地下の流水や溜まり水、暗渠の水等であって、上記重金属類を含有するものをいう。
【０００９】
ここで、請求項２に記載の発明は、上記保持部材に対する消磁を行った際に、上記保持部材からの上記水質浄化材の離脱を促進させる振動付与手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の重金属類含有水供給ラインには、上記重金属類含有水中にアルカリ物質を供給して当該重金属類含有水のｐＨを８〜１１の範囲に保持するｐＨ調整手段が介装されていることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記浄化槽に洗浄水を供給する洗浄水供給ラインが設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
次いで、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の重金属類含有水の浄化設備を用いた重金属類含有水の浄化方法であって、上記浄化槽内に上記グリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材のスラリーを供給するとともに、上記保持部材磁気化手段を作動させて上記保持部材を着磁することにより、当該保持部材上に上記水質浄化材を磁気的に固定し、次いで重金属を含む重金属類含有水を上記浄化槽内に供給することにより、上記重金属類含有水に含まれる重金属を上記水質浄化材に吸着させて当該重金属類含有水から除去することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記水質浄化材が劣化した際に、上記保持部材磁気化手段の作動を停止させて、上記保持部材を消磁することにより、当該水質浄化材の上記保持部材に対する磁気的吸着を解いて上記浄化槽から排出することを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、上記保持部材を消磁した際に、上記保持部材に振動を与えることにより、当該保持部材からの上記水質浄化材の離脱を促進させることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１〜４のいずれかに記載の重金属類含有水の浄化設備およびこれを用いた請求項５〜７に記載の重金属類含有水の浄化方法において浄化槽内に設ける磁性体からなる保持部材としては、例えば鉄やステンレス等の金属製の網材、多孔質板等を用いることができ、当該浄化槽内に複数段に配設することが好ましい。
また、上記グリーンラストとフェライト澱物との混合物は、還元性を有する重金属の吸着剤であり、上記水質浄化材供給ラインにおいては、混合物スラリーとして供給することが好ましい。
【００１６】
なお、上記グリーンラストは、第一鉄（ＦｅII）と第二鉄（ＦｅIII）との水酸化物が層状をなす青緑色の物資であって、層間にアニオン（Ａ：ＳＯ42-、Ｃｌ-等）を取り込んだ構造を有するものである。これを化学式で示せば、例えば下記の通りである。
［ＦｅII (6-X)ＦｅIII X（ＯＨ）12］X+［Ａ・ｎＨ2Ｏ］X-、０．９＜ｘ＜４．２
ここで、アニオン（Ａ）がＳＯ42-であり、かつｘ＝２である時に、グリーンラスト（ＩＩ）［ＧＲ（ＩＩ）］と呼ばれる。
【００１７】
他方、磁性を有するフェライト澱物としては、マグネタイト（ＦｅIIＯＦｅIII 2Ｏ3）を主体とする鉄フェライト澱物が好適である。
また、上記グリーンラストとフェライト澱物との混合物は、所望の還元力を担保するために、全鉄に対する２価鉄の比［Ｆｅ2+／全Ｆｅ］が、０．３以上のものが用いられる。
【００１８】
ちなみに、上記グリーンラストと鉄フェライト澱物との混合物は、上記２価鉄の比が０．３〜０．８５であり、この比が大きいほど還元力が強くなる。なお、グリーンラストは、緩慢に酸化することによって鉄フェライト化するために、上記２価鉄の比は、０．４〜０．６５の範囲、より好ましくは、０．５〜０．６の範囲であればよい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜４のいずれかに記載の重金属類含有水の浄化設備およびこれを用いた請求項５〜７に記載の重金属類含有水の浄化方法においては、先ず水質浄化材供給ラインから浄化槽の内部にグリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材を供給するとともに、これと並行して保持部材磁気化手段により保持部材を着磁する。すると、上記水質浄化材は、保持部材に磁気的に吸着され、当該保持部材の全面にわたって重金属の吸着層が形成される。
【００２０】
そこで次に、重金属類含有水供給ラインから浄化槽内に重金属を含む重金属類含有水を供給して充満させると、重金属類含有水が保持部材に形成された流路を通過する過程において、水質浄化材の吸着層と接触することにより、当該重金属類含有水中に含まれる重金属が上記水質浄化材に取り込まれて吸着・除去される。そして、上記重金属が除去されて浄化された重金属類含有水は、処理水排出ラインから浄化槽の層外へと排出されてゆく。
【００２１】
このようにして、重金属類含有水の浄化が行われ、経時的に水質浄化材における重金属の吸着性能が劣化した場合には、請求項５に記載の発明のように、保持部材磁気化手段を切って保持部材に対する着磁を消磁する。この結果、水質浄化材は、保持部材に対する磁気的吸着が解かれるために、水質浄化材排出ラインから排出することができる。
【００２２】
そして、再び水質浄化材供給ラインから浄化槽の内部に新たな還元性水質浄化材を供給して上記工程を繰り返すことにより、極めて簡易な構造の設備および操作によって、効果的に重金属類含有水から重金属を除去することができる。
【００２３】
ところで、保持部材磁気化手段による着磁によって保持部材の全面にわたり密な吸着層が形成されている場合には、保持部材磁気化手段を切って保持部材に対する着磁を消磁して保持部材に対する水質浄化材の磁気的吸着を解いた際に、保持部材に対する水質浄化材の離脱が円滑に行われない虞もある。
【００２４】
そこで、請求項２または請求項７に記載の発明のように、上記保持部材からの上記水質浄化材の離脱を促進させる振動付与手段を設ければ、上記水質浄化材の排出を円滑に行うことができる。
このような振動付与手段としては、浄化槽内の液体に振動を与えることにより間接的に保持部材を振動させる不活性ガスのバブリング装置や、浄化槽全体に振動を与えるバイブレータ、あるいは後述する洗浄水供給ラインからの洗浄水の供給に脈動を与えて保持部材に振動を与える洗浄水供給制御等が好適である。
【００２５】
また、上記水質浄化材による重金属の吸着を円滑に行わせるためには、浄化槽内のｐＨを、８〜１１の範囲に保持することが好ましい。
この際に、事前に上記重金属類含有水のｐＨは、上記範囲内に調整されている場合には、そのまま浄化槽内に供給すればよいが、仮にそうでない場合には、請求項３に記載の発明のように、重金属類含有水供給ラインに、上記重金属類含有水中にアルカリ物質を供給して当該重金属類含有水のｐＨを上記範囲に保持するｐＨ調整手段を介装する必要がある。なお、ｐＨ調整手段において、重金属類含有水中に供給するアルカリ物質としては、例えば苛性ソーダが適用可能である。
【００２６】
さらに、上記保持部材に対する磁気的吸着を解いて水質浄化材を水質浄化材排出ラインから排出するに際しては、請求項４に記載の発明のように、別途洗浄液供給ラインを設けて、上記水質浄化材を当該洗浄液供給ラインから供給される洗浄水に同伴させて排出すれば、極めて円滑かつ容易に水質浄化材の交換を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明に係る重金属類含有水の浄化設備の一実施形態を示すもので、図中符号１ａ、１ｂがそれぞれ並列的に設けられた浄化槽である。
これら浄化槽１ａ、１ｂは、重金属類含有水を充満させることにより内部が非酸化性雰囲気を保持する気密構造とされており、内部には、鉄やステンレスからなる線材を格子状に編んだ網材（保持手段）２が、上下方向に複数段（図では８段）にわたって設けられている。なお、上記網材２に代えて、同様の金属からなる平板部材に多数の孔部が穿設された多孔板を用いることもできる。
【００２８】
また、これら浄化槽１ａ、１ｂの底部には、各々内部にグリーンラストと磁性を有するフェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材のスラリーを供給する水質浄化材供給ライン３ａ、３ｂが接続されている。ここで、これら水質浄化材供給ライン３ａ、３ｂは、三方切替弁４の吐出側に接続されており、当該三方切替弁４の供給側に水質浄化材供給ラインの本管３がポンプ５および開閉弁６を介して接続されている。
【００２９】
また、この水質浄化材供給ラインの本管３におけるポンプ５と開閉弁６との間には、浄化槽１ａ、１ｂ内に洗浄水を供給するための洗浄水供給ライン７が開閉弁８を介して枝配管されている。
【００３０】
他方、浄化槽１ａ、１ｂの外周には、各々保持座部材２を励磁するための励磁コイル（保持部材磁気化手段）９ａ、９ｂが各浄化槽１ａ、１ｂを囲繞するように設けられている。そして、これら励磁コイル９ａ、９ｂの両端に接続されて交流電流を流す磁気回路１０ａ、１０ｂには、択一的に上記磁気回路１０ａ、１０ｂを開閉するためのスイッチ１１が介装されている。
【００３１】
また、浄化槽１ａ、１ｂの底部には、内部に重金属類含有水を供給する給水ライン（重金属類含有水供給ライン）１２ａ、１２ｂが接続されている。これら給水ライン１２ａ、１２ｂも、三方切替弁１３の吐出側に接続されており、三方切替弁１３の供給側に給水ラインの本管１２が送水ポンプ１４を介して接続されている。なお、この本管１２には、容器１５ａから上記重金属類含有水中に苛性ソーダを添加して当該重金属類含有水のｐＨを８〜１１の範囲に保持するｐＨ調節器（ｐＨ調整手段）１５が介装されている。
【００３２】
他方、浄化槽１ａ、１ｂの天井部には、内部の上記重金属類含有水を排出する処理水排出ライン１６ａ、１６ｂが接続され、これら処理水排出ライン１６ａ、１６ｂは、三方切替弁１７を介して、処理水排出ラインの本管１６に接続されている。なお、この本管１６には、容器１８ａ内の塩酸または硫酸等の酸を上記重金属類含有水中に添加して中和する中和器１８が介装されている。
【００３３】
さらに、浄化槽１ａ、１ｂの天井部には、内部の劣化した水質浄化材を上記洗浄水とともに排出する水質浄化材排出ライン１９ａ、１９ｂが接続され、これらも三方切替弁２０を介して、水質浄化材排出ラインの本管１９に接続されている。
また、浄化槽１ａ、１ｂの底部側壁には、各々の浄化槽１ａ、１ｂに振動を与えるバイブレータ（振動付与手段）２１ａ、２１ｂが設けられている。
【００３４】
次に、以上の構成からなる重金属類含有水の浄化設備を用いた本発明に係る重金属類含有水の浄化方法の一実施形態として、重金属を含む排水を処理する場合について説明する。
図１は、浄化槽１ｂにおいて排水（重金属類含有水）の浄化を行っている状態を示すもので、後述するように給水ライン１２ｂから内部に供給された排水は、当該浄化槽１ｂ内において重金属が除去されて処理水排出ライン１６ｂから本管１６へと排出されてゆく。
【００３５】
この間に、他方の浄化槽１ａにおいて、排水浄化の前工程を実施しておく。すなわち、先ず開閉弁６を開くとともに三方切替弁４を浄化槽１ａ側に切り換え、ポンプ５によって本管３から送られてくる上記グリーンラストと鉄フェライト澱物との混合物からなる還元性水質浄化材のスラリーを、水質浄化材供給ライン３ａから浄化槽１ａの内部に供給して充満させておく。
【００３６】
次いで、上記浄化槽１ｂを用いた排水の浄化が終了した際に、スイッチ１１を切り換えて、励磁コイル９ａの磁気回路１０ａを閉じる。すると、網材２が励磁コイル９ａによって着磁され、主として水質浄化材中の鉄フェライトが網材２に磁気的に吸着されることにより、網材２の全面にわたって上記水質浄化材からなる重金属の吸着層が形成される。
【００３７】
そこで次に、三方切替弁１３を切り換えて、本管１２からの重金属を含む排水を、給水ライン１２ａから浄化槽１ａ内に供給するとともに、三方切替弁１７を切り換えて浄化槽１ａ内の排水が処理水排出ライン１６ａから本管１６へと排出するようにしておく。この際に、ｐＨ調節器１５内の排水中にホッパー１５ａから苛性ソーダを添加することにより排水のｐＨを８〜１１の範囲に保持する。
【００３８】
すると、排水は、網材２に形成された流路を通過する過程において、水質浄化材の吸着層と接触することにより、排水中に含まれる重金属が水質浄化材に取り込まれて吸着・除去される。
すなわち、浄化槽１ａ内は、充満する排水によって非酸化性雰囲気に保持されているために、上記排水中に含まれる６価セレンや６価クロムなどのオキシアニオンは、４価セレンあるいは金属セレンや３価クロムに還元され、水質浄化材内に取り込まれて上記排水から除去される。
【００３９】
また、例えば５価ヒ素や３価ヒ素等のセレンおよびクロム以外のオキシアニオンも、上記水質浄化材のグリーンラストの緩い層状構造中に取り込まれて上記排水から除去される。さらに、カドミウム、鉛、亜鉛、ニッケル、マンガン等の重金属イオンについても、上記グリーンラストの層間に取り込まれて、同様に上記排水中から除去される。
【００４０】
そして、上記重金属が除去されて浄化された排水は、処理水排出ライン１６ａから浄化槽の層外へと排出されてゆく。なお、浄化された排水を河川に放流する場合には、そのｐＨを５．８〜８．６の範囲に調整する必要がある。そこで、処理水排出ラインの本管１６に接続された中和器１８において、排水中にホッパー１８ａ内の塩酸または硫酸等の酸を上記排水中に添加することにより上記ｐＨの範囲内となるように中和する。
【００４１】
このようにして、排水の浄化が行われ、経時的に水質浄化材に重金属が溜まることにより当該重金属の吸着性能が劣化した場合には、上記浄化槽１ａからこれを取り出して、還元・吸着除去性能の強い新たな水質浄化材に交換する。
【００４２】
これを、排水の浄化が終了した浄化槽１ｂについて説明すると、スイッチ１１により磁気回路１０ｂが切られると、網材２に対する着磁が消磁されるために、水質浄化材は、網材２に対する磁気的吸着が解かれる。そこで、バイブレータ２１ｂによって内部の網材２に振動を与えることにより、当該網材２からの上記水質浄化材の離脱を促進させるとともに、洗浄水供給ライン７の開閉弁８を開けることにより、ポンプ５によって洗浄水を浄化槽１ｂ内に供給する。すると、上記洗浄水によって、劣化した水質浄化材が水質浄化材排出ライン１９ｂから排出されてゆく。
【００４３】
そして、再び水質浄化材供給ライン３ｂから浄化槽１ａの内部に新たな還元性水質浄化材のスラリーを供給して上記工程を繰り返すことにより、浄化槽１ａ、１ｂを交互に使用した排水の浄化と水質浄化材の交換とを連続的に行うことができる。
このように、上記構成からなる排水の浄化設備によれば、極めて簡易な構造の設備および操作によって、安定的かつ効果的に排水から重金属を除去することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態においては、網材２からの水質浄化材の離脱を促進させる振動付与手段として、バイブレータ２１ａ、２１ｂを設けた場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、浄化槽１ａ、１ｂ内の排水または洗浄水に振動を与えることにより間接的に網材２を振動させる不活性ガスのバブリング装置や、洗浄水供給ライン７からの洗浄水の供給に脈動を与えて網材２に振動を与える洗浄水供給制御等、各種の振動付与手段を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の重金属類含有水の浄化設備の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ、１ｂ  浄化槽
２  網材（保持部材）
３、３ａ、３ｂ  水質浄化材供給ライン
７  洗浄水供給ライン
９ａ、９ｂ  励磁コイル（保持部材磁気化手段）
１２、１２ａ、１２ｂ  給水ライン（重金属類含有水供給ライン）
１５  ｐＨ調整器（ｐＨ調整手段）
１６、１６ａ、１６ｂ  処理水排出ライン
１９、１９ａ、１９ｂ  水質浄化材排出ライン
２１ａ、２１ｂ  バイブレータ（振動付与手段）  
【図１】
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