(57)【要約】【課題】高効率で分離効果が優れる汚水の分離方法を提供する。【解決手段】  化学沈殿後の重金属廃水は、固液分離システムで扱われ、化学反応槽の濾過区域6に配置された膜モジュール、膜モジュール水出口管1、電気接点付圧力計3、吸上げポンプ4、吸上げポンプ水入口管2、逆洗ポンプ10、及び逆洗管5を包含し、膜モジュール、膜モジュール水出口管1、電気接点付圧力計3、吸上げポンプ水入口管2、及び吸上げポンプ4は、連続して接続されることにより、膜モジュール水製造システムを形成し、膜モジュール水出口管1、電気接点3がある圧力計、逆洗管5、及び逆洗ポンプ10は連続して接続されることにより、逆洗システムを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
a）化学反応タンクの濾過区域内に配置される膜モジュール；
b)該膜モジュール水出口管；
c)電気接点付圧力計；
d)吸上げポンプ；
e)吸上げポンプ水入口管；
f)逆洗ポンプ；及び
g)逆洗管；
を備え、
前記膜モジュール、前記膜モジュール水出口管、電気接点付圧力計、吸上げポンプ水入口管、吸上げポンプの配列による接続によって膜モジュール水製造システムが構成され、前記膜モジュール水出口管、電気接点付圧力計、逆洗管、逆洗ポンプの配列による接続によって逆洗システムが構成されることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム。
【請求項２】
請求項１において、前記膜モジュールは膜箱と膜材料によって構成されることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム。
【請求項３】
請求項２において、前記膜材料は穴の直径が０．０１〜１０μｍのプレート式又は中空繊維の精密濾過膜又は限外濾過膜となることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム。
【請求項４】
請求項１において、前記吸上げポンプの吸上げストロークは１〜５ｍ、吸上げ圧力は０．０１〜０．０５ＭＰaであることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム。
【請求項５】
請求項１において、前記逆洗ポンプの引上げストロークは１〜５ｍであることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム。
【請求項６】
請求項１の化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムにおいて、
１）重金属汚泥混合物を濾過区域に導入し、吸上げポンプの吸上げ作用によって、汚泥中の重金属不溶性塩化物浮遊顆粒物は膜材料によって、濾過区域に塞き止められ、浄水は膜材料の内部に入り、膜モジュール水出口管、電子接点付圧力計、吸上げポンプ水入口管、吸上げポンプを通じて、浄水区域に入る、
2）吸上げプロセスを８〜１５分間持続させてから、吸上げポンプを停止させ、逆洗ポンプを起動させ、浄水区域中の膜濾過済み浄水を逆洗管、電気接点付圧力計、膜モジュール水出口管を通じて、逆方向に膜材料の中にポンプダウンされ、内部から外部に向いて膜材料に対する浄水の逆洗を行い、この逆洗の持続時間は１〜３分間とする、
上記いずれかのステップを含むことを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【請求項７】
請求項６において、前記金属塩化物の濃度が１００００〜２００００ｍｇ/Ｌになる度に、濃縮液の回収操作と重金属の再生を行うことを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【請求項８】
請求項６において、前記吸上げポンプの吸上げストロークは１〜５ｍ、吸上げ圧力の標準値は０．０１〜０．０５ＭＰaであることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【請求項９】
請求項６において、前記逆洗ポンプの引上げストロークは１〜５ｍであることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【請求項１０】
請求項６において、前記逆洗時間と吸上げ時間は、それぞれ、８〜１５分と１〜３分であることを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【請求項１１】
請求項６において、前記化学沈殿後の重金属を前記濾過区域に導入した後、単一の沈殿剤として水酸化物又は硫化物を追加することを特徴とする化学沈殿後の重金属廃水の固液分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重金属廃水処理システムと処理方法に関し、詳しくは、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システム及び固液分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属は食物連鎖を通じて生物体に蓄積され易く、生物体と人体の健康に厳重な危害をもたらしている。重金属廃水の汚染を如何に効果的に治めるかはすでに人間社会の共通の関心事となっている。目下、重金属廃水の良く使われている処理方法としては、物理法や、化学法及び生物法などがあるが、その中、物理法であるイオン交換は、交換剤の品種や、産出量及びコストが原因で、その大規模な使用は制限を受けている。このように、化学法及び膜分離技術が重金属廃水処理の主流となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（１）化学法
化学沈殿は重金属廃水処理の主流となっているが、その主なプロセスとしては、重金属廃水の中にアルカリを入れて、異なる重金属の水酸化物沈殿が形成される最適ｐＨ値によって、重金属廃水のｐＨ値を調整して、水酸化物沈殿を形成させるとともに、さらに凝固剤及び凝集剤を入れて、小さな顆粒状重金属水酸化物の沈殿を凝集剤の作用によって大きな顆粒状固体浮遊物と沈殿物に凝固させてから、沈殿池にて沈殿物を分離する仕組みとなっている。当該方法の処理効率を制約するキーポイントは、重金属が沈殿されてから泥と水が分離できなく、傾斜板沈殿池の場合、その設計負荷は０．３〜０．６ｍ３/ｍ２・ｈしか取れないので、当該処理場の面積が大きく、処理効率が低いだけでなく、凝集剤を入れた条件で、沈殿される重金属汚泥の濃度は僅か１００００ｍｇ/Ｌしかないが、凝固剤と凝集剤の添加によって、新しい金属イオンが増えるので、重金属汚泥の純度が低下し、再生値も低い。
【０００４】
（２）膜分離技術
既存の重金属廃水の化学沈殿後の泥水分離の難題に直面して、海外ではＴＭＦ連続精密濾過技術と言う新しい分離技術を提出した。連続精密濾過技術の主な技術原理としては、チューブ式精密濾過膜を用いたクロスフロー式濾過原理によって、泥水混合物がポンプの作用の下で、３〜５ｍ/ｓのスピードで、チューブ式精密濾過システムの中で高速に循環させて、泥水混合物中の水は膜の穴から排出され、粒径が膜の穴より大きい固体顆粒物は通過が阻止され残される仕組みとなっている。連続精密濾過膜の穴の直径は一般的に０．１μｍ以下で、原液から０．１μｍ以上の顆粒不純物を除去することができ、汚泥の高濃度濃縮を実現できる。しかしながら、当該分離方法は汚泥混合物を循環ポンプの作用の下で大量に循環させることを必要とするので、運行エネルギー消耗が極めて高く、水１トン当たりの電力消耗量は１．０〜２．０ＫＷ・ｈ/ｍ３にも達しており、しかも、外置式据付となるため、単独の連続精密濾過場を設けなければならなく、プロセスが繁雑であるので、大規模な普及にはほとんど適していない。
【０００５】
このように、既存の重金属廃水処理の泥水分離技術に不便が存在する。経済的で、高効率の固液分離方法の開発は緊急を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述で説明された問題に鑑み、本発明の目的は、既存の重金属廃水の化学法処理による固液分離技術に存在する欠点を克服して、高効率で分離効果の良く、連続操作のできる固液分離システム及びこのシステムを用いて重金属廃水を処理する方法を提供することである。
【０００７】
化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムは、化学反応槽の濾過区域に配置される膜モジュールと、膜モジュール水出口管と、電気接点付圧力計と、吸上げポンプと、吸上げポンプ水入口管と、逆洗ポンプと、逆洗管と、を備えたものであり、膜モジュール、膜モジュール水出口管、電気接点付圧力計、吸上げポンプ水入口管及び吸上げポンプが、膜モジュール水生産システムを形成するために連続して接続されている。膜モジュール水出口管、電気接点付圧力計、逆洗管及び逆洗ポンプは、逆洗システムを形成するために連続して接続される。
【０００８】
化学反応タンクの濾過区域に配置した膜モジュールが膜箱と膜材料を含み構成される。
【０００９】
膜材料は、プレート式又は中空繊維の精密濾過法又は限外濾過膜であり、膜孔の直径が0.01〜10μmである。
【００１０】
膜材料の穴の直径は、本方法の膜分離システムの実施効果と関連する重要な技術パラメータで、膜の材質とは関係がなく、無機材料膜又は有機材料膜のいずれかにすることができる。
【００１１】
本発明の固液分離システムを用いた化学沈殿後の重金属廃水の処理方法は、以下のステップを包含する。
【００１２】
a)化学沈殿後の重金属汚泥混合物を濾過区域に導入し、吸上げポンプの作用によって、重金属の浮遊粒子は膜材料により塞き止められて、膜材料の内部に浄水が流れ、膜モジュール水出口管、電気接点付圧力計、吸上げポンプ水入口管、及び吸上げポンプをそれぞれ経て、最終的に、浄水区域に受け入れられる。
【００１３】
b)吸上げプロセスを８〜１５分間持続させてから、吸上げポンプを停止させ、逆洗ポンプを起動させ、浄水区域中の膜濾過済み浄水を逆洗管、電気接点付圧力計、膜モジュール水出口管を通して、逆方向に膜材料の中にポンプダウンさせ、内部から外部に向いて膜材料に対する浄水の逆洗操作を行い、その持続時間は１〜３分間とする。
【００１４】
c)濾過区域中の重金属汚泥の濃度が１０〜２０ｇ/Ｌに達すると、濾過区域中の汚泥を集合させ重金属を回収する。
【００１５】
前記重金属廃水を濾過区域にポンプで吸上げてから、濾過区域に単一の化学沈殿剤の水酸化物又は硫化物を入れて、化学沈殿後の重金属固体浮遊物の純度を改善する。
【００１６】
本発明において、前記吸上げポンプの吸上げストロークは１〜５ｍ、正常な作動の吸上げ圧力は０．０１〜０．０５ＭＰaで、吸上げポンプ水入口管に設置されている電気接点付圧力計によって、吸上げ圧力値が測定される。
【００１７】
本発明において、逆洗ポンプの引上げストロークは１〜５ｍである。浄水区域の浄水は逆洗ポンプで加圧してから、逆洗管を通じて精密濾過又は限外濾過膜材料内部に輸送され、内部から外部に向かって膜材料に対して浄水による逆洗を行う。
【００１８】
逆洗時間と吸込時間との関係は、8〜15分間の吸上げ、及び、1〜3分間の逆洗である。
【００１９】
濾過区域の重金属浮遊物の濃度が１００００ｍｇ/Ｌ以上になると、濾過区域の濃縮後の高濃度浮遊物状態の固体重金属混合液を、加圧してから１００メッシュ以上の固液分離設備にポンプダウンして、高純度の重金属を回収する。
【００２０】
本発明では、穴の直径０．０１〜１０μｍのプレート式又は中空繊維の精密濾過膜又は限外濾過膜を濾過区域に導入する。重金属廃水中の重金属イオンと水酸化基又はその他の陰イオン（anions）との化学反応によって、不溶性の金属塩化物が形成される。その直径は１０μｍ以上である。濾過区域に内蔵される膜材料の塞き止め作用及び吸上げストローク１〜５ｍの吸上げポンプの吸上げ負圧の作用によって、重金属不溶性塩化物は反応タンクの中に塞き止められ、高品質の浄水は膜モジュール水製造システムを通じて、絶えずシステム外に排出される。重金属の不溶性塩化物は絶えず蓄積され、金属塩化物の濃度が１００００〜２００００ｍｇ/Ｌにまで濃縮することができる。１トン水当たりのエネルギー消耗は僅か０．１〜０．２ＫＷ・ｈ/ｍ３しかなくなる。金属塩化物の濃度が１００００〜２００００ｍｇ/Ｌになる度に、濃縮液に対する回収操作が行われ、高濃度重金属成分を含有する濃縮液に対する資源化回収利用が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明を既存技術と比較した有益な効果は次の通りである。
【００２２】
1.本発明はプレート式又は中空繊維の精密濾過又は限外濾過膜分離技術で、重金属廃水の化学処理法における重力沈殿及び連続精密濾過の固液分離技術を代替することによって、既存方法において汚水中の浮遊物の重力沈殿性能に対する要求が厳しい欠点を解決し、固液分離効果及び濃縮比を大きく向上させる。
【００２３】
2.本発明の方法は高い技術集積度と高度の自動化によって容易に達成される。
【００２４】
3.連続精密濾過技術に比べて、運行のエネルギー消耗量は９０％も低下できる。
【００２５】
4.固液分離中、凝固剤や凝集剤などを入れる必要がないので、化学品の消耗も大幅に低下され、重金属廃水の化学処理済み泥水の高効率分離に適用する理想的な技術となっている。
【００２６】
ＳＳ濃度が２５０ｍｇ/Ｌである化学沈殿反応後の重金属廃水を給水水源として、本具体的な実施方式と既存のいくつかの固液分離技術を比較して見たが、その運行データは次表通りである。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムでのフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態による、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による、プレート式の精密濾過膜又は限外濾過膜を備えた、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムの構成図である。
【図４】本発明の一実施形態による、円形プレートの精密濾過膜又は限外濾過膜を備えた、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムの構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による、中空繊維の精密濾過膜又は限外濾過膜を備えた、化学沈殿後の重金属廃水の固液分離システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の実施例では、化学沈殿後の重金属廃水は、図2に示す、固液分離システムで扱われるものであり、化学反応槽の濾過区域6に配置された膜モジュール、膜モジュール水出口管1、電気接点付圧力計3、吸上げポンプ4、吸上げポンプ水入口管2、逆洗ポンプ10、及び逆洗管5を包含する。膜モジュール、膜モジュール水出口管1、電気接点付圧力計3、吸上げポンプ水入口管2、及び吸上げポンプ4は、連続して接続されることにより、膜モジュール水製造システムを形成する。膜モジュール水出口管1、電気接点3がある圧力計、逆洗管5、及び逆洗ポンプ10は、連続して接続されることにより、逆洗システムを形成する。この逆洗システムは、膜モジュール水製造システムをすすぐために浄水区域9からポンプで水を吸上げる。濾過区域6に内蔵される膜モジュールは膜箱7と膜材料8を含む。
【実施例１】
【００３０】
図１〜３に示す通り、ある電気メッキ企業の酸性銅メッキプロセスによって生じる銅含有廃水のイオン濃度は約１００ｍｇ/Ｌで、６ｍ２の面積、穴の直径１０μｍの四角形板精密濾過膜１１を用いて濾過分離される。膜材料の材質はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。銅含有廃水中の銅イオンはｐＨ値９以上の場合、水酸化基と反応によって水酸化銅の沈殿物が形成され、泥水混合物は膜エリアに入る。水酸化銅の固体顆粒物はプレート式膜材料の塞き止め作用によって、絶えず蓄積され、濃度は益々高くなる。膜濾過システムの運行パラメータは吸上げ時間が８分、逆洗時間が１分、吸上げポンプの吸上げストロークが１ｍで、逆洗ポンプの引上げストロークが１ｍである。システム中の汚泥濃度が２００００ｍｇ/Ｌになると、システム中の汚泥は穴直径が１００メッシュのプレートフレーム圧力フィルターにポンプで送られ、泥水分離が行われ、分離済みの泥ケーキは高純度の水酸化銅の沈殿物で、直接、銅を回収することができる。
【実施例２】
【００３１】
図１、２及び４に示す通り、ある回路基板メーカーより排出されるニッケル含有廃水のニッケルイオン濃度は２０〜４０ｍｇ/Ｌで、穴の直径２μｍ、直径１１０ｍｍの円形プレート精密濾過膜１２を用いて濾過分離を行うが、膜材料の材質はポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）である。ニッケル含有の廃水にアルカリを入れて、廃水の濃度をｐＨ値５〜６に調節した後、ニッケルイオンと水酸化基との反応によって水酸化ニッケルの沈殿物が形成され、泥水混合物は濾過区域に入る。水酸化ニッケルの固体顆粒物はプレート式膜材料の塞き止め作用によって、絶えず蓄積され、濃度は益々高くなる。膜濾過システムの運行パラメータは吸上げ時間が１２分、逆洗時間が２分、吸上げポンプの吸上げストロークが３ｍで、逆洗ポンプの引上げストロークが４ｍである。システム中の汚泥濃度が２００００ｍｇ/Ｌになると、システム中の高濃度の水酸化ニッケルの汚泥は濾過され、穴直径が１１０メッシュのプレートフレーム圧力フィルターにポンプで送られ、泥水分離が行われ、分離済みの泥ケーキは高純度の水酸化ニッケルの沈殿物で、直接、ニッケルを回収することができる。
【実施例３】
【００３２】
図１、２及び４に示されている通り、ある電気メッキ企業より排出されるクロム含有廃水の６価のクロムイオンが３価のクロムイオンに酸化還元されてから、その濃度は１０〜２０ｍｇ/Ｌで、直径が１８５ｍｍ、穴の直径が０．４μｍの円形プレート精密濾過膜１２を用いて濾過分離を行う。膜材料の材質はポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）である。３価クロムイオン含有の重金属廃水は、アルカリを入れて、廃水の濃度をｐＨ値１０〜１１に調節した後、クロムイオンと水酸化基との反応によって水酸化クロムの沈殿物が形成され、泥水混合物は濾過区域に入る。水酸化クロムの固体顆粒物はプレート式膜材料の塞き止め作用によって、絶えず蓄積され、濃度は益々高くなる。膜濾過システムの運行パラメータは吸上げ時間が１０分、逆洗時間が３分、吸上げポンプの吸上げストロークが５ｍで、逆洗ポンプの引上げストロークが５ｍである。システム中の汚泥濃度が２００００ｍｇ/Ｌになると、システム中の高濃度の水酸化クロムの汚泥は外側に排出される。
【実施例４】
【００３３】
図１〜３に示す通り、ある電気メッキ生産企業より排出される銅含有廃水の濃度は１０〜２０ｍｇ/Ｌで、プレート式精密濾過膜１１を用いて濾過分離を行うが、膜材料の穴の直径は０．０１μｍで、材質はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。銅含有廃水中の銅イオンはｐＨ値１０〜１１に調節した後、クロムイオンと水酸化基との反応によって水酸化銅の沈殿物が形成され、泥水混合物は膜エリアに入る。水酸化銅の固体顆粒物はプレート式膜材料の塞き止め作用によって、絶えず蓄積され、濃度は益々高くなる。膜濾過システムの運行パラメータは吸上げ時間が１５分、逆洗時間が１分、吸上げポンプの吸上げストロークが３ｍで、逆洗ポンプの引上げストロークが３ｍである。システム中の汚泥濃度が２００００ｍｇ/Ｌになると、システム中の汚泥は濾過し、穴直径が１００メッシュのプレートフレーム圧力フィルターによって泥水分離が行われ、分離済みの泥ケーキは高純度の水酸化銅の沈殿物で、直接、銅を回収することができる。
【実施例５】
【００３４】
図１、２及び５に示す通り、ある電気メッキ企業より排出される電気メッキの洗浄廃水の濃度は４０〜６０ｍｇ/Ｌで、中空繊維濾過膜１３を用いて濾過分離を行うが、膜材料の穴の直径は０．０１μｍで、材質はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。銅含有の洗浄廃水に硫化ナトリウムを入れて、廃水のｐＨ値を１０〜１１に調節した後、銅イオンと硫化物イオンとの反応によって硫化銅の沈殿物が形成され、泥水混合物は膜エリアに入る。硫化銅の固体顆粒物はプレート式膜材料の塞き止め作用によって、絶えず蓄積され、濃度は益々高くなる。膜濾過システムの運行パラメータは吸上げ時間が１５分、逆洗時間が１分、吸上げポンプの吸上げストロークが３ｍで、逆洗ポンプの引上げストロークが５ｍである。システム中の汚泥濃度が２００００ｍｇ/Ｌになると、システム中の汚泥は濾過し、穴直径が１００メッシュのプレートフレーム圧力フィルターによって泥水分離が行われ、分離済みの泥ケーキは高純度の硫化銅の沈殿物で、直接、銅を回収することができる。
【００３５】
この発明の一例の実施形態を述べたが、当業者には本発明の要旨を離れることなく、広い観点から、変更、修正ができることは自明である。それゆえ、特許請求の範囲の目的は、本発明の趣旨内に包含されるすべてのそのような変更、修正をカバーすべきである。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・膜モジュール水出口管
２・・・吸上げポンプ水入口管
３・・・電気接点付圧力計
４・・・吸上げポンプ
５・・・逆洗管
６・・・濾過区域
７・・・膜箱
８・・・膜材料
９・・・浄水区域
１０・・・逆洗ポンプ
１１・・・四角板精密濾過膜
１２・・・円形プレート精密濾過膜
１３・・・中空繊維精密濾過膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011240326.tif 000008
【外国語明細書】
2011240326000001.pdf