(57)【要約】【課題】廃水に含まれる重金属イオンの種類と濃度の変化に関わらず、確実に廃水に含まれる重金属イオンを確実に除去する。【解決手段】重金属イオンを含む酸性の廃水から重金属イオンを取り除く廃水処理方法であって、廃水を撹拌機で撹拌してから金属微粒子を供給して廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する工程Ｓ１１、Ｓ１２と、重金属イオンを活性化水素で部分還元させてコロイド溶液を生成する工程Ｓ１３と、コロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させることによって共沈殿させる工程Ｓ１５と、共沈殿により生成された沈殿を分離する工程Ｓ１６と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属イオンを含む酸性の廃水から該重金属イオンを取り除く廃水処理方法であって、
前記廃水を撹拌機で撹拌してから金属微粒子を供給して該廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する工程と、
前記重金属イオンを前記活性化水素で部分還元させてコロイド溶液を生成する工程と、
前記コロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させることによって共沈殿させる工程と、
前記共沈殿により生成された沈殿を分離する工程と、を含むことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
前記撹拌機を少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌させることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前記アルカリ溶液は、前記コロイド溶液に気泡の発生が停止した際に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前記金属微粒子は、前記廃水に含まれる酸と反応して前記活性化水素を生成する遷移金属又は第２族元素の金属であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
前記金属微粒子は、鉄であり、前記撹拌機で撹拌する際に前記廃水を２０〜１００℃に加熱することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の廃水処理方法。
【請求項６】
前記金属微粒子を供給した前記廃水を前記撹拌機で撹拌する際に、前記金属微粒子として前記鉄を供給して、所定時間を経過してからマグネシウムを供給することを特徴とする請求項５に記載の廃水処理方法。
【請求項７】
前記廃水は、複数種類の前記重金属イオンが含まれるメッキ廃液であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の廃水処理方法。
【請求項８】
重金属イオンを含む酸性の廃水から該重金属イオンを取り除く廃水処理システムであって、
前記廃水が貯留される撹拌槽と、
前記撹拌槽内の前記廃水に金属微粒子を供給する金属供給部と、
前記金属微粒子が供給された前記廃水を撹拌して前記廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する撹拌機と、
前記撹拌槽内の前記廃液に含まれる前記重金属イオンを前記活性化水素で部分還元させて生成されたコロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させるアルカリ供給部と、
前記コロイド溶液を前記アルカリ溶液で中和させて共沈殿させることによって生成された沈殿を分離する分離部と、を備え、
前記撹拌機は、前記金属微粒子と前記廃水中の酸と反応させて前記活性化水素を生成する際に、少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌するように制御されることを特徴とする廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属イオンを含む廃水から当該重金属イオンを取り除く廃水処理方法、及び廃水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属鉱山や、ガラス工場、製薬工場、メッキ工場、染色工場、印刷工場、精錬所等においては、砒素Ａｓ、カドミウムＣｄ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、銅Ｃｕ、亜鉛Ｚｎ、アンチモンＳｂ等の重金属イオンを含む廃水が多量に発生する。これら重金属イオンを含む廃水は、河川等へ放流する前に重金属イオンを予め廃水中から除去するための廃水処理が行われる。
【０００３】
このような重金属イオンを含有した廃水から重金属を回収して除去する従来技術として、特許文献１には、重金属含有廃水から廃水処理の過程で発生する物質を利用して重金属を効率的に回収する方法が開示されている。また、特許文献２には、磁性がある酸化鉄のナノ微粒子を使用して、電磁場を掛けて処理するメッキの汚水処理をする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６１３９７号公報
【特許文献２】中国特許第１０２５８３６８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メッキ工場等の工業廃水には、６価のクロム酸イオン、ニッケルイオン、銅イオン、亜鉛イオン等の様々な高濃度の重金属イオンが含まれる。特に、メッキ工場の洗浄水として使用された工業廃水には、これら複数種類の重金属イオンが混合されて含まれている。このため、重金属イオンの種類を問わずに一律に当該重金属イオンを効率的に除去できることが望まれる。また、メッキ工場の洗浄水として使用された工業廃水に含まれる重金属イオンの濃度は、メッキ工場の操業状況等により変動し得る数値であるため、還元剤の添加による除去では、還元剤の過不足によって、効率的に重金属イオンを除去できないことがあった。さらに、メッキ工場の汚水処理においては、還元剤等の材料コストや運転コスト等を低減させて行われることが好ましい。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、廃水に含まれる重金属イオンの種類と濃度の変化に関わらず、より低コストで廃水に含まれる重金属イオンを確実に除去することの可能な、新規かつ改良された廃水処理方法、及び廃水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、重金属イオンを含む酸性の廃水から該重金属イオンを取り除く廃水処理方法であって、前記廃水を撹拌機で撹拌してから金属微粒子を供給して該廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する工程と、前記重金属イオンを前記活性化水素で部分還元させてコロイド溶液を生成する工程と、前記コロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させることによって共沈殿させる工程と、前記共沈殿により生成された沈殿を分離する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、金属微粒子が供給された廃水を撹拌して生成される活性化水素が廃液に含まれる重金属イオンに作用して部分還元させるので、部分還元された当該重金属イオンがコロイドとなって、当該コロイドの溶液をアルカリで中和することにより解膠、共沈殿させて得られた沈殿を分離することによって、効率的に重金属イオンを取り除くことができる。
【０００９】
このとき、本発明の一態様では、前記撹拌機を少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌させることとしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、金属微粒子と廃液中の酸が効率的に反応して活性化水素を生成するので、当該活性化水素によって廃液に含まれる重金属イオンが確実に部分還元されてコロイド溶液を生成できるようになる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記アルカリ溶液は、前記コロイド溶液に気泡の発生が停止した際に供給されることとしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、重金属イオンが確実に部分還元した状態でアルカリ溶液による中和反応が行われるようになる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記金属微粒子は、前記廃水に含まれる酸と反応して前記活性化水素を生成する遷移金属又は第２族元素の金属であることとしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、撹拌により効率的に活性化水素が生成されるようになるので、廃液に含まれる重金属イオンを部分還元し易くできる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記金属微粒子は、鉄であり、前記撹拌機で撹拌する際に前記廃水を２０〜１００℃に加熱することとしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、特に、撹拌により効率的に活性化水素が生成されるようになるので、廃液に含まれる重金属イオンを部分還元し易くできる。
【００１７】
また、本発明の一態様では、前記金属微粒子を供給した前記廃水を前記撹拌機で撹拌する際に、前記金属微粒子として前記鉄を供給して、所定時間を経過してからマグネシウムを供給することとしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、撹拌により効率的に活性化水素が生成されて、廃液に含まれる重金属イオンの部分還元の反応速度を速めることができる。
【００１９】
また、本発明の一態様では、前記廃水は、複数種類の前記重金属イオンが含まれるメッキ廃液であることとしてもよい。
【００２０】
このようにすれば、複数種類の前記重金属イオンが含まれるメッキ廃液でも、各重金属イオンをまとめてコロイドにしてから、アルカリによる中和反応で共沈殿させることによって、低コストで一括して複数種類の重金属イオンを効率的に取り除くことができる。
【００２１】
また、本発明の他の態様は、重金属イオンを含む酸性の廃水から該重金属イオンを取り除く廃水処理システムであって、前記廃水が貯留される撹拌槽と、前記撹拌槽内の前記廃水に金属微粒子を供給する金属供給部と、前記金属微粒子が供給された前記廃水を撹拌して前記廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する撹拌機と、前記撹拌槽内の前記廃液に含まれる前記重金属イオンを前記活性化水素で部分還元させて生成されたコロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させるアルカリ供給部と、前記コロイド溶液を前記アルカリ溶液で中和させて共沈殿させることによって生成された沈殿を分離する分離部と、を備え、前記撹拌機は、前記金属微粒子と前記廃水中の酸と反応させて前記活性化水素を生成する際に、少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌するように制御されることを特徴とする。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、金属微粒子が供給された廃水を撹拌して生成される活性化水素が廃液に含まれる重金属イオンに作用して部分還元させることによって当該重金属イオンをコロイドにして、当該コロイドの溶液をアルカリで中和して解膠、共沈殿させられるので、解膠、共沈殿で得られた沈殿を分離することによって、廃液に含まれる重金属イオンをまとめて効率的に取り除くことができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、１μｍ〜１ｍｍ程度の金属微粒子が供給された廃水を撹拌して生成される活性化水素が廃液に含まれる重金属イオンに作用して部分還元させることによって当該重金属イオンをアルカリと中和反応し易いコロイドにできる。このため、コロイド溶液をアルカリでの中和により解膠、共沈殿させることによって得られた沈殿を分離することによって、廃液に含まれる重金属イオンを低コストでまとめて効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃水処理方法の概略を示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る廃水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２６】
まず、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法の概略について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法の概略を示すフロー図である。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、鉛Ｐｂ、水銀Ｈｇ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、銅Ｃｕ、アンチモンＳｂ、カドミウムＣｄ、セレンＳｅ、砒素Ａｓ、バナジウムＶ、ビスマスＢｉ、銀Ａｇ、金Ａｕ、亜鉛Ｚｎ等の遷移金属イオンである重金属イオンを含み、ＰＨが１〜３以下の強酸性溶液であって、かつ、重金属イオン濃度が数万ｐｐｍ〜数十ｐｐｍを有する廃水から該重金属イオンを取り除く際に適用される。具体的には、例えば、６価のクロム酸イオン、ニッケルイオン、銅イオン、亜鉛イオン等の高濃度重金属イオンを含むメッキ工場等の工業廃水を金属メタルの微粉末と酸とを反応して生成した活性化水素ガスによる部分還元処理により、重金属含有量を０．１〜０．３ｐｐｍ以下である第３段階廃水基準を満たす廃水処理方法である。なお、本明細書中で取り上げる「活性化水素」とは、分子になる手前で反応性が高い状態の水素を言うものとする。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、図１に示すように、廃液を撹拌する工程Ｓ１１、金属微粒子を供給する工程Ｓ１２、コロイドを生成する工程Ｓ１３、活性化水素の発生の停止を判定する工程Ｓ１４、アルカリを供給する工程Ｓ１５、及び沈殿を分離する工程Ｓ１６を有する。そして、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法は、工程Ｓ１１乃至工程Ｓ１６を経ることによって、効率的に酸性の廃水に含まれる重金属イオンを取り除く浄化処理を行う。
【００２９】
本発明者らは、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、重金属イオンを含有する酸性メッキ廃水から重金属イオンを取り除く際に、当該廃水を所定の撹拌条件下で金属微粒子と酸を反応させて活性化水素を生成し、この活性化水素を作用させて重金属イオンを部分還元させることによりコロイドを生成させ、当該コロイドの溶液をアルカリ中和で解膠、共沈殿させることにより重金属イオンを含有する廃水を浄化できることを見出した。そして、これらの知見に基づいて、更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００３０】
このため、本実施形態では、まず、１μｍ〜１ｍｍ程度の金属微粒子と反応して活性化水素を生成できる水溶性無機酸又は有機酸を含む酸性の廃水を撹拌機で撹拌してから、金属微粒子を供給して当該廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する。そして、重金属イオンを活性化水素で部分還元させてコロイド溶液を生成する。その後、コロイド溶液にアルカリ溶液を供給して中和させることによって解膠、共沈殿させてから、解膠、共沈殿により生成された沈殿を分離する。
【００３１】
本実施形態では、金属微粒子と廃液中の酸が効率的に反応して活性化水素を生成するために、廃水の撹拌時に所定の回転速度以上の撹拌を必要とする。具体的には、撹拌機を少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌させる必要があり、５００ｒｐｍ以上の回転速度であることがより好ましい。
【００３２】
また、本実施形態では、撹拌時に効率的に活性化水素を生成して廃液に含まれる重金属イオンを部分還元し易くするために、廃液に供給する金属微粒子は、廃水に含まれる酸と反応して活性化水素を生成する遷移金属又は第２族元素の金属であることが好ましい。すなわち、廃液に供給する金属微粒子は、無機酸又は有機酸と反応して活性化水素を生成できる遷移金属又は第２族元素の金属であり、電気陰性度は、水素より低いものとする。本実施形態では、廃液に供給する金属微粒子として、例えば、鉄くずを含む廃棄物等を１μｍ〜１ｍｍ程度に粉砕したものを使用するので、従来のような重金属イオンを取り除くのに使用されていた還元剤等の費用を低減できる。
【００３３】
撹拌により効率的に活性化水素が生成するためには、撹拌時に金属微粒子として鉄を供給する場合には、撹拌機で撹拌する際に廃水を２０〜１００℃に加熱する必要がある。より効率的に活性化水素を生成するためには、鉄又は鉄とマグネシウムを混合した金属微粒子を供給した廃水を撹拌機で撹拌する際に、金属微粒子として最初に鉄を供給して、所定の時間が経過して廃水中の酸と鉄との反応が停止したら、金属微粒子としてマグネシウムを供給することが好ましい。すなわち、処理方法で使う金属メタルは、単独でも良いが、複数でも良く、特に、酸との反応性が良好な遷移金属と第２族元素の金属との組み合わせが最も好ましい。
【００３４】
このように、金属微粒子と反応して活性化水素を生成できる水溶性無機酸又は有機酸を含む酸性の廃水に金属微粒子を供給して撹拌すると、下記の式（１）に示すように、室温〜１００℃の範囲で撹拌により生成した分子レベル又はナノサイズの活性化水素からなる水素ガス気泡が生成される。
Ｆｅ０＋Ｈ２ＳＯ４ ⇒ Ｆｅ２＋ ＋ＳＯ４２− ＋Ｈ２（Nano）      （１）
※Ｈ２（Nano）：活性化水素
【００３５】
また、１μｍ〜１ｍｍ程度の鉄とマグネシウムの混合金属微粒子を供給する場合、下記の式（２）に示すように、室温〜１００℃の範囲で撹拌により生成した分子レベル又はナノサイズの活性化水素からなる水素ガス気泡が生成される。
Ｆｅ０＋Ｍｇ０＋２Ｈ２ＳＯ４ ⇒ Ｆｅ２＋ ＋Ｍｇ２＋＋２ＳＯ４２− ＋２Ｈ２（Nano）  （２）
※Ｈ２（Nano）：活性化水素
【００３６】
そして、活性化水素からなる水素ガス気泡が溶液中のクロム等の重金属イオンと速やかに反応して当該重金属イオンを部分還元するので、下記の式（３）に示すように、安定した金属コロイドを生成するようになる。
Ｃｒ６＋ ＋３／２Ｈ２（Nano）＋Ｈ２Ｏ ⇒ Ｃｒ（Ｈ２Ｏ）ｍｎ＋（colloid）＋３H＋  （３）
【００３７】
その後、このコロイド溶液に水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ溶液を加えてアルカリ性条件（ｐＨ８〜９）で解膠、共沈殿させることにより、下記の式（４）及び（５）に示すように、クロム等の重金属と鉄の水酸化物がそれぞれ沈殿となる。
Ｃｒ（Ｈ２Ｏ）ｍｎ＋（colloid）＋ＯＨ− ⇒ Ｃｒ（ＯＨ）３↓      （４）
Ｆｅ２＋ ＋ＯＨ− ⇒ Ｆｅ（ＯＨ）２↓      （５）
【００３８】
なお、本実施形態では、重金属イオンを確実に部分還元した状態でアルカリ溶液による中和反応を行うために、アルカリ溶液は、コロイド溶液に気泡の発生が停止したタイミングで供給されることが好ましい。
【００３９】
そして、これらの共沈殿により生成された水酸化物の沈殿を濾過等によって分離することによって、廃液に含まれる重金属イオンを確実に取り除けるようになる。このため、濾過後の溶液中に重金属イオンの残存量が極めて少なくなる。
【００４０】
このように、本実施形態では、金属微粒子が供給された廃水を撹拌して生成される活性化水素が廃液に含まれる重金属イオンに作用して部分還元させるので、当該重金属イオンがコロイド溶液となる。そして、当該コロイド溶液をアルカリ中和により解膠、共沈殿させて得られた沈殿を分離することによって、効率的に重金属イオンを取り除くことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、浄化処理する廃液が複数種類の重金属イオンが含まれるメッキ廃液であっても、これらの重金属イオンに活性化水素を作用させることによって一括して複数種類の重金属イオンを同時に部分還元させてコロイド溶液を生成することができる。このため、複数種類の重金属イオンがコロイド状の一塊となることによって、各重金属イオン間に電子が移動するので、例えば、各重金属イオンが１価に揃って一律に水酸化物の沈殿として分離して除去し易くなる。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、複数種類の重金属イオンが含まれるメッキ廃液でも、各重金属イオンをまとめてコロイド溶液にしてから、アルカリによる中和反応で共沈殿させることによって、一括して複数種類の重金属イオンを効率的に同時に分離して除去することができる。換言すると、本実施形態に係る廃水処理方法では、処理する廃液は、めっき液の単独金属イオンの溶液だけでなく、各めっき液の洗浄水等の混合溶液の処理に対しても効率的に処理できる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法を適用した廃水処理システムの一例について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る廃水処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【００４４】
本発明の一実施形態に係る廃水処理システム１００は、メッキ工場等から排出される鉛Ｐｂ、水銀Ｈｇ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、銅Ｃｕ、アンチモンＳｂ、カドミウムＣｄ、セレンＳｅ、砒素Ａｓ、バナジウムＶ、ビスマスＢｉ、銀Ａｇ、金Ａｕ、亜鉛Ｚｎ等の遷移金属イオンである重金属イオンを高濃度に含むＰＨが１〜３以下の強酸性の工業廃水から該重金属イオンを取り除く際に適用される。
【００４５】
本実施形態の廃水処理システム１００は、図２に示すように、撹拌槽１０１と、撹拌機１０２と、金属供給部１０６と、アルカリ供給部１０７と、移送ポンプ１０８と、分離部１０９と、及び制御部１１０とを備える。
【００４６】
撹拌機１０２は、撹拌羽根１０３が取り付けられた撹拌軸１０４を駆動源となるモータ１０５によって駆動させることによって、廃水が貯留された撹拌槽１０１内の廃水を撹拌する機能を有する。本実施形態では、撹拌機１０２は、金属微粒子が供給された廃水を撹拌して廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する際に、少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌するように制御されることを特徴とする。
【００４７】
金属供給部１０６は、撹拌槽１０１内の廃水に金属微粒子を供給する機能を有する。本実施形態では、金属供給部１０６は、例えば、屑鉄等を破砕して金属微粒子にしてから、当該金属微粒子を撹拌槽１０１内の廃液に供給する。
【００４８】
アルカリ供給部１０７は、撹拌槽内の廃液に含まれる重金属イオンを活性化水素で部分還元させて生成されたコロイド溶液に対して、アルカリ溶液を供給して中和させる機能を有する。本実施形態では、廃液に含まれる重金属イオンを確実に部分還元した状態でアルカリ溶液による中和反応を行うために、アルカリ供給部１０７は、アルカリ溶液をコロイド溶液に気泡の発生が停止したタイミングで供給されるように制御される。
【００４９】
分離部１０９は、撹拌槽１０１内で生成されたコロイド溶液をアルカリ溶液で中和させて共沈殿させることによって生成された沈殿を分離する機能を有する。本実施形態では、分離部１０９は、撹拌槽１０１内の沈殿が生成されたコロイド溶液を移送ポンプ１０８で移送させてから、当該沈殿が生成されたコロイド溶液を固液分離する機能を備えたものであればよく、膜濾過装置や、沈殿分離槽、加圧浮上分離槽等が挙げられる。
【００５０】
制御部１１０は、廃水処理システム１００に備わる各構成要素の動作等を制御する機能を有する。具体的には、制御部１１０は、撹拌機１０２のモータ１０５の駆動や、金属供給部１０６、アルカリ供給部１０７、移送ポンプ１０８、及び分離部１０９の各種機能動作を制御する機能を有する。
【００５１】
例えば、制御部１１０は、金属微粒子が供給された廃水を撹拌して廃水中の酸と反応させて活性化水素を生成する際に、撹拌機１０２を少なくとも２００ｒｐｍ以上の回転速度で撹拌するように制御し、アルカリ供給部１０７からアルカリ溶液を供給した際には、撹拌機１０２を２００〜３００ｒｐｍ程度の回転速度で通常撹拌するように制御する。また、制御部１１０は、アルカリ溶液をコロイド溶液に気泡の発生が停止したタイミングで供給するように、アルカリ供給部１０７を制御する。
【００５２】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法及び廃水処理システムは、金属微粒子の供給された廃水を撹拌して生成される活性化水素が当該廃液に含まれる重金属イオンに作用して部分還元させることによって、当該重金属イオンを含む廃液をコロイド溶液にする。このため、当該コロイド溶液をアルカリ中和により解膠、共沈殿し易くなるので、解膠、共沈殿で得られた沈殿を分離することによって、廃液に含まれる重金属イオンをまとめて効率的に取り除くことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、活性化水素によって廃液に含まれる重金属イオンを完全に還元させることなく、部分還元させることによって、当該重金属イオンを含む廃液をコロイド溶液にして、当該コロイド溶液をアルカリ中和により解膠、共沈殿させるので、重金属イオンをより効率よく迅速に取り除くことができる。
【００５４】
特に、本実施形態では、鉛Ｐｂ、水銀Ｈｇ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、銅Ｃｕ、アンチモンＳｂ、カドミウムＣｄ、セレンＳｅ、砒素Ａｓ、バナジウムＶ、ビスマスＢｉ、銀Ａｇ、金Ａｕ、亜鉛Ｚｎ等の遷移金属イオンである重金属イオンを含み、ＰＨが１〜３以下の強酸性溶液であって、かつ、重金属イオン濃度が数万ｐｐｍ〜数十ｐｐｍを有するメッキ工場等の工業廃水から当該重金属イオンを取り除いて、重金属含有量を０．１〜０．３ｐｐｍ以下の第３段階廃水基準を満たすように、廃水に含有される重金属の濃度を低減させられる。
【００５５】
また、本実施形態では、浄化処理する廃液が複数種類の重金属イオンが含まれるメッキ廃液であっても、複数種類の還元剤を使用しないで、これらの重金属イオンに活性化水素を作用させることによって一括して複数種類の重金属イオンを同時に部分還元させてコロイド溶液を生成する。そして、当該コロイド溶液をアルカリ中和によって、まとめて共沈殿させて、低コストで一律に水酸化物の沈殿として効率的に分離して除去し易くなるので、極めて大きな工業的価値を有する。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法について、実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
高崎市にあるメッキ工場（ネオプレテックス株式会社）稼働中のめっきラインの洗浄工程より廃水を採取し、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法による金属イオン浄化を試みた。なお、本実験は、全てのラインからのメッキ溶液を水で１０００ｐｐｍ前後に一律調整した。
【００５８】
そして、１０００ｍＬのフラスコに浄化処理する廃液として１０００ｐｐｍの６価のクロム酸イオン溶液（ＰＨ＝３．０）５００ｍＬを入れ、テフロン羽根の攪拌機で８００ｒｐｍ回転しながら８５℃までに加熱し、それに金属微粒子として鉄粉（ＷＡＫＯ、平均粒径４５μm）を１．４ｇ入れ、５Ｎの硫酸水溶液４０ｍＬを４５分かけて徐々に加え、さらに１５分の反応後、クロムと鉄の混合コロイド溶液ができた。このコロイド溶液のＰＨ＝１．０であった。
【００５９】
２５０ｒｐｍで撹拌しながら１５％の水酸化ナトリウム溶液３０ｍＬを約５分間徐々に加えて、解膠共沈殿を行った。この溶液のＰＨ＝９．０であった。その後、濾過して、濾液のクロム酸イオン濃度をＩＣＰで分析した。
【００６０】
（実施例２）
浄化処理する廃液として硫酸ニッケルメッキ溶液を用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６１】
（実施例３）
浄化処理する廃液として硫酸銅メッキ溶液を用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６２】
（実施例４）
金属微粒子として鉄粉の代わりに１５０μｍのマグネシウム粉０．８ｇを用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６３】
（実施例５）
金属微粒子として鉄粉の代わりに５００μｍ亜鉛粉０．７ｇを用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６４】
（実施例６）
金属微粒子として実施例１に使う鉄粉０．７ｇと実施例４に使うマグネシウム粉０．７ｇを用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６５】
（実施例７）
硫酸の代わりに３Ｎの塩酸６０ｍＬを用いて実施例１と同様に処理を行った。
【００６６】
実施例１乃至７の結果を下記の表１に示す。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
実施例１乃至７の結果から本発明の一実施形態に係る廃水処理方法を適用することによって、処理前濃度が１０００ｍｇ／Ｌ前後の高濃度の重金属イオンを０．２ｍｇ／Ｌ未満まで大幅に低減されることが分かった。
【００６９】
特に、実施例１乃至３の結果から、撹拌時に供給する金属微粒子として鉄粉を加えた場合には、メッキ廃液の金属種がクロム酸、硫酸ニッケル、硫酸銅の何れも、処理前濃度が１０００ｍｇ／Ｌ前後の高濃度の重金属イオンを０．１ｍｇ／Ｌ未満まで大幅に低減されることが分かった。
【００７０】
また、実施例６の結果から、撹拌時に供給する金属微粒子として鉄粉とマグネシウム粉を混合して加えた場合には、重金属イオン濃度を大幅に低減できることが分かった。さらに、実施例７の結果から、廃液が塩酸による酸性下でも、硫酸による酸性下と同様に、処理前濃度が１１００ｍｇ／Ｌの高濃度の重金属イオンを０．１ｍｇ／Ｌ以下まで大幅に低減されることが分かった。
【００７１】
（実施例８）
高崎市にあるメッキ工場（ネオプレテックス株式会社）稼働中のめっきラインの洗浄工程の混合タンクより採取した実廃水の処理試験である。この廃水中の六価クロム、ニッケル、銅、及び亜鉛の濃度は、それぞれ１２００、７８０、６００、２５００ｐｐｍ、ＰＨ=２．０であった。
【００７２】
この溶液を５０００ｍＬのフラスコに３０００ｍＬを入れ、テフロン羽根の攪拌機で８００ｒｐｍ回転しながら７５℃までに加熱し、それに鉄粉(ＷＡＫＯ、平均粒径４５μｍ)を６．０ｇ入れて、５Ｎの硫酸水溶液４００ｍＬを２０分かけて徐々に加え、更にマグネシウム粉（中国製、２００μｍ）を４ｇ追加して１０分反応後、金属イオン混合コロイド溶液ができた。このコロイド溶液のＰＨ＝１．５であった。
【００７３】
次に、撹拌機の回転速度を１８０ｒｐｍに落として１５％の水酸化ナトリウム溶液３６０ｍＬを約５分間徐々に加えて、解膠共沈殿を行った。この溶液のＰＨ＝８．５であった。その後、濾過して、濾液のクロム酸イオン濃度等をＩＣＰで分析した。
【００７４】
実施例８の結果は、下記の表２に示す。
【００７５】
【表２】
2019122885.tif 000004
【００７６】
実施例８の結果から、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法を適用することによって、メッキ廃液にクロム、ニッケル、銅、亜鉛と複数種類の重金属イオンが高濃度に含まれていても、それぞれ処理後の濃度が０．１０ｍｇ／Ｌ以下に大幅に低減されることが分かった。すなわち、本発明の一実施形態に係る廃水処理方法を適用して、複数種類の重金属イオンを含む工業廃水を洗浄処理することによって、当該工業廃水に含まれるこれらの複数種類の重金属イオンの濃度をまとめて大幅に低減できることが分かった。特に、金属微粒子として最初に鉄粉を供給してから、その後、所定時間を経過してからマグネシウム粉を供給することによって、実施例１乃至７と比べて、大幅に各重金属イオンの処理後濃度が低減できることが分かった。
【００７７】
（比較例）
比較例１では、実施例１と同じ条件で、撹拌機の回転速度を１２０ｒｐｍの試験をした。比較例２では、温度条件を室温（２５℃）での試験とした以外は、実施例１と同じ条件で試験をした。比較例３では、温度条件を室温（２５℃）とし、金属微粒子としてマグネシウム粉を使用した試験とした以外は、実施例１と同じ条件で試験をした。
【００７８】
比較例１乃至３の結果を下記の表３に示す。
【００７９】
【表３】
2019122885.tif 000005
【００８０】
比較例１の結果から、撹拌機の回転速度を２００ｒｐｍ以上の撹拌でなく、１２０ｒｐｍの通常撹拌とした場合には、処理後濃度が０．２６ｍｇ／Ｌとなり、実施例１と比べて重金属イオンの濃度の低減幅が小さいことが分かった。このことから、撹拌機を所定の回転速度以上で撹拌しないと、活性化水素による重金属イオンの部分還元が十分に行われないことが分かった。
【００８１】
また、比較例２の結果から、金属微粒子として鉄粉を供給した場合には、撹拌時に室温のままだと、活性化水素が発生しないことから、重金属イオンが十分に取り除けていないことが分かった。さらに、比較例３の結果から、金属微粒子としてマグネシウム粉を供給した場合には、所定の回転速度以上で撹拌時に室温のままでも、比較例２よりも重金属イオンを取り除けるものの、活性化水素の発生が完全でないことから、実施例４と比べて、重金属イオンが十分に取り除けていないことが分かった。また、これら比較例２及び比較例３の結果から、金属微粒子として鉄粉を供給した場合には、高温の加熱条件下でないと、活性化水素が発生しないこと、及び金属微粒子としてマグネシウム粉を供給した場合には、室温でも活性化水素が発生することが分かった。
【００８２】
（比較例４）
高崎市にあるメッキ工場（ネオプレテックス株式会社）稼働中のめっきラインの洗浄工程の混合タンクより採取した実廃水の処理試験である。この廃水中に、六価クロム、ニッケル、および銅、亜鉛の濃度は、それぞれ１２００、７８０、６００、２５００ｐｐｍ、ＰＨ＝２．０であった。
【００８３】
この溶液を５０００ｍＬのフラスコに３０００ｍＬを入れ、テフロン羽根の攪拌機で８００ｒｐｍ回転しながら７５℃までに加熱し、それに鉄粉（ＷＡＫＯ、平均粒径４５μｍ）を６．０ｇ入れて、５Ｎの硫酸水溶液４００ｍＬを２０分かけて徐々に加え、更に１０分反応後、金属イオン混合コロイド溶液ができた。このコロイド溶液のＰＨ＝１．５であった。
【００８４】
次に、撹拌機の回転速度を１８０ｒｐｍに落として１５％の水酸化ナトリウム溶液３６０ｍＬを約５分間徐々に加えて、解膠共沈殿を行った。この溶液のＰＨ＝８．５であった。その後、濾過して、濾液のクロム酸イオン濃度等をＩＣＰで分析した。
【００８５】
比較例４の結果を下記の表４に示す。
【００８６】
【表４】
2019122885.tif 000006
【００８７】
比較例４の結果から、メッキ廃液に含まれるクロム、ニッケル、銅、及び亜鉛の処理後の濃度が実施例８と比べて何れも高い値となっていたことが分かった。このことから、複数種類の重金属イオンが含まれるメッキ廃液を洗浄処理する際には、金属微粒子として鉄粉のみを供給するよりも、最初に鉄粉を供給してから、その後、所定時間を経過してからマグネシウム粉を供給するように２段階に分けて供給することによって、大幅に各重金属イオンの処理後濃度が低減できることが分かった。
【００８８】
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００８９】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、廃水処理方法及び廃水処理システムの構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１００  廃水処理システム、１０１  撹拌槽、１０２  撹拌機、１０３  撹拌羽根、１０４  撹拌軸、１０５  駆動源（モータ）、１０６  金属供給部、１０７  アルカリ供給部、１０８  移送ポンプ、１０９  分離部、１１０  制御部、Ｓ１１  廃液を撹拌する工程、Ｓ１２  金属微粒子を供給する工程、Ｓ１３  コロイドを生成する工程、Ｓ１４  活性化水素の発生の停止を判定する工程、Ｓ１５  アルカリを供給する工程、Ｓ１６  沈殿を分離する工程
【図１】
2019122885.tif 000007
【図２】
2019122885.tif 000008