(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砒素に汚染された砒素汚染水を浄化するための砒素汚染水の処理方法であって、
前記砒素汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させることを特徴とする砒素汚染水の処理方法。
【請求項２】
前記固結粘土は赤玉土であり、前記鉄粉から溶解された鉄イオンが表面に付着される担体として機能することを特徴とする請求項１に記載の砒素汚染水の処理方法。
【請求項３】
前記混合材をカラムに充填して処理層とし、
前記処理層での１時間当たりの処理水量と前記処理層の体積の比率であるＳＶ値で通水速度を定めて、前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させ、
前記砒素汚染水の全通水量と前記処理層の体積の比率であるＱ／Ｖ値に基づき、所定のＱ／Ｖ値に達するまで前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させることを特徴とする請求項１又は２に記載の砒素汚染水の処理方法。
【請求項４】
砒素に汚染された砒素汚染水を浄化するための砒素汚染水の処理装置であって、
前記砒素汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる通水手段を備えていることを特徴とする砒素汚染水の処理装置。
【請求項５】
前記固結粘土は赤玉土であり、前記鉄粉から溶解された鉄イオンが表面に付着される担体として機能することを特徴とする請求項４に記載の砒素汚染水の処理装置。
【請求項６】
前記混合材をカラムに充填することで作製された処理層を有し、
前記通水手段は、
前記処理層での１時間当たりの処理水量と前記処理層の体積の比率であるＳＶ値で通水速度を定めて、前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させ、前記砒素汚染水の全通水量と前記処理層の体積の比率であるＱ／Ｖ値に基づき、所定のＱ／Ｖ値に達するまで前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させることを特徴とする請求項４又は５に記載の砒素汚染水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砒素汚染水の処理方法、及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、重金属（六価クロム、砒素など）に汚染された重金属汚染水を処理するための技術として、鉄粉法が知られている（特許文献１参照）。この鉄粉法は、重金属汚染水に鉄粉を添加して、鉄粉による重金属の還元作用、及び鉄イオンによる重金属の共沈作用により、鉄粉の表面に重金属を吸着させて、重金属汚染水を浄化するというものである。
【０００３】
また、近年では、重金属汚染水を固結粘土に通水させる技術も知られている。この技術は、固結粘土による重金属の吸着作用を利用して、重金属汚染水を浄化するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６１２号公報
【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、従来の鉄粉法では、高価な鉄粉が多く使用されているため、材料コストが増大してしまう。一方、上記の如く、重金属汚染水を固結粘土に通水させる技術にあっては、固結粘土による重金属の浄化が不十分であるため、処理水が環境基準値などの基準を満たさないことがあった（表１の「比較例」を参照）。
【０００６】
そこで、本発明は、材料コストを低減しつつ、砒素汚染水を十分に浄化することが可能な砒素汚染水の処理方法、及び処理装置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】
上記課題を解決するために、本発明は、砒素に汚染された砒素汚染水を浄化するための砒素汚染水の処理方法であって、前記砒素汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させることを特徴とする。
【０００８】
前述の処理方法において、前記固結粘土は赤玉土であり、前記鉄粉から溶解された鉄イオンが表面に付着される担体として機能することが好ましい。
【０００９】
前述の処理方法において、前記混合材をカラムに充填して処理層とし、前記処理層での１時間当たりの処理水量と前記処理層の体積の比率であるＳＶ値で通水速度を定めて、前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させ、前記砒素汚染水の全通水量と前記処理層の体積の比率であるＱ／Ｖ値に基づき、所定のＱ／Ｖ値に達するまで前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、砒素に汚染された砒素汚染水を浄化するための砒素汚染水の処理装置であって、前記砒素汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる通水手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
前述の処理装置において、前記固結粘土は赤玉土であり、前記鉄粉から溶解された鉄イオンが表面に付着される担体として機能することが好ましい。
【００１２】
前述の処理装置において、前記混合材をカラムに充填することで作製された処理層を有し、前記通水手段は、前記処理層での１時間当たりの処理水量と前記処理層の体積の比率であるＳＶ値で通水速度を定めて、前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させ、前記砒素汚染水の全通水量と前記処理層の体積の比率であるＱ／Ｖ値に基づき、所定のＱ／Ｖ値に達するまで前記砒素汚染水を前記処理層へ通水させることが好ましい。
【００１３】
また、請求項１，４に係る発明において、固結粘土とは、セメント、石灰、高分子などの固結材を用いることなく固結させた粘土をいい、好ましくは、乾燥や焼却などによって造粒した粘土であり、具体的には、ベントナイト、カオリナイト、ゼオライトなどである。とりわけ、固結粘土として、表面積が大きいもの（例えば、ベントナイト）を使用した場合には、砒素汚染水を浄化する上で、より優れた効果が得られるものと推測される。また、固結粘土の形状は、限定されるものではなく、好ましくは、乾燥や焼成などによって造粒した形状を有するとともに、水に浸漬した際に粒が破壊されないものを使用することとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、材料コストを低減しつつ、砒素汚染水を十分に浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】吸着カラム試験を実施する際に使用した試験装置の概略図である。
【図２】長期通水試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、重金属に汚染された重金属汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させることにより、材料コストを低減しつつ、重金属汚染水を十分に浄化することが可能であると考えた。そこで、本発明者らは、このことを確認するために、砒素を試験対象にして、次のような吸着カラム試験を実施した。図１は、その際に使用した試験装置の概略図である。
【００１７】
まず、本発明者らは、鉄粉１０重量％と固結粘土（「赤玉土」（商品名）を使用した。）９０重量％を混合させて、これを円筒カラム１（直経４ｃｍ）に充填して処理層１０とした（図１参照）。処理層１０の体積は、約５０ｃｍ３であり、その上下両端部には、ガラスビーズ１１，１２が充填されている。
【００１８】
次に、本発明者らは、砒素汚染水を円筒カラム１の下部から上部へ通水させた。その際、砒素汚染水には、実験室で作成した砒素汚染水（砒素濃度；０．０５ｍｇ／ｌ、０．１ｍｇ／ｌ、１ｍｇ／ｌ）、及び現場から採取した砒素汚染水（砒素濃度；０．０５ｍｇ／ｌ）を使用した。また、通水速度は、ＳＶで８又は１６とした。ＳＶは、１時間当たりの処理水量（ｍ３／ｈ）／処理層の体積（ｍ３）で表示される値である。そして、本発明者らは、一定の通水量ごとに浸出水を採取して、浸出水の砒素濃度(ｍｇ／ｌ）を測定した。その測定結果を表１に示す。なお、同表１において、Ｑは全通水量を示し、Ｖは処理層１０の体積を示す。また、ｐＨは浸出水のｐＨである。
【００１９】
0005807651.tif 000002
【００２０】
表１に示すように、実施例及び比較例いずれの場合にも、砒素汚染水の砒素濃度が０．０５ｍｇ／ｌのときには、ＳＶの値にかかわらず、処理後の砒素濃度を環境基準値（＝０．０１ｍｇ／ｌ）以下にすることが可能であった。
【００２１】
さらに、実施例の場合には、砒素汚染水の砒素濃度が１ｍｇ／ｌでＳＶ＝８のときにも、処理後の砒素濃度を環境基準値以下にすることが可能であった。また、砒素汚染水の砒素濃度が１ｍｇ／ｌでＳＶ＝１６のときには、処理後の砒素濃度を環境基準値以下にすることはできなかったものの、処理後の砒素濃度を排水基準値（＝０．１ｍｇ／ｌ）以下にすることは可能であった。
【００２２】
一方、比較例の場合には、砒素汚染水の砒素濃度が１ｍｇ／ｌでＳＶ＝８のときには、処理後の砒素濃度を環境基準値以下にすることが可能であり、また、砒素汚染水の砒素濃度が１ｍｇ／ｌでＳＶ＝１６のときにも、Ｑ／Ｖ＝１に調節すれば、処理後の砒素濃度を環境基準値以下にすることが可能であった。また、Ｑ／Ｖ＝２に調節すれば、処理後の砒素濃度を環境基準値以下にすることはできなかったものの、排水基準値以下にすることは可能であった。ところが、Ｑ／Ｖ＝５又は１０に調節してしまうと、もはや、処理後の砒素濃度の目標値を排水基準値以下にすることもできなかった。
【００２３】
続いて、本発明者らは、Ｑ／Ｖと浸出水の砒素濃度(ｍｇ／ｌ）との関係を調べるために、長期通水試験を実施した。この長期通水試験では、砒素濃度が異なる２種類の砒素汚染水（０．１ｍｇ／ｌ、１ｍｇ／ｌ）を使用しており、それぞれＳＶ＝４又は８で通水させることとした。その結果を図２に示す。
【００２４】
図２は長期通水試験の結果を示すグラフであり、（ａ）は砒素濃度が０．１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝４で通水させたときのグラフ、（ｂ）は砒素濃度が１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝４で通水させたときのグラフ、（ｃ）は砒素濃度が０．１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝８で通水させたときのグラフ、（ｄ）は砒素濃度が１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝８で通水させたときのグラフである。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、砒素濃度が０．１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝４で通水させたとき、処理後の砒素濃度の目標値を環境基準値（＝０．０１ｍｇ／ｌ）に設定すると、比較例の場合には、Ｑ／Ｖが約７００を超えると、当該目標値をクリアすることができなかったが、実施例の場合には、Ｑ／Ｖが約５０００になるまで、当該目標値をクリアすることができた。
【００２６】
また、図２（ｂ）に示すように、砒素濃度が１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝４で通水させたとき、処理後の砒素濃度の目標値を排水基準値（＝０．１ｍｇ／ｌ）に設定すると、比較例の場合には、Ｑ／Ｖが約２００を超えると、当該目標値をクリアすることができなかったが、実施例の場合には、Ｑ／Ｖが約６０００になるまで、当該目標値をクリアすることができた。
【００２７】
さらに、図２（ｃ）に示すように、砒素濃度が０．１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝８で通水させたとき、処理後の砒素濃度の目標値を環境基準値に設定すると、比較例の場合には、Ｑ／Ｖが約５００を超えると、当該目標値をクリアすることができなかったが、実施例の場合には、Ｑ／Ｖが約２２００になるまで、当該目標値をクリアすることができた。
【００２８】
また、図２（ｄ）に示すように、砒素濃度が１ｍｇ／ｌの砒素汚染水をＳＶ＝８で通水させたとき、処理後の砒素濃度の目標値を排水基準値に設定すると、比較例の場合には、Ｑ／Ｖが約１００を超えると、当該目標値をクリアすることができなかったが、実施例の場合には、Ｑ／Ｖが約２０００になるまで、当該目標値をクリアすることができた。
【００２９】
これらの結果から、本発明の如く、砒素汚染水を鉄粉と固結粘土との混合材に通水させることにより、当該砒素汚染水の砒素濃度を所定の基準値（具体的には、環境基準値又は排水基準値）以下にすること、すなわち、砒素汚染水を十分に浄化することが可能であることが判明した。さらに、本発明の如く、砒素汚染水を鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる場合（実施例の場合）には、従来の技術の如く、砒素汚染水を固結粘土のみからなる処理材に通水させる場合（比較例の場合）と比べて、前述した基準値（目標値）を超えるまでのＱ／Ｖが大きくなり、浄化処理可能な水量が多くなるという点で、優れた効果を奏することも判明した。そして、本発明の如く、砒素汚染水を鉄粉と該鉄粉よりも安価な固結粘土との混合材に通水させる場合には、砒素汚染水を鉄粉のみからなる処理材に通水させる場合と比べて、使用する鉄粉量が減少するため、材料コストが低減されることとなる。よって、本発明によれば、材料コストを低減しつつ、砒素汚染水を十分に浄化することが可能となるのである。
【００３０】
また、鉄粉による重金属の還元作用は、砒素以外の重金属（例えば、六価クロム、鉛、セレン、カドミウムなど）についても認められることが知られているので、これらの重金属汚染水についても、砒素汚染水を処理する場合と同様の効果が得られるものと推測される。さらに、本発明の如く、重金属に汚染された重金属汚染水を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる場合には、通水の際に、固結粘土による攪拌作用によって、鉄粉若しくは鉄イオンと重金属との接触の機会が増加して、鉄粉による重金属の還元作用、及び鉄イオンによる重金属の共沈作用が促進されることとなり、その結果、重金属汚染水が浄化されやすくなる。また、前述した通り、固結粘土それ自体にも、重金属の吸着作用があり、しかも、鉄粉から溶解した鉄イオンが表面積の大きな粘土粒子に付着して、その表面上でも、重金属が吸着されることとなるため、重金属汚染水がよりいっそう浄化されやすくなる。以上の通り、本発明によれば、重金属汚染水を鉄粉のみ又は固結粘土のみからなる処理材に通水させる場合と比べて、重金属汚染水を浄化する上で、より優れた効果が得られるものと推測される。
【００３１】
ところで、重金属汚染水を鉄粉のみからなる処理材に長期間通水させる場合には、鉄サビが発生して、赤水が生じることがあり、その結果、重金属汚染水が浄化されにくくなることが懸念される。ところが、本発明の如く、重金属汚染水を鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる場合には、粘土粒子が鉄サビを吸着するため、赤水が生じにくくなる。従って、本発明によれば、重金属汚染水を鉄粉のみからなる処理材に通水させる場合と比べて、重金属汚染水の浄化性能が長期間維持されることになる。
【００３２】
なお、本発明に係る重金属汚染水の処理装置としては、重金属に汚染された重金属汚染水（例えば、砒素汚染水）を、鉄粉と固結粘土との混合材に通水させる通水手段を備えているものが可能であり、具体的には、下降流ろ過方式のプラントなど（例えば、特開２００４−２２３４７２号公報参照）が可能である。また、本発明に係る重金属汚染水の処理材を、重金属で汚染された区域の地下水流を浄化するための透水性境界壁（例えば、特開２００３−３０００６４号公報参照）等として利用することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  円筒カラム
１０  処理層（鉄粉と固結粘土との混合材に相当する）
１１，１２  ガラスビーズ
【図１】
0005807651.tif 000003
【図２】
0005807651.tif 000004