(57)【要約】【課題】重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を効率的に除去することができるうえ、濃縮水や吸着材の後処理による環境負荷を解消し、リサイクル性にも優れた重金属排水処理装置および重金属排水処理方法を提供する。【解決手段】本発明の重金属排水処理装置１は、上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容され、上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着する重金属吸着装置２と、上記重金属吸着装置２で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出するＣＤＴ３と、上記ＣＤＴ３から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置２に戻す循環手段（制御装置４、第２連通管６ｂと、第２開閉弁７ｂ、濃縮水排出路８）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去する重金属排水処理装置であって、
上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容され、上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着する重金属吸着装置と、
上記重金属吸着装置で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出する脱イオン装置と、
上記脱イオン装置から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置に戻す循環手段とを備えたことを特徴とする重金属排水処理装置。
【請求項２】
上記脱イオン装置は、重金属排水中に存在させた電極間に直流電圧を印加することにより、当該重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出する脱イオン処理と、上記両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出する再生処理とを行なうものである請求項１記載の重金属排水処理装置。
【請求項３】
上記脱イオン装置は、上記重金属吸着装置において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を逆浸透膜で濾過することにより上記浄水と上記濃縮水に分離する逆浸透膜処理を行なうものである請求項１記載の重金属排水処理装置。
【請求項４】
重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去する重金属排水処理方法であって、
上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容された重金属吸着装置により上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着し、
上記重金属吸着装置において上記重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分を脱イオン装置でさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出し、
上記脱イオン装置から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置に戻すことを特徴とする重金属排水処理方法。
【請求項５】
上記脱イオン装置において、重金属排水中に存在させた電極間に直流電圧を印加することにより、当該重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出する脱イオン処理と、上記両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出する再生処理とを行なう請求項１記載の重金属排水処理方法。
【請求項６】
上記脱イオン装置は、上記重金属吸着装置において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を逆浸透膜で濾過することにより上記浄水と上記濃縮水に分離する逆浸透膜処理を行なう請求項１記載の重金属排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばヒ素、鉛、カドミウム、クロム、セレン、水銀等の重金属を含有する重金属排水中に含まれる重金属を除去する重金属排水処理装置および重金属排水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業廃棄物の最終処分場や工場等を中心にヒ素、鉛、カドミウム、クロム、セレン、水銀等の重金属を含有する重金属排水による土壌汚染や廃棄物汚染が各地で見出されており、このため、重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去する研究が進められるようになっている。
【０００３】
このような重金属排水には有害なものが多く、大気、水質、土壌等の環境全体に与える汚染の影響は大きい。このため、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却処理によって発生する廃ガスの処理等に関しては、大気汚染防止法や悪臭防止法、水質汚濁防止法等の公害規制値が定められ、かかる数値の遵守が要求されている。
【０００４】
また、上記重金属排水は、塩類やＤＸＮｓ類やその他の有機ハロゲン化合物、各種内分泌攪乱性物質、その他の難分解性化合物を含有することが知られている。有機ハロゲン化合物の中でも、ダイオキシン類（以下、ＤＸＮｓ類ともいう）の問題が最近注目されている。
【０００５】
そこで、塩類と難分解性化合物を含む排水を効率的に処理する排水の処理装置として、例えば、下記の特許文献１に示すものが提案されている。この装置は、塩類と難分解性化合物を含有する排水を前処理する前処理手段と、上記前処理手段で前処理された排水を逆浸透膜処理して透過液と濃縮液に分離する逆浸透装置と、上記逆浸透装置で濃縮された濃縮液中の難分解性化合物を活性化学種により吸着酸化分解処理する吸着酸化分解装置と、上記吸着酸化分解装置で処理後に脱塩処理する脱塩処理装置を有するものである。
【特許文献１】特開２００３−１０８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなものでは、透過液と濃縮液に分離する逆浸透膜装置からの濃縮液を更に処理し、その一部を逆浸透膜装置の入口側に戻してはいるものの、最終的には濃縮水が排出されるのであり、濃縮水の後処理が避けられない。また、各処理装置において重金属イオン成分を吸着した吸着材（例えば触媒担持多孔質体）の処理も必要である。したがって、濃縮水や吸着材の後処理に設備コストやランニングコストが必要となるうえ、これらの後処理による環境負荷も避けられないのが実情である。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を効率的に除去することができるうえ、濃縮水や吸着材の後処理による環境負荷を解消し、リサイクル性にも優れた重金属排水処理装置および重金属排水処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の重金属排水処理装置は、重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去する重金属排水処理装置であって、上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容され、上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着する重金属吸着装置と、上記重金属吸着装置で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出する脱イオン装置と、上記脱イオン装置から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置に戻す循環手段とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明の重金属排水処理方法は、重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去する重金属排水処理方法であって、上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容された重金属吸着装置により上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着し、上記重金属吸着装置において上記重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分を脱イオン装置でさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出し、上記脱イオン装置から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置に戻すことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
すなわち、本発明の重金属排水処理装置および方法によれば、脱イオン装置は、上記重金属吸着装置で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出する。そして、上記脱イオン装置から排出された濃縮水は、上記重金属吸着装置に戻されて濃縮された重金属イオン成分が鉄系吸着材に吸着され、脱イオン処理が行なわれる。
【００１１】
このように、本発明の装置および方法では、重金属イオンを含有する重金属排水を処理する際に、重金属イオンが濃縮された濃縮水を全く排出しない。そして、濃縮水の後処理工程が全く不必要になって、濃縮水の後処理のための設備、設備のメンテナンス、それらに伴う作業等を完全に省略できる。したがって、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、濃縮水の後処理による環境負荷を大幅に低減できる。
【００１２】
しかも、重金属排水に含まれる重金属イオン成分は、重金属排水が重金属吸着装置と脱イオン装置を循環する間に、重金属吸着装置の鉄系吸着材に吸着される。このため、重金属イオンが吸着された吸着廃材は、製鋼の際に必要な鉄屑原料として利用し、溶解して鉄系材料として再生することができる。このように、吸着廃材の後処理工程が全く不必要になって、吸着材料の後処理のための設備、設備のメンテナンス、それらに伴う作業等を完全に省略できる。しかも、鉄系吸着材という比較的安価な吸着材を消耗材として使用し、しかもその消耗材をリサイクルすることができる。したがって、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、吸着廃材の後処理による環境負荷を大幅に低減でき、リサイクル性にも優れている。
【００１３】
このように、本発明の装置および方法は、濃縮水の排出を完全になくし、重金属イオン成分を鉄系吸着材に吸着することから、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、濃縮水や吸着廃材の後処理による環境負荷を大幅に低減でき、リサイクル性にも優れたものである。
【００１４】
本発明において、上記脱イオン装置は、重金属排水中に存在させた電極間に直流電圧を印加することにより、当該重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出する脱イオン処理と、上記両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出する再生処理とを行なうものである場合には、上記脱イオン処理により重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出することができ、上記再生処理により上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出することができる。
【００１５】
例えば、脱イオン装置において脱イオン処理を行なうことにより両電極に付着した重金属イオン成分が飽和し、重金属イオン成分を吸着する能力（吸着能）が低下した場合に上記再生処理を行なうことで、両電極に付着したイオン成分が放出されるため、吸着能を回復させることができる。このように、脱イオン装置において脱イオン処理を行なうことにより両電極に付着した重金属イオン成分が飽和し、吸着能の低下を防止する必要性から当該脱イオン装置において再生処理を行なっても、濃縮水が本装置の外部に排出されることなく重金属吸着装置に戻されるため、環境負荷を低減することができる。しかも、上記脱イオン装置では、脱イオン処理で吸着した重金属イオンを再生処理で完全に放出して濃縮水として排出する。そして、排出された濃縮水は重金属吸着装置において鉄系吸着材に吸着され除去される。したがって、このような重金属排水処理装置では、除去された重金属イオンを含む吸着廃材等は、重金属吸着装置で使用された鉄系吸着剤のみであり、それ以外の吸着廃材等は発生しないのである。そして、濃縮水が排出されることもなく、重金属イオンが吸着された吸着廃材は、溶解して鉄系吸着材として再生することができ、完全リサイクルを達成することができるのである。
【００１６】
また、このような脱イオン装置であることにより、鉄系吸着材による吸着により、濃縮水が高いｐＨ値を示していても吸着能が低下することなく、濃縮水中に残存する重金属イオン成分を除去することができる。したがって、鉄系吸着材との組合せにより適しているのであり、上述した完全リサイクルを十分に発揮する装置および方法となるのである。
【００１７】
本発明において、上記脱イオン装置は、上記重金属吸着装置において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を逆浸透膜で濾過することにより上記浄水と上記濃縮水に分離する逆浸透膜処理を行なうものである場合には、上記逆浸透膜処理でコンスタントに浄水と濃縮水に分離することができる。そして、この濃縮水は、重金属吸着装置に戻されるため、上述と同様に、本装置の外部に排出されないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の重金属排水処理装置の一実施の形態を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の重金属排水処理装置は、重金属イオンを含有する重金属排水中に含まれる重金属イオン成分を除去し、処理水として排出する重金属排水処理装置１である。
【００２１】
上記重金属排水処理装置１は、重金属吸着装置２と、脱イオン装置である静電脱イオン装置（ＣＤＴ）３と、ＣＤＴ３や後述の第１，第２開閉弁７ａ，７ｂを制御する制御装置４とを有する。
【００２２】
上記重金属吸着装置２には、重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容されている。この重金属吸着装置２では、それに収容された鉄系吸着材に重金属排水を接触させ、その重金属排水中の重金属イオン成分を上記鉄系吸着材に吸着させるようになっている。鉄系吸着材による重金属イオン成分の吸着は、鉄系吸着材との反応（基本的にはフェライト化反応と、金属鉄による酸化・還元反応、カルシウムによる不溶化反応が並行的に進行する反応）により実現される。
【００２３】
本実施例では、上記鉄系吸着材は、金属鉄と、酸化鉄と、カルシウム化合物とを含む微粉状の金属鉄粉を採用している。上記重金属排水が高濃度の重金属等を含有する場合や、重金属等を含む排水が多量の場合には、必要に応じて、従来のフェライト化処理で用いる硫酸鉄や、塩化鉄、硝酸鉄等の可溶性の鉄塩を添加する方法を採ることで効果的に重金属イオン成分を除去することができる。さらに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリおよび／またはアルカリ土類の水酸化物を添加し、６０℃以上に加熱してもよい。鉄イオンや、水酸イオンが十分に供給されるので、高濃度の重金属等の重金属イオンはそれらと反応してフェライトを生成し、重金属等のイオンの状態で排出されることを防止することができる。
【００２４】
この鉄系吸着材において、金属鉄とカルシウム化合物に加えて酸化鉄を含有させることで、酸化鉄が含まれ、鉄系吸着材の固定化能力（鉛や６価クロムをフェライトとして固定化させる能力）が向上する。含有させる酸化鉄としては、マグネタイトが望ましい。マグネタイトを鉄系吸着材に混合することにより、重金属イオンと鉄イオンからフェライトを生成させる反応を常温でも頭著に進行させることができる。
【００２５】
また、鉄系吸着材は、カルシウム化合物が共存することにより、金属鉄の溶解反応よりも卑な金属鉄の水酸イオンによる酸化反応を進行させることができる。その結果、金属鉄の溶解反応よりも卑な還元反応を行なわせることができるので、還元・無害化できる有害元素の種類が増加する。
【００２６】
金属鉄とカルシウム化合物の混合比は、金属鉄／カルシウム化合物のモル比でｌ以上が好ましい。このようにすることにより、カルシウムは溶解度が小さくなり、しかもこの反応では金属鉄とカルシウム化合物とが系内に存在することにより、カルシウムが触媒的に作用して反応が進行するので、それに必要な量以上のカルシウム化合物を混合する必要がなくなる。
【００２７】
一方、酸化鉄の混合比率は、鉄系吸着材の全体量に対して１０質量％未満であるのが望ましい。酸化鉄の含有量が１０質量％以上になると、重金属等を鉄系化合物表面に吸着することはできても、フェライトとして鉄系吸着材に固定化することができにくくなることを防止することができる。
【００２８】
この鉄系吸着材は、一般的には、金属鉄、酸化鉄および上記のカルシウム化合物を上記所定の条件およびつぎに述べる条件（鉄の総質量が６０質量％以上）を満たすように混合することによって得られる。その場合の粒径は、特に限定されないが、取扱いが容易で、鉄イオンや水酸イオンがわずかずつ持続して供給されるように、０．０１〜１０ｍｍ程度であるのが好ましい。
【００２９】
また、製鉄所等で発生する鉄系のダストを上記カルシウム化合物とともに溶融・還元して成形された還元鉄を用いることもできる。この還元鉄は、金属鉄、酸化鉄およびカルシウム化含物が混合した状態で成形されており、適度な粒径を有しているので、本発明で使用する鉄系吸着材として特に好適である。
【００３０】
上記鉄系吸着材において、鉄の総質量（すなわち、金属鉄と、鉄量に換算した酸化鉄との合計量）が６０質量％以上であることとすることで、例えば酸化鉄が比較的多量に含まれること等により鉄の総質量が６０質量％未満である場合は、フェライト化反応に必要な鉄イオンの供給が確保できず、重金属等のフェライトとしての固定化ができにくくなることを防止することができる。また、固定化された金属を回収した後の鉄系吸着材（すなわち、鉄系化合物）を製鉄所等の高炉の鉄源として再利用する場合、鉄の含有量が少なく、再利用に際しての制約になることを防止することもできる。
【００３１】
上記重金属吸着装置２は、上記重金属排水と接触することにより重金属イオン成分が固定化された鉄系吸着材が取り出し可能に収容されるよう構成されている。これにより、重金属吸着装置２から重金属イオン成分が固定化された鉄系吸着材を取り出すことができ、容易に製鉄所等で再利用することができ、貴重な資源が有効利用される。
【００３２】
上記ＣＤＴ３では、重金属排水中に存在させた電極間に直流電圧を印加することにより、当該重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出する脱イオン処理と、上記両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出する再生処理とが行なわれる。
【００３３】
上記重金属吸着装置２は、その導入口が導入管５と接続され、上記導入管５を通して重金属排水が導入される。そして、上記導入管５から導入された重金属排水中のイオン成分を内部に充填した鉄系吸着材に吸着させて、重金属吸着装置２の排出口に接続された第１連通管６ａからＣＤＴ３に送り、上記重金属吸着装置で重金属イオン成分が吸着された重金属排水をＣＤＴ３に対して導入するようになっている。
【００３４】
上記ＣＤＴ３は、その排水導入口が上記第１連通管６ａと接続され、この第１連通管６ａを通して上記重金属吸着装置２で重金属イオン成分が吸着された重金属排水が導入される。そして、脱イオン処理して重金属イオン成分が除去された処理水を生成するようになっている。なお、この処理水は、重金属イオンが極めて微量に含まれている浄水や純水を含む趣旨である。
【００３５】
また、上記ＣＤＴ３は、上記再生処理することで両電極に吸着された重金属イオン成分を重金属排水中（通液中）に放出するようになっている。このように、再生処理で放出された重金属イオン成分は、通液に回収され、重金属イオン成分を多量に含む濃縮水として排出される。
【００３６】
上記ＣＤＴ３は、その処理水出口が上記ＣＤＴ３から処理水や濃縮水を排出する第２連通管６ｂと接続されている。上記第２連通管６ｂは、脱イオン処理後の処理水を排出する処理水排出路１０と再生処理で放出された重金属イオン分を含む濃縮水を排出する濃縮水排出路８に分岐している。上記処理水排出路１０には、脱イオン処理後の処理水の排出を開閉制御する第１開閉弁７ａが設けられ、上記濃縮水排出路８には、再生処理で放出された重金属イオン分を含む濃縮水の排出を開閉制御する第２開閉弁７ｂが設けられている。
【００３７】
すなわち、上記脱イオン装置３は、脱イオン処理後の処理水を排出する処理水排出路１０を開閉する第１開閉弁７ａと、再生処理で放出された重金属イオン成分を含む濃縮水を排出する濃縮水排出路８を開閉する第２開閉弁７ｂとを備える。
【００３８】
このように、上記脱イオン装置３に上記第１開閉弁７ａと上記第２開閉弁７ｂを設けることで、上記濃縮水と処理水の排出方向を分けることができる。
【００３９】
上記濃縮水排出路８は、それを通る濃縮水が導入管５を通る重金属排水と合流するように、その下流端が導入管５と接続されている。これにより、再生処理による濃縮水を脱イオン装置３に戻して、再度重金属吸着装置２で重金属イオン成分を吸着させ、脱イオン処理による処理水を得ることができる。
【００４０】
上記制御装置４は、脱イオン処理を行なう際には、ＣＤＴ３の第１開閉弁７ａを開状態にするとともに、ＣＤＴ３の第２開閉弁７ｂを閉状態にし、ＣＤＴ３内の通液が処理水排出路１０へ流れる状態となるよう弁の開閉制御を行なう。そして、ＣＤＴ３の両電極間に直流電圧を印加する制御を行なう。一方、再生処理を行なう際には、上記制御装置４がＣＤＴ３の第１開閉弁７ａを閉状態にするとともに、ＣＤＴ３の第２開閉弁７ｂを開状態にし、ＣＤＴ３内の通液が濃縮水排出路８へ流れる状態となるよう弁の開閉制御を行なう。そして、上記ＣＤＴ３の両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、両電極に吸着されたイオン成分を通液中に放出させる制御を行なう。
【００４１】
すなわち、上記重金属排水処理装置１は、上記重金属イオン成分を吸着する鉄系吸着材が収容され、上記重金属排水中のイオン成分を上記鉄系吸着材に吸着する重金属吸着装置２と、上記重金属吸着装置２で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出するＣＤＴ３と、上記ＣＤＴ３から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置２に戻す循環手段とを備えている。
【００４２】
上記循環手段は、上記ＣＤＴ３の脱イオン処理および再生処理と上記第１，第２開閉弁７ａ，７ｂを制御する制御装置４と、上記第２連通管６ｂと、第２開閉弁７ｂと、濃縮水排出路８とで構成されている。上記制御装置４により、上記再生処理において上記第１開閉弁７ａが閉状態にされ、上記第２開閉弁７ｂが開状態にされることで、上記循環手段としての機能が実現し、上記ＣＤＴ３から排出された濃縮水を上記重金属吸着装置２に戻すことができる。
【００４３】
すなわち、ＣＤＴ３は、上記重金属吸着装置２で重金属イオン成分が吸着された重金属排水中に残存する重金属イオン成分をさらに除去し、当該重金属イオン成分が除去された浄水と上記除去された重金属イオン成分が濃縮された濃縮水とを排出する。そして、上記ＣＤＴ３から排出された濃縮水は、上記重金属吸着装置２に戻されて濃縮された重金属イオン成分が鉄系吸着材に吸着され、脱イオン処理が行なわれる。
【００４４】
このように、本発明の重金属排水処理装置１および重金属排水処理方法では、重金属イオンを含有する重金属排水を処理する際に、重金属イオンが濃縮された濃縮水を全く排出しない。そして、濃縮水の後処理工程が全く不必要になって、濃縮水の後処理のための設備、設備のメンテナンス、それらに伴う作業等を完全に省略できる。したがって、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、濃縮水の後処理による環境負荷を大幅に低減できる。
【００４５】
しかも、重金属排水に含まれる重金属イオン成分は、重金属排水が重金属吸着装置２と脱イオン装置を循環する間に、重金属吸着装置２の鉄系吸着材に吸着される。このため、重金属イオンが吸着された吸着廃材は、製鋼の際に必要な鉄屑原料として利用し、溶解して鉄系材料として再生することができる。このように、吸着廃材の後処理工程が全く不必要になって、吸着材料の後処理のための設備、設備のメンテナンス、それらに伴う作業等を完全に省略できる。しかも、鉄系吸着材という比較的安価な吸着材を消耗材として使用し、しかもその消耗材をリサイクルすることができる。したがって、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、吸着廃材の後処理による環境負荷を大幅に低減でき、リサイクル性にも優れている。
【００４６】
このように、本発明の重金属排水処理装置１および重金属排水処理方法は、濃縮水の排出を完全になくし、重金属イオン成分を鉄系吸着材に吸着することから、重金属排水の処理コストを大幅に節減することができるとともに、濃縮水や吸着廃材の後処理による環境負荷を大幅に低減でき、リサイクル性にも優れたものである。
【００４７】
また、上記ＣＤＴ３は、重金属排水中に存在させた電極間に直流電圧を印加することにより、当該重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出する脱イオン処理と、上記両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか陽極側と陰極側とを短絡させるか、あるいは逆接続することにより、上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出する再生処理とを行なうものである。このため、上記脱イオン処理により重金属排水中に残存する重金属イオン成分を上記両電極に吸着して重金属排水を浄水として排出することができ、上記再生処理により上記両電極に吸着された重金属イオン成分を当該重金属排水中に放出して重金属排水を濃縮水として排出することができる。
【００４８】
ＣＤＴ３において脱イオン処理を行なうことにより両電極に付着した重金属イオン成分が飽和し、吸着能が低下した場合に上記再生処理を行なうことで、両電極に付着したイオン成分が放出されるため、吸着能を回復させることができる。このように、ＣＤＴ３において脱イオン処理を行なうことにより両電極に付着した重金属イオン成分が飽和し、吸着能の低下を防止する必要性から当該ＣＤＴ３において再生処理を行なっても、濃縮水が重金属排水処理装置１の外部に排出されることなく重金属吸着装置に戻されるため、環境負荷を低減することができる。しかも、上記ＣＤＴ３では、脱イオン処理で吸着した重金属イオンを再生処理で完全に放出して濃縮水として排出する。そして、排出された濃縮水は重金属吸着装置２において鉄系吸着材に吸着され除去される。したがって、このような重金属排水処理装置１では、除去された重金属イオンを含む吸着廃材等は、重金属吸着装置２で使用された鉄系吸着剤のみであり、それ以外の吸着廃材等は発生しないのである。そして、濃縮水が排出されることもなく、重金属イオンが吸着された吸着廃材は、溶解して鉄系吸着材として再生することができ、完全リサイクルを達成することができるのである。
【００４９】
また、このようなＣＤＴ３であることにより、鉄系吸着材による吸着により、濃縮水が高いｐＨ値を示していても吸着能が低下することなく、濃縮水中に残存する重金属イオン成分を除去することができる。したがって、鉄系吸着材との組合せにより適しているのであり、上述した完全リサイクルを十分に発揮する装置および方法となるのである。
【００５０】
なお、本実施例の再生処理では、上記逆電圧を印加することに限られず、脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除してもよいし、陽極側と陰極側とを短絡（ショート）させてもよい。また、上記第１開閉弁７ａと上記第２開閉弁７ｂは、一体化していてもよい。この場合、例えば、上記脱イオン装置３に、脱イオン処理後の処理水を排出する処理水排出路１０を開閉し、再生処理で放出されたイオン成分を含む濃縮水を排出する濃縮水排出路８を開閉する２方切替弁を設けてもよい。また、図示していないが、脱イオン装置３、制御装置４等の各装置には、所定の電圧が供給される。また、第１，第２開閉弁として、いわゆる電磁弁や空気制御弁を用いてもよい。
【００５１】
つぎに、図２を参照して、上記ＣＤＴ３の脱イオン処理および再生処理の一例について説明する。図２（ａ）は、上記脱イオン処理を示し、図２（ｂ）は、上記再生処理を示す。
【００５２】
図２（ａ）に示すように、電圧印加時において、流入水中（ＣＤＴ３内を通液中）のナトリウムイオンは陰極側の集電極３４に接する活性炭層３３に電気的に吸着され、塩素イオンは陽極側の集電極３４に接する活性炭層３３に電気的に吸着される。このため、出口から得られる処理水は、その塩化ナトリウム濃度が著しく低下したものとなる。
【００５３】
また、通水を長時間続けると、活性炭層３３に対するイオンの吸着が飽和に近づくため、出口から得られる処理水の塩化ナトリウム濃度が高くなる。そこで、吸着飽和に達する前に陽極側と陰極側とを短絡（ショート）させるか、陽極側と陰極側の両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか、あるいは逆接続（逆電圧を印加）すれば、図２（ｂ）に示すように活性炭層３３に吸着されていたナトリウムイオンおよび塩素イオンが脱離し、流入水中の塩化ナトリウム濃度よりはるかに高濃度の塩化ナトリウムを含む流出水（濃縮水）が通液中に放出され出口より排出される。このときの流速を遅くすれば、少ない流水量で活性炭層に吸着された塩化ナトリウムを排出できるので好ましい。
【００５４】
本発明の重金属排水処理装置に用いる脱イオン装置（ＣＤＴ３）に特に制限はないが、例えば次の二種類のものを代表例として挙げることができる。上記脱イオン装置として、電気絶縁性多孔質通液性シートからなるセパレータを挟んで、高比表面積導電体として高比表面積活性炭を主材とする活性炭層を配置し、その活性炭層の外側に集電極を配置し、さらにその集電極の外側に押え板を配置した構成を有する平板形状のものが挙げられる。フラットな活性炭層を用い、各部材を配置して圧締した平板形状の構造とすることにより、活性炭層を均等に圧縮でき、通液時の液の偏流を効果的に防止することができる。そのため、イオン性物質の除去率の安定化が図られ、しかもその除去率を極限にまで高めることができる。
【００５５】
図３は、かかる平板型の脱イオン装置（これを「平板型電気式脱イオン装置３１」という）の分解図の一例を示したものであり、図４は、その組み立て図を示したものである。なお、図３と図４において、図２と共通する部品は同一符号を付して図示する。この平板型電気式脱イオン装置３１のセパレータ３２としては、ろ紙、多孔質高分子膜、織布、不織布など、液体の通過が容易でかつ電気絶縁性を有する有機質または無機質のシートからなるものが用いられる。セパレータ３２の厚さは、０.０１〜０.５ｍｍ程度、殊に０.０２〜０.３ｍｍ程度が好ましい。
【００５６】
上記活性炭層３３としては、高比表面積活性炭を主材とする層が用いられる。高比表面積活性炭とは、ＢＥＴ比表面積が好ましくは１０００ｍ2／ｇ以上、より好ましくは１５００ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは２０００〜２５００ｍ2／ｇの活性炭を言う。ＢＥＴ比表面積が余りに小さいときは、イオン性物質を含む液体を通したときのイオン性物質の除去率が低下し易くなる。なおＢＥＴ比表面積が余りに大きくなるとイオン性物質の除去率がかえって低下する傾向があるので、ＢＥＴ比表面積を必要以上に大きくするには及ばない。使用する活性炭の形状は、粉粒状、繊維状など任意である。粉粒状の場合には平板状またはシート状に成形して用い、繊維状の場合には布状に加工して用いることが好ましい。粉粒状活性炭を平板状またはシート状に成形して用いることは、繊維状の活性炭を布状に加工して用いる場合に比べて、コストの点からは格段に有利である。平板状またはシート状への成形は、たとえば、粉粒状活性炭をバインダー成分（ポリテトラフルオロエチレン、フェノール樹脂、カーボンブラック等）および／または分散媒（溶媒等）と混合して板状に成形してから、適宜熱処理することにより得られる。活性炭層３３として平板状またはシート状のものを用いる場合は、必要に応じこれに穿孔加工を施しておくこともできる。なお、活性炭層３３の厚さは、０.１〜３ｍｍ程度、殊に０.５〜２ｍｍ程度とすることが好ましいが、必ずしもこの範囲内に限られるものではない。
【００５７】
上記集電極３４等の電極としては、銅板、アルミニウム板、カーボン板、フォイル状グラファイトなどの電気良導体であって、活性炭層３３との緊密な接触が可能なものが好ましい。集電極３４の厚さに特に限定はないが、０.１〜０.５ｍｍ程度のものが好ましい。印加を容易にするため、集電極３４には端子（リード）３４ａを設けるのが通常である。
【００５８】
上記押え板３６としては、プラスチックス板などの電気絶縁性材料からできた変形しにくい平板が用いられる。この押え板３６には、液入口３７、液出口３８、固定用ボルト孔３９などを適宜設けることができる。集電極３４と押え板３６との間には、枠状のガスケット３５を介在させることが望ましい。そのようなガスケット３５を独立に設ける代りに、押え板３６側にシール機能を有する部材を設けておくこともできる。上記の部材を用いて、図３に示すように、押え板３６／（ガスケット３５／）集電極３４／活性炭層３３／セパレータ３２／活性炭層３３／集電極３４／（ガスケット３５／）押え板３６の構成を有する平板型電気式脱イオン装置３１が組み立てられる。
【００５９】
また、図５を参照して、上記脱イオン装置の一例として、多処理室型の電気式脱イオン装置（これを「多処理室型電気式脱イオン装置５０」という）について模式的拡大断面図を用いて説明する。
【００６０】
この多処理室型電気式脱イオン装置５０は、反対側に離間して設けられた二つの末端プレート５１、５２と、絶縁層５３、５４を挟んでそれぞれ隣接した、二つの片面末端電極５５、５６とを有している。それぞれの片面末端電極５５、５６は、チタンシートからなる集電極の片面に導電性エポキシ等のバインダで高比表面積の導電体の活性炭層６４からなるシートが接合されている。二つの片面末端電極５５、５６の間に両面中間電極５７〜６３が、相互に等距離だけ離間して配設されている。それぞれの両面電極（例えば５７）は、チタンシートからなる集電極の両側に活性炭層６４として活性炭シートを接合したものである。この中間電極の数は限定されず、必要な容量が得られる表面積となるよう適宜調節する（図５は７つの両面中間電極５７〜６３だけが図示されている）。
【００６１】
このような構成の多処理室型電気式脱イオン装置５０の各電極を交互にアノード、カソードとする。すなわち、例えば片面末端電極５５、中間電極５８，６０，６３をアノードとし、中間電極５７，５９，６１，６２および片面末端電極５６をカソードとする。すると、それぞれ隣接した電極対（アノードおよびカソード）は、独立した処理室を形成する。
【００６２】
したがって、この多処理室型電気式脱イオン装置５０に重金属排水を導入すると、まず、矢印Ａで示すように、第１の処理室８１を通る重金属排水が、電極表面に対してほぼ平行に流れる。すると、両側の電極が分極されていることにより、イオンは重金属排水中から静電的に除去され、電極５５および５７の活性炭層６４の表面に形成された電気二重層に保持される。
【００６３】
上記重金属排水は、続いて、矢印Ｂで示すように孔８０を通って次の処理室８２の中に流れる。ここでは、中間電極５７および５８によって形成される処理室の分極により、重金属排水中のイオンがさらに除去される。そして、重金属排水は、矢印Ｃ〜Ｇに示すように残りの各処理室を連続的に通過させられ、イオンが除去される。その後、矢印Ｈで示すように、処理水は、片面末端電極５６、絶縁層５４等を通過し、導出口を介して多処理室型電気式脱イオン装置５０から導出される。
【００６４】
このように、多処理室型電気式脱イオン装置５０においても、上記平板型電気式脱イオン装置３１と同様に、カルシウムやマグネシウム等の金属イオンをはじめとして各種の重金属イオンを重金属排水から除去することができる。そして、継続運転により、各種イオンが多孔性の炭素エアロゲルシートの如き活性炭層６４の表面に蓄積され、脱イオン処理のための重金属イオン成分が飽和し、重金属排水に含有する各種イオンの除去が不可能となる。そこで、適当な時期をみて、［アノード］−［カソード］の各電極対をショートさせるか、これらの両電極間に脱イオン処理時に印加された直流電圧を解除するか、あるいは電極対に脱イオン処理時とは逆電圧を印加して、多孔性の活性炭層６４の表面に蓄積された各種イオンを脱離させて再生する。そして、再生後、再度脱イオン処理に運転される。以後、引き続き各電極に印加する通電操作を繰り返して、脱イオン処理−再生処理を繰り返し行なって、継続運転するものである。
【００６５】
かくして、上記した如き電気式脱イオン装置に重金属排水を通液して、集電極に通電することにより、重金属排水中のイオンを高比表面積の活性炭層に捕獲し、処理水として採取するものである。この間高比表面積活性炭や多孔性の炭素エアロゲル複合体等の活性炭層にはイオンが蓄積されてきて、重金属イオン成分が飽和してくるので、適宜上記集電極間をショートさせたり、印加された直流電圧を解除したり、逆電圧を印加して、高比表面積の活性炭層から、これに蓄積されたイオンを脱離させて装置外に排除させる再生処理をする。これらの操作を繰り返すことにより、継続して処理水を得るものである。
【００６６】
なお、上記電極として、いわゆるカーボンエアロゲルを用いてもよい。また、上記活性炭層としてカーボンエアロゲル層を用いてもよい。これらを用いることにより、重金属イオン成分の吸着面積を大きくとることができ、電極が通液中に溶けることがない、また、再生処理によりガスが発生してもそのガスを吸着しないため、吸着能が低下しない等のメリットがある。
【実施例２】
【００６７】
本実施例では、重金属排水処理装置１は、上記脱イオン装置として、上記第１の実施例に示すＣＤＴ３に代えて逆浸透膜装置９１を備えている。この逆浸透膜装置９１は、上記重金属吸着装置２において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を逆浸透膜で濾過することにより上記浄水と上記濃縮水に分離する逆浸透膜処理を行なうものである。
【００６８】
上記第１連通管６ａには、上記重金属吸着装置２において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を加圧して上記逆浸透膜装置９１に導入する高圧ポンプ９３が設けられている。これにより、上記重金属排水を逆浸透膜装置９１に連続的に供給することができる。また、上記処理水排出路１０は、逆浸透膜装置９１と接続され、上記逆浸透膜装置９１の逆浸透膜処理で上記重金属排水から分離された浄水を処理水排出路１０から排出するようになっている。また、上記濃縮水排出路８も逆浸透膜装置９１と接続され、上記逆浸透膜装置９１の逆浸透膜処理で上記重金属排水から分離された濃縮水を上記濃縮水排出路８から重金属吸着装置２に戻すようになっている。それ以外は、上記第１の実施例と同じであり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００６９】
上記のような構成により、上記逆浸透膜装置９１の逆浸透膜処理で上記重金属排水から分離された浄水は、上記逆浸透膜装置９１に接続された処理水排出路１０から排出され、上記逆浸透膜処理で上記重金属排水から分離された浄水は、上記逆浸透膜装置９１に接続された濃縮水排出路８から重金属吸着装置２に戻される。
【００７０】
すなわち、本実施例の脱イオン装置は、上記重金属吸着装置２において重金属イオン成分が吸着された重金属排水を逆浸透膜で濾過することにより上記浄水と上記濃縮水に分離する逆浸透膜処理を行なう逆浸透膜装置９１であるため、上記逆浸透膜処理でコンスタントに浄水と濃縮水に分離することができる。そして、この濃縮水は、循環手段（本実施例では、濃縮水排出路８）により、重金属排水処理装置１の外部に排出されることなく重金属吸着装置２に戻されるため、環境に対して配慮することができる。
【００７１】
なお、上記逆浸透膜装置９１として、いわゆるチューブラー型、プレートアンドフレーム型、スパイラル型、中空糸型等を用いてもよく、チューブラー型やプレートアンドフレーム型の逆浸透膜装置を用いることで、重金属イオンの濃度の高い重金属排水において効果的に浄水と濃縮水に分離することができる。また、逆浸透膜装置９１として、スパイラル型の逆浸透膜装置を用いることで、重金属排水に含まれる重金属イオンの濃度の偏りを防止することができ、まんべんなく逆浸透膜で濾過することができる。また、逆浸透膜装置９１として、中空糸型の逆浸透膜装置を用いることで、小さな容積で極めて大きな膜面積を確保することができる。
【００７２】
また、上記各実施例において、上記重金属排水は、重金属等や有機化合物以外の汚染物質が含まれていてもよい。また、排水後のもののほか、排水前のものであってもよく、最終処分場（都市ごみや産業廃莱物などの固形の廃莱物を埋立処分した場所、種々の工場等を含む）からの浸出水などのように、重金属イオンを含有する様々な態様の水に適用することができる。例えば、重金属で汚染された地下水の浄化に使用しても同様の浄化効果を得ることができる。
【００７３】
上記重金属排水が、例えばヒ素、鉛、カドミウム、クロム、セレン、水銀等の重金属、フッ素、ホウ素、シアンなどの有害な元素のうちの１種以上を含むものであれば、本発明の重金属排水処理装置１および重金属排水処理方法によって、これら汚染物質を効果的に固定化し、または還元、無害化することができる。また、有機塩素化合物等の、処理が困難で有害な有機化合物を含有するものであっても、本発明は有効で、効果的に還元、分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施例の重金属排水処理装置を示す図である。
【図２】静電脱イオンの脱イオン処理と再生処理を示す図である。
【図３】脱イオン装置の第１例の平板型電気式脱イオン装置の展開図である。
【図４】平板型電気式脱イオン装置の断面図である。
【図５】脱イオン装置の第２例の多処理室型電気式脱イオン装置の模式的拡大断面図である。
【図６】第２の実施例の重金属排水処理装置を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１      重金属排水処理装置
２      重金属吸着装置
３      ＣＤＴ
４      制御装置
５      導入管
６ａ    第１連通管
６ｂ    第２連通管
７ａ    第１開閉弁
７ｂ    第２開閉弁
８      濃縮水排出路
１０    処理水排出路
３１    平板型電気式脱イオン装置
３２    セパレータ
３３    活性炭層
３４    集電極
３４ａ  端子
３５    ガスケット
３６    押え板
３７    液入口
３８    液出口
３９    固定用ボルト孔
５０    多処理室型電気式脱イオン装置
５１    末端プレート
５２    末端プレート
５３    絶縁層
５４    絶縁層
５５    片面末端電極
５６    片面末端電極
５７    両面中間電極
５８    両面中間電極
５９    両面中間電極
６０    両面中間電極
６１    両面中間電極
６２    両面中間電極
６３    両面中間電極
６４    活性炭層
８０    孔
８１    処理室
８２    処理室
９１    逆浸透膜装置
９３    高圧ポンプ
【図１】
2005103518.tif 000003
【図２】
2005103518.tif 000004
【図３】
2005103518.tif 000005
【図４】
2005103518.tif 000006
【図５】
2005103518.tif 000007
【図６】
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