(57)【要約】【課題】  酸化による鉄粉の劣化の進行を抑制もしくは防止することができる、重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理装置を提供する。【解決手段】  鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、溶存酸素を除去した重金属汚染水を鉄粉で処理する工程とを有する。【選択図】        図１
2005131612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、
前記溶存酸素を除去した前記重金属汚染水を鉄粉で処理する工程と
を有する重金属汚染水の処理方法。  
【請求項２】
還元状態で鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、
前記溶存酸素を除去した前記重金属汚染水を鉄粉で処理する工程と
を有する重金属汚染水の処理方法。  
【請求項３】
前記重金属汚染水中の前記溶存酸素を除去する工程は、
亜硫酸系脱酸素剤を前記重金属汚染水に添加する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項４】
前記重金属は、
六価クロムであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項５】
鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水の溶存酸素を除去する溶存酸素除去手段と、
前記重金属汚染水を鉄粉で処理する鉄粉処理手段と、
前記鉄粉処理手段に前記重金属汚染水を投入する投入手段と、
前記鉄粉処理手段から前記重金属汚染水を排出する排出手段と
を有する重金属汚染水の処理装置。
【請求項６】
還元状態で鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水の溶存酸素を除去する溶存酸素除去手段と、
前記重金属汚染水を鉄粉で処理する鉄粉処理手段と、
前記鉄粉処理手段に前記重金属汚染水を投入する投入手段と、
前記鉄粉処理手段から前記重金属汚染水を排出する排出手段と
を有する重金属汚染水の処理装置。
【請求項７】
前記溶存酸素除去手段は、
亜硫酸系脱酸素剤を前記重金属汚染水に添加することにより、該重金属汚染水中の前記溶存酸素を除去することを特徴とする請求項５又は６に記載の重金属汚染水の処理装置。
【請求項８】
前記重金属は、
六価クロムであることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の重金属汚染水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄粉を用いた重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
六価クロム等の重金属は人体に対する毒性の高い有害物質であって、重金属汚染水の排出は、水質汚濁防止法等により厳格な規制を受けている。このため、重金属汚染水を排出する前に、汚染水中の重金属を除去しておく必要がある。
【０００３】
その処理方法及び処理装置としては、従来、安価で簡便なものとして、鉄粉を用いた重金属の処理方法及び処理装置があった。上記処理方法及び処理装置によると、鉄粉を担持した濾過体に重金属汚染水を投入して汚染水中の重金属を除去することにより、無害となった水を排出することができる。
【０００４】
その除去原理は、鉄粉による重金属の還元と、それに伴って生じた重金属の鉄粉表面への吸着である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５１８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような処理方法及び処理装置では、重金属汚染水中の溶存酸素による酸化によって鉄粉の劣化が進行し、それにより重金属汚染水の処理量が減少するという問題がある。
【０００６】
特に、汚染水が大気と接触している場合には、常に溶存酸素濃度が高くなってしまうため(大気中酸素との平衡から約８．０〜９．０ｍｇ／ｌ)、鉄粉の劣化がとりわけ早く進行してしまい、重金属汚染水の処理量はいっそう減少する。
【０００７】
さらに、鉄粉が劣化すると、鉄粉を担持した濾過体の透水性が減少し汚染水が通りにくくなる。このような場合に、濾過体を交換すると材料費や交換手間等のコストが高くなるという問題もある。  
そこで、本発明は、酸化による鉄粉の劣化の進行を抑制もしくは防止することができる、重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明における重金属汚染水の処理方法は、鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、溶存酸素を除去した重金属汚染水を鉄粉で処理する工程とを有する。
【０００９】
また、本発明における重金属汚染水の処理方法は、還元状態で鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、溶存酸素を除去した重金属汚染水を鉄粉で処理する工程とを有する。
【００１０】
ここで、本発明における重金属とは、鉄粉に吸着し得る重金属であれば特に限定されるものではなく、砒素等の還元状態でなくとも鉄粉に吸着し得る重金属であってもよく、また、六価クロム等の還元状態で鉄粉に吸着し得る重金属であってもよい。
【００１１】
さらに、溶存酸素を除去という場合の「除去」は、「完全除去」の場合も「一部除去」の場合も含む。また、鉄粉は、完全な粉状の鉄だけでなく、粗粉状や繊維状や粒子状や小球状など、全体の表面積が大きくなるよう細かくされている状態の鉄をすべて含む。
【００１２】
なお、重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程と、溶存酸素を除去した重金属汚染水を鉄粉で処理する工程とは、同時に行ってもよい。すなわち、重金属汚染水中の溶存酸素を除去しながら、重金属汚染水を鉄粉で処理してもよい。
【００１３】
さらに、本発明における重金属汚染水中の溶存酸素を除去する工程は、亜硫酸系脱酸素剤を汚染水に添加する工程を含むことを特徴としてもよい。ここで、亜流酸系脱酸素剤とは、分子中に亜硫酸基を有し脱酸素機能を有する薬剤であり、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸アンモニウム、亜硫酸水素アンモニウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素カリウムが挙げられるが、これらに限らない。また、これらの薬剤２種類以上を含んでいてもよい。
【００１４】
さらに、本発明における重金属汚染水の処理方法は、鉄粉に吸着し得る重金属が、六価クロムであることを特徴としてもよい。
【００１５】
また、本発明における重金属汚染水の処理装置は、鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する溶存酸素除去手段と、鉄粉で処理する鉄粉処理手段と、鉄粉処理手段に重金属汚染水を投入する投入手段と、鉄粉処理手段から重金属汚染水を排出する排出手段とを有する。
【００１６】
さらに、本発明における重金属汚染水の処理装置は、還元状態で鉄粉に吸着し得る重金属で汚染された重金属汚染水中の溶存酸素を除去する溶存酸素除去手段と、鉄粉で処理する鉄粉処理手段と、鉄粉処理手段に重金属汚染水を投入する投入手段と、鉄粉処理手段から重金属汚染水を排出する排出手段とを有する。
【００１７】
ここで、溶存酸素除去手段は、亜硫酸系脱酸素剤を重金属汚染水に添加することにより、重金属汚染水中の溶存酸素を除去することが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明における重金属汚染水の処理装置は、鉄粉に吸着し得る重金属が、六価クロムであることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、鉄粉を用いた重金属汚染水の処理装置及び重金属汚染水の処理装置において、酸化による鉄粉の劣化の進行を抑制もしくは防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の一実施形態においては重金属として六価クロムを例に挙げているが、本発明における重金属は、鉄粉に吸着し得る重金属であればこれに限定されるものではない。
【００２１】
また、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態における六価クロム汚染水の処理装置を示す概略図であり、六価クロム汚染水処理槽９と、鉄粉処理手段として、鉄粉を含む濾過体３と、六価クロム汚染水中の溶存酸素を除去する溶存酸素除去手段として、脱酸素剤６を添加する添加手段５と、濾過体３に六価クロム汚染水１を投入する投入手段２と、濾過体３から浄化水８を排出する排出手段４と、投入した六価クロム汚染水１と添加した脱酸素剤６を撹拌して混合する撹拌装置７とを有する。
【００２３】
この処理装置を用い、六価クロム汚染水を以下のように浄化する。まず、投入手段２を用いて、六価クロム汚染水１を六価クロム汚染水処理槽９に投入する。この際、添加手段５を用いて、六価クロム汚染水１に脱酸素剤６を添加し、攪拌装置７によってこれらを攪拌することで、六価クロム汚染水中の溶存酸素を除去する。投入手段２は、液体を処理槽に投入できるものであれば何でもよく、以下の実施例では、流速調節型ポンプを用いた。添加手段５も、脱酸素剤６を添加できるものであれば何でもよく、試薬を自動計量し自動投入できる装置などが考えられる。
【００２４】
なお、脱酸素剤６としては、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元力のある亜硫酸系脱酸素剤を使用するのが好ましい。特に、亜硫酸水素ナトリウムの場合には、六価クロム汚染水中の溶存酸素と反応して弱酸性（ｐＨ：４．０〜７．０）を示すため、鉄粉による六価クロムの除去反応を阻害することがなく、また、中和処理をする必要もないのでコスト面でも好ましい。ここで、上記除去原理は、鉄粉による六価クロムの還元と、それに伴って生じた三価クロムの鉄粉表面への吸着である。
【００２５】
また、汚染水１中に添加された脱酸素剤６は、処理水に溶け込む大気中の酸素によって時間とともに酸化され、その脱酸素効果はしだいに減少する。このため、脱酸素剤６は、六価クロム汚染水１を処理する直前に加えるのが好ましいが、脱酸素剤６を、六価クロム汚染水処理槽９に六価クロム汚染水１と共に加えてもよく、濾過体３に投入する前に、予め六価クロム汚染水１に添加し混合しておいてもよく、あるいは鉄粉を含む濾過体３に直接添加したり、濾過体３に含ませたりしても良い。さらに、六価クロム汚染水１に複数回添加してもよく、汚染水処理の異なる過程で複数回添加してもよい。あるいは、脱酸素剤６を連続的に六価クロム汚染水１に添加できるようにしてもよい。  
こうして投入された六価クロム汚染水１中の六価クロムは、鉄粉を含む過体３において鉄粉により除去される。そして、六価クロム汚染水１中の六価クロムが除去され無害となった浄化水８が、鉄粉を含む濾過体３から排出される。
【００２６】
なお、鉄粉を含む濾過体は、鉄粉をそのまま濾過槽として使用する形態であってもよく、あるいは、鉄粉を担体に担持させて使用する形態であってもよい。また、鉄粉処理は、濾過処理ではなくバッチ処理でもあってもよい。
【００２７】
排出された浄化水８に残存する六価クロム濃度が依然として高い場合には、再び六価クロム汚染水１として、本発明による浄化処理を繰り返すこともできる。
【００２８】
なお、六価クロム汚染水中の溶存酸素を除去する方法としては、上記のように脱酸素剤を添加する方法のみならず、六価クロム汚染水中の溶存酸素を窒素と置換する窒素置換による方法や、真空ポンプなどを用いて脱気することにより溶存酸素を減少させる方法等を用いてもよい。
【００２９】
＝＝コスト試算例＝＝
次に、本発明の一実施形態におけるコスト試算例を示す。  
ここでは、六価クロム濃度が１ｍｇ／ｌの六価クロム汚染水に対し、鉄粉を担持した濾過体（２０ｍ３）を用い、濾過体の鉄粉混合率を１０％にし、鉄粉３４００ｋｇを使用した。  
実験によって、脱酸素剤を添加しない場合における鉄粉の六価クロム除去能力は、鉄粉１ｋｇあたり六価クロム０．０１１ｋｇであることを確認した。  
また、脱酸素剤の添加により、以下に示す実施例のように鉄粉１ｋｇあたり六価クロム除去量が２倍に増加したとする。
【００３０】
上記条件のもとで、脱酸素剤を添加しない場合と脱酸素剤を添加した場合における、コストの比較を示す。
【００３１】
まず、鉄粉を１３０円／ｋｇとし、珪砂を１６,０００円／ｍ３とすると、本実験における濾過体のコストは合計で約７６２,０００円となる。鉄粉３４００ｋｇあたり、六価クロムは３７．４ｋｇ（＝３４００ｋｇ×０．０１１）処理できるため、１ｍｇ／ｌの六価クロム汚染水を３７．４×１０３ｍ３（六価クロム総量は３７．４ｋｇ）処理できることになる。従って、脱酸素剤を添加しない場合における、単位処理水量当たりの濾過体の材料コストは、約２０．４円／ｍ３（＝７６,２００円÷３７．４×１０３ｍ３）となる。
【００３２】
他方、脱酸素剤である亜硫酸水素ナトリウム（１９０円/ｋｇ）３０ｍｇ／ｌ（＝０．０３ｋｇ／ｍ３）を、上記六価クロム汚染水に添加した場合には、単位処理水量当たりの脱酸素剤のコストは、５．７円／ｍ３（＝０．０３ｋｇ/ｍ３×１９０円）となる。亜硫酸水素ナトリウムの添加により、１ｋｇあたり六価クロム除去量が２倍に増加したとすると（０．０２ｋｇ）、単位水量当たりの濾過体の材料コストは半減するので、脱酸素剤を添加した場合における単位水量当たりの濾過体及び脱酸素剤からなる材料コストは、約１５．９円／ｍ３（＝２０．４円／ｍ３÷２＋５．７円／ｍ３）である。
【００３３】
実際には、濾過体の材料コストだけではなく、鉄粉を含む濾過体の交換等にも作業コストがかかるため、全体としては、よりコストの削減につながる。
【実施例】
【００３４】
図２は、本発明の実施例における実験装置を示す図である。  
本実施例においては、六価クロム濃度１ｍｇ／ｌの六価クロム汚染水１０１を処理対象として用いた（但し、０．１ｍｏｌ／ｌ硫酸ナトリウムの共存イオンを含む）。円筒カラム（直径４ｃｍ）１０４には、鉄粉（１０％）と珪砂（９０％）との混合物を含む濾過体（約５０ｃｍ３）１０２を配置し、さらにその上下にはガラスビーズ１０３を入れ、これを処理槽として用いた。
【００３５】
脱酸素剤としては、亜硫酸水素ナトリウム（３０ｍｇ／ｌ）１０５を使用し、これを予め六価クロム汚染水１０１に添加し、処理水とした。対照実験として、脱酸素剤で処理したい六価クロム汚染水を処理水として用いた。
【００３６】
以上の実験装置を用いて、処理対象である処理水を、流速調節型ポンプ１０６によって、円筒カラム１０４へ、通水速度をＳＶ＝８．０／h（ＳＶ=通水速度(ｍ３／h)／鉄粉槽体積(ｍ３)）、通水期間を１〜３週間、という条件で投入した。
【００３７】
まず、本実施例による脱酸素剤（亜硫酸水素ナトリウム：３０ｍｇ／ｌ）の添加による浸出水中の溶存酸素濃度を測定すると、約８ｍｇから約５ｍｇへと減少した（但し、溶存酸素濃度の測定は隔膜電極法に従った。）。  
次に、脱酸素剤である亜硫酸水素ナトリウムの添加による浸出水中のｐＨを測定すると、４．０〜７．０の値となり弱酸性を示した。  
これらの条件下で、浸出水１０６を測定対象とし、通水量及び浸出水中の六価クロム濃度を測定し、本実験による六価クロム汚染水の浄化度を測定した。
【００３８】
図３のグラフに示すように、六価クロム濃度が環境基準値（＝０．０５ｍｇ／ｌ）に達した時の通水量は、脱酸素剤を添加していない場合には約１２７０程度であったのに対し、他方、脱酸素剤を添加した場合には約２５７０程度にまで増大した。また、処理期間も結果的に約２倍に増大した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態における六価クロム汚染水の処理装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例における実験装置を示す図である。
【図３】本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  六価クロム汚染水
２  投入手段、
３  鉄粉を含む濾過体
４  排出手段
５  添加手段
６  脱酸素剤
７  攪拌装置
８  浄化水
９  六価クロム汚染水処理槽  
１０１  六価クロム汚染水（六価クロム濃度１ｍｇ／ｌ）
１０２  鉄粉と珪砂との混合物を含む濾過体（約５０ｃｍ３）
１０３  ガラスビーズ
１０４  円筒カラム（直径４cm）
１０５  亜硫酸水素ナトリウム（３０ｍｇ／ｌ）
１０６  流速調節型ポンプ
１０７  浸出水
【図１】
2005131612.tif 000003
【図２】
2005131612.tif 000004
【図３】
2005131612.tif 000005