(57)【要約】【課題】重金属含有排水に含まれている重金属を容易に除去出来る重金属含有排水の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層１０に重金属含有排水を通過させ、前記ゼオライトと重金属含有排水を接触させることを特徴とする重金属含有排水の処理方法。ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層１０を有し、この濾過層１０に重金属含有排水を通過させる重金属含有排水の処理装置であって、前記重金属含有排水を流入及び流出させる前記濾過層の流入口１ａ及び流出口１ｂには、各々フィルター層１１が設けられており、前記フィルター層１１は、ゼオライトより小さな粒径の粒子のみ通過させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層に重金属含有排水を通過させ、前記ゼオライトと重金属含有排水を接触させることを特徴とする重金属含有排水の処理方法。
【請求項２】
前記吸着剤のｐＨ値を測定しつつ、前記重金属含有排水を前記濾過層に通過させることを特徴とする請求項１に記載の重金属含有排水の処理方法。
【請求項３】
前記粒度調整材の粒径及び前記ゼオライトと混合する割合を調整することにより、前記濾過層の透水性を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の重金属含有排水の処理方法。
【請求項４】
ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層を有し、この濾過層に重金属含有排水を通過させる重金属含有排水の処理装置であって、
前記重金属含有排水を流入及び流出させる前記濾過層の流入口及び流出口には、各々フィルター層が設けられており、
前記フィルター層は、ゼオライトより小さな粒径の粒子のみ通過させることを特徴とする重金属含有排水の処理装置。
【請求項５】
前記重金属は、カドミウム、鉛等、陽イオンとして前記排水中に存在する重金属であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の重金属含有排水の処理方法及び処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場排水、重金属汚染土壌の浄化工事において発生する排水等重金属含有排水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重金属汚染土壌の浄化工事等において発生する重金属含有排水の処理方法としては、例えば、重金属含有排水にｐＨ調整剤を添加してｐＨ調整したり、薬剤を添加することにより含有されている重金属を難溶性の化合物として沈殿させ、この沈殿物を分離、除去した後、沈殿物を除去した排水を放水可能なｐＨ値に調整する方法である。
【０００３】
しかし、従来の重金属含有排水の処理方法には以下の問題があった。前記方法では、重金属含有排水を処理する槽の他、沈殿物とした重金属を処理するための沈殿分離層が必要であり、処理設備が大きくなるという問題があった。さらに、重金属を処理するための最適なｐＨ値は１０前後であるが、放流可能な排水のｐＨ値は５．８〜８．６であるため、複数回にわたってｐＨ調整を行わなければならず時間と手間を要していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、重金属含有排水に含まれている重金属を容易に除去することができる重金属含有排水の処理方法及び処理装置を提供することを技術的課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重金属含有排水の処理方法及び処理装置であり、上記技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【０００６】
本発明に係る重金属含有排水の処理方法は、ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層に重金属含有排水を通過させ、前記ゼオライトと重金属含有排水を接触させることを特徴とする。
【０００７】
ここで、ゼオライトとは、調整された多孔質のアルミニウム，カルシウム（あるいはナトリウム）の珪酸塩（例えば、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）水和物である。このゼオライトは、陽イオン交換機能、吸着機能、触媒機能を有しており、従来の用途としては、土壌改良材、脱臭剤、植生コンクリートとして多く用いられていた。本発明においては、ゼオライトの前記機能に着目し、ゼオライトと重金属含有排水を接触させることによりゼオライトに重金属を吸着させて、重金属含有排水から重金属を分離させる。尚、このゼオライトが重金属を吸着する特性については、後述する実験で高い効果が得られることが確認されている。
【０００８】
前記ゼオライトは、天然ゼオライト、科学的に合成される合成ゼオライト、石炭灰等，シリカ，アルミナを含む燃えがらを化学処理した人工ゼオライトに大別される。本発明は、陽イオン交換機能、吸着機能、触媒機能を有していれば良く、いずれのゼオライトも用いることができ、特に制限されない。
【０００９】
しかし、本発明は、前記人工ゼオライトを特に好適に用いることが出来る。近年特に産業廃棄物問題について関心が高まっており、産業廃棄物の有効利用が求められている。例えば、産業廃棄物のうち石炭灰に関しては、年間発生量約５００万トンのうち約３００万トンは有効利用されているが、約２００万トンは埋設処分されている。また、有効利用されている約３００万トンのうち、７５％はセメント、コンクリート分野である。しかし、近年安全性等の観点からセメント、コンクリート分野での石炭灰の再利用は減少傾向であり、石炭灰の有効活用の増加については期待し難い。本発明では人工ゼオライトを用いることにより、産業廃棄物となる石炭灰等を有効活用し、産業廃棄物の最終処分量の減縮を図ることが出来る。
【００１０】
また、前記ゼオライトはその粒径が小さく、ゼオライトのみで濾過層を構成するとその透水性が低い。そのため、ゼオライトより大きな粒径の粒度調整材をゼオライトに混ぜることにより濾過層の透水性を向上させることが可能となり、重金属含有排水の処理能力を向上させることが出来る。
【００１１】
本発明は前記構成により、重金属含有排水に含まれる重金属をゼオライトに吸着させて重金属含有排水中の重金属を容易に分離させることが可能となる。また、産業廃棄物である石炭灰から生成される人工ゼオライトを有効活用することにより、産業廃棄物の最終処分量を減縮することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る重金属含有排水の処理方法は、前記吸着剤のｐＨ値を測定しつつ、前記重金属含有排水を前記濾過層に通過させることが望ましい。前述のように、重金属含有排水に含まれている重金属をゼオライトが吸着するため、ゼオライトが重金属を吸着し続けると濾過層の処理能力が低減することが予想される。本出願人は、後述する実験よりゼオライトのｐＨ値と吸着力との関係を調べた。その結果、ゼオライトのｐＨ値と吸着力との間に相対関係があることが明らかとなり、ゼオライトのｐＨ値が中性に近づくと、吸着力が低下することがわかった。
【００１３】
従って、ゼオライトを含む吸着剤のｐＨ値を測定しつつ、重金属含有排水を濾過層に通過させることにより、濾過層及び設備全体の処理能力を把握しつつ、排水処理を行うことが可能となる。すなわち、濾過層及び設備の寿命を的確に把握し効率良く排水処理を行うことが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明に係る重金属含有排水の処理方法は、前記粒度調整材の粒径及び前記ゼオライトと混合する割合を調整することにより、前記濾過層の透水性を調整することが望ましい。前述のように、前記濾過層は、ゼオライトに粒度調整材を混ぜることにより透水性を向上させている。しかし、この濾過層の透水性は、設備全体における排水処理能力及び含まれている重金属等に応じて適宜に調整することが望ましい。粒度調整材の粒径及び混合する割合を調整することにより、容易に濾過層の透水性を調整することができる。例えば、重金属が多く含まれている排水を処理する際には、小さい粒径の粒度調整材を混ぜたり、混合する粒度調整材の量を減らすことにより濾過層の透水性を低下させ、ゼオライトと重金属含有排水の接触時間を長くし重金属を十分に除去することが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、ゼオライトとこのゼオライトより大きな粒径の粒度調整材を混合した吸着剤を備えた濾過層を有し、この濾過層に重金属含有排水を通過させる重金属含有排水の処理装置であって、前記重金属含有排水を流入及び流出させる前記濾過層の流入口及び流出口には、各々フィルター層が備えられており、前記フィルター層は、ゼオライトのより小さな粒径の粒子のみ通過させることを特徴とする。
【００１６】
前記構成によっても、前記濾過層に重金属含有排水を通過させることによりゼオライトと重金属含有排水を接触させて、容易に重金属含有排水から重金属を除去することが出来る。また、前記フィルター層が設けられていることにより、濾過層に夾雑物が流入することを防ぐことができ、かつ、微粒子であるゼオライトが濾過層外へ流出することを防ぐことが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明において処理する重金属は、カドミウム、鉛等、陽イオンとして前記排水中に存在する重金属であることが望ましい。前述のように、本発明に用いるゼオライトは陽イオン交換機能を有しており、陽イオンとして存在する重金属を吸着する機能が高く、顕著な効果を得ることができるためである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、土壌汚染修復工事で発生する重金属含有排水の処理である。図１に示した本実施の形態に係る重金属含有排水処理の概要図に基づき、本実施の形態に用いる重金属含有排水の処理装置を説明する。尚、本実施の形態では、石炭灰から生成された人工ゼオライトを用いた。
【００１９】
本実施の形態に係る重金属含有排水の処理装置は、吸着塔１と、ｐＨ調整槽２とを備えている。前記吸着塔１は、重金属含有排水が流入する流入口１ａと、重金属含有排水が流出する流出口１ｂと、重金属含有排水に含まれている重金属を吸着する濾過層１０と、前記流入口１ａ、流出口１ｂと濾過層１０との間に設けられたフィルター層１１と、前記濾過層１０内のｐＨ値を測定するｐＨモニター１２を備えている。
【００２０】
前記濾過層１０は、石炭灰から生成されたゼオライト１３と、このゼオライト１３より大きな粒径である粒度調整材としての珪砂１４を混合した吸着剤により構成されている。図２は、濾過層内の拡大図であり、ゼオライト１３と珪砂１４が混合されている。尚、本実施の形態では、粒度調整材として珪砂１４を用いたが、前記ゼオライト１３より大きな粒径のものであれば良く珪砂には限られない。
【００２１】
珪砂１４は、重金属含有排水が通過する濾過層の透水性を調整しており、本実施の形態では処理能力等を考慮して、６号の珪砂を用いて、この珪砂１４の１％重量のゼオライト１３と珪砂１４とを混合して吸着剤とした。このように、粒度調整材の粒径及びゼオライトと混合する割合は、濾過層１０の透水性との関係で適宜に調整する。
【００２２】
ここで、人工ゼオライトの生成方法について説明する。ゼオライトの生成材料となる石炭灰を構成している主要成分は、ＳｉＯ２（シリカ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）であり、この両成分で約７０〜９０％を占めている。その他の成分としては、Ｆｅ２Ｏ３（鉄）、ＣａＯ（カルシウム）が各数％、微量成分としてＮａ２Ｏ（ナトリウム）、ＭｇＯ（マグネシウム）、Ｋ２Ｏ（カリウム）などである。この石炭灰は、ケイ酸成分とアルミニウム成分が単に混合しているのではなく、赤外線吸収スペクトルからはＳｉ−Ｏ−Ａｌの結合が考えられ、不純物を含んだケイ酸アルミニウム構造である。また、石炭灰は、構造ＯＨをほとんど含まない無水物であり、非結晶無水ケイ酸アルミニウムである。従って、人工ゼオライトを得るためには、石炭灰をアルカリ処理することにより石炭灰のゼオライト結晶化を行う。
【００２３】
その手順としては、まず、石炭灰と苛性ソーダ等のアルカリ溶液を混合し、混合したスラリーを規定温度まで加熱して反応させる。反応速度を上げるため、加圧する場合もある。反応完了後、洗浄及び固液分離を行い、固液分離したものを乾燥させる。この乾燥させたものが人工ゼオライトである。
【００２４】
前記フィルター層１１は、前記流入口１ａ、流出口１ｂと濾過層１０の間に設けられており、珪砂１４と不織布１５から構成されている。このフィルター層１１は、重金属含有排水の通過に伴い夾雑物が濾過層１０内に流入するのを防ぐと共に、前記ゼオライト１３が濾過層１０外へ流出するのを防止する。本実施の形態では、珪砂１４と不織布１５とを用いてフィルター層１１を構成したが、この構成に限られずゼオライト１３が通過せず、一定の透水性を有するものであれば良い。
【００２５】
前記ｐＨ調整槽２は、前記吸着槽１を通過した放流可能なレベルに重金属排水を一定期間貯留する貯水槽２１と、貯溜した排水を撹拌する攪拌機２２と、重金属含有排水の中和処理を行う薬剤としての硫酸２３ａ，水酸化ナトリウム２３ｂと、排水のｐＨ値を測定するｐＨモニター２４と、前記ｐＨモニターが測定するｐＨ値によって薬剤の投入を制御するｐＨ制御盤２５とを備えており、必要に応じて吸着層１を通過した排水を放水可能なｐＨ値となるよう中和処理を行う。
【００２６】
次いで、このように構成された重金属含有排水の処理装置を用いた重金属含有排水の処理方法を説明する。まず、重金属含有排水は流入口１ａから吸着塔１内へ流入する。この重金属含有排水はフィルター層１１を通過する。重金属含有排水内に夾雑物が含まれている場合には、フィルター層１１で取り除かれる。フィルター層１１を通過した重金属含有排水は濾過層１０に流入する。重金属含有排水が濾過層１０を通過する際にゼオライト１３と接触し、重金属含有排水に含まれている重金属はゼオライト１３に吸着され、分離する。濾過層１０を通過した重金属含有排水は、フィルター層１１を通過して流出口１ｂから吸着塔１外へ流出する。濾過層１０内で重金属はゼオライトに吸着されているため、流出した排水の重金属濃度は放流可能な濃度まで低下している。
【００２７】
そして、前記吸着塔１を通過した放流可能なレベルに重金属を除去した重金属含有排水を隣接するｐＨ調整槽２内の貯水槽２１に貯溜する。ｐＨモニター２４の測定により排水のｐＨ値が放水可能な範囲（５．８〜８．６）外であれば、ｐＨ制御盤２５が作動し薬剤としての硫酸２３ａ，水酸化ナトリウム２３ｂが排水内へ投入される。このとき、前記撹拌機２２により排水と硫酸２３ａ，水酸化ナトリウム２３ｂとが混合され、全体のｐＨ値が一定範囲内になるように中和処理が行われる。尚、吸着塔１を通過した排水のｐＨ値が放水可能な範囲（５．８〜８．６）内であれば中和処理を行う必要はなく、そのまま放流若しくは再利用を行うことができる。
【００２８】
このように本実施の形態によれば、前記濾過層１０に重金属含有排水を通過させることにより、排水に含まれている重金属を容易に取り除くことができる。また、濾過層１０内のゼオライト１３のｐＨ値を測定するｐＨモニター１２が設けられていることにより、濾過層１０内に重金属含有排水を通過させつつ、ゼオライト１３の吸着能力を低下等を容易に把握することができる。このゼオライト１３のｐＨ値と処理能力の関係を以下の実験例により示す。
【００２９】
〈実験例〉
ゼオライトのｐＨ値と吸着力との関係について、図３に示す実験装置３を用いて調べた。
（実験装置）
実験装置３は、濾過層３１とこの濾過層の上部と下部に設けられたフィルター層３２から構成されている。前記濾過層３１は、珪砂と人工ゼオライトを混合した吸着剤を投入した。実験装置３は、下方に位置する流入口３ａから上方に位置する流出口３ｂまで３０ｃｍであり、流入口３ａから６ｃｍ間隔で採水口（ＡからＥ）が設けられている。
【００３０】
（実験方法）
実験装置３の下部に位置する流入口３ａから重金属人工含有水を流入し、上方へ通過させ上部に位置する流出口３ｂから流出させる。各採水口（ＡからＥ）から重金属人工含有水を採取し、ｐＨ値，Ｐｂ，Ｃｄの濃度を測定した。実験期間は１３日間であり、１、３、６、８、１０、１３日経過後に前記測定を行った。表１に、実験条件を示す。
【表１】
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【００３１】
（実験結果）
【表２】
2005028245.tif 000004
前記実験結果から、いずれの経過時点においても採取口ＡよりＥの方がＰｂ，Ｃｄの濃度は低く、ゼオライトとの接触が増えることにより重金属の濃度は低下している。すなわち、重金属人工含有水をゼオライトに接触させることにより、重金属がゼオライトに吸着されることがわかる。また、Ｃｄ濃度、Ｐｄ濃度及びｐＨ値の変化を各々表したものを図４から図６に示す。図４は、ｐＨ値の変化を表しており、時間の経過に伴い、各採水地点から採取した排水のｐＨ値は中性に近づくことがわかる。また、図５はＣｄ濃度の変化、図６はＰｄ濃度の変化を表しており、重金属含有排水のｐＨ値が中性に近づくに伴い、重金属の検出濃度が高くなるということがわかる。すなわち、ゼオライトが中性になるとゼオライトの吸着能力が低下することが明確となり、ゼオライトのｐＨ値を管理することにより、排水処理装置の処理能力を管理することが可能となることが確認された。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、重金属含有排水をゼオライトに接触させることにより、重金属含有排水に含まれている重金属を容易に除去することが可能である。また、石炭灰等から生成されたゼオライトを有効活用することにより、産業廃棄物の最終処分量の減縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る重金属含有排水処理の概略図ある。
【図２】濾過層内部の拡大図である。
【図３】実験例に用いた実験装置の概略図である。
【図４】実験例におけるｐＨ値の変化を示した図である。
【図５】実験例におけるＣｄ濃度の変化を示した図である。
【図６】実験例におけるＰｂ濃度の変化を示した図である。
【符号の説明】
１  吸着塔
１ａ  流入口
１ｂ  流出口
１０  濾過層
１１  フィルター層
１２  ｐＨモニター
１３  ゼオライト
１４  珪砂
１５  不織布
２  ｐＨ調整槽
２１  貯水槽
２２  撹拌装置
２３ａ  硫酸
２３ｂ  水酸化ナトリウム
２４  ｐＨモニター
２５  ｐＨ制御盤
３  実験装置
３ａ  流入口
３ｂ  流出口
３１  濾過層
３２  フィルター層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005028245.tif 000008
【図５】
2005028245.tif 000009
【図６】
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