(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄酸化物の粒子からなる鉄類粒子と、重金属及び重金属化合物のうちの少なくとも一方を含む重金属類とを含有する水性泥状物の処理システムであって、
前記水性泥状物に鉄粉を混合し、該鉄粉に前記重金属類を捕捉させる流動床式の鉄粉混合器と、
前記鉄粉を磁気力により吸着する一方前記鉄類粒子を吸着しない低磁力磁化部を有していて、前記鉄粉混合器から排出された前記水性泥状物と前記鉄粉の混合物から、前記低磁力磁化部の磁気力により前記鉄粉を吸着して分離する鉄粉回収装置と、
前記鉄類粒子を吸着する高磁力磁化部を有していて、前記鉄粉回収装置から排出された前記水性泥状物から、前記高磁力磁化部の磁気力により前記鉄類粒子を吸着・分離し、製鉄原料として回収する湿式磁力分離装置と、
前記湿式磁力分離装置から排出された前記水性泥状物を、重力又は遠心力により該水性泥状物中の固体成分を沈降させて濃縮スラリーを生成するスラリー濃縮装置と、
前記スラリー濃縮装置から排出された前記濃縮スラリーに加圧濾過を施して脱水ケークを生成する脱水装置と、
前記脱水装置により生成された前記脱水ケークを乾燥させて乾燥土塊を生成する乾燥装置と、
前記湿式磁力分離装置によって回収された前記鉄類粒子を水で洗浄する洗浄器と、
前記洗浄器で洗浄された前記鉄類粒子を乾燥させるドライヤとを備えていることを特徴とする水性泥状物の処理システム。
【請求項２】
鉄酸化物の粒子からなる鉄類粒子と、重金属及び重金属化合物のうちの少なくとも一方を含む重金属類とを含有する水性泥状物の処理システムであって、
前記水性泥状物に鉄粉を混合し、該鉄粉に前記重金属類を捕捉させる流動床式の鉄粉混合器と、
前記鉄粉混合器から排出された前記水性泥状物と前記鉄粉の混合物から、比重差により前記鉄粉を分離する比重差分離装置と、
前記鉄類粒子を吸着する高磁力磁化部を有していて、前記比重差分離装置から排出された前記水性泥状物から、前記高磁力磁化部の磁気力により前記鉄類粒子を吸着・分離し、製鉄原料として回収する湿式磁力分離装置と、
前記湿式磁力分離装置から排出された前記水性泥状物を、重力又は遠心力により該水性泥状物中の固体成分を沈降させて濃縮スラリーを生成するスラリー濃縮装置と、
前記スラリー濃縮装置から排出された前記濃縮スラリーに加圧濾過を施して脱水ケークを生成する脱水装置と、
前記脱水装置により生成された前記脱水ケークを乾燥させて乾燥土塊を生成する乾燥装置と、
前記湿式磁力分離装置によって回収された前記鉄類粒子を水で洗浄する洗浄器と、
前記洗浄器で洗浄された前記鉄類粒子を乾燥させるドライヤとを備えていることを特徴とする水性泥状物の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物から重金属類を除去する一方、水性泥状物中の鉄類粒子を製鉄原料又は鉄系材料として回収する総合的な水性泥状物の処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、土地の掘削、改修又は造成、あるいは道路の建設又は補修などといった土木建築工事を行ったときには、土、砂、石等を含む大量の鉱物性混合物が発生する。そこで、このような鉱物性混合物を、湿式分級器を用いて分級し、あるいは破砕機を用いて破砕処理を施した上で湿式分級器を用いて分級して、再生砂、再生砂利等を生成するようにした鉱物性材料の再生システムが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このような鉱物性混合物には、有害な重金属及び／又は重金属化合物あるいはこれらのイオン（以下、これらを「重金属類」と総称する。）が混入していることがある。例えば、重金属類で汚染された土地の掘削又は造成等により発生した鉱物性混合物には必然的に重金属類が混入している。この場合、湿式分級器から重金属類を含む水性泥状物が排出される。そこで、水性泥状物中の重金属類を処理して、重金属類が除去された無害な鉱物性材料を回収するようにした鉱物性材料の再生システムが種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１１４７８０号公報
【特許文献２】特開平０６−３４３９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで一方、一般に土壌中あるいは土石中には、比較的粒子径が小さい砂鉄その他の鉄又は鉄酸化物の粒子（以下、これらを「鉄類粒子」と総称する。）が混在しているが、湿式分級器を用いる従来の鉱物性材料の再生システムでは、湿式分級器から排出される水性泥状物にこのような鉄類粒子が含まれることになる。なお、土壌に含まれる鉄類粒子の割合は、通常２〜３質量％であるものと推定される。
【０００６】
そして、重金属類を含む水性泥状物を処理する従来の鉱物性材料の再生システムでは、水性泥状物中に含まれる鉄類粒子は最終的には廃棄されることになる。このような鉄類粒子は、何らかの手段で回収すれば、製鉄原料として利用したり、鉄粉法による廃水の重金属処理等に利用したりすることができるものである。しかしながら、現時点において当該技術分野では、このような鉄類粒子を製鉄原料又は鉄系材料として回収することが可能な鉱物性材料の再生システムは見当たらない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、重金属類を含む水性泥状物から重金属類を除去する一方、該水性泥状物中に含まれる鉄類粒子を製鉄原料又は鉄系材料として回収することができる総合的な水性泥状物の処理システムを提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る、鉄の粒子及び鉄酸化物の粒子のうちの少なくとも一方を含む鉄類粒子と、重金属及び重金属化合物のうちの少なくとも一方（ないしはこれらのイオン）を含む重金属類とを含有する水性泥状物の処理システムは、重金属類処理装置と、湿式磁力分離装置と、脱水装置とを備えている。鉄類粒子としては、例えば砂鉄などが挙げられる。また、重金属類としては、例えばクロム、マンガン、水銀、銅、鉛、カドミウム、亜鉛、ニッケル及びこれらの化合物並びにこれらのイオンなどが挙げられる。なお、「水性泥状物」とは、土、砂等の比較的小径の鉱物性の固体成分が水中に懸濁又は分散している泥状物（スラリー）を意味する。
【０００９】
本発明に係る水性泥状物の処理システムおいて、重金属類処理装置は、水性泥状物中の重金属類を処理して除去する。湿式磁力分離装置（例えば、湿式ドラム磁選機）は、重金属類処理装置から排出された前記重金属類を含まない前記水性泥状物から、磁気力により鉄類粒子を吸着・分離して回収する。脱水装置（例えば、加圧濾過器）は、湿式磁力分離装置から排出された水性泥状物に加圧濾過を施して脱水ケークを生成する。
【００１０】
本発明に係る水性泥状物の処理システムにおいて、重金属類処理装置は、重金属類を捕捉するキレート樹脂もしくはキレート高分子、イオン交換樹脂、鉄粉又は活性炭の固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通する充填塔であってもよい。
【００１１】
本発明に係る水性泥状物の処理システムにおいて、重金属類処理装置は、水性泥状物にキレート剤を混合し該キレート剤に重金属類を捕捉させる流動床式のキレート剤混合器と、脱水装置から排出された濾過水から重金属類を回収する重金属類回収装置とを備えている装置群であってもよい。
【００１２】
本発明に係る水性泥状物の処理システムにおいて、重金属類処理装置は、水性泥状物にキレート剤を混合し該キレート剤に前記重金属類を捕捉させる流動床式のキレート剤混合器と、キレート剤混合器から排出された水性泥状物とキレート剤の混合物に前記キレート剤を溶解させるオイルを混合して攪拌し前記キレート剤を前記オイルに溶解させるオイル混合器と、オイル混合器から排出された水性泥状物とキレート剤とオイルの混合物から重力又は遠心力によりキレート剤とオイルの混合物を浮上分離するオイル分離装置とを備えている装置群であってもよい。
【００１３】
本発明に係る水性泥状物の処理システムにおいて、重金属類処理装置は、水性泥状物に鉄粉を混合し該鉄粉に重金属類を捕捉させる流動床式の鉄粉混合器と、鉄粉混合器から排出された水性泥状物と鉄粉の混合物から磁気力により鉄粉を吸着して分離する鉄粉回収装置とを備えている装置群であってもよい。
【００１４】
本発明に係る水性泥状物の処理システムにおいて、重金属類処理装置は、水性泥状物に鉄粉を混合し該鉄粉に重金属類を捕捉させる流動床式の鉄粉混合器と、鉄粉混合器から排出された水性泥状物と鉄粉の混合物から比重差により鉄粉を分離する比重差分離装置とを備えている装置群であってもよい。
【００１５】
本発明に係る水性泥状物の処理システムは、湿式磁力分離装置から排出された水性泥状物を、重力又は遠心力により該水性泥状物中の固体成分を沈降させて濃縮スラリーを生成し、濃縮スラリーを脱水装置に供給するスラリー濃縮装置を備えていてもよい。また、脱水装置により生成された脱水ケークを乾燥させて土塊を生成する乾燥装置を備えていてもよい。なお、本発明に係る水性泥状物の処理システムは、湿式磁力分離装置により回収された鉄類粒子を、炭素粉末と混合して加熱することにより非溶融状態又は半溶融状態で還元して鉄の粒子又は塊を生成する還元装置を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る水性泥状物の処理システムによれば、重金属類を含む水性泥状物から重金属類を除去して無害な脱水ケーキないしは土塊を生成することができるので、重金属類による環境汚染を防止することができる。これと同時に、水性泥状物中に含まれる鉄類粒子を回収して製鉄原料、鉄系材料等として利用ことができるので、資源の有効利用を図ることができる。すなわち、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】重金属類で汚染された土、砂、石、岩、コンクリート片等を含む鉱物性混合物を破砕した上で、重金属類を含まない砂製品及び礫状製品を回収する一方、副生成物として鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物を生成する鉱物性材料の回収システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態５に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムの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】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る水性泥状物の処理システムを具体的に説明する。まず、図１を参照しつつ、鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の発生形態の具体例を説明する。後記のとおり、図１に示す具体例では、鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物は、重金属類で汚染された土、砂、石、岩、コンクリート片等を含む鉱物性混合物を破砕した上で、湿式の分級機で分級して、重金属類を含まない砂製品及び礫状製品を回収する際に副生成物として生成される。しかしながら、本発明が対象とする鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物は、図１に示す発生形態により生じたものに限定されるわけではない。したがって、本発明は、種々の発生形態により生じた鉄類粒子及び重金属類を含有するすべての水性泥状物の処理に幅広く応用することができるものである。
【００１９】
図１に示すように、鉱物性材料の再生システムＲには、破砕設備として、前処理スクリーン１と、ジョークラッシャ２と、ロッドミルブレーカ３とが設けられている。なお、鉱物性混合物は、受入保管ヤードで受入検査を受けた後、受入ピットに受け入れられ、貯留されている。この鉱物性混合物は、図示していないベルトコンベア又はタイヤショベルにより、連続的に又は間欠的に前処理スクリーン１に投入される。
【００２０】
前処理スクリーン１は、乾式の篩分装置であって、粒径が区々の種々の塊粒を含んでいる鉱物性混合物を、例えば、粒径が９０ｍｍ以上（又は６０ｍｍ以上）の塊粒を含む混合物と、粒径が９０ｍｍ未満（又は６０ｍｍ未満）の塊粒を含む混合物とに篩分する。そして、粒径が９０ｍｍ以上の塊粒は、ベルトコンベア等によりジョークラッシャ２に移送される。他方、粒径が９０ｍｍ未満の塊粒は、ベルトコンベア等によりロッドミルブレーカ３に移送される。
【００２１】
ジョークラッシャ２は、詳しくは図示していないが、互いに対向して配置された固定板と可動板とを有し、回転体を回転させることにより可動板を固定板に対して往復移動させて被破砕物を破砕する破砕機であり、例えば固定板と可動板の最接近距離等を変えることにより、容易に破砕後の被破砕物の寸法ないしは粒度を調節することができるものである。そして、ジョークラッシャ２は、例えば、粒径が９０ｍｍ以上（又は６０ｍｍ以上）の塊粒を破砕（粗破砕）して、例えば粒径が４０ｍｍ未満の塊粒を生成する。この塊粒は、ベルトコンベア等によりロッドミルブレーカ３に移送される。
【００２２】
ロッドミルブレーカ３は、詳しくは図示していないが、ドラムの中に破砕具として複数のスチールロッド（例えば、１０本の７５ｍｍφ×２ｍのスチールロッド）を配置したものであり、ドラムの回転によってスチールロッドが互いに平行に転動して線接触し、その衝撃によりロッド間に存在する塊粒を細かく破砕する。なお、混合物は、ロッドミルブレーカ３に入る前に、水供給設備（図示せず）から供給される水（工業用水、水道水、井戸水、処理水等）と混合される。ロッドミルブレーカ３内で塊粒が破砕されるときに、塊粒に付着又は結合している重金属類の一部は剥離、溶解等により水中に離脱する。
【００２３】
また、再生システムＲには、湿式分級設備として、水供給設備から水が供給される湿式のジェットトロンメル４と、湿式サイクロン５とが設けられている。ジェットトロンメル４及び湿式サイクロン５においては、いずれも、塊粒が大量の水と接触するとともに個々の塊粒同士が互いに擦れ合うので、塊粒に付着又は結合している重金属類は、剥離、溶解等によりほぼ完全に水中に離脱する。
【００２４】
ジェットトロンメル４は、詳しくは図示していないが、水を貯留することができる受槽と、水平面に対して傾斜して配置された略円筒形のドラムスクリーンとを有する篩分装置であって、ドラムスクリーンは、モータによりその中心軸（円筒の中心軸）まわりに回転することができるようになっている。また、ドラムスクリーン内に、水をスプレー状で供給することができるようになっている。なお、水をスプレー状でドラムスクリーン内に供給するのではなく、ドラムスクリーンの一部（下部）を、受槽に貯留された水ないしは混濁物に浸漬するようにしてもよい。
【００２５】
そして、ドラムスクリーン内に水を供給しつつドラムスクリーンを回転させ、ロッドミルブレーカ３から、ドラムスクリーンの上側の開口端部（位置が高い方）を経由してドラムスクリーン内に混合物を投入すると、混合物は、基本的には重力により下側の開口端部（位置が低い方）に向かって移動する。その際、ドラムスクリーンの網目より細かい塊粒、例えば粒径が５ｍｍ未満の塊粒（以下「小径塊粒」という。）は、水とともにドラムスクリーンの網目を通り抜け、ドラムスクリーン外に出て受槽内に入る。なお、受槽内では、小径塊粒と水は、互いに混ざり合って水系混合物を形成している。
【００２６】
他方、ドラムスクリーンの網目より粗い塊粒、例えば粒径が５ｍｍ以上の塊粒（以下「大径塊粒」という。）は、ドラムスクリーンの網目を通り抜けることができないので、下側の開口端部を経由して、ドラムスクリーン外に排出され、粗目スクリーン１０に移送される。このジェットトロンメル４では、塊粒が大量の水と接触するとともに塊粒同士が互いに擦れ合うので、塊粒に付着又は結合している重金属類は、剥離、溶解等により水中に離脱する。
【００２７】
ジェットトロンメル４の受槽内の小径塊粒と水とからなる水系混合物は、湿式サイクロン５に移送される。湿式サイクロン５は、詳しくは図示していないが、下方に向かって狭まる略円錐状のシリンダ内に水系混合物を圧送して旋回流を生じさせ、これによって生じる遠心力を利用して、水系混合物を、小径塊粒のうちで比較的粒径が大きいもの、例えば粒径が０．５ｍｍ以上のもの（以下「再生砂」という。）と、比較的粒径が小さいもの、例えば粒径が０．５ｍｍ未満のもの（以下「微細回収物」という。）を含有する水性泥状物とに分離する。この湿式サイクロン５では、塊粒が大量の水と接触するとともに塊粒同士が互いに擦れ合うので、塊粒に付着又は結合している重金属類は、剥離、溶解等により水中に離脱する。
【００２８】
そして、湿式サイクロン５によって分離された再生砂は、後処理設備の一部であるサンドスクラバ６に移送される。なお、水性泥状物は、後記のとおり、泥状物タンク１２に移送される。以下、再生砂のための後処理設備の具体的な構成及び機能を説明する。再生砂のための後処理設備は、サンドスクラバ６と、ジェットラダーシュート７と、サンドスクリーン８と、脱水スクリーン９とで構成されている。
【００２９】
サンドスクラバ６には、水供給装置から水が供給される。そして、サンドスクラバ６は、詳しくは図示していないが、パドルミキサにより、水中で再生砂同士を揉み合わせながら送り出し、再生砂間の摩擦により再生砂の表面に付着している異物を剥離して除去する。なお、万一、再生砂に重金属類が残留している場合、この重金属類は再生砂から水中に離脱する。
【００３０】
サンドスクラバ６によって異物が除去された再生砂は排水とともに、水供給装置から水が供給されるジェットラダーシュート７に移送される。このジェットラダーシュート７は、所定の圧力及び水量で水を流動させて再生砂にすすぎ洗浄処理を施す。なお、再生砂の表面に、万一、異物又は重金属類が残留している場合、これらはこのすすぎ洗浄処理により再生砂から離脱する。
【００３１】
ジェットラダーシュート７によりすすぎ洗浄処理が施された再生砂は、排水とともに、水供給装置から水が供給されるサンドスクリーン８に移送される。このサンドスクリーン８は、所定の圧力及び水量で水を流動させて再生砂にすすぎ洗浄処理を施すとともに、万一異物が残留していれば、これを捕集して除去する。また、サンドスクリーン８では、再生砂は水中で脱水され、良質な洗い砂となって、脱水スクリーン９に移送される。サンドスクリーン８の排水は泥状物タンク１２に移送される。なお、この排水は、固形成分をほとんど含まないので、泥状物タンク１２に移送せず、排水処理装置に排出してもよい。
【００３２】
脱水スクリーン９では、再生砂に最終のすすぎ洗浄処理が施されるとともに、キレート処理が施される。脱水スクリーン９の排水は湿式サイクロン５に戻される。この排水は、排水処理装置に排出される。なお、この排水を泥状物タンク１２に移送してもよい。これにより、再生砂は良質な砂製品となり、保管ヤードに自然落下する。この砂製品は、例えばスライドベルトコンベア等により所定の貯留所に移送され、貯留される。なお、品質検査等により、万一砂製品に重金属類が含まれていることが発見された場合は、この砂製品をサンドスクラバ６に戻し、再度洗浄して重金属類を除去すればよい。
【００３３】
湿式サイクロン５から排出された、微細回収物を含有する水性泥状物、すなわち鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物は泥状物タンク１２に移送される（図２参照）。そして、後記のとおり、水性泥状物は、図２に示す処理システムＴよって処理され、無害化されるとともに、鉄類粒子が製鉄原料、鉄系材料等として回収される。
【００３４】
前記のとおり、ジェットトロンメル４から排出された大径塊粒（粒径が５ｍｍ以上の鉱物性塊粒）は粗目スクリーン１０に移送される。そして、粗目スクリーン１０は、大径塊粒を、粒径が４０ｍｍ以上のもの（以下「要破砕物」という。）と、粒径が４０ｍｍ未満のもの（以下「礫状製品」という。）とに篩分する。そして、要破砕物はインパクトクラッシャ１１に移送され、該インパクトクラッシャ１１によって破砕された後、粗目スクリーン１０に戻される。したがって、大径塊粒はすべて４０ｍｍ未満となって、粗目スクリーン１０から排出されることになる。
【００３５】
他方、礫状製品、すなわち粒径が５ｍｍ以上４０ｍｍ未満の鉱物性塊粒は、保管ヤードに自然落下する。この礫状製品は、例えばスライドベルトコンベア等により所定の貯留所に移送され、貯留される。なお、品質検査等により、万一礫浄製品に重金属類が含まれていることが発見された場合は、この礫浄製品をジェットトロンメル４に戻して重金属類を除去すればよい。
【００３６】
（実施形態１）
以下、図２を参照しつつ、本発明の実施形態１に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムを説明する。図２に示すように、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１においては、泥状物タンク１２内に、再生システムＲから排出された鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物が貯留されている。なお、詳しくは図示していないが、泥状物タンク１２内の水性泥状物は攪拌機によって攪拌され、水性泥状物中では固体成分はほぼ均一に分布又は分散している。
【００３７】
泥状物タンク１２内の水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により、重金属処理装置１３に移送される。重金属処理装置１３では、水性泥状物に対して重金属類処理が施され、水性泥状物から重金属類が除去され、重金属類を含まない水性泥状物が生成される。なお、重金属類としては、例えば、クロム、マンガン、銅、鉛、カドミウム、水銀、亜鉛、ニッケル、錫、コバルト、又はこれらの重金属の化合物、あるいはこれらの重金属又は化合物のイオンなどが挙げられる。
【００３８】
重金属処理装置１３としては、重金属を捕捉するキレート樹脂又はキレート高分子の固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通するようになっている充填塔を用いることができる（キレート法）。具体的には、例えば塔内において天井板と底板との間の円柱形の空間部にキレート樹脂又はキレート高分子の粒子が充填された充填塔を用いることができる。
【００３９】
重金属処理装置１３においては、充填塔内を水性泥状物が流通する際に、重金属類がキレート樹脂又はキレート高分子によって捕捉ないしは吸着され、水性泥状物中の重金属類が除去される。キレート樹脂又はキレート高分子は、重金属類で飽和したときには交換又は再生される。ここで、キレート樹脂又はキレート高分子に代えて、キレート剤を固定した非水溶性の無機多孔質の粉体、粒子又は塊を用いてもよい。
【００４０】
また、重金属処理装置１３として、重金属を捕捉する鉄粉で形成された固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通する充填塔を用いてもよい（鉄粉法）。ここで、鉄粉としては、例えば、比表面積が大きい鉄粉（例えば、２５００００ｃｍ２／ｇ以上のもの）、例えば硫酸鉄（ＩＩ）で表面処理を施した鉄粉を用いるのが好ましい。この場合、水性泥状物が充填塔内を流通する際に、重金属類が鉄粉に吸着され、水性泥状物中の重金属類が除去される。なお、鉄粉は、重金属類の吸着量が飽和したときには交換又は再生される。
【００４１】
そのほか、重金属処理装置１３として、重金属を捕捉する活性炭で形成された固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通する充填塔を用いてもよい。また、重金属を捕捉するイオン交換樹脂で形成された固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通する充填塔を用いてもよい。これらの場合、水性泥状物が充填塔内を流通する際に、重金属類が活性炭に吸着され、又はイオン交換樹脂に捕捉され、水性泥状物中の重金属類が除去される。
【００４２】
前記のいずれの重金属処理装置１３においても、充填塔に超音波発生機を付設し、充填塔内の水性泥状物に超音波を印加するのが好ましい。この場合、水性泥状物中の固形成分に付着もしくは結合し、又は固形成分内に含有されている重金属類が、超音波のエネルギにより、水中に遊離し又は溶解する（超音波洗浄）。さらに、固定床による水中に遊離又は溶解している重金属類の捕捉又は吸着が促進される。なお、重金属処理装置１３として、前記の種々の充填塔のうちの任意の複数のものを並列又は直列に接続したものを用いてもよい。
【００４３】
重金属処理装置１３から排出された重金属類を含まない水性泥状物は、「湿式磁力分離装置」である湿式磁選機１４に移送される。具体的には、湿式磁選機１４として、例えば三菱長崎機工株式会社から入手可能な「ＷＤ１１１５Ａ型の湿式ドラム型磁選機」を用いることができる。湿式磁選機１４では、水性泥状物中の鉄類粒子が、磁気力により吸着・分離されて回収される。ここで、湿式磁選機１４の鉄類胃粒子を吸着する磁石ないしは磁化部は、酸化鉄、例えばＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等（比透磁率が１０００未満）を含む鉄類粒子の大部分を吸着するような範囲に好ましく設定される。
【００４４】
湿式磁選機１４で回収された鉄類粒子は、洗浄器１８に移送されて水で洗浄され、該鉄類粒子に付着している微細な異物が除去される。洗浄器１８で洗浄された鉄類粒子は、ドライヤ１９に移送されて乾燥させられる。ドライヤ１９としては、例えば気流乾燥機又は流動層乾燥機を用いることができる。このようにして回収された鉄類粒子は、例えば製鉄原料として用いることができる。したがって、鉄又は鉄酸化物の粒子を、例えば屑鉄等と同様に、廃品回収業者ないしは製鉄業者に販売することができる。
【００４５】
また、回収された鉄類粒子を用いて独自に製鉄を行ってもよい。なお、鉄類粒子は、通常、鉄酸化物の粒子のみか、鉄の粒子と鉄酸化物の粒子の混合物である。この場合、その処理量が比較的少ないので、一般の製鉄業者が採用している間接製鉄法（溶融銑鉄法）、すなわち高炉、転炉等により製鉄原料（鉄鉱石）を比較的高い温度（例えば、１５００℃程度）で溶融しながら還元して鉄を生成する製鉄手法を用いることは極めて困難である。したがって、製鉄原料を溶融させず、製鉄原料と炭素粉末とを混合して比較的低い温度（例えば、５００〜１０００℃）で加熱し、非溶融状態又は半溶融状態で還元して海綿状又は塊状の鉄（塊錬鉄）を生成する直接製鉄法、例えばたたら製鉄法により、製鉄を行うのが実用的である。なお、このようにして生成された鉄は、炭素含有料が低く良質であるので、例えば刃物（包丁、刀剣等）の原料として用いることができる。
【００４６】
なお、回収された鉄類粒子は、そのままの状態で鉄粉法による水処理に用いてもよい。本願発明者らの実験によれば、鉄類粒子中の鉄の粒子及び鉄酸化物（主として、酸化第二鉄、四酸化三鉄）の粒子は、いずれも、重金属類を吸着する能力を有することが確認された。したがって、鉄類粒子を鉄粉法による廃水中の重金属類の除去に用いる場合は、その粒子が鉄であるか鉄酸化物であるかを区別する必要はなく、そのままの状態で「鉄粉」として用いることができる。
【００４７】
湿式磁選機１４で鉄類粒子が除去された水性泥状物は、「スラリー濃縮装置」であるシックナ１５に移送される。シックナ１５では、水性泥状物中の固体成分が重力により沈降させられる。その結果、水性泥状物は、固体成分が濃縮された濃縮スラリーと、固体成分をほとんど含まない上澄液とに分離される。なお、水性泥状物の固体成分の濃度ないしは割合が高い場合は、水性泥状物をさほど濃縮することができないので、シックナ１５を設けなくてもよい。また、水性泥状物の固体成分の濃度ないしは割合が低い場合でも、シックナ１５を省略することは可能である。
【００４８】
シックナ１５により生成された濃縮スラリーは、スラリーポンプ等のスラリー供給手段により、シックナ１５から「脱水装置」である圧力濾過器１６（フィルタプレス）へ移送される。具体的には、圧力濾過器１６として、例えば株式会社栗田機械製作所から入手可能な濾布固定濾枠式の「ＦＭ型フィルタプレス」などを用いることができる。圧力濾過器１６は、詳しくは図示していないが、バッチ式又は連続式の加圧式濾過器であって、シックナ１５から受け入れた濃縮スラリーに加圧濾過を施し、脱水ケークと濾過水とを生成する。加圧濾過器１６の濾過圧力は、例えば脱水ケークの含水率が６０〜７０％となるように好ましく設定される。なお、脱水装置として、加圧濾過器以外の脱水装置、例えば真空濾過器（オリバー式濾過器）などを用いてもよい。
【００４９】
圧力濾過器１６により生成された脱水ケークは、乾燥機１７により乾燥させられ、乾燥土塊又は乾燥粒子となる。なお、脱水ケークをそのままの状態で廃棄する場合は、乾燥機１７を設ける必要はない。ここで、圧力濾過器１６により生成された脱水ケークを、改質材を添加することにより改質して改良土を生成してもよい。このような改良土は、例えば盛土材等として用いることができる。
【００５０】
以上、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムによれば、重金属類を含む水性泥状物から重金属類を除去して無害な脱水ケーキないしは土塊を生成することができるので、重金属類による環境汚染を防止することができる。また、水性泥状物中に含まれる鉄類粒子を回収して製鉄原料、鉄系材料等として利用ことができるので、資源の有効利用を図ることができる。すなわち、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【００５１】
（実施形態２）
以下、図３を参照しつつ、本発明の実施形態２に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムＴ２を説明する。ただし、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２は、図２に示す実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と、重金属類処理装置の構成及び機能が異なるだけであり、その他の構成要素の構成及び機能は実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と同様である。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主として重金属類処理装置の構成及び機能を説明する。なお、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２において、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と共通の構成要素については、実施形態１と同一の参照番号を付している。
【００５２】
図３に示すように、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２においては、重金属類処理装置は、キレート剤混合器２０と、キレート剤供給装置２１と、重金属類回収装置３０とで構成されている。そして、この水性泥状物の処理システムＴ２では、泥状物タンク１２内の水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により、キレート剤混合器２０に移送される。他方キレート剤供給装置２１からキレート剤混合器２０へキレート剤（例えば、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ）又はその水溶液が供給される。
【００５３】
そして、詳しくは図示していないが、キレート剤混合器２０内では、例えば攪拌機によって水性泥状物とキレート剤の混合物が攪拌されて流動し、キレート剤によって重金属類が捕捉される。すなわち、キレート剤混合器２０は、流動床式の混合器ないしは反応器である。また、このキレート剤混合器２０内では、水性泥状物中の固形成分に付着もしくは結合し、又は固形成分内に含有されている重金属類が、キレート剤により水中に抽出（固体抽出又はリーチング）される。なお、この重金属類抽出作用は、水性泥状物の攪拌の強度を高めれば高めるほど促進される。
【００５４】
ここで、キレート剤混合器２０に超音波発生機を付設し、キレート剤混合器２０内の水性泥状物に超音波を印加するのが好ましい。この場合、水性泥状物中の固形成分に付着もしくは結合し、又は固形成分内に含有されている重金属類が、超音波のエネルギにより、水中に遊離し又は溶解する（超音波洗浄）。キレート剤混合器２０から排出された、重金属類を捕捉したキレート剤を含む水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により湿式磁選機１４に移送され、実施形態１の場合と同様に、水性泥状物中の鉄類粒子が磁気力により吸着・分離されて回収される。
【００５５】
また、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２では、加圧濾過器１６から排出された、重金属類を捕捉したキレート剤を含む濾過水はキレート剤混合器２０に戻される。すなわち、キレート剤は循環使用される。なお、キレート剤の重金属類の捕捉量ないしは重金属類の含有率が予め設定した許容値を超えたとき、あるいは飽和状態となったときには、濾過水は重金属類回収装置３０に移送され、濾過水中の重金属類が回収され又は処理される。なお、重金属類の回収又は処理は、例えば重金属類を捕捉したキレート剤を含む濾過水に凝集剤を添加して、キレート剤ないしは重金属類を沈殿させた後、沈降分離することにより容易に行うことができる。
【００５６】
実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２においても、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１の場合と同様に、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【００５７】
（実施形態３）
以下、図４を参照しつつ、本発明の実施形態３に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムＴ３を説明する。ただし、実施形態３に係る水性泥状物の処理システムＴ３は、図２に示す実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１又は図３に示す実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ２と、重金属類処理装置の構成及び機能が異なるだけであり、その他の構成要素の構成及び機能は実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と同様である。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主として重金属類処理装置の構成及び機能を説明する。なお、実施形態３に係る水性泥状物の処理システムＴ３において、実施形態１又は２に係る水性泥状物の処理システムＴ１又はＴ２と共通の構成要素については、実施形態１又は２と同一の参照番号を付している。
【００５８】
図４に示すように、実施形態３に係る水性泥状物の処理システムＴ３においては、重金属類処理装置は、キレート剤混合器２０と、キレート剤供給装置２１と、オイル混合器２２と、オイルタンク２３と、オイル分離装置２４とで構成されている。そして、この水性泥状物の処理システムＴ３では、泥状物タンク１２内の水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により、キレート剤混合器２０に移送される。他方、キレート剤供給装置２１からキレート剤混合器２０へキレート剤（例えば、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ）又はその水溶液が供給される。
【００５９】
そして、詳しくは図示していないが、キレート剤混合器２０内では、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ３と同様に、水性泥状物とキレート剤の混合物が攪拌されて流動し、キレート剤によって重金属類が捕捉される。なお、実施形態３に係る水性泥状物の処理システムＴ３においても、実施形態２に係る水性泥状物の処理システムＴ３の場合と同様の理由により、キレート剤混合器２０に超音波発生機を付設し、キレート剤混合器２０内の水性泥状物に超音波を印加するのが好ましい。
【００６０】
キレート剤混合器２０から排出された、重金属類を捕捉したキレート剤を含む水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段によりオイル混合器２２に移送される。他方、オイルタンク２３からオイル混合器２２へ、キレート剤を溶解させる一方水とは混和しないオイル、例えば大豆油等の植物油が供給される。そして、詳しくは図示していないが、オイル混合器２２内では、例えば攪拌機によって水性泥状物とキレート剤とオイルの混合物が攪拌されて流動し、該キレート剤は水性泥状物から離脱してオイル中に溶解ないしは溶出する。要するに、水中に溶解していたキレート剤は、液・液抽出により水中からオイル中に移動する。なお、前記のオイルに代えて、キレート剤を溶解させる一方水と混和しないオイル以外の液体を用いてもよい。
【００６１】
オイル混合器２２から排出された、重金属類が除去された水性泥状物と、重金属類を捕捉したキレート剤を含むオイルの混合物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段によりオイル分離装置２４に移送される。オイル分離装置２４では、重力又は遠心力により、水性泥状物と、キレート剤とオイルの混合物とが分離される。すなわち、水性泥状物とは混和せず、かつ水性泥状物よりも比重（密度）が小さいキレート剤とオイルの混合物は、水性泥状物の上に浮遊するので、水性泥状物と、キレート剤とオイルの混合物とを容易に分離することができる。
【００６２】
オイル分離装置２４で浮上分離されたキレート剤とオイルの混合物はオイルタンク２３に戻され、循環使用される。なお、オイル中のキレート剤の濃度が予め設定した許容値を超えたとき、あるいは飽和濃度になったときには、オイルはオイル焼却装置２５に移送され、焼却される。ここで、重金属類は、燃焼しないので、オイル焼却装置２５内に灰として残る。なお、重金属類を含む灰は、例えばコンクリート固化等により処分される。
【００６３】
オイル分離装置２４から排出された重金属類を含まない水性泥状物は、湿式磁選機１４に移送された後、本発明の実施形態１の場合と同様に処理され、鉄類粒子が回収される一方、乾燥土塊が生成される。実施形態３に係る水性泥状物の処理システムＴ３においても、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１の場合と同様に、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【００６４】
（実施形態４）
以下、図５を参照しつつ、本発明の実施形態４に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムＴ４を説明する。ただし、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４は、図２に示す実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と、重金属類処理装置の構成及び機能が異なるだけであり、その他の構成要素の構成及び機能は実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と同様である。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主として重金属類処理装置の構成及び機能を説明する。なお、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４において、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１と共通の構成要素については、実施形態１と同一の参照番号を付している。
【００６５】
図５に示すように、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４においては、重金属類処理装置は、鉄粉混合器２６と、鉄粉供給装置２７と、鉄粉回収装置２８とで構成されている。そして、この水性泥状物の処理システムＴ４では、泥状物タンク１２内の水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により、鉄粉混合器２６に移送される。他方、鉄粉供給装置２７から鉄粉混合器２６へ鉄粉が供給される。そして、詳しくは図示していないが、鉄粉混合器２６内では、例えば攪拌機によって水性泥状物と鉄粉の混合物が攪拌されて流動し、鉄粉によって重金属類が捕捉又は吸着される。すなわち、鉄粉混合器２６は、流動床式の混合器ないしは吸着槽である。なお、鉄粉は、本発明の実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１で用いたものと同様である。
【００６６】
ここで、鉄粉混合器２６に超音波発生機を付設し、鉄粉混合器２６内の水性泥状物に超音波を印加するのが好ましい。この場合、水性泥状物中の固形成分に付着もしくは結合し、又は固形成分内に含有されている重金属類が、超音波のエネルギにより、水中に遊離し又は溶解する（超音波洗浄）。さらに、鉄粉による水中に遊離又は溶解している重金属類の捕捉又は吸着が促進される。
【００６７】
鉄粉混合器２６から排出された、重金属類が除去された水性泥状物と重金属類を捕捉又は吸着した鉄粉との混合物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により鉄粉回収装置２８に移送される。鉄粉回収装置２８としては、例えば三菱長崎機工株式会社から入手可能な「ＷＤ１１１５Ａ型の湿式ドラム型磁選機」を用いることができる。ここで、鉄粉回収装置２８の鉄粉を吸着する磁石ないしは磁化部は、鉄粉（比透磁率が５０００以上）は吸着する一方、酸化鉄、例えばＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等（比透磁率が１０００以下）を含む鉄類粒子は吸着しないような範囲に好ましく設定される。
【００６８】
鉄粉回収装置２８では、水性泥状物から、重金属類を捕捉又は吸着した鉄粉が、磁気力により吸着・分離されて回収される。なお、鉄類粒子は鉄粉回収装置２８の磁石ないしは磁化部には吸着されない。鉄粉回収装置２８で回収された鉄粉は鉄粉混合器２６に戻され、循環使用される。鉄粉は、重金属類の吸着量が飽和したときには交換又は再生される。
【００６９】
鉄粉回収装置２８から排出された重金属類を含まない水性泥状物は、湿式磁選機１４に移送された後、本発明の実施形態１の場合と同様に処理され、鉄類粒子が回収される一方、乾燥土塊が生成される。実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４においても、実施形態１に係る水性泥状物の処理システムＴ１の場合と同様に、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【００７０】
（実施形態５）
以下、図６を参照しつつ、本発明の実施形態５に係る鉄類粒子及び重金属類を含有する水性泥状物の処理システムＴ５を説明する。ただし、実施形態５に係る水性泥状物の処理システムＴ５は、図５に示す実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４と、重金属類処理装置を構成する鉄粉の回収装置の構成及び機能が異なるだけであり、その他の構成要素の構成及び機能は実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４と同様である。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主として重金属類処理装置、とくに鉄粉の回収装置の構成及び機能を説明する。なお、実施形態５に係る水性泥状物の処理システムＴ５において、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４と共通の構成要素については、実施形態４と同一の参照番号を付している。
【００７１】
図６に示すように、実施形態５に係る水性泥状物の処理システムＴ５においては、重金属類処理装置は、鉄粉混合器２６と、鉄粉供給装置２７と、比重差分離装置２９とで構成されている。そして、この水性泥状物の処理システムＴ５では、泥状物タンク１２内の水性泥状物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により鉄粉混合器２６に移送される。他方、鉄粉供給装置２７から鉄粉混合器２６へ鉄粉が供給される。そして、実施形態４の場合と同様に、鉄粉混合器２６内では、例えば攪拌機によって水性泥状物と鉄粉の混合物が攪拌されて流動し、鉄粉によって重金属類が捕捉又は吸着される。鉄粉は、本発明の実施形態１又は４に係る水性泥状物の処理システムＴ１又はＴ４で用いたものと同様である。なお、実施形態５に係る水性泥状物の処理システムＴ５においても、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４の場合と同様の理由により、鉄粉混合器２６に超音波発生機を付設し、鉄粉混合器２６内の水性泥状物に超音波を印加するのが好ましい。
【００７２】
鉄粉混合器２６から排出された、重金属類が除去された水性泥状物と重金属類を捕捉又は吸着した鉄粉の混合物は、スラリーポンプ等の泥状物供給手段により湿式の比重差分離装置２９に移送される。比重差分離装置２９は、詳しくは図示していないが、鉄粉の比重が、水性泥状物中の他の固形成分（鉄類粒子、土等）の比重より大幅に大きいことを利用して、水性泥状物から鉄粉を分離するものである。なお、鉄粉の比重は７．９程度であり、鉄類粒子（酸化鉄）の比重は５．１〜５．５程度であり、土ないしは砂の比重は２．１〜２．５程度である。
【００７３】
具体的には、比重差分離装置２９は、縦型の筒状体（底部は逆円錐状）内で水性泥状物を、比重が小さい鉄類粒子の水性泥状物中（水中）における沈降速度（比較的緩速）よりは大きく、比重が大きい鉄粉の水性泥状物中（水中）における沈降速度（比較的高速）よりは小さい流速で上向きに層流で流動させ、筒状体の頂部から鉄粉を含まない水性泥状物を流出させる一方、底部から鉄粉のスラリーを引き抜くことにより、水性泥状物から鉄粉を分離する。比重差分離装置２９で回収された鉄粉は、鉄粉混合器２６に戻され、循環使用される。なお、鉄粉は、重金属類の吸着量が飽和したときには交換又は再生される。
【００７４】
比重差分離装置２９から排出された重金属類を含まない水性泥状物は、湿式磁選機１４に移送された後、実施形態４の場合と同様に処理され、鉄類粒子が回収される一方、乾燥土塊が生成される。実施形態５に係る水性泥状物の処理システムＴ５においても、実施形態４に係る水性泥状物の処理システムＴ４と同様に、重金属類の拡散の防止及び資源の有効利用の観点から、鉄類粒子及び重金属類を含む水性泥状物を総合的かつ合理的に処理することができる。
【符号の説明】
【００７５】
Ｒ  鉱物性材料の再生システム、Ｔ１〜Ｔ５  水性泥状物の処理システム、１  前処理スクリーン、２  ジョークラッシャ、３  ロッドミルブレーカ、４  ジェットトロンメル、５  湿式サイクロン、６  サンドスクラバ、７  ジェットラダーシュート、８  サンドスクリーン、９  脱水スクリーン、１０  粗目スクリーン、１１  インパクトクラッシャ、１２  泥状物タンク、１３  重金属累処理装置、１４  湿式磁選機、１５  シックナ、１６  加圧濾過器、１７  乾燥機、１８  洗浄器、１９  ドライヤ、２０  キレート剤混合器、２１  キレート剤供給装置、２２  オイル混合器、２３  オイルタンク、２４  オイル分離装置、２５  オイル焼却装置、２６  鉄粉混合器、２７  鉄粉供給装置、２８  鉄粉回収装置、２９  比重差分離装置、３０  重金属類回収装置。
【要約】
【課題】重金属類を含む水性泥状物から重金属類を除去する一方、鉄類粒子を鉄系原料として回収することができる、水性泥状物の処理システムを提供する。
【解決手段】水性泥状物の処理システムＴ１は、重金属類処理装置１３と、湿式ドラム磁選機１４と、加圧濾過器１６とを備えている。重金属類処理装置１３は、水性泥状物中の重金属類を除去して、重金属類を含まない水性泥状物を生成する。湿式ドラム磁選機１４は、重金属類処理装置１３から排出された重金属類を含まない水性泥状物から、磁気力により鉄類粒子を吸着・分離して回収する。加圧濾過器１６は、湿式ドラム磁選機１４から排出された水性泥状物に加圧濾過を施して脱水ケークを生成する。重金属類処理装置１３には、重金属を捕捉するキレート樹脂、イオン交換樹脂、鉄粉又は活性炭の固定床が塔内に配設され、固定層内の空隙部を水性泥状物が流通する充填塔が用いられる。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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