(57)【要約】【課題】本発明は、高濃度のヒ素を含む酸性液からヒ素を回収する方法を提供することを課題とする。【解決手段】ヒ素を吸着した鉄粉を酸性液で処理することによって発生した、ヒ素を含む酸性液を、陰極及び陽極を備える電気分解装置において電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法によって、上記課題を解決することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒ素を吸着した鉄粉を酸性液で処理することによって発生した、ヒ素を含む酸性液を、陰極及び陽極を備える電気分解装置において電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法。
【請求項２】
ヒ素及び５００〜２３，０００（ｍｇ／Ｌ）の鉄を含む酸性液を、陰極及び陽極を備える電気分解装置において電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法。
【請求項３】
酸性液に含まれるヒ素の濃度が１０〜５００（ｍｇ／Ｌ）である、請求項２に記載のヒ素の回収方法。
【請求項４】
酸性液がアスコルビン酸溶液である、請求項１〜３のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
【請求項５】
陰極がステンレス鋼電極であり、陽極が炭素電極である、請求項１〜４のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
【請求項６】
陰極及び陽極が平板形状を有し、陰極及び陽極を１．０〜２．０ｃｍの間隔をあけて並列に配置する、請求項１〜５のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
【請求項７】
（１）ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる吸着工程、及び
吸着工程において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する分離工程、
を含み、分離工程において分離された鉄粉を吸着工程において再利用する第１のサイクル；並びに
（２）ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる吸着工程、
吸着工程において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する分離工程、及び
分離工程において分離された鉄粉を酸性液で処理して、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復する回復工程、
を含み、回復工程においてヒ素に対する吸着能が回復した鉄粉を吸着工程において再利用する第２のサイクル； 
を含み、
回復工程において発生した、ヒ素を含む酸性液を請求項１〜６のいずれかに記載のヒ素の回収方法に付して、酸性液からヒ素を析出分離する電気分解工程を更に含む、ヒ素を含む泥水の浄化方法。
【請求項８】
電気分解工程において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液を回復工程において再利用する、請求項７に記載のヒ素を含む泥水の浄化方法。
【請求項９】
ヒ素を含む泥水の浄化装置であって、
ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる混合槽；
混合槽において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する磁力分離装置；
磁力分離装置によって分離された鉄粉を混合槽に返送する第１の返送ライン；
磁力分離装置によって分離された鉄粉を酸性液で処理して、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復する回復装置；
回復装置においてヒ素に対する吸着能が回復した鉄粉を混合槽に返送する第２の返送ライン；
回復装置において発生した、ヒ素を含む酸性液を電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離する電気分解装置；及び
電気分解装置において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液を回復装置に返送する第３の返送ライン；
を備える、ヒ素を含む泥水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒ素の回収方法並びにヒ素を含む泥水の浄化方法及び浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、わが国では建設工事等で発生する自然由来のヒ素を含んだ発生土に対しては、下記の従来技術１又は従来技術２で対応してきた経緯がある。いずれも、工事実施エリアでは有害金属類に対する特段の対応は実施せずにプロジェクト遂行が可能であった。
【０００３】
＜従来技術１：建設発生土として海面埋め立て等＞
「海洋汚染等及び海上災害の防止に関する法律施行令第５条第１項に規定する埋立場所等に排出しようとする金属等を含む廃棄物に係る判定基準を定める省令」（昭和４８年２月１７日総令６号、最終改正：平成２６年５月３０日環境省令第１９号）に定められた基準、いわゆる「水底土砂に係わる判定基準」によれば、重金属類の溶出量基準値は概ね土壌環境基準の１０倍まで許容される。ヒ素に関しても、土壌溶出量基準が０．０１ｍｇ／Ｌであるのに対し、水底土砂の判定基準では０．１ｍｇ／Ｌである。そのため、ほとんど全ての自然由来ヒ素汚染土の溶出濃度はクリアすることが可能であり、海面埋立てにおける受入れ先があれば、ヒ素に対しては無処理でそのまま搬出することが可能であった（首都圏においては新海面処分場や南本牧埠頭等が一例として挙げられる）。
【０００４】
＜従来技術２：重金属溶出量基準を超過したら汚泥として処分＞
施工中の濃度管理あるいは事前調査での判定に基づいて、重金属溶出量基準を超過する発生土を、建設汚泥として指定の業者に搬出し、セメント原料化あるいは処分場へ搬出する方法があった。
【０００５】
しかしながら、従来技術１は、比較的大規模な事業での実績もあるが、処分場所及び処分容量が逼迫し、立地自治体の公共工事が優先される等の状況である。従来技術２についても処分容量（受入れ可能量）が限られており、今後首都圏や中京圏で実施される大規模事業から発生することが予測される自然由来汚染土の発生量に対して、圧倒的に容量が不足している状況である。
【０００６】
ところで、鉄粉がヒ素を含む重金属類を吸着するという知見は、１９８０年前後において排水処理の分野で既知の事実となっている（例えば、非特許文献１及び２）。鉄粉でヒ素を吸着する方法としては例えば下記の従来技術３及び４が知られている。
【０００７】
＜従来技術３：鉄粉にヒ素を吸着させ、超電導磁石分離装置で磁力選別する方法＞
ヒ素を含む泥水に鉄粉を混合して一定時間反応させた後に、超伝導磁石を用いた磁気分離装置で鉄粉を回収する方法が提案されている（非特許文献３）。
【０００８】
＜従来技術４：鉄粉にヒ素を吸着させ、遠心分離機で回収する方法＞
ヒ素を含む泥水に鉄粉を混合して一定時間反応させた後に、比重差を利用して遠心分離装置で鉄粉を回収する方法が提案されている（非特許文献４）。
【０００９】
しかしながら、従来技術３における超伝導磁石を用いた分離方式では、磁石の素材にもよるが超伝導状態を形成・維持するために冷却溶媒（液体ヘリウムや液体窒素）といった電気・水以外のユーティリティを必要とするという問題点がある。また、占有面積に比して処理能力が比較的小さいため、大規模な施工案件では高価な装置を複数台使用することが不可欠となる。従来技術４における遠心分離方式では、土砂分の３０％程度が鉄粉と共に分離されてしまうという問題点がある。また、スクリューデカンタ方式の遠心分離機は占有面積が非常に大きくなるという問題点も有する。更に、上記従来技術３及び従来技術４ともに、ヒ素吸着用の鉄粉は、飽和吸着量に達するまで一定回数の繰返し利用が可能であるが、大規模な施工案件への適用に際しては、ヒ素浄化用鉄粉の使用量が膨大となる問題点がある。
【００１０】
そこで、特許文献１は、上記の問題点を解決するための方法を開示している。具体的には、特許文献１は、汎用されている小型で安価な永久磁石を用いた磁力選別機を用いること、及び鉄粉を繰り返し使用し、且つ必要に応じて鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復させることを特徴とする方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許５７４６４０７号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】鉄粉による排水中の有害物質の一括処理法の問題点と処理効果、桂鉄雄、ＰＰＭ、７巻、９号、２４〜３７頁、１９７６年
【非特許文献２】鉄粉法による排水中の重金属などの有害物質の処理、木村利宗、ＰＰＭ、１３巻、９号、４７〜５６頁、１９８２年
【非特許文献３】鉄粉と磁気分離による泥水中の砒素抽出技術、伊藤圭二郎ほか、第２０回  地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集、８〜１２頁、２０１４年
【非特許文献４】鉄粉を利用した砒素汚染土壌の洗浄無害化技術、三浦俊彦ほか、大林組技術研究所報、第７７号、１〜７頁、２０１３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１の方法によれば、狭いスペースにおいて少量の鉄粉を用いて、ヒ素を含む泥水を効率的に浄化することができる。しかしながら、特許文献１の方法には改善の余地が残されている。即ち、特許文献１の方法は、使用済鉄粉（即ち、ヒ素を吸着した鉄粉）のヒ素に対する吸着能を回復させるために、使用済鉄粉を酸性液で処理する回復工程を含んでいるが、回復工程において高濃度のヒ素を含む酸性液が発生してしまう。高濃度のヒ素を含む酸性液を廃棄するためには、高額の費用が必要となる。
【００１４】
そのため、本発明は、高濃度のヒ素を含む酸性液からヒ素を回収する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、当該回収方法を組み入れた、ヒ素を含む泥水の浄化方法及び浄化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】
【００１５】
本発明者等が鋭意検討した結果、高濃度のヒ素を含む酸性液を電気分解することにより、酸性液からヒ素を析出分離できることを見出した。
【００１６】
本発明は以下の実施形態を含む。
［１］ヒ素を吸着した鉄粉を酸性液で処理することによって発生した、ヒ素を含む酸性液を、陰極及び陽極を備える電気分解装置において電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法。
［２］ヒ素及び５００〜２３，０００（ｍｇ／Ｌ）の鉄を含む酸性液を、陰極及び陽極を備える電気分解装置において電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法。
［３］酸性液に含まれるヒ素の濃度が１０〜５００（ｍｇ／Ｌ）である、［２］に記載のヒ素の回収方法。
［４］酸性液がアスコルビン酸溶液である、［１］〜［３］のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
［５］陰極がステンレス鋼電極であり、陽極が炭素電極である、［１］〜［４］のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
［６］陰極及び陽極が平板形状を有し、陰極及び陽極を１．０〜２．０ｃｍの間隔をあけて並列に配置する、［１］〜［５］のいずれかに記載のヒ素の回収方法。
［７］（１）ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる吸着工程、及び
吸着工程において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する分離工程、
を含み、分離工程において分離された鉄粉を吸着工程において再利用する第１のサイクル；並びに
（２）ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる吸着工程、
吸着工程において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する分離工程、及び
分離工程において分離された鉄粉を酸性液で処理して、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復する回復工程、
を含み、回復工程においてヒ素に対する吸着能が回復した鉄粉を吸着工程において再利用する第２のサイクル； 
を含み、
回復工程において発生した、ヒ素を含む酸性液を［１］〜［６］のいずれかに記載のヒ素の回収方法に付して、酸性液からヒ素を析出分離する電気分解工程を更に含む、ヒ素を含む泥水の浄化方法。
［８］電気分解工程において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液を回復工程において再利用する、［７］に記載のヒ素を含む泥水の浄化方法。
［９］ヒ素を含む泥水の浄化装置であって、
ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させる混合槽；
混合槽において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する磁力分離装置；
磁力分離装置によって分離された鉄粉を混合槽に返送する第１の返送ライン；
磁力分離装置によって分離された鉄粉を酸性液で処理して、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復する回復装置；
回復装置においてヒ素に対する吸着能が回復した鉄粉を混合槽に返送する第２の返送ライン；
回復装置において発生した、ヒ素を含む酸性液を電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離する電気分解装置；及び
電気分解装置において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液を回復装置に返送する第３の返送ライン；
を備える、ヒ素を含む泥水の浄化装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高濃度のヒ素を含む酸性液からヒ素を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ヒ素を含む泥水の浄化手順の一例を示す。
【図２】浄化装置の一実施形態の概略を示す。
【図３】マグネットセパレーターの一実施形態の概略を示す。
【図４】実施例１の電気分解条件下（電極間隔：５．０ｃｍ、接触電極面積：約４００ｃｍ２）における、通電時間とヒ素除去率との関係を示す。
【図５】実施例２の電気分解条件下（電極間隔：１．５ｃｍ、接触電極面積：約５７６ｃｍ２）における、通電時間とヒ素除去率との関係を示す。
【図６】実施例２の電気分解後における陰極表面の、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置による蛍光Ｘ線スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜ヒ素の回収方法＞
本発明の一実施形態は、ヒ素を含む酸性液（以下「汚染酸性液」ともいう。）を電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離することを含む、ヒ素の回収方法に関する。
【００２０】
汚染酸性液としては、例えば、ヒ素を吸着した鉄粉を酸性液で処理することによって発生した汚染酸性液等を挙げることができる。より具体的には、汚染酸性液として、泥水式シールド掘削工事によって発生した余剰泥水に含まれる自然由来のヒ素を吸着した鉄粉を酸性液で処理することによって発生した汚染酸性液等を挙げることができる。
【００２１】
また、汚染酸性液として、例えば、所定の濃度のヒ素及び所定の濃度の鉄を含む酸性液等を挙げることができる。ヒ素の濃度としては、例えば、１０〜５００（ｍｇ／Ｌ）、５０〜４００（ｍｇ／Ｌ）、９０〜２００（ｍｇ／Ｌ）等を挙げることができる。鉄の濃度としては、例えば、５００〜２３，０００（ｍｇ／Ｌ）、１，０００〜１５，０００（ｍｇ／Ｌ）、３，０００〜１２，０００（ｍｇ／Ｌ）等を挙げることができる。
【００２２】
汚染酸性液に含まれる酸としては、有機酸及び無機酸を挙げることができる。有機酸としては、アスコルビン酸、クエン酸、シュウ酸等の還元作用を持つ有機酸類全般を挙げることができる。無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、アジチオン酸等を挙げることができる。
【００２３】
汚染酸性液の電気分解は、例えは、陰極及び陽極を備える電気分解装置で行うことができる。電極の材料としては、特別なものを用いる必要はなく、本発明の属する技術分野で一般的に使用されているものを適用できる。陰極の材料としては、例えば、各種ステンレス鋼、パラジウム、ニッケル、チタン等を挙げることができる。ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレスとして汎用されているＳＵＳ３０４等を使用することもできる。陽極の材料としては、例えば、炭素、アルミニウム、銅又はチタン、或いは白金をめっきしたチタン板材等を挙げることができる。
【００２４】
電気分解装置に充填された汚染酸性液の量（ｍ３）をＸとし、汚染酸性液と接触している陰極及び陽極の部分の全面積（ｍ２）をＹとした場合に、Ｘ／Ｙが０．０２５ｍ以下であることが好ましく、０．０２０ｍ以下であることがより好ましく、０．０１５ｍ以下であることが更に好ましい。Ｘ／Ｙを上記の値とすることにより、ヒ素を効率的に析出分離することができる。Ｘ／Ｙの下限は特に限定されないが、例えば０．０１０ｍ、０．００５ｍ等を挙げることができる。
【００２５】
電気分解装置の陰極及び陽極の形状は、特に限定されるものではないが、平板形状であることが好ましい。また、平板形状の陰極及び陽極を並列に配置することが好ましい。陰極と陽極との間隔は、０．１〜５．０ｃｍであることが好ましく、０．５〜４．０ｃｍであることがより好ましく、０．５〜３．０ｃｍであることが更に好ましく、１．０〜２．０ｃｍであることが特に好ましい。電極間隔を上記の値とすることにより、電流値を大きくし、ヒ素を効率的に析出分離することができる。
【００２６】
汚染酸性液を電気分解することにより、陰極の表面にヒ素が析出するため、汚染酸性液からヒ素を回収することができる。ヒ素が析出分離された酸性液は、ヒ素を吸着した鉄粉を処理するために再利用することができる。また、ヒ素が析出分離された酸性液は、少ない費用で廃棄することができる。回収した、陰極表面に濃縮したヒ素は、必要に応じて精製を行い、様々な用途において資源として再利用することができる。
【００２７】
＜ヒ素を含む泥水の浄化方法＞
本発明の一実施形態は、吸着工程、分離工程、回復工程及び電気分解工程を含む、ヒ素を含む泥水（以下「汚染泥水」ともいう。）の浄化方法に関する。本実施形態に係る浄化方法は、例えば、（１）吸着工程及び分離工程を含み、鉄粉を吸着工程において再利用する第１のサイクル；並びに（２）吸着工程、分離工程及び回復工程を含み、鉄粉を吸着工程において再利用する第２のサイクル；を含み、更に、ヒ素を含む酸性液に対する電気分解工程を含む。第１のサイクル及び第２のサイクルは任意の順番で複数回実施することができる。汚染泥水の浄化手順の一例を図１に示す。以下、各工程について説明する。
【００２８】
［１．吸着工程］
吸着工程は、ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合する工程である。鉄粉はヒ素を吸着することができるため、ヒ素を含む泥水と鉄粉とを混合することにより、泥水中のヒ素を鉄粉に吸着させることができる。
【００２９】
汚染泥水としては、ヒ素を含んでいるものであれば特に限定されないが、特に、泥水式シールド掘削工事によって発生した、自然由来のヒ素を含む余剰泥水を対象とする。余剰泥水はシールド掘削工事において連続的に発生するため、余剰泥水を連続的に浄化することが好ましい。
【００３０】
鉄粉としては、ヒ素を吸着するために従来から使用されている金属鉄主体の材料を使用することができる。例えば、平均粒径が１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍ、特に好ましくは５０〜１００μｍの鉄粉を使用することが望ましい。このような平均粒径を有する鉄粉を使用することにより、汚染泥水に含まれるヒ素を効率的に吸着することができる。
【００３１】
本実施形態に係る浄化方法では、鉄粉を繰り返し使用することができる。また、以下で説明する回復工程において、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復することもできる。そのため、少量の鉄粉を繰り返し使用して大量の泥水を浄化することができる。例えば、鉄粉を泥水の重量に対して５重量％以下の量、より具体的には２〜５重量％の量で使用することができる。使用する鉄粉の量を少なくすることにより、材料コスト及び二次廃棄物量を低減することができる。
【００３２】
鉄粉と汚染泥水との混合時間は、土壌の性質、ヒ素の濃度、鉄粉の使用量等によって適宜変更されるが、例えば５〜６０分、１５〜３０分等とすることができる。
【００３３】
［２．分離工程］
分離工程は、吸着工程において得られた混合物から鉄粉を磁力によって分離する工程である。
【００３４】
本実施形態に係る浄化方法では、汎用されている小型で安価な永久磁石を含む磁力分離装置によって鉄粉を分離することができる。分離工程で使用する磁石としては、例えば２０００〜１３０００ガウス、好ましくは４０００ガウス以上、より好ましくは１００００ガウス以上の表面磁束密度を有する磁石を挙げることができる。具体的には、フェライト（等方、異方）磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等の永久磁石を挙げることができ、フェライト磁石又はネオジム磁石が特に好適である。このような磁石を使用することにより、低コスト且つ狭いスペースにおいて鉄粉の分離が可能となる。
【００３５】
分離工程において分離された鉄粉は吸着工程において再利用される。鉄粉を再利用することにより、使用する鉄粉の量を低減させ、材料コスト及び二次廃棄物量の低減が可能となる。
【００３６】
［３．回復工程］
回復工程は、必要に応じて、分離工程において分離された鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復する工程である。回復工程は鉄粉を酸性液で処理することにより実施することができる。
【００３７】
通常、分離工程において分離された鉄粉はそのまま吸着工程において再利用されるが、再利用を繰り返すことにより、鉄粉にヒ素が限界まで吸着する。その結果、鉄粉がヒ素を吸着することができなくなる。この場合に、新たな鉄粉を使用すると、使用する鉄粉の量が増加し、材料コスト及び二次廃棄物量が増加してしまう。ここで、必要に応じて、使用済鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復することにより、新たな鉄粉の使用を回避することができる。
【００３８】
本明細書において「必要に応じて」とは、本発明を実施する者が適宜決定することを意味する。即ち、回復工程を実施するタイミングは本発明を実施する者が適宜決定することができる。そのため、回復工程を行う前に、必ずしも鉄粉にヒ素が限界まで吸着している必要はない。
【００３９】
例えば、汚染泥水のヒ素濃度を調査し、ヒ素を十分に吸着することができると想定される鉄粉の再利用回数を事前に設定し、当該回数の再利用を行った後に回復工程を実施してもよい。或いは、鉄粉によるヒ素の吸着を行い、泥水のヒ素濃度を測定し、ヒ素濃度が十分に低下していないと判断された場合に回復工程を実施してもよい。
【００４０】
回復工程は、鉄粉を酸性液で処理することにより実施することができる。酸性液に含まれる酸としては、有機酸及び無機酸を挙げることができる。有機酸としては、アスコルビン酸、クエン酸、シュウ酸等の還元作用を持つ有機酸類全般を挙げることができる。無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、アジチオン酸等を挙げることができる。特に限定するものではないが、吸着能の回復効果、コスト、環境調和の観点等からアスコルビン酸を使用することが好ましい。
【００４１】
アスコルビン酸は、好ましくは０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの濃度、より好ましくは０．５〜１ｍｏｌ／Ｌの濃度で使用される。
【００４２】
鉄粉を酸性液で処理する方法としては、特別な方法を用いる必要はなく、鉄粉と酸性液とを接触させればよい。例えば、鉄粉を酸性液に浸漬する方法等が挙げられる。浸漬時間は、鉄粉量、酸の濃度、及び酸性液の量を勘案して設定すればよく、例えば最短３０分から２４時間の範囲等とすることができる。
【００４３】
なお、鉄粉を２グループ用意し、一方のグループの鉄粉に対して回復工程を実施している間に、他方のグループの鉄粉を吸着工程に使用してもよい。これにより、回復工程の際に汚染泥水の浄化が中断されることを防止することができる。
【００４４】
［４．電気分解工程］
電気分解工程は、回復工程において発生した、ヒ素を含む酸性液を電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離する工程である。電気分解工程は、上記の＜ヒ素の回収方法＞において説明した通りに実施することができる。
【００４５】
電気分解工程において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液は回復工程において再利用することができる。酸性液を再利用することにより、使用する酸性液の量を低減させ、材料コスト及び二次廃棄物量の低減が可能となる。
【００４６】
電気分解工程において析出分離したヒ素は、回収され、必要に応じて精製され、様々な用途において資源として再利用することができる。
【００４７】
［５．強化工程］
本実施形態に係る浄化方法は、強化工程を更に含んでいてもよい。強化工程は、回復工程が実施された鉄粉のヒ素に対する吸着能を強化する工程である。強化工程は、鉄粉の表面に非晶質酸化第二鉄被膜を形成することにより実施することができる。
【００４８】
通常、回復工程においてヒ素に対する吸着能が回復した鉄粉は吸着工程において再利用される。再利用される鉄粉の吸着能は回復しているため、新たな汚染泥水を効率的に浄化することができるはずである。しかしながら、シールド掘削工事において余剰泥水は連続的に発生し、掘削場所によっては余剰泥水のヒ素濃度が高い場合がある。この場合、鉄粉の通常の吸着能では汚染泥水を十分に浄化できないおそれがある。その際、鉄粉の使用量を増加すると、材料コスト及び二次廃棄物量が増加してしまう。ここで、鉄粉の吸着能を強化することにより、鉄粉の使用量を増加することなく、ヒ素濃度の高い汚染泥水を十分に浄化することが可能となる。
【００４９】
強化工程は、鉄粉の表面に非晶質酸化第二鉄被膜を形成することにより実施することができる。具体的には、鉄粉の表面を硫酸第一鉄溶液等で処理し、乾燥させることにより、非晶質酸化第二鉄被膜を形成することができる。
【００５０】
鉄粉の表面を硫酸第一鉄溶液で処理する方法としては、鉄粉の表面と硫酸第一鉄溶液とを接触させた後に空気中で乾燥すればよい。例えば、鉄粉を硫酸第一鉄溶液に浸漬し、又は鉄粉に硫酸第一鉄溶液を散布し、その後に乾燥する方法等が挙げられる。
【００５１】
以上の通り、本実施形態に係る浄化方法は、吸着工程、分離工程、回復工程及び電気分解工程を含み、任意に強化工程を更に含む。なお、本実施形態に係る浄化方法に含まれる工程は上記のものに限定されるわけではなく、必要に応じて更なる工程を含んでいてもよい。例えば、吸着工程を行う前に汚染泥水の泥（固形分）に含まれるヒ素を水に溶出させるヒ素溶出工程、分離工程において鉄粉が分離された泥水を固液分離する固液分離工程等を含んでいてもよい。
【００５２】
本実施形態に係る浄化方法では、汎用されている小型で安価な永久磁石を使用した磁力分離装置によって鉄粉を分離することができる（分離工程）。また、本実施形態に係る浄化方法では、鉄粉を再利用でき、必要に応じて鉄粉の吸着能を回復することができる（回復工程）。更に、本実施形態に係る浄化方法では、ヒ素を析出分離して酸性液を再利用することができる（電気分解工程）。従って、本実施形態に係る浄化方法によれば、狭いスペースにおいて低コストで汚染泥水を浄化することができ、且つ二次廃棄物量を低減することができる。
【００５３】
＜ヒ素を含む泥水の浄化装置＞
上記の浄化方法を実施するための本発明に係る浄化装置について、図面を参照して以下説明する。但し、以下の実施形態は例示に過ぎず、本発明に係る浄化装置の実施形態がこれに限定されるわけではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、更なる構成からなる装置が本発明に包含される。
【００５４】
本発明の一実施形態は、図２に示すように、混合槽１０１、磁力分離装置１０２、第１の返送ライン１０３、回復装置１０４、第２の返送ライン１０５、電気分解装置１０６、及び第３の返送ライン１０７を備える浄化装置に関する。
【００５５】
混合槽１０１は、汚染泥水と鉄粉とを混合して、ヒ素を鉄粉に吸着させるものである。混合槽１０１は、汚染泥水と鉄粉とを混合する撹拌機１０８を有しており、混合して得られた混合物を磁力分離装置１０２に送出する混合物送出ライン１０９を備える。混合物送出ライン１０９の出口末端は、混合物を磁力分離装置１０２に投入できるように、磁力分離装置１０２の上部又は内部に位置している。
【００５６】
磁力分離装置１０２は、混合槽１０１においてヒ素を吸着した鉄粉を、磁力によって混合物から分離するものである。磁力分離装置１０２の下部には、浄化された泥水を収容する浄化泥水収容槽１１０が配置されている。
【００５７】
第１の返送ライン１０３は、磁力分離装置１０２によって分離された鉄粉を混合槽１０１に返送するものである。
【００５８】
回復装置１０４は、必要に応じて、磁力分離装置１０２によって分離された鉄粉を酸性液で処理して、鉄粉のヒ素に対する吸着能を回復するものである。回復装置１０４は、鉄粉と酸性液とを混合する撹拌機（図示せず）を有していてもよい。回復装置１０４は、吸着能が回復した鉄粉を磁力分離装置１１１に送出する回復鉄粉送出ライン１１２を備える。回復鉄粉送出ライン１１２の出口末端は、鉄粉を磁力分離装置１１１に投入できるように、磁力分離装置１１１の上部又は内部に位置している。
【００５９】
磁力分離装置１１１は、回復装置１０４において吸着能が回復した鉄粉を磁力によって分離するものである。磁力分離装置１１１の下部には、汚染酸性液を収容する汚染酸性液収容槽１１３が配置されている。汚染酸性液収容槽１１３は、汚染酸性液を電気分解装置１０６に送出する汚染酸性液送出ライン１１４を備える。汚染酸性液送出ライン１１４の出口末端は、汚染酸性液を電気分解装置１０６に投入できるように、電気分解装置１０６の上部又は内部に位置している。なお、汚染酸性液は、電気分解装置１０６を経ずに複数回再利用することが可能であるため、汚染酸性液収容槽１１３から回復装置１０４に汚染酸性液を返送するライン（図示せず）を備えていてもよい。
【００６０】
第２の返送ライン１０５は、磁力分離装置１１１によって分離された、吸着能が回復した鉄粉を混合槽１０１に返送するものである。
【００６１】
電気分解装置１０６は、回復装置１０４において発生した汚染酸性液を電気分解して、酸性液からヒ素を析出分離するものである。電気分解装置１０６は、電気分解を行うための陰極１１５及び陽極１１６を備えている。電気分解装置１０６は、汚染酸性液を攪拌する撹拌機（図示せず）を有していてもよい。
【００６２】
第３の返送ライン１０７は、電気分解装置１０６において得られた、ヒ素が析出分離された酸性液を回復装置１０４に返送するものである。
【００６３】
磁力分離装置としては、汎用されている簡易なマグレットセパレーターを使用することが好ましい。マグネットセパレーターは、例えば図３に示すように、マグネットコア９０１と、マグネットコア９０１の外周に覆う外筒９０２と、外筒９０２に付着した鉄粉から水分を搾り出すローラー９０３と、ローラー９０３によって水分が搾り出された鉄粉を外筒９０２から剥がし取るスクレーパー９０４とを備える。
【００６４】
マグネットコアとしては、例えば２０００〜１３０００ガウス、好ましくは４０００ガウス以上、より好ましくは１００００ガウス以上の表面磁束密度を有する磁石を使用することができる。具体的には、マグネットコアとして、フェライト（等方、異方）磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等の永久磁石を使用することができる。
【００６５】
回復装置としては、鉄粉の吸着能を回復させるための酸性液を収容した槽等を挙げることができる。
【００６６】
電気分解装置としては、陰極、陽極及び電源装置を備えた槽等を挙げることができる。
【００６７】
以上のように構成された浄化装置において、汚染泥水と鉄粉とが混合槽１０１において混合され、混合物中においてヒ素が鉄粉に吸着される。混合物は混合物送出ライン１０９を介して磁力分離装置１０２に送出され、鉄粉が磁力によって混合物から分離される。鉄粉が分離された浄化泥水は、浄化泥水収容槽１１０に収容される。磁力分離装置１０２によって分離された鉄粉は、第１の返送ライン１０３を介して混合槽１０１に返送されるが、必要に応じて、回復装置１０４に送出され、吸着能が回復される。鉄粉を回復装置１０４に送出するタイミングは浄化装置を使用する者が適宜決定することができる。鉄粉を回復装置１０４に送出する際に、必ずしも鉄粉にヒ素が限界まで吸着している必要はない。例えば、汚染泥水のヒ素濃度を調査し、ヒ素を十分に吸着することができると想定される鉄粉の再利用回数を事前に設定し、当該回数の再利用を行った後に鉄粉を回復装置１０４に送出してもよい。或いは、鉄粉によるヒ素の吸着を行い、泥水のヒ素濃度を測定し、ヒ素濃度が十分に低下していないと判断された場合に鉄粉を回復装置１０４に送出してもよい。吸着能が回復した鉄粉は第２の返送ライン１０５を介して混合槽１０１に返送される。汚染酸性液収容槽１１３に収容された汚染酸性液は、汚染酸性液送出ライン１１４を介して電気分解装置１０６に送出される。電気分解装置１０６において、汚染酸性液は電気分解され、酸性液からヒ素が析出分離される。ヒ素が析出分離された酸性液は第３の返送ライン１０７を介して回復装置１０４に返送される。析出分離されたヒ素は、回収され、必要に応じて精製され、様々な用途において資源として再利用することができる。
【００６８】
本実施形態の浄化装置によれば、狭いスペースにおいて低コストで汚染泥水を浄化することができ、且つ二次廃棄物量を低減することができる。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
【００７０】
＜実施例１＞
約２００ｍｇ／Ｌのヒ素及び約１０００ｍｇ／Ｌの鉄を含む約０．５ｍｏｌ／Ｌのアスコルビン酸溶液を調製した。１Ｌのアスコルビン酸溶液を、表１に示す電気分解装置に充填し、通電して電気分解を行った。
【００７１】
【表１】
2017193761.tif 000002
結果を表２及び３並びに図４に示す。通電開始から２４時間後に約３０％のヒ素が除去された。
【００７２】
【表２】
2017193761.tif 000003
【００７３】
【表３】
2017193761.tif 000004
【００７４】
＜実施例２＞
表４に示す電気分解装置を使用したこと以外は実施例１と同様に電気分解を行った。実施例２は、アスコルビン酸溶液と接触している陰極及び陽極の部分の全面積、並びに陰極と陽極との間隔において実施例１と相違する。
【００７５】
【表４】
2017193761.tif 000005
【００７６】
結果を表５及び６並びに図５に示す。通電開始から２時間後に約５０％のヒ素が除去され、８時間後に約９５％のヒ素が除去された。電極間隔を狭くすることによって、電流値が大きくなり、電気分解の効率が向上したと推測される。
【００７７】
ヒ素の大部分が除去された通電開始後８時間の時点で評価すると、１ｍｇのヒ素を約０．４Ｗｈの少ない電力量で除去することが可能である。この結果は、わずかな費用でヒ素を除去できることを意味している。
【００７８】
【表５】
2017193761.tif 000006
【００７９】
【表６】
2017193761.tif 000007
【００８０】
エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置により、陰極（ステンレス鋼）の表面にヒ素が析出していることを確認した。蛍光Ｘ線スペクトルを図６に示す。
【００８１】
また、化学分析により、陰極の表面にヒ素が析出していることを確認した。具体的には、各電極片を１０ｍＬの濃硝酸に５分間浸付し、純水で１００ｍｌにメスアップしたものを分析した。結果を表７に示す。
【００８２】
【表７】
2017193761.tif 000008
【符号の説明】
【００８３】
１０１・・混合槽
１０２・・磁力分離装置
１０３・・第１の返送ライン
１０４・・回復装置
１０５・・第２の返送ライン
１０６・・電気分解装置
１０７・・第３の返送ライン
１０８・・撹拌機
１０９・・混合物送出ライン
１１０・・浄化泥水収容槽
１１１・・磁力分離装置
１１２・・回復鉄粉送出ライン
１１３・・汚染酸性液収容槽
１１４・・汚染酸性液送出ライン
１１５・・陰極
１１６・・陽極
９０１・・マグネットコア
９０２・・外筒
９０３・・ローラー
９０４・・スクレーパー
【図１】
2017193761.tif 000009
【図２】
2017193761.tif 000010
【図３】
2017193761.tif 000011
【図４】
2017193761.tif 000012
【図５】
2017193761.tif 000013
【図６】
2017193761.tif 000014