(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽内の支持板上に鉄金属粒子の充填層を形成してなる水処理装置であって、鉄金属粒子の充填層の支持板の下方に原水導入口を有し、鉄金属粒子の充填層の上方に処理水排出口を有し、支持板に水を通すが鉄金属粒子を通さないストレーナーを設けてなる水処理装置であって、前記ストレーナーが、鉄金属粒子の粒径より直径が大きい孔が該孔の上方で４個の窓を経由して充填層に通じていて、前記孔の上方が鉄金属粒子の安息角以下の角度で遮蔽したものであることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記ストレーナーが耐酸性材料からなることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、鉄金属粒子の充填層に通水して水中の不純物を還元処理する水処理装置であって、充填した鉄金属粒子がブロック状の塊を形成することを防止することができる水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭又は石油を燃焼した際に発生する排ガスの脱硫装置などから排出される排水は、重金属類、非金属類などの種々の有害物質を含有するので、排水よりこれらの有害物質を除去する必要がある。排水にペルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸、硝酸などが含まれている場合は、これらの有害物質を含む排水のpHを５以下に調整して鉄金属と接触させたのち、凝集処理及び固液分離を行うことにより、排水中のペルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸、硝酸などが溶出した２価の鉄イオンによって還元され、さらに、凝集処理により水中に溶解している鉄イオンを水不溶性の水酸化鉄として沈殿させるとき、重金属、フッ素などの有害物質も同時に効率的に除去される。
排水を鉄金属と接触させる装置としては、反応槽において排水に鉄金属微粒子を添加して撹拌する撹拌接触装置と、排水を鉄金属粒子の充填層に通水する通水接触装置が知られている。撹拌接触装置は、充填層の洗浄操作は不要であるが、還元反応が十分でなく、排水中の有害物質の除去が通水接触装置にくらべて劣る上に、鉄金属微粒子の添加量や、鉄金属微粒子を均一に分散させるための撹拌強度を管理したり、分散した鉄金属微粒子の流出を防止するなど、運転管理上の問題が多い。これに対して、鉄金属粒子の充填層に通水する通水接触装置は、運転管理が比較的容易であり、通水初期には排水中の有害物質が効率的に除去されるが、長時間通水を続けると鉄金属粒子の表面に汚染物質が付着したり、鉄金属粒子がブロック状の塊を形成したりして、排水処理効率が低下するという問題がある。
本発明者らは、先に特開平９−２６２５９２号公報において、鉄金属粒子の逸失のおそれがなく、運転管理が容易な水処理装置として、水導入口及び処理水排出口を有し、その間に鉄金属粒子の充填層を形成した反応槽であって、充填層下部に磁石を配置してなる水処理装置を提案した。この水処理装置により、排水処理を安定して行うことが可能となったが、排水中に硝酸性窒素が高濃度に含まれる場合など、排水の水質によっては、処理時に充填層の鉄金属粒子がブロック状の塊を形成するという現象を生じた。鉄金属粒子がブロック状の塊を形成すると排水との接触が不十分となって排水処理のために有効に使用されず、さらに、充填層内に鉄の塊として残留するという問題が生ずる。鉄金属粒子のブロック状の塊は、通常の洗浄方法によっては、ほぐすことができないので、鉄金属粒子が充填層内でブロック状の塊を形成することのない、運転管理が容易な水処理装置が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鉄金属粒子の充填層に通水して排水中の不純物を還元処理する水処理装置において、排水を鉄金属粒子と接触しても、鉄金属粒子がブロック状の塊を形成することなく、運転管理が容易な水処理装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鉄金属粒子の充填層の下部にストレーナーを配置し、充填層内における水の流れを均一化することにより、鉄金属粒子のブロック状の塊の形成を防止し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）反応槽内の支持板上に鉄金属粒子の充填層を形成してなる水処理装置であって、鉄金属粒子の充填層の支持板の下方に原水導入口を有し、鉄金属粒子の充填層の上方に処理水排出口を有し、支持板に水を通すが鉄金属粒子を通さないストレーナーを設けてなる水処理装置であって、前記ストレーナーが、鉄金属粒子の粒径より直径が大きい孔が該孔の上方で４個の窓を経由して充填層に通じていて、前記孔の上方が鉄金属粒子の安息角以下の角度で遮蔽したものであることを特徴とする水処理装置、及び、
（２）前記ストレーナーが耐酸性材料からなることを特徴とする第(１)項記載の水処理装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理装置は、排水を鉄金属粒子の充填層に通水して、排水中の不純物を還元処理する水処理に適用することができる。排水を酸性に、好ましくはpHを５以下に調整し、鉄金属と接触させると、鉄金属より次式にしたがって２価の鉄イオンが水中に溶出する。
Ｆｅ＋２Ｈ+ → Ｆｅ2+＋Ｈ2
排水中に含まれるペルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸及び硝酸は、それぞれ以下に示す式にしたがって２価の鉄イオンと反応し、還元処理される。
Ｓ2Ｏ82-＋２Ｆｅ2+ → ２ＳＯ42-＋２Ｆｅ3+
２ＩＯ3-＋１０Ｆｅ2+＋１２Ｈ+ → Ｉ2＋１０Ｆｅ3+＋６Ｈ2Ｏ
ＳｅＯ42-＋６Ｆｅ2+＋８Ｈ+ → Ｓｅ0＋６Ｆｅ3+＋４Ｈ2Ｏ
ＮＯ3-＋４Ｆｅ2+＋６Ｈ+ → ＮＨ4+＋４Ｆｅ3+＋Ｏ2＋Ｈ2Ｏ
さらに、酸化還元電位が−４００〜−１００ｍＶの場合は、次式にしたがって鉄金属とセレン酸の反応が起こる。
ＳｅＯ42-＋３Ｆｅ＋８Ｈ+ → Ｓｅ0＋３Ｆｅ2+＋４Ｈ2Ｏ
このようにして排水中に含まれる不純物を鉄金属と接触して還元処理したのち、還元処理水にアルカリ剤を添加してpHを７以上とすると、水中の鉄イオンは、例えば、下記の式のように水不溶性の水酸化鉄となってフロックを形成する。
Ｆｅ2+＋２ＮａＯＨ → Ｆｅ(ＯＨ)2＋２Ｎａ+
Ｆｅ3+＋３ＮａＯＨ → Ｆｅ(ＯＨ)3＋３Ｎａ+
このとき、還元されたセレンのほか、排水中に含まれる重金属類、懸濁物質、フッ素、ＣＯＤ成分なども同時に凝集、沈降して分離することができる。
【０００６】
本発明装置において、充填層を形成する鉄金属粒子としては、純鉄、粗鋼、合金鋼、その他の鉄合金などの粒子を挙げることができる。鉄金属が鉄合金であるときは、鉄の含有率が８５重量％以上であることが好ましい。
排水を鉄金属粒子を充填したカラムなど、鉄金属粒子の充填層に通水することにより、排水と鉄金属粒子の接触を効率的に行うことができる。しかし、鉄金属粒子の充填層に排水の通水を続けると、鉄金属粒子がブロック状の塊を形成する場合がある。鉄金属粒子のブロック状の塊の形成は、排水中に硝酸性窒素が高濃度に含まれる場合には特に著しい。
本発明装置は、反応槽内の支持板上に鉄金属粒子の充填層を形成してなる水処理装置であって、鉄金属粒子の充填層の支持板の下方に原水導入口を有し、鉄金属粒子の充填層の上方に処理水排出口を有し、支持板に水を通すが鉄金属粒子を通さないストレーナーを設けてなるものである。支持板に水を通すが鉄金属粒子を通さないストレーナーを設けることにより、充填層内における水の流れが均一化され、鉄金属粒子のブロック状の塊の形成を防止することができる。排水中に硝酸性窒素が含まれる場合は、鉄金属粒子は特にブロック状の塊を形成しやすいが、本発明装置を用いることにより、数百mg／リットル程度の硝酸性窒素を含む排水であっても、鉄金属粒子のブロック状の塊を形成することなく処理することができる。
【０００７】
本発明装置において、ストレーナーは、鉄金属粒子の粒径より直径が大きい孔の上方を、鉄金属粒子の安息角以下の角度で遮蔽したものであることが好ましい。図１(ａ)は、本発明装置に用いるストレーナーの一態様の側面図であり、図１(ｂ)はその中心軸を通る面で切断した断面図であり、図１(ｃ)は、Ａ−Ａ線断面図である。ただし、図１(ｃ)においては、ナットは図示していない。本態様のストレーナーは、ストレーナー本体１が２個のナット２及び３により鉄金属粒子支持板４にあけられた穴に固定される。ストレーナー本体は、鉄金属粒子の粒径より直径が大きい孔５の上方に覆い６を有し、覆いは鉄金属粒子の安息角以下の角度で孔の上方を遮蔽する。本態様のストレーナーにおいては、鉄金属粒子の粒径より直径が大きい孔は、上方で４個の窓７を経由して鉄金属粒子の充填層に通じる。鉄金属粒子との接触により処理される原水は、孔５の下方から入り、４個の窓７を通って鉄金属粒子の充填層に送られる。ストレーナーに鉄金属粒子の粒径より直径の大きい孔を設けることにより、大きい圧力損失を生ずることなく通水することができる。また、原水を４個の窓を通して鉄金属粒子の充填層に通水することにより、水は均一に鉄金属粒子の充填層内を流れ、鉄金属粒子のブロック状の塊を生ずることがない。
【０００８】
図１に示す態様のストレーナーにおいて、垂直面内において覆い６の先端と孔５の上部先端を結ぶ直線（図１(ｂ)参照）は、水平面に対して遮蔽角θをなし、遮蔽角θの大きさは鉄金属粒子の安息角以下である。遮蔽角θの大きさを、鉄金属粒子の安息角と等しいか、あるいは安息角よりも小さい角度とすることにより、窓及び孔が鉄金属粒子より大きい場合であっても、鉄金属粒子が窓及び孔を通って下方へ落下することがない。なお、鉄金属粒子の安息角は、処理すべき排水中において測定した値である。水中における鉄金属粒子の安息角は、水から浮力を受けて鉄金属粒子の見かけの密度が小さくなり、濡れることにより鉄金属粒子の表面の摩擦係数が変化するので、通常は空気中における鉄金属粒子の安息角とは異なる値となる。鉄金属粒子の安息角は、処理する排水中において実測することが好ましい。
本発明装置に使用するストレーナーは、耐酸性材料からなることが好ましい。鉄金属粒子と接触処理される排水は、通常はpH５以下として通水されるので、耐酸性材料からなるストレーナーを用いることにより、ストレーナーの劣化や破損のおそれなく、安定して水処理を行うことができる。耐酸性材料に特に制限はなく、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂などを挙げることができる。さらに、水処理装置に高温で通水する場合には、ストレーナーは耐酸性かつ耐熱性の材料からなることが好ましい。
【０００９】
図２は、本発明の水処理装置の一態様の説明図である。本態様の水処理装置は、円筒状の反応槽８の底部に排水導入口９が設けられ、頭部に還元処理水の排出口１０が設けられている。反応槽の下部にはストレーナー１１を備えた鉄金属粒子支持板４が取り付けられ、さらにその上に鉄金属粒子を充填して鉄金属粒子の充填層１２が形成される。反応槽の上部には多孔板１３が取り付けられ、鉄金属粒子供給口１４が設けられる。
図３は、本発明の水処理装置の他の態様の説明図である。本態様の水処理装置は、図２に示す態様の水処理装置の底部に砂利の充填層１５を設けたものである。砂利の充填層を設けることにより、万一、ストレーナー１１下部より鉄金属粒子の溢流が起こっても溢流量を低減することができる。砂利の充填層を設けた場合には、充填した砂利の鉄金属粒子の充填層への流入を防ぐために、砂利の充填層の上に多孔板１６を設けることが好ましい。また、通常はストレーナーの脚部が鉄金属粒子支持板より下方に突出しているので、鉄金属粒子支持板４と多孔板１６の間にスペーサー１７を設けることが好ましい。
本発明装置において、設置するストレーナーの数に特に制限はないが、鉄金属粒子の粒径が０.３〜０.６mmの場合、鉄金属粒子支持板１ｍ2当たりストレーナー３０個程度を設置することにより、安定した水処理を行うことができる。
排水の還元処理においては、酸の添加によりpHを５以下、好ましくはpHを２〜３に調整した排水を排水導入口より供給し、鉄金属粒子の充填層において、排水中に含まれるペルオキソ硫酸、ヨウ素酸、セレン酸、硝酸などの不純物を還元処理する。排水は上向流として導入されるので、還元処理に際して発生する水素ガスは、水流とともに上方へ移動し、反応槽頭部の排出口より排出される。排出口より流出する還元処理水は、さらに凝集沈澱設備に導き、アルカリ剤を添加してpH７以上に調整し、必要に応じてさらに高分子凝集剤などを添加して凝集沈澱処理を行って処理水を得る。
本発明の水処理装置によれば、充填した鉄金属粒子がブロック状の塊を形成することがなく、充填した鉄金属粒子を有効に水処理に利用し、長期間にわたって安定して排水中の不純物の還元処理を行うことができる。
【００１０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
内径２００mm、高さ１０００mmのアクリル樹脂製カラム下部に、水導入口を取り付け、その直上にストレーナーを備えた鉄金属粒子支持板を設けた。カラム上部には、鉄金属粒子供給口、多孔板及び還元処理水排出口を設けた。鉄金属粒子支持板上に、粒径０.６mmの均一な球状の鉄金属粒子１０リットルを充填して、図２に示す形状の鉄金属粒子の充填層を有するカラムを作製した。
使用したストレーナーは、図１に示す形状で円形の覆いを有するものであり、孔の直径は１２mm、４個の窓の寸法はそれぞれ１２mm×１２mm、遮蔽角は３０度である。また、処理する排煙脱硫排水中で測定した鉄金属粒子の安息角は３５度であった。
pH６.７で、硝酸性窒素１００mg／リットルを含有する排煙脱硫排水に、塩酸をＨＣｌ濃度が２００mg／リットルになるように注入し、上記の鉄金属粒子を充填したカラムに、３００リットル／ｈすなわちＳＶ＝３０／ｈの速度で上向流で通水した。
カラム内の鉄金属粒子の充填量が常に１０リットルになるように、鉄金属粒子供給口より鉄金属粒子を補給しつつ、排煙脱硫排水の処理を１カ月間継続して行ったが、充填された鉄金属粒子にはブロック状の塊は形成されなかった。
比較例１
ストレーナーと支持板の代わりに、上部目開き３mm、下部目開き９mmの孔４１個を有する目皿を用いた以外は、実施例１と同じ形状の鉄金属粒子の充填層を有するカラムを作製し、実施例１と同じ条件で、実施例１と並行して排煙脱硫排水の処理を１カ月間継続して行った。
処理開始後２日目に、カラム内に直径５〜１０cmの鉄金属粒子のブロック状の塊が発生した。１カ月間同じ条件で通水処理を続けたが、カラム内には常に鉄金属粒子のブロック状の塊が存在していた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の水処理装置によれば、鉄金属粒子の充填層に通水して排水中の不純物を還元処理するに際して、排水中の硝酸性窒素の濃度が高い場合であっても、充填した鉄金属粒子がブロック状の塊を形成することを防止し、充填した鉄金属粒子を有効に水処理に利用し、長期間にわたって安定して排水中の不純物の還元処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置に用いるストレーナーの一態様の側面図及び断面図である。
【図２】図２は、本発明の水処理装置の一態様の説明図である。
【図３】図３は、本発明の水処理装置の他の態様の説明図である。
【符号の説明】
１  ストレーナー本体
２  ナット
３  ナット
４  鉄金属粒子支持板
５  孔
６  覆い
７  窓
８  反応槽
９  排水導入口
１０  排出口
１１  ストレーナー
１２  鉄金属粒子の充填層
１３  多孔板
１４  鉄金属粒子供給口
１５  砂利の充填層
１６  多孔板
１７  スペーサー
【図１】
0004214326.tif 000002
【図２】
0004214326.tif 000003
【図３】
0004214326.tif 000004