JP2001347264A - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents
水処理装置及び水処理方法Info
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Abstract
で、連続処理及び大量処理を行い、また、複数種の重金
属を同時処理する。 【解決手段】 重金属を凝集剤による共沈法を用いるこ
となく、ろ過によって吸着媒体に重金属を吸着させて処
理水の浄化を行うものであり、ろ過の前段階において処
理水のpH値を調整して吸着効率を高めることによっ
て、凝集剤を用いることなく連続・大量処理を行い、ま
た、複数種の重金属を同時処理する。
Description
に水中に含まれる重金属を除去し浄化する装置及び方法
に関する。
から外部に流れ出る流出水や、地下水、温泉等には有害
となる重金属が含まれている場合がある。従来、このよ
うな重金属を含んだ水から重金属を除去する方法とし
て、凝集沈殿による浄水操作が知られている。この凝集
沈殿では、処理水に例えばAl(アルミニウム)やFe
(鉄)等の正に帯電した金属水酸化物の凝集剤を加える
ことによって電荷を中和する凝集操作を行い、凝集後、
緩やかな攪拌のもとに凝固作用によって沈殿分離可能な
サイズまでフロック化させ、フィルターで物理的に分離
する。また、凝集剤として、金属イオンとキレート化合
物を形成するキレート剤が知られている。また、水中に
懸濁する不溶性の懸濁物質の内、沈降分離で除去できな
い微細粒子をろ過して分離する一方法として深層ろ過が
知られている。深層ろ過は、粒状材、プラスチック、繊
維等の、ろ材を充填した層に懸濁液を通過させ、ろ層空
隙内で懸濁物質を捕捉し、清澄化する方法である。
薬剤を用いて重金属を除去する処理は、薬剤を用いるこ
とによる高コストの問題がある他、薬剤の投入操作や処
理条件の管理等の種々の処理操作が必要であるため、連
続処理や大量処理に適していないという問題がある。例
えば、凝集剤によって凝集・沈殿した重金属はフィルタ
ーを目詰まりさせるため、重金属の除去効率を維持する
にはフィルターを頻繁に交換する必要があり、連続処理
や大量処理に適さない。また、凝集剤は対象となる金属
毎に異なるため、複数の金属を同時に処理することが困
難であるという問題もある。
新たな汚染が発生するおそれがあるという問題もある。
重金属を含む処理液は、個々の使用条件にも依存するが
一般に金属元素を溶解するために酸性の状態にある。一
方、金属が凝縮できる条件はアルカリ性である。そのた
め、酸性の処理液中に溶解する金属を凝縮して除去する
ために、凝集剤を添加する前の段階、あるいは凝集剤の
添加の段階において、カセイソーダ等のpH調整剤を多
量に添加して強アルカリ性の状態としている。また、凝
集・沈殿した後の処理液は強アルカリ性となるため、外
部に排出するには排出基準に沿うように中和処理が必要
となる。したがって、従来の水処理では、凝集剤、連続
処理及び大量処理、及び複数種の重金属の同時処理等の
点で問題がある。
解決し、凝集剤を用いることなく連続処理及び大量処理
を行うことができる水処理装置及び水処理方法を提供す
ることを目的とし、また、凝集剤を用いることなく複数
種の重金属を同時処理することができる水処理装置及び
水処理方法を提供することを目的とし、また、低コスト
の水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とす
る。
剤による共沈法を用いることなく、従来微細粒子のろ過
に用いていた深層ろ過の原理をイオン、分子に拡大応用
し、ろ過によって吸着媒体に重金属を吸着させて処理水
の浄化を行うものであり、ろ過の前段階において処理水
のpH値を調整して吸着効率を高めることによって、凝
集剤を用いることなく連続・大量処理を行い、また、複
数種の重金属を同時処理する。凝集剤の添加及びフィル
タの交換が不要であるため、低コストとすることができ
る。本発明は、吸着媒体に吸着される重金属の吸着効率
にpH値に対して依存性が存在することをはじめて見出
し、この吸着効率のpH値に対する依存性を利用して、
処理水中に含まれる重金属を凝集剤を用いることなく効
率良く分離するものである。
対する依存性、及び該依存性を用いた重金属の選択的吸
着を概略的に示している。ある重金属の吸着効率は、例
えば、pH値aにおける吸着効率は20%であるのに対
してpH値bにおける吸着効率はほぼ100%となる。
したがって、処理水のpH値を重金属の吸着効率がほぼ
100%となるpH値bとし、この状態でろ過すること
によって処理水中の重金属をろ材に効率よく吸着し分離
することができる。したがって、本発明によれば、凝集
剤やフィルタが不要であり、吸着による浄化であるた
め、凝集や沈殿によるフィルタの目詰まりがなく連続処
理、大量処理を可能とする。また、本発明を応用した適
用例として、吸着効率のpH値に対する依存性が重金属
毎に異なることを利用して、複数種の重金属を分離し、
同時処理することもできる。
中の符号1で示す)は、処理水のpH値を調整するpH
調整手段(図1(a)中の符号2で示す)と、pH調整
後の処理水を深層ろ過するろ過手段(図1(a)中の符
号3で示す)とを備えた構成とし、pH調整手段によっ
て、処理水に含まれる重金属の吸着効率をろ過前に調整
し、ろ過手段による重金属の吸着分離の選択性を形成す
る。また、本発明の水処理方法は、処理水をpH調整し
処理水に含まれる重金属の吸着効率を調整する工程と、
pH調整後の処理水を深層ろ過して、重金属を吸着分離
する工程を含む処理方法であり、処理水中に含まれる重
金属を分離して水を浄化する。なお、図1は本発明の水
処理装置及び水処理方法を説明するための概略図を示し
ている。
の水であり、例えば、工業排水等である。この重金属を
含む処理水は、重金属を水中に溶解した状態で処理する
ために強い酸性であることが多い。pH調整手段は、ア
ルカリあるいは酸を処理水に添加することによって、処
理水のpH値を所定のpH値とする手段であり、処理水
中にpH調整剤を導入する導入手段と、pH値を測定す
る測定手段と、測定したpH値に基づいてpH調整剤を
制御する制御手段を備えた構成とすることによって、処
理水を所定のpH値に自動調整することができる。
属に対して高い吸着効率を示すpH値であることの他
に、吸着媒体(ろ材)を破壊しないpH値であること、
及び排水がアルカリ性となることによる沈殿の生成がな
いことがある。本発明のろ過手段は深層ろ過を行うもの
であり、粒状材、プラスチック、繊維などのろ材を充填
した層に処理水を通過させ、ろ層空隙内で重金属を捕捉
する。ろ材として砂を用いた砂ろ過を用いることができ
る。
ば、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Hgがあり、処理
水はこの重金属を単独あるいは複数種含むものとするこ
とができる。重金属の吸着効率のpH値に対して依存性
は各重金属で異なり、調整するpH値によって重金属の
吸着分離の選択性を形成することができる。Cd、P
b、As、Cr、Cu、Hgの中では、Cdが吸着効率
のpH値に対して最も強い依存性を示し、PbやCrの
依存性は小さい。この依存性は、酸性からアルカリ性に
向かって吸着効率が高くなる傾向を示し、Cd、Pb、
As、Cr、Cu、Hgの重金属では、ほぼpH値が4
〜7で100%に近い吸着効率を示す。
ることによって、処理水の重金属を吸着によって分離す
ることができる。また、本発明を応用した適用例とし
て、酸性から順にpH値をアルカリ性に調整しながらろ
過することによって、処理水に含まれる重金属を選択的
に分離することもできる。また、本発明によれば、処理
水から重金属を取り除いて水を浄化する他、ろ材に重金
属を吸着させることによって重金属を抽出することがで
きる。
を参照しながら詳細に説明する。図2は、本発明の水処
理装置の一構成例を説明するための図である。図2にお
いて、水処理装置1は、pH調整手段2とろ過手段3を
備え、導入した処理水に含まれる重金属を除去し、重金
属を含まない水を排出する。pH調整手段2は、導入管
27を通して処理水を導入するpH調整槽20と、酸性
のpH調整剤を貯蔵する酸貯蔵槽24と、アルカリ性の
pH調整剤を貯蔵するアルカリ貯蔵槽25とを備える。
pH調整槽20内に導入された処理水に対して、酸貯蔵
槽24あるいはアルカリ貯蔵槽25から導入管28,2
9を通して酸性のpH調整剤あるいはアルカリ性のpH
調整剤を導入し、攪拌器22で攪拌して処理水のpH値
を調整する。
ろ過リアクター31を備え、pH調整槽20からpH調
整した処理水を導入し、重金属を除去した水を排出す
る。ろ材は、砂の他に、粒状材、プラスチック、繊維等
を用いることができる。また、pH調整手段2は、pH
調整槽20内の処理水のpH値を測定するセンサ21及
びpH計23と、測定したpH値に応じて酸貯蔵槽24
あるいはアルカリ貯蔵槽25を選択し、導入する酸性の
pH調整剤あるいはアルカリ性のpH調整剤の量を制御
する制御装置26を備えることができる。制御装置26
は、予め設定したpH値となるように導入する酸性のp
H調整剤あるいはアルカリ性のpH調整剤の量を制御す
る。pH値を重金属の吸着効率に対応して設定すること
によって、目的とする重金属を選択的に自動除去するこ
とができる。
手順を図3のフローチャートを用いて説明する。工業排
水等の重金属を含む処理水をpH調整槽20内に導入し
(ステップS1)、導入した処理水にpH値を調整する
(ステップS2)。pH調整は、以下の工程(ステップ
S21〜ステップS25)に従って行うことができる。
はじめに、ステップS21において、除去する重金属に
応じたpH値を予め設定する。pH調整におけるpHの
設定条件は、吸着媒体(ろ材)を破壊しないpH値であ
る(設定条件1)、排水がアルカリ性となることによる
沈殿の生成を防止するpH値である(設定条件2)、重
金属に対して高い吸着効率を示すpH値である(設定条
件3)、がある。
であり、pH値と吸着効率の関係を示している。設定条
件1は、強酸性によって吸着媒体(ろ材)を破壊しない
ための条件である。通常、工業排水では重金属を溶液中
に溶解するためにpH値は強酸性となっている。強酸性
は、ろ過装置内に設置した砂等の吸着媒体(ろ材)を破
壊するため、ろ過装置に処理水を通すためには処理水の
pH値は吸着媒体(ろ材)を破壊しない程度のpH値に
調整する必要がある。吸着媒体(ろ材)を破壊しないp
H値の最大値をとしたとき、の値より大きなpH値
を満たすことが設定条件1となる。設定条件2は、排水
がアルカリ性となることによって沈殿することを防ぐた
めの条件である。一般に、アルカリ性は金属が凝縮でき
る一条件である。そのため、凝集剤を用いて処理液中に
溶解する重金属を凝縮して除去する方法では、カセイソ
ーダ等のpH調整剤を多量に添加して強アルカリ性の状
態とすることによって、重金属を凝集・沈殿させてい
る。
去ではなく、吸着によって重金属を除去するため、処理
水がアルカリ性となって重金属が凝集・沈殿する必要は
なく、逆に重金属が凝集・沈殿すると目詰まりの原因と
なる。したがって、金属が凝集・沈殿するようなアルカ
リ性でないことが必要である。金属が凝集・沈殿するよ
うなpH値の最小値をとしたとき、の値より小さな
pH値を満たすことが設定条件2となる。設定条件3
は、処理水中に溶解する重金属を効率良く吸着させるた
めの条件である。本発明は、前記1(b)を用いた説明
で示したように、吸着媒体に吸着される重金属の吸着効
率がpH値に依存するという特性を見出し、この吸着効
率のpH値に対する依存性を利用して、処理水中に含ま
れる重金属を凝集剤を用いることなく効率良く分離する
ものであり、重金属の吸着効率が高くなるようなpH値
に設定する。
の関係を示す特性曲線であり、この特性曲線において吸
着効率がほぼ100%となる最小のpH値をとしたと
き、の値より大きなpH値を満たすことが設定条件3
となる。上記の設定条件1〜設定条件3を満足するpH
値が求める設定pH値となる。設定条件1〜設定条件3
を満たすpH値は、図4においてpH値からpH値
の間のpH値となるが、通常重金属が溶解した処理水は
酸性であるため、酸性からアルカリ性の方向に向かって
pH調整を行うことが多いこと、及びコストや環境への
配慮等の要請からpH調整剤の導入量が少ないことが求
められることから、ここでは、で示されるpH値が設
定pH値として最適な値となる。
処理水のpH値を測定する(ステップS22)。制御装
置26は、設定したpH値と測定したpH値とを比較し
て、処理水中に導入するpH調整剤を選択する。測定し
たpH値が設定したpH値よりも酸性側にある場合に
は、アルカリ貯蔵槽25からアルカリ性のpH調整剤を
選択し、逆に、測定したpH値が設定したpH値よりも
アルカリ側にある場合には、酸貯蔵槽24から酸性のp
H調整剤を選択する(ステップS23)。また、制御装
置26は、設定したpH値と測定したpH値とを比較
し、pH値の差、各pH調整剤の濃度等を用いて、処理
水中に導入するpH調整剤の量を算出する(ステップS
24)。
ルカリ貯蔵槽25に対して導入するpH調整剤の導入量
を指令して、処理水中にpH調整剤を導入する(ステッ
プS25)。ステップS2のpH調整工程によって吸着
効率が高められた処理水を、ろ過リアクター31内に導
入して深層ろ過を行い、重金属を吸着媒体(ろ材)に吸
着させる(ステップS3)。
ら外部に排出される。排出水には、重金属についての排
出基準とは別にpH値についての排出基準があり、定め
られたpH値以下であることが求められる。そこで、ろ
過後の処理水のpH値が排出基準を満たしていない場合
には(ステップS4)、排出水のpH値を排出基準内と
なるように中和処理を行った後(ステップS5)、排出
する(ステップS6)。また、本発明では、処理水中に
複数種の重金属が含まれている場合に、各重金属毎に異
なるpH値−吸着効率特性を用いて、各重金属を選択的
に吸着し除去することができる。図5は、本発明による
複数種の重金属の選択的吸着を説明するための図であ
る。なお、図5において、α、β、γは各重金属を示し
ている。
性は、αが最も小さくγが最も大きいとすると、pH値
を各重金属に対応したpH値とすることによって各重金
属を選択的に吸着させて除去することができる。例え
ば、pH値をpHaとすることによって重金属αの吸着
効率を100%として重金属α、β、γから重金属αを
選択的に吸着させ、次に、pH値をpHbとすることに
よって重金属βの吸着効率を100%として重金属β、
γから重金属βを選択的に吸着させ、最後に、pH値を
pHcとすることによって重金属γの吸着効率を100
%として重金属βを吸着させる。
示す図及び表である。なお、この例では重金属としてA
s、Cd、Pb、Crの場合を示している。なお、各重
金属の濃度は2.11mg/l、2.15mg/l、
5.14mg/l、及び5.12mg/lとし、吸着媒
体として砂を用いている。
効率のpH値に対する依存性は高く、AsではpH値が
2.5〜7の範囲で、CdではpH値が4〜9の範囲で
高い吸着効率を示している。また、Cr及びPbは吸着
効率のpH値に対する依存性は低く、広いpH値の範囲
で高い吸着効率を示している。したがって、前記した設
定条件を上記適用例に適応すると、設定条件1〜設定条
件3を満足するpH値は4〜7の範囲となる。さらに、
このpH値範囲において、少ないpH調整剤の導入で同
等の吸着効率を得るには、pH値を4に設定することが
望ましい。
u及びHgの重金属についても吸着効率のpH値に対し
て低い依存性を示し、本発明の水処理に適用することが
できる。したがって、上記適用例にCu及びHgを含め
た場合についても、4〜7のpH値の範囲とすることに
よって、高い吸着効率で重金属を吸着することができ
る。
となく連続処理及び大量処理を行うことができる。凝集
剤を用いることなく複数種の重金属を同時処理すること
ができる。また、水処理を低コストで行うことができ
る。
ための概略図である。
の図である。
するためのフローチャートである。
トである。
明するための図である。
0…pH調整槽、21…センサ、22…攪拌器、23…
pH計、24…酸貯蔵槽、25…アルカリ貯蔵槽、26
…制御装置、27,28,29…導入管、31…ろ過リ
アクター、32…吸着媒体(ろ材)。
Claims (5)
- 【請求項1】 処理水のpH値を調整するpH調整手段
と、pH調整後の処理水を深層ろ過するろ過手段とを備
え、前記pH調整手段は、処理水に含まれる重金属の吸
着効率を調整し、ろ過手段による重金属の吸着分離の選
択性を形成することを特徴とする水処理装置。 - 【請求項2】 前記pH調整手段は、処理水中にpH調
整剤を導入する導入手段と、pH値を測定する測定手段
と、測定したpH値に基づいてpH調整剤を制御する制
御手段を備え、処理水を所定のpH値に自動調整するこ
とを特徴とする請求項1記載の水処理装置。 - 【請求項3】 前記重金属はCd、Pb、As、Cr、
Cu、Hgの少なくとも一つを含み、前記pH値は4〜
7であることを特徴とする請求項1,又は2記載の水処
理装置。 - 【請求項4】 処理水をpH調整し処理水に含まれる重
金属の吸着効率を調整する工程と、pH調整後の処理水
を深層ろ過して、重金属を吸着分離する工程を備えるこ
とを特徴とする水処理方法。 - 【請求項5】 前記重金属はCd、Pb、As、Cr、
Cu、Hgの少なくとも一つを含み、前記pH値は4〜
7であることを特徴とする請求項4記載の水処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000170043A JP2001347264A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水処理装置及び水処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000170043A JP2001347264A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水処理装置及び水処理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001347264A true JP2001347264A (ja) | 2001-12-18 |
Family
ID=18672811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2000170043A Pending JP2001347264A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 水処理装置及び水処理方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2001347264A (ja) |
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