JP7283088B2 - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Description
[1] 被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素と、鉄還元触媒とを含む混合液(A)に光照射を行い、前記被酸化性物質を分解する酸化工程(A2)を有する水処理方法。
[2] 前記混合液(A)が錯体形成物質を含み、前記錯体形成物質が、前記第一鉄イオンと錯体を形成する物質である、[1]に記載の水処理方法。
[3] 前記混合液(A)が第二鉄イオンを含む、[1]又は[2]に記載の水処理方法。
[4] 前記混合液(A)が錯体形成物質を含み、前記錯体形成物質が前記第二鉄イオンと錯体を形成する物質である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の水処理方法。
[5] 前記酸化工程(A2)において、前記光の波長が380nm以上である、[1]~[4]のいずれか一項に記載の水処理方法。
[6] 前記酸化工程(A2)において、前記鉄還元触媒の濃度が、前記混合液(A)の総質量に対し、100~10000質量ppmである、[1]~[5]のいずれか一項に記載の水処理方法。
[7] 被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素と、錯体形成物質とを含む混合液(B)に光照射を行い、前記被酸化性物質を分解する酸化工程(B2)を有する水処理方法。
[8] 被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素と、鉄還元触媒とを含む混合液(A)の存在下、光照射下においてフェントン反応を行い、前記被酸化性物質を分解するための反応槽を備える水処理装置。
本実施形態の水処理方法に用いる水処理装置1の構成について説明する。図1は、本実施形態の水処理装置1の概略構成を示す図である。図1に示すように、水処理装置1は、反応槽11と、不溶化槽21と、調整槽41と、貯留槽61と、を備える。
水処理装置1による水処理では、被酸化性物質を含む被処理水を、フェントン反応を利用して酸化処理する。被酸化性物質としては、生物処理による分解が困難な有機物、または、亜リン酸や次亜リン酸などの無機物が挙げられる。
亜リン酸や次亜リン酸は、めっき工場の工場排水などに含まれている。
本明細書において「アルデヒド類」とは、分子内にアルデヒド基を有する化合物を意味する。アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n-ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ビニルアルデヒド、及びグリオキサール等が挙げられる。
本明細書において「シアン化合物」とは、分子内に「CN」を有する化合物を意味する。シアン化合物としては、シアン化カリウム、及びシアン化ナトリウム等のシアン化物;アセトニトリル、及びアクリロニトリル等のニトリル類等が挙げられる。
本明細書において「アミン化合物」とは、分子内に1個以上の1~3級のアミノ基を有する化合物を有する化合物を意味する。アミン化合物としては、第1級アミン化合物、第2級アミン化合物、第3級アミン化合物、又はこれらの塩等が挙げられる。
本明細書において「塩化物」とは、分子内に「Cl」を有する化合物を意味する。塩化物としては、塩化カリウム、及び塩化ナトリウム等の無機塩化物;クロロホルム、及びジクロロメタン等の有機塩化物等が挙げられる。
本明細書において「カルボン酸化合物」とは、分子内にカルボキシ基又はカルボキシ基に由来する官能基をする化合物を意味する。カルボン酸化合物としては、シュウ酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、及びアクリル酸等の有機酸;プロピオン酸エチル等の有機酸エステル等が挙げられる。
被処理水が、錯体形成物質を含むとき、その濃度は、被処理水の総質量に対し、20000mg/L以下が好ましく、10000mg/L以下がより好ましく、5000mg/L以下がさらに好ましい。また、1mg/L以上が好ましく、10mg/L以上がより好ましく、100mg/L以上がさらに好ましい。
錯体形成物質の濃度が上記下限値以上であると、第一鉄イオン及び/又は第二鉄イオンと錯体形成物質とから形成される錯体構造を光照射により破壊して、錯体が形成されるのを防ぎやすい。
錯体形成物質の濃度が上記上限値以下であると、前記錯体の形成を抑制しやすく、フェントン反応が進行しにくくなるのを防ぎやすい。
反応槽11では、被処理水に含まれる被酸化性物質を、第一鉄イオン(Fe2+)及び過酸化水素存在下、光照射下においてフェントン反応により酸化する。
鉄還元触媒を使用する場合には、フェントン反応により生成した第二鉄イオン(Fe3+)を、光照射下において鉄還元触媒により第一鉄イオンに還元する。
被処理水が錯体形成物質を含む場合には、第一鉄イオン及び/又は第二鉄イオンと錯体形成物質とから形成される錯体構造を、光を照射することにより破壊して、第一鉄イオン及び/又は第二鉄イオンを遊離させる。
鉄試薬添加手段15は、反応槽11内に鉄試薬を添加するものである。
過酸化水素添加手段16は、反応槽11内に過酸化水素を添加するものである。
第一pH調整手段14は、槽内のpHに応じて、反応槽11内に酸またはアルカリを添加し、反応槽11内のpHを調整するものである。
これらのアルカリは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
触媒添加手段17は、反応槽11内に鉄還元触媒を添加するものである。
鉄還元触媒の濃度が上記下限値以上であると、フェントン反応で発生した第二鉄イオンの還元反応の効率を高めやすくなる。
鉄還元触媒の濃度が上記上限値以下であると、廃触媒の量を低減しやすくなる。
ここで「混合液」とは、被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素とを含むものである。
さらに、混合液には、錯体形成物質及び/又は鉄還元触媒が含まれていても良い。
光照射手段18は、反応槽内に光を照射するものである。
光の波長としては、300nm以上が好ましく、350nm以上がより好ましく、380nm以上がさらに好ましい。また、光の波長としては、650nm以下が好ましく、540nm以下がより好ましい。
光の波長が上記下限値以上であると、光照射のための電気消費量を低減できる。
光の波長が上記上限値以下であると、第二鉄イオンの還元反応を促進しやすくなり、錯体を破壊して第一鉄イオンを遊離しやすくなる。
光の強度が上記下限値以上であると、光照射のための電気消費量を低減できる。
光の強度が上記上限値以下であると、第二鉄イオンの還元反応を促進しやすくなり、錯体を破壊して第一鉄イオンを遊離しやすくなる。
不溶化槽21は、第一鉄イオン、およびフェントン反応により生成した第二鉄イオンを反応液から除去するために不溶化させ、第一鉄化合物および第二鉄化合物を生成させるものである。
第二pH調整手段24は、槽内のpHに応じて、不溶化槽21内にアルカリを添加し、不溶化槽21内のpHを調整するものである。不溶化槽21内は、第一鉄イオンおよび第二鉄イオンを不溶化させることが可能なpHの範囲に調整される。不溶化槽21内のpHは、6.0以上10.0以下の範囲に調整されることが好ましい。不溶化槽21内のpHは、7.0以上9.0以下となることがより好ましく、7.5以上8.5以下がさらに好ましく、7.8以上8.3以下が特に好ましい。
濃縮装置22は、第一鉄化合物、第二鉄化合物、鉄還元触媒、及び錯体が懸濁した懸濁液から、鉄化合物、鉄還元触媒及び錯体を含む汚泥が濃縮された懸濁液を得るものである。濃縮装置22は、第一膜モジュール23を用いた全量濾過方式を採用している。第一膜モジュール23を用いることにより、懸濁液に汚泥が高濃度で含まれる場合においても、高い分離能で分離できる。本実施形態では全量濾過方式による濃縮方法を採用しているが、クロスフロー濾過方式を採用してもよい。
懸濁液返送手段32は、不溶化槽21から反応槽11に汚泥が濃縮された懸濁液の少なくとも一部を返送するものである。懸濁液返送手段32は、第五の流路33を備える。第五の流路33は、懸濁液の少なくとも一部を不溶化槽21から排出し、反応槽11に流入(供給)させるものである。
第五の流路33には、ポンプ33aが設置されている。これにより、不溶化槽21内の懸濁液の少なくとも一部を不溶化槽21から反応槽11に返送することができる。
調整槽41は、不溶化槽21から第三の流路31を介して供給される処理水を貯留するものである。
貯留槽61は、分離装置42から第四の流路51を介して供給される透過水を貯留するものである。貯留槽61に貯留された透過水は、工業用水などで希釈され、河川などに放流される。
本発明の第一の実施形態の水処理方法では、pH調整工程(A1)と、酸化工程(A2)と、不溶化工程(A3)と、濃縮工程(A4)と、分離工程(A5)と、懸濁液返送工程(A6)と、を有する。
続いて、鉄化合物、過酸化水素、及び鉄還元触媒の存在下、光を照射しながらフェントン反応を行い、被酸化性物質を酸化する。フェントン反応で発生した第二鉄イオンは、鉄還元触媒の存在下、光照射により第一鉄イオンに還元される(酸化工程(A2))。
さらに、第一鉄化合物、第二鉄化合物および鉄還元触媒が懸濁した懸濁液を、濃縮装置22により鉄化合物および鉄還元触媒を含む汚泥と処理水とに固液分離して、汚泥が濃縮された懸濁液を得る(濃縮工程(A4))。
さらに、貯留槽61において、分離工程(A5)で分離した透過水を貯留する。
反応槽11に返送された懸濁液中の第二鉄化合物は、反応槽11内で溶解して第二鉄イオンとなり、鉄還元触媒及び光照射により第一鉄イオンに還元される(還元工程(A7))。
続いて、鉄化合物、及び過酸化水素の存在下、光を照射しながらフェントン反応を行い、被酸化性物質を酸化する(酸化工程(B2))。
不溶化工程(B3)、濃縮工程(B4)、分離工程(B5)、及び懸濁液返送工程(B6)は、上述した不溶化工程(A3)、濃縮工程(A4)、分離工程(A5)、及び懸濁液返送工程(A6)と同様に行うことができる。
さらに、水処理装置1において、不溶化槽21、調整槽41、分離装置42、及び貯留槽61を省略してもよい。
本発明の第一の実施形態の水処理方法では、反応槽11において、第二鉄イオンが還元されて第一鉄イオンとして再利用されるため、第二鉄化合物に由来する汚泥の発生が少ない。そのため、不溶化槽21、調整槽41、分離装置42、及び貯留槽61を省略することができる。
また、本発明の第二の実施形態の水処理方法では、反応槽11において、錯体が破壊されて第一鉄イオンが遊離するため、錯体に由来する汚泥の発生が少ない。そのため、不溶化槽21、調整槽41、分離装置42、及び貯留槽61を省略することができる。
また、不溶化工程(A3)と、濃縮工程(A4)と、分離工程(A5)と、懸濁液返送工程(A6)も行わなくてもよい。酸化工程(A2)において、第二鉄イオンが還元されて第一鉄イオンとして再利用されるため、第二鉄化合物に由来する汚泥の発生が少ない。そのため、不溶化工程(A3)と、濃縮工程(A4)と、分離工程(A5)と、懸濁液返送工程(A6)を行う必要がない。
また、不溶化工程(B3)と、濃縮工程(B4)と、分離工程(B5)と、懸濁液返送工程(B6)も行わなくてもよい。酸化工程(B2)において、第一鉄イオンと錯体形成物質とから形成される錯体構造から第一鉄イオンが遊離するため、錯体に由来する汚泥の発生が少ない。そのため、不溶化工程(B3)と、濃縮工程(B4)と、分離工程(B5)と、懸濁液返送工程(B6)を行う必要がない。
なお、各試薬として以下の材料を用いた。
鉄試薬:硫酸鉄(II)七水和物(FeSO4・7H2O)
鉄還元触媒:活性炭(DiaFellow CT、三菱ケミカルアクア・ソリューションズ株式会社製)
プロピオンアルデヒド(富士フィルム和光純薬(株))
反応槽に第一pH調整手段と、鉄試薬添加手段と、過酸化水素添加手段と、触媒添加手段と、光照射手段と、を備える水処理装置を作成した。
純水に、オレンジIIを濃度が30mg/Lとなるように加え、被処理水とした。
被処理水を反応槽に入れ、pHを硫酸により調整し、3.0とした。
続いて、被処理水の総体積に対する過酸化水素の濃度が500mg/Lとなるように、反応槽に過酸化水素を添加した。
また、被処理水の総体積に対する鉄試薬の濃度が5mg/L(第一鉄イオン換算で1mg/L)となるように、反応槽に鉄試薬を添加した。
さらに、被処理水の総質量に対する鉄還元触媒の濃度が100質量ppmとなるように、反応槽に鉄還元触媒を添加した。
得られた被処理水に、波長380nm、強度1600W/m2の光を照射し、光照射開始から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表1及び図2に示す。
なお、オレンジIIの濃度は、吸光光度法によって測定した。
光を照射しなかったこと以外は実施例1と同様にして水処理を行い、鉄還元触媒添加から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表1及び図2に示す。
鉄還元触媒を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして水処理を行い、光照射開始から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表1及び図2に示す。
光を照射しなかった比較例1では、被処理水中のオレンジIIがほぼ完全に酸化分解されるまでに約40分を要した。
鉄還元触媒を添加しなかった比較例2では、被処理水中のオレンジIIがほぼ完全に酸化分解されるまでに約40分を要した。
反応槽に第一pH調整手段と、鉄試薬添加手段と、過酸化水素添加手段と、光照射手段と、を備える水処理装置を作成した。
純水に、オレンジIIを濃度が200mg/Lとなるように加え、さらにプロピオンアルデヒドを濃度が800mg/Lとなるように加え、被処理水とした。
被処理水を反応槽に入れ、pHを硫酸により調整し、3.0とした。
続いて、被処理水の総体積に対する過酸化水素の濃度が500mg/Lとなるように、反応槽に過酸化水素を添加した。
また、被処理水の総体積に対する鉄試薬の濃度が5mg/L(第一鉄イオン換算で3mg/L)となるように、反応槽に鉄試薬を添加した。
得られた被処理水に、波長380nm、強度1600W/m2の光を照射し、光照射開始から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表2及び図3に示す。
なお、オレンジIIの濃度は、吸光光度法によって測定した。
光を照射しなかったこと以外は実施例2と同様にして水処理を行い、鉄試薬添加から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表2及び図3に示す。
光を照射しなかった比較例3では、被処理水中のオレンジIIは、光照射開始から40分経過してもほとんど酸化分解されなかった。
反応槽に第一pH調整手段と、鉄試薬添加手段と、過酸化水素添加手段と、触媒添加手段と、光照射手段と、を備える水処理装置を作成した。
純水に、オレンジIIを濃度が200mg/Lとなるように加え、さらにプロピオンアルデヒドを濃度が800mg/Lとなるように加え、被処理水とした。
被処理水を反応槽に入れ、pHを硫酸により調整し、3.0とした。
続いて、被処理水の総体積に対する過酸化水素の濃度が500mg/Lとなるように、反応槽に過酸化水素を添加した。
また、被処理水の総体積に対する鉄試薬の濃度が5mg/L(第一鉄イオン換算で3mg/L)となるように、反応槽に鉄試薬を添加した。
さらに、被処理水の総質量に対する鉄還元触媒の濃度が100質量ppmとなるように、反応槽に鉄還元触媒を添加した。
得られた被処理水に、波長380nm、強度1600W/m2の光を照射し、光照射開始から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表3及び図4に示す。
なお、オレンジIIの濃度は、吸光光度法によって測定した。
光を照射しなかったこと以外は実施例3と同様にして水処理を行い、鉄還元触媒添加から5分毎に被処理水中のオレンジIIの濃度(mg/L)を測定した。得られた結果を表3及び図4に示す。
光を照射しなかった比較例4では、被処理水中のオレンジIIは、光照射開始から40分経過に約半分が酸化分解されたが、実施例3と比較すると酸化分解が遅いことが判った。
Claims (7)
- 被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素と、鉄還元触媒と、錯体形成物質とを含み、pH1.0以上4.0以下の範囲に調整された混合液(A)に光照射を行い、前記被酸化性物質を分解する酸化工程(A2)を有する水処理方法であって、
前記鉄還元触媒が活性炭である、水処理方法。 - 前記錯体形成物質が、前記第一鉄イオンと錯体を形成する物質である、請求項1に記載の水処理方法。
- 前記混合液(A)が第二鉄イオンを含む、請求項1又は2に記載の水処理方法。
- 前記錯体形成物質が前記第二鉄イオンと錯体を形成する物質である、請求項3に記載の水処理方法。
- 前記酸化工程(A2)において照射する光の波長が380nm以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の水処理方法。
- 前記酸化工程(A2)において、前記鉄還元触媒の濃度が、前記混合液(A)の総質量に対し、100~10000質量ppmである、請求項1~5のいずれか一項に記載の水処理方法。
- 被酸化性物質を含む被処理水と、第一鉄イオンと、過酸化水素と、鉄還元触媒と、錯体形成物質とを含み、pH1.0以上4.0以下の範囲に調整された混合液(A)の存在下、光照射下においてフェントン反応を行い、前記被酸化性物質を分解するための反応槽を備える水処理装置であって、
前記鉄還元触媒が活性炭である、水処理装置。
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