重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システム
【課題】汚染水に含まれる重金属を効率的に除去することができる重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムを提供する。
【解決手段】重金属汚染水の処理システム１では、重金属を含有する汚染水に鉄粉を反応槽２において混合している。鉄粉は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄粉を混合することにより、多種類の重金属を鉄粉に付着させることができる。このように、汚染水に鉄粉を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【解決手段】重金属汚染水の処理システム１では、重金属を含有する汚染水に鉄粉を反応槽２において混合している。鉄粉は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄粉を混合することにより、多種類の重金属を鉄粉に付着させることができる。このように、汚染水に鉄粉を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建設工事廃水や工場廃水に含まれる重金属を取り除き、廃水を無害化する重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の重金属汚染水の処理方法として、凝集沈殿処理法が知られている。この凝集沈殿処理法は、汚染水に凝集剤を添加して処理対象とする重金属が沈殿し易い環境を作ったり、キレート剤を添加して重金属を取り込むことにより、汚染水から重金属を沈殿槽により重力分離する方法である（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５３１０６号公報
【特許文献２】特開２００１−１２１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、凝集剤を添加する凝集沈殿処理では、例えば砒素の場合には酸性雰囲気下が沈殿に良好であり、鉛の場合にはアルカリ性雰囲気下が沈殿に良好であるため、複数の重金属が汚染水に含有されている場合には、各重金属に応じて複数の処理を行う必要あった。また、汚染水にキレート剤を添加する凝集沈殿処理においても、例えば砒素は汚染水に陰イオンとして溶解しているため陰イオン用のキレート剤を必要とし、鉛は汚染水に陽イオンとして溶解しているため陽イオン陽のキレート剤を必要とするため、複数の重金属を汚染水に含有されている場合には、各重金属に応じて複数の処理を行う必要がある。
【０００５】
さらに、汚染地下水を処理する場合にあっては、汚染物質の濃度を正確に予測することが困難であり、地下水を汲み上げる場所によっては例えば濃度が１０倍、１００倍と変動することもある。そのため、濃度をいちいち確認しながら凝集剤などの添加量を調整する必要あり、管理が煩雑になるといった問題がある。従って、凝集剤やキレート剤を添加する重金属の処理方法では、処理が複雑化して効率的でないといった問題あった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、汚染水に含まれる重金属を効率的に除去することができる重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システム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】
【０００７】
上記課題解決のため、本発明は、重金属を含有する汚染水から重金属を除去する重金属汚染水の処理方法であって、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、鉄含有粒子に重金属を付着させる混合工程と、混合工程において汚染水に混合された鉄含有粒子を汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離工程と、磁気分離工程において回収された鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために返送する返送工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
或いは、本発明は、重金属を含有する汚染水から重金属を除去する重金属汚染水の処理システムであって、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、鉄含有粒子に重金属を付着させる混合装置と、混合装置によって汚染水に混合された鉄含有粒子を汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離装置と、磁気分離装置によって回収された鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために混合装置に返送する返送路と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムでは、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合している。鉄を含有する鉄含有粒子は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄含有粒子を混合することにより、多種類の重金属を鉄含有粒子に付着させることができる。このように、汚染水に鉄含有粒子を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【００１０】
さらに、本発明では、磁気分離工程（磁気分離装置）で回収した鉄含有粒子を混合工程（混合装置）で再利用できるので、鉄含有粒子の吸着能力の限界まで繰り返し鉄含有粒子を利用できる。従って、１回の利用で鉄含有粒子を廃棄してしまう場合に比べてコストの低減に有効であり、また、大量の鉄含有粒子の投入を行い易くなって処理時間の短縮化を図り易い。
【００１１】
また、混合工程において汚染水に鉄含有粒子を混合した後、汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿工程を更に含むことが好ましい。磁気分離工程での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄含有粒子と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離工程の前処理として固液分離工程を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離工程で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。上記の方法では、鉄含有粒子は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理工程を前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。
【００１２】
また、混合工程において汚染水に鉄含有粒子を混合する際に、汚染水の温度を上昇させることが好ましい。鉄含有粒子の吸着力は、温度が高くなるにつれて高くなる。そこで、混合工程において汚染水の温度を上昇させることにより、鉄含有粒子における重金属の吸着力の向上を図ることができ、重金属をより効果的に除去することができる。
【００１３】
また、鉄含有粒子の中間粒径は、１００μｍ以下であることが好ましい。鉄含有粒子は、中間粒径が小さい方が同重量の鉄含有粒子に対する表面積が増加するため、多くの重金属を吸着・保持するといった特性を有している。そこで、鉄含有粒子の中間粒径を１００μｍ以下とすることにより、重金属の吸着・保持効率を維持しつつ、回収率を維持することができる。
【００１４】
また、混合装置と磁気分離装置との間に、混合装置で鉄含有粒子が混合された汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿槽を更に備えることが好ましい。磁気分離装置での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄含有粒子と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離装置の前処理として固液分離を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。上記のシステムでは、鉄含有粒子は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、混合装置と磁気分離装置との間に凝集沈殿槽を設け、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理を前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。また、凝集沈殿槽における凝集沈殿速度の向上を図ることができるので、従来に比べて凝集沈殿槽を縮小することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、汚染水に含まれる重金属を効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る重金属汚染水の処理システムの概要を示す図である。
【図２】凝集沈殿槽の構成を概略的に示す側面断面図である。
【図３】磁気分離装置の構成を概略的に示す側面断面図である。
【図４】鉛吸着速度評価の実験結果を示すグラフである。
【図５】鉛吸着速度評価の実験結果を示すグラフである。
【図６】鉛吸着速度評価の実験結果を示す表である。
【図７】砒素吸着速度評価の実験結果を示す表である。
【図８】鉄粉の回収・再利用実験結果を示すグラフである。
【図９】変形例に係る重金属汚染水の処理システムの反応槽の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムの好適な実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る重金属汚染水の処理システムの概要を示す図である。図１に示す重金属汚染水の処理システム１は、例えば砒素・鉛に代表される重金属に汚染された泥水や工場排水における重金属の除去処理を行うシステムである。この重金属汚染水の処理システム１は、反応槽２と、凝集沈殿槽３と、磁気分離装置４と、気液分離器５と、処理水槽６とを備えている。
【００１９】
重金属汚染水の処理システム１では、処理対象となる重金属汚染水（以下、汚染水ともいう）と鉄粉（鉄含有粒子）とを反応槽２において混合し、鉄粉に重金属を付着させる。そして、重金属を付着した鉄粉を含む汚染水を凝集沈殿槽３において凝集沈殿処理し、固液分離された後の被処理水が磁気分離装置４に搬送されて、磁気分離装置４において鉄粉が回収される。その後、磁気分離装置４において回収された鉄粉は、気液分離器４に搬送されて気液分離され、再度反応槽２に戻される。重金属汚染水の処理システム１では、このような処理工程により重金属汚染水から重金属を除去している。以下、各構成要素について説明する。
【００２０】
反応槽２は、汚染水（原水）に鉄粉を混入し、汚染水と鉄粉とを混合して汚染水に含まれる重金属を鉄粉に付着させるための槽である。この反応槽２は、鉄粉投入器１０と、攪拌器１１と、水中ミキサー１２と、汲み上げポンプ１３とを備えている。反応槽２には、図示しない原水タンクに接続された搬送ラインＬ１が延設されており、その原水タンクから汚染水が搬送される。
【００２１】
鉄粉投入器１０は、反応槽２に鉄粉を投入するものである。この鉄粉投入器１０は、反応槽２内の汚染水に対して所定量の鉄粉を投入する。より具体的には、鉄粉投入器１０は、例えば鉄粉の粒径が１０μｍ〜１００μｍの場合、汚染水に対して約１％程度の鉄粉を投入する。なお、鉄粉投入器１０によって投入される鉄粉の詳細については、後述する。
【００２２】
攪拌器１１は、反応槽２内の汚染水と鉄粉とを攪拌するものである。攪拌器１１は、モータ１１ａに回転軸１１ｂが連結されており、回転軸１１ｂの先端には、回転羽１１ｃが設けられている。従って、攪拌器１１は、モータ１１ａに連動する回転羽１１ｃによって、反応槽２内の汚染水と鉄粉投入器１０によって投入された鉄粉とを攪拌して混合する。
【００２３】
水中ミキサー１２は、攪拌槽３内の汚染水を流動させるためのものである。水中ミキサー１２は、反応槽２に底部に設けられており、吸入した汚染水を噴射して水圧により汚染水を流動させる。つまり、反応槽２では、攪拌器１１と水中ミキサー１２との協働により、汚染水と鉄粉とを混合して重金属汚染土壌に含まれる重金属を鉄粉に付着させる。なお、反応槽２における汚染水と鉄粉との混合時間は、例えば鉄粉の粒径が１０〜１００μｍの場合には、約１分程度である。
【００２４】
汲み上げポンプ１３は、反応槽２内の重金属汚染水を汲み上げるポンプである。汲み上げポンプ１３には、凝集沈殿槽３に鉄粉を含有する重金属汚染水を搬送する搬送ラインＬ２が接続されている。汲み上げポンプ１３は、反応槽２内から汲み上げた汚染水を搬送ラインＬ２を介して凝集沈殿槽３に送出する。なお、汲み上げポンプ１３は、毎分０．３〜０．５ｍ３程度の汚染水を搬送ラインＬ２を介して凝集沈殿槽３に送出する。
【００２５】
凝集沈殿槽３は、重金属汚染水を凝集剤の添加により固液分離する槽である。具体的には、図２を参照しながら説明する。図２は、凝集沈殿槽の構成を概略的に示す側面断面図である。同図に示すように、凝集沈殿槽３は、流入口１４と、沈殿部１５と、流出口１６と、排出口１７とを備えている。
【００２６】
流入口１４は、凝集沈殿槽３に汚染水を流入する。流入口１４は、凝集沈殿槽３の上部に設けられている。この流入口１４には、搬送ラインＬ２に接続されており、反応槽２において鉄粉が混合された汚染水を沈殿部１５内に流入させる。
【００２７】
沈殿部１５は、汚染水の凝集沈殿処理が行われる部分である。沈殿部１５に流入した汚染水には、例えばｐＨ調整剤、有機・無機凝集剤が添加される。この凝集剤の添加により、汚染水の粒子等を沈殿させて固液分離する。具体的には、沈殿部１５では、処理水と鉄粉及びフロックを含む被処理水とに分離する。この沈殿部１５においては、流入口１５から流入した汚染水のうち例えば８０〜９０％程度が処理水として処理されるので、被処理水の含水率を低下させることができる。なお、ｐＨ調整剤としては、例えば苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、炭酸ナトリウム、硫酸等を用いることができる。また、凝集剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、有機高分子凝集剤等を用いることができる。また、凝集助剤としては、アルギン酸ナトリウム、ベントナイト、粉末活性炭、活性珪酸等を用いることができる。
【００２８】
流出口１６は、凝集沈殿処理によって発生した上澄み水（処理水）を流出する。流出口１６は、凝集沈殿槽３に上部において流入口１４の反対側に設けられている。流出口１６から流出された処理水は、例えば砂ろ過等といった所定の処理を行った後、搬送ラインＬ３を介して下水や公共水域に放流される。なお、この処理水は、重金属が所定濃度以下、すなわち水質汚濁防止法に定める水質汚濁に係わる基準値以下となっている。
【００２９】
排出口１７は、凝集沈殿処理によって発生したフロックを含む被処理水を排出する。排出口１７は、凝集沈殿槽３の下部に設けられており、搬送ラインＬ４が接続されている。排出口１７は、搬送ラインＬ４を介して鉄粉及びフロックを含む被処理水を磁気分離装置４に送出する。
【００３０】
磁気分離装置４は、被処理水から鉄粉を回収する。磁気分離装置４には、上述の搬送ラインＬ４上に設けられたバルブＶ１が調整されることによって、毎分０．３〜０．５ｍ３程度の被処理水が凝集沈殿槽３から搬送される。磁気分離装置４では、被処理水に含まれる鉄粉を９９％以上回収する。これは、発明者等の試験・実験等により明らかとなっている。なお、磁気分離装置４は、２０ｍ３／ｈ以上の処理能力を有している。
【００３１】
磁気分離装置４について、図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、磁気分離装置４の構成を概略的に示す側面断面図である。同図に示すように、磁気分離装置４は、磁界発生部２０と、本体部２１とを備えている。
【００３２】
磁界発生部２０は、磁界（磁場）を発生させる部分である。磁界発生部２０は、本体部２１に当接して配置されており、超伝導電磁石を有して構成されている。磁界発生部２０から発生される磁界は、本体部２１の下側では強く、上側になるにつれて弱くなるように設定されている。磁界の強さは、制御装置２２（図１参照）によって適宜変更可能となっている。
【００３３】
本体部２０は、筺体２３と、モータ２４とから構成されている。筺体２３は、流入口２５と、流出口２６と、排出口２７と、ベルト２８と、ウォータージェット２９ａ，２９ｂと、鉄粉回収口３０とを備えている。
【００３４】
流入口２５は、被処理水の流入方向が斜め下方となるように、水平方向に対して傾斜して筺体２３に設けられている。流入口２５は、搬送ラインＬ４に接続され、被処理水を筺体２３内に流入させる。
【００３５】
流出口２６は、流入口２５の反対側に設けられており、泥水等を排出する。流出口２６は、流入口２５よりも上方に設けられている。これにより、筺体２３内部では、流出口２６よりも上側には水が浸水しないようになっている。この流出口２６には、処理水を処理水槽６に搬送する搬送ラインＬ５（図１参照）が接続されている。
【００３６】
排出口２７は、ベルト２８よりも下方（筺体２３の底部）に設けられており、被処理水に含まれているフロックや土粒子等を筺体２３内に堆積させないように排出する。この排出口２７は、搬送ラインＬ６を介して貯留槽３１（図１参照）に接続されており、この搬送ラインＬ６には、バルブＶ２（図１参照）が設けられている。これにより、排出口２７からの排出量がそのバルブＶ２によって調整が可能となっている。貯留槽３１は、フロックや土粒子等と共に排出される処理水を一時的に貯留する部分であり、ポンプ３１によって処理水槽６に処理水を搬送ラインＬ７を介して搬送する。なお、排出口２７の排出量は、流出口２６の排出量よりも少なくなくなるように設定されている。
【００３７】
ベルト２８は、筺体２３の上部に設けられたローラー状の駆動回転体３３と、筺体２３の下部に設けられたローラー状の従動回転体３４とに掛け渡されている。駆動回転体３３と従動回転体３４とは、鉛直方向に沿った同一直線状に水平方向に延在して配置固定されている。駆動回転体３３は、モータ２４に連結され、モータ２４の回転に応じて回転する。回転方向は、図３において時計回りである。従動回転体３４は、回動自在に設けられている。ベルト２８は、駆動回転体３３の回転に伴って回転する。
【００３８】
また、ベルト２８は、駆動回転体３３と従動回転体３４との間の略中央部分、且つ流入口２５に対向する面Ｆ側に配置固定されたローラー状の回転体３４に接触している。回転体３５は、駆動回転体３３及び従動回転体３４よりも流入口２５側に設けられている。これにより、ベルト２８は、流入口２５に対向する面Ｆが、従動回転体３４から回転体３５までの部分において、鉛直方向に対して流入口２５から遠ざかる方向に例えば１５°程度傾斜している。また、回転体３５から駆動回転体３３までの部分において、鉛直方向に対して流入口２５に近づく方向に例えば２０°程度傾斜している。したがって、ベルト２８は、回転体３５を略中心として流入口２５側の面Ｆ，ＧがＶ字状となっている。なお、ベルト２８の上記配置により、ベルト２８の流入口２５に対向する面Ｆは、流入口２５から流入される汚染水の流入方向と略直交する角度となっている。
【００３９】
ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ベルト２８に対して水（流体）を噴射する。ウォータージェット２９ａ，２９ｂには、ポンプ（図示しない）から水が供給されており、ウォータージェット２９ａ，２９ｂから噴射される水の圧力は、０．３Ｍｐａ程度である。ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ベルト２８の流出口２６の配置位置の直上部分において、流入口２５と対向する面Ｇと、その面Ｇの裏面とに水が噴射されるように、ベルト２８を挟むように配置されている。ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、水平方向に沿って一定の間隔で配置された複数のノズルＮ１、Ｎ２を有しており、そのノズルＮ１，Ｎ２からベルト２８の噴射位置Ｐに向けて水を噴射する。なお、ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ウォータージェット２９ａが噴射位置Ｐ、ウォータージェット２９ｂが噴射位置Ｐよりも上方に噴射するといったように、噴射位置を違えて水を噴射してもよい。
【００４０】
鉄粉回収口３０は、ベルト２８から鉄粉を吸引することにより回収する。鉄粉回収口３０には、吸引口の上側部分に沿ってベルト２８に接触する接触片３０ａが設けられている。鉄粉回収口３０は、気液分離器５に搬送ラインＬ８を介して接続されており、ブロア５ａの吸引により鉄粉を接触片３０ａによってベルト２８から剥離しながら吸引して回収する。鉄粉回収口３０における吸引力は、２０ｋｐａ程度である。
【００４１】
図１に戻って、気液分離器５は、磁気分離装置４によって回収された鉄粉と共に吸引される空気を分離し、鉄粉を回収する装置である。気液分離器５には、ブロア５ａが接続されており、搬送ラインＬ８を介して鉄粉が搬送される。気液分離器５によって回収された鉄粉は、再度反応槽２（鉄粉投入器１０）に返送され、浄化材として再利用される。
【００４２】
処理水槽６は、磁気分離装置４によって鉄粉が回収された後の処理水を貯留する部分である。処理水槽６には、磁気分離装置４から送出された処理水及び貯留槽３１から送出された処理水が、それぞれ搬送ラインＬ５，Ｌ７を介して搬送される。この処理水槽６に貯留される処理水は、重金属が所定濃度以下、すなわち水質汚濁防止法に定める水質汚濁に係わる基準値以下となっている。そして、処理水槽６には、ポンプ３６が設けてあり、ポンプ３６により汲み上げられた処理水は、フィルタープレス等により処理水中の固形分（例えば、フロック等）と水とをさらに分離するための処理が必要に応じて実施される。なお、分離された水は、例えば凝集沈殿槽３に返送されたり、所定の処理（砂ろ過等）が実施された後、下水や公共水域に放流される。
【００４３】
続いて、本実施形態における重金属汚染土壌の処理システムに用いた鉄粉の実験結果について説明する。
【００４４】
（吸着速度評価実験）
（鉛吸着速度評価実験）
まず、浄化処理に使用する鉄粉を選別するにあたり、鉄粉による重金属の吸着速度に関する実験を行った。実験方法は、鉛を１ｍｇ／Ｌ含有する重金属汚染水１００ｇに炭酸水素ナトリウムを混入させることで中和し、中和した重金属汚染水に鉄粉を１，３，１０％混入した。そして、鉄粉と汚染水とを１，５，１０分で接触（振とう）させた後に、磁石で鉄粉を抽出し、０．４５μｍのフィルターでろ過して鉄粉と水とを分離してから、対象汚染物質の分析を行った。混入した鉄粉は、中間粒径が１００μｍよりも大きいもの（以下、１００μｍ超）、中間粒径が５０μｍ、及び中間粒径が１０μｍ未満のものである。なお、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、混合時間を１分のみとした。
【００４５】
図４及び図５に実験結果を示す。図４及び図５は、鉄粉の中間粒径が１００μｍ超及び５０μｍの実験結果を示すグラフである。図４及び図５において、（ａ）はいずれも横軸が混合時間（ｍｉｎ）、縦軸が鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、（ｂ）はいずれも横軸が鉄粉混合量（％）、縦軸が鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）である。なお、実験結果は、累乗型でフィッティングして示している。
【００４６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、中間粒径が１００μｍ超の鉄粉では、全ての鉄粉混合量において、混合時間に応じて鉛濃度が低下、すなわち混合時間が長いほど鉛濃度が低下（鉄粉への吸着が進行）している。そして、鉄粉混合量の多い方が、短時間で鉛濃度が低下している。
【００４７】
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、中間粒径が５０μｍの鉄粉では、中間粒径が１００μｍ超と同様に、値に多少ばらつきはあるものの、全ての鉄粉混合量において、混合時間に応じて鉛濃度が低下、すなわち混合時間が長いほど鉛濃度が低下している。そして、鉄粉混合量の多い方が、短時間で鉛濃度が低下している。
【００４８】
図６は、鉛吸着速度評価の結果を示す表である。図６において、（ａ）は重金属汚染水に対して鉄粉を１％添加した場合、（ｂ）は鉄粉を３％添加した場合、（ｃ）は鉄粉を１０％添加した場合を示している。図６に示すように、初期濃度１ｍｇ／Ｌの鉛濃度は、鉄粉の添加量（混入量）にかかわらず、１分の混合により１／１０程度低下する傾向にある。そして、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉では、添加量が少なくても短時間で処理することができる。
【００４９】
（砒素吸着速度評価実験）
次に、重金属汚染水として砒素を用いて実験を行った。実験方法は、砒素を１ｍｇ／Ｌ含有する重金属汚染水１００ｇに塩酸を混入させることで中和し、中和した重金属汚染水に中間粒径が１００μｍ超及び５０μｍの鉄粉を１％混入した。そして、鉄粉と汚染水とを１，１０分で接触（振とう）させた後に、磁石で鉄粉を抽出し、０．４５μｍのフィルターでろ過して鉄粉と水とを分離してから、対象汚染物質の分析を行った。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、０．０３％とした。
【００５０】
実験結果を図７に示す。図７は、砒素吸着速度評価の実験結果を示す表である。同図に示すように、全ての鉄粉において、砒素は鉛よりも鉄粉に吸着しにくい（濃度が下がりにくい）結果となった。そして、最も性能（混合時間に対する砒素濃度の低下量等）が良いのは、中間粒径が１０μｍ未満、すなわち中間粒径が最も小さい鉄粉であった。また、中間粒径が５０μｍの鉄粉においても、１０分の処理時間で濃度が１／１００程度に低下している。
【００５１】
以上より、鉄粉と重金属汚染水との混合時間（接触時間）が長いほど重金属濃度（鉛濃度、砒素濃度）が低下すること、及び、重金属汚染水に対して鉄粉の混合量が多いほど短時間で鉛濃度が低下することが吸着速度評価実験より得られた。
【００５２】
（鉄粉回収・再利用評価実験）
続いて、鉄粉の回収・再利用に関する評価実験を行った。実験方法は、重金属汚染水に鉄粉を混入し、重金属汚染水と鉄粉とを５分間接触させた。そして、鉄粉を磁石で回収した後に、その回収した鉄粉に再度重金属汚染水に混合して重金属を付着させた。なお、鉄粉の混入量は、中間粒径が５０μｍ及び１００μｍ超においては、重金属汚染水に対して１％とした。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉においては、０．１５％とした。実験結果を図８に示す。
【００５３】
図８は、鉄粉の回収・再利用実験結果を示すグラフである。同図に示すように、どの中間粒径の鉄粉においても、２回以上の回収・再利用が可能であることが分かった。しかし、中間粒径が１００μｍ超（最も中間粒径が大きい）の鉄粉は、初期性能（１回目の使用）及び長期性能（複数回使用）共に他の鉄粉に比べて性能が劣ることが分かった。これに対して、中間粒径が１０μｍ未満（最も中間粒径が小さい）の鉄粉は、初期性能及び長期性能ともに処理能力が高いことが分かった。なお、中間粒径が５０μｍの鉄粉における総吸着量は、１５００ｍｇ／ｋｇであり、処理能力として十分な結果が得られた。
【００５４】
以上の実験結果により、反応槽３における鉄粉と汚染水との混合時間は、中間粒径が１０μｍ〜１００μｍ鉄粉では１分以上とすることが好適であることが分かった。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉では、混合時間を１分以内にすることが好適であることが分かった。さらに、汚染水に対する鉄粉の混合量は、中間粒径が１０μｍ〜１００μｍのものでは１％以上とすることが好適であり、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、汚染水に対して０．０３％以上が好適であることが分かった。本実施形態では、重金属汚染水の処理システム１において使用する鉄粉は、中間粒径が１００μｍ以下のものとした。
【００５５】
以上説明したように、重金属汚染水の処理システム１では、重金属を含有する汚染水に鉄粉を反応槽２において混合している。鉄粉は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄粉を混合することにより、多種類の重金属を鉄粉に付着させることができる。このように、汚染水に鉄粉を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【００５６】
ここで、汚染水中の重金属の除去時間は、鉄粉の添加量に依存し、例えば、大量に添加すると短時間での除去が可能になり、少量で有れば長時間を要する。本実施形態では、磁気分離装置４で回収した鉄粉を反応槽２で再利用できるので、鉄粉の吸着能力の限界まで（吸着破過するまで）繰り返し鉄粉を利用できる。従って、１回の利用で鉄粉を廃棄してしまう場合に比べてコストの低減に有効であり、また、大量の鉄粉の投入を行い易くなって処理時間の短縮化を図り易い。
【００５７】
また、本実施形態では、鉄粉の中間粒径を１００μｍ以下とした。鉄粉は、中間粒径が小さい方が同重量の鉄含有粒子に対する表面積が増加するため、多くの重金属を吸着・保持するといった特性を有している。そこで、鉄粉の中間粒径を１００μｍ以下とすることにより、重金属の吸着・保持効率を維持しつつ、回収率を維持することができる。
【００５８】
また、反応槽２において汚染水に鉄粉を混合した後、凝集沈殿槽３において汚染水を凝集剤の添加により固液分離している。磁気分離装置４での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄粉と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離装置４の前処理として固液分離を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離工程で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。本発明の重金属汚染水の処理システム１では、鉄粉は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理槽３における凝集沈殿処理を磁気分離装置４における処理の前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。更に、凝集沈殿槽３における凝集沈殿速度の向上を図ることができるので、従来に比べて凝集沈殿槽３を縮小、或いは単位時間あたりの処理量を増やすことができる。
【００５９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態に加えて、反応槽２において汚染水を加熱する構成としてもよい。具体的には、図９を参照しながら説明する。
【００６０】
図９は、変形例に係る重金属汚染土壌の処理システムの反応槽の概略図である。なお、図９においては、説明の便宜上、鉄粉投入器１０、攪拌器１１、汲み上げポンプ１５等を省略して示している。図９に示すように、反応槽２Ａには、電熱線４０が設けられている。この伝熱線４０は、電源４１に接続されており、反応槽２Ａ内の汚染水を加熱する。加熱温度は、例えば４５℃である。そして、反応槽２Ａでは、電熱線４０による加熱を行いつつ、水中ミキサー１２で汚染水を流動させることで、汚染水全体を加熱する。
【００６１】
このように、伝熱線４０により汚染水を加熱することにより、以下のような作用効果を得ることができる。鉄粉による重金属の吸着力は、温度の上昇と共に増大する。これは、実験結果等から明らかとなっている。従って、伝熱線４０により汚染水の温度を上昇させることにより、鉄粉による重金属の吸着力が増大し、汚染水内の重金属をより効果的に鉄粉に付着させることができる。
【００６２】
ここで、下水放流における温度の規制値は、４５℃となっている。そこで、電熱線４０による加熱温度を４５℃に設定することより、過熱後の冷却装置等を必要としない。そのため、システム全体の大型化の招来を防止することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…重金属汚染水の処理システム、２…反応槽（混合装置）、３…凝集沈殿槽、４…磁気分離装置、１１…攪拌器（混合装置）、１２…水中ミキサー（混合装置）、Ｌ８…搬送ライン（返送路）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建設工事廃水や工場廃水に含まれる重金属を取り除き、廃水を無害化する重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の重金属汚染水の処理方法として、凝集沈殿処理法が知られている。この凝集沈殿処理法は、汚染水に凝集剤を添加して処理対象とする重金属が沈殿し易い環境を作ったり、キレート剤を添加して重金属を取り込むことにより、汚染水から重金属を沈殿槽により重力分離する方法である（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５３１０６号公報
【特許文献２】特開２００１−１２１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、凝集剤を添加する凝集沈殿処理では、例えば砒素の場合には酸性雰囲気下が沈殿に良好であり、鉛の場合にはアルカリ性雰囲気下が沈殿に良好であるため、複数の重金属が汚染水に含有されている場合には、各重金属に応じて複数の処理を行う必要あった。また、汚染水にキレート剤を添加する凝集沈殿処理においても、例えば砒素は汚染水に陰イオンとして溶解しているため陰イオン用のキレート剤を必要とし、鉛は汚染水に陽イオンとして溶解しているため陽イオン陽のキレート剤を必要とするため、複数の重金属を汚染水に含有されている場合には、各重金属に応じて複数の処理を行う必要がある。
【０００５】
さらに、汚染地下水を処理する場合にあっては、汚染物質の濃度を正確に予測することが困難であり、地下水を汲み上げる場所によっては例えば濃度が１０倍、１００倍と変動することもある。そのため、濃度をいちいち確認しながら凝集剤などの添加量を調整する必要あり、管理が煩雑になるといった問題がある。従って、凝集剤やキレート剤を添加する重金属の処理方法では、処理が複雑化して効率的でないといった問題あった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、汚染水に含まれる重金属を効率的に除去することができる重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システム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】
【０００７】
上記課題解決のため、本発明は、重金属を含有する汚染水から重金属を除去する重金属汚染水の処理方法であって、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、鉄含有粒子に重金属を付着させる混合工程と、混合工程において汚染水に混合された鉄含有粒子を汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離工程と、磁気分離工程において回収された鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために返送する返送工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
或いは、本発明は、重金属を含有する汚染水から重金属を除去する重金属汚染水の処理システムであって、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、鉄含有粒子に重金属を付着させる混合装置と、混合装置によって汚染水に混合された鉄含有粒子を汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離装置と、磁気分離装置によって回収された鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために混合装置に返送する返送路と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムでは、重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合している。鉄を含有する鉄含有粒子は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄含有粒子を混合することにより、多種類の重金属を鉄含有粒子に付着させることができる。このように、汚染水に鉄含有粒子を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【００１０】
さらに、本発明では、磁気分離工程（磁気分離装置）で回収した鉄含有粒子を混合工程（混合装置）で再利用できるので、鉄含有粒子の吸着能力の限界まで繰り返し鉄含有粒子を利用できる。従って、１回の利用で鉄含有粒子を廃棄してしまう場合に比べてコストの低減に有効であり、また、大量の鉄含有粒子の投入を行い易くなって処理時間の短縮化を図り易い。
【００１１】
また、混合工程において汚染水に鉄含有粒子を混合した後、汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿工程を更に含むことが好ましい。磁気分離工程での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄含有粒子と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離工程の前処理として固液分離工程を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離工程で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。上記の方法では、鉄含有粒子は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理工程を前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。
【００１２】
また、混合工程において汚染水に鉄含有粒子を混合する際に、汚染水の温度を上昇させることが好ましい。鉄含有粒子の吸着力は、温度が高くなるにつれて高くなる。そこで、混合工程において汚染水の温度を上昇させることにより、鉄含有粒子における重金属の吸着力の向上を図ることができ、重金属をより効果的に除去することができる。
【００１３】
また、鉄含有粒子の中間粒径は、１００μｍ以下であることが好ましい。鉄含有粒子は、中間粒径が小さい方が同重量の鉄含有粒子に対する表面積が増加するため、多くの重金属を吸着・保持するといった特性を有している。そこで、鉄含有粒子の中間粒径を１００μｍ以下とすることにより、重金属の吸着・保持効率を維持しつつ、回収率を維持することができる。
【００１４】
また、混合装置と磁気分離装置との間に、混合装置で鉄含有粒子が混合された汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿槽を更に備えることが好ましい。磁気分離装置での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄含有粒子と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離装置の前処理として固液分離を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。上記のシステムでは、鉄含有粒子は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、混合装置と磁気分離装置との間に凝集沈殿槽を設け、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理を前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。また、凝集沈殿槽における凝集沈殿速度の向上を図ることができるので、従来に比べて凝集沈殿槽を縮小することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、汚染水に含まれる重金属を効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る重金属汚染水の処理システムの概要を示す図である。
【図２】凝集沈殿槽の構成を概略的に示す側面断面図である。
【図３】磁気分離装置の構成を概略的に示す側面断面図である。
【図４】鉛吸着速度評価の実験結果を示すグラフである。
【図５】鉛吸着速度評価の実験結果を示すグラフである。
【図６】鉛吸着速度評価の実験結果を示す表である。
【図７】砒素吸着速度評価の実験結果を示す表である。
【図８】鉄粉の回収・再利用実験結果を示すグラフである。
【図９】変形例に係る重金属汚染水の処理システムの反応槽の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る重金属汚染水の処理方法及び重金属汚染水の処理システムの好適な実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る重金属汚染水の処理システムの概要を示す図である。図１に示す重金属汚染水の処理システム１は、例えば砒素・鉛に代表される重金属に汚染された泥水や工場排水における重金属の除去処理を行うシステムである。この重金属汚染水の処理システム１は、反応槽２と、凝集沈殿槽３と、磁気分離装置４と、気液分離器５と、処理水槽６とを備えている。
【００１９】
重金属汚染水の処理システム１では、処理対象となる重金属汚染水（以下、汚染水ともいう）と鉄粉（鉄含有粒子）とを反応槽２において混合し、鉄粉に重金属を付着させる。そして、重金属を付着した鉄粉を含む汚染水を凝集沈殿槽３において凝集沈殿処理し、固液分離された後の被処理水が磁気分離装置４に搬送されて、磁気分離装置４において鉄粉が回収される。その後、磁気分離装置４において回収された鉄粉は、気液分離器４に搬送されて気液分離され、再度反応槽２に戻される。重金属汚染水の処理システム１では、このような処理工程により重金属汚染水から重金属を除去している。以下、各構成要素について説明する。
【００２０】
反応槽２は、汚染水（原水）に鉄粉を混入し、汚染水と鉄粉とを混合して汚染水に含まれる重金属を鉄粉に付着させるための槽である。この反応槽２は、鉄粉投入器１０と、攪拌器１１と、水中ミキサー１２と、汲み上げポンプ１３とを備えている。反応槽２には、図示しない原水タンクに接続された搬送ラインＬ１が延設されており、その原水タンクから汚染水が搬送される。
【００２１】
鉄粉投入器１０は、反応槽２に鉄粉を投入するものである。この鉄粉投入器１０は、反応槽２内の汚染水に対して所定量の鉄粉を投入する。より具体的には、鉄粉投入器１０は、例えば鉄粉の粒径が１０μｍ〜１００μｍの場合、汚染水に対して約１％程度の鉄粉を投入する。なお、鉄粉投入器１０によって投入される鉄粉の詳細については、後述する。
【００２２】
攪拌器１１は、反応槽２内の汚染水と鉄粉とを攪拌するものである。攪拌器１１は、モータ１１ａに回転軸１１ｂが連結されており、回転軸１１ｂの先端には、回転羽１１ｃが設けられている。従って、攪拌器１１は、モータ１１ａに連動する回転羽１１ｃによって、反応槽２内の汚染水と鉄粉投入器１０によって投入された鉄粉とを攪拌して混合する。
【００２３】
水中ミキサー１２は、攪拌槽３内の汚染水を流動させるためのものである。水中ミキサー１２は、反応槽２に底部に設けられており、吸入した汚染水を噴射して水圧により汚染水を流動させる。つまり、反応槽２では、攪拌器１１と水中ミキサー１２との協働により、汚染水と鉄粉とを混合して重金属汚染土壌に含まれる重金属を鉄粉に付着させる。なお、反応槽２における汚染水と鉄粉との混合時間は、例えば鉄粉の粒径が１０〜１００μｍの場合には、約１分程度である。
【００２４】
汲み上げポンプ１３は、反応槽２内の重金属汚染水を汲み上げるポンプである。汲み上げポンプ１３には、凝集沈殿槽３に鉄粉を含有する重金属汚染水を搬送する搬送ラインＬ２が接続されている。汲み上げポンプ１３は、反応槽２内から汲み上げた汚染水を搬送ラインＬ２を介して凝集沈殿槽３に送出する。なお、汲み上げポンプ１３は、毎分０．３〜０．５ｍ３程度の汚染水を搬送ラインＬ２を介して凝集沈殿槽３に送出する。
【００２５】
凝集沈殿槽３は、重金属汚染水を凝集剤の添加により固液分離する槽である。具体的には、図２を参照しながら説明する。図２は、凝集沈殿槽の構成を概略的に示す側面断面図である。同図に示すように、凝集沈殿槽３は、流入口１４と、沈殿部１５と、流出口１６と、排出口１７とを備えている。
【００２６】
流入口１４は、凝集沈殿槽３に汚染水を流入する。流入口１４は、凝集沈殿槽３の上部に設けられている。この流入口１４には、搬送ラインＬ２に接続されており、反応槽２において鉄粉が混合された汚染水を沈殿部１５内に流入させる。
【００２７】
沈殿部１５は、汚染水の凝集沈殿処理が行われる部分である。沈殿部１５に流入した汚染水には、例えばｐＨ調整剤、有機・無機凝集剤が添加される。この凝集剤の添加により、汚染水の粒子等を沈殿させて固液分離する。具体的には、沈殿部１５では、処理水と鉄粉及びフロックを含む被処理水とに分離する。この沈殿部１５においては、流入口１５から流入した汚染水のうち例えば８０〜９０％程度が処理水として処理されるので、被処理水の含水率を低下させることができる。なお、ｐＨ調整剤としては、例えば苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、炭酸ナトリウム、硫酸等を用いることができる。また、凝集剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、有機高分子凝集剤等を用いることができる。また、凝集助剤としては、アルギン酸ナトリウム、ベントナイト、粉末活性炭、活性珪酸等を用いることができる。
【００２８】
流出口１６は、凝集沈殿処理によって発生した上澄み水（処理水）を流出する。流出口１６は、凝集沈殿槽３に上部において流入口１４の反対側に設けられている。流出口１６から流出された処理水は、例えば砂ろ過等といった所定の処理を行った後、搬送ラインＬ３を介して下水や公共水域に放流される。なお、この処理水は、重金属が所定濃度以下、すなわち水質汚濁防止法に定める水質汚濁に係わる基準値以下となっている。
【００２９】
排出口１７は、凝集沈殿処理によって発生したフロックを含む被処理水を排出する。排出口１７は、凝集沈殿槽３の下部に設けられており、搬送ラインＬ４が接続されている。排出口１７は、搬送ラインＬ４を介して鉄粉及びフロックを含む被処理水を磁気分離装置４に送出する。
【００３０】
磁気分離装置４は、被処理水から鉄粉を回収する。磁気分離装置４には、上述の搬送ラインＬ４上に設けられたバルブＶ１が調整されることによって、毎分０．３〜０．５ｍ３程度の被処理水が凝集沈殿槽３から搬送される。磁気分離装置４では、被処理水に含まれる鉄粉を９９％以上回収する。これは、発明者等の試験・実験等により明らかとなっている。なお、磁気分離装置４は、２０ｍ３／ｈ以上の処理能力を有している。
【００３１】
磁気分離装置４について、図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、磁気分離装置４の構成を概略的に示す側面断面図である。同図に示すように、磁気分離装置４は、磁界発生部２０と、本体部２１とを備えている。
【００３２】
磁界発生部２０は、磁界（磁場）を発生させる部分である。磁界発生部２０は、本体部２１に当接して配置されており、超伝導電磁石を有して構成されている。磁界発生部２０から発生される磁界は、本体部２１の下側では強く、上側になるにつれて弱くなるように設定されている。磁界の強さは、制御装置２２（図１参照）によって適宜変更可能となっている。
【００３３】
本体部２０は、筺体２３と、モータ２４とから構成されている。筺体２３は、流入口２５と、流出口２６と、排出口２７と、ベルト２８と、ウォータージェット２９ａ，２９ｂと、鉄粉回収口３０とを備えている。
【００３４】
流入口２５は、被処理水の流入方向が斜め下方となるように、水平方向に対して傾斜して筺体２３に設けられている。流入口２５は、搬送ラインＬ４に接続され、被処理水を筺体２３内に流入させる。
【００３５】
流出口２６は、流入口２５の反対側に設けられており、泥水等を排出する。流出口２６は、流入口２５よりも上方に設けられている。これにより、筺体２３内部では、流出口２６よりも上側には水が浸水しないようになっている。この流出口２６には、処理水を処理水槽６に搬送する搬送ラインＬ５（図１参照）が接続されている。
【００３６】
排出口２７は、ベルト２８よりも下方（筺体２３の底部）に設けられており、被処理水に含まれているフロックや土粒子等を筺体２３内に堆積させないように排出する。この排出口２７は、搬送ラインＬ６を介して貯留槽３１（図１参照）に接続されており、この搬送ラインＬ６には、バルブＶ２（図１参照）が設けられている。これにより、排出口２７からの排出量がそのバルブＶ２によって調整が可能となっている。貯留槽３１は、フロックや土粒子等と共に排出される処理水を一時的に貯留する部分であり、ポンプ３１によって処理水槽６に処理水を搬送ラインＬ７を介して搬送する。なお、排出口２７の排出量は、流出口２６の排出量よりも少なくなくなるように設定されている。
【００３７】
ベルト２８は、筺体２３の上部に設けられたローラー状の駆動回転体３３と、筺体２３の下部に設けられたローラー状の従動回転体３４とに掛け渡されている。駆動回転体３３と従動回転体３４とは、鉛直方向に沿った同一直線状に水平方向に延在して配置固定されている。駆動回転体３３は、モータ２４に連結され、モータ２４の回転に応じて回転する。回転方向は、図３において時計回りである。従動回転体３４は、回動自在に設けられている。ベルト２８は、駆動回転体３３の回転に伴って回転する。
【００３８】
また、ベルト２８は、駆動回転体３３と従動回転体３４との間の略中央部分、且つ流入口２５に対向する面Ｆ側に配置固定されたローラー状の回転体３４に接触している。回転体３５は、駆動回転体３３及び従動回転体３４よりも流入口２５側に設けられている。これにより、ベルト２８は、流入口２５に対向する面Ｆが、従動回転体３４から回転体３５までの部分において、鉛直方向に対して流入口２５から遠ざかる方向に例えば１５°程度傾斜している。また、回転体３５から駆動回転体３３までの部分において、鉛直方向に対して流入口２５に近づく方向に例えば２０°程度傾斜している。したがって、ベルト２８は、回転体３５を略中心として流入口２５側の面Ｆ，ＧがＶ字状となっている。なお、ベルト２８の上記配置により、ベルト２８の流入口２５に対向する面Ｆは、流入口２５から流入される汚染水の流入方向と略直交する角度となっている。
【００３９】
ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ベルト２８に対して水（流体）を噴射する。ウォータージェット２９ａ，２９ｂには、ポンプ（図示しない）から水が供給されており、ウォータージェット２９ａ，２９ｂから噴射される水の圧力は、０．３Ｍｐａ程度である。ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ベルト２８の流出口２６の配置位置の直上部分において、流入口２５と対向する面Ｇと、その面Ｇの裏面とに水が噴射されるように、ベルト２８を挟むように配置されている。ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、水平方向に沿って一定の間隔で配置された複数のノズルＮ１、Ｎ２を有しており、そのノズルＮ１，Ｎ２からベルト２８の噴射位置Ｐに向けて水を噴射する。なお、ウォータージェット２９ａ，２９ｂは、ウォータージェット２９ａが噴射位置Ｐ、ウォータージェット２９ｂが噴射位置Ｐよりも上方に噴射するといったように、噴射位置を違えて水を噴射してもよい。
【００４０】
鉄粉回収口３０は、ベルト２８から鉄粉を吸引することにより回収する。鉄粉回収口３０には、吸引口の上側部分に沿ってベルト２８に接触する接触片３０ａが設けられている。鉄粉回収口３０は、気液分離器５に搬送ラインＬ８を介して接続されており、ブロア５ａの吸引により鉄粉を接触片３０ａによってベルト２８から剥離しながら吸引して回収する。鉄粉回収口３０における吸引力は、２０ｋｐａ程度である。
【００４１】
図１に戻って、気液分離器５は、磁気分離装置４によって回収された鉄粉と共に吸引される空気を分離し、鉄粉を回収する装置である。気液分離器５には、ブロア５ａが接続されており、搬送ラインＬ８を介して鉄粉が搬送される。気液分離器５によって回収された鉄粉は、再度反応槽２（鉄粉投入器１０）に返送され、浄化材として再利用される。
【００４２】
処理水槽６は、磁気分離装置４によって鉄粉が回収された後の処理水を貯留する部分である。処理水槽６には、磁気分離装置４から送出された処理水及び貯留槽３１から送出された処理水が、それぞれ搬送ラインＬ５，Ｌ７を介して搬送される。この処理水槽６に貯留される処理水は、重金属が所定濃度以下、すなわち水質汚濁防止法に定める水質汚濁に係わる基準値以下となっている。そして、処理水槽６には、ポンプ３６が設けてあり、ポンプ３６により汲み上げられた処理水は、フィルタープレス等により処理水中の固形分（例えば、フロック等）と水とをさらに分離するための処理が必要に応じて実施される。なお、分離された水は、例えば凝集沈殿槽３に返送されたり、所定の処理（砂ろ過等）が実施された後、下水や公共水域に放流される。
【００４３】
続いて、本実施形態における重金属汚染土壌の処理システムに用いた鉄粉の実験結果について説明する。
【００４４】
（吸着速度評価実験）
（鉛吸着速度評価実験）
まず、浄化処理に使用する鉄粉を選別するにあたり、鉄粉による重金属の吸着速度に関する実験を行った。実験方法は、鉛を１ｍｇ／Ｌ含有する重金属汚染水１００ｇに炭酸水素ナトリウムを混入させることで中和し、中和した重金属汚染水に鉄粉を１，３，１０％混入した。そして、鉄粉と汚染水とを１，５，１０分で接触（振とう）させた後に、磁石で鉄粉を抽出し、０．４５μｍのフィルターでろ過して鉄粉と水とを分離してから、対象汚染物質の分析を行った。混入した鉄粉は、中間粒径が１００μｍよりも大きいもの（以下、１００μｍ超）、中間粒径が５０μｍ、及び中間粒径が１０μｍ未満のものである。なお、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、混合時間を１分のみとした。
【００４５】
図４及び図５に実験結果を示す。図４及び図５は、鉄粉の中間粒径が１００μｍ超及び５０μｍの実験結果を示すグラフである。図４及び図５において、（ａ）はいずれも横軸が混合時間（ｍｉｎ）、縦軸が鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、（ｂ）はいずれも横軸が鉄粉混合量（％）、縦軸が鉛濃度（ｍｇ／Ｌ）である。なお、実験結果は、累乗型でフィッティングして示している。
【００４６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、中間粒径が１００μｍ超の鉄粉では、全ての鉄粉混合量において、混合時間に応じて鉛濃度が低下、すなわち混合時間が長いほど鉛濃度が低下（鉄粉への吸着が進行）している。そして、鉄粉混合量の多い方が、短時間で鉛濃度が低下している。
【００４７】
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、中間粒径が５０μｍの鉄粉では、中間粒径が１００μｍ超と同様に、値に多少ばらつきはあるものの、全ての鉄粉混合量において、混合時間に応じて鉛濃度が低下、すなわち混合時間が長いほど鉛濃度が低下している。そして、鉄粉混合量の多い方が、短時間で鉛濃度が低下している。
【００４８】
図６は、鉛吸着速度評価の結果を示す表である。図６において、（ａ）は重金属汚染水に対して鉄粉を１％添加した場合、（ｂ）は鉄粉を３％添加した場合、（ｃ）は鉄粉を１０％添加した場合を示している。図６に示すように、初期濃度１ｍｇ／Ｌの鉛濃度は、鉄粉の添加量（混入量）にかかわらず、１分の混合により１／１０程度低下する傾向にある。そして、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉では、添加量が少なくても短時間で処理することができる。
【００４９】
（砒素吸着速度評価実験）
次に、重金属汚染水として砒素を用いて実験を行った。実験方法は、砒素を１ｍｇ／Ｌ含有する重金属汚染水１００ｇに塩酸を混入させることで中和し、中和した重金属汚染水に中間粒径が１００μｍ超及び５０μｍの鉄粉を１％混入した。そして、鉄粉と汚染水とを１，１０分で接触（振とう）させた後に、磁石で鉄粉を抽出し、０．４５μｍのフィルターでろ過して鉄粉と水とを分離してから、対象汚染物質の分析を行った。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、０．０３％とした。
【００５０】
実験結果を図７に示す。図７は、砒素吸着速度評価の実験結果を示す表である。同図に示すように、全ての鉄粉において、砒素は鉛よりも鉄粉に吸着しにくい（濃度が下がりにくい）結果となった。そして、最も性能（混合時間に対する砒素濃度の低下量等）が良いのは、中間粒径が１０μｍ未満、すなわち中間粒径が最も小さい鉄粉であった。また、中間粒径が５０μｍの鉄粉においても、１０分の処理時間で濃度が１／１００程度に低下している。
【００５１】
以上より、鉄粉と重金属汚染水との混合時間（接触時間）が長いほど重金属濃度（鉛濃度、砒素濃度）が低下すること、及び、重金属汚染水に対して鉄粉の混合量が多いほど短時間で鉛濃度が低下することが吸着速度評価実験より得られた。
【００５２】
（鉄粉回収・再利用評価実験）
続いて、鉄粉の回収・再利用に関する評価実験を行った。実験方法は、重金属汚染水に鉄粉を混入し、重金属汚染水と鉄粉とを５分間接触させた。そして、鉄粉を磁石で回収した後に、その回収した鉄粉に再度重金属汚染水に混合して重金属を付着させた。なお、鉄粉の混入量は、中間粒径が５０μｍ及び１００μｍ超においては、重金属汚染水に対して１％とした。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉においては、０．１５％とした。実験結果を図８に示す。
【００５３】
図８は、鉄粉の回収・再利用実験結果を示すグラフである。同図に示すように、どの中間粒径の鉄粉においても、２回以上の回収・再利用が可能であることが分かった。しかし、中間粒径が１００μｍ超（最も中間粒径が大きい）の鉄粉は、初期性能（１回目の使用）及び長期性能（複数回使用）共に他の鉄粉に比べて性能が劣ることが分かった。これに対して、中間粒径が１０μｍ未満（最も中間粒径が小さい）の鉄粉は、初期性能及び長期性能ともに処理能力が高いことが分かった。なお、中間粒径が５０μｍの鉄粉における総吸着量は、１５００ｍｇ／ｋｇであり、処理能力として十分な結果が得られた。
【００５４】
以上の実験結果により、反応槽３における鉄粉と汚染水との混合時間は、中間粒径が１０μｍ〜１００μｍ鉄粉では１分以上とすることが好適であることが分かった。また、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉では、混合時間を１分以内にすることが好適であることが分かった。さらに、汚染水に対する鉄粉の混合量は、中間粒径が１０μｍ〜１００μｍのものでは１％以上とすることが好適であり、中間粒径が１０μｍ未満の鉄粉は、汚染水に対して０．０３％以上が好適であることが分かった。本実施形態では、重金属汚染水の処理システム１において使用する鉄粉は、中間粒径が１００μｍ以下のものとした。
【００５５】
以上説明したように、重金属汚染水の処理システム１では、重金属を含有する汚染水に鉄粉を反応槽２において混合している。鉄粉は、種類を問わず重金属を吸着・保持する特性を有している。そのため、汚染水に鉄粉を混合することにより、多種類の重金属を鉄粉に付着させることができる。このように、汚染水に鉄粉を混合するだけで重金属を回収することができるので、重金属の種類に合わせて複数の処理が必要となる従来の処理方法に比べて、汚染水から重金属を効率的に除去することができる。
【００５６】
ここで、汚染水中の重金属の除去時間は、鉄粉の添加量に依存し、例えば、大量に添加すると短時間での除去が可能になり、少量で有れば長時間を要する。本実施形態では、磁気分離装置４で回収した鉄粉を反応槽２で再利用できるので、鉄粉の吸着能力の限界まで（吸着破過するまで）繰り返し鉄粉を利用できる。従って、１回の利用で鉄粉を廃棄してしまう場合に比べてコストの低減に有効であり、また、大量の鉄粉の投入を行い易くなって処理時間の短縮化を図り易い。
【００５７】
また、本実施形態では、鉄粉の中間粒径を１００μｍ以下とした。鉄粉は、中間粒径が小さい方が同重量の鉄含有粒子に対する表面積が増加するため、多くの重金属を吸着・保持するといった特性を有している。そこで、鉄粉の中間粒径を１００μｍ以下とすることにより、重金属の吸着・保持効率を維持しつつ、回収率を維持することができる。
【００５８】
また、反応槽２において汚染水に鉄粉を混合した後、凝集沈殿槽３において汚染水を凝集剤の添加により固液分離している。磁気分離装置４での処理負担を低減するためには、できるだけ含水率が低い状態で鉄粉と水分との磁気分離を行うことが望ましいため、磁気分離装置４の前処理として固液分離を行うことが考えられる。しかしながら、固液分離工程で複雑な処理工程を要したり、また過度な設備を要する処理を行うのでは、汚染水処理の効率低下を招いてしまう。本発明の重金属汚染水の処理システム１では、鉄粉は比重が比較的重く、沈降分離し易いという特質を利用し、単純な設備で容易に実現できる凝集沈澱処理槽３における凝集沈殿処理を磁気分離装置４における処理の前処理として利用するので、汚染水処理の効率向上を図ることが容易である。更に、凝集沈殿槽３における凝集沈殿速度の向上を図ることができるので、従来に比べて凝集沈殿槽３を縮小、或いは単位時間あたりの処理量を増やすことができる。
【００５９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態に加えて、反応槽２において汚染水を加熱する構成としてもよい。具体的には、図９を参照しながら説明する。
【００６０】
図９は、変形例に係る重金属汚染土壌の処理システムの反応槽の概略図である。なお、図９においては、説明の便宜上、鉄粉投入器１０、攪拌器１１、汲み上げポンプ１５等を省略して示している。図９に示すように、反応槽２Ａには、電熱線４０が設けられている。この伝熱線４０は、電源４１に接続されており、反応槽２Ａ内の汚染水を加熱する。加熱温度は、例えば４５℃である。そして、反応槽２Ａでは、電熱線４０による加熱を行いつつ、水中ミキサー１２で汚染水を流動させることで、汚染水全体を加熱する。
【００６１】
このように、伝熱線４０により汚染水を加熱することにより、以下のような作用効果を得ることができる。鉄粉による重金属の吸着力は、温度の上昇と共に増大する。これは、実験結果等から明らかとなっている。従って、伝熱線４０により汚染水の温度を上昇させることにより、鉄粉による重金属の吸着力が増大し、汚染水内の重金属をより効果的に鉄粉に付着させることができる。
【００６２】
ここで、下水放流における温度の規制値は、４５℃となっている。そこで、電熱線４０による加熱温度を４５℃に設定することより、過熱後の冷却装置等を必要としない。そのため、システム全体の大型化の招来を防止することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…重金属汚染水の処理システム、２…反応槽（混合装置）、３…凝集沈殿槽、４…磁気分離装置、１１…攪拌器（混合装置）、１２…水中ミキサー（混合装置）、Ｌ８…搬送ライン（返送路）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含有する汚染水から前記重金属を除去する重金属汚染水の処理方法であって、
前記重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、前記鉄含有粒子に前記重金属を付着させる混合工程と、
前記混合工程において前記汚染水に混合された前記鉄含有粒子を前記汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離工程と、
前記磁気分離工程において回収された前記鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために返送する返送工程と、
を含むことを特徴とする重金属汚染水の処理方法。
【請求項２】
前記混合工程において前記汚染水に前記鉄含有粒子を混合した後、前記汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項３】
前記混合工程において前記汚染水に前記鉄含有粒子を混合する際に、前記汚染水の温度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項４】
前記鉄含有粒子の中間粒径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項５】
重金属を含有する汚染水から前記重金属を除去する重金属汚染水の処理システムであって、
前記重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、前記鉄含有粒子に前記重金属を付着させる混合装置と、
前記混合装置によって前記汚染水に混合された前記鉄含有粒子を前記汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離装置と、
前記磁気分離装置によって回収された前記鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために前記混合装置に返送する返送路と、
を備えることを特徴とする重金属汚染水の処理システム。
【請求項６】
前記混合装置と前記磁気分離装置との間に、前記混合装置で前記鉄含有粒子が混合された前記汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿槽を更に備えることを特徴とする請求項５記載の金属汚染水の処理システム。
【請求項１】
重金属を含有する汚染水から前記重金属を除去する重金属汚染水の処理方法であって、
前記重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、前記鉄含有粒子に前記重金属を付着させる混合工程と、
前記混合工程において前記汚染水に混合された前記鉄含有粒子を前記汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離工程と、
前記磁気分離工程において回収された前記鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために返送する返送工程と、
を含むことを特徴とする重金属汚染水の処理方法。
【請求項２】
前記混合工程において前記汚染水に前記鉄含有粒子を混合した後、前記汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項３】
前記混合工程において前記汚染水に前記鉄含有粒子を混合する際に、前記汚染水の温度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項４】
前記鉄含有粒子の中間粒径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の重金属汚染水の処理方法。
【請求項５】
重金属を含有する汚染水から前記重金属を除去する重金属汚染水の処理システムであって、
前記重金属を含有する汚染水に鉄を含有する鉄含有粒子を混合して、前記鉄含有粒子に前記重金属を付着させる混合装置と、
前記混合装置によって前記汚染水に混合された前記鉄含有粒子を前記汚染水から磁気により分離して回収する磁気分離装置と、
前記磁気分離装置によって回収された前記鉄含有粒子を、再度汚染水に混合するために前記混合装置に返送する返送路と、
を備えることを特徴とする重金属汚染水の処理システム。
【請求項６】
前記混合装置と前記磁気分離装置との間に、前記混合装置で前記鉄含有粒子が混合された前記汚染水を凝集剤の添加により固液分離する凝集沈殿槽を更に備えることを特徴とする請求項５記載の金属汚染水の処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５６４８３（Ｐ２０１１−５６４８３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２３３９（Ｐ２００９−２１２３３９）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５０８２３７８０１）株式会社ＭＳエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（５０８２３７８０１）株式会社ＭＳエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
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