JP2002210478A - 水処理装置の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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において、必要最小限の洗浄水
と洗浄時間で、鉄金属表面に付着した汚濁物質を確実に
除去することができる水処理装置の洗浄方法を提供す
る。 【解決手段】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の洗浄方法であって、前記
充填層に洗浄水と気体との混合流体を供給して充填層の
汚濁物質を除去する際に、充填層から排出される洗浄排
水の汚濁物濃度を測定して、前記混合流体の供給時間を
制御することを特徴とする水処理装置の洗浄方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水処理装置の洗浄
方法に関する。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
装置において、必要最小限の洗浄水と洗浄時間で、鉄金
属表面に付着した汚濁物質を確実に除去することができ
る水処理装置の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭又は石油の燃焼排ガスを処理する排
煙脱硫プロセスから排出される排煙脱硫排水は、重金
属、非金属類などの種々の不純物を含有するので、排煙
脱硫排水よりこれらの不純物を除去する必要がある。排
煙脱硫排水の水質は、使用する燃料や、排煙脱硫方式に
より変化し、水質の変化に対応した排煙脱硫排水の処理
方法が必要とされている。排水にペルオキソ硫酸、ヨウ
素酸、セレン酸などが含まれている場合は、排水を鉄金
属粒子の充填層に通水して、水中の不純物を還元処理す
ることができる。排水の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、ヨウ素酸及びセレン
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。 Ｓ₂Ｏ₈ ^2-＋２Ｆｅ²⁺ → ２ＳＯ₄ ^2-＋２Ｆｅ³⁺ ２ＩＯ₃ ^-＋１０Ｆｅ²⁺＋１２Ｈ⁺ → Ｉ₂＋１０Ｆｅ³⁺＋
６Ｈ₂Ｏ ＳｅＯ₄ ^2-＋６Ｆｅ²⁺＋８Ｈ⁺ → Ｓｅ⁰＋６Ｆｅ³⁺＋４
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。 ＳｅＯ₄ ^2-＋３Ｆｅ＋８Ｈ⁺ → Ｓｅ⁰＋３Ｆｅ²⁺＋４Ｈ₂
Ｏ 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
させ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。図１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
処理装置の一例の説明図である。本図に示す水処理装置
は、円筒状のカラム１の底部に排水、洗浄水及び空気の
導入口２を備え、上部に還元処理水及び洗浄排水のため
の水排出口３を備えている。カラムの下部には多孔板４
を取り付け、その上に鉄金属粒子を充填して鉄金属粒子
の充填層５が形成される。カラムの上部には多孔板６が
取り付けられ、充填層の洗浄時に粒子が流出するのを防
止する。鉄金属粒子の充填層に排水の通水を続けると、
排水中に含まれる汚濁物質や、還元処理の際に生成する
汚濁物質が鉄金属粒子へ付着し、鉄金属粒子の充填層の
目詰まりなどが生じる。このような汚濁物質の主成分
は、溶出した２価の鉄の一部が酸化されて生成した酸化
鉄、水酸化鉄、ＦｅＯ(ＯＨ)などであり、その発生量は
排水の水質によって異なる。つまり、処理対象の酸化性
物質以外の共存酸化性物質も含めて、排水中に酸化性物
質が多量に含まれる場合は、同じ２価の鉄の溶出量で
も、汚濁物質の発生量は多くなる。したがって、水質変
動がある場合、一定の洗浄時間では、過洗浄になった
り、洗浄不足になったりする。特に、処理対象の酸化性
物質以外の共存酸化性物質の影響が大きい。洗浄不足の
場合、鉄金属粒子同士が結合し、大きな塊となって処理
性能の低下が起こる。一旦塊が生成すると、ほぐすのは
困難であり、最終的には通水不可能となる。したがっ
て、通常は洗浄不足とならないように余裕をもって過剰
の洗浄時間を設定する。しかし、過剰の洗浄時間を設定
すると、洗浄水を無駄に使うという問題があった。

【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水中の不純物を還元処理する水処理
装置において、必要最小限の洗浄水と洗浄時間で、鉄金
属表面に付着した汚濁物質を確実に除去することができ
る水処理装置の洗浄方法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
填層に通水して水中の不純物を還元処理する水処理装置
において、充填層から排出される洗浄排水の汚濁物濃度
を測定して、充填層に供給する洗浄水と気体との混合流
体の供給時間を制御することにより、必要最小限の洗浄
水と洗浄時間で、鉄金属表面に付着した汚濁物質を確実
に除去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）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
る水処理装置の洗浄方法であって、前記充填層に洗浄水
と気体との混合流体を供給して充填層の汚濁物質を除去
する際に、充填層から排出される洗浄排水の汚濁物濃度
を測定して、前記混合流体の供給時間を制御することを
特徴とする水処理装置の洗浄方法、及び、（２）汚濁物
濃度が、懸濁物質濃度又は濁度である第１項記載の水処
理装置の洗浄方法、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の洗浄方法
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の洗浄方法であって、充填層に洗浄
水と気体との混合流体を供給して充填層の汚濁物質を除
去する際に、充填層から排出される洗浄排水の汚濁物濃
度を測定して、混合流体の供給時間を制御する。測定す
る洗浄排水の汚濁物濃度に特に制限はないが、懸濁物質
濃度又は濁度であることが好ましい。懸濁物質濃度及び
濁度は、市販の測定器を用いて、簡便かつ連続的に測定
することができる。本発明方法は、ペルオキソ硫酸、ヨ
ウ素酸、セレン酸などの酸化性物質を不純物として含有
する排水を、鉄金属粒子の充填層に通水し、排水中の不
純物を還元処理する水処理装置の洗浄に適用することが
できる。排水のpHを５以下に調整して鉄金属と接触させ
ると、２価の鉄イオンが水中に溶出し、排水中に含まれ
る酸化性物質は、２価の鉄イオンと反応して還元処理さ
れる。さらに、酸化還元電位が−４００〜−１００mVの
場合は、セレン酸は鉄金属と反応して還元される。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以上にすると、水中の鉄イオンは、水不溶性の
水酸化鉄となってフロックを形成する。このとき、還元
されたセレンなどのほか、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して、
固液分離により除去することができる。pHを５以下に調
整した排水を接触させ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８
５重量％以上であることが好ましい。

【０００６】排水と鉄金属粒子の接触は、排水を鉄金属
粒子を充填したカラムなどに通水することにより、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、汚濁物質の鉄金属粒子の表面へ
の付着や、鉄金属粒子の充填層の目詰まりなどが生じ、
排水中の不純物の除去効率が次第に低下してくる。この
ような汚濁物質には、鉄金属又は鉄イオンの反応により
生成する酸化鉄、炭化鉄、硫化鉄や、排水中の懸濁物質
などがある。本発明方法においては、鉄金属粒子の充填
層に排水を通水し、不純物の還元処理を続けたのち、排
水の通水を停止し、鉄金属粒子の充填層に洗浄水と気体
の混合流体を供給し、鉄金属粒子の表面に付着した汚濁
物質を剥離、除去し、あるいは、鉄金属粒子の充填層に
目詰まりを起こしている汚濁物質を除去する。本発明方
法においては、排水の通水を停止したのち、洗浄水と気
体との混合流体を供給する前に、洗浄水を通水して鉄金
属粒子を洗浄することができ、あるいは、気体のみを供
給して鉄金属粒子の充填層をほぐすこともできる。鉄金
属粒子の充填層に洗浄水を通水して洗浄することによ
り、鉄金属粒子の充填層内に存在する２価又は３価の鉄
イオンを含有する水を、鉄イオンを含有しない洗浄水に
より置換することができる。気体のみを供給して充填層
をほぐすと、その間は洗浄水を供給していないので、洗
浄排水を発生させることなく充填層をほぐすことができ
る。本発明方法において、洗浄水と混合流体を形成する
気体に特に制限はなく、例えば、空気、窒素ガスなどを
挙げることができるが、通常は空気を好適に用いること
ができる。

【０００７】pHを５以下に調整した排水の通水は、水素
ガスが発生するために通常は上向流で行う。また、洗浄
水と気体との混合流体の供給も、上向流で行うことが好
ましい。洗浄水と気体との混合流体を上向流として供給
することにより、鉄金属粒子の充填層が展開、流動化す
るとともに、気泡を含む混合流体により激しく撹拌さ
れ、鉄金属粒子表面から付着した汚濁物質が剥離され、
目詰まりを起こしている汚濁物質とともに水流に伴われ
て排出される。洗浄水のみによる洗浄では、鉄金属粒子
の充填層が展開しても、汚濁物質の剥離効果が小さく、
多量の洗浄水を消費しても洗浄効果は上がらない。本発
明方法において、洗浄水と気体との混合流体を形成する
ための洗浄水の通水速度は、ＬＶ＝３０〜１５０ｍ／ｈ
であることが好ましい。洗浄水の通水速度は、鉄金属粒
子の大きさなどに応じて選択することができるが、洗浄
水と気体との混合流体を供給したとき、鉄金属粒子の充
填層が１０〜５０％展開する程度とすることが好まし
い。洗浄水の通水速度が３０ｍ／ｈ未満であると、鉄金
属粒子の充填層の展開が少なく、鉄金属粒子の表面に付
着した汚濁物質が十分に剥離しないおそれがある。洗浄
水の通水速度が１５０ｍ／ｈを超えると、消費する洗浄
水の量が多くなる上に、鉄金属粒子が流出するおそれが
ある。本発明方法において、洗浄水と気体との混合流体
を形成するための気体の供給量は、鉄金属粒子の充填層
に対し、体積比で１分間に０.１〜１０倍量であること
が好ましい。気体の供給量が、鉄金属粒子の充填層に対
し体積比で１分間に０.１倍量未満であると、撹拌力が
弱く洗浄効果が十分に向上しないおそれがある。気体の
供給量は、通常は鉄金属粒子の充填層に対し体積比で１
分間に１０倍量で十分であり、それ以上の気体を供給し
ても、気体の供給量の増加に見合って洗浄効果は向上し
ない。

【０００８】本発明方法においては、鉄金属粒子の充填
層から排出される洗浄排水の汚濁物濃度を測定して、洗
浄水と気体との混合流体の供給時間を制御する。汚濁物
濃度を測定するセンサーの設置箇所に特に制限はなく、
洗浄排水と接する任意の箇所に設置することができる
が、例えば、排水の通水処理時には還元処理水排出管と
して使われ、洗浄水と気体との混合流体による洗浄時に
は洗浄排水管として使われる管にバイパス管を設けてセ
ンサーを設置することができ、あるいは、洗浄排水管と
して使われる管に直接センサーを設置することもでき
る。混合流体に含まれる気体の大部分は、気液分離して
鉄金属粒子の充填層の上部の気相に抜けるが、気体の一
部は洗浄排水に含まれるおそれがある。洗浄排水管とし
て使われる管にバイパス管を設けてセンサーを設置する
ことにより、センサーに接する洗浄排水が気泡を含まな
い状態として、気泡による測定誤差を防止することがで
きる。本発明方法においては、洗浄排水中の汚濁物濃度
が所定の管理値に達したとき、気体の供給を停止して、
混合流体による洗浄を終了することが好ましい。混合流
体による洗浄を終了するときの汚濁物濃度の管理値は、
実験的に設定することができる。排水を一定時間鉄金属
粒子の充填層に通水して還元処理したのち、汚濁した鉄
金属粒子の充填層に洗浄水と気体との混合流体を供給し
て充填層を洗浄し、洗浄排水の汚濁物濃度を測定して、
洗浄時間と汚濁物濃度の関係をグラフに表す。図２は、
洗浄時間と懸濁物質濃度の関係を示すグラフの一例であ
る。同一の排出源から排出される排水であっても、排水
の水質は経時的に変動するので、鉄金属粒子の充填層中
に生成する汚濁物質量は大きく変動する。図２に示され
るように、同一の排出源から排出される排水を処理した
ときの洗浄時間と汚濁物濃度の関係を繰り返して求め、
洗浄を停止するときの汚濁物濃度を設定することが好ま
しい。例えば、図２に示される関係では、洗浄排水の懸
濁物質濃度が２００mg／Ｌに達したときに洗浄を停止す
ることが好ましく、１００mg／Ｌ以下に達したときに洗
浄を停止することがより好ましい。鉄金属粒子の充填層
から排出される洗浄排水の汚濁物濃度を測定して、洗浄
水と気体との混合流体の供給時間を制御することによ
り、洗浄不足による鉄金属粒子の塊が生成することがな
く、洗浄が過剰となって洗浄水と洗浄時間を無駄にする
こともなく、安定して鉄金属粒子の充填層の処理性能を
維持することができる。

【０００９】本発明方法においては、洗浄水と気体との
混合流体を供給して洗浄を終了したのち、気体の供給を
停止して洗浄水のみによる洗浄を行うことが好ましい。
洗浄水のみによる洗浄を行うことにより、洗浄水と気体
との混合流体によって剥離した汚濁物質を洗い流すとと
もに、鉄金属粒子の充填層から気泡を追い出すことがで
き、さらに、鉄金属粒子の充填層を均一に形成すること
ができる。本発明方法においては、洗浄水と気体との混
合流体の供給後の洗浄水のみによる洗浄は、０.５〜３
分間行うことが好ましい。洗浄水のみによる洗浄時間が
０.５分間未満であると、剥離した汚濁物質の洗い流し
及び気泡の追い出しが不十分となるおそれがある。洗浄
水のみによる洗浄は、通常は３分間以内で十分であり、
それ以上洗浄水のみによる洗浄を継続しても洗浄効果は
向上しない。洗浄水のみによる洗浄を終了したのち、洗
浄水の供給を停止して沈静化することにより、鉄金属粒
子の充填層をふたたび形成する。本発明方法において、
鉄金属粒子の充填層の洗浄を開始する時期に特に制限は
なく、例えば、前回の洗浄から所定時間が経過したと
き、所定量の排水の還元処理を終了したとき、鉄金属粒
子の充填層の差圧が所定値に達したときなど、任意に設
定することができる。

【００１０】図３は、本発明の水処理装置の洗浄方法の
一態様の説明図である。本態様においては、酸化性物質
を不純物として含有する排水が、pH５以下に調整された
のち、鉄金属粒子充填塔７に供給される。鉄金属粒子の
充填層を通過して不純物が還元された還元処理水は、還
元処理水排出管８を経由して凝集槽９に送られる。還元
処理水には、凝集槽においてアルカリ剤が添加され、ア
ルカリ性に調整されて水酸化鉄が凝集し、固液分離によ
り処理水が得られる。排水を一定時間通水したのち、バ
ルブ１０を閉じて排水の供給を停止し、バルブ１１を開
いて鉄金属粒子の充填層に空気を送って充填層をほぐ
す。次いで、空気を送り続けたまま、バルブ１２を開
き、ポンプ１３により洗浄水を送水して、洗浄水と空気
との混合流体として鉄金属粒子の充填層に送り込む。鉄
金属粒子の充填層から排出される洗浄排水は、洗浄排水
管として使われる還元処理水排出管８から、バイパス管
１４を経由して汚濁物濃度測定器１５に送られる。洗浄
排水の汚濁物濃度が設定値まで低下したとき、制御装置
１６からバルブ１１に信号が送られて空気の供給が停止
され、洗浄水のみによる洗浄が行われる。洗浄水のみに
よる洗浄を所定時間行ったのち、制御装置１６からバル
ブ１２又はバルブ１２とポンプ１３に信号が送られ、洗
浄水の供給が停止されて鉄金属粒子の充填層の洗浄を終
了する。次いで、ふたたびバルブ１０を開いて、排水の
還元処理を再開する。従来は、洗浄水と気体との混合流
体を鉄金属粒子の充填層に一定時間供給することによ
り、汚濁物質を除去していたが、実際の排水処理におい
ては排水の水質が変動するために、鉄金属粒子の表面に
付着する汚濁物質の度合が異なり、最適の洗浄時間を設
定することは困難であった。本発明方法によれば、洗浄
排水の汚濁物質濃度を測定して混合流体の供給時間を制
御することにより、必要最小限の洗浄水量で確実に洗浄
を行うことができ、長期間にわたり安定して排水中の不
純物を除去することができる。

【００１１】

【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 石炭火力発電所の排煙脱硫排水を、鉄金属粒子の充填層
に通水して還元処理した。排水のセレン(VI)濃度は、
０.５mg／Ｌである。内径３０mmのカラムに、平均粒径
０.６mmの球状鉄金属粒子５００mLを充填して鉄金属粒
子充填層を形成し、図３に工程を示す水処理装置を作製
した。汚濁物濃度測定装置としては、ＳＳ濃度計［電気
化学計器(株)、ＳＳＤ−１０］を用いた。排水に２価の
鉄イオンの溶出量が７５mg／Ｌになるように塩酸を添加
し、７０℃に加熱して、流量７.５Ｌ／ｈ（ＬＶ＝１０.
６ｍ／ｈ）で上向流で通水した。１２時間ごとに通水を
いったん停止し、空気を８５Ｌ／ｈで２０秒間供給し、
鉄金属粒子充填層をほぐしたのち、空気を供給し続けた
まま、洗浄水として工業用水をＬＶ＝９０ｍ／ｈで９０
０秒間通水した。次いで、空気の供給を止めて、洗浄水
のみを６０秒間通水した。この間、洗浄排水の懸濁物質
濃度を測定した。このようにして、鉄金属粒子の充填層
の洗浄を６回行った。得られた６本の洗浄時間−懸濁物
質濃度曲線のうち、懸濁物質濃度が最も高い曲線と、最
も低い曲線を図２に示す。これらの曲線から、洗浄排水
の懸濁物質濃度が２００mg／Ｌになるまで、洗浄を続け
ることが適当であると判断した。 実施例２ 実施例１と同じセレン(VI)濃度０.５mg／Ｌの排水を、
実施例１と同様にして、鉄金属粒子の充填層に通水して
還元処理した。１２時間ごとに通水を止め、実施例１と
同じ条件で洗浄排水の懸濁物質濃度が２００mg／Ｌにな
るまで洗浄を続けた。洗浄排水の懸濁物質濃度が２００
mg／Ｌになったとき、空気の供給を止め、洗浄水のみを
６０秒間通水した。次いで、排水の通水に切り替えて、
還元処理を再開した。鉄金属粒子の充填層から流出する
還元処理水は、凝集槽に導き、水酸化ナトリウム水溶液
を添加してpH９.５に調整することにより、鉄酸化物な
どを凝集沈殿させて、処理水を得た。排水の通水による
還元処理と、洗浄水と空気との混合流体による洗浄の工
程を５００時間行った結果、処理水中のセレン濃度は常
に０.１mg／Ｌ以下であり、平均値は０.０３mg／Ｌであ
った。また、混合流体による洗浄の１回当たりの平均時
間は、２８０秒であった。 比較例１ 図２のデータから、安全をみて、洗浄水と空気との混合
流体による洗浄時間を、１回について６００秒の一定値
に設定した以外は、実施例２と同様にして、排水の通水
による還元処理と、洗浄水と空気との混合流体による洗
浄の工程を５００時間行った。処理水中のセレン濃度は
常に０.１mg／Ｌ以下であり、平均値は０.０３mg／Ｌで
あった。 比較例２ 洗浄水と空気の混合流体による洗浄時間を、１回につい
て実施例２の平均洗浄時間である２８０秒の一定値に設
定した以外は、実施例２と同様にして、排水の通水によ
る還元処理と、洗浄水と空気との混合流体による洗浄の
工程を５００時間行った。処理水中のセレン濃度は最高
０.２mg／Ｌに達し、平均値は０.０８mg／Ｌであった。

【００１２】

【発明の効果】本発明方法によれば、ペルオキソ硫酸、
ヨウ素酸、セレン酸などの酸化性物質を不純物として含
有する排水を鉄金属粒子の充填層に通水して還元処理す
るに際し、鉄金属粒子の充填層の洗浄を、排水の水質変
動に対して適正な量の洗浄水で効率的に行い、排水処理
を長期間にわたって安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、水処理装置の一例の説明図である。

【図２】図２は、洗浄時間と懸濁物質濃度の関係を示す
グラフの一例である。

【図３】図３は、本発明の水処理装置の洗浄方法の一態
様の説明図である。

【符号の説明】

１ カラム ２ 導入口 ３ 排出口 ４ 多孔板 ５ 鉄金属粒子の充填層 ６ 多孔板 ７ 鉄金属粒子充填塔 ８ 還元処理水排出管 ９ 凝集槽 １０ バルブ １１ バルブ １２ バルブ １３ ポンプ １４ バイパス管 １５ 汚濁物濃度測定器 １６ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根来 順一 富山県富山市久方町２−54 北陸電力株式 会社技術開発研究所内 (72)発明者 朝田 裕之 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 (72)発明者 恵藤 良弘 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D050 AA13 AB43 AB44 AB59 BA02 BD08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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の洗浄方法であって、前記
   充填層に洗浄水と気体との混合流体を供給して充填層の
   汚濁物質を除去する際に、充填層から排出される洗浄排
   水の汚濁物濃度を測定して、前記混合流体の供給時間を
   制御することを特徴とする水処理装置の洗浄方法。
2. 【請求項２】汚濁物濃度が、懸濁物質濃度又は濁度であ
   る請求項１記載の水処理装置の洗浄方法。