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【発明の名称】 ヒ素除去用鉄粉の再生方法
【発明者】 【氏名】松原 正明

【氏名】村上 裕

【氏名】矢古宇 靖子

【要約】 【課題】ヒ素除去用鉄粉の再生方法を提供すること。

【構成】ヒ素を含有する鉄粉を、pHが2以下である酸性水溶液と接触させることを特徴とする、ヒ素除去用鉄粉の再生方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒ素を含有する鉄粉を、pHが2以下である酸性水溶液と接触させることを特徴とする、ヒ素除去用鉄粉の再生方法。
【請求項2】
鉄粉と接触中の前記酸性水溶液のpHを3未満に維持する、請求項1に記載のヒ素除去用鉄粉の再生方法。
【請求項3】
前記酸性水溶液の廃液とアルカリとを混合して、該廃液のpHを3〜7に調整する、請求項1または2に記載のヒ素除去用鉄粉の再生方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒ素に汚染された物質(特に土壌や地下水)からヒ素を除去するために用いた鉄粉の再生方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、土壌や地下水の重金属による汚染が社会的問題となっている。なかでもヒ素による汚染例が多い。ヒ素の環境基準および飲料水基準は0.01mg/Lであり、排水基準は0.1mg/Lである。そのため、これを超える濃度でヒ素を含有する地下水または排水は、汚染水として浄化処理を施す必要がある。
【0003】
ヒ素含有水の処理法としては、塩化鉄や硫酸鉄を添加して、鉄イオンとヒ素(ヒ酸イオン)とを共沈させる方法や、凝集剤を添加してヒ素を凝集沈殿させる方法が知られている。またヒ素吸着剤を用いた処理法も知られており、例えばヒ素を吸着する能力を有する酸化セリウムを基材に担持させた吸着剤が市販されている。
【0004】
鉄粉が、水中のヒ素(ヒ酸イオン)を吸着することも知られている。例えば特許文献1および2には、ヒ素含有水を、鉄粉により浄化することが開示されている。しかし特許文献1および2には、ヒ素含有水の浄化に用いたヒ素除去用鉄粉の再生方法については記載されていない。
【特許文献1】特開2003−39080号公報
【特許文献2】特開2005−270773号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術では、ヒ素除去用鉄粉の再生については検討されておらず、ヒ素除去用鉄粉は、一般的に使い捨てられていた。しかし鉄粉を再生して再利用できれば、コストや資源サイクルの観点から好ましい。よって本発明の目的は、ヒ素除去用鉄粉の再生方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のヒ素除去用鉄粉の再生方法とは、ヒ素を含有する鉄粉を、pHが2以下である酸性水溶液と接触させることを特徴とするものである。鉄粉と接触中の前記酸性水溶液のpHを3未満に維持することが推奨される。前記酸性水溶液の廃液中に含まれるヒ素を処理するために、前記酸性水溶液の廃液とアルカリとを混合して、該廃液のpHを3〜7に調整することが好ましい。
【発明の効果】
【0007】
ヒ素を含有する鉄粉を、酸性水溶液と接触させることにより、鉄粉からヒ素を充分に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明者らが鋭意検討した結果、ヒ素を含有する鉄粉を、pHが2以下である酸性水溶液と接触させることにより、ヒ素含有鉄粉からヒ素(ヒ酸イオン)を溶出させて、除去し得ることを見出した。
【0009】
このヒ素含有鉄粉からヒ素が除去されるメカニズムを検討するため、ヒ素含有鉄粉の表面をX線回折により分析したところ、Fe3(AsO42・8H2Oという結晶が形成されていることを見出した。この分析結果から、酸性水溶液によって鉄粉からヒ素が除去されるメカニズムは、下記式:
Fe3(AsO42・8H2O→3Fe2++2AsO43-+8H2
で示されるような化学反応であると推定される。但し本発明は、このような推定に限定されない。
【0010】
本発明の方法で用いる酸性水溶液のpHは、2以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下である。pHが2を超える酸性水溶液では、ヒ素(ヒ酸イオン)の溶出が不充分となる。本発明において酸性水溶液には特に限定は無く、例えば塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸およびリン酸等が挙げられる。これらの中でも塩酸、硫酸、硝酸およびリン酸が好ましく、塩酸、硫酸および硝酸がより好ましい。
【0011】
本発明において、鉄粉と酸性水溶液とを接触させる態様には、特に限定は無い。例えば鉄粉と酸性水溶液とを混合・撹拌する態様や、鉄粉をカラムに充填して、そのカラム中に酸性水溶液を通水させる態様などが挙げられる。鉄粉と酸性水溶液とを接触させた後、鉄粉を水で洗浄することが推奨される。
【0012】
酸性水溶液と鉄粉との接触では、上記式で表されるようなヒ素イオンの溶出と共に、下記式:
Fe+2H2O→Fe2++H2+2OH-
のような化学反応が生じ、酸性水溶液のpHが上昇する。このような化学反応により、酸性水溶液のpHが3以上になると、鉄粉からヒ素が除去されにくくなる。よって鉄粉と接触中の酸性水溶液のpHを3未満に維持することが好ましい。
【0013】
本発明において、酸性水溶液のpHを3未満に維持する手段には、特に限定は無い。例えば鉄粉と酸性水溶液とを混合・撹拌する態様であれば、鉄粉と混合する前の酸性水溶液のpHおよび撹拌時間(鉄粉との接触時間)を適宜設定すればよい。また酸性水溶液のpHをモニタリングして、pHが3以上にならないように、適宜酸を追加しても良い。鉄粉をカラムに充填して、そのカラム中に酸性水溶液を通水させる態様であれば、通水させる酸性水溶液のpHおよび通水速度(鉄粉との接触時間)を適宜設定すればよい。
【0014】
本発明において、鉄粉と酸性水溶液とを接触させる温度には、特に限定は無い。しかし接触温度が低すぎると、ヒ素(ヒ酸イオン)の溶出に時間がかかりすぎる。一方、接触温度が高すぎると、エネルギー効率が悪く、またpH制御が難しくなり、設備の腐食の問題がある。よって接触温度は、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜60℃である。
【0015】
本発明において、鉄粉と酸性水溶液とを接触させる時間には、特に限定は無い。しかし鉄粉からヒ素を充分に除去するため、および処理を効率よく行うために、接触時間は、好ましくは5秒〜5時間、より好ましくは30秒〜2時間である。また鉄粉に接触させる酸性水溶液の量も、鉄粉からヒ素を充分に除去できる量であれば、特に限定は無い。
【0016】
ヒ素含有鉄粉と接触させた後の酸性水溶液の廃液中にはヒ素が含まれているため、この廃液を非汚染水として排出するためには、そのヒ素濃度を排水基準の0.1mg/L以下にまで低減させる必要がある。この点、この酸性水溶液の廃液中には、ヒ素を共沈させるために必要な鉄イオンが含まれているので、該廃液とアルカリとを混合して、そのpHを、好ましくは3〜7、より好ましくは4〜5に調整することにより、該廃液中のヒ素濃度を低減させることができる。もし廃液中の鉄イオン量が、ヒ素濃度を求められる濃度にまで低減させるために不充分である場合、塩化鉄や硫酸鉄等を適宜添加すればよい。
【0017】
なお鉄イオンを用いたヒ素の共沈処理の反応機構は複雑であり、その正確なメカニズムは不明であるが、難水溶性の水酸化鉄(Fe(OH)2)が水溶液中に生じ、これがヒ素(ヒ酸イオン:AsO43-)を取り込んで沈殿すると考えられる。ヒ素を含む沈殿物は、上澄み液だけ取り出すことにより、または濾過などにより分離すればよい。
【0018】
廃液中のヒ素を共沈させるために用いられるアルカリについて、本発明では特に限定は無く、例えば例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムなどのアルカリ金属、並びに水酸化カルシウムおよび水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属等、およびこれらの溶液、殊に水溶液が挙げられる。
【0019】
本発明において鉄粉には、特に限定は無く、該技術分野で既知のあらゆるヒ素除去用鉄粉を再生の対象として挙げることができる。具体的にはヒ素除去用鉄粉として、例えばアトマイズ鉄粉、鋳鉄粉、およびスポンジ鉄粉、並びにこれらの鉄基完全合金粉および部分合金化粉などが挙げられる。
【実施例】
【0020】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0021】
実験例1(酸性水溶液による、ヒ素含有鉄粉からのヒ素の除去)
まずヒ酸カリウム(KH2AsO4)をAs濃度が1000mg/Lとなるように水に溶解させて、模擬汚染水を形成した。この模擬汚染水100mLをバイアル瓶に秤り取り、水アトマイズ法で製造した平均粒径が65μmである鉄粉(不純物として硫黄を0.3質量%含む。)を1g添加し、鉄粉がバイアル瓶内で流動するように、20℃で72時間穏やかに撹拌して、ヒ素(ヒ酸イオン)を鉄粉に吸着させた。模擬汚染水と鉄粉とを72時間撹拌した後、撹拌を止めて鉄粉と上澄み液とを分離し、該上澄み液中の残留As濃度をフレームレス原子吸光装置(バリアン社製「SPECTRAA−880Z」)によって測定し、これから鉄粉へのAs吸着量(mg)を算出した。
なお鉄粉の平均粒径は、JIS Z 8801−1「試験用ふるい−第1部:金属製網ふるい」を用い、JIS Z 2510「金属粉−乾式ふるい分けによる粒度試験方法」により、質量基準の粒度分布を測定して、この粒度分布から累積50%と算出される粒径である。
【0022】
次いでヒ素含有鉄粉を蒸留水で洗浄した後、この全ての鉄粉と、酸性水溶液(pHが0.5〜3である塩酸水溶液)100mLとをバイアル瓶内で混合し、鉄粉がバイアル瓶内で流動するように20℃で穏やかに撹拌した。鉄粉と酸性水溶液とを撹拌していくと、鉄の溶出に伴いH+が消失されてpHが上昇していく。そこで酸性水溶液のpHをモニタリングし、所定のpHになったときに撹拌を中止して、鉄粉と上澄み液とを分離した。撹拌時間を表1に示す。該上澄み液中のAs濃度をフレームレス原子吸光装置(バリアン社製「SPECTRAA−880Z」)によって測定し、これから鉄粉からのAs脱着量(mg)を算出した。また該上澄み液のpHも測定した。該上澄み液、即ち酸性水溶液の廃液のpH値を、表1に示す。
【0023】
As吸着量とAs脱着量から、次式:
As脱着率(%)=As脱着量(mg)/As吸着量(mg)×100
により、As脱着率(%)を算出した。この結果を表1に示す。
【0024】
【表1】



【0025】
表1に示されているように、ヒ素含有鉄粉を、pHが2以下である酸性水溶液と接触させることにより、鉄粉からヒ素を充分に脱着することができる。しかし廃液のpHが3以上となる場合、即ち鉄粉と接触中の酸性水溶液のpHが3以上となるような場合には、As脱着率が低下しており、酸性水溶液のpHを3未満に維持することが望ましいことが分かる。
【0026】
実験例2(酸性水溶液廃液の処理)
実験例1の条件No.1で得られた酸性水溶液の廃液に、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加して所定のpHに調整した後、10分間撹拌して、廃液中のヒ素を共沈させた。得られた沈殿と上澄み液とを分離し、該上澄み液中の残留As濃度を、フレームレス原子吸光装置によって測定した。その結果を表2に示す。
【0027】
【表2】


【0028】
表2に示されているように、アルカリと混合して、廃液のpHを3〜7に調整することにより、廃液(上澄み液)中の残留As濃度が排水基準の0.1mg/L未満にまで低減されており、これは、非汚染水として排出することができる。
【出願人】 【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成18年6月27日(2006.6.27)
【代理人】 【識別番号】100075409
【弁理士】
【氏名又は名称】植木 久一

【識別番号】100115082
【弁理士】
【氏名又は名称】菅河 忠志

【識別番号】100125184
【弁理士】
【氏名又は名称】二口 治

【識別番号】100125243
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 浩彰


【公開番号】 特開2008−6330(P2008−6330A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−176679(P2006−176679)