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公開番号2025044636
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152335
出願日2023-09-20
発明の名称重金属イオン吸着材及び重金属イオン含有排水の処理方法及び装置
出願人株式会社ICUS
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B01J 20/18 20060101AFI20250326BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【解決課題】導電率やイオン種の管理がシビアな重金属イオン含有排水処理においても吸着材由来の鉄イオンが処理水中に残存しないか又は無視できる程度まで低減することができる重金属イオン含有排水の処理方法及び装置並びに重金属イオン吸着材を提供する。
【解決手段】Fe:48質量%以上68質量%以下、Fe₃O₄:20質量%以上50質量%以下、Fe₂O₃:6.5質量%以上11.6質量%以下、SiO₂:0.3質量%以上1.6質量%以下及び残余の不可避不純物からなることを特徴とする重金属イオン吸着材。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｆｅ：４８質量％以上６８質量％以下、Ｆｅ
３
Ｏ
４
：２０質量％以上５０質量％以下、Ｆｅ
２
Ｏ
３
：６．５質量%以上１１．６質量%以下、ＳｉＯ
２
：０．３質量％以上１．６質量％以下及び残余の不可避不純物からなることを特徴とする重金属イオン吸着材。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記Ｆｅとして、メディアン径が５０μｍ以上３００μｍ以下及び空気透過法で求めた比表面積が０．００３ｍ
２
／ｇ以上０．２ｍ
２
／ｇ以下であり、メディアン径５０μｍとして換算した比表面積が０．１０ｍ
２
／ｇ以上０．１８ｍ
２
／ｇ以下である鉄粉を含むことを特徴とする請求項１に記載の重金属イオン吸着材。
【請求項３】
前記重金属イオン吸着材のメディアン径が５μｍ以上５０００μｍ以下、空気透過法で求めた比表面積が０．００００２ｍ
２
／ｇ以上２０ｍ
２
／ｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の重金属イオン吸着材。
【請求項４】
重金属イオン含有排水に、請求項１又は２に記載の重金属イオン吸着材を接触させて、ｐＨ６～８、酸化還元電位（水素標準）－０．５０Ｖ以上＋０.５５Ｖ以下の条件で処理することを特徴とする重金属イオン含有排水の処理方法。
【請求項５】
前記重金属イオン吸着材は、重金属イオン含有排水に対して、０．５ｗ／ｖ％以上２．０ｗ／ｖ％以下とすることを特徴とする請求項４に記載の重金属イオン含有排水の処理方法。
【請求項６】
前記重金属イオン吸着材を充填したカラムに、前記重金属イオン含有排水を通水する、請求項４に記載の処理方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の重金属イオン吸着材と重金属イオン含有排水とを混合させる反応槽と、
当該反応槽内に設けられている撹拌手段と、
当該反応槽から処理水を排出する処理水移送配管と、
当該反応槽から使用後の重金属イオン吸着材を排出する重金属イオン吸着材排出配管と、
当該反応槽内の重金属イオン吸着材を含む重金属イオン含有排水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計と、
当該反応槽内の重金属イオン吸着材を含む重金属イオン含有排水のｐＨを測定するｐＨ計と、
を具備する重金属イオン含有排水の処理装置。
【請求項８】
前記反応槽に還元剤を注入する還元剤注入装置、及び／又は、前記反応槽にｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置をさらに具備する請求項７に記載の重金属イオン含有排水の処理装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の重金属イオン吸着材を充填したカラムと、
当該カラムに重金属イオン含有排水を導入する重金属イオン含有排水導入管と、
当該カラムから処理水を排出する処理水排出管と、
当該カラムからの処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計と、
当該カラムからの処理水のｐＨを測定するｐＨ計と、
を具備する重金属イオン含有排水の処理装置。
【請求項１０】
前記カラムに還元剤を注入する還元剤注入装置、及び／又は前記カラムにｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置をさらに具備する請求項９に記載の重金属イオン含有排水の処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属イオン吸着材及び当該重金属イオン吸着材を用いて重金属イオンを除去する重金属イオン含有排水の処理方法及び装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
重金属イオン含有排水における処理技術は大きく分けて、金属イオンを水酸化物や硫化物として難溶性の塩として沈殿除去する凝集沈殿法と、イオン交換樹脂やキレート樹脂で他のイオンと置換処理する吸着法がある。凝集沈殿法としては、重金属イオン含有排水に第二鉄イオンまたはアルミニウムイオン等を添加し、次いでアルカリを加えて水酸化第二鉄又は水酸化アルミニウムを生成させて重金属成分を除去する水酸化物共沈法、鉄一鉄イオンを含む溶液にアルカリを加え、曝気等の酸化処理を行い強磁性であるフェライトを生成させるフェライト法、鉄片等を酸性溶液に接触させ共存重金属のイオン化傾向の差により鉄粉表面に析出させる鉄粉法等が実用化されている。
【０００３】
フェライト法は、非特許文献１に記載されているように、重金属イオンを含む排水中に第一鉄塩を適量加え、アルカリで中和して水酸化第一鉄を生成させた後、６０～７０℃に加熱した状態で空気酸化を行ない、スピネルフェライト（マグネタイト）を生成させる。その構造ＭＯＦｅ
２
Ｏ
３
中のＭの部分に処理対象元素（第一鉄イオンか他の重金属イオン）が取り込まれ強磁性を示す。上記方法で生成した強磁性のスピネルフェライト粒子は磁石を用いて分離することができ、排水中から重金属を分離することができる。しかし、このフェライトでは、反応に６０～７０℃の温度が必要となるため温度を上げるための多大なエネルギーが必要であり、また酸化や磁気分離のための装置も別途必要となり、設備全体が大がかりとなる問題がある。
【０００４】
鉄粉法は、非特許文献２及び特許文献１に記載されているように、重金属イオン含有排水の処理に鉄による還元作用と溶出する鉄イオンの共沈作用を応用したものであり、酸性下での還元・析出工程とアルカリ下での凝集沈殿効果からなる。鉄片を酸性溶液に接触させて表面の酸化鉄を溶解させると新鮮な金属面が現れる。この金属面は活性に富んでおり、共存重金属はイオン化傾向の差により還元析出する。還元析出した重金属の沈降特性が良く、有害物質の一括処理が可能である等の特徴があるが、鉄よりイオン化傾向の大きい元素（例えばマンガン、亜鉛、クロム等）は還元析出されず、水酸化物となり、沈降性、安定性及びろ過性が悪いという問題がある。
【０００５】
水酸化物共沈法では、ろ過比抵抗が増大し、固液分離が課題となり、汚泥（廃棄物量）が増えてしまう問題がある。
【０００６】
吸着法で用いるイオン交換樹脂にはＨ型とＮａ型が主にあるが、Ｈ型と重金属イオンとの交換ではｐＨが低下し、Ｎａ型との交換ではｐＨが上昇するため、後段でのｐＨ調整の設備が必要となる。またアルカリやアルカリ土類金属イオン（水道水や工業用水のＣａ、Ｍｇ等）と重金属イオンが共存する場合、イオン交換樹脂の官能基とアルカリ金属イオン、アルカリ土類イオンも吸着してしまうため、イオン交換樹脂の寿命が極端に短くなってしまう問題がある。
【０００７】
イオン交換樹脂法では、ＨイオンまたはＮａイオンが重金属イオンの替わりに処理水中に放出される。また鉄粉法では対象重金属イオンが鉄粉表面に吸着される替わりに、処理水中に鉄イオンが放出される。よって、導電率やイオン種の管理がシビアな火力発電設備や原子力発電設備等の特に浄化系での使用は困難であり、留意が必要となる等、汎用性の問題があった。
【０００８】
特許文献２には、金属鉄（平均粒子径が５０μｍの電解鉄粉）、鉄酸化物（平均粒子径が０．０７μｍ、ＢＥＴ比表面積が２０ｍ
２
／ｇのベルトライドＦｅＯ
１．３９
）及びオキシ水酸化鉄（ＢＥＴ比表面積が２３０ｍ
２
／ｇのＦｅＯ（ＯＨ））を含む処理材を６価セレン及び６価クロムを含む試験液に添加して、６価セレン及び６価クロムを不溶化したことが記載されている。特許文献２は、還元剤として作用する鉄の還元力を鉄酸化物が高め、６価セレン及び６価クロムが還元された４価セレン及び３価クロムが水酸化鉄に吸着されることを利用することから、鉄、鉄酸化物及び水酸化鉄の組み合わせが必要であることを開示する。また、鉄酸化物の平均粒子径（５０％累積径）は０．００１～０．５μｍ、比表面積（ＢＥＴ法）は１０～９０ｍ
２
／ｇであること、水酸化鉄の比表面積は少なくとも１００ｍ
２
／ｇであることが記載されている。
【０００９】
特許文献２に開示されている処理材は、金属イオンの共沈の効果がある水酸化鉄を含み、水酸化鉄による共沈物のろ過比抵抗の大きさ（たとえば水酸化第二鉄のろ過比抵抗は１×１０
１４
ｍ／ｋｇ）ゆえに固液分離がしにくい欠点がある。また、セレン及びクロム（酸化数４以上を持つ多価金属イオン）について不溶化できることは記載されているが、酸素原子と陰イオン（たとえばＳｅＯ
４
２－
）を形成するものであって、一般的な重金属イオンである２価又は３価の陽イオンの処理については言及がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特公昭５７－７７９５号公報
特開２００６－２０５１５２号公報
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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