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アンモニア態窒素

・アンモニアストリッピング法では、通常、アルカリ剤として水酸化ナトリウムを用いて、アンモニアを揮散させる。
・不連続点塩素処理法では、塩素によりアンモニアを窒素ガスに酸化して、水中より除去する。イオン交換法としては、陽イオン交換樹脂やゼオライトを用いる。

有害物質の処理におけるpH 制御

・鉛排水の水酸化物生成凝集沈殿法では、pH を6〜8(中性) ? にする。
・無機水銀排水の硫化物生成凝集沈殿法では、pH を6〜8(中性) にする。
・ヒ素排水の鉄塩による共沈法では、pH を3〜7(酸性) にする。
・シアン排水のアルカリ塩素法では、pH を一段反応では10(アルカリ)、二段反応では7〜8(中性)以上にする。
・クロム(Y)排水の還元-水酸化物沈殿法では、亜硫酸塩による還元工程のpHを2〜2.5(酸性)にする。

ほう素

・凝集沈殿法では、アルミニウム塩と水酸化カルシウムが併用される。凝集沈殿は、pH9 以上(アルカリ)で行う。大量のスラッジが発生する。
・フルオロほう酸となったほう素は、通常の凝集沈殿では除去できない。
・吸着法では、N-メチルグルカミン形イオン交換樹脂が実用的である。通常のイオン交換樹脂は、実用的でない。

フッ素

・フッ素含有排水に水酸化カルシウムを添加して難溶性のフッ化カルシウムを生成させ、フッ素を水中より除去させることができるが、さらに高度に除去するには、後段でアルミニウム塩を添加して水酸化物にフッ化物イオンを吸着させつる。
・ふっ化カルシウム法では、pH や反応時間を最適条件に調整しても、処理水中には10〜20mg/L 程度のふっ素が残留する。フッ化カルシウム凝集沈殿法の最適pHは7である。
・吸着法では、希土類水酸化物を交換体とした吸着樹脂が用いられる。水酸化物共沈法では、水酸化マグネシウムは水酸化アルミニウムと同じ効果を有する。水酸化マグネシウムを用いる場合、最適なpH は10〜11 である

セレン

・毒性が強いが、生体必須元素でもある。
・亜セレン酸(セレン(W):SeO32−)は水酸化鉄(V)による共沈処理が有効だがセレン酸(セレン(Y):SeO42−)には効果が低い。
・活性炭は効果が無く、活性アルミナはセレン(W)に対してのみ効果がある。
・自然環境中でのセレンには、溶解性の亜セレン酸とセレン酸とがあり、両者とも安定で酸化還元が起きにくい。
・Se(W)とSe(Y)の存在形態は、セレン鉱物が水に溶解するときのpH や酸化還元雰囲気で異なる。
・イオン交換法は、セレンがすべて解離し、イオンとして存在すれば有効である。
・アルミニウム塩による共沈処理は、セレン処理に有効ではない。
・逆浸透法では高い除去率が得られる。

農薬系有機化合物、ベンゼン

農薬系有機化合物
・農薬には吸着性・付着性が必要。散布後直ちに溶出・揮散しては効果がない。
・粉末活性炭併用の凝集法や生物分解法等が有効。

ベンゼン
・石炭・石油等の成分の一つ。不溶性、揮発性。分解する微生物がある。活性炭での吸着は少ない。じゅん養した活性汚泥による処理が可能である。
・揮散法では、排ガスの処理対策が必要である。

有機塩素系化合物

・トリクロロエチレン(TCE)・テトラクロロエチレン(PCE) 揮散法が最も効果的。排ガス処理で回収再利用可。活性炭も効果があるが、吸着量が低い。難燃性。酸化分解法ではPCEの方が安定。二酸化炭素と塩化物イオンに分解される。
・活性汚泥法を適用した場合、一般的なフロック形成細菌が優勢となるため、分解能力持つ特殊な細菌は共生しにくい環境にある。塩素数が多いほど、分解率は低くなる。
・下水処理場でのトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンの除去機構は、ばっ気による揮散や生物細胞脂質への化学的吸着などの可能性が高い。
・メタン資化細菌による分解には、メタンオキシゲナーゼという酵素が重要な役割を担っている。活性汚泥中のメタン資化細菌を利用した処理方法は、効果的である。
・嫌気性細菌による分解機構として、塩素原子が一個ずつ外れる脱塩素反応が知られている。(生物的分解において、脱塩素反応は嫌気性条件、脱水素反応は好気性条件で行われる)
・適切な酸化条件下では、二酸化炭素と塩化物イオンに分解される。
・トリクロロエチレンのほうが、1,1,2-トリクロロエタンより分解速度が速い。
・塩素数が多いほど、分解率は低くなる。
・溶存酸素存在下で、二酸化チタンを触媒として光照射する方法が検討されている。

PCB(ポリクロロビフェニル)

・ビフェニルの水素を3〜6個の塩素で置換。塩素が4以上で不燃性。塩素2以下では生物的処理が可能(生物により分解する)。3以上でも、活性汚泥に吸着しやすいので、除去は可能。
・高濃度PCB 廃液は、酸化カルシウムか酸化マグネシウムを添加し粉末化し、1200℃で燃焼処理(高温処理)。
・不溶性なため、アルミニウム塩を使用した凝集沈殿処理である程度は処理できる。
・PCBは疎水性のため活性炭で基準値までの処理は可能。微量残る。
・コプラナーPCB については、ダイオキシン類としての排水基準が適用される。また、凝集沈殿で処理できる。

有機リン化合物

・水溶性が低く(疎水性)金属と共沈しにくい。農薬の成分であり、低濃度でなければ生物的処理ができない。
・アルカリ性で加水分解される性質を利用して、生石灰などで中和→加水分解処理→凝集沈殿→ろ過→希釈→活性汚泥処理。
・活性炭への吸着も効果があり、活性炭は加熱して再利用。
・疎水性物質なので、活性炭法で処理できる。

シアン

・排水中の形態には、遊離シアンとシアノ錯体があるが、金、鉄、コバルトのシアノ錯体は事実上酸化分解が不可能。
・アルカリ塩素法 まずpH10以上(アルカリ性)で塩素(通常、次亜塩素酸ナトリウム)を添加する。 薬注制御は、ORP 計で行う。
  NaCN + NaOCl → NaCNO + NaCl
 次にpHを7〜8とし、塩素を添加して窒素と二酸化炭素に分解する。
 2NaCNO + 3NaOCl + H2O → N2 + 3NaCl + 2NaHCO3
アルカリ性にする理由は、シアノ酸(CNO−)の中間生成物の毒性のある塩化シアン(CNCl)の加水分解を促進するため、次に中性にするのはシアン酸の分解がアルカリ性では遅いため。反応時間は一段目が約10分、二段目が30分程度必要。
・オゾン酸化法 シアンを窒素と炭酸水素塩にまで酸化分解。pH>9.5。オゾン酸化法では、微量の銅又はマンガンの存在は酸化分解反応を促進させる。
・微生物の馴養で生物処理も可能だが、錯体は処理できない。
・排水中で有機物類の反応によりシアンが生成する。
・シアン分析の蒸留操作でシアンが生成する。
・シアンの酸化分解処理でシアン生成の前駆(原因)物質が増加する。
・シアン生成の原因物質はアミン類やアルデヒド、EDTA などであ

ヒ素

・硫化物、金属のヒ素化合物等として産出。
・ヒ素(V)はヒ素(X)に酸化して共沈。ヒ素(X)は、ヒ素(V)より共沈が容易である。共沈剤は鉄(V)塩、最適共沈pH3〜7(酸性)。一般排水によく使われるアルミニウム塩はヒ素には効果が低い。
・鉄粉法、フェライト法も可能。吸着性は低い。 活性炭のヒ素吸着量も少ない。
・ヒ素(V)の酸化剤としては、塩素でもオゾンでも効果がある。ヒ素(V)のばっ気による酸化は、効果がない。
・無水亜ヒ酸は、塩酸と水酸化アルカリ液に溶解する。
・ヒ素が共沈法によって処理されやすい理由は、金属類と難溶性塩を生成する傾向があるためである。
・ヒ素用キレート樹脂は、低濃度排水に適している。

水銀

・硫化物生成−凝集沈殿法 pH調整と過剰のS2−による再溶解ポイント
pHは6〜8の中性とする。過剰硫化水素が存在しpH が高くなると再溶解が起こる。排水中の水銀濃度は変動していることが多く、予想最高水銀濃度にあわせて硫化ナトリウム(Na2S)を添加する。低濃度の時のために鉄(U)や鉄(V)を添加し硫化鉄(硫化水銀よりも溶解度が高い)を生成させる。(鉄塩併用硫化物法:多硫化鉄の形成により処理水が白濁化することがある)
・チオ尿素形キレート樹脂 :水銀(U)イオンを特異的に吸着する。塩素添加で酸性にして塩素を添加し、コロイド状水銀をイオン化させてから吸着。
・有機水銀排水は、塩素で酸化分解して完全に塩化物とし、硫化物凝集沈殿法で処理。
・活性炭 1mg/L以下の仕上げで有効。
・硫化物法の処理水白濁は、ジチオカルバミド基を持つ重金属捕集剤の使用により改善できる。鉄(V)塩を併用する必要がある。
・水銀キレート樹脂吸着法では、前処理として塩素酸化によってコロイド状水銀をイオン化してから吸着させる。容易に再生できない。
・過剰の硫化物イオンは、硫化水銀を再溶解させる。
・水銀専用形キレート樹脂は、一般的に硫黄系の官能基を持っている。
・有機水銀化合物の塩素による分解では、アルキル基の炭素数が少ないほど分解しにくい。塩素により酸化すると硫化物法などによる処理も容易になる。

クロム(Y)

・クロム(Y)は有害物質、クロム(V)は生活環境項目。クロム(Y)は酸性でもアルカリ性でも陰イオンとして安定であるため、還元してクロム(V)とし、アルカリ剤を添加して水酸化クロムとして沈殿させる。
・亜硫酸塩を用いて還元(酸性pH2、酸化還元電位300〜400mV)した後、アルカリ剤で中和して水酸化物として沈殿させて水中より除去できる。還元剤の注入制御は、通常ORP 計によって行われる。(クロム(Y)は、クロム(V)に還元して水酸化物沈殿法などにより処理する。還元剤としては、一般的に亜硫酸塩又は硫酸鉄(U)が使用される)
・電解処理:二クロム酸(H2Cr2O7:六価クロムの形態の一つ)を電解(高濃度の廃液では経済的)すると、陰極でクロム(V)に還元される。この際多量の水素イオンを消費するので、酸を添加するほど反応が進む。
  Cr2O7 2−+ 14H+ + 6e− → 2Cr3+ + 7H2O
・還元剤として鉄(U)を使うと広いpH範囲で還元できるが、中和時に多量のスラッジが発生する(クロムの3倍の鉄が必要:Cr6+ + 3Fe2+ → Cr3+ + 3Fe3+)。
・イオン交換法 高価なので、排水量が少なく、クロム酸濃度の低いときに適用。
・活性炭吸着法 pHの最適値4〜6。排水基準値以下まで処理できる
・クロム(Y)化合物は、有害物質として排出が規制されている。
・クロム(V)は、消石灰などのアルカリ剤により水酸化クロムを生成して沈殿する。クロム(Y)は、酸性においてもアルカリ性においても陰イオンとして存在するため、水酸化物の沈殿を生成しない。

カドミウム・鉛

・pH10.5〜12(アルカリ)で水酸化物の沈殿を形成して除去する。Fe2+、Zn3+等が共存すると低いpHで沈殿(共沈効果)、共沈剤として使用。
・水酸化鉛の理論溶解度より実測値が小さい。水酸化鉛の他に塩基性鉛の生成による。 カドミウムのアンモニア錯イオンやシアン化錯イオンは安定である。
・キレート剤(EDTAやクエン酸等)が含まれると、カドミウム・鉛が沈殿しにくい。鉄共存下で過酸化水素やオゾンを添加し有機物を酸化分解する(フェントン法)。 キレートを形成している場合、キレート剤を酸化してから硫化物法を適用する。
・置換法では、鉄塩の共存下でキレート中の鉛とアルカリ土類金属(Ca、Mg)を置換させる。有機酸やEDTA などの錯生成化合物を含む排水の処理に適用できる。
・鉄粉法は金属鉄の還元作用(鉄(U)に酸化)と、鉄イオンの共沈効果を利用。沈降特性がよく、汚泥容積が小さく、脱水性がよい。
・鉛(U)を選択的に除去できるキレート樹脂がある。
・水酸化物法では、共沈現象によって、溶解度積から予測されるpH より低いpH で沈殿が生じる。
・硫化物法では、鉄塩を併用してもアルカリ性で処理特性が悪くなる。キレートを形成している場合、キレート剤を酸化(フェントン法)してから硫化物法を適用する。
・フェライト生成-磁気分離法は、濃厚廃液の処理に適している。
・鉛:水酸化物法では、pH が8以上になると、水酸化錯イオンとして再溶解する。
・カドミウム排水は、アルカリ剤を添加し凝集沈殿させて処理できる。しかしクエン酸が共存すると安定した錯体を形成して処理できない。その場合、水酸化カルシウムと塩鉄を添加して、カドミウムと置換することにより処理が可能となる。

一般

・重金属を含んだ廃液は一般に酸性であり、アルカリを加えることによって水酸化物の沈殿として処理できる。
Mn+ + nOH− ⇔ M(OH)n↓
例外:クロム(Y)、錯体
・複数の金属が存在すると、単独より低いpHで沈殿する(共沈)。共沈剤としてはアルミニウム塩、鉄塩などが使われる。ヒ素には鉄塩のみ有効。
・硫化物沈殿法も有効だが、硫化水素を処理しなくてはならないため、排水基準の厳しい水銀をのぞいては用いられない。硫化物沈殿法はあまり行われていない。
・錯体の処理の基本は、鉄を加えて酸化。
・フェライト化処理 各種重金属が混在する場合(濃厚重金属廃液)の一括処理。アルカリを加え酸化処理すると、マグネタイト(フェライト)が生成する。安定。 鉄(U)を含む溶液にアルカリを加え、酸化・加温処理を行うとフェライトが生成する。各種重金属の一括処理が可能である。フェライトの結晶構造に取り込まれた重金属は、溶出しにくい。フェライトは強磁性を有するので、磁力による分離が可能である。分離したフェライトを有効利用する。
・有機汚泥の前処理として熱処理を行うと、脱水性は改善されるが分離水のBODは高くなる。
・凍結融解法によると、薬品を添加せずに脱水性を改善できる。
・ろ過助剤は、一般に大量に使用しないと効果が現れない。
・凝集剤の添加量を決定するには、ヌッチェ試験が適している。
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