簡単に答えると： 重金属廃水は、溶解した金属を不溶性の固体に変換することで処理される。通常は石灰や苛性ソーダでpHを上げて水酸化物にし、限界値が非常に低い場合は硫化物にすることもある。その後、汚泥を沈降させ、脱水する。汚泥はコストがかかる部分である。水酸化物汚泥はクラリファイアから出る時点で96～99%が水分であり、フィルタープレスによって、有害廃棄物として運搬できるケーキ状にするのである。
重金属廃水とは何を指すか
電気めっきおよび金属仕上げのリンス水、プリント基板のエッチング、酸洗ライン、電池製造およびリサイクル、鉱山水および鉱滓、皮革工場排水（クロム）、および一部の繊維および顔料の流れ。規制当局が実際にリストアップする金属はごく少数である。40 CFR Part 433の米国金属仕上げ規則は規制する カドミウム、クロム、銅、鉛、ニッケル、銀、亜鉛、シアン化物、さらに総毒性有機物、油分およびグリース、TSS、pH。
規制値は厳しい。Part 433では、総クロムの1日最大値は2.77 mg/L、月平均値は1.71 mg/L、銅は3.38 / 2.07、ニッケルは3.98 / 2.38、亜鉛は2.61 / 1.48、鉛は0.69 / 0.43、カドミウムは0.69 / 0.26、銀は0.43 / 0.24、シアン化物は1.20 / 0.65。新規発生源にはカドミウム0.11 / 0.07 mg/Lの規制値が課される。めっきラインのリンス水は数十から数百mg/Lの金属を含み得るため、多くの場合で99%以上の除去が必要となる。
ステップ1：降水を妨げるストリームを前処理する
何よりも先に処理しなければならない2つの流れがあり、それらを主フローに混合することは、処理施設が許可基準を満たせなくなる最も一般的な原因である。
- 六価クロム 水酸化物として沈殿しない。まず三価クロムに還元する必要があり、通常は低pHでメタ重亜硫酸ナトリウムを用いて行われ、その後初めて他の金属とともにCr(OH)₃として沈殿させることができる。
- シアン化物 シアン化物めっき浴からの排水は、その流れが金属処理に合流する前に、アルカリ塩素処理によって別途分解される。規制は明確である：シアン化物のモニタリングは、シアン化物処理の後、他の流れによる希釈の前に行われる。
- キレート剤 （無電解ニッケルやアルカリ性亜鉛からのEDTA、クエン酸、アンモニア）は金属を溶液中に保持し、水酸化物の沈殿を防ぐ。これらを含む流れは分離され、個別に処理されるか、より強力な沈殿剤が添加される。
ステップ2：沈殿 — 水酸化物、硫化物、またはその両方
水酸化物沈殿
水和石灰、苛性ソーダまたは水酸化マグネシウムでpHを上げると、金属は水酸化物として沈殿する。pH 6以下ではほとんど沈殿しない。最適pHはどの金属とどの対イオンが存在するかによって異なり、各金属は異なるpHで最小溶解度に達するため、混合流は通常、妥協的なpHで沈降させ、その後、単一の金属が依然として基準を超えている場合は、第二のpHで仕上げ処理を行う。
米国陸軍工兵隊の降水マニュアル（EM 1110-1-4012）は、水酸化物沈殿によりクロム、ニッケル、カドミウム、銅、亜鉛を1.0 mg/L以下に低減できると述べているが、鉛、マンガン、銀はこの方法では十分に処理できない可能性があると指摘している。石灰は最も安価だが、最も多くの汚泥を生成する。EPAの化学沈殿ファクトシートは、石灰が苛性ソーダと比較して廃棄汚泥量を最大50パーセント増加させる可能性があると警告している。
硫化物沈殿
金属硫化物は水酸化物よりもはるかに溶解度が低い。同じUSACEのマニュアルには、純水中での理論溶解度が記載されている。水酸化銅2.2×10⁻² mg/Lに対し硫化銅5.8×10⁻¹⁸ mg/L、亜鉛1.1に対し2.3×10⁻⁷、鉛2.1に対し3.8×10⁻⁹、カドミウム2.3×10⁻⁵に対し6.7×10⁻¹⁰である。硫化物反応は中性付近のpH（7～9）で進行し、硫化物スラッジはpH5において水酸化物スラッジよりも溶出しにくさが約3倍であると報告されている。
価格は取り扱いである。硫化ナトリウムと硫化水素ガスは危険であり、余分な硫化物は排水から除去しなければならず、沈殿物は微細で沈降が遅い。通常の妥協案は、水酸化物沈殿を主工程とし、それだけでは基準を満たせない金属——通常は鉛、カドミウム、銀——のみを対象とした小規模な硫化物による仕上げ段階を組み合わせるものである。
凝固と沈降
新しく形成された水酸化物フロックは小さい。塩化第二鉄またはポリマーを添加して沈降可能なフロックに成長させ、水はクラリファイア、ラメラ沈殿槽、またはDAFユニットへ送られる。クラリファイアのアンダーフローが汚泥であり、通常は固形分1～4%、USACEマニュアルの表現では96～99%が水である。
ステップ3：スラッジ — コストドライバー
金属水酸化物スラッジは通常、指定有害廃棄物（米国では電気めっきスラッジのF006）であるため、重量単位で有害廃棄物料金で処分される。固形物と一緒に運ばれる水1トンごとに、失われるお金である。したがって、脱水は後回しにされるべき事項ではなく、プラント全体の運転コストを決定する。
USACEマニュアルは、水酸化物スラッジについて、沈殿剤別に測定されたプレート・アンド・フレームフィルタープレスの結果を示している：
| 沈殿剤 | ケーキ固形分 | ろ過時間 | スラッジ密度 | 乾燥固形物1トンあたりのスラッジ容積 |
|---|---|---|---|---|
| 苛性ソーダ（NaOH） | 30% | 7～8時間 | 1,300 kg/m³ | 5.0 m³ |
| 消石灰（Ca(OH)₂） | 35% | 7–9時間 | 1,400 kg/m³ | 4.2 m³ |
| 水酸化マグネシウム (Mg(OH)₂) | 55% | 1.5～2.0時間 | 1,600～1,750 kg/m³ | 2.2 m³ |
際立っている点が二つある。第一に、上流で選ぶ沈殿剤は、プレス機自体よりもフィルタープレスの結果を大きく変える。水酸化マグネシウム汚泥は4倍速くろ過でき、体積は半分以下になるが、試薬コストは石灰の約3倍かかる。第二に、苛性汚泥であってもフィルタープレスでは固形分30%に達するが、ベルトプレスや遠心分離機ではゼラチン状の水酸化物フロックに対してそれはほとんど達成できない。
金属水酸化物スラッジ用フィルタープレスの選定
1日あたりの乾燥固形分から始め、流量からではありません。35%のケーキ固形分で1日あたり100 kgの乾燥金属水酸化物を生成するめっきラインでは、約285 kgのケーキ、すなわち1,400 kg/m³で約0.2 m³になります。これは小型で1日1～2サイクルです。 チャンバーフィルタープレス。このスラッジに特に重要なポイント：
- サイクルタイムが長い。 表にある7～9時間のろ過時間は実際のものである。水酸化物フロックは圧縮性があり、ろ布を目詰まりさせる。1シフトに複数回ではなく、1サイクルで設計すること。
- メンブレンスクイーズが効果的です。 A メンブレンフィルタープレス サイクルを短縮し、ケーキ固形分を数ポイント高めることができ、危険廃棄物のトン当たり処理費が課金される場合、すぐに元が取れる。
- 布地の選択。 カレンダー加工された表面を持つモノフィラメントポリプロピレンは、水酸化物ケーキをきれいに剥離し、マルチフィラメント布を目詰まりさせる微粉に耐性があります。参照 電気めっき廃水用フィルタープレスのサイズ選定 布とプレートの選択について。
- 材料。 ポリプロピレン製の板と布は、酸による前処理からアルカリによる沈殿までのpH変動に耐え、腐食しない。供給ポンプは エア駆動ダイヤフラムポンプ または耐食構造のスクリューポンプ。
- ろ液が戻る。 フィルタープレスのろ液は、沈殿pHで微粒子と溶解金属を含んでいる。クラリファイア入口に戻し、決して直接放流してはならない。
処理および脱水提案のために送るもの
有用な問い合わせには、プロセス（めっきの種類、エッチング、電池、鉱山排水）、日流量、原水の分析（各金属、シアン化物、pH、キレート剤があればその有無）、満たすべき排出基準、そしてスラッジの処分方法が含まれます。それにより、沈殿段階のサイズ決定、1日あたりの乾燥固形分の推定、プレス機、ろ布、ポンプの選定が可能になります。すでにスラッジがある場合は、サンプルを送付してください。ろ過試験により、見積もりを行う前にサイクルタイムとケーキ固形分がわかります。
関連： 廃水処理施設が生成する汚泥の量はどれくらいですか, アンモニア態窒素除去、そして 産業廃水処理設備.
よくある質問
重金属を沈殿させるにはどのpHが用いられますか？
水酸化物沈殿はアルカリ域で行われ、通常は金属の組み合わせに応じてpH 8から11の間のどこかで実施される。pH 6以下ではほとんど何も沈殿しない。各金属にはそれぞれ最小溶解度のpHがあり、混合流は妥協的なpHで沈降させ、難処理金属は第二のpHまたは硫化物で仕上げ処理される。
六価クロムはなぜ別途処理されるのですか？
Cr(VI)はどのpHでも溶液中に留まるため、まずCr(III)に還元する必要があり、通常は酸性条件下でメタ重亜硫酸ナトリウムを用いて行われ、その後でのみ他の金属とともに水酸化クロムとして沈殿する。
硫化物沈殿は水酸化物沈殿よりも優れていますか？
理論上の溶解度に対して何桁も低い残留金属に達し、スラッジの浸出も少ない。コストは高く、試薬は危険であり、沈殿はゆっくり沈降するため、通常は全流れではなく、鉛、カドミウム、銀の仕上げ段階として使用される。
フィルタープレスで金属水酸化物スラッジはどの程度まで乾燥できますか？
測定されたプレートアンドフレームの結果は、苛性スラッジで約30%固形分、石灰スラッジで35%、水酸化マグネシウムスラッジで55%である。メンブレンスクイーズ段を追加すると、さらに数ポイント向上する。
金属水酸化物スラッジは有害廃棄物ですか？
ほとんどの法域では、はい。米国では、電気めっきからの廃水処理汚泥はF006有害廃棄物に指定されており、重量で処分されるため、実用的に可能な限り高いケーキ固形分まで脱水することが非常に重要です。
フィルタープレスのろ液を直接放流できますか？
いいえ。水酸化物スラッジからのろ液は、沈殿pHにおいて微粒子といくらかの溶解金属を含んでいます。これをクラリファイアーの入口に戻し、再度沈降と最終pH調整を経由させてください。
原水分析、流量および放流限度値を送ってください。そうすれば、沈殿段階とフィルタープレスを一緒にサイジングします。 ヘビーメタル処理提案を依頼する.
参照： 40 CFR Part 433 — 金属表面処理点源カテゴリー（eCFR）, 米国陸軍工兵隊 — EM 1110-1-4012, 沈殿/凝集/凝集 (2001), US EPA — 廃水技術ファクトシート：化学沈殿 (832-F-00-018).
この記事は、私たちのガイドの一部です。 廃水汚泥の脱水.