酸性廃水の処理
酸性廃水とは、pH値が6未満の廃水のことです。酸性廃水は、酸の種類と濃度によって、無機酸廃水と有機酸廃水、強酸廃水と弱酸廃水、一価酸廃水と多価酸廃水、低濃度酸性廃水と高濃度酸性廃水に分類されます。通常、酸性廃水には、酸に加えて、重金属イオンとその塩類、その他の有害物質が含まれていることがよくあります。酸性廃水は、鉱山排水、湿式冶金、製鉄圧延、鉄鋼および非鉄金属の表面酸処理、化学工業、酸製造、染料、電気分解、電気めっき、合成繊維などの産業分野を含む、幅広い発生源から発生します。一般的な酸性廃水は硫酸廃水で、次いで塩酸廃水、硝酸廃水です。中国では毎年、約100万立方メートルの産業廃酸が排出されています。これらの廃水が処理されずに直接排出されると、パイプラインの腐食、農作物の被害、魚類や船舶への被害、そして環境衛生の破壊につながります。産業廃酸は、排出前に国の排出基準を満たすように処理されなければならず、処理された廃酸はリサイクルして再利用することができます。廃酸の処理方法としては、塩処理、濃縮法、化学中和法、抽出法、イオン交換樹脂法、膜分離法などが選択可能です。
1. 塩分をリサイクルから取り除く
いわゆる塩析法とは、大量の飽和食塩水を用いて廃酸中のほぼすべての有機不純物を沈殿させる方法である。しかしながら、この方法では塩酸が生成され、廃酸中の硫酸の回収・利用に影響を与えるため、亜硫酸水素ナトリウム飽和溶液を用いた廃酸中の有機不純物の塩析法が研究された。
廃酸には硫酸と様々な有機不純物が含まれており、主な不純物はトルエンのスルホン化、塩素化、硝化の過程で生成される少量の6-クロロ-3-ニトロトルエン-4-スルホン酸と、6-クロロ-3-ニトロトルエン-4-スルホン酸以外の様々な異性体です。塩析法は、大量の飽和食塩水を用いて廃酸中のほぼ全ての有機不純物を沈殿させる方法です。塩析リサイクル法は、廃酸中の様々な有機不純物を除去できるだけでなく、硫酸を回収して循環生産に回すことができ、コストとエネルギーの節約につながります。
2. 焙煎方法
塩酸などの揮発性酸に対しては焙焼法が適用され、焙焼によって溶液から分離することで回収効果が得られる。
3. 化学的中和法
H+(aq)+OH-(aq)=H2O という基本的な酸塩基反応も、酸性廃水の処理の重要な基礎となっています。酸性廃水を処理する一般的な方法には、中和とリサイクル、酸性廃水の相互中和、薬剤中和、ろ過中和などがあります。中国の鉄鋼企業の初期の頃は、ほとんどが塩酸や硫酸の酸洗廃液を処理するために酸塩基中和法を使用し、pH 値が排出基準に達するようにしていました。酸塩基中和の原料としては、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）、水酸化ナトリウム、石灰石または石灰が使用され、一般的には安価で製造しやすい石灰が用いられます。
4. 抽出方法
液液抽出（溶媒抽出とも呼ばれる）は、原料液中の成分の適切な溶媒への溶解度の違いを利用して分離を実現する単位操作です。酸性廃水の処理では、酸性廃水と有機溶媒を十分に接触させて、廃酸中の不純物を溶媒に移行させる必要があります。抽出剤の要件は次のとおりです。（1）廃酸に対して不活性であり、廃酸と化学反応を起こさず、廃酸に溶解しないこと。（2）廃酸中の不純物が抽出剤と硫酸に対して高い分配係数を持つこと。（3）価格が安く、入手しやすいこと。（4）不純物から容易に分離でき、ストリッピング時の損失が少ないこと。一般的な抽出剤には、ベンゼン（トルエン、ニトロベンゼン、クロロベンゼン）、フェノール（クレオソート粗ジフェノール）、ハロゲン化炭化水素（トリクロロエタン、ジクロロエタン）、イソプロピルエーテル、N-503などがあります。
5. イオン交換樹脂法
イオン交換樹脂による有機酸廃液処理の基本原理は、一部のイオン交換樹脂が廃酸溶液から有機酸を吸収し、無機酸や金属塩を排除することで、様々な酸や塩を分離できるという点にある。
6. 膜分離法
酸性廃液に対しては、透析や電気透析などの膜処理法も利用できます。廃酸の膜回収は主に濃度差を利用した透析の原理を採用しています。装置全体は、拡散透析膜、液分配板、補強板、液流板フレームなどで構成され、廃液中の物質を分離することで分離効果を実現します。
7. 冷却結晶化法
冷却結晶化法は、溶液の温度を下げて溶質を沈殿させる方法です。廃酸処理工程において、廃酸中の不純物を冷却除去することで、要求を満たし再利用可能な酸溶液を回収するために用いられます。例えば、圧延工場のアシル洗浄工程から排出される廃硫酸には多量の硫酸第一鉄が含まれていますが、これを濃縮結晶化と濾過の工程で処理します。濾過によって硫酸第一鉄を除去した後、酸は鋼の酸洗工程に戻して再利用することができます。
冷却結晶化は多くの産業用途があり、ここでは金属加工における酸洗工程を例に挙げます。鉄鋼や機械加工の工程では、金属表面の錆を除去するために硫酸溶液が一般的に使用されます。そのため、廃酸をリサイクルすることでコストを大幅に削減し、環境保護にもつながります。このプロセスを実現するために、産業界では冷却結晶化が利用されています。
8. 酸化法
この方法は古くから用いられており、その原理は、適切な条件下で酸化剤を用いて廃硫酸中の有機不純物を分解し、二酸化炭素、水、窒素酸化物などに変換して硫酸から分離することで、廃硫酸を精製・回収するというものです。一般的に用いられる酸化剤には、過酸化水素、硝酸、過塩素酸、次亜塩素酸、硝酸塩、オゾンなどがあります。それぞれの酸化剤には、長所と短所があります。