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Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials

2017年9月27日

八総赤倉鉱山の坑廃水を用いたパッシブトリートメント試験について

住友金属鉱山(株) 資源事業本部

○伊藤竜也、梅寺誠、岸井俊夫

独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構酒田剛、小林幹男、岨中真洋、濱井昂弥

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 八総鉱山の位置

八総鉱山

赤倉地区

福島県

栃木県

【概要】八総鉱山：福島県南会津町主産出物：主に銅、他に鉛、亜鉛等年間平均生産粗鉱量：約 16万トン（最盛期1956～1961年）

1970年9月閉山

木戸地区

木戸・赤倉各中和場で水処理本報告は赤倉坑廃水による試験

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 赤倉地区の気候（冬季状況）

中和処理場

中和処理場へのアクセス

約2km

除雪なし

R352

赤倉中和場・積雪 2ｍ以上・除雪なし・電力供給なし

操業環境が悪い


赤倉通洞坑

獅子小屋沢堆積場

赤倉中和処理場

赤倉中和処理場

坑廃水の処理対象水赤倉通洞坑水獅子小屋沢堆積場浸透水混合水

閉山後も水処理が必要資源環境センター移管現場は非常駐


ｐＨＣｕＺｎＣｄＳ－Ｆｅ水　量- mg/L mg/L mg/L mg/L L/min

平均 3.7 1.4 8.6 0.06 4.7 210

範囲 3.2-4.5 0.8-1.8 7.1-11 0.03-0.08 1.3-8.0 130-335

暫定基準－－ 5 0.08 －－排水基準 5.8-8.6 3 2 0.03 10 －

赤倉坑廃水

赤倉坑廃水水質（2014～2016年度）

pH，Ｚｎ，Ｃｄは排水基準を超過、対策の強化必要

【処理方法】電気不通であり、苛性ソーダ重力添加により中和、沈澱池を経由河川放流

赤倉坑廃水の水質

坑水流れ沈澱池へ

苛性ソーダ添加口

中和槽兼坑水路

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 中和処理水の亜鉛・カドミウム①

Zn, Cd

暫定基準値は以内増水時等：排水基準超過

暫定基準 5mg/L

排水基準 2mg/L

暫定基準 0.08mg/L

排水基準 0.03mg/L

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 中和処理水の亜鉛・カドミウム②

現状処理法：・水質・水量変動に対して将来的な排水基準適応は困難

・八総赤倉は操業環境が悪い・処理労力やコストがかけられない

新たな処理プロセスに変更要日常的なメンテを極力必要としない簡便なものが望ましいパッシブトリートメントに着目

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials パッシブトリートメントとは

動力や薬剤を使用しない自然浄化による廃水処理技術。

薬品を用いた坑廃水処理に比べ、低コスト、低環境負荷プロセスとして導入が期待される。

利点課題

●坑廃水処理費用の削減・人件費、薬剤費、電力費

●既存処理より金属除去性高

●処理能力の安定性確保・温度、水量、水質変動

●設備規模に対する処理能力

赤倉坑廃水処理へのJOGMECプロセスの適用を検討

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials ＪＯＧＭＥＣプロセスとは

硫酸還元菌（SRB）を活用し、金属硫化物として固液分離

米ぬか・もみ殻・石灰石低コスト薬品使用無（安全処理設備）可

バクテリアが米ぬかを分解、SRBの栄養源（低分子有機物）を生成

SRBが栄養源とSO42-

からHS-を生成

坑廃水中の金属元素と

HS-が反応し金属硫化物が析出

石灰石によりSRBが活性化するｐHへ

もみ殻により金属硫化物補足


ｐHに対する溶解度（水酸化物vs硫化物）

Zn

Cd

赤倉坑廃水の対象：亜鉛・カドミウムpH中性領域で硫化物の方が溶解度が低い

パッシブトリートメント優位

赤倉坑廃水pH3.5

赤倉坑廃水pH3.5

【現行法】【パッシブトリートメント】


赤倉坑廃水カラム試験装置（JOGMEC 金属資源技術研究所）

米ぬか：300ｇ ⇒微生物の栄養

もみがら：440ｇ ⇒構造基材、微生物の住処

石灰石：3700ｇ ⇒酸度の中和、空隙確保

土壌： 132g ⇒各種微生物の菌源

石灰石：1000ｇ ⇒底部集水管の目詰まり防止

赤倉坑廃水の適用性検討2015.10～2016.6

米ぬか：微生物の栄養

もみ殻：構造基材・微生物住処石灰石：酸度の中和、空隙確保土壌：各種微生物の菌源

石灰石：集水管の目詰防止

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 試験条件等

【JOGMEC 適用性検討の試験条件（滞留時間）】25hr（2ｍL/min）， 12.5hr（4ｍL/min）15℃恒温状況下で実施

【試験パラメータ】もみ殻+石灰石+土壌（反応槽）での滞留時間（処理流量）⇒滞留時間が短いほど（処理流量大）設備のコンパクト化

【試験評価】処理水中の亜鉛・カドミウム濃度 ⇒排水基準以下

【SRB活性指標】硫酸イオン濃度 ⇒原水と処理水の濃度を比較

処理水が原水濃度より低、SRB活性有

Zn：2mg/L，Cd：0.03ｍｇ/L


赤倉坑廃水カラム試験経緯（JOGMEC）

Zn Cd

排水基準を満たした処理水赤倉坑廃水がJOGMECプロセスの適用可能性有

水質の変化・気温の変化にSRBが長期安定的に処理可能か確認要⇒赤倉中和場での原位置カラム試験をSMMが実施

排水基準 2mg/L 排水基準 0.03mg/L

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials SMMにおけるパッシブトリートメント

JOGMECプロセスにより、八総赤倉坑廃水の長期安定的な坑廃水処理が可能か検証するため、現地にカラム試験装置を設置して連続通水試験を実施

原位置カラム試験で得られた知見に基づいて、パイロットスケールの水処理試験（以下、実証試験）装置の設計

【開発の手順】


原位置カラム試験全景（SMM）

【製作】外注⇒自作安価

【滞留時間選定試験】（試験条件）JOGMEC

適用性確認試験同様

滞留時間カラムA：12.5hr

カラムB： 6hr

←原水槽

pH調整槽

沈降槽1 沈降槽2

処理水槽B 処理水槽A

カラムAカラムB

原水


滞留時間 12.5ｈｒ: Zn・Cd 処理水は排水基準を満たす滞留時間 6.0ｈｒ: Zn・Cd 超過有

原位置カラム試験-1試験結果①

各工程⇒次工程流路閉塞による供給水の低下・停止が頻発原水配管閉塞による供給水の停止試験中断

設備改善


中下

上は採取済

滞留時間 12.5ｈｒ処理可能滞留時間 6ｈｒ反応槽内での処理が不十分

安定操業を目指し処理可能な最少滞留時間の確認

カラム内の状況


冬季のカラム内の水温は０℃程度を示すが、硫酸還元菌により、硫酸イオンが消費され、硫酸イオン濃度が原水と比べ処理水は低い傾向

厳寒な低温環境下でも硫酸還元菌が働くことが示唆された

カラム水温

0～1℃

原位置カラム試験-1試験結果②


原位置カラム試験-2【米ぬか有無による確認試験】

（カラム内の透水性悪化の要因と対応策）金属水酸化物の流入 ⇒ 設備改善米ぬか細粒の流入 ⇒ 米ぬか無でもみ殻栄養源

（試験条件）滞留時間： 12.5hr（カラムA、B 共通）カラムA：米ぬか有カラムB：米ぬか無


原位置カラム試験-2【米ぬか有無による確認試験】

亜鉛カドミウム

米ぬか有: Zn・Cd 処理水は排水基準を満たす米ぬか無: Zn 超過有

米ぬかは硫酸還元菌の栄養源として必要

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials 石灰石代替品試験（予備試験）

石灰石: pH調整、もみ殻の構造材

代替品として主が炭酸カルシウムであり、多くが廃棄対象となっている貝殻（カキ、ホタテ）に着目し、利用可否検討

貝種 150gに対して坑水500mL

①石灰石代替品試験測定項目：pH、ORP

測定時間：0.25, 0.5, 1, 2, 4, 7, 24,

336（2週間）, 672（4週間）時間②重金属除去試験測定項目：Zn、Cd、Cu、硫酸イオン、

COD、TOC濃度採取間隔：24時間、２週間、４週間

カキカキ（粉砕有）

ホタテホタテ（粉砕有）

石灰石


pH、ORP結果

石灰石と比べると比表面積が大⇒pHおよびORPの反応速度が速く、石灰石代替品可能


亜鉛、カドミウム結果

貝種の重金属濃度は、同じ時間の石灰石の重金属濃度より低い値石灰石：鉄共沈処理貝種：鉄共沈の他、貝殻への吸着、SRBによる硫化物処理

連続試験を実施し、金属除去性能を確認予定


【原位置カラム試験】 2018年5月まで

①処理可能な最少滞留時間

②最少滞留時間における処理の安定性③米ぬか投入時期④もみ殻の交換時期⑤カラム内の透水性

⑥実機設計に向けたデータ取得

今後の予定（課題）

【実証試験】 2017年10月～2019年9月原位置カラム約20倍、実機約1/500倍


パッシブトリートメント処理設備実機イメージ

坑廃水流量 200L/min（HRT 6hr）に対応する反応槽2の有効容積：120ｍ3（10mW×12ｍL×1ｍD）

Shaping the Future of Non-ferrous Metals Through Mineral Resources, Smelting & Refining, and Materials まとめ

【原位置カラム試験】低温環境下でのSRBの活動を確認滞留時間 12.5時間に目途硫酸還元菌には米ぬか（栄養源）が必要石灰石代替品として貝殻の使用は可能性有

今年度から実施する実証試験を含め、グランドデザイン検討 JOGMECプロセスの適用可否の評価実操業適用の評価

《将来的な構想》アクティブとパッシブを併用したハイブリッド化を目指す⇒例として、通常・低流量時: パッシブのみ

増水時: アクティブとパッシブの併用

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