説明

ホウ素含有水の処理方法

【課題】炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法において、該ホウ素含有水から予め炭酸を経済的かつ効率的に除去し、これにより効率的にホウ素を濃縮分離し、ホウ素濃度の高い濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができるホウ素含有水の処理方法を提供する。
【解決手段】炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法であって、前記ホウ素含有水のpHを4.5〜5.5に調整した後、空気吹き込みに付し、該ホウ素含有水中の炭酸を炭酸ガスとして除去する工程(A)、続いて、ホウ素含有水のpHを10.5〜11.5に調整した後、逆浸透膜法に付す工程(B)からなることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホウ素含有水の処理方法に関し、さらに詳しくは、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法において、該ホウ素含有水から予め炭酸を経済的かつ効率的に除去し、これにより効率的にホウ素を濃縮分離し、ホウ素濃度の高い濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができるホウ素含有水の処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ホウ素含有水の処理技術は、海水及びかん水の淡水化処理、浄水処理、工場、鉱山などから排出される坑廃水処理において、注目されている。
ホウ素含有水は、さまざまな工業排水として産出されている。例えば、ホウ酸やホウ酸ナトリウムに代表されるホウ素化合物は、ガラス工業をはじめとして、医薬用、化粧品原料、石鹸工業、電気めっき、染料、アルミニウム表面処理等のさまざまな工業用途で原材料として使用されている。そのため、これらの製造工程で発生する排水には、ホウ素化合物が含有されている場合が多い。また、発電所から発生する排水やゴミ焼却場における洗煙排水にもホウ素が含まれることが多い。
【0003】
ところで、ホウ素は動植物にとって必須微量元素ではあるが、過剰に摂取した場合、動物に対する中枢神経障害或いは植物に対する成長阻害を引き起こすとされ、平成13年より、ホウ素とその化合物の排水基準として海域では230mg/L、及び海域外では10mg/Lと定められ、その分離及び除去が注目されている。
【0004】
ホウ素含有水の処理方法としては、イオン交換樹脂又はキレート樹脂を用いて、ホウ素含有水中のホウ素を吸着させた後、鉱酸にて溶離処理をおこなって高濃度にホウ素を含んだ溶離水を回収する方法(例えば、特許文献1、2、3参照。)、或いはアルミニウム化合物及び硫酸化合物、又はアルミニウム化合物、鉄化合物等の共沈剤を用いて、ホウ素含有水中のホウ素をスラッジとして固定化、及び不溶化する方法(例えば、特許文献4、5参照。)が開示されている。しかしながら、このような処理方法は、極めて限られた分野でのみ適用が可能であり、例えば、吸着法では、ホウ素の吸着容量が低いため、多量の吸着剤の添加が不可欠であり、効率性と経済性において実用的でない。また、固定化法では、多量の共沈剤等を添加するので、操業資材が増加するとともにホウ素含有澱物である汚泥の発生量も増加するといった問題点があった。
【0005】
例えば、鉱山坑廃水、温泉水等のように、比較的低濃度、例えば数十ppm程度のホウ素の含有水を大量に処理する場合、上記処理方法を適用する際には、処理に要する時間が膨大になり、スラッジ量が膨大になり、かつ処理コストが非常に高額になるといった問題が生じ、実用上適用が困難であった。
【0006】
さらに、ホウ素含有水を逆浸透膜に通水してホウ素を除去する方法が知られている。
ここで、一般に、逆浸透膜を用いる方法では、ホウ素含有水のpHを10程度に調整することで、ホウ素含有水からホウ素濃度が高い濃縮液とホウ素濃度が低い透過液を効率よく回収することができるとされている。ところが、ホウ素含有水中には、通常、ホウ素以外に炭酸等のイオンを含むので、水酸化ナトリウム等によりpHを上昇させた場合、炭酸塩等の塩類が生成するため、逆浸透膜によるホウ素の分離効率が著しく低下する。例えば、ホウ素以外にカルシウム、炭酸等を含む場合には、pHを上昇させた場合、カルシウムスケールが生成し、膜閉塞等により、逆浸透膜によるホウ素の分離効率が低下する。このため、逆浸透膜に通水するホウ素含有水から、カルシウム、炭酸等を除去するため、事前に弱酸性イオン交換樹脂及び脱気膜装置を設けること、又は逆浸透膜に通水するホウ素含有水に、キレート化剤等のスケール防止剤を添加する方法(例えば、特許文献6参照。)が開示されている。
【0007】
しかしながら、このような方法では、鉱山坑廃水、温泉水等のように、一般的に、炭酸を含み、かつ比較的低濃度のホウ素の含有水を大量に処理する場合、設備コストが増加し、又はスケール防止剤による2次的な問題の発生等の問題とともに、実用上満足できるレベルにホウ素を濃縮した濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができなかった。
以上の状況から、逆浸透膜法において、炭酸を含むホウ素含有水から、効率よくホウ素を濃縮した濃縮液を得ることができる処理方法が求められていた。
【0008】
【特許文献1】特開2005−87825号公報(第1頁、第2頁)
【特許文献2】特開2002−173665号公報(第1頁、第2頁)
【特許文献3】特開2001−212455号公報(第1頁、第2頁)
【特許文献4】特開2001−162287号公報(第1頁、第2頁)
【特許文献5】特開平3−38295号公報(第1頁)
【特許文献6】特開平11−138165号公報(第1頁、第2頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法において、該ホウ素含有水から予め炭酸を経済的かつ効率的に除去し、これにより効率的にホウ素を濃縮分離し、ホウ素濃度の高い濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができるホウ素含有水の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記目的を達成するために、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離処理する方法において、該ホウ素含有水のpHを特定の値に調整した後、空気吹き込みに付し、続いて、ホウ素含有水のpHを特定の値に調整した後、逆浸透膜法に付したところ、該ホウ素含有水から炭酸を経済的かつ効率的に除去することができること、及び効率的にホウ素を濃縮分離することができることを見出し、本発明を完成した。
【0011】
すなわち、本発明の第1の発明によれば、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法であって、
前記ホウ素含有水のpHを4.5〜5.5に調整した後、空気吹き込みに付し、該ホウ素含有水中の炭酸を炭酸ガスとして除去する工程(A)、続いて、ホウ素含有水のpHを10.5〜11.5に調整した後、逆浸透膜法に付す工程(B)からなることを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【0012】
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、前記空気吹き込みは、ホウ素含有水のpHが7.0以上に上昇するまでの時間を継続することを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【0013】
また、本発明の第3の発明によれば、第1の発明において、前記空気吹き込みの吹込量は、ホウ素含有水1Lあたり0.1〜0.5L/分であることを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【0014】
また、本発明の第4の発明によれば、第1の発明において、前記空気吹き込み後の炭酸濃度は、30mg/L以下であることを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【0015】
また、本発明の第5の発明によれば、第1の発明において、前記pH調整に用いるアルカリは、水酸化ナトリウムであることを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【0016】
また、本発明の第6の発明によれば、第1〜5いずれかの発明において、前記ホウ素含有水は、ホウ素を10mg/L以上の濃度で含有する鉱山廃水であることを特徴とするホウ素含有水の処理方法が提供される。
【発明の効果】
【0017】
本発明のホウ素含有水の処理方法は、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離処理する方法において、該ホウ素含有水のpHを特定の値に調整して、空気吹き込み及び逆浸透膜法に付すことにより、該ホウ素含有水から炭酸を経済的かつ効率的に除去することができ、かつ効率的にホウ素を濃縮分離し、実用上満足できるレベルにホウ素を濃縮した濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができるので、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明のホウ素含有水の処理方法を詳細に説明する。
本発明のホウ素含有水の処理方法は、炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法であって、前記ホウ素含有水のpHを4.5〜5.5に調整した後、空気吹き込みに付し、該ホウ素含有水中の炭酸を炭酸ガスとして除去する工程(A)、続いて、ホウ素含有水のpHを10.5〜11.5に調整した後、逆浸透膜法に付す工程(B)からなることを特徴とする。
【0019】
本発明において、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する際に、まず、炭酸を含有するホウ素含有水のpHを4.5〜5.5に調整して空気吹き込みに付し、予め炭酸を除去する工程(A)と、その後、pHを10.5〜11.5に調整して、逆浸透膜に通液する工程(B)を行うことが重要である。
すなわち、工程(A)において、特定pHに調整した空気吹き込みによりホウ素含有水中の炭酸を経済的かつ効率的に除去することができ、次いで、工程(B)でのpH調整に際して、炭酸塩の生成がなされないので、逆浸透膜に通液してホウ素を濃縮分離する際に、特定pHに調整する作用と相俟って、ホウ素の分離効率が上昇し、ホウ素濃度の高い濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができる。これらの工程での特定pHに調整することによる作用効果については、各工程の説明において、詳述する。
【0020】
本発明において用いるホウ素含有水としては、特に限定されるものではなく、ホウ素を10mg/L以上の濃度で含有し、同時に炭酸を含んだものが用いられ、例えば、メッキ、アルミニウム表面処理、ガラス、染料、医療等の各産業における工程水、排煙脱硫施設、ゴミ処理施設等の排水、鉱山廃水、温泉水等が挙げられる。
【0021】
上記工程(A)において、ホウ素含有水のpHとしては、まず4.5〜5.5に調整する。これによって、空気吹き込みに伴い、ホウ素含有水中の炭酸を炭酸ガスとして除去することができる。
すなわち、ホウ素含有水に含まれる炭酸は、通常、pH8以上において、全炭酸の96%が、炭酸イオン(CO2−)、又は重炭酸イオン(HCO2−)の形態をとり溶解している。したがって、この条件下で空気の吹き込みのみでの炭酸除去が困難である。ここで、pHを4.5〜5.5の範囲に調整することにより、ホウ素含有水中の全炭酸の97%は炭酸イオン(CO2−)の形態をとり、空気吹き込みによる除去が容易となる。なお、pHが4.5未満では、酸添加量が多くなるため、経済的に不利になる。一方、pHが5.5を超えると、重炭酸イオン(HCO2−)の残留割合が多くなるので除去がなされにくい。
【0022】
上記工程(A)において、pHの調整法としては、処理原水であるホウ素含有水のpHにより、酸又はアルカリを用いて行われる。上記酸又はアルカリの種類、及び濃度としては、特に限定されるものではなく、酸としては硫酸が好ましい。
【0023】
上記工程(A)において、空気吹込量としては、特に限定されるものではなく、ホウ素含有水1L当たり0.1〜0.5L/分が好ましい。すなわち、空気吹込量が1L当たり0.1L/分未満では、空気吹き込みに要する時間が非常に長くなり、操業時に律速となる。一方、空気吹込量が1Lあたり0.5L/分を超えると、ホウ素含有水との混合が効率的でなく、経済的に不利となる。
【0024】
また、吹込時間としては、特に限定されるものではなく、ホウ素含有水から炭酸が除去されるにつれ、ホウ素含有水のpHは4.5〜5.5から徐々に上昇するので、ホウ素含有水のpHを測定することにより、pHが7・0以上となった時点で、炭酸の除去が完了したものと判定することができる。なお、吹込時間としては、通常の条件で、30〜60分で行なわれる。
【0025】
上記空気吹き込みに伴うホウ素含有水からの炭酸除去について、図1を用いて、詳細に説明する。
ここで、ホウ素含有水としては、ホウ素濃度25mg/L、炭酸濃度550mg/L、及びpH7.4の鉱山廃水11Lを用いた。前記鉱山廃水に硫酸を添加して、ホウ素含有水の初期pHを5.0とした。pH調整したホウ素含有水に、2.5L/分で空気を吹き込んだ。その後、脱気開始後10分、30分、60、90分、及び120分における炭酸濃度を測定した。図1に、脱気時間と炭酸濃度及びpHの関係を示す。
図1より、脱気開始直後から炭酸濃度が急激に減少し、脱気開始30分後のホウ素含有水中の炭酸濃度は30mg/L以下となり、その後の炭酸濃度は、ほぼ一定となった。これより、処理水中の炭酸を効率的に分離除去することができることが分かる。また、ホウ素含有水のpHは、炭酸濃度の減少と共に減少し、炭酸濃度が30mg/L以下となった後のホウ素含有水のpHは約7.0であり、それ以降のpHはほぼ一定であることから、ホウ素含有水のpHはホウ素含有水の炭酸濃度の推移を反映しており、pH7.0を炭酸除去の完了条件とすることができる。
【0026】
上記空気吹き込みの手段としては、特に限定されるものではなく、空気を微細化することで効率的に炭酸ガスを除去することができるシンターガラス、素焼き板等の分散装置を使用することが好ましい。さらに、溶液を撹拌しながら空気をより細かくして反応効率を高めれば短時間で炭酸を除去することができる。
【0027】
上記工程(B)において、ホウ素含有水のpHとしては、10.5〜11.5に調整する。これによって、逆浸透膜に通液することにより、ホウ素濃度の高い濃縮液とホウ素濃度の低い透過液を得ることができる。
すなわち、ホウ素含有水のホウ素は、B(OH)又はB(OH)として存在しており、pHが10.5未満では、ホウ酸としてB(OH)の他に、B(OH)が残留するので、従来用いられていたpHが10程度の液の通水では、逆浸透膜によるホウ素の分離効果が不十分である。なお、B(OH)の形態では、逆浸透膜によるホウ素の分離は困難である。これは、従来の、一方、pHが11.5を超えると、ホウ酸としてB(OH)へ完全に変化しているので、これ以上のpH上昇は不必要である。
【0028】
上記工程(B)において、pHの調整法としては、アルカリ水溶液を用いて行われる。ここで、アルカリの種類及び濃度としては、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、特に水酸化ナトリウムが好ましい。
なお、工程(A)において、緩衝効果が大きい炭酸イオン又は重炭酸イオンを除去したことにより、pH調整において添加するアルカリ水溶液の添加量が少なくなり、ホウ素含有水中の全塩濃度を低下させることができので、逆浸透膜によるホウ素分離効果を向上させることができる。
【0029】
上記工程(B)で用いる逆浸透膜としては、特に限定されるものではないが、pHが10.5〜11.5のホウ素含有水を通水させることから、長期間使用しても劣化しないように、耐アルカリ性のものが好ましい。
また、目的とする濃縮液及び透過液のホウ素濃度により、1段ないし多段の逆浸透膜を設置することができる。例えば、濃縮液のホウ素濃度を高くする場合には、前段の濃縮液を後段の逆浸透膜に通液し、後段の濃縮液を回収することができる方式とする。また、透過液のホウ素濃度を低くする場合には、前段の透過液を後段の逆浸透膜に通液し、後段の透過液を回収することができる方式とする。
【0030】
上記工程(B)において、実用上満足できるレベルにホウ素を濃縮した、ホウ素濃度が100mg/L以上の濃縮液とホウ素濃度が10mg/L以下の透過液が得られる。得られた透過液は、排水基準を満足するものである。また、得られた濃縮液は、さらに濃縮操作に付された後、ホウ酸等の製造原料として用いられる。
【実施例】
【0031】
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いたホウ素の分析方法は、ICP発光分析法で、炭酸の分析方法は、燃焼酸化赤外線式TOC分析法で行った。
【0032】
(実施例1)
まず、ホウ素含有水として、ホウ素濃度25.5mg/L、炭酸濃度550mg/L、及びpH7.5の鉱山廃水100Lを用いて、該鉱山廃水に硫酸を添加して、ホウ素含有水の初期pHを5.0に調整した。次いで、pH調整したホウ素含有水に、25L/分で空気を吹き込み、ホウ素含有水のpHが7.0となったところで、空気吹き込みを止めた。ここで、ホウ素含有水の炭酸濃度は、30mg/Lとなった。続いて、空気吹込み後のホウ素含有水に、水酸化ナトリウムを添加してpHを11.0に調整し、ホウ素含有水1を得た。
その後、ホウ素含有水1を、図2に概略機器配置図を表す逆浸透膜装置に通水し、逆浸透膜装置から抜き取られた透過液量が所定量になったところで、濃縮液及び透過液を採取して、それらのホウ素濃度を分析した。結果を図3に示す。図3は、透過液抜取量と濃縮液及び透過液のホウ素濃度の関係を表す。
なお、逆浸透膜装置の操作方法の概要を次に示す。
逆浸透膜5としては、Koch社製のTFC−SR24を使用した。タンク1に上記ホウ素含有水を入れ、ポンプ2を稼動させる。透過液流量計7と濃縮液流量計9により透過液8の流量が3.5L/分、濃縮液10の流量が35L/分となるように、制御器4及びバルブ6にて調整し、上記ホウ素含有水を3μmフィルタ3を経て、逆浸透膜装置に通水した。
【0033】
(比較例1)
まず、ホウ素含有水として、ホウ素濃度25.1mg/L、炭酸濃度550mg/L、及びpH7.4の鉱山廃水を用いて、該鉱山廃水に水酸化ナトリウム溶液を添加して、pHを10に調整し、ホウ素含有水2を得た。
その後、ホウ素含有水2を、図2に概略機器配置図を表す逆浸透膜装置に通水し、逆浸透膜試験機から抜き取られた透過液量が所定量になったところで、濃縮液及び透過液を採取して、それらのホウ素濃度を分析した。結果を図3に示す。
【0034】
図3より、実施例1では、炭酸を含有するホウ素含有水のpHを所定値に調整した後、空気吹き込みに付し、続いて、ホウ素含有水のpHを所定値に調整した後、逆浸透膜法に付すことにより本発明の方法に従って行われたので、処理水中の炭酸を効率的に分離除去するとともに、逆浸透膜に通水した際に、pH調整での炭酸塩の生成の防止と適切なpH設定の効果が相俟って、ホウ素濃度が高い濃縮液とホウ素濃度が低い透過液が得られることが分かる。
これに対して、比較例1では、炭酸の除去と逆浸透膜へ通水されたホウ素含有水のpHの調整がこれらの条件に合わないので、濃縮液と透過液のホウ素濃度において満足すべき結果が得られないことが分かる。
【0035】
より詳しくは、ホウ素含有水1での濃縮液のホウ素濃度は、常にホウ含有水(b)の濃縮液のホウ素濃度を上回っていた。ホウ素含有水1での透過液抜取量が95Lのときの濃縮液とホウ素含有水2での透過液抜取量が91Lのときの濃縮液について、それぞれのホウ素濃度は、131mg/Lと71mg/Lであった。また、ホウ素含有水1での透過液のホウ素濃度は、常にホウ素含有水2での透過液のホウ素濃度を下回っていた。ホウ素含有水1での透過液抜取量が95Lのときの透過液とホウ素含有水2での透過液抜取量が91Lのときの透過液について、それぞれのホウ素濃度は、8mg/Lと15mg/Lであった。
【産業上の利用可能性】
【0036】
以上より明らかなように、本発明のホウ素含有水の処理方法は、ホウ酸等を用いる工業分野をはじめ、発電所、ゴミ焼却場、鉱山等の分野で利用されるホウ素含有排水において、炭酸を含有するホウ素含有水からホウ素を分離除去する方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】空気吹き込みにおける脱気時間と炭酸濃度及びpHの関係を示す図である。
【図2】逆浸透膜装置の概略装置配置を表す図である。
【図3】逆浸透膜装置の透過液抜取量と濃縮液及び透過液のホウ素濃度の関係を表す図である。(ホウ素含有水1は、実施例1の場合を、ホウ素含有水2は、比較例1の場合を示す。)
【符号の説明】
【0038】
1 タンク
2 ポンプ
3 3μmフィルタ
4 制御器
5 逆浸透膜
6 バルブ
7 透過液流量計
8 透過液
9 濃縮液流量計
10 濃縮液


【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸を含有するホウ素含有水から、逆浸透膜法を用い、ホウ素濃縮液と透過液とに分離する処理方法であって、
前記ホウ素含有水のpHを4.5〜5.5に調整した後、空気吹き込みに付し、該ホウ素含有水中の炭酸を炭酸ガスとして除去する工程(A)、続いて、ホウ素含有水のpHを10.5〜11.5に調整した後、逆浸透膜法に付す工程(B)からなることを特徴とするホウ素含有水の処理方法。
【請求項2】
前記空気吹き込みは、ホウ素含有水のpHが7.0以上に上昇するまでの時間を継続することを特徴とする請求項1に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項3】
前記空気吹き込みの吹込量は、ホウ素含有水1Lあたり0.1〜0.5L/分であることを特徴とする請求項1に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項4】
前記空気吹き込み後の炭酸濃度は、30mg/L以下であることを特徴とする請求項1に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項5】
前記pH調整に用いるアルカリは、水酸化ナトリウムであることを特徴とする請求項1に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項6】
前記ホウ素含有水は、ホウ素を10mg/L以上の濃度で含有する鉱山廃水であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−237986(P2008−237986A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−79335(P2007−79335)
【出願日】平成19年3月26日(2007.3.26)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Fターム(参考)】