ホウ素含有水の処理方法
【課題】より効率的にホウ素を除去することができるホウ素含有水の処理方法の提供。
【解決手段】本発明のホウ素含有水の処理方法は、ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とする。
【解決手段】本発明のホウ素含有水の処理方法は、ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とする。
【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、特に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、アルカリ性に調整して固液分離するホウ素含有水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素（Ｂ）は、例えば、ガラス製品、医薬品、化粧品、半導体、めっき製品の製造に使われ、その製造排水中に含まれ、また、石炭火力発電所の排煙脱硫排水やごみ焼却場洗煙排水、ニッケルめっき工場排水などにも含まれている。ホウ素は、ヒトが大量に摂取した場合、中枢及び末梢神経系統や消化器官への障害、腎臓障害、精巣の委縮などが起こることが知られている。そのため、ホウ素（Ｂ）は、排水基準値が１０ｐｐｍと定められ、ホウ素排水の処理が重要視されている。
【０００３】
排水中のホウ素を除去する方法として、例えば、イオン交換樹脂やキレート樹脂にホウ素を吸着させて除去する方法や、アルミニウム化合物及びカルシウム化合物を使用して不溶性の析出物を生成させて、ホウ素を除去する凝集沈澱法（例えば、特許文献１）などが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３８１７１号公報
【０００５】
しかし、イオン交換樹脂やキレート樹脂に吸着させてホウ素を除去する方法は、大量の樹脂を必要とし、再生処理を行う必要があり、再生処理のコストが高くなるため、高濃度のホウ素排水処理には不向きであった。また、再生処理によって生成されたホウ素濃縮液の処理が必要となるなどの問題点があった。
【０００６】
また、アルミニウム化合物及びカルシウム化合物を使用してホウ素を除去する方法は、硫酸バンド、消石灰を使用する場合以外では、ホウ素の吸着能力が不十分であり、硫酸バンド、消石灰を使用した場合においても、排水中のホウ素化合物を排水基準値以下まで除去するためには多量の薬剤添加が必要であること、沈降分離が困難となることなどの問題点があった。また、凝集沈澱法は、入手しやすい薬剤を用いるので、安定して操業が可能であるものの、より多量のホウ素含有排水を処理するためには、設備の増強が強いられるため、建設費など投資金額が増大していた。
【０００７】
また、高濃度のホウ素を処理する方法には、ホウ素以外の物質を吸着し、濃縮して回収する方法があるが、濃縮の際に多量のエネルギーを必要とし、初期投資、ランニングコストの点で問題があった。
【０００８】
このような現状から、ホウ素処理、特に高濃度ホウ素含有水の処理において、より効率的な処理方法の開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、より効率的にホウ素を除去す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決する手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とするホウ素含有水の処理方法である。
＜２＞ 攪拌工程において、被攪拌液が乱流により攪拌される前記＜１＞に記載のホウ素含有水の処理方法である。
＜３＞ 被攪拌液を貯留する容器が、内側に邪魔板を備える前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法である。
＜４＞ 攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水が、ｐＨが８以上である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法によれば、前記従来における諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、より効率的にホウ素を除去す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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ホウ素含有水の処理方法）
本発明のホウ素含有水の処理方法は、攪拌工程と、除去工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００１３】
−攪拌工程−
前記攪拌工程は、ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる工程である。
【００１４】
前記ホウ素含有水としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス製品、医薬品、化粧品、半導体、めっき製品の製造工場排水、石炭火力発電所の排煙脱硫排水、ごみ焼却場洗煙排水、ニッケルめっき工場排水、その他の工場や研究施設の排水、一般家庭からの排水などが挙げられる。
【００１５】
前記アルミニウム化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００１６】
前記硫酸含有物質としては、溶解して硫酸イオンを生じる物質であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫酸バンド、硫酸、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
【００１７】
前記アルミニウム化合物及び前記硫酸含有物質としては、硫酸バンドが、ホウ素含有水の処理に必要な、アルミニウム及び硫酸を有している点で、好ましい。
【００１８】
前記カルシウム化合物としては、アルミニウムや硫酸イオンと反応して不溶性析出物を生成する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム（生石灰）、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。中でも、消石灰が、アルミニウムや硫酸イオンと反応して不溶性析出物を生成しやすい点で、好ましい。
【００１９】
一回の処理における、前記アルミニウム化合物及び前記カルシウム化合物の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム濃度として１００ｍｇ／Ｌ〜１，０００ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度として５００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌが好ましい。ホウ素含有水のホウ素濃度、他のイオン濃度にもよるが、アルミニウム濃度として１，０００ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度として１０，０００ｍｇ／Ｌを超えると、ホウ素含有沈澱物の沈降分離が困難となることがある。
また、アルミニウム化合物とカルシウム化合物の添加比率は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム１質量部に対してカルシウムが２〜１０質量部が好ましく、アルミニウム１質量部に対してカルシウムが３〜６質量部がより好ましい。
【００２０】
一回の処理における、前記硫酸含有物質の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、硫酸濃度としてアルミニウムに対して１モル以上が好ましい。
【００２１】
前記アルミニウム化合物、前記硫酸含有物質及び前記カルシウム化合物をホウ素含有水へ添加する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素含有水中にアルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物の順に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を同時に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物のうち複数種をあらかじめ混合して調整した薬剤をホウ素含有水中に添加する方法などが挙げられる。
【００２２】
前記モータとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電動モータなどが挙げられる。
【００２３】
前記攪拌は、Ｐ／Ｖ値が０．１７５ｋＷ／ｍ３以上である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．２ｋＷ／ｍ３以上８ｋＷ／ｍ３以下が好ましい。
ここで、Ｐ／Ｖ値とは、攪拌時のモータ負荷（消費）電力Ｐ（ｋＷ）を被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）で除算したものである。
【００２４】
また、前記攪拌は、より効率的にホウ素含有水を処理することができる点で乱流による攪拌が好ましい。前記乱流による攪拌としては、完全邪魔板条件においてＰ／Ｖ値が０．１７５ｋＷ／ｍ３以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
前記乱流による攪拌に用いる翼は、攪拌動力を上げることでせん断性や攪拌効率を向上できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。また、攪拌の効率を上げる方法としては、例えば、ラインミキサ−を用いる、もしくは併用するなどが挙げられる。
【００２６】
被攪拌液を貯留する容器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、攪拌の効率を上げるために、容器の内側に邪魔板を有することが好ましい。
【００２７】
前記邪魔板の設置方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、邪魔板を容器の高さ方向の側壁に沿い内側に設置する方法、邪魔板が複数の板から連接するように設置する方法、邪魔板を断続的に設置する方法、邪魔板を攪拌機の回転軸を中心に対象となるように設置する方法などである。
前記邪魔板の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、板状が好ましい。
前記邪魔板の枚数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２枚以上が好ましい。なお、前記邪魔板の枚数が偶数であると、攪拌効率が良い点で、好ましい。
なお、前記邪魔板は、拡散板、バッフル板とも言われるものである。
【００２８】
前記攪拌の時間としては、特に制限はなく、ホウ素含有沈澱物の生成状況により決定することができ、例えば、ホウ素含有沈澱物が生成し、容器の底部から抜き出せる程度、ろ過機に供せる程度などにより決定することができる。
【００２９】
−除去工程−
前記除去工程は、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する工程である。
【００３０】
前記除去の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、被攪拌液を貯留する容器の底部から、ホウ素含有沈澱物を抜き出す方法、ホウ素含有沈澱物を含む被攪拌液をろ過機に供する方法などが挙げられる。
【００３１】
−その他の工程−
前記その他の工程としては、本発明の効果を害しない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ｐＨ調整工程などが挙げられる。
【００３２】
−−ｐＨ調整工程−−
前記ｐＨ調整工程は、前記ホウ素含有沈澱物を生成するために、ｐＨ調整剤を用いて、前記攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水のｐＨを調整する工程である。この工程は、前記攪拌工程とともに行うこともできる。
【００３３】
前記ホウ素含有沈澱物を生成するためのｐＨとしては、８以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ｐＨ１０〜１２が好ましい。ｐＨ１０〜１２の範囲外では、ホウ素を含有した不溶性析出物の沈降性やホウ素の除去性が悪化する可能性がある。
【００３４】
前記ｐＨ調整剤としては、前記攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水のｐＨを８以上の範囲に調整することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア、硝酸、硫酸、塩酸などが挙げられる。
【００３５】
前記ｐＨ調整剤をホウ素含有水へ添加する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素含有水中にアルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物、ｐＨ調整剤の順に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物及びｐＨ調整剤を同時に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物及びｐＨ調整剤のうち複数種をあらかじめ混合して調整した薬剤をホウ素含有水中に添加する方法などが挙げられる。
【００３６】
−多段処理−
前記多段処理は、上述したホウ素含有水の処理を複数段行うことである。また、特定の工程を複数段行うものであってもよい。
【００３７】
前記多段処理の段数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素濃度１，０００ｍｇ／Ｌの排水では、３〜４段とするなどが挙げられる。
【００３８】
前記多段処理を行う場合、前段で生じたホウ素含有沈澱物（汚泥）の一部を次の段で処理するホウ素含有水に加えて、処理を行うこともできる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
ホウ酸をイオン交換水に溶解させ、ホウ素濃度１００ｍｇ／Ｌに調整し、模擬排水とした。アルミニウム化合物及び硫酸含有物質として、工業用硫酸バンドを用いた。カルシウム化合物として、消石灰にイオン交換水を加えて２０重量％とし、スラリー状の消石灰を調整した。
前記模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、前記調整した消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して２，５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、Ｐ／Ｖ値が７．３６ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数７００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて４枚邪魔板条件下で乱流による攪拌を２０分間行った。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５（ＭＴアクアポリマー株式会社製、弱アニオン系ポリマー）を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、ホウ素含有沈澱物を凝集沈澱させた。
このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。
【００４１】
（比較例１）
Ｐ／Ｖ値を０．１７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数２００ｒｐｍ、翼先端速度０．４２ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて層流による攪拌としたこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００４２】
（比較例２）
Ｐ／Ｖ値を０．１７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数２００ｒｐｍ、翼先端速度０．４２ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて４枚邪魔板条件下で乱流による攪拌としたこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００４３】
実施例１、比較例１及び比較例２の結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１に示したように、Ｐ／Ｖ値を大きくすることで、ホウ素除去率が向上した。
【００４６】
（実施例２−１）
実施例１と同様にして、模擬排水、消石灰を調整した。
前記模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、前記調整した消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して１，４８０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、２０分間、攪拌混合した。
攪拌混合の条件は、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が１．３７３ｋＷ／ｍ３（タービン翼２段、回転数４００ｒｐｍ）とした。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５（ＭＴアクアポリマー株式会社製、弱アニオン系ポリマー）を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、不溶性析出物を凝集沈澱させた。このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。
【００４７】
（実施例２−２）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．１７５１ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数８００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００４８】
（比較例３）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．０２１９ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数４００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００４９】
（比較例４）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．０７３９ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数６００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００５０】
実施例２−１、実施例２−２、比較例３及び比較例４の結果を表２に示し、Ｐ／Ｖ値に伴う処理水ホウ素濃度の推移を図１に示す。表２、図１に示すようにＰ／Ｖ値の上昇によりホウ素除去性能が向上することがわかった。
【００５１】
【表２】
【００５２】
（実施例３）
実施例１と同様にして、模擬排水、消石灰を調整した。
ホウ素含有沈澱物の返送なしでは、模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して２，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、ｐＨが１１．５〜１２．０になるように水酸化ナトリウム溶液を添加した。
前記攪拌混合は、Ｐ／Ｖ値が１．３７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行った。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、不溶性析出物を凝集沈澱させ、このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。攪拌終了から３０分後、模擬排水全体（沈降した汚泥を含む）の２０％を返送汚泥として、次の試験（ホウ素含有沈澱物の返送１回目）に用いた。なお、汚泥は、模擬排水の容積に対して２０％（２００ｍＬ）を返送分とし、残りは使用しないこととした。
ホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目では、模擬排水８００ｍＬに、返送された汚泥を２００ｍＬ加え、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水８００ｍｇ／Ｌに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、消石灰をカルシウム濃度が模擬排水８００ｍＬに対して２，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、ｐＨが１１．５〜１２．０になるように水酸化ナトリウム溶液を添加した。
前記攪拌混合は、Ｐ／Ｖ値が１．３７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行った。
その後、ホウ素含有沈澱物の返送なしの場合と同様の処理を行い、処理水のホウ素濃度を測定し、模擬排水全体（沈降した汚泥を含む）の２０％を返送汚泥として、次の試験（返送２回目）に用いた。これを繰り返すことで返送４回目の処理水を得た。その結果を表３に示す。
【００５３】
（実施例４）
ホウ素含有沈澱物の返送なし及びホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目での攪拌混合をＰ／Ｖ値が７．３６ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数７００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行ったこと以外は、実施例３と同様に行った。
【００５４】
（比較例５）
ホウ素含有沈澱物の返送なし及びホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目での攪拌混合をＰ／Ｖ値が０．０２２ｋＷ／ｍ３（翼段数１段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ）となるようにタービン翼を用いて層流による攪拌としたこと以外は、実施例３と同様に行った。
【００５５】
【表３】
【００５６】
表３に示されるように、Ｐ／Ｖ値を大きくすることで、汚泥を返送する場合においてもホウ素の除去率が顕著に向上することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、Ｐ／Ｖ値に伴う処理水ホウ素濃度の推移を示したグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素含有水の処理方法に関し、特に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、アルカリ性に調整して固液分離するホウ素含有水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素（Ｂ）は、例えば、ガラス製品、医薬品、化粧品、半導体、めっき製品の製造に使われ、その製造排水中に含まれ、また、石炭火力発電所の排煙脱硫排水やごみ焼却場洗煙排水、ニッケルめっき工場排水などにも含まれている。ホウ素は、ヒトが大量に摂取した場合、中枢及び末梢神経系統や消化器官への障害、腎臓障害、精巣の委縮などが起こることが知られている。そのため、ホウ素（Ｂ）は、排水基準値が１０ｐｐｍと定められ、ホウ素排水の処理が重要視されている。
【０００３】
排水中のホウ素を除去する方法として、例えば、イオン交換樹脂やキレート樹脂にホウ素を吸着させて除去する方法や、アルミニウム化合物及びカルシウム化合物を使用して不溶性の析出物を生成させて、ホウ素を除去する凝集沈澱法（例えば、特許文献１）などが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３８１７１号公報
【０００５】
しかし、イオン交換樹脂やキレート樹脂に吸着させてホウ素を除去する方法は、大量の樹脂を必要とし、再生処理を行う必要があり、再生処理のコストが高くなるため、高濃度のホウ素排水処理には不向きであった。また、再生処理によって生成されたホウ素濃縮液の処理が必要となるなどの問題点があった。
【０００６】
また、アルミニウム化合物及びカルシウム化合物を使用してホウ素を除去する方法は、硫酸バンド、消石灰を使用する場合以外では、ホウ素の吸着能力が不十分であり、硫酸バンド、消石灰を使用した場合においても、排水中のホウ素化合物を排水基準値以下まで除去するためには多量の薬剤添加が必要であること、沈降分離が困難となることなどの問題点があった。また、凝集沈澱法は、入手しやすい薬剤を用いるので、安定して操業が可能であるものの、より多量のホウ素含有排水を処理するためには、設備の増強が強いられるため、建設費など投資金額が増大していた。
【０００７】
また、高濃度のホウ素を処理する方法には、ホウ素以外の物質を吸着し、濃縮して回収する方法があるが、濃縮の際に多量のエネルギーを必要とし、初期投資、ランニングコストの点で問題があった。
【０００８】
このような現状から、ホウ素処理、特に高濃度ホウ素含有水の処理において、より効率的な処理方法の開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、より効率的にホウ素を除去す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決する手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とするホウ素含有水の処理方法である。
＜２＞ 攪拌工程において、被攪拌液が乱流により攪拌される前記＜１＞に記載のホウ素含有水の処理方法である。
＜３＞ 被攪拌液を貯留する容器が、内側に邪魔板を備える前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法である。
＜４＞ 攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水が、ｐＨが８以上である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法によれば、前記従来における諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、より効率的にホウ素を除去す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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ホウ素含有水の処理方法）
本発明のホウ素含有水の処理方法は、攪拌工程と、除去工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００１３】
−攪拌工程−
前記攪拌工程は、ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる工程である。
【００１４】
前記ホウ素含有水としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス製品、医薬品、化粧品、半導体、めっき製品の製造工場排水、石炭火力発電所の排煙脱硫排水、ごみ焼却場洗煙排水、ニッケルめっき工場排水、その他の工場や研究施設の排水、一般家庭からの排水などが挙げられる。
【００１５】
前記アルミニウム化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００１６】
前記硫酸含有物質としては、溶解して硫酸イオンを生じる物質であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫酸バンド、硫酸、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
【００１７】
前記アルミニウム化合物及び前記硫酸含有物質としては、硫酸バンドが、ホウ素含有水の処理に必要な、アルミニウム及び硫酸を有している点で、好ましい。
【００１８】
前記カルシウム化合物としては、アルミニウムや硫酸イオンと反応して不溶性析出物を生成する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム（生石灰）、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。中でも、消石灰が、アルミニウムや硫酸イオンと反応して不溶性析出物を生成しやすい点で、好ましい。
【００１９】
一回の処理における、前記アルミニウム化合物及び前記カルシウム化合物の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム濃度として１００ｍｇ／Ｌ〜１，０００ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度として５００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌが好ましい。ホウ素含有水のホウ素濃度、他のイオン濃度にもよるが、アルミニウム濃度として１，０００ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度として１０，０００ｍｇ／Ｌを超えると、ホウ素含有沈澱物の沈降分離が困難となることがある。
また、アルミニウム化合物とカルシウム化合物の添加比率は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム１質量部に対してカルシウムが２〜１０質量部が好ましく、アルミニウム１質量部に対してカルシウムが３〜６質量部がより好ましい。
【００２０】
一回の処理における、前記硫酸含有物質の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、硫酸濃度としてアルミニウムに対して１モル以上が好ましい。
【００２１】
前記アルミニウム化合物、前記硫酸含有物質及び前記カルシウム化合物をホウ素含有水へ添加する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素含有水中にアルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物の順に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を同時に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物のうち複数種をあらかじめ混合して調整した薬剤をホウ素含有水中に添加する方法などが挙げられる。
【００２２】
前記モータとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電動モータなどが挙げられる。
【００２３】
前記攪拌は、Ｐ／Ｖ値が０．１７５ｋＷ／ｍ３以上である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．２ｋＷ／ｍ３以上８ｋＷ／ｍ３以下が好ましい。
ここで、Ｐ／Ｖ値とは、攪拌時のモータ負荷（消費）電力Ｐ（ｋＷ）を被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）で除算したものである。
【００２４】
また、前記攪拌は、より効率的にホウ素含有水を処理することができる点で乱流による攪拌が好ましい。前記乱流による攪拌としては、完全邪魔板条件においてＰ／Ｖ値が０．１７５ｋＷ／ｍ３以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
前記乱流による攪拌に用いる翼は、攪拌動力を上げることでせん断性や攪拌効率を向上できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。また、攪拌の効率を上げる方法としては、例えば、ラインミキサ−を用いる、もしくは併用するなどが挙げられる。
【００２６】
被攪拌液を貯留する容器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、攪拌の効率を上げるために、容器の内側に邪魔板を有することが好ましい。
【００２７】
前記邪魔板の設置方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、邪魔板を容器の高さ方向の側壁に沿い内側に設置する方法、邪魔板が複数の板から連接するように設置する方法、邪魔板を断続的に設置する方法、邪魔板を攪拌機の回転軸を中心に対象となるように設置する方法などである。
前記邪魔板の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、板状が好ましい。
前記邪魔板の枚数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２枚以上が好ましい。なお、前記邪魔板の枚数が偶数であると、攪拌効率が良い点で、好ましい。
なお、前記邪魔板は、拡散板、バッフル板とも言われるものである。
【００２８】
前記攪拌の時間としては、特に制限はなく、ホウ素含有沈澱物の生成状況により決定することができ、例えば、ホウ素含有沈澱物が生成し、容器の底部から抜き出せる程度、ろ過機に供せる程度などにより決定することができる。
【００２９】
−除去工程−
前記除去工程は、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する工程である。
【００３０】
前記除去の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、被攪拌液を貯留する容器の底部から、ホウ素含有沈澱物を抜き出す方法、ホウ素含有沈澱物を含む被攪拌液をろ過機に供する方法などが挙げられる。
【００３１】
−その他の工程−
前記その他の工程としては、本発明の効果を害しない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ｐＨ調整工程などが挙げられる。
【００３２】
−−ｐＨ調整工程−−
前記ｐＨ調整工程は、前記ホウ素含有沈澱物を生成するために、ｐＨ調整剤を用いて、前記攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水のｐＨを調整する工程である。この工程は、前記攪拌工程とともに行うこともできる。
【００３３】
前記ホウ素含有沈澱物を生成するためのｐＨとしては、８以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ｐＨ１０〜１２が好ましい。ｐＨ１０〜１２の範囲外では、ホウ素を含有した不溶性析出物の沈降性やホウ素の除去性が悪化する可能性がある。
【００３４】
前記ｐＨ調整剤としては、前記攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水のｐＨを８以上の範囲に調整することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア、硝酸、硫酸、塩酸などが挙げられる。
【００３５】
前記ｐＨ調整剤をホウ素含有水へ添加する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素含有水中にアルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物、ｐＨ調整剤の順に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物及びｐＨ調整剤を同時に添加する方法、アルミニウム化合物、硫酸含有物質、カルシウム化合物及びｐＨ調整剤のうち複数種をあらかじめ混合して調整した薬剤をホウ素含有水中に添加する方法などが挙げられる。
【００３６】
−多段処理−
前記多段処理は、上述したホウ素含有水の処理を複数段行うことである。また、特定の工程を複数段行うものであってもよい。
【００３７】
前記多段処理の段数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホウ素濃度１，０００ｍｇ／Ｌの排水では、３〜４段とするなどが挙げられる。
【００３８】
前記多段処理を行う場合、前段で生じたホウ素含有沈澱物（汚泥）の一部を次の段で処理するホウ素含有水に加えて、処理を行うこともできる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
ホウ酸をイオン交換水に溶解させ、ホウ素濃度１００ｍｇ／Ｌに調整し、模擬排水とした。アルミニウム化合物及び硫酸含有物質として、工業用硫酸バンドを用いた。カルシウム化合物として、消石灰にイオン交換水を加えて２０重量％とし、スラリー状の消石灰を調整した。
前記模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、前記調整した消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して２，５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、Ｐ／Ｖ値が７．３６ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数７００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて４枚邪魔板条件下で乱流による攪拌を２０分間行った。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５（ＭＴアクアポリマー株式会社製、弱アニオン系ポリマー）を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、ホウ素含有沈澱物を凝集沈澱させた。
このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。
【００４１】
（比較例１）
Ｐ／Ｖ値を０．１７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数２００ｒｐｍ、翼先端速度０．４２ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて層流による攪拌としたこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００４２】
（比較例２）
Ｐ／Ｖ値を０．１７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数２００ｒｐｍ、翼先端速度０．４２ｍ／ｓｅｃ）とし、タービン翼を用いて４枚邪魔板条件下で乱流による攪拌としたこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００４３】
実施例１、比較例１及び比較例２の結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１に示したように、Ｐ／Ｖ値を大きくすることで、ホウ素除去率が向上した。
【００４６】
（実施例２−１）
実施例１と同様にして、模擬排水、消石灰を調整した。
前記模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、前記調整した消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して１，４８０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、２０分間、攪拌混合した。
攪拌混合の条件は、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が１．３７３ｋＷ／ｍ３（タービン翼２段、回転数４００ｒｐｍ）とした。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５（ＭＴアクアポリマー株式会社製、弱アニオン系ポリマー）を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、不溶性析出物を凝集沈澱させた。このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。
【００４７】
（実施例２−２）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．１７５１ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数８００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００４８】
（比較例３）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．０２１９ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数４００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００４９】
（比較例４）
攪拌混合の条件を、完全邪魔板条件の乱流による攪拌とし、Ｐ／Ｖ値が０．０７３９ｋＷ／ｍ３（タービン翼１段、回転数６００ｒｐｍ）で攪拌混合したこと以外は、実施例２−１と同様に行った。
【００５０】
実施例２−１、実施例２−２、比較例３及び比較例４の結果を表２に示し、Ｐ／Ｖ値に伴う処理水ホウ素濃度の推移を図１に示す。表２、図１に示すようにＰ／Ｖ値の上昇によりホウ素除去性能が向上することがわかった。
【００５１】
【表２】
【００５２】
（実施例３）
実施例１と同様にして、模擬排水、消石灰を調整した。
ホウ素含有沈澱物の返送なしでは、模擬排水１，０００ｍＬに、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、消石灰をカルシウム濃度が模擬排水１，０００ｍＬに対して２，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、ｐＨが１１．５〜１２．０になるように水酸化ナトリウム溶液を添加した。
前記攪拌混合は、Ｐ／Ｖ値が１．３７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行った。
その後、高分子凝集剤Ａ−９５を１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、緩やかに攪拌して、不溶性析出物を凝集沈澱させ、このとき得られた上澄水を０．４５μｍメンブレンフィルターでろ過し、ＩＣＰ発光分析装置（日本ジャーレル・アッシュ株式会社製、ＩＣＡＰ−５７５II）によりホウ素濃度を測定した。攪拌終了から３０分後、模擬排水全体（沈降した汚泥を含む）の２０％を返送汚泥として、次の試験（ホウ素含有沈澱物の返送１回目）に用いた。なお、汚泥は、模擬排水の容積に対して２０％（２００ｍＬ）を返送分とし、残りは使用しないこととした。
ホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目では、模擬排水８００ｍＬに、返送された汚泥を２００ｍＬ加え、工業用硫酸バンドをアルミニウム濃度が模擬排水８００ｍｇ／Ｌに対して５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、消石灰をカルシウム濃度が模擬排水８００ｍＬに対して２，０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、ｐＨが１１．５〜１２．０になるように水酸化ナトリウム溶液を添加した。
前記攪拌混合は、Ｐ／Ｖ値が１．３７ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行った。
その後、ホウ素含有沈澱物の返送なしの場合と同様の処理を行い、処理水のホウ素濃度を測定し、模擬排水全体（沈降した汚泥を含む）の２０％を返送汚泥として、次の試験（返送２回目）に用いた。これを繰り返すことで返送４回目の処理水を得た。その結果を表３に示す。
【００５３】
（実施例４）
ホウ素含有沈澱物の返送なし及びホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目での攪拌混合をＰ／Ｖ値が７．３６ｋＷ／ｍ３（翼段数２段 翼回転数７００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ、槽内邪魔板４枚あり）となるようにタービン翼を用いて乱流による攪拌を行ったこと以外は、実施例３と同様に行った。
【００５４】
（比較例５）
ホウ素含有沈澱物の返送なし及びホウ素含有沈澱物の返送１回目〜４回目での攪拌混合をＰ／Ｖ値が０．０２２ｋＷ／ｍ３（翼段数１段 翼回転数４００ｒｐｍ、翼先端速度０．８３７ｍ／ｓｅｃ）となるようにタービン翼を用いて層流による攪拌としたこと以外は、実施例３と同様に行った。
【００５５】
【表３】
【００５６】
表３に示されるように、Ｐ／Ｖ値を大きくすることで、汚泥を返送する場合においてもホウ素の除去率が顕著に向上することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、Ｐ／Ｖ値に伴う処理水ホウ素濃度の推移を示したグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とするホウ素含有水の処理方法。
【請求項２】
攪拌工程において、被攪拌液が乱流により攪拌される請求項１に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項３】
被攪拌液を貯留する容器が、内側に邪魔板を備える請求項１から２のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項４】
攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水が、ｐＨが８以上である請求項１から３のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項１】
ホウ素含有水に、アルミニウム化合物、硫酸含有物質及びカルシウム化合物を添加し、モータを用いて攪拌して、ホウ素含有沈澱物を生成させる攪拌工程と、前記生成されたホウ素含有沈澱物を除去する除去工程とを含むホウ素含有水の処理方法であって、前記攪拌工程において、前記モータの負荷電力Ｐ（ｋＷ）と被攪拌液の容積Ｖ（ｍ３）とが、Ｐ／Ｖ≧０．１７５ｋＷ／ｍ３の関係を満たすことを特徴とするホウ素含有水の処理方法。
【請求項２】
攪拌工程において、被攪拌液が乱流により攪拌される請求項１に記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項３】
被攪拌液を貯留する容器が、内側に邪魔板を備える請求項１から２のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法。
【請求項４】
攪拌工程において攪拌されたホウ素含有水が、ｐＨが８以上である請求項１から３のいずれかに記載のホウ素含有水の処理方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２３３６４１（Ｐ２００９−２３３６４１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８６７９８（Ｐ２００８−８６７９８）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（５０６３４７５１７）ＤＯＷＡエコシステム株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（５０６３４７５１７）ＤＯＷＡエコシステム株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
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