JP2005296953A

JP2005296953A - ホウ素を含む排水の処理装置及び処理方法

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Publication number: JP2005296953A
Application number: JP2005204602A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hayakawa; 智早川; Tatsuya Hosoi; 達也細井; Torao Ishida; 寅雄石田
Original assignee: Nippon Denko Co Ltd
Current assignee: Nippon Denko Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】イオン交換樹脂へのホウ素の吸着量を増加させることによりイオン交換樹脂塔の寿命を延ばし、かつ処理水を高純度のイオン交換水として再利用を行なう処理方法を提供する。
【解決手段】ホウ素を含む排水を処理する際に、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂を充填した第一イオン交換塔（４）で陽イオンを吸着除去させ、ＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂若しくはＯＨ型に調整した強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｉ型若しくはII型）を充填した第二イオン交換塔（５）でホウ素を除く陰イオンを吸着除去させることにより、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂と、ＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂を充填した第三イオン交換塔（６）でホウ素を効率的に吸着除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニッケルめっき工程洗浄排水、アルミ表面処理工程洗浄排水、及びホウ素を含有する表面処理剤を使用する金属若しくは非金属表面処理工程洗浄排水、或いはガラス、釉薬、アルミコンデンサー等ホウ素を使用する工場における工程排水の処理において陽イオン、陰イオン、ホウ素を除去すると共に処理水を洗浄水或いは工程水として再利用する装置及び方法に関する。

一般にニッケルめっき液或いはアルミ表面処理液中にはホウ素化合物（ホウ酸等）が含まれており、これらを扱う工場においてはホウ素を含有する排水が発生する。またガラス、釉薬、アルミコンデンサー等ホウ素を使用する工場においてもホウ素を含む排水が発生する。ホウ素化合物は植物にとっては必須微量元素であり、海水には４〜５ｍｇ／Ｌ程度含まれていることは周知のことである。一方ホウ素が人体に与える影響は必ずしも明確ではないものの低濃度の継続摂取において生殖機能の低下などの健康障害を起こす可能性が指摘されている。平成１１年２月、ホウ素の環境基準として１ｍｇ／Ｌ以下が告示され、追って排水基準も定められることになると予想されるため、これらのホウ素を含む工程排水中のホウ素除去処理が必要となる。

ホウ素の除去方法としては、ホウ素含有排水にアルミニウム化合物及びカルシウム化合物を用いて凝集沈殿によりホウ素化合物を分離除去する方法（特許文献１、特許文献２）或いはニッケルめっき洗浄排水にマグネシウム塩を添加して凝集沈殿によりホウ素を分離除去する方法等（非特許文献１）が知られている。しかし、ホウ素を不溶化させるために多量の薬剤を使用する必要があり、発生汚泥も多くその処理が困難であるという問題がある。またホウ素含有排水を陰イオン交換樹脂、或いはホウ素選択吸着樹脂により吸着処理する方法も知られているが、これらの樹脂へのホウ素吸着力は非常に弱く、かつイオン交換樹脂に吸着できるホウ素量も少ないため、イオン交換塔の寿命が短いという問題がある。
特公昭５８−１５１９３号公報特公昭５９−２４８７６号公報平成１１年度東京都立産業技術研究所発表会予稿集ｐ５２

本発明の課題は、イオン交換樹脂へのホウ素の吸着量を増加させることによりイオン交換樹脂塔の寿命を延ばし、かつ処理水を高純度のイオン交換水として再利用を行なう処理装置及び方法を得ることである。

すなわち、本発明装置は、この課題を達成するために、ホウ素を含む排水の流入側から順に、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂を充填し、陽イオンを吸着除去させる第一イオン交換塔と、ＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂若しくはＯＨ型に調整した強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｉ型若しくはII型）を充填し、ホウ素を除く陰イオンを吸着除去させる第二イオン交換塔と、ホウ素を吸着除去させるイオン交換樹脂を充填した第三イオン交換塔を配置してなるホウ素を含む排水の処理装置であり、本発明方法は、ホウ素を含む排水を、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂を充填した第一イオン交換塔に通水して陽イオンを吸着除去させる工程と、陽イオンが吸着除去された排水を、ＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂若しくはＯＨ型に調整した強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｉ型若しくはII型）を充填した第二イオン交換塔に通水してホウ素を除く陰イオンを吸着除去させる工程と、ホウ素を除くすべてのイオンが吸着除去された排水を、ホウ素を吸着除去させるイオン交換樹脂を充填した第三イオン交換塔に通水してホウ素を吸着除去する工程とを備えたホウ素を含む排水の処理方法である。

ここで、第三イオン交換塔に充填されるイオン交換樹脂は、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂とＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂とを混合したものが挙げられる。

このように陽イオン、陰イオン、及びホウ素が除去された排水を洗浄工程に導き、高純度イオン交換水として洗浄工程に利用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、イオン交換樹脂へのホウ素の吸着量を増加させることによりイオン交換樹脂塔の寿命を延ばし、かつ処理水を高純度のイオン交換水として再利用を行なうことができる。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明者は、イオン交換樹脂に対するホウ素（ホウ酸イオン）を含む種々のイオンのイオン選択性を鋭意研究し、ホウ素を量も効率的に吸着させる方法を開発したものである。すなわちホウ素は希薄溶液中ｐＨ９付近では、Ｈ₂ＢＯ₃ ^-として陰イオンで存在しているものと思われ、陰イオン交換樹脂（強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂）或いはＮ−メチルグルカミン基を有するホウ素選択吸着樹脂で吸着される。通常陰イオン交換樹脂としては再生のし易さを考え弱塩基性陰イオン交換樹脂が使用される。しかしホウ素以外の塩化物イオン、或いは硫酸イオンなどが含まれると、弱塩基性陰イオン交換樹脂においてはホウ素はすぐ漏出し入口と同じ濃度になってしまうことが明らかになった。更に弱塩基性陰イオン交換樹脂はＯＨイオンが最も選択性が大きいため、Ｎａのような陽イオンが含まれていると、イオン交換樹脂の中がアルカリ性になり、Ｃｌ等の陰イオンが吸着されにくい性質があるため、この現象はより顕著である。陰イオン交換樹脂としてＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂を使用した場合、前項の弱塩基性陰イオン交換樹脂と比較すればホウ素は吸着されるものの、ホウ素の吸着量は僅かであった。Ｎ−メチルグルカミン基を有するホウ素選択吸着樹脂も同様の性質を持っている。このような現象を踏まえ鋭意検討を行った結果、第一塔に陽イオン交換樹脂を充填し、第二塔に陰イオン交換樹脂を充填して通液することによりホウ素以外のイオンを吸着除去させ、第三イオン交換樹脂塔に充填したＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂及びＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂を混合して充填した混合樹脂、或いは遊離型に調整したホウ素選択吸着樹脂におけるホウ素吸着量を飛躍的に増大せしめる方法を発明するに至ったものである。この場合第二塔に充填する陰イオン交換樹脂はＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂のいずれでもよい。またこのように処理したイオン交換水は高純度イオン交換水として工程のいずれの箇所においても再利用が可能である。

［実施例］
以下本発明の実施例について図面を参照して具体的に説明する。

（例１）
内径２０ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製カラムを三塔用意し、図１に示すように、第一塔（４）にＨ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂７５ｍＬを、第二塔（５）にＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂７５ｍＬを、第三塔（６）にＯＨ型に調整したII型強塩基性陰イオン交換樹脂２５ｍＬを充填する。それぞれ充填した樹脂床にイオン交換水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで１時間通液してイオン交換樹脂に残存する薬剤を抽出、洗浄する。その後表１に示す組成を有するニッケルめっき工程洗浄排水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで第一塔（４）から第二塔（５）、第三塔（６）の順に通液した。第三塔（６）出口水の水質例は表２のとおりであり、第三塔（６）から漏出するホウ素の濃度曲線は図２のとおりである。処理水のホウ素漏出濃度が５ｍｇ／Ｌに至るまでに１２，２５０ｍＬ通液出来た。この時点におけるホウ素吸着塔（II型強塩基性陰イオン交換樹脂）に吸着したホウ素量は８．０ｇ／Ｌ−Ｒであった。

（例２）
例１と同様、内径２０ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製カラムを三塔用意し、第一塔にＨ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂７５ｍＬを、第二塔にＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂７５ｍＬを、第三塔にＨ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂２５ｍＬとＯＨ型に調整したII型強塩基性陰イオン交換樹脂２５ｍＬを混合して充填する。それぞれ充填した樹脂床にイオン交換水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで１時間通液してイオン交換樹脂に残存する薬剤を抽出、洗浄する。その後表１に示す組成を有するニッケルめっき工程洗浄排水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで第一塔から第二塔、第三塔の順に通液した。

第三塔出口水の水質は例１と同様であり、第三塔から漏出するホウ素の濃度曲線は図２のとおりである。処理水のホウ素漏出濃度が５ｍｇ／Ｌに至るまでに１２，７５０ｍＬ通液出来た。この時点におけるホウ素吸着塔に吸着したホウ素量は１０．２ｇ／Ｌ−Ｒであった。

（例３）
例１と同様、内径２０ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製カラムを三塔用意し、第一塔にＨ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂７５ｍＬを、第二塔にＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂７５ｍＬを、第三塔に遊離型に調整したＮ−メチルグルカミン基を有するホウ素選択吸着樹脂２５ｍＬを充填する。それぞれ充填した樹脂床にイオン交換水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで１時間通液してイオン交換樹脂に残存する薬剤を抽出、洗浄する。その後表１に示す組成を有するニッケルめっき工程洗浄排水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで第一塔から第二塔、第三塔の順に通液した。第三塔出口水の水質は例１と同様であり、第三塔から漏出するホウ素の濃度曲線は図２のとおりである。処理水のホウ素漏出濃度が５ｍｇ／Ｌに至るまでに４，６２５ｍＬ通液出来た。この時点におけるホウ素吸着塔に吸着したホウ素量は３．５ｇ／Ｌ−Ｒであった。

（比較例）
例１と同様、内径２０ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製カラムを二塔用意し、第一塔にＨ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂２５ｍＬを、第二塔にＯＨ型に調整したII型強塩基性陰イオン交換樹脂２５ｍＬを充填する。それぞれ充填した樹脂床にイオン交換水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで１時間通液してイオン交換樹脂に残存する薬剤を抽出、洗浄する。その後表１に示す組成を有するニッケルめっき工程洗浄排水を流速５００ｍＬ／Ｈｒで第一塔から第二塔の順に通液した。第二塔から漏出するホウ素の濃度曲線は図２のとおりである。処理水のホウ素漏出濃度が５ｍｇ／Ｌに至るまでに２，７５０ｍＬ通液出来た。この時点におけるホウ素吸着塔に吸着したホウ素量は１．４ｇ／Ｌ−Ｒであった。

これら例１〜３、比較例における、ホウ素漏出濃度５ｍｇ／Ｌまでにホウ素吸着塔に吸着したホウ素量を表３にまとめて示す。

本発明の実施例の装置を示すブロック図。例１〜３及び比較例におけるホウ素漏出曲線を示す図。

符号の説明

１…表面処理槽、２…洗浄槽、３…ポンプ、４…陽イオン交換塔、５…陰イオン交換塔、６…ホウ素吸着塔、７…水質計、ｐＨ計等、８…水質計、ｐＨ計等。

Claims

ホウ素を含む排水の流入側から順に、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂を充填し、排水中の陽イオンを吸着除去させる第一イオン交換塔と、ＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂若しくはＯＨ型に調整した強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｉ型若しくはII型）を充填し、排水中のホウ素を除く陰イオンを吸着除去させる第二イオン交換塔と、ホウ素を吸着除去させるイオン交換樹脂を充填した第三イオン交換塔を配置してなるホウ素を含む排水の処理装置であって、第三イオン交換塔に充填されるイオン交換樹脂は、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂と、ＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂である排水の処理装置。
ホウ素を含む排水を、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂を充填した第一イオン交換塔に通水して陽イオンを吸着除去させる工程と、陽イオンが吸着除去された排水を、ＯＨ型に調整した弱塩基性陰イオン交換樹脂若しくはＯＨ型に調整した強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｉ型若しくはII型）を充填した第二イオン交換塔に通水してホウ素を除く陰イオンを吸着除去させる工程と、ホウ素を除くイオンが吸着除去された排水を、ホウ素を吸着除去させるイオン交換樹脂を充填した第三イオン交換塔に通水してホウ素を吸着除去する工程とを備えたホウ素を含む排水の処理方法であって、第三イオン交換塔に充填されるイオン交換樹脂は、Ｈ型に調整した強酸性陽イオン交換樹脂と、ＯＨ型に調整したＩ型若しくはII型強塩基性陰イオン交換樹脂とを混合したイオン交換樹脂である排水の処理方法。