JP2010064063A - 液体浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被浄化液中のシリカ、カルシュウム、マグネシュウムを効率的に除去することにより、逆浸透膜の目詰まり対策、並びに、逆浸透膜の濃縮廃水のリサイクル使用を目的とする液体浄化装置を提供する。
【解決手段】被浄化液９中に鉄イオン２１を投入するか、または、被浄化液中にバブリング装置１０によって微細気泡を混入するか、少なくとも何れか一の処理を行ってシリカを酸化させた後、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤５の相互間隙中を通過させ、被浄化液９中の微粒子を凝集させてシリカを除去する。
【選択図】図１７

Description

この発明は、例えば、被浄化液中のシリカの除去、並びに、被浄化液中のカルシュウム、マグネシュウムの除去を目的とする液体浄化装置に関する。

例えば、逆浸透膜は、被浄化液中のシリカにより目詰まりする。このため、シリカを効率的に除去することが求められる。
また、逆浸透膜で被浄化液を濾過する場合、被浄化液の３０％〜４０％の濃縮廃水が非透過水として発生し、廃水処理が必要となる。この濃縮廃水中には、主としてカルシュウム・マグネシュウムが含まれており、これらを効率的に除去すれば、濃縮廃水を、再び、逆浸透膜の供給水としてリサイクル使用し得る。

発明が解決しょうとする課題

従来の浄化技術では、被浄化液中のシリカ、並びに、カルシュウム・マグネシュウムを効率的に除去することが出来ず、今日に至っている。

課題を解決するための手段

請求項１の発明は、第一の工程で被浄化液中のシリカを、鉄イオンの投入によって、もしくは、バブリングによって酸化させて、あるいは、これらの併用処理をした後、第二の工程で、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させることにより凝集させて除去する。

請求項２の発明は、第一の工程で被浄化液中のカルシュウム、あるいは、マグネシュウムの少なくとも何れか一を、消石灰、もしくは、炭酸ナトリュウムの少なくとも何れか一の投入によって、あるいは、これらの少なくとも何れか一とリン酸塩との投入によって予備凝集を行って後、第二の工程で、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させることにより凝集させて除去する。

第二の工程の凝集作用は、吸着剤の電荷０ポイントの性状を利用して行う。即ち、被浄化液のｐＨ値が吸着剤の電荷０ポイントより低いｐＨ領域の場合、吸着剤から負に帯電する水酸基が被浄化液中に溶解して、吸着剤の表面が正に帯電する性状を利用する。
吸着剤が水酸化マグネシュウムの場合、その電荷０ポイントはｐＨ１２で、ｐＨ領域がｐＨ６〜ｐＨ１２の被浄化液中にあっては、水酸化マグネシュウムから水酸基が被浄化液中へ溶解して、水酸化マグネシュウムの表面は正に帯電する。
なお、現在知られている物質の中では、水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントが一番高く、また、被浄化液中の微粒子は、ｐＨ６〜ｐＨ１２の領域の水溶液中にあっては負に帯電する。
例えば、被浄化液中の微粒子が鉄粉の場合、被浄化液中では鉄粉は酸化鉄となり、その電荷０ポイントはｐＨ４で、ｐＨ６〜ｐＨ１２の被浄化液中では負に帯電する。
負に帯電している微粒子は、正に帯電している吸着剤の表面に吸引されて微粒子の相互間距離が、互いに吸引力が働きく距離まで狭くなり、互いに凝集して大きな塊となる。大きな塊となった微粒子は、目の粗い、例えば２０μｍのフイルタで捕捉される。

図１は、凝集濾過装置１を示し、管体２内に吸着剤カセット３がセットされており、吸着剤カセット３は、中心軸にセットされた、例えば、絶対値２０μｍの円筒状のフイルタ４と、このフイルタ４の外周に充填された水酸化マグネシュウムを主成分とする吸着剤５と、吸着剤５の外周に設けられた２００μｍの濾紙６とからなっている。

図２の写真に示すシリコンのダイシング廃水を、凝集濾過装置１で浄化した状況を、図３，図４に示す。
図３は、図１の写真で示すシリコンのダイシング廃水を、凝集濾過装置１で１パス濾過した状況を示す写真。
図４は、図１の写真で示すシリコンのダイシング廃水を、凝集濾過装置１で３パス濾過した状況を示す写真である。
これらの液中のシリカ濃度を表１に示す。表１において、原液の項、１パスの項、３パスの項に、それぞれ図２，図３，図４の写真で示す液中のシリカ濃度を示す。

即ち、図２のダイシング廃水は、シリカを１２０ｐｐｍ含有している。
また、図４の３パス濾過液中には、粒径０．１μｍ〜０．４μｍのシリコンの微粒子は、光散乱法による測定で検出不能なレベルまで除去されているが、シリカを７５ｐｐｍ含有している。この状態では、シリカの含有濃度が高く、逆浸透膜への供給水として使用し得ない。
このため、図４の濾過液に図５の写真に示す如く５分間微細気泡を混入させてバブリングしシリカを酸化させた後、凝集濾過装置１で１パス濾過した状況を図６の写真で示す。
図６の写真で示す濾過液中のシリカ濃度は、表１のバブリング浄化の項の如く、６．４ｐｐｍとなり、逆浸透膜への供給水として十分使用し得る。

図７は、この発明の一実施例を示すフロー図である。
図７において、容器８は、図８の写真に示す被浄化液９を入れている。この被浄化液９をバブリング装置１０により５分間バブリングして、被浄化液９中のシリカを酸化させ、図８の写真の酸化被浄化液９ａに示す如く、若干赤みを帯びた状態にする。

バブリング装置１０は、容器８内の被浄化液９を吸入する第一のポンプ１１と、第一のポンプ１１の吐出口に逆支弁１２を介して吸入口が接続され、吐出口が絞り弁１３を介して容器８に接続された第二のポンプ１４と、逆支弁１２と第二のポンプ１４の吸入口との間に、逆支弁１５を介して接続された圧縮空気送出口１６とにより構成されている。
即ち、第一のポンプ１１により容器８内の被浄化液９を吸入し、この吸入した被浄化液９中に圧縮空気送出口１６から圧縮空気を送り込み、絞り弁１３を絞ることにより、第二のポンプ１４で被浄化液９と圧縮空気とを撹拌混合し、圧縮空気を微細気泡として後、容器８内に送り込む。これにより、図８の写真で示す被浄化液９を酸化させ、図８の写真で示す酸化被浄化液９ａの如く若干赤みを帯びた状態にする。

次に、この酸化被浄化液９ａを、凝集濾過装置１ａ，１ｂで循環濾過する。
図８の写真の９−１は循環濾過回数１パスの濾過状況を、図８の写真の９−５は循環濾過回数５パスの濾過状況をそれぞれ示す。
これらの液中のシリカ濃度を表２に示す。表２において、原液の項、１パスの項、５パスの項に、それぞれ図８の写真の被浄化液９、循環濾過回数１パスの濾過液９−１、循環濾過回数５パスの濾過液９−５の、それぞれのシリカ濃度を示す。

図８の写真の濾過液９−５中のシリカ濃度は、表２の５パスの項の如く、１６ｐｐｍとなり、逆浸透膜への供給水として十分リサイクル使用し得る。
なお、この場合の鉄イオン濃度は表２に示す如く、被浄化液９は０．１８ｐｐｍ、１パス、並びに、５パスとも、測定不可能なレベルとなっている。

次に、軟水器を通過させて、鉄イオンを除去した被浄化液中のシリカの除去について説明する。
即ち、図９の写真に示す軟水器を通過させた被浄化液１７を、図７に示すシリカ除去装置のフローで浄化した場合について説明する。
図１０の写真は、被浄化液１７をバブリング装置１０で５分間、バブリングした酸化被浄化液１７ａの状況を示す。表３の被浄化液１７の項に示す如く、被浄化液１７中の鉄イオンは０．０１ｐｐｍ未満のため、図８の酸化被浄化液９ａの如く赤くならない。
図１１の写真は、酸化被浄化液１７ａを凝集濾過装置１ａ，１ｂで１パス濾過した濾過液１７−１を示す。
図１２の写真は、酸化被浄化液１７ａを凝集濾過装置１ａ，１ｂで３パス循環濾過した濾過液１７−３を示す。
濾過液１７−３中のシリカ濃度は、表３の３パスの項の如く２８ｐｐｍであり、逆浸透膜への供給水として不十分である。これは被浄化液１７中の鉄イオンの含有量が少ないためである。

続いて、シリカ濃度２８ｐｐｍの濾過液１７−３に鉄イオンを投入して、シリカの除去テストを行う。
図１３は、濾過液１７−３に、総鉄イオンが１３ｐｐｍになるように硫酸第二鉄を投入した状況を示す被浄化液１８の写真。
図１４は、被浄化液１８を、５分間、バブリングした状況を示す酸化被浄化液１８ａの写真。
図１５は、酸化被浄化液１８ａを、凝集濾過装置１ａ，１ｂで１パス濾過した濾過液１８−１を示す写真。
図１６は、酸化被浄化液１８ａを、凝集濾過装置１ａ，１ｂで３パス濾過した濾過液１８−３を示す写真である。
濾過液１８−１中、並びに、濾過液１８−３中のシリカ濃度は、表４の１パスの項、並びに、３パスの項の如く、１７ｐｐｍとなり、逆浸透膜への供給水として十分リサイクル使用し得る。

即ち、被浄化液中に鉄イオンを投入すると、シリカは効率よく除去できる。鉄イオンの投入量は、表２から明らかな如く０．１ｐｐｍ以上あればよく、最大投入量は、シリカの含有濃度と同等以下であればよい。その投入量は、被浄化液中のシリカ濃度にもよるが、１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲が最適である。

図１７はこの発明に係る他の実施例を示すフローで、図において、被浄化液９を容器８に入れて後、バブリング装置１０により、微細気泡を被浄化液９に混入し、約５分程度バブリングして、被浄化液９を酸化被浄化液９ａにする。
鉄イオン投入口２１は、容器８内の被浄化液９中に、例えば、硫酸第二鉄等の鉄イオンを投入するもので、被浄化液９中の鉄イオンが、少なくとも０．１ｐｐｍになるようにする。
被浄化液９を、バブリング装置１０により５分間程度バブリングした後、または、被浄化液９に鉄イオンを投入した後、もしくは、バブリングと鉄イオンの投入との両方を処置した後、この処置された酸化被浄化液９ａを図１と同一構成の凝集濾過装置１ａ，１ｂで循環濾過してシリカ濃度を低減し、その後、逆浸透膜２２に供給する。

図１８は、この発明の他の実施例を示すフローで、逆浸透膜２２の濃縮廃水中のカルシウム・マグネシウムの少なくとも何れか一を除去して後、逆浸透膜２２の供給水としてリサイクル使用するもので、逆浸透膜２２の濃縮廃水２３は容器２４に受けられ、消石灰投入口２５からの消石灰と、炭酸ナトリウム投入口２６からの炭酸ナトリウムと、リン酸塩投入口２７からのリン酸塩が投入され予備凝集される。
また、これらの投入物は、バブリング装置１０によりバブリングされ、濃縮廃水２３中に撹拌され混入される。

濃縮廃水２３中のカルシウム・マグネシウムの総硬度が５０ｐｐｍ以上でよい場合
消石灰の投入量 ：（炭酸塩硬度＋マグネシア硬度）×０．７４ｍｇ／ｌ ［化１］
炭酸ナトリウムの投入量：（濃縮廃水２３の総硬度−炭酸塩硬度）×１．０６ｍｇ／ｌ ［化２］

濃縮廃水２３中のカルシウム・マグネシウムの総硬度を５０ｐｐｍ以下にする場合
上記［化１］式と［化２］式との消石灰と炭酸ナトリウムとに加え、リン酸塩投入口２７からリン酸塩を投入すればよい。
上記各投入量は、最適値を示したものであり、
消石灰の投入量 ：（炭酸塩硬度＋マグネシア硬度）×０．２５ｍｇ／ｌ ［化３］
炭酸ナトリウムの投入量：（濃縮廃水２２の総硬度−炭酸塩硬度）×０．３ｍｇ／ｌ ［化４］
リン酸塩の投入量 ：（炭酸塩硬度＋マグネシア硬度）×０．０５ｍｇ／ｌ ［化５］
以上であればよい。
また、消石灰・炭酸ナトリウムの何れか一のみを投入してもよく、消石灰・炭酸ナトリウムの何れか一とリン酸塩とを投入してもよい。特に、カルシュウム濃度が高い場合、消石灰のみの投入で十分対応できる。

カルシウム・マグネシウムが除去された濃縮廃水２３は、図１と同一構成の凝集濾過装置１ａ，１ｂで循環濾過されて後、逆浸透膜２２の供給水としてリサイクル使用される。

図１８の実施例に基づき、濃縮廃水２３中のカルシュウム・シリカを除去したデーターを表５に示す。
表５において、濃縮廃水の項は、図１８における濃縮廃水２３中のカルシュウム・シリカ濃度を示し、浄化水の項は、図１８における凝集濾過装置１ａ，１ｂの通過水中のカルシュウム・シリカ濃度をそれぞれ示す。
なお、この場合の、消石灰の投入量は５０ｍｇ／ｌ、炭酸ナトリュウムの投入量は３５ｍｇ／ｌ、リン酸塩の投入量は２０ｍｇ／ｌである。

図１９は、この発明の他の実施例を示すフローである。
即ち、図１８の実施例は、逆浸透膜２２の濃縮廃水２３を浄化して、濃縮廃水２３を、再度、逆浸透膜２２の供給水としてリサイクル使用する場合を示したが、図１９の実施例は、逆浸透膜２２への供給水中のシリカ、カルシュウム、マグネシュウムの除去、並びに、逆浸透膜２２からの濃縮廃水２３中のシリカ、カルシュウム、マグネシュウムの除去を、同一装置によって行うようにしたものである。

なお、上記各実施例は、逆浸透膜２２への供給水中のシリカ、カルシュウム、マグネシュウムの除去、並びに、逆浸透膜２２からの濃縮廃水２３中のシリカ、カルシュウム、マグネシュウムの除去について述べたが、どのような被浄化液が対象であっても良い。

発明の効果

特許請求項１の発明は、被浄化液中に鉄イオンを投入するか、または、被浄化液中に微細気泡を混入してバブリングするかの、少なくとも何れか一の処理を行ってシリカを酸化させた後、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させ、被浄化液中の微粒子を凝集させてシリカを効率的に除去することができる。
特許請求項２の発明は、被浄化液中に、消石灰、もしくは、炭酸ナトリュウムの少なくとも何れか一を投入して、あるいは、これらの少なくとも何れか一とリン酸塩とを投入して、被浄化液中のカルシュウム、あるいは、マグネシュウムの少なくとも何れか一を予備凝集させた後、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させて、被浄化液中のカルシュウム、あるいは、マグネシュウムの、少なくとも何れか一を効果的に除去することができる。

この発明に使用する凝集濾過装置を示す側断面図。 シリコンのダイシング廃水を示す写真。 図２のシリコンのダイシング廃水を、図１の凝集濾過装置で１パス濾過した状況を示す写真。 図２のシリコンのダイシング廃水を、図１の凝集濾過装置で３パス濾過した状況を示す写真。 図４の濾過液中に微細気泡を混入させた状態を示す写真。 図５に示す液を、図１の凝集濾過装置で１パス濾過した状況を示す写真。 この発明の一実施例を示すフロー。 図７に示すシリカ除去装置で浄化される被浄化液、被浄化液をバブリングにより酸化した酸化被浄化液、酸化被浄化液を凝集濾過装置で１パス濾過した濾過液、酸化被浄化液を凝集濾過装置で５パス濾過した濾過液をそれぞれ示す写真。 軟水器を通過させた被浄化液を示す写真。 図９の被浄化液をバブリングした酸化被浄化液の状況を示す写真。 図１０の酸化被浄化液を図７の凝集濾過装置で１パス濾過した濾過液を示す写真。 図１０の酸化被浄化液を図７の凝集濾過装置で３パス濾過した濾過液を示す写真。 図１２の濾過液に鉄イオンを投入した状況を示す写真。 図１３の被浄化液をバブリングした酸化被浄化液の状況を示す写真。 図１４の酸化被浄化液を、図７の凝集濾過装置で１パス濾過した濾過液を示す写真。 図１４の酸化被浄化液を、図７の凝集濾過装置で３パス濾過した濾過液を示す写真。 この発明の他の実施例を示すフロー。 この発明の更に他の実施例を示すフロー。 この発明の更に他の実施例を示すフロー。

符号の説明

１ ： 凝集濾過装置
２ ： 管体
３ ： 吸着剤カセット
４ ： フイルタ
５ ： 吸着剤
６ ： 濾紙
１０ ： バブリング装置
２１ ： 鉄イオン投入口
２２ ： 逆浸透膜
２３ ： 濃縮廃水
２５ ： 消石灰投入口
２６ ： 炭酸ナトリウム投入口
２７ ： リン酸塩投入口

Claims (2)

1. 被浄化液中に鉄イオンを投入するか、または、微細気泡を混入してバブリングするか、少なくとも何れか一の処理を行ってシリカを酸化させる第一の工程と、
   第一の工程が施された被浄化液を、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させ、被浄化液中の微粒子を凝集させて除去する第二の工程を具備したことを特徴とする液体浄化装置。
2. 被浄化液中に消石灰、もしくは、炭酸ナトリュウムの少なくとも何れか一、あるいは、これらの少なくとも一とリン酸塩とを投入して被浄化液中のカルシュウム、もしくは、マグネシュウムの少なくとも何れか一を予備凝集させる第一の工程と、
   第一の工程が施された被浄化液を、マグネシュウムの水酸化物からなる粉末状体もしくは顆粒状体あるいはペレット状体の吸着剤の相互間隙中を通過させ、被浄化液の微粒子を凝集させて除去する第二の工程を具備したことを特徴とする液体浄化装置。