JP2014144433A - ホウ素含有排水処理方法およびホウ素含有排水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ホウ素含有排水を処理するには、消石灰を大量に使用するので汚泥が大量に発生し、沈降分離させるための大きな沈殿槽が必要であった。
【解決手段】ホウ素を含有する排水に、アルミニウム化合物、硫酸化合物、カルシウム化合物、およびｐＨ調整剤を添加して、ｐＨをアルカリ性に調整した反応液中に析出物を析出させる反応工程と、前記反応液を前記析出物と清浄な処理水に分離する固液分離工程を有し、前記固液分離工程は、前記反応液をセラミックスを素材とする分離膜を通過させる分離工程であることを特徴とするホウ素含有排水処理方法によれば、ろ過の際に分離膜が目詰まりしにくいので、大きな沈殿槽を必要としない。
【選択図】図１

Description

本発明はホウ素を含む排水の処理方法および処理システムに関するものである。

ホウ素化合物は、ガラス、医薬品、電気メッキ、石鹸といった用途に利用されている。したがって、これらを製造する工場からの排水には、ホウ素化合物が含有されている。ホウ素は微量であれば、植物の生長に必須の元素であるが、一方で人体に有害な物質として例えばＰＲＴＲ法（特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律）で第一種指定化学物質として指定されている。そして、水質汚濁防止法施行令では、各種事業場からの放流水中のホウ素の含有に関して規制が定められた。

ホウ酸化合物は、水への溶解性が高く、除去しにくい元素である。従来行われているホウ素の除去方法は、硫酸バンドやＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）と消石灰を用いてホウ素化合物を沈殿させる凝集沈殿法、酸化マグネシウム等の強塩基性のイオン交換樹脂を用いたイオン交換処理法、水への溶解度の低い抽出溶媒によってホウ素を抽出除去する溶媒抽出処理法といった方法が提案されている。

特許文献１では、ホウ素を含んだ排水に、アルミニウム塩、難溶性のカルシウム塩、及び消石灰を添加しｐＨが８以上となるように調整することを特徴とするホウ素を含んだ排水の処理方法が開示されている。

特許文献１は、ｐＨによってさまざまに形態を変えるホウ素を、アルカリ性域でアルミニウム塩と消石灰により生成される各種のアルミン酸カルシウムに吸着させることによって除去する。特に特許文献１では、難溶性のカルシウム塩を添加することを特徴としている。この難溶性カルシウム塩の添加は、アルミン酸カルシウムの比重を重くして沈殿効率を上げる点と、難溶性カルシウム塩として硫酸カルシウム二水和物を用いた場合には、アルミン酸カルシウムだけでなく、エトリンガイトが生成し、このエトリンガイトがホウ素の除去に効果があるからだとしている。

これは、エトリンガイトは、ＣａとＡｌの骨格中に硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）が収められる形をしているところ、強アルカリ域でのホウ素の形態であるテトラヒドロキソホウ酸イオン（Ｂ（ＯＨ）_４ ⁻）の２つが、硫酸イオンと置き換わることでホウ素を除去するものと考えられている。

特開２００４−２８３７３１号公報

凝集沈殿法では、アルカリｐＨにて反応させるため、消石灰を大量に添加する必要があり、結果、汚泥が大量に発生する。よって、大量の汚泥を沈降分離するために、大型の沈殿槽が必要であり、設置に際しては、広い敷地面積が必要であった。

本発明はこのような課題に鑑みて想到されたものであり、ホウ素処理において発生する大量の汚泥を、沈殿槽なしで、清浄水と沈殿物に分離するための方法およびシステムを提供するものである。

より具体的に本発明のホウ素含有排水処理方法は、
ホウ素を含有する排水に、
アルミニウム化合物、硫酸化合物、カルシウム化合物、およびｐＨ調整剤を添加して、ｐＨをアルカリ性に調整した反応液中に析出物を析出させる反応工程と、
前記反応液を前記析出物と清浄な処理水に分離する固液分離工程を有し、
前記固液分離工程は、前記反応液を、セラミックスを素材とする分離膜を通過させることを特徴とする。

また、本発明のホウ素含有排水処理システムは、
ホウ素を含有する排水を移送する移送管と、
前記移送管の途中に設けられた移送ポンプと、
排水管が連通された反応槽と、
前記反応槽にアルミニウム化合物を添加するアルミニウム化合物添加手段と、
前記反応槽に硫酸化合物を添加する硫酸化合物添加手段と、
前記反応槽にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加手段と、
前記反応槽にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、
ｐＨセンサと、
前記反応槽の排水を移送する排水管と
前記排水管の途中に設けられた排水ポンプと、
前記排水管に連通された固液分離槽と、
前記固液分離槽中に配設された分離膜と、
前記分離膜の通過側と連通した清浄水取出し手段と、
前記分離膜の非通過側に連通した析出物取出し手段と
少なくとも前記移送ポンプと、前記ｐＨセンサと、前記排水ポンプと、前記アルミニウム化合物添加手段と、前記硫酸化合物添加手段と、前記カルシウム化合物添加手段と、ｐＨ調整剤添加手段に接続された制御装置とを有することを特徴とする。

本発明に係るホウ素含有排水処理方法およびシステムでは、ホウ素含有排水中にアルミニウム化合物、硫酸化合物、カルシウム化合物とｐＨ調整剤を添加し、強アルカリ域で析出物を析出させ、それを分離膜で清浄水と析出物を分離するようにしたので、大きな沈殿槽が不要になった。

また、分離膜はアルミナ（酸化アルミニウム）としたので、強アルカリ領域でも、分離膜が損傷しない。

特に後述するように、強アルカリ下では、アルミナと析出したエトリンガイトは共に負に帯電しているため、分離膜で濾し取られた析出物は、フィルタであるアルミナや、すでに捕獲されている析出物と密着することがない。したがって、フィルタの目詰まりがほとんど生じないという効果があげられる。

本発明に係るホウ素含有排水処理システムの構成を示す。 本発明に係るホウ素含有排水処理システムの他の構成を示す。 ｐＨと液相ホウ素の関係を示すグラフである。 析出物のＸ線回折チャートを示す。 ｐＨと析出物の量の関係を示す図である。

以下本発明に係るホウ素含有排水処理システムの構成を示す。なお、以下の説明は本発明の１実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、変更することができる。

（実施の形態１）
図１に本発明のホウ素含有排水処理方法を実施するためのホウ素含有排水処理システム１の構成を示す。ホウ素含有排水処理システム１は、ホウ素含有排水１１ｃを移送する移送管１１と、移送管１１が連通する反応槽１０と、反応槽１０に設けられた排水管１９と、排水管１９に連通された固液分離槽２０とを含む。

移送管１１の途中には移送ポンプ１１Ｐが設けられる。反応槽１０には、アルミニウム化合物添加手段１３と、硫酸化合物添加手段１４と、カルシウム化合物添加手段１５と、ｐＨ調整剤添加手段１６が設けられる。また、反応槽１０中の液体を撹拌するために攪拌機１７が設けられていてもよい。

固液分離槽２０は、分離膜２１で液密に仕切られた空間（通過側２１ｉ）とそれ以外の空間（非通過側２１ｏ）に分けられている。反応槽１０と連通している排水管１９は、非通過側２１ｏと連通している。通過側２１ｉには、清浄水取出し手段２６が設けられている。また、非通過側２１ｏには、析出物取出し手段２７が設けられている。

次にそれぞれの構成をさらに詳細に説明する。移送管１１は、工場等のホウ素含有排水を生成する場所から引かれる。移送管１１には途中に移送ポンプ１１Ｐが設けられる。ホウ素含有排水１１ｃを反応槽１０に移送するためである。移送ポンプ１１Ｐは反応槽１０の処理状態によってホウ素含有排水１１ｃの移送量を変更できるものが望ましい。反応槽１０への移送量を停止しなければならない場合もあるからである。したがって、必要な場合は、移送ポンプ１１Ｐの上流若しくは下流側に止水弁（図示せず）を設けてもよい。

反応槽１０は、ホウ素含有排水１１ｃに各種の添加剤を加え、ホウ素含有化合物を析出させるための容器である。本発明では、反応槽１０中は、強アルカリ状態に維持されるので、耐アルカリ性を有する材質で作製される必要がある。また、反応の工程では、所定量のホウ素含有排水１１ｃに対して所定比率の添加剤を投入するので、反応槽１０には重量計測手段若しくは、ホウ素含有排水量を計測する流量計、水面計等を設けるのが望ましい。図１では、水面計３２を配置した場合を示した。

また、添加物を投入し、反応させている間は、反応槽１０に対しては、溶液の投入も排出も行わない。所謂バッチ処理となる。したがって、処理を円滑に進めるためには、反応槽１０を複数用意し、切り換えるようにしてもよい。

反応槽１０には、アルミニウム化合物添加手段１３と、硫酸化合物添加手段１４と、カルシウム化合物添加手段１５と、ｐＨ調整剤添加手段１６が設けられる。それぞれの添加手段は、添加剤を貯留しておく添加剤タンク（１３Ｔ、１４Ｔ、１５Ｔ、１６Ｔ）と、それを排出する添加ポンプ（１３Ｐ、１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐ）を有する。添加剤を単に添加剤タンク（１３Ｔ、１４Ｔ、１５Ｔ、１６Ｔ）中の添加剤の水位によって反応槽１０中に投入する場合は、添加ポンプ（１３Ｐ、１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐ）に代えて、単にバルブだけであってもよい。

アルミニウム化合物として好適なのは、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム等である。

硫酸化合物として好適なのは、硫酸カルシウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸鉄等である。

カルシウム化合物として好適なのは、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム等である。

ｐＨ調整剤として好適なのは、硫酸、塩酸、硝酸等である。

なお、それぞれの添加剤は、兼用してもよい。例えば、アルミニウム化合物と硫酸化合物の役割を同時に果たす材料として、硫酸アルミニウムがある。また、カルシウム化合物とｐＨ調整剤の役割を同時に果たす材料としては、水酸化カルシウムがある。すなわち、硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムであれば、２つの添加剤だけでよい。

なお、硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムの２つの添加剤だけを使用する場合は、これらの添加剤を添加するタンクおよびポンプをそれぞれ硫酸アルミニウム添加手段および水酸化カルシウム添加手段と言ってよい。

反応槽１０には、またｐＨセンサ１８が設けられる。すでに説明したように、ホウ素は、ｐＨによってさまざまな形態を取りうる。本発明では、強アルカリ性環境下で、ホウ素化合物を反応させエトリンガイトとして析出させる。したがって、溶液のｐＨを管理する必要があるので、ｐＨセンサ１８を取り付ける。

反応槽１０には排水管１９が設けられている。反応槽１０中の溶液を反応槽１０から排出するためである。排水管１９にも排水ポンプ１９Ｐが設置されていてもよい。排水管１９は、固液分離槽２０に連通されている。

固液分離槽２０では、反応槽１０で添加物を添加し、析出した析出物２４ｃ（エトリンガイト）と、清浄水２２ｃの混合物となっている反応液１９ｃから析出物２４ｃと清浄水２２ｃを分離する工程である。本発明では、この工程を所謂ろ過方式で行う。すなわち、反応液１９ｃをろ過することで、固液分離を行う。したがって、析出物２４ｃを沈殿させる間、反応液１９ｃを静置させる必要がないので、処理量に応じた大きな沈殿槽を必要としない。

なお、図１では析出物２４ｃだけが固液分離槽２０の析出物取出し手段２７中の排出管２４中を通過するように読み取れるが、ここでは析出物２４ｃと水分の混合物を表す。排出管２４中の析出物２４ｃから水分を全部取り出すのは容易ではないからである。

固液分離槽２０も、強アルカリ性の反応液１９ｃが流れるので、耐アルカリ性を有する材料で形成されるのが望ましい。また、反応槽１０と同様に複数個の固液分離槽２０が設けられていてもよい。また、固液分離槽２０にも水面計３３が配置されていてもよい。固液分離槽２０は、分離膜２１で液密に空間が仕切られている。分離膜２１を介して、下流側は通過側２１ｉであり、上流側は非通過側２１ｏである。

分離膜２１は、セラミックス製の膜である。高分子系の分離膜であると、強アルカリ性環境下では、溶解するおそれもある。その点、分離膜２１がセラミックス製であると強アルカリ性環境下でも損傷することがない。また、析出させる析出物２４ｃは、ミクロンオーダー程度の大きさになる。セラミックス製の分離膜２１は、この程度の大きさの穴径を十分に製造可能である。したがって、セラミックス製の分離膜２１は十分に実現できる。

さらに、分離膜２１は、アルミナ（酸化アルミニウム）製であるのが好適である。アルミナは等電点がおよそ９であるので、ｐＨが９以上の強アルカリ性環境下においては、負に帯電する。一方、析出物２４ｃであるエトリンガイトも、強アルカリ性においては、負に帯電している。すなわち、分離膜２１と析出物２４ｃは、同電位側に帯電している。このため、互いに退けあうことになる。これによって、分離膜２１の上流側（非通過側２１ｏ）に堆積してゆく析出物２４ｃは、互いに斥力が働いているので、分離膜２１の目詰まりが起こりにくい。

分離膜２１を介して通過側２１ｉには、清浄水取出し手段２６が設けられる。清浄水取出し手段２６は分離膜２１を通過した清浄水２２ｃを取り出す手段であり、例えば、吸入口を有する配管２２と排水ポンプ２３によって構成することが可能である。しかし、この構成に限定されるものではない。また、得られた清浄水２２ｃは、強アルカリ性であるので、清浄水取出し手段２６の直後に中和槽（図示せず）を設けてもよい。

中和槽には、中和剤添加手段が設けられる。中和槽は中和剤を添加し、混合すればよいので、清浄水２２ｃが流れている状態であってもよい。すなわち、中和槽も大きな容量は必要ない。

一方、分離膜２１の上流側となる非通過側２１ｏには、析出物取出し手段２７が設けられる。析出物取出し手段２７は、析出物２４ｃを取り出すことができれば、特に限定されるものではない。非通過側２１ｏの析出物２４ｃは、水分がかなり少なくなっているので、固液分離槽２０を逆さまにして取り出してもよい。なお、この際には、非通過側２１ｏに体積した析出物２４ｃの水分を濾し取る目的で、分離膜２１に析出物２４ｃを押し付けるプレス手段（図示せず）を設けてもよい。析出物２４ｃから水分を切るためである。なお、図１では、析出物取出し手段２７は、排出管２４と排出ポンプ２５によって構成されるとした。

固液分離槽２０から取り出された析出物２４ｃは、乾燥手段３５に送られてもよい。乾燥手段３５は乾燥炉であってもよいし、自然乾燥であってもよい。乾燥された析出物２４ｃは、土木工事用の材料として利用してもよい。

ホウ素含有排水処理システム１では、全体を制御する制御装置３０が配置される。自動運転を可能にするためである。制御装置３０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリによるコンピュータで実現できる。制御装置３０は、移送ポンプ１１Ｐ、排出ポンプ２５、排水ポンプ１９Ｐ、２３、ｐＨセンサ１８、水面計３２、３３、アルミニウム化合物添加手段１３、硫酸化合物添加手段１４、カルシウム化合物添加手段１５、ｐＨ調整剤添加手段１６等に接続されている。

制御装置３０は、ｐＨセンサ１８および水面計３２、３３からそれぞれ信号Ｓｐｈ、Ｓｆ１、Ｓｆ２を受信する。それぞれの信号は各検出装置が検出した値を示すものである。また、これらの検出値に基づいて、移送ポンプ１１Ｐ、排水ポンプ１９Ｐ、排出ポンプ２５、排水ポンプ２３、アルミニウム化合物添加手段１３、硫酸化合物添加手段１４、カルシウム化合物添加手段１５、ｐＨ調整剤添加手段１６等にＣｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３、Ｃｐ４、ＣＡｌ、Ｃｓｏ、Ｃｃａ、ＣｐＨ等を送信する。これらの信号で、各装置を動作させるためである。

次に本発明のホウ素含有排水処理システム１の動作を説明し、同時にホウ素含有処理方法を説明する。

図１を参照して、ホウ素含有排水１１ｃは、移送管１１中を流れ、反応槽１０に送られる。反応槽１０には、所定量のホウ素含有排水１１ｃが貯留される。制御装置３０が水面計３２からの信号Ｓｆ１によって、反応槽１０中に所定量のホウ素含有排水１１ｃが貯留されたことを知ると、反応槽１０は、次に反応槽１０への溶液の出入りを止める。これは移送ポンプ１１Ｐと排水ポンプ１９Ｐを停止してもよいし、別途止水弁を配設しておき、これを閉めてもよい。

次に制御装置３０は、指示ＣＡｌ、Ｃｓｏ、Ｃｃａ、ＣｐＨによって、アルミニウム化合物添加手段１３、硫酸化合物添加手段１４、カルシウム化合物添加手段１５、ｐＨ調整剤添加手段１６を作動させ、アルミニウム化合物と、硫酸化合物と、カルシウム化合物と、ｐＨ調整剤をそれぞれ所定量ずつ反応槽１０に添加する。加える順番は、ほぼ同時に添加するのであれば、限定されるものではないが、ｐＨ調整剤を最初にするのが好ましい。ホウ素含有排水１１ｃ中のホウ素を水酸化ホウ素イオン（Ｂ（ＯＨ）_４ ⁻）にしておくためである。その後制御装置３０は、指示Ｃｄｐによって撹拌機１７を動作させ、反応槽１０中の液全体を反応させる。

この反応では、最終的に一部が水酸化ホウ素イオンに置き換わった、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）が析出物２４ｃとして生成される。この析出物２４ｃは、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）が、２つの水酸化ホウ素イオン（２（Ｂ（ＯＨ）_４ ⁻））に置き換わったものと考えられる。

析出物２４ｃは０．１μｍから１００μｍ程度の粒径になる。反応槽１０中では、撹拌されているため、清浄水２２ｃ中で粒子状に浮遊状態で存在する。つまり、反応槽１０中では、清浄水２２ｃと析出物２４ｃの混合液状態となる。これを反応液１９ｃと呼ぶ。

制御装置３０は、所定時間の反応を行った後、指示Ｃｐ２によって排水ポンプ１９Ｐを動作させ、反応液１９ｃを、排水管１９を通じて固液分離槽２０に送る。制御装置３０は固液分離槽２０中の反応液１９ｃの貯留程度を、水面計３３からの信号Ｓｆ２によって知る。所定量の反応液１９ｃを固液分離槽２０中に貯留したら、排水ポンプ１９Ｐを停止する。

次に制御装置３０は、排水ポンプ２３を駆動させる。排水ポンプ２３の吸引によって、反応液１９ｃは、分離膜２１を通過し、ろ過される。この時に分離膜２１が目詰まりしにくいというのが、本発明が固液分離をろ過で行えるポイントである。分離膜２１は脱水手段である。

分離膜２１の材質をアルミナとすると、アルミナの等電点はおよそｐＨ＝９．０であり、ｐＨが９以上の環境下では、表面水酸基が負にチャージしている。一方、析出物２４ｃであるエトリンガイトは、アルカリｐＨでは、表面電荷はマイナスになっている。したがって、分離膜２１と析出物２４ｃは、互いに斥力が働いている。よって、分離膜２１の上流側に体積する堆積物は、つまりにくい。なお、分離膜２１の細孔の口径は０．１μｍ〜１００μｍであるのがよい。析出物２４ｃがほぼその大きさだからである。

分離膜２１を通過した清浄水２２ｃは、清浄水取出し手段２６によって取り出される。この清浄水２２ｃは、中和されてもよい。また、分離膜２１を通過しなかった析出物２４ｃは、別途取出される。図１では、制御装置３０が指示Ｃｐ３によって排出ポンプ２５を駆動させることで、固液分離槽２０中の析出物２４ｃを排出する。この後、析出物２４ｃは、乾燥手段３５で乾燥され、粉末状に加工させる。

（実施の形態２）
図２に実施の形態に係るホウ素含有排水処理システム２を示す。実施の形態１と同じものは同じ符号を付し、説明は割愛する。本実施の形態に係るホウ素含有排水処理システム２では、反応槽１０と固液分離槽２０の間に凝集槽４０をさらに設けている。凝集槽４０とは、反応槽１０からの反応液１９ｃに高分子凝集剤を添加し、析出した析出物２４ｃを連結し、析出物２４ｃを大きくする。大きくすることで、より分離膜２１で分離し易くなるからである。

高分子凝集剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド等の合成高分子を適宜使用してもよい。

なお、凝集槽４０を配置したので、反応槽１０からの排水管１９は、凝集槽４０に連通される。また固液分離槽２０と、凝集槽４０の間には、凝集配管４２が設けられる。この凝集配管４２には第２の排水ポンプ４３を設けてもよい。析出物２４ｃの粒径が大きくなり、見かけの反応液１９ｃの粘度が上昇する場合もあるので、排水ポンプ１９Ｐの背圧だけでは移送しにくくなることもあるからである。

また、凝集槽４０中にも水面計３４が配置され、制御装置３０と接続される。この水面計３４は、信号Ｓｆ３を制御装置３０に送る。凝集剤は凝集剤タンク４１Ｔに貯蔵されている。凝集剤タンク４１Ｔには、ポンプ４１Ｐが設置され、制御装置３０からの指示Ｃｇａによって作動する。

反応槽１０から反応液１９ｃが送られてくると、水面計３４によって、凝集槽４０中に反応液１９ｃが貯留する。所定量の反応液１９ｃが貯留したら、制御装置３０は指示Ｃｇａによって凝集剤添加手段４１のポンプ４１Ｐを稼働させ凝集剤を凝集槽４０に添加する。凝集剤添加後は、第２の排水ポンプ４３を指示Ｃｐ５によって作動させ、固液分離槽２０に反応液１９ｃを移送する。

次に本発明の反応槽１０中の反応工程において、ｐＨと得られる析出物２４ｃについて行った実験結果を示す。排水は、ホウ素（又はホウ素化合物）を２５．６ｐｐｍ含んだ排水である。次に８質量％の硫酸アルミニウムを０．７５質量％だけ添加した。そして、１０質量％の水酸化カルシウムの懸濁液をそれぞれｐＨが１０、１０．５、１１、１１．５となるように注入した。それぞれのサンプルをｐＨ１０サンプル、ｐＨ１０．５サンプル、ｐＨ１１サンプル、ｐＨ１１．５サンプルと呼ぶ。

そして、水酸化カルシウム懸濁液を投入した後、時間毎の液相のホウ素濃度を測定した。表１にはその結果を示す。表１中「Ｂ[ｐｐｍ]」はホウ素濃度を表し、「ｐＨ１０．０」等はｐＨ１０サンプル等を表す。また、表１の結果を図３に示す。

図３を参照して、縦軸は、液相ホウ素の濃度（ｐｐｍ）を表し、横軸は水酸化カルシウム懸濁液投入後の経過時間（分）である。バツ印はｐＨ１０サンプルであり、三角印はｐＨ１０．５サンプルである。また、四角印はｐＨ１１サンプルであり、丸印はｐＨ１１．５サンプルである。

ｐＨ１０サンプルおよびｐＨ１０．５サンプルでは、水酸化カルシウム懸濁液投入後９０分経過しても、液相中のホウ素は存在している。一方、ｐＨ１１サンプルは水酸化カルシウム懸濁液投入後４０分で、またｐＨ１１．５サンプルは、水酸化カルシウム懸濁液投入後２０分で液相のホウ素が検出限界以下となった。

これからわかるように、硫酸アルミニウムと水酸化カルシウム懸濁液の投入では溶液のｐＨを１０以上にすることによって、ホウ素を除去することができ、特に好ましくはｐＨを１１以上にすることで、検出限界以下になるまでホウ素を除去することができる。

図４には、検出物のＸ線回折の結果を示す。線源はＣｕのＫαであった。縦軸は強度（ＣＰＳ）であり、横軸は２θ（°）である。析出物からはいくつかのピークが現れたが、これはエトリンガイトの特徴ピークであることが確認できた。

表２には、各ｐＨでの析出物の発生量を示す。これをグラフにしたのが、図５である。縦軸は、析出物（ここでは「ＳＳ」と示す）の発生量（ｍｇ／Ｌ）であり、横軸はｐＨを示す。図から明らかなように、ｐＨの上昇と共に、析出物（ＳＳ）の発生量は多くなった。なお、ｐＨ１１．５の場合はｐＨ１１の場合と同じであるので、割愛した。

ｐＨ１１サンプルにおける析出物（ＳＳ）の粒度分布を測定した。粒度分布の測定は、乾燥させた析出物（ＳＳ）をレーザー粒度分布計で測定した。結果、０．１μｍ以下の粒子径の析出物（ＳＳ）はほぼゼロであり、１００μｍまでの粒子の積算が全体の９０％を占有していた。従って、分離膜は、０．１μｍ以下の穴径であれば、これらの析出物を固液分離することができることがわかる。

表３には、同じくｐＨ１１サンプルの析出物（ＳＳ）の濃度を調べた結果を示す。ホウ素含有排水中には、そもそも１，０３３ｐｐｍの析出物があった。これを上記のように反応させ、析出物を発生させると、反応液１９ｃ中の析出物濃度は、９，６８９ｐｐｍとなった。これをアルミナ分離膜２１で分離した。

分離膜２１の平均孔径が０．１μｍであり、分離の際は、１ｃｍ^２あたり１気圧の圧力をかけながらろ過した。

その結果、濃縮液での析出量濃度は、４１，５６７〜１０５，２３９ｐｐｍまで濃縮でき、分離した清浄水２２ｃからはＳＳ、ホウ素共に検出されなかった。また、この時、分離膜２１は損傷を受けることはなく、運転中の差圧上昇も見られなかったことから、分離膜２１の目詰まりはなかったと考えられた。このように、アルミナ製の分離膜２１は強アルカリ性溶液であっても、損傷することなく、また目詰まりすることなく高い濃縮を実現することができた。

表４には、ｐＨ１１サンプルに凝集剤を入れた場合の濃縮実験の結果を示す。凝集剤としては、アクリル酸、アクリルアミド共重合体を用いた、ｐＨ１１サンプルを反応槽１０中で反応させ反応液１９ｃを得た後、凝集剤を０．０１質量％加えて、さらに、２０分撹拌した。

これを上記と同様のアルミナ製分離膜２１でろ過した。反応前の排水中のＳＳはもともと、１，０２２ｐｐｍであったのが、反応によって７，６７８ｐｐｍとなった。これをアルミナ製分離膜２１で濃縮すると、濃縮液中の析出物濃度は、６１，３６７〜１８８，００７ｐｐｍまで濃縮できた。これは表３に示した１０５，２３９ｐｐｍのおよそ１．７倍にあたり、凝縮剤によって析出物２４ｃの粒径が増大し、分離の効率が高くなったからと考えられる。

以上のように本発明のホウ素含有排水処理方法をホウ素含有排水処理システムで実施すれば、ホウ素を効果的に除去することができ、しかも、ろ過を使用できるため、汚泥が大量に発生しても、大きな沈殿槽を必要としない。

本発明は、ホウ素の除去に効果的に利用することができるので、工業製品の製造の際に生じるホウ素含有排水だけでなく、ゴミ処理場や、温泉などで発生するホウ素含有排水の処理にも好適に利用することができる。

１ ホウ素含有排水処理システム
１０ 反応槽
１１ 移送管
１１ｃ ホウ素含有排水
１１Ｐ 移送ポンプ
１３ アルミニウム化合物添加手段
１４ 硫酸化合物添加手段
１５ カルシウム化合物添加手段
１６ ｐＨ調整剤添加手段
１３Ｔ、１４Ｔ、１５Ｔ、１６Ｔ 添加剤タンク
１３Ｐ、１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐ 添加ポンプ
１７ 撹拌機
１８ ｐＨセンサ
１９ 排水管
１９Ｐ 排水ポンプ
２０ 固液分離槽
２１ 分離膜
２１ｉ 通過側
２１ｏ 非通過側
２２ 配管
２２ｃ 清浄水
２３ 排水ポンプ
２４ 排出管
２５ 排出ポンプ
２６ 清浄水取出し手段
２７ 析出物取出し手段
３２、３３、３４ 水面計
３５ 乾燥手段
４０ 凝集槽
４１ 凝集剤添加手段
４２ 凝集配管
４３ 第２の排水ポンプ

Claims (11)

1. ホウ素を含有する排水に、
   アルミニウム化合物、硫酸化合物、カルシウム化合物、およびｐＨ調整剤を添加して、ｐＨをアルカリ性に調整した反応液中に析出物を析出させる反応工程と、
   前記反応液を前記析出物と清浄な処理水に分離する固液分離工程を有し、
   前記固液分離工程は、前記反応液を、セラミックスを素材とする分離膜に通過させることを特徴とするホウ素含有排水処理方法。
2. 前記反応工程では、
   前記アルミニウム化合物と前記硫酸化合物を硫酸アルミニウムで兼用し、
   前記カルシウム化合物と前記ｐＨ調整剤を水酸化カルシウムで兼用し、
   前記反応液のｐＨを１０以上、１２以下の範囲に調整することを特徴とする請求項１に記載のホウ素含有排水処理方法。
3. 前記分離膜の素材が、アルミナであることを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載されたホウ素含有排水処理方法。
4. 前記分離膜の細孔の口径が、０．１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載されたホウ素含有排水処理方法。
5. 前記反応工程と前記固液分離工程の間に、
   前記反応液に高分子凝集剤を添加する凝集工程を設けることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載されたホウ素含有排水処理方法。
6. ホウ素を含有する排水を移送する移送管と、
   前記移送管の途中に設けられた移送ポンプと、
   排水管が連通された反応槽と、
   前記反応槽にアルミニウム化合物を添加するアルミニウム化合物添加手段と、
   前記反応槽に硫酸化合物を添加する硫酸化合物添加手段と、
   前記反応槽にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加手段と、
   前記反応槽にｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段と、
   ｐＨセンサと、
   前記反応槽の排水を移送する排水管と
   前記排水管の途中に設けられた排水ポンプと、
   前記排水管に連通された固液分離槽と、
   前記固液分離槽中に配設された分離膜と、
   前記分離膜の通過側と連通した清浄水取出し手段と、
   前記分離膜の非通過側に連通した析出物取出し手段と
   少なくとも前記移送ポンプと、前記ｐＨセンサと、前記排水ポンプと、前記アルミニウム化合物添加手段と、前記硫酸化合物添加手段と、前記カルシウム化合物添加手段と、ｐＨ調整剤添加手段に接続された制御装置とを有することを特徴とするホウ素含有排水処理システム。
7. 前記アルミニウム化合物添加手段と硫酸化合物添加手段は、硫酸アルミニウム添加手段で代用され、
   前記カルシウム化合物添加手段と前記ｐＨ調整剤添加手段は、水酸化カルシウム添加手段で代用されたことを特徴とする請求項６に記載されたホウ素含有排水処理システム。
8. 前記分離膜は、アルミナであることを特徴とする請求項６および７の何れかの請求項に記載のホウ素含有排水処理システム。
9. 前記分離膜の細孔の口径は、０．１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項６および７の何れかの請求項に記載のホウ素含有排水処理システム。
10. 前記反応槽と前記固液分離槽との間に凝集槽をさらに設け、
    前記排水管は前記凝集槽に連結し、
    前記凝集槽と前記固液分離槽とを連通する凝集配管と、
    前記凝集配管の途中に設けられた第２の排水ポンプと、
    前記凝集槽に高分子凝集剤を添加する高分子凝集剤添加手段とを有し、
    前記制御装置は、前記第２の排水ポンプと前記高分子凝集剤添加手段とも接続されていることを特徴とする請求項６および７の何れかの請求項に記載のホウ素含有排水処理システム。
11. 前記析出物取出し手段の後段に脱水手段を設けたことを特徴とする請求項６および７の何れかの請求項に記載のホウ素含有排水処理システム。