JP2019155209A - ホウ素含有水の処理設備および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】澱物の発生量を低減できるホウ素含有水の処理設備を提供する。【解決手段】ホウ素含有水の処理設備１は、原水にリン源を添加しリン添加液を得る第１混合槽１２と、リン添加液にカルシウム源を添加し澱物スラリーを得る第２混合槽１３と、澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離する沈降槽１５と、濃縮スラリーの一部を第２混合槽１３に供給する戻り流路２２とを備える。生成されたハイドロキシアパタイトを含む濃縮スラリーを繰り返すことで、ハイドロキシアパタイトにホウ素を吸着させることができる。ハイドロキシアパタイトにより多くのホウ素を捕捉でき、澱物の発生量を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ホウ素含有水の処理設備および処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ハイドロキシアパタイトを用いてホウ素含有水からホウ素を除去する処理設備および処理方法に関する。

ホウ素を含有する水（以下、「ホウ素含有水」という。）は、自然界において地下水、海水などとして存在している。また、ホウ素はホウ素化合物を原材料として使用する工業、例えば、ガラス工業、医薬、化粧品原料、石鹸工業、電気めっき工業などで生じる廃水、発電所から生じる廃水、ゴミ焼却場で生じる洗煙廃水などの廃水に含まれている。

ホウ素は動植物にとって必須の微量栄養素である。しかし、その反面、農業用水にホウ素が数ｍｇ／Ｌ以上の濃度で含まれている場合、植物の成長を阻害することが知られている。また、ホウ素を人体に継続的に摂取したとき、健康障害が生じるおそれがある。そのため、ホウ素の人体摂取量が法令で規制されている。例えば、水道水の水質基準では水道水に含まれるホウ素濃度が１．０ｍｇ／Ｌ以下に規制されている。また、海域へのホウ素の排水基準ではホウ素濃度が２３０ｍｇ／Ｌ以下、海域外への排水基準ではホウ素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下に規制されている。そこで、ホウ素を含有する廃水は、ホウ素を除去する処理を行った後に、放流される。

ホウ素含有水からホウ素を除去する方法として、アルミニウム、鉄などの水酸化物とともにホウ素を沈殿させる沈殿法、ジルコニウム、マグネシウムなどの水酸化物にホウ素を吸着させる吸着法、ホウ素含有水を蒸発濃縮してホウ酸を晶析する蒸発濃縮法、アルコール基を有する溶媒によりホウ素を抽出分離する溶媒抽出法、逆浸透膜を用いてホウ素を分離除去する逆浸透膜法などの種々の方法が知られている。

しかしながら、沈殿法は、低濃度のホウ素を沈殿させるために共沈剤を多量に添加するため操業資材が多量に必要であり、またホウ素含有澱物である汚泥の発生量が多いという問題がある。吸着法は、ジルコニウム、マグネシウムなどの水酸化物への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。蒸発濃縮法は、ホウ素含有水を濃縮しホウ酸を晶析させるために熱源が必要であり、特にホウ素濃度が低い廃水を対象とする場合には、莫大なエネルギーを必要とするので経済的でない。しかも、晶析後のホウ素含有水の中和処理が必要となる。溶媒抽出法は、有機溶媒からホウ素を逆抽出して得られるホウ素含有液の処理のほかに、有機溶媒が微量溶解している処理後の廃水の処理が不可欠である。活性炭などにより有機溶媒を回収除去するなどの処理が必要であり経済的でない。逆浸透膜法は、この方法のみで低濃度になるまでホウ素を除去することが困難であるので、他の方法との併用が必要である。また、膜の閉塞による効率悪化の問題がある。

特許文献１には、ホウ素などの有害物質を含有する強酸性液体にハイドロキシアパタイトを混合して、有害物質を固形成分として沈殿させる方法が開示されている。ホウ素をハイドロキシアパタイトに吸着させることで、強酸性液体からホウ素を除去できる。

ＷＯ２００５／１００２５３号公報

ハイドロキシアパタイトを用いる方法ではホウ素を吸着したハイドロキシアパタイトからなる澱物が発生する。発生した澱物は別途処理する必要があるため、澱物の発生量が少ないほど処理コストを低減できる。

本発明は上記事情に鑑み、澱物の発生量を低減できるホウ素含有水の処理設備および処理方法を提供することを目的とする。

第１発明のホウ素含有水の処理設備は、ホウ素含有水である原水にリン源を添加し、リン添加液を得る第１混合槽と、前記リン添加液にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させ、澱物スラリーを得る第２混合槽と、前記澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離する沈降槽と、前記濃縮スラリーの一部を前記第１混合槽および／または前記第２混合槽に供給する戻り流路と、を備えることを特徴とする。
第２発明のホウ素含有水の処理設備は、第１発明において、前記濃縮スラリーの前記第１混合槽および／または前記第２混合槽への供給量は、前記第２混合槽に添加される前記カルシウム源に含まれるカルシウムに対する前記濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比が０．１８〜１．０９となる量であることを特徴とする。
第３発明のホウ素含有水の処理設備は、第１または第２発明において、前記濃縮スラリーの固形分濃度を測定する濃度測定装置を備えることを特徴とする。
第４発明のホウ素含有水の処理設備は、第１、第２または第３発明において、前記原水を曝気する曝気装置を備えることを特徴とする。
第５発明のホウ素含有水の処理方法は、ホウ素含有水である原水にリン源を添加してリン添加液を得、前記リン添加液にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させて澱物スラリーを得、前記澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離し、前記濃縮スラリーの一部を前記原水および／または前記リン添加液に供給することを特徴とする。
第６発明のホウ素含有水の処理方法は、第５発明において、前記濃縮スラリーの前記原水および／または前記リン添加液への供給量を、前記リン添加液に添加される前記カルシウム源に含まれるカルシウムに対する前記濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比が０．１８〜１．０９となる量に調整することを特徴とする。
第７発明のホウ素含有水の処理方法は、第５または第６発明において、前記濃縮スラリーの固形分濃度を測定し、測定結果に基づいて前記濃縮スラリーの前記原水および／または前記リン添加液への供給量を調整することを特徴とする。
第８発明のホウ素含有水の処理方法は、第５、第６または第７発明において、前記原水を曝気することを特徴とする。

第１発明によれば、ハイドロキシアパタイトを生成する際に、結晶内にホウ素を取り込むことで、ホウ素を除去できる。また、生成されたハイドロキシアパタイトを含む濃縮スラリーを繰り返すことで、ハイドロキシアパタイトにホウ素を吸着させることができる。そのため、ハイドロキシアパタイトにより多くのホウ素を捕捉でき、澱物の発生量を低減できる。
第２発明によれば、濃縮スラリーの繰り返し量を調整することで、上澄み液のホウ素濃度を低減できる。
第３発明によれば、濃縮スラリーの固形濃度に基づいて、濃縮スラリーの繰り返し量を適切に調整できる。
第４発明によれば、原水に炭酸根が含まれていても、曝気により炭酸根を除去できる。そのため、炭酸根によりカルシウム源が消費されることを抑制できる。
第５発明によれば、ハイドロキシアパタイトを生成する際に、結晶内にホウ素を取り込むことで、ホウ素を除去できる。また、生成されたハイドロキシアパタイトを含む濃縮スラリーを繰り返すことで、ハイドロキシアパタイトにホウ素を吸着させることができる。そのため、ハイドロキシアパタイトにより多くのホウ素を捕捉でき、澱物の発生量を低減できる。
第６発明によれば、濃縮スラリーの繰り返し量を調整することで、上澄み液のホウ素濃度を低減できる。
第７発明によれば、濃縮スラリーの固形濃度に基づいて、濃縮スラリーの繰り返し量を適切に調整できる。
第８発明によれば、原水に炭酸根が含まれていても、曝気により炭酸根を除去できる。そのため、炭酸根によりカルシウム源が消費されることを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理設備の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（処理設備）
本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理設備１は、ホウ素含有水からホウ素を除去する設備である。処理設備１は、ホウ素含有水にリン源を添加し、つぎにカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させる。このように、処理設備１はハイドロキシアパタイトを用いてホウ素含有水からホウ素を除去する。

図１に示すように、処理設備１は原水槽１１を備えている。原水槽１１には原水が供給されている。原水はホウ素含有水である。原水には炭酸根が含まれてもよい。例えば、原水はホウ素濃度が１５〜２５ｐｐｍの比較的ホウ素濃度が低いホウ素含有水である。例えば、原水には５０〜８００ｐｐｍの炭酸根が含まれる。例えば、原水のｐＨは７〜９である。

処理設備１は第１混合槽１２と第２混合槽１３とを備えている。第１混合槽１２はリン源を添加するための槽である。第２混合槽１３はカルシウム源を添加するための槽である。

原水槽１１内の原水はポンプ２１の駆動により第１混合槽１２に移送される。第１混合槽１２では原水にリン源が添加される。第１混合槽１２は撹拌装置を有してもよい。撹拌により原水とリン源との混合が促進される。

リン源としてリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）、リン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ₂ＰＯ₄）、リン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）などが用いられる。リン源の添加量を、添加後の溶液のホウ素に対するリンのモル比（以下、「Ｐ／Ｂ」という。）が６．０〜１２．５となる量とすることが好ましい。ホウ素に対してリンを過剰にすることで、ホウ素がハイドロキシアパタイトの結晶に取り込まれる機会が増えると推測される。

原水にｐＨ調整剤を添加し、原水のｐＨを４．７〜５．２に調整することが好ましい。ｐＨ調整剤として、例えば、塩酸を用いることができる。原水のｐＨ調整はカルシウム源を添加する前であればよい。ｐＨ調整剤を原水槽１１に添加してもよいし、第１混合槽１２に添加してもよい。原水のｐＨを上記範囲に調整すれば、第２混合槽１３においてカルシウム源の溶解が促進され、短時間でホウ素を除去できる。

第１混合槽１２から排出される液をリン添加液と称する。リン添加液は第２混合槽１３に移送される。第２混合槽１３ではリン添加液にカルシウム源が添加される。そうすると、ハイドロキシアパタイトが生成され、ホウ素が共沈する。第２混合槽１３は撹拌装置を有してもよい。撹拌によりリン添加液とカルシウム源との混合が促進され、ハイドロキシアパタイトの生成に要する時間が短くなる。

カルシウム源として水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ）₂）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化焼成ドロマイトなどが用いられる。なお、水酸化焼成ドロマイトは天然産物であるドロマイトに対して焼成、水和などの処理を施して製造される工業製品である。水酸化焼成ドロマイトは一般的な試薬に比べて安価である。例えば、水酸化焼成ドロマイト１ｇには、水酸化カルシウム７．６５ｍｍｏｌ、酸化カルシウム０．５９ｍｍｏｌ、水酸化マグネシウム３．８１ｍｍｏｌ、酸化マグネシウム２．５３ｍｍｏｌが含まれる。

カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のリンに対するカルシウムのモル比（以下、「Ｃａ／Ｐ」という。）が１．７〜７．０となる量とすることが好ましい。ハイドロキシアパタイトはＣａ₁₀(ＰＯ₄)₆(ＯＨ)₂で表されＣａ／Ｐ＝１．７である。Ｃａ／Ｐを１．７より大きくすることで、結晶中のＰに代わってＢが取り込まれやすくなると推測される。なお、Ｃａ／Ｐが７．０より大きいとハイドロキシアパタイトが十分に生成されない恐れがある。

なお、カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のホウ素に対するカルシウムのモル比（以下、「Ｃａ／Ｂ」という。）が３．３以上となる量とすることが好ましい。カルシウムの量が少なすぎると（Ｃａ／Ｂが３．３より小さいと）、ハイドロキシアパタイトが十分に生成されない恐れがある。

原水に炭酸根が含まれていると、カルシウムが炭酸カルシウムの生成に消費され、ハイドロキシアパタイトが生成されにくく、ホウ素を除去することが困難である。しかし、リン源を添加した後にカルシウム源を添加すれば、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていても、ホウ素を除去できる。

その理由はつぎの通りであると推測される。原水にリン源を添加した後に、カルシウム源を添加するようにすれば、カルシウム源が添加される時点で炭酸カルシウムよりもハイドロキシアパタイトの生成反応が優先的になる。そのため、原水に炭酸根が含まれていても、カルシウム源が炭酸カルシウムの生成に消費されず、ハイドロキシアパタイトが生成される。

第２混合槽１３ではハイドロキシアパタイトが生成されスラリーが得られる。以下、固形分としてハイドロキシアパタイトを含むスラリーを「澱物スラリー」と称する。第２混合槽１３から排出された澱物スラリーは凝集槽１４に移送される。凝集槽１４では澱物スラリーに凝集剤が添加される。凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤などが用いられる。凝集槽１４は撹拌装置を有してもよい。撹拌により澱物スラリーと凝集剤との混合が促進される。

凝集槽１４から排出された澱物スラリーは沈降槽１５に移送される。沈降槽１５は澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに沈降分離する。沈降槽１５として、例えば、シックナーが用いられる。

凝集槽１４において澱物スラリーに凝集剤を添加することで、澱物スラリーに含まれる固形分が凝集する。これにより、沈降槽１５における処理時間を短くできる。なお、澱物スラリーに凝集剤を添加しなくてもよい。この場合、凝集槽１４を設けなくてもよい。第２混合槽１３から排出された澱物スラリーは直接沈降槽１５に移送される。

沈降槽１５から排出された上澄み液は、原水からホウ素が除去された液である。上澄み液は処理設備１の系外に排出される。一方、沈降槽１５から排出された濃縮スラリーは貯留槽１６に移送され、一時的に貯留される。

貯留槽１６には濃縮スラリーを排出する流路として戻り流路２２と排出流路２３とが接続されている。戻り流路２２は第２混合槽１３に接続されている。貯留槽１６に一時貯留された濃縮スラリーの一部は戻り流路２２を介して第２混合槽１３に供給される。濃縮スラリーの残部は排出流路２３を介して処理設備１の系外に排出される。

処理設備１の系外に排出された濃縮スラリーは別途廃棄処理が行われる。例えば、フィルタプレスなどの固液分離装置を用いて濃縮スラリーを脱水し、得られた固形分を産業廃棄物として処理する。

濃縮スラリーを第２混合槽１３に供給することで、沈降槽１５から排出される上澄み液のホウ素濃度を低減できる。濃縮スラリーにはハイドロキシアパタイトが含まれる。このハイドロキシアパタイトを第２混合槽１３に供給することで、上澄み液のホウ素濃度を低減できる。換言すれば、原水のホウ素濃度を目標濃度まで低減するのに要するハイドロキシアパタイトの量を低減できる。これにより、処理設備１における澱物の発生量を低減できる。すなわち、排出流路２３を介して排出される澱物の量を低減できる。

その理由はつぎの通りであると推測される。
ホウ素は水溶液中でＨ₃ＢＯ₃、Ｂ(ＯＨ)₄ ^-、Ｂ₃Ｏ₃(ＯＨ)₄ ^-、Ｂ₅Ｏ₆(ＯＨ)^-、Ｂ₃Ｏ₃(ＯＨ)₅ ^2-、Ｂ₄Ｏ₅(ＯＨ)₄ ^2-など種々の形態で存在する。ある特定の形態のホウ素はハイドロキシアパタイトが生成される際に結晶の内部に取り込まれやすい。また、他の形態のホウ素はハイドロキシアパタイトの結晶の内部に取り込まれにくいが、ハイドロキシアパタイトの表面に吸着しやすい。ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させるのみでは、結晶の内部に取り込まれにくい一部の形態のホウ素が除去されにくい。このホウ素を生成されたハイドロキシアパタイトと接触させることで、ハイドロキシアパタイトの表面に吸着させることができる。

第２混合槽１３において、ハイドロキシアパタイトを生成する際に、結晶内にホウ素を取り込むことで、原水からホウ素を除去できる。また、生成されたハイドロキシアパタイトを含む濃縮スラリーを繰り返すことで、ハイドロキシアパタイトの表面にホウ素を吸着させることができる。このように、ハイドロキシアパタイトを共沈剤としても吸着剤としても利用できる。そのため、ハイドロキシアパタイトにより多くのホウ素を捕捉できる。その結果、澱物の発生量を低減できる。

なお、濃縮スラリーを第２混合槽１３に代えて第１混合槽１２に供給してもよい。この場合、戻り流路２２は貯留槽１６と第１混合槽１２とを接続する。濃縮スラリーを第１混合槽１２および第２混合槽１３の両方に供給してもよい。この場合、戻り流路２２は貯留槽１６と第１混合槽１２および第２混合槽１３とを接続する。

濃縮スラリーを第１混合槽１２に供給する場合には、濃縮スラリーの固形分濃度を高めることが好ましい。第２混合槽１３においてカルシウム源が添加されることから、濃縮スラリーの液相分はｐＨが高くなっている。ｐＨの高い液相分を多く含む濃縮スラリーを第１混合槽１２に供給すると、原水のｐＨが高くなる。その一方、原水のｐＨは４．７〜５．２に調整することが好ましい。濃縮スラリーの固形分濃度を高めておけば、高ｐＨの液相分の添加量を低減でき、第１混合槽１２におけるｐＨ調整剤の添加量の増加を抑制できる。

濃縮スラリーの繰り返し量を、第２混合槽１３に添加されるカルシウム源に含まれるカルシウムに対する濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比（以下、「澱物／Ｃａ」という。）が０．１８〜１．０９となる量とすることが好ましい。濃縮スラリーの繰り返し量を上記範囲に調整することで、上澄み液のホウ素濃度を低減できる。

ここで、濃縮スラリーを第１混合槽１２のみに供給する場合、濃縮スラリーの繰り返し量とは濃縮スラリーの第１混合槽１２への供給量である。濃縮スラリーを第２混合槽１３のみに供給する場合、濃縮スラリーの繰り返し量とは濃縮スラリーの第２混合槽１３への供給量である。濃縮スラリーを第１混合槽１２および第２混合槽１３に供給する場合、濃縮スラリーの繰り返し量とは濃縮スラリーの第１混合槽１２への供給量と第２混合槽１３への供給量との和である。

第２混合槽１３へのカルシウム源の添加量とカルシウム源の組成とからカルシウムの供給量を求めることができる。濃縮スラリーの供給量と濃縮スラリーの固形分濃度とから固形分の供給量を求めることができる。固形分の供給量をカルシウムの供給量で除算することで澱物／Ｃａの値を求めることができる。

濃縮スラリーの繰り返し量の調整は、濃縮スラリーの固形分濃度を測定し、所望の量の固形分が供給されるように濃縮スラリーの流量を調整することで行なうことができる。そうすれば、濃縮スラリーの固形濃度に基づいて、濃縮スラリーの繰り返し量を適切に調整できる。

濃縮スラリーの固形分濃度の測定は、例えば、つぎの手順で行なうことができる。貯留槽１６内の濃縮スラリーを撹拌装置で撹拌して、固形分濃度が均一な状態とする。貯留槽１６内の濃縮スラリーを所定量採取する。採取した濃縮スラリーを濾過、乾燥させ、固形分の重量を測定する。濃縮スラリーの採取量と固形分の重量とから濃縮スラリーの固形分濃度を求める。

濃縮スラリーの固形分濃度を測定する濃度測定装置を用いてもよい。濃度測定装置として、例えば、超音波濃度計が用いられる。この種の濃度測定装置は、例えば、戻り流路２２の配管に取り付けることができる。濃度測定装置を用いれば、濃縮スラリーの固形分濃度を連続的に監視できる。

濃縮スラリーの繰り返し量の調整は、戻り流路２２に設けられたポンプ２４の吐出量を調整することにより行なわれる。濃縮スラリーの流量を精度良く調整するため、ポンプ２４として定量ポンプを用いることが好ましい。

原水またはリン添加液にアルミニウム源を添加してもよい。アルミニウム源の添加はリン添加液にカルシウム源を添加する前であればよい。アルミニウム源を原水槽１１に添加してもよいし、第１混合槽１２に添加してもよい。

ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させるとハイドロキシアパタイトの生成が促進される。そのため、ハイドロキシアパタイトの生成に要する時間が短くなり、短時間でホウ素を除去できる。

その理由はつぎの通りであると推測される。ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させると、ホウ素含有水に添加されたリン源の作用により、ハイドロキシアパタイト中のＣａをＡｌに置き換えた前駆的な結晶が生成する。その後、カルシウム源が添加されると、前駆的な結晶中のＡｌとＣａとが置き換わってハイドロキシアパタイトが生成する。このように前駆的な結晶を経てハイドロキシアパタイトを生成する反応は、前駆的な結晶を経ずに直接ハイドロキシアパタイトを生成する反応に比べて容易に起こる。そのため、カルシウム源を添加した後にハイドロキシアパタイトが短時間で生成する。

アルミニウム源としてはホウ素含有水中でアルミニウムイオンを生成できるものであれば特に限定されず、硝酸アルミニウム（Ａｌ(ＮＯ₃)₃）、硫酸アルミニウム（Ａｌ₂(ＳＯ₄)₃）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）などが用いられる。

アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．２ｍｍｏｌ／Ｌ以上となる量とすることが好ましい。または、アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のホウ素に対するアルミニウムのモル比（以下、「Ａｌ／Ｂ」という。）が０．０９以上となる量とすることが好ましい。

ホウ素含有水のアルミニウム濃度が高いほどホウ素の除去効果が高い。そのため、ホウ素除去効果の観点からはアルミニウム源の添加量に特に上限はない。ただし、ホウ素含有水のアルミニウム濃度が０．８ｍｍｏｌ／Ｌ以上となると、ハイドロキシアパタイトが生成した後、固液分離により得られる残渣からアルミニウムが溶出しやすくなる。そのため、アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．４ｍｍｏｌ／Ｌ以下となる量とすることが好ましい。または、アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のＡｌ／Ｂが０．２３以下となる量とすることが好ましい。

原水に炭酸根が含まれる場合、原水を曝気して炭酸根を除去することが好ましい。なお、原水から炭酸根を完全に除去する必要はない。原水の炭酸根の濃度を５０ｐｐｍ以下に低減できればよい。原水の曝気は曝気装置２５を用いて行なうことができる。図１に示すように、曝気装置２５を第１混合槽１２に設けてもよいし、原水槽１１に設けてもよい。

原水に炭酸根が含まれていると、カルシウムが炭酸カルシウムの生成に消費され、ハイドロキシアパタイトが生成されにくい。曝気により原水の炭酸根を予め除去することで、炭酸根によりカルシウム源が消費されることを抑制できる。そのため、ハイドロキシアパタイトが生成されやすくなる。

なお、炭酸根はｐＨによって形態が変わる。ｐＨが５以下の場合、炭酸根は遊離炭酸となっており、曝気で除去されやすい。ｐＨが５を超えると、炭酸根はイオンとなっており、曝気で除去されにくい。そこで、原水のｐＨを５以下に調整することが好ましい。

（処理方法）
つぎに、本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理方法を説明する。
まず、必要に応じて、原水を曝気し、原水から炭酸根を除去する。つぎに、原水にリン源を添加してリン添加液を得る。ここで、原水にｐＨ調整剤を添加し、原水のｐＨを４．７〜５．２に調整することが好ましい。また、原水にアルミニウム源を添加してもよい。

つぎに、リン添加液にカルシウム源を添加する。そうすると、ハイドロキシアパタイトが生成され、ホウ素が共沈し、澱物スラリーが得られる。つぎに、必要に応じて、澱物スラリーに凝集剤を添加する。つぎに、澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離する。上澄み液は、原水からホウ素が除去された液であり、系外に排出される。濃縮スラリーの一部は系外に排出される。

濃縮スラリーの残りの一部を原水および／またはリン添加液に供給する。ホウ素を取り込んだハイドロキシアパタイトを含む濃縮スラリーを繰り返すことで、ハイドロキシアパタイトをホウ素の吸着剤としても利用できる。これにより、ハイドロキシアパタイトにより多くのホウ素を捕捉できる。その結果、澱物の発生量を低減できる。

濃縮スラリーの固形分濃度を測定し、測定結果に基づいて濃縮スラリーの繰り返し量（原水および／またはリン添加液への供給量）を調整することが好ましい。具体的には、濃縮スラリーの繰り返し量を、リン添加液に添加されるカルシウム源に含まれるカルシウムに対する濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比（澱物／Ｃａ）が０．１８〜１．０９となる量とすることが好ましい。そうすれば、上澄み液のホウ素濃度を低減できる。

つぎに、実施例を説明する。
図１に示す処理設備１を用いて、原水からホウ素を除去する処理を行なった。原水のホウ素濃度をＩＣＰ−ＯＥＳを用いて測定した。その結果、原水のホウ素濃度は１６ｐｐｍであった。原水の炭酸根濃度を酸滴定により分析した。その結果、原水の炭酸根濃度は５０ｐｐｍであった。また、原水のｐＨは７．５であった。

原水槽１１、第１混合槽１２、第２混合槽１３、凝集槽１４、貯留槽１６として、それぞれ開放円筒型タンクを用いた。原水槽１１、第１混合槽１２、第２混合槽１３、凝集槽１４、貯留槽１６の容量は、それぞれ１００Ｌ、２５０Ｌ、２５０Ｌ、１００Ｌ、１００Ｌである。沈降槽１５として容量１，０００Ｌ、傾斜角度約５°のホッパーを有するシックナーを用いた。原水移送用のポンプ２１としてマグネットポンプを用いた。濃縮スラリー移送用のポンプ２４としてローラーポンプを用いた。

原水移送用のポンプ２１の流量を３Ｌ／分に設定した。すなわち、原水の供給量は３Ｌ／分である。各槽の平均滞留時間は、第１混合槽１２が約８０分、第２混合槽１３が約８０分、凝集槽１４が約３０分、沈降槽１５が約３００分である。

第１混合槽１２にリン源、アルミニウム源、ｐＨ調整剤を添加した。リン源として２．７ｍｏｌ／Ｌのリン酸二水素アンモニウム水溶液を用いた。アルミニウム源として１．０ｍｏｌ／Ｌの硝酸アルミニウム水溶液を用いた。ｐＨ調整剤として１．２ｍｏｌ／Ｌの塩酸を用いた。リン源の添加量を１０ｍＬ／分（Ｐ／Ｂ＝６．１）とした。アルミニウム源の添加量を１ｍＬ／分（Ａｌ／Ｂ＝０．２３）とした。ｐＨ調整剤の添加量は、第１混合槽１２内の液のｐＨが４．７となるように調整した。第１混合槽１２内の液は撹拌装置で撹拌されている。

第２混合槽１３にカルシウム源を添加した。カルシウム源として１．８ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウム水溶液を用いた。カルシウム源の添加量を１０４ｍＬ／分（Ｃａ／Ｐ＝６．９、Ｃａ／Ｂ＝４２．２）とした。第２混合槽１３内のスラリーの液相分のｐＨは１２．０であった。第２混合槽１３内の液は撹拌装置で撹拌されている。

凝集槽１４に凝集剤を添加した。凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤（ＭＴアクアポリマー社製 アコフロックＡ−９７ ０．０１質量％水溶液）を用いた。凝集剤の添加量を３ｍＬ／分とした。凝集槽１４内の液は撹拌装置で撹拌されている。

沈降槽１５で澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離した。沈降槽１５から排出された濃縮スラリーを貯留槽１６で撹拌して、濃縮スラリーの固形分濃度が均一になるようにした。

つぎの手順で濃縮スラリーの固形分濃度を測定した。貯留槽１６内の濃縮スラリーを所定量採取した。採取した濃縮スラリーを濾過、乾燥させ、固形分の重量を測定した。濃縮スラリーの採取量と固形分の重量とから濃縮スラリーの固形分濃度を求めた。

貯留槽１６内の濃縮スラリーの一部を第２混合槽１３に供給した。ここで、濃縮スラリーの繰り返し量を種々の値に変更した。この際、澱物／Ｃａが目標値となるように、濃縮スラリーの固形分濃度に基づいて濃縮スラリー移送用のポンプ２４の流量を調整した。

また、濃縮スラリーの繰り返し量を各条件とした場合において、沈降槽１５から排出された上澄み液のホウ素濃度を測定した。ホウ素濃度の測定はＩＣＰ−ＯＥＳを用いて行なった。

表１に、濃縮スラリーの繰り返し量と上澄み液のホウ素濃度との関係を示す。

海域外へのホウ素の排水基準ではホウ素濃度が１０ｐｐｍ以下に規制されている。表１から分かるように、濃縮スラリーの繰り返し量を澱物／Ｃａ＝０．１８〜１．０９に調整することで、上澄み液のホウ素濃度を、ばらつきを含んでも１０ｐｐｍ以下の低減できることが分かる。

以上より、濃縮スラリーを繰り返すことで、原水からより多くのホウ素を除去できることが確認された。これより、原水のホウ素濃度を目標濃度まで低減するのに要するハイドロキシアパタイトの量を低減できることが分かる。すなわち、処理設備１における澱物の発生量を低減できる。

１ 処理設備
１１ 原水槽
１２ 第１混合槽
１３ 第２混合槽
１４ 凝集槽
１５ 沈降槽
１６ 貯留槽
２２ 戻り流路
２３ 排出流路

Claims (8)

1. ホウ素含有水である原水にリン源を添加し、リン添加液を得る第１混合槽と、
   前記リン添加液にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させ、澱物スラリーを得る第２混合槽と、
   前記澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離する沈降槽と、
   前記濃縮スラリーの一部を前記第１混合槽および／または前記第２混合槽に供給する戻り流路と、を備える
   ことを特徴とするホウ素含有水の処理設備。
2. 前記濃縮スラリーの前記第１混合槽および／または前記第２混合槽への供給量は、前記第２混合槽に添加される前記カルシウム源に含まれるカルシウムに対する前記濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比が０．１８〜１．０９となる量である
   ことを特徴とする請求項１記載のホウ素含有水の処理設備。
3. 前記濃縮スラリーの固形分濃度を測定する濃度測定装置を備える
   ことを特徴とする請求項１または２記載のホウ素含有水の処理設備。
4. 前記原水を曝気する曝気装置を備える
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のホウ素含有水の処理設備。
5. ホウ素含有水である原水にリン源を添加してリン添加液を得、
   前記リン添加液にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させて澱物スラリーを得、
   前記澱物スラリーを上澄み液と濃縮スラリーとに分離し、
   前記濃縮スラリーの一部を前記原水および／または前記リン添加液に供給する
   ことを特徴とするホウ素含有水の処理方法。
6. 前記濃縮スラリーの前記原水および／または前記リン添加液への供給量を、前記リン添加液に添加される前記カルシウム源に含まれるカルシウムに対する前記濃縮スラリーに含まれる固形分の重量比が０．１８〜１．０９となる量に調整する
   ことを特徴とする請求項５記載のホウ素含有水の処理方法。
7. 前記濃縮スラリーの固形分濃度を測定し、測定結果に基づいて前記濃縮スラリーの前記原水および／または前記リン添加液への供給量を調整する
   ことを特徴とする請求項５または６記載のホウ素含有水の処理方法。
8. 前記原水を曝気する
   ことを特徴とする請求項５、６または７記載のホウ素含有水の処理方法。

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