JP3788984B2

JP3788984B2 - 水溶液中の砒素除去処理方法及び水溶液中の砒素除去処理システム

Info

Publication number: JP3788984B2
Application number: JP2003281589A
Authority: JP
Inventors: 秀彦岡田; 健司小原; 和成三橋; 仁和田; 茂夫柳谷
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute for Materials Science; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute for Materials Science; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP2005046728A

Description

本発明は、有害な砒素を有した工業廃水，近年所謂地熱発電等で利用され，あるいは温泉で利用される地熱水などの水溶液からその砒素を捕捉して分離する水溶液中の砒素除去処理方法及び水溶液中の砒素除去処理システムに関する。

従来、有害な砒素を有した工業廃水などの水溶液からその砒素を除去する方法としては、種々のものが知られているが、例えば、水酸化鉄共沈法が主流に用いられている。
この水酸化鉄共沈法は、例えば、特許文献１（特開平１１−３１４０９４号公報）に記載されており、砒素を含有した地熱水に第２鉄イオンとして例えば硫酸第２鉄水溶液を添加して反応させ水酸化鉄を生成し、この水酸化鉄と砒素を共沈させ、共沈により生成されたフロックを沈殿池，砂ろ過等で分離する方法である。

特開平１１−３１４０９４号公報

しかしながら、この従来の水酸化鉄共沈法では、必ずしも砒素の除去効率が十分とはいえず、より一層除去効率を向上させることが望まれている。
また、この水酸化鉄共沈法は、大量処理（数十トン／ｈ）には有効であるが、少量（数トン／ｈ）では費用がかかりすぎるため小規模な施設に不向きであるという問題もあった。また、大量のスラッジが発生するため、この処理も大きな課題である。尚、吸着剤を使った方法もあるが高価であり処理速度が遅いため広がってはいない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、砒素の分離効果を高くして砒素を排水基準以下に容易にできるようにし、砒素の除去効率を向上させるとともに、水溶液中の砒素を除去するための捕捉材の処理効率に優れ、しかも捕捉材を再利用させることができるようにした水溶液中の砒素除去処理方法及び除去処理システムを提供することを目的とする。

このような課題を解決するための本発明の技術的手段は、砒素を含んだ水溶液が入れられた液槽から当該水溶液中の砒素を除去する砒素の除去処理方法において、砒素の吸着性を有する磁性粒子に該水溶液の砒素を吸着させ、該水溶液中の砒素が吸着した該磁性粒子を磁気力によって捕捉して液槽から除去する構成としている。

これにより、砒素の吸着性を有する磁性粒子を用いて水溶液中の砒素を吸着させて、この磁性粒子を磁気力によって捕捉するので、水溶液中の砒素を磁性粒子とともに捕捉することができる。この磁性粒子を、洗浄や分離膜を用いることなく磁気的に処理できるので磁性粒子の処理効率に優れる。

また、必要に応じ、上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子から該砒素を分離する構成とした。砒素が分離した磁性粒子は、再度水溶液中の砒素と吸着させるために利用することができる。

更に、必要に応じ、上記磁性粒子を上記水溶液が入れられた上記液槽に投入する投入工程と、上記液槽中で上記磁性粒子と上記水溶液中の砒素とを吸着させる吸着工程と、上記液槽から砒素が吸着した磁性粒子を除去する除去工程と、上記磁性粒子に吸着した砒素を分離する分離工程と、上記分離した上記磁性粒子を抽出する抽出工程とを備えた構成とした。

この場合、必要に応じ、上記吸着工程を、上記磁性粒子と上記水溶液中の砒素とを接触可能に撹拌して行なう構成とした。撹拌することで、砒素の吸着性を有する磁性粒子と水溶液中の砒素とを吸着し易くすることができる。
また、必要に応じ、上記分離工程を、上記砒素が吸着した磁性粒子を砒素が溶解可能な溶液に混合して行なう構成とした。磁性粒子からは砒素が分離して溶液中に遊離する。そのため、吸着している砒素と磁性粒子とを容易に分離することができる。
更に、必要に応じ、記抽出工程を、上記磁性粒子を磁気力によって吸着して行なう構成とした。磁性粒子は、磁気力によって捕捉することで回収される。磁性粒子を磁石により集めることができ、抽出を容易に行なうことができる。回収した磁性粒子は、再度水溶液中の砒素の捕捉に用いることができる。

そして、上記磁性粒子は、表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えている構成としている。
上記各基の内、例えば、アミノプロピル基を表面に備えた磁性粒子での、砒素を吸着する原理は以下のとおりである。アミノプロピル基の酸解離定数（ｐＫａ）は約９．８である。ｐＨ９．８以下であれば、アミノ基は正電荷を帯びている。このｐＨ領域では砒酸・亜砒酸は負電荷を帯びているので、アミノプロピル基を固定化した磁性粒子表面とイオン交換し吸着するのである。そのため、砒素の吸着効率が極めてよく、捕捉効率が向上させられる。
他の基においても同様である。

よって、上記の磁性粒子に吸着した砒素を分離する場合には、砒素が溶解可能な溶液として、アルカリ溶液を用いる。吸着した砒酸・亜砒酸は、ｐＨを９．８以上にすればアミノ基の電荷が中性になるので粒子表面から解離し、粒子表面の洗浄および砒酸・亜砒酸の濃縮ができる。そのため、磁性粒子の回収が容易になる。即ち、砒素はイオン交換により吸着しているので、溶液のｐＨを変化させることにより、容易に吸着・脱着が可能になり、磁性粒子を繰り返し使用することができ、二次廃棄物が生じない利点をもつ。

尚、本発明の開発段階においては、上記磁性粒子を、ジルコニアフェライトで構成したことが有効であった。
ジルコニアフェライトの磁化は４０［ｅｍｕ／ｇ］であるため，磁気力で捕捉可能である．
また、このジルコニアフェライトが、砒素を吸着する原理は以下のとおりである。ジルコニアフェライトは硫酸溶液などの酸性溶液と接触すると、ジルコニアフェライト表面の水酸化物イオンが硫酸イオンとイオン交換し、表面は硫酸根が吸着した形になる。次に、表面が硫酸イオンに置換したジルコニアフェライトが砒酸、亜砒酸を含んだ溶液と接触すると、今度は硫酸イオンと砒酸、亜砒酸イオンがイオン交換して、表面には砒酸、亜砒酸が吸着する。

この吸着原理であるから、砒素の吸着効率が極めてよく、捕捉効率が向上させられる。また、この吸着原理であるから、磁性粒子として回収が容易になる。
一度、砒酸、亜砒酸を吸着したジルコニアフェライトは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液と接触すると、今度は水酸化物イオンと砒酸、亜砒酸イオンがイオン交換して、元のジルコニアフェライトに戻る。アルカリ溶液中には砒酸、亜砒酸が回収、濃縮される。また、ジルコニアフェライトはこのサイクルを繰り返すので、再利用可能となり、かつ二次廃棄物を生じないという利点を持つ。

また、上記課題を解決するため、本発明の水溶液中の砒素除去処理システムは、水溶液中の砒素を除去する水溶液中の砒素除去処理システムにおいて、上記砒素を含む水溶液が入れられるとともに砒素の吸着性を有する磁性粒子が入れられる液槽と、該液槽中の混合液を上記水溶液中の砒素と上記磁性粒子とが吸着可能に撹拌する撹拌手段と、上記混合液から上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子を捕捉する捕捉手段と、上記捕捉され上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子から該砒素を分離する分離槽と、上記分離槽で分離した磁性粒子を抽出する抽出手段とを備えて構成した。

そして、必要に応じ、上記捕捉手段を、磁化装置と該磁化装置で磁化されることにより上記磁性粒子を捕捉する磁気フィルタとを備えて構成した。
また、必要に応じ、上記抽出手段を、上記分離槽にて分離した磁性粒子を磁気的に抽出する磁気抽出部を備えて構成した。
この水溶液中の砒素除去処理システムにおいても、上記磁性粒子は、表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えているものを用いている。
尚、本発明の開発段階においては、上記磁性粒子は、ジルコニアフェライトで構成されていることが有効であった。

本発明の水溶液中の砒素除去処理方法及び除去処理システムによれば、砒素の吸着性を有する磁性粒子を用いて水溶液中の砒素を吸着させて、磁性粒子を磁気力により捕捉することができ、水溶液中の砒素を磁性粒子とともに捕捉することができる。捕捉した磁性粒子は、洗浄や分離膜により除去することなく磁気的に除去できるので処理効率に優れている。また、水溶液中の砒素と磁性粒子とは吸着されているので分離を容易にすることができる。この結果、本発明は使用済みの砒素の処理に極めて有用になる。

また、水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子から砒素を分離する構成とした場合には、分離した磁性粒子を水溶液中の砒素と吸着させるために再利用させることができる。
更に、砒素の吸着性を有する磁性粒子を砒素が入れられた液槽に投入する投入工程と、水溶液中の砒素含有水中、砒素の吸着性を有する磁性粒子と水溶液中の砒素とを吸着させる吸着工程と、液槽から磁性粒子に吸着した水溶液中の砒素を除去する除去工程と、磁性粒子に吸着した砒素を分離する分離工程と、分離した磁性粒子を抽出する抽出工程とを備えた構成とした場合には、水溶液中の砒素の捕捉処理、磁性粒子からの砒素の分離処理及び磁性粒子を再利用するための抽出処理を効率良く行なうことができる。

更にまた、吸着工程を、磁性粒子と水溶液中の砒素とを接触可能に撹拌して行なう構成とした場合には、撹拌という容易な操作で磁性粒子と水溶液中の砒素とをより吸着し易くすることができる。
また、分離工程を、水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子を砒素を溶解する溶液に混合して行なう構成とした場合には、砒素を容易に分離することができる。
更に、抽出工程を、磁性粒子を磁気的に吸着して行なう構成とした場合には、磁石で砒素の吸着性を有する磁性粒子を集めて再利用させることができる。

即ち、本発明によれば、砒素の分離効果を高くして砒素を排水基準以下に容易にできるようになり、砒素の除去効率を向上させることができるとともに、水溶液中の砒素を除去するための捕捉材の処理効率に優れ、しかも捕捉材を再利用させることができるようになる。
このため、装置が小さく管理を容易にすることができ、例えば、廃水処理のみならず、温泉旅館等の小規模な施設での利用に有効である。現在砒素を排出している多くの温泉旅館等で使われれば、砒素の環境への排出が減り、社会的貢献は非常に大きい。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法及び除去処理システムを説明する。
図１及び図２は本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法が実現される水溶液中の砒素除去処理システムの図であり、図３は本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法の処理工程を示す図である。

先ず、水溶液中の砒素除去処理方法において、水溶液中の砒素Ｈを除去するための捕捉材として用いる磁性粒子Ｐについて説明する。
磁性粒子Ｐは、表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えたものであり、粒径１０ｎｍ以上、飽和磁化が０．０３Ｔ（テスラ）以上、イオン交換容量が０．７ｍｅｑ／ｇ以上のものが好ましい。

磁性粒子Ｐとしては、磁性金属微粒子，磁性金属酸化物微粒子または砂鉄のうち少なくとも１つを用いた。また、磁性粒子Ｐは、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの場合には、磁気力によって捕捉させ易く、イオン交換作用に関わる単位表面積が増加する。

磁性金属微粒子としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｇｄ，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｐｔ合金，Ｆｅ−Ｐｄ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ合金，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ合金，Ｍｎ−Ａｌ合金，Ｍｎ−Ｚｎ合金，Ｍｎ−Ｇａ合金，Ｍｎ−Ｃｕ−Ａｌ合金，Ｆｅ₄ Ｎ，Ｍｎ₃ ＣｕＮ，Ｆｅ₃ ＮｉＮ，Ｆｅ₃ ＰｔＮ，Ｆｅ₂ Ｎ_0.75，Ｆｅ₂ Ｎ，Ｆｅ₂ Ｎ，Ｎｉ₃ Ｎ_1.10，ＣｄＣｒ₂ Ｓ₄ ，ＣｄＣｒ₂ Ｓｅ，Ａｇ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｃｒ₂ Ｓｅ₄ ，ＨｇＣｒ₂ Ｓ₄ ，ＣｕＣｒ₂ Ｓｅ₃ Ｂｒ，Ｃｕ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｃｒ₂ Ｓｅ₄ ，ＥｕＢ₆ ，Ｅｕ₃ Ｐ₃ ，Ｅｕ₃ Ａｓ₂ ，ＭｎＡｓ，ＭｎＳｂ，ＭｎＢｉ，ＣｒＴｅ₄ ，ＮｉＭｎＳｂ，ＰｂＭｎＳｂ等が挙げられる。

磁性金属酸化物微粒子としては、α−ヘマタイト，γ−ヘマタイト，マグネタイト，ＭｎＦｅ₂ Ｏ₄ ，ＣｏＦｅ₂ Ｏ₄ ，ＣｕＦｅ₂ Ｏ₄ ，ＭｇＦｅ₂ Ｏ₄ ，ＺｕＦｅ₂ Ｏ₄ ，ＬｉＦｅ₅ Ｏ₈ ，Ｌｉ_0.5 Ｆｅ_2.5 Ｏ₄ ，Ｆｅ−Ｃｏフェライト，Ｓｍ−Ｃｏフェライト，Ｍｎ−Ｆｅフェライト，Ｍｎ−Ｚｎ−Ｆｅフェライト，Ｍｎ−Ｍｇ−Ｆｅフェライト，Ｎｉ−Ｚｕ−Ｆｅフェライト，Ｌｉ−Ｚｕ−Ｆｅフェライト，ＭｎＦｅ₂ Ｏ₄ −ＭｎＣｒ₂ Ｏ₄ 系，Ｆｅ₃ Ｏ₄ −ＦｅＣｒ₂ 系，ＮｉＦｅ₂ Ｏ₄ −ＮｉＣｒ₂ Ｏ₄ 系，ＣｕＦｅ₂ Ｏ₄ −ＣｕＣｒ₂ Ｏ₄ 系，Ｌｉ_0.5 Ｆｅ_2.5 −Ｌｉ_0.5 Ｃｒ_2.5 Ｏ₄ 系，マンガナイト，ＣａＦｅ₄ Ｏ₇ ，Ｔｉ₂ Ｏ₃ ，コランダム型磁性体，イルメナイト型磁性体，Ｍｎ−Ｃｒ−Ｓｂ系，Ｙ₃ Ｆｅ₅ Ｏ，ハイドロキシアパタイトセラミック，フルオロアパタイトセラミック等が挙げられる。

これら磁性金属微粒子，磁性金属酸化物微粒子は、強磁性体であることが好ましく、特にフェライト化法により合成したマグネタイトがより好ましい。磁気的に捕捉され易くなり、画一化した製法により容易に得ることができるからである。

次に、水溶液中の砒素除去処理方法について説明する。本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法は、図１に示す水溶液中の砒素除去処理システムＳにおいて実現される。そのため、実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法は、水溶液中の砒素除去処理システムＳの作用において説明する。

水溶液中の砒素除去処理システムＳは、砒素を含む水溶液が入れられるとともに表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えた磁性粒子Ｐが入れられた液槽１と、液槽１中の混合液を水溶液中の砒素Ｈと磁性粒子Ｐとが吸着可能に撹拌する撹拌手段２と、混合液から水溶液中の砒素Ｈが吸着した磁性粒子Ｐを捕捉する捕捉手段３と、捕捉され水溶液中の砒素Ｈが吸着した磁性粒子Ｐから水溶液中の砒素Ｈを分離するアルカリ溶液が入れられた分離槽４と、分離槽４で分離した磁性粒子Ｐを抽出する抽出手段５とを備えて構成した。

液槽１は、水溶液が収容される容器であればよく、特に限定されるものではない。
撹拌手段２は、特に限定されることなく水溶液中の砒素Ｈと磁性粒子Ｐを十分に混合することができるものであればよい。撹拌手段２には、液槽１内の溶液を回転させることができる棒状体を用いることができる。

捕捉手段３は、図２に示すように、液槽１と分離槽４との間の流路Ｘに設けられ、磁化装置６と磁化装置６で磁化されることにより磁性粒子Ｐを捕捉する磁気フィルタ７とを備えている。
磁化装置６は超伝導マグネットであり流路Ｘ内部に設けられた磁気フィルタ７の部分の流路Ｘ外部を覆うように設置している。
磁気フィルタ７は、磁性細線Ｌからなる多層メッシュで形成され磁化装置６により生じた磁場により生じる磁力線に対して磁性細線Ｌが直角になるように配置される（図２（２）参照）。従って、磁化の際に磁性細線Ｌの表面近傍に磁気勾配が生じる。
磁性細線Ｌは、付着する磁化物質の物理量に応じて付着し易い大きさ（直径）であればよい。磁性細線Ｌの材質としては、磁化されるものであればよいが必要に応じて消磁化できる軟磁性材料の強磁性体が好ましい。

捕捉手段３では、捕捉した磁性粒子Ｐを回収する逆洗処理も行なう。逆洗処理では、磁性粒子Ｐが付着した磁気フィルタ７を消磁化して水で洗浄して磁気フィルタ７に付着した磁性粒子Ｐを除去している。

分離槽４は、水溶液中の砒素Ｈが吸着した磁性粒子Ｐから水溶液中の砒素Ｈを分離することができるアルカリ溶液が入れられる容器であればよい。アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等が挙げられる。

抽出手段５は、分離槽４にて分離した磁性粒子Ｐを磁気的に抽出する磁気抽出部を備えて構成した。磁気抽出部は、分離槽４に接続し超伝導マグネットを用いて固液分離を行ない磁性粒子Ｐを吸着するようにしている。

従って、本発明の水溶液中の砒素除去処理システムＳによれば、図３に示す処理工程に従って、磁性粒子Ｐを用いて例えば使用済みの水溶液中の砒素Ｈを除去することができ、かつ用いた磁性粒子Ｐを再利用可能にする。

（投入工程）
砒素が溶解した水溶液の入った液槽１に磁性粒子Ｐを投入する。

（吸着工程）
液槽１内の撹拌を行なう。撹拌を行なうことにより水溶液中の砒素Ｈと磁性粒子Ｐとは効率よく吸着する。

（除去工程）
撹拌した液槽１内の溶液を、捕捉手段３に供給し磁性粒子Ｐの磁気捕捉を行なう。磁気的捕捉は、磁化された磁気フィルタ７に液槽１内の溶液を供給することにより磁化されている磁性粒子Ｐが磁気フィルタ７に付着することにより行なわれる。磁気フィルタ７に付着した磁性粒子Ｐは、逆洗されて回収される。

（分離工程）
回収された磁性粒子Ｐは、アルカリ溶液が入れられた分離槽４に供給され水溶液中の砒素Ｈが吸着している磁性粒子Ｐからは水溶液中の砒素Ｈが分離してアルカリ溶液中に遊離する。水溶液中の砒素Ｈは、溶解度のより高いアルカリ溶液に溶けるので、アルカリ溶液の介在により磁性粒子Ｐより脱離されるためである。

（抽出工程）
分離槽４内に遊離している磁性粒子Ｐは、磁気力によって捕捉することで分離槽４内から回収される。回収された磁性粒子Ｐは、再度水溶液中の砒素Ｈの捕捉に用いることができる。

次に、本発明の開発段階において提案された磁性粒子ついて説明する。これは、上記の表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えた磁性粒子Ｐに変えて、ジルコニアフェライトを用いたものである。
作用，効果は上記とほぼ同じであるが、上記とは以下の点が異なる。即ち、ジルコニアフェライトはその粒径が大きいので沈殿し易く、回収が容易になるとともに、多孔質なので大きい粒径でも比表面積が大きく、そのため、磁気力による捕捉が容易になる．

次に、本発明の実施例について示す。実施例での磁性粒子Ｐは、表面にアミノプロピル基を備えたものである。
（アミノプロピル基修飾磁性微粒子の作成）
３００ｍＬ三口フラスコに１００ｍＬの脱水トルエンを加えた。約１００ｇのフェライト化法により作成したマグネタイトを添加し攪拌機でよく攪拌した。ここにアミノプロピルトリメトキシシラン約１０ｍＬを添加した。添加後、三口フラスコに還流管，温度計を取り付け、攪拌しながら、１２０〜１３０度の油浴で５時間還流した。反応後、トルエン，アセトンの順番で生成物をよく洗浄した。洗浄後、室温放置でアセトンを蒸発させた後、減圧乾燥にて生成物を乾燥させ、乳鉢で粉体にした。

（砒素吸着）
上記のアミノプロピル基修飾磁性微粒子を０．２［Ｍｏｌ／Ｌ］塩酸ですすぎ表面を活性化した。
砒素を含んだ水溶液として、近年、所謂地熱発電等で利用される高温の地熱水（地下熱水）を用いた。１００℃の地熱水１００ｍＬに市販塩酸を数滴添加し酸性にし、アミノプロピル基修飾磁性微粒子を、０．１ｇ，０．５ｇ，１ｇ，２ｇそれぞれ添加した。１分間ほど攪拌し磁気分離により固液分離した。液体を砒素検出試薬で呈色させ残留砒素濃度を測定した。微粒子表面の洗浄および砒素の濃縮は、２０ｍＬの０．１［Ｍｏｌ／Ｌ］ＮａＯＨ水溶液により行なった。

（アミノプロピル基修飾磁性微粒子物性評価）
１．磁化測定
作成したアミノプロピル基修飾磁性微粒子は強磁性体であり、飽和磁化は５０〜６０［ｅｍｕ／ｇ］となった。
２．比表面積
作成したアミノプロピル基修飾磁性微粒子の比表面積は４１［ｍ²／ｇ］であった。
３．ゼータ電位
作成したアミノプロピル基修飾磁性微粒子のゼータ電位はｐＨ７で−８．７ｍＶとなった。

（砒素除去実験結果）
処理後の溶液の呈色試験結果を検討した。この結果から、地熱水１００ｍＬにアミノプロピル基修飾磁性微粒子を０．１ｇ添加したものは、残留砒素濃度が約１［ｍｇ／Ｌ］，同様に０．５ｇ添加したものは約０．１〜０．２［ｍｇ／Ｌ］，１ｇ以上添加したものは０．１「ｍｇ／Ｌ」となった。排出基準を満たすにはアミノプロピル基修飾磁性微粒子を少なくとも０．５ｇ以上添加する必要がある。
また、使用済みアミノプロピル基修飾磁性微粒子を２０ｍＬの０．１［Ｍｏｌ／Ｌ］ＮａＯＨ水溶液で洗浄，濃縮した。１０［ｍｇ／Ｌ］以上に濃縮できた。

実験例

また、本発明の開発段階において提案されたジルコニアフェライトを用いたものについであるが、吸着実験（カラム通水法）を行なった。
この実験は、ジルコニアフェライト（以下、ＺＦと略す）の造球品５０ｍＬを蒸留水１００ｍＬに１７時間浸漬したあと、カラムに３０ｍＬ充填した。
次に、Ａ温泉試料（ｐＨ：７．４，Ａｓ：１．３ｍｇ／Ｌ，Ｎａ：１６５０ｍｇ／Ｌ，Ｋ：４２８ｍｇ／Ｌ，Ｃａ：１９ｍｇ／Ｌ，Ｓｉ：４１９ｍｇ／Ｌ）をカラムに通液速度ＳＶ＝１０ｈｒ−１（３００ｍＬ／ｈｒ）にて通液した（４０℃）。
カラム出口液について、ｐＨ，Ａｓ濃度は２，４，６，８，２４，３６時間毎に試料を採取して分析した。また、Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｓｉ濃度は２４時間後試料について分析した。分析はｉｃｐ−ＭＳにて行なった。実験結果を図４及び図５に示す。

図４では、出口液の砒素濃度の時間変化の実験結果を示した。液を流し始めてから３６時間までは環境基準０．０１ｍｇ／Ｌ以下で十分吸着能力があるが、３６時間を超すと吸着能力が落ちるが依然排水基準（０．１ｍｇ／Ｌ）以下であることが分かる。
図５では、２４時間後の分離前後の液の成分を比較している。砒素のみが大幅に低減し他の成分には変化がない事が分かる。これは、ＺＦが砒素を選択的に吸着していることを示している。
この結果から、
（１）ＺＦを用いて、温泉中のＡｓを排水基準（０．１ｍｇ／Ｌ）以下にまでできることがわかった。
（２）ＺＦはＡｓに対して、選択性をもつことがわかった。

本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法が実現される水溶液中の砒素除去処理システムを示す図である。本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法が実現される水溶液中の砒素除去処理システムの捕捉手段を示し、（１）は捕捉手段の構成を示す図であり、（２）は磁気フィルタを示す図である。本発明の実施の形態に係る水溶液中の砒素除去処理方法の処理工程を示す図である。本発明の開発段階において提案されたジルコニアフェライトを用いた吸着実験に係り、カラムの出口液における時間毎のｐＨ，Ａｓ濃度を示す表図である。本発明の開発段階において提案されたジルコニアフェライトを用いた吸着実験に係り、カラムの入口及び出口液における２４時間後の含有成分を示す表図である。

符号の説明

Ｓ砒素除去処理システム
Ｐ磁性粒子
Ｈ砒素
１液槽
２撹拌手段
３捕捉手段
４分離槽
５抽出手段
６磁化装置
７磁気フィルタ

Claims

砒素を含んだ水溶液が入れられた液槽から当該水溶液中の砒素を除去する砒素の除去処理方法において、
砒素の吸着性を有し、表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えた磁性粒子を用い、該磁性粒子に該水溶液の砒素を吸着させ、該水溶液中の砒素が吸着した該磁性粒子を磁気力によって捕捉して液槽から除去することを特徴とする水溶液中の砒素除去処理方法。
上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子から該砒素を分離することを特徴とする請求項１記載の水溶液中の砒素除去処理方法。
上記磁性粒子を上記水溶液が入れられた上記液槽に投入する投入工程と、
上記液槽中で上記磁性粒子と上記水溶液中の砒素とを吸着させる吸着工程と、
上記液槽から砒素が吸着した磁性粒子を除去する除去工程と、
上記磁性粒子に吸着した砒素を分離する分離工程と、
上記分離した上記磁性粒子を抽出する抽出工程と、
を備えて構成したことを特徴とする請求項１または２記載の水溶液中の砒素除去処理方法。
上記吸着工程を、上記磁性粒子と上記水溶液中の砒素とを接触可能に撹拌して行なうことを特徴とする請求項３記載の水溶液中の砒素除去処理方法。
上記分離工程を、上記砒素が吸着した磁性粒子を砒素が溶解可能な溶液に混合して行なうことを特徴とする請求項３または４記載の水溶液中の砒素除去処理方法。
上記抽出工程を、上記磁性粒子を磁気力によって吸着して行なうことを特徴とする請求項３，４または５記載の水溶液中の砒素除去処理方法。
水溶液中の砒素を除去する水溶液中の砒素除去処理システムにおいて、
上記砒素を含む水溶液が入れられるとともに砒素の吸着性を有する磁性粒子が入れられる液槽と、
該液槽中の混合液を上記水溶液中の砒素と上記磁性粒子とが吸着可能に撹拌する撹拌手段と、
上記混合液から上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子を捕捉する捕捉手段と、
上記捕捉され上記水溶液中の砒素が吸着した磁性粒子から該砒素を分離する分離槽と、
上記分離槽で分離した磁性粒子を抽出する抽出手段とを備えて構成し、
上記磁性粒子は、表面にアミノプロピル基，エチレンジアミン−Ｎ−プロピル基，ジエチルアミノプロピル基，トリメチルアミノプロピル基の少なくともいずれか１つの基を備えていることを特徴とする水溶液中の砒素除去処理システム。
上記捕捉手段を、磁化装置と該磁化装置で磁化されることにより上記磁性粒子を捕捉する磁気フィルタとを備えて構成したことを特徴とする請求項７記載の水溶液中の砒素除去処理システム。
上記抽出手段を、上記分離槽にて分離した磁性粒子を磁気的に抽出する磁気抽出部を備えて構成したことを特徴とする請求項７または８記載の水溶液中の砒素除去処理システム。