JP3994227B2 - 濃厚リン酸含有排水の処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、濃厚リン酸含有排水の処理方法に関し、特に、少ない薬品添加量で排水中のリンを効率よく回収し且つ二次利用できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工場における窒化膜のエッチング処理工程等で排水される排水は、リン酸が1〜50%含有され、pHが1〜2と高い。従来、高濃度のリンを含有する排水は、主に、水酸化カルシウム(消石灰)などのカルシウム含有化合物を用いた凝集沈殿法により処理されてきた。例えば、特公昭53−43743号公報には、フッ素をカルシウムイオン、リン酸イオンとpH3.5〜7で反応させてフッ素を不溶化物として分離した後のリン含有処理水の処理として、当該処理水をpH9以上に調整することによりリン酸を不溶化物として除去する方法が開示されている。
【0003】
このときの反応式は以下のとおりである。
【0004】
3Ca2+ + 2H3PO4 → Ca3(PO4)2↓ (1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように消石灰を添加することによりリン濃度を十分な濃度まで低減するためにはかなり過剰の消石灰を添加する必要があり、通常、5mg−P/l以下にするためには、化学量論量の2〜2.5倍の消石灰を添加してpHを10〜11程度にする必要があった。また、このように消石灰を過剰に添加すると、沈殿物の沈降性、濃縮性が乏しいので、その後の処理液の取り扱いが困難であるという難点もあった。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑み、低減した添加薬剤で排水中のリン酸を二次利用できる形態で効率よく回収することができる濃厚リン酸含有排水の処理方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明は、半導体製造工場における窒化膜のエッチング処理工程で排水される排水であるリン酸濃度1〜50%の濃厚リン酸含有処理排水を、pH5〜7の条件で水酸化カルシウムと反応させてリン酸一水素カルシウムを生成し、これを不溶性物として凝集沈澱法を用いることなく直接脱水機で当該不溶物と一次処理液とに分離する第1の工程と、この第1の工程の一次処理液をpH9〜11の条件で水酸化カルシウムと反応させて生成した不溶性物を分離する第2の工程と、この第2の工程で分離した不溶性物を前記第1の工程で処理する前記濃厚リン酸含有処理排水に溶解させる第3の工程とを有することを特徴とする濃厚リン酸含有排水の処理方法にある。
【0008】
ここで、前記第1の工程での水酸化カルシウムの添加量は、例えば、前記濃厚リン酸含有処理水に含有されるリン酸のP当量に対して、Ca当量がほぼ同一となるようにする。
【0009】
また、前記第2の工程での水酸化カルシウムの添加量は、例えば、前記一次処理水に含有されるリン酸のP当量に対して、Ca当量がほぼ2〜2.5倍となるようにする。
【0010】
また、前記第3の工程は、例えば、pHが2より低い条件で行う。
【0011】
本発明によれば、低い添加薬剤で濃厚リン酸含有排水中のリン酸をほぼ純粋なリン酸一水素カルシウム(CaHPO4)として回収でき、また、このCaHPO4は資源として再利用できる。
【0012】
本発明の第1の工程では、リン酸をCaHPO4として回収する。すなわち、pH5〜7の条件で濃厚リン酸含有排水とCa(OH)2とを反応させることにより、リン酸をCaHPO4として回収する。なお、このときの反応式は以下のとおりである。
【0013】
Ca2+ + H3PO4 → CaHPO4 (2)
上述した反応式(1)においては、Ca:P=3:2であるのに対し、この反応式(2)では、Ca:P=1:1である。したがって、本発明によると、Pに対するCaの添加当量は、従来と比較して三分の二に低減される。また、pH5〜7の条件で反応させればよいので、Pに対して必要なCaは、CaHPO4としてほぼ当量程度でよく、従来のように過剰のCaを添加する必要がない。また、これにより、CaHPO4はほぼ純粋な形で回収でき、資源利用等の各種用途に利用できる。
【0014】
このように濃厚リン酸含有排水を処理すると、例えば、100g−H3PO4/lの排水とした場合、CaHPO4は10〜15%程度の濃度となるため、直接脱水機により、不溶性物と一次処理液とに分離することができる。
【0015】
このように本発明の第1の工程で得られた一次処理液は、まだリン酸濃度が高いため、第2の工程で、さらに、Ca(OH)2をpH9〜11の条件で添加することにより、リン酸を沈殿させ、処理液濃度を、例えば、5mg−P/l以下と十分に低減させる。なお、かかる第2の工程は、過剰のCa(OH)2を添加し、pH9〜11の条件で反応させているため、不溶性物はCa3(PO4)2の形態になっている。
【0016】
この第2の工程の不溶性物は、例えば、沈降分離等により分離し、第1の工程の原液である濃厚リン酸含有排水に溶解させる。ここで、不溶化物は、次式にしたがって再溶解する。なお、この再溶解は、pH<2の条件で生じる。
【0017】
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca2+ + 6H2PO4 - (3)
そして、このようにして再溶解により生成したH2PO4 -は、上述した第1の工程で、CaHPO4として沈殿させることができる。したがって、本発明では、全てのリン酸を純度の高いCaHPO4として回収することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0019】
図1には、本発明方法の実施の形態の説明するための濃厚リン酸含有排水の処理装置を概念的に示す。同図に示すように、溶解槽10、CaHPO4生成槽20、脱水槽30、処理水仕上槽40および沈殿槽50が順次載置されている。
【0020】
本発明方法を実施するためには、まず、CaHPO4生成槽20に、溶解槽10中の濃厚リン酸含有排水を導入するとともに、Ca(OH)2を導入し、両者をpH5〜7の条件で反応させる。この反応は、例えば、150rpmで撹拌しながら10〜30時間程度行う。
【0021】
次いで、CaHPO4生成槽20で生成したCaHPO4生成物を脱水機30で分離し、濾液を処理水仕上槽40に導入する。
【0022】
処理液仕上槽40には、濾液と共にCa(OH)2を導入し、両者をpH9〜11の条件で反応させる。この反応は、例えば、30分程度行えばよい。
【0023】
続いて、この反応性性物を沈殿槽50に移し、例えば、3時間程度放置して沈殿物を分離する。ここで、分離された沈殿物は溶解槽10に戻して、濃厚リン酸含有排水に溶解し、沈殿槽の処理液は排出する。
【0024】
(実施例)
H3PO4(85%)を170℃で2時間加熱した後、100g−H3PO4/lに希釈した原水を濃厚リン酸含有排水として使用し、図1に示す装置を用い、上述したフローにしたがって処理を実施した。なお、ここで用いた原水は、半導体工場の窒化膜エッチングにおいて、85%リン酸が170℃で加熱した状態で用いられ、その後リンス液と混合されて10%程度の濃度になる排水を再現したものである。
【0025】
本実施例では、250mlの溶解槽10、25lのCaHPO4生成槽20、250mlの処理水仕上槽40および3lの沈殿槽50を用い、脱水機30の代わりに濾紙(5C)を用いた濾過を行った。原水は、1l/hrの流量で溶解槽10に導入し、また、沈殿槽50からの処理液も1l/hrで溶解槽10に戻すようにし、溶解槽10での溶解時間30分、CaHPO4生成槽20での反応時間24時間、処理水仕上槽40での反応時間30分、沈殿槽50での堆積時間3時間とした。また、CaHPO4生成槽20へのCa(OH)2添加量は、Ca当量/P当量=1.00とし、CaHPO4生成槽20のpHは6、処理液仕上槽40のpHは10とした。
【0026】
以上の処理の結果、CaHPO4生成槽20での反応後の濾液中のH3PO4濃度は、10g/lであり、最終処理液のリン濃度は、1mg−P/l以下であり、濾過により分離された沈殿物の乾燥後の組成は、CaHPO4が98%であり、再利用可能なものであった。
【0027】
ここで、乾燥後の組成は、105℃で乾燥後、塩酸で溶解し、Caを吸光度法で分析し、さらに、NaOHで中和後、イオンクロマトグラフィにより、PO4 2-を測定しすることにより決定した。なお、CaHPO4は、X線回折により確認された。
【0028】
(比較例)
実施例と同様な原水を図2に示すようなフローで処理した。すなわち、24lの処理槽100に100g−H3PO4/lの原水を、1l/hrの流量で導入し且つCa(OH)2を添加して、24時間反応させ、その反応性性物を濾紙(5C)110およびロート120を用いて濾過した。ここで、処理槽100のpHは10とし、Ca(OH)2添加量は、Ca当量/P当量=2.25とした。
【0029】
このような処理の結果、処理水のリン濃度は、1mg−P/lであり、濾別された不溶化物の組成は、Ca3(PO4)2が68%、Ca(OH)2が28%であった。なお、乾燥後の組成は、上述した実施例と同様な方法で決定した。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、濃厚リン酸含有排水から、低減した添加薬剤で排水中のリン酸を二次利用できる形態で効率よく回収することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する処理装置の一例を概念的に示す模式図である。
【図2】比較例の処理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
10 溶解槽
20 CaHPO4生成槽
30 脱水機
40 処理水仕上槽
50 沈殿槽
Claims (2)
- 半導体製造工場における窒化膜のエッチング処理工程で排水される排水であるリン酸濃度1〜50%の濃厚リン酸含有処理排水を、pH5〜7の条件で水酸化カルシウムと反応させてリン酸一水素カルシウムを生成し、これを不溶性物として凝集沈殿法を用いることなく直接脱水機で当該不溶物と一次処理液とに分離する第1の工程と、この第1の工程の一次処理液をpH9〜11の条件で水酸化カルシウムと反応させて生成した不溶性物を分離する第2の工程と、この第2の工程で分離した不溶性物を前記第1の工程で処理する前記濃厚リン酸含有処理排水に溶解させる第3の工程とを有することを特徴とする濃厚リン酸含有排水の処理方法。
- 請求項1において、前記第1の工程での水酸化カルシウムの添加量を、前記濃厚リン酸含有処理排水に含有されるリン酸のP当量に対して、Ca当量がほぼ同一となるようにすることを特徴とする濃厚リン酸含有排水の処理方法。
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