JP4114091B2 - 液体浄化装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、焼却炉からの廃水等、微粒子、重金属イオン等を含んだ廃水を浄化する液体浄化装置に関するものである。
【0002】
従来、0.1μm等の非常に微細な微粒子を含んだ廃水の浄化は、セラミックフイルタでも対応できず、中空糸で除去するしか対策が無く、その目詰まりによるランニングコストが高く、とても対応できなかった。
このため、従来では廃水に凝集剤を投入して微粒子を凝集させて沈降させ、フイルタプレスで濾過していた。
また、廃水中の重金属イオンの除去は、上記の如き凝集剤の投入、あるいは、キレート樹脂で除去するか、または、イオン交換樹脂を用いて除去するしか対策が無かった。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】
従来の装置は上記のような対策がなされ、非常に微細な微粒子の除去は、凝集剤の投入により微粒子を凝集剤と共に凝集沈殿させているため、凝集剤を大量に投入せねばならず、またこれにより、多量の沈殿物が発生し、そのフイルタプレスによる加圧濾過作業が膨大となる課題があった。
また、重金属イオンの除去も、上記と同様に凝集剤の投入による方法では、上記と同様の課題があり、また、キレート樹脂・イオン交換樹脂で除去する方法では、ランニングコストが多大になる課題があった。
【0004】
この発明は、上記のような従来のものの課題を解消するためになされたもので、塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤の、特に水酸化マグネシュウムの電荷0ポイントに着目し、吸着剤の金属イオンを若干高くすることにより、単なるフイルタ構造で凝集濾過ができ、重金属イオンを除去するようにしたものである。
【0005】
即ち、水酸化マグネシュウムの電荷0ポイントはpH12であり、pH12以下の水溶液中では、水溶液中にOH−基を溶出し、水酸化マグネシュウムの表面は+電位となり、金属イオンが若干高くなる。一方、pH12以上の水溶液中では、水溶液中のOH−基を取り込み、水酸化マグネシュウムの表面は−電位となり、金属イオンが若干低くなる。
【0006】
また、現在知られているあらゆる物質の電荷0ポイントは、水酸化マグネシュウムの電荷0ポイントpH12よりも低い。例えば、鉄粉の場合、水溶液中に混入すると水酸化鉄となり、その電荷0ポイントはpH4である。
このため、pH12の以下の水溶液中では、鉄粉、シリコン、ガラス等、殆どの物質は−電位となり、金属イオンが若干高く表面が+電位の水酸化マグネシュウムに吸引され、互いに引力が作用する距離まで近づき凝集する。
但し、pH6以下の水溶液中では水酸化マグネシュウムが溶解し、その使用し得る水溶液のpHの範囲はpH6〜pH12である。
一方、亜鉛、ニッケル、鉛等の水溶液中の重金属イオンは、水酸化マグネシュウムから水溶液中に溶出したOH−基と結合して水酸化物となり、この水酸化物は金属イオンが若干高く表面が+電位の水酸化マグネシュウムに吸引され、互いに引力が作用する距離まで近づき凝集する。
この発明は、pH12以下の水溶液中では水酸化マグネシュウムからOH−基が溶出し、その表面電位が若干高くなる現象を利用して、凝集濾過・重金属イオンの除去を、単なるフイルタ構造で行えるようにしたものである。
【0007】
[請求項1]の発明は、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの電荷0ポイントの性状を利用して、換言すれば水酸化マグネシュウムのOH−基の溶出を利用して吸着剤の金属イオンを若干高くし、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤を用いず凝集濾過する。
[請求項2]の発明は、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの電荷0ポイントの性状を利用して、換言すれば水酸化マグネシュウムのOH−基の溶出を利用して吸着剤の金属イオンを若干高くし、廃水中の重金属イオンと水酸化マグネシュウムから廃水中に溶出したOH−基とを結合させ、重金属イオンを水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子を、金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
[請求項3]の発明は、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムから廃水中に溶出したOH−基と、電極装置によって廃水中に発生したOH−基とを、廃水中の重金属イオンに結合させて水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子を凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
[請求項4]の発明は、第一,第二の濾過層間にセルローズの粉末からなる吸着剤を設置し、電極装置によって廃水中に発生したOH−基を、廃水中の重金属イオンに結合させて水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子をセルローズの粉末からなる吸着剤と、第二の濾過層とで絡め取り、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
[請求項1]の発明は、液体を浄化する第一,第二の濾過層と、第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも2%から98%の塩基性硫酸マグネシュウムと98%から2%の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけ凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにして実現した。
[請求項2]の発明は、液体を浄化する第一,第二の濾過層と、第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも2%から98%の塩基性硫酸マグネシュウムと98%から2%の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを前記吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取るようにして実現した。
[請求項3]の発明は、液体を浄化する第一,第二の濾過層と、第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤と、廃水中にOHイオンを発生させる電極装置とを備え、吸着剤からの水酸基と電極装置からのOHイオンとを、廃水中の重金属イオンに結合させて固形化させ、この固形化した粒子を凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にして実現した。
[請求項4]の発明は、液体を浄化する第一,第二の濾過層と、第一,第二の濾過層間に設置されたセルローズの粉末からなる吸着剤と、廃水中にOHイオンを発生させる電極装置とを備え、電極装置からのOHイオンを廃水中の重金属イオンに結合させて固形化させ、この固形化した粒子を、吸着剤並びに第二の濾過層で絡め取る様にして実現した。
【0009】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1は、この発明の一実施例を示す側面断面図である。
図において、容器1の廃液注入口2から、例えば、微粒子、重金属イオンを含んだ廃液が、ポンプによって圧入される。第一,第二の濾過層3,4は、容器1内に設置され、吸着剤5は、第一,第二の濾過層3,4間に充填されている。
【0010】
吸着剤5は、例えば、
【化学式1】
MgSO4・5Mg(OH)2・3H2O
で示される塩基性硫酸マグネシュウムを94%以上と、
【化学式2】
Mg(OH)2
で示される水酸化マグネシュウムを6%以下と、
【化学式3】
MgSO4
で示される硫酸マグネシュウム0.5%以下とからなっており、その形状は、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状となっている。
【0011】
また、その成分含有比率は、上記実施例のみに限らず
【化学式4】
2%≦MgSO4・5Mg(OH)2・3H2O≦98%
【化学式5】
2%≦Mg(OH)2≦98%
の範囲であれば良い。
即ち、pH12以下の液中では、吸着剤5の水酸化マグネシュウム:Mg(OH)2からOH−が溶出し、吸着剤5の表面は+電位となり、第一,第二の濾過層3,4間の吸着剤5は、金属イオンが若干高くなるように構成されている。
なお、水酸化マグネシュウムからのOH−の溶出に従い、吸着剤5の体積が若干減少し、吸着剤5の上端部に空隙ができ、第二の濾過層4の上端部が露出する可能性がある。
このため、塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとは
【化学式6】
80%≦MgSO4・5Mg(OH)2・3H2O
【化学式7】
Mg(OH)2≦20%
であることが望ましい。
即ち、吸着剤5の金属イオンを若干高くし、かつ、OH−の溶出を持続させるためには、水酸化マグネシュウムの配合比率は高い程良く、一方、吸着剤5の形状を維持するためには、塩基性硫酸マグネシュウムの配合比率は高い程良い。
このため、図1の実施例では、[化学式6]並びに[化学式7]の範囲が望ましいが、使用目的、並びに、実施例の形態により、[化学式4]並びに[化学式5]の範囲で、その配合比率を決めれば良い。
【0012】
次にこの動作を、図2を用いて説明する。
図2は、ポテンシャルエネルギー特性曲線図で、横軸に微粒子A,Bの粒子間距離Lを、縦軸に反発力P1と引力P2とを取っている。
廃液注入口2から容器1内に、微粒子、並びに、重金属イオンを含んだ廃液が、ポンプによって圧入されると、廃液は第一の濾過層3を通過して吸着剤5に至る。吸着剤5は、粉末状、または、顆粒状、あるいは、粒状に構成されているため、その相互間隙を廃液が通過する。
吸着剤5は、水酸化マグネシュウムを含有しており、pH12以下の廃液中では、OH−を廃液中に溶出し、吸着剤5自体、若干金属電位が高くなる。図2に示す廃液中の微粒子A,Bは−電位であるため、吸着剤5の表面に吸引され、微粒子A,B間の粒子間距離Lは、距離L1から距離L2以下となり、廃液中の微粒子A,Bの相互間に引力P2が働き、お互いに凝集して約300倍の大きな塊となる。
この大きな塊となった微粒子は、微粒子個々に対して十分目の粗い第二の濾過層4で捕捉除去される。
【0013】
例えば、微粒子が、これまで中空糸でしか捕捉できなかった0.1μmであっても、第二の濾過層4として、10μmのフイルタを用いれば除去できる。
さらに、第一の濾過層3としては、吸着剤5の、粉末状、または、顆粒状、あるいは、粒状よりも目の細かいものであればよい。
なお、吸着剤5が粉末状の場合、粉末の相互間隙が狭く、その間隙で目詰まりを発生する。この場合、吸着剤5と比重が近い、例えば、粒状の活性炭等をスペーサーとして使用して、吸着剤5の相互間隙を広くすることが出来る。
【0014】
なおまた、逆浸透膜の目詰まりの原因となるシリカは、これまで除去不可能とされていたが、図1の実施例を用いることにより、表1の如く、逆浸透膜の目詰まり防止に十分対応し得る程度まで除去出来る。この場合、浄化対象液として井戸水を使用し、第二の濾過層4として、10μmのカートリッジフイルタを用いた。
【表1】
さらに、海水淡水化の際、逆浸透膜の目詰まりまでの期間を延長するため、海水の濁度であるFI値を3以下にするため、種々検討されているが、これまでFI値を3以下にすることは出来ないとされていた。
しかしながら、図1の実施例を用いることにより、表2の如く、容易に3以下にすることが出来る。
【表2】
【0015】
また、廃液中の例えば、鉛等の重金属イオンが、吸着剤5の、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状の相互間隙を通過すると、鉛イオンは、吸着剤5からの水酸基と結合して
【化学式8】
Pb+2+2(OH)− 2 → PbOH)2
に示す如く水酸化鉛となり固形化し、この固形化した微粒子は、さらに吸着剤5を通過する際、OH−基の溶出により表面が+電位となった吸着剤5に吸引され、上述と同様に凝集して、300倍の大きな塊となり、第二の濾過層4で捕捉除去される。
原子吸光分析装置を用いた洗濯廃水中の鉛イオンの除去状況を表3に示す。この場合、第二の濾過層4として10μmのカートリッジフイルタを用いた。
【表3】
表3に示す如く、これまで、キレート樹脂でしか除去できないとされていた排水中の鉛イオンも、フイルタで除去することが出来、イニシャルコストにおいて1/10以下、ランニングコストにおいて1/20以下となる。
【0016】
次に、図1の実施例におけるシリコン電解廃液中の重金属イオンの除去例を説明する。
図3は、シリコン電解廃液中の金属含有成分を、図4は、第二の濾過層4として10μmのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数3パスの浄化液の金属含有成分を、図5は、第二の濾過層4として10μmのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数20パスの浄化液の金属含有成分をそれぞれ示す。
また、表4にそのデーターをまとめて示す。
【表4】
表4に示す如く、ほぼ満足できるレベルまで除去されている。
但し、銅イオンは化学式9で示す如く、水中に、水酸基と結合し難い状態で存在しているため、その除去はかなり困難であり、その混在状況に左右されるが、許容レベルまで除去し得る。
【化学式9】
[Cu(H2O)4]+2
【0017】
図6は、この発明の他の実施例を示す側面断面図である。図において、電極6は、例えば網目状に構成され、容器1をアース電極として、例えば、+2Vの直流電圧が掛けられ、電極6と容器1とで電極装置を構成している。
この電極装置により、容器1内の廃液には4.5mmAの直流電流が流れ、水素ガス、酸素ガスを発生することなく、化学式10に示す如くHイオンとOHイオンとを発生する。
【化学式10】
H2O → H+ + OH−
このOHイオンと、吸着剤5からのOHイオンとが、廃液中の重金属イオンと結合して、前述の如く重金属イオンを固形化し、この固形化した粒子を吸着剤5で凝集させ、大きな塊として後、第二の濾過層4で絡め取る。
このように、電極装置を設け、廃液中に強制的にOHイオンを発生させることにより、より効果的に重金属イオンを除去することが出来る。
【0018】
なお、上記実施例では、電極6と容器1間に直流電圧を掛ける場合を示したが、容器1とは別個にアース電極もしくは−電極を設けてもよく、また、第一の濾過層3を網目電極として、電極6を省略してもよい。
さらに、上記実施例では、+2Vの直流電圧を掛ける場合を示したが、主要なのは電圧ではなく、化学式10で示すOHイオンを発生させるための電流値である。
即ち、水への通電電流値が約9.2mAを超えると酸素ガスが発生し、また約23mAを超えると水素ガスが発生する。
このため、安全率を2倍とすると、4.5mA程度の通電電流が望ましく、その許容範囲は、水素ガスが発生する約23mA迄である。
【0019】
図7は、この発明の他の実施例を示す側面断面図である。図6の実施例と異なるところは、吸着剤5として、セルローズの粉末を使用した点である。
即ち、図6の実施例では、吸着剤5として、化学式1,2,3に示す如く、凝集能力と水酸基とを有する吸着剤を使用したが、図7の実施例のものは、吸着剤5として、第二の濾過層4の濾過助剤のみとして作用するセルローズの粉末を使用し、また、重金属イオンと結合するOHイオンは、網目状の電極6のみに依存しており、第一の濾過層3を電極6と併用している。
【0020】
次に、図7の実施例を用いたシリコン電解廃液における重金属イオンの除去例を説明する。
図8は、シリコン電解廃液中の金属含有成分を、図9は第二の濾過層4として10μmのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数3パスの浄化液の金属含有成分を、図10は第二の濾過層4として10μmのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数20パスの浄化液の金属含有成分をそれぞれ示す。
また、表5にそのデーターをまとめて示す。
【表5】
表5に示す如く、図7の実施例においてもほぼ満足できるレベルまで、重金属イオンは除去されている。
【発明の効果】
以上のように、[請求項1]の発明によれば、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へのOH−基の溶出を利用して、吸着剤の電位を若干高くして、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしているため、単なるフイルタ構造で凝集濾過をすることが出来る。
[請求項2]の発明によれば、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へのOH−基の溶出を利用して、吸着剤の電位を若干高くし、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
[請求項3]の発明によれば、第一,第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へ溶出したOH−基と電極装置から発生するOH−基とを液体中の重金属イオンと結合させて固形化し、この固形化した粒子を吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
[請求項4]の発明によれば、第一,第二の濾過層間にセルローズの粉末からなる吸着剤を設置し、電極装置から発生するOH−基を液体中の重金属イオンと結合させて固形化し、この固形化した粒子を、吸着剤並びに第二の濾過層で絡め取るように様にしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る液体浄化装置の一実施例を示す側面断面図である。
【図2】 ポテンシャルエネルギー特性曲線図である。
【図3】 シリコン電解廃液中の金属含有成分を示す。
【図4】 図1の実施例による循環濾過回数3パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図5】 図1の実施例による循環濾過回数20パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図6】 この発明に係る液体浄化装置の他の実施例を示す側面断面図である。
【図7】 この発明に係る液体浄化装置のさらに他の実施例を示す側面断面図である。
【図8】 シリコン電解廃液中の金属含有成分を示す。
【図9】 図7の実施例による循環濾過回数3パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図10】 図7の実施例による循環濾過回数20パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【符号の説明】
1:容器
2:廃液注入口
3:第一の濾過層
4:第二の濾過層
5:吸着剤
Claims (4)
- 液体を浄化する第一,第二の濾過層と、前記第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも2%から98%の塩基性硫酸マグネシュウムと98%から2%の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、
前記吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけ凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。 - 液体を浄化する第一,第二の濾過層と、前記第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも2%から98%の塩基性硫酸マグネシュウムと98%から2%の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、
前記吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを前記吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。 - 液体を浄化する第一,第二の濾過層と、前記第一,第二の濾過層間に設置され、少なくとも塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤と、前記液体に直流電流を通電し、液体にHイオンとOHイオンとを発生させる電極装置とを備え、
前記電極装置によって発生したOHイオン、並びに、前記吸着剤の水酸基と、液体中の重金属イオンとを結合させて固形化し、この固形化した微粒子を凝集させ、大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。 - 液体を浄化する第一,第二の濾過層と、前記第一,第二の濾過層間に設置されたセルローズの粉末からなる吸着剤と、前記液体に直流電流を通電し、液体にHイオンとOHイオンとを発生させる電極装置とを備え、前記電極装置によって発生したOHイオンと、液体中の重金属イオンとを結合させて固形化し、この固形化した微粒子を、前記吸着剤と前記第二の濾過層とで絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。
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