JP4370413B2 - 逆浸透膜を用いた溶液の処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、化学反応工程中の各種工程処理溶液や各種の排水等であって、分子量１００未満の溶質分子を含む溶液から、逆浸透膜による濾過により、前記溶質分子を回収または除去する溶液の処理方法に関するものである。
従来、化学反応工程中の各種工程処理溶液や各種の排水等であって、様々な溶質分子を含む溶液から、当該溶質分子を分離して回収または除去しようとする場合、酸化法、蒸留法、電解法、活性汚泥法、焼却法、逆浸透膜法、等が用いられる。
これらの、溶質分子の回収または除去方法は、溶質分子の種類、溶液の種類、熱源の有無等の工程条件、等を勘案して最適と考えられる方法が採用される。
ここで逆浸透膜法は、使用エネルギーが少なく、装置もコンパクト化することが容易なため、各種溶液から溶質分子を回収、除去する際、溶液の処理方法として有用な方法であると考えられている。
これらの、溶質分子の回収または除去方法は、溶質分子の種類、溶液の種類、熱源の有無等の工程条件、等を勘案して最適と考えられる方法が採用される。
ここで逆浸透膜法は、使用エネルギーが少なく、装置もコンパクト化することが容易なため、各種溶液から溶質分子を回収、除去する際、溶液の処理方法として有用な方法であると考えられている。
ところが逆浸透膜法は、半透膜を用いて各種溶液を濾過する方法であるため、溶質分子が、無機塩類、分子量が１００以上の大きな有機分子、シリカ、微粒子、コロイド状物質等である場合は効率的に分離できる反面、溶質分子が、分子量１００未満の有機分子、溶存ガスの場合は分離できないと考えられてきた。
一方、環境重視志向の進展、資源の有効利用志向の進展により、溶液中の低分子量の分子や溶存ガスといった溶質分子を分離して回収または除去しようというニーズは高まる一方である。しかし、例えば、溶液中のホルムアルデヒドやアンモニア等を分離して回収または除去しようとすると、特許文献１が提案する酸化法、特許文献２が提案する酸化法と蒸留法の併用法、電解法、活性汚泥法、焼却法、等を採用せざるを得ず、多量のエネルギー、処理薬剤、処理スペースを必要としていた。
上述の背景に鑑み、本発明は、分子量１００未満の溶質分子を含む溶液から前記溶質分子を分離し、回収または除去することのできる逆浸透膜を用いた溶液の処理方法を提供することを課題としたものである。
上述の課題を解決するための、第１の手段は、ホルムアルデヒドを含む溶液にアンモニアを添加した後、この溶液を逆浸透膜で濾過して、
前記溶液から、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を得、
当該ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を、ｐＨ１２より高いアルカリ性にした後に蒸留し、蒸留物のアンモニアと前記濃縮された溶液中のホルムアルデヒドとを回収し、
当該蒸留物として回収されたアンモニアを、ホルムアルデヒドを含む新たな溶液に添加することを特徴とする逆浸透膜を用いた溶液の処理方法である。
前記溶液から、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を得、
当該ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を、ｐＨ１２より高いアルカリ性にした後に蒸留し、蒸留物のアンモニアと前記濃縮された溶液中のホルムアルデヒドとを回収し、
当該蒸留物として回収されたアンモニアを、ホルムアルデヒドを含む新たな溶液に添加することを特徴とする逆浸透膜を用いた溶液の処理方法である。
第１の手段によれば、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を、蒸留物のアンモニアと、前記濃縮された溶液中のホルムアルデヒドとして得ることがでたので、当該溶液の処理方法の環境負荷を低減すると共に、処理薬剤コストも低減することができた。
以下、本発明の実施の形態について、溶液として水溶液、溶質分子としてホルムアルデヒド、添加分子としてアンモニアを用いた系を例として詳細に説明する。
背景技術にて説明したように、ホルムアルデヒドを溶質分子として含有する水溶液をそのまま逆浸透膜で濾過しても、殆どのホルムアルデヒド分子は逆浸透膜を透過してしまうため、当該水溶液をホルムアルデヒドが濃縮された水溶液と、ホルムアルデヒドを殆ど含まない水溶液とに分離することは困難であった。
背景技術にて説明したように、ホルムアルデヒドを溶質分子として含有する水溶液をそのまま逆浸透膜で濾過しても、殆どのホルムアルデヒド分子は逆浸透膜を透過してしまうため、当該水溶液をホルムアルデヒドが濃縮された水溶液と、ホルムアルデヒドを殆ど含まない水溶液とに分離することは困難であった。
ここで、本発明者らは鋭意検討の結果、当該ホルムアルデヒドを含有する水溶液へ添加分子としてアンモニアを添加し、この溶液へ所定の圧力をかけて逆浸透膜で濾過すれば、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された水溶液と、これらの分子を殆ど含まない水溶液とに分離できることに想到した。
これは、溶質分子であるホルムアルデヒドと、添加分子であるアンモニアとが反応して、逆浸透膜を透過しにくい分子量１４０．２のヘキサメチレンテトラミン（CH2）6N4を生成しているためであると考えられる。
これは、溶質分子であるホルムアルデヒドと、添加分子であるアンモニアとが反応して、逆浸透膜を透過しにくい分子量１４０．２のヘキサメチレンテトラミン（CH2）6N4を生成しているためであると考えられる。
実際のアンモニア添加量としては、例えば、ホルムアルデヒド１ｍｏｌを含む水溶液の場合、反応当量である２／３ｍｏｌ以上を添加することが望ましい。
このホルムアルデヒドとアンモニアとの混合水溶液を加圧し、通常の逆浸透膜で濾過した。すると、ホルムアルデヒド分やアンモニア分を殆ど含まない透過側溶液と、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された濃縮側溶液として分離することができた。
このホルムアルデヒドとアンモニアとの混合水溶液を加圧し、通常の逆浸透膜で濾過した。すると、ホルムアルデヒド分やアンモニア分を殆ど含まない透過側溶液と、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された濃縮側溶液として分離することができた。
上述した濃縮側溶液は、このまま燃焼法等により含有されているホルムアルデヒドを分解処理してしまうこととしても良い。当該ホルムアルデヒド成分は、燃焼法などで廃棄物処理をする場合に濃縮度が高いために燃焼エネルギーの必要量は少なくて済む。
他方、上述した濃縮側溶液から、適宜な方法によりホルムアルデヒドとアンモニアとを分離して回収することも好ましい。そして分離回収されたアンモニアを、再度、ホルムアルデヒドを含有する新たな水溶液へ添加して循環使用することは、添加薬剤のランニングコストを削減し、環境負荷も下げることができる観点から好ましい構成である。
上述したホルムアルデヒドとアンモニアとを分離して回収する適宜な方法の一つとして、蒸留法を用いることができる。蒸留法は、通常、多量の熱エネルギーを必要とするが、この段階で蒸留法をおこなえば、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物も十分に濃縮されているので、蒸留に必要な熱エネルギーは少なくて済む。
当該蒸留の際、濃縮分離した水溶液のｐＨをＮａＯＨなどでアルカリ側に調整した後、減圧下で加熱すると、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が分解され、蒸留側にアンモニア成分、水溶液側にホルムアルデヒド成分のかたちで効率よく分離する。尚、このときｐHとしては１２より高いことが望ましい。また、当該蒸留の際、濃縮分離した水溶液のｐＨを硫酸や硝酸などで酸側に調整した後、減圧下で加熱すると、蒸留側にホルムアルデヒド成分、水溶液側にアンモニア成分のかたちで効率よく分離する。尚、このときｐHとしては３より低いことが望ましい。
濃縮分離した水溶液のｐＨをアルカリ側に調整するか酸側に調整するかは、それぞれの状況に合わせ適宜選択することが可能である。そして、このように回収したアンモニアをリサイクルすることで、処理薬剤コストおよび環境負荷を低減することが可能となる。
一方、回収したホルムアルデヒドは、十分に濃縮されているので工業原料として転用することも可能であるし、燃焼法などで廃棄処理しても良い。燃焼法で廃棄処理するにしても、ホルムアルデヒドは十分に濃縮されているので燃焼に必要な熱エネルギーは少なくて済む。
一方、回収したホルムアルデヒドは、十分に濃縮されているので工業原料として転用することも可能であるし、燃焼法などで廃棄処理しても良い。燃焼法で廃棄処理するにしても、ホルムアルデヒドは十分に濃縮されているので燃焼に必要な熱エネルギーは少なくて済む。
以上、溶液として水溶液、溶質分子としてホルムアルデヒド、添加分子としてアンモニアを用いた系を例として、本発明の実施の形態例について説明した。そして、当該溶液の処理方法は、溶液として水溶液、溶質分子としてアンモニア、添加分子としてホルムアルデヒドを用いる系においても同様に適用することができる。
ここで、当該溶液へ添加分子を添加し溶質分子と反応させるタイミングは、本発明に係る溶液の処理方法が適用される化学反応工程の都合に応じて、任意に定めることができる。
また、溶液として、水溶液に限らず、アルコール溶液を始めとする各種溶剤を用いた場合の系にも適用可能である。
さらに、溶質分子と添加分子の組み合わせも、溶質分子の分子量が１００未満であり、当該溶質分子と反応して分子量１００以上の反応物を形成する添加元素の組み合わせを選択することで、多様な溶質分子を含有する系に適用可能な溶液の処理方法である。
ここで、当該溶液へ添加分子を添加し溶質分子と反応させるタイミングは、本発明に係る溶液の処理方法が適用される化学反応工程の都合に応じて、任意に定めることができる。
また、溶液として、水溶液に限らず、アルコール溶液を始めとする各種溶剤を用いた場合の系にも適用可能である。
さらに、溶質分子と添加分子の組み合わせも、溶質分子の分子量が１００未満であり、当該溶質分子と反応して分子量１００以上の反応物を形成する添加元素の組み合わせを選択することで、多様な溶質分子を含有する系に適用可能な溶液の処理方法である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
尚、実施例中のホルムアルデヒド濃度はアセチルアセトン吸光光度法、アンモニア濃度はイオンクロマトグラフィーにより求めた値である。
（実施例１）
２ｗｔ％のホルムアルデヒドと０．４ｗｔ%のメタノールとを含有するホルムアルデヒド水溶液１．５Lへ、０．７６ｗｔ％のアンモニア水を１．５L（ホルムアルデヒドとアンモニアとがヘキサメチレンテトラミンを形成するとした場合の当量よりやや多めの量）を添加して、１ｗｔ％のホルムアルデヒド、０．２ｗｔ％のメタノール、０．３８ｗｔ％のアンモニアを含む水溶液３Ｌを調製した。この溶液を、逆浸透膜濃縮装置を用いて透過液２Ｌと濃縮液１Ｌとに分離した。尚、逆浸透膜はKOCH社製のTFC-XRを用いた。
得られた透過液中のホルムアルデヒドの濃度を測定したところが６３ｐｐｍであったことから、当該逆浸透膜によるホルムアルデヒドの透過液側への阻止率は９９．４％であった。また、透過液中のアンモニア濃度は２２０ｐｐｍであったことから、当該逆浸透膜による阻止率は９４．２％であった。
尚、実施例中のホルムアルデヒド濃度はアセチルアセトン吸光光度法、アンモニア濃度はイオンクロマトグラフィーにより求めた値である。
（実施例１）
２ｗｔ％のホルムアルデヒドと０．４ｗｔ%のメタノールとを含有するホルムアルデヒド水溶液１．５Lへ、０．７６ｗｔ％のアンモニア水を１．５L（ホルムアルデヒドとアンモニアとがヘキサメチレンテトラミンを形成するとした場合の当量よりやや多めの量）を添加して、１ｗｔ％のホルムアルデヒド、０．２ｗｔ％のメタノール、０．３８ｗｔ％のアンモニアを含む水溶液３Ｌを調製した。この溶液を、逆浸透膜濃縮装置を用いて透過液２Ｌと濃縮液１Ｌとに分離した。尚、逆浸透膜はKOCH社製のTFC-XRを用いた。
得られた透過液中のホルムアルデヒドの濃度を測定したところが６３ｐｐｍであったことから、当該逆浸透膜によるホルムアルデヒドの透過液側への阻止率は９９．４％であった。また、透過液中のアンモニア濃度は２２０ｐｐｍであったことから、当該逆浸透膜による阻止率は９４．２％であった。
次に、得られた濃縮液１ＬにＮａＯＨを添加してｐHを１３とした後、減圧蒸留機を用いて温度７０℃、圧力２０ｋＰａで減圧蒸留を行い、溶液側が約０．２L、蒸留側が０．８Lとなるまで蒸留をおこなった。
その結果、得られた蒸留水中のホルムアルデヒド濃度は５２ｐｐｍと低く、一方、溶液側のホルムアルデヒド濃度は、濃度が高いために分析精度が低いが、少なくとも５ｗｔ%以上であることが確認された。また、得られた蒸留水中のアンモニア濃度は分析精度が低いものの１ｗｔ％程度であり、溶液側のアンモニア濃度は２０ｐｐｍであった。
以上の結果から、当該工程の重量バランスを見積もった結果を図１に示す。
図１から明らかなように、当該溶液の処理方法によれば、ホルムアルデヒドを含有する水溶液中から逆浸透膜を用いて、高収率でホルムアルデヒド成分を分離濃縮できた。さらに、工程で添加したアンモニアは当該工程中にてリサイクルできることも確認できた。
その結果、得られた蒸留水中のホルムアルデヒド濃度は５２ｐｐｍと低く、一方、溶液側のホルムアルデヒド濃度は、濃度が高いために分析精度が低いが、少なくとも５ｗｔ%以上であることが確認された。また、得られた蒸留水中のアンモニア濃度は分析精度が低いものの１ｗｔ％程度であり、溶液側のアンモニア濃度は２０ｐｐｍであった。
以上の結果から、当該工程の重量バランスを見積もった結果を図１に示す。
図１から明らかなように、当該溶液の処理方法によれば、ホルムアルデヒドを含有する水溶液中から逆浸透膜を用いて、高収率でホルムアルデヒド成分を分離濃縮できた。さらに、工程で添加したアンモニアは当該工程中にてリサイクルできることも確認できた。
尚、本実施例で調製した１ｗｔ％のホルムアルデヒドと、０．２ｗｔ％のメタノールと、０．３８ｗｔ％のアンモニアとを含む水溶液３Ｌを、ｐH未調整のまま蒸発乾固し、得られた固体をフーリエ変換赤外分光分析装置（パーキンエルマー製PARAGON1000/Spectrum1000）を用いて測定したところヘキサメチレンテトラミンが確認された。
（比較例１）
１ｗｔ％のホルムアルデヒドと０．２ｗｔ%のメタノールとを含むホルムアルデヒド水溶液３Lを、実施例１と同様に逆浸透膜を用いて透過液２Lと濃縮液１Lとに分離した。
得られた透過液中のホルムアルデヒド濃度は４８７５ｐｐｍであり、ホルムアルデヒドの阻止率は５１．２％に留まり、効率よい分離回収はできなかった。
１ｗｔ％のホルムアルデヒドと０．２ｗｔ%のメタノールとを含むホルムアルデヒド水溶液３Lを、実施例１と同様に逆浸透膜を用いて透過液２Lと濃縮液１Lとに分離した。
得られた透過液中のホルムアルデヒド濃度は４８７５ｐｐｍであり、ホルムアルデヒドの阻止率は５１．２％に留まり、効率よい分離回収はできなかった。
Claims (1)
- ホルムアルデヒドを含む溶液に、アンモニアを添加した後、この溶液を逆浸透膜で濾過し、
前記溶液から、ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を得、
当該ホルムアルデヒドとアンモニアとの反応物が濃縮された溶液を、ｐＨ１２より高いアルカリ性にした後に蒸留し、蒸留物のアンモニアと前記濃縮された溶液中のホルムアルデヒドとを回収し、
当該蒸留物として回収されたアンモニアを、ホルムアルデヒドを含む新たな溶液に添加することを特徴とする逆浸透膜を用いた溶液の処理方法。
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| JP2004038685A JP4370413B2 (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | 逆浸透膜を用いた溶液の処理方法 |
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