JP5502924B2 - 水処理方法 - Google Patents
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Description
従来、炭酸カルシウムを用いたフッ素含有排水の処理方法が知られている。この処理方法は、排水に含まれるフッ化物イオンを炭酸カルシウムと反応させてその表面にフッ化カルシウムを生成させ、そのフッ化カルシウムを削ることにより炭酸カルシウムを析出させ、再度反応を進行させてフッ化物イオンを除去する技術である。
実施形態の目的は、水中のフッ化物イオンを速やかに除去し、かつ生成したフッ素化合物の除去を容易に行うことのできる水処理方法を提供することである。
(1)実施形態に関わるカルシウム含有無機固体は、カルシウムを含み、水に不溶なものであればよい。水に不溶とは、水への溶解度が、1000ml当たり10g以下(25℃)であることを意味する。カルシウム含有無機固体としては、天然鉱石や単一の精製したものでも構わない。天然鉱石としては、例えば、アラゴナイト、ウレキサイト、メリライト、オンファサイト、ウバロバイト、灰重石、ベロブスカイト、ヘデンバージャイト、ゾイサイト、魚眼石、ドロマイト、クリード石、ピーモンタイト、スパー石、二水石膏、チタナイト、チャロアイト、灰長石、透輝石、灰鉄輝石、ヨハンセン輝石、トレモライト、ロードナイト、ピジョン輝石、ホルンブレンド、オージャイト、ベクロタイト、ベスビアナイト、逸見石、カルサイト、霰石、モンモリロナイト、アクチノライト、エピドート、クリノゾイサイト、アパタイトが挙げられる。精製したものであれば、例えば、炭酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム、チタン酸カルシウム、タングステン酸カルシウムが挙げられる。この中でも水への溶解度が小さい炭酸カルシウムや、炭酸カルシウムを主成分とする鉱石(例えばアラゴナイト、ドロマイト)が好ましい。また、水和物や水酸基を有しない物質が好ましい。水和物や水酸基を有する物質であると他の物質に比べて柔らかい特徴を持ち、フィルターの孔に詰まってしまう場合があるからである。
磁性体としては強磁性物質を全般的に用いることができ、例えば鉄、鉄基合金、磁鉄鉱(マグネタイト)、チタン鉄鉱(イルメナイト)、磁硫鉄鉱(ピロータイト)、マグネシアフェライト、マンガンマグネシウムフェライト、マンガン亜鉛フェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、ニッケル亜鉛フェライト、バリウムフェライト、銅亜鉛フェライトなどを用いることができる。これらのうち水中での安定性に優れたマグネタイト、マグネシアフェライト、マンガンマグネシウムフェライトなどのフェライト系化合物を用いることが最も好ましい。マグネタイト(Fe3O4)は、安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定した性質を示し、毒性のない安全な元素ばかりで構成されているため、水処理に使用するのに適している。
本実施形態の水処理用磁性体粒子を用いる水処理方法には、フッ化物イオンを含有する排水にカルシウムを含有する固体を混合した後に、フィルターで固液分離する第1の方法、カルシウムを含有する固体を積層した擬似フィルターで固液分離する第2の方法、混合物から大きな粒子を有するスラリーを分離し、これを積層した擬似フィルターで固液分離する第3の方法、磁性体を積層した擬似フィルターで固液分離し、磁性体を再生して再利用する第4の方法が挙げられる。
(第1の水処理装置)
図1は、第1の水処理装置を示す。
本実施形態の水処理装置1は、フッ化物イオンを含有する排水にカルシウムを含有するカルシウム含有無機固体を混合した後に、フィルターで固液分離する第1の水処理装置である。水処理装置1は、カルシウム含有無機固体貯留槽(以下、貯留槽と呼ぶ)2、混合槽3、固液分離装置4、図示しない原水供給源および排水貯留槽を有しており、これらの機器及び装置が複数の配管ラインにより互いに接続されている。
まず、混合槽3内で被処理水とカルシウム含有無機固体を混合し、カルシウム含有無機固体粒子表面に水中のフッ化物イオンを取り込み、表面にフッ化カルシウムを析出させる。カルシウム含有無機固体粒子の添加量は特に問わないが、水中のフッ化物イオンのモル数の1/2以上を入れる必要があり、好ましくはフッ化物イオンのモル数と同量以上入れるのがよい。
このように特定の大きさのカルシウム含有無機固体と特定の孔径を有するフィルター8を用いることにより、特別な処理を必要とせず、水中のフッ化物イオンを除去することができる。
第2の水処理装置1Aについて図2を参照して説明する。但し、図1と同部材は同符号を付して説明を省略する。
図中の符号11は、ポンプ5aの下流側の配管6aに介装されたバルブを示す。前記ポンプ5bの下流側の配管ライン6bとバルブ11とは、配管ライン6gにより接続されている。第2の水処理装置1Aは、図1の水処理装置1と異なり、貯留槽2から送られる配管ライン6a,6gは、夫々混合槽3と固液分離装置4に繋がっている。前記配管ライン6a,6gは、夫々混合槽3でフッ化物イオンと反応させてフッ化カルシウムを得る工程と、フィルター8上にカルシウム含有無機固体を積層させ、プレコート層(擬似フィルター)を得る工程に使用される。
第3の水処理装置1Bについて図3を参照して説明する。但し、図1と同部材は同符号を付して説明を省略する。
図中の符号12はサイクロン(遠心分離装置)を示す。前記混合槽3の底部寄りの側部とサイクロン12の上部寄りの側部は、ポンプ5bを介装した配管ライン6hにより接続されている。サイクロン12の下部には、粒子径の大きい粒子を一時的に溜める下部ポット13が配置されている。下部ポット13の下部には、バルブ14を介装した配管ライン6iを介して大粒子含有スラリー貯留槽15が接続されている。この貯留槽15は攪拌スクリュウ7cを備えている。粒子径の大きい粒子を含む排水は、配管ライン6iによりサイクロン12から大粒子含有スラリー貯留槽16に送られる。
第4の水処理装置1Cについて図4を参照して説明する。但し、図1と同部材は同符号を付して説明を省略する。
図中の符号21は、固液分離装置4の上部側と配管ライン6fを介して接続する分離槽を示す。この分離槽21には、永久磁石22を内包する円筒部23及び攪拌スクリュウ7eが配置されている。永久磁石22は、図示しないエアシリンダーにより上下に駆動し、分離槽21の内部の磁場をON・OFFすることができるようになっている。
まず、フッ化カルシウムとカルシウム含有無機固体の混合スラリーを固液分離装置4に通水する前に、固液分離装置4のフィルター8上に磁性体を積層したプレコート層(疑似フィルター)を形成する。次に、前記混合スラリーを固液分離装置4に通水して固液分離を行い、処理水を配管ライン6dにより排出する。つづいて、逆洗水を配管ライン6eから供給して、フィルター8上に堆積した磁性体と無機固体を洗い流し、配管ライン6fより分離槽21に移送する。
図1の水処理装置を用いて、水処理の試験を行った。模擬排水として、1000mg/Lのフッ化水素酸を含有する水を用意した。また、フィルター8としては酢酸セルロースからなる精密ろ過(MF)膜を、カルシウム含有無機固体としてはカルサイトをボールミルで粉砕し、風力で選別した粉体を使用した。MF膜の孔径は1μm(カタログ値)であり、カルシウム含有無機固体の体積換算平均粒子径Bのフィルター8の細孔径の最頻値に対する比(B/A)は10であった。
図2の水処理装置を用いて、水処理の試験を行った。模擬排水として、1000mg/Lのフッ化水素酸を含有する水を用意した。また、フィルターはポリプロピレンのろ布を用意し、島津製作所製の商品名:オートポア9520(細孔分布測定装置)を用いて細孔分布測定を行ったところ、図5のような細孔分布を得た。この結果より、このフィルター8の孔径Aは6.4μm(最頻値)であることがわかった。また、カルシウム含有無機固体として、和光純薬製の炭酸カルシウムの試薬を準備し、ボールミルで粉砕して風力選別を行って粉体を得た。この炭酸カルシウムの粒子間の孔径を、島津製作所製の商品名:オートポア9520(細孔分布測定装置)を用いて測定したところ、図6の結果を得た。この結果より、粒子間の孔径Cは1.37μmであることを確認した。即ち、C<Aであり、粒子間の孔径Cに対する平均粒子径Bの比(B/C)は3.9であった。
実施例2と同じカルシウム含有無機固体とフィルターを用い、図3の水処理装置で試験を行った。混合槽3に模擬排水と、模擬排水中のフッ化物イオンと同モル相当を有する炭酸カルシウムを添加し、10分攪拌したところ、混合槽内のpHが7.3まで上昇した。ここで、混合槽内の混合液を、ポンプ5bを用いてサイクロン12に通水し、異なる平均粒子径を有するスラリーを、大粒子含有スラリー貯留槽15、小粒子含有スラリー貯留槽16に夫々供給した。このうち、大粒子含有スラリー貯留槽15の粒子の粒子間の孔径を調べたところ、4.0μmであり、C<Aであった。また小粒子の平均粒子径は0.8μmであり、B/Cは0.2であった。この後、大粒子含有スラリー貯留槽15の粒子を固液分離装置4に供給して積層させ、プレコート層(疑似フィルター)を形成した。このプレコート層で小粒子含有スラリーを固液分離したところ、配管ライン6dからフッ素濃度が7mg/Lに低減された処理液を得た。
図4の水処理装置を用いて、水処理の試験を行った。模擬排水として、1000mg/Lのフッ化水素酸を含有する水を用意した。また、磁性体として平均粒子径14μmのマンガンマグネシウムフェライトを準備し、磁性体の粒子間の孔径を測定したところ4.7μmであった。フィルターは実施例2と同じものを用いた。またカルシウム含有無機固体としてのドロマイトをボールミルで粉砕し、風力で選別した粉体を使用した。ドロマイトの平均粒子径は10μmであり、粒子間孔径は2.3μmであった。C<Aであり、B/Cは4.3であった。
Claims (4)
- フッ化物イオンを含有する水にカルシウム含有無機固体を接触させてフッ化カルシウムを析出させ、析出したフッ化カルシウムとカルシウム含有無機固体を、フィルターを備えた固液分離装置により固液分離を行う水処理方法において、
前記フィルターの細孔径の最頻値をA,前記カルシウム含有無機固体の体積換算平均粒子径をBとした時に、B≦50μm、かつ0.2≦B/A≦10であり、
前記固液分離を行う前に、前記フィルターの上に予め水に不溶の無機粒子を積層させて疑似フィルターを形成することを更に含み、
前記無機粒子の粒子間の孔径の最頻値Cが、C<Aであり、かつ0.2≦B/C≦10を満たし、
前記フィルターの上に積層する無機粒子は、カルシウム含有無機固体を接触させた後の溶液中に含まれる固形物を2つの粒度分布が異なる固形分に分離して得られる、平均粒子径が大きい粒子であることを特徴とする水処理方法。 - 前記フィルターが、布であることを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
- 前記フィルターが、精密ろ過膜であることを特徴とする請求項1または2に記載の水処理方法。
- 前記フィルターを有する固液分離装置が、地面と水平なろ過面をもつろ過器であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の水処理方法。
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