JP5818053B2

JP5818053B2 - ホウ素含有地下水の処理方法

Info

Publication number: JP5818053B2
Application number: JP2010148460A
Authority: JP
Inventors: 堀内　澄夫; 澄夫堀内; 川口　正人; 正人川口; 大崎　雄作; 雄作大崎
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012011289A

Description

本発明は、溶存ホウ素を含有する地下水を通電処理し、凝集物を地下水から分離するホウ素含有地下水の処理方法に関する。

多量のホウ素の摂取は食欲不振、嘔吐等の健康被害を起こす可能性がある。そこで、１９９９年２月、「ホウ素１ｍｇ／Ｌ以下」が水の環境基準（水質汚濁に係る環境基準）に追加され、その後、「ホウ素」が土壌の環境基準（土壌の汚染に係る環境基準）の項目に追加された。更に、２００４年７月からのホウ素及びその化合物の排水基準は海域で２３０ｍｇ／Ｌ以下、海域以外で１０ｍｇ／Ｌ以下とされている。
溶存ホウ素を含有する被処理水からホウ素を除去する主な方法は次のとおりである。
（１）薬剤を、溶存ホウ素を含有する被処理水に添加し、溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させる。例えば、多価陰イオン性物質と希土類元素イオンを、溶存ホウ素を含有する被処理水に存在させ、ｐＨを９〜１３にして溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させるホウ素含有排水の処理方法が、当該方法の１つとして検討された（例えば、特許文献１参照）。
（２）逆浸透膜を使用して、溶存ホウ素を含有する被処理水から溶存ホウ素を膜分離する（例えば、特許文献２参照）。
（３）溶存ホウ素を含有する被処理水を木材粉に接触させ、溶存ホウ素を木材粉に吸着させる（例えば、非特許文献１参照）。
（４）溶存ホウ素を含有する被処理水をアルミニウム電極を使用して電気分解し、溶存ホウ素を凝集物として分離する（例えば、非特許文献２参照）。
（５）溶存ホウ素を含有する被処理水を樹脂に接触させ、溶存ホウ素を除去する。溶存ホウ素を含有する被処理水をホウ素濃度３０ｍｇ／Ｌ以下、ｐＨ７．０〜９．５に調整し、ホウ素選択吸着樹脂塔に通水してホウ素を除去する方法が、当該方法の１つとして検討された（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−９６３号公報特開２００６−１０２６２４号公報特開２００１−３４０８５１号公報

化学工学論文集、第３５巻第１号、２００９、第５５頁〜第５９頁 J.-Q.Jiang et al., Environ. Chem. 3, 2006, 第３５０頁〜第３５４頁

種々のイオンを含有する地下水を上記（３）〜（４）の方法で処理しても、当該地下水から溶存ホウ素を有効に除去できず、相当量のホウ素が当該地下水中に残存した。上記（１）の方法は、多量の薬剤が必要となり、また、残渣が大量に発生するため、実用的ではなかった。上記（２）の方法は、飲料水用に開発されている方法であり、膜分離の効率を高めるために様々な前処理が必要であるほか、高濃度ホウ素排水の処理が必要となるなどの課題がある。更に、上記（４）の方法は、アルミニウム電極から溶出する被処理水中のアルミニウムイオンの濃度が７００ｍｇ／Ｌ以上（消費電流値が１０００Ａ・ｈｒ／ｍ^３以上）になると、被処理水の粘度が大きくなり、凝集物の濾過が困難になるほか、本発明者の実験的検討結果によれば、除去効果が共存成分により著しく失われる。上記（５）の方法は、種々のイオンを含有する地下水から比較的有効に溶存ホウ素を除去できたが、溶存ホウ素を除去する樹脂はかなり高価であり、樹脂再生等で発生する残渣を別途処理しなければならない。従って、上記（５）の方法による種々のイオンを含有する地下水からの溶存ホウ素除去のランニングコストは高価である。
近年、種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を有効に除去できる安価な方法が希求されていたが、有効な方法は見出されていなかった。本発明が解決しようとする課題は、種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を有効に除去できる安価な方法の提供である。

本発明の発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、溶存ホウ素を含有する地下水を鉄を成分として含む電極を陽極、炭素を成分として含む電極を陰極として使用して通電処理し、凝集物を地下水から分離するホウ素含有地下水の処理方法が、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明のホウ素含有地下水の処理方法は、溶存ホウ素を含有する地下水を、鉄を成分として含む電極を陽極として使用して通電処理する。上記処理方法における通電処理後の地下水の好ましいｐＨは７．５〜１０．５である。

本発明のホウ素含有地下水の処理方法は、種々のイオンを含有する地下水から低電流で有効に溶存ホウ素を除去でき、また、残渣量が少ないため、そのランニングコストは安価である。

通電処理槽を示す図地下水を通電処理した後の溶存ホウ素濃度とｐＨの関係を示す図別の地下水を通電処理した後の溶存ホウ素濃度とｐＨの関係を示す図

本発明のホウ素含有地下水の処理方法で処理される溶存ホウ素を含有する地下水は、ホウ素イオン以外のイオンを含有し得る。ホウ素イオン以外の当該イオンの具体例は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アンモニウムイオン、フッ素イオン、塩素イオン、硫酸イオンである。これらのイオンは、地下水に含有されている。

本発明のホウ素含有地下水の処理方法で使用される装置の陽極の少なくとも１つは鉄を成分として含む電極である。鉄を成分として含む電極からＦｅ^２＋が溶出し、Ｆｅ^２＋とＯＨ⁻が反応してＦｅ（ＯＨ）_２が生成する。本発明のホウ素含有地下水の処理方法で処理される地下水から溶存ホウ素が除去される機構は未解明であるが、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ（ＯＨ）_２を主成分とする凝集体とホウ素との相互作用で、ホウ素が当該凝集体に吸着してくると推察される。鉄以外の金属で構成される電極が陽極の一部として併用されていてもよいが、あくまでも主体は鉄で構成される。鉄以外の金属の具体例は、アルミニウム、アルミニウム／マグネシウム合金（ジュラルミン）である。

本発明のホウ素含有地下水の処理方法で使用される装置の陰極は、炭素を使用して構成する。

地下水中の溶存ホウ素濃度は、通電処理後の地下水のｐＨに影響される。地下水の成分によって影響を受けるが、好ましい当該ｐＨは７．５〜１０．５であり、更に好ましい当該ｐＨは７．７〜９．０である。通電処理後の地下水のｐＨは、地下水の初期ｐＨ、電流、通電処理時間等により調整される。
通電処理後、凝集物は濾過、遠心分離等の分別手段で地下水から分離される。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
水中の各種イオンの定性分析及び定量分析は、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法により行われた。
図１は、通電処理槽を示す図である。地下水２が通電処理槽１中に貯えられており、２つのカーボン電極３が陰極とされ、２つの金属電極が陽極とされている。一方の金属電極４ａは１つのカーボン電極３と面している。他方の金属電極は２つの金属電極４ｂと４ｃが溶接されており、２つのカーボン電極３と面している。

２種類の地下水が準備された。それらの地下水に含まれるイオンの種類と濃度を表１に示す。

実施例１
図１に示される通電処理槽の３つの金属電極４ａ、４ｂ及び４ｃを鉄電極とし、地下水中のＦｅ^２＋濃度を一定にするために電流を１２Ａで一定にして地下水Ａの通電処理を１分間行い、地下水中の溶存ホウ素濃度を測定した。結果を表２に示す。なお、表２中の陽極の面数とは陰極に相対する陽極の表面の数であり、例えば、陽極と陰極が１本づつある場合、陽極の面数は１であり、陽極１、陰極１、陽極２、陰極２の順に電極が並んでいる場合、陽極１の面数は１であり、陽極２の面数は２である。

実施例２〜５及び比較例１〜４
図１に示される通電処理槽の３つの金属電極４ａ、４ｂ及び４ｃを表２に示される種類と数の金属電極とし、実施例１と同じ条件で地下水Ａの通電処理を行い、地下水中の溶存ホウ素濃度を測定した。結果を表２に示す。

少なくとも１つの鉄電極を陽極として使用した実施例１〜５の通電処理の結果得られた地下水中の溶存ホウ素濃度は、鉄電極を陽極として使用しなかった比較例１〜４の通電処理の結果得られた地下水中の溶存ホウ素濃度より小さかった。なお、実施例１〜５の地下水Ａの通電処理の結果は、鉄電極のみを使用した通電処理の優位性を示していないが、別の地下水を通電処理した結果、鉄電極のみを使用した通電処理のホウ素除去率は６２〜７０％であったのに対し、鉄電極とアルミニウム電極を組み合わせた通電処理のホウ素除去率は１９〜４４％と相対的に低かった。

実施例６
地下水Ａの初期ｐＨが１．６〜３．６となるように１Ｍ−ＨＣｌで調整し、図１に示される通電処理槽の３つの金属電極４ａ、４ｂ及び４ｃを鉄電極とし、地下水中の鉄濃度が一定となるように消費電流値を７５５Ａ・ｈｒ／ｍ^３で一定にして通電処理を行い、通電処理後の地下水のｐＨと地下水中の溶存ホウ素濃度の関係を調べた。結果を図２に示す。通電処理後の地下水のｐＨが７．５〜１０．５のとき、地下水中の溶存ホウ素濃度が相対的に低かった。
実施例７
地下水Ｂの初期ｐＨが２．５〜７．４となるように１Ｍ−ＨＣｌで調整し、図１に示される通電処理槽の３つの金属電極４ａ、４ｂ及び４ｃを鉄電極とし、地下水中の鉄濃度が一定となるように消費電流値を２５２Ａ・ｈｒ／ｍ^３又は３７７Ａ・ｈｒ／ｍ^３で一定にして通電処理を行い、通電処理後の地下水のｐＨと地下水中の溶存ホウ素濃度の関係を調べた。結果を図３に示す。地下水中の鉄濃度によらず、通電処理後の地下水のｐＨが７．５〜１０．５のとき、地下水中の溶存ホウ素濃度が相対的に低かった。

本発明のホウ素含有地下水の処理方法は、種々のイオンを含有する地下水からの有効でかつ安価な溶存ホウ素除去に好適である。本発明のホウ素含有地下水の処理方法でホウ素をはじめとする種々のイオンを含有する地下水からホウ素を除去する際に必要とされる電圧は１２Ｖ以下、通常５Ｖ程度であるから、太陽電池で得られる電力で本発明のホウ素含有地下水の処理方法を実施できる。更に、本発明のホウ素含有地下水の処理方法は、大量の薬剤及び大規模な設備を必要としない。従って、本発明のホウ素含有地下水の処理方法を僻地で実施できる。

１…通電処理槽、２…地下水、３…カーボン電極、４…金属電極

Claims

溶存ホウ素を含有する地下水を、鉄を成分として含む電極を陽極、炭素を成分として含む電極を陰極として使用して通電処理し、凝集物を地下水から分離する、ホウ素含有地下水の処理方法。
通電処理後の地下水のｐＨが７．５〜１０．５である、請求項１に記載されたホウ素含有地下水の処理方法。