JP6599153B2 - ホウ素含有水の処理方法 - Google Patents
ホウ素含有水の処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6599153B2 JP6599153B2 JP2015147362A JP2015147362A JP6599153B2 JP 6599153 B2 JP6599153 B2 JP 6599153B2 JP 2015147362 A JP2015147362 A JP 2015147362A JP 2015147362 A JP2015147362 A JP 2015147362A JP 6599153 B2 JP6599153 B2 JP 6599153B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boron
- containing water
- concentration
- ettringite
- residual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 157
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims description 157
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 32
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 claims description 50
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 26
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 23
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 22
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 21
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 22
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 17
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 15
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 14
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- -1 silicate ions Chemical class 0.000 description 9
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 9
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 8
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 8
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 7
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- CYPPCCJJKNISFK-UHFFFAOYSA-J kaolinite Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3].[Al+3].[O-][Si](=O)O[Si]([O-])=O CYPPCCJJKNISFK-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 6
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 5
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 5
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- ZHZFKLKREFECML-UHFFFAOYSA-L calcium;sulfate;hydrate Chemical compound O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O ZHZFKLKREFECML-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 229910004806 Na2 SiO3.9H2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJONZFZTOGYADY-UHFFFAOYSA-N O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O Chemical compound O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O CJONZFZTOGYADY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 235000021112 essential micronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Removal Of Specific Substances (AREA)
Description
本発明は、ホウ素含有水の処理方法に関する。さらに詳しくは、ホウ素とともにケイ素を含有するホウ素含有水からエトリンガイト共沈法によってホウ素を除去するホウ素含有水の処理方法に関する。
ホウ素を含有する水（以下、「ホウ素含有水」という）は、自然界において地下水、海水などとして存在している。ホウ素は、またホウ素化合物を原材料として使用する工業、例えば、ガラス工業をはじめ、医薬、化粧品原料、石鹸工業、電気めっき工業などで生じる廃水、発電所から生じる廃水、ゴミ焼却場で生じる洗煙廃水などの廃水に含まれている。ホウ素含有水の起源によっては、ケイ酸イオンも同時に含有される場合がある。
ホウ素は、動植物にとって必須の微量栄養素であるが、その反面、農業用水中に数ｍｇ／Ｌ以上の濃度で含まれている場合、植物の成長を阻害することが知られている。また、ホウ素を人体に継続的に摂取したとき、健康障害が生じるおそれがあることから、ホウ素の人体摂取量が法令で規制されている。例えば、水道水の水質基準では水道水に含まれるホウ素濃度が１．０ｍｇ／Ｌ以下に規制されている。また、海域へのホウ素の排水基準ではホウ素濃度が２３０ｍｇ／Ｌ以下、海域外への排水基準ではホウ素濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下に規制されている。そこで、ホウ素を含有する廃水は、ホウ素を除去する処理を行った後に、放流される。
液中のケイ酸塩は、配管やバルブ、ポンプなどに発生するスケールの原因となる。スケールが発生すると送液経路の閉塞などの問題が生じるので、スケールを除去するために定期的に点検整備が行われている。そのため、特に操業上の要請がない場合は、液中のケイ酸塩濃度が低い方が好ましい。
ホウ素含有水からホウ素を除去する方法として、アルミニウムや鉄などの水酸化物とともにホウ素を沈殿させる沈殿法、ジルコニウムやマグネシウムなどの水酸化物にホウ素を吸着させる吸着法、ホウ素含有水を蒸発濃縮してホウ酸を晶析する蒸発濃縮法、アルコール基を有する溶媒によりホウ素を抽出分離する溶媒抽出法、逆浸透膜を用いてホウ素を分離除去する逆浸透膜法などの種々の方法が知られている。
しかしながら、沈殿法は、低濃度のホウ素を沈殿させるために共沈剤を多量に添加するため操業資材が多量に必要であり、またホウ素含有澱物である汚泥の発生量が多いという問題がある。吸着法は、ジルコニウムやマグネシウムなどの水酸化物へのホウ素の吸着容量が低いため、多量の吸着剤の添加が不可欠であり、効率性と経済性において実用的でない。蒸発濃縮法は、ホウ素含有水を濃縮しホウ酸を晶析させるために熱源が必要であり、特にホウ素濃度が低い廃水を対象とする場合には、莫大なエネルギーを必要とするので経済的でない。しかも、晶析後のホウ素含有水の中和処理が必要となる。溶媒抽出法は、有機溶媒からホウ素を逆抽出して得られるホウ素含有液の処理のほかに、有機溶媒が微量溶解している処理後の廃水の処理が不可欠である。活性炭などにより有機溶媒を回収除去するなどの処理が必要であり経済的でない。逆浸透膜法は、この方法のみで低濃度になるまでホウ素を除去することが困難であるので、他の方法との併用が必要である。また、膜の閉塞による効率悪化の問題がある。
特許文献１には、ホウ素を含有する廃水に、アルミニウム化合物、硫酸化合物、カルシウム化合物、およびｐＨ調整剤を同時に添加して、ｐＨをアルカリ性に調整した反応液中に析出物を析出させる方法が開示されている。この方法によれば、ホウ素を取り込んだエトリンガイトを析出させることで、廃水からホウ素を除去できる。
しかし、本願発明者は、ホウ素含有水にケイ素が含まれていると、エトリンガイトの生成が阻害され、効率よくホウ素を除去できないとの知見を得た。
本発明は上記事情に鑑み、ホウ素含有水にケイ素が含まれていても、効率よくホウ素を除去できるホウ素含有水の処理方法を提供することを目的とする。
第１発明のホウ素含有水の処理方法は、ホウ素とケイ素とを含有し、ケイ素濃度が４０〜８０ｍｇ／Ｌであるホウ素含有水に硫酸アルミニウムを溶解させる第１工程と、前記第１工程の後、前記ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加し、エトリンガイトを生成してホウ素を共沈させる第２工程と、を備え、前記第１工程において、ホウ素に対するアルミニウムの添加モル比を４以上とするとともに、硫酸アルミニウムの添加により前記ホウ素含有水のｐＨを３以下に保持することを特徴とする。
第２発明のホウ素含有水の処理方法は、第１発明において、前記第２工程において、前記ホウ素含有水のｐＨを１１．５以上１１．８以下とすることを特徴とする。
第２発明のホウ素含有水の処理方法は、第１発明において、前記第２工程において、前記ホウ素含有水のｐＨを１１．５以上１１．８以下とすることを特徴とする。
本発明のホウ素含有水の処理方法によれば、ホウ素含有水にケイ素が含まれていても、エトリンガイトの生成を阻害する物質の生成が抑制されるため、エトリンガイトの生成が促進され、効率よくホウ素を除去できる。
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理方法は、ホウ素含有水に含まれるホウ素をエトリンガイトと共沈させる共沈工程と、ホウ素を含有する澱物と処理後液とを分離する固液分離工程とを有する。共沈工程は、後述の第１工程と第２工程とからなる。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理方法は、ホウ素含有水に含まれるホウ素をエトリンガイトと共沈させる共沈工程と、ホウ素を含有する澱物と処理後液とを分離する固液分離工程とを有する。共沈工程は、後述の第１工程と第２工程とからなる。
ホウ素含有水にはホウ素とともにケイ素が含有されている。ホウ素は例えばホウ酸イオンの形態で含有されている。ケイ素は例えばケイ酸イオンの形態で含有されている。ホウ素およびケイ素の濃度は特に限定されないが、例えばホウ素濃度は１０〜４０ｍｇ／Ｌ、ケイ素濃度は４０〜８０ｍｇ／Ｌである。
第１工程では、ホウ素含有水に硫酸アルミニウム（Al2(SO4)3）を添加し、十分に溶解させる。
第２工程は第１工程の後に行われる。第２工程では、ホウ素含有水に水酸化カルシウム（Ca(OH)2）を添加する。また、ｐＨ調整剤を添加するなどしてホウ素含有水のｐＨを一定に保ちながら、所定時間撹拌する。これにより、エトリンガイトを生成してホウ素を共沈させる。
エトリンガイト（アルミン酸三硫酸カルシウム水和物：3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O）は、コンクリートやセメントなどに見られる結晶性の水和物であり、結晶中の硫酸イオンと溶液中のホウ酸イオンを交換することでホウ素を取り込むことができる。そのため、エトリンガイトが生成されると、ホウ素含有水に含まれるホウ素がエトリンガイトに取り込まれ、共沈する。なお、ホウ素含有水に含まれるケイ素も、ホウ素と同様にエトリンガイトに取り込まれ、共沈する。
固液分離工程では、ホウ素を取り込んだエトリンガイトを澱物として分離する。これにより、ホウ素が除去された処理後液が得られる。
本実施形態は硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムの添加順に特徴がある。すなわち、ホウ素含有水に硫酸アルミニウムを添加した後に、水酸化カルシウムを添加する。これにより、エトリンガイトの生成を阻害する物質の生成が抑制される。これは、以下に説明する理由による。
まず、ホウ素含有水に硫酸アルミニウムを十分に溶解させることで、液中にエトリンガイトの生成に必要なアルミニウムイオンおよび硫酸イオンが準備された状態となる。また、硫酸アルミニウムの添加によりホウ素含有水のｐＨを酸性（ｐＨ３以下）に保持できる。これにより、エトリンガイトの生成を阻害する水酸化アルミニウム（Al(OH)3）の生成が抑制される。さらに、ホウ素含有水に微量に含まれる炭酸が大気中に除去される。そのため、水酸化カルシウムを添加しても、エトリンガイトの生成を阻害する炭酸カルシウム（CaCO3）の生成が抑制される。
つぎに、ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加することで、ホウ素含有水のｐＨを急激に上昇させることができる。これにより、エトリンガイトの生成を阻害する水酸化アルミニウムが安定して生成されるｐＨ領域（９．５〜１０．５）をできるだけ速やかに通過できるので、水酸化アルミニウムの生成が抑制される。同様に、エトリンガイトの生成を阻害するカオリナイト（Al4Si4O10(OH)8）が安定して生成されるｐＨ領域（１０．５〜１１．０）をできるだけ速やかに通過できるので、カオリナイトの生成が抑制される。
以上のように、エトリンガイトの生成を阻害する物質（水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、カオリナイト）の生成が抑制されることから、エトリンガイトの生成が促進される。その結果、ホウ素含有水からホウ素を効率よく除去できる。
第１工程において、硫酸アルミニウムの添加量は、ホウ素に対するアルミニウムの添加モル比（以下、単に「Ａｌ／Ｂ」と称する）が４以上となるように調整することが好ましい。Ａｌ／Ｂが４以上であれば、処理後液のホウ素濃度が排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下となるからである。また、Ａｌ／Ｂを５以上とすれば、処理後液のホウ素濃度が検出限界以下となるまでホウ素を除去できるのでより好ましい。一方、Ａｌ／Ｂを大きくするほど、硫酸アルミニウムの添加量が増加し、澱物の生成量が多くなる。澱物の生産量の観点からは、Ａｌ／Ｂを６以下とすることが好ましい。
第２工程において、ホウ素含有水のｐＨを１１．５以上１１．８以下に調整することが好ましい。このｐＨ範囲であれば、処理後液のホウ素濃度が排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下となるからである。
ホウ素含有水に含まれるケイ素は、ｐＨがより低い場合、例えばｐＨ１０．５でも処理後液のケイ素濃度が検出限界以下となるまで除去可能である。また、ｐＨ１２．０であっても処理後液のホウ素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下となるまで除去できる。そのため、ケイ素除去の観点からは、より広いｐＨ範囲（ｐＨ１０．５〜１２．０）を採用できる。
第２工程において、ホウ素含有水の液温は室温（２０〜３０℃）とすることが好ましい。液温が３５℃を超えるとエトリンガイトが生成されにくい傾向がある。したがって、温泉水など３５℃を超えるホウ素含有水を処理する場合には、予め室温程度まで冷却し、共沈工程を行うことが好ましい。
ホウ素含有水に炭酸イオンが含まれる場合にも、本実施形態を適用すれば、エトリンガイトの生成を優先的に促進することができる。この場合には、第１工程におけるＡｌ／Ｂや、第２工程におけるｐＨを適宜調整することで、ホウ素とケイ素を同時に除去できる。
つぎに、実施例を説明する。
〔ホウ素含有水の調製〕
まず、以下の実施例で用いるホウ素含有水を調製した。１０００ｍＬメスフラスコ（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に、ホウ素としてホウ酸（H3BO3）、ケイ素としてメタケイ酸ナトリウム（Na2SiO3・9H2O）、イオン強度を調整するために１Ｍ水酸化ナトリウム（NaOH）と１Ｍ硝酸（HNO3）を所定の濃度の２倍になるように加えた。純水を少量加え撹拌し、試薬が完全に溶解したことを確認した後に、純水で定容し２０００ｍＬビーカー（ＰＭＰ）に移した。再び１０００ｍＬメスフラスコ（ＰＹＲＥＸ（登録商標））を純水で定容し、２０００ｍＬビーカー（ＰＭＰ）に加えた。ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて所定のｐＨとなるように調整し、ホウ素含有水を得た。得られたホウ素含有水は、ホウ素濃度２５ｍｇ／Ｌ、ケイ素濃度６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．３である。また、液温は室温である。
〔ホウ素含有水の調製〕
まず、以下の実施例で用いるホウ素含有水を調製した。１０００ｍＬメスフラスコ（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に、ホウ素としてホウ酸（H3BO3）、ケイ素としてメタケイ酸ナトリウム（Na2SiO3・9H2O）、イオン強度を調整するために１Ｍ水酸化ナトリウム（NaOH）と１Ｍ硝酸（HNO3）を所定の濃度の２倍になるように加えた。純水を少量加え撹拌し、試薬が完全に溶解したことを確認した後に、純水で定容し２０００ｍＬビーカー（ＰＭＰ）に移した。再び１０００ｍＬメスフラスコ（ＰＹＲＥＸ（登録商標））を純水で定容し、２０００ｍＬビーカー（ＰＭＰ）に加えた。ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて所定のｐＨとなるように調整し、ホウ素含有水を得た。得られたホウ素含有水は、ホウ素濃度２５ｍｇ／Ｌ、ケイ素濃度６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ８．３である。また、液温は室温である。
〔添加順序の試験〕
まず、ホウ素含有水に対する硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムの添加順序について試験を行った。
まず、ホウ素含有水に対する硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムの添加順序について試験を行った。
（実施例１）
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムを添加し、マグネティックスターラーで撹拌した。ここで、硫酸アルミニウムの添加量を、Ａｌ／Ｂ（ホウ素に対するアルミニウムの添加モル比）＝４となるようにした。
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムを添加し、マグネティックスターラーで撹拌した。ここで、硫酸アルミニウムの添加量を、Ａｌ／Ｂ（ホウ素に対するアルミニウムの添加モル比）＝４となるようにした。
つぎに、第２工程として、ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量を、Ｃａ／Ｂ（ホウ素に対するカルシウムの添加モル比）＝１２となるようにした。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に保ちながら一時間撹拌した。
その後、メンブレンフィルター（孔径０．１μm）を用いて吸引濾過を行った。濾液は、ＩＣＰ発光分光分析装置でホウ素濃度およびケイ素濃度を測定した。濾過後の沈殿物は熱乾燥機（４５℃）で１日乾燥させた。熱乾燥後の試料を用いてＸ線回折の測定を行った。
その結果、濾液のホウ素濃度は６ｍｇ／Ｌであり、排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下であることが確認された。また、濾液のケイ素濃度は２ｍｇ／Ｌであり、ケイ素も十分に除去できることが確認された。沈殿物のＸ線回折パターンから、エトリンガイトが生成されていることが確認された。
（比較例１）
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、水酸化カルシウムを添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に調製した。つぎに、第２工程として、ホウ素含有水に硫酸アルミニウムを添加しようとした。
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、水酸化カルシウムを添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に調製した。つぎに、第２工程として、ホウ素含有水に硫酸アルミニウムを添加しようとした。
しかし、水酸化カルシウムを添加した時点でエトリンガイト以外の沈殿物が発生したため、試験を中止した。
（比較例２）
ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムを同時に添加した。ここで、硫酸アルミニウムの添加量をＡｌ／Ｂ＝４となるようにし、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に保ちながら一時間撹拌した。
ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムを同時に添加した。ここで、硫酸アルミニウムの添加量をＡｌ／Ｂ＝４となるようにし、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に保ちながら一時間撹拌した。
その後、メンブレンフィルター（孔径０．１μm）を用いて吸引濾過を行った。濾液は、ＩＣＰ発光分光分析装置でホウ素濃度を測定した。濾過後の沈殿物は熱乾燥機（４５℃）で１日乾燥させた。熱乾燥後の試料を用いてＸ線回折の測定を行った。
その結果、濾液のホウ素濃度はホウ素含有水の初期ホウ素濃度（２５ｍｇ／Ｌ）とほとんど変わらず、ホウ素がほとんど除去されていないことが確認された。また、沈殿物のＸ線回折パターンから、エトリンガイトがほとんど生成されていないことが確認された。
以上より、ホウ素含有水に硫酸アルミニウムを添加した後に、水酸化カルシウムを添加することで、エトリンガイトの生成が促進され、効率よくホウ素を除去できることが確認された。
〔ｐＨ範囲の試験１〕
つぎに、第２工程におけるホウ素含有水の最適なｐＨ範囲について試験を行った。
つぎに、第２工程におけるホウ素含有水の最適なｐＨ範囲について試験を行った。
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムを添加し、マグネティックスターラーで撹拌した。ここで、硫酸アルミニウムの添加量をＡｌ／Ｂ＝４となるようにした。
つぎに、第２工程として、ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを一定に保ちながら一時間撹拌した。
その後、メンブレンフィルター（孔径０．１μm）を用いて吸引濾過を行った。濾液は、ＩＣＰ発光分光分析装置でホウ素濃度、アルミニウム濃度、およびケイ素濃度を測定し、イオンクロマトグラフでナトリウム濃度、カルシウム濃度、および硫酸イオン濃度を測定した。濾過後の沈殿物は熱乾燥機（４５℃）で１日乾燥させた。熱乾燥後の試料を用いてＸ線回折の測定を行った。
第２工程におけるホウ素含有水のｐＨを１０．５、１１、１１．５、１２に調整した。その結果を図２、３、４に示す。図２は、ＩＣＰ発光分光分析装置により得られた、ホウ素含有水のｐＨに対する濾液の残存濃度の関係を示すグラフである。図３は、イオンクロマトグラフにより得られた、ホウ素含有水のｐＨに対する濾液の残存濃度の関係を示すグラフである。図４は、沈殿物のＸ線回折パターンを示すグラフである。なお、図４中のGypsum、Ettringite、Calcite、Monosulfate、Calcium Sulfate Hydrateは、それぞれ石膏、エトリンガイト、炭酸カルシウム、一硫酸塩、硫酸カルシウム水和物を意味する。
残存硫酸イオン濃度がエトリンガイト生成の指標であると考えられる。ｐＨ１１．５のときに残存硫酸イオン濃度が一番低くなることから、このときにエトリンガイトの生成が促進されていると考えられる。Ｘ線回折パターンからもｐＨ１１．５のときにエトリンガイトが生成されていることが確認できる。
平衡計算の結果およびＸ線回折パターンより、エトリンガイト以外に生成すると考えられる物質として、炭酸カルシウム、カオリナイト、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウムが挙げられる。ｐＨ１０．５のときは、残存硫酸イオン濃度が薬剤添加からほとんど低下していないことから、エトリンガイトが生成していないことが分かる。一方、残存ケイ素濃度と残存アルミニウム濃度が低下していることからカオリナイトの生成が示唆される。Ｘ線回折パターンから、硫酸カルシウムが生成されていることが分かる。しかし、残存カルシウム濃度、残存硫酸イオン濃度がほとんど低下していないことから、硫酸カルシウムの生成量は微量であると考えられる。
ｐＨ１１のときは、ｐＨ１０．５と比較して残存硫酸イオン濃度が低下している。このことからエトリンガイトが生成していることが確認できる。Ｘ線回折パターンからも、エトリンガイトの低いピークが確認できる。エトリンガイトが生成している分、ｐＨ１０．５と比較するとホウ素が除去されているものの、エトリンガイトの生成量が微量であるためホウ素の除去が十分でないと考えられる。
ｐＨ１１．５のときは、Ｘ線回折パターンから明らかなエトリンガイトのピークが確認できる。残存ホウ素濃度が大幅に低下している理由はエトリンガイトが十分に生成されているためである。ｐＨ１０．５、ｐＨ１１のときと比較して残存カルシウム濃度および残存硫酸イオン濃度が低下しているのは、エトリンガイトの生成が原因だと考えられる。残存アルミニウム濃度はあまり低下していない。これは、ｐＨ１０．５、ｐＨ１１のときは、アルミニウムがエトリンガイト以外の物質（カオリナイトや水酸化アルミニウムなど）の生成に消費されたためだと考えられる。
ｐＨ１２のときは、残存ホウ素濃度は排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下まで低下していないもののｐＨ１０．５、ｐＨ１１のときと比較すると除去量は多い。一方、残存カルシウム濃度はｐＨ１１．５の時よりも低下している。Ｘ線回折パターンより炭酸カルシウムのピークが確認できる。ｐＨが高い場合は、炭酸カルシウムとエトリンガイトの生成が競合してしまい、エトリンガイトの生成量が低下していると考えられる。
〔ｐＨ範囲の試験２〕
つぎに、第２工程におけるホウ素含有水の最適なｐＨ範囲について、さらに詳細な試験を行った。
つぎに、第２工程におけるホウ素含有水の最適なｐＨ範囲について、さらに詳細な試験を行った。
上記「ｐＨ範囲の試験１」と同様の手順で試験を行った。また、第２工程におけるホウ素含有水のｐＨとして、１１．２、１１．４、１１．６、１１、８を追加した。ＩＣＰ発光分光分析装置により得られた、ホウ素含有水のｐＨに対する濾液の残存ホウ素濃度の関係を図５に示す。
図５より、ホウ素含有水のｐＨが１１．５〜１１．８の範囲であれば、排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下までホウ素を除去できることが確認できた。
〔Ａｌ／Ｂの試験〕
つぎに、第１工程におけるＡｌ／Ｂの最適な範囲について試験を行った。
つぎに、第１工程におけるＡｌ／Ｂの最適な範囲について試験を行った。
第１工程として、ホウ素含有水３００ｍＬを３００ｍＬビーカー（ＰＹＲＥＸ（登録商標））に移し、硫酸アルミニウムを添加し、マグネティックスターラーで撹拌した。
つぎに、第２工程として、ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量をＣａ／Ｂ＝１２となるようにした。また、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムと硝酸を用いて、ホウ素含有水のｐＨを１１．５に保ちながら一時間撹拌した。
その後、メンブレンフィルター（孔径０．１μm）を用いて吸引濾過を行った。濾液は、ＩＣＰ発光分光分析装置でホウ素濃度、アルミニウム濃度、およびケイ素濃度を測定し、イオンクロマトグラフでナトリウム濃度、カルシウム濃度、および硫酸イオン濃度を測定した。濾過後の沈殿物は熱乾燥機（４５℃）で１日乾燥させた。熱乾燥後の試料を用いてＸ線回折の測定を行った。
第１工程において硫酸アルミニウムの添加量を調整し、Ａｌ／Ｂを３、４、５、６、８に調製した。その結果を図６、７、８に示す。図６は、ＩＣＰ発光分光分析装置により得られた、Ａｌ／Ｂに対する残存濃度の関係を示すグラフである。図７は、イオンクロマトグラフにより得られた、Ａｌ／Ｂに対する残存濃度の関係を示すグラフである。図８は、沈殿物のＸ線回折パターンを示すグラフである。なお、図８中のGypsum、Ettringite、Calciteは、それぞれ石膏、エトリンガイト、炭酸カルシウムを意味する。
Ａｌ／Ｂを４以上とすれば、排水基準（１０ｍｇ／Ｌ）以下までホウ素を除去できることが確認できた。また、Ａｌ／Ｂを５以上とすれば、ホウ素濃度が検出限界以下となるまでホウ素を除去できることが確認できた。一方、Ａｌ／Ｂを大きくするほど、硫酸アルミニウムの添加量が増加し、沈殿物の生成量が多くなる。そのため、Ａｌ／Ｂを６以下とすることが好ましい。
Ａｌ／Ｂ＝３の場合、残存アルミニウム濃度、残存カルシウム濃度、残存硫酸イオン濃度が他の条件の場合と比較して大幅に高い。エトリンガイトが生成されておらず、ホウ素が除去されなかったと考えられる。
硫酸アルミニウムの添加量を増やすほどエトリンガイトを構成する元素の残存濃度が上昇する現象については、溶液のｐＨ履歴が関係している。水酸化カルシウムを添加すると溶液のｐＨは上昇するが、ｐＨの上昇量は薬剤の添加量に比例する。そのため薬剤添加量が少ない場合、溶液がエトリンガイトの生成しにくい雰囲気にあり反応が進行しづらくなる。一方、残存ケイ素濃度は低下しているためカオリナイトが生成している可能性がある。Ｘ線回折パターンからＡｌ／Ｂ＝４以上ではエトリンガイトの生成が確認できるが、Ａｌ／Ｂ＝３では炭酸カルシウムのピークが支配的である。
Claims (2)
- ホウ素とケイ素とを含有し、ケイ素濃度が４０〜８０ｍｇ／Ｌであるホウ素含有水に硫酸アルミニウムを溶解させる第１工程と、
前記第１工程の後、前記ホウ素含有水に水酸化カルシウムを添加し、エトリンガイトを生成してホウ素を共沈させる第２工程と、を備え、
前記第１工程において、ホウ素に対するアルミニウムの添加モル比を４以上とするとともに、硫酸アルミニウムの添加により前記ホウ素含有水のｐＨを３以下に保持する
ことを特徴とするホウ素含有水の処理方法。 - 前記第２工程において、前記ホウ素含有水のｐＨを１１．５以上１１．８以下とする
ことを特徴とする請求項１記載のホウ素含有水の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015147362A JP6599153B2 (ja) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | ホウ素含有水の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015147362A JP6599153B2 (ja) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | ホウ素含有水の処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017023968A JP2017023968A (ja) | 2017-02-02 |
| JP6599153B2 true JP6599153B2 (ja) | 2019-10-30 |
Family
ID=57945337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015147362A Active JP6599153B2 (ja) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | ホウ素含有水の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6599153B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108862696A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-23 | 德蓝水技术股份有限公司 | 一种用于煤制化工中的高效除硅剂及其制备方法 |
| JP7295535B2 (ja) * | 2019-12-27 | 2023-06-21 | 公益財団法人豊田加茂環境整備公社 | 水処理方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5547588A (en) * | 1994-10-25 | 1996-08-20 | Gas Research Institute | Enhanced ettringite formation for the treatment of hazardous liquid waste |
| JP2002233881A (ja) * | 2001-02-06 | 2002-08-20 | Miyama Kk | ホウ素含有水の処理方法 |
| JP4210509B2 (ja) * | 2002-11-19 | 2009-01-21 | 財団法人豊田加茂環境整備公社 | ホウ素含有水の処理方法 |
| JP3635643B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2005-04-06 | 西山ステンレスケミカル株式会社 | 廃液の処理方法 |
| JP2014144433A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Panasonic Corp | ホウ素含有排水処理方法およびホウ素含有排水処理システム |
-
2015
- 2015-07-27 JP JP2015147362A patent/JP6599153B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017023968A (ja) | 2017-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10392283B2 (en) | Method and apparatus for treating accompanied water from a well | |
| Mohammadesmaeili et al. | Byproduct recovery from reclaimed water reverse osmosis concentrate using lime and soda‐ash treatment | |
| JP5913436B2 (ja) | ホウ素除去剤 | |
| US20160176739A1 (en) | Water treatment device and water treatment method | |
| JP6865434B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
| EP2993159B1 (en) | Water treatment device and water treatment method | |
| EP2792645B1 (en) | Process for removing fluorides from water | |
| Jin et al. | Sequential combination of nanofiltration and ettringite precipitation for managing sulfate-rich brines | |
| JP6599153B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
| Abeysinghe et al. | Fluoride-contaminated water remediation using biochar derived from dairy processing sludge | |
| Ghomi Avili | Removal of heavy metals (Lead and Nickel) from water sources by adsorption of activated alumina | |
| JP5214756B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法、及びホウ素含有水の処理装置 | |
| JP6047957B2 (ja) | 放射性ストロンチウム含有排水の処理方法 | |
| Gryta et al. | Treatment of effluents from the regeneration of ion exchangers using the MD process | |
| JP2014177399A (ja) | 回収リン | |
| JP6840354B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
| JP2001340872A (ja) | 硼素及び／又は弗素含有排水の処理方法 | |
| AU2012306584B2 (en) | Method for separating radioactive nuclides by means of ceramic filter membranes | |
| WO2014108941A1 (ja) | 水処理方法及び水処理装置 | |
| JP6591343B2 (ja) | 非晶質エトリンガイトの製造方法 | |
| JP4210509B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
| JP2008237986A (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
| JP2005000840A (ja) | フッ素含有排水の処理方法 | |
| JP6888798B2 (ja) | ホウ素除去方法及びホウ素除去装置 | |
| JP6950893B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180523 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190313 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190326 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190510 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190910 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191002 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6599153 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |