JP6865434B2 - ホウ素含有水の処理方法 - Google Patents
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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、炭酸根を含有するホウ素含有水から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。また、ホウ素は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、炭酸根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。
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、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていると、エトリンガイトの生成が阻害され、ホウ素を除去できないとの知見を得た。また、その他の方法についても、炭酸根を含有するホウ素含有水からホウ素を除去することが困難であるとの知見を得た。
本発明は上記事情に鑑み、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていても、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、炭酸根を含有するホウ素含有水にリン源を添加し、ついで、前記ホウ素含有水にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させ、前記ホウ素含有水に前記カルシウム源を添加する前に、前記ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させ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、前記リン源はリン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、またはリン酸であることを特徴とする。
第３発明のホウ素含有水の処理方法は、第１または第２発明において、前記カルシウム源は水酸化カルシウム、または水酸化焼成ドロマイトであることを特徴とする。
第４発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２または第３発明において、前記リン源の添加量を、添加後の溶液のリンに対するホウ素のモル比が０．０８〜０．１４となる量とすることを特徴とする。
第５発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３または第４発明において、前記カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のカルシウムに対するリンのモル比が０．３〜０．４５となる量とすることを特徴とする。
第６発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記ホウ素含有水に前記リン源を添加した後、前記カルシウム源を添加する前に、前記ホウ素含有水のｐＨを４．７〜５．２に調整することを特徴とする。
第７発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記ホウ素含有水のアルミニウム濃度を０．２〜０．４ｍＭに調整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、前記リン源はリン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、またはリン酸であることを特徴とする。
第３発明のホウ素含有水の処理方法は、第１または第２発明において、前記カルシウム源は水酸化カルシウム、または水酸化焼成ドロマイトであることを特徴とする。
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第５発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３または第４発明において、前記カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のカルシウムに対するリンのモル比が０．３〜０．４５となる量とすることを特徴とする。
第６発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記ホウ素含有水に前記リン源を添加した後、前記カルシウム源を添加する前に、前記ホウ素含有水のｐＨを４．７〜５．２に調整することを特徴とする。
第７発明のホウ素含有水の処理方法は、第１、第２、第３、第４、第５または第６発明において、前記ホウ素含有水のアルミニウム濃度を０．２〜０．４ｍＭに調整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、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていても、ホウ素を除去できる。
つぎに、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理方法は、炭酸根を含有するホウ素含有水からホウ素を除去する方法である。具体的には、ホウ素含有水にリン源を添加し（第１工程）、ついで、ホウ素含有水にカルシウム源を添加し（第２工程）、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させる。
本発明の一実施形態に係るホウ素含有水の処理方法は、炭酸根を含有するホウ素含有水からホウ素を除去する方法である。具体的には、ホウ素含有水にリン源を添加し（第１工程）、ついで、ホウ素含有水にカルシウム源を添加し（第２工程）、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させる。
ここで、リン源としてリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）、リン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ2ＰＯ4）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）などが用いられる。また、カルシウム源として水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ）2）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化焼成ドロマイトなどが用いられる。
なお、水酸化焼成ドロマイトは天然産物であるドロマイトに対して焼成、水和などの処理をして製造される工業製品である。水酸化焼成ドロマイトは一般的な試薬に比べて安価である。例えば、水酸化焼成ドロマイト１ｇには、水酸化カルシウム７．６５ｍｍｏｌ、酸化カルシウム０．５９ｍｍｏｌ、水酸化マグネシウム３．８１ｍｍｏｌ、酸化マグネシウム２．５３ｍｍｏｌが含まれる。
第１工程において、リン源の添加量を、添加後の溶液のリンに対するホウ素のモル比（以下、「Ｂ／Ｐ」という。）が０．０８〜０．１４となる量とすることが好ましい。ホウ素に対してリンを過剰にすることで、ホウ素がハイドロキシアパタイトの結晶に取り込まれる機会が増えると推測される。
第２工程において、カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のカルシウムに対するリンのモル比（以下、「Ｐ／Ｃａ」という。）が０．３〜０．４５となる量とすることが好ましい。ハイドロキシアパタイトはＣａ10(ＰＯ4)6(ＯＨ)2で表されＰ／Ｃａ＝０．６である。Ｐ／Ｃａを０．６より小さくすることで、結晶中のＰに代わってＢが取り込まれやすくなると推測される。なお、Ｐ／Ｃａが０．４５を超えるとホウ素を十分に除去できない恐れがある。また、Ｐ／Ｃａが０．３より小さいとハイドロキシアパタイトが十分に生成されない恐れがある。
なお、カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のカルシウムに対するホウ素のモル比（以下、「Ｂ／Ｃａ」という。）が０．３以下となる量とすることが好ましい。カルシウムの量が少なすぎると（Ｂ／Ｃａが０．３を超えると）、ハイドロキシアパタイトが十分に生成できなくなる。
第１工程の後、第２工程の前に、ホウ素含有水のｐＨを４．７〜５．２に調整することが好ましい。ｐＨ調整は例えば塩酸を添加することで行うことができる。ホウ素含有水のｐＨを上記範囲に調整すれば、ハイドロキシアパタイトの生成に必要なカルシウム源の溶解が促進され、短時間でホウ素を除去できる。
第２工程の後、ホウ素含有水を撹拌することが好ましい。ホウ素含有水を撹拌すれば、ハイドロキシアパタイトの生成に要する時間が短くなり、短時間でホウ素を除去できる。
ハイドロキシアパタイトが生成した後、固液分離によりハイドロキシアパタイトを除去することで、ホウ素含有水からホウ素を除去できる。
ホウ素含有水に炭酸根が含まれていると、カルシウムが炭酸カルシウムの生成に消費され、ハイドロキシアパタイトが生成されにくく、ホウ素を除去することが困難である。しかし、以上の処理方法によれば、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていても、ホウ素を除去できる。
その理由はつぎの通りであると推測される。ホウ素含有水にリン源を添加した後に、カルシウム源を添加するようにすれば、カルシウム源が添加される時点で炭酸カルシウムよりもハイドロキシアパタイトの生成反応が優先的になる。そのため、ホウ素含有水に炭酸根が含まれていても、カルシウム源が炭酸カルシウムの生成に消費されず、ハイドロキシアパタイトが生成される。
ホウ素含有水にアルミニウム源を添加し、ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させることが好ましい。アルミニウム源を添加するタイミングは第２工程の前であればよく、第１工程の前でもよいし、ｐＨ調整の後でもよい。アルミニウム源としてはホウ素含有水中でアルミニウムイオンを生成できるものであれば特に限定されず、硝酸アルミニウム（Ａｌ(ＮＯ3)3）、硫酸アルミニウム（Ａｌ2(ＳＯ4)3）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）などが用いられる。
ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させるとハイドロキシアパタイトの生成が促進される。そのため、ハイドロキシアパタイトの生成に要する時間が短くなり、短時間でホウ素を除去できる。
その理由はつぎの通りであると推測される。ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させると、第１工程で添加されたリン源の作用により、ハイドロキシアパタイト中のＣａをＡｌに置き換えた前駆的な結晶が生成する。第２工程でカルシウム源を添加すると、前駆的な結晶中のＡｌとＣａとが置き換わってハイドロキシアパタイトが生成する。このように前駆的な結晶を経てハイドロキシアパタイトを生成する反応は、前駆的な結晶を経ずに直接ハイドロキシアパタイトを生成する反応に比べて容易に起こる。そのため、カルシウム源を添加した後にハイドロキシアパタイトが短時間で生成する。
アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．２ｍＭ以上となる量、または添加後の溶液のホウ素に対するアルミニウムのモル比（以下、「Ａｌ／Ｂ」という。）が０．０９以上となる量とすることが好ましい。
ホウ素含有水のアルミニウム濃度が高いほどホウ素の除去効果が高い。そのため、ホウ素除去効果の観点からはアルミニウム源の添加量に特に上限はない。ただし、ホウ素含有水のアルミニウム濃度が０．８ｍＭ以上となると、ハイドロキシアパタイトが生成した後、固液分離により得られる残渣からアルミニウムが溶出しやすくなる。そのため、アルミニウム源の添加量を、添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．４ｍＭ以下となる量、または添加後の溶液のＡｌ／Ｂが０．１８以下となる量とすることが好ましい。
なお、以上の処理方法によれば、砒素を除去することも可能である。具体期には初期濃度が０．４５ｍｇ／Ｌであったところを、０．１ｍｇ／Ｌに低減できる。また、以上の処理方法によれば、シリカを除去することも可能である。具体的には初期濃度が３０〜４０ｍｇ／Ｌであったところを、０．１ｍｇ／Ｌに低減できる。
つぎに、実施例を説明する。
（ホウ素含有水）
ホウ素含有水として模擬廃水と実廃水とを用意した。
模擬廃水は超純水にホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）と炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）とを溶解して得た。模擬廃水はホウ素濃度が１．７ｍＭまたは２．６ｍＭ、炭酸水素ナトリウム濃度が１６．４ｍＭ、ｐＨが７．２である。
（ホウ素含有水）
ホウ素含有水として模擬廃水と実廃水とを用意した。
模擬廃水は超純水にホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）と炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）とを溶解して得た。模擬廃水はホウ素濃度が１．７ｍＭまたは２．６ｍＭ、炭酸水素ナトリウム濃度が１６．４ｍＭ、ｐＨが７．２である。
地下水を採取して実廃水とした。実廃水の組成を、イオンクロマトグラフィー（Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃｌ-、ＳＯ4 2-濃度の測定に使用。）、ＩＣＰ−ＯＥＳ（Ｂ、Ｃａ濃度の測定に使用。メーカー：Perkin Elmer、型番：Optima 8300DV、以下同じ。）、ＩＣＰ−ＭＳ（Ａｓ濃度の測定に使用。メーカー：アジレントテクノロジー株式会社、型番：Agilent 7500C）、酸滴定（ＨＣＯ3 -濃度の測定に使用。）で分析した。その結果、実廃水には、２４ｍｇ／Ｌ（＝２．２ｍＭ）のホウ素、９０４ｍｇ／ＬのＨＣＯ3 -のほか、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｌ-、ＳＯ4 2-、Ａｓなどが含まれていることが分かった。また、実廃水のｐＨは８．２であった。
（実施例１）
模擬廃水（ホウ素濃度：１．７ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０９３となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは７．２である。
模擬廃水（ホウ素濃度：１．７ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０９３となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは７．２である。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ）2）を添加した。ここで、水酸化カルシウムの添加量を添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．３となるように、０．１８ｇとした。
つぎに、溶液をバイオシェイカー（メーカー：Takasaki Scientific Instruments Corp、型番：TB-16R）に入れた。バイオシェイカーはポリエチレンテレフタレート製の円筒形容器であり、内径２８．５ｍｍ、高さ７３．５ｍｍである。バイオシェイカーを寝かした状態で容器重心を中心として１００ｒｐｍで１２０分撹拌した。液温は３５℃とした。
撹拌した後、バイオシェイカーを静置した。静置開始から２４時間後までの適当な時間間隔でバイオシェイカーから試料を取り出した。取り出した試料を孔径０．２μｍのフィルターを用いて吸引濾過し、濾液と残渣とを分離回収した。
濾液のｐＨをｐＨメータにより測定した。また、濾液のＢ、Ｃａ2+、ＰＯ4 3-濃度をＩＣＰ−ＯＥＳで測定し、ＨＣＯ3 -、ＣＯ3 2-濃度を酸滴定で測定した。残渣は上口デシケーターを用いて真空乾燥させた後、ＸＲＤ分析（メーカー：Rigaku、型番：Ultima IV、以下同じ。）を行った。
その結果を図１、図２に示す。
図１のグラフ（ａ）より、静置時間を１２０分とすればホウ素濃度を１２．６ｍｇ／Ｌ（＝１．１７ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図２より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図１のグラフ（ａ）より、静置時間を１２０分とすればホウ素濃度を１２．６ｍｇ／Ｌ（＝１．１７ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図２より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例２）
模擬廃水（ホウ素濃度：２．６ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１４となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１と同様である。
模擬廃水（ホウ素濃度：２．６ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１４となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１と同様である。
その結果を図１、図３に示す。
図１のグラフ（ａ）より、静置時間を１２０分とすればホウ素濃度を５．０ｍｇ／Ｌ（＝０．４６ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図３より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図１のグラフ（ａ）より、静置時間を１２０分とすればホウ素濃度を５．０ｍｇ／Ｌ（＝０．４６ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図３より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例３）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは８．２である。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは８．２である。
その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１と同様である。ただし、バイオシェイカーから取り出した試料を吸引濾過して得られた濾液について、Ｂ、Ｃａ2+、ＰＯ4 3-濃度に加えてＳｉ濃度をＩＣＰ−ＯＥＳで測定した。
その結果を図４、図６に示す。
図４のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を８．６ｍｇ／Ｌ（＝０．８０ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図６より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図４のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を８．６ｍｇ／Ｌ（＝０．８０ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図６より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例４）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例３と同様である。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例３と同様である。
その結果を図４、図７に示す。
図４のグラフ（ａ）より、静置時間を２１時間とすればホウ素濃度を３．０ｍｇ／Ｌ（＝０．２８ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図７より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図４のグラフ（ａ）より、静置時間を２１時間とすればホウ素濃度を３．０ｍｇ／Ｌ（＝０．２８ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図７より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
なお、実施例１〜４を比較したグラフを図５に示す。
（実施例５）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは８．２である。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。なお、ｐＨ調整は行わなかった。したがって、ｐＨは８．２である。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の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添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．４５となるように、０．１８ｇとした。その後の工程（溶液の撹拌以降の工程）は実施例３と同様である。
その結果を図８、図９に示す。
図８のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を７．８ｍｇ／Ｌ（＝０．７２ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図９より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図８のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を７．８ｍｇ／Ｌ（＝０．７２ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図９より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例６）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを５．２に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを５．２に調整した。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の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添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．４５となるように、０．１８ｇとした。その後の工程（溶液の撹拌以降の工程）は実施例３と同様である。
その結果を図８、図１０に示す。
図８のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を４．９ｍｇ／Ｌ（＝０．４５ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１０より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図８のグラフ（ａ）より、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を４．９ｍｇ／Ｌ（＝０．４５ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１０より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例７）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の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添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．３となるように、０．２７ｇとした。その後の工程（溶液の撹拌以降の工程）は実施例３と同様である。
その結果、静置時間を２１時間とすればホウ素濃度を２．７ｍｇ／Ｌ（＝０．２５ｍＭ）まで低減できることが分かった。
（実施例８）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が２７．５ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．０８となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の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添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．４５となるように、０．１８ｇとした。その後の工程（溶液の撹拌以降の工程）は実施例３と同様である。
その結果、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を５．１ｍｇ／Ｌ（＝０．４７ｍＭ）まで低減できることが分かった。
（実施例９）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１と同様である。ただし、バイオシェイカーから取り出した試料を吸引濾過して得られた濾液について、Ｂ、Ｃａ2+、ＰＯ4 3-に加えてＳｉ、Ａｌ濃度をＩＣＰ−ＯＥＳで測定した。
また、静置時間２時間でバイオシェイカーから取り出した試料を吸引濾過して得られた残渣についてアルミニウムの溶出試験を行った。溶出試験の手順はつぎのとおりである。まず、超純水０．９ｍＬに残渣０．０９ｇを入れた。つぎに、振とう機を用いて２００ｒｐｍで６時間撹拌した。つぎに、遠心分離機を用いて３，０００ｒｐｍで２０分間処理した。分離した溶液をシリンジで採取し孔径０．２μｍのフィルターで濾過した。得られた濾液を０．８Ｎの希硝酸で１０倍に希釈して定量するイオンを安定化し、Ａｌ濃度をＩＣＰ−ＯＥＳで測定した。
その結果を図１１、図１２、図１４に示す。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が６０分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を２時間とすればホウ素濃度を４．８ｍｇ／Ｌ（＝０．４４ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１２より、静置時間が６０分を超えるとハイドロキシアパタイトの明らかなピークが現れることが分かる。また、図１４より、残渣からはアルミニウムが溶出しないことが分かる。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が６０分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を２時間とすればホウ素濃度を４．８ｍｇ／Ｌ（＝０．４４ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１２より、静置時間が６０分を超えるとハイドロキシアパタイトの明らかなピークが現れることが分かる。また、図１４より、残渣からはアルミニウムが溶出しないことが分かる。
（実施例１０）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
つぎに、溶液に粉末状の硝酸アルミニウムを添加して溶解した。ここで、硝酸アルミニウムの添加量を添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．２ｍＭとなる量とした。硝酸アルミニウムの添加により溶液のｐＨが低下したので、溶液に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例９と同様である。
その結果を図１１、図１４に示す。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が４５分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１．５時間とすればホウ素濃度を４．９ｍｇ／Ｌ（＝０．４５ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は少ないことが分かる。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が４５分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１．５時間とすればホウ素濃度を４．９ｍｇ／Ｌ（＝０．４５ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は少ないことが分かる。
（実施例１１）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
つぎに、溶液に粉末状の硝酸アルミニウムを添加して溶解した。ここで、硝酸アルミニウムの添加量を添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．４ｍＭとなる量とした。硝酸アルミニウムの添加により溶液のｐＨが低下したので、溶液に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例９と同様である。
その結果を図１１、図１４に示す。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が４５分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１．５時間とすればホウ素濃度を４．６ｍｇ／Ｌ（＝０．４３ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は少ないことが分かる。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が４５分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１．５時間とすればホウ素濃度を４．６ｍｇ／Ｌ（＝０．４３ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は少ないことが分かる。
（実施例１２）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素アンモニウムを添加して溶解した。ここで、リン酸二水素アンモニウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．７に調整した。
つぎに、溶液に粉末状の硝酸アルミニウムを添加して溶解した。ここで、硝酸アルミニウムの添加量を添加後の溶液のアルミニウム濃度が０．８ｍＭとなる量とした。硝酸アルミニウムの添加により溶液のｐＨが低下したので、溶液に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを４．８に調整した。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例９と同様である。
その結果を図１１、図１３、図１４に示す。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が３０分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１時間とすればホウ素濃度を４．５ｍｇ／Ｌ（＝０．４２ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１３より、静置時間が３０分を超えるとハイドロキシアパタイトの明らかなピークが現れることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は相対的に多くなることが分かる。
図１１のグラフ（ａ）より、静置時間が３０分を超えるとホウ素濃度が急激に低下することが分かる。静置時間を１時間とすればホウ素濃度を４．５ｍｇ／Ｌ（＝０．４２ｍＭ）まで低減できることが分かる。また、図１３より、静置時間が３０分を超えるとハイドロキシアパタイトの明らかなピークが現れることが分かる。また、図１４より、残渣からのアルミニウムの溶出は相対的に多くなることが分かる。
（実施例１３）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素ナトリウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素ナトリウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の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添加後の溶液においてＰ／Ｃａ＝０．３となるように、０．１８ｇとした。
つぎに、溶液をバイオシェイカーに入れた。バイオシェイカーを寝かした状態で容器重心を中心として１００ｒｐｍで１２０分撹拌した。液温は２５℃とした。
撹拌した後、バイオシェイカーを静置した。静置開始から２４時間後までの適当な時間間隔でバイオシェイカーから試料を取り出した。取り出した試料を孔径０．２μｍのフィルターを用いて吸引濾過し、濾液と残渣とを分離回収した。
濾液のＢ濃度をＩＣＰ−ＯＥＳで測定した。残渣は上口デシケーターを用いて真空乾燥させた後、ＸＲＤ分析を行った。
その結果を図１５、図１６に示す。
図１５のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１６より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図１５のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１６より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例１４）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸（Ｈ3ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸の添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１３と同様である。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸（Ｈ3ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸の添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。その後の工程（水酸化カルシウムの添加以降の工程）は実施例１３と同様である。
その結果を図１５、図１７に示す。
図１５のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１７より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図１５のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１７より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
（実施例１５）
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素ナトリウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。
実廃水（ホウ素濃度：２．２ｍＭ）に粉末状のリン酸二水素ナトリウム（ＮaＨ2ＰＯ4）を添加して溶解した。ここで、リン酸二水素ナトリウムの添加量を添加後の溶液のリン濃度が１８．３ｍＭとなる量とした。したがって、Ｂ／Ｐ＝０．１２となっている。つぎに、溶液に１Ｍの塩酸を添加してｐＨを４．８に調整した。
つぎに、溶液４０ｍＬに粉末状の水酸化焼成ドロマイト（吉澤石灰工業株式会社製、水酸化ドロマイトＨＣＤ６０）を添加した。なお、ＨＣＤ６０に含まれる水酸化マグネシウムと酸化マグネシウムとの比率はおよそ６０：４０である。ここで、水酸化焼成ドロマイトの添加量はＰ／Ｃａ＝０．３となるように、０．３２ｇとした。を使用した。その後の工程（溶液の撹拌以降の工程）は実施例１３と同様である。
その結果を図１８、図１９に示す。
図１８のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１９より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
図１８のグラフより、静置時間を２４時間とすればホウ素濃度を０．６５ｍＭまで低減できることが分かる。また、図１９より、ハイドロキシアパタイトが生成されることが分かる。
以上の実施例１〜１５の条件および測定結果を図２０の表にまとめる。
以上より、実施例１から１５のいずれの条件においても、ハイドロキシアパタイトが生成され、ホウ素含有水から十分にホウ素を除去できることが確認された。また、実施例９から１２より、ホウ素含有水のアルミニウム濃度を高くするほど、ハイドロキシアパタイトの生成が促進され、短時間でホウ素を除去できることが確認された。ただし、ホウ素含有水のアルミニウム濃度が０．８ｍＭとなると残渣からのアルミニウムの溶出量が多くなることが確認された。よって、ホウ素含有水のアルミニウム濃度は０．２ｍＭ以上、０．４ｍＭ以下が好ましいことが確認された。
以上より、実施例１から１５のいずれの条件においても、ハイドロキシアパタイトが生成され、ホウ素含有水から十分にホウ素を除去できることが確認された。また、実施例９から１２より、ホウ素含有水のアルミニウム濃度を高くするほど、ハイドロキシアパタイトの生成が促進され、短時間でホウ素を除去できることが確認された。ただし、ホウ素含有水のアルミニウム濃度が０．８ｍＭとなると残渣からのアルミニウムの溶出量が多くなることが確認された。よって、ホウ素含有水のアルミニウム濃度は０．２ｍＭ以上、０．４ｍＭ以下が好ましいことが確認された。
Claims (7)
- 炭酸根を含有するホウ素含有水にリン源を添加し、
ついで、前記ホウ素含有水にカルシウム源を添加し、ハイドロキシアパタイトを生成してホウ素を共沈させ、
前記ホウ素含有水に前記カルシウム源を添加する前に、前記ホウ素含有水にアルミニウムイオンを共存させる
ことを特徴とするホウ素含有水の処理方法。 - 前記リン源はリン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、またはリン酸である
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。 - 前記カルシウム源は水酸化カルシウム、または水酸化焼成ドロマイトである
ことを特徴とする請求項１または２記載のホウ素含有水の処理方法。 - 前記リン源の添加量を、添加後の溶液のリンに対するホウ素のモル比が０．０８〜０．１４となる量とする
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のホウ素含有水の処理方法。 - 前記カルシウム源の添加量を、添加後の溶液のカルシウムに対するリンのモル比が０．３〜０．４５となる量とする
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のホウ素含有水の処理方法。 - 前記ホウ素含有水に前記リン源を添加した後、前記カルシウム源を添加する前に、前記ホウ素含有水のｐＨを４．７〜５．２に調整する
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載のホウ素含有水の処理方法。 - 前記ホウ素含有水のアルミニウム濃度を０．２〜０．４ｍＭに調整する
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のホウ素含有水の処理方法。
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