JP7116395B2 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム剤を用いて、ホウ素等の除去対象物質を含有する水を処理する水処理方法及び水処理装置に関する。

各種産業で排出されるホウ素、フッ素、セレン、シリカ、重金属等の物質を高い濃度で含む排水は、それらの物質を排水基準以下まで処理して放流する必要がある。例えば、石炭を燃焼して発電等を行う発電設備では、排ガスを浄化するための脱硫設備が設置され、例えば、アルカリ剤を溶解させた水により、排ガス中の硫黄分や集塵機で除去されなかった煤塵等を除去している。硫黄分や煤塵等を吸収した水は適宜、脱硫設備から脱硫排水として排出され、排水基準以下にまで処理されて海洋等に放流される。

この脱硫排水には、通常、石炭等に含まれるホウ素、フッ素、セレン、重金属（鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、ニッケル等）等が含有される。中でもホウ素は、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）等として高い濃度で含有されることがあり、２００～５００ｍｇ－Ｂ／Ｌ程度存在することもある。

これらの物質を対象とした水処理では、マグネシウム剤を添加し、これらの物質を不溶化して、不溶化物を含む汚泥を固液分離することで、被処理水からこれらの物質を分離する方法が知られている（特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）。

水処理に用いられるマグネシウム剤は、水中で溶解するとマグネシウムイオンとなるが、水を概ねｐＨ１０以上のアルカリ性に調整すると、ホウ素、フッ素等とマグネシウムが結合して不溶化物を形成したり、あるいはマグネシウムと水酸化物イオンが結合して不溶化した水酸化マグネシウムに、ホウ素、フッ素等が吸着して不溶化したりする。

マグネシウム剤で工業的に水処理剤として利用可能なものとしては、塩化マグネシウム六水和物（ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ）、塩基性炭酸マグネシウム（３ＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・Ｈ_２Ｏ）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等がある。いずれのマグネシウム剤も、水中ではｐＨ１０以上のアルカリ性において除去対象物質を不溶化することができる。

特許第３３５５２８１号公報 特許第４５５８６３３号公報

井澤 彩、前田 素生、所 千晴、笹木 圭子，「水酸化マグネシウム共沈法における廃水中のホウ素除去機構の考察」，Journal of MMIJ, Vol.130, pp.155-161(2014)

ところで、従来技術では、マグネシウム剤と除去対象物質を含む被処理水との不溶化反応に長い時間を掛けないと、被処理水から除去対象物質を十分に除去することができない。そして、不溶化反応の時間が長くなれば、水処理に要するエネルギーが増大する等の問題が生じるため、不溶化反応の時間を短縮することが望まれている。

そこで、本発明の目的は、マグネシウム剤と除去対象物質を含む被処理水との不溶化反応の時間を短縮することができる水処理方法及び水処理装置を提供することである。

本発明は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応工程と、前記反応工程で生成した前記不溶化物を含む汚泥を固液分離する固液分離工程と、前記反応工程の前段に、前記被処理水を３５℃以上に加温する加温工程と、を有し、前記反応工程における前記被処理水の温度は３５℃以上であり、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含み、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、結晶子サイズが１１０Å以下である水処理方法である。

前記水処理方法において、前記反応工程では、前記被処理水のｐＨが９以上となる量の前記マグネシウム剤を前記被処理水に添加することが好ましい。

前記水処理方法において、前記除去対象物質はホウ素、フッ素、シリカおよび重金属のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

また、本発明は、除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段と、前記反応手段で生成した前記不溶化物を含む汚泥を固液分離する固液分離手段と、前記反応手段の前段に、前記被処理水を３５℃以上に加温する加温手段と、を有し、前記反応手段における前記被処理水の温度は３５℃以上であり、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含み、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、結晶子サイズが１１０Å以下である水処理装置である。

前記水処理装置において、前記反応手段は、前記被処理水のｐＨが９以上となる量の前記マグネシウム剤を前記被処理水に添加することが好ましい。

前記水処理装置において、前記除去対象物質はホウ素、フッ素、シリカおよび重金属のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

本発明によれば、マグネシウム剤と除去対象物質を含む被処理水との不溶化反応の時間を短縮することができる水処理方法及び水処理装置を提供することができる。

本実施形態に係る連続式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る回分式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。 各実施例及び比較例の撹拌時間における処理水中のホウ素濃度の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る連続式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す水処理装置１は、加温装置１０、反応手段の一例である反応装置１２、固液分離手段の一例である沈殿槽１４を備えている。加温装置１０は、加温槽１６、加温槽内に設置された加温手段の一例である熱源供給ライン１８を備えている。また、加温槽１６には、撹拌機２０が設置されている。反応装置１２は、反応槽２２、マグネシウム剤添加ライン２４を備えている。また、反応槽２２には、撹拌機２６が設置されている。

図１に示すように、加温槽１６の水入口には、水流入ライン２８が接続されている。また、加温槽１６の水出口には、水排出ライン３０の一端が接続され、反応槽２２の水入口には、水排出ライン３０の他端が接続されている。また、反応槽２２の薬剤入口には、マグネシウム剤添加ライン２４が接続されている。また、反応槽２２の水出口には、水排出ライン３２の一端が接続され、沈殿槽１４の水入口には、水排出ライン３２の他端が接続されている。また、沈殿槽１４の水出口には、処理水排出ライン３４が接続され、沈殿槽１４の汚泥出口には、汚泥排出ライン３６が接続されている。

図１に示す水処理装置１で用いられるマグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含んでおり、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、かつ結晶子サイズが１１０Å以下である。

以下に、図１に示す水処理装置１の動作について説明する。

除去対象物質を含む被処理水が、水流入ライン２８を通り、加温槽１６に供給されると共に、加熱流体（例えば、温水、蒸気等）が熱源供給ライン１８に導入される。加温槽１６内の被処理水は、撹拌機２０により撹拌されながら、熱源供給ライン１８を通る加熱流体と熱交換され、３５℃以上に加温される。

３５℃以上に加温された被処理水は、加温槽１６から水排出ライン３０を通り、反応槽２２に供給されると共に、マグネシウム剤がマグネシウム剤添加ライン２４から反応槽２２に供給される。反応槽２２内の被処理水およびマグネシウム剤は、撹拌機２６により撹拌され、被処理水中の除去対象物質がマグネシウム剤によって不溶化され、不溶化物が生成される（反応工程）。

反応槽２２内の不溶化物を含む被処理水は、水排出ライン３２を通り、沈殿槽１４に供給される。沈殿槽１４内では、処理水と不溶化物を含む汚泥とに固液分離される（固液分離工程）。固液分離された処理水は、処理水排出ライン３４から系外へ排出される。また、固液分離された不溶化物を含む汚泥の一部は、汚泥排出ライン３６から系外へ排出される。

本実施形態のマグネシウム剤は、既述したように、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、かつ結晶子サイズが１１０Å以下である。このような表面積及び結晶子サイズを有するマグネシウム剤は、水中への溶解速度が高いため、効率的に除去対象物質を不溶化させることが可能であると考えられる。さらに、当該マグネシウム剤は３５℃以上に加温された除去対象物質を含む被処理水と反応するため、除去対象物質の不溶化が促進されると考えられる。これらのことから、被処理水から除去対象物質を十分に除去するのに要する反応工程の反応時間、すなわちマグネシウム剤と除去対象物質を含む被処理水との不溶化反応の時間を短縮することができ、例えば水処理に要するエネルギーの増大を抑えることが可能となる。また、連続式の水処理装置の場合、不溶化反応の時間は反応槽２２内の被処理水の滞留時間であるため、不溶化反応の時間を短縮することは、反応槽２２の小型化に繋がる。さらに、本実施形態では、効率的に除去対象物質が不溶化されるため、マグネシウム剤の添加量を削減することも可能である。

図１に示す水処理装置１は、１つの反応槽２２を有するが、これに限定されるものではなく、直列２段の反応槽を有してもよいし、直列３段以上の反応槽を有していてもよい。

図１に示す水処理装置１では、固液分離された不溶化物を含む汚泥を系外に排出しているが、これに限定されるものではなく、固液分離された不溶化物を含む汚泥の一部を反応槽２２に返送してもよい。具体的には、図１に示す水処理装置１は、汚泥返送ラインを備え、汚泥返送ラインの一端が沈殿槽１４に接続され、他端が反応槽２２に接続されていて、沈殿槽１４内の不溶化物を含む汚泥の一部が汚泥返送ラインを通り反応槽２２に返送される。

図２は、本実施形態に係る回分式の水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図２に示す水処理装置２は、加温装置３８、回分式反応装置４０を備えている。加温装置３８は、加温槽４１、加温槽４１内に設置された熱源供給ライン４３を備えている。また、加温槽４１には、撹拌機４５が設置されている。回分式反応装置４０は、反応槽４４、マグネシウム剤添加ライン４６を備えている。反応槽４４には、撹拌機５０が設置されている。

図２に示すように、加温槽４１の水入口には、水流入ライン５５が接続されている。また、加温槽４１の水出口には、水流入ライン５６の一端が接続され、反応槽４４の水入口には、水流入ライン５６の他端が接続されている。また、反応槽４４の薬剤入口には、マグネシウム剤添加ライン４６が接続されている。また、反応槽４４の汚泥出口には、汚泥排出ライン５８が接続されている。また、反応槽４４の水出口には、処理水排出ライン６０が接続されている。

図２に示す水処理装置２で用いられるマグネシウム剤は、図１に示す水処理装置１と同様に、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含んでおり、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、かつ結晶子サイズが１１０Å以下である。

本実施形態に係る水処理装置２の動作の一例について説明する。

除去対象物質を含む被処理水が、水流入ライン５５を通り、加温槽４１に供給されると共に、加熱流体（例えば、温水、蒸気等）が熱源供給ライン４３に導入される。加温槽４１内の被処理水は、撹拌機４５により撹拌されながら、熱源供給ライン４３を通る加熱流体と熱交換され、３５℃以上に加温される。

３５℃以上に加温された被処理水は、加温槽４１から水流入ライン５６を通り、反応槽４４に供給された後、マグネシウム剤がマグネシウム剤添加ライン４６から反応槽４４に供給される。反応槽４４内の被処理水およびマグネシウム剤は撹拌機５０により撹拌され、被処理水中の除去対象物質がマグネシウム剤によって不溶化され、不溶化物が生成される（反応工程）。

その後、撹拌機５０が停止され、反応槽４４内で、処理水と不溶化物を含む汚泥とが固液分離される（固液分離工程）。固液分離され、底部に堆積した不溶化物を含む汚泥が、汚泥排出ライン５８を通じて系外へ排出される。そして、汚泥排出後、反応槽４４内の処理水が、処理水排出ライン６０から系外へ排出される。

このような、回分式反応装置４０を用いた場合でも、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、かつ結晶子サイズが１１０Å以下であるマグネシウム剤を用いることで、効率的に除去対象物質を不溶化させることが可能である。また、既述したように、マグネシウム剤は３５℃以上に加温された除去対象物質を含む被処理水と反応するため、除去対象物質の不溶化が促進されると考えられる。これらのことから、回分式の場合においても、被処理水から除去対象物質を十分に除去するのに要する反応工程の反応時間、すなわちマグネシウム剤と除去対象物質を含む被処理水との不溶化反応の時間を短縮することができ、例えば水処理に要するエネルギーの増大を抑えることが可能となる。

図２に示す水処理装置２では、固液分離された不溶化物を含む汚泥を系外に排出しているが、これに限定されるものではなく、固液分離された不溶化物を含む汚泥の一部を反応槽４４に返送してもよい。不溶化物を含む汚泥を反応槽４４に返送する場合には、反応槽４４から引き抜いた汚泥を一旦汚泥貯槽等に溜めた後、所定のタイミングで反応槽４４に返送することが望ましい。不溶化物を含む汚泥を反応槽４４へ返送するタイミングは、除去対象物質の不溶化物を生成する際であればよく、具体的には、マグネシウム剤の供給と同時であってもよいし、マグネシウム剤の添加後であってもよいし、マグネシウム剤添加により不溶化物が生成した後であって固液分離工程前でもよいし、マグネシウム剤の添加前でもよい。

以下、本実施形態で用いられるマグネシウム剤について詳述する。

本実施形態で用いられるマグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）のうち少なくとも１つを原料とし、当該原料を焼成することにより得られる。マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物としては、例えば、塩基性炭酸マグネシウム（ｍＭｇＣＯ_３・Ｍｇ（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ）、マグネサイト（炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物）およびドロマイト（炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物）がある。なお、塩基性炭酸マグネシウムは、Ｍｇ（ＯＨ）_２に対し、ｍが３～５、ｎが３～７となるものである。また、水酸化マグネシウムとしては、例えば、ブルーサイトのような水酸化マグネシウムを主成分とする鉱物も含む。

原料を焼成する際の温度としては、マグネシウム剤のＢＥＴ比表面積を８５ｃｍ^２／ｇ以上、結晶子サイズを１１０Å以下とする点で、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物が原料の場合には、例えば、５００～７００℃の範囲であることが好ましく、５００～６５０℃の範囲であることがより好ましく、５５０～６５０℃の範囲であることが特に好ましい。水酸化マグネシウムが原料の場合には、例えば、４００～６５０℃の範囲であることが好ましく、４００～５５０℃の範囲であることがより好ましい。この範囲の温度で原料を焼成することで、水酸化マグネシウムが原料の場合には、脱水反応により原料中の水和水や水酸基等が脱離した焼成物を含むマグネシウム剤が得られ、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物が原料の場合は、上記水和水や水酸基等の離脱に加え、脱炭酸反応により炭酸も脱離した焼成物を含むマグネシウム剤が得られる。

焼成温度が５００℃未満（マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物の場合）又は４００℃未満（水酸化マグネシウムの場合）では、例えば、水和水、水酸基、炭酸等を十分脱離させることができない等の原因で、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上のマグネシウム剤を得ることができない場合がある。また、焼成温度が７００℃（マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物の場合）又は６５０℃（水酸化マグネシウムの場合）を超える温度では、例えば、物質の結晶化が進行する等で、結晶子サイズが１１０Å以下のマグネシウム剤を得ることができない場合がある。

焼成時間は、マグネシウム剤のＢＥＴ比表面積を８５ｃｍ^２／ｇ以上、結晶子サイズを１１０Å以下とする点で、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物が原料の場合には、例えば、焼成による重量減少が原料の重量の４０％以上となる時間が好ましく、４０％以上６５％以下となる時間がより好ましい。また、水酸化マグネシウムが原料の場合には、例えば、焼成による重量減少が原料の重量の２５％以上となる時間が好ましく、２５％以上３０％未満となる時間がより好ましい。焼成時間が上記範囲外であると、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上、結晶子サイズが１１０Å以下であるマグネシウム剤を得ることができない場合がある。

焼成に用いるマグネシウムと炭酸を主成分とする化合物、水酸化マグネシウムは、水和水、水酸基、炭酸等を十分脱離させるために、粉末状、顆粒状のものを用いることが好ましい。

このようにして得られるマグネシウム剤のＢＥＴ比表面積は、８５ｍ^２／ｇ以上であり、好ましくは９０ｍ^２／ｇ以上であり、より好ましくは１００ｍ^２／ｇ以上である。ＢＥＴ比表面積の上限は、特に制限はなく、大きければ大きいほどよい。マグネシウム剤のＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ８８３０：２０１３に基づく方法で測定することができる。また、このようにして得られるマグネシウム剤の結晶子サイズは、１１０Å以下であり、好ましくは１００Å以下であり、より好ましくは９０Å以下である。結晶子サイズの下限は、特に制限はなく、小さければ小さいほどよい。マグネシウム剤の結晶子サイズは、Ｘ線回折スペクトルの測定結果をもとにＨａｌｄｅｒ－Ｗａｇｎｅｒ法により求めることができる（具体的な方法は実施例の欄で説明する）。従来の酸化マグネシウムは、塩基性炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムを焼成することにより得られるものであるが、焼成温度や焼成時間の関係から、本実施形態のマグネシウム剤と比べて、ＢＥＴ比表面積が小さい、又は結晶子サイズが大きいものである。そして、従来の酸化マグネシウムよりＢＥＴ比表面積が大きく、結晶子サイズが小さい本実施形態のマグネシウム剤は、従来の酸化マグネシウムよりも水中への溶解速度が高く、効率的に除去対象物質を不溶化させることができる。

マグネシウム剤の粒径としては、体積平均粒径が１，０００μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ～３０μｍの範囲であることがより好ましい。マグネシウム剤の体積平均粒径が１，０００μｍを超えると、例えば、水中においても粒子内部が十分に水と接触できず、除去対象物質の不溶化に使われない剤の割合が多くなる。除去対象物質の不溶化後の固液分離において、この未使用分は固液分離速度を高める効果はあるが、未使用分が多過ぎると、除去対象物質を十分に不溶化できず、処理水質が悪化する場合がある。体積平均粒径が０．５μｍ未満であると、使用時に風で飛散しやすいなど取り扱いが難しくなる場合がある。

焼成後のマグネシウム剤の体積平均粒径が１，０００μｍを超える場合は、焼成後の体積平均粒径がこの範囲になるような粒径の原料を使用するか、焼成後に破砕または篩にかける等の方法により、粒径を調整するのがよい。

以下に、本実施形態における水処理条件等について説明する。

本実施形態で用いられるマグネシウム剤は、水中に添加されると、一部は溶解してマグネシウムイオンと水酸化物イオンとなり、被処理水のｐＨが高くなる。このとき、マグネシウムイオンと不溶物を形成して共沈する物質は、上記マグネシウム剤による除去対象物質となる。また、被処理水のｐＨが高くなり、マグネシウムイオンと水酸化物イオンとが水酸化マグネシウムの不溶物を形成するが、この不溶物に吸着する物質も除去対象物質となる。すなわち、被処理水に含まれる除去対象物質としては、上記マグネシウム剤と不溶物を形成したり、不溶化した水酸化マグネシウム等に吸着して不溶化されるものであればよく、特に制限はないが、ホウ素（例えば、ホウ酸イオン）、フッ素（例えば、フッ化物イオン）、シリカ（例えば、溶解性シリカ）および重金属（例えば、鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、ニッケル等）のうち少なくとも１つであることが好ましい。

被処理水は、上記の除去対象物質のうちの少なくとも１つを含む水であればよく、特に制限はない。被処理水としては、処理後に公共共用水域等へ放流することを前提とした水、または、利用後に逆浸透膜等の精製手段を用いて溶解性物質を除去して再利用することを前提とした水でもよい。前者の例としては、石炭火力発電の脱硫排水やめっき排水、ガラス製造排水などが挙げられる。後者の場合、各種産業工場での水回収システム内の水が対象となり、逆浸透膜工程の前段で本実施形態に係る水処理方法が実施され、逆浸透膜の閉塞の原因となるシリカ等を低減することが主な目的となる。なお、本実施形態に係る水処理方法で用いられるマグネシウム剤は、水中の懸濁物質を凝集することができるため、被処理水には、除去対象物質以外の懸濁物質を含んでもよい。

被処理水中の除去対象物質の含有量は、例えば、０．０１～５０ｍｍｏｌ／Ｌの範囲であり、懸濁物質の含有量は、例えば、５０～１，０００ｍｇ／Ｌの範囲である。

被処理水中のホウ素の含有量は、例えば、１０ｍｇ／Ｌ～５５０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは２０ｍｇ／Ｌ～５００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中のフッ素の含有量は、たとえば、１５ｍｇ／Ｌ～９５０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは２０ｍｇ／Ｌ～１００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中のシリカの含有量は、例えば、１０ｍｇ／Ｌ～１２０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは４０ｍｇ／Ｌ～１２０ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中の重金属の含有量は、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌの範囲であり、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌ～１０ｍｇ／Ｌの範囲である。本実施形態に係る水処理方法は、特に、１００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度のホウ素を含む被処理水に好適に適用することができる。

反応工程では、マグネシウム剤を粉体の状態で被処理水に添加してもよいし、マグネシウム剤を一度、本実施形態に係る水処理法で処理した処理水等に添加し、その水を被処理水に添加してよいが、操作が簡易である点、マグネシウム剤の反応性保持の点等から、マグネシウム剤を粉体の状態で被処理水に添加することが好ましい。

反応工程におけるマグネシウム剤の添加量は、被処理水中の除去対象物質の種類、濃度、および要求される処理水質（対象物質除去率）、共存物質等により異なるが、反応工程における被処理水のｐＨが、例えば８以上、好ましくは９以上、より好ましくは１０以上になる量を添加するのがよい。

反応工程における被処理水の温度は、３５℃以上であればよいが、除去対象物質の除去性能や水処理に要するエネルギーコスト等の点で、３５℃～４５℃の範囲であることが好ましい。被処理水を３５℃以上に加温することで、被処理水が３５℃未満の場合と比較して、上記マグネシウム剤による除去対象物質の不溶化速度や上記マグネシウム剤内部における除去対象物質の拡散速度が上昇するため、除去対象物質の不溶化が促進されると考えられる。

被処理水の温度を加温する加温手段は、被処理水の温度を３５℃以上に加温することができるものであれば特に制限されるものではなく、図１及び図２に示すような熱源供給ライン等の熱交換器、電気式ヒータ、ヒートポンプ等如何なるものでもよい。ここで、図１及び２に示す水処理装置では、反応槽の前段に熱源供給ライン及び加温槽を備える加温装置を設置して、反応槽に流入する前の被処理水を３５℃以上に加温しているが、被処理水の加温は上記形態に限定されるものではない。例えば、反応槽の前段に、上記加温装置を設置せず、熱源供給ラインやヒータ等の加温手段を反応槽に直接設置し、反応槽に流入した被処理水を３５℃以上に加温してもよい。

反応工程における被処理水の温度を３５℃以上とし、また上記マグネシウム剤を用いる本実施形態の水処理方法では、例えば、ホウ素濃度５００ｍｇ／Ｌの被処理水から、ホウ素濃度１５０ｍｇ／Ｌ未満の処理水を得るのに要する反応工程の反応時間を、３０分以下に設定することが可能である。

図１に示すような連続式の水処理装置の場合、反応槽における被処理水の滞留時間が反応工程の反応時間となる。そして、図１に示すような連続式の水処理装置において、直列２段以上の反応槽を有する場合、各反応槽における被処理水の滞留時間の合計が、反応工程の反応時間となる。

固液分離工程における固液分離方法としては、不溶化物と処理水とを分離できる方法であればよく、特に制限はない。連続式の水処理装置の場合には、沈殿槽を用いた自然沈殿処理以外に、遠心分離器等を用いた強制沈殿処理、気泡を供給する浮上分離処理、精密濾過膜等による膜ろ過処理等でもよい。回分式の水処理装置の場合には、反応槽内での自然沈降処理が望ましい。

なお、図１に示すような連続式の水処理装置の場合、不溶化物の固液分離速度を高めるため、反応槽と沈殿槽との間に（反応工程と固液分離工程との間に）、高分子凝集剤等の凝集剤を被処理水に添加し、不溶化物を凝集して、径が大きく強度の強い粒状物に成長させる凝集槽（凝集工程）を設けてもよい。図２に示すような回分式の水処理装置の場合、反応工程後の反応槽に高分子凝集剤等の凝集剤を添加し、不溶化物を凝集して、径が大きく強度の強い粒状物を成長させる凝集工程を設けてもよい。

凝集工程で用いられる凝集剤としては、無機凝集剤、高分子凝集剤等が挙げられ、高分子凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミドプロパンスルフォン酸ナトリウム等が挙げられる。高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせてもよい。

本実施形態に係る水処理方法で得られた処理水は、海洋等の公共用水域等へ放流されてもよいし、再利用されてもよい。

以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
［マグネシウム剤の調製］
塩基性炭酸マグネシウム（和光純薬工業社製、重質）５０ｇを６００℃で３０分、電気炉内で焼成した。焼成後、放冷し、得られたマグネシウム剤のＢＥＴ比表面積を、ＪＩＳ８８３０：２０１３に基づく方法により島津製作所社製の比表面積測定装置（ＡＳＡＰ２０１０）で測定した。

さらに、得られたマグネシウム剤の結晶状態を確認するため、Ｘ線回析装置（株式会社リガク製、ＲＩＮＴ Ｕｌｔｉｍａ ＩＩＩ）で、Ｘ線回析（ＸＲＤ）スペクトルを測定した。なお、Ｘ線回析スペクトルの測定においては、酸化マグネシウムのピーク出現位置（横軸２θ（θ：ブラック角））の確認のため、酸化マグネシウム（和光純薬工業社製、和光一級、重質）のＸ線回析スペクトルを比較参照として測定した。このスペクトルの２θ＝４２．９°および６２．２°のピークから、けい素（粉末、４Ｎ、関東化学社製、高純度）のスペクトルを外部標準として、Ｈａｌｄｅｒ－Ｗａｇｎｅｒ法により結晶子サイズを計算した。なお、Ｈａｌｄｅｒ－Ｗａｇｎｅｒ法は、ピークの積分幅を元に、（β／ｔａｎθ）^２＝（Ｋλ／Ｌ）×［β／（ｔａｎθ×ｓｉｎθ）］＋１６×ｅ^２で表されるグラフをプロットし、傾き（Ｋλ／Ｌ）から結晶子サイズを計算する方法である。ここで、βはピークの積分幅、θはブラッグ角、ＫはＳｃｈｅｒｒｅｒ定数、Ｌは結晶子サイズ、λはＸ線の波長、ｅは格子歪である。

実施例１のマグネシウム剤のＢＥＴ比表面積は１７０ｍ^２／ｇであり、結晶子サイズは７０Åであった。実施例１のマグネシウム剤のＸＲＤスペクトルには、比較参照として測定した既知の酸化マグネシウムのスペクトルと同じく、２θ＝４２°，６２°にピークが現れた。このことから、実施例１のマグネシウム剤は、酸化マグネシウムが主成分であることが確認された。

［水処理方法］
ここでは、被処理水として、純水にホウ酸を溶解したホウ素濃度５００ｍｇ／Ｌのホウ素人工排水を用い、以下の手順でホウ素人工排水の処理を行った。

上記人工排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、人工排水の温度を温浴槽により３６℃に加温した後、上記マグネシウム剤を５ｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で撹拌した。撹拌開始から１０分後、３０分後、及び６０分後の処理水を回収し、それぞれ孔径０．４５μｍのシリンジフィルターを用いて濾過し、濾過液のホウ素濃度を分析した。ホウ素濃度は、工場排水試験方法（ＪＩＳ Ｋ ０１０２）記載のアゾメチン吸光光度法により測定した。

＜実施例２＞
上記人工排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、人工排水の温度を４５℃に加温した後、上記マグネシウム剤を５ｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で撹拌した。実施例１と同様に、撹拌開始から１０分後、３０分後、及び６０分後の処理水を回収し、それぞれ孔径０．４５μｍのシリンジフィルターを用いて濾過し、濾過液のホウ素濃度を分析した。

＜比較例１＞
上記人工排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、人工排水の温度を２４℃に調整した後、上記マグネシウム剤を５ｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で撹拌した。実施例１と同様に、撹拌開始から１０分後、３０分後、及び６０分後の処理水を回収し、それぞれ孔径０．４５μｍのシリンジフィルターを用いて濾過し、濾過液のホウ素濃度を分析した。

＜比較例２＞
塩基性炭酸マグネシウム（和光純薬工業社製、重質）５０ｇを１０００℃で６０分、電気炉内で焼成した。焼成後、放冷し、得られたマグネシウム剤のＢＥＴ比表面積及び結晶子サイズを実施例１と同様の方法で測定した。比較例２のマグネシウム剤のＢＥＴ比表面積は２１ｍ^２／ｇであり、結晶子サイズは５７０Åであった。

上記人工排水３００ｍＬをガラスビーカーに入れ、人工排水の温度を２４℃に調整した後、比較例２のマグネシウム剤を５ｇ／Ｌ添加して、１５０ｒｐｍの回転速度で撹拌した。実施例１と同様に、撹拌開始から１０分後、３０分後、及び６０分後の処理水を回収し、それぞれ孔径０．４５μｍのシリンジフィルターを用いて濾過し、濾過液のホウ素濃度を分析した。

図３は、各実施例及び比較例の撹拌時間における処理水中のホウ素濃度の結果を示す図である。図３に示すように、実施例１の撹拌時間１０分、３０分及び６０分の処理水中のホウ素濃度は、それぞれ２８８ｍｇ／Ｌ、１７１ｍｇ／Ｌ及び１２８ｍｇ／Ｌであった。また、実施例２の撹拌時間１０分、３０分及び６０分の処理水中のホウ素濃度は、それぞれ２３０ｍｇ／Ｌ、１４２ｍｇ／Ｌ及び１１７ｍｇ／Ｌであった。また、比較例１の撹拌時間１０分、３０分及び６０分の処理水中のホウ素濃度は、それぞれ３７６ｍｇ／Ｌ、２８２ｍｇ／Ｌ及び２１６ｍｇ／Ｌであった。さらに、比較例２の撹拌時間１０分、３０分及び６０分の処理水中のホウ素濃度は、それぞれ４７４ｍｇ／Ｌ、４７２ｍｇ／Ｌ及び４７２ｍｇ／Ｌであった。

この結果から、実施例１及び２は、比較例１及び２と比較して、ホウ素処理性能が高いと言える。そして、海域に排出される水のホウ素の許容濃度が２３０ｍｇ／Ｌ（一律排水基準）であるので、図３から、上記人工排水の処理水ホウ素濃度を上記排水基準値以下にするために要する不溶化反応の時間を推定すると、実施例１は２０分であり、実施例２は１０分であり、比較例１は５４分であった。また、比較例２は６０分間の反応時間では上記排水基準を満足しなかった。したがって、除去対象物質を含む被処理水を３６℃以上に加温し、その被処理水に、８５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ比表面積及び１１０Å以下の結晶子サイズを有するマグネシウム剤を添加することにより、不溶化反応の時間を短縮することができると言える。

１，２ 水処理装置、１０，３８ 加温装置、１２ 反応装置、１４ 沈殿槽、１６，４１ 加温槽、１８，４３ 熱源供給ライン、２０，２６，４５，５０ 撹拌機、２２，４４ 反応槽、２４，４６ マグネシウム剤添加ライン、２８，５５，５６ 水流入ライン、３０ 水排出ライン、３２ 水排出ライン、３４，６０ 処理水排出ライン、３６，５８ 汚泥排出ライン、４０ 回分式反応装置。

Claims (6)

1. 除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応工程と、
   前記反応工程で生成した前記不溶化物を含む汚泥を固液分離する固液分離工程と、
   前記反応工程の前段に、前記被処理水を３５℃以上に加温する加温工程と、を有し、
   前記反応工程における前記被処理水の温度は３５℃以上であり、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含み、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、結晶子サイズが１１０Å以下であることを特徴とする水処理方法。
2. 前記反応工程では、前記被処理水のｐＨが９以上となる量の前記マグネシウム剤を前記被処理水に添加することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記除去対象物質はホウ素、フッ素、シリカおよび重金属のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１～２のいずれか１項に記載の水処理方法。
4. 除去対象物質を含む被処理水にマグネシウム剤を添加し、前記除去対象物質の不溶化物を生成する反応手段と、
   前記反応手段で生成した前記不溶化物を含む汚泥を固液分離する固液分離手段と、
   前記反応手段の前段に、前記被処理水を３５℃以上に加温する加温手段と、を有し、
   前記反応手段における前記被処理水の温度は３５℃以上であり、前記マグネシウム剤は、マグネシウムと炭酸を主成分とする化合物又は水酸化マグネシウムのうち少なくとも１つの焼成物を含み、ＢＥＴ比表面積が８５ｍ^２／ｇ以上であり、結晶子サイズが１１０Å以下であることを特徴とする水処理装置。
5. 前記反応手段は、前記被処理水のｐＨが９以上となる量の前記マグネシウム剤を前記被処理水に添加することを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
6. 前記除去対象物質はホウ素、フッ素、シリカおよび重金属のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４～５のいずれか１項に記載の水処理装置。

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