JPH09504472A - 過塩素酸塩の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＫＣｌを使用して廃水から過塩素酸塩イオンを除去する方法が開示される。この方法では、廃過塩素酸塩はストリッピング塔の中で水を蒸発させることにより濃縮される。アンモニアと揮発性有機物が濃縮工程中に除去される。この濃縮された過塩素酸塩溶液に塩化カリ（ＫＣｌ）を加えて過塩素酸カリ（ＫＣｌＯ₄）を生成させ、この反応混合物を冷却して過塩素酸カリを結晶化させる。この結晶化液は遠心分離若しくはフィルタープレスによって除去され、それは総合廃水処理系の一部としてさらに処理することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 過塩素酸塩の除去方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は水の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は廃水から過塩素酸 イオンを除去する方法に関する。 ２．技術的背景 過塩素酸アンモニウム（化学式がＮＨ₄ＣｌＯ₄で、“ＡＰ”と略記される）は 、固体ロケット推進薬の処理と再生利用における共通の廃水流構成成分である。 固体ロケットモーターはＡＰを６０％含んでいることが多いので、ロケットモー ター処理施設および装置の洗浄に使用した水は、通常、約１００，０００パーツ ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）までのＡＰを含んでいる。 ＡＰを含む廃水流を排出する工業で用いられている三つの方法がある。第１の 方法では、その廃水はＮＧ、ＨＭＸ若しくはＲＤＸのような高エネルギー物質を 除去するために処理され、そしてその廃水は公共または私有の水処理施設による 処理のためにに排出される。過塩素酸塩は処理されないが、稀釈される。もう一 つの方法では、スラリー爆薬の会社のような第三者が引き受け、その廃水から水 を蒸発させて、スラリー状爆薬として鉱山工業で使用できる、濃縮されたＡＰス ラリーにする。また、低レベルのＡＰの処理のためには、特許になっている生物 ‐消化法もある。かくして、廃水流からＡＰを除去するための方法に対する要望 がこの技術分野で依然として残っている。 本明細書では、廃水から過塩素酸塩イオンを除去する方法が開示され、かつ特 許請求される。 本発明の要約 本発明は廃水から過塩素酸イオンを除去する方法に関する。本発明の方法では 、廃過塩素酸塩は水を、望ましくはストリッピング塔中で蒸発させることにより 濃縮される。この濃縮工程中にアンモニアと揮発性有機物も除去される。次いで 、固形の塩化カリ（ＫＣｌ）が添加され、その反応混合物を冷却して過塩素酸カ リ（ＫＣｌＯ₄）を結晶化させる。この結晶化液は遠心分離またはフィルタープ レ スで除去され、これは総合廃水処理系の一部としてさらに処理されすることがで きる。本発明の処理の化学は下に示される通りである： 発明の詳細な説明 本発明は廃水から過塩素酸イオンを除去する方法に関する。本発明の方法では 、廃過塩素酸塩は水を蒸発させることにより濃縮される。ストリッピング塔と薄 膜蒸発器がこの過塩素酸塩廃液流を濃縮するための二つの可能な装置である。現 在推奨されている過塩素酸塩廃液流の濃縮法はストリッピング塔を利用する方法 である。ストリッピング塔の利用はアンモニアの除去を容易にする。このストリ ッピング塔とその操作はこの技術分野の習熟者に良く知られている。使用される ストリッピング塔の大きさと能力は、処理しなければならない廃過塩素酸塩の量 に依存する。 一般に、ストリッピング塔には、塔内に大きい表面積を創る充填物が充填され ている。加熱した液が、普通、スプレー法で塔頂に導入される。その液が充填物 の上を流れ、塔底から空気が吹き上げられる。塔底から吹込まれる空気がアンモ ニアを追出し、水を蒸発させる。 塔内での発火若しくは乾燥を防ぐために、水温と流量を空気の流量に対してバ ランスさせることが重要である。本発明では、過塩素酸塩の廃液流は１５０°Ｆ 以上、望ましくは２００°Ｆ以上、そして最も望ましくは約２４０°Ｆに加熱さ れる。温度が高ければ高い程、蒸発はより速くなり、ＫＣｌはより可溶性となる 。代表的な塔の大きさ：４フィート×６フィートの場合、２４０°Ｆで約６０ガ ロン／分の水の流量が約３０００立方フィート／分の空気の流量とバランスする 。本明細書で用いられる１ポンドは４５３．５９３グラムに等しく、１フィート は０．３０４８メーターに等しく、１ガロンは３．７８５リットルに等しく、そ し て１立方フィートは２８．３２リットルに等しい。本明細書で用いられる華氏で 表されている温度は、その示度より３２を引き、それに５／９を掛けることによ り摂氏に換算することができる。 ストリッピング塔から出た、濃縮された廃過塩素酸塩は反応容器に移される。 次いで、この熱い濃縮廃過塩素酸塩に塩化カリ（ＫＣｌ）が加えられる。加えら れるＫＣｌの量は廃過塩素酸塩の濃度に依存する。化学量論的に過剰のＫＣｌが 推奨されるが、余り過剰だと余分のカリウムイオンとクロリドイオンが残り、最 終的にその廃液流中で処分しなければならなくなる。現在のところは、過塩素酸 塩の濃度を約２５０，０００〜１００，０００ｐｐｍから６０００ｐｐｍのレベ ルに減らすことが推奨される。この最終濃度を達成するために、化学量論的に過 剰の２ＫＣｌがその廃過塩素酸塩に加えられる。 ＫＣｌを加えると、直ちに過塩素酸カリ（ＫＣｌＯ₄）が沈殿し始める。過塩 素酸カリの溶解度は温度に依存するから、過塩素酸カリの結晶化を最大にするた めには、この反応混合物を冷却するのが望ましい。結晶化装置の温度を約６０° Ｆ以下、望ましくは４０°Ｆ以下に保持すると最良の結果が得られる。 廃過塩素酸塩スラリーはこの反応容器から結晶脱水装置に移される。この脱水 装置は遠心分離装置、フィルタープレスまたはその他の濾過装置である。このよ うな脱水装置はこの技術分野で良く知られている。この結晶化液は、総合廃液処 理系の一部として、アンモニア、重金属、有機の懸濁固体および／または他の汚 染物並びに他の廃物を除去するためにさらに処理することができる。 本発明の処理過程を支配する化学反応を下記に示す： 過塩素酸塩の除去過程でＫＣｌを使用すると、複数の重要な利点が得られる。 例えば、ＫＣｌは比較的腐食性がなく、毒性がなく、危険がなく、そして取り扱 いが容易である。酸の中和若しくはｐＨの調製の必要がない。ＫＣｌは食卓塩に 非常に似たか粒状の固体であり、濃縮過塩素酸塩溶液を稀釈せずに直接添加する ことができる。これは効率が良く、ＫＣｌＯ₄の収率がより高くなる。 ＫＣｌの添加は溶液のｐＨに影響しないから、高いｐＨ水準に関連する腐食の 問題なしに、過塩素酸塩濃度が希望の水準に達するまで加えることができる。Ｋ Ｃｌを用いてこの沈殿反応を行い、残留過塩素酸塩濃度を下げるこの能力は、Ｋ ＯＨを使用する場合に較べて著しく優れている。希望の水準の過塩素酸塩濃度を 得るのに必要なＫＣｌの量は次の式１で示される。 ＣｌＯ₄濃度（ｐｐｍ）＊８．３×１０^-6＝ポンドＫＣｌ 式１ 下記に代表的操業サイクルの一例を示す。 供給液流中のＣｌＯ₄濃度＝１７０６０ｐｐｍ 濃縮される液のガロン数＝１７５０ガロン 濃縮時間＝９．２時間 反応させた濃縮液のガロン数＝１５０ガロン 加えるＫＣｌのポンド数＝２４２ポンド 生成したＫＣｌＯ₄（含水）ポンド数＝３２５ポンド フィルタープレスの濾液のＣｌＯ₄濃度＝３３３ｐｐｍ 上記のことから、本発明は有害でないかまたは腐食性でなく、ｐＨの中和を必 要としない過塩素酸塩イオンの除去法を提供するものであることが分かるであろ う。本発明は、さらに、過塩素酸塩溶液を稀釈しないで、高い過塩素酸塩収率を もたらす過塩素酸塩イオンの除去法を提供する。この方法は、また、その液流か らアンモニアを除去するのにも適している。 本発明は、その本質的特徴から逸脱することなしに、他の特定の形で実施され 得るであろう。説明された実施態様は、全ての点で、単に例示のためのものであ り、限定のためのものではないと考えるべきである。それ故、本発明の範囲は上 記の説明ではなく、むしろ添付した特許請求の範囲によって示されるものである 。これら請求の範囲と同等のことを意味し、同等の範囲に入るすべての変更も本 発明の範囲に含まれるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月８日 【補正内容】補正された差し替え用紙第６〜８頁（請求の範囲）の翻訳文：原翻訳文第５〜６ 頁と差し替える 請求の範囲 １．次の： （ａ）過塩素酸塩イオンを含む廃過塩素酸アンモニウム溶液を濃縮し； （ｂ）濃縮された廃過塩素酸アンモニウム溶液にか粒状の固形塩化カリ（Ｋ Ｃｌ）を加えて過塩素酸カリ（ＫＣｌＯ₄）を生成させ； （ｃ）得られた溶液中でこの過塩素酸カリを結晶化させ；そして （ｄ）結晶化された過塩素酸カリをその得られた溶液から分離する； ことを含んでなる、廃水から過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 ２．廃過塩素酸アンモニウム溶液が水の蒸発によって濃縮される、請求の範囲 第１項に規定される過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 ３．濃縮工程が廃過塩素酸アンモニウム溶液からアンモニアと揮発性有機物を 除去する工程をさらに含んでいる、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸アン モニウムを除去する方法。 ４．濃縮工程が廃過塩素酸アンモニウム溶液を加熱することにより行われる、 請求の範囲第１項に規定される過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 ５．濃縮工程が液体の入口温度が約１５０°Ｆ以上に維持されているストリッ ピング塔の中で行われる、請求の範囲第４項に規定される過塩素酸アンモニウム を除去する方法。 ６．濃縮工程が液体の入口温度が約２００°Ｆ以上に維持されているストリッ ピング塔の中で行われる、請求の範囲第４項に規定される過塩素酸アンモニウム を除去する方法。 ７．廃過塩素酸アンモニウム溶液が過塩素酸カリを結晶化させるために冷却さ れる、請求の範囲第４項に規定される過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 ８．廃過塩素酸アンモニウム溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約６０°Ｆ以下 の温度に維持される、請求の範囲第７項に規定される過塩素酸アンモニウムを除 去する方法。 ９．廃過塩素酸アンモニウム溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約４０°Ｆ以下 の温度に維持される、請求の範囲第７項に規定される過塩素酸アンモニウムを除 去する方法。 １０．結晶化された過塩素酸カリが遠心分離によって廃過塩素酸アンモニウム 溶液から分離される、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸アンモニウムを除 去する方法。 １１．結晶化された過塩素酸カリがフィルタープレスによって廃過塩素酸アン モニウム溶液から分離される、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸アンモニ ウムを除去する方法。 １２．１．次の： （ａ）廃過塩素酸アンモニウム溶液をストリッピング塔中で水を蒸発させる ことにより濃縮し、その際その廃過塩素酸アンモニウム溶液は約１５ ０°Ｆ以上の入口温度に加熱され、そして濃縮工程中にアンモニアと 揮発性有機物がその廃過塩素酸アンモニウム溶液から除去され、 （ｃ）この熱い濃縮された廃過塩素酸アンモニウム溶液にか粒状の固形塩化 カリ（ＫＣｌ）を加えて過塩素酸カリ（ＫＣｌＯ₄）を生成させ； （ｄ）この溶液を約６０°Ｆ以下の温度に冷却して過塩素酸カリを結晶化さ せ；そして （ｅ）結晶化された過塩素酸カリをその冷却された溶液から分離する； ことを含んでなる、廃水から過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 １３．結晶化された過塩素酸カリが遠心分離によって廃過塩素酸アンモニウム 溶液から分離される、請求の範囲第１２項に規定される過塩素酸アンモニウムを 除去する方法。 １４．結晶化された過塩素酸カリがフィルタープレスによって廃過塩素酸アン モニウム溶液から分離される、請求の範囲第１２項に規定される過塩素酸アンモ ニウムを除去する方法。 １５．廃過塩素酸アンモニウム溶液が約２００°Ｆより高い入口温度に加熱さ れる、請求の範囲第１２項に規定される過塩素酸アンモニウムを除去する方法。 １６．廃過塩素酸アンモニウム溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約４０°Ｆ以 下の温度に維持される、請求の範囲第１２項に規定される過塩素酸アンモニウム を除去する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： （ａ）過塩素酸塩イオンを含む、廃過塩素酸塩溶液を濃縮し； （ｂ）濃縮された廃過塩素酸塩溶液に塩化カリ（ＫＣｌ）を加えて過塩素酸 カリ（ＫＣｌＯ₄）を生成させ； （ｃ）この過塩素酸カリを結晶化させ；そして （ｄ）結晶化された過塩素酸カリをその廃過塩素酸塩溶液から分離する； ことを含んでなる、廃水から過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ２．廃過塩素酸塩溶液が水の蒸発によって濃縮される、請求の範囲第１項に規 定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ３．廃過塩素酸塩溶液が過塩素酸アンモニウムを含み、そして濃縮工程が廃過 塩素酸塩溶液からアンモニアと揮発性有機物を除去する工程をさらに含んでいる 、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ４．濃縮工程が廃過塩素酸塩溶液を加熱することにより行われる、請求の範囲 第１項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ５．濃縮工程が液体の入口温度が約１５０°Ｆ以上に維持されているストリッ ピング塔の中で行われる、請求の範囲第４項に規定される過塩素酸塩イオンを除 去する方法。 ６．濃縮工程が液体の入口温度が約２００°Ｆ以上に維持されているストリッ ピング塔の中で行われる、請求の範囲第４項に規定される過塩素酸塩イオンを除 去する方法。 ７．廃過塩素酸塩溶液が過塩素酸カリを結晶化させるために冷却される、請求 の範囲第４項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ８．廃過塩素酸塩溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約６０°Ｆ以下の温度に維 持される、請求の範囲第７項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 ９．廃過塩素酸塩溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約４０°Ｆ以下の温度に維 持される、請求の範囲第７項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １０．結晶化された過塩素酸カリが遠心分離によって廃過塩素酸塩溶液から分 離される、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １１．結晶化された過塩素酸カリがフィルタープレスによって廃過塩素酸塩溶 液から分離される、請求の範囲第１項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する 方法。 １２．塩化カリがか粒状の固体である、請求の範囲第１項に規定される過塩素 酸塩イオンを除去する方法。 １３．１．次の： （ａ）廃過塩素酸塩溶液をストリッピング塔中で水を蒸発させることにより 濃縮し、その際その廃過塩素酸塩溶液は約１５０°Ｆ以上の入口温度 に加熱され、そして濃縮工程中にアンモニアと揮発性有機物がその廃 過塩素酸塩溶液から除去され、 （ｃ）この熱い濃縮された廃過塩素酸塩溶液に塩化カリ（ＫＣｌ）を加えて 過塩素酸カリ（ＫＣｌＯ₄）を生成させ； （ｄ）この廃過塩素酸塩溶液を約６０°Ｆ以下の温度に冷却して過塩素酸カ リを結晶化させ；そして （ｅ）結晶化された過塩素酸カリを廃過塩素酸塩溶液から分離する； ことを含んでなる、廃水から過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １４．結晶化された過塩素酸カリが遠心分離によって廃過塩素酸塩溶液から分 離される、請求の範囲第１３項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １５．結晶化された過塩素酸カリがフィルタープレスによって廃過塩素酸塩溶 液から分離される、請求の範囲第１３項に規定される過塩素酸塩イオンを除去す る方法。 １６．廃過塩素酸塩溶液が約２００°Ｆより高い入口温度に加熱される、請求 の範囲第１３項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １７．廃過塩素酸塩溶液が過塩素酸カリの結晶化の間約４０°Ｆ以下の温度に 維持される請求の範囲第１３項に規定される過塩素酸塩イオンを除去する方法。 １８．塩化カリがか粒状の固体である、請求の範囲第１３項に規定される過塩 素酸塩イオンを除去する方法。