WO2014196132A1 - Method and device for treating boron-containing water - Google Patents

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Abstract

For the purpose of carrying out a treatment for removing boron, which is contained in trace amounts in sea water, by a coprecipitation method using an alkaline component, a sea water treatment method and a sea water treatment device (1) for removing boron from sea water with high efficiency are provided, in which, in a step of adding an alkaline component to water to be treated to accelerate the precipitation of insoluble matter, the rate of precipitation of the insoluble matter is kept within the range of 0.003 to 0.02 [mol/(L·min)] inclusive so that boron can be incorporated into the insoluble matter during the process of growing of a magnesium salt, thereby precipitating the insoluble matter to thereby separate boron.

Description

ホウ素含有水の処理方法及び処理装置Method and apparatus for treating boron-containing water
 この発明は、海水などのホウ素含有水中に含まれるホウ素を除去する水処理方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a water treatment method and apparatus for removing boron contained in boron-containing water such as seawater.
 海水中にホウ酸として存在するホウ素成分(ホウ酸換算約5mg/L)は植物の生育障害や、ヒトの不妊症の原因とされており、WHOガイドライン(2009年)によると、飲用水のホウ酸濃度は2.5mg/Lまで低減する必要ある。 Boron components (about 5 mg / L in terms of boric acid) present as boric acid in seawater are considered to cause plant growth problems and human infertility. According to the WHO Guidelines (2009), The acid concentration needs to be reduced to 2.5 mg / L.
 従来のホウ素含有水の処理方法としては、溶液中のある物質を沈殿させるときに、単独であれば沈殿しないはずの物質が主沈殿と主に沈殿する現象として知られる「共沈」を利用するものがある。これは、ホウ素を含有した被処理水にマグネシウム化合物とケイ酸化合物を添加すると共に、アルカリを添加してpHを10.5~11.5に調整し、共沈法によってホウ素、ケイ素及びマグネシウムを含む不溶解物を生成させ、該不溶解物を固液分離して被処理水中からホウ素を除去していた(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional method for treating boron-containing water, when precipitating a certain substance in a solution, “co-precipitation” is used, which is known as a phenomenon in which a substance that should not be precipitated alone is mainly precipitated. There is something. This is because the magnesium compound and the silicate compound are added to the water to be treated containing boron, the alkali is added to adjust the pH to 10.5 to 11.5, and boron, silicon and magnesium are added by a coprecipitation method. An insoluble matter was generated, and the insoluble matter was solid-liquid separated to remove boron from the water to be treated (see, for example, Patent Document 1).
特開2009-82843号公報JP 2009-82843 A
 従来のホウ素含有水の処理方法では、ホウ素を共沈させるのに当たり、ホウ素に対してマグネシウム添加量を重量比で10~30倍、ケイ酸化合物は重量比で2~15倍にする必要があった。 In the conventional method for treating boron-containing water, when coprecipitating boron, the amount of magnesium added to boron must be 10 to 30 times by weight, and the silicate compound must be 2 to 15 times by weight. It was.
 このように共沈法を利用したホウ素除去方法においては、100mg/L(ppm)以下の低濃度のホウ素を除去するために、大量のマグネシウム化合物とアルカリを添加しなければならず、沈殿した不溶解物も大量となるという問題点があった。 In this way, in the boron removal method using the coprecipitation method, in order to remove boron at a low concentration of 100 mg / L (ppm) or less, a large amount of a magnesium compound and an alkali must be added. There was a problem that a large amount of the dissolved material was also present.
 この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、主な沈殿物の分子内もしくはその凝集体の内部にホウ素を効率よく取り込むことによって、主沈殿物の生成量に対するホウ素の含有量を増大させて、効率的にホウ素含有水からホウ素を除去することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems. By efficiently incorporating boron into the molecules of the main precipitate or the aggregates thereof, the amount of the main precipitate is reduced. The object is to efficiently remove boron from boron-containing water by increasing the boron content.
 この発明のホウ素含有水の処理方法においては、被処理水にアルカリを添加して不溶解物を析出させる第1工程と、被処理水から析出した不溶解物を分離する第2工程とを含み、式(1)で定まる温度T[℃]における補正係数をD20(T)としたときに、第1工程における不溶解物の析出速度を0.003・D20(T)[mol/(L・分)]以上、0.02・D20(T)[mol/(L・分)]以下に制御するものである。 The method for treating boron-containing water according to the present invention includes a first step of adding an alkali to the water to be treated to precipitate insoluble matter, and a second step of separating the insoluble matter precipitated from the water to be treated. When the correction coefficient at the temperature T [° C.] determined by the equation (1) is D 20 (T), the precipitation rate of the insoluble matter in the first step is 0.003 · D 20 (T) [mol / ( L · min)] to 0.02 · D 20 (T) [mol / (L · min)] or less.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、この発明のホウ素含有水の処理装置は、被処理水にアルカリを添加した溶液から不溶解物を析出させる析出槽と、析出槽にアルカリを供給するための薬剤槽と、析出槽中の溶液のpH測定を行なうpH測定部と、pH測定部で測定された結果に基づいて溶液中の反応条件を制御する制御部と、被処理水から析出した不溶解物を分離する粒子分離槽とを備えるものである。
The boron-containing water treatment apparatus of the present invention includes a precipitation tank for precipitating insoluble matter from a solution obtained by adding alkali to the water to be treated, a chemical tank for supplying alkali to the precipitation tank, A pH measurement unit for measuring the pH of the solution, a control unit for controlling the reaction conditions in the solution based on the results measured by the pH measurement unit, and a particle separation tank for separating insoluble matter deposited from the water to be treated Is provided.
この発明によれば、水酸化マグネシウムの析出速度をホウ素の拡散速度以下に制御するので、析出した不溶解物の分子又は凝集体内にホウ素を多く取り込むことができる。このため、添加するマグネシウム化合物が不要ないし少量で済むことから、不溶解物の生成量が少ない処理方法が得られるとともに、各槽の容量の小さい処理装置を得ることができる。 According to this invention, since the deposition rate of magnesium hydroxide is controlled to be equal to or lower than the diffusion rate of boron, a large amount of boron can be taken into the molecules or aggregates of the precipitated insoluble matter. For this reason, since the magnesium compound to be added is unnecessary or small, a treatment method with a small amount of insoluble matter can be obtained, and a treatment apparatus with a small capacity of each tank can be obtained.
本発明の実施の形態1におけるホウ素含有水処理装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the boron containing water treatment apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1ホウ素減少量の、不溶解物の析出速度依存性を示す図である。 Embodiment 1 of the present invention is a diagram showing the precipitation rate dependence of the insoluble matter of the boron reduction amount. 析出物量あたりのホウ素減少量の析出速度依存性を示す図である。It is a figure which shows the precipitation rate dependence of the boron reduction | decrease amount per deposit amount. 不溶解物濃度の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of an insoluble matter density | concentration. 析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込む様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that boron is fully taken in into the molecule | numerator or aggregate of a precipitate. 不溶解物の析出中における溶液pHの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of solution pH during precipitation of an insoluble matter. 本発明の実施の形態2におけるホウ素含有水処理装置示す構成図である。It is a block diagram which shows the boron containing water treatment apparatus in Embodiment 2 of this invention. 不溶解物の析出速度の水酸化物イオン濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the hydroxide ion density | concentration dependence of the precipitation rate of an insoluble matter. 不溶解物の析出速度のマグネシウムイオン濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the magnesium ion concentration dependence of the precipitation rate of an insoluble matter. 不溶解物の析出速度の水酸化物イオン濃度とマグネシウムイオン濃度の積に対する依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence with respect to the product of the hydroxide ion concentration and magnesium ion concentration of the precipitation rate of an insoluble matter. ホウ素減少量と、水酸化物イオンと等モル比で添加されたマグネシウムイオンの添加量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of boron reduction, and the addition amount of the magnesium ion added by equimolar ratio with the hydroxide ion. 本発明の実施の形態3におけるホウ素含有水処理装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the boron containing water treatment apparatus in Embodiment 3 of this invention.
 本願の説明において、不溶解物と析出物は同じものとする。沈殿物は、不溶解物(析出物)が沈殿したものである。 In the description of the present application, the insoluble matter and the precipitate are the same. The precipitate is a precipitate of insoluble matter (precipitate).
 実施の形態1.
 本願の発明者らは、共沈法によるホウ素分離の研究を進める過程で、共沈法における不溶解物の生成速度と、溶液中のホウ素分子の拡散速度の大小関係によって、沈殿物へのホウ素の取り込み効率が大きく変化することを発見し、そのメカニズムを解明した。そこで、本実施の形態1では、不溶解物の生成速度を変化させた場合のホウ素除去性能について、理論的検討を含め、詳細に説明する。
Embodiment 1 FIG.
In the course of advancing research on boron separation by the coprecipitation method, the inventors of the present application determined that the boron into the precipitate depends on the size relationship between the insoluble matter formation rate in the coprecipitation method and the diffusion rate of boron molecules in the solution. We found that the uptake efficiency of potato greatly changed and elucidated the mechanism. Therefore, in the first embodiment, the boron removal performance in the case where the production rate of the insoluble matter is changed will be described in detail including theoretical examination.
 図1は、本発明において用いるホウ素含有水処理装置1を示す。この装置は、ホウ素を含有する海水などの被処理水を貯蔵する貯水槽2と、この海水を前処理する前処理槽3と、前処理した海水を析出槽5に供給するための搬送ポンプ4とを備え、この析出槽5において、被処理水からの不溶解物の析出が行なわれる。 FIG. 1 shows a boron-containing water treatment apparatus 1 used in the present invention. This apparatus includes a water storage tank 2 for storing water to be treated such as seawater containing boron, a pretreatment tank 3 for pretreating the seawater, and a transport pump 4 for supplying the pretreated seawater to the precipitation tank 5. In this precipitation tank 5, the insoluble matter is deposited from the water to be treated.
 析出槽5には、前処理した海水にアルカリ薬剤を供給するために薬剤ポンプ12を介してアルカリ薬剤槽11が接続されており、海水にアルカリを添加することにより海水から不溶解物を析出させる。析出槽5には攪拌モータ9を備えたステンレス製の攪拌翼Wが挿入され、定められた速度で回転してアルカリが添加された被処理水の溶液を混合する。また、析出槽5内の溶液にpH電極8が挿入され、アルカリ添加や不溶解物の析出反応に伴う溶液のpH変化を連続的に測定する。pH電極8の測定結果は信号線SL1を通して制御器10に送られ、pHの時間変化から析出反応の状況を判断し、必要に応じて薬剤ポンプ12、攪拌モータ9、搬送ポンプ4の動作を制御することにより、析出槽5内の析出反応を制御することができる。攪拌モータ9、搬送ポンプ4、薬剤ポンプ12はそれぞれ信号線SL2、信号線SL3、信号線SL4で制御器10に接続されている。これらのポンプは運転条件で流量が定まるものであるが、別途、流量計を備えた構成とすることもできる。すなわち、制御器10は析出槽5に被処理水を供給する速度、薬剤槽11から析出槽5にアルカリを供給する速度、析出槽5を攪拌する速度などを制御することにより、槽内の反応速度を適切に保つ働きを有する。析出槽5では、沈殿物の分子内もしくはその凝集体の内部にホウ素を効率よく取り込むことにより、海水中からホウ素を除去する。 An alkaline chemical tank 11 is connected to the precipitation tank 5 via a chemical pump 12 in order to supply the alkaline chemical to the pretreated seawater, and an insoluble matter is precipitated from the seawater by adding alkali to the seawater. . A stainless steel stirring blade W equipped with a stirring motor 9 is inserted into the precipitation tank 5 and rotates at a predetermined speed to mix the solution of water to be treated with alkali added thereto. Further, a pH electrode 8 is inserted into the solution in the precipitation tank 5, and the change in pH of the solution accompanying the addition of alkali or precipitation of insoluble matter is continuously measured. The measurement result of the pH electrode 8 is sent to the controller 10 through the signal line SL1, and the state of the precipitation reaction is judged from the time change of pH, and the operations of the drug pump 12, the agitation motor 9 and the transport pump 4 are controlled as necessary. By doing so, the precipitation reaction in the precipitation tank 5 can be controlled. The agitation motor 9, the transport pump 4, and the drug pump 12 are connected to the controller 10 by a signal line SL2, a signal line SL3, and a signal line SL4, respectively. These pumps have a flow rate determined by operating conditions, but may be configured separately with a flow meter. That is, the controller 10 controls the reaction rate in the tank by controlling the speed of supplying the water to be treated to the precipitation tank 5, the speed of supplying alkali from the chemical tank 11 to the precipitation tank 5, the speed of stirring the precipitation tank 5, and the like. It has the function of keeping speed properly. In the precipitation tank 5, boron is removed from the seawater by efficiently incorporating boron into the molecules of the precipitate or into the aggregates thereof.
 析出槽5から溶液を排出する流出管は、処理した海水を粒子分離槽7に供給するための搬送ポンプ6を備えており、ホウ素を含有する不溶解物が沈殿して分離した後の海水を搬送ポンプ13によって中間槽14へ輸送する。図1の粒子分離槽7は、上澄み部分を取り出す方式が模式的に示されている。なお、制御器10によって搬送ポンプ6の動作を制御してもよい。
 中間槽14は、搬送ポンプ15を介して脱塩処理を行う逆浸透分離モジュール16に接続されている。逆浸透分離モジュール16には、処理後の透過水、すなわち脱塩水を、例えば飲料水としてユースポイントに送るための透過水流出管19と、非透過水を系外に排出するための排出管17が接続されている。また、逆浸透分離モジュール16には、非透過水の一部を必要に応じて析出槽5の前の搬送ポンプ4の上流側に戻すための戻し管18が接続されている。
The outflow pipe for discharging the solution from the precipitation tank 5 includes a transport pump 6 for supplying the processed seawater to the particle separation tank 7, and the seawater after the insoluble matter containing boron is precipitated and separated is separated. It is transported to the intermediate tank 14 by the transport pump 13. The particle separation tank 7 in FIG. 1 schematically shows a method of taking out a supernatant portion. The operation of the transport pump 6 may be controlled by the controller 10.
The intermediate tank 14 is connected to a reverse osmosis separation module 16 that performs desalting treatment via a transport pump 15. The reverse osmosis separation module 16 includes a permeate outflow pipe 19 for sending treated permeate, that is, demineralized water, as drinking water to a use point, for example, and a discharge pipe 17 for discharging non-permeate water out of the system. Is connected. The reverse osmosis separation module 16 is connected to a return pipe 18 for returning a part of the non-permeated water to the upstream side of the transport pump 4 in front of the precipitation tank 5 as necessary.
 上記の前処理槽3は、処理すべき海水について砂濾過や精密濾過を行ない、さらに海水に塩素や凝集剤の添加等を行なって、海水中の懸濁物質や有機物を除去する。これにより、析出槽5、粒子分離槽7、逆浸透分離モジュール16における装置材料や、逆浸透膜の膜面に懸濁物質や有機物が付着して汚染するのを防止するだけでなく、析出槽5におけるホウ素除去反応に悪影響を与える因子を除去することができる。 The pretreatment tank 3 performs sand filtration or microfiltration on the seawater to be treated, and further adds chlorine or a flocculant to the seawater to remove suspended substances and organic substances in the seawater. This not only prevents the materials of the precipitation tank 5, the particle separation tank 7, and the reverse osmosis separation module 16 from adhering to and contaminating the membrane surface of the reverse osmosis membrane, but also the precipitation tank. The factor that adversely affects the boron removal reaction in 5 can be removed.
 粒子分離槽7では、析出槽5で生成したホウ素を含有する不溶解物(粒子径0.1~100μm)を分離する。具体的には、重力沈降を利用した沈殿槽(滞留時間1~60分)のほか、遠心力を利用した液体サイクロン、保留粒子径が0.1μm以上の多孔質膜などを利用することが出来る。 In the particle separation tank 7, the insoluble matter (particle diameter of 0.1 to 100 μm) containing boron generated in the precipitation tank 5 is separated. Specifically, in addition to a sedimentation tank using gravity sedimentation (residence time 1 to 60 minutes), a liquid cyclone using centrifugal force, a porous membrane having a retained particle diameter of 0.1 μm or more, and the like can be used. .
 中間槽14においては、後段の逆浸透分離モジュール16に侵入する異物を削減するために、必要に応じて水質調整を行う。たとえば、粒子分離槽7で分離し切れなかった微粒子を溶解させるために、酸性の薬液を注入(図示しない)する。これは、逆浸透分離モジュール16に固体異物が多量に進入すると目詰まりを起こして、内部の逆浸透膜を交換する必要が生じるため、目詰まり対策として、析出槽5でのアルカリ添加によって生成した粒子のうち分離槽7で除去できない微小な粒子を再溶解させるものである。ただし、一旦析出したホウ素を含む粒子を再溶解することは本発明の目的であるホウ素除去という観点では無駄になるので、再溶解量は最小限に制限する必要がある。再溶解処理の対象となる粒子は全体の1%以下となるよう、粒子分離槽7で分離されることが好ましい。
粒子分離槽7の処理液は、通常、pHが9.5以上であるが、これに酸の薬液を添加して処理水のpHを6.0~8.5、好ましくは、6.5~8.5の中性領域に調整し、搬送ポンプ13によって所定の圧力にて逆浸透分離モジュール16に供給する。
In the intermediate tank 14, the water quality is adjusted as necessary in order to reduce foreign matter that enters the reverse osmosis separation module 16 in the subsequent stage. For example, an acidic chemical solution is injected (not shown) in order to dissolve fine particles that have not been completely separated in the particle separation tank 7. This is caused by clogging when a large amount of solid foreign matter enters the reverse osmosis separation module 16 and it is necessary to replace the internal reverse osmosis membrane. Of the particles, fine particles that cannot be removed by the separation tank 7 are redissolved. However, redissolving the particles containing boron once precipitated is useless from the viewpoint of boron removal, which is the object of the present invention, and the amount of redissolving must be limited to a minimum. It is preferable that the particles to be re-dissolved are separated in the particle separation tank 7 so as to be 1% or less of the total.
The treatment liquid in the particle separation tank 7 usually has a pH of 9.5 or higher, but an acid chemical solution is added thereto to adjust the pH of the treatment water to 6.0 to 8.5, preferably 6.5 to The neutral region is adjusted to 8.5 and supplied to the reverse osmosis separation module 16 at a predetermined pressure by the transport pump 13.
 本発明において、逆浸透分離モジュール16における逆浸透膜は、その形状、構造等において特に限定されるものではなく、例えば、スパイラル型、中空糸型、チューブラー型、フレームアンドプレート型等、任意のものが用いられる。また、逆浸透分離モジュール16おける逆浸透膜を構成する素材は、例えば、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリアミド等からなるものが好ましく、特に、トリクロロメタンやトリブロモメタンのようなトリハロメタンほか、有機物の阻止機能の高いポリアミドからなるものが好適である。上記のスパイラル型、中空糸型、チューブラー型、フレームアンドプレート型のモジュールが用いられる場合には、逆浸透膜としては、分離活性層(逆浸透膜)を多孔性支持膜に支持させた複合逆浸透膜が用いられる。 In the present invention, the reverse osmosis membrane in the reverse osmosis separation module 16 is not particularly limited in its shape, structure, etc. For example, any of spiral type, hollow fiber type, tubular type, frame and plate type, etc. Things are used. Further, the material constituting the reverse osmosis membrane in the reverse osmosis separation module 16 is preferably made of, for example, cellulose acetate, polyvinyl alcohol, polyamide or the like. What consists of polyamide with a high function is suitable. When the above spiral type, hollow fiber type, tubular type, and frame and plate type modules are used, the reverse osmosis membrane is a composite in which a separation active layer (reverse osmosis membrane) is supported on a porous support membrane. A reverse osmosis membrane is used.
 本発明に従って、上述のような装置構成によって、ホウ素を含有する海水を淡水化する手順は次のようなものになる。貯水槽2の海水を前処理槽3で前処理した後、搬送ポンプ4によって所定の流量で析出槽5に供給しながら、搬送ポンプ6によって粒子分離槽7に連続的に輸送して海水中のホウ素を除去する。更に、後段の逆浸透分離モジュール16において、海水中の塩を阻止し、透過水流管19から所定の阻止率にて塩が除去された透過水を得る。本発明においては、逆浸透分離モジュール16における逆浸透膜には、例えば、pH6.5、濃度3.5%の食塩水を原水として、温度25℃、操作圧力10~56kgf/cm2にて1時間運転したときの食塩阻止率が70~95%以上のものを用いることが好ましい。 According to the present invention, the procedure for desalinating seawater containing boron with the above-described apparatus configuration is as follows. After the seawater in the water storage tank 2 is pretreated in the pretreatment tank 3, it is continuously transported to the particle separation tank 7 by the transport pump 6 while being supplied to the precipitation tank 5 at a predetermined flow rate by the transport pump 4. Remove boron. Further, in the reverse osmosis separation module 16 in the subsequent stage, the salt in the seawater is blocked, and the permeated water from which the salt has been removed at a predetermined blocking rate is obtained from the permeated water flow pipe 19. In the present invention, the reverse osmosis membrane in the reverse osmosis separation module 16 is, for example, a saline solution having a pH of 6.5 and a concentration of 3.5% as raw water at a temperature of 25 ° C. and an operating pressure of 10 to 56 kgf / cm 2 for 1 hour. It is preferable to use a salt blocking rate of 70 to 95% or more when operated.
 本実施の形態のホウ素含有水処理装置1は、不溶解物の生成速度をホウ素の拡散速度以下に制御するので、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込むことができるという効果がある。次に、ホウ素を析出物中に取り込む過程について詳しく説明する。 Since the boron-containing water treatment apparatus 1 of the present embodiment controls the insoluble matter generation rate to be equal to or less than the boron diffusion rate, there is an effect that the boron can be sufficiently taken into the precipitate molecules or aggregates. . Next, the process of incorporating boron into the precipitate will be described in detail.
 実施例1.
本実施例1では、実施の形態1で示したホウ素含有水処理装置1の析出槽5におけるホウ素除去性能について実験を行なった例を示す。
容量25L(リットル)のステンレス製水槽である析出槽5に、搬送ポンプ4によって人工海水20Lを供給し、攪拌モータ9の回転速度を約600rpmで攪拌しながら、水温を約20℃に保持した。水温が安定したら薬液ポンプ12を稼動し、アルカリ薬剤槽11から水酸化ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液を所定量添加し、析出反応を開始した。析出過程の海水のpH及び水温変化はpH電極(GST-2729C、東亜ディーケーケー)によって測定した。実験に使用した水溶液の水質を表1に示す。溶液No.1~No.3は海水のイオン組成を模擬した水溶液で、ホウ素濃度をそれぞれ5mg/L、10mg/L、24mg/Lに調整した。表1にHBOとあるのは、海水中にてホウ素が陰イオンに乖離していないためであり、表中の重量濃度の値はホウ素単体で計算されている。また、溶液No.4は海水成分を含まず、高濃度のホウ素を含むものであり、ホウ素とアルカリ性物質の直接反応の影響を評価する目的で調製した。
Example 1.
In Example 1, an example in which an experiment was conducted on the boron removal performance in the precipitation tank 5 of the boron-containing water treatment apparatus 1 shown in Embodiment 1 will be described.
Artificial seawater 20L was supplied to the precipitation tank 5 which is a stainless steel water tank having a capacity of 25 L (liter) by the transport pump 4, and the water temperature was kept at about 20 ° C. while stirring the rotating speed of the stirring motor 9 at about 600 rpm. When the water temperature was stabilized, the chemical pump 12 was operated, and a predetermined amount of an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous sodium carbonate solution was added from the alkaline chemical tank 11 to start a precipitation reaction. Changes in the pH and temperature of seawater during precipitation were measured with a pH electrode (GST-2729C, Toa DKK). Table 1 shows the water quality of the aqueous solution used in the experiment. Solution No. 1-No. 3 is an aqueous solution simulating the ionic composition of seawater, and the boron concentrations were adjusted to 5 mg / L, 10 mg / L, and 24 mg / L, respectively. The reason why H 3 BO 3 is shown in Table 1 is that boron does not dissociate into anions in seawater, and the weight concentration values in the table are calculated for boron alone. In addition, Solution No. No. 4 does not contain seawater components and contains a high concentration of boron, and was prepared for the purpose of evaluating the influence of direct reaction between boron and an alkaline substance.
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試薬はいずれも一級試薬を使用し、水酸化ナトリウムは8mol/L水溶液を、炭酸ナトリウムは超純水と粉末試薬から調整した8mol/L水溶液を使用した。アルカリ添加に伴う析出反応に伴う水質変化を調べるため、保留粒子径0.45μmのメンブレンフィルター(φ50mm、Millipore)を用いて吸引ろ過を行い、ろ液を分析した。陽イオンの組成分析にはイオンクロマトグラフィー装置を用い、ホウ素についてはプラズマ発光(ICP)分析装置を用いて定量分析した。析出粒子を含む人工海水は十分に撹拌した後、保留粒子径0.45μm のメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を行い、溶液30mLから粒子を捕集した。フィルターを50℃で12時間以上乾燥させ、乾燥重量変化から粒子濃度を計算した。析出反応の進行度合いを確認するために、アルカリを添加してから一定間隔で析出槽5から一定量の溶液を採取した。前記の化学分析によって、ろ過物の構成イオン成分を定量化し、析出反応の進行度合いを定量化した。
例えば、30秒ごとにv(mL)採取したろ過物の乾燥重量(g)を最初からa,a,a,a,・・・・,aとすると、析出速度R(mol/(L・分))は、
As the reagents, primary reagents were used, sodium hydroxide was an 8 mol / L aqueous solution, and sodium carbonate was an 8 mol / L aqueous solution prepared from ultrapure water and a powder reagent. In order to examine the water quality change accompanying the precipitation reaction accompanying the addition of alkali, suction filtration was performed using a membrane filter (φ50 mm, Millipore) having a retention particle size of 0.45 μm, and the filtrate was analyzed. An ion chromatography apparatus was used for the cation composition analysis, and boron was quantitatively analyzed using a plasma emission (ICP) analyzer. The artificial seawater containing the precipitated particles was sufficiently stirred and then suction filtered using a membrane filter having a retained particle diameter of 0.45 μm to collect particles from 30 mL of the solution. The filter was dried at 50 ° C. for 12 hours or more, and the particle concentration was calculated from the change in dry weight. In order to confirm the progress of the precipitation reaction, a certain amount of solution was collected from the precipitation tank 5 at regular intervals after the alkali was added. By the chemical analysis, the constituent ion components of the filtrate were quantified, and the degree of progress of the precipitation reaction was quantified.
For example, if the dry weight (g) of the filtrate collected every 30 seconds is set to a 1 , a 2 , a 3 , a 4 ,..., A N , the precipitation rate R i ( mol / (L · min)) is
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
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M:不溶解物の分子量  [g/mol]
で与えられる。
しかし、析出反応が進行するに従い、反応物質が消費され徐々に析出速度Rは低下する。今回の実施例1の条件では、析出反応は10~20分で完了したので、Rの代表値としては、i=20以下のRの測定値の算術平均を採用した。
フィルターに捕集された析出粒子の構成元素や結晶構造を調べるためSEM/EDX分析(加速電圧15kV)を実施した。また、析出粒子を塩酸で再溶解し、プラズマ発光(ICP)分析装置を用いて粒子に含まれるホウ素を定量した。
析出反応後の析出槽5の内部には、無機塩の微粒子が付着しているため、析出槽5、pH電極8、撹拌翼Wは0.01mol/Lの塩酸に常温で60分以上浸漬して、微粒子を完全に溶解した。
M: Molecular weight of insoluble matter [g / mol]
Given in.
However, in accordance with the precipitation reaction proceeds, gradually deposition rate R i is the reactant is consumed is reduced. In the present Example 1 conditions, the precipitation reaction was completed in 10-20 minutes, as the representative value of R i, employing the arithmetic mean of the measured values of i = 20 the following R i.
SEM / EDX analysis (acceleration voltage 15 kV) was performed in order to investigate the constituent elements and crystal structure of the precipitated particles collected on the filter. The precipitated particles were redissolved with hydrochloric acid, and boron contained in the particles was quantified using a plasma emission (ICP) analyzer.
Since fine particles of inorganic salt are adhered inside the precipitation tank 5 after the precipitation reaction, the precipitation tank 5, the pH electrode 8, and the stirring blade W are immersed in 0.01 mol / L hydrochloric acid for 60 minutes or more at room temperature. The fine particles were completely dissolved.
 図2は、実施例1におけるホウ素減少量の、不溶解物の析出速度依存性を示す図である。これは、溶液No.3に対して水酸化ナトリウムを0~0.23mol/L添加して、析出速度を制御した場合の反応前後でのホウ素減少量を示している。ホウ素減少量は、析出速度が0.01mol/(L・分)まで析出速度に比例して増加し、最大の4mg/Lに到達した。このときのホウ素除去率は80%であり、従来の方法で添加が必要であった、マグネシウム化合物を用いることなく、高い除去率を実現することが可能であることが証明された。 FIG. 2 is a graph showing the insoluble dissolution rate dependency of the boron reduction amount in Example 1. This is the solution no. 3 shows the amount of boron decrease before and after the reaction when sodium hydroxide was added in an amount of 0 to 0.23 mol / L to 3 and the deposition rate was controlled. The amount of boron decrease increased in proportion to the precipitation rate until the precipitation rate reached 0.01 mol / (L · min), and reached a maximum of 4 mg / L. The boron removal rate at this time was 80%, and it was proved that a high removal rate could be realized without using a magnesium compound, which had to be added by a conventional method.
 また、析出速度0.01mol/(L・分)以上ではホウ素減少量は徐々に低下し、析出速度0.02mol/(L・分)を超えて0.03mol/(L・分)では、1.5mg/Lまで低下した。図中、δで表されているのは、析出速度が0.03mol/(L・分)と0.02mol/(L・分)のホウ素減少量の差分であり、0.02mol/(L・分)におけるホウ素減少量の割合にして約10%の値となっている。したがって、測定精度を考慮しても両者の間に十分に差異があると認定することが出来る。 Further, when the precipitation rate is 0.01 mol / (L · min) or more, the boron decrease amount gradually decreases, and when the precipitation rate exceeds 0.02 mol / (L · min) and 0.03 mol / (L · min), 1 Reduced to 5 mg / L. In the figure, δ represents the difference in boron decrease between the precipitation rate of 0.03 mol / (L · min) and 0.02 mol / (L · min), and 0.02 mol / (L · min). The value of about 10% in terms of the amount of boron reduction in min). Therefore, even if measurement accuracy is taken into consideration, it can be recognized that there is a sufficient difference between the two.
 このことから、0.02mol/(L・分)に境界があると考えれば、析出速度はこの値以下に制御されることが望ましいと考えられる。また、実用上の観点からホウ素減少量は1.1mg/L以上必要なため、析出速度は、例えば0.003mol/(L・分)以上に制御することが望ましい。図2において、推奨される析出速度の範囲OP1を示した。 From this, if it is considered that there is a boundary at 0.02 mol / (L · min), it is considered that the deposition rate is desirably controlled below this value. Moreover, since a boron reduction amount of 1.1 mg / L or more is necessary from a practical viewpoint, it is desirable to control the deposition rate to, for example, 0.003 mol / (L · min) or more. In FIG. 2, the recommended precipitation rate range OP1 is shown.
 析出速度が0.01mol/(L・分)以上でホウ素減少量が低下し、0.02mol/(L・分)を超えて飽和したのは、添加したアルカリに対して人工海水中の不溶解物を生成するイオンが不足したため、不溶解物の生成量が飽和したためと考えられる。原理的な観点から考察すると、析出速度0.02mol/(L・分)の点は、ホウ素の拡散速度と析出速度の、便宜的な一致点と考えることが出来る。ホウ素の拡散速度は、水温で決まる定数であるため、析出速度がホウ素の拡散速度を上回ってしまうと、析出速度が高くなってもホウ素の取り込み量は変化しないため、ホウ素除去量が飽和していると解釈することが出来る。 When the precipitation rate is 0.01 mol / (L · min) or more, the amount of boron decrease decreases and exceeds 0.02 mol / (L · min) and is saturated. This is considered to be because the amount of insoluble matter produced was saturated due to the lack of ions that produced the product. Considering from a theoretical point of view, the point at a deposition rate of 0.02 mol / (L · min) can be considered as a convenient coincidence between the diffusion rate of boron and the deposition rate. Since the boron diffusion rate is a constant determined by the water temperature, if the precipitation rate exceeds the boron diffusion rate, the boron uptake amount does not change even if the precipitation rate increases, so the boron removal amount is saturated. Can be interpreted.
 以上のことから、沈殿物へのホウ素の取り込み効率を十分に確保し、実用上求められるホウ素除去能力を実現するには、析出速度は0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下に制御することが望ましいことがわかった。ホウ素除去量が2.0mg/L以上必要な場合、析出速度は0.005mol/(L・分)以上、0.016mol/(L・分)以下に、ホウ素除去量が3.0mg/L以上必要な場合、析出速度は0.007mol/(L・分)以上、0.013mol/(L・分)以下に制御することが望ましいことがわかった。 From the above, in order to sufficiently secure the boron incorporation efficiency into the precipitate and realize the practically required boron removal capability, the deposition rate is 0.003 mol / (L · min) or more, 0.02 mol / It has been found desirable to control to (L · min) or less. When the boron removal amount is 2.0 mg / L or more, the deposition rate is 0.005 mol / (L · min) or more and 0.016 mol / (L · min) or less, and the boron removal amount is 3.0 mg / L or more. It was found that the deposition rate is desirably controlled to 0.007 mol / (L · min) or more and 0.013 mol / (L · min) or less when necessary.
 図3は、実施例1におけるホウ素除去性能の不溶解物の析出速度依存性を示す図であり、図2と同様に、溶液No.3に対して水酸化ナトリウムを最大で0.23mol/Lまで添加して、析出速度を制御した場合の、反応前後での析出物量あたりのホウ素除去量を示している。図3の縦軸の値は、図2のホウ素減少量を析出物量で規格化したもので、析出物あたりのホウ素除去効率に相当する。単位の「mg-ホウ素/(L・g-析出物)」は、ホウ素重量(mg)を溶液の体積(L)と、析出物の重量(g)で割ったものである。
析出速度が0.008mol/(L・分)までは、析出物量あたりのホウ素減少量は2.8mg-ホウ素/(L・g-析出物)でほぼ一定だが、0.008mol/(L・分)以上ではホウ素減少量は徐々に低下した。そして、析出速度0.02mol/(L・分)以上では1.0mg-ホウ素/(L・g-析出物)まで低下した。したがって、析出速度は0.02mol/(L・分)を越える領域では、析出物が早く得られても、析出物あたりのホウ素減少量に関して有利にはならない。これは、上記のホウ素の拡散速度に関する考察を裏付けるものであり、沈殿物へのホウ素の取り込み効率を高めるためには、析出速度を0.02mol/(L・分)以下に制御すべきであることが分かる。
FIG. 3 is a diagram showing the deposition rate dependence of the insoluble matter of the boron removal performance in Example 1. As with FIG. 3 shows the boron removal amount per precipitate amount before and after the reaction when sodium hydroxide is added up to 0.23 mol / L and the precipitation rate is controlled. The value on the vertical axis in FIG. 3 is obtained by normalizing the boron reduction amount in FIG. 2 with the amount of precipitates, and corresponds to the boron removal efficiency per precipitate. The unit “mg-boron / (L · g-precipitate)” is obtained by dividing the weight of the boron (mg) by the volume of the solution (L) and the weight of the precipitate (g).
Until the precipitation rate is 0.008 mol / (L · min), the decrease in boron per amount of precipitate is approximately 2.8 mg-boron / (L · g-precipitate), but is 0.008 mol / (L · min). ) Above, the amount of boron decrease gradually decreased. When the deposition rate was 0.02 mol / (L · min) or more, the precipitation rate decreased to 1.0 mg-boron / (L · g-precipitate). Therefore, in the region where the precipitation rate exceeds 0.02 mol / (L · min), even if the precipitate is obtained quickly, it is not advantageous with respect to the boron reduction amount per precipitate. This supports the above-mentioned consideration regarding the diffusion rate of boron, and in order to increase the efficiency of boron incorporation into the precipitate, the precipitation rate should be controlled to 0.02 mol / (L · min) or less. I understand that.
 溶液No.1、No.2に対して同様の実験を行ったところ、ホウ素除去量は初期のホウ素濃度に比例して変化したものの、ホウ素除去量の相対的な変化傾向に対する析出速度の影響は同じであった。したがって、海水に含まれるホウ素濃度にかかわらず、沈殿物へのホウ素の取り込み効率を十分に確保し、実用上求められるホウ素除去能力を実現するには、析出速度は0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下に制御することが望ましい。 Solution No. 1, no. When a similar experiment was performed on No. 2, the boron removal amount changed in proportion to the initial boron concentration, but the influence of the deposition rate on the relative change tendency of the boron removal amount was the same. Therefore, regardless of the boron concentration contained in seawater, the precipitation rate is 0.003 mol / (L · min.) In order to secure sufficient boron incorporation efficiency into the precipitate and to achieve the practically required boron removal capability. It is desirable to control it to 0.02 mol / (L · min) or less.
 厚生省公示の水道法水質基準値では、ホウ素濃度を1.0mg/L以下にすべきことが定められている。海水に含まれるホウ素濃度は標準的には5mg/Lであることから、水道用途においても本発明の方法が有効である。なお、一部の海域によってはホウ素濃度が5mg/Lより高いこともあるが、溶液No.1、No.2の実験結果から、このような海水を処理した場合においても、上記の傾向が変わるものではない。これは、ホウ素の拡散速度がホウ素濃度に依存しないことから、定性的に説明することができる。
なお、アルカリ性薬剤として、水酸化ナトリウム以外にも水酸化カリウムを用いても図2および図3と同様の結果が得られた。
According to the water quality standard value published by the Ministry of Health and Welfare, the boron concentration should be 1.0 mg / L or less. Since the boron concentration contained in seawater is typically 5 mg / L, the method of the present invention is also effective in water supply applications. In some sea areas, the boron concentration may be higher than 5 mg / L. 1, no. From the experimental results of 2, even when such seawater is treated, the above tendency does not change. This can be explained qualitatively because the diffusion rate of boron does not depend on the boron concentration.
The same results as in FIGS. 2 and 3 were obtained even when potassium hydroxide was used in addition to sodium hydroxide as the alkaline agent.
 次に、上記の拡散速度についての解釈を裏付けるために行なわれた補助的な実験について述べる。
溶液No.1からの析出物を採取し、乾燥後の析出粒子を塩酸で溶解しICP分析を行なったところ、粒子に含まれるホウ素量は11mg/Lであった。人工海水中のホウ素濃度は、処理前の24mg/Lであったものが処理後に14mg/Lとなっていたことから、10mg/Lの減少であった。上記の11mg/Lと10mg/Lは、実験誤差を考慮すると一致していると考えられることから、人工海水中で減少したホウ素量と析出物に含まれるホウ素量はほぼ等しく、溶液中でのホウ素濃度減少は、沈殿物へのホウ素の取り込みに起因することが確認できた。
Next, ancillary experiments conducted to support the above interpretation of the diffusion rate will be described.
Solution No. The precipitate from 1 was collected, and the dried precipitated particles were dissolved in hydrochloric acid and analyzed by ICP. The amount of boron contained in the particles was 11 mg / L. The boron concentration in the artificial seawater was a decrease of 10 mg / L because what was 24 mg / L before the treatment was 14 mg / L after the treatment. The above 11 mg / L and 10 mg / L are considered to coincide with each other when experimental errors are taken into consideration. Therefore, the amount of boron reduced in artificial seawater and the amount of boron contained in the precipitate are almost equal, It was confirmed that the decrease in boron concentration was caused by the incorporation of boron into the precipitate.
 溶液No.1からの析出物の元素分析(SEM/EDX)の結果から、析出物の構成元素としてCl、Na、Mg、O が検出された。検出された構成元素の組合せの中で水酸化マグネシウムが最も溶解度が低く、水酸化マグネシウムの18℃の水への溶解度はわずか9.8mg/L(理化学辞典第5 版)なので、不溶解物の主成分は水酸化マグネシウムか、他のマグネシウム塩と考えられる。 Solution No. From the results of elemental analysis (SEM / EDX) of the precipitate from No. 1, Cl, Na, Mg, and O soot were detected as constituent elements of the precipitate. Among the detected combinations of constituent elements, magnesium hydroxide has the lowest solubility, and the solubility of magnesium hydroxide in water at 18 ° C is only 9.8 mg / L (5th edition of RIKEN Dictionary). The main component is considered to be magnesium hydroxide or other magnesium salt.
 比較例1として、マグネシウムイオンを含まない溶液No.4に水酸化ナトリウム0.029mol/Lを添加してホウ素濃度の変化を調べた。結果として、ホウ素濃度は測定誤差の範囲内で変化しなかった。
ホウ素は、海水中、ホウ酸として存在し、このホウ酸は、pHが中性付近では、解離しないが、pH値が高くなると、即ち、アルカリ領域では、ホウ酸は、次式
As Comparative Example 1, solution no. Sodium hydroxide 0.029 mol / L was added to 4, and the change of the boron concentration was investigated. As a result, the boron concentration did not change within the measurement error.
Boron exists as boric acid in seawater, and this boric acid does not dissociate when the pH is near neutral, but when the pH value becomes high, that is, in the alkaline region, boric acid has the following formula:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
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に示すように、ホウ酸イオンに解離することが知られている。このようなホウ酸のイオン化が進行したとしても、不溶解物の生成がなければホウ素の除去が進行しないことが確認できた。 It is known to dissociate into borate ions as shown in FIG. Even if such ionization of boric acid progressed, it was confirmed that removal of boron would not proceed without the generation of insoluble matter.
 比較例2として、溶液1を基にして水酸化ナトリウムと同じアルカリ度を持つ量の炭酸ナトリウムを添加すると、析出速度は0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下を実現できたが、ホウ素除去量は0.05mg/L以下であった。析出物の化学分析の結果、不溶解物の主成分は炭酸カルシウムであり、マグネシウム塩とは異なり分子内にホウ素を取り込みにくい構造であることが原因と考えられる。 As Comparative Example 2, when an amount of sodium carbonate having the same alkalinity as sodium hydroxide is added based on Solution 1, the precipitation rate is 0.003 mol / (L · min) or more and 0.02 mol / (L · min). ) The following could be realized, but the boron removal amount was 0.05 mg / L or less. As a result of chemical analysis of the precipitate, the main component of the insoluble material is calcium carbonate, which is considered to be caused by a structure that hardly incorporates boron into the molecule unlike the magnesium salt.
 本発明では析出に伴い溶液中のホウ素を粒子中に取り込むことを目的としているが、水溶液中ではホウ素(ホウ酸)は分子状で存在するため、それ自身は難溶解性の化合物に変化できない。したがって、ホウ素を分子状態のまま、析出物中に取り込む必要がある。炭酸カルシウムが明確な結晶構造を持つのに対して、析出物であるマグネシウム塩が明確な結晶構造を持たないことは、その結晶構造(構成原子の配列)に自由度があることを意味し、異物であるホウ酸を取り込みやすかったと推測される。 The purpose of the present invention is to incorporate boron in the solution into the particles along with the precipitation. However, since boron (boric acid) is present in the form of molecules in the aqueous solution, it itself cannot be changed into a hardly soluble compound. Therefore, it is necessary to incorporate boron into the precipitate in the molecular state. The fact that calcium carbonate has a clear crystal structure while the magnesium salt that is a precipitate does not have a clear crystal structure means that the crystal structure (arrangement of constituent atoms) has a degree of freedom, It is presumed that it was easy to take up boric acid as a foreign substance.
 ホウ素の拡散速度と不溶解物の析出速度の関係は、以下のような方法で推定を行なった。
溶液No.1、No.2、No.3から析出した不溶解物の粒子径を光散乱方式の粒度分布計で測定したところ、粒子径は0.5~100μmの範囲であり、その平均粒子径は60μm程度であった。
The relationship between the diffusion rate of boron and the precipitation rate of insoluble matter was estimated by the following method.
Solution No. 1, no. 2, no. When the particle size of the insoluble matter precipitated from No. 3 was measured with a light scattering type particle size distribution meter, the particle size was in the range of 0.5 to 100 μm, and the average particle size was about 60 μm.
 図4は、実施例1の実験における不溶解物濃度(析出した粒子の濃度)の時間変化を示す図である。析出速度0.02mol/(L・分)の条件で、密閉された系における水酸化ナトリウム添加後の不溶解物の濃度の時間変化を測定した。具体的には、図4の横軸の0分において、溶液No.3に対して水酸化ナトリウム濃度が0.112mol/Lとなるように薬液を添加したところ、直後に実測した析出速度Riは0.02mol/(L・分)となった。図4に示すように、不溶解物の濃度は最初の約5分間に約1.0g/Lへ急激に増加し、10分経過後以降は徐々に増加した。不溶解物の濃度変化から析出反応のとき時定数τを求めたところ、約5分と判明した。 FIG. 4 is a diagram showing the time change of the insoluble matter concentration (concentration of precipitated particles) in the experiment of Example 1. Under the conditions where the precipitation rate was 0.02 mol / (L · min), the change over time in the concentration of the insoluble matter after addition of sodium hydroxide in the sealed system was measured. Specifically, at 0 minutes on the horizontal axis in FIG. When the chemical solution was added so that the sodium hydroxide concentration was 0.112 mol / L with respect to 3, the deposition rate Ri measured immediately was 0.02 mol / (L · min). As shown in FIG. 4, the concentration of insoluble matter increased rapidly to about 1.0 g / L in the first about 5 minutes, and gradually increased after 10 minutes. When the time constant τ R for the precipitation reaction was determined from the change in the concentration of the insoluble matter, it was found to be about 5 minutes.
 この析出物を採取し、乾燥後の析出粒子を塩酸で溶解してICP分析を行なったところ、析出粒子に含まれるホウ素量は海水に対して4mg/Lであった。一方、図4から海水1Lあたりの析出物量はおよそ1.4gなので、析出物の密度を考慮すると析出粒子の単位体積あたりのホウ素含有量は6.75mg/cmとなった。溶液No.3中のホウ素濃度は5mg/Lなので、析出粒子のホウ素含有密度は溶液中のホウ素の存在割合の約1,350倍大きいことになる。 This precipitate was collected, and the dried precipitated particles were dissolved in hydrochloric acid and analyzed by ICP. The amount of boron contained in the precipitated particles was 4 mg / L with respect to seawater. On the other hand, since the amount of precipitate per 1 L of seawater is about 1.4 g from FIG. 4, the boron content per unit volume of the precipitated particles was 6.75 mg / cm 3 considering the density of the precipitate. Solution No. Since the boron concentration in 3 is 5 mg / L, the boron-containing density of the precipitated particles is about 1,350 times greater than the proportion of boron present in the solution.
 図5は、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込む様子を模式的に示す図で、主にマグネシウム塩からなる不溶解物102に対するホウ素101の取り込みイメージを示す。不溶解物102が、海水中のマグネシウムイオン(Mg2+)103と、添加したアルカリ成分(OH)104との反応によって領域Gに向かって成長する。このとき、周辺に存在するホウ素101を取り込みながら不溶解物102が成長するため、海水中からホウ素101が除去される。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a state in which boron is sufficiently taken into precipitate molecules or aggregates, and shows an image of boron 101 taken into an insoluble matter 102 mainly composed of a magnesium salt. The insoluble matter 102 grows toward the region G by the reaction between magnesium ions (Mg 2+ ) 103 in seawater and the added alkali component (OH ) 104. At this time, since the insoluble matter 102 grows while taking in boron 101 present in the vicinity, the boron 101 is removed from the seawater.
 前述のように溶液No.1、No.2、No.3から析出した不溶解物の平均粒子径は60μm程度なので、体積比で1,350倍、すなわち直径比で約11倍(≒1350の三乗根)の範囲に存在するホウ素を拡散現象によって取り込む必要がある。したがって、図5において不溶解物102の析出粒子が領域Gに成長する過程で、直径比11倍の領域Sに含まれるホウ素をすべて取り込むことが可能である。 As described above, the solution No. 1, no. 2, No. Since the average particle diameter of the insoluble matter precipitated from 3 is about 60 μm, the boron present in the range of 1,350 times the volume ratio, that is, about 11 times the diameter ratio (≈1350) is taken in by the diffusion phenomenon. There is a need. Therefore, in the process in which the precipitated particles of the insoluble matter 102 grow in the region G in FIG. 5, it is possible to take in all boron contained in the region S having a diameter ratio of 11 times.
 室温におけるホウ素の水中の拡散定数D=1.5×10-9(m/s)、拡散距離660μm(=60μm×11)として、ホウ素拡散に必要な時定数τを計算すると、 When the diffusion constant D in water of boron at room temperature D = 1.5 × 10 −9 (m 2 / s) and the diffusion distance 660 μm (= 60 μm × 11), the time constant τ D required for boron diffusion is calculated.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 となり、これは約5分ということが出来る。 This is about 5 minutes.
 したがって、測定誤差等を考慮すると、析出速度0.02mol/(L・分)の条件は、析出反応の時定数τとホウ素の拡散時定数τが等しい条件であることが確認できた。したがって、図3に示したように、析出速度0.02mol/(L・分)以上で析出物量あたりのホウ素除去量が一定になったのは、不溶解物の生成速度が溶液中のホウ素分子の拡散速度よりも大きいため、析出速度に見合うだけのホウ素を取り込むことができない状態で不溶解物の生成が進行したためと結論付けることができる。 Therefore, in consideration of measurement errors and the like, it was confirmed that the deposition rate of 0.02 mol / (L · min) was equal to the time constant τ R of the precipitation reaction and the diffusion time constant τ D of boron. Therefore, as shown in FIG. 3, when the precipitation rate was 0.02 mol / (L · min) or more, the boron removal amount per precipitate amount became constant because the generation rate of insoluble matter was the boron molecule in the solution. Therefore, it can be concluded that the generation of insoluble matter has progressed in a state where it is not possible to take in boron sufficient for the deposition rate.
 以上の議論から、本実施の形態1のホウ素含有水処理装置1は、析出速度がホウ素除去性能を決定するパラメータであることが明確となった。したがって、図2に示すとおり、0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下の範囲に析出速度を制御することで、不溶解物の生成速度をホウ素の拡散速度以下に制御し、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込むことができるという効果が得られるものである。したがって、ホウ素をほとんど含まない不溶解物を生成することがないため、効率のよいホウ素除去装置を得ることができる。 From the above discussion, in the boron-containing water treatment apparatus 1 according to the first embodiment, it became clear that the deposition rate is a parameter that determines the boron removal performance. Therefore, as shown in FIG. 2, by controlling the deposition rate within the range of 0.003 mol / (L · min) or more and 0.02 mol / (L · min) or less, the insoluble matter production rate is diffused by boron. It is possible to obtain an effect that the boron can be sufficiently taken into the precipitate molecules or aggregates by controlling the speed below the speed. Therefore, since an insoluble matter hardly containing boron is not generated, an efficient boron removing apparatus can be obtained.
 次に、実施の形態1のホウ素含有水処理装置1における析出速度を制御する手段として、pH制御による方法の具体例を示す。 Next, as a means for controlling the precipitation rate in the boron-containing water treatment apparatus 1 of Embodiment 1, a specific example of a method by pH control will be shown.
 図6は、不溶解物の析出中におけるアルカリ溶液のpHの時間変化を示す図である。具体的には、溶液No.1に実験的に水酸化ナトリウムを添加した場合の溶液のpH変化を示しており、ホウ素含有水処理装置1の搬送ポンプ4、6を停止した状態の析出槽5内部の状態に相当する。
このとき、溶液No.1の初期水質はpH8.2、電気伝導率4.3S/m(塩分濃度2.67%)であった。図6の横軸(時間軸)の約3分の時点で水酸化ナトリウムの添加を開始した。水酸化ナトリウムの添加により、pHが約10.9へ増加して析出反応が開始した。その後、徐々にpHが減少しているのは、Mg2+とOHの反応によってMg(OH)粒子が生成するため、析出が進行するとOHが減少したためである。
FIG. 6 is a diagram showing the change over time of the pH of the alkaline solution during the precipitation of insoluble matter. Specifically, Solution No. 1 shows the pH change of the solution when sodium hydroxide is experimentally added, which corresponds to the state inside the precipitation tank 5 in a state where the transport pumps 4 and 6 of the boron-containing water treatment apparatus 1 are stopped.
At this time, the solution No. The initial water quality of No. 1 was pH 8.2 and electric conductivity 4.3 S / m (salt concentration 2.67%). Addition of sodium hydroxide was started at about 3 minutes along the horizontal axis (time axis) in FIG. By adding sodium hydroxide, the pH increased to about 10.9 and the precipitation reaction started. Thereafter, the pH gradually decreases because Mg (OH) 2 particles are generated by the reaction of Mg 2+ and OH , and OH decreases as precipitation proceeds.
 実験の結果、pHの減少速度が1分あたり0.02の状態は、析出速度0.003mol/(L・分)に対応し、pHの減少速度が1分あたり0.07の状態は0.02mol/(L・分)に対応することが分かった。実際の海水の組成は複雑であることから、両者の関係は単純な比例関係とはならないが、対応関係は単調増加傾向を示す。
反応初期は、アルカリ薬剤ポンプ12を制御することにより、pHが10.0~11.5の範囲に調節することにより、析出速度を0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下に制御することが出来る。溶液のpHは徐々に低下するが、pHの減少速度を1分あたり0.02~0.07の範囲に保持することで、析出速度を0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下を保持することが出来る。
As a result of the experiment, a pH reduction rate of 0.02 per minute corresponds to a deposition rate of 0.003 mol / (L · min), and a pH reduction rate of 0.07 per minute is 0.00. It was found to correspond to 02 mol / (L · min). Since the actual seawater composition is complex, the relationship between the two is not a simple proportional relationship, but the corresponding relationship tends to increase monotonously.
At the initial stage of the reaction, the alkaline chemical pump 12 is controlled to adjust the pH to the range of 10.0 to 11.5, whereby the deposition rate is 0.003 mol / (L · min) or more and 0.02 mol / ( L · min) or less. Although the pH of the solution gradually decreases, by maintaining the pH decrease rate in the range of 0.02 to 0.07 per minute, the precipitation rate is 0.003 mol / (L · min) or more and 0.02 mol. / (L · min) or less can be held.
 図6の例では、アルカリを添加して、反応開始直後の10分間のpHの減少速度を1分あたり0.02~0.05に保持した。その結果、20分後のpHは10.6となった。
一方、40分後のpHは10.5、60分後のpHは10.4となり、pHの低下はきわめて緩慢となった。これは、図4からも明らかなように、反応が30分程度でほぼ完了した状態になったためである。実際のホウ素含有水処理装置1は、搬送ポンプ4、6を稼動して、連続的に海水の処理を行うことから、析出槽5内の滞留時間によって図4、図6のような反応が進行する。
In the example of FIG. 6, alkali was added to maintain the pH decrease rate for 10 minutes immediately after the start of the reaction at 0.02 to 0.05 per minute. As a result, the pH after 20 minutes was 10.6.
On the other hand, the pH after 40 minutes was 10.5, the pH after 60 minutes was 10.4, and the pH decrease was very slow. This is because the reaction was almost completed in about 30 minutes, as is apparent from FIG. Since the actual boron-containing water treatment apparatus 1 operates the transport pumps 4 and 6 and continuously treats seawater, the reaction as shown in FIGS. 4 and 6 proceeds depending on the residence time in the precipitation tank 5. To do.
 なお、この実験では、不溶物の析出速度を適切な範囲に維持できたため、ホウ素減少量として4mg/Lの値を得ることができた。一方、別途実施した、pHを10の一定値に維持した実験、あるいはpHを11に維持した実験では、ホウ素減少量は1mg/Lにとどまった。 In this experiment, since the precipitation rate of insoluble matter could be maintained within an appropriate range, a value of 4 mg / L could be obtained as the boron reduction amount. On the other hand, in an experiment conducted separately and maintaining the pH at a constant value of 10, or maintaining the pH at 11, the boron decrease amount was only 1 mg / L.
 図1のホウ素含有水処理装置1で連続処理を行う場合には、析出槽5のある特定箇所のpHは定常状態となっている。例えば、流れ方向に細長い析出槽5の中心部に、水の流れに沿ってpH計を等間隔に設置した場合、上流側から見たpH値は流れ方向の長さあたり一定割合で減少していくことが望ましい。例えば、析出槽5の流れに沿った全長L[m]、被処理液の流量Q[L/分]、析出槽5の断面積S[m]とすると、被処理液の流速は、v=Q/S[m/分]で与えられ、反応時間1分に対応する析出槽5に沿った長さは、v[m]となる。 When performing a continuous process with the boron containing water processing apparatus 1 of FIG. 1, pH of the specific location of the precipitation tank 5 is a steady state. For example, when pH meters are installed at equal intervals along the flow of water at the center of the precipitation tank 5 elongated in the flow direction, the pH value seen from the upstream side decreases at a constant rate per length in the flow direction. It is desirable to go. For example, assuming that the total length L [m] along the flow of the deposition tank 5, the flow rate Q [L / min] of the liquid to be treated, and the cross-sectional area S [m 2 ] of the deposition tank 5, the flow rate of the liquid to be treated is v = Q / S [m / min] is given, and the length along the precipitation tank 5 corresponding to the reaction time of 1 minute is v [m].
 また、通常の円筒状のタンクを析出槽5に用い、タンク下部から海水を入れて、タンク上部から排出する場合、タンク下部からpH電極8の設置してある高さまでの容積を流入速度で割った値を平均的な滞留時間と定義して、pHの低下速度を決めてもよい。その他、装置の構成に応じて適宜、合理的な滞留時間を算出すれば良い。初期の反応を進めるため、析出槽5での滞留時間は10分以上必要であるが、設備の規模の制約から、最大でも30分が適切な範囲となる。 In addition, when a normal cylindrical tank is used for the precipitation tank 5 and seawater is poured from the bottom of the tank and discharged from the top of the tank, the volume from the bottom of the tank to the height at which the pH electrode 8 is installed is divided by the inflow rate. By defining this value as the average residence time, the rate of pH reduction may be determined. In addition, a reasonable residence time may be calculated as appropriate according to the configuration of the apparatus. In order to advance the initial reaction, the residence time in the precipitation tank 5 is required to be 10 minutes or more, but 30 minutes at the maximum is an appropriate range due to the restriction of the scale of the equipment.
 pH制御の適切な範囲は、海水に含まれるホウ素濃度に依存しない。沈殿物へのホウ素の取り込み効率を十分に確保し、実用上求められるホウ素除去能力を実現するには、平均的な滞留時間が10分以内の反応初期のpHが10.0~11.5、かつpHの減少速度を1分あたり0.02~0.07の範囲となるように薬剤ポンプ12や搬送ポンプ4、搬送ポンプ6の動作を制御して析出槽5内の反応条件を調整すればよい。それによって、不溶解物の生成速度をホウ素の拡散速度以下に制御し、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込むことが可能になる。海水を連続的に処理するには、各搬送ポンプを連続的に稼動するとともに、上記の条件に適合するように運転を行なう。 The appropriate range of pH control does not depend on the concentration of boron contained in seawater. In order to sufficiently ensure the efficiency of boron incorporation into the precipitate and to achieve the practically required boron removal capability, the initial pH of the reaction with an average residence time of 10 minutes or less is 10.0 to 11.5, If the reaction conditions in the precipitation tank 5 are adjusted by controlling the operation of the drug pump 12, the transport pump 4 and the transport pump 6 so that the rate of pH decrease is in the range of 0.02 to 0.07 per minute. Good. This makes it possible to control the generation rate of insoluble matter to be equal to or lower than the diffusion rate of boron, and to sufficiently incorporate boron into precipitate molecules or aggregates. In order to process seawater continuously, each conveyance pump is continuously operated and operated so as to meet the above-described conditions.
 この方法を用いることにより、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込むことができることから、別途添加するマグネシウム化合物を用いることなく、ホウ素を効率的に除去することができる。その結果、Mg薬剤槽、Mg薬剤用ポンプ、その制御機構を備えることが不要になる。また、ホウ素除去に必要な析出物の量が最少となるように調整できることから、粒子分離槽7のサイズが小さくて済み、機構も簡易になってメンテナンス頻度が低くなるというメリットがある。また、中間槽14において、逆浸透分離モジュールの目詰まり対策として再溶解させる粒子量を抑制することができる。
なお、上記の被処理水の温度は、20℃を基準としている。温度が高くなると、ホウ素の拡散速度が増加し、温度が低くなると拡散速度が低下するため、温度によって最適な析出速度の範囲はシフトする。水温20℃を基準とした水中の相対的な拡散係数D20は、温度T[℃]の近似的な関数として、次式のように記載することが出来る。
By using this method, boron can be sufficiently taken into precipitate molecules or aggregates, so that boron can be efficiently removed without using a magnesium compound added separately. As a result, it becomes unnecessary to provide the Mg chemical tank, the Mg chemical pump, and its control mechanism. In addition, since the amount of precipitates necessary for removing boron can be adjusted to a minimum, the size of the particle separation tank 7 can be reduced, the mechanism can be simplified, and the maintenance frequency can be reduced. Moreover, in the intermediate tank 14, the amount of particles to be re-dissolved can be suppressed as a measure against clogging of the reverse osmosis separation module.
In addition, the temperature of said to-be-processed water is based on 20 degreeC. As the temperature increases, the diffusion rate of boron increases, and as the temperature decreases, the diffusion rate decreases. Therefore, the optimum precipitation rate range shifts depending on the temperature. Water temperature 20 ° C. water relative diffusion coefficients D 20 relative to the as approximate function of the temperature T [° C.], it can be described as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
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 この式に温度Tとして実際の水温を代入してD20(T)を求め、温度Tで定まる補正係数として上記の析出速度に乗じることにより、適切な析出速度の領域を、0.003・D20(T)[mol/(L・分)]以上、0.02・D20(T)[mol/(L・分)]以下と定めることができる。ホウ素含有水処理装置1の析出槽5は、水温を計測するための温度計を備えて、制御器10が温度計の計測した温度情報を読み取って演算を行なう構成とすれば、上記の補正を自動的に行なうことができる。なお、式(4)は式(1)と同じ式である。 By substituting the actual water temperature as the temperature T in this equation to obtain D 20 (T) and multiplying the above precipitation rate as a correction coefficient determined by the temperature T, an appropriate precipitation rate region is set to 0.003 · D. 20 (T) [mol / (L · min)] or more and 0.02 · D 20 (T) [mol / (L · min)] or less. If the precipitation tank 5 of the boron-containing water treatment apparatus 1 includes a thermometer for measuring the water temperature and the controller 10 reads the temperature information measured by the thermometer and performs the calculation, the above correction is performed. It can be done automatically. Equation (4) is the same as equation (1).
 実施の形態2.
 発明者らは、また、共沈法でホウ素を沈殿物に取り込む過程を研究し、被処理液中のマグネシウムイオン濃度(Mg2+)と水酸化物イオン濃度(OH)の比率によって主沈殿物の生成量が大きく変化することを解明した。本実施の形態2では、図1で示した実施の形態1にマグネシウム塩を添加する機構を備えたホウ素含有水処理装置1aについて、不溶解物の生成速度を変化させた場合のホウ素除去性能について、理論的検討を含め、詳細に説明する。
Embodiment 2. FIG.
The inventors also studied the process of incorporating boron into the precipitate by a coprecipitation method, and the main precipitate was determined by the ratio of magnesium ion concentration (Mg 2+ ) and hydroxide ion concentration (OH ) in the liquid to be treated. It was elucidated that the production amount of cereals changed greatly. In Embodiment 2, boron removal performance when the insoluble matter generation rate is changed in the boron-containing water treatment apparatus 1a having a mechanism for adding a magnesium salt to Embodiment 1 shown in FIG. This will be explained in detail, including theoretical considerations.
 図7は、本発明において用いるホウ素含有水処理装置1aの一例を示す。析出槽5には、前処理した海水にマグネシウム塩を供給するために薬剤ポンプ12aを介してマグネシウム薬剤槽11aが接続されており、マグネシウム塩添加により海水からの不溶解物の析出を促進する。制御器10はpHの時間変化から析出反応の状況を判断し、必要に応じて薬剤ポンプ12、薬剤ポンプ12a、攪拌モータ9、搬送ポンプ4の動作を制御することにより、析出槽5内の析出反応を制御する。析出槽5では、沈殿物の分子内もしくはその凝集体の内部にホウ素を効率よく取り込むことにより、海水中からホウ素を除去する。薬剤ポンプ12aとマグネシウム薬剤槽11a以外の構成は実施の形態1と同一である。
本実施の形態2のホウ素含有水処理装置1aは、水溶液に添加するマグネシウムイオン(Mg2+)量と水酸化物イオン(OH)のモル比を2:1~1:2の範囲(水酸化物イオンの相対割合が33%~67%)に制御するので、不溶解物の生成量を適切な範囲に抑制しながらホウ素除去率を最大化できるという効果がある。
FIG. 7 shows an example of a boron-containing water treatment apparatus 1a used in the present invention. A magnesium chemical tank 11a is connected to the precipitation tank 5 via a chemical pump 12a in order to supply magnesium salt to the pretreated seawater, and the precipitation of insoluble matter from the seawater is promoted by adding the magnesium salt. The controller 10 determines the state of the precipitation reaction from the change in pH over time, and controls the operation of the drug pump 12, the drug pump 12a, the stirring motor 9 and the transport pump 4 as necessary, so that the precipitation in the precipitation tank 5 is performed. Control the reaction. In the precipitation tank 5, boron is removed from the seawater by efficiently incorporating boron into the molecules of the precipitate or into the aggregates thereof. The configuration other than the drug pump 12a and the magnesium drug tank 11a is the same as that of the first embodiment.
In the boron-containing water treatment apparatus 1a of the second embodiment, the molar ratio of the magnesium ion (Mg 2+ ) added to the aqueous solution and the hydroxide ion (OH ) is in the range of 2: 1 to 1: 2 (hydroxylation). Therefore, the boron removal rate can be maximized while suppressing the amount of insoluble matter generated within an appropriate range.
 実施例2.
 本実施例では実施の形態2で示したホウ素含有水処理装置1aの析出槽5におけるホウ素除去性能について実験を行なった例を示す。この実験では、特にマグネシウム塩及びアルカリ薬剤の両方の添加量を変化させることにより、析出速度及びホウ素除去量がどのように変化するかについて詳細に調べた。
Example 2
In this example, an example is shown in which an experiment was conducted on the boron removal performance in the precipitation tank 5 of the boron-containing water treatment apparatus 1a shown in the second embodiment. In this experiment, it was examined in detail how the deposition rate and the boron removal amount change by changing both the addition amount of both the magnesium salt and the alkaline agent.
 図8は、実施例2におけるホウ素除去性能の不溶解物のOH濃度依存性を示す図である。表1の溶液No.3(初期Mg濃度0.054mol/L)に対して、添加する水酸化ナトリウム濃度を変化させた場合の反応初期の析出速度Rを示す。図8から、初期の析出速度Rは水酸化ナトリウム濃度に正比例して増加することが分かる。水酸化ナトリウム以外に、水酸化カリウムを用いても図8と同様の結果が得られた。 8, OH of insolubles of boron removal performance in Example 2 - is a graph showing the concentration-dependent. Solution No. 1 in Table 1 3 shows the precipitation rate R at the initial stage of the reaction when the concentration of sodium hydroxide to be added is changed with respect to 3 (initial Mg concentration 0.054 mol / L). FIG. 8 shows that the initial precipitation rate R increases in direct proportion to the sodium hydroxide concentration. The same results as in FIG. 8 were obtained when potassium hydroxide was used in addition to sodium hydroxide.
 図9は、ホウ素除去性能の不溶解物のMg2+濃度依存性を示す図である。溶液No.3(初期Mg濃度0.054mol/L)に対して、水酸化ナトリウムを0.058mol/L添加した後、添加するマグネシウム濃度を変化させた場合の析出速度Rを示す。マグネシウム塩としては一級試薬の塩化マグネシウムを用いた。図9から、析出速度Rは水酸化ナトリウム濃度に正比例して増加することが分かった。 FIG. 9 is a diagram showing the Mg 2+ concentration dependence of the insoluble matter in boron removal performance. Solution No. 3 shows the precipitation rate R when 0.058 mol / L of sodium hydroxide is added and the concentration of magnesium added is changed with respect to 3 (initial Mg concentration 0.054 mol / L). As the magnesium salt, the primary reagent magnesium chloride was used. FIG. 9 shows that the deposition rate R increases in direct proportion to the sodium hydroxide concentration.
 以上の結果から、本実施例2で生成する不溶解物の析出反応は、水酸化物イオン(OH)濃度及びマグネシウムイオン(Mg2+)濃度に対して比例することがわかった。図10は、ホウ素除去性能の不溶解物のMg2+濃度とOH濃度の濃度積依存性を示す図である。Mg2+濃度とOH濃度の積と析出速度との関係も比例関係を示す。このことから、図10の結果をふまえてMg2+濃度とOH濃度の積を制御することにより、所望の析出速度を得ることができる。 From the above results, it was found that the precipitation reaction of the insoluble matter produced in Example 2 was proportional to the hydroxide ion (OH ) concentration and the magnesium ion (Mg 2+ ) concentration. FIG. 10 is a diagram showing the concentration product dependence of the Mg 2+ concentration and the OH concentration of the insoluble matter in the boron removal performance. The relationship between the product of Mg 2+ concentration and OH concentration and the precipitation rate is also proportional. From this, the desired deposition rate can be obtained by controlling the product of Mg 2+ concentration and OH concentration based on the result of FIG.
 実施例1で述べたように、海水に含まれるホウ素濃度にかかわらず、沈殿物へのホウ素の取り込み効率を十分に確保し、実用上求められるホウ素除去能力を実現するには、析出速度は0.003mol/(L・分)以上、0.02mol/(L・分)以下に制御することが望ましい。本実施の形態2におけるホウ素含有水処理装置1aでは、薬剤ポンプ12または薬剤ポンプ12aを制御することにより、析出槽5の溶液に含まれるMg2+濃度とOH濃度の積を1.0×10-3~6.78×10-3(mol/L)の範囲内に制御することが望ましい。図10において、推奨されるイオン濃度の積の範囲OP2を示した。 As described in Example 1, regardless of the boron concentration contained in seawater, the precipitation rate is 0 in order to sufficiently secure the boron incorporation efficiency into the precipitate and to achieve the practically required boron removal capability. It is desirable to control to 0.003 mol / (L · min) or more and 0.02 mol / (L · min) or less. In the boron-containing water treatment apparatus 1a according to the second embodiment, the product of Mg 2+ concentration and OH concentration contained in the solution in the precipitation tank 5 is 1.0 × 10 6 by controlling the drug pump 12 or the drug pump 12a. It is desirable to control within a range of −3 to 6.78 × 10 −3 (mol 2 / L 2 ). FIG. 10 shows a recommended ion concentration product range OP2.
 なお、上記の被処理水の温度は、20℃を基準としている。温度が高くなると、ホウ素の拡散速度が増加し、温度が低くなると拡散速度が低下するため、温度によって最適な析出速度の範囲はシフトする。
式3に温度Tとして実際の水温を代入してD20(T)を求め、上記の析出速度に乗じることにより、適切な析出速度の領域を、1.0×10-3・D20(T)[mol/(L・分)]以上、6.78×10-3・D20(T)[mol/(L・分)]以下と定めることができる。
ホウ素含有水処理装置1aの析出槽5は、水温を計測するための温度計を備えて、制御器10が温度計の計測した温度情報を読み取って演算を行なう構成とすれば、上記の補正を自動的に行なうことができる。
In addition, the temperature of said to-be-processed water is based on 20 degreeC. As the temperature increases, the diffusion rate of boron increases, and as the temperature decreases, the diffusion rate decreases. Therefore, the optimum precipitation rate range shifts depending on the temperature.
By substituting the actual water temperature as the temperature T in Equation 3 to obtain D20 (T) and multiplying the above precipitation rate, an appropriate precipitation rate region is calculated as 1.0 × 10 −3 · D 20 (T). It can be determined as [mol / (L · min)] or more and 6.78 × 10 −3 · D 20 (T) [mol / (L · min)] or less.
If the precipitation tank 5 of the boron-containing water treatment apparatus 1a includes a thermometer for measuring the water temperature and the controller 10 reads the temperature information measured by the thermometer and performs the calculation, the above correction is performed. It can be done automatically.
 図11は、ホウ素減少量と、水酸化物イオンと等モル比で添加されたマグネシウムイオンの添加量の関係を示す図であり、合わせて析出物量についても併記している。このホウ素減少量は、溶液No.3(初期Mg濃度0.054mol/L)に対して、薬剤ポンプ12または薬剤ポンプ12aを制御して、Mg2+とOHのモル比を1:1に保持しながら、それぞれの添加量を増加させたときのもので、横軸はマグネシウムイオン換算されている。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the boron reduction amount and the addition amount of magnesium ions added at an equimolar ratio with the hydroxide ions, and also shows the amount of precipitates. The amount of boron decrease is determined according to solution No. 3 (initial Mg concentration 0.054 mol / L), the drug pump 12 or drug pump 12a is controlled to increase the respective addition amount while maintaining the molar ratio of Mg 2+ and OH at 1: 1. The horizontal axis is converted to magnesium ions.
 析出物量がマグネシウムイオンの添加量に正比例して増加しているのに対し、ホウ素減少量は飽和傾向が見られた。マグネシウムイオン添加量が1.0g/Lではホウ素の減少量が3.9mg/Lであり、それ以上ではMgイオン添加量に伴ってホウ素除去量が徐々に増加して4.6mg/Lとなった。これは、初期濃度5mg/Lに対する除去率が92%に相当する。このとき、被処理水に残留するホウ素は0.4mg/Lときわめて僅かであり、優れたホウ素除去作用を実現している。なお、マグネシウムイオン添加量が1.0g/L以上では、析出物量の増加の割にはホウ素の減少量が増加しないが、これは析出速度が0.01mol/(L・分)以上であることが原因である。 The amount of precipitate increased in direct proportion to the amount of magnesium ion added, whereas the amount of boron decrease tended to be saturated. When the magnesium ion addition amount is 1.0 g / L, the decrease amount of boron is 3.9 mg / L, and when it is more than that, the boron removal amount gradually increases with the addition of Mg ion to 4.6 mg / L. It was. This corresponds to a removal rate of 92% for an initial concentration of 5 mg / L. At this time, the amount of boron remaining in the water to be treated is very small at 0.4 mg / L, realizing an excellent boron removing action. In addition, when the magnesium ion addition amount is 1.0 g / L or more, the decrease amount of boron does not increase for the increase of the precipitate amount, but this is because the precipitation rate is 0.01 mol / (L · min) or more. Is the cause.
 海水中にはOHを消費する緩衝物質やMgと反応してスケールを発生する成分が含まれている場合があるので、実用的にはMg2+とOHのモル比を2:1~1:2に保持しながら、析出槽5に添加することが望ましい。
 本実施の形態2の発明によれば、水溶液に添加するマグネシウムイオンと水酸化物イオンのモル比を反応量論比付近に制御するので、ホウ素を含む主沈殿物の生成量を制御してホウ素除去量を最大化できる、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。すなわち、ホウ素含有水処理装置1aの析出槽5において、上記のような条件でマグネシウムイオンとアルカリを添加することにより、通常の海水でホウ素除去率が90%を超える優れた処理を実現することができる。また、マグネシウム化合物の投入量は必要最小限にすることが可能で、また生成する不溶解物量も最小限ですむことから、ランニングコストの小さい処理を可能とするものである。
Since sea water sometimes contains a buffer substance that consumes OH and a component that generates a scale by reacting with Mg, the molar ratio of Mg 2+ and OH is practically 2: 1 to 1. : It is desirable to add to the precipitation tank 5 while maintaining at 2.
According to the second embodiment of the present invention, the molar ratio of magnesium ions to hydroxide ions added to the aqueous solution is controlled in the vicinity of the reaction stoichiometric ratio, so that the amount of main precipitate containing boron is controlled to control boron. There is an unprecedented remarkable effect that the removal amount can be maximized. That is, in the precipitation tank 5 of the boron-containing water treatment apparatus 1a, by adding magnesium ions and alkalis under the above conditions, it is possible to realize an excellent treatment in which the boron removal rate exceeds 90% in normal seawater. it can. In addition, the amount of magnesium compound input can be minimized, and the amount of insoluble matter to be generated can be minimized, thereby enabling processing with a low running cost.
 実施の形態3.
 図12は、本実施の形態3において用いるホウ素含有水処理装置1bの一例を示す構成図であり、実施の形態2と比較すると、酸薬剤槽11bと薬剤ポンプ12bとを用いる点が異なっている。酸薬剤槽11b、薬剤ポンプ12bは前処理した海水に酸を供給するために用いられるものであり、析出槽5は、薬剤ポンプ12bを介して酸薬剤槽11bが接続されている。ここで、制御器10は、pH電極8で検出されるpHの時間変化から、必要に応じて薬剤ポンプ12bの動作を制御する。たとえば、pHの減少速度が1分あたり0.02~0.07よりも遅いときは、酸を添加することにより前記の好適な速度範囲に維持することができる。これにより、不溶物の生成速度をホウ素の拡散速度以下に制御し、析出物の分子又は凝集体内にホウ素を十分に取り込むことができることから、主沈殿物の生成量を制御してホウ素除去量を大きくすることができる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of the boron-containing water treatment device 1b used in the third embodiment, which is different from the second embodiment in that an acid chemical tank 11b and a chemical pump 12b are used. . The acid medicine tank 11b and the medicine pump 12b are used for supplying acid to the pretreated seawater, and the acid medicine tank 11b is connected to the precipitation tank 5 through the medicine pump 12b. Here, the controller 10 controls the operation of the drug pump 12b as needed from the time change of the pH detected by the pH electrode 8. For example, when the rate of decrease in pH is slower than 0.02 to 0.07 per minute, it can be maintained within the above preferred rate range by adding acid. As a result, the generation rate of insoluble matter can be controlled to be lower than the diffusion rate of boron, and boron can be sufficiently taken into the precipitate molecules or aggregates. Can be bigger.
 なお、添加する酸の種類としては、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸のほか、酢酸、クエン酸などの低分子の有機酸を用いることができる。 As the type of acid to be added, in addition to inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, low molecular organic acids such as acetic acid and citric acid can be used.
 また、本実施の形態3の構成に加え、実施の形態2で説明したように、マグネシウム塩を供給するための薬剤ポンプ12a、マグネシウム薬剤槽11aを並行して析出槽5に接続しても良い。それによって、pH調整の自由度が高まり、凝集体内にホウ素を取り込む工程を最適化することが容易になる。 Further, in addition to the configuration of the third embodiment, as described in the second embodiment, the drug pump 12a for supplying the magnesium salt and the magnesium drug tank 11a may be connected to the precipitation tank 5 in parallel. . Thereby, the degree of freedom of pH adjustment is increased, and it becomes easy to optimize the process of incorporating boron into the aggregate.
本発明は、海水の淡水化処理に適用可能である。 The present invention is applicable to seawater desalination treatment.
1、1a、1b ホウ素含有水処理装置
2 貯水槽
3 前処理槽
4 搬送ポンプ
5 析出槽
6 搬送ポンプ
7 粒子分離槽
8 pH電極
9 攪拌モータ
10 制御器
11 アルカリ薬剤槽
11a マグネシウム薬剤槽
11b 酸薬剤槽
12、12a、12b 薬剤ポンプ
13 搬送ポンプ
14 中間槽
15 搬送ポンプ
16 逆浸透分離モジュール
17 排出管
18 戻し管
1, 1a, 1b Boron-containing water treatment device 2 Water storage tank 3 Pretreatment tank 4 Transport pump 5 Precipitation tank 6 Transport pump 7 Particle separation tank 8 pH electrode 9 Stirring motor 10 Controller 11 Alkaline chemical tank 11a Magnesium chemical tank 11b Acid chemical Tank 12, 12 a, 12 b Drug pump 13 Transport pump 14 Intermediate tank 15 Transport pump 16 Reverse osmosis separation module 17 Discharge pipe 18 Return pipe

Claims (13)

  1. 被処理水にアルカリを添加して不溶解物を析出させる第1工程と、
    前記被処理水から析出した不溶解物を分離する第2工程と、
    を含み、
    式(1)で定まる温度T[℃]における補正係数をD20(T)としたときに、
    前記第1工程における不溶解物の析出速度を0.003・D20(T)[mol/(L・分)]以上、0.02・D20(T)[mol/(L・分)]以下の範囲内に調整することを特徴とするホウ素含有水の処理方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    A first step of adding an alkali to the water to be treated to precipitate insoluble matter;
    A second step of separating insoluble matter deposited from the water to be treated;
    Including
    When the correction coefficient at the temperature T [° C.] determined by the equation (1) is D 20 (T),
    The precipitation rate of the insoluble matter in the first step is 0.003 · D 20 (T) [mol / (L · min)] or more, 0.02 · D 20 (T) [mol / (L · min)]. A method for treating boron-containing water, which is adjusted within the following range.
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  2. 前記第1工程におけるアルカリを添加した前記被処理水のpHを、反応初期において10.0~11.5の範囲内に調整すると共に、反応開始後のpH減少速度を滞留時間1分あたり0.02~0.07の範囲内に調整することを特徴とする請求項1に記載のホウ素含有水の処理方法。 The pH of the water to be treated to which alkali has been added in the first step is adjusted to a range of 10.0 to 11.5 at the beginning of the reaction, and the rate of pH decrease after the start of the reaction is adjusted to 0. The method for treating boron-containing water according to claim 1, wherein the treatment is performed within a range of 02 to 0.07.
  3. 前記第1工程において、マグネシウム化合物を添加することを特徴とする請求項1または2に記載のホウ素含有水の処理方法。 The method for treating boron-containing water according to claim 1 or 2, wherein a magnesium compound is added in the first step.
  4. 前記第1工程において、アルカリを添加した被処理水に含まれるマグネシウムイオン濃度と水酸化物イオン濃度との積を1.0×10-3~6.78×10-3(mol/L)の範囲内に調整することを特徴とする請求項3に記載のホウ素含有水の処理方法。 In the first step, the product of the magnesium ion concentration and the hydroxide ion concentration contained in the water to be treated with an alkali added is 1.0 × 10 −3 to 6.78 × 10 −3 (mol 2 / L 2 The method for treating boron-containing water according to claim 3, wherein the treatment is performed within the range of
  5. 前記第2工程後に前記被処理水中に残留した不溶解物の再溶解処理を行う第3工程と、
    脱塩処理を行う第4工程と、
    をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のホウ素含有水の処理方法。
    A third step of re-dissolving insoluble matter remaining in the treated water after the second step;
    A fourth step of performing a desalting treatment;
    The method for treating boron-containing water according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
  6. ホウ素を含有する被処理水にアルカリを添加した溶液から不溶解物を析出させる析出槽と、
    前記析出槽に前記アルカリを供給するための薬剤供給手段と、
    前記析出槽中の前記溶液のpH測定を行なうpH測定部と、
    前記pH測定部で測定された結果に基づいて前記薬剤供給手段を制御してアルカリの供給量を調整する制御部と、
    前記溶液から析出した不溶解物を分離する粒子分離手段と、
    を備えるホウ素含有水の処理装置。
    A precipitation tank for precipitating insoluble matter from a solution in which alkali is added to water to be treated containing boron;
    Chemical supply means for supplying the alkali to the precipitation tank;
    A pH measurement unit for measuring the pH of the solution in the precipitation tank;
    A control unit for controlling the drug supply means based on the result measured by the pH measurement unit to adjust the supply amount of alkali;
    Particle separation means for separating insoluble matter precipitated from the solution;
    An apparatus for treating boron-containing water.
  7. 前記析出槽に前記被処理水を供給する手段と、
    前記析出槽中の前記溶液を攪拌する手段と、
    前記アルカリを供給するための薬剤槽と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記析出槽に前記被処理水を供給する速度、
    前記薬剤槽から前記析出槽に前記アルカリを供給する速度、
    のうち、少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする、
    請求項6に記載のホウ素含有水の処理装置。
    Means for supplying the water to be treated to the precipitation tank;
    Means for stirring the solution in the precipitation tank;
    A chemical tank for supplying the alkali;
    With
    The controller is
    A speed at which the water to be treated is supplied to the precipitation tank;
    A speed at which the alkali is supplied from the chemical tank to the precipitation tank;
    Of controlling at least one of them,
    The processing apparatus for boron-containing water according to claim 6.
  8. 前記制御部は、
    前記析出槽における前記溶液のpHが、反応初期において10.0~11.5の範囲内であり、さらに反応開始直後のpH減少速度が滞留時間1分あたり0.02~0.07の範囲内となるように前記溶液の調整を行うことを特徴とする請求項6または7に記載のホウ素含有水の処理装置。
    The controller is
    The pH of the solution in the precipitation tank is in the range of 10.0 to 11.5 at the beginning of the reaction, and the pH decrease rate immediately after the start of the reaction is in the range of 0.02 to 0.07 per minute of residence time. The treatment apparatus for boron-containing water according to claim 6 or 7, wherein the solution is adjusted so that
  9. ホウ素を含有する被処理水にアルカリとマグネシウム化合物とを添加した溶液から不溶解物を析出させる析出槽と、
    前記析出槽に前記アルカリを供給するための第1薬剤供給手段と、
    前記析出槽に前記マグネシウム化合物を供給するための第2薬剤供給手段と、
    前記析出槽中の前記溶液のpH測定を行なうpH測定部と、
    前記pH測定部で測定された結果に基づいて前記第1薬剤供給手段および前記第2薬剤供給手段を制御して前記アルカリおよび前記マグネシウム化合物の供給量を調整する制御部と、
    前記溶液から析出した不溶解物を分離する粒子分離手段と、
    を備えるホウ素含有水の処理装置。
    A precipitation tank for precipitating insoluble matter from a solution obtained by adding an alkali and a magnesium compound to water to be treated containing boron;
    First chemical supply means for supplying the alkali to the precipitation tank;
    A second chemical supply means for supplying the magnesium compound to the precipitation tank;
    A pH measurement unit for measuring the pH of the solution in the precipitation tank;
    A control unit that controls the first drug supply unit and the second drug supply unit based on the result measured by the pH measurement unit to adjust the supply amounts of the alkali and the magnesium compound;
    Particle separation means for separating insoluble matter precipitated from the solution;
    An apparatus for treating boron-containing water.
  10. 前記制御部は、前記溶液中のマグネシウムイオンと水酸化物イオンのモル比を2:1~1:2の範囲内に調整することを特徴とする請求項9に記載のホウ素含有水の処理装置。 The apparatus for treating boron-containing water according to claim 9, wherein the controller adjusts a molar ratio of magnesium ions to hydroxide ions in the solution within a range of 2: 1 to 1: 2. .
  11. 前記制御部は、前記溶液中のマグネシウムイオン濃度と水酸化物イオン濃度との積を1.0×10-3~6.78×10-3(mol/L)の範囲内に調整することを特徴とする請求項9または10に記載のホウ素含有水の処理装置。 The controller adjusts the product of the magnesium ion concentration and the hydroxide ion concentration in the solution within a range of 1.0 × 10 −3 to 6.78 × 10 −3 (mol 2 / L 2 ). The apparatus for treating boron-containing water according to claim 9 or 10.
  12. 前記析出槽に酸を供給するための第3薬剤供給手段をさらに備える請求項6~11のいずれか一項に記載のホウ素含有水の処理装置。 The boron-containing water treatment apparatus according to any one of claims 6 to 11, further comprising a third chemical supply means for supplying an acid to the precipitation tank.
  13. 前記被処理水中に残留した不溶解物の溶解処理を行う中間槽と、
    脱塩処理を行う分離モジュールと、
    をさらに備える請求項6~12のいずれか一項に記載のホウ素含有水の処理装置。
    An intermediate tank for dissolving the insoluble matter remaining in the water to be treated;
    A separation module for performing desalting,
    The apparatus for treating boron-containing water according to any one of claims 6 to 12, further comprising:
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