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技術 ホウ素含有水の処理方法

出願人 清水建設株式会社
発明者 堀内澄夫川口正人
出願日 2010年8月25日 (10年2ヶ月経過) 出願番号 2010-188271
公開日 2012年3月8日 (8年8ヶ月経過) 公開番号 2012-045461
状態 特許登録済
技術分野 電気・磁気による水処理
主要キーワード 残留マグネシウム 通電処理後 通電処理前 水溶性マグネシウム塩 消費電流量 難溶性物質 共存成分 希土類元素イオン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年3月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を低電流で有効に除去できる安価な方法を提供する。

解決手段

本発明のホウ素含有水処理方法は、溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極陽極として使用すると共に、溶存マグネシウム通電処理後被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理し、凝集物を被処理水から分離する。

概要

背景

多量のホウ素の摂取は食欲不振嘔吐等の健康被害を起こす可能性がある。そこで、1999年2月、「ホウ素 1mg/L以下」が水の環境基準水質汚濁に係る環境基準)に追加され、その後、「ホウ素」が土壌の環境基準(土壌の汚染に係る環境基準)の項目に追加された。更に、2004年7月からのホウ素及びその化合物排水基準海域で230mg/L以下、海域以外で10mg/L以下とされている。
溶存ホウ素を含有する被処理水からホウ素を除去する主な方法は次のとおりである。
(1)薬剤を、溶存ホウ素を含有する被処理水に添加し、溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させる。例えば、多価陰イオン性物質希土類元素イオンを、溶存ホウ素を含有する被処理水に存在させ、pHを9〜13にして溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させるホウ素含有排水処理方法が、当該方法の1つとして検討された(例えば、特許文献1参照)。
(2)逆浸透膜を使用して、溶存ホウ素を含有する被処理水から溶存ホウ素を膜分離する(例えば、特許文献2参照)。
(3)溶存ホウ素を含有する被処理水を木材粉に接触させ、溶存ホウ素を木材粉に吸着させる(例えば、非特許文献1参照)。
(4)溶存ホウ素を含有する被処理水をアルミニウム電極を使用して電気分解し、溶存ホウ素を凝集物として分離する(例えば、非特許文献2参照)。
(5)溶存ホウ素を含有する被処理水を樹脂に接触させ、溶存ホウ素を除去する。溶存ホウ素を含有する被処理水をホウ素濃度30mg/L以下、pH7.0〜9.5に調整し、ホウ素選択吸着樹脂通水してホウ素を除去する方法が、当該方法の1つとして検討された(例えば、特許文献3参照)。

概要

種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を低電流で有効に除去できる安価な方法を提供する。本発明のホウ素含有水の処理方法は、溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極陽極として使用すると共に、溶存マグネシウム通電処理後被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理し、凝集物を被処理水から分離する。なし

目的

本発明の発明者らは、種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を有効に除去できる安価な方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極陽極として使用すると共に、溶存マグネシウム通電処理後被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理し、凝集物を被処理水から分離する、ホウ素含有水処理方法

請求項2

通電処理後の被処理水中のマグネシウム濃度が20mg/L以上となるよう通電処理する、請求項1に記載されたホウ素含有水の処理方法。

請求項3

通電処理後の被処理水のpHが7.5〜10.5である、請求項1又は2に記載されたホウ素含有水の処理方法。

請求項4

水溶性マグネシウム塩通電処理前に溶存ホウ素を含有する被処理水に添加する、請求項1〜3のいずれか1項に記載されたホウ素含有水の処理方法。

技術分野

0001

本発明は、溶存ホウ素を含有する被処理水通電処理し、凝集物を被処理水から分離するホウ素含有水処理方法に関する。

背景技術

0002

多量のホウ素の摂取は食欲不振嘔吐等の健康被害を起こす可能性がある。そこで、1999年2月、「ホウ素 1mg/L以下」が水の環境基準水質汚濁に係る環境基準)に追加され、その後、「ホウ素」が土壌の環境基準(土壌の汚染に係る環境基準)の項目に追加された。更に、2004年7月からのホウ素及びその化合物排水基準海域で230mg/L以下、海域以外で10mg/L以下とされている。
溶存ホウ素を含有する被処理水からホウ素を除去する主な方法は次のとおりである。
(1)薬剤を、溶存ホウ素を含有する被処理水に添加し、溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させる。例えば、多価陰イオン性物質希土類元素イオンを、溶存ホウ素を含有する被処理水に存在させ、pHを9〜13にして溶存ホウ素を難溶性物質として沈殿させ分離させるホウ素含有排水の処理方法が、当該方法の1つとして検討された(例えば、特許文献1参照)。
(2)逆浸透膜を使用して、溶存ホウ素を含有する被処理水から溶存ホウ素を膜分離する(例えば、特許文献2参照)。
(3)溶存ホウ素を含有する被処理水を木材粉に接触させ、溶存ホウ素を木材粉に吸着させる(例えば、非特許文献1参照)。
(4)溶存ホウ素を含有する被処理水をアルミニウム電極を使用して電気分解し、溶存ホウ素を凝集物として分離する(例えば、非特許文献2参照)。
(5)溶存ホウ素を含有する被処理水を樹脂に接触させ、溶存ホウ素を除去する。溶存ホウ素を含有する被処理水をホウ素濃度30mg/L以下、pH7.0〜9.5に調整し、ホウ素選択吸着樹脂通水してホウ素を除去する方法が、当該方法の1つとして検討された(例えば、特許文献3参照)。

0003

特開2004−963号公報
特開2006−102624号公報
特開2001−340851号公報

0004

化学工学論文集、第35巻第1号、2009、第55頁〜第59頁
J.-Q.Jiang et al., Environ. Chem. 3, 2006, 第350頁〜第354頁

先行技術

0005

種々のイオンを含有する地下水を上記(3)〜(4)の方法で処理しても、当該地下水から溶存ホウ素を有効に除去できず、相当量のホウ素が当該地下水中に残存した。上記(1)の方法は、多量の薬剤が必要となり、また、残渣が大量に発生するため、実用的ではなかった。上記(2)の方法は、飲料水用に開発されている方法であり、膜分離の効率を高めるために様々な前処理が必要であるほか、高濃度ホウ素排水の処理が必要となるなどの課題がある。更に、上記(4)の方法は、アルミニウム電極から溶出する被処理水中アルミニウムイオンの濃度が700mg/L以上(消費電流値が1000A・hr/m3
以上)になると、被処理水の粘度が大きくなり、凝集物の濾過が困難になるほか、本発明者の実験的検討結果によれば、除去効果共存成分により著しく失われる。上記(5)の
方法は、種々のイオンを含有する地下水から比較的有効に溶存ホウ素を除去できたが、溶存ホウ素を除去する樹脂はかなり高価であり、樹脂再生等で発生する残渣を別途処理しなければならない。従って、上記(5)の方法による種々のイオンを含有する地下水からの溶存ホウ素除去のランニングコストは高価である。
近年、種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を有効に除去できる安価な方法が希求されていたが、有効な方法は見出されていなかった。そこで、本発明の発明者らは、種々のイオンを含有する地下水から溶存ホウ素を有効に除去できる安価な方法を提供するため、溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極陽極として使用して通電処理し、凝集物を被処理水から分離する、ホウ素含有水の処理方法を検討した(特願2010−148460号)。

発明が解決しようとする課題

0006

上記処理方法(以下、「先願の処理方法」という。)における通電処理後の被処理水の好ましいpHは7.5〜10.5である。先願の処理方法で処理される被処理水から溶存ホウ素が除去される機構未解明であるが、Fe2+、Fe(OH)2を主成分とする凝集
体とホウ素との相互作用で、ホウ素が当該凝集体に吸着してくると推察される。しかしながら、先願の処理方法では、排水中の成分、通電中に発生する水酸化物イオン、その他の含有成分が通電中に変化して生成する物質が存在するため、被処理水のpH変化は複雑であった。更に、建設現場からの排水等のように排水中の成分が変化することを考え併せると、先願の処理方法における通電処理後の被処理水のpHを7.5〜10.5に制御することは容易ではなかった。本発明が解決しようとする課題は、溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極を陽極として使用すると共に被処理水のpH変化を小さくして通電処理し、凝集物を被処理水から分離する、ホウ素含有水の処理方法の提供である。

課題を解決するための手段

0007

本発明の発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、溶存ホウ素を含有する被処理水を鉄を成分として含む電極を陽極として使用して通電処理する際、溶存マグネシウムが通電処理後に被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理すると、先願の処理方法より溶存ホウ素濃度を小さくできることを見出し、本発明を完成させるに至った。

0008

本発明のホウ素含有水の処理方法は、溶存ホウ素を含有する被処理水を、鉄を成分として含む電極を陽極として使用すると共に、溶存マグネシウムが通電処理後の被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理し、凝集物を被処理水から分離する。

0009

好ましくは、通電処理後の被処理水中のマグネシウム濃度が20mg/L以上となるよう通電処理する。

0010

上記通電処理後の被処理水の好ましいpHは7.5〜10.5である。水溶性マグネシウム塩通電処理前に溶存ホウ素を含有する被処理水に添加されねばならない。

発明の効果

0011

本発明のホウ素含有水の処理方法は、種々のイオンを含有する地下水から低電流で有効に溶存ホウ素を除去でき、また、残渣量が少ないため、そのランニングコストは安価である。

図面の簡単な説明

0012

通電処理槽を示す図
初期マグネシウム濃度と通電処理後のpH及び通電処理後のホウ素濃度の関係を示す図
初期マグネシウム濃度と通電処理後の残留マグネシウム濃度及び通電処理後のホウ素濃度の関係を示す図
初期pHと通電処理後のpH及び通電処理後のホウ素濃度の関係を示す図
消費電流と通電処理後のホウ素濃度の関係を示す図
消費電流とマグネシウム消費量の関係を示す図

0013

本発明のホウ素含有水の処理方法で処理される溶存ホウ素を含有する被処理水は、ホウ素イオン以外のイオンを含有し得る。ホウ素イオン以外の当該イオンの具体例は、ナトリウムイオンカリウムイオンマグネシウムイオンカルシウムイオンアンモニウムイオンフッ素イオン塩素イオン硫酸イオンである。これらのイオンは、地下水に含有されている。

0014

本発明のホウ素含有水の処理方法で使用される装置の陽極の少なくとも1つは鉄を成分として含む電極である。鉄を成分として含む電極からFe2+が溶出し、Fe2+とOH-が
反応してFe(OH)2が生成する。本発明のホウ素含有水の処理方法で処理される被処
理水から溶存ホウ素が除去される機構は未解明であるが、Fe2+、Fe(OH)2を主成
分とする凝集体とホウ素との相互作用で、ホウ素が当該凝集体に吸着してくると推察される。鉄以外の金属で構成される電極が陽極の一部として併用されていてもよいが、あくまでも主体は鉄で構成される。鉄以外の金属の具体例は、アルミニウム、アルミニウム/マグネシウム合金ジュラルミン)である。

0015

本発明のホウ素含有水の処理方法で使用される装置の陰極は、鉄、アルミニウム、炭素等の材料を使用して構成する。

0016

溶存ホウ素を含有する被処理水は、溶存マグネシウムが通電処理後の被処理水中に残存するように溶存マグネシウム存在下で通電処理される。溶存マグネシウムが通電処理中に被処理水からなくなると、被処理水のpHが高くなりすぎ、ホウ素が凝集物から再溶出するおそれがある。

0017

好ましくは、通電処理後の被処理水中のマグネシウム濃度を20mg/L以上、より好ましくは50mg/L以上とする。通電処理前の被処理水が十分な量のマグネシウムを含有している場合、被処理水をそのまま通電処理に付せばよい。通電処理前の被処理水が十分な量のマグネシウムを含有していない場合、塩化マグネシウム硫酸マグネシウム等の水溶性マグネシウム塩を通電処理前に被処理水に溶解する。被処理水中に溶解される水溶性マグネシウム塩の量は、後述する方法で決定される。
通電処理後の被処理水中のマグネシウム濃度の上限は特定されないが、コストの観点から、1000mg/Lより大きい当該マグネシウム濃度は好ましくない。

0018

本発明における通電処理は、多段階で実施され得る。多段階の通電処理における水溶性マグネシウム塩の添加は、第1段階の通電処理の前、第2段階以降の各通電処理の前のいずれでも実施され得る。

0019

被処理水中の溶存ホウ素濃度は、通電処理後の被処理水のpHに影響される。地下水の成分によって影響を受けるが、好ましい当該pHは7.5〜10.5であり、更に好ましい当該pHは7.7〜9.0である。通電処理後の被処理水のpHは、被処理水の初期pH、電流、通電処理時間等により調整される。被処理水の初期pHは、水溶性マグネシウム塩の添加前又は添加後に調整される。

0020

高分子凝集剤が、通電処理後の凝集物の分離を容易化するため、通電処理前に添加され得る。
通電処理後、凝集物は濾過、遠心分離等の分別手段で被処理水から分離される。

0021

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
水中の各種イオン定性分析及び定量分析は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)法により行われた。
図1は、通電処理槽を示す図である。被処理水2が通電処理槽1中に貯えられており、2つのカーボン電極3が陰極とされ、2つの金属電極が陽極とされている。一方の金属電極4aは1つのカーボン電極3と面している。他方の金属電極は2つの金属電極4bと4cが溶接されており、2つのカーボン電極3と面している。

0022

3種類の地下水が準備された。それらの地下水に含まれるイオンの種類と濃度を表1に示す。

0023

0024

参考例1
図1に示される通電処理槽の3つの金属電極4a、4b及び4cを鉄電極とし、塩化マグネシウムを地下水A〜Cに溶解して通電処理し、地下水A〜C中の溶存ホウ素が10mg/L、1mg/Lになるまでの消費電流量及び鉄電極消費量を測定した。結果を表2に示す。

0025

0026

塩化マグネシウムの溶解量が多くなると、ホウ素が目標となる溶存ホウ素濃度まで除去された被処理水を得るまでの消費電流量及び鉄電極消費量が少なくなった。

0027

参考例2
図1に示される通電処理槽の3つの金属電極4a、4b及び4cを鉄電極とし、塩化マグネシウムを地下水A〜Cに溶解して通電処理し、初期マグネシウム濃度と通電処理後のpH(pHtrt)、通電処理後の残留マグネシウム濃度及び通電処理後のホウ素濃度の関係を調べた。結果を図2及び図3に示す。一定の初期マグネシウム濃度まで、初期マグネシウム濃度が大きくなるほど、通電処理後のpH及び通電処理後のホウ素濃度が低下していった(図2)。更に、地下水A中の残留マグネシウム濃度が30mg/L以上、地下水B中の残留マグネシウム濃度が20mg/L以上、地下水C中の残留マグネシウム濃度が80mg/L以上になると、通電処理後のホウ素濃度はあまり変化しなくなった(図3)。

0028

参考例3
図1に示される通電処理槽の3つの金属電極4a、4b及び4cを鉄電極と共に、地下水A〜Cの初期pH(pHini)を1M−HCl又は1M−NaOHで調整し、塩化マグネシウムを地下水A〜Cに溶解して通電処理し、初期pHと通電処理後のpH及び通電処理後のホウ素濃度の関係を調べた。結果を図4に示す。初期マグネシウム濃度(Mg)が大きくなると、pH変化が小さくなり、通電処理後のホウ素濃度が低下した。

0029

実施例
図1に示される通電処理槽の3つの金属電極4a、4b及び4cを鉄電極と共に、地下水A〜Cに溶解される塩化マグネシウムの量を変化させ、消費電流と通電処理後のマグネシウム濃度(Mg−r)及び通電処理後のホウ素濃度の関係を調べた。結果を図5に示す。地下水A〜Cの通電処理後のマグネシウム濃度が50mg/L未満である場合、消費電力が大きくなっても、残留ホウ素濃度はあまり低下しなくなった。一方、地下水A〜Cの通電処理後のマグネシウム濃度が50mg/L以上である場合、最大のホウ素除去効率を保持できた。

実施例

0030

参考例4
図1に示される通電処理槽の3つの金属電極4a、4b及び4cを鉄電極とし、塩化マグネシウムを地下水A〜Cに溶解して通電処理し、消費電流とマグネシウム消費量の関係を調べた。結果を図6に示す。目的とするホウ素濃度に対応する消費電流を図5から求め、次に、当該消費電流に相当するマグネシウム消費量を図6から求める。そして、地下水A〜Cに溶解するマグネシウム塩の量を当該マグネシウム濃度から計算できる。
なお、図5に示されるごとき消費電流と通電処理後のホウ素濃度の関係を示す図、図6に示されるごとき消費電流とマグネシウム消費量の関係を示す図を地下水毎に作成し、目的とするホウ素濃度までホウ素を除去するために必要な、地下水に溶解する最低マグネシウム塩の量を計算できる。

0031

本発明のホウ素含有水の処理方法は、種々のイオンを含有する地下水からの有効でかつ安価な溶存ホウ素除去に好適である。本発明のホウ素含有水の処理方法でホウ素をはじめとする種々のイオンを含有する地下水からホウ素を除去する際に必要とされる電圧は12V以下、通常5V程度であるから、太陽電池で得られる電力で本発明のホウ素含有水の処理方法を実施できる。更に、本発明のホウ素含有水の処理方法は、大量の薬剤及び大規模設備を必要としない。従って、本発明のホウ素含有水の処理方法を僻地で実施できる。

0032

1…通電処理槽、2…被処理水、3…カーボン電極、4…金属電極

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