JP2011020064A - 無機塩含有廃液の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無機塩含有廃液に含まれる不純物を十分に除去し、高品質の酸及びアルカリを低コストで回収する。
【解決手段】 無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去装置１０と、不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収するバイポーラ電気透析装置２０とを備える無機塩含有廃液の処理装置であって、不純物除去装置１０は、廃液に含まれる無機塩を析出させる晶析装置１２と、析出した無機塩をろ液と分離する塩分離装置１３と、分離された無機塩の溶液を生成する溶解槽１４と、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去装置１９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工場排水や浸出水などの無機塩含有廃液を処理するための無機塩含有廃液の処理方法および装置に関する。

無機塩を含む廃液を処理する方法として、バイポーラ電気透析装置を用いて廃液から酸およびアルカリを回収する方法が公知である。酸としては塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸などがあり、アルカリとしては苛性ソーダや苛性カリがある。無機塩含有廃液中にこれらの陰イオンまたは陽イオンが混在して溶解している場合、バイポーラ膜によって回収される酸およびアルカリはそれぞれのイオンバランスに応じて混合された酸およびアルカリになる。また、バイポーラ膜を使用した電気透析においては、特許文献１に開示されているように、溶液中に含まれるカルシウム、マグネシウム等の多価陽イオンが陽イオン交換膜内で析出し、膜破壊を生じるおそれがあることが従来から知られている。

特許第３１５１０４２号公報

無機塩含有廃液中にはいろいろな陰イオンまたは陽イオンが含まれることが多く、バイポーラ膜によって酸およびアルカリを回収する場合、混合された酸およびアルカリになる。混合された酸およびアルカリでは再利用するうえで例えば硫酸等の回収酸に塩酸、硝酸、フッ酸などが混入して腐食性の高い酸となり、耐食性を維持する観点から設備の材料コストやランニングコストが高くなるという問題もあった。また、再利用する上での条件として出来るだけ目的とする主成分の酸およびアルカリとして回収することを求められることが多かった。

無機塩含有廃液中に含まれる多価陽イオンの除去には、キレート樹脂を用いる方法等が知られているが、これを廃液処理に適用した場合、廃液中に多量に含まれる多価陽イオンによってキレート樹脂の負荷が過大になり、設備が過剰になるという問題があった。

そこで、本発明は、無機塩含有廃液に含まれる不純物を十分に除去し、高品質の酸及びアルカリを低コストで回収することができる無機塩含有廃液の処理方法および装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去ステップと、不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収する回収ステップとを備える無機塩含有廃液の処理方法であって、前記不純物除去ステップは、廃液に含まれる無機塩を晶析分離する塩分離ステップと、分離された無機塩の溶液を生成する溶解ステップと、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去ステップとを備え、前記回収ステップは、多価陽イオン除去後の溶液に対してバイポーラ電気透析を行う無機塩含有廃液の処理方法により達成される。

この無機塩含有廃液の処理方法は、前記塩分離ステップで生成されたろ液を濃縮する濃縮ステップを更に備えることが好ましく、前記塩分離ステップは、濃縮後のろ液に残留する無機塩を晶析分離するステップを含むことが好ましい。更に、前記濃縮ステップは、前記回収ステップで酸溶液およびアルカリ溶液が分離された希薄塩溶液を濃縮するステップを含むことが好ましい。

また、本発明の前記目的は、無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去装置と、不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収するバイポーラ電気透析装置とを備える無機塩含有廃液の処理装置であって、前記不純物除去装置は、廃液に含まれる無機塩を析出させる晶析装置と、析出した無機塩をろ液と分離する塩分離装置と、分離された無機塩の溶液を生成する溶解槽と、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去装置とを備える無機塩含有廃液の処理装置により達成される。

本発明によれば、無機塩含有廃液に含まれる不純物を十分に除去し、高品質の酸及びアルカリを低コストで回収することができる無機塩含有廃液の処理方法および装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無機塩含有廃液の処理装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る無機塩含有廃液の処理装置を示す概略構成図である。この処理装置１は、無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去装置１０と、不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収するバイポーラ電気透析装置２０とを備えている。

不純物除去装置１０は、廃液中に含まれる懸濁物質（ＳＳ成分）を捕捉するろ過フィルタを備えて中和やろ過などの操作を行う前処理装置１１と、前処理装置１１を通過した廃液を晶析して無機塩の結晶を析出させる晶析装置１２と、析出した無機塩をろ液と分離する塩分離装置１３と、分離された無機塩の溶液を生成する溶解槽１４と、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去装置１９と、塩分離装置１３で生成されたろ液を濃縮する濃縮装置１５とを備えており、濃縮装置１５で濃縮されたろ液は、再び晶析装置１２に供給されるように構成されている。

晶析装置１２は、本実施形態では供給された廃液を冷却晶析缶で冷却して、目的とする無機塩の結晶を析出させる冷却晶析装置を使用しているが、純度の高い結晶が析出される晶析方法であれば良く、例えば、蒸発晶析装置、再結晶装置などを用いることができる。

塩分離装置１３は、無機塩が析出した廃液のスラリーから結晶を遠心分離するように構成されている。無機塩の結晶は溶解槽１４に供給される。溶解槽１４は、供給された無機塩の結晶を、所望の濃度となるように水に溶解して無機塩の溶液を生成し、バイポーラ電気透析装置２０に供給する。

一方、塩分離装置１３で無機塩が分離されたろ液は濃縮装置１５に供給される。濃縮装置１５は公知のものが使用でき、ろ液中に僅かに含まれる無機塩を濃縮する。濃縮装置１５としては、例えば、内部を加熱流体が通過する複数の伝熱管の表面に、ろ液を減圧下で散布して加熱蒸発させる公知の蒸発濃縮装置を用いることができる。また、濃縮装置１５としては、電気透析装置や逆浸透膜装置やこれらを組み合わせたものを用いることもできる。濃縮装置１５で濃縮後のろ液は、晶析装置１２に再び供給されるが、不純物が含まれる為、一部をブロー液として排出する。この排出割合は、弁開度の調整により所望の値に設定可能である。

多価陽イオン除去装置１９は、２価以上の多価陽イオン（代表的には、カルシウムイオンやマグネシウムイオン）の不純物を除去する装置であり、具体的には、キレート樹脂を充填したカラムに水溶液を通液可能な構成を例示することができる。キレート樹脂としては、目的とする多価陽イオンを選択的に捕捉可能なものを使用することができ、例えば、イミノジ酢酸型、アミノリン酸型などを例示することができる。多価陽イオン除去装置１９としては、その他に、キレート剤を添加するものや、イオン交換樹脂を利用するもの等を挙げることができる。

バイポーラ電気透析装置２０は、陽極と陰極との間に、陽イオン交換膜、バイポーラ膜および陰イオン交換膜を備えるセルが複数積層された三室セル方式など公知の構成のものを使用することができ、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜により形成される脱塩室に無機塩の溶液が導入される。また、陽イオン交換膜およびバイポーラ膜により形成されるアルカリ室と、バイポーラ膜および陰イオン交換膜により形成される酸室に、それぞれ水が導入され、アルカリ室および酸室からアルカリ溶液および酸溶液がそれぞれ回収される。脱塩室における脱塩後の希薄塩溶液は、濃縮装置１５に供給される。

次に、上記の構成を備える無機塩含有廃液の処理装置１を用いた処理方法を説明する。本実施形態の処理装置１は、塩酸、硫酸、フッ酸、リン酸などの強酸と、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属との無機塩を含む工場排水や浸出水などの廃液を処理するのに好適に用いることができ、以下においては、硫酸ナトリウム（ボウ硝）を無機塩として含む廃液の処理を例として説明する。

不純物除去装置１０に供給された廃液は、前処理装置１１を通過する際に懸濁物質（ＳＳ成分）が除去された後、晶析装置１２に導入される。晶析装置１２においては、塩によって飽和溶解度や溶解度の温度依存性が異なることを利用して、目的の塩の結晶のみを析出させる。本実施形態においては、塩化ナトリウムの溶解度の温度依存性が含水ボウ硝のそれに比べて小さいことを利用している。すなわち、供給濃度における塩化ナトリウムの析出温度以上であって含水ボウ硝の析出温度以下に冷却することによって含水ボウ硝のみを析出させる。またその他の微量不純物は溶液側に溶解することによって、結晶純度を上げることが可能である。こうして、硫酸ナトリウムの結晶が析出されて廃液がスラリー状となり、この廃液が塩分離装置１３において固液分離される。

塩分離装置１３で分離された硫酸ナトリウムの結晶は、溶解槽１４において純水に溶解されて溶液となり、多価陽イオン除去装置１９に供給される。多価陽イオン除去装置１９においては、晶析装置１２及び塩分離装置１３では除去しきれなかったカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の多価陽イオンを除去することができ、バイポーラ電気透析装置２０における陽イオン交換膜への悪影響を防止することができる。一方、多価陽イオン除去装置１９には、晶析装置１２及び塩分離装置１３により不純物の大部分が除去された後の水溶液が導入されるため、多価陽イオン除去装置１９における処理負荷が軽減され、頻繁に逆洗等を行わなくても多価陽イオンの除去効率を長期間良好に維持することができる。

多価陽イオン除去装置１９からバイポーラ電気透析装置２０に供給された溶液は、晶析装置１２，塩分離装置１３及び多価陽イオン除去装置１９を経ることで溶解塩の純度が高められているため、生成される酸溶液及びアルカリ溶液（すなわち、硫酸溶液および苛性ソーダ溶液）を高品質なものとすることができ、濃度を十分高めた有価な酸およびアルカリを回収することができる。また、溶液中に含まれる塩素イオン、硝酸イオン、フッ素イオンなどの不純物が十分低減されていることにより、材料腐食の問題が抑制され、回収設備のイニシャルコスト、ランニングコストを大幅に改善することができるので、酸およびアルカリの回収メリットが大きくなる。回収する酸溶液及びアルカリ溶液は、所望の濃度になるように更に濃縮して、再利用し易くしてもよい。

一方、塩分離装置１３で生成されたろ液は、濃縮装置１５に供給されて濃縮された後、再び晶析装置１２に供給される。これにより、ろ液中に僅かに残留する硫酸ナトリウムが濃縮されて、析出し易い状態で再び晶析されるため、バイポーラ電気透析装置２０における酸溶液およびアルカリ溶液の回収率を高めることができる。なお、濃縮装置１５で生成された凝縮水や脱塩水は溶解槽１４において使用される純水の代わりとして回収可能である。

濃縮装置１５でろ液を繰り返し濃縮することにより、硫酸ナトリウム（含水ボウ硝）と共に不純物も濃縮されるため、塩分離装置１３で生成される結晶塩に不純物が混入し易くなり、回収する酸・アルカリの品質が低下するおそれがある。このような場合には、晶析装置１２への廃液の供給を連続的に行いつつ、濃縮装置１５で生成された濃縮液の一部をブロー液として外部に連続的に排出することにより、晶析装置１２に供給される濃縮液の不純物濃度の増加を抑制することができる。ブロー液の排出量を多くするほど、回収される酸・アルカリの品質が高まる一方で回収率は低下することから、ろ液中の不純物濃度をモニタリングする等して、ブロー液の排出量を適宜調整することが好ましい。

バイポーラ電気透析装置２０に供給された硫酸ナトリウムの溶液は、脱塩室を通過する際に大部分が酸溶液およびアルカリ溶液として回収されるが、脱塩室から排出された液中にも硫酸ナトリウムが僅かに含まれている。この希薄塩の溶液は、塩分離装置１３で生成されたろ液と共に濃縮装置１５に供給されて濃縮されることにより、硫酸ナトリウムを塩分離装置１３で再び析出することができ、酸およびアルカリの回収率を更に高めることができる。

１ 処理装置
１０ 前処理装置
１１ フィルタ装置
１２ 晶析装置
１３ 塩分離装置
１４ 溶解槽
１５ 濃縮装置
１９ 多価陽イオン除去装置
２０ バイポーラ電気透析装置

Claims (4)

1. 無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去ステップと、
   不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収する回収ステップとを備える無機塩含有廃液の処理方法であって、
   前記不純物除去ステップは、廃液に含まれる無機塩を晶析分離する塩分離ステップと、分離された無機塩の溶液を生成する溶解ステップと、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去ステップとを備え、
   前記回収ステップは、多価陽イオン除去後の溶液に対してバイポーラ電気透析を行う無機塩含有廃液の処理方法。
2. 前記塩分離ステップで生成されたろ液を濃縮する濃縮ステップを更に備え、
   前記塩分離ステップは、濃縮後のろ液に残留する無機塩を晶析分離するステップを含む請求項１に記載の無機塩含有廃液の処理方法。
3. 前記濃縮ステップは、前記回収ステップで酸溶液およびアルカリ溶液が分離された希薄塩溶液を濃縮するステップを含む請求項２に記載の無機塩含有廃液の処理方法。
4. 無機塩を含有する廃液から不純物を除去する不純物除去装置と、不純物除去後の廃液から酸溶液およびアルカリ溶液を分離して回収するバイポーラ電気透析装置とを備える無機塩含有廃液の処理装置であって、
   前記不純物除去装置は、廃液に含まれる無機塩を析出させる晶析装置と、析出した無機塩をろ液と分離する塩分離装置と、分離された無機塩の溶液を生成する溶解槽と、無機塩溶液に含まれる多価陽イオンを除去する多価陽イオン除去装置とを備える無機塩含有廃液の処理装置。

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