JP2024089040A - Boron-containing basic aluminum chloride - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水処理用凝集剤等に使用する塩基性塩化アルミニウムに関するものである。 The present invention relates to basic aluminum chloride for use as a coagulant for water treatment, etc.
アルミニウムに基づく加水分解金属塩は、水処理凝集剤として非常に広く使用されており、汚れた水からコロイド粒子や溶存有機物など多くの不純物を除去する上で重要な役割を果たしている。 Aluminium-based hydrolyzed metal salts are very widely used as water treatment flocculants and play an important role in removing many impurities, such as colloidal particles and dissolved organic matter, from polluted water.
このようなアルミニウムに基づく加水分解金属塩としては硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩基性塩化アルミニウムなどが用いられている。ここで、塩基性塩化アルミニウムは、ポリ塩化アルミニウム(PAC)とも称されるものであり、塩基度の範囲、硫酸イオンの含有の有無等により種々のものが知られている。 塩基性塩化アルミニウムは、一般的に、塩酸と水酸化アルミニウムを反応させることで合成され、多くの場合これに塩基性物質を添加して塩基度を高めた高塩基性塩化アルミニウムや水溶性硫酸塩を添加した硫酸イオン含有塩基性塩化アルミニウムが製造されている。 Examples of such aluminum-based hydrolyzed metal salts include aluminum sulfate, aluminum chloride, and basic aluminum chloride. Here, basic aluminum chloride is also called polyaluminum chloride (PAC), and various types are known depending on the range of basicity, the presence or absence of sulfate ions, etc. Basic aluminum chloride is generally synthesized by reacting hydrochloric acid with aluminum hydroxide, and in many cases, a basic substance is added to this to increase the basicity, resulting in highly basic aluminum chloride, or a sulfate ion-containing basic aluminum chloride is produced by adding a water-soluble sulfate.
上記のうち、硫酸イオンには塩基性塩化アルミニウムの凝集性能を向上する作用がある反面、安定性を低下させることが知られている。特許文献1には、塩基性塩化アルミニウムに含有させた硫酸イオンは、保存時に液の白濁、さらにはゲル化等の問題を生じることが記載されており、塩基性塩化アルミニウム中に含有させる硫酸イオン濃度は安定性の面から制限される。 Of the above, sulfate ions have the effect of improving the flocculation performance of basic aluminum chloride, but are known to reduce stability. Patent Document 1 describes that sulfate ions contained in basic aluminum chloride cause problems such as clouding of the liquid and even gelation during storage, and the concentration of sulfate ions contained in basic aluminum chloride is limited from the standpoint of stability.
また、日本産業規格では、水道用ポリ塩化アルミニウムの酸化アルミニウム含有量の範囲を10.0質量%以上、11.0質量%以下、塩基度の範囲を45質量%以上、65質量%以下、硫酸イオン含有量を3.5%質量以下に規制していることが記載されている。 In addition, the Japanese Industrial Standards state that the aluminum oxide content of polyaluminum chloride for water supply is restricted to 10.0% by mass or more and 11.0% by mass or less, the basicity range is restricted to 45% by mass or more and 65% by mass or less, and the sulfate ion content is restricted to 3.5% by mass or less.
したがって、広範囲の物性変動に対応できる凝集性が向上した塩基性塩化アルミニウムを得る上で、塩基度および硫酸イオン濃度により制御するのは限界があり、硫酸イオンに代わる別の物質による凝集性の向上が望まれる。 Therefore, in order to obtain basic aluminum chloride with improved coagulation properties that can accommodate a wide range of physical property variations, there are limitations to controlling the basicity and sulfate ion concentration, and it is desirable to improve coagulation properties by using a substance that replaces sulfate ions.
更に、特許文献2には、ケイ素をSi/Al2O3のモル比として0.001以上、0.1以下の範囲で含有した高塩基性塩化アルミニウムが開示されている。硫酸イオンの代替手段としてみた場合、ケイ素には以下の問題点が存在する。
(1)利用可能なケイ素化合物に制限がある点
(2)製造方法に制限がある点
Furthermore, Patent Document 2 discloses a highly basic aluminum chloride containing silicon in a molar ratio of Si/Al 2 O 3 in the range of 0.001 to 0.1. When viewed as an alternative to sulfate ions, silicon has the following problems.
(1) There are limitations on the silicon compounds that can be used. (2) There are limitations on the manufacturing method.
上記で用いられるケイ素の酸化物であるシリカ(SiO2)は水にほとんど溶解せず、ケイ素のオルト酸であるケイ酸(Si(OH)4)は、速やかに脱水縮合する性質を有し、最終的にはシリカになるため、工業的に利用可能なケイ素化合物はアルカリケイ酸塩のような塩基性物質に限られる。特許文献2においてもアルカリケイ酸塩のみが用いられており、アルカリケイ酸塩が塩基性物質であることから、ケイ素を含む塩基性塩化アルミニウムの製造方法が限定されることになる。 Silica (SiO 2 ), the oxide of silicon used above, is hardly soluble in water, and silicic acid (Si(OH) 4 ), the orthoacid of silicon, has the property of rapidly dehydrating and condensing, eventually turning into silica, so that industrially usable silicon compounds are limited to basic substances such as alkali silicates. Patent Document 2 also uses only alkali silicates, and because alkali silicates are basic substances, the method for producing basic aluminum chloride containing silicon is limited.
以上のことから、より汎用性の高い物質による塩基性塩化アルミニウムの凝集性の向上が求められている。 For these reasons, there is a need to improve the coagulation properties of basic aluminum chloride using a more versatile substance.
本発明が解決しようとする課題は、水処理用凝集剤等に使用する塩基性塩化アルミニウムに関し、処理すべき水の種類による広範囲の物性変動に対応でき、凝集性と製造性に優れた塩基性塩化アルミニウムを提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide basic aluminum chloride for use as a flocculant for water treatment, which can accommodate a wide range of physical property variations depending on the type of water to be treated, and has excellent flocculation properties and manufacturability.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、塩基性塩化アルミニウムにホウ素を含有させることによって、従来では濁りの除去が困難であった条件の水の処理が可能になることを見出して、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research aimed at solving the above problems, the inventors discovered that by incorporating boron into basic aluminum chloride, it became possible to treat water under conditions where it was previously difficult to remove turbidity, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]ホウ素を含有し、B/Alのモル比が0.01以上、1.00以下であることを特徴とするホウ素含有塩基性塩化アルミニウム。
[2]酸化アルミニウム濃度が8質量%以上、15質量%以下であり、塩基度が40%以上、80%以下である、上記[1]に記載のホウ素含有塩基性塩化アルミニウム。
[3]上記[1]または[2]に記載のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを含有する水処理凝集剤。
[4]塩基性塩化アルミニウムにホウ素化合物をB/Alのモル比が0.01以上、1.00以下となるように添加することを特徴とするホウ素を含有し、B/Alのモル比が0.01以上、1.00以下であるホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの製造方法。
[5]被処理水を、ホウ素を含有し、B/Alのモル比が0.01以上、1.00以下である塩基性塩化アルミニウムと混合することを特徴とする被処理水中の不純物の凝集方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A boron-containing basic aluminum chloride, characterized in that it contains boron and has a B/Al molar ratio of 0.01 or more and 1.00 or less.
[2] The boron-containing basic aluminum chloride according to the above [1], having an aluminum oxide concentration of 8% by mass or more and 15% by mass or less, and a basicity of 40% by mass or more and 80% or less.
[3] A water treatment flocculant containing the boron-containing basic aluminum chloride described in [1] or [2] above.
[4] A method for producing a boron-containing basic aluminum chloride, which contains boron and has a B/Al molar ratio of 0.01 or more and 1.00 or less, comprising adding a boron compound to basic aluminum chloride so that the B/Al molar ratio is 0.01 or more and 1.00 or less.
[5] A method for coagulating impurities in water to be treated, comprising mixing the water to be treated with basic aluminum chloride containing boron and having a B/Al molar ratio of 0.01 or more and 1.00 or less.
本発明によれば、処理すべき水の種類による広範囲の物性変動に対応でき、凝集性と製造性に優れたホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを提供することができる。 The present invention can provide boron-containing basic aluminum chloride that is capable of dealing with a wide range of variations in physical properties depending on the type of water to be treated and has excellent coagulation and manufacturability.
本発明は、ホウ素を含有し、B/Alのモル比が0.01以上、1.00以下であるホウ素含有塩基性塩化アルミニウム(以下、単に「本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウム」ということがある)である。 The present invention is a boron-containing basic aluminum chloride that contains boron and has a molar ratio of B/Al of 0.01 or more and 1.00 or less (hereinafter, sometimes simply referred to as "the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention").
[必須構成元素の含有量]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムにおけるB/Alのモル比は0.01以上、1.00以下であり、0.02以上、0.70以下がより好ましく、0.05以上、0.50以下が特に好ましい。ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムにおけるB/Alのモル比が0.01より少ないと、凝集性に改善が認められず、1を超えても効果が飽和するので好ましくない。
[Content of essential constituent elements]
The molar ratio of B/Al in the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention is 0.01 or more and 1.00 or less, more preferably 0.02 or more and 0.70 or less, and particularly preferably 0.05 or more and 0.50 or less. If the molar ratio of B/Al in the boron-containing basic aluminum chloride is less than 0.01, no improvement in coagulation properties is observed, and even if it exceeds 1, the effect becomes saturated, which is not preferable.
[酸化アルミニウム濃度]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの酸化アルミニウム濃度は、特に限定されないが、例えば、8質量%以上、15質量%以下である。酸化アルミニウム濃度は、好ましくは9質量%以上、13質量%以下であり、特に好ましくは、10質量%以上、11質量%以下である。塩基性塩化アルミニウムに含まれる酸化アルミニウムの定量は、日本産業規格(JIS)K1475に準拠して行われる。
[Aluminum oxide concentration]
The aluminum oxide concentration of the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention is not particularly limited, but is, for example, 8% by mass or more and 15% by mass or less. The aluminum oxide concentration is preferably 9% by mass or more and 13% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or more and 11% by mass or less. The aluminum oxide contained in the basic aluminum chloride is quantified in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS) K1475.
[塩基度の範囲]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの塩基度の範囲は、特に限定されないが、例えば、40%以上、80%以下である。好ましくは50%以上、70%以下であり、より好ましくは55%以上、65%以下である。塩基性塩化アルミニウムの塩基度の測定は、日本産業規格(JIS)K1475に準拠して行われる。
[Basicity range]
The basicity of the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention is not particularly limited, but is, for example, 40% or more and 80% or less, preferably 50% or more and 70% or less, and more preferably 55% or more and 65% or less. The basicity of the basic aluminum chloride is measured in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS) K1475.
[酸化アルミニウム濃度と塩基度の範囲]
上記した酸化アルミニウム濃度と塩基度の範囲は適宜組み合わせることができる。そのため、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの酸化アルミニウム濃度が8質量%以上、15質量%以下であり、塩基度が40%以上、80%以下であることが好ましく、酸化アルミニウム濃度が9質量%以上、13質量%以下であり、塩基度が50%以上、70%以下であることがより好ましく、酸化アルミニウム濃度が10質量%以上、11質量%以下、塩基度が55%以上、65%以下であることが特に好ましい。
[Aluminum oxide concentration and basicity range]
The above-mentioned ranges of aluminum oxide concentration and basicity can be appropriately combined. Therefore, the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention preferably has an aluminum oxide concentration of 8% by mass or more and 15% by mass or less, and a basicity of 40% by mass or more and 80% or less, more preferably has an aluminum oxide concentration of 9% by mass or more and 13% by mass or less, and a basicity of 50% by mass or more and 70% or less, and particularly preferably has an aluminum oxide concentration of 10% by mass or more and 11% by mass or less, and a basicity of 55% by mass or more and 65% or less.
[塩化物イオン含有量の定義]
塩化物イオンについては、Cl/Alのモル比が0以上、3以下であることが好ましい。Cl/Alのモル比の上限は、2.5であることがより好ましく、更に好ましくは2である。塩化物イオンを含有するときは、例えば、Cl/Alのモル比が0.1以上、2以下であることが好ましい。
[Definition of chloride ion content]
With regard to chloride ions, the Cl/Al molar ratio is preferably 0 or more and 3 or less. The upper limit of the Cl/Al molar ratio is more preferably 2.5, and even more preferably 2. When chloride ions are contained, for example, the Cl/Al molar ratio is preferably 0.1 or more and 2 or less.
[他の構成要素]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは、アルミニウム及びホウ素を必須構成要素とするものであるが、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの構成要件を満たす限りにおいて、他の構成要素を任意成分として含有しても構わない。他の構成要素として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、硫酸イオン等を例示することができる。
[Other components]
The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention contains aluminum and boron as essential components, but may contain other components as optional components as long as the components satisfy the requirements of the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention. Examples of other components include alkali metals, alkaline earth metals, sulfate ions, etc.
[アルカリ金属含有量の定義]
他の構成要素の含有割合について、例えば、アルカリ金属については、アルカリ金属をMとしたときに、M/Alのモル比が0以上、1以下であることが好ましい。M/Alのモル比の上限は、0.8であることがより好ましく、更に好ましくは0.7である。アルカリ金属を含有するときは、例えば、M/Alのモル比が0.01以上、0.70以下であることが好ましい。
[Definition of alkali metal content]
Regarding the content ratio of other components, for example, in the case of an alkali metal, when the alkali metal is M, the molar ratio of M/Al is preferably 0 or more and 1 or less. The upper limit of the molar ratio of M/Al is more preferably 0.8, and further preferably 0.7. When an alkali metal is contained, for example, the molar ratio of M/Al is preferably 0.01 or more and 0.70 or less.
[アルカリ土類金属含有量の定義]
アルカリ土類金属については、アルカリ土類金属をEとしたときに、E/Alのモル比が0以上、0.1以下であることが好ましい。E/Alのモル比の上限は、0.07であることがより好ましく、更に好ましくは0.05である。アルカリ土類金属を含有するときは、例えば、E/Alのモル比が0.01以上、0.05以下であることが好ましい。
[Definition of alkaline earth metal content]
With respect to the alkaline earth metal, when the alkaline earth metal is E, the molar ratio of E/Al is preferably 0 or more and 0.1 or less. The upper limit of the molar ratio of E/Al is more preferably 0.07, and even more preferably 0.05. When an alkaline earth metal is contained, for example, the molar ratio of E/Al is preferably 0.01 or more and 0.05 or less.
[硫酸イオン含有量の定義]
硫酸イオンについては、SO4/Alのモル比が0以上、0.18以下であることが好ましい。SO4/Alのモル比の上限は、0.16であることがより好ましく、更に好ましくは0.14である。硫酸イオンを含有するときは、例えば、SO4/Alのモル比が0.01以上、0.14以下であることが好ましい。
[Definition of sulfate ion content]
For sulfate ions, the molar ratio of SO 4 /Al is preferably 0 or more and 0.18 or less. The upper limit of the molar ratio of SO 4 /Al is more preferably 0.16, and even more preferably 0.14. When sulfate ions are contained, for example, the molar ratio of SO 4 /Al is preferably 0.01 or more and 0.14 or less.
[製造方法]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは、塩基性塩化アルミニウムにホウ素化合物をB/Alのモル比が0.01以上、1.00以下となるように添加することにより製造することができる。
[Production method]
The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention can be produced by adding a boron compound to basic aluminum chloride so that the molar ratio of B/Al is 0.01 or more and 1.00 or less.
原料として用いる塩基性塩化アルミニウムは、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム濃度が8質量%以上、20質量%以下、好ましくは9質量%以上、13質量%以下、特に好ましくは、10質量%以上、11質量%以下のものを用いる。また、上記した塩基性塩化アルミニウムは、塩基度が40%以上、80%以下、好ましくは50%以上、70%以下、特に好ましくは55%以上、65%以下のものを用いる。また、上記した酸化アルミニウム濃度と塩基度の範囲は適宜組み合わせることができる。このような酸化アルミニウム濃度や塩基度の塩基性塩化アルミニウムは常法(例えば、特許3464023号等を参照)に従って製造することができる。 The basic aluminum chloride used as a raw material is not particularly limited, but for example, one having an aluminum oxide concentration of 8% by mass or more and 20% by mass or less, preferably 9% by mass or more and 13% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or more and 11% by mass or less is used. In addition, the basic aluminum chloride used has a basicity of 40% by mass or more and 80% or less, preferably 50% by mass or more and 70% or less, and particularly preferably 55% by mass or more and 65% or less. In addition, the above-mentioned ranges of aluminum oxide concentration and basicity can be appropriately combined. Basic aluminum chloride with such aluminum oxide concentration and basicity can be produced according to a conventional method (for example, see Patent No. 3464023, etc.).
塩基性塩化アルミニウムの製造方法の一例としては、水酸化アルミニウム等のアルミニウム化合物と塩酸をオートクレーブに入れて水熱処理する方法等が挙げられる。水熱処理時に圧力は常圧よりも高圧、例えば、0.2MPa以上、1.5MPa以下の加圧条件とし、水の温度は、沸点以上の温度、例えば、約120℃以上、200℃以下の温度をかけることで水酸化アルミニウムを塩酸で溶解する方法が好ましい。 One example of a method for producing basic aluminum chloride is a method in which an aluminum compound such as aluminum hydroxide and hydrochloric acid are placed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment. During the hydrothermal treatment, the pressure is higher than normal pressure, for example, 0.2 MPa or more and 1.5 MPa or less, and the temperature of the water is preferably a temperature above the boiling point, for example, about 120°C or more and 200°C or less, to dissolve the aluminum hydroxide with hydrochloric acid.
上記製造方法において、塩基性塩化アルミニウムの塩基度を変更する目的で塩基度調整剤を使用してもよい。塩基度調整剤としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、アルカリ金属のアルミン酸塩が挙げられる。 In the above manufacturing method, a basicity adjuster may be used to change the basicity of the basic aluminum chloride. Examples of basicity adjusters include alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, alkali metal hydrogen carbonates, alkaline earth metal hydrogen carbonates, and alkali metal aluminates.
アルカリ金属とアルカリ土類金属の水酸化物の具体例は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等である。アルカリ金属とアルカリ土類金属の炭酸塩、炭酸水素塩の具体例は、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム等である。アルカリ金属のアルミン酸塩の具体例は、アルミン酸ナトリウム等である。 Specific examples of hydroxides of alkali metals and alkaline earth metals include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, etc. Specific examples of carbonates and bicarbonates of alkali metals and alkaline earth metals include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, calcium bicarbonate, etc. Specific examples of aluminates of alkali metals include sodium aluminate, etc.
塩基性塩化アルミニウムの硫酸イオン濃度を変更する目的で硫酸や硫酸アルミニウムを使用してもよい。 Sulfuric acid or aluminum sulfate may be used to change the sulfate ion concentration of basic aluminum chloride.
なお、塩基性塩化アルミニウムとしては、上記のようにして製造されるものの他に、塩基性塩化アルミニウムや、普通塩基度、高塩基度、超高塩基度等のポリ塩化アルミニウム等の名称で販売されている市販品で上記範囲のものがあれば、それを使用してもよい。 In addition to the basic aluminum chloride produced as described above, commercially available products sold under the names of basic aluminum chloride or polyaluminum chloride of normal basicity, high basicity, ultra-high basicity, etc., that fall within the above range may also be used.
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの特徴であるホウ素は、上記した塩基性塩化アルミニウムにホウ素化合物を最終的なホウ素含有塩基性塩化アルミニウムにおけるB/Alのモル比が0.01以上、1.00以下、好ましくは、0.02以上、0.70以下、より好ましくは、0.05以上、0.50以下となるように添加することで得られる。なお、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムにおけるホウ素の含有量は、添加するホウ素化合物の量で変化させることができる。また、ホウ素化合物の添加方法は特に限定されず、塩基性塩化アルミニウムを製造する工程の内、いずれかの工程でホウ素化合物を上記の量で添加すればよいが、好ましくは塩基性塩化アルミニウムを製造する最後の工程で添加する。これらの工程の後には、更に、常法に従って精製、乾燥等を行ってもよい。 The boron, which is a characteristic of the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention, can be obtained by adding a boron compound to the basic aluminum chloride described above so that the molar ratio of B/Al in the final boron-containing basic aluminum chloride is 0.01 or more and 1.00 or less, preferably 0.02 or more and 0.70 or less, more preferably 0.05 or more and 0.50 or less. The boron content in the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention can be changed by the amount of boron compound added. The method of adding the boron compound is not particularly limited, and the boron compound may be added in the above amount in any step of the steps of producing basic aluminum chloride, but is preferably added in the last step of producing basic aluminum chloride. After these steps, purification, drying, etc. may be performed according to conventional methods.
[ホウ素化合物]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの製造に用いられるホウ素化合物は、特に限定されないが、例えば、ホウ素のオキソ酸の塩等が好ましい。代表的なホウ素のオキソ酸の塩としては、四ホウ酸ナトリウムや四ホウ酸カリウム、メタホウ酸ナトリウム、過ホウ酸ナトリウムなどが挙げられる。中でも、工業用原料としてホウ砂が使用できる四ホウ酸ナトリウムが特に好ましい。上記したホウ素のオキソ酸の塩としては、ホウ酸や三酸化二ホウ素を水に溶解することでホウ酸イオン生成し、塩基性物質で遊離する水素イオンを中和してホウ素のオキソ酸の塩を形成したものを用いてもよい。
[Boron compounds]
The boron compound used in the production of the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention is not particularly limited, but for example, a salt of an oxoacid of boron is preferred. Representative salts of an oxoacid of boron include sodium tetraborate, potassium tetraborate, sodium metaborate, and sodium perborate. Among them, sodium tetraborate is particularly preferred, since borax can be used as an industrial raw material. As the salt of an oxoacid of boron, a salt of an oxoacid of boron may be used which is produced by dissolving boric acid or diboron trioxide in water to generate borate ions, and neutralizing the hydrogen ions liberated by a basic substance to form an oxoacid of boron.
[確認方法]
本発明においては、上記のような性質を有するホウ素含有塩基性塩化アルミニウムが製造されたことをICP-AES(誘導結合プラズマ―発光分析法)やアゾメチンH吸光光度法、ポリオール錯体を用いた電気化学的定量法などで確認することができる。
[Confirmation method]
In the present invention, the production of boron-containing basic aluminum chloride having the above-mentioned properties can be confirmed by ICP-AES (inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry), azomethine H absorptiometry, electrochemical quantitative analysis using a polyol complex, or the like.
[水処理]
以上説明した本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは、被処理水と混合することにより被処理水中の不純物を凝集させることができる。被処理水中の不純物を凝集させる場合のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムの使用量は特に限定されないが、例えば、1~1000mg/L、好ましくは3~300mg/Lである。なお、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは、従来公知の塩基性塩化アルミニウムにより、被処理水中の不純物を凝集させる凝集方法を利用した各種水処理と同様に各種水処理に利用できる。また、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを用いた凝集方法の各種条件は、ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを用いる以外は、従来公知の塩基性塩化アルミニウムにより、被処理水中の不純物を凝集させる凝集方法と同様でよい。
[Water treatment]
The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention described above can flocculate impurities in the water to be treated by mixing with the water to be treated. The amount of boron-containing basic aluminum chloride used when flocculating impurities in the water to be treated is not particularly limited, but is, for example, 1 to 1000 mg/L, preferably 3 to 300 mg/L. The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention can be used in various water treatments similar to various water treatments using a flocculation method that flocculates impurities in the water to be treated using a conventionally known basic aluminum chloride. In addition, various conditions for the flocculation method using the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention may be the same as those for the flocculation method that flocculates impurities in the water to be treated using a conventionally known basic aluminum chloride, except for the use of the boron-containing basic aluminum chloride.
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムが凝集させることができる被処理水中の不純物としては、浮遊物質(懸濁物質、suspended solids)のように水中に懸濁している不溶解性物質である。「上水試験方法」では「2mmのふるいを通過し、孔径1μmの濾過材上に残留する物質を浮遊物質とする。」と定義している。例えば、粘土(粒径0.004mm以下)、シルト(粒径0.06mm以下)など岩石の砕屑物、金属、金属水酸化物、金属酸化物などの無機物、菌類、藻類などの生物由来の濁質、油などの有機物等が挙げられる。また、不純物の大きさとしては、例えば、1nm~0.1mm、好ましくは0.01μm~10μmである。このような不純物を含有する被処理水としては、例えば、上水道用原水(河川等の表流水)、工業用水、産業排水、生活排水、畜産排水等が挙げられる。 The impurities in the water to be treated that can be flocculated by the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention are insoluble substances suspended in the water, such as suspended solids. The "Waterworks Testing Method" defines suspended solids as substances that pass through a 2 mm sieve and remain on a filter material with a pore size of 1 μm. Examples of suspended solids include rock debris such as clay (grain size 0.004 mm or less) and silt (grain size 0.06 mm or less), inorganic substances such as metals, metal hydroxides, and metal oxides, suspended matter derived from organisms such as fungi and algae, and organic substances such as oil. The size of the impurities is, for example, 1 nm to 0.1 mm, preferably 0.01 μm to 10 μm. Examples of water to be treated that contains such impurities include raw water for waterworks (surface water from rivers, etc.), industrial water, industrial wastewater, domestic wastewater, and livestock wastewater.
また、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを用いた被処理水中の不純物の凝集方法を他の公知の水処理プロセスと組み合わせても良い。他の公知の水処理プロセスとしては、例えば、沈殿分離、浮上分離、濾過、脱水濾過、膜分離、イオン交換、物理吸着、ストリッピング、酸化・消毒、電気透析・電気分解等が挙げられる。 The method for flocculating impurities in the water to be treated using the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention may also be combined with other known water treatment processes. Examples of other known water treatment processes include precipitation separation, flotation separation, filtration, dehydration filtration, membrane separation, ion exchange, physical adsorption, stripping, oxidation/disinfection, electrodialysis/electrolysis, etc.
[凝集作用のメカニズム]
一般に、天然の濁質はコロイド溶液の性質を有するものが多く、粒子表面が負の電荷を有し、これが互いに反発し合うことで安定な状況として存在する。通常のアルミニウム系凝集剤は、水で希釈されることによって加水分解が進行し、より大きな正電荷をもつアルミニウム多量体が形成され、濁質の表面電荷を中和することで粒子間に引力が働き、微細な塊状(フロック)が形成される。更にアルミニウム系凝集剤の加水分解物が濁質同士を主に吸着作用によって結合してフロックを形成し沈殿する。これに対し、本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを用いたときは、ホウ素によってフロックの形成が促進される。ホウ素原子は酸素原子と安定した結合を作る性質が有り、通常ホウ素化合物は、水中においてオキソ酸であるホウ酸の形態で存在し、電離して陰イオンであるホウ酸イオンを形成する。アルミニウム系凝集剤の吸着作用による結合がホウ酸イオンによって促進されることで凝集作用が向上する。
[Mechanism of coagulation]
Generally, natural turbidity has the properties of a colloid solution, and the particle surfaces have negative charges, which repel each other to create a stable state. When a normal aluminum-based flocculant is diluted with water, hydrolysis proceeds, forming aluminum polymers with larger positive charges, which neutralize the surface charges of the turbidity, creating an attractive force between the particles and forming fine clumps (flocs). Furthermore, the hydrolyzate of the aluminum-based flocculant bonds the turbidity mainly by adsorption to form flocs, which then precipitate. In contrast, when the boron-containing basic aluminum chloride of the present invention is used, the formation of flocs is promoted by boron. Boron atoms have the property of forming stable bonds with oxygen atoms, and boron compounds usually exist in the form of boric acid, which is an oxo acid, in water, and are ionized to form borate ions, which are anions. The binding caused by the adsorption of the aluminum-based flocculant is promoted by the borate ions, improving the flocculation action.
[水処理凝集剤]
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは被処理水中の不純物の凝集作用を有するため、これを含有させた水処理凝集剤として利用することができる。その場合、水処理凝集剤には、本発明の効果を損なわない限り、別の凝集剤を添加してもよい。例えば、ポリ硫酸第二鉄のような無機凝集剤や、有機系の高分子凝集剤等が挙げられる。
[Water treatment flocculant]
The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention has a flocculating effect on impurities in the water to be treated, and can be used as a water treatment flocculant containing this. In this case, another flocculant may be added to the water treatment flocculant as long as it does not impair the effect of the present invention. For example, inorganic flocculants such as polyferric sulfate and organic polymer flocculants can be mentioned.
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[ジャーテスト]
本発明では塩基性塩化アルミニウムの凝集性の評価として、濁度を指標とするジャーテストを採用した。浮遊物質量と濁度の間には高い相関があり、水の不純物量(汚れ、濁り)を示す指標として扱う場合には、濁度を用いることが一般的である。
[Jar Test]
In the present invention, a jar test using turbidity as an index was adopted to evaluate the coagulation property of basic aluminum chloride. There is a high correlation between the amount of suspended solids and turbidity, and turbidity is generally used as an index of the amount of impurities in water (dirt, turbidity).
ジャーテストは、ジャーテスター MJS―6T(株式会社大同工業所)を使用して、模擬濁質としてカオリン(はくとう土,CAS登録番号:1332-58-7)を50mg/L含有し、下記表1の水質を有する試験水に対して、室温(約20℃)で実施した。ジャーテストによる凝集条件は、1Lビーカーに入れた試験水1Lを、100rpmで撹拌しながら実施例および比較例の塩基性塩化アルミニウムを添加し、引き続き同じ100rpmで1分間の急速撹拌、60rpmで10分間の緩速撹拌、10分間の静置とした。静置後の上澄水を採取し、濁度、吸光度(Abs.)、曇り度(Haze)、pHを測定した。なお、上澄水の濁度、吸光度、曇り度は濁度計・色度計 WA7700(日本電色工業株式会社)を使用して測定した。pHはポータブル型pHメーター D-71(株式会社堀場製作所)を使用して測定した。 The jar test was carried out at room temperature (approximately 20°C) using a jar tester MJS-6T (Daido Kogyo Co., Ltd.) with test water containing 50 mg/L of kaolin (Hakutou soil, CAS registration number: 1332-58-7) as a simulated turbid substance and having the water quality shown in Table 1 below. The flocculation conditions for the jar test were as follows: 1 L of test water in a 1 L beaker was stirred at 100 rpm while adding basic aluminum chloride from the examples and comparative examples, followed by rapid stirring at the same 100 rpm for 1 minute, slow stirring at 60 rpm for 10 minutes, and then leaving to stand for 10 minutes. After leaving to stand, the supernatant water was collected and the turbidity, absorbance (Abs.), haze, and pH were measured. The turbidity, absorbance, and haze of the supernatant water were measured using a turbidity meter/color meter WA7700 (Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd.). The pH was measured using a portable pH meter D-71 (Horiba, Ltd.).
(比較例1)
高塩基度ポリ塩化アルミニウムのジャーテスト:
模擬濁質としてカオリンを50mg/L含有し、表1の水質を有する試験水に、凝集剤としてホウ素を含まない南海化学社製の高塩基度ポリ塩化アルミニウム(酸化アルミニウム濃度10.7質量%、塩基度61.4%)を注入率10、15、20、25、30mg/Lとなるように注入し、ジャーテストを行った。表2に上澄水の濁度、吸光度、曇り度、pHをまとめた。
(Comparative Example 1)
Jar test of high basicity polyaluminum chloride:
A jar test was performed by injecting boron-free high basicity polyaluminum chloride (aluminum oxide concentration 10.7 mass%, basicity 61.4%) manufactured by Nankai Chemical Co., Ltd. at injection rates of 10, 15, 20, 25, and 30 mg/L into test water containing 50 mg/L of kaolin as a simulated turbidity and having the water quality shown in Table 1. Table 2 shows the turbidity, absorbance, haze, and pH of the supernatant water.
表2の結果から今回ジャーテストに使用した模擬濁質としてカオリンを含有する試験水は、ポリ塩化アルミニウムを添加するのみでは被処理水の濁度を18度以下に低下させることはできないことがわかった。また、凝集剤の注入量を増加させると濁度の低下量が減少する傾向がみられた。これは注入したポリ塩化アルミニウムによって濁質が正電荷を帯び、粒子間に反発力が生じることで凝集作用が抑制されたためと推測される。 The results in Table 2 show that the test water used in the jar test, which contained kaolin as a simulated turbidity, could not reduce the turbidity of the treated water below 18 degrees simply by adding polyaluminum chloride. There was also a tendency for the amount of turbidity reduction to decrease as the amount of coagulant injected increased. This is presumably because the injected polyaluminum chloride positively charged the turbidity, creating a repulsive force between the particles, suppressing the coagulation action.
(実施例1)
ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムのジャーテスト:
南海化学社製の高塩基度ポリ塩化アルミニウム(酸化アルミニウム濃度10.7質量%、塩基度61.4%)にホウ素化合物として四ホウ酸ナトリウム(CAS登録番号:1330-43-4、分子式:Na2B4O7)を表3に示すB/Alモル比率となるように添加した(四ホウ酸ナトリウムの添加率は、1.05、2.10、5.26、10.45、20.63、50.11、68.81mg/g)。添加後、混合溶解してホウ素含有塩基性塩化アルミニウムとした。
Example 1
Jar test of boron-containing basic aluminum chloride:
Sodium tetraborate (CAS registration number: 1330-43-4, molecular formula: Na 2 B 4 O 7 ) was added as a boron compound to high basicity polyaluminum chloride (aluminum oxide concentration 10.7 mass%, basicity 61.4%) manufactured by Nankai Chemical Co., Ltd., so as to obtain the B/Al molar ratios shown in Table 3 (addition rates of sodium tetraborate: 1.05, 2.10, 5.26, 10.45, 20.63, 50.11, and 68.81 mg/g). After addition, the mixture was mixed and dissolved to obtain boron-containing basic aluminum chloride.
模擬濁質としてカオリンを50mg/L含有し、表1の水質を有する試験水に、凝集剤としてのホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを注入率30mg/Lとなるように注入し、ジャーテストを行った。表3に上澄水の濁度、吸光度、曇り度、pHをまとめた。 Test water containing 50 mg/L of kaolin as a simulated turbid substance and having the water quality shown in Table 1 was injected with boron-containing basic aluminum chloride as a coagulant at an injection rate of 30 mg/L, and a jar test was conducted. Table 3 shows the turbidity, absorbance, haze, and pH of the supernatant water.
図1は、凝集剤注入率30mg/Lにおける実施例1及び比較例1の上澄水濁度を示す図である。図1の横軸は、B/Alモル比であり、縦軸は濁度(被処理水の濁度)である。濁度の値が小さいほど、凝集性が高いことを示している。図1に示すように、模擬濁質としてカオリンを含む試験水にポリ塩化アルミニウムのみを注入した比較例1(B/Alモル比が0)では、被処理水の濁度は低下せず、懸濁物質であるカオリンはほとんど凝集しなかった。これに対し、実施例1のように、四ホウ酸ナトリウムを添加して、凝集剤のB/Alモル比を0.01以上、1.00以下に調整することによって、被処理水の濁度を低下させることができた。また、凝集剤の注入率が一定であれば、B/Alモル比を増加させることによって、被処理水の濁度をより低下させ、良好な凝集性が得られることがわかった。 Figure 1 shows the turbidity of the supernatant water in Example 1 and Comparative Example 1 at a coagulant injection rate of 30 mg/L. The horizontal axis of Figure 1 is the B/Al molar ratio, and the vertical axis is the turbidity (turbidity of the water to be treated). The smaller the turbidity value, the higher the coagulation property. As shown in Figure 1, in Comparative Example 1 (B/Al molar ratio is 0), in which only polyaluminum chloride was injected into test water containing kaolin as a simulated turbid substance, the turbidity of the water to be treated did not decrease, and the kaolin, which is a suspended substance, hardly coagulated. In contrast, as in Example 1, the turbidity of the water to be treated could be reduced by adding sodium tetraborate and adjusting the B/Al molar ratio of the coagulant to 0.01 or more and 1.00 or less. It was also found that, if the injection rate of the coagulant is constant, the turbidity of the water to be treated can be further reduced and good coagulation property can be obtained by increasing the B/Al molar ratio.
(実施例2)
ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムのジャーテスト:
南海化学社製の高塩基度ポリ塩化アルミニウム(酸化アルミニウム濃度10.7質量%、塩基度61.4%)にホウ素化合物としてメタホウ酸ナトリウム四水和物(CAS登録番号:10555-76-7、分子式:NaBO2・4H2O)を表4に示すB/Alモル比率となるように添加した(メタホウ酸ナトリウム四水和物の添加率は、5.74、14.29、28.12、54.58mg/g)。添加後、混合溶解してホウ素含有塩基性塩化アルミニウムとした。
Example 2
Jar test of boron-containing basic aluminum chloride:
Sodium metaborate tetrahydrate (CAS registration number: 10555-76-7, molecular formula: NaBO2.4H2O ) was added as a boron compound to high basicity polyaluminum chloride (aluminum oxide concentration 10.7 mass%, basicity 61.4%) manufactured by Nankai Chemical Co., Ltd., so as to obtain the B/Al molar ratios shown in Table 4 (addition rates of sodium metaborate tetrahydrate were 5.74 , 14.29, 28.12, and 54.58 mg/g). After addition, the mixture was mixed and dissolved to obtain boron-containing basic aluminum chloride.
模擬濁質としてカオリンを50mg/L含有し、表1の水質を有する試験水1Lに、ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを注入率30mg/Lとなるように注入し、ジャーテストを行った。表4に上澄水の濁度、吸光度、曇り度、pHをまとめた。 A jar test was conducted by injecting boron-containing basic aluminum chloride at an injection rate of 30 mg/L into 1 L of test water containing 50 mg/L of kaolin as a simulated turbid substance and having the water quality shown in Table 1. Table 4 shows the turbidity, absorbance, haze, and pH of the supernatant water.
図2は、凝集剤注入率30mg/Lにおける実施例2及び比較例1の上澄水濁度を示す図である。メタホウ酸ナトリウム四水和物を添加して、凝集剤のB/Alモル比を0.01以上、1.00以下に調整することによって、被処理水の濁度を低下させることができた。 Figure 2 shows the turbidity of the supernatant water in Example 2 and Comparative Example 1 at a coagulant injection rate of 30 mg/L. By adding sodium metaborate tetrahydrate and adjusting the B/Al molar ratio of the coagulant to 0.01 or more and 1.00 or less, the turbidity of the treated water could be reduced.
(実施例3)
ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムのジャーテスト:
南海化学社製の高塩基度ポリ塩化アルミニウム(酸化アルミニウム濃度10.7質量%、塩基度61.4%)にホウ素化合物として過ホウ酸ナトリウム四水和物(CAS登録番号:10486-00-7、分子式:NaBO3・4H2O)を表5に示すB/Alモル比率となるように添加した(過ホウ酸ナトリウム四水和物の添加率は、6.40、15.93、31.28、60.53mg/g)。添加後、混合溶解してホウ素含有塩基性塩化アルミニウムとした。
Example 3
Jar test of boron-containing basic aluminum chloride:
Sodium perborate tetrahydrate (CAS registration number: 10486-00-7, molecular formula: NaBO3.4H2O) was added as a boron compound to high basicity polyaluminum chloride (aluminum oxide concentration 10.7 mass%, basicity 61.4 %) manufactured by Nankai Chemical Co., Ltd., so as to obtain the B/Al molar ratios shown in Table 5 (addition rates of sodium perborate tetrahydrate were 6.40 , 15.93, 31.28, and 60.53 mg/g). After addition, the mixture was mixed and dissolved to obtain boron-containing basic aluminum chloride.
模擬濁質としてカオリンを50mg/L含有し、表1の水質を有する試験水1Lに、ホウ素含有塩基性塩化アルミニウムを注入率30mg/Lとなるように注入し、ジャーテストを行った。表5に上澄水の濁度、吸光度、曇り度、pHをまとめた。 A jar test was conducted by injecting boron-containing basic aluminum chloride at an injection rate of 30 mg/L into 1 L of test water containing 50 mg/L of kaolin as a simulated turbid substance and having the water quality shown in Table 1. Table 5 shows the turbidity, absorbance, haze, and pH of the supernatant water.
図3は、凝集剤注入率30mg/Lにおける実施例3及び比較例1の上澄水濁度を示す図である。過ホウ酸ナトリウム四水和物を添加して、凝集剤のB/Alモル比を0.01以上、1.00以下に調整することによって、被処理水の濁度を低下させることができた。 Figure 3 shows the turbidity of the supernatant water in Example 3 and Comparative Example 1 at a coagulant injection rate of 30 mg/L. By adding sodium perborate tetrahydrate and adjusting the B/Al molar ratio of the coagulant to 0.01 or more and 1.00 or less, the turbidity of the treated water could be reduced.
(比較例2)
ケイ素とマグネシウムを含む高塩基性塩化アルミニウムのジャーテスト:
特許文献2(特許第6186545号公報)に記載の方法に従い、ケイ素とマグネシウムを含む高塩基性塩化アルミニウム(酸化アルミニウム濃度10.3質量%,塩基度70.5%)を得た。得られた高塩基性塩化アルミニウムの組成は、Si/Al2O3(モル比)=0.008、Mg/Al2O3(モル比)=0.06、Na/Al2O3(モル比)=0.6、Cl/Al2O3(モル比)=2.6,SO4/Al2O3(モル比)=0.072であった。なお、各元素の分析に関しては、JIS分析法に従って分析を行った。
(Comparative Example 2)
Jar test of high-basic aluminum chloride with silicon and magnesium:
According to the method described in Patent Document 2 (JP Patent No. 6186545), highly basic aluminum chloride containing silicon and magnesium (aluminum oxide concentration 10.3 mass%, basicity 70.5%) was obtained. The composition of the obtained highly basic aluminum chloride was Si/Al2O3 ( molar ratio) = 0.008, Mg/ Al2O3 (molar ratio) = 0.06 , Na/ Al2O3 (molar ratio) = 0.6, Cl/ Al2O3 (molar ratio) = 2.6, SO4 / Al2O3 (molar ratio) = 0.072. The analysis of each element was performed according to the JIS analysis method.
模擬濁質としてカオリンを50mg/L含有し、表1の水質を有する試験水に、凝集剤としてケイ素とマグネシウムを含む高塩基性塩化アルミニウムを注入率10、15、20、25、30mg/Lとなるように注入し、ジャーテストを行った。表6に上澄水の濁度、吸光度、曇り度、pHをまとめた。 Test water containing 50 mg/L of kaolin as simulated turbidity and with the water quality shown in Table 1 was injected with high-basic aluminum chloride containing silicon and magnesium as a coagulant at injection rates of 10, 15, 20, 25, and 30 mg/L, and a jar test was conducted. Table 6 shows the turbidity, absorbance, haze, and pH of the supernatant water.
表6の結果から今回ジャーテストに使用した模擬濁質としてカオリンを含有する試験水は、ケイ素とマグネシウムを含む高塩基性塩化アルミニウムを添加するのみでは被処理水の濁度を23度以下に低下させることはできないことがわかった。また、比較例1と同様に凝集剤の注入量を増加させると濁度の低下量が減少する傾向がみられた。 The results in Table 6 show that the test water used in the jar test this time contained kaolin as a simulated turbidity, and the turbidity of the treated water could not be reduced to 23 degrees or less simply by adding high-basic aluminum chloride containing silicon and magnesium. Also, as in Comparative Example 1, there was a tendency for the amount of turbidity reduction to decrease when the amount of coagulant injected was increased.
本発明のホウ素含有塩基性塩化アルミニウムは、被処理水中の不純物を凝集することができるので、水処理に利用可能である。 The boron-containing basic aluminum chloride of the present invention can be used for water treatment because it can coagulate impurities in the water being treated.
Claims (5)
A method for coagulating impurities in water to be treated, comprising mixing the water to be treated with basic aluminum chloride which contains boron and has a B/Al molar ratio of 0.01 or more and 1.00 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022204145A JP2024089040A (en) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | Boron-containing basic aluminum chloride |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2022204145A Pending JP2024089040A (en) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | Boron-containing basic aluminum chloride |
Country Status (1)
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-
2022
- 2022-12-21 JP JP2022204145A patent/JP2024089040A/en active Pending
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