JP2000317467A - フッ素イオンを除去するための方法及び除去剤 - Google Patents
フッ素イオンを除去するための方法及び除去剤Info
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Abstract
かつ低められたスラッジ発生量で除去するための方法及
びそれに用いるフッ素イオン除去剤を提供する。 【解決手段】 水中に含まれるフッ素イオンを除去する
方法において、該水中に、アニオン基含有親水性高分子
物質とカルシウム化合物及び/又はマグネシウム化合物
との混合物からなる除去剤を粉末状又は水性スラリー液
状で投入し、分散させることにより、該水中に含まれる
溶存フッ素イオンを不溶化させることを特徴とするフッ
素イオンの除去方法。
Description
存フッ素イオンを除去するための方法及び除去剤に関す
るものである。
オンの除去方法としては、水中に石灰又は消石灰等を添
加して、フッ化カルシウムとして沈殿させる方法が最も
一般的に行われてきた。しかしながら、この方法では,
フッ素に対して大過剰のカルシウムを必要とする。特
に、カルシウムと不溶性の塩を作る硫酸イオンやリン酸
イオンが存在すると、カルシウムの消費量が増え、その
分スラッジ量が増加するという問題がある。また、アル
ミニウム塩を添加して、水酸化アルミニウムの沈殿への
吸着によりフッ素を除去する方法があるが、この方法で
はアルミニウム塩の使用量が多く、また生成する沈殿の
脱水が困難であるという問題を含む。
れる溶存フッ素イオンを効率よくかつ低められたスラッ
ジ発生量で除去するための方法及びそれに用いるフッ素
イオン除去剤を提供することをその課題とする。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、水中に含まれるフッ
素イオンを除去する方法において、該水中に、アニオン
基含有親水性高分子物質とカルシウム化合物及び/又は
マグネシウム化合物との混合物からなる除去剤を粉末状
又は水性スラリー液状で投入し、分散させることによ
り、該水中に含まれる溶存フッ素イオンを不溶化させる
ことを特徴とするフッ素イオンの除去方法が提供され
る。また、本発明によれば、水中に含まれる溶存フッ素
イオンを除去するための除去剤であって、アニオン基含
有親水性高分子物質とカルシウム化合物及び/又はマグ
ネシウム化合物との混合物からなることを特徴とするフ
ッ素イオンの除去剤が提供される。
下、単に除去剤とも言う)は、アニオン基含有親水性高
分子物質とカルシウム化合物及び/又はマグネシウム化
合物との混合物からなるものである。アニオン基含有親
水性高分子物質には、カルボキシル基、スルホン酸基、
リン酸基等のアニオン基を含有する各種の水溶性高分子
物質が包含され、天産品及び合成品のいずれも使用でき
るが、環境保全の点からは生分解性を有するものの使用
が好ましい。このような高分子物質としては、アルギン
酸、ジエランガム、キサンタンガム、トラガカントガ
ム、ペクチン、ペクチン酸、ペクチニン酸、カラギーナ
ン、ゼラチン、寒天、アニオン化でんぷん、アルギン酸
プロピレングリコールエステル、カルボキシメチルセル
ロース、デンプングリコール酸、繊維素グリコール酸、
デンプンリン酸、ガラクトマンナン等の多糖類及びそれ
らのアルカリ金属塩;ポリアクリル酸、アクリルアミド
とアクリル酸との共重合体及びその金属塩;高吸水性高
分子(例えば、住友化学社製、「スミカゲル」、三洋化
成社製、「サンウェット」、昭和電工社製、「プレアプ
ル」、日澱化学社製、「WAS」等)等が挙げられる。
やアルギン酸カルシウムの使用が好ましいが、このもの
を用いる場合には、アルギン酸を構成しているマンヌマ
ロン酸(M)とグルロン酸(G)の含有比率(モル比)
[M]/[G]が、0.1〜4.0、好ましくは0.1
〜3の範囲にあるものの使用が好ましい。グルロン酸の
含有比率が多いもの程、フロック形成性にすぐれてい
る。これらのアニオン基含有親水性高分子物質は、通
常、粉末状(短繊維状を含む)で用いられ、その平均粒
径は、10〜500μm、好ましくは20〜200μ
m、より好ましくは50〜150μmである。
記アニオン基含有親水性高分子物質は、単独又は混合物
の形態で用いることができる。
/又はマグネシウム化合物を含有する。カルシウムやマ
グネシウムは、アニオン基含有親水性高分子物質に対し
てイオン結合やキレート結合を生成して、その高分子物
質の溶解性をコントロールする作用を示す。カルシウム
化合物やマグネシウム化合物の使用割合は特に制約され
ず、水中に溶解するフッ素イオンや多価金属イオンの種
類や量及び被処理水のpH等により適宜選ばれるが、一
般的には、アニオン基含有親水性高分子物質1重量部に
対して、1〜10000重量部、好ましくは10〜10
000重量部、より好ましくは200〜5000重量部
の割合である。
物としては、水酸化物(水酸化カルシウム、水酸化マグ
ネシウム)、炭酸塩(炭酸カルシウム、炭酸マグネシウ
ム)、硫酸塩(硫酸カルシウム)、リン酸塩(リン酸カ
ルシウム、リン酸マグネシウム)等が包含される。
ー液状で水中に投入分散させるが、このようにして除去
剤を水中に投入分散させる場合には、それに含まれるア
ニオン基含有親水性物質は溶解せずに不溶性(非水溶
性)の状態で存在する。本発明による除去剤の好ましい
態様の1つは、アニオン基含有親水性高分子物質とカル
シウム化合物及び/又はマグネシウム化合物を含有し、
そのカルシウム化合物及び/又はマグネシウム化合物の
濃度が高濃度である水性スラリー液である。この水性ス
ラリー液において、そのカルシウム化合物及び/又はマ
グネシウム化合物の濃度は10〜70重量%、好ましく
20〜60重量%である。そのアニオン基含有親水性高
分子物質の濃度は0.001〜1重量%、好ましくは
0.01〜0.5重量%である。前記カルシウム化合物
やマグネシウム化合物は、水酸化物であるのが好まし
い。
するのが好ましい。この場合の凝集剤は、フロックの凝
集に用いられているものであり、このようなものには、
キトサン、塩化カルシウム、ビス(リン酸2水素)カル
シウム、塩化第1鉄、塩化第2鉄、硫酸第1鉄、硫酸第
2鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無
機系凝集剤の他、ポリアクリルアミドのカチオン化変性
物、ポリアクリル酸ジメチルアミノエチルエステル、ポ
リメタクリル酸ジメチルアミノエチルエステル、ポリエ
チレンイミン、キトサン等のカチオン性有機系凝集剤、
ポリアクリルアミド等のノニオン性有機系凝集剤、ポリ
アクリル酸、アクリルアミドとアクリル酸との共重合体
及びその塩等のアニオン性有機系凝集剤が包含される。
ッ素イオンを単独で含む排水の他、フッ素イオンととも
に、銅イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、鉛イオ
ン、クロムイオン、鉄イオンなどの溶存多価金属イオン
などを1種又は2種以上含有する排水が挙げられる。こ
の排水中のフッ素イオンや多価金属イオンの濃度につい
ては特に制限はないし、共存する他のイオンの制限もな
い。
存フッ素イオンを除去するには、その水中に、その除去
剤を投入し、分散させて、フッ素イオンを不溶化させ
る。この場合、水中に投入する除去剤中に含まれるカル
シウム化合物及び/又はマグネシウム化合物の量を、水
中に含まれる溶存フッ素イオンを不溶性フッ化物(フッ
化カルシウム、フッ化マグネシウム)として沈殿させる
のに必要な理論的量以上、通常、その理論的量の1〜
1.5倍量、好ましくは1〜1.2倍量の割合で添加す
る。水中に投入する除去剤中のカルシウム化合物及び/
又はマグネシウム化合物の量が不十分な場合には、その
除去剤添加後にカルシウム化合物及び/又はマグネシウ
ム化合物を添加し、溶解状態のフッ素イオンを不溶性フ
ッ化物として沈殿させればよい。また、フッ素イオンの
除去をより完全なものにするには、その除去剤の添加
後、被処理水のpHを、4〜12、好ましくは6〜11
の範囲に調節するのが好ましい。
等の多価金属イオンが含まれている場合、本発明の除去
剤の投入により、その多価金属イオンも不溶化され、不
溶性カルシウム塩や、マグネシウム塩とともに沈殿除去
される。多価金属イオンの除去をより完全なものにする
には、除去剤の添加後に、その被処理水のpHを、水酸
化ナトリウム等の水酸化アルカリを用いて、多価金属イ
オンが水酸化物としての沈殿を生じるように調整するの
が好ましい。そのpHは、一般的には、4〜12、好ま
しくは6〜11である。
フッ素イオンを除去する場合、その排水は酸性排水であ
ることが好ましいが、その排水が中性やアルカリ性の場
合には、あらかじめその排水のpHを酸性領域、通常、
pH1〜6、好ましくは2〜4の範囲に調節するのが好
ましい。しかし、このような前以ってのpH調節は必ず
しも必要とはされず、本発明の場合、中性ないしアルカ
リ性排水には、本発明の除去剤を添加後、必要に応じて
そのpHを、6〜12の範囲、好ましくは6〜10の範
囲に調節することもできる。
域に調節する場合、pH調節剤が用いられるが、このよ
うなpH調節剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシ
ウム等のアルカリ性物質、もしくは塩酸、硫酸、硝酸等
の酸性物質が用いられる。
イオンを吸着もしくは取り込んだゲルは、通常固液分離
可能なフロックであるが、そのフロックが十分でないと
きは凝集剤を添加しさらに巨大で強固なフロックにする
ことができる。本発明においては、前記のようにして生
成したフロックは、固液分離法により水中から分離す
る。この場合の固液分離法としては、濾過法や遠心分離
法、沈降法等の慣用の方法を採用することができる。本
発明による水中から溶存フッ素イオンを除去するための
処理時間は、非常に短く、通常、1時間以内、特に30
分以内、好ましくは3〜10分である。
水性高分子物質としては、アルギン酸やそのアルカリ金
属塩のような水溶性のものが使用されるが、本発明の場
合、このような水溶性高分子物質でも円滑に使用するこ
とが可能である。即ち、アニオン基含有親水性高分子物
質は、水溶性を示すものであっても、カルシウム化合物
やマグネシウム化合物との混合物として水中に投入分散
することにより、その高分子物質の溶解を防止すること
ができる。また、溶解性の低いアルギン酸カルシウムを
使用することによってその溶解をより効果的に防止する
ことができる。従って、本発明の場合には、その高分子
物質の粉体が完全溶解しない条件下においてそのフッ素
イオンの不溶化と固液分離を行えばよい。本発明を実施
する場合、必要に応じて、凝集剤を添加することができ
る。この凝集剤の添加は、水中に分散するアニオン基含
有親水性高分子物質の他、フッ素イオン及びその他の有
害性イオンの不溶化物を凝集させ、巨大フロックを生成
させる作用を示す。
素イオンを除去する場合、先ず、その酸性水中に除去剤
を加え、必要に応じて、アルカリを加えて全体を撹拌す
る。これにより水中に含まれるフッ素イオンは不溶化さ
れる。この際、水中に含まれるフッ素イオンの一部は、
アニオン基含有親水性高分子物質のカルシウム塩やマグ
ネシウム塩と反応して、高分子の不溶性塩を形成して沈
殿を生じる。また、水中に多価金属イオンが含まれる場
合、その多価重金属イオンの一部は、アニオン基含有親
水性高分子物質のアニオン基と反応して、高分子の不溶
性塩を形成して沈殿を生じる。そして、この際、アニオ
ン基含有親水性高分子物質が存在することにより、フッ
化カルシウム及び/又はフッ化マグネシウムや金属水酸
化物のフロックをより大きく成長させることができ、こ
れによって従来の消石灰や石灰の単独処理に比べ、カル
シウムやマグネシウムの使用量を大幅に削減でき、その
結果としてスラッジの大幅削減を可能にする。さらに,
凝集剤を添加することにより、より巨大で、強固なフロ
ックを沈殿させることができる。
れるフッ素含有排水には、半導体製造業、鉄鋼・非鉄金
属業、電気機器製造業、機械器具製造業等の各種工場か
らの排水、メッキ工場からの排水、各種研究所からの排
水等が包含される。これらの排水の大部分は重金属等の
多価金属を含有するが、この場合の多価金属には、C
u、Zn、Cd、Pd、Ag、Al、Cr、Pb、M
n、Fe、Ni等が包含される。
する。以下の例はさらに本発明を説明しているものの、
いかなる形であり、請求されている本発明の範囲を制限
することを意図したものではない。
ルギン酸ナトリウムを5g添加し、撹拌、混合した。こ
れに水酸化カルシウム40gを添加し、1時間擂潰し
た。水酸化カルシウム35wt%懸濁液に、上記擂潰液
を1wt%添加し、混合し除去剤[I]とした。フッ素
を300ppm含むフッ化ナトリウム水溶液に、上記除
去剤[I]をフッ化カルシウムとして除去するのに必要
なCa(OH)2の理論量584ppmとなるように添
加し、5分間撹拌後、水酸化ナトリウムでpH8に調整
し、10分撹拌後、固液分離した。処理水の残存フッ素
イオン濃度を測定したところ、33ppmであった。な
お、前記処理において、水酸化ナトリウムによるpH調
整を実施しないときには、そのフッ素イオン濃度は27
4ppmである。
シウムとして除去するのに必要なCa(OH)2の理論
量の584ppmを被処理水に添加した以外は同様にし
て実験を行った。その結果、処理水の残存フッ素イオン
濃度は57.8ppmであった。
イオン100ppm、亜鉛イオン86.7ppmを含有
する被処理水に、処理例1の除去剤[I]をフッ化カル
シウムとして除去するのに必要なCa(OH)2の理論
量974ppmとなるように添加し、5分間撹拌後、水
酸化ナトリウムでpH9に調整し、10分撹拌後、固液
分離した。処理水の残存濃度は、フッ素14.5pp
m、銅0.043ppm、鉄0.008ppm、亜鉛
0.025ppmで、良好な結果が得られた。また、フ
ッ化カルシウムとして除去するのに必要なCa(OH)
2の理論量の1.2倍となるように除去剤を添加して同
様に処理したところ、処理水の残存フッ素濃度は12.
1ppmであった。
にアルギン酸ナトリウム5gを添加し、1時間擂潰し
た。水酸化カルシウム35wt%懸濁液に上記擂潰液を
1wt%添加し、混合し除去剤[II]とした。前記処理
例3において、前記除去剤[II]を用いた以外は同様に
して実験を行ったところ、その結果は処理例3と同じで
あった。
混合したものに、水100gを添加し、1時間擂潰し
た。水酸化カルシウム35wt%懸濁液に、上記擂潰液
を1wt%添加し、混合し除去剤[II]とした。前記、
処理例3において、前記除去剤[III]を用いた以外は
同様にして実験を行ったところ、結果は処理例3と同じ
であった。
含まないCa(OH) 2をフッ化カルシウムとして除去
するのに必要な理論量の974ppm添加した以外は同
様にして実験を行った。その結果、処理水の残存濃度
は、フッ素47.9ppm、銅0.055ppm、鉄
0.010ppm、亜鉛0.026ppmであった。ま
た、フッ化カルシウムとして除去するのに必要なCa
(OH)2の理論量の1.2倍を添加して同様に処理し
たところ、処理水の残存フッ素濃度は19.2ppmで
あった。
pm以下にするためポリ塩化アルミニウムをAl2O3と
して35.6ppm添加し、5分間撹拌後、水酸化ナト
リウムでpH7に調整し、10分撹拌後、固液分離し
た。処理水の残存フッ素濃度は6.2ppmであり、沈
殿の絶乾重量は65ppmであった。
にするためポリ塩化アルミニウムをAl2O3として21
8ppm添加し、5分間撹拌後、水酸化ナトリウムでp
H7に調整し、10分撹拌後、固液分離した。処理水の
残存フッ素濃度は7.1ppmであり、沈殿の絶乾重量
は390ppmであった。
イオン80ppm、亜鉛イオン69ppmを含有する被
処理水に、処理例1の除去剤[I]をCa(OH)2の
理論量780ppmとなるように添加し、5分間撹拌
後、水酸化ナトリウムでpH9に調整し、10分撹拌
後、固液分離した。処理水の残存濃度は、フッ素19.
9ppm、銅0.030ppm、鉄0.006ppm、
亜鉛0.019ppmで良好な結果が得られた。
含まないCa(OH) 2をフッ化カルシウムとして除去
するのに必要な理論量780ppm添加した以外は同様
にして実験を行った。その結果、処理水の残存濃度は、
フッ素41.7ppm、銅0.043ppm、鉄0.0
06ppm、亜鉛0.027ppmであった。
硝酸イオン215ppm、塩素イオン180ppmを含
有する被処理水に、処理例1の除去剤[I]又は水酸化
カルシウムを、それぞれ、Ca(OH)2として800
ppm、1000ppm、1200ppm、1400p
pmになるように添加し、5分間撹拌後、水酸化ナトリ
ウムでpH8に調整し、10分撹拌後、固液分離した。
処理水の残存フッ素濃度を表1に示す。
リウムを0wt%、0.042wt%、0.084wt
%、0.126wt%、0.168wt%、0.35w
t%となるように混合して除去剤としての懸濁液6種を
調製した。フッ素イオン520ppmを含有する被処理
水に、上記懸濁液6種をCa(OH)2の理論量101
0ppmとなるように添加し、5分間撹拌後、水酸化ナ
トリウムでpH8.5に調整し、10分撹拌後、固液分
離した。処理水の残存フッ素濃度を表2に示す。
水酸化カルシウムを、硫酸アルミニウム50ppmと併
用してpH8で処理した結果を表3に示す。
アルギン酸ナトリウムを5g添加し、撹拌混合した。こ
れに水酸化マグネシウムを40gを添加し、1時間擂潰
した。水酸化マグネシウム35wt%懸濁液に、上記擂
潰液を1wt%添加し、混合して除去剤[IV]とした。
処理例1において、この除去剤[IV]を用いた以外は同
様にして実験を行ったところ、処理水中の残存フッ素イ
オン濃度は54ppmであった。なお、前記処理におい
て、水酸化ナトリウムによるpH調整を実施しないとき
には、そのフッ素イオン濃度は286ppmであった。
害性イオンであるフッ素イオンを、低められたスラッジ
発生量において効率よく除去することができる。しか
も、この場合、その水中に多価金属イオンが溶存する場
合には、その金属イオンも効果的に不溶化除去すること
ができる。
Claims (14)
- 【請求項1】 水中に含まれる溶存フッ素イオンを除去
する方法において、該水中に、アニオン基含有親水性高
分子物質とカルシウム化合物及び/又はマグネシウム化
合物との混合物からなる除去剤を、粉末状又は水性スラ
リー液状で投入し、分散させることにより、該水中に含
まれる溶存フッ素イオンを不溶化させることを特徴とす
るフッ素イオンの除去方法。 - 【請求項2】 該カルシウム化合物及び/又はマグネシ
ウム化合物が、水酸化物である請求項1の方法。 - 【請求項3】 該除去剤の添加後に、該水のpHを5〜
11の範囲に調節する請求項1又は2の方法。 - 【請求項4】 該水中に凝集剤を添加する請求項1〜3
のいずれかの方法。 - 【請求項5】 該水中に多価金属イオンが存在する請求
項1〜4のいずれかの方法。 - 【請求項6】 該アニオン基含有親水性高分子物質が、
(i)アルギン酸もしくはその塩又は(ii)アルギン酸
もしくはその塩と他のアニオン基含有親水性高分子物質
との混合物からなる請求項1〜5のいずれかの方法。 - 【請求項7】 該アニオン基含有親水性高分子物質が、
(i)ペクチン、ペクチン酸もしくはそれらの塩又は
(ii)ペクチン、ペクチン酸もしくはそれらの塩と他の
アニオン基含有親水性高分子物質との混合物からなる請
求項1〜6のいずれかの方法。 - 【請求項8】 該アニオン基含有親水性高分子物質が、
(i)ポリアクリル酸、アクリルアミドとアクリル酸と
の共重合体もしくはその塩又は(ii)ポリアクリル
酸、アクリルアミドとアクリル酸との共重合体もしくは
その塩と他のアニオン基含有親水性高分子物質との混合
物からなる請求項1〜7のいずれかの方法。 - 【請求項9】 水中に含まれる溶存フッ素イオンを除去
するための除去剤であって、アニオン基含有親水性高分
子物質とカルシウム化合物及び/又はマグネシウム化合
物との混合物からなることを特徴とするフッ素イオン除
去剤。 - 【請求項10】 該カルシウム化合物及び/又はマグネ
シウム化合物が水酸化物である請求項9のフッ素イオン
除去剤。 - 【請求項11】 凝集剤を併用する請求項9又は10の
フッ素イオン除去剤。 - 【請求項12】 該アニオン基含有親水性高分子物質
が、(i)アルギン酸もしくはその塩又は(ii)アルギ
ン酸もしくはその塩と他のアニオン基含有親水性高分子
物質との混合物からなる請求項9〜11のいずれかのフ
ッ素イオン除去剤。 - 【請求項13】 該アニオン基含有親水性高分子物質
が、(i)ペクチン、ペクチン酸もしくはそれらの塩又
は(ii)ペクチン、ペクチン酸もしくはそれらの塩と他
のアニオン基含有親水性高分子物質との混合物からなる
請求項9〜12のいずれかのフッ素イオン除去剤。 - 【請求項14】 該アニオン基含有親水性高分子物質
が、(i)ポリアクリル酸、アクリルアミドとアクリル
酸との共重合体もしくはその塩又は(ii)ポリアクリル
酸、アクリルアミドとアクリル酸との共重合体もしくは
その塩と他のアニオン基含有親水性高分子物質との混合
物からなる請求項9〜13のいずれかのフッ素イオン除
去剤。
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|---|---|---|---|
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