JPS583742B2 - イオン交換装置の再生廃液の中和処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン交換装置の再生廃液の中和処理方法に関
するもので、特に有機物を多量に含有する再生廃液を沈
殿物を発生させることなく中和するとともにその中和工
程中に効率よく有機物を除去する中和処理方法に関する
ものである。

近年、工業用水として利用される水源の水質汚濁はます
ますひどくなる傾向にあり、有機物が多量に存在する工
業用水も純水製造装置などのイオン交換装置の原水とし
て使用せざるを得ない情況にある。

このような原水をたとえば純水製造装置で処理するにあ
たり、一般に前処理として凝集沈殿装置が設置されてい
るが、原水中の有機物のすべてが凝集沈殿装置で除去さ
れることはなく、一部の有機物は純水製造装置に供給さ
れることとなる。

また天然水中に含まれる有機物はほとんどの場合陰イオ
ン交換樹脂に吸着され、そして陰イオン交換樹脂を再生
する際にそのほとんどが脱着される。

したがって原水中に存在する有機物は濃縮された形で陰
イオン交換樹脂の再生廃液に含まれることとなり、場合
によってはＣＯＤ濃度として１００ｐｐｍａｓＯ以上に
達することがある。

このように有機物を多量に含有する再生廃液はこれを単
に中和するのみでは放流することはできず、何らかの方
法により再生廃液中の有機物を除去する必要がある。

当該有機物を除去する方法として中和処理した後の液に
ついて凝集沈殿処理をすることが考えられるが、当該有
機物は純水製造装置の前処理である凝集沈殿処理で除去
し得なかった有機物であるので、これを再び凝集沈殿処
理してもその除去効果は小さい。

また、たとえば次亜塩素酸ソーダなどの酸化剤で当該有
機物を分解する方法も考えられるが、多量の酸化剤を必
要とするので経済的な方法とは言い難く、したがって今
のところ活性炭で吸着除去することが最良の方法である
。

活性炭には粉末活性炭と粒状活性炭があるが、前者は再
生することが難しく、使い捨てとなるに対し、後者は焙
焼再生などで賦活再使用できるので、後者の方がコスト
的に優れている。

ただし粒状活性炭による上記有機物の吸着容量はそれ程
大きくはなく、さらに優れた処理方法の出現が望まれて
いるのが現状である。

一方、純水製造装置から発生する酸性廃液とアルカリ性
廃液を混合して中和すると中和処理液に多量の不溶性沈
殿物が発生するきいう問題もあるすなわち陽イオン交換
樹脂の再生工程から発生する酸性廃液には余剰の酸とと
もにカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウ
ムイオンなどの陽イオンが多量に含まれており、また陰
イオン交換樹脂の再生工程から発生するアルカリ性廃液
には余剰のアルカリとともに塩素イオン、硫酸イオン、
炭酸イオン、シリカなどの陰イオンが多量に含まれてい
る。

したがって両者を混合すると炭酸カルシウムなどに起因
する不溶性沈殿物が発生し、現状ではこれらの不溶性沈
殿物を分離することが必要であった。

従来ではこのような有機物を多量に含む再生廃液を中和
処理するにあたり、不溶性沈殿物の分離と、中和処理液
の有機物の除去という二つの操作をせねばならずその経
済的負担は大きい。

本発明は上記した従来の問題を解決するものであり、不
溶性沈殿物を発生させることなく両再生廃液を中和し、
かつ中和の処理工程中において効率よく有機物を粒状活
性炭に吸着させ、かつ粒状活性炭の吸着容量を飛躍的に
上昇させることを目的とする。

すなわち、本発明はイオン交換装置の再生廃液を中和処
理するにあたり、陽イオン交換樹脂の再生工程から排出
される酸性廃液と陰イオン交換樹脂の再生工程から排出
されるアルカリ性廃液とを別々の受槽に受け、受槽から
両廃液を取りだして瞬時に混合し、混合液のｐＨを３以
下とする第１工程、当該混合液を曝気もしくは脱気して
混合液中の遊離炭酸を除去し、次いで遊離炭酸を除去し
た酸性混合液を粒状活性炭層に通液して液中の有機物を
除去する第２工程、粒状活性炭の処理液にアルカリを添
加して再中和する第３工程からなるイオン交換装置の再
生廃液の中和方法に関するものである。

以下本発明を詳細に説明する。

一般に天然水中に存在する有機物はそのほとんどが高分
子量または低分子量の親水性有機酸類であり、したがっ
て有機酸として陰イオン交換樹脂に吸着されるのである
が、これらの有機酸は陰イオン交換樹脂の再生時に有機
酸のナトリウム塩として再生廃液中に脱着される。

これらの有機酸は一般に溶解度が太きいが、廃液のｐＨ
を小、すなわち酸性側にすると酸性になればなる程有機
酸類の溶解度は減少し、それと同時に水に対する親和力
が減少するので活性炭の当該有機物の吸着容量は大きく
なる傾向にある。

たきえば、下記の組成の陰イオン交換樹脂のアルカリ性
廃液について、活性炭による有機物の平衡吸着量を測定
したところ、この傾向を確認できた。

活性炭による有機物の平衡吸着量の測定方法としては、
前述の一定量のアルカリ性廃液を四つのビーカーに採取
し、塩酸を添加して廃液のｐＨをそれぞれ７． ０ ，
４．５ ， ３．０ ， ２．０に調整し、これらの
ｐＨを変えた四種類の試料について常法により粒状活性
炭によるＣＯＤの平衡吸着量を測定した。

すなわち一試料についてそれぞれ５００ｍｌずつ四つの
三角フラスコに採取し、この四つの三角フラスコに３２
５メッシュ以下に粉砕した粒状活性炭ダイヤホープ００
８（登録商標）をそれぞれ５０ｍｇ、１００ｍｇ、２０
０ｍｇ、３００ｍｇずつ添加して１２０分間一定の温度
で振動させながら有機物を吸着させ、その濾液のＣＯＤ
濃度を測定してそれぞれの濃度における活性炭のＣＯＤ
平衡吸着量を算出した。

このような手法によってｐＨが７．０，４． ５ ，
３．０ ， ２．０の四種類の試料について平衡吸着量
を測定したところ、第１図に示したようにそれぞれＦ
ｒｅｕｎｄ ｌ ｉｃｈの吸着等温式Ｘ＝ａＣｎによく
合致し、両対数グラフ上において直線関係を得た。

たとえばＣＯＤ濃度１００〜ａ ｓ Ｏ ／ｌにおける
ｐＨ ７． ０とｐＨ ３． ０の試料のＣＯＤ平衡吸
着量は第１図からそれぞれ５ ２ｍｇ ａｓ．ｏ／ｇ，
１ ８ ０ｍｇａ ｓ０／ｇとなり、中性の場合に比
較してｐＨ３となると、ＣＯＤの吸着量は約３．５倍に
増大することが確認された。

以上のように陰イオン交換樹脂の再生廃液に含まれる有
機物の活性炭による平衡吸着量は廃液ｐＨ７で吸着させ
る場合に比較して廃液ｐＨ３以下で吸着させる方が有機
物の吸着量が飛躍的に増大することを知見した。

したがって再生廃液中の有機物を活性炭で処理する場合
は廃液のｐＨを下げて酸性側で吸着する方が好ましい。

一方、酸性廃液とアルカリ性廃液を混合して中和するに
あたり、発生する不溶性沈殿物は炭酸カルシウムなどに
起因するものであるが、これは酸性廃液中に多量のカル
シウムイオンが、またアルカリ性廃液中に多量の炭酸イ
オンが存在するためである。

したがってこの炭酸カルシウムの発生を防止するために
は以下の中和方法を実施するとよい。

すなわち両廃液を混合して、まず混合液のｐＨを３以下
の酸性とする。

混合液が酸性となれば炭酸イオンは遊離炭酸となるため
、そこにカルシウムイオンが共存しても炭酸カルシウム
の沈殿物は生成しない。

次にこの混合液の曝気などを行なうことにより遊離炭酸
を除去し、その後遊離炭酸を除去した酸性の混合液にア
ルカリを添加してｐＨを中性付近とする。

このように遊離炭酸を除去してしまえば、カルシウムイ
オンの存在下でｐＨを中性にしても、炭酸カルシウムの
沈殿物は生成しない。

本発明は上記した二つの技術的知見を巧みに組み合わせ
たもので、両廃液を混合してｐＨを３以下とし、次いで
この酸性の混合液から遊離炭酸を除去し、そしてこの酸
性の混合液を粒状活性炭に通液して効果的に有機物を除
去し、最後に粒状活性炭の処理液にアルカリを添加して
再中和し、再生廃液を中性付近にするものである。

以下に本発明の実施態様を図面を用いて説明する。

第２図は本発明の実施態様の一例のフローを示す説明図
であり、陽イオン交換樹脂の再生工程から排出される酸
性廃液１と陰イオン交換樹脂の再生工程から排出される
アルカリ性廃液２をそれぞれ酸廃液受槽３とアルカリ廃
液受槽４に別々に受ける。

両受槽の大きさは、イオン交換装置が固定床のようにバ
ッチごとに行なわれる場合は、少なくとも１バツチ分の
再生廃液が入る容量とし、また連続イオン交換装置のよ
うに常に再生廃液が排出される場合は少なくとも１０分
以上の滞留が可能な槽とするとよい。

次いで酸廃液ポンプ５とアルカリ廃液ポンプ６を用いて
それぞれの廃液を取りだし、エゼクタ７などの瞬間混合
器を用いて両廃液を瞬間的に混合し、混合後の廃液のｐ
Ｈを３以下とする。

一般に純水製造装置などのイオン交換装置の再生廃液は
酸当量よりアルカリ当量の方が大きく、したがって不足
する酸を補給する必要がある。

第２図に示した実施態様ではそれぞれ一定流量の酸性廃
液１とアルカリ性廃液２を混合し、エゼクタ７の直後に
設置したｐＨ調節計８によって廃液のｐＨを検出し、ｐ
Ｈ調節計８と連動した酸注入ポンプ９で酸１０を添加し
、廃液のｐＨを３以下とするが、これ以外の方法、すな
わち第３図に示したように一定流量のアルカリ性廃液２
をポンプ６を用いてエゼクタ７に通し、一方酸性廃液１
をポンプ５を用いてｐＨ調節計８と連動した調節弁１１
により混合液の廃液のｐＨが３以下になるように酸性廃
液１の流量を調節しながら流入させてもよい。

このようにするとアルカリ当量の方が酸当量より大きい
場合は酸廃液受槽３の液面がしだいに低下してくるが、
液面計１２の発信により酸注入ポンプ９を駆動させて一
定液面まで酸１０を酸廃液受槽３に補給するようにする
。

なお両廃液の酸当量とアルカリ当量を比較した場合、酸
当量の方が大きい場合は逆にアルカリを補給することは
言うまでもない。

このようにしτ両廃液を瞬間的に混合しｐＨを３以下の
酸性にすると混合液に不容性沈殿物が発生することがな
い。

なおｐＨについて説明すれば、第１図に示したように、
粒状活性炭による有機物の吸着容量はｐＨが低ければ低
い程、大きくなる。

しかしあまり廃液のｐＨを低くすると、最終的に添加す
るアルカリの量が大きくなるのでランニングコスト的に
好ましくなく、通常は混合後の廃液のｐＨは２〜３の範
囲にするとよい。

なお両廃液を混合してｐＨを３以下にする時、緩慢に混
合する吉不溶性沈殿物が発生しやすく、またｐＨ調節計
８にタイムラグが生じるので好ましくないので、両廃液
は瞬間に混合する必要がある。

両廃液を瞬間に混合する手段としては、第２図に示した
ように、エゼクタ７を用いることが望ましいが、いわゆ
るラインミキサーを用いてもさしつかえない。

このように両廃液を混合してｐＨを３以下にすると、ア
ルカリ性廃液２中に含まれている炭酸イオンは遊離炭酸
となるので、第２図に示したようにこの混合液を脱炭酸
塔１３に通して遊離炭酸を除去する。

第２図に示した脱炭酸塔１３は内部にラシヒリングなど
の充填材１４を充填し、塔の下部からブロワ１５によっ
て空気を流通させるものであるが、これにかぎらず、た
とえば真空脱気器などを用いて遊離炭酸を除去してもさ
しつかえない。

次いで脱炭酸した酸性の混合液を脱炭酸液ポンプ１６を
用いて粒状活性炭１７を充填している吸着塔１８に通液
し、混合液中に含まれている有機物を吸着除去する。

このように酸性となっている混合液を粒状活性炭層に通
液すると、第１図に示したように有機物の吸着容量は増
大するので、混合液中の有機物を効果的に除去すること
ができ、その処理量を飛躍的に増大させることが可能と
なる。

なお両廃液を混合してｐＨを３以下とし、炭酸イオンを
遊離炭酸に変えた液をそのまま粒状活性炭に通液すると
、粒状活性炭層内で炭酸ガスが発生し、粒状活性炭層が
片流れ状態きなるので好ましくなく、脱炭酸塔なとて遊
離炭酸を除去した後に粒状活性炭層に通液することが必
要である。

また、吸着塔１８としては単床にかぎらず、たとえば２
塔シリーズ通液とし、１塔目が有機物で飽和したら１塔
目の粒状活性炭を再生炭と交換し、次いで２塔目から１
塔目に通液する、いわゆる多塔メリーゴーランド通液方
式とすると粒状活性炭の利用効率をさらに上昇させるこ
とができる。

このように吸着塔１８に通液することによって有機物を
除去した処理液はｐＨが低いので、エゼクタ７′を用い
てアルカリ１９と混合して再中和し、処理液のｐＨを放
流が可能な中性付近とする。

この時もエゼクタ７′の直後に設けたｐＨ調節計８′と
連動した調節弁１１′によって添加するアルカリの量を
調節する。

なお添加するアルカリは濃度の薄いか性ソーダ溶液とす
ることが望ましいが、場合によっては純水製造装置から
排出されるアルカリ性廃液２を用いてもさしつかえない
。

ただしアルカリ性廃液２を用いると中和処理液に若干の
有機物が含まれることとなるので、アルカリ性廃液２の
有機物量が多い場合は注意する必要がある。

以上説明したように、本発明によれば不溶性沈殿物をま
ったく発生させないで、イオン交換装置の再生廃液を中
和することが可能となり、したがって従来必要としてい
た不溶性沈殿物の分離装置を設備する必要がなく、また
再生廃液中に含まれる有機物を効率よく除去することが
できるので、粒状活性炭の寿命を飛躍的に増大させるこ
とができる。

なお本発明は純水製造装置の再生廃液にかぎらず、有機
体を含む液体を陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂で
脱塩する種々のイオン交換装置に応用することができる
。

以下に本発明の実施例を説明する。

実施例 ボイラ給水用の純水製造装置の陽イオン交換樹脂の再生
工程から排出される酸性廃液と、陰イオン交換樹脂の再
生工程から排出されるアルカリ性廃液の組成を分析した
ところ以下の通りであった。

次に本発明による中和処理を第２図に示したフローに基
づいて行なった。

すなわち９ｍ／Ｈの酸性廃液と１４ｍ／Ｈのアルカリ性
廃液をエゼクタで混合し、エゼクタ直後のｐＨが２．５
〜３．０になるように、エレクトロサーボ付の注入ポン
プで３５％の塩酸を注入した。

次いで酸性にした混合液を、内部に塩化ビニール製の円
筒状のラシヒリング（内径４０ｍｍ、長さ３０ｍｍ）を
充填した内径７７０ｍｍ、高さ２，７４０ｍｍの脱炭酸
塔の上部に、流入させて脱炭酸塔の下部からブロワで約
６５０Ｎｍ／Ｈの空気を通風して酸性混合液中の遊離炭
酸を除去した。

次いで遊離炭酸を除去した混合液を、それぞれ６ｍの粒
状活性炭ダイヤホープ００８を充填した内径１，８００
ｍｍ、高さ４，５００ｍｍの吸着塔２基に、シリーズに
通液して混合液中の有機物を吸着させた。

次に吸着塔の処理液に０．３％のか性ソーダ溶液を添加
して処理液のｐＨを７前後に中和した。

なおこの時も混合器としてエゼクタを用い、エゼクタ直
後の廃液のｐＨをｐＨ調節計で測定し、このｐＨ調節計
と連動した連節弁を用いてか性ソーダ溶液の流量を調節
した。

以上のような本発明の中和処理方法により、不溶性沈殿
物５ｐｐｍ以下、ＣＯＤ １ ０ｐｐｍ ａｓ Ｏ以下
の透明な中和処理水を得た。

また処理水のＣＯＤ値が１０ｐｐｍａｓｏとなる点を粒
状活性炭の貫流点としたが、遊離炭酸を除去した酸性混
合液を２，７５０ｍ処理することができた。

一方比較のために、まったく同様な装置を用いてｐＨ７
前後の中性にした中和処理水を粒状活性炭塔に通水した
ところ、不溶性沈殿物５ｐｐｍ以下、ＣＯＤ １０ｐｐ
ｍ ａＳ Ｏ以下の処理水が得られたが、同じように処
理水のＣＯＤ値が１０ｐｐｍａｓ０となる点を粒状活性
炭の貫流点としたがこの時の処理量は４５０ｍであった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は純水製造装置の陰イオン交換樹脂の再工程から
排出されるアルカリ性廃液の各ｐＨにおけるＣＯＤ平衡
吸着等温線を示したグラフであり、縦軸にＣＯＤ平衡吸
着量、横軸にＣＯＤ濃度を示す。 第２図は本発明の実施態様の一例のフローを示す説明図
であり、第３図は、第２図の一部分に関する他の実施態
様のフローを示す説明図である。 １・・・・・・酸性廃液、２・・・・・・アルカリ性廃
液、３・・・・・酸廃液受槽、４・・・・・・アルカリ
廃液受槽、５・・・・・・酸廃液ポンプ、６・・・・・
・アルカリ廃液ポンプ、７・・・・・・エゼクタ、８・
・・・・・ｐＨ調節計、９・・・・・・酸注入ポンプ、
１０・・・・・・酸、１１・・・・・・調節弁、１２・
・・・・・液面計、１３・・・・・・脱炭酸塔、１４・
・・・・・充填材、１５・・・・・・ブロワ、１６・・
・・・・脱炭酸液ポンプ、１７・・・・・・粒状活性炭
、１８・・・・・・吸着塔、１９・・・・・・アルカリ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン交換装置の再生廃液を中和処理するにあたり
   、陽イオン交換樹脂の再生工程から排出される酸性廃液
   と陰イオン交換樹脂の再生工程から排出されるアルカリ
   性廃液とを別々の受槽に受け、受槽から両廃液を取りだ
   して瞬時に混合して混合液のｐＨを３以下とする第１工
   程、当該混合液を曝気もしくは脱気して混合液中の遊離
   炭酸を除去し、次いで遊離炭酸を除去した酸性混合液を
   粒状活性炭層に通液して液中の有機物を除去する第２工
   程、粒状活性炭の処理液にアルカリを添加して再中和す
   る第３工程からなるイオン交換装置の再生廃液、の中和
   処理方法。