JP2001219163A - ホウ素含有水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般的なアニオン交換樹脂を単独で用いてホ
ウ素の除去が可能であり、しかも再生工程も簡単で低コ
ストで処理することが可能なホウ素含有水の処理方法を
得る。 【解決手段】 ホウ素含有水１１を前処理装置１で前処
理してイオン交換装置３に導入し、アニオン交換樹脂４
を通過させてホウ素を交換吸着させるイオン交換工程の
終了後、純水２１を４０〜６０℃に加温してイオン交換
装置３に導入してアニオン交換樹脂層４の前洗浄を行
い、その後アルカリ水溶液２３を４０〜６０℃に加温し
てイオン交換装置に導入し、アニオン交換樹脂層４を再
生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホウ素含有水をイオ
ン交換により処理するホウ素含有水の処理方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ホウ素化合物は種々の分野で使用されて
おり、これらの分野から発生する排水、あるいは他の分
野で発生する排水にはホウ素化合物を含むものがある。
このような化合物は有害とされているため、ホウ素含有
水からホウ素を除去するための処理が行われている。

【０００３】ホウ素含有水の処理方法として、イオン交
換による処理方法がある（特開昭５７−８１８８１
号）。この方法はホウ素含有水をアニオン交換樹脂と接
触させることによりホウ素を吸着させ、アニオン交換樹
脂を再生剤により再生してホウ素の除去を繰り返す方法
である。このような方法に用いられるアニオン交換樹脂
としては、広くイオン交換に用いられる一般的なアニオ
ン交換樹脂のほかに、ホウ素吸着に対する選択性を高め
たキレート樹脂であるホウ素選択性吸着樹脂が用いられ
ている。

【０００４】このうち一般的なアニオン交換樹脂を用い
る処理法では、吸着済のアニオン交換樹脂を再生する
際、再生剤としてアルカリ水溶液を用いると、樹脂中の
硬度成分が水酸化マグネシウム等の不溶性物質となって
析出するため、次のイオン交換工程における通水抵抗が
大きくなり、通水不能になるという問題点がある。この
ためアニオン交換樹脂による処理の前にカチオン交換樹
脂により硬度成分を除去する必要があり、アニオン交換
樹脂単独でホウ素を除去することはできないという問題
点がある。

【０００５】一方、ホウ素選択性吸着樹脂による処理に
はこのような問題はなく、高除去率でホウ素を除去する
ことができるが、特殊な樹脂であるため高価な樹脂を使
用する必要がある。そのうえ再生は硫酸による再生と、
アルカリによる再生の２段再生が必要であり、工程が複
雑であるとともに、薬剤費その他の費用も高くなるなど
の問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の問題点を解決するため、一般的なアニオン交換樹脂を
単独で用いてホウ素の除去が可能であり、しかも再生工
程も簡単で低コストで処理することが可能なホウ素含有
水の処理方法を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次のホウ素含有
水の処理方法である。 （１）ホウ素含有水をアニオン交換樹脂と接触させてホ
ウ素を交換吸着させるイオン交換工程と、ホウ素を交換
吸着したアニオン交換樹脂を純水と接触させて前洗浄す
る前洗浄工程と、前洗浄を行ったアニオン交換樹脂をア
ルカリ水溶液と接触させて再生する再生工程とを含むホ
ウ素含有水の処理方法。 （２） 前洗浄工程における純水が４０〜６０℃である
上記（１）記載の方法。 （３） 再生工程におけるアルカリ水溶液が４０〜６０
℃である上記（１）または（２）記載の方法。

【０００８】本発明において処理の対象となるホウ素含
有水は通常オルトホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）の形でホウ素を含
有する水であるが、ホウ酸塩その他の形でホウ素を含む
ものでもよい。このようなホウ素含有水としては、医
薬、化粧品、石けん、金属、半導体、その他のホウ素化
合物を使用する製造工程排水、メッキ排水、原子力発電
所から発生する放射性排水、石炭火力発電所の排煙脱硫
排水、地熱発電排水、ゴミ焼却場の洗煙排水などがあげ
られる。

【０００９】これらのホウ素含有水は発生源あるいは発
生時期等によりホウ素含有量が異なる場合がある。例え
ばホウ酸を用いる金属や半導体の表面処理工程では表面
処理時に高濃度ホウ素含有水が生じ、その後の水洗工程
では低濃度ホウ素含有水が生じる。このほか別の発生源
から異なる濃度のホウ素含有水が生じる。これらのホウ
素含有水は異種のものを混合して処理することもでき、
また別々に処理することもできる。

【００１０】これらのホウ素含有水は他の成分を含有し
ていてもよい。ホウ素含有水が他の成分を含む場合に
は、凝集分離、濾過、膜分離等の前処理により、濁質そ
の他の成分を除去することにより、イオン交換工程にお
ける樹脂の汚染を防止することができるので好ましい。

【００１１】本発明ではこのようなホウ素含有水をイオ
ン交換工程においてアニオン交換樹脂と接触させて、樹
脂にホウ素を交換吸着させる。アニオン交換樹脂として
は一般のイオン交換に使用される強塩基性アニオン交換
樹脂が好ましい。このようなアニオン交換樹脂はＯＨ形
で用いるのが好ましい。

【００１２】イオン交換工程におけるホウ素含有水と、
アニオン交換樹脂の接触方法は特に限定されず、浸漬等
の方法でもよいが、樹脂をカラムに充填して樹脂層を形
成し、この樹脂層にホウ素含有水を通水してホウ素を交
換吸着させるカラム通水法が好ましい。この場合通水方
向は上向流でも下向流でもよい。通水の条件はＳＶ０〜
１２０ｈｒ^-1、好ましくは５〜２０ｈｒ^-1とすることが
できる。ホウ素含有水をアニオン交換樹脂と接触させる
ことによりホウ素含有水中のホウ素がアニオン交換樹脂
に交換吸着されて除去される。ホウ素含有水中のホウ素
はｐＨ８以下ではＢＯ₃ ^3-となっているが、ｐＨ９以上
ではＢ（ＯＨ）₄ ^-となっているものと推測され、いずれ
もアニオン交換樹脂の交換基（ＯＨ^-）と交換される。

【００１３】イオン交換工程では流出水をそのイオン交
換工程に戻さないのが好ましい。ホウ素含有水はホウ素
を除去すると、あとは脱塩等の簡単な処理により処理水
を回収水として洗浄などさまざまな用途に使用できる。
このとき回収水の使用が中断される場合に、その都度た
とえば樹脂層への通水を中断すると、通水の再開が困難
であるため、処理水を原水槽に戻して樹脂層への通水を
継続することが考えられるが、このように処理水を原水
槽へ戻しながら通水を継続すると、ホウ素の除去効率が
低下するので好ましくない。その理由はイオン交換によ
りアニオンが除去され、ＯＨ^-イオン濃度が高まった水
が、再度樹脂層に通水されると、一旦、樹脂に捕促され
たホウ素の一部が溶離するためであると推測される。す
なわち、処理水を原水槽へ戻しながら樹脂層へ通水を行
うことは、ホウ素の除去と、樹脂の再生（ホウ素の脱
着）を同時に行うことに相当すると推測される。

【００１４】イオン交換工程の終了後、再生工程に移る
前に前洗浄工程を行う。この場合、イオン交換の進行に
よりアニオン交換樹脂がホウ素を交換吸着して飽和に達
した段階でイオン交換を停止して前洗浄工程に移る。イ
オン交換工程の終了時点は処理水中のホウ素濃度が設定
値を越える時点であり、この時点を検出して前洗浄工程
に入ることができる。

【００１５】前洗浄工程は純水と接触させて行う。前洗
浄の目的は樹脂の周囲に存在する原水を純水で置換する
ことである。原水中に含まれているマグネシウム等の硬
度成分がアルカリとの反応により不溶性物質を生成する
ので、前洗浄工程では再生に先立って、樹脂の周囲に存
在する。このような硬度成分を除去するために純水で置
換を行う。カラム通水の場合は１ＢＶ以上、好ましくは
１〜５ＢＶの純水を通水して洗浄を行う。前洗浄におけ
る純水の流速はＳＶ０〜５０ｈｒ^-1、好ましくは５〜１
０ｈｒ^-1とすることができる。この場合水抜を行った後
純水を導入して前洗浄を行ってもよく、またそのまま純
水を導入して前洗浄を行ってもよい。次の再生工程で加
温再生を行う場合は４０〜６０℃、好ましくは４５〜５
５℃に加温した純水で前洗浄を行うことにより樹脂を加
温するのが好ましい。

【００１６】前洗浄工程の終了後、再生工程に移り、ア
ニオン交換樹脂をアルカリ水溶液と接触させて再生を行
う。アルカリ水溶液としては、従来よりアニオン交換樹
脂の再生剤として用いられている７〜１０重量％の水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ水溶
液が好ましいが、他のアルカリ水溶液でもよい。再生の
条件も従来より行われているアニオン交換樹脂の再生と
同様とされる。カラム通水の場合はアルカリ水溶液によ
る薬注の後、同量の純水による押出を行い、さらに純水
による洗浄を行う。アルカリ水溶液の使用量はＮａＯＨ
換算で樹脂１リットル当り１０〜２００ｇ、好ましくは
４０〜８０ｇとするのが好ましい。薬注および押出時の
流速はＳＶ０〜５０ｈｒ^-1、好ましくは３〜１０ｈ
ｒ^-1、洗浄時の流速は０〜５０ｈｒ^-1、好ましくは３〜
１０ｈｒ^-1とすることができる。

【００１７】再生は４０〜６０℃、好ましくは４５〜５
５℃に加温したアルカリ水溶液により行うのが好まし
い。ホウ素の溶離は常温での再生で十分に行われるが、
ホウ素とともにアニオン交換樹脂に交換吸着するシリカ
（ＳｉＯ₂）の溶離は加温下で効率よく進行する。再生
によりホウ素が完全に溶離してもシリカが樹脂中に残留
すると、アニオン交換樹脂のイオン交換能力は完全に回
復しないから、次のイオン交換工程におけるホウ素除去
率は低下する。これを防止するために上記のように加温
したアルカリ水溶液で、再生することによりシリカを効
率よく溶離させて再生効率を高くして、樹脂のイオン交
換能力を高くすることができる。

【００１８】このような加温再生は再生の初期から行う
のが好ましいが、このためには前工程における前洗浄を
加温した純水で行うことにより樹脂を加温しておくこと
が好ましい。薬注液の押出は薬注の継続の性格が強いか
ら、同様に加温した純水で押出を行うのが好ましいが、
それに続く洗浄は溶離成分の洗浄除去の性格が強いか
ら、加温は不要である。洗浄排水中のホウ素その他の成
分が設定値以下となった時点で洗浄水の通水を停止して
再生工程を終了し、再びイオン交換工程に移ってホウ素
含有水を処理し、これを繰り返す。

【００１９】上記のように再生に先立ってアニオン交換
樹脂を純水で前洗浄することにより、樹脂の周囲に存在
する原水を純水で置換することができる。これにより硬
度成分が排除されるため、高濃度のアルカリ水溶液を通
液して樹脂を再生しても樹脂層内での水酸化マグネシウ
ム等の不溶性物質の析出はない。このため次のイオン交
換工程における圧力損失の上昇はなく、長期にわたって
ホウ素含有水の処理を継続することができる。

【００２０】このように水酸化マグネシウム等の析出が
ないため、アニオン交換樹脂による処理に先立ってカチ
オン交換樹脂により硬度成分を除去する必要がないた
め、アニオン交換樹脂単独でホウ素を除去することがで
き、処理が簡単になる。しかもアニオン交換樹脂として
高価なホウ素選択性吸着樹脂を用いる必要がなく、汎用
のアニオン交換樹脂を用いることができ、また再生もア
ルカリ水溶液による１段再生が可能であるため低コスト
で処理することができる。

【００２１】さらにアニオン交換樹脂の再生を加温下で
行うことにより、シリカの溶離を効率よく行って再生効
率を高めることができ、前洗浄を加温下で行うことによ
り、さらに再生効率を高め、次のイオン交換工程におけ
るホウ素除去率を高くすることができる。またイオン交
換工程において流出水をそのイオン交換工程に戻さない
でホウ素除去を行うことによりホウ素除去率を高くする
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、再生工程の
前に純水による前洗浄工程を設けたので、一般的なアニ
オン交換樹脂を単独で用いてホウ素の除去が可能であ
り、しかも再生工程も簡単で低コストで処理することが
可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は実施形態のホウ素含有水の除去
方法を示すフロー図である。図１において、１は前処理
装置であって、ＭＦ膜分離装置またはＵＦ膜分離装置が
用いられている。２は前処理水槽、３はイオン交換装置
であってアニオン交換樹脂層４が形成されている。５は
処理水槽、６は脱塩装置であって、逆浸透膜分離装置が
用いられている。８、９は加熱器である。

【００２４】実施形態のホウ素含有水の処理方法は以下
のように行われる。まずホウ素含有水からなる原水１１
を前処理装置１に導入してＭＦ膜またはＵＦ膜による膜
分離を行い、濁質、高分子有機物等の不純物を濃縮液１
２側に濃縮して排出し、透過液１３を前処理水槽２に貯
留する。イオン交換工程において前処理水槽２の前処理
水１４をイオン交換装置３に導入し、アニオン交換樹脂
層４を通過させてホウ素を交換吸着し、処理水１５を処
理水槽５に貯留する。処理水槽５の処理水１６は脱塩装
置６に導入して逆浸透膜による膜分離を行って脱塩し、
塩分その他の不純物を含む濃縮液１７を排出する。脱塩
装置６で脱塩した脱塩水１８は純水として純水槽７に貯
留する。純水槽７の純水１９は回収水としてユースポイ
ントに送られる。

【００２５】アニオン交換樹脂層４がホウ素で飽和した
段階で前処理水１４の送液を停止してイオン交換工程を
終了し、前洗浄工程に移る。この間原水１１は停止して
もよいが、送液を継続して前処理水を前処理水槽２に貯
留してもよい。また処理水槽５の処理水を脱塩装置６に
送って脱塩を継続してもよい。前洗浄工程はイオン交換
装置３の水抜を行ったのち、または行うことなく純水槽
７の純水２１を前洗浄水として送り、必要により加熱器
８で４０〜６０℃に加温してイオン交換装置３に導入
し、イオン交換装置３内の原水を前洗浄水である純水で
置換し、アニオン交換樹脂層４を前洗浄し、排液２２を
排出する。加熱器８による加温を行った場合はアニオン
交換樹脂層４も加温される。

【００２６】前洗浄水の供給を停止して前洗浄工程を終
了したのち、再生工程に移る。再生工程はアルカリ水溶
液２３を供給し、必要により加熱器９で４０〜６０℃に
加温してイオン交換装置３に導入し、アニオン交換樹脂
層４を通過させて、交換吸着したホウ素その他のアニオ
ンを溶離させ、排液２２を排出する。これによりアニオ
ン交換樹脂層４はＯＨ形に再生される。加熱器９により
加温を行った場合には、シリカの溶離も効率よく行わ
れ、再生効率が高くなる。アルカリ水溶液２３による薬
注を行った後、純水２１を薬注の場合と同流量送って押
出を行い、その後流速を上げて洗浄を行う。

【００２７】再生工程の終了後、イオン交換装置３のイ
オン交換工程を再開する。この場合、前洗浄工程によ
り、アニオン交換樹脂層４の樹脂の周囲に存在する原水
が純水で置換されて硬度成分が存在しないため、アルカ
リ水溶液による再生を行っても水酸化マグネシウム等の
不溶性物質の析出はなく、圧力損失の上昇はない。この
ため再開後のイオン交換も効率よく行われ、ホウ素が高
除去率で除去される。また洗浄および再生工程において
加温を行った場合にはシリカが溶離して再生効率が高く
なっているためホウ素除去率は高くなる。イオン交換工
程ではイオン交換装置３の処理水１５または１６を前処
理水槽２に戻さないで処理を行うことにより、ホウ素除
去率を高く維持することができる。

【００２８】上記の方法において、前処理装置１として
は膜分離装置に代えて凝集分離装置、濾過装置などの不
純物除去手段を採用することができる。また脱塩装置６
についてもイオン交換装置その他の脱塩手段を採用する
ことができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例について
説明する。以下の実施例および比較例では表１の水質の
ホウ素含有水を用いて処理を行った。

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例１ イオン交換工程として表１に示す水質の原水（ホウ素含
有水）をＯＨ形のアニオン交換樹脂層にＳＶ７．５ｈｒ
^-1で通水してホウ素を交換吸着させた。アニオン交換樹
脂がホウ素で飽和した段階でイオン交換工程を終了して
洗浄工程に移り、５０℃の純水をＳＶ７．５ｈｒ^-1で２
０分間通水して洗浄を行った。その後再生工程に移り、
５０℃の４％水酸化ナトリウム水溶液をＳＶ３ｈｒ^-1で
２０分間通液して薬注を行い、次に５０℃の純水をＳＶ
３ｈｒ^-1で２０分間通水して押出を行い、さらに常温の
純水をＳＶ６ｈｒ^-1で２０分間通水して洗浄を行い再生
工程を終了した。その後イオン交換工程を再開して上記
原水を供給してホウ素の除去を行った。このときの処理
水の圧力損失（Δｐ）の変化を図２に示し、ホウ素濃度
の変化を図３に示した。

【００３２】比較例１ 実施例１において前洗浄を行わないで再生を行った場合
の圧力損失（Δｐ）の変化を図２に示す。

【００３３】実施例２ 実施例１において、処理水の全部をイオン交換装置に循
環してイオン交換を行った場合の処理水ホウ素濃度の変
化を図３に示す。

【００３４】実施例３ 実施例２において前洗浄水の加温を行わなかった場合の
処理水ホウ素濃度の変化を図３に示す。

【００３５】図２の結果より、前洗浄を行わないで再生
した場合（比較例１）は圧力損失の上昇が大きくてイオ
ン交換の続行が困難になるが、前洗浄した後に再生した
場合（実施例１）は圧力損失の上昇はなく、イオン交換
の継続が可能であることがわかる。また図３の結果よ
り、イオン交換工程における処理水をそのイオン交換工
程に戻す場合（実施例２、３）に比べて処理水を戻さな
い場合（実施例１）の方がホウ素濃度の上昇は少なく、
また前洗浄における加温を行わない場合（実施例３）に
比べて加温を行う場合（実施例２）の方がホウ素濃度の
上昇が少ないことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の処理方法のフロー図である。

【図２】実施例と比較例におけるΔｐの変化を示すグラ
フである。

【図３】実施例におけるホウ素濃度の変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 前処理装置 ２ 前処理水槽 ３ イオン交換装置 ４ アニオン交換樹脂層 ５ 処理水槽 ６ 脱塩装置 ７ 純水槽 ８、９ 加熱器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホウ素含有水をアニオン交換樹脂と接触
   させてホウ素を交換吸着させるイオン交換工程と、 ホウ素を交換吸着したアニオン交換樹脂を純水と接触さ
   せて前洗浄する前洗浄工程と、 前洗浄を行ったアニオン交換樹脂をアルカリ水溶液と接
   触させて再生する再生工程とを含むホウ素含有水の処理
   方法。
2. 【請求項２】 前洗浄工程における純水が４０〜６０℃
   である請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 再生工程におけるアルカリ水溶液が４０
   〜６０℃である請求項１または２記載の方法。