(57)【要約】【課題】ケイ酸ナトリウムの添加量を必要最小限に抑えつつ、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ酸除去率を最大化することができるようにする。【解決手段】ホウ素を含む被処理水１にケイ酸ナトリウムが添加されて当該ケイ酸ナトリウムと前記水中の金属塩とが関係する反応によって生成される析出物が固液分離される水処理方法であって、前記金属塩と前記ケイ酸ナトリウムとのモル比が０．５〜２の範囲で添加した上で、ｐＨを８．５以上に調整するようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含む被処理水にケイ酸ナトリウムが添加されて当該ケイ酸ナトリウムと前記被処理水中の金属塩とが関係する反応によって生成される析出物が固液分離される水処理方法であって、前記金属塩と前記ケイ酸ナトリウムとをモル比で０．５〜２の範囲で添加した上で、ｐＨを８．５以上に調整することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記被処理水に含まれる前記金属塩と前記ケイ酸ナトリウムとのモル比を１〜１．６の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記ケイ酸ナトリウムが添加された前記被処理水のｐＨが９〜１１に調整されることを特徴とする請求項１または２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記被処理水中の前記ホウ素１モルに対してモル濃度比で０．５以上のケイ酸ナトリウムを添加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の水処理方法。
【請求項５】
前記被処理水中の前記ホウ素１モルに対してモル濃度比で０．８〜１のケイ酸ナトリウムを添加し、前記金属塩と前記ケイ酸ナトリウムとのモル比を１〜１．２の範囲とすると共に、ｐＨが９．０〜１０．０に調整されることを特徴とする請求項１から４のいずれつ１つに記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、水中のホウ素の処理に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国では、ホウ素について以下の基準が存在する。
ｉ）水道水質基準：１．０〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕以下
ii）人の健康の保護に関する環境基準：１〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕以下
iii)一律排水基準  海域以外の公共用水域：１０〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕以下
海域                ：２３０〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕以下
【０００３】
したがって、高濃度のホウ素を含む排水を環境中へと放流することはできないので、水中のホウ素を除去して基準を満たすようにホウ素濃度を低減させるように処理する技術が有用である。
【０００４】
ホウ素含有水を処理する従来の方法として、ホウ素含有水をアルミニウム化合物及びカルシウム化合物の存在下にｐＨ９以上に調整して析出物を分離する第一の工程と、第一の工程の分離液を濃縮することなくアルミニウム化合物及びカルシウム化合物の存在下にｐＨ９以上に調整して析出物を分離する第二の工程とによってホウ素を除去するものがある（特許文献１）。
【０００５】
ホウ素含有水を処理する従来の方法として、また、例えばＮ−メチルグルカミン型のホウ素吸着樹脂を用いてホウ素を吸着させて除去するものや、逆浸透膜を用いてホウ素をろ過して分離するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば特許文献１の処理方法のように硫酸アルミニウムなどのアルミニウム化合物や水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物を添加してホウ素を凝集させ沈殿させて分離する方法では、ホウ素の除去効率が低いために多量の薬剤を使用する必要があるという問題があり、また、処理に伴って大量の沈殿物（即ち、汚泥）が発生するという問題がある。従来の凝集沈殿法では、また、複数の薬剤の添加比率が適切でない場合には除去効率が悪化してしまうため、原水中のホウ素濃度が変動する状況へと適用される場合に特に、複数の薬剤の添加比率の制御に多大な手間が必要とされるという問題がある。
【０００８】
また、ホウ素吸着樹脂を用いる方法では、吸着樹脂が高価であるという問題があり、また、高濃度のホウ素含有水を処理する場合に特に樹脂の再生頻度（即ち、洗浄頻度）が増加するという問題や、樹脂の再生に伴って発生する高濃度排水を更に別に処理する必要があるという問題がある。
【０００９】
また、逆浸透膜を用いる方法では、ホウ素含有水のｐＨが中性付近の場合に特にホウ素除去率が低いという問題があり、また、処理に伴って発生する濃縮排水を更に別に処理する必要がある（そして、排水を全量処理することはできない）という問題や、膜の目詰まり抑制のための維持・管理コストが増加するという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ケイ酸ナトリウムの添加量を必要最小限に抑えつつ、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ酸除去率を最大化することができる水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するため、本発明の水処理方法は、ホウ素を含む被処理水にケイ酸ナトリウムが添加されて当該ケイ酸ナトリウムと被処理水中の金属塩とが関係する反応によって生成される析出物が固液分離される水処理方法であって、金属塩とケイ酸ナトリウムとのモル比が０．５〜２の範囲で添加した上で、ｐＨを８．５以上に調整するようにしている。
【００１２】
ここで、被処理水に含まれる金属塩とケイ酸ナトリウムとのモル比は１〜１．６の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
また、ケイ酸ナトリウムが添加された被処理水のｐＨは９〜１１に調整されることが好ましい。
【００１４】
また、被処理水中の前記ホウ素１モルに対してモル濃度比で０．５以上のケイ酸ナトリウムを添加することが好ましい。
【００１５】
さらに、被処理水中のホウ素１モルに対してモル濃度比で０．８〜１のケイ酸ナトリウムを添加し、金属塩とケイ酸ナトリウムとのモル比を１〜１．２の範囲とすると共に、ｐＨが９．０〜１０．０に調整されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水処理方法によれば、被処理水に添加されたケイ酸ナトリウムと金属塩とがモル比で０．５〜２の範囲で添加された上で、ｐＨが８．５以上に調整することによって、ケイ酸ナトリウムと水中の多価金属元素（Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａなど）を反応させることで生じる、不要性のケイ酸塩に水中のホウ素を取り込ませて、凝集沈殿除去することが可能である。
【００１７】
しかも、ケイ酸ナトリウムの添加量を必要最小限に抑えつつ、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ酸除去率を最大化することができる。つまり、使用される薬剤の使用量の増大を抑制すると共に汚泥の発生量の増大を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水処理方法を実施する水処理システムの処理工程の一実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明の水処理方法を実施する他の水処理システムの処理工程の一実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明の水処理方法を実施するさらに他の水処理システムの処理工程の一実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の水処理方法を実施するさらに他の水処理システムの処理工程の一実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、元素記号や分子式・化学組成などを［  ］で括って表記し、また、単位を〔  〕で括って表記する。
【００２０】
図１に、本発明に係る水処理方法や水処理システムの実施形態の一例を示す。
【００２１】
本実施形態の水処理方法は、被処理水１にケイ酸ナトリウムが添加されて当該ケイ酸ナトリウムと被処理水１中の金属塩とが関係する反応によって生成される析出物が固液分離されるようにしている。
【００２２】
本実施形態の水処理システムは、被処理水１が供給される反応槽２と、当該反応槽２において薬剤が添加された被処理水１が供給されて凝集助剤が投入される凝集槽３と、反応槽２において薬剤が添加されると共に凝集槽３において凝集助剤が投入された被処理水１が導入される沈殿槽４とを有し、反応槽２において被処理水１にケイ酸ナトリウムが添加され、反応槽２においてケイ酸ナトリウムと被処理水１中の金属塩とが関係する反応によって生成される析出物が凝集槽３において凝集されて沈殿槽４において固液分離されるようにしている。
【００２３】
本発明では、被処理水１中にケイ酸ナトリウム［Ｎａ2ＳｉＯ3，Ｎａ4ＳｉＯ4，Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5など］を存在させることによってホウ素［Ｂ］を析出させて分離して除去する。
【００２４】
ケイ酸ナトリウムの量は、被処理水１に含まれているホウ素の含有量（言い換えると、被処理水１のホウ素濃度）に応じて調整され得る。例えば、被処理水１に対するケイ酸ナトリウムの添加量は、被処理水中のホウ素１モルに対してケイ酸ナトリウム量がモル濃度比で０．５以上であることが望ましく、好ましくはモル濃度比で０．６〜２の範囲、より好ましくは０．８〜１．４の範囲、さらに好ましくは０．８〜１の範囲とすることである。
【００２５】
金属塩については、被処理水１に元より含まれているものが利用されるようにしても良く、或いは、例えば被処理水１に元より含まれている量がホウ素を十分に析出させるために必要な量に対して不足する場合や被処理水１に金属塩が元より含まれていない場合には被処理水１へと金属塩が追加的に人為的に添加されるようにしても良い。人為的に添加する場合の金属塩の量は、被処理水１に含まれているホウ素の含有量（言い換えると、被処理水１のホウ素濃度）に応じて調整され得る。
【００２６】
ここで、金属塩の添加量は、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対して、［Ｃａ］／［Ｓｉ］＝１〜２の範囲であり、好ましくは１〜１．６の間、より好ましくは１〜１．４の間、さらに好ましくは１〜１．２の間、最も好ましくは１付近とすることである。この場合、被処理水１に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ酸除去率を最大化することができる。
【００２７】
追加的に添加される場合の金属塩としては、具体的には例えば、カルシウム［Ｃａ］，マグネシウム［Ｍｇ］，アルミニウム［Ａｌ］，バリウム［Ｂａ］などの多価金属塩が用いられ得る。
【００２８】
添加される金属塩としては、一種類の金属塩が添加されるようにしても良く、或いは、複数種類の金属塩が添加されるようにしても良い。すなわち、具体的には例えば、上記した例であるカルシウム［Ｃａ］，マグネシウム［Ｍｇ］，アルミニウム［Ａｌ］，バリウム［Ｂａ］のうちの、いずれか一つのみが添加されるようにしても良く、或いは、複数が添加されるようにしても良い。
【００２９】
そして、本発明では、ケイ酸ナトリウムと金属塩（特に、多価金属塩）とを反応させることで生じる不溶性のケイ酸塩に水中のホウ素が取り込まれて凝集沈殿し、結果として被処理水１中からホウ素が除去される。
【００３０】
ホウ素が析出する反応が良好に行われるようにするため、被処理水１のｐＨが調整されるようにしても良く、具体的にはｐＨ調整剤が被処理水１へと添加されるようにしても良い。ケイ酸ナトリウム添加前の被処理水１のｐＨは、例えばｐＨ２〜１２のいずれの場合であっても、ホウ素の除去はできるが、ホウ素除去率に影響することが明らかにされた。即ち、被処理水１は、ｐＨ２〜８の間ではほとんどホウ素除去率の変化はないが、ｐＨ９になると僅かにホウ素除去率が低下し始め、ｐＨ９を超えるとさらに低下の度合いを深める。このことから、ケイ酸ナトリウムの添加前の被処理水１のｐＨは、ｐＨ９以下にｐＨ調整されることが望ましい。
【００３１】
ｐＨ調整剤としては、具体的には例えば、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）［ＮａＯＨ］，水酸化カルシウム（消石灰）［Ｃａ(ＯＨ)2］，水酸化カリウム［ＫＯＨ］などが用いられたり、また、塩化水素（塩酸）［ＨＣｌ］が用いられたりし得る。
【００３２】
ケイ酸ナトリウム添加後の被処理水１は、ｐＨ調整剤が添加されることにより、被処理水１のｐＨが８．５以上に調整されることが望ましく（即ち、被処理水１のｐＨの程度に応じてｐＨ調整剤の添加量が調整される）、好ましくはｐＨ９〜ｐＨ１１、より好ましくはｐＨ９〜ｐＨ１０、さらに好ましくはｐＨ９．５〜ｐＨ１０．０に調整されることである。
【００３３】
反応槽２における被処理水１のｐＨが７以下の場合にはホウ素を析出させる反応をほとんど生じさせることができず、ｐＨ８である程度の析出が認められ、ｐＨ８．５以上で顕著な析出が認められる。一方で、ｐＨ９〜ｐＨ１１程度の場合にはホウ素に関係する反応が良好に行われて被処理水１の処理効率が高くなり、ｐＨ９〜ｐＨ１０程度の場合にホウ素に関係する反応が一層良好に行われて被処理水１の処理効率が一層高くなり、ｐＨ９．５〜ｐＨ１０．０の場合にホウ素に関係する反応が更に良好に行われて被処理水１の処理効率が更に高くなる。
【００３４】
薬剤（具体的には、ケイ酸ナトリウム，追加的に添加される場合の金属塩，ｐＨが調整される場合のｐＨ調整剤）が添加される順序は特定の順序には制限されない。具体的には例えば、ケイ酸ナトリウム，追加的に添加される場合の金属塩，及びｐＨが調整される場合のｐＨ調整剤の全てが同時に添加されるようにしても良く、或いは、ケイ酸ナトリウムがまず添加されてから金属塩が次に添加されて更にｐＨ調整剤が続いて添加されるようにしたり、ケイ酸ナトリウム及び金属塩が同時に添加されてからｐＨ調整剤が次に添加されるようにしたりしても良い。
【００３５】
なお、金属塩が追加的に添加される場合の当該金属塩としてマグネシウムやアルミニウムが用いられる場合には、ｐＨ調整剤が先に添加されることによってマグネシウムやアルミニウムが沈殿してケイ酸ナトリウムとの反応が起きなくなってしまうことがあり得る。このため、金属塩が追加的に添加される場合には、被処理水１へとｐＨ調整剤が添加（別言すると、投入）される前に金属塩（具体的には、マグネシウムやアルミニウム）が添加（投入）されることが好ましい。
【００３６】
反応槽２においてケイ酸ナトリウム，追加的に添加される場合の金属塩，及びｐＨが調整される場合のｐＨ調整剤が添加されてから被処理水１が必要に応じて攪拌機２ａによって攪拌混合された後、一次処理排水１ａとして凝集槽３へと供給される。
【００３７】
凝集槽３では、高分子凝集剤等の凝集助剤が一次処理排水１ａへと投入されて析出物が凝集させられる。
【００３８】
凝集助剤としては、具体的には例えば、アニオン系高分子凝集剤，カチオン系高分子凝集剤，ノニオン系高分子凝集剤などが用いられ得る。
【００３９】
凝集槽３において凝集助剤が投入された一次処理排水１ａが必要に応じて攪拌機３ａによって攪拌混合された後、二次処理排水１ｂとして沈殿槽４へと導入される。
【００４０】
沈殿槽４では、二次処理排水１ｂが静置されて二次処理排水１ｂ中の固形物が分離される（即ち、上澄水と沈殿した固形物とに分離される）。
【００４１】
沈殿槽４における固液分離によって沈降分離された固形物は汚泥５として排出される。これにより、ホウ素が固形物（即ち、汚泥５）として沈殿して分離され、被処理水１中から除去されることになる。
【００４２】
以上のように構成された水処理方法や水処理システムによれば、被処理水１に添加されたケイ酸ナトリウムと金属塩とが［Ｃａ］／［Ｓｉ］＝０．５〜２の範囲で添加した上で、ｐＨを８．５以上に調整することによって、ケイ酸ナトリウムと水中の多価金属元素（Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａなど）を反応させることで生じる、不要性のケイ酸塩に水中のホウ素を取り込ませて、凝集沈殿除去することが可能である。しかも、ケイ酸ナトリウムの添加量を必要最小限に抑えつつ、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ酸除去率を最大化することができる。つまり、使用される薬剤の使用量の増大を抑制すると共に汚泥の発生量の増大を抑制することが可能になる。
【００４３】
なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では凝集槽３において高分子凝集剤等の凝集助剤が使用されて析出物・固形物の沈降速度が加速させられるようにしているが、凝集槽３を有するようにしたり凝集助剤が使用されるようにしたりすることは本発明において必須の構成ではない。さらに言えば、上述の実施形態では沈降分離によって析出物・固形物の固液分離が行われるようにしているが、固液分離の手法として沈降分離が用いられるようにすることは本発明において必須の構成ではなく、例えばろ過や遠心分離などによって固液分離が行われるようにしても良い。
【００４５】
また、上述の実施形態では反応槽２において（言い換えると、一つの反応槽において）被処理水１中にケイ酸ナトリウム，金属塩，及びｐＨ調整剤を存在させるようにして反応槽２において（言い換えると、一つの反応槽において）ホウ素を析出させる反応を生じさせるようにしているが、複数の反応槽が用いられるようにしても良い。例えば、第一の反応槽において被処理水１へと金属塩が添加されてから第一の反応槽から被処理水１が供給される第二の反応槽において被処理水１へとケイ酸ナトリウムが添加された上で第二の反応槽から被処理水１が供給される第三の反応槽において被処理水１へとｐＨ調整剤が添加されてホウ素が析出する反応を生じさせるようにしても良く、或いは、前段の反応槽において被処理水１へとケイ酸ナトリウム及び金属塩が添加された上で前段の反応槽から被処理水１が供給される後段の反応槽において被処理水１へとｐＨ調整剤が添加されてホウ素が析出する反応を生じさせるようにしても良い。なお、複数の反応槽が用いられる場合の、薬剤（具体的には、ケイ酸ナトリウム，追加的に添加される場合の金属塩，ｐＨが調整される場合のｐＨ調整剤）が添加される順序は特定の順序に限定されるものではなく、また、各反応槽で添加される薬剤の組み合わせも特定の組み合わせに限定されるものではない。
【実施例１】
【００４６】
本発明に係る水処理方法の効果を検証した実施例を説明する（図２参照）。
【００４７】
本実施例では、純水にオルトホウ酸［Ｈ3ＢＯ3］を溶解させてホウ素濃度が５００〔ｍｇ／Ｌ〕であるように調整された０．６〔Ｌ〕のホウ酸溶液が被処理水として用いられた。
【００４８】
上記のホウ酸溶液に金属塩を添加した。金属塩として塩化カルシウム［ＣａＣｌ2］を用いた。次いでケイ酸ナトリウムを添加した。本実施例では、メタケイ酸ナトリウム九水和物［Ｎａ2ＳｉＯ3・９Ｈ2Ｏ］を添加した。メタケイ酸ナトリウム九水和物（以下、ケイ酸ナトリウムと呼ぶ）の添加量は、ホウ酸溶液中のホウ素を２３０〔ｍｇ／Ｌ〕以下に落とすために必要な量である１０．５〔ｇ／Ｌ〕、ケイ素換算で１．０〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕添加した。また、塩化カルシウムの添加量はケイ酸ナトリウムのケイ素とのモル濃度比（［Ｃａ］／［Ｓｉ］）で１．０となる量、例えば４．１〔ｇ／Ｌ〕、カルシウム換算で１．５〔ｇ−Ｃａ／Ｌ〕添加した。尚、金属塩たる塩化カルシウムを添加した後のホウ酸溶液のｐＨは５〜６であった。
【００４９】
また、ケイ酸ナトリウム添加後のホウ酸溶液に対して、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）［ＮａＯＨ］もしくは塩化水素（塩酸）［ＨＣｌ］を用いてｐＨ調整を行い、ｐＨが３，６，７，８，８．５，９，９．５，１０．０，１０．５，１１であるようにそれぞれ調整された十種の溶液を調製した。
【００５０】
上記の薬剤が添加された溶液を、まず、１００〔ｒｐｍ〕で５分間攪拌した後に３０〔ｒｐｍ〕で１５分間攪拌した。
【００５１】
そして、攪拌を停止して１時間静置した後の上澄みを採取し、塩化水素（塩酸）［ＨＣｌ］でｐＨを中性に調整した後、０．２〔μｍ〕のセルロースアセテート膜でろ過を行った試料（即ち、ろ液）のホウ素濃度を測定した。
【００５２】
上記条件での実験の結果、表１に示す結果が得られた。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示す結果から、本発明に係る水処理方法によれば、ケイ酸ナトリウムと水中の多価金属元素（Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａなど）を反応させることで生じる、不要性のケイ酸塩に水中のホウ素を取り込ませて、凝集沈殿除去することが可能であることが確認された。ケイ酸ナトリウムは水の共存下で多価金属イオン例えばＣａイオンと結合してケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）を形成する過程で周囲の半金属元素であるホウ素を取り込み、吸着・固定化するものと思われる。
【００５５】
表１に示す結果から、ケイ酸ナトリウム添加後のホウ酸溶液のｐＨが７以下の場合にはホウ素を析出させる反応をほとんど生じさせることができず、ｐＨ８である程度の析出が認められ、ｐＨ８．５以上で顕著な析出が認められることが確認された。つまり、ケイ酸ナトリウム添加後のホウ酸溶液のｐＨが８．５以上に調整されることが望ましいことが確認された。また、ｐＨ８．５以上といっても、ｐＨ９〜１１でホウ素除去率がほぼ一定となり、中でもｐＨ９〜１０でより良く除去できることから、ｐＨ１３以上は現実的ではないし、ｐＨ１２でも必要以上に高過ぎる。ｐＨ（水素イオン濃度指数とも呼ばれる）は指数なのでｐＨの値が１上がると、１０倍（イオン濃度が多くなる）違うこととなるので、ｐＨの薬剤使用量が過剰となるだけでなく、析出物（スラッジ）も多くなるので、ハンドリングが難しいものとなる。そこで、ケイ酸ナトリウム添加後のホウ酸溶液のｐＨ調整は、好ましくはｐＨ９〜ｐＨ１１、より好ましくはｐＨ９〜ｐＨ１０とすることであることが明らかになった。
【実施例２】
【００５６】
本発明に係る水処理方法の効果を検証した他の実施例を説明する（図３参照）。
【００５７】
本実施例でも、上述の実施例１と同様に、純水にオルトホウ酸［Ｈ3ＢＯ3］を溶解させてホウ素濃度が５００〔ｍｇ／Ｌ〕であるように調整された０．６〔Ｌ〕のホウ酸溶液が用いられた。
【００５８】
上記のホウ酸溶液に、金属塩として塩化カルシウム［ＣａＣｌ2］を添加した。塩化カルシウムの添加量は、後の工程で添加するケイ酸ナトリウムのケイ素とのモル濃度比（［Ｃａ］／［Ｓｉ］）で１．０となる量、即ち４．１〔ｇ／Ｌ〕、カルシウム換算で１．５〔ｇ−Ｃａ／Ｌ〕添加した。そして、塩化カルシウム（多価金属）を添加した後のホウ酸溶液に対して、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）もしくは塩化水素（塩酸）を用いてｐＨ調整を行い、ｐＨが２，５，６，７，８，９，１０，１１，１２であるようにそれぞれ調整された九種のホウ酸溶液を調製した。
【００５９】
上記の多価金属を添加しｐＨ調整（ｐＨ２〜１２）した九種のホウ酸溶液のそれぞれに、メタケイ酸ナトリウム九水和物［Ｎａ2ＳｉＯ3・９Ｈ2Ｏ］を添加して攪拌した。メタケイ酸ナトリウム九水和物の添加量は、ホウ酸溶液中のホウ素を２３０〔ｍｇ／Ｌ〕以下に落とすために必要な量である１０．５〔ｇ／Ｌ〕、即ちケイ素換算で１．０〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕添加した。
【００６０】
上記のケイ酸ナトリウムを添加し、攪拌した九種のホウ酸溶液のそれぞれに、ｐＨ調整剤例えば水酸化ナトリウムもしくは塩化水素を用いてｐＨ調整を行い、ｐＨ１０に再調整された九種の溶液を調製した。
【００６１】
薬剤添加後の溶液の攪拌及びろ過に関する態様は、上述の実施例１と同様とされた。そして、ろ液のホウ素濃度が測定された。
【００６２】
上記条件での実験の結果、表２に示す結果が得られた。
【００６３】
【表２】
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【００６４】
表２に示す結果から、本発明に係る水処理方法によれば、ケイ酸ナトリウムを添加する時のホウ酸溶液（被処理水）のｐＨがホウ素除去率に影響することが確認された。つまり、ケイ酸ナトリウムの添加前のホウ酸溶液のｐＨが２〜１２のいずれの場合であっても、ホウ素は除去できるが、ホウ素除去率は変化することが判明した。即ち、ケイ酸ナトリウムの添加前のホウ酸溶液のｐＨが２〜８の間ではほとんど除去率の変化はないが、ｐＨ９になると僅かに除去率が低下し始め、ｐＨ９を超えるとさらに低下の度合いを深めることが判明した。このことから、ケイ酸ナトリウムを添加する前のホウ酸溶液即ち被処理水は、ｐＨ９以下にｐＨ調整されることが望ましいことが明らかとなった。これは、ホウ素の形態変化（即ち、非イオンとイオンとの）の境がｐＨ９〜１０にあり、ｐＨ９以下のホウ酸（イオン化していない状態）の状態でケイ酸ナトリウムとＣａを反応させないと、ホウ素除去効率が最大化されないものと思われる。つまり、ホウ素を上手く吸着できないものと推測される。
【実施例３】
【００６５】
Ｃａ添加量（即ち、多価金属の添加量）がホウ素処理性に与える影響について実験した（図２参照）。
【００６６】
上述の実施例１と同じく、ホウ素濃度が５００〔ｍｇ／Ｌ〕であるように調整されたホウ酸溶液を被処理水として用いた。
【００６７】
上記のホウ酸溶液に、金属塩として塩化カルシウムを所定量添加し、さらに攪拌下にメタケイ酸ナトリウム九水和物（以下、ケイ酸ナトリウムと呼ぶ）を所定量添加して水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）もしくは塩化水素（塩酸）を用いてｐＨ１０にｐＨ調整を行い、静置後の上澄みを採水した（図２参照）。ここで、ケイ酸ナトリウムの添加量はケイ素換算で０．５、０．６５、０．８、１．０、１．３、２．６〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕の６通り、塩化カルシウムの添加量は各ケイ酸ナトリウム添加量のケイ素とのモル濃度比（［Ｃａ］／［Ｓｉ］）で０．５，１，２及び５の４通りであり、表３に示す計２４種のホウ酸溶液を調製した。即ち、カルシウムの添加量は、０．４〜１８．５〔ｇ−Ｃａ／Ｌ〕である。
【００６８】
尚、薬剤添加後の溶液の攪拌及びろ過に関する態様は、上述の実施例１と同様とした。そして、ろ液のホウ素濃度を測定した。
【００６９】
上記条件での実験の結果、表３に示す結果が得られた。
【００７０】
【表３】
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【００７１】
この実験結果からは、ケイ酸ナトリウムの添加量の減少に伴い（例えば、ケイ酸ナトリウム添加量０．６５〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕以下では）ホウ素除去率が全体的に低下してＣａ添加量（即ち、多価金属の添加量）がホウ素処理性に与える影響も低下することが判明した。他方、ケイ酸ナトリウムの添加量の増加に伴いホウ素除去率が上昇し、ケイ酸ナトリウム添加量が０．８〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕以上では、［Ｃａ］／［Ｓｉ］＝０．５〜２でホウ素除去率が最大となることが判明した。
【００７２】
そして、ケイ酸ナトリウム添加量が０．８〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、溶液中のホウ素１モルに対するモル濃度比０．６）になると、ホウ素除去率のピークが［Ｃａ］／［Ｓｉ］１〜２の範囲に広がるなだらかなピークとなり、２．６〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、溶液中のホウ素１モルに対するモル濃度比２．０）になると、ホウ素除去率のピークが［Ｃａ］／［Ｓｉ］１に存在する急峻なピークとなる傾向が見られた。つまり、Ｃａを添加しすぎてもホウ素除去率が下がると共に、析出物が増える問題を伴うことが判明した。尚、海域への放流基準値である２３０〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕以下という値は、海域放流への目標値ではあるが、本水処理システムで達成しなければならないものではない。本水処理システムが導入される現場では、希釈処理などで対応するため、実用上問題とならないことは言うまでもない。
【実施例４】
【００７３】
Ｃａ濃度（即ち、多価金属濃度）がホウ素処理性に与える影響について、さらに詳細に実験・評価した（図２参照）。
【００７４】
実験は、実施例３のケイ酸ナトリウム添加量が１．０及び１．３〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕の場合について、カルシウムとケイ素のモル比［Ｃａ］／［Ｓｉ］をさらに０．５，０．８，１，１．２，１．４，１．６及び２．０の７区分に細分化して行った。この場合のカルシウムの添加量は、０．７〜３．７〔ｇ−Ｃａ／Ｌ〕である。
この結果を表４に示す。
【００７５】
【表４】
2019198864.tif 000006
【００７６】
この実験結果からは、ケイ酸ナトリウム添加量が１．０〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、実施例の被処理水（５００〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕のホウ酸溶液）を海域排水基準値の２３０ｍｇ／Ｌまで処理するために必要なケイ酸ナトリウムの添加量）及び１．３〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、実施例の被処理水（５００〔ｍｇ−Ｂ／Ｌ〕中のホウ素とケイ酸ナトリウムのモル濃度比が１：１となる条件）の場合、ホウ素除去率は、カルシウムとケイ素のモル濃度比（［Ｃａ］／［Ｓｉ］）１〜１．６の間でその前後よりも高く、１〜１．４の間でより高くなり、１〜１．２の間でさらに高く、１付近で最大となることが確認された。
【００７７】
また、表４には示していないが、ケイ酸ナトリウム添加量が０．８〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、溶液中のホウ素１モルに対するケイ酸ナトリウムのモル濃度比０．６）になると、ホウ素除去率のピークが［Ｃａ］／［Ｓｉ］１〜１．６の範囲に広がるなだらかなピークとなり、２．６〔ｇ−Ｓｉ／Ｌ〕（即ち、溶液中のホウ素１モルに対するケイ酸ナトリウムのモル濃度比２．０）になると、ホウ素除去率のピークが［Ｃａ］／［Ｓｉ］１に存在する急峻なピークとなった。つまり、ケイ酸ナトリウムの添加量が増えれば増えるほど、ホウ素除去率の比較的高いと思われる領域の幅が狭まって［Ｃａ］／［Ｓｉ］＝１寄りにシフトして、［Ｃａ］／［Ｓｉ］＝１が急峻なピーク値となることが確認された。このことは、被処理水中のホウ素を目標とする値まで処理するために必要なケイ酸ナトリウムの添加量よりも過剰に添加しても、被処理水に添加するケイ酸ナトリウム量に対してホウ素除去率を最大化することにはならず、更にはケイ酸ナトリウムの添加量に対してＣａを添加しすぎてもホウ素除去率が下がると共に、析出物が増える問題を伴うことを意味している。
【実施例５】
【００７８】
ホウ素を含む被処理水に対する多価金属とケイ酸ナトリウムとの添加順序のホウ素除去率に与える影響について実験した（図４参照）。具体的には、予め多価金属とケイ酸ナトリウムとを混合させた溶液Ｂを、ホウ素を含む溶液Ａ（即ち、被処理水）に混合させた場合のホウ素除去率への影響について実験・評価した。
【００７９】
本実施例では、純水にオルトホウ酸［Ｈ3ＢＯ3］を溶解させてホウ素濃度が１０００〔ｍｇ／Ｌ〕に調整された３００〔ｍＬ〕のホウ酸溶液を用いた。
実験方法は、
１）ホウ素濃度１０００ｍｇ／Ｌに調整されたホウ酸溶液３００ｍｌを水酸化ナトリウムもしくは塩酸でｐＨ５とｐＨ１０とに調整された二種の溶液Ａを作製した。
２）純水３００ｍｌに金属塩を添加し、ケイ酸ナトリウムを添加して溶液Ｂを作製した。ケイ酸ナトリウム添加後に生成した沈殿物を含む溶液のｐＨを水酸化ナトリウムもしくは塩酸でｐＨ５とｐＨ１０とに調整された二種の溶液Ｂを作製した。本実施例では、金属塩として塩化カルシウム、ケイ酸ナトリウムとしてメタケイ酸ナトリウム九水和物をそれぞれ使用した。塩化カルシウムは８．２〔ｇ／Ｌ〕添加した。メタケイ酸ナトリウム九水和物は２１〔ｇ／Ｌ〕添加した。
３）溶液Ａと溶液Ｂとを混合した後、水酸化ナトリウムもしくは塩酸を用いてｐＨ１０に再調整した。
４）１００ｒｐｍで５分間攪拌した後に、３０ｒｐｍで１５分間攪拌した。
５）攪拌を停止して、１時間静置した後の上澄みを採取し、塩酸でｐＨを中性に調整後、０．２μｍのセルロースアセテート膜でろ過を行った試料のホウ素濃度を測定した。
その結果を表５に示す。
【００８０】
【表５】
2019198864.tif 000007
【００８１】
この実験結果からは、予めアルカリ土類金属イオンとアルカリ金属ケイ酸塩をホウ素不存在下で混合し、生成した沈殿をホウ素含有排水と接触させる場合にはホウ素は除去されないが、ホウ素含有排水と接触させた後にｐＨ調整すれば、実施例１の処理手順に比べてホウ素除去率は２０％前後にまで低下するものの、ホウ素自体は除去可能であることが判明した。つまり、予め多価金属とケイ酸ナトリウムとをホウ素不存在下で混合してからホウ素含有排水と接触させても、その後のｐＨ調整即ちｐＨ８．５以上、好ましくはｐＨ９〜ｐＨ１１、より好ましくはｐＨ９．０〜ｐＨ１０．０、さらに好ましくはｐＨ９．５〜ｐＨ１０．０にｐＨ調整することによって、ホウ素除去が可能となることが判明した。
【実施例６】
【００８２】
本発明に係る水処理方法の効果を検証した更に他の実施例を説明する。
【００８３】
本実施例でも、上述の実施例１と同様に、純水にオルトホウ酸［Ｈ3ＢＯ3］を溶解させてホウ素濃度が５００〔ｍｇ／Ｌ〕であるように調整された０．６〔Ｌ〕のホウ酸溶液が用いられた。
【００８４】
上記のホウ酸溶液に、金属塩として塩化マグネシウム［ＭｇＣｌ2］が２．２〔ｇ−Ｍｇ／Ｌ〕添加された溶液と、金属塩として塩化バリウム二水和物［ＢａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ］が２．２〔ｇ−Ｂａ／Ｌ〕添加された溶液とが調製された。
【００８５】
上記の溶液のそれぞれに、メタケイ酸ナトリウム九水和物［Ｎａ2ＳｉＯ3・９Ｈ2Ｏ］が１０〔ｇ／Ｌ〕添加された。
【００８６】
上記の溶液のそれぞれに、また、ｐＨ調整剤が添加されてｐＨが１０であるように調整された。
【００８７】
薬剤添加後の溶液の攪拌及びろ過に関する態様は、上述の実施例１と同様とされた。そして、ろ液のホウ素濃度が測定された。
【００８８】
上記条件での実験の結果、表６に示す結果が得られた。
【００８９】
【表６】
2019198864.tif 000008
【００９０】
表６に示す結果から、本発明に係る水処理方法では、マグネシウムやバリウムが添加されることによっても、つまり添加される金属塩としてマグネシウムやバリウムが用いられるようにしても、ホウ素を析出させる反応を生じさせてホウ素濃度を低減させることが可能であることが確認された。
《比較例》
【００９１】
本発明に係る水処理方法について、ケイ酸ナトリウムを添加することの効果を検証するために実施した比較例を説明する。
【００９２】
本比較例では、上述の実施例６と同様の条件とするため、上述の実施例と同様に、純水にオルトホウ酸［Ｈ3ＢＯ3］を溶解させてホウ素濃度が５００〔ｍｇ／Ｌ〕であるように調整された０．６〔Ｌ〕のホウ酸溶液が用いられた。
【００９３】
上記のホウ酸溶液に、金属塩として塩化マグネシウム［ＭｇＣｌ2］が２．２〔ｇ−Ｍｇ／Ｌ〕添加された（尚、上述の実施例６と同様の条件である）。
【００９４】
上記の溶液にｐＨ調整剤が添加されてｐＨが１０であるように調整された（尚、上述の実施例６と同様の条件である）。
【００９５】
薬剤添加後の溶液の攪拌及びろ過に関する態様は、上述の実施例１と同様とされた（尚、上述の実施例６と同様の条件である）。そして、ろ液のホウ素濃度が測定された。
【００９６】
つまり、本比較例では、ホウ酸溶液にケイ酸ナトリウムが添加されず、そして、ケイ酸ナトリウムが添加されないこと以外は上述の実施例６と同様の条件とされた。
【００９７】
上記条件での実験の結果、表７に示す結果が得られた。
【００９８】
【表７】
2019198864.tif 000009
【００９９】
表７に示す結果から、本比較例におけるホウ素の除去率は２０〔％〕であり、上述の実施例６における塩化マグネシウムが添加された結果（即ち、ホウ素の除去率が５６〔％〕）の方がホウ素の除去率が格段に向上することが確認された。この結果から、ケイ酸ナトリウムを添加することにより、良好なホウ素の除去率を実現することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【０１００】
１    被処理水
２    反応槽
３    凝集槽
４    沈殿槽
５    汚泥
６    上澄水
【図１】
2019198864.tif 000010
【図２】
2019198864.tif 000011
【図３】
2019198864.tif 000012
【図４】
2019198864.tif 000013