(57)【要約】【課題】簡易な構成により塩酸含有廃液から帯電成分を取り除いた処理水を得るとともに塩酸含有廃液から塩化水素を回収することのできる塩酸含有廃液の処理方法および装置を提供する。【解決手段】拡散層１２を介して塩酸含有廃液１に電界を印加して塩酸を含まない処理水２および負帯電成分含有気液混合水３および正帯電成分含有気液混合水４を生成し、前記負帯電成分含有気液混合水から塩素ガス５を分離し、前記正帯電成分含有気液混合水から水素ガス６を分離し、前記塩素ガスと前記水素ガスを反応させて塩化水素１９を生成する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散層を介して塩酸含有廃液に電界を印加して塩酸を含まない処理水および負帯電成分含有気液混合水および正帯電成分含有気液混合水を生成し、前記負帯電成分含有気液混合水から塩素ガスを分離し、前記正帯電成分含有気液混合水から水素ガスを分離し、前記塩素ガスと前記水素ガスを反応させて塩化水素を生成することを特徴とする塩酸含有廃液の処理方法。
【請求項２】
塩酸含有廃液が導入され拡散層を介して前記塩酸含有廃液に電界が印加されて塩酸を含まない処理水および負帯電成分含有気液混合水および正帯電成分含有気液混合水を生成する電解装置と、前記負帯電成分含有気液混合水から塩素ガスを分離する気液分離器と、前記正帯電成分含有気液混合水から水素ガスを分離する気液分離器と、前記塩素ガスと前記水素ガスを反応させて塩化水素を生成する塩化水素生成塔とを備えていることを特徴とする塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項３】
前記電解装置は、前記塩酸含有廃液が導入されて前記処理水を生成する処理水室と、前記拡散層を介して前記処理水室に接して設けられ前記拡散層の反対側に電極を備えて前記負帯電成分含有気液混合水または前記正帯電成分含有気液混合水を生成する気液混合水室とを備えていることを特徴とする請求項２記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項４】
前記電極は、チタン製の板の一方の面に白金が被覆されてなる両極性電極であることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項５】
前記拡散層は異なる孔径を有する複数のものが直列に設けられ、前記拡散層間に異なる組成の帯電成分不純物を含有する処理水を生成する複数の処理水室が形成されていることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項６】
前記処理水室に充填材が充填されていることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項７】
前記拡散層は、ステンレス鋼、チタンのような金属材料、またはセラミック材料、またはポリイミド、セルロース、ポリスルフォンのような高分子材料、またはポリプロピレン、ポリエチレンのような有機材料、または塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料からなることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項８】
前記処理水室および前記気液混合水室を収容する電解槽の材質はステンレス鋼、チタンのような金属材料、またはポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルのような有機材料、または塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料であることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【請求項９】
前記処理水室および前記気液混合水室を収容する電解槽の内面に塩化ビニル、シリコン、フルオロカーボンのような内張りが施されていることを特徴とする請求項３記載の塩酸含有廃液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程、石油精製工程、写真現像工程等から発生する塩酸含有廃液から塩化水素を回収するとともに前記塩酸含有廃液から帯電成分を取り除いた処理水を得る塩酸含有廃液の処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、塩酸含有廃液を処理する方法としては、イオン交換樹脂によりイオン等の帯電成分を除去するものがある（特許文献１参照）。この処理方法は正および負のイオン交換樹脂により帯電成分を無作為に吸着するものであるため、塩酸等として回収することはできない。また、イオン交換樹脂はその吸着能力に限度があるため、吸着能力を上回ると使用できなくなり、それらを全量廃棄するか、酸およびアルカリによって再生処理を行う必要がある。したがって、廃液に塩酸あるいはその他のイオンが多量に存在する場合には、多量のイオン交換樹脂廃棄物が発生するとともに、新規のイオン交換樹脂の頻繁な導入が必要となる。
【０００３】
あるいは、塩酸含有廃液から塩酸あるいは塩化水素を回収する方法としては、食塩電解工業で見られるように、イオン交換膜を用いた電解方法がある（特許文献２参照）。これはイオン交換樹脂を膜状に製造したイオン交換膜を電極間に配置し、電場を与えることで陽極から塩素ガスを得、陰極から水素ガスを得るものである。この方法ではイオン交換膜の耐久性に問題があり、特に、陰イオン交換膜は極めて弱いため、陽イオン交換膜を用いた電解装置が用いられる。しかし、このようなイオン交換膜電解法によっては、塩酸等が除去された処理水に塩素成分以外の負の帯電成分が残留するため、これらに対しさらに何らかの処理を行う必要がある。
【特許文献１】特開２００３−１４４８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−４１３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡易な構成により塩酸含有廃液から帯電成分を取り除いた処理水を得るとともに塩酸含有廃液から塩化水素を回収することのできる塩酸含有廃液の処理方法および装置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】
【０００５】
請求項１の発明は、塩酸含有廃液の処理方法であり、拡散層を介して塩酸含有廃液に電界を印加して塩酸を含まない処理水および負帯電成分含有気液混合水および正帯電成分含有気液混合水を生成し、前記負帯電成分含有気液混合水から塩素ガスを分離し、前記正帯電成分含有気液混合水から水素ガスを分離し、前記塩素ガスと前記水素ガスを反応させて塩化水素を生成する方法とする。
【０００６】
請求項２の発明は、塩酸含有廃液の処理装置であり、塩酸含有廃液が導入され拡散層を介して前記塩酸含有廃液に電界が印加されて塩酸を含まない処理水および負帯電成分含有気液混合水および正帯電成分含有気液混合水を生成する電解装置と、前記負帯電成分含有気液混合水から塩素ガスを分離する気液分離器と、前記正帯電成分含有気液混合水から水素ガスを分離する気液分離器と、前記塩素ガスと前記水素ガスを反応させて塩化水素を生成する塩化水素生成塔とを備えている構成とする。
【０００７】
請求項３の発明は、前記電解装置は、前記塩酸含有廃液が導入されて前記処理水を生成する処理水室と、前記拡散層を介して前記処理水室に接して設けられ前記拡散層の反対側に電極を備えて前記負帯電成分含有気液混合水または前記正帯電成分含有気液混合水を生成する気液混合水室とを備えている構成とする。
【０００８】
請求項４の発明は、前記電極は、チタン製の板の一方の面に白金が被覆されてなる両極性電極である構成とする。  
請求項５の発明は、前記拡散層は異なる孔径を有する複数のものが直列に設けられ、前記拡散層間に異なる組成の帯電成分不純物を含有する処理水を生成する複数の処理水室が形成されている構成とする。
【０００９】
請求項６の発明は、前記処理水室に充填材が充填されている構成とする。  
請求項７の発明は、前記拡散層は、ステンレス鋼、チタンのような金属材料、またはセラミック材料、またはポリイミド、セルロース、ポリスルフォンのような高分子材料、またはポリプロピレン、ポリエチレンのような有機材料、または塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料からなる構成とする。
【００１０】
請求項８の発明は、前記処理水室および前記気液混合水室を収容する電解槽の材質はステンレス鋼、チタンのような金属材料、またはポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルのような有機材料、または塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料である構成とする。  
請求項９の発明は、前記処理水室および前記気液混合水室を収容する電解槽の内面に塩化ビニル、シリコン、フルオロカーボンのような内張りが施されている構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成により塩酸含有廃液から帯電成分を取り除いた処理水を得るとともに塩酸含有廃液から塩化水素を回収することのできる塩酸含有廃液の処理方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る塩酸含有廃液の処理方法および装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例の塩酸含有廃液の処理装置は、図１に示すように、主要な構成要素として、電解装置１６と、気液分離器１７，１８と、塩化水素生成塔１４を備えている。  
電解装置１６は、チタン板の一方の面に白金が被覆され、その白金被覆面が陽極となり、チタンの面が陰極として作用する両極性電極１３と、この両極性電極１３間に設けられた数ミクロンの孔径を持つフッ素樹脂製の拡散層１２と、両極性電極１３と拡散層１２間および拡散層１２の相互間に設けられ液体の流入口２３と流出口２４，２５を備えたフッ素樹脂製のスペーサ１１とを配置して１ユニットとし、このユニットが直列に数十から数百を目安として配置されて構成されている。
【００１４】
このような構成によって、拡散層１２の相互間のスペーサ１１の流入口２３から半導体製造工程等で発生する塩酸含有廃液１を導入し、電解装置１６の両極端に配置した電極９，１０から電場を与え、塩酸含有廃液１に含まれる水素イオン等の正の帯電成分および塩化物イオン等の負の帯電成分を、それぞれ負電極１０および正電極９の方向に拡散層１２の数ミクロンの穴を介して電極と拡散層間の気液混合水室２１，２２に移動させる。
【００１５】
同時に、陽極９と拡散層１２間の気液混合水室２１の塩化物イオンは、陽極表面の白金により促進される酸化反応により塩素ガスとなり、これは陽極９と拡散層間の気液混合室２１から液体とともに負帯電成分含有気液混合水３として流出口２４から流出する。他方の陰極１０では、水が還元反応により水素ガスとなり正帯電成分含有気液混合水４として同様に流出口２５から流出し、それぞれの流出口２４，２５の後段にある気液分離器１７，１８により塩素ガス５および水素ガス６が液体から分離される。
【００１６】
気液分離器１７，１８により分離された塩素ガス５および水素ガス６は、それぞれ別々の導入口２６，２７から塩化水素生成塔１４に導入される。塩化水素生成塔１４は冷却水１５によって数十℃に保たれており、導入された塩素ガス５と水素ガス６は互いに接触することにより多量の熱を放出しながら塩化水素になる。これを半導体製造工程等で再利用することでクローズドサイクルを完成することが可能となる。
【００１７】
さらに、塩酸を生成する場合には、塩化水素生成塔１４で生成した塩化水素を冷却水によって数十℃に保たれた塩酸生成塔に導入し、水に接触溶解されて塩酸として利用することもできる。
【００１８】
本実施例において電解装置１６は、白金あるいは白金が被覆された正電極９とその対となる負電極１０がその両端にあり、中央から電極９，１０に向かって拡散層１２がそれぞれ配置され、塩酸含有廃液１が拡散層１２間の室を通過するあいだに電極９，１０から電場を与えて帯電成分が除かれた処理水２として流出口２８から流出しつつ、正電極９と拡散層１２間の室から負の帯電成分含有気液混合水３を流出口２４から排出し、負電極１０と拡散層１２間の室から正の帯電成分含有気液混合水４を流出口２５から排出する。そして塩化水素生成塔１４は、電解装置１６から得られる負の帯電成分含有気液混合水３から分離した塩素ガス５と正の帯電成分含有気液混合水４から分離した水素ガス６を導入し冷却条件下で反応させる。
【００１９】
塩酸含有廃液１に対し拡散層１２間の室において電極９，１０から電場が与えられることにより、塩酸含有廃液１に含まれる水素イオン等の正の帯電成分および塩素成分等の負の帯電成分が電気泳動し、正電極９および負電極１０の方向に拡散層１２を介してそれぞれ移動することによって、塩酸含有廃液１から正の帯電成分および負の帯電成分が除かれる。他方、負の帯電成分とともに正電極９と拡散層１２間の室に移動した塩素成分は、陽極での酸化反応により塩素ガスとなり、反対に、陰極では水が還元反応により水素ガスとなる。
【００２０】
これらにより分離した塩素ガス５および水素ガス６を冷却状態にある塩化水素生成塔１４に導入し、塩素ガス５と水素ガス６とを迅速に燃焼反応させて反応熱を除くことにより塩化水素ガス１９を生成させる。これらにより、塩酸含有廃液１から塩化水素１９を回収するとともに、塩酸含有廃液１を正および負の帯電成分が取り除かれた処理水２とすることができる。
【００２１】
本実施例において、電解装置１６の中間部の電極を両極性電極１３とし、両端の電極９，１０とその間の拡散層１２とで１ユニットとしたものを直列に複数段設置して塩酸含有廃液１をそれぞれのユニットの拡散層１２間に通水し、その両極端の正電極９及び負電極１０から電場を与えるので、電解装置当たりの処理能力が大きく、また、単一ユニットの電解装置と比べ消費電力を抑制することができる。
【００２２】
塩酸含有廃液１としては半導体工程のような塩酸以外の酸を含む廃液や石油精製工程のような有機溶媒を含む廃液、あるいは写真現像工程のような有害な帯電成分を含む廃液等を対象とすることができ、例えば、半導体工程で発生する廃液では塩酸と同時にその帯電成分を分離することができる。また、石油精製工程で発生する廃液では有機溶媒が含まれるためイオン交換樹脂やイオン交換膜を用いることができないようなものでも処理可能である。あるいは、写真現像廃液に含まれるような有害な正および負の帯電成分をそれぞれ同時に分離することができる。
【００２３】
拡散層１２の材質は、ステンレス鋼、チタンのような金属材料とすれば、耐熱性、耐強度性、耐薬品性等に優れ、材料からの二次溶出を抑制することができる。また、セラミック材料とすれば、金属材料と同様に、耐熱性、耐強度性、耐薬品性に優れ、材料からの二次溶出を抑制することができる。あるいは、ポリイミド、セルロース、ポリスルフォンのような高分子材料とすれば、原子レベルの微小な孔径を持たせることができる。または、ポリプロピレン、ポリエチレンのような有機材料とすれば、安価なものとすることができる。他方、塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料とすれば、耐熱性、耐薬品性に優れた加工のし易いものとすることができる。
【００２４】
電解槽の材質をステンレス鋼、チタンのような金属材料とすれば、耐熱性、耐強度性、耐薬品性等に優れ、材料からの二次溶出を抑制することができる。あるいは、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルのような有機材料とすれば、安価で加工のし易いものとすることができる。他方、塩化ビニル、フルオロカーボンのようなハロゲン系の有機材料とすれば、耐熱性、耐薬品性に優れた加工のし易いものとすることができる。あるいは、電解槽の内面に、塩化ビニル、シリコン、フルオロカーボンのような内張りを施せば、安価に耐久性の向上を図ることができる。
【００２５】
拡散層１２にはさまれた処理水室２０に充填材を充填すれば、塩酸含有廃液１に含まれる不純物のうち、充填材と相互作用がある成分を選択的に分離することができる。
【００２６】
電解装置１６の単一のユニットにおいて、正負および両性の電極９，１０，１３間に孔径が異なる拡散層１２を複数配置し、処理された処理水がその拡散層１２間のそれぞれの室から流出する構成とすれば、拡散層１２の孔径に従って、負の帯電性不純物及び正の帯電性不純物をその粒径毎に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例の塩酸含有廃液の処理方法および装置を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１…塩酸含有廃液、２…処理水、３…負帯電成分含有気液混合水、４…正帯電成分含有気液混合水、５…塩素ガス、８…正帯電成分含有水、７…負帯電成分含有水、６…水素ガス、９…正電極、１０…負電極、１１…スペーサ、１２…拡散層、１３…両極性電極、１４…塩化水素生成塔、１５…冷却水、１６…電解装置、１７，１８…気液分離器、１９…塩化水素ガス、２０…処理水室、２１，２２…気液混合水室、２３…流入口、２４，２５，２８…流出口、２６，２７…導入口。
【図１】
2005066411.tif 000003