(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したスラリー状キレート材から前記対象成分を脱着させるためのキレート材再生装置であって、前記対象成分を吸着した前記キレート材を鉱酸水溶液に接触させて酸洗浄を行うことにより前記キレート材から前記対象成分を解離する酸洗浄槽と、該酸洗浄槽から導出したキレート材含有混酸液の固液分離を行うことによって前記対象成分を含む廃混酸と再生されたキレート材とを分離する酸分離槽と、前記酸分離槽から導出した前記廃混酸の電気透析を行い、鉱酸成分の陰イオンを陽極側に移行させ、陰極側に前記対象成分を抑留して鉱酸と前記対象成分とを分離する酸回収槽と、前記酸分離槽の後に、酸分離槽から抜き出したキレート材を水洗いする水洗槽とを備えていることを特徴とするキレート材再生装置。
【請求項２】
前記酸分離槽と水洗槽との間に、酸分離槽から抜き出したキレート材が含有する水分を除去する脱水機を設けたことを特徴とする請求項１記載のキレート材再生装置。
【請求項３】
前記水洗槽の後に、該水洗槽から導出したキレート材含有水の固液分離を行うことによって洗浄排水とキレート材とを分離する水分離槽を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のキレート材再生装置。
【請求項４】
前記酸分離槽又は前記水分離槽の後に、キレート材をアルカリ水溶液に接触させて中和する中和槽を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のキレート材再生装置。
【請求項５】
前記酸回収槽で分離した鉱酸を前記酸洗浄槽で再利用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のキレート材再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キレート材再生装置に関し、特に、産業排水、飲料水、食品加工用水等の水や、食用油、食品加工油等の油類のような各種液体中に含まれる金属イオン又は類金属元素を含む成分（対象成分）を吸着除去するために使用したキレート材を再生して再利用可能な状態にするためのキレート材再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業排水には様々な有害金属イオン又は類金属元素を含むイオンが含まれていることがあり、環境汚染防止の観点から、これらの金属イオン又は類金属元素を含むイオンを排水処理によって十分に除去することが必要となる。また、河川や地下水中に含まれる重金属成分も人体に悪影響を及ぼすので、これらの水を有効利用するに当たっては、十分に配慮しなければならない。さらに、食用油や食品加工油等を製造する際に水素化触媒等として混入してくる可能性のある金属についても、保存安定性や人体に悪影響を及ぼすため、可及的に除去する必要がある。
【０００３】
そのうち特に、類金属の一種であるホウ素やホウ素化合物は自然界に広く分布しており、人体にとって必須の元素であるが、反面、摂取量が多くなり過ぎると逆に悪影響を及ぼすことも確認されている。そして、河川や地下水中に含まれるホウ素成分による人為的汚染と思われる事例が報告されるにおよび、水を再利用する際の悪影響が懸念されている。
【０００４】
このようなことから、水処理設備において、ｐＨ中性付近で金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着し、酸性領域で前記対象成分を解離するキレート材、例えば、特開２０００−１６９８２８号公報に記載されているようなキレート材を用いて金属イオン又は類金属元素を含む対象成分をキレート材に吸着させることにより、原水中から除去することが行われている。
【０００５】
金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したキレート材をそのまま処分することは経済的な面を含めて問題が多いため、塩酸や硫酸等の鉱酸水溶液に接触させてキレート材に吸着した金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を鉱酸水溶液中に溶解させることによってキレート材を再生し、再生後のキレート材を繰り返し利用することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のキレート材再生装置は、一つの処理槽でキレート材の再生処理を行うバッチ方式がほとんどであるため、金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したキレート材の再生処理を連続して行うことができず、再生処理に要する時間も長くかかっていた。
【０００７】
そこで本発明は、金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したキレート材の再生処理を連続して効率よく行うことができ、キレート材の使用効率を大幅に向上させることができるキレート材再生装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のキレート材再生装置は、金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したスラリー状キレート材から前記対象成分を脱着させるためのキレート材再生装置であって、前記対象成分を吸着した前記キレート材を鉱酸水溶液に接触させて酸洗浄を行うことにより前記キレート材から前記対象成分を解離する酸洗浄槽と、該酸洗浄槽から導出したキレート材含有混酸液の固液分離を行うことによって前記対象成分を含む廃混酸と再生されたキレート材とを分離する酸分離槽と、前記酸分離槽から導出した前記廃混酸の電気透析を行い、鉱酸成分の陰イオンを陽極側に移行させ、陰極側に前記対象成分を抑留して鉱酸と前記対象成分とを分離する酸回収槽と、前記酸分離槽の後に、酸分離槽から抜き出したキレート材を水洗いする水洗槽とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、前記酸分離槽と水洗槽との間に、酸分離槽から抜き出したキレート材が含有する水分を除去する脱水機を設けたこと、前記水洗槽の後に、該水洗槽から導出したキレート材含有水の固液分離を行うことによって洗浄排水とキレート材とを分離する水分離槽を配置したことを特徴としている。
【００１０】
さらに、前記酸分離槽又は前記水分離槽の後に、キレート材をアルカリ水溶液に接触させて中和する中和槽を備えていること、前記酸回収槽で分離した鉱酸を前記酸洗浄槽で再利用することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のキレート材再生装置は、通常は、排水中に含まれる金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を除去するための排水処理装置の一部として用いられる。金属イオン又は類金属元素を含む対象成分は、水性液や油性液等の液体中に含まれる金属イオンや類金属（半金属）イオン又は化合物、例えば、銅，亜鉛，ニッケル，コバルト等の重金属イオンや、硼素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、セレン、テルル等の類金属イオンのような有害又は有価金属イオン、類金属元素イオン及びホウ酸等の類金属元素を含む化合物を指す。また、本発明で使用するキレート材は、例えば特開２０００−１６９８２８号公報に記載されているようなキレート材のように、粉末状であり、反応装置内ではスラリー状でポンプ等で移送可能なものである。
【００１２】
図１は、本発明のキレート材再生装置の第１形態例を示す系統図である。このキレート材再生装置は、キレート材の酸洗浄を行う酸洗浄槽１１と、酸洗浄槽１１から導出した廃混酸とキレート材とを分離する酸分離槽１２と、酸分離槽１２から抜き出した洗浄済みキレート材を中和する中和槽１３とを備えている。酸洗浄槽１１には、金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したキレート材が流入するキレート材流入経路１４と、該酸洗浄槽１１内のｐＨを調節するための鉱酸水溶液を鉱酸貯留槽１５から酸洗浄槽１１に導入する鉱酸導入経路１６と、酸洗浄槽１１内の液を撹拌するための撹拌機１７と、ｐＨを測定するためのｐＨ計１８とが設けられている。
【００１３】
水処理設備における対象成分の吸着除去処理を行う反応槽からスラリー状で抜き出された対象成分吸着済みのキレート材は、キレート材流入経路１４から酸洗浄槽１１に流入し、鉱酸導入経路１６から流入する鉱酸水溶液、例えば、塩酸や硫酸等の水溶液と混合接触する。酸洗浄槽１１への鉱酸水溶液導入量は、ｐＨ計１８の測定値によって調節され、槽内が少なくともｐＨ５以下になるように調節される。このｐＨ範囲は、キレート材の性状により変動するが、一般的にｐＨ１〜５の範囲、特に通常はｐＨ１〜３程度にすることが好ましい。このように、対象成分を吸着したキレート材をｐＨ５以下の水溶液中に投入することにより、キレート材に吸着していた対象成分がキレート材から離脱して水溶液中に遊離し、キレート材が再利用可能な状態に再生される。
【００１４】
酸洗浄槽１１での酸洗浄によって再生されたキレート材は、キレート材から解離した対象成分と鉱酸とを含む廃混酸と共に酸洗浄槽１１から酸分離槽１２に移動し、この酸分離槽１２でキレート材と廃混酸とが固液分離される。酸分離槽１２における固液分離は、一般的にキレート材の沈降性が良好なため、洗浄済みキレート材を槽底部に沈殿させる重力沈降によって行うことができるが、フィルターを使用して固液分離を行うことも可能であり、重力沈降とフィルターとを併用することもできる。
【００１５】
酸分離槽１２でキレート材から分離した廃混酸は、混酸排出経路１９から抜き出される。一方、キレート材は、必要に応じて、洗浄済みキレート材経路２０を通って中和槽１３に流入する。この中和槽１３には、アルカリ導入経路２１及び撹拌機２２が設けられており、アルカリ導入経路２１から導入されるアルカリ、例えば水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カルシウム水溶液により、混酸との接触によって酸性となっている洗浄済みキレート材を中和する。このときの中和槽１３へのアルカリ導入量は、前記酸洗浄槽１１への鉱酸水溶液導入量や酸洗浄槽１１のｐＨと中和槽１３への洗浄済みキレート材流入量とに対応するように設定してもよく、中和槽１３あるいはその流入部にｐＨ計を設け、槽内がｐＨ７付近になるように導入量を調整してもよい。
【００１６】
中和槽１３で中和処理された再生済みのキレート材は、中和槽１３から再生済みキレート材導出経路２３を通って抜き出され、必要に応じて水洗いや脱水処理を行った後、前記水処理設備の反応槽等に戻されて対象成分吸着用に再利用される。
【００１７】
前記酸洗浄槽１１において、キレート材から対象成分を解離させるのに必要な時間は、通常１０分程度で十分であるから、酸洗浄槽１１及び酸分離槽１２でのキレート材の滞留時間を１０分以上とれれば、反応槽から抜き出した対象成分吸着済みキレート材の酸洗浄再生処理を連続して行うことができる。また、中和槽１３においても、酸洗浄槽１１が連続運転していれば、流入する洗浄済みキレート材を中和するためのアルカリ量が略一定となり、ｐＨ変動はほとんど生じることがないので、短時間で連続的に中和処理を行うことができる。
【００１８】
したがって、水処理設備における金属イオン又は類金属元素を含む対象成分吸着除去用に使用するキレート材を連続的に再生して循環使用することができ、従来のバッチ方式のようにキレート材を一時的に処理槽内に留め置く必要がないので、全体としてのキレート材の使用量を削減することができる。
【００１９】
図２は、本発明のキレート材再生装置の第２形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に記載した再生装置の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２０】
本形態例に示すキレート材再生装置は、前記酸分離槽１２と中和槽１３との間に、キレート材を水洗いする水洗槽３１と、該水洗槽３１から導出したキレート材含有水の固液分離を行うことによって洗浄排水とキレート材とを分離する水分離槽３２とを配置したものである。水洗槽３１には、洗浄水を導入する洗浄水導入経路３３と撹拌機３４とが設けられており、水分離槽３２には、洗浄水から分離したキレート材を中和槽１３に導く洗浄済みキレート材経路３５と、洗浄排水を排出する排水経路３６とが設けられている。なお、ここで使用する水分離槽３２は、前記酸分離槽１２と同様に、重力沈降やフィルター等の任意の固液分離装置を使用でき、複数種を併用することもできる。
【００２１】
したがって、酸洗浄槽１１で再生処理され、酸分離槽１２で廃混酸から分離し、洗浄済みキレート材経路２０を通って水洗槽３１に流入したキレート材は、洗浄水導入経路３３から導入される洗浄水によって洗浄され、付着している混酸が洗い流される。続いて、水分離槽３２で洗浄排水から分離した後、洗浄済みキレート材経路３５を経て中和槽１３に導入される。
【００２２】
このように、中和槽１３の前段に水洗槽３１を配置し、キレート材を水洗いしてから中和槽１３に導入することにより、中和槽１３でのアルカリ添加量を少なくすることができるので、アルカリに要するコストの削減とともに、アルカリを処理するためのコストも削減できる。なお、水洗槽３１及び水分離槽３２は、必要に応じて直列に複数段設置することもできる。
【００２３】
図３は、本発明のキレート材再生装置の第３形態例を示す系統図である。本形態例に示すキレート材再生装置は、前記酸分離槽１２から導出した廃混酸中の鉱酸とホウ酸等の対象成分とを分離する酸回収槽４１を設け、この酸回収槽４１で分離した鉱酸を酸洗浄槽１１で再利用するようにしたものである。
【００２４】
酸回収槽４１には、電気透析装置等公知の透析装置を適用することができる。例として電気透析を適用した場合、図４に示すように、透析槽４２の内部を陰イオン交換膜４３により仕切って一方に陽極４４を設置した陽極室４５を、他方に陰極４６を設置した陰極室４７をそれぞれ設けるとともに、陰極室４７に混酸が流入する前記混酸排出経路１９及び混酸中の対象成分が精製された精製液流出経路４８を、陽極室４５にキャリア液となる前記洗浄排水が流入する排水経路３６及び分離濃縮された鉱酸水溶液を導出して前記酸洗浄槽１１に導入する鉱酸導入経路１６をそれぞれ設けた電気透析装置を使用することができる。
【００２５】
電気透析装置を利用した酸回収槽４１では、ホウ酸等の対象成分を含む混酸水溶液（廃混酸）が前記混酸排出経路１９から陰極室４７内に流入し、陽極４４及び陰極４６による電場の作用により、鉱酸成分の陰イオン、例えば塩素イオン（Ｃｌ−）や硫酸イオン（ＳＯ４２−）が陰イオン交換膜４３を透過して陽極室４５に移動する。陽極室４５に移動した鉱酸成分の陰イオンは、排水経路３６から導入されるキャリア液（洗浄排水）に伴われて前記鉱酸導入経路１６に流出する。なお、本例では、キャリア液として洗浄排水を有効に利用したが、水洗槽３１及び水分離槽３２が設けられていない場合は、洗浄排水に代えて廃混酸の一部や水等をキャリア液として利用することができる。
【００２６】
なお、対象成分がホウ酸である場合、陰極室４７内をｐＨ５以下に調製することが好ましい。陰極室４７内をｐＨ５以下に保つようにしておくことにより、ホウ酸がホウ酸イオンに解離することがほとんどないため、ホウ酸（ホウ酸イオン）が陽極室４５に移動することがなくなり、ホウ酸が陰極室４７内に抑留されて精製され、精製液流出経路４８から取り出される。
【００２７】
このように酸回収槽４１を設けて廃混酸中の鉱酸と対象成分とを分離することにより、陽極室４５に透過した鉱酸成分を酸洗浄槽１１でのｐＨ調整用の鉱酸として再利用することができるとともに、精製した対象成分の水溶液は、鉱酸等の不純物が少ないため有価物としての再利用が容易になる。なお、本例では、陽極室４５と酸洗浄槽１１とを直接鉱酸導入経路１６で接続したが、鉱酸貯留槽１５を介して接続してもよい。
【００２８】
図５は、本発明のキレート材再生装置の第４形態例を示す系統図である。本形態例に示すキレート材再生装置は、前記酸分離槽１２と前記水洗槽３１との間に、酸分離槽１２から抜き出したキレート材が含有する混酸を含む水分を除去する脱水機５１を設けたものである。脱水機５１は、遠心分離、圧縮分離等の脱水手段によってキレート材が含有する水分を分離するものであって、脱水後のキレート材は、脱水済みキレート材経路５２から前記水洗槽３１に送られ、分離した水分（廃混酸）は、廃混酸回収経路５３を通って導出される。
【００２９】
このように脱水機５１を設けて酸分離槽１２から抜き出した洗浄済みキレート材の脱水処理を行うことにより、水洗槽３１や中和槽１３に導入されるキレート材の含水率、すなわち酸性成分含有率を低くすることができるので、水洗槽３１における洗浄水使用量の削減や、中和槽１３でのアルカリ使用量の削減を図ることができる。なお、本形態例では、中和槽１３の前段に水洗槽３１及び水分離槽３２を設けているが、脱水機５１で脱水処理したキレート材をそのまま中和槽１３に導入する場合でも、中和用のアルカリ使用量を削減できる。
【００３０】
また、本形態例に示すように、酸回収槽４１を設けている場合は、脱水機５１で分離した廃混酸を廃混酸回収経路５３から酸回収槽４１に導入することにより、酸回収槽４１における鉱酸回収率を向上させることができ、鉱酸の必要量を削減することができる。なお、廃混酸回収経路５３は、本例では排水経路３６に接続しているが、前記混酸排出経路１９に接続してもよく、前記陽極室４５や陰極室４７に直接接続するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のキレート材再生装置によれば、金属イオン又は類金属元素を含む対象成分を吸着したキレート材の再生処理を連続して行うことができるので、水処理設備等におけるキレート材の利用効率を向上させることができ、キレート材の使用量削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のキレート材再生装置の第１形態例を示す系統図である。
【図２】  本発明のキレート材再生装置の第２形態例を示す系統図である。
【図３】  本発明のキレート材再生装置の第３形態例を示す系統図である。
【図４】  酸回収槽として利用可能な電気透析装置の一例を示す概略図である。
【図５】  本発明のキレート材再生装置の第４形態例を示す系統図である。
【符号の説明】
１１…酸洗浄槽、１２…酸分離槽、１３…中和槽、１４…キレート材流入経路、１５…鉱酸貯留槽、１６…鉱酸導入経路、１７…撹拌機、１８…ｐＨ計、１９…混酸排出経路、２０…洗浄済みキレート材経路、２１…アルカリ導入経路、２２…撹拌機、２３…再生済みキレート材導出経路、３１…水洗槽、３２…水分離槽、３３…洗浄水導入経路、３４…撹拌機、３５…洗浄済みキレート材経路、３６…排水経路、４１…酸回収槽、４２…透析槽、４３…半透膜、４４…陽極、４５…陽極室、４６…陰極、４７…陰極室、４８…精製液流出経路、５１…脱水機、５２…脱水済みキレート材経路、５３…廃混酸回収経路
【図１】
0003947663.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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