(57)【要約】【課題】安価に入手可能な装置により、簡単な工程で、確実にフッ素を地下水から除去することができ、同時に硬度を下げることができるフッ素含有水の処理方法と処理装置を提供する。【解決手段】フッ素含有水を導入して電気分解する電解槽１６と、電解槽１６内を陰極室２４と陽極室２２に仕切る多孔質の素焼板隔膜２０を備える。電解槽１６の陰極室２４で作られた陰極水のろ過を行う砂ろ過装置３６と、砂ろ過装置３６でろ過された陰極水のｐＨ調整を行うｐＨ調整槽４０を有する。電解槽１６、砂ろ過装置３６、及びｐＨ調整槽４０は連結管路３４，３８，４２によって各々接続され、電解槽１６の陽極室２２には、陽極室２２で作られた陽極水を電解槽１６の上流側に送る返送管路３２を備える。返送管路３２の途中には陽極水の一部をｐＨ調整槽４０に送るｐＨ調整管路４２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムイオンを含むフッ素含有水を、多孔質の素焼板隔膜で陽極室と陰極室に仕切られた電解槽で電解処理し、前記電解槽の陰極室で前記フッ素と前記マグネシウムイオンを沈殿させて陰極水を生成し、前記陰極水をろ過処理し、前記フッ素を除去した処理水を作るフッ素含有水の処理方法において、
前記電解槽の陽極室で作られた陽極水の一部を前記電解槽の上流側に送り返して前記フッ素含有水に混合するとともに、前記陽極水の残りを前記陰極水に添加してｐＨ調整処理を行うことを特徴とするフッ素含有水の処理方法。
【請求項２】
前記フッ素含有水は、アルカリ度が高く、カルシウムイオンと前記マグネシウムイオンを含み、前記電解処理の前にばっ気処理が施され、前記電解槽の前記陰極室で前記フッ素と前記マグネシウムを沈殿させ、前記電解槽の前記陽極室で作られた前記陽極水の一部を送り返して前記ばっ気処理の際に前記フッ素含有水に混合するとともに、前記陽極水の残りを、前記ｐＨ調整処理の際に前記陰極水に加える請求項１記載のフッ素含有水の処理方法。
【請求項３】
前記ろ過処理は砂ろ過処理であり、その後に、鳥骨炭フィルターろ過処理を行い、前記カルシウムと残存する前記フッ素を除去する請求項１または２記載のフッ素含有水の処理方法。
【請求項４】
フッ素含有水を導入して電気分解する電解槽と、前記電解槽内を陰極室と陽極室に仕切る多孔質の素焼板隔膜と、前記電解槽の前記陰極室で作られた陰極水のろ過を行う砂ろ過装置と、前記砂ろ過装置でろ過された前記陰極水のｐＨ調整を行うｐＨ調整槽が設置され、前記電解槽、前記砂ろ過装置、及び前記ｐＨ調整槽は連結管路によって各々接続され、前記電解槽の前記陽極室には、前記陽極室で作られた陽極水を前記電解槽の上流側に送る返送管路が設けられ、前記返送管路の途中には前記陽極水の一部を前記ｐＨ調整槽に送るｐＨ調整管路が設けられていることを特徴とするフッ素含有水の処理装置。
【請求項５】
前記電解槽の上流側に前記フッ素含有水にばっ気処理を行うばっ気槽が設けられ、前記ばっ気槽に前記陽極水の一部が環流される請求項４記載のフッ素含有水の処理装置。
【請求項６】
前記フッ素含有水にはカルシウムが含まれ、前記砂ろ過装置の後に、前記陰極水のカルシウム除去を行う鳥骨炭フィルターろ過装置が連結管路によって接続されている請求項４または５記載のフッ素含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フッ素含有水の中からフッ素を除去する処理方法と処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地域によっては、飲料水として利用している地下水に地質由来の高濃度フッ素が含まれていることがあり、フッ素症の健康被害を防ぐためにフッ素を除去する処理が必要である。このようなフッ素含有水からフッ素を除去する処理方法は従来より種々の方法がある。例えば、特許文献１のフッ素含有水の処理方法は、カチオン交換膜よりなる隔膜を有する電解槽を用い、この電解槽の陰極室にフッ素含有水を導入して、多価金属イオンの存在下で電解処理するものである。陰極室の水は循環処理されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記背景技術の場合、カチオン交換膜は高価であり、地下水を利用している多くの地域で広汎に導入することが困難である。また、フッ素を電解槽内に共沈によって除去するための多価金属イオンが必要であり、塩化マグネシウム等の薬剤を添加する必要があり、面倒である。さらに、フッ素が含まれている地下水には硬度（マグネシウムとカルシウムの濃度）が高いものがあり、調理器具にスケールが付くなどの問題が生じている。これらのことから、フッ素の濃度だけでなく硬度も下げることが好ましいが、硬度の低下に対しては対応できないものである。また、特許文献１は、排水処理が目的のため硬度については考慮されていない。
【０００５】
この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、安価に入手可能な装置により、簡単な工程で、確実にフッ素を地下水から除去することができ、同時に硬度を下げることができるフッ素含有水の処理方法と処理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】
【０００６】
本発明は、マグネシウムイオンを含むフッ素含有水を、多孔質の素焼板隔膜で陽極室と陰極室に仕切られた電解槽で電解処理し、前記電解槽の陰極室で前記フッ素と前記マグネシウムイオンを沈殿させて陰極水を生成し、前記陰極水をろ過処理し、前記フッ素を除去した処理水を作るフッ素含有水の処理方法であって、前記電解槽の陽極室で作られた陽極水の一部を前記電解槽の上流側に送り返して前記フッ素含有水に混合するとともに、前記陽極水の残りを前記陰極水に添加してｐＨ調整処理を行うフッ素含有水の処理方法である。
【０００７】
前記フッ素含有水は、アルカリ度が高く、カルシウムイオンと前記マグネシウムイオンを含み、前記電解処理の前にばっ気処理が施され、前記電解槽の前記陰極室で前記フッ素と前記マグネシウムを沈殿させ、前記電解槽の前記陽極室で作られた前記陽極水の一部を送り返して前記ばっ気処理の際に前記フッ素含有水に混合するとともに、前記陽極水の残りを、前記ｐＨ調整処理の際に前記陰極水に加えるものである。この処理の間に、陰極では前記カルシウムイオンも沈殿し、前記砂ろ過処理により大半が除去される。
【０００８】
前記ろ過処理は砂ろ過処理であり、その後に、鳥骨炭フィルターろ過処理を行い、残存する前記カルシウムとフッ素を除去するものである。
【０００９】
また本発明は、フッ素含有水を導入して電気分解する電解槽と、前記電解槽内を陰極室と陽極室に仕切る多孔質の素焼板隔膜と、前記電解槽の前記陰極室で作られた陰極水のろ過を行う砂ろ過装置と、前記砂ろ過装置でろ過された前記陰極水のｐＨ調整を行うｐＨ調整槽が設置され、前記電解槽、前記砂ろ過装置、及び前記ｐＨ調整槽は連結管路によって各々接続され、前記電解槽の前記陽極室には、前記陽極室で作られた陽極水を前記電解槽の上流側に送る返送管路が設けられ、前記返送管路の途中には前記陽極水の一部を前記ｐＨ調整槽に送るｐＨ調整管路が設けられているフッ素含有水の処理装置である。
【００１０】
前記電解槽の上流側に前記フッ素含有水にばっ気処理を行うばっ気槽が設けられ、前記ばっ気槽に前記陽極水の一部が環流されるものである。
【００１１】
また、前記フッ素含有水にはカルシウムが含まれ、前記砂ろ過装置の後に、前記陰極水のカルシウム除去を行う鳥骨炭フィルターろ過装置が連結管路によって接続されているものである。前記鳥骨炭フィルターろ過装置は、鶏の骨を炭化した鳥骨炭で作られている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフッ素含有水の処理方法と処理装置は、安価に入手可能な装置により、簡単な工程で、確実にフッ素を地下水から除去することができ、同時に硬度も下げることができる。しかも、塩化マグネシウムなどの薬剤を添加する必要がなく、コストが安価なものである。さらに、この発明による処理水は、原水に塩化物イオンを含む場合、陰極における電解により発生する塩素により消毒され、雑菌が少なく清浄であり、廃棄する水がないため、水が不足する地域で、地下水を無駄なく有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施形態のフッ素含有水の処理方法の系統図である。
【図２】この実施形態のフッ素含有水の処理装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態について図１、図２を基にして説明する。図１はこの実施形態のフッ素含有水の処理方法を示す系統図である。この実施形態のフッ素含有水の処理方法で処理するフッ素含有水は、地質由来のフッ素Ｆが含まれ、また硬度（マグネシウムＭｇとカルシウムＣａの濃度）が高い地下水である。また、地質由来の炭酸水素イオンＨＣＯ３−が含まれ、アルカリ度が高いものである。
【００１５】
この実施形態のフッ素含有水の処理方法は、まず、地下水の原水にばっ気処理を行い、後述する酸性の陽極水と混合することで、水素イオンＨ＋と反応して炭酸水素イオンＨＣＯ３−は二酸化炭素ＣＯ２と水Ｈ２Ｏになって除去され、アルカリ度を下げる。アルカリ度を下げる理由としては、炭酸水素イオンがフッ素除去を妨害するためである。
【００１６】
次に、アルカリ度が下げられた地下水を、図１、図２に示すように、焼成した粘土板である多孔質の素焼板隔膜２０で陽極室２２と陰極室２４に仕切られた電解槽１６で電解処理する。電解槽１６の陰極室２４では、ｐＨの上昇に伴い、水酸基ＯＨ−とマグネシウムイオンＭｇ２＋による式（１）の反応により、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２の沈殿が生じる。また式（２）により残存するＨＣＯ３−がｐＨの上昇に伴い、ＣＯ３２−となりカルシウムイオンとの反応により炭酸カルシウムの沈殿が生じる。
【００１７】
Ｍｇ２＋＋２ＯＨ−  →  Ｍｇ（ＯＨ）２            （１）
Ｃａ２＋＋ＣＯ３２−  →  ＣａＣＯ３                （２）
このとき、式（３）のように、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２とフッ素イオンＦ−が反応して、フッ化マグネシウムＭｇＦ２が共沈する。
【００１８】
Ｍｇ（ＯＨ）２＋２Ｆ−  →  ＭｇＦ２＋２ＯＨ−            （３）
式（１）〜（３）の反応により、マグネシウムとフッ素が原水から除去された陰極水が生成される。陰極室２４で作られた陰極水は、マグネシウムとフッ素が除去され、次の砂ろ過処理３６で沈殿物や浮遊物を除去し、ｐＨ調整処理４０を行い、さらに、鳥の骨を炭化した鳥骨炭を用いた鳥骨炭フィルターろ過処理４６で、カルシウムと、残存するフッ素を除去する。以上の工程を経て、フッ素とマグネシウム、カルシウムが除去されｐＨ調整された処理水が作られる。
【００１９】
電解槽１６の陽極室２２では、電解処理により水素イオンが増加し、陽極室２２で作られた陽極水は、その一部を電解槽１６の上流側に送り返して、ばっ気処理の際に地下水の原水に混合し、原水のアルカリ度を下げることに使用される。陽極水の残りは、ｐＨ調整処理の際にアルカリ性の陰極水に添加して使用する。なお、地下水には塩化物イオンが含まれ、陽極室２２で酸化されて塩素ガスが発生する。この塩素ガスは、陽極水に溶けることにより殺菌作用を発揮し、ｐＨ調整処理の際に陰極水に添加することで処理水を消毒する役割を持っている。なお、ｐＨ調整処理の後に鳥骨炭フィルターろ過処理を行うことで、塩素臭を除去する。
【００２０】
電解処理における電流値は、小さすぎると、処理時間が長くなり効率的でなく、電流値が大きいほど好ましい。ただし、電流値は電流効率、処理対象水質等を考慮して適宜設定する。
【００２１】
この実施形態のフッ素含有水の処理方法の、地下水の流量のおおよその割合は、図１に示すように、地下水の原水８に対して、電解処理した陽極水６の割合で混合してばっ気処理を行う。ばっ気処理した地下水は、電解槽の陽極室に７に対して、陰極室にも７の割合で注ぐ。陽極室の陽極水は、その６／７を前述のようにばっ気処理に使用し、１／７をｐＨ調整処理に使用する。これによりｐＨは、原水が８．５前後であったものが、処理水は７〜８に調整される。なお、この比率は、適宜設定できるものであり、原水の成分や電解槽１６の性能等により適宜設定し得るものである。
【００２２】
この実施形態のフッ素含有水の処理方法によるフッ素等の除去は、図１に示すように、原水に含まれているフッ素とマグネシウム、カルシウムが、２回の処理工程で除去される。除去される量は、まず電解処理でマグネシウムとカルシウムの大部分とフッ素の約５割が除去され、鳥骨炭フィルターろ過処理で、残りのカルシウムとフッ素がほとんど除去される。
【００２３】
次に、この実施形態のフッ素含有水の処理方法を行うフッ素含有水の処理装置１０について説明する。図２はこの実施形態のフッ素含有水の処理装置１０の一例を示したものであり、まず、地下水の原水にばっ気処理を行うばっ気槽１２が設けられている。ばっ気槽１２には、地下水を入れる水槽１２ａと、水槽１２ａ内の地下水に空気を送る送気装置１２ｂ等が設けられている。
【００２４】
ばっ気槽１２には、電解処理を行う電解槽１６が連結管路１４で接続されて設けられている。電解槽１６は、ばっ気槽１２でばっ気処理された地下水を入れる水槽１８を備え、水槽１８は一方向に長い矩形に形成されている。
【００２５】
水槽１８の中心には、多孔質の素焼板隔膜２０が水槽１８の長手方向に沿って設けられ、水槽１８は、素焼板隔膜２０により細長い陽極室２２と陰極室２４に区画されている。素焼板隔膜２０の孔径は、０．０２〜０．３μｍ程度、好ましくは０．２μｍが適している。これより大きい孔径だと水が他極側に漏れやすくなり、孔径が小さくなるにつれて電流が流れにくくなり、高い電圧が必要となるので、上記範囲が好ましい。
【００２６】
陽極室２２には複数個の陽極２６が設けられ、ここでは５個の陽極２６が陽極室２２の長手方向であって水流方向に沿って等間隔に一列に並べられて取り付けられている。陰極室２４には複数個の陰極２８が設けられ、ここでは５個の陰極２８が陰極室２４の長手方向であって水流方向に沿って等間隔に一列に並べられて取り付けられている。陽極２６と陰極２８は例えば炭素棒で作られ、電源装置３０に接続されている。
【００２７】
電解槽１６の、長手方向の一方の端部１６ａには、ばっ気槽１２でばっ気処理された地下水が注がれる連結管路１４が連通して設けられ、連結管路１４は二股に分岐して、陽極室２２と陰極室２４に、７対７の割合で地下水が注がれる。電解槽１６の、長手方向の他方の端部１６ｂには、陽極室２２に連通し陽極室２２で電気分解された陽極水が流れ出る返送管路３２と、陰極室２４に連通し陰極室２４で電気分解された陰極水が流れ出る連結管路３４が、各々設けられている。返送管路３２には、陽極水を循環させる図示しない循環ポンプが設けられている。
【００２８】
返送管路３２の先端は、ばっ気槽１２に連通し、地下水の原水に混合されて再度ばっ気され、原水のアルカリ度を下げることに使用される。
【００２９】
連結管路３４の先端は、砂ろ過処理を行う砂ろ過装置３６に連通されている。砂ろ過装置３６は、砂で陰極水をろ過し、陰極水に混ざっている沈殿物や浮遊物等を除去する。
【００３０】
砂ろ過装置３６の下流には、ｐＨ調整処理を行うｐＨ調整槽４０が連結管路３８で接続されて設けられている。なお、返送管路３２の途中には、ｐＨ調整槽４０に連通するｐＨ調整管路４２が、返送管路３２から分岐して設けられ、返送管路３２を流れる陽極水の一部をｐＨ調整槽４０に入れてｐＨ調整処理に使用する。
【００３１】
ｐＨ調整槽４０の下流には、鳥骨炭フィルター処理を行う鳥骨炭フィルターろ過装置４６が連結管路４４で接続されて設けられている。鳥骨炭フィルターろ過装置４６は、鶏の骨を炭化して炭にした鳥骨炭で作られたフィルターを用いて、カルシウムと、残存するフッ素を除去する。鳥骨炭フィルターろ過装置４６には取り出し管路４８が設けられ、取り出し管路４８から、フッ素とマグネシウム、カルシウムが除去されｐＨ調節された処理水が取り出される。
【００３２】
この実施形態のフッ素含有水の処理方法と処理装置１０によれば、安価に入手可能な装置により、簡単な工程で、確実にフッ素を地下水から除去することができ、同時に硬度（マグネシウムとカルシウムの濃度）も下げることができる。フッ素濃度や硬度が高いことによる健康被害を防ぐことができ、安心して地下水を飲用として使用することができる。しかも、塩素により消毒されて雑菌が少なく清浄であり、塩素臭が除去されて飲用水に適したものとなる。地下水にはマグネシウムが多く含まれているため、従来のフッ素含有水の処理方法のように塩化マグネシウム等の薬剤を添加する必要がなく、コストが安価なものである。素焼板隔膜２０は、安価に入手可能であり、地下水にフッ素を含有しフッ素の除去を必要とする地域、例えば途上国において容易に現地調達することができ、広く普及させることができる。鳥骨炭フィルターろ過装置４６に使用する鳥骨炭も、フッ素処理を行う土地で容易に作ることができ、廃材利用にもなる。さらに、廃棄する水がないため、水が不足する地域で、地下水を無駄なく有効利用することができる。
【００３３】
なお、この発明のフッ素含有水の処理方法と処理装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。電解槽の構造は自由に変更可能であり、陰極や陽極には特に制限はなく、通常の電解処理に用いられるものを使用することができる。各工程の水の流量は上記以外でもよい。このほかに必要な工程があれば追加してもよい。
【実施例】
【００３４】
次に、この発明のフッ素含有水の処理方法と処理装置により処理した例を以下に示す。実施例では、例えば地下水の原水のマグネシウム濃度とカルシウム濃度が５０ｍｇ／ｌ程度の場合、電解処理後にはフッ素を５０〜５５％除去されたことが確認された。地下水の原水のマグネシウム濃度が３０ｍｇ／ｌ以上であれば、フッ素を５０〜５５％除去できることが確認された。鳥骨炭フィルター処理後には、フッ素は１００％除去できた。マグネシウムは、１０ｍｇ／ｌにまで減少し、カルシウムも１００％除去できた。
【００３５】
次に、この発明のフッ素含有水の処理方法と処理装置の実施例の装置により、フッ素含有水のフッ素除去を行い、以下の３項目について濃度の測定を行って原水と処理水で比較した。原水のフッ素濃度が２ｍｇ／Ｌの場合を処理例１とし、原水のフッ素濃度が１０ｍｇ／Ｌの場合を処理例２とした。処理水１は電解処理後、処理水２は鳥骨炭フィルター処理後の水質である。
【００３６】
【表１】
2016168529.tif 000003
【００３７】
【表２】
2016168529.tif 000004
処理例１、処理例２ともに、フッ素の濃度と硬度（マグネシウムとカルシウムの濃度）が低下した。このことから、この発明のフッ素含有水の処理方法と処理装置は、フッ素が含まれた硬度が高い地下水を、フッ素濃度と硬度を確実に下げて、飲用水に適したものに処理することが可能なことがわかった。
【符号の説明】
【００３８】
１０  処理装置
１２  ばっ気槽
１４，３４，３８，４４  連結管路
１６  電解槽
１８  水槽
２０  素焼板隔膜
２２  陽極室
２４  陰極室
２６  陽極
２８  陰極
３０  電源装置
３２  返送管路
３６  砂ろ過装置
４０  ｐＨ調整槽
４２  ｐＨ調整管路
４６  鳥骨炭フィルターろ過装置
４８  取り出し管路
【図１】
2016168529.tif 000005
【図２】
2016168529.tif 000006