(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を浄化する第一，第二の濾過層と、前記第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも２％から９８％の塩基性硫酸マグネシュウムと９８％から２％の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、
前記吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけ凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。
【請求項２】
液体を浄化する第一，第二の濾過層と、前記第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも２％から９８％の塩基性硫酸マグネシュウムと９８％から２％の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、
前記吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを前記吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。
【請求項３】
液体を浄化する第一，第二の濾過層と、前記第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤と、前記液体に直流電流を通電し、液体にＨイオンとＯＨイオンとを発生させる電極装置とを備え、
前記電極装置によって発生したＯＨイオン、並びに、前記吸着剤の水酸基と、液体中の重金属イオンとを結合させて固形化し、この固形化した微粒子を凝集させ、大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。
【請求項４】
液体を浄化する第一，第二の濾過層と、前記第一，第二の濾過層間に設置されたセルローズの粉末からなる吸着剤と、前記液体に直流電流を通電し、液体にＨイオンとＯＨイオンとを発生させる電極装置とを備え、前記電極装置によって発生したＯＨイオンと、液体中の重金属イオンとを結合させて固形化し、この固形化した微粒子を、前記吸着剤と前記第二の濾過層とで絡め取る様にしたことを特徴とする液体浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、焼却炉からの廃水等、微粒子、重金属イオン等を含んだ廃水を浄化する液体浄化装置に関するものである。
【０００２】
従来、０．１μｍ等の非常に微細な微粒子を含んだ廃水の浄化は、セラミックフイルタでも対応できず、中空糸で除去するしか対策が無く、その目詰まりによるランニングコストが高く、とても対応できなかった。
このため、従来では廃水に凝集剤を投入して微粒子を凝集させて沈降させ、フイルタプレスで濾過していた。
また、廃水中の重金属イオンの除去は、上記の如き凝集剤の投入、あるいは、キレート樹脂で除去するか、または、イオン交換樹脂を用いて除去するしか対策が無かった。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
従来の装置は上記のような対策がなされ、非常に微細な微粒子の除去は、凝集剤の投入により微粒子を凝集剤と共に凝集沈殿させているため、凝集剤を大量に投入せねばならず、またこれにより、多量の沈殿物が発生し、そのフイルタプレスによる加圧濾過作業が膨大となる課題があった。
また、重金属イオンの除去も、上記と同様に凝集剤の投入による方法では、上記と同様の課題があり、また、キレート樹脂・イオン交換樹脂で除去する方法では、ランニングコストが多大になる課題があった。
【０００４】
この発明は、上記のような従来のものの課題を解消するためになされたもので、塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤の、特に水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントに着目し、吸着剤の金属イオンを若干高くすることにより、単なるフイルタ構造で凝集濾過ができ、重金属イオンを除去するようにしたものである。
【０００５】
即ち、水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントはｐＨ１２であり、ｐＨ１２以下の水溶液中では、水溶液中にＯＨ−基を溶出し、水酸化マグネシュウムの表面は＋電位となり、金属イオンが若干高くなる。一方、ｐＨ１２以上の水溶液中では、水溶液中のＯＨ−基を取り込み、水酸化マグネシュウムの表面は−電位となり、金属イオンが若干低くなる。
【０００６】
また、現在知られているあらゆる物質の電荷０ポイントは、水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントｐＨ１２よりも低い。例えば、鉄粉の場合、水溶液中に混入すると水酸化鉄となり、その電荷０ポイントはｐＨ４である。
このため、ｐＨ１２の以下の水溶液中では、鉄粉、シリコン、ガラス等、殆どの物質は−電位となり、金属イオンが若干高く表面が＋電位の水酸化マグネシュウムに吸引され、互いに引力が作用する距離まで近づき凝集する。
但し、ｐＨ６以下の水溶液中では水酸化マグネシュウムが溶解し、その使用し得る水溶液のｐＨの範囲はｐＨ６〜ｐＨ１２である。
一方、亜鉛、ニッケル、鉛等の水溶液中の重金属イオンは、水酸化マグネシュウムから水溶液中に溶出したＯＨ−基と結合して水酸化物となり、この水酸化物は金属イオンが若干高く表面が＋電位の水酸化マグネシュウムに吸引され、互いに引力が作用する距離まで近づき凝集する。
この発明は、ｐＨ１２以下の水溶液中では水酸化マグネシュウムからＯＨ−基が溶出し、その表面電位が若干高くなる現象を利用して、凝集濾過・重金属イオンの除去を、単なるフイルタ構造で行えるようにしたものである。
【０００７】
［請求項１］の発明は、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントの性状を利用して、換言すれば水酸化マグネシュウムのＯＨ−基の溶出を利用して吸着剤の金属イオンを若干高くし、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤を用いず凝集濾過する。
［請求項２］の発明は、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの電荷０ポイントの性状を利用して、換言すれば水酸化マグネシュウムのＯＨ−基の溶出を利用して吸着剤の金属イオンを若干高くし、廃水中の重金属イオンと水酸化マグネシュウムから廃水中に溶出したＯＨ−基とを結合させ、重金属イオンを水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子を、金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
［請求項３］の発明は、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムから廃水中に溶出したＯＨ−基と、電極装置によって廃水中に発生したＯＨ−基とを、廃水中の重金属イオンに結合させて水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子を凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしたものであり、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
［請求項４］の発明は、第一，第二の濾過層間にセルローズの粉末からなる吸着剤を設置し、電極装置によって廃水中に発生したＯＨ−基を、廃水中の重金属イオンに結合させて水酸化物のフロックとし、このフロック化した重金属イオン、即ち、固形化した粒子をセルローズの粉末からなる吸着剤と、第二の濾過層とで絡め取り、凝集剤・キレート樹脂を用いず重金属イオンを除去する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
［請求項１］の発明は、液体を浄化する第一，第二の濾過層と、第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも２％から９８％の塩基性硫酸マグネシュウムと９８％から２％の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけ凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにして実現した。
［請求項２］の発明は、液体を浄化する第一，第二の濾過層と、第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも２％から９８％の塩基性硫酸マグネシュウムと９８％から２％の水酸化マグネシュウムとからなり、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状に成形され、金属イオンが若干高くなるように構成された吸着剤とを備え、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを前記吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、前記第二の濾過層で絡め取るようにして実現した。
［請求項３］の発明は、液体を浄化する第一，第二の濾過層と、第一，第二の濾過層間に設置され、少なくとも塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとからなる吸着剤と、廃水中にＯＨイオンを発生させる電極装置とを備え、吸着剤からの水酸基と電極装置からのＯＨイオンとを、廃水中の重金属イオンに結合させて固形化させ、この固形化した粒子を凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にして実現した。
［請求項４］の発明は、液体を浄化する第一，第二の濾過層と、第一，第二の濾過層間に設置されたセルローズの粉末からなる吸着剤と、廃水中にＯＨイオンを発生させる電極装置とを備え、電極装置からのＯＨイオンを廃水中の重金属イオンに結合させて固形化させ、この固形化した粒子を、吸着剤並びに第二の濾過層で絡め取る様にして実現した。
【０００９】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１は、この発明の一実施例を示す側面断面図である。
図において、容器１の廃液注入口２から、例えば、微粒子、重金属イオンを含んだ廃液が、ポンプによって圧入される。第一，第二の濾過層３，４は、容器１内に設置され、吸着剤５は、第一，第二の濾過層３，４間に充填されている。
【００１０】
吸着剤５は、例えば、
【化学式１】
ＭｇＳＯ４・５Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ
で示される塩基性硫酸マグネシュウムを９４％以上と、
【化学式２】
Ｍｇ（ＯＨ）２
で示される水酸化マグネシュウムを６％以下と、
【化学式３】
ＭｇＳＯ４
で示される硫酸マグネシュウム０．５％以下とからなっており、その形状は、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状となっている。
【００１１】
また、その成分含有比率は、上記実施例のみに限らず
【化学式４】
２％≦ＭｇＳＯ４・５Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ≦９８％
【化学式５】
２％≦Ｍｇ（ＯＨ）２≦９８％
の範囲であれば良い。
即ち、ｐＨ１２以下の液中では、吸着剤５の水酸化マグネシュウム：Ｍｇ（ＯＨ）２からＯＨ−が溶出し、吸着剤５の表面は＋電位となり、第一，第二の濾過層３，４間の吸着剤５は、金属イオンが若干高くなるように構成されている。
なお、水酸化マグネシュウムからのＯＨ−の溶出に従い、吸着剤５の体積が若干減少し、吸着剤５の上端部に空隙ができ、第二の濾過層４の上端部が露出する可能性がある。
このため、塩基性硫酸マグネシュウムと水酸化マグネシュウムとは
【化学式６】
８０％≦ＭｇＳＯ４・５Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ
【化学式７】
Ｍｇ（ＯＨ）２≦２０％
であることが望ましい。
即ち、吸着剤５の金属イオンを若干高くし、かつ、ＯＨ−の溶出を持続させるためには、水酸化マグネシュウムの配合比率は高い程良く、一方、吸着剤５の形状を維持するためには、塩基性硫酸マグネシュウムの配合比率は高い程良い。
このため、図１の実施例では、［化学式６］並びに［化学式７］の範囲が望ましいが、使用目的、並びに、実施例の形態により、［化学式４］並びに［化学式５］の範囲で、その配合比率を決めれば良い。
【００１２】
次にこの動作を、図２を用いて説明する。
図２は、ポテンシャルエネルギー特性曲線図で、横軸に微粒子Ａ，Ｂの粒子間距離Ｌを、縦軸に反発力Ｐ１と引力Ｐ２とを取っている。
廃液注入口２から容器１内に、微粒子、並びに、重金属イオンを含んだ廃液が、ポンプによって圧入されると、廃液は第一の濾過層３を通過して吸着剤５に至る。吸着剤５は、粉末状、または、顆粒状、あるいは、粒状に構成されているため、その相互間隙を廃液が通過する。
吸着剤５は、水酸化マグネシュウムを含有しており、ｐＨ１２以下の廃液中では、ＯＨ−を廃液中に溶出し、吸着剤５自体、若干金属電位が高くなる。図２に示す廃液中の微粒子Ａ，Ｂは−電位であるため、吸着剤５の表面に吸引され、微粒子Ａ，Ｂ間の粒子間距離Ｌは、距離Ｌ１から距離Ｌ２以下となり、廃液中の微粒子Ａ，Ｂの相互間に引力Ｐ２が働き、お互いに凝集して約３００倍の大きな塊となる。
この大きな塊となった微粒子は、微粒子個々に対して十分目の粗い第二の濾過層４で捕捉除去される。
【００１３】
例えば、微粒子が、これまで中空糸でしか捕捉できなかった０．１μｍであっても、第二の濾過層４として、１０μｍのフイルタを用いれば除去できる。
さらに、第一の濾過層３としては、吸着剤５の、粉末状、または、顆粒状、あるいは、粒状よりも目の細かいものであればよい。
なお、吸着剤５が粉末状の場合、粉末の相互間隙が狭く、その間隙で目詰まりを発生する。この場合、吸着剤５と比重が近い、例えば、粒状の活性炭等をスペーサーとして使用して、吸着剤５の相互間隙を広くすることが出来る。
【００１４】
なおまた、逆浸透膜の目詰まりの原因となるシリカは、これまで除去不可能とされていたが、図１の実施例を用いることにより、表１の如く、逆浸透膜の目詰まり防止に十分対応し得る程度まで除去出来る。この場合、浄化対象液として井戸水を使用し、第二の濾過層４として、１０μｍのカートリッジフイルタを用いた。
【表１】
0004114091.tif 000002
さらに、海水淡水化の際、逆浸透膜の目詰まりまでの期間を延長するため、海水の濁度であるＦＩ値を３以下にするため、種々検討されているが、これまでＦＩ値を３以下にすることは出来ないとされていた。
しかしながら、図１の実施例を用いることにより、表２の如く、容易に３以下にすることが出来る。
【表２】
0004114091.tif 000003
【００１５】
また、廃液中の例えば、鉛等の重金属イオンが、吸着剤５の、粉末状、または、顆粒状、もしくは、粒状の相互間隙を通過すると、鉛イオンは、吸着剤５からの水酸基と結合して
【化学式８】
Ｐｂ＋２＋２（ＯＨ）−２  →  ＰｂＯＨ）２
に示す如く水酸化鉛となり固形化し、この固形化した微粒子は、さらに吸着剤５を通過する際、ＯＨ−基の溶出により表面が＋電位となった吸着剤５に吸引され、上述と同様に凝集して、３００倍の大きな塊となり、第二の濾過層４で捕捉除去される。
原子吸光分析装置を用いた洗濯廃水中の鉛イオンの除去状況を表３に示す。この場合、第二の濾過層４として１０μｍのカートリッジフイルタを用いた。
【表３】
0004114091.tif 000004
表３に示す如く、これまで、キレート樹脂でしか除去できないとされていた排水中の鉛イオンも、フイルタで除去することが出来、イニシャルコストにおいて１／１０以下、ランニングコストにおいて１／２０以下となる。
【００１６】
次に、図１の実施例におけるシリコン電解廃液中の重金属イオンの除去例を説明する。
図３は、シリコン電解廃液中の金属含有成分を、図４は、第二の濾過層４として１０μｍのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数３パスの浄化液の金属含有成分を、図５は、第二の濾過層４として１０μｍのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数２０パスの浄化液の金属含有成分をそれぞれ示す。
また、表４にそのデーターをまとめて示す。
【表４】
0004114091.tif 000005
表４に示す如く、ほぼ満足できるレベルまで除去されている。
但し、銅イオンは化学式９で示す如く、水中に、水酸基と結合し難い状態で存在しているため、その除去はかなり困難であり、その混在状況に左右されるが、許容レベルまで除去し得る。
【化学式９】
［Ｃｕ（Ｈ２Ｏ）４］＋２
【００１７】
図６は、この発明の他の実施例を示す側面断面図である。図において、電極６は、例えば網目状に構成され、容器１をアース電極として、例えば、＋２Ｖの直流電圧が掛けられ、電極６と容器１とで電極装置を構成している。
この電極装置により、容器１内の廃液には４．５ｍｍＡの直流電流が流れ、水素ガス、酸素ガスを発生することなく、化学式１０に示す如くＨイオンとＯＨイオンとを発生する。
【化学式１０】
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ＋  ＋  ＯＨ−
このＯＨイオンと、吸着剤５からのＯＨイオンとが、廃液中の重金属イオンと結合して、前述の如く重金属イオンを固形化し、この固形化した粒子を吸着剤５で凝集させ、大きな塊として後、第二の濾過層４で絡め取る。
このように、電極装置を設け、廃液中に強制的にＯＨイオンを発生させることにより、より効果的に重金属イオンを除去することが出来る。
【００１８】
なお、上記実施例では、電極６と容器１間に直流電圧を掛ける場合を示したが、容器１とは別個にアース電極もしくは−電極を設けてもよく、また、第一の濾過層３を網目電極として、電極６を省略してもよい。
さらに、上記実施例では、＋２Ｖの直流電圧を掛ける場合を示したが、主要なのは電圧ではなく、化学式１０で示すＯＨイオンを発生させるための電流値である。
即ち、水への通電電流値が約９．２ｍＡを超えると酸素ガスが発生し、また約２３ｍＡを超えると水素ガスが発生する。
このため、安全率を２倍とすると、４．５ｍＡ程度の通電電流が望ましく、その許容範囲は、水素ガスが発生する約２３ｍＡ迄である。
【００１９】
図７は、この発明の他の実施例を示す側面断面図である。図６の実施例と異なるところは、吸着剤５として、セルローズの粉末を使用した点である。
即ち、図６の実施例では、吸着剤５として、化学式１，２，３に示す如く、凝集能力と水酸基とを有する吸着剤を使用したが、図７の実施例のものは、吸着剤５として、第二の濾過層４の濾過助剤のみとして作用するセルローズの粉末を使用し、また、重金属イオンと結合するＯＨイオンは、網目状の電極６のみに依存しており、第一の濾過層３を電極６と併用している。
【００２０】
次に、図７の実施例を用いたシリコン電解廃液における重金属イオンの除去例を説明する。
図８は、シリコン電解廃液中の金属含有成分を、図９は第二の濾過層４として１０μｍのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数３パスの浄化液の金属含有成分を、図１０は第二の濾過層４として１０μｍのカートリッジフイルタを用い、循環濾過回数２０パスの浄化液の金属含有成分をそれぞれ示す。
また、表５にそのデーターをまとめて示す。
【表５】
0004114091.tif 000006
表５に示す如く、図７の実施例においてもほぼ満足できるレベルまで、重金属イオンは除去されている。
【発明の効果】
以上のように、［請求項１］の発明によれば、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へのＯＨ−基の溶出を利用して、吸着剤の電位を若干高くして、液体中の微粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取る様にしているため、単なるフイルタ構造で凝集濾過をすることが出来る。
［請求項２］の発明によれば、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へのＯＨ−基の溶出を利用して、吸着剤の電位を若干高くし、吸着剤の相互間隙中に液体を通過させることにより、液体中の重金属イオンを吸着剤からの水酸基と結合させて固形化し、この固形化した粒子を金属イオンが若干高い吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
［請求項３］の発明によれば、第一，第二の濾過層間に設置された水酸化マグネシュウムの液体中へ溶出したＯＨ−基と電極装置から発生するＯＨ−基とを液体中の重金属イオンと結合させて固形化し、この固形化した粒子を吸着剤に吸引し、互いに引力が作用する距離以下に近づけて凝集させ大きな塊にした後、第二の濾過層で絡め取るようにしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
［請求項４］の発明によれば、第一，第二の濾過層間にセルローズの粉末からなる吸着剤を設置し、電極装置から発生するＯＨ−基を液体中の重金属イオンと結合させて固形化し、この固形化した粒子を、吸着剤並びに第二の濾過層で絡め取るように様にしているため、単なるフイルタ構造で重金属イオンの除去が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る液体浄化装置の一実施例を示す側面断面図である。
【図２】  ポテンシャルエネルギー特性曲線図である。
【図３】  シリコン電解廃液中の金属含有成分を示す。
【図４】  図１の実施例による循環濾過回数３パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図５】  図１の実施例による循環濾過回数２０パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図６】  この発明に係る液体浄化装置の他の実施例を示す側面断面図である。
【図７】  この発明に係る液体浄化装置のさらに他の実施例を示す側面断面図である。
【図８】  シリコン電解廃液中の金属含有成分を示す。
【図９】  図７の実施例による循環濾過回数３パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【図１０】  図７の実施例による循環濾過回数２０パスの浄化液中の金属含有成分を示す。
【符号の説明】
１：容器
２：廃液注入口
３：第一の濾過層
４：第二の濾過層
５：吸着剤
【図１】
0004114091.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004114091.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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