(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸、塩酸等の鉱酸成分とホウ酸とを含む混酸中の鉱酸を回収する方法であって、
少なくとも陰イオン交換膜を有する電気透析装置を用い、
該電気透析装置における透析槽の内部を前記陰イオン交換膜により陰極を設置した陰極室と陽極を設置した陽極室とに仕切り、
前記混酸をｐＨ５以下としてホウ酸がイオンに解離していない状態で前記陰極室に導入し、
前記鉱酸成分の陰イオンを、前記陰イオン交換膜を透過させて前記陽極室に移行させて、該陽極室に導入されたキャリア液に伴わせて鉱酸濃縮液として取り出す
ことを特徴とするホウ酸と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法。
【請求項２】
硫酸、塩酸等の鉱酸成分とホウ酸とを含む混酸中の鉱酸を回収する方法であって、
陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜により、陰極を有する陰イオン交換膜側の陰極室、陽極を有する陽イオン交換膜側の陽極室及び陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とに挟まれた濃縮室の３室を区画形成した電気透析装置を用い、
前記混酸をｐＨ５以下としてホウ酸がイオンに解離していない状態で前記陰極室及び陽極室のいずれか一方の室内を経て他方の室内に導入し、
前記陰極室で鉱酸成分の陰イオンを、前記陽極室で鉱酸中に存在する陽イオン不純物を前記濃縮室にそれぞれ移行させることで、前記陰極室及び陽極室にホウ酸を残留させ、
前記濃縮室に移行された陰イオン及び陽イオン不純物を、前記濃縮室に流入する混酸により押し出して取り出す
ことを特徴とするホウ酸と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法。
【請求項３】
前記混酸は、ホウ素成分を吸着したキレート材を、硫酸、塩酸等の鉱酸で再生したときに発生する廃混酸であることを特徴とする請求項１又は２記載のホウ酸と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法。
【請求項４】
前記廃混酸から回収した鉱酸を、前記キレート材の再生に再利用することを特徴とする請求項３記載のホウ酸と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホウ酸（ホウ酸塩を含む）と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法に関し、特に、産業廃水、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ホウ素成分を吸着除去するために使用したキレート材を再生処理する際に発生する廃混酸や、生産過程で発生するホウ酸を含む混酸から鉱酸を回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。現在、ホウ素は有害物質として水質汚濁防止法で規制されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ホウ素を含んだ廃水は、アルカリ側で凝集沈澱を行って除去しているが、鉱酸等が混合されている場合は、中和するためアルカリ剤が膨大になり、処理コストが高い等の問題がある。また、低濃度のホウ素溶液に対しては、イオン交換樹脂やキレート材を用いてホウ素成分を吸着し、廃水中から除去することが行われているが、ホウ素成分を吸着したイオン交換樹脂や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、イオン交換樹脂やキレート材に吸着したホウ素成分を鉱酸水溶液中に溶解させることによってイオン交換樹脂やキレート材を再生し、再生後にホウ素成分の吸着除去に再利用することが行われている。しかし、再生処理に使用して排出される鉱酸水溶液（廃混酸）を処理することも同様にコストが高いという問題がある。
【０００４】
これらの廃混酸中のホウ酸と鉱酸とを効率よく分離できれば、廃混酸中の鉱酸をイオン交換樹脂やキレート材の再生用や、生産工程に戻して再利用できるとともに、ホウ酸を精製することにより、これをホウ酸、ホウ素含有物の原料として利用することが容易になる。
【０００５】
そこで本発明は、ホウ酸と鉱酸とが混合した混酸中のホウ酸を効率よく分離して鉱酸を回収することができる方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のホウ酸と鉱酸との混酸から鉱酸を回収する方法は、第１の構成として、硫酸、塩酸等の鉱酸成分とホウ酸とを含む混酸中の鉱酸を回収する方法であって、少なくとも陰イオン交換膜を有する電気透析装置を用い、該電気透析装置における透析槽の内部を前記陰イオン交換膜により陰極を設置した陰極室と陽極を設置した陽極室とに仕切り、前記混酸をｐＨ５以下としてホウ酸がイオンに解離していない状態で前記陰極室に導入し、前記鉱酸成分の陰イオンを、前記陰イオン交換膜を透過させて前記陽極室に移行させて、該陽極室に導入されたキャリア液に伴わせて鉱酸濃縮液として取り出すことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明方法の第２に構成は、硫酸、塩酸等の鉱酸成分とホウ酸とを含む混酸中の鉱酸を回収する方法であって、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜により、陰極を有する陰イオン交換膜側の陰極室、陽極を有する陽イオン交換膜側の陽極室及び陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とに挟まれた濃縮室の３室を区画形成した電気透析装置を用い、前記混酸をｐＨ５以下としてホウ酸がイオンに解離していない状態で前記陰極室及び陽極室のいずれか一方の室内を経て他方の室内に導入し、前記陰極室で鉱酸成分の陰イオンを、前記陽極室で鉱酸中に存在する陽イオン不純物を前記濃縮室にそれぞれ移行させることで、前記陰極室及び陽極室にホウ酸を残留させ、前記濃縮室に移行された陰イオン及び陽イオン不純物を、前記濃縮室に流入する混酸により押し出して取り出すことを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明方法は、前記第１、第２の構成において、前記混酸が、ホウ素成分を吸着したキレート材を、硫酸、塩酸等の鉱酸で再生したときに発生する廃混酸であることを特徴とし、加えて、前記廃混酸から回収した鉱酸を、前記キレート材の再生に再利用することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法によって鉱酸を回収するための装置構成の第１形態例を示す概略図である。この鉱酸回収装置は、透析槽１０の内部を陰イオン交換膜１１により仕切って一方に陽極１２を設置した陽極室１３を、他方に陰極１４を設置した陰極室１５をそれぞれ設けるとともに、陰極室１５に混酸流入経路１６及びホウ酸精製液流出経路１７を、陽極室１３にキャリア液流入経路１８及び鉱酸濃縮液流出経路１９を、それぞれ設けたものである。
【００１０】
ホウ酸を含む混酸の水溶液は、混酸流入経路１６から陰極側の陰極室１５内に流入し、陽極１２及び陰極１４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−）は、陰イオン交換膜１１を透過して陽極室１３に移動する。陽極室１３に移動した鉱酸成分の陰イオンは、キャリア液流入経路１８から導入されるキャリア液に伴われて鉱酸濃縮液流出経路１９から取り出される。このとき、キャリア液の流量を、混酸の流量より小さくすれば、混酸よりも濃度の高い鉱酸溶液を得ることができる。具体的には、キャリア液の流量を、混酸の流量の８０％以下、特に５０％以下にすることが好ましい。ホウ酸分離後の鉱酸成分は、キレート材再生用や、生産工程用等の鉱酸水溶液として再利用することができる。
【００１１】
一方、陰極室１５内のｐＨをホウ酸がホウ酸イオンに解離しないｐＨ５以下に保つようにしておくことにより、ホウ酸（ホウ酸イオン）が陽極室１３に移動することが無くなるので、ホウ酸は、陰極室１５内に留まって精製され、ホウ酸精製液流出経路１７から取り出すことができる。精製したホウ酸水溶液は、鉱酸等の不純物が少ないため、ホウ素原料としての利用が容易である。
【００１２】
なお、キャリア液流入経路１８から陽極室１３内に流入するキャリア液は、電気透析開始時において所定の電気伝導度を得られる液ならばよく、通常運転時には水であってもよく、混酸や鉱酸の水溶液を使用することも可能である。
【００１３】
図２は本発明方法を実施するための装置構成の第２形態例を示すホウ酸分離装置の概略図である。このホウ酸分離装置は、透析槽２０の内部をカチオン交換膜２１とアニオン交換膜２２とにより、カチオン交換膜２１側で陽極２３を有する陽極室２４と、アニオン交換膜２２側で陰極２５を有する陰極室２６と、カチオン交換膜２１とアニオン交換膜２２とに挟まれた濃縮室２７との三室に区画するとともに、前記陽極室２４に混酸流入経路２８を、前記陰極室２６にホウ酸精製液流出経路２９を、陽極室２４と陰極室２６との間に連絡経路３０を、そして、前記濃縮室２７に濃縮液流出経路３１及びキャリア液流入経路３２を、それぞれ設けたものである。なお、本例では、キャリア液流入経路３２は、混酸流入経路２８から分岐させているが、別の経路から任意の液体を流入させることができる。
【００１４】
このような構成のホウ酸分離装置において、混酸流入経路２８から陽極室２４に流入したｐＨ５以下の混酸水溶液中の陽イオン、例えばナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンをはじめとする各種金属イオン３３は、陰極２５側に引き寄せられることにより、カチオン交換膜２１を通過して濃縮室２７に移動する。
【００１５】
陽極室２４で陽イオン低減処理が行われた陽極室処理水は、前記連絡経路３０を通って陰極室２６に流入する。この陰極室２６では、陽極室処理水中に存在する塩素イオンや硫酸イオン、炭酸イオン等の陰イオン３４が陽極２３側に引き寄せられることにより、アニオン交換膜２２を通過して濃縮室２７に移動する。
【００１６】
したがって、イオンに解離していないホウ酸は、陽極室２４及び陰極室２６のいずれでも濃縮室２７に移動することはなく、両室２４，２６で非透過液側に残留する。すなわち、陰極室２６からホウ酸精製液流出経路２９に流出する液体は、陽極室２４で陽イオン３３が除去され、陰極室２６で陰イオン３４が除去されることにより、イオンに解離していないホウ酸が精製された液となる。また、濃縮室２７に移動した陽イオン３３及び陰イオン３４は、キャリア液流入経路３２から濃縮室２７に流入する混酸によって濃縮液流出経路３１に押し出される。
【００１７】
なお、陽極室２４にはカチオン交換樹脂を、陰極室２６にはアニオン交換樹脂をそれぞれ充填しておくこともできる。このようなイオン交換樹脂を使用すると、陰極室２６では、廃混酸中の陰イオンがまずアニオン交換樹脂に捕捉される。次に、陰極２５で発生するＯＨ−イオンによってアニオン交換樹脂に捕捉された陰イオンが置換され、濃縮室２７に移動する。陽極室２４でも同様に、廃混酸中の陽イオンがまずカチオン交換樹脂に捕捉され、陽極２５で発生するＨ＋イオンによってカチオン交換樹脂に捕捉された陽イオンが置換され、濃縮室２７に移動する。これにより、得られるホウ酸精製液中の不純物量が著しく減少し、また電気透析の処理速度を上げることができる。
【００１８】
図３は、本発明方法を、廃水中のホウ酸イオンをキレート材によって除去するための水処理設備に適用した例を示す概略系統図である。この水処理設備は、廃水流入経路５１から流入する廃水と、キレート材流入経路５２から流入するキレート材とを反応槽５３で混合してキレート材にホウ酸イオンを吸着させた後、分離槽５４の固液分離手段５５でキレート材を分離することによって処理水流出経路５６からホウ酸イオンを除去した廃水を得るようにしたものである。なお、キレート材を複数用いることにより、他の金属イオン等を同時に廃水中から除去することが可能である。
【００１９】
ホウ酸イオンを吸着したキレート材は、分離槽５４から再生経路５７を経て再生槽５８に流入し、再生液流入経路５９から流入するキレート材再生用の鉱酸水溶液と接触することにより、吸着していたホウ酸イオンを鉱酸中に放出して再生される。再生後のキレート材は、アルカリ等の洗浄液で中和処理が行われ、固液分離手段６０で洗浄液を分離した後、前記キレート材流入経路５２を通って前記反応槽５３に再流入する。
【００２０】
再生槽５８でキレート材から放出されたホウ酸イオンは、鉱酸水溶液中に溶解した状態となり、この鉱酸水溶液をｐＨ５以下に調整することにより、ホウ酸分子として液中に存在する状態となる。このようにホウ酸を含んだ状態の鉱酸水溶液（廃混酸）は、廃混酸再生経路６１を通り、前記図１に示したようなホウ酸分離装置における透析槽１０の陰極室１５内に流入する。
【００２１】
そして、前述のような陽極１２及び陰極１４による電場の作用によって廃混酸中の鉱酸イオンが陽極室１３に移動し、陰極室１５にホウ酸が分離精製されてホウ酸精製液流出経路１７から取り出される。また、廃混酸の一部は、キャリア液流入経路１８に分岐して陽極室１３に流入し、陰イオン交換膜１１を通過して陽極室１３に移動した鉱酸イオンを伴って前記再生液流入経路５９から再生槽５８に再流入する。
【００２２】
このように、キレート材再生後の廃混酸からホウ酸を分離することにより、鉱酸成分をキレート材の再生用として再利用することができる。また、ホウ酸分離装置として、前記図２に示した装置を使用することにより、キレート材に吸着されて再生時に鉱酸（混酸）中に溶解した金属イオンをホウ酸精製液中から除去することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、キレート材を再生するために使用した後の鉱酸水溶液や、生産過程で発生するホウ酸を含む混酸中に溶解しているホウ酸を容易に分離除去することができるので、ホウ酸分離後の鉱酸水溶液をキレート材再生用や、生産工程に繰り返し利用することができる。また、ホウ酸精製液中にホウ酸を純粋なかたちで取り出すことができるので、ホウ酸の再利用も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を実施するための装置構成の第１形態例を示す概略図である。
【図２】  本発明方法を実施するための装置構成の第２形態例を示す概略図である。
【図３】  本発明方法を、廃水中のホウ酸イオンをキレート材によって除去するための水処理設備に適用した例を示す概略系統図である。
【符号の説明】
１０…透析槽、１１…陰イオン交換膜、１２…陽極、１３…陽極室、１４…陰極、１５…陰極室、１６…混酸流入経路、１７…ホウ酸精製液流出経路、１８…キャリア液流入経路、１９…鉱酸濃縮液流出経路、２０…透析槽、２１…カチオン交換膜、２２…アニオン交換膜、２３…陽極、２４…陽極室、２５…陰極、２６…陰極室、２７…濃縮室、２８…混酸流入経路、２９…ホウ酸精製液流出経路、３０…連絡経路、３１…濃縮液流出経路、３２…キャリア液流入経路、３３…金属イオン（陽イオン）、３４…陰イオン、５１…廃水流入経路、５２…キレート材流入経路、５３…反応槽、５４…分離槽、５５…固液分離手段、５６…処理水流出経路、５７…再生経路、５８…再生槽、５９…再生液流入経路、６０…固液分離手段、６１…廃混酸再生経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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