JPS6316089A - アルカリ金属の塩または水酸化物の溶液の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、排水処理に関する。

〔先行技術および解決しようとする問題点〕水酸化ナト
リウムは、中間製品および最終製品の不純物を除去しか
つ抽出するために多くの工業で使用されている。これら
の例としては、（ｉ）綿繊維および布の力性精練 （ｉ１）びん類の洗浄 （ｉｉｉ）　　果物および野菜の皮むき（ｉｖ）紙工業
のための繊維処理がある。

これらプロセスからの排水中のカルシウム塩およびマグ
ネシウム塩の析出および再沈積を防止するために特別な
表面活性剤を使用できる。

洗浄／抽出プロセス中で化学的に消費される水酸化ナト
リウムの量は通常少量である。

次に浄化された製品から力性アルカリが洗浄され、有機
および無機不純物を含む希釈力性排水が生成される。こ
の排水処理は、排水のｐＨ値か高（、有機成分が通常多
いという点で問題がある。

典型的な処理方法としては、 中和 生物学的酸化 イオン交換 蒸発 環境への直接廃棄がある。

蒸発以外の処理方法は、力性アルカリを回収しないから
、排水はアルカリ性または塩分を含んだものとなる。南
アフリカまたは他の場所では淡水の環境の塩分度が増加
すると、水質が低下する主な原因となり、これにより再
使用の潜在性が低下するので塩分を含んだ排水は特に問
題である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の一つの特徴によれば、多価イオンおよび可溶性
および不溶性有機物および無機物を含むアルカリ金属の
塩および水酸化物の溶液を処理するための方法であって
、 （ｉ）溶液のｐＨが９よりも大きい場合、溶液のｐＨを
７〜９の範囲のｐＨに変え、 （ｉ１）　　工程（ｉ）からの溶液をろ過して０．１ミ
クロンよりも大きい寸法を有する懸濁した不溶性物質を
除去し、 Ｇｎ）　　工程（ｉ１）からのｐ液をろ過して約３００
ドルトンよりも大きい分子質量単位を有する多価イオン
および有機物を除去し、 Ｇｖ）　　陽極区画が陽イオン選択性膜により陰極区画
から分離された電解槽を用意し、 （Ｖ）　　工程（ｉｉｉ）からのＦ液を電解槽の陽極区
画へ通過させ、 （ｖｌ）電解槽へ直流電流を通してアルカリ金属イオン
をして陽イオン選択性膜を通過させて陰極区画でアルカ
リ金属水酸化物を生成させ陽極区画で酸性成分を生成さ
せる。工程から成る方法が提供される。

本発明の別の特徴によれば、有機物をアルカリ金属水酸
化物溶液で処理する方法であって、（ｉ）有機化合物を
アルカリ金属水酸化物溶液と接触させて多価イオンおよ
び可溶性および不溶性の有機物および無機物を含むアル
カリ金属水酸化物溶液を含む排水を生成させ、有機物に
水酸化物溶液を接触する、 （ｉ１）排水に酸性ガスを接触させることにより排水の
ｐＨを７〜９の範囲の値まで低減させ、（ｉｉｉ）工程
（ｉ１）からの溶液をろ過して０．１ミクロンよりも大
きい寸法を有する懸濁した不溶性物質を除去し、 趙）　工程Ｏｎ）からの濾液をろ過して３００ドルトン
よりも大きい分子質量単位を有する多価イオンおよび有
機物を除去し、 （ｖ）陽極区画が陽イオン選択性膜により陰極区画から
分離された電解槽を用意し、 （■１）工程Ｏｖ）からの涙液を電解槽の陽極区画へ通
過させ、 （９ｉｉ）　　電解槽へ直流電流を通してアルカリ金属
イオンをして陽イオン選択性膜を通過させて陰極区画で
アルカリ金属水酸化物を生成させ、陽極区画で酸性成分
を生成させ、 ＱｉｉＤ　　工程（ｉ）へアルカリ金属水酸化物を戻し
、０×）陰極区画で生成した酸性ガスを工程（ｉ１）で
排水のｐＨを低減するのに使用し、 〆）必要であればアルカリ金属が減少した溶液を陽極区
画から工程（ｉ）へ戻すことからなる方法が提供される
。

〔作　　用〕

本発明の主な用途としては、アルカリ金属水酸化物、特
に水酸化ナトリウムの処理プロセスからの排水の清浄化
がある。これらのプロセスの例としては、繊維業界で使
用される有機繊維の精練およびパルプおよび紙製品の製
造で使用される有機繊維の処理が挙げられる。本発明の
更に別の用途としては、びん類および他の物品をアルカ
リ金属水酸化物溶液で洗浄することにより生じる排水処
理が挙げられる。かかる排水はアルカリ金属水酸化物お
よび汚染物、例えばカルシウムおよびマグネシウムイオ
ンのような多価イオンおよび望んでいない可溶性および
不溶性の有機物および無機物を含む。織布に使用される
繊維の精練の際の有機物には、ペクチン、ワックス、糖
およびでんぷんが含まれる。紙または紙製品の製造に用
いられる繊維の処理の際の有機物には糖、でんぷんおよ
びリグニンが含まれる。

本発明の方法は、４つの基本的工程、すなわち必要であ
れば溶液のｐＨの低減工程、２つの濾過工程および電気
化学的工程とから成る。以下、これら工程の各々につい
てより詳細に説明することにする。

ｐＨの低減 本発明の主な用途は、１２〜１４程度のｐＨを有するア
ルカリ金属水酸化物溶液の処理である。排水中の有機物
のい（らかを凝集させて後の工程における有効な濾過お
よびナノフイルトレーシヨン膜（使用する場合）の寿命
を保証するようかかる溶液のｐＨを７〜９の範囲に低減
する必要がある。

この溶液を便宜には例えば吸収塔において酸性ガスと接
触させることによりｐＨを低減できる。酸性ガスは、塩
素または二酸化炭素でよいが、二酸化炭素が好ましい。

酸性ガスが塩素である場合、ｐＨは７〜９の範囲の値へ
低減することが好ましいが、酸性ガスが二酸化炭素であ
る場合、ｐＨは８−０５〜９の範囲の値まで低減するこ
とが好ましい。

酸性ガスとして二酸化炭素が好ましいが、この理由兜、
塩素ではある条件下で危険となることがあり、二酸化炭
素を用いる場合稼動コストが低く、塩素ガスを用いる場
合、耐塩素性装置を用いなければならなく、塩素系を用
いる電気分解中の陽極液の減耗（濃度低下）は、はんの
一部でしかでないので塩素ガスを用いた資金コストは高
くなる傾向があるからである。

濾過 最初の濾過は、溶液すなわち排水中に存在するコロイド
状およびより大きい粒子を除去する。・使用できる典型
的濾過方法としては、マイクロフィルトレージョン、特
てクロス流のマイクロフィルトレージョン、サンドフィ
ルトレージョンおよびマルチメディアフィルトレージョ
ンがある。

クロス流マイクロフィルトレーンヨンカ好マしい方法で
ある。この方法でシま、懸濁用液体が膜（濾過媒体）を
通過して移動するのに適した流れ条件下で懸濁体または
コロイドは濾過媒体の表面上を通過し、濃縮された懸濁
液をろ過膜（媒体）表面上に強制対流させて濾過装置か
ら流出させる。濾過媒体としては、微小多孔質膜、多孔
質のセラミック製、プラスチック製または金属性のチュ
ーブまたは織物ホースであることができる。

第２０ｐ過工程では、大きな有機分子および多価イオン
、例えばマグネシウム、カルシウム、鉄、アルミニウム
または不溶性水酸化物または炭酸塩を形成する他の多価
イオンを除去する。

使用する特定技術は、市販のナノフイルトレーシヨン膜
、例えばフィルムチック（Ｆｉｌｍ　Ｔｅａ）社により
商標名ＦＴ４０で販売されている膜を使用したナノフイ
ルトレーシヨン法（または帯電限外濾過法）である。こ
れら膜は、約３００ドルトンを越える分子質量単位を有
する有機物および多価イオンの高除去率を呈する。

電解槽の陽極区画に進入した塩化物または炭酸塩溶液は
、ヂ過およびすでに溶液に対して実施された他の工程に
より低濃度の汚染物すなわち望ましくない物質を含有す
ることになる。槽の電極に電圧を印加することにより電
解槽に直流電流が流され、アルカリ金属イオンは膜を通
過して陰極区画へ進入する。

陽極区画では、酸性ガスすなわち塩素ガスまたは二酸化
炭素ガスのいずれかが生成し、ならびに減耗した塩水、
すなわち低濃度の溶解した重炭酸塩または場化物を含み
、７゜５以下のｐＨを有する溶液を生ずる。再生された
酸性ガスは、プロセス中のｐ）（低減工程で使用できる
。

陰極区画では、アルカリ金属水酸化物が生成する。この
区画で生じるアルカリ金属水酸化物溶液の濃度は一般に
５〜２０重ｔ％である。このアルカリ金属水酸化物は、
最初の接触工程へ戻すことができる。

この工程で使用する電流密度は、陽極区画の塩溶液濃度
および電解槽の特性に応じて変化する。塩溶液濃度が大
きげれば大きい程使用できる電流密度は大きくできる。

所定の容量では、槽の膜、陽極および陰極の面積は電流
密度に直接比例する。従って、陽極区画へ導入される塩
溶液中のアルカリ金属の濃度が１１あたり少な（とも１
０ｇとすることが好ましい。塩溶液中のアルカリ金属の
ある基本濃度（バックグラウンドレベル）を保証すると
、電解槽中の必要な膜面積を低減できるという利点が得
られる。

次に添附した工程図を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。この工程図を参照すると、精練サチュレー
タ内に綿のような織物繊維が導入され、このサチュレー
タにて繊維に水酸化ナトリウム溶液が飽和される。この
精練サチュレータから繊維は精練洗浄工程へ送られる。

洗浄済みの布または繊維が取除かれて、精練排水（例え
ばｐＨ１４、ＮａＯＨ２０Ｅ／ｌおよび有機物等の不純
物）が生じる。この精練排水は中和工程へ送られ、この
工程では吸収塔内で酸性ガスと接触される。中和された
排水（ｐＨ７，５−８，５，ナトリウム塩３０〜ａ　ｏ
　Ｉ／ｌ　）はクロスフローミクロフィルトＶ−ション
工程にかけられてコロイド状およびより大きい懸濁粒子
が除去され、その後で約６００ドルトンより大きい分子
質量単位を有する多価イオンおよび有機物がナノフイル
トレーシヨン工程において除去される。酸性ガスが塩素
の場合、ナノフイルトレーシヨンの上流にてろ液に還元
剤が添加される。

浄化された排水（ナトリウム塩３０〜ａ　ｏ　９／ｌ）
・は電解槽へ送られ、ここで電気分解される。ナトリウ
ムイオンは陽イオン選択膜を通過する。

陽極区画では酸性ガスが発生し、同時に陰極区画では水
酸化す）　ＩＪウムが生成する。水酸化ナトリウム’ｔ
ｔ、ＮａＯＨリサイクルループな通して濃縮され、その
一部は精練サチュレータで使用するため取出される。発
生した酸性ガス＆家中和工程へ送られる。更に陽極区画
では、減耗塩水ＣｐＨ４〜７、ナトリウム塩約ｏ、ｌ／
Ａりも発生するが、この塩水は精練洗浄工程へ送られる
。

このプロセスは一連の閉ループで行なわれろこと、およ
び廃棄される廃禁物は２つのフィルトレージョン（？７
”過）工程から生じるにすぎないことが理解されよう。

この廃棄物は容易に廃棄できるものである。

工程図に示されたプロセスは、絹精練排水処理に使用さ
れたものである。下記の表Ｉに精練排水の典型的組成を
示した。

表　　　１ ｐＨ１１５ 導電率　　　　　　　（Ｓ／ｍ）　　　５．０−９．０
全炭素量　　　　　　Ｕ／ｌ）　　　２．０−４．０無
機炭素量　　　　　Ｃ１ｌ／ｌ）　　　０．１−０．４
有機炭素量　　　　　Ｃｊｊ／ｌ）　　　１．ｑ−３，
６化学的酸素要求量　　（９／Ａ）　　　ａ、ｏ−ｓ。

ナトリウム　　　　　Ｃｇ／ｌ）　　　４．０−１５カ
ルシウム　　　　　（ｍＩ／１）１０−８０マグネシウ
ム　　　　（ｍｇ／Ａり　　　１．０　２０炭酸塩　　
　　　　　Ｃ９／ｌ）　　　１．ａ−ｓ、ａ水酸化物　
　　　　　（ｆｉ／ｌ）　　　２．ｏ−１１全固形分　
　　　　　Ｃ９７１）　　　１５−５０温　　度　　　
　　　　　　　　（’Ｃ）　　　　　　１ｏｏ。

表■の炭酸塩系での種々の工程中で使用される吸収塔、
フィルタおよび電解槽の特性を示す二表　　　■ 装置　　　備　考　　　寸法 吸収塔　　　プラスチックサドルを充填　直径：　１４
０　ｍｍした円筒形のパースペック　高さ：　１．５　
ｍス（商標名ポリメチルメタ クリレート）塔 クロスフロー　らせん形に配置されたポリ　直径：１２
ｍｍマイクロフイ　エステルの織物製チューブ　全膜面
積：ルタ　　　　　入口圧カニ２５０ｋＰａ　　　　　
　０．４５ｍ２圧力低下：　Ｉ　Ｇ　ＯｋＰａ 装入速度：１．５ｍ／秒 ナノフィルタ　フィルムチックＦＴ４０　　　　全膜面
積：のらせん形ラップ　　　　　　０．５６　ｍ２膜 作動圧カニ１．６ＭＰａ 作動温度：４５℃以下 電解槽　　　　スチートレイ（ｓｔｅｅｔｌｅｙ）ＤＥ
Ｍ　Ｄ２槽（ｐｖａフレーム製） 陽極：貴金属酸化物 で被覆したチタン　　０．０５ｍ　Ｘ２陰極：ステンレ
ススチーｋ　　　　Ｏ，０５ｍ　　Ｘ２膜：デュポン社
製 ナフィオン３２４　　　　０．０５ｍ　Ｘ２最高作動温
度＝５５℃ 電圧：槽ごとに４〜１２Ｖ 電流：３００Ａまで （６０００Ａ／ｍ２） 高陽極電解液濃度（ｉ５のｚ７Ｎａ＋）かう低陽極電解
液濃度（ｏ　、　２１／ＩＮａ”）までのパッチ操作 陰極電解液濃度： １００〜２００１／ｌ　ＮａＯＨ 容　量　　　　１５０１精練排水／日 １００〜２００９／ｌ溶液として １００％ＮａＯＨ３ｋｌ？／日 １３５１減耗塩水 ７５１８４ｏｄ）Ｈ２ガス ６００ＩＩ（４２０１）ｏ２ガス 下記の表ｍには代表的精練排水に対し炭酸塩系な使用す
る本発明の実施による処理効果を示す。

上記の表では、ＣＦＭＦはクロスフローマイクロフイル
トレージョン工程を示し、他方ＮＦはナノフイルトレー
シヨン工程を示す。

上記より二酸化炭素による中和は、水酸化物排水を重炭
酸塩溶液に変換し、排水のｐＨを１３．５から８．６へ
低下させたことが理解されよう。

平均して、クロスフローマイクロフィルトレーショ／は
、中和された排水から約２７％の固形物、５３％のカル
シウム、３７％のマグネシウムを除去した。化学的酸素
要求量は６１％だけ低下したが、二重炭酸す）　ＩＪウ
ムの大きな除去はなかった。

ナノフイルトレーシヨンは、約１０％の化学的酸素要求
量、装置への装入原料中に最初に存在したナトリウム塩
の９０％、およびカルシウムおよびマグネシウムの４０
％を含む無色の透過液すなわち涙液を生成した。プロセ
ス中膜表面には附着物が生じることはなかった。

組合わせた前処理シーケ：ｌスでは精練排水の化学的酸
素要求量を８６％だけ低下させ、６５％のカルシウムお
よび有機物および５０％のマグネシウムを除去した。前
処理中の濃縮液では、約１０％のナトリウム塩しか失な
われなかった。

ナノフイルトレーシヨンシ液を電気分解すると、５００
　ｍｌ！／ｌ　　の最小全固形分濃度を有する無色の減
耗塩水および濃縮された水酸化ナトリウム溶液が生じた
。電気分解により、ナノフイルトレーシヨンｐ液の重炭
酸ナトリウム濃度が２０ｇμから０．５１／ｌへ低下し
た。電解槽への装入原料溶液中に存在する約９５％のす
）　ＩＪウムが水酸化ナトリウムとして回収された。

電解槽で前処理済み精練排水から水酸化ナトリウムを回
収するための電流効率は平均して７０〜９０％であった
。作動電流密度は３００Ａ／ｃｒｎ２〜１２００　Ａ／
ｍ２　　に維持し、温度はＡ　Ｏ’〜５０°　に平衡状
態で維持できた。

二酸化炭素の代わりに塩素ガスを使用した以外は工程図
に示したのと同じプロセスを使用した場合の代表的精練
排水に対する効果を下記の上記したプロセスの各々では
、精練溶液として水酸化ナトリウムを使用した。これら
プロセスは、精練溶液として水酸化カリウムを使用して
実施したが、同じような結果が得られた。

図示したプロセスでは、電気分解のための塩濃度が過度
に低い場合には２つのｐ過工程の間またはこれら工程の
後に逆浸透圧行程を導入することによってかかる濃縮を
行ってもよい。同様に減耗した塩水を濃縮したい場合、
この溶液を逆浸透圧行程に通過させて電解槽へのリサイ
クルのためより濃縮された塩水を生成させたり、再使用
のため高品質の水を生成できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施態様の工程図である。 手続補正書 昭和６２年　７月２９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多価イオンおよび可溶性および不溶性有機物および
   無機物を含むアルカリ金属の塩または水酸化物の溶液を
   処理するための方法において、 （ｉ）溶液のｐＨが９よりも大きい場合には、溶液のｐ
   Ｈを７〜９の範囲内のｐＨに変え、（ｉｉ）工程（ｉ）
   からの溶液をろ過して０．１ミクロンよりも大きい寸法
   を有する懸濁した不溶 性物質を除去し、 （ｉｉｉ）工程（ｉｉ）からの濾液をろ過して３００ド
   ルトンよりも大きい分子質量単位を有する多 価イオンおよび有機物を除去し、 （ｉｖ）陽極区画が陽イオン選択性膜により陰極区画か
   ら分離された電解槽を用意し、 （ｖ）工程（ｉｉｉ）からの濾液を電解槽の陽極区画へ
   通過させ、 （ｖｉ）電解槽に直流電流を通してアルカリ金属イオン
   を陽イオン選択性膜を通過させて陰 極区画でアルカリ金属水酸化物を生成させ、陽極区画で
   は酸性成分を生成させる工程か らなる多価イオンおよび可溶性および不溶 性有機物および無機物を含むアルカリ金属 の塩または水酸化物の処理方法。 ２、溶液が９よりも大きいｐＨを有し、この溶液を酸性
   ガスで処理してｐＨを７〜９の範囲内の値へ低減する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、酸性ガスが二酸化炭素である特許請求の範囲第２項
   記載の方法。 ４、酸性ガスが塩素である特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ５、工程（ｉｉ）で使用するろ過方法がクロスフローマ
   イクロフイルトレーシヨン法である特許請求の範囲第１
   項から第４項までのいずれか１項記載の方法。 ６、工程（ｉｉｉ）で使用する濾過方法がナノフイルト
   レーシヨン法である特許請求の範囲第１項から第５項ま
   でのいずれか１項記載の方法。 ７、溶液中の多価イオンがマグネシウムイオンとカルシ
   ウムイオンからなる特許請求の範囲第１項から第６項ま
   でのいずれか１項記載の方法。 ８、有機物がペクチン、ワックス、糖およびでんぷんの
   少なくとも１種を含む特許請求の範囲第１項から第７項
   までのいずれか１項記載の方法。 ９、有機物が糖でんぷんおよびリグニンを含む特許請求
   の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法
   。 １０、アルカリ金属塩が炭酸塩または塩化物である特許
   請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の
   方法。 １１、溶液がアルカリ金属水酸化物の溶液である特許請
   求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項記載の
   方法。 １２、アルカリ金属がナトリウムである特許請求の範囲
   第１項から第１１項までのいずれか１項記載の方法。 １３、有機物をアルカリ金属水酸化物溶液で処理する方
   法において、 （ｉ）有機物をアルカリ金属水酸化物溶液と接触させて
   、多価イオンおよび可溶性および 不溶性の有機物および無機物を含有するア ルカリ金属水酸化物溶液を含む排水を生成 させ、 （ｉｉ）排水に酸性ガスを接触させることにより排水の
   ｐＨを７〜９の範囲の値まで低減さ せ、 （ｉｉｉ）工程（ｉｉ）からの溶液を濾過して０．１ミ
   クロンよりも大きい寸法を有する懸濁した不溶 性物質を除去し、 （ｉｖ）工程（ｉｉｉ）からの濾液を濾過して３００ド
   ルトンよりも大きい分子質量単位を有する 多価イオンおよび有機物を除去し、 （ｖ）陽極区画が陽イオン選択性膜により陰極区画から
   分離された電解槽を用意し、 （ｖｉ）工程（ｉｖ）からの濾液を電解槽の陽極区画へ
   通過させ、 （ｖｉｉ）電解槽に直流電流を通してアルカリ金属イオ
   ンをして陽イオン選択性膜を通過させ て陰極区画でアルカリ金属水酸化物を生成 させ陽極区画で酸性成分を生成させ、 （ｖｉｉｉ）アルカリ金属水酸化物を工程（ｉ）へ戻し
   、（ｉｘ）陰極区画で生成した酸性ガスを工程（ｉｉ）
   の排水のｐＨを低減するのに使用することか らなる有機物をアルカリ金属水酸化物溶液 で処理する方法。 １４、工程（ｉ）が織物に使用する有機繊維の精練工程
   を含む特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５、工程（ｉ）がパルプおよび紙製品を製造するのに
   有用な繊維の処理を含む特許請求の範囲第１３項記載の
   方法。 １６、酸性ガスが二酸化炭素である特許請求の範囲第１
   ３項から第１５項までのいずれか１項記載の方法。 １７、酸性ガスが塩素である特許請求の範囲第１３項か
   ら第１５項までのいずれか１項記載の方法。 １８、工程（ｉｉｉ）で使用する濾過がクロスフローマ
   イクロフイルトレーシヨンである特許請求の範囲第１３
   項から第１７項までのいずれか１項記載の方法。 １９、工程（ｉｖ）で使用する濾過方法がナノフイルト
   レーシヨンである特許請求の範囲第１３項から第１８項
   までのいずれか１項記載の方法。 ２０、排水中の多価イオンがマグネシウムおよびカルシ
   ウムイオンを含む特許請求の範囲第 １３項から第１９項までのいずれか１項記載の方法。 ２１、アルカリ金属水酸化物が、水酸化ナトリウムであ
   る特許請求の範囲第１３項から第２０項までのいずれか
   １項記載の方法。