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公開番号2025175762
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024082007
出願日2024-05-20
発明の名称フッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法及び装置
出願人栗田工業株式会社
代理人個人,個人
主分類C02F 1/469 20230101AFI20251126BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】フッ化物イオン及びカチオン、例えばアンモニウムイオン含有水から電気再生式イオン交換装置を用いてフッ化物イオンとカチオンを分離回収する方法、及び装置において、電気再生式イオン交換装置の経時的な電圧上昇を抑制し、フッ化物イオン及びカチオンを十分に分離できるようにする。
【解決手段】フッ化物イオン及びカチオン、例えばアンモニウムイオン含有水を電気再生式イオン交換装置の被処理水室に通水してフッ化物イオンとカチオンとを分離するフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法及び装置。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
フッ化物イオン及びカチオン含有水を電気再生式イオン交換装置の被処理水室に通水してフッ化物イオンとカチオンとを分離する工程を有するフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記フッ化物イオン及びカチオン含有水を電気透析装置で処理する工程を有し、この電気透析装置の処理水を前記電気再生式イオン交換装置の被処理水室に通水する請求項１のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項３】
前記カチオンは、アンモニウムイオンである請求項１又は２に記載のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項４】
前記フッ化物イオン及びカチオン含有水のフッ化物塩濃度が５ｍｇ／Ｌ以上且つ５０００ｍｇ／Ｌ以下であるか、又は、前記フッ化物イオンの濃度が３ｍｇ／Ｌ以上且つ３０００ｍｇ／Ｌ以下である請求項１に記載のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項５】
前記カチオンは、アンモニウムイオンであり、
前記フッ化物塩濃度は、フッ化アンモニウム濃度である請求項４に記載のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項６】
前記電気再生式イオン交換装置は、陽極と陰極との間に、カチオン交換膜と、アニオン交換膜とを交互に配置して陽極室、酸性水取出室、被処理水室、アルカリ性水取出室及び陰極室を形成するとともに、
該被処理水室には、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とのミックス樹脂が充填され、
該酸性水取出室には、前記ミックス樹脂又はアニオン交換樹脂が充填され、
該アルカリ性水取出室には、前記ミックス樹脂又はカチオン交換樹脂が充填されたものである請求項１のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項７】
前記電気再生式イオン交換装置は、陽極と陰極との間にカチオン交換膜と、アニオン交換膜及びバイポーラ膜を配置して、陽極に沿う陽極室及び陰極に沿う陰極室を形成するとともに、該陽極室と陰極室との間に１組又は２組以上の酸性水取出室、被処理水室及びアルカリ性水取出室を形成し、
該被処理水室には、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とのミックス樹脂が充填され、
該酸性水取出室には、前記ミックス樹脂又はアニオン交換樹脂が充填され、
該アルカリ性水取出室には、前記ミックス樹脂又はカチオン交換樹脂が充填されたものである請求項１のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項８】
前記電気再生式イオン交換装置は、陽極と陰極との間にカチオン交換膜、アニオン交換膜及びバイポーラ膜のうち少なくともアニオン交換膜と、バイポーラ膜と、を配置して、陽極に沿う陽極室及び陰極に沿う陰極室を形成するとともに、該陽極室と陰極室との間に１組又は２組以上の酸性水取出室及びアルカリ性水取出室を形成し、
該アルカリ性水取出室にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とのミックス樹脂を充填したものである請求項１のフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理方法。
【請求項９】
フッ化物イオン及びカチオン含有水を処理してフッ化物イオンとカチオンとを分離するための電気再生式イオン交換装置を有するフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理装置であって、
前記電気再生式イオン交換装置は、陽極と陰極との間に、カチオン交換膜と、アニオン交換膜とを交互に配置して陽極室、酸性水取出室、被処理水室、アルカリ性水取出室及び陰極室を形成するとともに、
該被処理水室には、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とのミックス樹脂が充填され、
該酸性水取出室には、前記ミックス樹脂又はアニオン交換樹脂が充填され、
該アルカリ性水取出室には、前記ミックス樹脂又はカチオン交換樹脂が充填されたものであるフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理装置。
【請求項１０】
フッ化物イオン及びカチオン含有水を処理してフッ化物イオンとカチオンとを分離するための電気再生式イオン交換装置を有するフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理装置であって、
前記電気再生式イオン交換装置は、陽極と陰極との間にカチオン交換膜、アニオン交換膜及びバイポーラ膜を配置して、陽極に沿う陽極室及び陰極に沿う陰極室を形成するとともに、該陽極室と陰極室との間の１組又は２組以上の酸性水取出室、被処理水室及びアルカリ性水取出室を形成し、
該被処理水室には、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とのミックス樹脂が充填され、
該酸性水取出室には、前記ミックス樹脂又はアニオン交換樹脂が充填され、
該アルカリ性水取出室には、前記ミックス樹脂又はカチオン交換樹脂が充填されたものであるフッ化物イオン及びカチオン含有水の処理装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はフッ化物イオン及びカチオン、例えばアンモニウムイオン含有水の処理方法及び装置に係り、詳しくは、電気再生式イオン交換装置を用いてフッ化物イオンとカチオン、例えばアンモニウムイオンが共存する水からフッ化物イオンとカチオン、例えばアンモニウムイオンを分離する方法及び装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電子産業等において、フッ化アンモニウム水、あるいはバッファードフッ酸水は、半導体等の電子デバイスのエッチングに使用されている。フッ素やアンモニアはそれぞれが貴重な資源であることから、フッ化アンモニウム含有廃液からの回収が期待されている。一般的な回収方法として、アンモニウムイオンと当モル以上の水酸化ナトリウムを添加して、アンモニアを気相中に移動させた後、水酸化カルシウム、あるいは塩化カルシウムを添加してフッ化物イオンをフッ化カルシウムとして析出させる方法がある。この方法には、大量の水酸化ナトリウムを添加する必要があること、フッ化カルシウムを析出させた後の廃液のｐＨが高くなり、中和に大量の酸を添加する必要があることから、プロセスが複雑であり、薬品コスト、エネルギーコストが膨大になるという問題がある。
【０００３】
電気透析法は、イオン交換膜を隔壁として、廃液中のアニオンを酸として分離回収し、カチオンをアルカリとして分離回収する方法である。
【０００４】
電気透析法では過剰な薬品を使用することなく、フッ化物イオンをフッ酸として分離回収し、カチオン、例えばアンモニウムイオンをアンモニアとして分離回収することが可能であるが、分離が進むに従って、電流が流れにくくなるため、脱塩処理水中に残存するフッ化物イオンとアンモニア濃度が十分には低くならない。
【０００５】
特許文献１には、アニオン交換膜とバイポーラ膜を有する電気透析装置を使用して、フッ酸排液からフッ化物イオンをフッ酸として回収する方法が記載されている。この方法では、フッ化物イオンが被処理液室からアニオン交換膜を透過して回収水室に移動した後は、被処理液室には水酸化物イオンが供給されるため、被処理液室の出口では、カチオン成分とのアルカリ水が回収される。
【０００６】
特許文献２には、アニオン交換膜、カチオン交換膜、およびバイポーラ膜を使用して、アンモニウム塩含有排水を脱塩処理する装置が記載されている。
【０００７】
図３はバイポーラ膜を備えた電気透析装置の一例を示す構成図である。図示の通り、陽極（正極）１と陰極（負極）２との間にバイポーラ膜３、アニオン交換膜４、カチオン交換膜５及びバイポーラ膜６がこの順に配置されており、陽極１から陰極２に向って陽極室１１、酸性水取出室１２、被処理水室（脱塩室）１３、アルカリ性水取出室１４及び陰極室１５がこの順に形成されている。
【０００８】
被処理水（フッ化物イオン及びカチオン含有水）は被処理水室１３に通水される。酸性水取出室１２及びアルカリ性水取出室１４には純水が被処理水室１３と向流方向に通水される。
【０００９】
陽極室１１及び陰極室１５には、電極水として硫酸ナトリウム水などが通水される。
【００１０】
陽極１と陰極２との間に電圧を印加し、上記の通り被処理水、純水及び電極水を通水すると、被処理水室１３の被処理水中に含まれるフッ化物イオンは、陽極１側に移動し、アニオン交換膜４を透過し、酸性水取出室１２に移動する。そして、バイポーラ膜３と接する水が解離して生成した水素イオンとこのフッ化物イオンとを含んだ酸性水が酸性水取出室１２から回収される。
（【００１１】以降は省略されています）

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