JP2007222743A - 過酸化水素含有廃液のpH調整方法及び処理装置 - Google Patents

過酸化水素含有廃液のpH調整方法及び処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】過酸化水素含有廃液の処理において、pH測定を正確に行い、pH調整剤の過剰投入やpH調整不良による処理不良や処理手段の劣化を防止する。
【解決手段】過酸化水素を分解処理する前に過酸化水素含有廃液のpHを調整する貯留槽1と、その貯留槽1にpH調整剤を添加する調整剤添加手段2と、貯留槽1内の廃液の一部を取出す測定用管路6と、取り出した廃液の過酸化水素を接触分解する測定用分解手段10と接触分解後の廃液のpHを測定するpHセンサ11とを設けたpH測定ユニット7とを備え、測定したpHに基づいてpH調整剤を添加し貯留槽1内のpHを調整する構成とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、過酸化水素を含んだ廃液のpH調整方法とそれを用いた過酸化水素含有廃液の処理装置に関する。
従来、半導体や液晶の製造工程から排出される過酸化水素含有廃液などの各種廃液の処理方法としては、酵素分解による方法、化学的中和による方法、触媒を用いた接触分解による方法などがある。
カタラーゼ等の酵素分解による方法は、一般に反応時間を要することから、大型の反応槽が必要となる。また、反応槽は、攪拌手段が必要であるため、水量に応じて反応装置自体が大掛かりな装置になる(例えば、特許文献1参照)。
また、化学的中和による方法は、酵素分解のようなデメリットは小さいものの、中和のための酸あるいはアルカリの使用、中和物の生成という問題がある。排水処理にあたっては、これらの薬剤や生成物をできるだけ処理系外へ排出することを避けるべきであり、そのため追加の処理設備が必要となる。
触媒を用いた接触分解による方法は、薬剤や生成物等の問題もなく、また反応も比較的速やかであるので、連続的な廃液処理に適しているということができる。さらに、繊維状活性炭を内蔵した触媒モジュールを用いた処理ユニットを適用することで、効率的に廃液処理を行う処理方法及び装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、このような接触分解により処理を行う場合には、過酸化水素が酸性中で安定であるため、NaOH等のアルカリで中和もしくは弱アルカリにすることが必要であるが、過酸化水素の存在下では中和するためのpHが正確に測定できないという問題がある。
一方、酸・アルカリなどによるpH調整や中和処理をすることなく、排水中に高濃度に含有する過酸化水素を連続的かつ効率よく、しかも短時間で分解処理することができる過酸化水素の分解処理方法も提案されている。その処理方法は、原水中に含有する高濃度な過酸化水素を流動床式活性炭塔で分解処理する方法であって、原水を循環水で希釈・混合してから流動床式活性炭塔に供給するとともに、その流動床式活性炭塔内の上向流速度を40m/h以上、過酸化水素負荷を50kgH2 2 /m3 活性炭・h以下にするものである(例えば、特許文献3参照)。しかし、この処理方法では、活性炭塔を用いるため、装置が大型化してしまうという問題がある。
特開平9−253659号公報 特開2004−261633号公報 特開2000−135492号公報
本発明は、上記中和の必要な酵素分解や接触分解による処理方法において、ガラス電極を用いた通常のpHセンサを用いた場合には、過酸化水素の影響によって正しいpHが測定できず、調整剤を過剰投入してコスト高になったり、過剰投入により触媒が劣化するという課題があるが、その課題を解消すれば有益な処理方法であることに注目した。
そこで、過酸化水素を処理せずに含有した状態では、通常のpHセンサを用いると正しいpHが測定できないことを確認する試験を行った。試験方法は、
1.純水に過酸化水素を添加し、過酸化水素濃度を100、1000、10000mg /Lに調整
2.水温を20、30、40℃に調整
3.各水温における初期pHをpHセンサで測定し、pH10になるまでアルカリ(N aOH)を添加し、各アルカリ添加量を測定
4.pH試験紙により、正しいpHを測定
の手順で行った。
pHセンサで測定した初期pHを表1に、それに基づいたアルカリ添加量を図6に、pH試験紙でアルカリ添加後に測定したpH値を図7に示した。
Figure 2007222743
表1と図6、図7から、過酸化水素濃度及び水温によって、pHセンサによるpH測定値が大きく変化し、過酸化水素を含有した廃液のpHを正確に測定することが非常に難しいことが確認された。
本発明は、上記課題に鑑み、過酸化水素を含有する廃液のpHを正確に測定して貯留槽内のpHを適切に調整し、pH調整剤の過剰投入やpH調整不良による処理不良や処理手段の劣化を防止できる過酸化水素含有廃液のpH調整方法及び処理装置を提供することを目的とする。
本発明の過酸化水素含有廃液のpH調整方法は、過酸化水素含有廃液の処理方法において、過酸化水素を分解処理した後の廃液のpHを測定し、過酸化水素を分解処理する前の廃液を貯留している貯留槽に、測定したpHに基づきpH調整剤を添加し貯留槽内のpHを調整するものである。
この方法によれば、過酸化水素を分解処理した後の廃液のpHを測定することで、過酸化水素の影響を受けずに正確にpH測定することができ、pH調整剤の過少投入や過剰投入を行うことなく、貯留槽内のpH調整を適切に行うことができる。
また、貯留槽から廃液の一部を取り出し、過酸化水素を分解処理した後、pHを測定すると、過酸化水素を分解処理する処理工程とは別の工程で過酸化水素の影響を受けず正確なpHを測定でき、測定したpHに基づいてpH調整剤を添加して貯留槽内のpHを調整することで貯留槽内のpH調整を適切に行える。
また、本発明の過酸化水素含有廃液の処理装置は、過酸化水素を分解処理する前の廃液を貯留する貯留槽と、貯留槽にpH調整剤を添加する調整剤添加手段と、廃液のpHを測定するpH測定手段と、廃液中の過酸化水素を分解処理する分解手段とを備え、pH測定手段は過酸化水素を分解処理した後の廃液のpHを測定するように配設し、このpH測定手段により測定したpHに基づき調整剤添加手段にて貯留槽にpH調整剤を添加してpHを調整し、pHを調整した後の廃液に対して分解手段を作用させるものである。
この構成によれば、過酸化水素の影響を受けずに廃液の正確なpHを測定し、その測定結果に基づいて貯留槽内の廃液のpH調整を適切に行うことができ、こうして適正にpH調整された廃液に対して分解手段を作用させることで、処理不良を生じたり、処理手段の劣化を生じたりすることなく過酸化水素の分解処理を適切に行うことができる。
また、調整剤添加手段がpH調整剤の投入量を調整する流量調整弁から成り、pH測定手段で測定したpHに基づいて流量調整弁を制御する制御手段を設けた構成とすると、測定したpHに基づいて制御手段にてpH調整剤の投入量が自動調整されるので、pH調整を自動的に短時間で精度良く行うことができる。
また、分解手段が、貯留槽から後続する工程に廃液を送給する送給管路に配設された、過酸化水素を接触分解する接触分解手段であると、廃液を貯留槽から後続工程に連続的に送給しながらその間にコンパクトな装置構成にて効率的に過酸化水素を分解することができる。
また、貯留槽内の廃液の一部を取り出す測定用管路と、測定用管路に配設された、過酸化水素を接触分解する測定用分解手段とを設け、pH測定手段を測定用分解手段で処理した後の廃液のpHを測定するように配置すると、貯留槽内の一部の廃液を取り出し、過酸化水素の影響を受けないようにして正確なpHが測定できるため、貯留槽内のpH調整を適切に行うことができる。
また、接触分解手段及び測定用分解手段が、金属触媒または炭素触媒を用いたものであると、これらの触媒との接触によりコンパクトな構成にて効率的に過酸化水素を分解することができ、かつ任意の大きさのものを容易に製作できるので、所要の分解処理能力に容易に対応することができる。
また、測定用管路の測定用分解手段の前段にポンプを配設すると、貯留槽内の廃液量が減っても、測定用管路へ廃液を安定して流して精度の良いpH測定ができる。
また、測定用管路の測定用分解手段の後段に、廃液の送出先を貯留槽と後続する工程に廃液を送給する送給管路とに切替える三方弁を設け、pH測定手段の測定値に基づいて三方弁を制御する制御手段を設けると、適正にpH調整された廃液を貯留槽に戻さないようにできるので、処理効率を向上することができる。
また、分解手段が過酸化水素を分解処理するカタラーゼから成り、カタラーゼを貯留槽に投入する投入手段を設けると、貯留槽内での過酸化水素の分解方法がpH測定工程での分解方法と異なるが、過酸化水素の影響を受けずに正確にpH調整された貯留槽内でカタラーゼにて過酸化水素を適切に分解処理することができる。
また、本発明の過酸化水素含有廃液用pH測定ユニットは、以上の過酸化水素含有廃液のpH調整方法に用いるpH測定ユニットであって、過酸化水素を分解する触媒モジュールと、過酸化水素を分解した後のpHを測定するpHセンサと、触媒モジュールとpHセンサを格納する筐体とを備え、筐体に廃液の出入り口と、pHセンサにより測定したpHの出力手段とを設けたものであり、過酸化水素含有廃液をこのpH測定ユニットに導入することで過酸化水素の影響を受けずに廃液の正確なpHを測定することができる。
また、触媒モジュールが繊維状活性炭を内蔵したものであると、繊維状活性炭は過酸化水素を効率的に分解できかつ加工が容易であるため、pH測定ユニットをコンパクトにかつ安価に構成することができる。
本発明は、過酸化水素含有廃液の処理において、過酸化水素分解後の廃液のpHを測定し、その測定したpHに基づいてpH調整剤を添加して貯留槽内のpHを調整することによって、正確なpH値に基づいてpH調整剤を添加でき、pH調整剤の過剰添加やpH調整不良による触媒の劣化を防止することができる。
以下、本発明の過酸化水素含有廃液の処理装置の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
まず、本発明の過酸化水素含有廃液の処理装置の実施の形態1について、図1〜図3を参照して説明する。
図1において、1は未処理の廃液が導入されて貯留される貯留槽で、アルカリ性薬液や酸性薬液などのpH調整剤を添加する調整剤添加手段2と、廃液を混合しpHを均一にするための攪拌機3が設けられている。貯留槽1の出口には後続する工程に廃液を送給する送給管路4が接続され、この送給管路4に送給ポンプ4aと廃液中の過酸化水素を分解する分解手段5が配設されている。分解手段5としては、金属触媒または炭素触媒を用いた接触式分解手段が好適であり、特に後述の触媒モジュール15に適用した繊維状活性炭を用いたものが好適である。
貯留槽1の出口と送給ポンプ4aとの間で、送給管路4から測定用管路6が分岐され、その先端は貯留槽1に戻されている。測定用管路6には、ポンプ6aと、pH測定ユニット7と、三方弁8がこの順に配設されている。三方弁8の3つ目の接続口は接続管9にて送給管路4の分解手段5の後段に接続されている。
pH測定ユニット7は、測定用分解手段10とpHセンサ11を備えている。pHセンサ11による検出信号は、制御手段12に入力され、制御手段12にてpHセンサ11により測定したpHに応じて調整剤添加手段2に設けた流量調整弁13と三方弁8を制御するように構成されている。
pH測定ユニット7は、図2に示すように、筐体14内に、過酸化水素を接触分解する触媒モジュール15と、触媒モジュール15にて過酸化水素を分解した後のpHを測定するpHセンサ11及びその検出信号の出力手段16とを格納した構成とされている。
触媒モジュール15は、図3に示すように、繊維状活性炭から成る隔壁18にて形成された廃液通路19を多数集束させて構成した活性炭触媒体17を筒体20内に収容して成るものである。図3の例は、図3(b)に示すように、平板状の活性炭シート18a上にコルゲート状の活性炭シート18bを積層したものを渦巻状に巻回して図3(a)に示すように円柱状に構成したものである。活性炭触媒体17の他の構成として、各廃液通路19を形成する細い筒状のものを束ねて構成したものや、筒状体の内部を多数の隔壁にて仕切って構成したもの等、種々の構成のものを適用することができる。
筐体14には、廃液入口21と、廃液出口22と、廃液入口21から流入した廃液を触媒モジュール15の一端の全面に分配して供給する分配ヘッダ23と、触媒モジュール15の他端から流出した廃液を廃液出口22に向けて集合する集合ヘッダ24とが配設され、触媒モジュール15は、その両端面外周部に設けたシール材25にてシール状態を確 保しつつ、分配ヘッダ23と集合ヘッダ24の間に挿脱自在に配置されている。pHセンサ11は集合ヘッダ24に取付けられ、pHセンサ11の検出端であるガラス電極が集合ヘッダ24の内部に挿入されている。筐体14の外周には触媒モジュール15の着脱を可能にする開閉蓋26が設けられている。
上記構成において、半導体等の製造工程から排出された過酸化水素含有廃液が貯留槽1に貯留される。通常この廃液は酸性となっており、過酸化水素は酸性中では安定であるため、過酸化水素を分解する分解処理工程の前に中和処理が必要となる。さらに、過酸化水素が含有された状態では、通常のpHセンサでは適正にpH測定することができず、中和処理するためのpH調整剤の適正な添加制御が不可能である。
そこで、測定用管路6に設けられたポンプ6aを動作させ、廃液の一部を測定用管路6に導入する。導入された廃液は、pH測定ユニット7に設けられた測定用分解手段10を通過する際に活性炭等の触媒により過酸化水素が分解され、過酸化水素が分解された後の廃液のpHがpHセンサ11により適正に測定される。pHセンサ11によるpH測定値は制御手段12に送られ、例えばpHが2の場合、調整剤添加手段2に設けられた流量調整弁13に開信号が送られ、調整剤添加手段2からNaOHなどのpH調整剤が貯留槽1に添加される。同時に攪拌機3が動作され、添加したNaOHが貯留槽1内の隅々まで行き渡るように攪拌される。また、三方弁8は初期設定が貯留槽1側となっており、pH測定後の廃液は貯留槽1へ戻る。
以上の動作により、pHセンサ11の測定値が7近くなってくると、送給ポンプ4aを動作させて中和された廃液を送給管路4を通して分解手段5に送給し、分解手段5を通過する間に廃液中の過酸化水素を分解して後続する工程に廃液を送給する。また、制御手段12から切替信号が三方弁8に送られて三方弁8が切替えられ、測定用分解手段10で過酸化水素が分解され、pH7近くのpH値が測定された後の廃液は、接続管9を通して送給管路4の分解手段5の後段に送られる。
なお、貯留槽1への廃液の貯留動作及びpH測定ユニット7によるpH測定及び調整剤添加手段2による廃液のpH調整動作と、貯留槽1から送給ポンプ4aにて送給管路4に廃液を送給して分解手段5にて過酸化水素を分解処理する動作とを別々に行ってバッチ方式で処理すると、廃液の流入量や酸性が大きく変動するような場合でも精度良くpH調整できて、分解手段5による過酸化水素の分解不良や分解手段5の触媒損傷等の問題が生じないので好適である。しかし、廃液の流入量及び酸性が安定している場合には、貯留動作とpH調整動作と過酸化水素の分解処理動作を同時に連続して行うこともでき、このように連続処理すると効率的に廃液処理を行うことができる。
このように、過酸化水素含有廃液の処理方法において、過酸化水素を接触分解させる前に、貯留槽1内の廃液の一部を取出し、含有されている過酸化水素を触媒モジュール15にて接触分解し、接触分解後の廃液のpHをpHセンサ11にて測定し、その測定したpHに基づいて酸またはアルカリのpH調整剤を調整剤添加手段2にて添加し、貯留槽1内のpHを調整することにより、pH調整剤の過剰投入や過剰投入による触媒の劣化が防止できる。
以上の実施の形態の説明では、制御手段12を設け、流量調整弁13を自動調整する例を示したが、制御手段12を設けず、pHセンサ11の測定値を目視で確認し、流量調整弁13を手動で操作してもよい。
また、測定用管路6における廃液の流量が、送給管路4の1/10以下の場合には、pHが十分に調整されていなくても、廃液処理に与える影響は少ないため、三方弁8を設け ず、pH測定ユニット7の出口を接続管9に直接接続してもよい。
(実施の形態2)
次に、本発明の過酸化水素含有廃液の処理装置の実施の形態2について、図4を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明においては、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
上記実施の形態1では、測定用管路6とpH測定ユニット7を設けた例を示したが、分解手段5として繊維状活性炭を用いた場合には分解時間が短いため、本実施の形態では、図4に示すように、測定用管路6及びpH測定ユニット7を設けず、送給管路4の分解手段5の後段位置にpHセンサ11を配設し、分解手段5で処理後の廃液のpHを測定し、その測定したpH値に基づき、制御手段12にて調整剤添加手段2の流量調整弁13を制御して酸またはアルカリのpH調整剤を添加し、貯留槽1内のpHを調整するように構成している。
本実施の形態によれば、pHセンサ11の配置位置を変えるだけで、測定用管路6とpH測定ユニット7等を新たに設けることなく、本発明を実施してその効果を奏することができる。この実施の形態は、廃液の流入量及び酸性が比較的安定していて連続処理する場合に、特に有効である。なお、処理の最初に当たって、貯留槽1から送給管路4に送給する廃液のpHが中和状態で安定するまでの間、廃液を貯留槽1に戻すようにリターン管路30を設け、手動又は制御手段12にて開閉弁31にてリターン管路30を導通・遮断するようにしても良い。
(実施の形態3)
次に、本発明の過酸化水素含有廃液の処理装置の実施の形態3について、図5を参照して説明する。
上記実施の形態では、送給管路4に触媒接触式の分解手段5を配設した例を示したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、本実施の形態では、図5に示すように、測定用管路6、pH測定ユニット7、及び制御手段12を設けた構成において、分解手段としてカタラーゼを用い、そのカタラーゼの投入手段32を設けた構成としている。
本実施の形態では、pH測定ユニット7にて貯留槽1内の廃液のpHを測定し、そのpH値に応じて制御手段12にて調整剤添加手段2の流量調整弁13を制御して貯留槽1内の廃液のpHを中和した後、投入手段32を動作させて所要量のカタラーゼを投入し、廃液中の過酸化水素を分解する処理を行っている。そのため、バッチ式処理が行われ、貯留槽1内の廃液処理が完了した後、貯留槽1から送給管路4を通して後続工程に廃液が送給されることになる。
本発明の過酸化水素含有廃液のpH調整方法及び処理装置は、過酸化水素を含有する廃液の処理において、過酸化水素を分解した後にpH値を測定し、正確なpH値に基づいてpH調整剤を添加して過酸化水素を効率的に分解できるpHに調整し、pH調整剤の過剰投入やpH調整不良による過酸化水素分解手段の劣化を防止できるので、過酸化水素含有廃液の処理に有効なものとなる。
本発明の実施の形態1における過酸化水素含有廃液の処理装置の構成を示すブロック図 同実施の形態1のpH測定ユニットの断面図 同pH測定ユニットにおける活性炭触媒体を示す図、(a)は一部を破断した状態の斜視図、(b)は部分拡大斜視図 同実施の形態2における過酸化水素含有廃液の処理装置の構成を示すブロック図 同実施の形態3における過酸化水素含有廃液の処理装置の構成を示すブロック図 過酸化水素未処理でpHセンサにより所定pH値に調整した場合の過酸化水素濃度及び水温とアルカリ添加量との関係を示すグラフ 同pH試験紙によるpH値の測定結果を示すグラフ
符号の説明
1 貯留槽
2 調整剤添加手段
4 送給管路
5 分解手段
6 測定用管路
7 pH測定ユニット
8 三方弁
10 測定用分解手段
11 pHセンサ
12 制御手段
13 流量調整弁
14 筐体
15 触媒モジュール
32 投入手段

Claims (12)

  1. 過酸化水素含有廃液の処理方法において、過酸化水素を分解処理した後の廃液のpHを測定し、過酸化水素を分解処理する前の廃液を貯留している貯留槽に、測定したpHに基づきpH調整剤を添加し貯留槽内のpHを調整することを特徴とする過酸化水素含有廃液のpH調整方法。
  2. 貯留槽から廃液の一部を取り出し、過酸化水素を分解処理した後、pHを測定することを特徴とする請求項1記載の過酸化水素含有廃液のpH調整方法。
  3. 過酸化水素を分解処理する前の廃液を貯留する貯留槽と、貯留槽にpH調整剤を添加する調整剤添加手段と、廃液のpHを測定するpH測定手段と、廃液中の過酸化水素を分解処理する分解手段とを備え、pH測定手段は過酸化水素を分解処理した後の廃液のpHを測定するように配設し、このpH測定手段により測定したpHに基づき調整剤添加手段にて貯留槽にpH調整剤を添加してpHを調整し、pHを調整した後の廃液に対して分解手段を作用させることを特徴とする過酸化水素含有廃液の処理装置。
  4. 調整剤添加手段は、pH調整剤の投入量を調整する流量調整弁から成り、pH測定手段で測定したpHに基づいて流量調整弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項3記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  5. 分解手段は、貯留槽から後続する工程に廃液を送給する送給管路に配設された、過酸化水素を接触分解する接触分解手段であることを特徴とする請求項3記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  6. 貯留槽内の廃液の一部を取り出す測定用管路と、測定用管路に配設された、過酸化水素を接触分解する測定用分解手段とを設け、pH測定手段を測定用分解手段で処理した後の廃液のpHを測定するように配置したことを特徴とする請求項3記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  7. 接触分解手段及び測定用分解手段は、金属触媒または炭素触媒を用いたものであることを特徴とする請求項5又は6記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  8. 測定用管路の測定用分解手段の前段にポンプを配設したことを特徴とする請求項6記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  9. 測定用管路の測定用分解手段の後段に、廃液の送出先を貯留槽と後続する工程に廃液を送給する送給管路とに切替える三方弁を設け、pH測定手段の測定値に基づいて三方弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項6記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  10. 分解手段は過酸化水素を分解処理するカタラーゼから成り、カタラーゼを貯留槽に投入する投入手段を設けたことを特徴とする請求項6記載の過酸化水素含有廃液の処理装置。
  11. 請求項1記載の過酸化水素含有廃液のpH調整方法に用いるpH測定ユニットであって、過酸化水素を分解する触媒モジュールと、過酸化水素を分解した後のpHを測定するpHセンサと、触媒モジュールとpHセンサを格納する筐体とを備え、筐体に廃液の出入り口と、pHセンサにより測定したpHの出力手段とを設けたことを特徴とする過酸化水素含有廃液用pH測定ユニット。
  12. 触媒モジュールは繊維状活性炭を内蔵したものであることを特徴とする請求項11記載の過酸化水素含有廃液用pH測定ユニット。
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