(57)【要約】【課題】  薬剤を循環水中に急速かつ均一に撹拌混合することで、流動床内での薬剤濃度の均一化を図り、凝集物の発生を抑制する反応晶析処理方法およびその装置を提供する。【解決手段】  循環水の循環水供給流路２１のうち、循環水に乱流が生じる領域または循環水に旋回流が生じる領域に消石灰水溶液を添加するので、添加した直後、消石灰水溶液は急速かつ均一に循環水の中に混入される。これにより、従来のように流動床内の水流が安定した領域に消石灰水溶液を添加する場合に比べて、流動床１４内の局所的な消石灰の濃度の高まりが抑えられ、消石灰濃度の均一化が図れる。その結果、凝集物の発生が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶が存在する流動床に被処理水を導入し、前記流動床で被処理水と種結晶とを接触させることにより、前記種結晶の表面に被処理水中の目的成分を化合物として晶析して処理水を得るとともに、前記流動床には、循環水としての前記処理水の一部と、晶析反応に使用される薬剤とを導入する反応晶析処理方法において、
前記薬剤は、前記循環水の循環水供給流路のうち、前記循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに添加される反応晶析処理方法。
【請求項２】
前記被処理水は、前記薬剤が添加された処理水とは別の流路で流動床に導入される請求項１に記載の反応晶析処理方法。
【請求項３】
前記被処理水はりん酸態りんを含有する排水で、該りん酸カルシウム化合物を前記種結晶の表面に析出させることにより、前記排水中のりん分を除去、回収する請求項１または請求項２に記載の反応晶析処理方法。
【請求項４】
前記薬剤は、塩化カルシウムを含むカルシウム化合物と、水酸化カルシウムおよび水酸化ナトリウムを含む水酸化物との群中から選ばれた１種または２種以上で、かつ、前記薬剤は、水溶液または懸濁液として前記循環水に添加されるか、固体として該循環水に添加される請求項３に記載の反応晶析処理方法。
【請求項５】
前記種結晶は、珪酸カルシウム水和物、りん酸カルシウム、リン鉱石、珪砂、骨炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウムマグネシウムの群中から選ばれた１種または２種以上である請求項３または請求項４に記載の反応晶析処理方法。
【請求項６】
前記循環水供給流路の循環水に乱流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置された攪拌羽根の配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置された圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に形成された流路断面積が他の部分より小さくなった部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置され、薬剤と薬剤急速混合槽内の循環水の全体とを急速に混合する前記薬剤急速混合槽の配置部分またはその上流近傍もしくは下流近傍かで、
前記循環水供給流路の循環水に旋回流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置されたラインミキサの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍である請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の反応晶析処理方法。
【請求項７】
被処理水中の目的成分を反応させる反応槽と、
該反応槽の内部空間を上部および下部に区画する隔壁と、
前記内部空間の下部に設けられた圧力室と、
前記内部空間の上部に設けられ、種結晶が存在する流動床と、
前記被処理水を前記流動床に直接または前記圧力室を通して前記流動床に供給する被処理水供給手段と、
前記被処理水供給手段により前記流動床に供給された被処理水中の目的成分と前記種結晶とを接触させ、該種結晶の表面に前記目的成分を晶析させることで前記流動床の上部から得られた処理水の一部を、循環水供給流路を通して、循環水として前記圧力室に供給する循環水供給手段と、
前記圧力室と前記流動床とを連通させた状態で前記隔壁に設けられ、前記圧力室に貯留された循環水および被処理水のうち、少なくとも１つを前記流動床に分配する複数のディストリビュータと、
前記晶析反応に使用される薬剤を、前記循環水供給流路のうち、前記循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに供給する薬剤供給手段とを備えた反応晶析処理装置。
【請求項８】
円筒形状または角筒形状を有し、かつ少なくとも下部が下方に向かって徐々に先細り化し、被処理水中の目的成分を反応させる反応槽と、
該反応槽の内部空間に設けられ、種結晶が存在する流動床と、
前記被処理水を、前記内部空間の下部に供給する被処理水供給手段と、
前記流動床内で、前記被処理水供給手段により供給された被処理水中の目的成分と前記種結晶とを接触させ、該種結晶の表面に前記目的成分を晶析させることで前記流動床の上部から得られた処理水の一部を、循環水供給流路を通して、前記内部空間の被処理水の供給位置より下方位置から前記反応槽の底壁に向かって循環水として噴出する循環水噴出手段と、
前記晶析反応に使用される薬剤を、前記循環水供給流路のうち、該循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに供給する薬剤供給手段とを備えた反応晶析処理装置。
【請求項９】
前記循環水供給流路の循環水に乱流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置された攪拌羽根の配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置された圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に形成された流路断面積が他の部分より小さくなった部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置され、薬剤と薬剤急速混合槽内の循環水の全体とを急速に混合する前記薬剤急速混合槽の配置部分またはその上流近傍もしくは下流近傍かで、
前記循環水供給流路の循環水に旋回流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置されたラインミキサの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍である請求項７または請求項８に記載の反応晶析処理装置。
【請求項１０】
前記循環水供給流路の途中には攪拌羽根または圧送ポンプが設けられ、
前記循環水供給流路のうち、前記攪拌羽根または圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍に、前記循環水供給流路の循環水に乱流または旋回流を発生させる手段として、バルブ、オリフィス、ラインミキサのうち、少なくとも１つを配置した請求項９に記載の反応晶析処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理水に含まれた目的成分を、晶析法により種結晶の表面に析出させて除去、回収する反応晶析処理方法およびその装置、特に下水または産業排水などからりん酸態りんを除去、回収する反応晶析処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下水処理水などのリンを含む被処理水の脱リン方法として、汚泥の生成が凝集法に比べて少なく、かつ最終的な生成物をリン資源として回収し、再利用することも可能な晶析脱リン方法（反応晶析処理方法）が、注目されている。晶析反応は、被処理水中のリンを難溶性のヒドロキシアパタイトとして析出させる。ヒドロキシアパタイトの溶解度積はきわめて小さく（Ｋｓｐ＝１０−５６）、低いリン濃度の処理水を得ることができる。
【０００３】
この方法による排水中のりん酸態りん（以下、ＰＯ４−Ｐ）の除去、回収の基本原理は、下式（１）に示す反応により、りん酸カルシウム（ヒドロキシアパタイト；ＨＡｐ）を、種結晶の表面に析出させることである。したがって、対象となる排水中のＰＯ４−Ｐ濃度、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）濃度、水酸化物イオン（ＯＨ−）濃度であるｐＨ、目的とする処理水のＰＯ４−Ｐ濃度に応じて、必要量のカルシウムイオン（カルシウム剤）、水酸化物イオン（アルカリ剤）を添加する。
１０Ｃａ２＋＋２ＯＨ−＋６ＰＯ４３−  →  Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６        （１）
【０００４】
従来、晶析反応装置としては、例えば特許文献１が知られている。
特許文献１は、反応槽の下部内に設けられた圧力室からディストリビュータを通して、被処理水と、この被処理水を晶析処理した後の処理水との混合液を上向流として噴出し、ディストリビュータの上方に複数の種結晶粒を浮遊させた流動床を形成するように構成している。しかも、この流動床には薬液（カルシウム剤、アルカリ剤の溶液）を供給することで、被処理水に含有される排除対象成分を種結晶粒の表面に晶析させるようにしている。
特許文献１による具体的な晶析反応の制御は、反応槽内のｐＨを一定に保つようにアルカリ剤を添加して行われる。このときのｐＨ制御の目標値は、処理水のＰＯ４−Ｐ濃度などにより異なるが、概ねｐＨ９．５〜ｐＨ１２である。
【特許文献１】特開２００２−３０１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１により排水中のりんを除去するとき、すべてのりん酸イオンが種結晶の表面に析出されることはない。すなわち、一部のりん酸イオンは、種結晶から離れた液中に、微細なりん酸カルシウムの凝集物として析出される。凝集物は、種結晶の表面に捕捉されることなく、処理水中を浮遊したまま排出される。このような凝集物の発生量は、りん酸カルシウム化合物の析出のポテンシャルである被処理水中のＰＯ４−Ｐ濃度、カルシウムイオン濃度およびｐＨ、さらには水温、種結晶の充填量、接触時間および反応装置の形式などによっても変化する。
【０００６】
従来、提案されている晶析反応処理方法では、低濃度のりん含有排水（ＰＯ４−Ｐ濃度が１〜３ｍｇ／Ｌ（リットル）程度）に対して、仮に運転制御条件を最適化しても、凝集物の発生量は０．３〜０．５ｍｇ−Ｐ／Ｌ程度まで低減させるのが限界であった。すなわち、凝集物中のりんは、晶析処理水のＰＯ４−Ｐに加算されて全りん（以下、Ｔ−Ｐ）に含まれる。さらに、被処理水中に、晶析反応では除去、回収されない浮遊物質（以下、ＳＳ）および溶解性の有機体りんが存在する場合、これらのＳＳおよび有機体りんが上乗せされて、Ｔ−Ｐに含まれることになる。
Ｔ−Ｐ濃度の規制を受ける排水は、例えばＴ−Ｐで１ｍｇ／Ｌ以下という排水基準を満足させなければならない。しかしながら、従来、処理水中のＴ−Ｐを安定して１ｍｇ／Ｌ以下まで低減させることは、上述した理由により困難であった。
【０００７】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、次の事実を突き止めた。すなわち、アルカリ剤またはカルシウム剤の添加を種結晶の流動床内で行うと、アルカリ剤またはカルシウム剤の混合撹拌が十分に行われず、局所的にアルカリ（ｐＨ）度またはカルシウム濃度が高まる。このことから、凝集物の抑制には限界があることを突き止めた。その後、発明者らは、さらなる鋭意研究の結果、凝集物の発生を０．２ｍｇ−Ｐ／Ｌまで低減可能な反応晶析処理方法を完成するに至った。これにより、処理水のＴ−Ｐを安定して１ｍｇ／Ｌ以下とすることができるようになった。
【０００８】
この発明は、薬剤を処理水の一部である循環水中に急速かつ均一に撹拌混合することで、流動床内での薬剤濃度の均一化を図り、凝集物の発生を抑制することができる反応晶析処理方法およびその装置を提供することを目的としている。
また、この発明は、被処理水中のＰＯ４−Ｐ濃度が、数十ｍｇ／Ｌ〜数百ｍｇ／Ｌの排水に対しても凝集濃度の低減に効果を有し、反応晶析法におけるりんの除去、回収率を高めることができ、これにより装置のコンパクト化も図れる反応晶析処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、種結晶が存在する流動床に被処理水を導入し、前記流動床で被処理水と種結晶とを接触させることにより、前記種結晶の表面に被処理水中の目的成分を化合物として晶析して処理水を得るとともに、前記流動床には、循環水としての前記処理水の一部と、晶析反応に使用される薬剤とを導入する反応晶析処理方法において、前記薬剤は、前記循環水の循環水供給流路のうち、前記循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに添加される反応晶析処理方法である。
【００１０】
請求項１の発明によれば、循環水供給流路のうち、循環水に乱流が生じる領域および旋回流が生じる領域の少なくとも１つに薬剤を添加するので、添加した直後、薬剤は急速かつ均一に循環水の中に混入される。これにより、従来のように流動床内の水流が安定した領域に薬剤を添加する場合に比べて、流動床内の局所的な薬剤の濃度の高まりが抑えられ、薬剤濃度の均一化が図れる。その結果、凝集物の発生が抑制される。
【００１１】
循環水供給流路としては、流動床の内部に配置された循環管を含む循環水の流路を採用することができる。また、流動床の外部に配置された循環管を含む循環水の流路を採用してもよい。
循環水供給流路のうち、循環水に乱流が発生する領域とは、例えばこの循環水供給流路の途中に、攪拌装置が配置された攪拌領域でもよい。具体的には、循環水供給流路のうち、循環水を循環させる攪拌羽根の配置部分または攪拌羽根の配置部分の上流近傍（以下、直前）もしくは攪拌羽根の配置部分の下流近傍（以下、直後）である。その他、循環水を循環させる圧送ポンプの配置部分、またはその直前もしくはその直後である。そして、循環水供給流路のうち、例えばディストリビュータが配置された圧力室と流動床との連通領域でもよい。具体的には、循環水供給流路のうち、ディストリビュータの配置部分、またはその直前（圧力室）、もしくは直後（流動床）である。さらには、循環水供給流路に設けられた幅狭なオリフィスの形成部分またはその直前、もしくはその直後でもよい。それから、循環水供給流路のうち、例えば薬剤急速混合槽が配置された部分（薬剤急速混合槽内）またはその直前、もしくはその直後でもよい。これらのうち、何れか１でもよいし、これらの２つ以上でもよい。
また、循環水供給流路の循環水に旋回流が発生する領域とは、例えば循環水供給流路の途中に配置されたラインミキサの配置部分またはその直前もしくはその直後である。
【００１２】
目的成分（排除対象成分）の種類は限定されない。例えばりん（りん酸態りん）、フッ素、ホウ素、アンモニア、カドミウム、クロム（III）、亜鉛、銅、その他の重金属類などを採用することができる。すなわち、この発明は排水中のりん酸態りんの除去の他、重金属類の硫化物、炭酸塩、水酸化物などの除去に有効である。回収された目的成分のうち、例えばりん、ホウ素、アンモニアは肥料などに利用される。また、カドミウム、クロム（III）、亜鉛などの有害成分は、高純度の固体として取り出し、金属資源として再利用される。
被処理水の種類は限定されない。例えば、目的成分がりんの場合には、下水処理の二次処理水や下水汚泥処理工程における返流水、産業排水を採用することができる。また、目的成分がフッ素の場合には、例えば産業排水を採用することができる。目的成分がホウ素の場合には、例えば産業排水などを採用することができる。目的成分がアンモニアの場合には、例えば産業排水、下水汚泥や家畜糞尿などの嫌気性消化脱離液などを採用することができる。
【００１３】
種結晶は限定されない。目的成分がりんの場合には、例えば、珪酸カルシウム水和物、リン酸カルシウム、リン鉱石、珪砂、骨炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウムマグネシウムなどを採用することができる。また、目的成分がフッ素の場合には、例えば炭酸カルシウム、フッ化カルシウム（蛍石）、珪酸カルシウム水和物などを採用することができる。目的成分がホウ素、カドミウム、クロム（III）、亜鉛および銅の場合には、例えば珪酸カルシウム水和物などを採用することができる。
【００１４】
薬液の種類は限定されない。例えば、目的成分がりんの場合の薬液としては、水酸化カルシウム（消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２））、塩化カルシウム、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ（ＮａＯＨ））、水酸化マグネシウムなどを採用することができる。また、目的成分がフッ素の場合の薬液としては、例えば水酸化カルシウム、塩化カルシウム、水酸化ナトリウムなどを採用することができる。目的成分がホウ素、カドミウム、クロム（III）、亜鉛および銅の場合の薬液としては、例えば水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムなどを採用することができる。薬液の添加量は限定されない。
処理水は、例えば反応槽の上部よりオーバーフロー水として得られ、必要に応じてばっ気、酸添加などによる中和処理を行う。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記被処理水は、前記薬剤が添加された処理水とは別の流路で流動床に導入される請求項１に記載の反応晶析処理方法である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、被処理水を、薬剤が添加された処理水とは別の流路で流動床に導入するので、流動床に達する前に被処理水と薬剤を含む処理水とが接触し、凝集が発生するおそれがない。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記被処理水はりん酸態りんを含有する排水で、りん酸カルシウム化合物を前記種結晶の表面に析出させることにより、前記排水中のりん分を除去、回収する請求項１または請求項２に記載の反応晶析処理方法である。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、被処理水中のりん酸態りん（ＰＯ４−Ｐ）を、種結晶の表面にりん酸カルシウム化合物として析出させる。これにより、被処理水中のＰＯ４−Ｐ濃度が、数十ｍｇ／Ｌ〜数百ｍｇ／Ｌの排水に対しても凝集濃度の低減に効果を有し、りんの除去、回収率を高めることができる。その結果、装置の小型化も図ることができる。
【００１９】
薬剤としては、例えば水酸化カルシウムの水溶液または懸濁液、あるいは水酸化ナトリウムの水溶液を採用することができる。
また、被処理水中のカルシウム濃度が不足する場合には、必要に応じて塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）の水溶液などを被処理水に添加することができる。塩化カルシウムを添加する場所は、例えば被処理水を反応槽に導入する圧送ポンプの直前または直後の配管内か、被処理水をいったん溜める貯液槽でもよい。
【００２０】
さらに、被処理水中のりん酸態りん濃度（ＰＯ４−Ｐ濃度）が１００ｍｇ／Ｌ程度以上で、ｐＨが７．０以上の場合には、水酸化カルシウムまたは水酸化ナトリウムによるｐＨ制御を行わず、薬剤として例えば塩化カルシウム（カルシウム剤）のみを、循環水供給流路途中に配置したインペラー（羽根車）の配置部分の直前に添加し、りんの除去、回収を行うこともできる。ｐＨをパラメータとしたＰＯ４−Ｐ濃度とカルシウム濃度との関係を図９のグラフに示す。このグラフから明らかなように、ｐＨが高いほど少ないカルシウム剤量で、目標値（排水基準値）の１ｍｇ／Ｌまで達することができる。
種結晶としては、珪酸カルシウム水和物、りん酸カルシウム、炭酸カルシウムなどのうちの１種または２種以上を使用する。好ましい種結晶は、珪酸カルシウム水和物を主成分としたものである。
【００２１】
リン成分を含む被処理水の種類は限定されない。例えば、下水処理水、下水汚泥処理工程における返流水、産業排水などが挙げられる。反応槽内に、被処理水用圧力室と循環水用圧力室とを区画した場合、両室の配置は限定されない。例えば両圧力室を上下（垂直方向）に配置してもよいし、左右（水平方向）に配置してもよい。その他、両室を中心部と外周部とに配置してもよい。
吹出口の形成数は１個でもよいし、２個以上でもよい。吹出口としては、例えば被処理水用加圧室の被処理水、循環水用加圧室の循環水を複数の流れに分配するディストリビュータを採用することができる。
吹出口は、被処理水用圧力室と循環水用圧力室とに別々に形成した方が好ましい。しかしながら、被処理水および循環水が吹出口を通過する時間は短時間であるので、同じ吹出口を兼用してもよい。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記薬剤は、塩化カルシウムを含むカルシウム化合物と、水酸化カルシウムおよび水酸化ナトリウムを含む水酸化物との群中から選ばれた１種または２種以上で、かつ、前記薬剤は、水溶液または懸濁液として前記循環水に添加されるか、固体として該循環水に添加される請求項３に記載の反応晶析処理方法である。
【００２３】
薬剤は、カルシウム化合物でもよいし、水酸化物でもよい。また、これらを２種以上組み合わせたものでもよい。カルシウム化合物としては、例えば塩化カルシウムの他、硫酸カルシウム、水酸化カルシウムなどが挙げられる。また、水酸化物としては、例えば水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムの他、水酸化カリウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
固体の薬剤としては、例えば粉末状、フレーク状、粒状のものなどを採用することができる。また、固体の外の薬剤としては、あらかじめ水溶液あるいは懸濁液を調整して液体としたものを採用することができる。
【００２４】
薬剤のうち、水酸化カルシウムは、アルカリ剤およびカルシウム剤の両方の効果を持ち、水酸化ナトリウムおよび塩化カルシウムなどに比べて安価である。しかしながら、水酸化カルシウムの溶解度は、０．１６％程度と小さい。そのため、水酸化カルシウム水溶液をｐＨ調整に使用する際には、水酸化カルシウム水溶液の貯液槽が大型化したり、使用水量が増大する。これにより、水酸化カルシウムを溶解度以上、例えば５％程度含む懸濁液として使用する方法が考えられる。ただし、この懸濁液の濃度が高すぎると、水酸化カルシウムの一部が未溶解のまま流動床内に到達するため、水酸化カルシウムを必要以上に浪費する。しかも、これが凝集物の発生原因となり、さらには処理水のＳＳ濃度の上昇を招くことから好ましくない。また、アルカリ剤水溶液または懸濁液を作製するため、上水が利用できない場合および使用水量を抑制したい場合には、反応晶析処理水を利用することができる。ただし、これにより凝集物が発生するので、処理水の利用量は少ない方が好ましい。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記種結晶は、珪酸カルシウム水和物、りん酸カルシウム、リン鉱石、珪砂、骨炭、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウムマグネシウムの群中から選ばれた１種または２種以上である請求項３または請求項４に記載の反応晶析処理方法である。
種結晶は、珪酸カルシウム水和物でもよいし、りん酸カルシウムでもよいし、炭酸カルシウムでもよい。また、リン鉱石でもよいし、珪砂でもよいし、骨炭でもよいし、硫酸カルシウムでもよいし、炭酸カルシウムでもよいし、炭酸カルシウムマグネシウムでもよい。さらには、これらを２種以上組み合わせたものでもよい。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記循環水供給流路の循環水に乱流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置された攪拌羽根の配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置された圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に形成された流路断面積が他の部分より小さくなった部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置され、薬剤と薬剤急速混合槽内の循環水の全体とを急速に混合する前記薬剤急速混合槽の配置部分またはその上流近傍もしくは下流近傍かで、前記循環水供給流路の循環水に旋回流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置されたラインミキサの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍である請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の反応晶析処理方法である。
【００２７】
循環水供給流路における攪拌羽根や圧送ポンプの配置位置、流路断面積が小さくなった部分の配置位置、薬剤急速混合槽の配置位置、または、ラインミキサの配置位置は、それぞれ任意である。
流路断面積が他の部分より小さくなった部分としては、例えば、反応槽の下部に形成された圧力室と、反応槽内であって、圧力室とその直上に配置された流動床とを隔てる壁板（隔壁）に設けられたディストリビュータなどが挙げられる。その他、循環水供給流路の途中に設けられたオリフィス部分でもよい。
薬剤急速混合槽としては、例えば槽内の循環水の全体と薬剤とを急速に攪拌する攪拌機が設けられたものを採用することができる。急速混合される薬剤は、固体でも液体でもよい。
また、ラインミキサとは、内部流路で液体に旋回流を発生させ、液体を攪拌混合するものである。具体的な構成としては、例えば流路内壁に多数の攪拌突起が流路長さ方向に所定ピッチで配置されたものを採用することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、被処理水中の目的成分を反応させる反応槽と、該反応槽の内部空間を上部および下部に区画する隔壁と、前記内部空間の下部に設けられた圧力室と、前記内部空間の上部に設けられ、種結晶が存在する流動床と、前記被処理水を前記流動床に直接または前記圧力室を通して前記流動床に供給する被処理水供給手段と、前記被処理水供給手段により前記流動床に供給された被処理水中の目的成分と前記種結晶とを接触させ、該種結晶の表面に前記目的成分を晶析させることで前記流動床の上部から得られた処理水の一部を、循環水供給流路を通して、循環水として前記圧力室に供給する循環水供給手段と、前記圧力室と前記流動床とを連通させた状態で前記隔壁に設けられ、前記圧力室に貯留された循環水および被処理水のうち、少なくとも１つを前記流動床に分配する複数のディストリビュータと、前記晶析反応に使用される薬剤を、前記循環水供給流路のうち、前記循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに供給する薬剤供給手段とを備えた反応晶析処理装置である。
【００２９】
請求項７の発明によれば、循環水供給流路のうち、循環水に乱流が生じる領域および循環水に旋回流が生じる領域の少なくとも１つに薬剤供給手段により薬剤を添加するので、添加した直後、薬剤は急速かつ均一に循環水の中に混入される。これにより、従来のように流動床内の水流が安定した領域に薬剤を添加した場合に比べて、流動床内の局所的な薬剤の濃度の高まりが抑えられ、薬剤濃度の均一化が図れる。その結果、凝集物の発生が抑制される。
【００３０】
反応槽としては、処理される被処理水、これに添加される薬剤に対して耐食性を有したものが好ましい。反応槽の大きさは限定されない。またその形状としては円筒形状でもよいし、平面視して例えば四角形以上の角筒形状でもよい。
隔壁の大きさおよび形状は、反応槽の大きさや形状に応じて適宜変更される。隔壁の枚数は１枚でもよいし、複数枚でもよい。隔壁には貫通孔を形成し、隔壁により区画された反応槽の上部と下部とを連通させることができる。
【００３１】
圧力室とは、複数のディストリビュータ（吹出口）を通して、流動床に被処理水や循環水などを均等に吹き出すため、隔壁により反応槽内に区画された部屋である。
反応槽に形成される圧力室の大きさ、形状、形成位置などは限定されない。例えば、圧力室は１つだけでもよいし、複数に分割してもよい。このうち、複数に分割する場合には、反応槽の高さ方向に分割してもよいし、反応槽の半径方向（平面方向）に分割してもよい。圧力室の分割数は任意である。
圧力室に貯留（供給）されるのは循環水でもよいし、被処理水でもよい。また、循環水と被処理水との両方でもよい。また、前述したように圧力室を複数に分割した場合には、例えば１つの圧力室を循環水専用とし、別の圧力室を被処理水専用とすることができる。その際には、循環水が流動床内の水の主体であるので、被処理水専用のディストリビュータの本数より、循環水専用のディストリビュータの本数を多くした方が好ましい。
【００３２】
被処理水供給手段は、被処理水を流動床に直接供給してもよいし、被処理水を圧力室に供給することで間接的に被処理水を流動床に供給してもよい。
被処理水供給手段としては、例えば被処理水供給槽と、被処理水供給槽に貯留された被処理水を圧力室に供給するときに利用される被処理水供給路と、この被処理水供給路に被処理水の供給ポンプが設けられたものなどを採用することができる。
循環水供給手段としては、流動床での晶析反応により得られた処理水の一部を循環水として、循環水供給流路から圧力室に供給可能な構造のものであれば限定されない。例えば、循環水供給流路に供給ポンプなどが設けられたものでもよい。
【００３３】
ディストリビュータの素材は、これに接触する被処理水、薬剤などに対して耐食性を有したものが好ましい。
ディストリビュータの構造は限定されない。例えば、隔壁に形成された挿着孔の上方に配置される下側ノズル傘板と、複数の支柱を介して、各下側ノズル傘板の上面に立設された上側ノズル傘板とをそれぞれ有したものなどを採用することができる。このディストリビュータは、例えば、被処理水を流動床に供給する管と、循環水を流動床に供給する管とを同軸線上に配置した二重管構造の複合供給部として利用することができる。
ディストリビュータの使用本数は、２つまたは３つ以上であればよく、反応槽の床面積に応じて適宜変更可能である。
薬剤供給手段としては、例えば薬剤を水に溶かした薬液が貯液された薬液供給槽と、薬液供給槽内の薬液が薬液供給路を通してポンプ圧送されるものなどを採用することができる。その他、固体（塊、粒体、粉体）の薬剤を貯留した薬剤供給槽と、薬剤供給槽内の固体の薬剤が薬剤供給路を通してポンプ圧送されるものなどを採用することができる。
【００３４】
請求項８に記載の発明は、円筒形状または角筒形状を有し、かつ少なくとも下部が下方に向かって徐々に先細り化し、被処理水中の目的成分を反応させる反応槽と、該反応槽の内部空間に設けられ、種結晶が存在する流動床と、前記被処理水を、前記内部空間の下部に供給する被処理水供給手段と、前記流動床内で、前記被処理水供給手段により供給された被処理水中の目的成分と前記種結晶とを接触させ、該種結晶の表面に前記目的成分を晶析させることで前記流動床の上部から得られた処理水の一部を、循環水供給流路を通して、前記内部空間の被処理水の供給位置より下方位置から前記反応槽の底壁に向かって循環水として噴出する循環水噴出手段と、前記晶析反応に使用される薬剤を、前記循環水供給流路のうち、該循環水に乱流が発生する領域および該循環水に旋回流が発生する領域の少なくとも１つに供給する薬剤供給手段とを備えた反応晶析処理装置である。
【００３５】
請求項８に記載の発明によれば、循環水噴出手段を用いて循環水供給流路から反応槽の底壁に向かって循環水を噴出すると、循環水は底壁で反射し、反応槽の内部に上向流が発生する。このとき、被処理水供給手段により反応槽内に供給された被処理水は、この上向流に乗って上昇し、所定の高さの流動床が形成される。
一方、薬剤は、循環水供給流路のうち、循環水に乱流が生じる領域に薬剤供給手段により添加されるので、添加した直後、薬剤は急速かつ均一に循環水の中に混入される。これにより、従来のように流動床内の水流が安定した領域に薬剤を添加した場合に比べて、流動床内の局所的な薬剤の濃度の高まりが抑えられ、薬剤濃度の均一化が図れる。その結果、凝集物の発生が抑制される。
【００３６】
反応層は円筒形状でもよいし、角筒形状でもよい。
反応槽の下向き円錐形状または角錐形状を有した先細り部分は、例えば反応槽の下部だけでもよいし、反応槽の全体でもよい。
ここで使用される反応槽は、隔壁により内部空間が区画されていない。そのため、反応槽内の略全体に流動床を形成させることが可能となる。
循環水噴出手段としては、流動床での晶析反応により得られた処理水の一部を循環水とし、循環水供給流路から反応槽の底壁に向かって噴出可能な構造のものであれば限定されない。例えば、循環水供給流路にポンプなどを設けたものでもよい。循環水供給流路からの噴出される循環水の速度は、例えば０．１〜１ｍ／秒である。
【００３７】
請求項９に記載の発明は、前記循環水供給流路の循環水に乱流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置された攪拌羽根の配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置された圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に形成された流路断面積が他の部分より小さくなった部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍か、前記循環水供給流路の途中に配置され、薬剤と薬剤急速混合槽内の循環水の全体とを急速に混合する前記薬剤急速混合槽の配置部分またはその上流近傍もしくは下流近傍かで、前記循環水供給流路の循環水に旋回流が発生する領域は、前記循環水供給流路の途中に配置されたラインミキサの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍である請求項７または請求項８に記載の反応晶析処理装置である。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、前記循環水供給流路の途中には攪拌羽根または圧送ポンプが設けられ、前記循環水供給流路のうち、前記攪拌羽根または圧送ポンプの配置部分またはその上流近傍もしくはその下流近傍に、前記循環水供給流路の循環水に乱流または旋回流を発生させる手段として、バルブ、オリフィス、ラインミキサのうち、少なくとも１つを配置した請求項９に記載の反応晶析処理装置である。
循環水供給流路の循環水に乱流または旋回流を発生させる手段は、バルブでもよいし、オリフィスでもよいし、ラインミキサでもよい。または、これらの２つ以上を組み合わせたものでもよい。
【発明の効果】
【００３９】
請求項１に記載の反応晶析処理方法および請求項７および請求項８に記載の反応晶析処理装置によれば、循環水供給流路のうち、循環水に乱流が生じる領域に薬剤を添加し、薬剤が急速かつ均一に循環水中に混入されるようにしたので、流動床内の局所的な薬剤の濃度の高まりが抑えられる。その結果、薬剤濃度の均一化が図れ、凝集物の発生を抑制することができる。
【００４０】
特に、請求項３に記載の発明によれば、りん酸カルシウム化合物を種結晶の表面に析出させることにより、りん酸態りんを含む被処理水中のＰＯ４−Ｐ濃度が、数十ｍｇ／Ｌ〜数百ｍｇ／Ｌの排水に対しても、凝集濃度の低減に効果を有し、反応晶析法におけるりんの除去、回収率を高めることができる。これにより、反応晶析処理装置のコンパクト化も図ることができる。また、ＰＯ４−Ｐ濃度が、１〜５ｍｇ／Ｌの比較的低濃度の排水に対しては、Ｔ−Ｐ＜１ｍｇ／Ｌの処理水を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１において、１０はこの発明の実施例１に係る晶析脱リン装置（反応晶析処理装置）で、この晶析脱リン装置１０は、被処理水中の目的成分であるリンを反応させる反応槽１１と、反応槽１１の内部空間を上部および下部に区画する隔壁５１と、内部空間の下部に設けられた圧力室１３と、内部空間の上部に設けられ、種結晶が存在する流動床１４と、被処理水を圧力室１３に供給する被処理水供給槽（被処理水供給手段）１５と、被処理水供給槽１５により流動床１４に供給されたリンと種結晶とを接触させ、種結晶の表面にリンを晶析させることで流動床１４の上部から得られた処理水の一部を、循環水供給流路２１を通して、循環水として圧力室１３に供給する循環水供給手段１６と、圧力室１３と流動床１４とを連通させた状態で隔壁５１に設けられ、圧力室１３に貯留された循環水および被処理水のうち、少なくとも１つを流動床１４に分配する複数のディストリビュータ１２…と、晶析反応に使用される消石灰水溶液（水酸化カルシウム薬剤）を貯液する消石灰水溶液供給槽（薬剤供給手段）１７とを備えている。
【００４３】
反応槽１１は、その長さ方向の全長にわたって断面積が均一な直胴タイプの円筒槽（角筒型の槽でもよい）である。反応槽１１の下部に形成された圧力室１３は、被処理水が供給される下側の被処理水用圧力室１９と、循環水が供給される上側の循環水用圧力室２０とに、仕切り板５２により区画されている。
反応槽１１の上縁の外周部には、脱リン処理後の処理水が排出される図示しない環状の排水路を形成し、排水路の一部に排水管を連通して処理水を外部に排出するように構成されている。
【００４４】
反応槽１１の中央部には、下端部が循環水用圧力室２０の中央部に連通する長尺な内筒（循環水供給流路）２１が、その軸線を反応槽１１の軸線に合致させて立設されている。内筒２１の上端は、反応槽１１の流動床１４より上方であって、処理水が貯留される領域に配置されている。内筒２１の上端部には、上端の開口部に向かって徐々に拡径した拡径部２１ａが一体形成されている。
【００４５】
反応槽１１の中央部上には、処理水を内筒２１に誘引するポンプ装置用の攪拌モータ４１が立設されている。攪拌モータ４１の出力軸４２は長尺で先端部（下端部）に、インペラー２２が固着されている。インペラー２２は、内筒２１内の拡径部２１ａより若干下方に配置されている。従って、攪拌モータ４１により出力軸４２を回転させると、インペラー２２が回転し、内筒２１内で下方に向かう水流が発生する。これにより、反応槽１１の上部の処理水が、拡径部２１ａから内筒２１の本体内を通り、循環水用圧力室２０に流れ込む。
【００４６】
また、内筒２１内のインペラー２２の直上部分（循環水に乱流が発生する領域）には、消石灰水溶液供給槽１７と元部が連通された薬液供給管１７ａの先端が配置されている。薬液供給管１７ａの途中部分には、図示しない電磁弁と薬液供給ポンプとが配設されている。そのため、薬液供給ポンプを作動させると、消石灰水溶液供給槽１７の消石灰水溶液が薬液供給管１７ａを経てインペラー２２の直上部分に注入される。その直後、インペラー２２の回転力により、迅速かつ均一に消石灰水溶液と循環水とが混合される。これらの内筒２１とポンプ装置とにより、循環水供給手段１６が構成される。
前記被処理水供給槽１５と、被処理水用圧力室１９の周側部の一部とは、被処理水供給管１５ａにより連通されている。被処理水供給管１５ａには、図示しない電磁弁と被処理水供給ポンプとが配設されている。被処理水供給ポンプの作動により、被処理水供給槽１５中のリンを含有する被処理水が、被処理水用圧力室１９に供給される。
【００４７】
次に、圧力室１３の隔壁５１と、ディストリビュータ１２…とを詳細に説明する。
隔壁５１は円板形状を有し、中心部に前記内筒２１の下端部の嵌入孔５１ａが形成されている。また、この嵌入孔５１ａの周囲には、ディストリビュータ１２…の装着孔５１ｂ…が６０度間隔で６つ形成されている。
各ディストリビュータ１２…は、対応する挿着孔５１ｂ…の上方に配置される下側ノズル傘板１２ａ…と、各下側ノズル傘板１２ａ…上に、複数の支柱（スペーサ）を介して載置される上側ノズル傘板１２ｂ…とを有している。
【００４８】
このうち、各下側ノズル傘板１２ａ…は、上壁５２のうち、各装着孔５１ｂ…との対向部分に立設された吹出ノズル５５…の上側の開口部に固定されている。各吹出ノズル５５…は、それぞれの下側の開口部が被処理水用圧力室１９に連通されている。したがって、前記被処理水供給槽１５から被処理水用圧力室１９に供給された被処理水は、各吹出ノズル５５…から、対応するディストリビュータ１２…の下側ノズル傘板１２ａと上側ノズル傘板１２ｂとの隙間を経て、流動床１４にそれぞれ噴出される。また、内筒２１から循環水用圧力室２０に流入された循環水は、各装着孔５１ｂ…と、対応する吹出ノズル５５…との隙間を通して、各下側ノズル傘板１２ａ…の下部空間から流動床１４にそれぞれ噴出される。
【００４９】
なお、ディストリビュータ１２として、被処理水用圧力室１９に連通された被処理水専用のディストリビュータ１２Ａと、流動床１４を形成するためにディストリビュータ１２Ａの被処理水の吹き出し口より循環水の吹き出し口が低く配置され、かつ循環水用圧力室２０に連通された循環水専用のディストリビュータ１２Ｂとを有したものを採用してもよい（図３）。これにより、ディストリビュータ１２Ｂに比べてディストリビュータ１２Ａの本数を減らし、循環水の流動床１４への流量を増加させることができる。
また、被処理水用圧力室１９を省略し、被処理水供給槽１５から被処理水供給管１５ａを通して、直接、被処理水を流動床１４の底部に導入してもよい（図４）。これにより、反応室１１の圧力室は１つとなる。この場合、被処理水は、被処理水供給管１５ａをそれぞれ通して、流動床１４の側部から導入してもよいし、流動床１４の上部から導入してもよい。
【００５０】
前記消石灰水溶液供給槽１７は、反応槽１１の外に設置されている。その内容量は、例えば０．５〜５ｍ３程度である。または、７日分の処理に使用される消石灰水溶液もしくは懸濁液を貯留可能な程度としてもよい。消石灰水溶液供給槽１７において、消石灰水溶液の補給は、消石灰水溶液供給槽１７に設けられた液面センサの検出信号に基づき、図示しない補給ポンプを使用して、消石灰水溶液補給タンクから自動で行われる。または、消石灰水溶液供給槽１７に設けられたｐＨセンサの検出信号に基づき、図示しない消石灰供給ホッパからフィーダを通して消石灰粉が消石灰供給槽内に供給されるとともに、消石灰供給槽１７に設けられた液面センサの検出信号に基づき水道水または処理水が導入され、図示しない攪拌機により攪拌混合されて所定のｐＨの消石灰水溶液が作製される。
反応槽１１には、処理水のｐＨを検出するｐＨセンサ１００が設けられている。ｐＨセンサ１００は、ｐＨ制御装置の入力側に接続されている。処理水のｐＨは、ｐＨセンサ１００により検出され、得られた検出データに基づき、ｐＨ制御装置から薬液供給ポンプに、所定量の消石灰水溶液を消石灰水溶液供給槽１７から内筒２１に供給する指令が出される。
【００５１】
次に、実施例１に係る晶析脱リン装置１０による排水中のりん成分の反応晶析処理方法を説明する。
図１に示すように、処理水内に設置されたｐＨセンサ１００の信号を受け、処理水が所定のｐＨとなるように、薬液供給ポンプに付設されたインバータにより、内筒２１を流下中の循環水に対する消石灰水溶液の添加量（薬剤添加量）を制御する。例えば、Ｔ−Ｐ（≒ＰＯ４−Ｐ）濃度が１〜３ｍｇ／Ｌ程度の下水二次処理水をＴ−Ｐ＜１ｍｇ／Ｌ以下にするとき、制御目標のｐＨは９．８程度である。
循環水の循環量は、撹拌モータ４１に付設されたインバータにより、流動床１４の膨張高さが所定の高さとなるように調整される。循環水は、内筒２１から循環水用圧力室２０および各ディストリビュータ１２…を通して、流動床１４に上向流として噴出される。また、被処理水は、インバータ付きの被処理水供給ポンプによりその流入量が調節され、被処理水用圧力室１９に導入される。その後、被処理水は各吹出ノズル５５…を通して、上向流として流動床１４に噴出される。
【００５２】
なお、被処理水の上向流速は、使用される種結晶の条件（密度、粒径）、水の粘度などにより適宜変更される。例えば、種結晶が珪酸カルシウム水和物（粒径０．５〜１．０ｍｍまたは１．０〜１．７ｍｍ程度）であれば、循環水の上向流速は０．５〜２ｍ／分、好ましくは０．８〜１．５ｍ／分である。これにより、流動床中での種結晶の膨張率は好適な１４０〜２００％程度となる。膨張率が１４０％未満では安定した流動床を得難く、２００％を超えると循環水の循環流量が大きくなり、循環水圧送ポンプ５０の電力消費が嵩張るともに、流動床中の種結晶の存在密度が減少するため、晶析反応に不利となる。
循環水の循環流量は、反応槽１１の床面積×上向流速で求められ、反応槽の形状により変化する。また、循環水が被処理水を希釈することでＰＯ４−Ｐの凝集の発生を抑制し、処理速度が高まる。これにより、循環水／被処理水流量比が１０程度となるような形状の反応槽１１とした方が好ましい。
【００５３】
流動床１４では、主体となる循環水中に、所定量の消石灰が水溶液として添加されたものと、被処理水とが導入される。そのため、流動床１４内では、被処理水に含有されるＰＯ４−Ｐをヒドロキシアパタイトとして析出させる晶析反応が行われる。その反応式を、背景技術の欄の（１）式に示す。ところで、内筒２１内を流れる処理水に対しての消石灰水溶液の注入位置は、インペラー２２の直上部分である。そのため、消石灰水溶液は、その直後、インペラー２２により急速かつ均一に循環水と攪拌混合される。その結果、従来のように流動床内の水流が安定した領域に消石灰水溶液を添加する場合に比べて、流動床１４内の局所的な消石灰の濃度の高まりが抑えられ、流動床１４内での消石灰濃度の均一化が図れる。その結果、凝集物の発生が抑制される。
【００５４】
内筒２１を通して循環水用圧力室２０に供給された循環水は、各装着孔５１ｂ…と対応する吹出ノズル５５…との隙間から、各下側ノズル傘板１２ａ…の下部空間を通って流動床１４に上向流として噴出される。このとき、被処理水は、消石灰水溶液および循環水とは別ルート（別流路）で流動床１４に注入される。これにより、従来のように被処理水と循環水とをあらかじめ混合し、この混合液を流動床１４に供給する場合に比べて、凝集物の発生を抑制することができる。これは、循環水とリン含有の被処理水とが接触した時点でＰＯ４−Ｐの凝集が発生する可能性が高く、これを防げるためである。処理水は、反応槽１１の上部に設けられた排水路から排水管を通して外部に排出される。排出された処理水には、必要に応じてばっ気、酸添加などによる中和処理が施される。
【００５５】
なお、被処理水中のカルシウム濃度が不足している場合には、必要に応じて塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）の水溶液などを添加すればよい。塩化カルシウムを添加する場所は、被処理水供給管１５ａのうち、被処理水供給ポンプの直前または直後の部分内か、被処理水を受ける貯槽でよい。被処理水中のＰＯ４−Ｐ濃度が１００ｍｇ／Ｌ程度以上で、かつｐＨが７．０以上のときには、消石灰によるｐＨ制御を行わず、塩化カルシウムのみをインペラー２２の直上部分に添加し、りんを除去して回収を行うこともできる。
また、本方法によればＰＯ４−Ｐ濃度が数十ｍｇ／Ｌ〜数百ｍｇ／Ｌの排水に対しても、凝集濃度の低減に効果を有し、反応晶析法におけるりんの除去、回収率を高めることができる。これにより、反応晶析処理装置のコンパクト化も図ることができる。
【００５６】
次に、図２を参照して、この発明の実施例２に係る反応晶析処理方法およびその装置を説明する。
図２に示すように、この発明の実施例２に係る晶析脱リン装置１０Ａにあっては、実施例１の循環水供給手段１６を除去している。また、反応槽１１の上部内に周壁に沿って環状の排水路１１ａを設け、排水路１１ａと循環水用圧力室２０とを、反応槽１１の外部に配管された循環水供給流管（循環水供給流路）２１Ａにより連通している。循環水供給流管２１Ａの下流部には、循環水圧送ポンプ５０を設けている。また、循環水供給流管２１Ａの下流部付近、具体的には循環水圧送ポンプ５０の直前の部分に、消石灰水溶液供給槽１７と元部が連通された薬液供給管１７ａの先端部を連通させている。
【００５７】
晶析脱リン装置１０Ａによる反応晶析処理方法では、循環水圧送ポンプ５０の作動により、排水路１１ａの循環水が循環水供給流管２１Ａを通って循環水用圧力室２０に供給される。このとき、消石灰水溶液供給槽１７から導出された消石灰水溶液が、薬液供給管１７ａを経て、循環水供給流管２１Ａのうち、循環水圧送ポンプ５０の直前の部分に供給される。そのため、循環水供給流管２１Ａに流入された消石灰水溶液は、その直後、循環水圧送ポンプ５０の攪拌力によって循環水と急速かつ均一に攪拌混合される。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。
【００５８】
次に、図５を参照して、この発明の実施例３に係る反応晶析処理方法およびその装置を説明する。
図５に示すように、この発明の実施例３に係る反応晶析処理方法が適用された晶析脱リン装置１０Ｂにあっては、実施例２の消石灰水溶液供給槽１７の代わりに、平均粒径１０μｍ程度の粉末の消石灰が投入される消石灰粉供給槽１７Ａを採用し、循環水供給流管２１Ａの上流部に循環水圧送ポンプ５０を設けている。そして、循環水供給流管２１Ａのうち、循環水圧送ポンプ５０の直前の部分に、上端が大気開放された分岐管２１ｂを垂直に連通している。また、分岐管２１ｂには、消石灰粉供給槽１７Ａの薬剤供給管１７ｂの先端部が連通されている。薬剤供給管１７ｂの途中部分には、薬剤供給用の図示しない粉体ポンプおよび電磁弁が配設されている。消石灰粉供給槽１７Ａから薬剤供給管１７ｂに投入された消石灰粉は、循環水供給流管２１Ａの循環水に溶け込む。その結果、最終的には消石灰水溶液となって、循環水用圧力室２０に流入される。
【００５９】
実施例３の晶析脱リン装置１０Ｂによる反応晶析処理方法では、循環水圧送ポンプ５０を作動させると、排水路１１ａ内の循環水が循環水供給流管２１Ａを通って、循環水用圧力室２０に供給される。このとき、消石灰粉供給槽１７Ａから導出された消石灰粉が、薬剤供給管１７ｂおよび分岐管２１ｂを介して、循環水供給流管２１Ａのうち、循環水圧送ポンプ５０の直前の部分に投入される。よって、消石灰粉は、この投入された直後、循環水圧送ポンプ５０の攪拌力により急速にかつ均一に循環水と攪拌混合される。
【００６０】
また、晶析脱リン装置１０Ｂにおいて分岐管２１ｂを除去し、循環水供給流管２１Ａの分岐管２１ｂとの連通部分に薬剤急速混合槽５０Ａを設けることで、この槽内で消石灰粉と循環水とを急速に攪拌混合するように構成してもよい（図６）。薬剤急速混合槽５０Ａは、循環水が１０秒以上滞留することができる容積の小槽で、小槽の割りには大出力の攪拌機６０が取り付けられている。攪拌機６０により、槽内に投入された消石灰粉と、槽内の全ての循環水液体とが急速に攪拌混合される。
さらに、図５に示す晶析脱リン装置１０Ｂにおいて、循環水供給流管２１Ａのうち、分岐管２１ｂとの連通部分と循環水圧送ポンプ５０との間の部分に、ラインミキサ５０Ｂを設けてもよい（図７）。ラインミキサ５０Ｂは、流路内壁に多数の攪拌突起が、流路長さ方向に所定ピッチで配置された無動力の円筒ミキサである。消石灰粉を添加した循環水が、ラインミキサ５０Ｂの内部流路を通過することにより、流路内で旋回流が発生し、循環水と消石灰粉とが攪拌混合される。
その他の構成、作用および効果は、実施例２から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。
【００６１】
次に、図８を参照して、この発明の実施例４に係る反応晶析処理方法およびその装置を説明する。
図８に示すように、この発明の実施例４に係る反応晶析処理方法が適用された晶析脱リン装置１０Ｃにあっては、実施例２の直胴タイプの円筒槽または角筒槽である反応槽１１に代えて、圧力室１３が排除され、かつ下部（底部）が下方に向かって徐々に先細り化した反応槽１１Ａを採用している。また、循環水供給流管２１Ａの下端部は、その下端の開口方向を下向きとし、反応槽１１Ａの下端部に配置されている。そして、前記被処理水供給管１５ａの先端部は、反応槽１１Ａの下部内であって、循環水供給流管２１Ａより若干上方に配置されている。
【００６２】
したがって、循環水圧送ポンプ５０により、循環水供給流管２１Ａから反応槽１１の底壁に向かって１ｍ／秒以下（ここでは１ｍ／秒程度）で循環水を噴出すると、反応槽１１の内部に上向流が発生する。この上向流に乗って、被処理水供給管１５ａから反応槽１１に供給された被処理水は上昇し、所定の高さの流動床１４が形成される。
その他の構成、作用および効果は、実施例２と略同じであるので、説明を省略する。
【００６３】
次に、実施例１の反応晶析処理装置１０を用いた反応晶析処理方法、および、図１０に示す反応晶析処理装置１０Ｄを使った従来例１の反応晶析処理方法により各晶析実験を実際に行い、これらにより得られた処理水についての水質分析の結果を、それぞれ報告する。まず、従来例１の反応晶析処理装置１０Ｄを説明する。
図１０に示すように、従来例１の反応晶析処理装置１０Ｄは、隔壁５１の上側に、消石灰水溶液供給槽１７に薬液供給管１７ａを介して連通され、かつ消石灰水溶液を流動床１４に供給する薬液供給室５６を設け、薬液供給室５６の上壁５６ａに、多数の薬液吹出ノズル５７…を所定ピッチで立設させた構成を特徴としている。また、各薬液吹出ノズル５７…の上端には、ディストリビュータ１２Ｃ…が、それぞれ設けられている。
したがって、消石灰水溶液供給槽１７の消石灰水溶液は、薬液供給管１７ａを経て薬液供給室５６に流入し、各薬液吹出ノズル５７…を通して流動床１４に吹き出される。そのため、流動床１４のうち、各ディストリビュータ１２Ｃ…の周辺では、消石灰濃度が高まっている。その他の構成、作用および効果は、実施例１と同様である。
【００６４】
次に、実施例１の反応晶析処理方法と、従来例１の反応晶析処理方法とによる各晶析実験を説明する。
使用した種結晶は、三菱マテリアル（株）製「リンクルシード」、粒径；０．５〜１．０ｍｍ、主成分；珪酸カルシウム水和物である。
種結晶充填容積を１３０Ｌ（リットル）とし、撹拌モータ４１に接続したインバータにより処理水循環流量を調節し、種結晶膨張率を２００％とした。被処理水流量は、被処理水供給ポンプに接続したインバータを用いて調節し、流量計で確認した。流動床１４の上部に設置したｐＨセンサ１００により処理水が所定のｐＨとなるように、薬剤注入量を薬液供給ポンプに接続したインバータを用いて制御した。
被処理水には生物処理排水を使用し、ＫＨ２ＰＯ４水溶液により、りん酸イオンを添加して所定のＰＯ４−Ｐ濃度に調整した。また、被処理水のカルシウム濃度は１０ｍｇ／Ｌ程度であったため、ＣａＣｌ２水溶液を用いカルシウムを被処理水に添加し、反応槽１１に供給した。表１中の被処理水のカルシウム濃度は、ＣａＣｌ２水溶液によりカルシウム濃度を調整した後の分析値である。その結果を表１に示す。
表１中、実験番号１〜１０は試験例１〜１０を示す。また、実験番号１１〜１３は比較例１〜３を示す。
【００６５】
【表１】
2006122896.tif 000003
【００６６】
空間速度（ＳＶ）は、被処理水時間当たり流量を種結晶充填容積で除して求めた。この値が大きいほど処理速度が速く、被処理水流量が同じ場合には装置のコンパクト化が図れる。
凝集りん濃度は｛（処理水Ｔ−Ｐ）−（処理水ＰＯ４−Ｐ）｝−｛（被処理水Ｔ−Ｐ）
−（被処理水ＰＯ４−Ｐ）｝により求めた。
実験番号２において、循環水の薬剤混合後の液を圧力室内より採水したところ、ｐＨ＝９．９、Ｔ−Ｐ＝０．７３ｍｇ／Ｌ、ＰＯ４−Ｐ＝０．３４ｍｇ／Ｌで、ほぼ処理水の水質に近かった。また、他の実験番号１，３〜１０においても、処理水のＴ−Ｐ値は全て１ｍｇ／Ｌ以下であった。すなわち、薬剤の混合攪拌を速やかに行うことにより、ｐＨの高い状態が発生せず、凝集の抑制効果が生じることが明らかとなった。
【００６７】
次に、実施例１の各反応晶析処理方法と従来例１の各反応晶析処理方法とにより、フッ素を含む排水に対して、実際に行った晶析実験と水質分析とについて報告する。
種結晶としては、純度９７％の蛍石（フッ化カルシウム）を粒径０．３〜０．５ｍｍに粒度調整したものを使用した。
種結晶の充填容積を１００Ｌとし、攪拌モータ４１に接続したインバータにより処理水循環流量を調節し、種結晶膨張率を１５０％とした。
被処理水としては、フッ化ナトリウム試薬を用い、フッ素イオン濃度を２０ｍｇ／Ｌに調整した模擬排水を使用した。被処理水流量は、被処理水供給ポンプに接続したインバータにより調節し、流量計で確認した。
【００６８】
薬剤としては、塩化カルシウム２０％水溶液を採用した。その注入量は、薬剤注入ポンプに接続したインバータにより制御した。薬剤は、被処理水流量に応じた比例制御により注入される。
フッ素イオン濃度の分析には、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法を採用した。その試験結果を表２に示す。表２中、実験番号１４は試験例１１を示す。また、実験番号１５は比較例４を示す。
表２から明らかなように、実験番号１４では処理水の白濁もなく、ＳＳ（スラッジ）濃度も低かった。これに対して、実験番号１５では処理水が白濁し、ＳＳも増加し、フッ素イオン濃度も高かった。これは、種結晶の表面に晶析しなかった微細なフッ化カルシウム粒子が、処理水中に多量に残ったためと考えられる。
【００６９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の実施例１に係る反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図２】この発明の実施例２に係る反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図３】この発明の実施例２に係る別の反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図４】この発明の実施例２に係るまた別の反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図５】この発明の実施例３に係る反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図６】この発明の他の形態に係る反応晶析処理装置の要部概略構成図である。
【図７】この発明の別の形態に係る反応晶析処理装置の要部概略構成図である。
【図８】この発明の実施例４に係る反応晶析処理装置の概略構成図である。
【図９】ｐＨをパラメータとしたＰＯ４−Ｐ濃度とカルシウム濃度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来手段に係る反応晶析処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０，１０Ａ〜１０Ｄ  晶析脱リン装置（反応晶析処理装置）、
１１  反応槽、
１２  ディストリビュータ、
１３  圧力室、
１４  流動床、
１５  被処理水供給槽（被処理水供給手段）、
１６  循環水供給手段、
１７  消石灰水溶液供給槽（薬剤供給手段）、
２１  内筒（循環水供給流路）、
２１Ａ  循環水供給流管（循環水供給流路）、
２２  インペラー（攪拌羽根）、
５０  圧送ポンプ、
５０Ａ  薬剤急速混合槽、
５０Ｂ  ラインミキサ、
５１  隔壁、
６１  攪拌羽根。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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