(57)【要約】【課題】溶解状態にあるシリカをフロックよりも安定性の高い固体にすることで、分散を抑制するための凝集剤の添加及び大型の設備を不要にし、しかも、熟成時間を不要にして設備のコンパクト化を図りながら廃液中からシリカを除去できるようにして、廃液の処理コストを低減する。【解決手段】廃液処理装置１は、シリカ含有廃液を貯留する廃液貯留槽２と、シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤を貯留する添加薬剤貯留槽２と、シリカ含有廃液と添加薬剤とを反応させる反応槽４と、反応槽４で生成された難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離機５と、上記固液分離機５によって固体を分離した後の液体成分を貯留する液体成分貯留槽６と、上記液体成分貯留槽６の液体にｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するｐＨ調整装置７とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理装置において、
シリカ含有廃液を貯留する廃液貯留槽と、
シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤を貯留する添加薬剤貯留槽と、
シリカ含有廃液と添加薬剤とを反応させる反応槽と、
上記反応槽で生成された難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離機と、
上記固液分離機によって難溶解性化合物を分離した後の液体成分を貯留する液体成分貯留槽と、
上記液体成分貯留槽の液体にｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するｐＨ調整装置とを備えていることを特徴とする廃液処理装置。
【請求項２】
溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理装置において、
シリカ含有廃液を貯留する廃液貯留槽と、
シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤を貯留する添加薬剤貯留槽と、
シリカ含有廃液と添加薬剤とを反応させる反応槽と、
上記反応槽中のｐＨを調整するｐＨ調整装置と、
上記ｐＨ調整装置によりｐＨが調整された反応槽で生成した難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離機とを備えていることを特徴とする廃液処理装置。
【請求項３】
溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理方法において、
シリカ含有廃液中のシリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤をシリカ含有廃液に添加する薬剤添加工程と、
上記難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離工程と、
上記固液分離工程後の液体成分にｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するｐＨ調整工程とを備えていることを特徴とする廃液処理方法。
【請求項４】
溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理方法において、
シリカ含有廃液中のシリカと化学反応してシリカと化学反応を生成する添加薬剤を反応槽中でシリカ含有廃液に添加する薬剤添加工程と、
上記反応槽中のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、
上記反応槽で生成した難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離工程とを備えていることを特徴とする廃液処理方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の廃液処理方法において、
シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤は、カルシウム塩又はカルシウム水酸化物であり、
添加当量比は、シリカに対して１．０から５．０であることを特徴とする廃液処理方法。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つに記載の廃液処理方法において、
シリカと、該シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤とを化学反応させるときのｐＨは、３から１４であることを特徴とする廃液処理方法。
【請求項７】
請求項１または２に記載の廃液処理装置において、
シリカ含有廃液は、イオン交換樹脂再生廃液であり、
ｐＨ調整装置は、イオン交換樹脂再生装置から回収される液を用いることを特徴とする廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばイオン交換樹脂再生廃液等、溶解状態のシリカを含有する廃液を処理するための廃液処理装置及び廃液処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶解状態のシリカを含有する廃液は、環境保護の観点から、そのままで放流することはできず、シリカ分を所定の低濃度となるまで除去する処理を行った後に放流しなければならない。この廃液処理の方法としては、例えば、特許文献１、２に開示されているように、様々な方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、シリカを含有する酸性の廃液に、２または３価の金属塩を添加した後、ｐＨ調整剤を添加して廃液中のシリカ分をフロック化し、このフロックを液体成分から分離して除去することが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、シリカを含有する廃液に、ｐＨ調整剤を添加した後、凝集剤を添加して凝集処理し、これによってできたフロックを濾過分離することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５１１８１号公報
【特許文献２】特開２００５−３３４８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１、２のように、フロックを生成して液体成分から分離するようにした場合、フロックは粒子間に働く吸引力によって形状が維持されているだけなので不安定な状態であり、例えば経時的に分散したり、ｐＨの変化に対し敏感で若干のｐＨ変動で再び溶解してしまうことがある。
【０００７】
また、フロックを生成する場合には、廃液と凝集剤とを攪拌して混合した後、放置して熟成させなければならず、廃液処理設備が大型化してしまう。また、フロックは上記したように不安定なため、沈殿法のような大きな設置スペースを要する設備で分離する必要がある。よって、処理コストが高騰する。
【０００８】
さらに、一旦生成されたフロックが分散してしまうのを抑制するために、例えば、無機系、有機系の凝集剤を添加することも考えられるが、このようにした場合には薬剤費がかかるとともに、添加するための設備が追加で必要となり、処理コストの高騰を招く。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶解状態にあるシリカをフロックよりも安定性の高い固体にすることで、分散を抑制するための凝集剤の添加及び設備を不要にし、しかも、熟成時間を不要にして設備の大型化を招くことなく廃液中からシリカを除去できるようにして、廃液の処理コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、シリカをフロックとして分離するのではなく、所定の添加薬剤によって難溶解性の固体としてから固液分離するようにした。
【００１１】
第１の発明は、溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理装置において、シリカ含有廃液を貯留する廃液貯留槽と、シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤を貯留する添加薬剤貯留槽と、シリカ含有廃液と添加薬剤とを反応させる反応槽と、上記反応槽で生成された難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離機と、上記固液分離機によって難溶解性化合物を分離した後の液体成分を貯留する液体成分貯留槽と、上記液体成分貯留槽の液体にｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するｐＨ調整装置とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
この構成によれば、廃液中のシリカは難溶解性化合物となり、液体成分から分離される。難溶解性化合物は化学反応によって生成されたものであり、その生成速度は、従来のフロックを形成する場合のような熟成に対して迅速であり、装置のコンパクト化が図られる。
【００１３】
また、化学反応によって生成された難溶解性化合物は、粒子間の吸引力によって形状が維持されているフロックに比べて、経時的な変化がなく、固体として安定的に存在することになる。よって、無機系、有機系の凝集剤を別途添加せずに済むので、添加装置が不要になる。しかも、難溶解性化合物を生成するための添加薬剤の添加量を調整することにより、処理後の溶解性シリカ濃度を制御することが可能であり、所定以上の過剰な添加を要しない。
【００１４】
さらに、難溶解性化合物は、フロックに比べて外力に強く、沈殿法以外の固液分離機の使用が可能になり、例えば、設置スペースが小さい遠心式の固液分離機を使用することが可能になる。
【００１５】
そして、難溶解性化合物を分離した後の液体成分は、ｐＨが調整されてから排出される。
【００１６】
第２の発明は、溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理装置において、シリカ含有廃液を貯留する廃液貯留槽と、シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤を貯留する添加薬剤貯留槽と、シリカ含有廃液と添加薬剤とを反応させる反応槽と、上記反応槽中のｐＨを調整するｐＨ調整装置と、上記ｐＨ調整装置によりｐＨが調整された反応槽で生成した難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離機とを備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によれば、第１の発明と同様に、廃液中のシリカは難溶解性化合物となり、液体成分から分離される。そして、反応槽中のｐＨが調整された後、難溶解性化合物が液体成分から分離され、液体成分は排出される。
【００１８】
第３の発明は、溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理方法において、シリカ含有廃液中のシリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤をシリカ含有廃液に添加する薬剤添加工程と、上記難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離工程と、上記固液分離工程後の液体成分にｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するｐＨ調整工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によれば、第１の発明と同様な作用効果を奏することができる。
【００２０】
第４の発明は、溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液中のシリカを除去する廃液処理方法において、シリカ含有廃液中のシリカと化学反応してシリカと化学反応を生成する添加薬剤を反応槽中でシリカ含有廃液に添加する薬剤添加工程と、上記反応槽中のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、上記反応槽で生成した難溶解性化合物を液体成分から分離する固液分離工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によれば、第２の発明と同様な作用効果を奏することができる。
【００２２】
第５の発明は、請求項３または４に記載の廃液処理方法において、シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤は、カルシウム塩又はカルシウム水酸化物であり、添加当量比は、シリカに対して１．０から５．０であることを特徴とするものである。
【００２３】
この構成によれば、添加当量比を所定範囲にすることで、難溶解性化合物が確実に得られるようになる。
【００２４】
第６の発明は、請求項３から５のいずれか１つに記載の廃液処理方法において、シリカと、該シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤とを化学反応させるときのｐＨは、３から１４であることを特徴とするものである。
【００２５】
この構成によれば、所定のｐＨで化学反応させることにより、難溶解性化合物が確実に得られるようになる。
【００２６】
第７の発明は、第１または２の発明において、シリカ含有廃液は、イオン交換樹脂再生廃液であり、ｐＨ調整装置は、イオン交換樹脂再生装置から回収される液を用いることを特徴とするものである。
【００２７】
この構成によれば、イオン交換樹脂再生装置を運用主体とした場合において、当該装置での酸及びアルカリの物理収支を一致させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、シリカをフロックとして分離するのではなく、シリカと化学反応する添加薬剤によって難溶解性化合物として分離するようにしたので、別の凝集剤の添加や大型の設備を不要にし、しかも、熟成時間を不要にして設備のコンパクト化を図りながら廃液中からシリカを除去でき、廃液の処理コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１にかかる廃液処理装置の構成図である。
【図２】添加薬剤の当量比とシリカ反応率との関係を示すグラフである。
【図３】攪拌時間とシリカ反応率との関係を示すグラフである。
【図４】実施形態２にかかる廃液処理装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１にかかる廃液処理装置１の構成図である。
【００３２】
廃液処理装置１は、廃液貯留槽２と、塩化カルシウム貯留槽（添加薬剤貯留槽）３と、反応槽４と、第１固液分離機５と、受槽６と、ｐＨ調整装置７と、第２固液分離機３６と、脱水機３１とを備えている。
【００３３】
廃液貯留槽２は、溶解性シリカを含有したシリカ含有廃液を貯留するためのものである。塩化カルシウム貯留槽３は、塩化カルシウム溶液を貯留するためのものである。この塩化カルシウムは、後述するが、シリカと化学反応して難溶解性化合物を生成する添加薬剤に相当するものである。反応槽４は、シリカ含有廃液と塩化カルシウム溶液とを混合させてシリカと塩化カルシウムとを化学反応させてシリカ難溶解性化合物を生成するためのものである。第１固液分離機５は、反応槽４で生成したシリカ難溶解性化合物（固体）を液体成分から分離するためのものである。この第１固液分離機５としては、処理流量に対する占有面積の低減が可能な遠心方式、若しくは濾過方式の固液分離機を用いることができる。尚、第１固液分離機５には、沈殿方式の固液分離機を用いてもよい。
【００３４】
受槽６は、第１固液分離機５で分離された液体成分を一旦受けるためのものである。ｐＨ調整装置７は、受槽６内の液体にｐＨ調整剤を供給して系外へ放流可能なｐＨとなるようにｐＨを調整するためのものである。
【００３５】
第２固液分離機３６は、受槽６で生成された固形成分を液体成分から分離するためのものである。脱水機３１は、第１固液分離機５及び第２固液分離機３６で分離された固体成分を脱水するためのものである。
【００３６】
廃液処理装置１は、更に、廃液ポンプ１０と、薬剤ポンプ１１と、第１攪拌機１２と、第１ポンプ１３と、第２攪拌機３０と、第２ポンプ３４とを備えている。
【００３７】
廃液ポンプ１０は、廃液を反応槽４に供給するためのものである。薬剤ポンプ１１は、塩化カルシウム溶液を反応槽４に供給するためのものである。第１攪拌機１２は、反応槽４内の液体を攪拌するためのものである。第１ポンプ１３は、反応槽４内の液体及びシリカ難溶解性化合物を第１固液分離機５に供給するためのものである。第２攪拌機３０は、受槽６内の液体を攪拌するためのものである。第２ポンプ３４は、受槽６内の液体及び固体成分を第２固液分離機３６に供給するためのものである。
【００３８】
廃液貯留槽２内と廃液ポンプ１０の吸入口とは廃液パイプ２０で接続されている。廃液ポンプ１０の吐出口には、廃液吐出パイプ２１が接続されている。この廃液吐出パイプ２１は、反応槽４内まで延びている。塩化カルシウム貯留槽３と薬剤ポンプ１１とは薬剤パイプ２２で接続されている。薬剤ポンプ１１の吐出口には、薬剤吐出パイプ２３が接続されている。この薬剤吐出パイプ２３は、反応槽４内まで延びている。
【００３９】
反応槽４内と第１ポンプ１３の吸入口とはパイプ２４で接続されている。第１ポンプ１３の吐出口には吐出パイプ２５が接続されている。この吐出パイプ２５は、第１固液分離機５の吸い込み部まで延びている。第１固液分離器５には、固体成分が吐出される固体吐出パイプ２６と、液体成分が吐出される液体吐出パイプ２７とが接続されている。液体吐出パイプ２７は、受槽６まで延びている。ｐＨ調整装置７には、ｐＨ調整剤を吐出するｐＨ調整剤吐出パイプ２８が接続されている。ｐＨ調整剤吐出パイプ２８は、受槽６内まで延びている。また、受槽６には、ｐＨが調整された廃液を排出するための排出パイプ２９が接続されている。
【００４０】
第１固液分離器５の固体吐出パイプ２６は、脱水機３１に接続されている。脱水機３１には、脱水により生じた液体を吐出する液体吐出パイプ３２が接続されている。液体吐出パイプ３２は、受槽６まで延びている。脱水機３１には、更に、固体成分を吐出する固体吐出パイプ３３が接続されている。
【００４１】
受槽６の排出パイプ２９は、第２ポンプ３４の吸入口に接続されている。第２ポンプ３４の吐出口には、吐出パイプ３５が接続されている。第２固液分離機３６には、固体成分が吐出される固体吐出パイプ３８と、液体成分が吐出される液体吐出パイプ３７とが接続されている。第２固液分離器３６の固体吐出パイプ３８は、脱水機３１に接続されている。
【００４２】
次に、上記のように構成された廃液処理装置１を使用した廃液処理要領について説明する。この実施形態において廃液貯留槽２に貯留されている廃液は、イオン交換樹脂再生装置から排出された廃液であり、この廃液に含有されるシリカは、メタケイ酸ナトリウムなどの溶解性塩の形態で存在している。また、ｐＨ調整装置７には、ｐＨ調整剤として、イオン交換樹脂再生装置から回収される液を貯留しておく。
【００４３】
まず、廃液ポンプ１０を作動させる。すると、廃液貯留槽２に貯留されている廃液が廃液パイプ２０及び廃液吐出パイプ２１を通って反応槽４に供給される。反応槽４内の廃液が所定量となったときに廃液ポンプ１０を停止する。
【００４４】
その後、薬剤ポンプ１１を作動させる。すると、塩化カルシウム貯留槽３に貯留されている塩化カルシウム溶液が薬剤パイプ２２及び薬剤吐出パイプ２３を通って反応槽４に供給される。
【００４５】
また、第１攪拌機１２を作動させる。これにより、反応槽４内の廃液と塩化カルシウム溶液とが混合する。すると、下記代表的反応式でシリカ難溶解性化合物であるケイ酸カルシウムが生成される。
【００４６】
【化１】
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【００４７】
塩化カルシウム溶液の添加量について図２に基づいて説明する。図２は、塩化カルシウムの添加当量比とシリカの反応率との相関図であり、この図には参考として水酸化カルシウムの添加当量比とシリカの反応率との相関も示している。
【００４８】
この相関を求めた際の廃液のｐＨは１３である。また、反応時間は６０分である。当該図から明らかなように、塩化カルシウムはシリカと略当量であれば９６％の反応率となる。すなわち、添加当量比１．０で９６％のシリカがケイ酸カルシウムとなり、液体成分から除去されることになる。尚、水酸化カルシウム（添加薬剤）を当量比２．０で添加した場合には、７８％のシリカがケイ酸カルシウムとなる。
【００４９】
また、図３に示すように、シリカの反応速度は速く、当量比が１．５であれば、反応時間が１０分程度で９０％のシリカが反応を終える（反応率９０％）。すなわち、シリカの反応率が９０％でよいとすれば、連続槽型反応器においても、当量比１．５であれば滞留時間を１０分確保すればよい。当量比が１．０であっても、１０分で８５％のシリカが反応を終え、十分な反応率が得られる。図２及び図３に示すデータに基づいて実際の装置の具体的な仕様を決定することが可能である。
【００５０】
図２及び図３に示す結果は、全ては図示していないが、当量比が１．０から５．０の間であれば同様な結果が得られ、また、廃液のｐＨが３から１４であれば同様な結果が得られることが、本発明者によって知見されている。
【００５１】
生成されたケイ酸カルシウムは、溶解度が低く経時的な変化が少なく、かつ、広ｐＨ領域で安定して固体を維持する。また、粒子間の吸引力によって形状が維持されているフロックに比べて、ケイ酸カルシウムは外力に強い性質を持っている。
【００５２】
上記攪拌時間が経過した後、第１ポンプ１３を作動させる。すると、反応槽４内のケイ酸カルシウム及び液体成分は、パイプ２４及び吐出パイプ２５を通って第１固液分離機５に供給される。第１固液分離機５では、ケイ酸カルシウムを主成分とする固体を液体成分から分離する。固体は、固体吐出パイプ２６から排出されて脱水機３１に供給される。脱水機３１で脱水された固体は、固体吐出パイプ３３から吐出される。一方、液体成分は、液体吐出パイプ２７から受槽６内に流入する。
【００５３】
しかる後、ｐＨ調整装置７によりｐＨ調整剤がｐＨ調整剤吐出パイプ２８を通って受槽６内に供給される。また、第２攪拌機３０を作動させる。
【００５４】
受槽６内の液体は、ｐＨ調整後、排出パイプ２９から排出され、第２ポンプ３４により第２固液分離機３６に供給される。第２固液分離機３６では、受槽６内に存在していた固体成分を液体成分から分離する。固体は、固体吐出パイプ３８から排出されて脱水機３１に供給される。脱水機３１で脱水された固体は、固体吐出パイプ３３から吐出される。一方、液体成分は、第２固液分離機３６の液体吐出パイプ３７から排出される。
【００５５】
尚、ｐＨの調整が不要な場合は、ｐＨ調整剤の供給は行わずに、排出パイプ２９から排出すればよい。
【００５６】
以上説明したように、この実施形態１によれば、廃液中のシリカをフロックとして分離するのではなく、シリカと化学反応する塩化カルシウムによって難溶解性化合物であるケイ酸カルシウムとして分離するようにしたので、別の凝集剤の添加や大型の設備を不要にし、しかも、熟成時間を不要にして設備のコンパクト化を図りながら廃液中からシリカを除去でき、廃液の処理コストを低減できる。
【００５７】
また、塩化カルシウムを当量比で１．０以上添加するようにしたので、廃液中のシリカの大部分を除去できる。
【００５８】
また、ｐＨ調整装置７がイオン交換樹脂再生装置から回収される液を用いているので、イオン交換樹脂再生装置を運用主体とした場合において、当該装置での酸及びアルカリの物理収支を一致させることが可能になる。
【００５９】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２にかかる廃液処理装置１の構成図である。
【００６０】
実施形態２の廃液処理装置１は、受槽６から排出された液を固液分離しない点で実施形態１のものと異なっている。また、この実施形態２では、受槽６を攪拌する攪拌機と、脱水機も省略されている。この実施形態２は、受槽６で固体成分が殆ど形成されない場合に適している。
【００６１】
実施形態２においても、実施形態１と同様に、反応槽４において廃液中のシリカを塩化カルシウムによってケイ酸カルシウムとして分離することができる。よって、廃液の処理コストを低減できる。
【００６２】
また、実施形態２において、実施形態１のように脱水機を設けてもよい。
【００６３】
尚、上記実施形態では、廃液に塩化カルシウムを添加するようにしたが、これに限らず、図２に示すように水酸化カルシウムを添加してもよい。また、塩化カルシウム及び水酸化カルシウム以外にも、シリカと反応して難溶解性化合物を生成する薬剤を添加するようにしてもよいが、反応性及び溶解性の観点から塩化カルシウム及び水酸化カルシウムが好ましい。
【００６４】
また、廃液がアルカリ性の場合には、カルシウム水酸化物では解離し難く、シリカとの反応性が低くなるため好ましくなく、この場合には、カルシウム塩が適しているが、廃液のｐＨによってはカルシウム水酸化物を使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明は、例えば、イオン交換樹脂再生廃液等、溶解状態のシリカを含有する廃液を処理する場合に適している。
【符号の説明】
【００６６】
１      廃液処理装置
２      廃液貯留槽
３      塩化カルシウム貯留槽（添加薬剤貯留槽）
４      反応槽
５      固液分離機
６      受槽（液体成分貯留槽）
７      ｐＨ調整装置
１２    攪拌機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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