(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に種晶が充填され、原水中の晶析対象成分が低減された処理水を排出する晶析反応槽と、
前記原水を前記晶析反応槽に供給する原水供給手段と、
晶析用薬液を前記晶析反応槽に供給する晶析用薬液供給手段と、
微細結晶の生成を早期に検知するために、前記晶析反応槽から排出される処理水の濁度を測定する濁度測定手段と、
該濁度測定手段によって測定された濁度に応じて、前記原水供給手段から前記晶析反応槽に供給される前記原水の量を制御する原水供給制御手段、および／または前記晶析用薬液供給手段から前記晶析反応槽に供給される前記晶析用薬液の量を制御する晶析用薬液供給制御手段とを具備することを特徴とする晶析反応装置。
【請求項２】
前記晶析反応槽から排出される処理水の少なくとも一部を前記晶析反応槽に返送する処理水循環手段を具備することを特徴とする請求項１記載の晶析反応装置。
【請求項３】
晶析対象成分を含む原水と晶析用薬液とを晶析反応槽に供給し、前記晶析反応槽の内部の種晶上に、前記晶析対象成分と前記晶析用薬液に含まれる晶析反応成分との反応物を析出させることにより、晶析対象成分が低減された処理水を生じさせ、微細結晶の生成を早期に検知するために、前記晶析反応槽から排出される処理水の濁度を測定し、該濁度が許容値以上となった場合に、前記晶析反応槽への原水供給量を低減させ、および／または前記晶析反応槽への晶析用薬液供給量を低減させることを特徴とする晶析処理方法。
【請求項４】
前記晶析反応槽から排出される該処理水の少なくとも一部を該晶析反応槽に返送することを特徴とする請求項３記載の晶析処理方法。
【請求項５】
前記晶析反応槽への原水供給量の低減が、原水を前記晶析反応槽に間欠的に供給するか、低減された流量で連続的に供給することにより行われることを特徴とする請求項３又は４記載の晶析処理方法。
【請求項６】
前記晶析反応槽への晶析用薬液供給量の低減が、晶析用薬液を前記晶析反応槽に間欠的に供給するか、低減された流量で連続的に供給することにより行われることを特徴とする請求項３又は４記載の晶析処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水中のフッ素、リンおよび重金属をはじめとする晶析対象成分を晶析除去する晶析反応装置、並びに該晶析反応装置を用いた晶析処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場などからの排水の水質については厳しい制限がなされているが、その規制は年々厳しくなる傾向にある。電子産業（特に半導体関連）、発電所、アルミニウム工業などから排出される原水中には、フッ素、リンまたは重金属類という、近年厳しい排水基準が設けられている元素が含まれている場合が多い。このため、これらを排水から効率良く除去することが求められており、フッ素、リン、重金属等を除去する従来の技術としては、凝集沈殿法、晶析法等が知られている。
【０００３】
フッ素の除去技術としては、フッ素を含む原水に、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）をはじめとするカルシウム化合物を添加し、式（Ｉ）に示されるように、難溶性のフッ化カルシウムを生じさせることを基本とする。
Ｃａ２＋＋２Ｆ−→  ＣａＦ２↓  （Ｉ）
最も多く用いられているフッ化カルシウム沈殿法では、硫酸バン土、ポリ塩化アルミニウム、高分子凝集剤等を添加することにより、式（Ｉ）の反応により生成されたフッ化カルシウムをフロック化し、沈殿槽で固液分離をすることにより、原水からのフッ素除去を行っている。この沈殿法は、沈殿槽の設置面積が大きいこと、生成された沈殿汚泥の量が多いこと、汚泥の脱水性が良くないこと等が問題となっている。
【０００４】
フッ化カルシウムの生成を利用した他のフッ素除去技術としては、特願昭５９−６３８８４号（特開昭６０−２０６４８５号）に示されるように、フッ素とカルシウムを含有する種晶を充填した反応槽にフッ素含有原水をカルシウム剤と共に導入して、種晶上にフッ化カルシウムを析出させる、いわゆるフッ化カルシウム晶析法がある。この晶析法においては、一般的に、反応槽の底部から原水を導入し、種晶を流動化させながら上向流で通水して処理を行い、必要に応じて反応槽からの流出水を循環している。この方法の長所としては装置設置面積を低減できること、汚泥発生量が少ないこと等が挙げられる。なお、反応槽内に充填される種晶としては、フッ素とカルシウムを含有する粒子が一般的であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、砂や活性炭などの微細粒子が用いられる場合もある。
【０００５】
また、原水からのリンの除去方法としては、物理化学的な方法や生物学的な方法があるが、生物学的なリン除去法は下水処理での利用が主であり、上述のような産業排水の処理においては、カルシウム化合物やアルミニウム化合物を用いた物理化学的なリン除去法が採用されることが多い。カルシウム化合物によるリン除去技術としては、リンを含む原水に、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）をはじめとするカルシウム化合物を添加し、式（ＩＩ）および（ＩＩＩ）に示されるように、難溶性のリン酸カルシウムおよびリン酸ヒドロキシアパタイト（以下、リン酸カルシウム等という）を生じさせることを基本とする。
３Ｃａ２＋＋２ＰＯ４３−→Ｃａ３（ＰＯ４）２↓  （ＩＩ）
５Ｃａ２＋＋ＯＨ−＋３ＰＯ４３−→Ｃａ５ＯＨ（ＰＯ４）３↓  （ＩＩＩ）
最も多く用いられている凝集沈殿法では、硫酸バン土、ポリ塩化アルミニウム、高分子凝集剤等を添加することにより、式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の反応により生成されたリン酸カルシウム等をフロック化し、これを沈殿槽で固液分離することによって、原水からリンが除去される。この方法は沈殿槽の設置面積が大きいこと、生成された沈殿汚泥の量が多いこと、汚泥の脱水性が良くないこと等が問題となっている。
【０００６】
リン酸カルシウムの生成を利用した他のリン除去技術としては、リンとカルシウムを含有する種晶、または砂や活性炭などの微細粒子を充填した反応槽に、リン含有原水をカルシウム剤と共に導入して、種晶上にリン酸カルシウムを析出させる、いわゆるリン酸カルシウム晶析法が提案されている。この方法の長所としては、装置設置面積を低減できること、汚泥発生量が少ないこと等が挙げられる。しかし、いわゆる下水処理の場合には、原水中のリンの濃度がそれほど高くない場合が多いことや、きわめて多量の原水の処理が要求される場合が多いことから、現時点ではあまり実用化されていない。
【０００７】
さらに、銅、鉄、鉛などの重金属を原水から除去する技術としては、水酸化ナトリウムなどの添加によりｐＨを上昇させ、金属水酸化物の不溶体を生じさせることにより、凝集沈殿あるいは晶析除去する技術が代表的なものとして知られている。
【０００８】
上述の様に、フッ素、リンおよび／または重金属を含む原水からこれらを除去するために晶析処理を利用することができ、該晶析処理に使用される従来の晶析反応装置の概略図を図２に示す。図２の態様においては、晶析反応装置は、内部に種晶２が充填され、原水中の晶析対象成分を晶析反応により除去する晶析反応槽１と、原水を該晶析反応槽１に供給する原水供給手段と、晶析用薬液を該晶析反応槽１に供給する晶析用薬液供給手段と、該晶析反応槽１から排出される処理水の少なくとも一部を該晶析反応槽１に返送する処理水循環手段とを具備している。また、原水供給手段は、原水を貯留する原水タンク３、該原水タンク３と晶析反応槽１とを連結する原水供給ライン４を具備し、該原水供給ライン４には原水移送のためのポンプ、および原水中の晶析対象成分の濃度を測定する濃度測定手段５が介装されている。晶析用薬液供給手段は、晶析用薬液を貯留する晶析用薬液タンク６、該晶析用薬液タンク６と晶析反応槽１とを連結する晶析用薬液供給ライン７を具備し、該晶析用薬液供給ライン７には薬液移送のためのポンプが介装されている。晶析反応槽１で得られる処理水は該晶析反応槽１の上部から処理水排出ライン８を通って排出され、該処理水排出ライン８には砂ろ過装置９および処理水貯留タンク１０が介装されている。図２の態様においては、処理水循環手段として、処理水貯留タンク１０と晶析反応槽１を連結する処理水循環ライン１１が設けられており、該処理水循環ライン１１には処理水移送のためのポンプが介装されている。
【０００９】
図２の従来の晶析反応装置では、原水供給ラインに介装された濃度測定手段５で測定される原水中の晶析対象成分の濃度に応じて、晶析用薬液供給制御手段１３によって、晶析用薬液供給ライン７に介装されたポンプを制御し、晶析用薬液の供給量を制御することが行われる。すなわち、晶析反応槽１に供給される原水中の晶析対象成分の濃度が上昇した場合には、それに応じて晶析用薬液の供給量を増加することにより晶析反応を促進し、晶析反応槽１から排出される処理水中の晶析対象成分の濃度を低減させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
晶析処理により除去が望まれるフッ素を含む排水として、半導体工場において排出されるフッ酸排水があり、該フッ酸排水はシリコン基板の洗浄工程で用いられるフッ酸やエッチング工程で用いられるバッファードフッ酸を排水中に含むものである。シリコン基板のフッ酸洗浄においては、一般的に数％のフッ酸が１〜数回使用された後に廃棄されるので、高濃度のフッ酸排水が１時間〜数時間に１度排出されることとなる。また、エッチング工程で使用されるバッファードフッ酸は、数〜十数％の濃厚なフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液であり、エッチング処理は基板を数分〜数十分の間、前記混合液に浸漬するバッチ式で行われ、バッファードフッ酸排水は基板洗浄排水と同様に１時間〜数時間に一度排出される。これらのフッ酸排水は半導体工場における他の排水と混合して排出されるので、該半導体工場から排出される最終的な排水中のフッ素濃度は０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度の範囲で変動する。
排水中の晶析対象成分の濃度変動が大きい例として、上記半導体工場でのフッ素含有排水を挙げたが、フッ素以外の晶析対象成分であっても、上述のような大きな濃度変動が生じるようなものは存在している。
【００１１】
このような晶析対象成分の濃度の上昇に対応するために、原水中および／または処理水中の晶析対象成分の濃度をモニターし、晶析用薬液の供給量を増加する方法が行われている。しかし、晶析反応においては、晶析反応槽内で、晶析用薬液中の晶析反応成分（例えば、フッ化カルシウムの生成における「Ｃａ」等）と、晶析対象成分との存在割合が、晶析対象成分の溶解度に対する過飽和条件の、液中に核が存在しなければ晶析反応を生じない準安定域に制御されることが要求される。よって、単に晶析用薬液の供給量を増加したのでは、存在割合が、より過飽和度が大きい不安定域に達し、晶析対象成分が種晶上に晶析するのではなく、微細な結晶を形成し、該微細結晶が処理水中に排出され、処理水の水質が悪化するという問題があった。
【００１２】
処理水中での微細結晶の存在は、処理水排出ライン８に介装される場合が多い砂ろ過装置９の目詰まりを起こし、差圧を上昇させる。また、数μｍ以下の粒径の結晶は砂ろ過装置９を通過して処理水にリークするので、処理水中に溶存している晶析対象成分だけでなく、処理水中に含まれるトータルの晶析対象成分を考えた場合に、系外に排出される処理水の水質が悪化する。さらに、処理水の濁度が増加するという問題も招く。
【００１３】
上述の該微細結晶の生成は、晶析対象成分の増加だけでなく、水温の変動、共存する他のイオンや界面活性剤の混入などにより溶解度が変化した場合にも起こるものである。つまり、原水中の晶析対象成分を測定し、これを基準に制御するだけでは微細結晶の形成を完全に防ぐことはできず、安定に運転を行うことができない。また、生じた微細結晶は、処理水を循環することにより晶析反応槽に返送されるので、そのまま原水の供給を続け、微細結晶が生じやすい状態が続いた場合には、さらなる処理水の白濁を引き起こし、上記弊害を助長することとなる。また、一旦白濁が起こると、微細結晶が発生しないような状態に晶析反応槽１が戻るまでには数時間から数十時間が必要であり、生じた微細結晶を早急に取り除くには、晶析反応槽の洗浄や、処理水の引き抜きを行うために装置を停止する必要があるという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フッ素、リンおよび／または重金属をはじめとする晶析対象成分を含む原水を晶析処理する晶析反応装置において、晶析反応槽から排出される処理水の濁度を測定する濁度測定手段と、該濁度測定手段によって測定された濁度に応じて、該原水供給手段から該晶析反応槽に供給される該原水の量を制御する原水供給制御手段、および／または該晶析用薬液供給手段から該晶析反応槽に供給される該晶析用薬液の量を制御する晶析用薬液供給制御手段とをさらに具備することにより、微細結晶の生成に素早く対応して装置の運転を停止することなく、さらなる悪化を防止できる晶析反応装置、並びに該装置を用いた晶析処理方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は請求項１として、内部に種晶が充填され、原水中の晶析対象成分が低減された処理水を排出する晶析反応槽と、
前記原水を前記晶析反応槽に供給する原水供給手段と、
晶析用薬液を前記晶析反応槽に供給する晶析用薬液供給手段と、
微細結晶の生成を早期に検知するために、前記晶析反応槽から排出される処理水の濁度を測定する濁度測定手段と、
該濁度測定手段によって測定された濁度に応じて、前記原水供給手段から前記晶析反応槽に供給される前記原水の量を制御する原水供給制御手段、および／または前記晶析用薬液供給手段から前記晶析反応槽に供給される前記晶析用薬液の量を制御する晶析用薬液供給制御手段とを具備することを特徴とする晶析反応装置を提供する。
本発明は請求項２として、前記晶析反応槽から排出される処理水の少なくとも一部を前記晶析反応槽に返送する処理水循環手段を具備することを特徴とする請求項１記載の晶析反応装置を提供する。
本発明は請求項３として、晶析対象成分を含む原水と晶析用薬液とを晶析反応槽に供給し、前記晶析反応槽の内部の種晶上に、前記晶析対象成分と前記晶析用薬液に含まれる晶析反応成分との反応物を析出させることにより、晶析対象成分が低減された処理水を生じさせ、微細結晶の生成を早期に検知するために、前記晶析反応槽から排出される処理水の濁度を測定し、該濁度が許容値以上となった場合に、前記晶析反応槽への原水供給量を低減させ、および／または前記晶析反応槽への晶析用薬液供給量を低減させることを特徴とする晶析処理方法を提供する。
本発明は請求項４として、前記晶析反応槽から排出される該処理水の少なくとも一部を該晶析反応槽に返送することを特徴とする請求項３記載の晶析処理方法を提供する。
本発明は請求項５として、前記晶析反応槽への原水供給量の低減が、原水を前記晶析反応槽に間欠的に供給するか、低減された流量で連続的に供給することにより行われることを特徴とする請求項３又は４記載の晶析処理方法を提供する。
本発明は請求項６として、前記晶析反応槽への晶析用薬液供給量の低減が、晶析用薬液を前記晶析反応槽に間欠的に供給するか、低減された流量で連続的に供給することにより行われることを特徴とする請求項３又は４記載の晶析処理方法を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の晶析反応装置で処理される原水は、晶析処理により除去される晶析対象成分を含むものであれば、如何なる由来の原水であっても良く、例えば、半導体関連産業をはじめとする電子産業、発電所、アルミニウム工業などから排出される原水が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明における原水中の晶析対象成分としては、晶析反応により晶析し、原水中から除去可能であれば任意の元素が挙げられ、特に限定されるものではない。また、晶析対象成分となる元素の種類は１種類であっても良いし、２種類以上であっても良い。特に、原水中における存在が問題となるという観点から、本発明の晶析対象成分としては、フッ素、リンおよび重金属元素、並びにこれらの混合物が挙げられる。また、重金属元素としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅが挙げられるが、これに限定されるものではない。
晶析対象成分となる元素は、晶析反応により晶析するのであれば、任意の状態で原水中に存在することが可能である。原水中に溶解しているという観点から、晶析対象成分はイオン化した状態であるのが好ましい。晶析対象成分がイオン化した状態としては、例えば、Ｆ−、Ｃｕ２＋等をはじめとする原子がイオン化したもの、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸、亜リン酸等をはじめとする晶析対象成分を含む化合物がイオン化したもの、また、重金属等の錯イオンなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００１７】
晶析用薬液としては、晶析対象成分と反応して難溶性化合物を形成することにより、原水から晶析対象成分を除去できる晶析反応成分を含むものであれば、任意の化合物を含む薬液を使用することができ、除去されるべき晶析対象成分に応じて適宜設定される。なお、晶析反応成分とは、上述のように晶析対象成分と反応して難溶性化合物を形成するものであり、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム等の元素またはイオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、晶析用薬液に含まれる、晶析反応成分は１種類であっても良いし、複数種類であっても良い。また、薬液を構成する液体媒体としては、本発明の目的に反しない限りは任意の物質が可能であり、好ましくは水である。
例えば、晶析対象成分がフッ素の場合には、晶析用薬液としては、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウムをはじめとするカルシウム化合物、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウムをはじめとするマグネシウム化合物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウムをはじめとするストロンチウム化合物を含む薬液、またはこれらの混合物を含む薬液が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、フッ素と反応して形成されるフッ化物の溶解度が低いという観点から、晶析用薬液としては、マグネシウム化合物および／またはカルシウム化合物を含む薬液が好ましく、より好ましくは、カルシウム化合物を含む薬液である。
【００１８】
晶析対象成分がリン元素であり、原水中にリン酸等のリン化合物として存在している場合には、晶析用薬液としては、水酸化カルシウム、塩化カルシウムをはじめとするカルシウム化合物、塩化バリウムをはじめとするバリウム化合物、塩化マグネシウムをはじめとするマグネシウム化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。リン酸等の形態のリンと反応して形成される化合物の溶解度が低いという観点から、晶析用薬液としては、カルシウム化合物および／またはバリウム化合物を含む薬液が好ましい。
晶析対象成分が上述の重金属である場合には、晶析用薬液としては、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムをはじめとする、水に溶解された場合にアルカリ性を示すアルカリ化合物が好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
晶析対象成分が原水中に複数種類存在し、この中の全部もしくは２以上の成分の晶析除去が望まれる場合には、除去が望まれる晶析対象成分のいずれに対しても難溶性塩を形成する晶析反応成分を含む晶析用薬液が適宜選択される。例えば、晶析対象成分としてフッ素とリン酸を含む場合には、晶析用薬液としては、フッ素およびリン酸のいずれにも適した晶析反応成分であるカルシウムを含む晶析用薬液が使用されても良いし、また、それぞれに適した複数の晶析反応成分を含む晶析用薬液でも良い。また、晶析用薬液中の晶析反応成分の濃度は、晶析反応槽の処理能力、循環される処理水量、晶析対象成分の種類および濃度等に応じて適宜設定される。
【００２０】
図１に本発明の晶析反応装置の一態様を示し、以下、詳述する。本発明の晶析反応装置は、内部に種晶２が充填され、原水中の晶析対象成分が低減された処理水を排出する晶析反応槽１と、該原水を晶析反応槽１に供給する原水供給手段と、晶析用薬液を晶析反応槽１に供給する晶析用薬液供給手段と、該晶析反応槽から排出される処理水の少なくとも一部を晶析反応槽１に返送する処理水循環手段とを具備する晶析反応装置において、晶析反応槽１から排出される処理水の濁度を測定する濁度測定手段１５と、該濁度測定手段１５によって測定された濁度に応じて、原水供給手段から該晶析反応槽に供給される該原水の量を制御する原水供給制御手段１２、および／または該晶析用薬液供給手段から該晶析反応槽に供給される該晶析用薬液の量を制御する晶析用薬液供給制御手段１４とをさらに具備することを特徴とする。
【００２１】
晶析反応装置を用いて晶析処理を行う場合、晶析対象成分および／または晶析反応成分の増加、水温の変動、共存する他のイオンや界面活性剤の混入等による溶解度の変化によって、晶析対象成分の反応物が種晶２の上に析出するのではなく、微細結晶を形成する場合がある。
本発明の晶析反応装置においては、上記濁度測定手段１５と、原水供給制御手段１２および／または晶析用薬液供給制御手段１４とを具備することにより、系内で微細結晶が生じ、処理水の濁度が許容値以上となった場合に、原水および／または晶析用薬液の供給を低減させることにより、系内に供給される晶析対象成分および／または晶析反応成分の量を低減させ、系内を該微細結晶が生じないような状態にすることを可能にする。微細結晶が生じた場合に原水の供給を低減させるか、もしくは晶析用薬液の供給量を低減させるか、またはこれら両方の供給量を低減させるかは系内の状態に応じて適宜決定される。本発明における濁度の「許容値」は、系外に排出できる晶析対象成分の濃度、微細結晶による砂ろ過装置９の目詰まりなどの該晶析反応装置に与える影響を考慮して、系内に存在し得る微細結晶の存在限界量から決定される。
本発明においては、晶析対象成分および晶析反応成分の両方を制御できるので、図１の態様のように、原水供給制御手段１２および晶析用薬液供給制御手段１４の両方を有する態様が好ましい。また、任意に、濁度測定手段１５によって測定された処理水の濁度に応じて、循環される処理水の量を制御する処理水循環制御手段（図示しない）を設けることも可能である。
【００２２】
濁度測定手段１５としては、処理水中の濁度を測定できるものであれば任意の手段を使用でき、例えば、分光光度計、光電光度計などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。原水供給制御手段１２、晶析用薬液供給制御手段１４としては、濁度測定手段１５により測定された濁度に応じて、原水または晶析用薬液の供給量を制御できるものであれば任意の態様が可能であり、特に限定されるものではない。例えば、図１の態様のように、原水供給制御手段１２または晶析用薬液供給制御手段１４は、原水供給ライン４または晶析用薬液供給ライン７に介装されたポンプの流量を制御するような態様であっても良いし、濁度測定手段１５により測定された濁度に応じて開閉される流量制御弁が、原水供給ライン４または晶析用薬液供給ライン７に介装されるような態様も可能である。
【００２３】
本発明の晶析反応装置において原水供給量および／または晶析用薬液供給量の低減が行われる場合には、該供給量の低減の態様としては、原水および／または晶析用薬液を晶析反応槽に間欠的に供給すること、低減された流量で連続的に供給することにより行われるもののいずれの態様でも良い。
【００２４】
本発明における晶析反応槽１は、内部に種晶２が充填されており、該種晶２の表面上に、原水に含まれる晶析対象成分と、該晶析用薬液に含まれる晶析反応成分との反応物が析出することにより、原水中の晶析対象成分を低減させ、晶析対象成分の濃度が低下した処理水を排出するものである。晶析反応槽１は前記機能を有するものであれば、長さ、内径、形状などについては、任意の態様が可能であり、特に限定されるものではない。
【００２５】
晶析反応槽１に充填される種晶２の充填量も、晶析対象成分を晶析反応により除去できるのであれば特に限定されるものではなく、晶析対象成分の濃度、種類、使用される晶析用薬液の種類、濃度、また、晶析反応装置の運転条件等に応じて適宜設定される。本発明の晶析反応装置においては、晶析反応槽１内に上向流を形成し、該上向流によって種晶２が流動するような流動床の晶析反応槽１が好ましいので、種晶２は流動可能な量で晶析反応槽１に充填されるのが好ましい。
種晶２は、本発明の目的に反しない限りは、任意の材質が可能であり、例えば、ろ過砂、活性炭、金属酸化物の１以上からなる粒子、または、晶析対象成分と晶析反応成分が反応して生じる化合物からなる粒子等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。種晶２の上で晶析反応が起こりやすいという観点、また、種晶２の上に晶析対象成分と晶析反応成分の反応物が析出して成長した粒子から、より純粋な反応物を回収できるという観点から、晶析反応により生じる化合物と同じ化合物、例えば、原水中の晶析対象成分がフッ素であり、晶析用薬液がカルシウム化合物を含む薬液の場合には、フッ化カルシウム（蛍石）が種晶２として使用されるのが好ましい。
【００２６】
また、晶析反応槽１内に上向流が形成される場合に、この上向流の流速が大きくなると、種晶２が晶析反応槽１の外に流出してしまうことがある。よって、晶析反応槽１内の上向流の流速を上げることができるという観点から、種晶２は比重が大きい粒子が好ましい。さらに、本発明の晶析反応装置において処理される原水はフッ酸をはじめとする、腐食性、酸性物質を含む場合が多いので、種晶２は金属などの様に、酸によって溶解される材質は好ましくない。腐食性でないとの観点からは、種晶２はケイ素、チタン、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ジルコニウムなどをはじめとする金属元素の酸化物からなる粒子が好ましい。比重も考慮すると、ジルコンサンド、ガーネットサンド、サクランダム（商品名、日本カーリット株式会社製）がより好ましい。
種晶２の形状、粒径は、晶析反応槽１内での流速、晶析対象成分の濃度等に応じて適宜設定され、本発明の目的に反しない限りは特に限定されるものではない。
【００２７】
本発明の原水供給手段は、原水を晶析反応槽１に供給できるものであれば任意の態様が可能である。図１の態様においては、原水供給手段は、原水を貯留する原水タンク３、該原水タンク３と晶析反応槽１とを連結する原水供給ライン４を具備し、該原水供給ライン４には原水移送のためのポンプ、および原水中の晶析対象成分の濃度を測定する濃度測定手段５が介装されている。原水を一旦貯留し、晶析対象成分を一定濃度にできるので、原水供給手段は、図１のように原水タンク３を有する態様が好ましい。
晶析用薬液供給手段は、晶析用薬液を晶析反応槽１に供給できるものであれば任意の態様が可能である。図１の態様においては、晶析用薬液供給手段は、晶析用薬液を貯留する晶析用薬液タンク６、該晶析用薬液タンク６と晶析反応槽１とを連結する晶析用薬液供給ライン７を具備し、該晶析用薬液供給ライン７には薬液移送のためのポンプが介装されている。
【００２８】
原水供給ライン４および晶析用薬液供給ライン７は晶析反応槽１の任意の部分に接続することができる。本発明の晶析反応装置においては、晶析反応槽１内に上向流を形成して晶析処理を行う場合には、効率的に反応を行うという観点から、原水供給ライン４および晶析用薬液供給ライン７は晶析反応槽１の底部に接続されるのが好ましい。また、図１の態様においては、原水タンク３、原水供給ライン４、晶析用薬液タンク６、および晶析用薬液供給ライン７はそれぞれ１つであるが、これに限定されるものではなく、本発明の晶析反応装置においてはこれらが複数設けられても良い。
【００２９】
晶析反応槽１は、晶析反応により生じた晶析対象成分が低減された処理水を該晶析反応槽１の外部に排出する。処理水は、晶析反応槽１における液体の流れに従って任意の部分から排出される。晶析反応槽１内で上向流が形成される場合には、晶析反応槽１の上部から処理水が排出される。図１の態様では、該晶析反応槽１の上部から排出される処理水は、処理水排出ライン８を通って最終的に系外に排出される。図１の態様においては、処理水排出ライン８には砂ろ過装置９および処理水貯留タンク１０が介装されているがこれらの設置は任意であり、通常の排水処理で使用されるその他の手段を設けることも可能である。
【００３０】
本発明の晶析反応装置は、晶析反応槽１から排出される処理水の少なくとも一部を該晶析反応槽１に返送する処理水循環手段を有する。処理水循環手段としては、処理水の少なくとも一部を晶析反応槽１に返送できるものであれば任意の態様が可能であり、特に限定されるものではない。図１の態様においては、処理水循環手段として、処理水貯留タンク１０と晶析反応槽１を連結する処理水循環ライン１１が設けられており、該処理水循環ライン１１には処理水移送のためのポンプが介装されている。処理水循環手段が循環させる処理水は「処理水の少なくとも一部」であるから、処理水の一部だけでなく、全てを循環させることも本発明の範囲内である。
【００３１】
処理水循環手段は、処理水を晶析反応槽１に循環させることにより、晶析反応槽１内に供給された原水を希釈すると共に、晶析用薬液と原水を混合し、さらに、晶析反応槽１内で所定の流れ、特に上向流を形成させるものである。よって、晶析反応槽１内で上向流が形成される場合には、図１のように、処理水循環ライン１１は晶析反応槽１の底部に接続されるような態様が好ましい。
また、図１の態様において処理水貯留タンク１０は、循環される処理水と、系外に排出される処理水との分岐のための手段として機能し、処理水循環手段を形成しているが、処理水循環手段の形成はこの態様に限定されるものではなく、処理水排出ライン８から処理水循環ライン１１が直接分岐するような態様など、任意の態様が可能である。
【００３２】
本発明の晶析反応装置は、任意に、原水および／または処理水中の晶析対象成分の濃度、または処理水中の晶析反応成分を測定する濃度測定手段５を備えることができる。図１の態様においては、原水供給ライン４に濃度測定手段５が介装されているが、測定すべき対象に応じて処理水排出ライン８、処理水循環ライン１１等、本発明の晶析反応装置の任意の部位に介装することができる。微細結晶が生じた場合に、原水中の晶析対象成分または晶析反応成分のいずれが増加したかを明らかにでき、その後の対処が容易になるという観点から、原水および／または処理水中の晶析対象成分、処理水中の晶析反応成分のいずれかを測定するように濃度測定手段５を具備することが好ましく、晶析対象成分および晶析反応成分の両方を測定できるように濃度測定手段５を具備することがより好ましい。
【００３３】
濃度測定手段５としては、液中の晶析対象成分および／または晶析反応成分の濃度を測定できるものであれば、その種類に応じて適宜、任意の手段が可能であり、特に限定されるものではない。例えば、晶析対象成分がフッ素の場合には、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法やイオン電極法（ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ３４）を使用することができ、自動フッ素イオン測定装置（ＦＬＩＡ−１０１；堀場製作所製）等を使用して、連続的に測定することも可能である。測定が容易であるとの観点からイオン電極法が好ましく、自動フッ素イオン測定装置を使用するのがより好ましい。晶析対象成分がリンの場合には、リン酸イオンとしてはモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法を使用することができ、全リンとしては、試料にペルオキソ２硫酸カリウムを加え、高圧蒸気滅菌器で加熱して有機物を分解した後にリン酸イオンを測定する方法がある（ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ４６）。また、全リン濃度の測定における、自動全リン測定装置（ＴＯＰＡ−２００；堀場製作所製）等、自動測定装置を使用することもできる。晶析対象成分が重金属の場合には、イオン電極を使用することができ、別法としては原子吸光度計、分光光度計などにより測定することも可能である。例えば、重金属が銅の場合には、ジエチルジチオカルバミド酸吸光光度法、フレーム原子吸光法、電気加熱原子吸光法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法などが適用できる（ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ５２）。
【００３４】
本発明の晶析反応装置は、任意に、濃度測定手段５により測定された晶析対象成分および／または晶析反応成分の濃度に応じて、晶析用薬液の供給量を制御する晶析用薬液供給制御手段１３および／または循環される処理水の量を制御する処理水循環制御手段（図示しない）を具備することができる。図１の態様においては、晶析用薬液供給制御手段１３は晶析用薬液供給ライン７に介装されたポンプを制御しているが、この態様に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明は、フッ素、リンおよび／または重金属をはじめとする晶析対象成分を含む原水を晶析処理する晶析反応装置において、処理水中の濁度を測定する濁度測定手段と、原水供給制御手段および／または晶析用薬液供給制御手段とを具備することにより、晶析反応装置の系内で微細結晶が生じ、処理水が白濁した場合に、この微細結晶の生成を早期に検知し、系内に供給される晶析対象成分および／または晶析反応成分を低減させることにより、速やかな微細結晶の除去が可能となる。また、このような微細結晶の除去を晶析反応装置を停止させることなく行うことができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の晶析反応装置の一態様を示す概略図である。
【図２】図２は、従来の晶析反応装置の一態様を示す概略図である。
【符号の説明】
１  晶析反応槽
２  種晶
３  原水タンク
４  原水供給ライン
５  濃度測定手段
６  晶析用薬液タンク
７  晶析用薬液供給ライン
８  処理水排出ライン
９  砂ろ過装置
１０  処理水貯留タンク
１１  処理水循環ライン
１２  原水供給制御手段
１３  晶析用薬液供給制御手段
１４  晶析用薬液供給制御手段
１５  濁度測定手段
【図１】
0004842450.tif 000002
【図２】
0004842450.tif 000003