(57)【要約】【課題】  排水処理施設等のエアリフトポンプを利用した生成結晶の抜出方法及び装置において、メンテナンスが容易で、運転効率の高い結晶の回収方法及び装置を提供することにある。【解決手段】  被処理液に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して晶析法によって難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性塩結晶を回収する方法において、難溶性塩結晶を生成させるリアクターに具備されたエアリフトポンプを利用して該難溶性塩結晶を回収・移送を行ない、その該難溶性塩結晶の回収・移送を行なった後、或いは、回収・移送終了直前に、エアリフト管に洗浄水を下向流で通水することによってエアリフト管を洗浄することを特徴とする結晶を回収・移送する方法、及びその装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して晶析法によって難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性塩結晶を回収する方法において、難溶性塩結晶を生成させるリアクターに具備されたエアリフトポンプを利用して該難溶性塩結晶を回収・移送を行ない、その該難溶性塩結晶の回収・移送を行なった後、或いは、回収・移送終了直前に、エアリフト管に洗浄水を下向流で通水することによってエアリフト管を洗浄することを特徴とする結晶の回収及び移送方法。
【請求項２】
該洗浄水が被処理液、或いは処理水、若しくは該処理水に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を添加した液であることを特徴とする請求項１記載の結晶の回収及び移送方法。
【請求項３】
該洗浄水の通水時に流す洗浄水量は、該エアリフト管容積の１〜１０倍とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の結晶の回収及び移送方法。
【請求項４】
晶析リアクターを用いて被処理液にその被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性の結晶を回収及び移送する装置であり、該晶析リアクターにエアリフト管、該エアリフト管に気体を供給する気体供給管、及び前記エアリフト管上部にエアリフト管を洗浄する洗浄水供給管を設置したことを特徴とする結晶の回収及び移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水などの被処理液中から特定なイオンを回収する方法及び装置に係わり、特に、各種の液中に含まれるリン酸イオン、カルシウムイオン、フッ素イオン、炭酸イオン、硫酸イオン、マンガンイオンを化学反応させて難溶性塩の結晶を析出させることにより、該結晶を効率よく、尚且つ安定して回収及び移送する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の被処理液中から特定なイオンを回収する方法の一つとして晶析法が用いられてきた。晶析法は、被処理液に含まれる特定のイオンと反応して難溶性の塩を形成する化合物を薬品として被処理液（以下「原水」ともいう）に添加したり、被処理液のｐＨを変化させることで被処理液中をイオンの過飽和状態として、特定イオンを含む結晶を析出させ分離する方法である。
【０００３】
晶析法の例を示すと、「特許文献１」によれば、屎尿や下水の二次処理水や汚泥処理系からの返流水などの排水を被処理水として、その中のリン酸イオンを回収する場合には、カルシウム化合物を添加し、リン酸カルシウム（Ｃａ3（ＰＯ4）2）やヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2；以下「ＨＡＰ」という）の結晶を析出させることが示されている。また、半導体工場の排水にはフッ素イオンを多く含んでいる場合が多く、この排水からフッ素イオンを回収する場合には、同様にカルシウム化合物を添加してフッ化カルシウム（ＣａＦ2）の結晶を析出させることにより、排水中のフッ素を回収することができる。
【０００４】
更に、地下水を原水とする用水、廃水、最終処分地における浸出水からカルシウムイオンを除去する場合では、ｐＨを上昇させたり、炭酸源を添加することで炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の結晶を析出させることができる。或いは、炭酸イオンを多く含む硬水に、カルシウムイオンを添加したりｐＨを上昇させたりすることで、同様に炭酸カルシウムの結晶を祈出させて、硬度を低下させることができる。更には、「特許文献２」には嫌気性消化汚泥のろ液や汚泥処理系からの返流水、肥料工場排水など、液中にリン酸イオン及びアンモニウムを含有している排水では、マグネシウムを添加してリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」という）の結晶を析出させることが示されている。
【０００５】
晶析リアクターは、完全混合型リアクターや流動層型リアクターなどが用いられる。固液分離性能を考慮すると後者の方式が好ましい。流動層リアクターは被処理水を上向流で通液し、流動層内で流動している結晶核の表面で生成物を析出させることによって、結晶は重力により沈降させる一方で処理水を上部から回収することにより、結晶生成反応と固液分離とを同時に行うことができる。結晶核は、生成物と同一のものが好ましいが、必ずしも同一でなくてもよく、砂やゼオライト、またそれらを生成物でコーティングしたものでもよい。
【０００６】
従来、生成により増加した結晶物は、リアクターの底部からバルブの開閉によって回収したり、ポンプを利用して回収していた。ポンプには機械式のポンプの他、リアクターに併設したエアリフトポンプを利用していた。
エアリフトポンプとは、水槽の液中に下端が配置され、液面の上方に上端が配置されるように設置されたエアリフト管（揚液管とも言う）の下端部に、圧縮空気を吹き込むことにより、揚液管中の気泡混合液の見かけ比重が管外の液の比重よりも小さくなることによって揚液管内の液面が水槽の液面よりも上昇して水槽の液面を超えて水槽内の液を揚液することができるものである。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５７−３４０３２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、バルブの開閉による回収方法では、結晶物がバルブ付近で析出しバルブの開閉が鈍くなったり、結晶物による閉塞があった。その結果、所定量の結晶を回収することが困難となった。機械式のポンプの場合は、結晶が機械内部で析出して、モータ部の負荷が高くなったり、モータ自体が回転しなくなる場合が度々あった。
一方で、エアリフトポンプは、機械部分がほとんどなく簡単な構造であり、エアリフト管、気体の供給管、気体分離部、スラリー抜出部で構成される。エアリフトポンプは可動部分がなく、機械類と結晶物の接点が無いため、上記のような機械類の閉塞等の問題は解決される。しかしながら、エアリフトポンプを終了させた後、エアリフト管に残留した結晶が堆積し、気体の供給を良好に行うことができない場合があった。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、エアリフトポンプを利用した結晶の抜出方法及び装置において、上記問題点を解決した結晶の回収方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記の手段により上記課題を解決した。
（１）被処理液に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して晶析法によって難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性塩結晶を回収する方法において、難溶性塩結晶を生成させるリアクターに具備されたエアリフトポンプを利用して該難溶性塩結晶を回収・移送を行ない、その該難溶性塩結晶の回収・移送を行なった後、或いは、回収・移送終了直前に、エアリフト管に洗浄水を下向流で通水することによってエアリフト管を洗浄することを特徴とする結晶の回収及び移送方法。
（２）該洗浄水が被処理液、或いは処理水、若しくは該処理水に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を添加した液であることを特徴とする前記（１）記載の結晶の回収及び移送方法。
（３）該洗浄水の通水時に流す洗浄水量は、該エアリフト管容積の１〜１０倍とすることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の結晶の回収及び移送方法。
（４）晶析リアクターを用いて被処理液にその被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性の結晶を回収及び移送する装置であり、該晶析リアクターにエアリフト管、該エアリフト管に気体を供給する気体供給管、及び前記エアリフト管上部にエアリフト管を洗浄する洗浄水供給管を設置したことを特徴とする結晶の回収及び移送装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被処理液に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物を供給して晶析法によって難溶性塩の結晶を析出させ、該難溶性塩結晶を回収する方法において、難溶性塩結晶を生成させるリアクターに具備されたエアリフトポンプを利用して該難溶性塩結晶を回収・移送を行ない、その該難溶性塩結晶の回収・移送を行なった後、或いは、回収・移送終了直前に、エアリフト管に洗浄水を下向流で通水することによってエアリフト管を洗浄することで、結晶を効率よく安定して回収及び移送する方法及び装置を提供することができ、その結果、装置のメンテナンスが容易になり運転効率が大幅に向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態及び実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
以下に、結晶の回収方法及び装置について記述する。
図１は、結晶粒子成長槽１からなるリアクターに適用した本発明の結晶の回収及び移送装置の概要図を示すものである。結晶粒子成長槽１の底部には、原水２を供給する原水供給管３、循環水４（原水中の被除去イオンと反応する化合物を含む）を供給する循環水供給管５、リアクター内の粒子を攪拌するための空気供給管７、エアリフトポンプの一部を構成するエアリフト管８の先端部分が接続されている。エアリフトポンプはエアリフト管８の他に、気体（空気）の供給管９、気体分離部１０、スラリー排出部１１、及び洗浄水の供給管１３から構成されている。図１の方法及び装置では、エアリフト管８をリアクター外部に設置した例を示したが、リアクター内部に設置しても構わない。結晶粒子成長槽１上部には、処理水１４の流出管１５が接続されている。
【００１３】
結晶粒子成長槽１内には予め種晶が充填され、原水２及び循環水４の上向流及び空気６によって流動される。種晶（＝結晶核と同じ意味）は前述したように、生成物と同一のものが好ましいが、必ずしも同一でなくてもよく、砂やゼオライト、またそれらを生成物でコーティングしたものでもよい。原水中の被除去イオン及び循環水中の被除去イオンと反応する化合物は、種晶の表面で反応し、種晶表面に析出する。すなわち、種晶が成長（肥大化ともいう）する。処理水１４は結晶粒子成長槽１上部から流出する。
【００１４】
種晶から成長した結晶粒子は、適時エアリフトポンプによって回収する。エアリフト管内に供給された気体９によってエアリフト管８内の見かけ比重が、結晶粒子成長槽内の比重よりも小さくなり、結晶粒子成長槽１内の液がエアリフト管８を通って外部に流出する。その際、液の流出と共に結晶も上昇し、結晶を回収することができる。なお、エアリフトポンプを構成する気体分離部１０は、スラリー（液と結晶の混合液）と供給された気体９を分離する装置であり、スラリー排出部１１はスラリーを排出する装置であり、製品結晶１２を得る。
エアリフトポンプ動作中は、結晶粒子成長槽内の水位の低下を防ぐために、原水２及び循環水４の供給を行うのが好ましい。
【００１５】
エアリフトポンプを終了させると、エアリフト管８を上昇中の結晶は、エアリフト管内で堆積するが、本発明では、エアリフト管上部に設置させた洗浄水供給管１３から洗浄水（２、４、１４に該当する）を供給する。このようにすることで、下向流の洗浄水がエアリフト管内に堆積した結晶を結晶粒子成長槽側へ押し出し、結晶によるエアリフト管８の閉塞問題が解決される。
【００１６】
図１の説明では、洗浄水に、処理水に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物（図１では薬品１６）を添加した液（循環水という）を用いているが、原水２或いは処理水１４でも構わない。洗浄水の供給方法は、エアリフトポンプ終了後、或いは終了直前に、循環水供給バルブ１７を切り替えて、循環水４が洗浄水供給管１３を流れるようにする。洗浄水量は、少なくともエアリフト管容積の１倍の水量、好ましくは２〜３倍、完全にエアリフト管８を洗浄するには１０倍量とする。この場合、完全にエアリフト管８を洗浄するとは、エアリフト管内に完全に結晶がなくなることである。洗浄水の供給時間は、前述の所定水量を供給する時間とする。所定時間経過後は再び循環水供給バルブ１７を切り替えて、循環水４をリアクターに直接供給する。なお、洗浄中は、洗浄水がエアリフト管上部から流出しないように、エアリフト管上部をバルブ１８で閉める。
【００１７】
図２は、結晶粒子成長槽１及び種晶生成槽１９からなる。結晶粒子成長槽１は前述の図１と同じである。種晶生成槽１９は、結晶粒子成長槽１に供給する種晶を生成する槽である。種晶生成槽１９は結晶粒子成長槽１同様に、原水供給管３（＊Ａで示している）、循環水供給管５、空気供給管７、種晶移送管８ｂ（エアリフトポンプを構成している）、微細結晶移送管２０、処理水１４の流出管１５からなる。
種晶生成槽１９は、種晶が効率的に生成するように、結晶粒子成長槽１上部に浮遊する微細結晶を移送し、該微細結晶を成長させることで種晶を生成する。原水中の被除去イオン及び循環水中の被除去イオンと反応する化合物は、微細結晶の表面で反応し、析出する。すなわち、微細結晶が成長（肥大化ともいう）する。処理水１４は種晶生成槽上部から流出する。
【００１８】
所定の粒径に成長した微細結晶は種晶として、結晶粒子成長槽１に移送する。この場合の移送方法も結晶粒子成長槽同様にエアリフトポンプとする。エアリフトポンプを作動させると、種晶生成槽内の種晶はエアリフト管８ｂを上昇し、気体分離部１０から微細結晶排出部２１を経て結晶粒子成長槽１に流入する。それと共に、結晶粒子成長槽上部で浮遊する微細結晶を含むスラリーが微細結晶移送管２０を通して種晶生成槽１９に流入する。
【００１９】
移送が終了した後は、或いは終了直前には、エアリフト管８ｂの洗浄を行う。微細結晶移送管エアリフトポンプの洗浄方法は、エアリフトポンプを終了させた後、エアリフト管上部に設置させた洗浄水供給管１３（＊Ｃで示す）から洗浄水を供給し、下向流の洗浄水がエアリフト管８ｂ内に堆積した結晶を種晶生成槽１９側へ押し出す。洗浄水には、処理水に被除去イオンと反応して難溶性塩を形成する化合物（図２では薬品１６）を添加した液（循環水という）、原水２或いは処理水１４を使用する。洗浄水の供給方法は、エアリフトポンプ終了後、循環水供給バルブ１７を切り替えて、循環水が洗浄水供給管を流れるようにする。洗浄水量は、少なくともエアリフト管容積の１倍の水量、好ましくは２〜３倍、完全にエアリフト管８ｂを洗浄するには１０倍量とする。この場合、完全にエアリフト管８ｂを洗浄するとは、エアリフト管内に完全に結晶がなくなることである。洗浄水の供給時間は、前述の所定水量を供給する時間とする。所定時間経過後は再び循環水供給バルブ１７を切り替えて、循環水を種晶生成槽１９に直接供給する。なお、洗浄中は、洗浄水がエアリフト管８ｂ上部から流出しないように、エアリフト管上部をバルブ１８で閉める。
なお、図２において＊Ａ、＊Ｂ及び＊Ｃは同じ符号であれば、配管が接続されていることを示す。
【実施例】
【００２０】
以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００２１】
実施例１
この実施例では、図１に示すような処理フローを用いて、余剰汚泥を濃縮した分離液中のリンをヒドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」という）を析出させることでリンを回収した。
操作条件を第１表に示す。リアクター内には予め種晶として骨炭を充填し、原水及び処理水にＣａを添加した循環水をリアクター底部から上向流で通水した。骨炭の表面で析出したＨＡＰは、骨炭と共にエアリフトポンプを用いて回収した。エアリフトポンプ動作中も原水及び循環水を供給した。エアリフト終了と共に、循環水供給バルブを切り替えて、循環水を洗浄水としてエアリフト管上部から下向流で通水した。洗浄水量はエアリフト管容積の１．５倍とした。
１日１回の抜き出しを１年間続けたところ、閉塞等のトラブルは無かった。また、第２表に示すように、抜出量はいずれも約２００Ｌ（リットル）／ｄであり、大きな変動もなく安定して抜き出すことができた。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
実施例２
この実施例では、図２に示すような処理フローを用いて、消化汚泥を脱水したろ液中のリン及びアンモニウムをリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」という）で回収した。
処理プロセスは、種晶生成槽とＭＡＰ粒子成長槽、Ｍｇ溶解槽からなる。
第３表に脱リンプロセスの操作条件を示す。原水及び処理水にＭｇを添加した循環水を両リアクター底部から上向流で通水した。ＭＡＰ粒子成長槽上部で浮遊している微細ＭＡＰ結晶は、３日に一度、微細ＭＡＰ結晶移送管を通して種晶生成槽に移送させた。微細ＭＡＰの移送と共に、種晶生成槽で生成した種晶を全量、種晶生成槽に設置されたエアリフトポンプによって、ＭＡＰ粒子成長槽に返送した。ＭＡＰ粒子成長槽では、ＭＡＰ粒子成長槽に設置されたエアリフトポンプによってＭＡＰを１日に１度回収した。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
いずれのリアクターもエアリフトポンプ動作中は原水及び循環水を供給した。エアリフト終了と共に、循環水供給バルブを切り替えて、循環水を洗浄水としてエアリフト管上部から下向流で通水した。洗浄水量は、エアリフト管容積の１．５倍とした。
ＭＡＰ粒子成長槽の抜き出しを１日１回の１年間続けたところ、閉塞等のトラブルは無かった。また、種晶生成槽の３日に１回の移送を１年間続けても同様に閉塞等のトラブルは無かった。第４表に示すように、ＭＡＰ粒子成長槽の抜出量はいずれも約２００Ｌ／ｄであり、大きな変動もなく安定して抜き出すことができた。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
比較例１
以下において、実施例１に対する比較例を示す。
この比較例では、図３に示すような処理フローを用いて、余剰汚泥を濃縮した分離液中のリンをＨＡＰとして析出させることでリンを回収した。通水条件は第１表と同様である。増加したＨＡＰは骨炭とともに、リアクター底部より１日１回、回収した。運転開始２週間は良好に回収することができたが、４週間を過ぎるとバルブ付近が閉塞し、６週間目には抜き出しを行うことができなかった。
【００２９】
比較例２
以下において、実施例２に対する比較例を示す。
この比較例では、図４に示すような処理フローを用いて、消化汚泥を脱水したろ液中のリン及びアンモニウムをＭＡＰで回収した。
通水条件は第３表と同様である。増加したＭＡＰは、ＭＡＰ成長槽底部より１日１回、回収した。運転開始２週間は良好に回収することができたが、２週間を過ぎるとバルブ付近が閉塞し、３週間目には抜き出しを行うことができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、下水、し尿、産業廃水などのリンを含有する廃水を効率よく運転処理し、リンを有効資源として回収することができるので、下水処理場や各種廃水処理施設等における利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】結晶粒子成長槽からなる本発明の排水処理装置の一実施形態を示すフロー図である。
【図２】結晶粒子成長槽及び種晶生成槽からなる本発明の排水処理装置の一実施形態を示すフロー図である。
【図３】比較例１で使用した排水処理装置の実施形態を示すフロー図である。
【図４】比較例２で使用した排水処理装置の実施形態を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    結晶粒子成長槽
２    原水
３    原水供給管
４    循環水
５    循環水供給管
６    空気
７    空気供給管
８    エアリフト管
８ａ、８ｂ  エアリフト管
９    気体
１０    気体分離部
１１    スラリー排出部
１２    製品結晶
１３    洗浄水供給管
１４    処理水
１５    処理水流出管
１６    薬品
１７    循環水供給バルブ
１８    バルブ
１９    種晶生成槽
２０    微細結晶移送管
２１    微細結晶排出部
Ａ、Ｂ、Ｃ    接続箇所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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