(57)【要約】【課題】  高い懸濁物質濃度（ＳＳ濃度）の原水が晶析槽に流入した場合でも、懸濁物質の閉塞が発生せず、晶析処理を安定して行う。【解決手段】  粒子状の晶析材を充填した晶析槽１０に被処理水を循環させ、循環の途中で原水を合流させた被処理水を晶析槽１０の底部から上向流で通水することによって晶析材の流動床３８を形成するようにした晶析槽１０の管理方法であって、ＳＳ濃度計２８で計測した原水のＳＳ濃度を応じて、流動床３８の展開率が設定値となるように被処理水の流量をコントローラ３０をよって制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状の晶析材を充填した晶析槽に原水を上向流で通水することによって前記晶析材の流動床を形成し、前記原水に含まれる晶析対象成分を前記晶析材の表面に晶析させるようにした晶析槽の管理方法であって、前記原水の懸濁物質濃度に応じて前記流動床の展開率を調節することを特徴とする晶析槽の管理方法。
【請求項２】
流動床の展開率が設定値となるように、前記上向流の流速を制御することを特徴とする請求項１に記載の晶析槽の管理方法。
【請求項３】
粒子状の晶析材を充填した晶析槽に被処理水を循環させ、循環の途中で原水を合流させた被処理水を前記晶析槽の底部から上向流で通水することによって前記晶析材の流動床を形成し、前記原水に含まれる晶析対象成分を前記晶析材の表面に晶析させるようにした晶析槽の管理方法であって、前記原水の懸濁物質濃度に応じて前記原水を合流させた被処理水の流量を制御することを特徴とする晶析槽の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業廃水処理又は下水処理の分野において使用される晶析槽の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場から排出される廃水の中にはフッ素を含有する廃水がある。このようなフッ素含有水からフッ素を除去し、回収する方法としてフッ化カルシウム晶析法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は水中に溶存するフッ素を晶析材の表面に晶析させ固定化する技術である。具体的には、粒子状の晶析材を充填した晶析槽に原水を通水しつつ、晶析反応に必要なカルシウムイオンを供給することによって、原水に含まれるフッ素を不溶性のフッ化カルシウムとして晶析材の表面に晶析させる。
【０００３】
カルシウムイオンとしては塩化カルシウムを用いることが多い。また、原水にリンが含まれる場合には、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤も注入してｐＨを適正に保持することにより、リンを不溶性のリン酸ヒドロキシアパタイトとして晶析材の表面に晶析させ固定化することもできる。したがって、原水がフッ素とリンの両方を含む場合には、カルシウムイオンとアルカリ剤の供給源として消石灰に用い、フッ素とリンを同時に除去することも可能となる。
【０００４】
晶析槽では通常、原水を含む被処理水を上向流で通水する。すると充填した晶析材の層が膨張し、晶析材の流動床が形成される。これにより、被処理水と晶析材が十分に接触し、晶析反応が効率よく進行する。また、流動床の形成によって晶析材粒子の間隔が広くなっているので、被処理水中の懸濁物質は晶析材粒子の間を摺り抜け、懸濁物質が晶析材の流動床に閉塞しにくくなっている。なお、流動床の膨張の程度は展開率（流動床の容積／流動前の固定床の容積）で表し、通常の晶析槽では展開率を１２０〜１５０％の範囲で選択している。展開率がこの範囲であれば、晶析材粒子同士が適度に衝突して、晶析材粒子の表面が常に洗浄される。このため、被処理水中の懸濁物質による晶析材粒子表面の汚染が少なく、長期間にわたって晶析材の機能が持続する。
【０００５】
展開率が上記の範囲を逸脱して小さ過ぎると、晶析材粒子の動きが緩慢となり粒子相互の衝突頻度が減少する。すると、晶析材粒子表面が懸濁物質によって汚染され易くなり、処理効率の低下を招く。また、展開率が大き過ぎても晶析材粒子間の間隔が大きくなり、晶析材粒子表面での洗浄作用が向上しない。
【特許文献１】特開２００２−３５７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前段処理での不都合等により晶析槽に流入する原水の懸濁物質濃度が急激に上昇する場合がある。このように懸濁物質濃度が非常に高い原水が流入すると、展開率を１２０〜１５０％の範囲で選択した流動床であっても、急速に閉塞する現象が発生することが判明した。図４はその状況を例示したものであり、（イ）は通常時、（ロ）は閉塞時を示す。（イ）の通常時には晶析槽１に対して原水２と晶析槽１を循環する循環水３が合流した後の被処理水４が晶析槽１の底部から上向流で流入し、晶析槽１の下部に晶析材の流動床５が形成されている。被処理水４がこの流動床５を通過する過程で、原水中のフッ素やリンなどが晶析反応により晶析材の表面に固定化される。フッ素やリンなどの晶析対象成分が除去された被処理水の一部は循環水３として循環し、残部は晶析槽１の上部から処理水６として排出される。
【０００７】
一方、原水２の懸濁物質濃度が例えば通常時の数十倍に急激に上昇すると、原水２中の懸濁物質が流動床５の下部に徐々に閉塞する。この懸濁物質の閉塞が進行すると、終には（ロ）に示したように、流動床５の下部が固定床のような閉塞部７を形成し、被処理水４の通水抵抗が著しく上昇する。このような状態で被処理水４の通水を強制的に継続すると流動床５全体が通水圧力によって持ち上がり、晶析材の一部が循環水３に混入したり、処理水６に同伴して晶析槽１の上部から流出するという運転トラブルが発生する。また、被処理水４の流入系のポンプが通水抵抗の上昇によって破損したり、所定の通水量を確保できなくなる。通水量が減少すると、流動床の展開率が次第に低下して、全体が固定床となる。固定床になると懸濁物質の閉塞がより一層、加速するという悪循環に陥り、終には運転不能の事態を招く。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、高い懸濁物質濃度の原水が晶析槽に流入した場合でも、懸濁物質の閉塞が発生せず、晶析処理を安定して行うことができる晶析槽の管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る晶析槽の管理方法は、粒子状の晶析材を充填した晶析槽に原水を上向流で通水することによって前記晶析材の流動床を形成し、前記原水に含まれる晶析対象成分を前記晶析材の表面に晶析させるようにした晶析槽の管理方法であって、前記原水の懸濁物質濃度に応じて前記流動床の展開率を調節することを特徴とする。この場合、流動床の展開率が設定値となるように、前記上向流の流速を制御することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る晶析槽の管理方法は、粒子状の晶析材を充填した晶析槽に被処理水を循環させ、循環の途中で原水を合流させた被処理水を前記晶析槽の底部から上向流で通水することによって前記晶析材の流動床を形成し、前記原水に含まれる晶析対象成分を前記晶析材の表面に晶析させるようにした晶析槽の管理方法であって、前記原水の懸濁物質濃度に応じて前記原水を合流させた被処理水の流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、原水の懸濁物質濃度に応じて流動床の展開率を調節し、通常時には展開率が比較的小さい流動床を形成し、処理の安定化と効率化を図る。原水の懸濁物質濃度が高い異常時には流動床の展開率を上げるように制御する。このため、高い懸濁物質濃度の原水が晶析槽に流入した場合でも、懸濁物質の閉塞が発生せず、晶析処理を安定して行うことができる。
【００１２】
また、本発明では、晶析槽に被処理水を循環させ、循環の途中で原水を合流させた被処理水を晶析槽の底部から上向流で通水するようにした晶析槽において、原水の懸濁物質濃度に応じて原水を合流させた被処理水の流量を制御するようにした。このため、同様に高い懸濁物質濃度の原水が晶析槽に流入した場合でも、懸濁物質の閉塞が発生せず、晶析処理を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係る晶析槽の管理方法を実施するための装置系統図である。晶析槽１０には晶析材が充填されている。また、晶析槽１０には被処理水を循環するための循環経路１２が設けられている。この循環経路１２は晶析槽１０の上部に設けた被処理水の取り込み口１３と管路１４と管路１６と循環ポンプ１８と管路２０によって形成されている。管路１６の途中には流量計２２が設けられている。原水は前段処理装置２４を経た後に、原水流入管路２６によって循環経路１２からの被処理水と合流する。原水流入管路２６には懸濁物質濃度計（以下、ＳＳ濃度計という）２８が取り付けられており、原水の懸濁物質濃度（以下、ＳＳ濃度という）を計測する。流量計２２及びＳＳ濃度計２８の計測値はコントローラ３０に送信され、コントローラ３０では送信された計測値に基づいて、循環ポンプ１８の稼動を制御する。晶析槽１０の上部には処理水排出管路３２が接続されている。また、晶析槽１０には管路３４と管路３６が接続しており、晶析反応に必要なカルシウムイオンが管路３４から、ｐＨ調整剤が管路３６から適量、添加される。
【００１４】
上記の構成において、前段処理装置２４を経て原水流入管路２６から導入された原水と、循環経路１２の管路１４を循環する被処理水とが合流する。合流後の被処理水は循環ポンプ１８によって昇圧され、管路２０を介して晶析槽１０の底部から晶析槽１０内に上向流で流入する。この被処理水の上向流によって、晶析槽１０内に充填された晶析材が流動し、晶析槽１０の下部領域に晶析材の流動床３８が形成される。被処理水が流動床３８を通過する過程で、原水に含まれていたフッ素やリンなどの晶析対象成分が晶析反応により晶析材の表面に固定化される。晶析対象成分が除去された被処理水は晶析槽１０の上部に到達し、その一部が取り込み口１３を介して管路１４に取り込まれ、循環経路１２を循環する。また、晶析槽１０の上部に到達した被処理水の残部は処理水排出管路３２から処理水として排出される。
【００１５】
原水のＳＳ濃度はＳＳ濃度計２８によって計測され、計測値がコントローラ３０に送信される。また、管路１６に流れる被処理水の流量が流量計２２によって計測され、計測値がコントローラ３０に送信される。コントローラ３０では送信された原水のＳＳ濃度に基づいて、管路１６に流れる被処理水の流量を演算し、この演算した流量と流量計２２での計測値が一致するように循環ポンプ１８の稼動を制御する。
【００１６】
晶析材の流動床３８の高さＨは、上向流の流速によって変化する。被処理水の流量がゼロの時の固定床高さ(静置高さ)をＨ０とすると、本実施形態の晶析槽１０は上下方向の断面積が同一なので流動床の展開率はＨ／Ｈ０を百分率で表示した値となる。本実施形態の場合、通常時の流動床の展開率を１２０％程度に設定している。この展開率が１２０％程度の流動床３８を形成するためには、晶析材の平均粒径や見掛け比重によって変化するが、上向流の流速を空槽速度に換算して６０〜１００ｍ／ｈの緩速流に調整する。このような緩速流によって、被処理水と晶析材が十分に効率よく接触し、晶析反応が安定に進行する。また、晶析材粒子の間隔が適度に広くなっており、被処理水中の懸濁物質は晶析材粒子の間を摺り抜け、懸濁物質が晶析材の流動床に閉塞しにくい。
【００１７】
しかしながら、前段処理装置２４に故障が発生したり、雨天時に多量の濁流が流れ込むなどして、原水のＳＳ濃度が急上昇する場合がある。原水のＳＳ濃度が急上昇すると、この原水と合流して晶析槽に流入する被処理水のＳＳ濃度も比例して急上昇する。この結果、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、懸濁物質が流動床に閉塞し、種々の運転障害を引き起こす。そこで、本実施形態では原水のＳＳ濃度に応じて、流動床の展開率を調節するようにした。
【００１８】
図２は原水のＳＳ濃度と流動床の設定展開率との関係を例示した関連図である。通常時の原水のＳＳ濃度は１，０００ｍｇ／Ｌ未満であり、この範囲では流動床３８の設定展開率を１２０％にすれば懸濁物質が流動床３８に閉塞する懸念がない。したがって、流動床３８の設定展開率を１２０％に維持し、運転の安定化と循環ポンプ１８の運転動力の節減を図る。原水のＳＳ濃度が何らかの原因で急上昇し、１，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌになった場合には、流動床３８の設定展開率を１２０〜２００％の範囲で徐々に挙げていく。原水のＳＳ濃度が３，０００ｍｇ／Ｌを越える範囲では流動床の設定展開率を上限の２００％に維持する。展開率が上限の２００％の時は、晶析材粒子の間隔が通常時の数倍に拡がるので、想定し得るＳＳ濃度の最大値５，０００ｍｇ／Ｌでも懸濁物質は流動床３８に閉塞しない。なお、晶析槽１０は展開率が上限値の２００％の時でも、流動床３８の上部界面Ｈｍａｘが取り込み口１３や処理水流出管路３２の接続口よりも十分に低いレベルとなるように予め設計・製作されている。このため、展開率を２００％としても晶析材が晶析層１０の外部に流出することはない。
【００１９】
図２に示した原水のＳＳ濃度と流動床の設定展開率との関係を維持するために、本実施形態では、流量計２２での計測値が所定値となるように循環ポンプ１８の稼動を制御する。すなわち、原水のＳＳ濃度に応じて維持するべき流動床の設定展開率が図２から求められる。次に求めた設定展開率を実現するために被処理水の上向流の空槽速度が求められる。この被処理水の上向流の空槽速度に晶析槽１０の内断面積を乗じることによって、晶析槽１０の底部から流入させる被処理水の流量Ｑが求められる。したがって、コントローラ３０では送信された原水のＳＳ濃度に基づいて、上記の手順に従い被処理水の流量Ｑを演算し、この演算した流量Ｑと流量計２２での計測値が一致するように循環ポンプ１８の稼動を制御すればよい。なお、コントローラ３０では原水のＳＳ濃度と被処理水の流量Ｑとの関係を直接に関連付けたデータを記憶しておき、図２に示した関連図を介することなく、原水のＳＳ濃度から被処理水の流量Ｑを直接に求めるようにしてもよい。
【００２０】
上述のとおり、本実施形態では原水のＳＳ濃度に応じて流動床３８の展開率を調節し、通常時には展開率が１２０％程度の安定かつ効率のよい流動床３８を形成するようにした。また、原水のＳＳ濃度が高い異常時には２００％程度を上限として流動床３８の展開率を上げるようにした。このため、高いＳＳ濃度の原水が晶析槽１０に流入した場合でも、懸濁物質の閉塞が発生せず、晶析処理を安定して行うことができる晶析槽１０の管理方法を実現することができる。
【００２１】
図３は本発明に係る晶析槽の変形例を示す模式断面図である。晶析槽４０は上向流方向の断面積が上部に進むにしたがって漸増するように構成されている。したがって、通常時に比べて流動床４２の展開率を大きくした場合でも、Ｈｍａｘを相対的に低くすることができる。また、晶析槽４０上部の周囲に排水樋４４をめぐらし、晶析槽４０内の被処理水がオーバーフローして排水樋４４に流れ込むようにされている。この構造によれば被処理水が晶析槽４０の上部全周から均一にオーバーフローするので、晶析槽４０内での上向流を安定に維持することができる。また、排水樋４４に流れ込んだ被処理水を処理水経路４６と循環水経路４８に分けるようにした。図１に示した晶析槽１０では循環用の被処理水を取り込み口１３から吸込んだ位置から上方の上向流速が低下し、懸濁物質が晶析槽１０内に蓄積する懸念があった。上記晶析槽４０の構造は循環水の抜出しによっても晶析槽４０内の上向流速が変化しないので、懸濁物質がオーバーフローによって円滑に排出され、晶析槽４０内での懸濁物質の蓄積を防止できる。
【００２２】
前記実施形態では流動床３８の展開率を調節する方法として、晶析槽１０の底部から流入させる被処理水の流量Ｑを制御する方法について説明した。しかしながら、本発明はこのような方法に限らない。例えば晶析槽に流動床の上部界面の高さを検出する光学的手段を設置し、原水のＳＳ濃度に応じてこの光学的手段で検出される流動床の展開率を直接に制御するようにしてもよい。又は晶析槽の内部に被処理水の上向流速を検出する流速計を設置し、この流速計の検出結果に基づき、流動床の展開率を間接的に制御するようにしてもよい。
【００２３】
また、前記実施形態では晶析槽１０に被処理水を循環させ、循環の途中で原水を合流させた被処理水を晶析槽１０の底部から上向流で通水する方法について説明した。しかしながら、本発明はこのような方法に限らず、晶析槽に被処理水を循環させず、原水のみを直接に晶析槽の底部から上向流で通水するタイプの晶析槽に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る晶析槽の管理方法を実施するための装置系統図である。
【図２】原水のＳＳ濃度と流動床の展開率との関係を例示した関連図である。
【図３】本発明に係る晶析槽の変形例を示す模式断面図である。
【図４】従来技術に係る晶析槽の課題を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０………晶析槽、１２………循環経路、１８………循環ポンプ、２２………流量計、２４………前段処理装置、２６………原水流入管路、２８………懸濁物質（ＳＳ）濃度計、３０………コントローラ、３２………処理水排出管路、３８………流動床、４０………晶析槽、４４………排水樋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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