(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水導入手段、薬品注入手段、及び晶析物排出手段を備えた反応筒と、下方の傾斜部を介して前記反応筒上部に接続する大筒とからなる流動床式晶析反応装置において、該大筒には、外側に位置する処理水排出手段と、内側に位置し、前記大筒の傾斜部の上方に隙間をもって設けられた中筒と、該中筒の内側に位置し、前記大筒の傾斜部の上方に隙間をもって設けられ、内部に循環手段を備えた小筒とを有することを特徴とする流動床式晶析反応装置。
【請求項２】
前記小筒内に薬品を注入する薬品注入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流動床式晶析反応装置。
【請求項３】
前記小筒下部が拡張した下部拡張型小筒を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流動床式晶析反応装置。
【請求項４】
前記反応筒内に晶析核を添加する晶析核添加手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流動床式晶析反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、塩類を含む原水、例えば、一般廃棄物最終処分場の浸出排水や、下水などの汚水処理やその汚泥処理の工程における排水中のカルシウム、リン等に対して効率よく晶析反応を行う水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、廃棄物は焼却処理後に最終処分場に埋め立て処分することが一般的に行われている。この最終処分場において発生する浸出排水にはカルシウムが多く含まれている。この浸出排水をそのまま排出した場合には、カルシウムイオンが炭酸イオン、硫酸イオンと反応して不溶性のカルシウム塩となって、配管や設備にスケールとして付着し、設備の性能を低下する問題が生じている。
【０００３】
さらに、高度処理での富栄養化対策において、排水中に含まれるリンの除去が大きな課題であった。特に生物脱リン処理から発生する余剰汚泥中には多量のリンが取り込まれており、汚泥処理工程で嫌気性消化すると、そこで汚泥中のリンは溶出してしまう。従って、せっかく汚泥中に取り込んだリンが汚泥処理工程から返流水として水処理施設内を循環し、実質的なリン除去が達成されていない。
【０００４】
従って、従来の水処理装置では、特開平１０−１３７７５７号公報に示されるように、浸出排水からカルシウム、リン等を除去するためとして図５に示すような装置が使用されていた。
【０００５】
即ち、図５におけるフローは、塩類を含む原水を逆浸透膜装置８１で処理水と塩類を含む濃縮水に分離する水処理方法において、該逆浸透膜装置８１により分離された濃縮水を透過膜装置８２によって濾過し、該透過膜装置によって濾過された透過水をさらに濃縮水処理用逆浸透膜装置８３により分離して高度濃縮水を排出する一方、該透過膜装置８２によって濾過された濃縮水を晶析槽８４で晶析処理し、晶析処理時に生じる上澄みを透過膜装置８２へ導入するように構成されている。
【０００６】
また、高濃度リン含有排水は、金属塩や凝集剤を添加することによりリンを難溶性塩として沈殿除去する処理が行われている。
【０００７】
例えば特開平１０−２４９３５９号公報に、リン除去回収装置として、高濃度リン含有排水のリン酸イオン及びアンモニウムイオンをリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析させる図６に示すような装置が開示されている。
【０００８】
図６における装置は、外筒９０の上部に、処理水排出口９２を有する外筒広径部９１が、且つ、下部に、結晶粒子排出口９４を有する外筒狭径部９３がそれぞれ形成されている。そして、外筒９０内の外筒狭径部９３付近に散気手段９５を配置すると共に、外筒９０内には外筒底部付近にまで伸びる貫通筒状の内筒９６を配置している。この内筒９６の上部と外筒広径部９１との間に仕切板９９を設け、内筒９６に被処理水流入手段９７と、海水注入手段９８とを設けている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５のフローを有する水処理装置は、煩雑な処理設備で、維持管理、必要敷地面積が大きなものとなった。
【００１０】
また、図６における装置は、高濃度な被処理水の処理を行った場合、反応により生じる微細粒子が、処理水とともに流出する。従って、処理をより完全なものとするためには、後段に濾過処理設備等の固液分離装置を必要とする。
【００１１】
これらの問題を解決するために、本発明は、被処理水の流入から晶析後の固液分離までを一つの装置とし、さらに、被処理水中の懸濁物質の流出を減らし、晶析化のため晶析核の投入量を初期投入のみとすることができる水処理装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本願発明の流動床式晶析反応装置は、被処理水導入手段、薬品注入手段、及び晶析物排出手段を備えた反応筒と、下方の傾斜部を介して前記反応筒上部に接続する大筒とからなり、該大筒には、外側に位置する処理水排出手段と、内側に位置し、前記大筒の傾斜部の上方に隙間をもって設けられた中筒と、該中筒の内側に位置し、前記大筒の傾斜部の上方に隙間をもって設けられ、内部に循環手段を備えた小筒とを有している。
【００１３】
上記流動床式晶析反応装置には、小筒内に薬品注入手段を備えることが好ましい。また、小筒の下部が拡張した下部拡張型小筒であることが好ましい。さらに、反応筒に晶析核添加手段を備えることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理装置は、流動床式晶析反応装置であり、図１に示すように、被処理水を収容し、晶析核の存在下で晶析反応を行なう反応筒４(寸法：例えば、φ２００ｍｍ×３０００ｍｍ)と、該反応筒４の上部に下方の傾斜部を介して接続する大筒５(寸法：例えば、φ８００ｍｍ×１２００ｍｍ)とを有する。
【００１５】
反応筒４には被処理水導入手段１、薬品注入手段２、晶析物排出手段３を備え、大筒５の内側には、反応筒４の上部に位置する小筒８(寸法：例えば、φ２００ｍｍ×１０００ｍｍ)と、小筒８の外側に位置する中筒７(寸法：例えば、φ５００ｍｍ×１２００ｍｍ)とを備えてある。
【００１６】
小筒８と中筒７との間には分離作用をする分離部１２が形成され、中筒７と大筒５の間には清澄作用をする処理部１３が形成される。
【００１７】
さらに、大筒５の外側には、処理水を外部へ排出する処理水排出手段６が備えられている。
【００１８】
また、小筒８は上部から下部まで等幅であり、小筒８の内部には、晶析反応を促進するために被処理水を循環させる循環手段９が備えられている。循環手段９は具体的には散気管、循環ポンプ、撹拌機等を用いる。
【００１９】
なお、中筒下部開口部１０、小筒下部開口部１１には隙間(寸法：例えば、１００ｍｍ)が設けられている。
【００２０】
上記の装置では、反応筒４で被処理水中の除去目的成分が、例えば、カルシウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオンが薬品と反応し、晶析核の表面で晶析反応が行われるが微細粒子は、上向流により小筒８の内側にて上昇する。なお、微細粒子は、被処理水の、例えばカルシウムイオン濃度が必要な晶析核の表面積相当量より多い場合に、晶析核表面に晶析せずに、集塊している状態の物で、処理水のにごりの原因となりやすい。
【００２１】
分離部１２の横断面積は反応筒４の横断面積より５〜１５倍大きく、処理部１３の横断面積は１０〜２０倍大きい。そこで、分離部１２の空塔速度は、反応筒４の空塔速度の1/5〜1/15で、清澄作用をする処理部１３の空塔速度は、反応筒４の空塔速度の1/10〜1/20である。
【００２２】
なお、空塔速度は単位時間の流体の流量（ｍ3 ／ｈ）を、筒の断面積（ｍ2 ）で除した値で、本実施例の反応筒内の空塔速度は１００（ｍ／ｈ）とした。従って、分離部１２、処理部１３に晶析物が殆ど流動することがない濾過層を形成する。そこで、微細粒子を含む小筒８よりの被処理水は、分離部１２、中筒下部開口部１０から処理部１３へ移動する間に濾過され、清澄な処理水を得ることができる。
【００２３】
また、濾過層に滞留した微細粒子は、小筒下部開口部１１から小筒８内へ入り、小筒８内を上昇し、小筒８の上部から分離部１２に入る循環を繰り返す間に大きく成長する。尚、中筒７の上端は小筒８の上端より上へ延びているのが好ましい。
【００２４】
粒径が０．３ｍｍ程度に成長した微細粒子は重力で反応筒４に移動する。反応筒４においては、被処理水中の除去目的成分と薬品が反応し、晶析物はさらに大きく成長する。
【００２５】
小筒８の内部と分離部１２を通って循環する微細粒子は、晶析核として反応筒４の中で利用されることにより、運転の初期に、例えば、０．４ｍｍ以下の炭酸カルシウム、ガーネット等を晶析核として添加をすることのみで、晶析反応を続けることができる。
【００２６】
図２に示す流動床式晶析反応装置には、反応筒４に備えた薬品注入手段２Ａの他に、小筒８内にも薬品注入手段２Ｂを備えている。
【００２７】
すなわち上記流動床式晶析反応装置では、薬品注入手段を反応筒４と小筒８の二ヶ所にすることにより、小筒８での微細粒子の成長を促進させる。それぞれの薬品注入手段（２Ａ、２Ｂ）毎に、薬品の種類を変える、あるいは、薬品の注入量を変化する等の用い方をすることができる。
【００２８】
上記注入の薬品は炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等を用いることができる。
【００２９】
図３に示す流動床式晶析反応装置では、小筒８の下部が拡がっている(寸法：例えば、長さ１００ｍｍ)。拡がり角度θは３０度から６０度が好ましいが、被処理水が循環しやすければこの角度にはとらわれない。このように、小筒８の下部が拡がった形状となっていることにより、被処理水と、晶析核と、微細粒子をより効率よく循環させることができる。
【００３０】
上記晶析核は、初期に投入するものを意味し、晶析物は晶析核を核として被処理水中のカルシウムイオン、リン酸イオン等の晶析反応により大きく成長した物質と、わずかではあるが晶析核や、微細粒子をも含む状態の物を指す。
【００３１】
図４に示す流動床式晶析反応装置では、反応筒４に晶析核添加手段１４を備えてある。これにより、初期の晶析核添加あるいは途中の追加を効率よく行うことができる。しかし、前述のように初期に晶析核を添加するだけで晶析反応を十分に続けることができる場合は、晶析核添加手段１４は省略することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３３】
【実施例１】
図１の流動床式晶析反応装置を用いて、一般廃棄物最終処分場の浸出排水を被処理水として、カルシウムイオンを除去する運転を行った。
【００３４】
注入する薬品としては、炭酸ナトリウムを用いた。晶析核として０．３ｍｍ程度の炭酸カルシウムを用いた。反応筒４の空塔速度は１００ｍ／ｈとした。
【００３５】
カルシウムイオンと薬品が反応し、反応筒４と小筒８の内部で流動している晶析核の表面に炭酸カルシウムが晶析して、次第に大きく成長した。０．６ｍｍ以上になった炭酸カルシウムの晶析物は反応筒４に設けられた晶析物排出手段３により排出された。
【００３６】
実施例１で、被処理水のカルシウムイオン濃度は１３００ｍｇ／Ｌであり、注入した薬品は、炭酸ナトリウム濃度を３２００ｍｇ／Ｌとする量であった。処理を０．５時間行ったところ、被処理水は反応筒４から小筒８へ循環移動する間と、小筒８と分離部１２間を循環する間に晶析され、処理水排出手段６より出る処理水のカルシウムイオン濃度は２０ｍｇ／Ｌでありカルシウム除去率は９８％であった。
【００３７】
また、実施例１の流動床式晶析反応装置では、晶析核や晶析物を形成して、微細粒子が捕捉されて、処理水排出手段６より出る処理水の懸濁物質濃度は２５ｍｇ／Ｌであり、良好な処理水質が得られた。
【００３８】
【比較例１】
図６に示す従来の水処理装置で、実施例１に用いた被処理水の処理を１時間行った場合に、被処理水の懸濁物質濃度は４００ｍｇ／Ｌであった。
【００３９】
【実施例２】
図１の流動床式晶析反応装置を用いて、アンモニウムイオンを多量に含む下水汚泥処理工程における高濃度リン含有排水を被処理水として、リン酸イオンを除去する運転を０．５時間行った。
【００４０】
注入する薬品としては、塩化マグネシウムを用いた。晶析核としては０．３ｍｍ程度の炭酸カルシウムを用いた。反応筒４内の空塔速度は１００ｍ／ｈとした。
【００４１】
リン酸イオンと薬品が反応し、反応筒４と小筒８で流動している晶析核や微細粒子の表面にリン酸マグネシウムアンモニウムが晶析して、次第に大きく成長した。
【００４２】
０．６ｍｍ以上になったリン酸マグネシウムアンモニウムの晶析物は反応筒４に設けられた晶析物排出手段３により排出された。
【００４３】
小筒８、分離部１２で循環し成長した微細粒子は、新たな晶析核として反応筒４で利用された。この場合、晶析核を追加する必要はなかった。
【００４４】
反応筒４に導入された被処理水のリン濃度は７０ｍｇ／Ｌであったが、反応筒４と小筒８で流動している晶析核の表面にリン酸マグネシウムアンモニウムが晶析したので、被処理水のリン濃度は１０ｍｇ／Ｌであり、リン除去率８５％であった。
【００４５】
また、反応筒４に導入された被処理水の懸濁物質濃度は１０ｍｇ／Ｌであったが、中筒下部開口部１０から処理部１３へ移動する間に、分離部１２、処理部１３に形成される晶析物の濾過層で濾過され、懸濁物質濃度は３ｍｇ／Ｌであり、懸濁物質除去率７０％であった。
【００４６】
本実施例の装置では、被処理水の流入から固液分離装置までを１つの装置とした省スペースで運転管理が容易であるにもかかわらず、図５の従来の水処理装置と同等の処理水質が得られた。
【００４７】
【実施例３】
図３の小筒８の下部のθを４５度にした流動床式晶析反応装置を用いて、他の条件は実施例１と同様にして運転をしたところ、反応筒４に導入された被処理水のカルシウムイオン濃度は１３００ｍｇ／Ｌで、排出される処理水のカルシウムイオン濃度は１８ｍｇ／Ｌとなり、カルシウム除去率は９９％であった。
【００４８】
また、処理水の懸濁物質濃度は１７ｍｇ／Ｌであり、良好な処理水質が得られた。
【００４９】
小筒８の下部が拡がっていることにより、微細粒子、晶析核、晶析物を効率よく循環することができ、実施例１の流動床式晶析反応装置の処理水よりさらに良好な水質の処理水が得られた。
【００５０】
【比較例２】
実施例３で用いた被処理水を図６に示す従来の水処理装置で０．５時間処理を行った場合に、処理水の懸濁物質濃度は４００ｍｇ／Ｌであった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、被処理水の流入、晶析、固液分離、処理水の排出を一つの装置で行い、さらに、処理水中への懸濁物質の流出をへらし、晶析が効果的に行われ、晶析化のための晶析核の投入を初期投入のみとしうる水処理装置を提供することを可能とした。
【００５２】
本発明の水処理装置によれば、後段に固液分離装置を配置する必要がなくなるという効果が得られる。また、被処理水の循環中に成長した微細粒子が新たな晶析核として利用されるので、晶析核を追加する必要がなくなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に対応した流動床式反応装置の概略縦断面図。
【図２】本発明の他の実施例に対応した流動床式反応装置の概略縦断面図。
【図３】本発明の他の実施例に対応した流動床式反応装置の概略縦断面図。
【図４】本発明の他の実施例に対応した流動床式反応装置の概略縦断面図。
【図５】従来の水処理装置の１例のフロー図。
【図６】従来の水処理装置の他の例の縦断面図。
【符号の説明】
１. 被処理水導入手段
２、２Ａ、２Ｂ. 薬品注入手段
３. 晶析物排出手段
４. 反応筒
５. 大筒
６. 処理水排出手段
７. 中筒
８. 小筒
９. 循環手段
１０. 中筒下部開口部
１１. 小筒下部開口部
１２. 分離部
１３. 処理部
１４. 晶析核添加手段
８１. 逆浸透膜装置
８２. 透過膜装置
８３. 濃縮水処理用逆浸透膜装置
８４. 晶析槽
８５. 第２逆浸透膜装置
８６. 固形物
９０. 外筒
９１. 外筒広径部
９２. 処理水排水口
９３. 外筒狭径部
９４. 結晶粒子排出口
９５. 散気手段
９６. 内筒
９７. 被処理水流入手段
９８. 海水注入手段
９９. 仕切板
【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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