(57)【要約】【課題】  排出物に含まれる処理対象の化学物質の含有量を簡便に特定し、特定された化学物質の含有量に対応する適正な処理薬品の量を導いて処理を行わせることができる化学物質処理システムおよび化学物質処理方法を提供すること。【解決手段】  化学物質処理システム１０は、複数の製造設備のそれぞれから排出される排水の単位排水量と該単位排水量に含まれる少なくとも１種の化学物質の含有量とをデータとして記憶する記憶部１２と、複数の製造設備の各装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃに接続して複数の製造設備の稼働状態を稼動時刻と稼動時間を含む情報として検出する稼動検出部１４と、処理される所定量の排水に含まれる少なくとも１種の化学物質の総含有量を記憶部１２に記憶されたデータと稼動状態の情報とから演算し、求められた化学物質の総含有量に対する少なくとも１種の処理薬品の適量を化学反応式に基づいて演算する演算部１１とを備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量と前記単位排出量に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の含有量とをデータとして記憶する記憶部と、
前記複数の製造設備の稼動状態を稼動時刻と稼動時間を含む情報として検出する稼動検出部と、
前記化学物質が処理される処理部に排出された前記排出物に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総含有量を、前記記憶部に記憶されたデータと前記排出物が前記処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する前記稼動検出部の検出情報のうち前記複数の製造設備の前記稼動時間とに基づいて演算すると共に、前記化学物質の総含有量に対して反応させる少なくとも１種の処理薬品の適量を化学反応式に基づいて演算する演算部と、を備えたことを特徴とする化学物質処理システム。
【請求項２】
前記処理部には、あらかじめ前記少なくとも１種の処理薬品が複数回の処理が可能な量で投入されており、
前記演算部は、前記化学物質の総含有量に対して反応させる少なくとも１種の処理薬品の適量を、あらかじめ投入された前記少なくとも１種の処理薬品の消費量として化学反応式に基づいて演算すると共に、１回ごとに算出された前記消費量を累積して総消費量を求めることを特徴とする請求項１に記載の化学物質処理システム。
【請求項３】
前記演算部は、求められた前記総消費量に基づいて、前記少なくとも１種の処理薬品と前記化学物質との化学反応による反応生成物の回収時期に到達したか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の化学物質処理システム。
【請求項４】
複数の製造設備のそれぞれから排出される少なくとも１種の処理対象の化学物質を含んだ排出物を、複数回の処理が可能な量の少なくとも１種類の処理薬品が充填された第１の処理部に所定量注入して処理し、処理された排出物を第２の処理部において再び少なくとも１種類の処理薬品を投入して処理する化学物質処理システムであって、
前記複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量と前記単位排出量に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の含有量とをデータとして記憶する記憶部と、
前記複数の製造設備の稼動状態を稼動時刻と稼動時間を含む情報として検出する稼動検出部と、
前記第１の処理部に排出された前記排出物に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総含有量を、前記記憶部に記憶されたデータと前記排出物が前記第１の処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する前記稼動検出部の検出情報のうち前記複数の製造設備の前記稼動時間とに基づいて演算し、前記化学物質の総含有量に対して反応させる前記処理薬品の適量を消費量として化学反応式に基づいて演算すると共に、前記第１の処理部で処理された前記排出物に含まれる未反応な化学物質の量を、前記第１の処理部における化学反応の収率と前記処理薬品の前記消費量との関係から推定して前記第２の処理部に投入する前記処理薬品の投入量を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする化学物質処理システム。
【請求項５】
前記演算部は、前記排出物が前記複数の製造設備から排出され前記処理部に到達するまでの時間を遡って前記複数の製造設備の前記稼動時間を特定し、前記排出物の前記所定量に含まれる前記化学物質の総含有量を演算することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の化学物質処理システム。
【請求項６】
前記複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の排出量を排出した時刻と共に計量する計量手段をさらに備え、
前記演算部は、前記排出物の前記所定量のうち前記複数の製造設備のそれぞれから排出された排出量を前記計量手段の計量結果と前記稼動時間とを基に特定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の化学物質処理システム。
【請求項７】
複数の製造設備から排出される少なくとも１種の処理対象の化学物質を含む排出物に対して、少なくとも１種の処理薬品を投入して化学反応させ処理する化学物質処理方法であって、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の化学物質処理システムを用い、
前記化学物質が処理される処理部に排出された前記排出物の所定量のうち前記複数の製造設備のそれぞれが排出した前記排出物の排出量を、前記記憶部に記憶された前記単位排出量と前記排出物が前記処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する前記稼動検出部の検出情報のうち前記複数の製造設備の前記稼動時間とから求める第１のステップと、
求められた前記排出量と前記記憶部に記憶された前記単位排出量に含まれる前記少なくとも１種の化学物質の含有量とに基づいて、前記排出物の前記所定量に含まれる前記少なくとも１種の化学物質の総含有量を求める第２のステップと、
前記少なくとも１種の化学物質と前記少なくとも１種の処理薬品との化学反応式に基づいて前記化学物質の前記総含有量に対応する前記処理薬品の適量を求める第３のステップと、
前記所定量の前記排出物に前記適量の前記処理薬品を投入する第４のステップと、を備えたことを特徴とする化学物質処理方法。
【請求項８】
前記第１のステップでは、前記排出物が前記複数の製造設備から排出され前記処理部に到達するまでの時間を遡って、前記複数の製造設備のそれぞれの稼動時間を特定し、前記所定量のうち前記複数の製造設備のそれぞれが排出した前記排出物の前記排出量を求めることを特徴とする請求項７に記載の化学物質処理方法。
【請求項９】
前記排出物を貯留する少なくとも第１の処理部と第２の処理部とを有し、
前記第４のステップは、複数回の処理が可能な量の前記処理薬品があらかじめ投入された前記第１の処理部に、前記化学物質を含む前記排出物を所定量導入して前記処理薬品と化学反応させて処理を行う第５のステップと、
前記第３のステップで求めた前記適量をあらかじめ投入された前記処理薬品の消費量とし、前記処理薬品の薬品残存割合に対する前記化学反応の収率とに基づいて未反応な前記化学物質の量を求める第６のステップと、
求められた未反応な前記化学物質の量に対して、化学反応式に基づいて前記処理薬品の適量を求め、前記第５ステップで処理された前記排出物を前記第２の処理部に導入し、該適量の前記処理薬品を投入して化学反応させ処理を行う第７のステップとを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の化学物質処理方法。
【請求項１０】
前記第５ステップの前記化学反応において得られる反応生成物を、前記処理薬品の薬品残存割合に基づいて、分離回収するか否かの判定を行う第８のステップを備えたことを特徴とする請求項９に記載の化学物質処理方法。
【請求項１１】
前記処理対象の化学物質がフッ化物であり、処理薬品としてカルシウム化合物を用いることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の化学物質処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象の化学物質が含まれる産業系排出物の化学物質処理システムおよび化学物質処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造業においては、地球環境問題に対応して製造工程から排出される排出物（排気ガス、廃液、排水など）について、環境基準法（大気汚染防止法、水質汚濁防止法など）に基づいて化学物質の処理が行われている。また、処理後に回収された反応物や汚泥などの廃棄物についても、リサイクル（Recycle）、再利用（Reuse）、削減（Reduce）、いわゆる３Ｒを通じて地球環境を保全しようとする活動が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、半導体ウェハ等のエッチング工程では、フッ化水素を主成分とするエッチング剤が多量に用いられている。このようなフッ素が含まれる排出物（廃液、排水など）を適正に処理する方法として、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）2や炭酸カルシウムＣａＣＯ3などのカルシウム化合物を廃液に添加してフッ化カルシウムＣａＦ2として沈殿したものを回収除去する方法が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、このような廃液をより効率よく処理できる廃液処理装置として、除去対象物（フッ素）との化学反応によって回収可能な反応生成物（フッ化カルシウム）を生成する反応剤（炭酸カルシウム）が収容された複数の反応室と、複数の反応室に亘って廃液が通過する流路と、各反応室間の反応剤の移動を規制する移動規制手段とを有する反応槽を備えた廃液処理装置が知られている（特許文献２）。
【０００５】
沈殿物あるいは反応生成物として回収除去されたフッ化カルシウムを含む汚泥は、従来埋め立て処理されていたが、例えば、セメントと混ぜ合わされてコンクリートとして再資源化が図られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５３５７８号公報
【特許文献２】特開２００５−８７８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の廃液処理方法に基づく廃液処理装置を含めた処理設備では、複数の製造設備から排出される廃液としての排水の総量を想定し処理薬品が投入されていた。複数の製造設備から排出される排水の総量は、複数の製造設備の稼動状況によって変化する。また、排水に含まれる処理対象の化学物質の含有量は、複数の製造設備ごとに異なる場合がある。したがって、排水中に含まれる処理対象の化学物質の正確な含有量が不明のまま、凡その処理薬品を投入すると、過剰な処理薬品が無駄になり、これに対応する反応生成物や反応生成物を含んだ汚泥が過剰に発生してしまうという課題を有している。
【０００８】
また、処理薬品の量を適正化するために排水中の処理対象の化学物質の正確な含有量を常時検出しようとすれば、処理設備が複雑となり、設備投資が増大するという課題も有している。
【０００９】
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、排出物に含まれる処理対象の化学物質の含有量を簡便に特定し、特定された化学物質の含有量に対応する適正な処理薬品の量を導いて処理を行わせることができる化学物質処理システムおよび化学物質処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の化学物質処理システムは、複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量と単位排出量に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の含有量とをデータとして記憶する記憶部と、複数の製造設備の稼動状態を稼動時刻と稼動時間を含む情報として検出する稼動検出部と、化学物質が処理される処理部に排出された排出物に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総含有量を、記憶部に記憶されたデータと排出物が処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する稼動検出部の検出情報のうち複数の製造設備の稼動時間とに基づいて演算すると共に、化学物質の総含有量に対して反応させる少なくとも１種の処理薬品の適量を化学反応式に基づいて演算する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、記憶部には、複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量が記憶され、稼動検出部は、複数の製造設備の稼動時間を稼動時刻と共に検出している。したがって、所定量の排出物が処理部に貯留された時刻と所要時間が判明すれば、演算部は、処理部に貯留された所定量の排出物のうち、複数の製造設備のそれぞれから排出された排出量を、所定量の排出物が処理部に貯留開始された時刻から貯留が終了した時刻の間の所要時間に複数の製造設備が稼動していた稼動時間と単位排出量とから求めることができる。そして、記憶部には、単位排出量に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の含有量が記憶されているので、複数の製造設備のそれぞれから排出された排出量が求められれば、演算部は、処理部に貯留された所定量の排出物に含まれる化学物質の総含有量を演算することができる。したがって、複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物に含まれる化学物質の含有量を計量する手段を用いずに化学物質の総含有量を推定して、簡便に化学反応式に基づいて対応する処理薬品の適量を導くことができる。ゆえに、このような化学物質処理システムを用いれば、複数の製造設備から排出される排出物の排出量や含まれる化学物質の種類、含有量がそれぞれ異なっていても、また、稼動状態によってこれらの算出データの要素が変化しても、ほぼ適正な処理薬品の量を算出して、排出物に含まれる化学物質の処理を行わせることができる。
【００１２】
また、上記処理部には、あらかじめ少なくとも１種の処理薬品が複数回の処理が可能な量で投入されており、演算部は、化学物質の総含有量に対して反応させる少なくとも１種の処理薬品の適量を、あらかじめ投入された少なくとも１種の処理薬品の消費量として化学反応式に基づいて演算すると共に、１回ごとに算出された該消費量を累積して総消費量を求めることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、演算部は、処理部に貯留された所定量の排出物に含まれる化学物質の総含有量を演算し、該化学物質の総含有量に対して反応させる少なくとも１種の処理薬品の適量を、あらかじめ投入された少なくとも１種の処理薬品の消費量として演算する。したがって、複数回の処理を繰り返し行うことができ、処理部にあらかじめ投入された処理薬品と排出物に含まれた化学物質との化学反応による処理薬品の総消費量が求められるので、処理薬品が不足した状態で、排出物の処理が行われるようなことを低減することができる。すなわち、処理ごとに処理薬品を投入せずとも、あらかじめ投入された処理薬品を有効に使用して排出物の処理を効率的に行わせることができる化学物質処理システムを提供することができる。
【００１４】
また、上記演算部は、求められた総消費量に基づいて、少なくとも１種の処理薬品と化学物質との化学反応による反応生成物の回収時期に到達したか否かを判定することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、総消費量が求められれば、演算部は、残存する処理薬品の量を算出することが可能となる。反応生成物は、処理薬品の総消費量に応じて増加してゆくが、残存する処理薬品の量が少なくなれば、化学反応が進み難くなり排出物の処理の効率が低下するので、最低限の処理薬品の残存量をあらかじめ設定しておけば、反応生成物の回収時期に到達したか否かを判定することが可能となり、より効率的に排出物の処理を行わせることができる。
【００１６】
本発明の他の化学物質処理システムは、複数の製造設備のそれぞれから排出される少なくとも１種の処理対象の化学物質を含んだ排出物を、複数回の処理が可能な量の少なくとも１種類の処理薬品が充填された第１の処理部に所定量注入して処理し、処理された排出物を第２の処理部において再び少なくとも１種類の処理薬品を投入して処理する化学物質処理システムであって、複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量と単位排出量に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の含有量とをデータとして記憶する記憶部と、複数の製造設備の稼動状態を稼動時刻と稼動時間を含む情報として検出する稼動検出部と、第１の処理部に排出された排出物に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総含有量を、記憶部に記憶されたデータと排出物が第１の処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する稼動検出部の検出情報のうち複数の製造設備の稼動時間とに基づいて演算し、該化学物質の総含有量に対して反応させる処理薬品の適量を消費量として化学反応式に基づいて演算すると共に、第１の処理部で処理された排出物に含まれる未反応な化学物質の量を、第１の処理部における化学反応の収率と処理薬品の消費量との関係から推定して第２の処理部に投入する処理薬品の投入量を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、演算部は、第１の処理部に排出された排出物に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総含有量を、記憶部に記憶されたデータと排出物が第１の処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する稼動検出部の検出情報のうち複数の製造設備の稼動時間とに基づいて演算する。そして、求められた化学物質の総含有量に対して反応させる処理薬品の適量を消費量として化学反応式に基づいて演算する。１回の処理では、必ずしも１００％の化学反応が起こって化学物質が処理されない。よって、未反応な化学物質の量を、第１の処理部における化学反応の収率と処理薬品の消費量との関係から推定して第２の処理部に投入する処理薬品の投入量を演算する演算部を備えているため、排出物に含まれる化学物質をより適正に処理して環境に影響を及ぼすことのない水準まで低減することができる化学物質処理システムを提供することができる。
【００１８】
また、上記演算部は、排出物が複数の製造設備から排出され処理部に到達するまでの時間を遡って複数の製造設備の稼動時間を特定し、排出物の所定量に含まれる化学物質の総含有量を演算することが好ましい。複数の製造設備から排出される排出物が処理部に到達するまでに要する時間は、複数の製造設備と処理部とがどのような仕様の配管等で繋がれているかによって変わってくる。よって、所定量の排出物に占める各製造設備から排出された排出量も変化する。この構成によれば、演算部は、排出物が複数の製造設備から排出され処理部に到達するまでの時間を遡って複数の製造設備の稼動時間を特定することによって、所定量の排出物に占める各製造設備から排出された排出量を求めることができる。
すなわち、より適正に所定量の排出物に含まれる化学物質の総含有量を推定することができる化学物質処理システムを提供することができる。
【００１９】
また、上記複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の排出量を排出した時刻と共に計量する計量手段をさらに備え、演算部は、排出物の所定量のうち複数の製造設備のそれぞれから排出された排出量を計量手段の計量結果と稼動時間とを基に特定することが好ましい。この構成によれば、所定量の排出物が処理部に貯留されるに要した時間に対応する各製造設備が実際に稼動した稼動時間に、実際に排出した排出物の排出量を計量手段を用いて特定することができる。ゆえに、より正確に所定量の排出物に占める各製造設備から排出された排出量を特定して、より適正な量の処理薬品と化学反応させて排出物を処理することができる化学物質処理システムを提供することができる。
【００２０】
本発明の化学物質処理方法は、複数の製造設備から排出される少なくとも１種の処理対象の化学物質を含む排出物に対して、少なくとも１種の処理薬品を投入して化学反応させ処理する化学物質処理方法であって、上記発明の化学物質処理システムを用い、化学物質が処理される処理部に排出された排出物の所定量のうち複数の製造設備のそれぞれが排出した排出物の排出量を、記憶部に記憶された単位排出量と排出物が処理部に所定量貯留されるに要した時間に対応する稼動検出部の検出情報のうち複数の製造設備の稼動時間とから求める第１のステップと、求められた排出量と記憶部に記憶された単位排出量に含まれる少なくとも１種の化学物質の含有量とに基づいて、排出物の所定量に含まれる少なくとも１種の化学物質の総含有量を求める第２のステップと、少なくとも１種の化学物質と少なくとも１種の処理薬品との化学反応式に基づいて化学物質の総含有量に対応する処理薬品の適量を求める第３のステップと、所定量の排出物に適量の処理薬品を投入する第４のステップと、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、化学物質処理システムの記憶部には、複数の製造設備のそれぞれから排出される排出物の単位排出量と、該単位排出量に含まれる少なくとも１種の化学物質の含有量とがデータとして記憶されている。第１のステップでは、化学物質処理システムの演算部は、処理部に貯留された所定量の排出物のうち、複数の製造設備のそれぞれから排出された排出量を、所定量の排出物が処理部に貯留開始された時刻から貯留が終了した時刻の間の所要時間に複数の製造設備が稼動していた稼動時間と単位排出量とから求められる。第２のステップでは、第１のステップで求められた複数の製造設備のそれぞれが排出した排出物の排出量と該単位排出量に含まれる少なくとも１種の化学物質の含有量とから、所定量の排出物に含まれる化学物質の総含有量を演算部により演算して推定する。第３のステップでは、求められた化学物質の総含有量に対応する処理薬品の適量を、化学物質と処理薬品との化学反応式を基に演算部により演算させて適正に求めることができる。よって、第４のステップで該適量の処理薬品を排出物に投入すれば、過剰な処理薬品を投入せずに化学物質の処理を行うことができる。ゆえに、過剰な処理薬品により、反応生成物の含有量の割に処理薬品の含有量が多い汚泥が過剰に発生することを低減することができる。すなわち、汚泥の量が低減され、環境負荷を少なくすることができる化学物質処理方法を提供することができる。
【００２２】
また、上記第１のステップでは、排出物が複数の製造設備から排出され処理部に到達するまでの時間を遡って、複数の製造設備のそれぞれの稼動時間を特定し、所定量のうち複数の製造設備のそれぞれが排出した排出物の排出量を求めることが好ましい。
【００２３】
この方法によれば、第１のステップでは、化学物質処理システムの演算部が、処理部に貯留された排出物が複数の製造設備から排出され処理部に到達するまでに要する時間を考慮し、処理部に所定量の排出物の貯留が終了した時刻から遡って、複数の製造設備のそれぞれの稼動時間を特定する。したがって、複数の製造設備の稼動時間がそれぞれ異なっていても、所定量の排出物に占める複数の製造設備ごとに排出された排出物の排出量を正確に求めることができる。よって、排出物に含まれる化学物質の総含有量をより正確に演算部により演算させて、対応する処理薬品の適量をより正確に求めることができる。ゆえに、過剰な処理薬品により、反応生成物の含有量の割に処理薬品の含有量が多い汚泥が過剰に発生することをより低減することができる。すなわち、汚泥の量がより低減され、環境負荷をより少なくすることができる化学物質処理方法を提供することができる。
【００２４】
また、本発明の化学物質処理方法は、上記排出物を貯留する少なくとも第１の処理部と第２の処理部とを有し、第４のステップは、複数回の処理が可能な量の処理薬品があらかじめ投入された第１の処理部に、化学物質を含む排出物を所定量導入して処理薬品と化学反応させて処理を行う第５のステップと、上記第３のステップで求めた適量をあらかじめ投入された処理薬品の消費量とし、処理薬品の薬品残存割合に対する化学反応の収率とに基づいて未反応な化学物質の量を求める第６のステップと、求められた未反応な化学物質の量に対して、化学反応式に基づいて処理薬品の適量を求め、第５ステップで処理された排出物を第２の処理部に導入し、該適量の処理薬品を投入して化学反応させ処理を行う第７のステップとを含むことを特徴とする。
【００２５】
この方法によれば、第５のステップでは、第１の処理部で化学物質を含む排出物と処理薬品とを反応させる。第６のステップでは、第３のステップで求めた適量をあらかじめ投入された処理薬品の消費量とすることによって、残存する処理薬品の量が推定でき、処理薬品の薬品残存割合に対する化学反応の収率とに基づいて第５のステップの化学反応における未反応な化学物質の量を求めることができる。第７のステップでは、未反応な化学物質を含む排出物を第２の処理部に移して再び適量の処理薬品を投入して化学反応させる処理が行われる。したがって、一つの処理部で処理する場合に比べて、排出物は化学物質がより低濃度な状態となるように処理されるので、より環境にやさしい化学物質処理方法を提供することができる。
【００２６】
また、上記第５ステップの化学反応において得られる反応生成物を、処理薬品の薬品残存割合に基づいて、分離回収するか否かの判定を行う第８のステップを備えることが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、第３のステップで求めた適量をあらかじめ投入された処理薬品の消費量とすることによって、残存する処理薬品の量が推定でき、処理薬品の薬品残存割合が判明する。反応生成物は、処理薬品の総消費量に応じて増加してゆくが、残存する処理薬品の量が少なくなれば、化学反応が進み難くなり排出物の処理の効率が低下するので、処理薬品の薬品残存割合に基づいて、反応生成物の分離回収をするか否かを判定することにより、処理薬品の薬品残存割合に対応した所望の濃度の反応生成物を適正な時期に回収することができる化学物質処理方法を提供することができる。
【００２８】
また、上記処理対象の化学物質がフッ化物であり、処理薬品としてカルシウム化合物を用いることを特徴とする。この方法によれば、複数の製造設備から排出されるフッ化物を含んだ排出物を適正な量のカルシウム化合物と反応させ、フッ化物に含まれるフッ素をフッ化カルシウムとして回収して再利用を図ることができると共に、過剰なカルシウム化合物を投入することなく、フッ化カルシウムの含有量の割にカルシウム化合物の含有量が多い汚泥が過剰に発生することを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態は、半導体等の製造におけるエッチング等の工程から排出される処理対象の化学物質を含む排水を処理する排水処理設備に用いられた化学物質処理システムおよび化学物質処理方法を例に説明する。排水は、エッチング剤として用いられるフッ酸、フッ化アンモニウムなどのフッ化物を含んでいる。処理対象の化学物質は、フッ化物である。
【００３０】
（排水処理設備）
まず、本発明が適用された排水処理設備について図１を基に説明する。図１は、排水処理設備の構成を示す概略図である。
【００３１】
図１に示すように、排水処理設備１００は、製造ライン１から排出されるフッ化物を含んだ排水（原水）が貯留される原水槽１０１と、排水に処理薬品を加えて化学反応を起こさせる第１の処理部としての反応槽１０７と、反応槽１０７で処理された排水に再び処理薬品を投入して処理を行う第２の処理部としての反応槽１１０と、反応槽１１０で処理された排水を下水放流可能な状態に処理する硝化脱窒素装置１１３、中和装置１１５とを備えている。また、２つの反応槽１０７，１１０にそれぞれ処理薬品を投入する薬品投入部１１７，１１８を備えている。
【００３２】
製造ライン１は、例えば、エッチング装置や洗浄装置等の３つの製造設備Ａ，Ｂ，Ｃを含むものである。各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される化学物質を含んだ排水は、フッ酸、フッ化アンモニウムなどのフッ化物を含有するエッチング剤（液）やエッチング後のリンス等に用いられる純水を含むものである。排水は、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから配管を通じて原水槽１０１に排出される。
【００３３】
反応槽１０７には、処理薬品として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）が充填されており、原水槽１０１からポンプ１０２を用いて移送された排水と化学反応させ、排水中のフッ化物のフッ素を反応生成物であるフッ化カルシウム（ＣａＦ2）として分離回収する。処理される排水は、原水槽１０１から所定量が循環槽１０４に送り込まれると、バルブ１０３が閉じられて、循環槽１０４と配管によって接続された反応槽１０７との間でポンプ１０５により圧送され循環する。また、反応槽１０７の下方からバルブ１０６を通じて注入され、その噴流によって粉体である炭酸カルシウムを攪拌するように混ぜ合わされる。所定の時間、排水を循環させることにより炭酸カルシウムと化学反応が行われる。
【００３４】
反応槽１１０は、反応槽１０７で処理された排水に再び処理薬品として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を加えて化学反応させると共に、凝集剤ＰＡＣ（Poly  Alminum  Chloride）を加えて反応生成物を凝集沈殿させ、汚泥として分離回収するものである。
【００３５】
すなわち、化学物質が高濃度で含まれる排水を反応槽１０７で処理薬品と反応させ、高い収率で得られた反応生成物としてのフッ化カルシウムを資源として再生、再利用を図ろうとするものである。また、反応槽１０７で処理された排水は、必ずしも含有する化学物質が処理薬品と１００％反応しないので、未反応な化学物質を低濃度な状態で含んでいる。よって、排水を水質汚濁防止法等の環境基準に適合させて下水放流可能な状態とするため、反応槽１１０に導いて再び処理薬品を投入して反応させる。これにより未反応な化学物質は、反応生成物を含んだ汚泥として回収除去される。
【００３６】
化学物質が回収された排水には、この場合、アンモニア性窒素が含まれている。硝化脱窒素装置１１３は、このアンモニア性窒素を生物化学的な処理方法、例えば、亜硝酸菌及び硝酸菌の働きで亜硝酸性窒素ないし硝酸性窒素に転換する。そして排水中のＢＯＤ（Biochemical  Oxygen  Demand；生物化学的酸素要求量）を水素供与体として亜硝酸性窒素ないし硝酸性窒素が還元され、排水中の窒素化合物を窒素ガスとして排出する。
【００３７】
中和装置１１５では、脱窒素処理された排水のｐＨを計測し、下水放流可能な状態となるように中和剤として硫酸（Ｈ2ＳＯ4）水溶液あるいは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を加え、排水を中和して中性とする。
【００３８】
各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される排水中のフッ化物の総含有量すなわちフッ素の総含有量は、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃで用いられるフッ化物の量や各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動状態により変化する。排水処理設備１００は、排水中のフッ化物と処理薬品とを化学反応させ、反応生成物あるいは汚泥として処理対象の化学物質からフッ素を回収除去する設備である。したがって、実際のフッ素の総含有量に対して、前述の処理薬品を過剰に用いると反応生成物の含有量の割に処理薬品の含有量が相対的に多い汚泥が過剰に発生することになる。本実施形態の化学物質処理システムは、このような過剰な汚泥が発生することを、排水中のフッ素の総含有量を直接検出するような機構、方法を用いずに簡便に特定して、低減しようとするものである。
【００３９】
この場合、排水処理設備１００の各槽の容量は、排水の重量換算で原水槽１０１がおよそ２０ｔ、反応槽１０７がおよそ１５ｔ、反応槽１１０がおよそ１０ｔ、循環槽１０４がおよそ１０ｔである。尚、これらの容量は、複数の製造設備から排出される最大排水量から設計上の値を決めている。また、排水中に含まれる化学物質の種類等によって、対応する規模の排水処理設備を複数設けてもよい。
【００４０】
（化学物質処理システム）
本実施形態の化学物質処理システムについて図２を基に説明する。図２は、化学物質処理システムの電気的あるいは機械的構成を示すブロック図である。
【００４１】
図２に示すように、本実施形態の化学物質処理システム１０は、製造ライン１と排水処理設備１００の稼動状態を監視する中央監視システム２０の相方に係るシステムである。
【００４２】
化学物質処理システム１０は、複数の製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれから排出される排出物としての排水（廃水）の各単位排水量（ｋｇ／Ｈ）と、この各単位排水量（単位排出量）に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質（フッ化物）の含有量をフッ素に置き換えたＦ含有率（Ｆ濃度）ｆａ，ｆｂ，ｆｃ（ｐｐｍ）とをデータとして記憶する記憶部１２を備えている。また、循環槽１０４に排出された排水の所定量Ｗ（ｋｇ）に含まれる少なくとも１種の処理対象の化学物質の総Ｆ含有量Ｆｗ（ｋｇ）を記憶部１２に記憶されたデータに基づいて演算すると共に、化学物質の総Ｆ含有量Ｆｗに対して反応させる２つの処理薬品（炭酸カルシウム、水酸化カルシウム）の適量を化学反応式や収率Ｒ（％）に基づいて演算する演算部１１を備えている。また、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動状態の情報を検出する稼動検出部１４と、稼動検出部１４が検出した情報を逐次記憶する記憶部１３と、記憶部１２，１３にデータを入力可能な入力部１５とを備えている。また、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから実際に排出される排水の排出量を排水された時刻と共に計量する計量手段１６を備えている。
【００４３】
各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動状態の情報は、例えば、オペレータの入力データ（Ｆ含有量を特定できるデータ）、オペレータの入力データに基づき実際に各装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃが各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃを稼動させた時間および時刻データ（稼動履歴データ）が挙げられる。また、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃ毎に複数の運転モード（単位排水量当たりのＦ含有量が異なるモード）がある場合は、運転モードの情報も稼動状態の情報としてデータに含まれる。さらには、使用するエッチング剤を純水等で調整する場合は、エッチング剤（Ｆ濃度既知）や純水等の希釈剤の流量をデータとしてもよい。尚、当該流量は、バルブの開度などのデータでもよい。配管の径が既知であればバルブの開度によって流量が算出可能である。
【００４４】
このような各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動状態の情報は、各装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃと化学物質処理システム１０のコンピュータシステムがネットワーク回線で接続され、該当するデータを送信して受信することによって入手している。尚、計量手段１６を化学物質処理システム１０と直接に結ばずに、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃ側に配置して、計量手段１６の計量結果が各装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃから送信され稼動検出部１４が受信するようにしてもよい。
【００４５】
中央監視システム２０は、原水槽１０１（図１参照）に流入する排水（原水）の量を時刻と共に検出する原水検出部２１と、各薬品投入部１１７，１１８に接続して処理薬品の投入を制御する薬品投入制御部２２と、排水処理設備１００に設けられた各ポンプの駆動およびバルブの開閉を制御するポンプ・バルブ制御部２３とを備えている。また、排水処理設備１００の反応槽１０７などの各槽・装置の排水の水位や反応生成物、汚泥の堆積状態を監視する槽監視部２４と、ｐＨ計２６やＦイオン計２７等を用いて放流水の監視を行う放流水監視部２５とを備えている。
【００４６】
演算部１１は、ＣＰＵと通信用のインターフェイスを備えており、原水検出部２１、薬品投入制御部２２、ポンプ・バルブ制御部２３と電気的に接続されている。
【００４７】
演算部１１は、原水検出部２１が検出した排水の量に応じて制御信号をポンプ・バルブ制御部２３に送り、バルブ１０３を開閉させると共にポンプ１０２を駆動させて所定量の排水（原水）を循環槽１０４に送り込む。反応槽１０７で１回に処理可能な排水量は、およそ５ｔである。５ｔの排水が原水槽１０１に貯留される所要時間は、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動状態により変化する。また、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出された排水が原水槽１０１にたどり着くに要する時間Ｄｔは、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される単位排水量（ｋｇ／Ｈ）や、原水槽１０１までの配管の内径、距離、高低差によっても左右される。時間Ｄｔもデータとして入力部１５から入力され記憶部１２あるいは１３に記憶されている。
【００４８】
演算部１１は、稼動検出部１４が検出した各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動履歴（稼動時刻や稼動時間など）と、記憶部１２に記憶された各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのデータと、に基づいて反応槽１０７に導入される排水中に含まれる化学物質（フッ化物）の総Ｆ含有量Ｆｗを演算する。このとき、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出された排水が原水槽１０１にたどり着くに要する時間Ｄｔを考慮して、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから当該排水が排出された時刻を遡って、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動時間を特定して演算する。具体的には、バルブ１０３が開かれポンプ１０２が駆動されて循環槽１０４に排水されるときの原水槽１０１の排水中の総Ｆ含有量Ｆｗを知るために、そのときまでに原水槽１０１に流入した排水の履歴を各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃまでたどって調べる。これにより反応槽１０７に送り込まれる排水中に含まれる化学物質（フッ化物）の総Ｆ含有量Ｆｗをより正確に推定して、対応する処理薬品としての炭酸カルシウムの適量（消費量Ｃｖ）を演算する。この場合、処理薬品としての粉体の炭酸カルシウムは、複数回の処理に対応することが可能な量があらかじめ反応槽１０７に投入されている。よって、反応生成物としてのフッ化カルシウムは、毎回の処理ごとに回収するのではなく、複数回の処理後に回収される。したがって、実際には、炭酸カルシウムの投入量Ｃ１はいつも５ｔとし、消費量Ｃｖから求められる処理薬品の薬品残存割合（Ｘ）と収率Ｒ（％）との変化を演算により推定し、収率Ｒ（％）に関係する薬品残存割合（Ｘ）が所定値まで下がれば、反応生成物の回収時期（薬品入れ替え時期）に到達したと判断する。当然のことながら、薬品残存割合（Ｘ）は、排水中のフッ化物濃度（フッ素濃度）と処理回数、すなわち処理薬品の総消費量に依存する。
【００４９】
反応槽１０７で処理された排水は、バルブ１０６を閉じ、バルブ１０９を開けてポンプ１０５を稼動させることにより、反応槽１１０に移送される。
【００５０】
演算部１１は、反応槽１１０に移送された排水中に含まれる未反応な化学物質（フッ化物）の含有量を、先の反応槽１０７における処理開始前のＦ含有率と収率Ｒ（％）に基づいて演算する。そして、求められた未反応な化学物質（フッ化物）の含有量に対する処理薬品としての水酸化カルシウムの適量な投入量Ｃ２を演算する。また、同時に水酸化カルシウムの投入量Ｃ２に対して対応する凝集剤ＰＡＣの投入量を演算する。総Ｆ含有量Ｆｗは、先の循環槽１０４および反応槽１０７における処理開始前の排水のＦ含有率（Ｆ濃度）が、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動履歴にまで遡って比較的正確に推測されているので、反応槽１１０に導入された排水中に含まれる未反応な化学物質の量を、より正確に推定して処理薬品としての水酸化カルシウムの投入量Ｃ２を演算することが可能である。
【００５１】
反応槽１１０では、低濃度な化学物質が含まれた排水を処理するため、反応生成物のフッ化カルシウムを凝集剤ＰＡＣによって凝集沈殿させ、沈殿物は、所定の反応時間をおいて、バルブ１１１を開くことにより汚泥として回収される。処理薬品としての水酸化カルシウムや凝集剤ＰＡＣは、適量が投入されるため、処理によって過剰な汚泥が発生しにくい。
【００５２】
処理対象の化学物質（フッ化物）が２つの反応槽１０７，１１０にて処理された排水には、アンモニア性窒素が含まれているため、硝化脱窒素装置１１３に導入されて処理される。その後、バルブ１１４を開閉して中和装置１１５に送り、ｐＨ調整され下水放流される。
【００５３】
中央監視システム２０の放流水監視部２５は、中和装置１１５内に設けられたｐＨ計２６により放流水のｐＨを常時監視すると共に、同じく設けられたＦイオン計２７によって放流水中のＦイオン濃度を検出して記録監視している。
【００５４】
（化学物質処理方法）
次に化学物質処理システム１０を用いた化学物質処理方法について、図３〜図９を基に具体的に説明する。
【００５５】
図３は、一方の化学物質処理方法を示すフローチャートである。詳しくは、第１反応槽（反応槽１０７）を用いて処理される排水の化学物質処理方法を示すフローチャートである。図３に示すように、本実施形態の一方の化学物質処理方法は、原水槽１０１に排出された処理対象の排水の総排水量Ｗ（所定量）に対して、複数の製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれから排出した排水の排水量Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃと、各排水量Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃに含まれる化学物質（フッ化物）の含有率ｆａ，ｆｂ，ｆｃとを基に、総排水量Ｗに含まれる化学物質（フッ化物）の総Ｆ含有量Ｆｗを求める工程を備えている。また、化学物質（フッ化物）と処理薬品（炭酸カルシウム）との化学反応式に基づいて、総Ｆ含有量Ｆｗに対応する処理薬品の消費量Ｃｖを求める工程を備えている。
【００５６】
図３のステップＳ１は、循環槽１０４に原水を注入する工程である。ステップＳ１では、原水槽１０１に貯留された排水（原水）をポンプ１０２によって循環槽１０４に所定量注入する。この場合、反応槽１０７で１回に処理可能な排水量は、おおよそ５ｔであるため、演算部１１は、原水検出部２１により排水が原水槽１０１に５ｔ程度貯留された検出信号を受けて、ポンプ・バルブ制御部２３に制御信号を送り、バルブ１０３を開くと共にポンプ１０２を駆動させて所定量の排水を循環槽１０４に注入する。所定量の排水の注入が終了するとバルブ１０３を閉じてポンプ１０２を停止させる。そして、ステップＳ２へ進む。
【００５７】
図３のステップＳ２は、循環槽１０４に注入された排水のｐＨを調整する工程である。化学物質（フッ化物）を含む排水に処理薬品として炭酸カルシウムを加えて反応生成物としてフッ化カルシウムを得る化学反応においては、排水がフッ化物以外の例えば硝酸などの酸を含んでいる場合、反応生成物が硝酸などの酸によって再び溶解してしまうという問題がある。また、ｐＨが高い場合、炭酸カルシウムとフッ化物との反応が遅くなる問題がある。したがって、ステップＳ２では、ｐＨ調整装置１１６（図１参照）により、まず排水のｐＨを測定し、ｐＨが弱酸性となるように水酸化ナトリウムを適量投入して、調整を行う。このｐＨ調整のステップＳ２は、後のステップＳ５における炭酸カルシウムの消費量Ｃｖを正確に推定することに寄与している。そして、ステップＳ３へ進む。
【００５８】
図３のステップＳ３は、第１反応槽（反応槽１０７）において化学物質を含む排水を処理薬品と化学反応させる処理工程である。ステップＳ３では、循環槽１０４でｐＨ調整された排水をバルブ１０６を開きポンプ１０５で反応槽１０７に送り込む。反応槽１０７には、あらかじめ５ｔの炭酸カルシウムが充填されており、注入された排水によって攪拌される。そして、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、排水に含まれる３つの化学物質（フッ酸、フッ化アンモニウム、一水素フッ化アンモニウム）がそれぞれ炭酸カルシウムと化学反応し、フッ化カルシウムが生成される。処理対象の排水量が５ｔ程度の場合、処理時間は、未反応な炭酸カルシウムの量や排水を循環させるポンプ１０５の能力にも拠るがおよそ２〜３時間程度である。処理された排水は、バルブ１０９を開くことにより次工程に排出される。そして、ステップＳ４へ進む。
【００５９】
図３のステップＳ４は、反応槽１０７に注入された総排水量Ｗに含まれる総Ｆ含有量Ｆｗを演算する工程である。ステップＳ４では、化学物質処理システム１０は、次のようなデータに基づいて演算部１１が演算を行う。
【００６０】
図５は、製造設備の排水中に含まれる化学物質の含有量を示す諸元表である。図５に示すように、例えば製造設備Ａは、運転モードＡ１で稼動中に化学物質としてフッ酸（ＨＦ）を含む排水を、単位時間当たり５００ｋｇ排出する。この時の単位排水量に含まれるフッ酸の含有量は、フッ素（Ｆ）含有率に置き直して１０００ｐｐｍである。同様にして製造設備Ｂは、運転モードＢ１で稼動中に化学物質としての一水素フッ化アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）をフッ素（Ｆ）含有率に置き直して３００ｐｐｍとフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）をフッ素（Ｆ）含有率に置き直して５００ｐｐｍ含んだ排水を単位時間当たり３００ｋｇ排出する。製造設備Ｃは、運転モードＣ１で稼動中に化学物質としての一水素フッ化アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）をフッ素（Ｆ）含有率に置き直して２００ｐｐｍとフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）をフッ素（Ｆ）含有率に置き直して３００ｐｐｍ含んだ排水を単位時間当たり３００ｋｇ排出する。以下各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃにおける運転モードごとの単位排水量（ｋｇ／Ｈ）、含有化学物質の種類およびフッ素（Ｆ）含有率の各諸元は、工程設計時に加工条件を設定することにより導くことができ、入力部１５から入力することによって記憶部１２にデータとして記憶される。使用するデータの選択は、運転モードをオペレータが選択入力する。その選択された運転モードに応じて諸元表データから決まる単位排水量、Ｆ含有率を用いる。
【００６１】
もちろん図５の諸元表以外のデータを用いる方法も可能である。例えば、オペレータがエッチング剤（液）の濃度、流量を入力する。そのデータを用いる方法。また、オペレータが入力した生産条件に基づいて各装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃ（コンピュータ）が流量、濃度を算出し、その算出した流量、濃度になるようにエッチング剤タンクと純水タンクからの流量を決める各バルブを開度制御し、そのバルブ制御のときのデータ（流量、濃度）を用いる方法。
【００６２】
図６は、製造設備の稼動状態を示すタイムチャートである。これは、稼動検出部１４が各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動履歴を検出して取得したタイムチャートである。図６に示すように、例えば製造設備Ａの稼動時間は、７時から１７時までの１０時間である。同様に製造設備Ｂの稼動時間は、８時から１８時までの１０時間、製造設備Ｃの稼動時間は、１３時から２１時までの８時間である。したがって、時間帯によって稼動している製造設備が変わって行く。このようなデータは、工程設計時の要件として入力部１５からあらかじめ入力しておいてもよい。本実施形態では、基本的に稼動検出部１４が各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの装置制御部２ａ，２ｂ，２ｃとネットワーク回線を介して接続され、時刻と共に稼働時間を検出して記憶部１３にデータとして記憶される。また、本実施形態では、製造設備Ａ，Ｂ，Ｃは、複数の運転モード（稼動条件）で稼動できるようになっており、運転モードごとに単位排水量、Ｆ含有率が異なっているので、稼動状態のデータとして稼動時間（時刻）データと共に運転モードデータも検出して取得する。
【００６３】
図７は、稼動時間中の複数の製造設備から排出される排水量と、当該排水量に含まれる化学物質の含有量との関係を示すグラフである。詳しくは、運転モードがＡ１，Ｂ１，Ｃ１のときの諸元表に基づいたグラフである。ステップＳ４では、演算部１１は、記憶部１２に記憶された各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される単位排水量Ｗｔ（運転モード別）と、原水槽１０１から循環槽１０４に排水を注入開始するときに、原水槽１０１に貯留された排水のＦ濃度を決めている各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼動履歴を調べる。そして、原水槽１０１に排水が貯留されるに要した時間が７時間ならば、排水が原水槽１０１にたどり着くに要する時間Ｄｔ遡った時点以前の７時間に排出される総排水量Ｗを演算する。例えば、２２時（２２：００）の時点で原水槽１０１からバルブ１０３を開きポンプ１０２を稼動させたときの原水槽１０１中の排水の総排水量Ｗを求める。仮に時間Ｄｔを各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのいずれも１時間とすると、２２時から１時間遡った２１時からさらに排水の貯留に要した７時間遡った１４時から２１時の時間帯に排出された総排水量Ｗは、図６の実線で示した部分の当該時間帯の面積から求められる。すなわち、製造設備Ａが１４時から１７時まで稼動して１５００ｋｇ、製造設備Ｂが１４時から１８時まで稼動して１２００ｋｇ、製造設備Ｃが１４時から２１時まで稼動して２１００ｋｇ、合計４８００ｋｇである。
【００６４】
次に総排水量Ｗに含まれる総Ｆ含有量Ｆｗを演算する。図６の破線で示したグラフのように、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される単位排水量Ｗｔと単位排水量Ｗｔに含まれるＦ含有率Ｆｔとによって総排水量Ｗに含まれる総Ｆ含有量Ｆｗを演算する。先の演算結果から総排水量Ｗは、４８００ｋｇであり、製造設備ＡからはＦ含有率１０００ｐｐｍ（ｆａ）の排水１５００ｋｇ（Ｗａ）と、製造設備ＢからはＦ含有率３００＋５００＝８００ｐｐｍ（ｆｂ）の排水１２００ｋｇ（Ｗｂ）と、製造設備ＣからはＦ含有率２００＋３００＝５００ｐｐｍ（ｆｃ）の排水２１００ｋｇ（Ｗｃ）との構成であることが明らかである。よって、演算部１１による総排水量Ｗ（４８００ｋｇ）中の総Ｆ含有量Ｆｗは、（Ｗａ×ｆａ＋Ｗｂ×ｆｂ＋Ｗｃ×ｆｃ）＝（１５００ｋｇ×１０００ｐｐｍ＋１２００ｋｇ×８００ｐｐｍ＋２１００ｋｇ×５００ｐｐｍ）となり、約３．５ｋｇである。これは、フッ素の原子量が１９なので、およそ１８０ｍｏｌに相当する。そしてステップＳ５へ進む。
【００６５】
図３のステップＳ５は、総Ｆ含有量Ｆｗに対する第１処理薬品（炭酸カルシウム）の消費量Ｃｖを演算する工程である。
【００６６】
ここで化学物質（フッ化物）と処理薬品との化学反応について説明する。図８（ａ）〜（ｈ）は、化学物質と処理薬品との化学反応を示す化学反応式である。詳しくは、同図（ａ）はフッ酸と炭酸カルシウム、同図（ｂ）はフッ化アンモニウムと炭酸カルシウム、同図（ｃ）は一水素フッ化アンモニウムと炭酸カルシウム、同図（ｄ）は同図（ａ）〜（ｃ）をまとめた化学反応式である。同図（ｅ）はフッ酸と水酸化カルシウム、同図（ｆ）はフッ化アンモニウムと水酸化カルシウム、同図（ｇ）は一水素フッ化アンモニウムと水酸化カルシウム、同図（ｈ）は（ｅ）〜（ｇ）をまとめた化学反応式である。
【００６７】
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、反応槽１０７においては、３種の化学物質（フッ酸、フッ化アンモニウム、一水素フッ化アンモニウム）が炭酸カルシウムと反応する系がある。まとめれば図８（ｄ）に示すように、１当量の炭酸カルシウムと２当量のフッ素イオンとが反応して、１当量のフッ化カルシウムと１当量の炭酸イオンが発生する系となる。
【００６８】
ステップＳ５では、演算部１１は、図８（ｄ）の化学反応式に基づいて総排水量Ｗ中の総Ｆ含有量Ｆｗに対する炭酸カルシウムの消費量を演算する。したがって、総Ｆ含有量Ｆｗが３．５ｋｇとすれば、１８０ｍｏｌの半分の約９０ｍｏｌが消費量として推算される。すなわち、炭酸カルシウムの分子量が１００なので、先の処理による炭酸カルシウムの消費量Ｃｖは、９０×１００＝９０００ｇ（９ｋｇ）となる。したがって、５ｔの炭酸カルシウムがあらかじめ投入されているので、そのうちの９ｋｇが排水との化学反応によって少なくとも消費されたことになる。毎回必ずしも炭酸カルシウムの消費量が同じ訳ではなく、各回の総Ｆ含有量Ｆｗに応じて変わる。そして、ステップＳ６へ進む。
【００６９】
図３のステップＳ６は、未消費の第１処理薬品（炭酸カルシウム）の量（残存量）が許容下限値以上か判定する工程である。図９は、第１反応槽の化学反応の収率を示すグラフである。詳しくは、炭酸カルシウムの薬品残存割合（Ｘ）に対する収率Ｒの変化を示すものであり、所定量（１ｔ）の炭酸カルシウムに対してほぼ一定濃度のフッ化物を含む排水を繰り返し反応させ、反応生成物であるフッ化カルシウムの累積の生成量を分析して得られたものである。図８に示すように、収率Ｒ（％）は炭酸カルシウムの残存量の低下に伴って低下する。これは、排水中のフッ化物と反応して、未反応な炭酸カルシウムが徐々に減少することにより、収率Ｒ（％）が低下するからと考えられる。この場合、反応生成物としてフッ化カルシウムを再利用するにあたり、一定の濃度を確保できるようにする。よって、薬品残存割合（Ｘ）が１０％、すなわち、フッ化カルシウムが９０％程度の濃度となる水準（一方で収率Ｒがおよそ８０％となる水準）を残存する薬品の許容下限値としている。このような基礎データは、あらかじめ入力部１５から入力され記憶部１２に記憶されている。
【００７０】
ステップＳ６では、ステップＳ５で求められた炭酸カルシウムの消費量Ｃｖを基に、薬品残存割合（Ｘ）を算出する。すなわち、この場合は、Ｘ＝５０００−Ｃｖ／５０００＝５０００−９／５０００＝９９．８％である。もちろん処理ごとにこの値は変化するので、処理ごとに算出した結果を累積して判定する。薬品残存割合（Ｘ）が１０％を下回れば基本的に、ステップＳ７へ進んで、バルブ１０８を開き反応生成物を分離回収する。その後、ステップＳ８に進み、バルブ１０８を閉じ、炭酸カルシウム（５ｔ）を新しいものに入れ替える。尚、反応生成物の回収は、薬品残存割合（Ｘ）と収率Ｒ（％）との関係において、適宜設定してもよい。すなわち、収率Ｒ（％）を高い値で維持して、未反応な化学物質ができる限り、次工程へ流出しないように設定してもよい。
【００７１】
本実施形態の一方の化学物質処理方法は、反応槽１０７にあらかじめ充填された処理薬品としての炭酸カルシウムと排水中の化学物質としてのフッ化物との反応によって消費される消費量Ｃｖを、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの諸元表のデータと稼働状態の情報から排水中の総Ｆ含有量Ｆｗを推定し、炭酸カルシウムとフッ化物の化学反応式に基づいて演算する。したがって、直接排水中のフッ化物の濃度を逐次測定するような手段を用いずともほぼ正確に消費量Ｃｖを特定することが可能である。また、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの運転モード（生産条件）が変化して各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃが排出する排水量やこれに対するフッ化物の濃度が変化しても、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼働情報からほぼ正確な総Ｆ含有量Ｆｗの推定が可能である。このようにして得られた炭酸カルシウムの消費量Ｃｖを元に、貯留された炭酸カルシウムが反応してフッ化カルシウムとなり、目標の濃度に到達したかどうか判定するので、適切な時期に分離回収することが可能である。
【００７２】
次に反応槽１１０を用いた他方の化学物質処理方法について説明する。図４は、他方の化学物質処理方法を示すフローチャートである。本実施形態の他方の化学物質処理方法は、反応槽１１０に排出された処理対象の排水に含まれる未反応な化学物質としてのフッ化物の量を、複数の製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれから排出した排水の単位排水量と、各単位排水量に含まれる化学物質（フッ化物）のＦ含有率ｆａ，ｆｂ，ｆｃと、先の反応槽１０７における収率Ｒ（％）とを基に求める工程を備えている。また、化学物質（フッ化物）と処理薬品（水酸化カルシウム）との化学反応式に基づいて、未反応なフッ化物の量に対応する処理薬品の適量を求める工程を備えている。
【００７３】
図４のステップＳ１１は、第２反応槽（反応槽１１０）に反応槽１０７で処理された排水を注入する工程である。ステップＳ１１では、バルブ１０６を閉じバルブ１０９を開き、ポンプ１０５を駆動させて反応槽１０７および循環槽１０４から処理された排水を反応槽１１０へ送り込む。そして、ステップＳ１２へ進む。
【００７４】
図４のステップＳ１２は、第１反応槽（反応槽１０７）における反応の収率Ｒ（％）のデータを取得する工程である。ステップＳ１２では、演算部１１は、先の反応槽１０７における化学物質処理方法のステップＳ６で演算して記憶させた薬品残存割合（Ｘ）に対応する収率Ｒ（％）（図９参照）のデータを読み込む。そして、ステップＳ１３へ進む。
【００７５】
図４のステップＳ１３は、未反応な化学物質に対する第２処理薬品（水酸化カルシウム）の投入量Ｃ２を演算する工程である。反応槽１０７では、図８（ａ）〜（ｃ）に示すような化学反応が１００％進むわけではない。したがって、処理された排水には、未反応な化学物質が含まれる。よって、実際には、反応槽１０７における反応温度と反応速度との関係による反応生成物としてのフッ化カルシウムの収率Ｒ（％）を考慮しなければならない。ステップＳ１３では、演算部１１は、ステップＳ１２で読み込んだ収率Ｒ（％）のデータと、総排水量Ｗに含まれていた総Ｆ含有量Ｆｗと、化学物質と処理薬品との化学反応式とに基づいて、水酸化カルシウムの投入量Ｃ２を演算する。当該化学反応式は、図８（ｅ）〜（ｇ）に示すように、反応槽１１０においては、未反応な３種の化学物質（フッ酸、フッ化アンモニウム、一水素フッ化アンモニウム）が水酸化カルシウムと反応する系がある。まとめれば図８（ｈ）に示すように、１当量の水酸化カルシウムと２当量のフッ素イオンとが反応して、１当量のフッ化カルシウムと２当量の水酸イオンが発生する系となる。よって、未反応な化学物質（フッ化物）に含まれるフッ素のｍｏｌ数に対して半分のｍｏｌ数の水酸化カルシウムを少なくとも加えればよい。図９は、第２処理薬品の投入量を演算する数式を示す図である。図９に示すように、第２処理薬品としての水酸化カルシウムの投入量Ｃ２は、反応槽１０７における今回の処理の収率Ｒ（％）をＲｔ＝９９％とすると、前述したようにＦｗが約３．５ｋｇならば、投入量Ｃ２は、３．５×０．０１×７４（水酸化カルシウム分子量）／２×１９（フッ素原子量）＝約０．０７ｋｇとなる。そして、ステップＳ１４へ進む。
【００７６】
図４のステップＳ１４は、第２処理薬品（水酸化カルシウム）を第２反応槽（反応槽１１０）に投入する工程である。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で求められた投入量Ｃ２に基づいて、演算部１１が薬品投入制御部２２に制御信号を送り、薬品投入部１１８から反応槽１１０に水酸化カルシウムを投入する。また、ほぼ同時に、凝集剤ＰＡＣを水酸化カルシウムの投入量Ｃ２に対してｍｏｌ比で１．０〜２．０となるように投入する。そして、ステップＳ１５へ進む。
【００７７】
図４のステップＳ１５は、第２反応槽（反応槽１１０）において低濃度の化学物質を含む排水を処理薬品と化学反応させる処理工程である。ステップＳ１５では、図８（ｅ）〜（ｇ）に示すように、排水に含まれる３つの化学物質（フッ酸、フッ化アンモニウム、一水素フッ化アンモニウム）がそれぞれ水酸化カルシウムと化学反応し、フッ化カルシウムが生成される。また、フッ化カルシウムは凝集剤ＰＡＣと結合して凝集沈殿する。反応槽１１０では、化学反応が均一となるように水酸化カルシウムが投入された排水を攪拌して、速やかな凝集沈殿を促す。この場合、反応槽１１０で処理される排水の量が４〜５ｔ程度ならば、反応と凝集沈殿に要す時間は、およそ１．５〜２時間程度である。処理後の排水は、バルブ１１２を開いて次工程へ排出される。一方、凝集剤ＰＡＣと結合したフッ化カルシウムは、ステップＳ１５ａに進み、バルブ１１１を開き汚泥として分離回収される。そして、ステップＳ１６へ進む。
【００７８】
図４のステップＳ１６は、反応槽１１０で処理された排水の硝化・脱窒素、中和を行う工程である。ステップＳ１６では、前述したように硝化脱窒素装置１１３において、排水中に含まれるアンモニア性窒素を硝化し、排水中のＢＯＤを水素供与体として還元して、窒素ガスとして排出する。そして、処理された排水は、バルブ１１４を開いて中和装置１１５に送り込まれ、下水放流可能な状態となるように酸またはアルカリが添加され中和される。中和によって発生する塩等の生成物は、ステップＳ１６ａに進み、汚泥として分離回収される。そして、ステップＳ１７へ進む。
【００７９】
図４のステップＳ１７は、中和処理された排水を下水放流する工程である。ステップＳ１７では、中央監視システム２０の放流水監視部２５により、下水放流前の排水のｐＨをｐＨ計２６で計測する。また、Ｆイオン計２７でＦイオン濃度を計測する。この場合、上記排水処理後の排水中のＦイオン濃度が、およそ５ｐｐｍ以下となるように監視および管理が行われている。
【００８０】
上記化学物質処理方法によれば、先の処理において排水中に含まれる未反応な化学物質の量を炭酸カルシウムの消費量Ｃｖから薬品残量割合（Ｘ）を推定し、これによって導かれる収率Ｒｔから反応槽１１０に投入される処理薬品としての水酸化カルシウムの投入量Ｃ２を演算して投入する。したがって、より正確に推定された未反応な化学物質（フッ化物）の量に対して水酸化カルシウムの投入量Ｃ２を演算して投入するので、過剰な処理薬品の投入を低減し、適正量の汚泥を分離回収することが可能となる。
【００８１】
本実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）本実施形態の化学物質処理システム１０は、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出され原水槽１０１に貯留された排水の総排水量Ｗ（所定量）に対して、反応槽１０７の化学物質の処理では、排水が排出された時刻を遡って各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの稼働時間を特定し、各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれが排出した各排水量Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを演算部１１が演算する。そして、演算部１１は、記憶部１２に記憶された各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃの各単位排出量に含まれる化学物質（フッ化物）のＦ含有率ｆａ，ｆｂ，ｆｃから総排水量Ｗに含まれる総Ｆ含有量Ｆｗを演算する。したがって、より実際の稼動状態に即した総Ｆ含有量Ｆｗを求めることができる。さらには、化学物質と処理薬品との化学反応式を基に、総Ｆ含有量Ｆｗに対応する処理薬品としての炭酸カルシウムの消費量Ｃｖを求め、反応生成物としてのフッ化カルシウムの分離回収時期を適正に判定することができる。また、反応槽１０７で処理された排水に含まれる未反応な化学物質の量を先の消費量Ｃｖから演算可能な薬品残留割合（Ｘ）に対する収率Ｒｔから演算して推定し、対応する処理薬品としての水酸化カルシウムの投入量Ｃ２を適正に決めることができる。
【００８２】
（２）化学物質処理システム１０を用いた本実施形態の化学物質処理方法は、２つの反応槽１０７，１１０を有し、まず反応槽１０７に排水を導入して、処理薬品としての炭酸カルシウムと化学反応を起こさせ排水処理する。次に未反応な化学物質（フッ化物）を含む排水を反応槽１１０に導入して、先の反応収率Ｒｔを考慮して未反応な化学物質の量を演算し、これに対する処理薬品としての水酸化カルシウムの量を投入量Ｃ２として求めて投入反応させる。したがって、適量な水酸化カルシウムを投入することができるので、過剰な処理薬品の投入による反応生成物を含む汚泥が過剰に発生することを低減することができる。すなわち、排水中のフッ化物を適正に処理し、汚泥の発生をより少なくすることができる化学物質処理方法を提供することができる。
【００８３】
上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。
（変形例１）上記実施形態の化学物質処理方法は、２つの反応槽１０７，１１０を用いて排水に含まれるフッ化物の処理を行ったが、これに限定されない。例えば、反応槽１０７における排水処理のみ、あるいは、反応槽１１０における排水処理のみでもよい。
【００８４】
（変形例２）上記実施形態の化学物質処理システム１０および化学物質処理方法において、反応槽１０７にはあらかじめ複数処理回数分の処理薬品（炭酸カルシウム）を投入したが、１回の処理ごとに１回分の処理薬品を投入してもよい。この場合の処理薬品の投入量Ｃ１は、バルブ１０３を開いて反応槽１０７側に排水を流入させるときの原水槽１０１中の排水の化学物質の濃度を稼働状態データなどに基づき算出し、その濃度と反応槽１０７で処理される排水量とから決まる化学物質の含有量から化学反応式に基づいて求める。
【００８５】
（変形例３）上記実施形態の化学物質処理システム１０および化学物質処理方法において、複数の製造設備から排出される化学物質を含んだ排出物は、排水（液体）に限定されない。例えば、排出物がフッ酸を主体とする処理ガス（気体）であっても、純水等の液体に処理ガスを吸収させれば、適用させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】排水処理設備の構成を示す概略図。
【図２】化学物質処理システムの電気的あるいは機械的構成を示すブロック図。
【図３】一方の化学物質処理方法を示すフローチャート。
【図４】他方の化学物質処理方法を示すフローチャート。
【図５】製造設備の排水中に含まれる化学物質の含有量を示す諸元表。
【図６】製造設備の稼動状態を示すタイムチャート。
【図７】稼動時間中の複数の製造設備から排出される排水量と、当該排水量に含まれる化学物質の含有量との関係を示すグラフ。
【図８】（ａ）〜（ｈ）は、化学物質と処理薬品との化学反応を示す化学反応式。
【図９】第１反応槽の化学反応の収率を示すグラフ。
【図１０】第２処理薬品の投入量を演算する数式を示す図。
【符号の説明】
【００８７】
１…複数の製造設備Ａ，Ｂ，Ｃを含む製造ライン、１０…化学物質処理システム、１１演算部、１２…記憶部、１４…稼動検出部、１５…入力部、１６…計量手段、２１…原水検出部、１００…排水処理設備、１０７，１１０…処理部としての反応槽、Ａ，Ｂ，Ｃ…製造設備、Ｃ１，Ｃ２…処理薬品の投入量、Ｃｖ…処理薬品の消費量としての炭酸カルシウムの消費量、ｆａ，ｆｂ，ｆｃ…化学物質の含有量としてのＦ含有率、Ｆｗ…化学物質の総含有量量としての総Ｆ含有量、Ｗ…排出物の所定量としての排水の総排水量、Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ…各製造設備Ａ，Ｂ，Ｃから排出される排出物の排出量としての排水の排水量Ｘ…薬品残存割合。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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