(57)【要約】【課題】溶存化合物を吸着固定した回収剤を反応槽から効率よく排出する水処理装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る水処理装置は、反応槽と注水口と回収剤投入装置と排出口と導入口と回収口とを備える。反応槽は、円筒状の側壁及び緩やかな角度のついた底壁をする。注水口は、反応槽の中に溶存化合物を含む被処理水を供給する回収剤投入装置は、溶存化合物を吸着する粒状の回収剤を反応槽へ供給する。排出口は、反応槽の底部に沈降した回収剤よりも高い位置から被処理水を取り出す。導入口は、反応槽から取り出された被処理水の一部を反応槽の側壁の接線方向に流入させる。回収口は、反応槽の底壁の最下部に開口される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の側壁及び緩やかな角度のついた底壁を有した反応槽と、
前記反応槽の中に溶存化合物を含む被処理水を供給する注水口と、
前記溶存化合物を吸着する粒状の回収剤を前記反応槽へ供給する回収剤投入装置と、
前記反応槽の底部に沈降した前記回収剤よりも高い位置から前記被処理水を取り出す排出口と、
前記反応槽から取り出された前記被処理水の一部を前記反応槽の前記側壁の接線方向に流入させる導入口と、
前記反応槽の前記底壁の最下部に開口された回収口と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記底壁は、前記回収剤に対する安息角よりも小さい角度に傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載された水処理装置。
【請求項３】
前記回収口は、前記反応槽に前記被処理水が貯留されている状態で開弁されると浮力によって開弁された状態を維持し、前記被処理水が一定の水位以下になると閉弁される弁機構を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された水処理装置。
【請求項４】
前記反応槽に貯留された前記被処理水及び前記回収剤を少なくとも２段階の攪拌強度でかき混ぜる攪拌機をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された水処理装置。
【請求項５】
前記攪拌機は、攪拌強度の大きい急速攪拌と攪拌強度の小さい緩速攪拌とを交互に繰り返す回転翼を備える
ことを特徴とする請求項４に記載された水処理装置。
【請求項６】
前記急速攪拌では、前記回転翼によって前記回収剤を前記被処理水中に拡散させ、
前記緩速攪拌では、前記回転翼が回っていても前記回収剤が前記反応槽の底へ沈降する
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された水処理装置。
【請求項７】
前記注水口の上流に設置されて被処理水中の浮遊物質を沈降分離する前処理装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、粒状の回収剤を用いて水中の溶存化合物を回収する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中に含まれる溶存化合物によっては富栄養化を伴うので、溶存化合物を除去するための除去装置がある。代表的な除去技術として、生物学的除去方法や、化学的に反応を起こして凝集沈殿させる除去方法が知られている。いずれの方法も除去した物を廃棄物としてさらに処理する必要があるため、除去した物を資源として再利用することが検討されている。
【０００３】
溶存化合物を回収する方法として、活性炭のように多孔質材料で溶存化合物を取り込む回収剤や、溶存化合物を再利用しやすいように特定の物質を選択的に吸着固定する回収剤が検討されている。特定の物質を吸着固定する回収剤は、化学反応によって排水中の溶存化合物を吸着する。このような方法で溶存化合物を回収する場合、溶存化合物は、回収剤の表面に結晶塩として生成されることとなる。
【０００４】
排水を処理する水処理装置は、一度に大量の回収剤を取り扱うことになるが、煩雑に取り扱うと、表層に吸着された結晶塩が剥離することが有る。剥離した結晶塩を核として二次的に結晶塩が成長することも有る。このような結晶塩は、水処理装置の配管の流れを悪くするだけでなく故障の原因となる。
【０００５】
反応槽で生成された微粒子を回収するために、固液分離機構を設けた水処理装置がある。また、反応槽から排出させた処理水中に混入している粒子を固液分離するためにサイクロンを設けている水処理装置もある。さらに、晶析によって対象物を取り出す資源回収装置がある。この資源回収装置は、反応層に攪拌装置を備え、底部から生成物を回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２１９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、晶析によって対象となるものを取り出す場合、反応槽中のイオンコントロールが重要である。反応槽内の過飽和度が高くなると、種剤の無い状態でも結晶核（微粒子）が生成されてしまう。この微粒子は、反応槽の下流へ流出することによって回収率を低下させるだけでなく、配管や後段のプロセスで結晶を成長させ、閉塞を引き起こすことが懸念される。したがって、微細な生成物が発生するようなリスクを軽減し、安定して運用できる回収装置を備える水処理装置が求められている。
【０００８】
結晶核などの微粒子も残さず回収するためには、対象となる粒子の安息角よりも大きい角度の傾斜を反応槽の底部に設けなければならない。安息角を大きくするということは、底部が漏斗状になるため、その分だけ反応槽が高くなり、重心の位置も上がる。その結果、反応槽を安全に設置するために広い設置面積が必要になり、水処理設備としての設置コストがかかってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、溶存化合物を吸着固定した回収剤を反応槽から効率よく排出する水処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態に係る水処理装置は、反応槽と注水口と回収剤投入装置と排出口と導入口と回収口とを備える。反応槽は、円筒状の側壁及び緩やかな角度のついた底壁をする。注水口は、反応槽の中に溶存化合物を含む被処理水を供給する回収剤投入装置は、溶存化合物を吸着する粒状の回収剤を反応槽へ供給する。排出口は、反応槽の底部に沈降した回収剤よりも高い位置から被処理水を取り出す。導入口は、反応槽から取り出された被処理水の一部を反応槽の側壁の接線方向に流入させる。回収口は、反応槽の底壁の最下部に開口される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の水処理装置の概略図。
【図２】図１に示した反応槽の吸水口を通る水平断面図。
【図３】図１に示した反応槽の回収口に設置された弁機構の概略図。
【図４】図１に示した攪拌機の運転時間と攪拌強度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の実施形態の水処理装置１００について、図１から図４を参照して説明する。図１に示す第１の実施形態の水処理装置１００は、下水や食品加工工場の産業排水など、有機性の水質汚濁物質を含む排水の処理に適用され、排水中の有用資源となる溶存化合物を回収するために、回収装置１０と前処理装置１０１とを備える。図１に示す水処理装置１００は、処理工程において図示された範囲よりも上流に、活性汚泥法をはじめとする生物学的な排水処理装置を備えており、有機性廃液や汚泥を発生させる。水処理装置１００は、この有機性廃液や汚泥を後工程で処理することで、さらに発生する排水中の有用資源の溶存化合物を、図１に示した回収装置１０によって選択的に回収する。前処理装置１０１は、回収装置１０の上流に設置され、上流で処理された排水が流れ込む。この前処理装置１０１は、排水中の浮遊物質（ＳＳ）を沈降分離させるために設置されている。浮遊物質が沈降分離された排水である上澄み液は、被処理水Ｗｓとして回収装置１０へ供給される。
【００１３】
回収装置１０は、図１に示すように、反応槽１１と注水口１２と回収剤投入装置１３と排出口１５１と導入口１６１と回収口１１３とを備える。本実施形態では、さらに攪拌機１４と排水流路１５と循環流路１６と弁機構１７とを備える。反応槽１１は、円筒状の側壁１１１、および、下方に向かって凸状になる緩やかな角度の付いた底壁１１２を有している。本実施形態では、底壁１１２は、図１に示すような、側壁１１１の下端につながる半球形状もしくは半楕円形状に形成されている。底壁１１２は、下方に向かって凸形の円錐面、いわゆるすり鉢状であってもよい。
【００１４】
注水口１２は、側壁１１１の上部に設けられており、前処理装置１０１で処理された被処理水Ｗｓを反応槽１１に供給する。供給される被処理水Ｗｓは、注水口１２よりも低い液面レベルＷＨまで反応槽１１に満たされる。被処理水Ｗｓの供給または停止は、前処理装置１０１から注水口１２までの間に設置される注水弁１２１で制御される。
【００１５】
回収剤投入装置１３は、反応槽１１の上方に設置されており、注水弁１２１の制御と連動して回収剤Ｓを反応槽１１に供給する。回収剤Ｓは、溶存化合物を晶析、化学反応、イオン交換等によりその表面に吸着固定する粒状に成形された材料である。回収剤Ｓは、その粒径に応じて被処理水Ｗｓ中における沈降速度が決定される。ここで、沈降速度とは、被処理水Ｗｓ中に浮遊した回収剤Ｓが反応槽１１の底部に沈むまでの時間を意味する。したがって、沈降速度が速いということは、回収剤Ｓが被処理水Ｗｓ中に保持される時間が短く、沈降速度が遅いということは、回収剤Ｓが被処理水Ｗｓ中に保持される時間長いことを意味する。
【００１６】
被処理水Ｗｓとの接触時間すなわち被処理水Ｗｓ中の溶存化合物を吸着するのに寄与する時間を適切に制御するために、回収剤Ｓは、粒径が一定のサイズに分級調整されたものを採用する。回収剤Ｓの物理量として一例をあげると、粒径は、０．５〜２．０ｍｍ、平均値は１．０〜１．５ｍｍであり、比重は１．５〜３．０ｍｍ程度である。また回収剤Ｓの主成分は、回収した溶存化合物を再生利用する際に処理しやすいもの、例えば分離が必要であれば分離しやすいもの、利用する上で害が無ければそのまま利用できるもの等が選択される。
【００１７】
攪拌機１４は、回転翼１４１と駆動装置１４２と駆動軸１４３を備える。回転翼１４１は、反応槽１１に貯留されている被処理水Ｗｓの液面レベルＷＨよりも低い位置、本実施形態では、反応槽１１に供給された回収剤Ｓが底部に沈降した場合の上限レベルＳＨから液面レベルＷＨの間に配置される。駆動装置１４２は、反応槽１１の上方に配置され、駆動軸１４３によって回転翼１４１に連結されており、この回転翼１４１を回転させる。回転翼１４１は、回転されることによって、被処理水Ｗｓを下方へ流動させる。
【００１８】
回転翼１４１の回転速度が一定の速度よりも速い場合、すなわち下方に向かう流れが強い場合、下方へ向かった被処理水Ｗｓは、底壁１１２で回収剤Ｔを回転翼１４１よりも外周側へ巻き上げながら、駆動軸１４３を中心とするトーラス面に沿うような環状の循環流Ｖｓとなる。また、回転翼１４１の回転速度が一定の速度よりも遅い場合、すなわち回収剤Ｓを巻き上げない程度に被処理水Ｗｓを下方へ向かわせる流れが弱い場合、被処理水Ｗｓ中を浮遊する回収剤Ｓは、その比重によってしだいに反応槽１１の底部に沈降する。
【００１９】
排水流路１５は、反応槽１１で溶存化合物の回収処理が行われた後の被処理水Ｗｓを汲み出す。この排水流路１５は、反応槽１１に連通する排出口１５１を有している。排出口１５１は、反応槽１１の底部に沈降した回収剤の上限レベルＳＨよりも高い位置ＷＬに設けられている。図１において排水流路１５は、反応槽１１の上部を回って、反応槽よりも低い位置に設置された排水タンク１５２に接続されている。被処理水Ｗｓが排出されると、反応槽１１の底部には、溶存化合物を吸着した回収剤Ｓ及び排出口１５１の位置ＷＬよりも低い範囲に被処理水Ｗｓが残る。
【００２０】
循環流路１６は、排水タンク１５２と反応槽１１とを連通し、排水タンク１５２に溜められた被処理水Ｗｓの一部を反応槽１１へ戻す流路である。循環流路１６は、反応槽１１の側壁１１１に接続された導入口１６１と、被処理水Ｗｓを排水タンク１５２から汲み出すポンプ１６２を有している。導入口１６１は、図２に示すように、沈降した回収剤Ｓの上限レベルＳＨに設置され、反応槽１１の側壁の内周面に沿って接線方向へ被処理水Ｗｓを流入させる。本実施形態では、導入口１６１は、側壁１１１と底壁１１２との境界部近傍に設けられている。
【００２１】
回収口１１３は、図１及び図３に示すように、反応槽１１の底壁１１２の最下部となる位置に開口されている。この回収口１１３は、図３に示すように、反応槽１１に被処理水Ｗｓが貯留されている状態で開弁されると、浮力によって開弁された状態を維持し、被処理水Ｗｓの水位が一定の水位以下になると閉弁される弁機構１７を有している。
【００２２】
弁機構１７が開弁されると、回収口１１３から回収剤Ｓが被処理水Ｗｓとともに排出される。このとき、回収剤Ｓの流動性を維持するために、導入口１６１から反応槽１１の側壁の内面に沿う接線方向へ排水タンク１５２の被処理水Ｗｓが導入される。導入された被処理水Ｗｓは、図２に示すように、反応槽１１の側壁１１１の内面に沿って旋回しながら回収剤Ｓを押し流し、反応槽１１の底部に残った回収剤Ｓを残さず洗い流す。
【００２３】
したがって、反応槽１１の底壁１１２は、回収剤Ｓに対する安息角よりも小さい角度の傾斜でもであってもよい。図１に示す反応槽１１の底壁１１２は、半球形状であり、したがって、回収口１１３の周辺は、安息角よりも小さい角度、実質的にほぼ水平である。このような場合でも、導入口１６１が被処理水Ｗｓを接線方向に導入するので、安息角よりも小さい角度に形成された範囲の底壁に回収剤Ｓが取り残されていても、導入した被処理水Ｗｓによって回収口１１３から排出させることができる。
【００２４】
回収剤Ｓを洗い流すために導入口１６１から反応槽１１に供給される被処理水Ｗｓは、排水タンク１５２に貯留されていた被処理水Ｗｓであり、反応槽１１において溶存化合物を回収する処理後の水すなわち浄化された水であり、かつ、回収剤Ｓに溶存化合物が吸着固定された後の水質すなわち溶存化合物が溶解及び溶出することの無い安定した状態を保つのに適したイオンバランスの水質である。したがって、排水タンク１５２の被処理水Ｗｓを利用することで、回収剤Ｓに吸着させた溶存化合物を効率よく回収できる。
【００２５】
底壁１１２が半球形状または半楕円形状に形成されていることによって、側壁１１１から底壁１１２への接続が滑らかになる。導入口１６１から反応槽１１へ流入した被処理水Ｗｓは、側壁１１１に沿う旋回流から底壁１１２に沿う旋回流へとなだらかに移行するため、その水流による勢いが維持される。したがって少ない水量でも効果的に回収剤Ｓを回収口１１３から排出させることができる。また、底壁１１２が回収剤Ｓに対する安息角よりも小さい角度に設定することができるため、反応槽１１を低くすることができる。反応槽１１の重心の位置が下がるため、安定性もよく設置場所となる専有面積も小さくすることができる。
【００２６】
本実施形態の水処理装置１００の回収装置１０において、攪拌機１４は、少なくとも２段階の攪拌強度で、反応槽１１内の被処理水Ｗｓ及び回収剤Ｓをかき混ぜることができる。本実施形態では、粒径が一定の範囲になるように調整された回収剤Ｓを採用しているので、被処理水Ｗｓの流れによって巻き上げられるときの攪拌強度、および、回収剤Ｓが被処理水Ｗｓ中を沈降するときの沈降速度は、安定する。つまり、被処理水Ｗｓ中の回収剤Ｓの拡散と沈降を制御しやすく、被処理水Ｗｓに対して回収剤Ｓを均質に接触させることができるので、被処理水Ｗｓを処理する時間を設定しやすい。
【００２７】
晶析やイオン交換等の化学反応に基づいて溶存化合物が回収剤Ｓの表面に吸着固定される場合、反応速度に律速される。また、過度の攪拌は、回収剤Ｓの表面における化学反応を妨げたり急激に促進させたりするだけでなく、溶存化合物が過飽和状態になることで、溶存化合物の結晶塩を析出させこれを核として成長した微細粒子を発生させるかもしれない。そこで、本実施形態では、図４に示すように攪拌強度の大きい急速攪拌Ａ１と攪拌強度の小さい緩速攪拌Ａ２とを交互に繰り返すように回転翼１４１を回転させる。
【００２８】
急速攪拌Ａ１において、反応槽１１中の回収剤Ｓは、回転翼１４１が作り出す流れによってほとんどが巻き上げられて、被処理水Ｗｓ中に浮遊した状態となる。つまり、急速攪拌Ａ１の攪拌強度は、図４に示すように回収剤Ｓが被処理水Ｗｓ中にまんべんなく拡散された全攪拌状態Ｍａを超える。また、緩速攪拌Ａ２において、反応槽１１中の回収剤Ｓは、底部から巻き上げられることなく沈降する。つまり、緩速攪拌Ａ２の攪拌強度は、図４に示すように回収剤Ｓを反応槽１１の底部から巻き上げ浮遊した状態に維持できなくなる浮遊限界Ｍｂよりも弱い。攪拌強度が強すぎると、回収剤Ｓどうしが衝突するなどによって、その表面に形成された溶存化合物の層を破壊するかもしれない。そこで、急速攪拌Ａ１の攪拌強度は、回収剤Ｓから溶存化合物を剥離させる攪拌強度となる攪拌限界Ｍｃを越えない攪拌強度に設定される。
【００２９】
急速攪拌Ａ１と緩速攪拌Ａ２とを繰り返す時間間隔は、急速攪拌Ａ１において巻き上げられた回収剤Ｓが緩速攪拌Ａ２で沈降するまでの時間によって変わる。急速攪拌Ａ１と緩速攪拌Ａ２とを繰り返す図４に示す運転パターンは、あくまでも一例に過ぎないが、急速攪拌Ａ１の運転時間に対する緩速攪拌Ａ２の運転時間の比率は、約１対３程度にするとよい。攪拌強度を段階的に変化させて回収剤Ｓの拡販及び沈降を繰り返し行うことを一定時間以上継続することで、被処理水Ｗｓ中の溶存化合物の回収率が向上する。回収剤Ｓの組成や物理量、回収対象となる溶存化合物、被処理水Ｗｓの温度、溶存化合物の含有濃度など被処理水Ｗｓの物理量などによっても運転時間の比率は変動し得る。
【００３０】
本実施形態の水処理装置１００は、回収装置１０の反応槽１１に攪拌機１４を備えているので、穏やかにかつ均質に回収剤Ｓと被処理水Ｗｓとを混合させることができる。したがって、溶存化合物が表面に晶析されるタイプの回収剤Ｓを使用する場合であっても、晶析された生成塩の結晶が剥離することを抑制することができる。つまり、剥離した結晶を核として生成塩の結晶がさらに成長することを防止する。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明した。これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１００…水処理装置、１０１…前処理装置、１０…回収装置、１１…反応槽、１１１…側壁、１１２…底壁、１１３…回収口、１２…注水口、１３…回収剤投入装置、１４…攪拌機、１４１…回転翼、１５１…排出口、１６１…導入口、１７…弁機構、Ｗｓ…被処理水、Ｓ…回収剤、Ａ１…急速攪拌、Ａ２…緩速攪拌。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017087122.tif 000005
【図４】
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