(57)【要約】【課題】簡単な構造で酸排水とアルカリ水溶液との混合効率を高めることができ、安価で、保守、点検も容易に行うことができる排水処理装置を提供する。【解決手段】酸水溶液とアルカリ水溶液とを混合して中和反応させる反応槽１４と、該反応槽内に酸水溶液を導入する酸導入経路１３及びアルカリ水溶液を導入するアルカリ導入経路１５とを備えるとともに、前記反応槽内における前記酸導入経路から導入される酸水溶液と前記アルカリ導入経路から導入されるアルカリ水溶液との合流地点に網状構造を有する混合促進部２３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸水溶液とアルカリ水溶液とを混合して中和反応させる反応槽と、該反応槽内に酸水溶液を導入する酸導入経路及びアルカリ水溶液を導入するアルカリ導入経路とを備えるとともに、前記反応槽内における前記酸導入経路から導入される酸水溶液と前記アルカリ導入経路から導入されるアルカリ水溶液との合流地点に網状構造を有する混合促進部を設けたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記反応槽内の液体の一部を抜き出し、循環ポンプで乱流撹拌してから反応槽内に循環させ、反応槽内に流入する循環液によって反応槽内の液体を撹拌するための循環経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記酸水溶液が排ガス処理装置の気液接触筒でガスと接触して排出される酸排水であり、前記反応槽内から抜き出した液体を熱交換器で冷却して前記気液接触筒に冷却水として供給する冷却水導入経路を備えるとともに、前記酸導入経路は、前記気液接触筒から排出された前記酸排水を反応槽に循環導入する経路であることを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記反応槽内をｐＨ６以上に保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理装置に関し、特に、排ガス処理装置から排出される酸排水をアルカリ水溶液と中和反応させる反応槽を備えた排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーフルオロ化合物（ＰＦＣｓ）を使用する半導体プラントや液晶プラントでは、各種処理装置から排出された排ガス中に含まれるＰＦＣｓを無害化するための排ガス処理装置が設置されている。ＰＦＣｓの処理には、一般に、ヒーター式、燃焼式、プラズマ式などの加熱分解方式が主として採用しており、ＰＦＣｓが加熱分解した分解生成物を含むガスは、冷却水で冷却するとともに、ガス中の水溶性成分を冷却水中に溶解してから排出される。また、このような排ガス処理装置には、ガス冷却時にガス中の水溶性成分を溶解することによって酸性となった酸排水を処理するための排水処理装置も付設されている。排水処理装置としては、中和槽やアルカリ槽などの複数の大型の反応槽で酸排水とアルカリ水溶液とを混合して中和反応させることが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３３７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年は、半導体プラントなどにおける排ガスの処理量が増大し、これに伴って排水処理装置が大型化する傾向となっているため、排水処理効率を向上させて装置を小型化するとともに、処理水を減量することが求められている。例えば、酸排水とアルカリ水溶液との混合効率を向上させるために撹拌機器を設置することも行われているが、撹拌機器の耐酸性や耐アルカリ性を考慮しなければならず、装置コストが上昇するだけでなく、保守コストも増大するという問題があった。
【０００４】
また、中和反応槽の中和制御性を向上させるために中和反応槽を大型にするなども行われているが、装置が大型化するなどの問題もある。前記コスト増大と装置大型化とを回避するために、酸排水を中和せずに冷却循環再利用し、濃縮酸排水として排水することが考えられるが、酸排水を冷却するためには耐腐食性熱交換器が必要であり、耐腐食性熱交換器は、金属製熱交換器の１０倍以上の大きさが必要であるため、これもまた装置が大型化するなどの問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、簡単な構造で酸排水とアルカリ水溶液との混合効率を高めることができ、安価で、保守、点検も容易に行うことができる排水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、酸水溶液とアルカリ水溶液とを混合して中和反応させる反応槽と、該反応槽内に酸水溶液を導入する酸導入経路及びアルカリ水溶液を導入するアルカリ導入経路とを備えるとともに、前記反応槽内における前記酸導入経路から導入される酸水溶液と前記アルカリ導入経路から導入されるアルカリ水溶液との合流地点に網状構造を有する混合促進部を設けたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の排水処理装置は、前記反応槽内の液体の一部を抜き出し、循環ポンプで乱流撹拌してから反応槽内に循環させ、反応槽内に流入する循環液によって反応槽内の液体を撹拌するための循環経路を備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、前記酸水溶液が排ガス処理装置の気液接触筒でガスと接触して排出される酸排水であり、前記反応槽内から抜き出した液体を熱交換器で冷却して前記気液接触筒に冷却水として供給する冷却水導入経路を備えるとともに、前記酸導入経路は、前記気液接触筒から排出された前記酸排水を反応槽に循環導入する経路であることを特徴としている。
【０００９】
さらに、前記反応槽内をｐＨ６以上に保持することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排水処理装置によれば、網状構造を有する混合促進部を設けたことによって酸水溶液とアルカリ水溶液との混合効率が大幅に向上し、中和反応を迅速に進行させることができ、反応槽の小型化が図れる。また、循環経路を設けて循環ポンプで乱流撹拌するとともに流入する循環水によって反応槽内の液体を撹拌することにより、酸水溶液とアルカリ水溶液との混合効率を更に向上させることができる。
【００１１】
特に、排ガス処理装置から排出される酸排水の処理に適用することにより、排ガス処理装置を含めた設備全体の小型化を図れる。また、反応槽内をｐＨ６以上に保持することにより、耐酸性を考慮する必要がなくなって装置コストを低減でき、排ガス処理装置と組み合わせた場合は、気液接触筒に供給する冷却水を冷却する熱交換器として金属製の熱交換器を使用することが可能となるので、コストの削減を図れるだけでなく、熱交換効率の向上によって熱交換器の小型化も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の排水処理装置を排ガス処理装置と一体的に構成した一形態例を示す系統図、図２は排ガス処理装置から排出された酸排水を処理する排水処理装置を排ガス処理装置とは別に設置した一形態例を示す系統図である。なお、図１及び図２に示す両形態例は、排水処理装置が排ガス処理装置と一体か別体かの違いだけであるから、図１及び図２において同一の構成要素には同一の符号を付して両者を同時に説明する。
【００１３】
半導体プラントなどから排出されたＰＦＣｓを含む排ガスは、排ガス処理装置の高温分解部１１に導入されて所定温度に加熱されることによりＰＦＣｓが分解される。ＰＦＣｓの分解生成物を含む高温のガスは、高温分解部１１から気液接触筒（冷却用スクラバー）１２に上昇流として導入され、散布ノズル１２ａから散布される冷却水と気液接触することによって冷却されるとともにガス中の水溶性成分、主に酸性成分を冷却水中に溶解させた後、冷却用スクラバー１２の上部から排出される。また、酸性成分を溶解して酸性となった冷却水は、冷却用スクラバー１２の底部から酸排水として抜き出され、排水処理装置を構成する酸導入経路１３を通って反応槽１４に導入される。
【００１４】
酸排水を処理するための排水処理装置は、前記反応槽１４と、該反応槽１４内に酸水溶液である酸排水を導入する前記酸導入経路１３及びアルカリ水溶液を導入するアルカリ導入経路１５と、循環ポンプ１６を有する循環経路１７とを備えており、前記循環ポンプ１６の下流側からは、熱交換器１８で冷却した冷却水を前記冷却用スクラバー１２に供給する冷却水導入経路１９と、系内の水を入れ替える際に系内から水を排出するための排水経路２０とが分岐している。また、循環ポンプ１６より下流側の循環経路１７には、経路内を流れる液体の状態を検出する計測器２１が設けられており、この計測器２１の計測値に基づいて前記アルカリ導入経路１５に設けたアルカリ導入ポンプ２２を制御したり、系内の液体の入れ替えを行ったりすることにより、系内の液体の状態をあらかじめ設定された状態に保つようにしている。
【００１５】
そして、前記反応槽１４内には、前記酸導入経路１３から導入される酸排水と前記アルカリ導入経路１５から導入されるアルカリ水溶液との合流地点に網状構造を有する混合促進部２３が設けられている。この混合促進部２３は、ポリ塩化ビニルなどの樹脂製の板、槽や筒などの構造物に複数の孔を設けて網状乃至多孔体状に形成したものであって、水量などの条件に応じて平板状のものを単独で用いてもよく、平板状のものを複数枚積層したり、平板状のものを組み立てて籠状に形成したりしたものを用いることができるが、籠状とした構造が最適であり、特に、酸排水及びアルカリ水溶液を籠内に流入させる構造とすることが好ましい。
【００１６】
図３は、籠状に形成した混合促進部２３への酸排水及びアルカリ水溶液の導入状態例を示す説明図である。図３（Ａ）では、混合促進部２３の上方に酸導入経路１３を配置するとともに混合促進部２３の側方にアルカリ導入経路１５を配置している。図３（Ｂ）は、混合促進部２３の上方にアルカリ導入経路１５を配置するとともに混合促進部２３の側方に酸導入経路１３を配置した例を示し、図３（Ｃ）は、混合促進部２３の上方に酸導入経路１３及びアルカリ導入経路１５を並べて配置した例を示している。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）のいずれの場合も、経路端を延長したり、傾斜させたりして混合促進部２３の中央部に酸排水及びアルカリ水溶液を導入することが好ましい。
【００１７】
また、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）は、容器２４の底部に籠状に形成した混合促進部２３を一体的に設け、容器２４の上部に酸導入経路１３及びアルカリ導入経路１５を接続したものであって、図３（Ｄ）では容器２４の天板部にアルカリ導入経路１５を、容器２４の側壁部に酸導入経路１３を設けており、図３（Ｅ）では容器２４の天板部に酸導入経路１３を、容器２４の側壁部にアルカリ導入経路１５を設けている。
【００１８】
図４は、反応槽１４における循環経路１７と混合促進部２３との位置関係を示す側面視での説明図である。反応槽１４に設ける循環経路１７は、その循環液流入部１７ａと循環液流出部１７ｂとを反応槽１４の対向位置に配置するとともに、混合促進部２３は、循環液流入部１７ａから循環液流出部１７ｂへと向かう循環液の流れの上方に配置することが好ましい。これにより、混合促進部２３で酸排水とアルカリ水溶液とが混合した液が反応槽１４内の循環液の流れの中に投入され、循環液の流れによって酸排水とアルカリ水溶液との混合、中和反応が一層促進されることになり、反応槽１４内での滞留を抑えて中和反応を効率よく短時間で行うことができる。
【００１９】
図５は、平面視長方形状の反応槽１４における循環経路１７と混合促進部２３との位置関係を示す平面視での説明図である。図５（Ａ）では、反応槽１４における対向する一対の短辺に循環経路１７の循環液流入部１７ａと循環液流出部１７ｂとを対向配置するとともに、循環液流入部１７ａの近くに混合促進部２３を配置している。図５（Ｂ）では、循環液流入部１７ａ及び循環液流出部１７ｂを図５（Ａ）と同様に対向配置するとともに、反応槽１４の中央部に混合促進部２３を配置している。図５（Ｃ）では、図５（Ｂ）と同様に反応槽１４の中央部に混合促進部２３を配置し、循環液流入部１７ａの先端を混合促進部２３の近くにまで延長している。図５（Ｄ）では、反応槽１４の対角に循環液流入部１７ａと循環液流出部１７ｂとを対向配置するとともに、混合促進部２３は、実線で示すように循環液流入部１７ａの近く、又は破線で示すように反応槽１４の中央部に配置している。
【００２０】
また、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の各例において、反応槽１４内には、循環液流入部１７ａから流入し、循環液流出部１７ｂから流出する循環液によって細線矢印で示す液流れがそれぞれ発生する。このように、循環経路１７と混合促進部２３との位置関係は、反応槽１４の形状や大きさ、混合促進部２３の構造、形状及び大きさ、酸排水及びアルカリ水溶液の各流量、循環液量及び流速に応じて適宜最適な状態に設定することができる。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の各例においては、循環液流出部１７ｂを各図の破線で示すように、短辺の一側方に片寄せて設けることもできる。
【００２１】
図１及び図２に示す排水処理装置は、排水経路２０の排水弁２０Ｖを閉、循環経路１７の循環弁１７Ｖ及び冷却水導入経路１９の冷却水導入弁１９Ｖを開とした状態で循環ポンプ１６を作動させることによって運転される。循環ポンプ１６によって反応槽１４から循環経路１７に抜き出された液体は、循環ポンプ１６内で乱流撹拌された後、その一部が冷却水導入経路１９に分岐する。冷却水導入経路１９に分岐した液体は、熱交換器１８で冷媒と熱交換して所定温度に冷却された後、冷却用スクラバー１２の散布ノズル１２ａから散布され、冷却用スクラバー１２内を上昇する排ガスと気液接触し、排ガスを冷却するとともに排ガス中の酸性成分を冷却水中に溶解して酸排水となり、冷却用スクラバー１２の底部から酸導入経路１３を通って反応槽１４に導入される。
【００２２】
また、前記計測器２１の計測値、例えばｐＨ値に基づいてアルカリ導入ポンプ２２が作動し、アルカリ導入経路１５から所定のアルカリ水溶液が反応槽１４に導入される。酸導入経路１３からの酸排水とアルカリ導入経路１５からのアルカリ水溶液とは、混合促進部２３で混合が促進されて反応槽１４内に導入される。
【００２３】
さらに、循環経路１７から反応槽１４内に流入する循環液の流れの中に酸排水とアルカリ水溶液との混合液が投入されることによって混合が一層促進されて中和反応が迅速に行われる。加えて、循環経路１７に抜き出された液体は、循環ポンプ１６内で乱流撹拌されることによって中和反応が略終了した状態にまで到達するため、循環経路１７の下流側に設けた計測器２１の計測値、例えばｐＨ値が安定化し、アルカリ導入ポンプ２２によって導入されるアルカリ水溶液の導入量を必要最小限に制御することが可能となる。
【００２４】
このように混合促進部２３を設けて酸排水とアルカリ水溶液との混合を促進し、中和反応の迅速化を図ることにより、循環経路１７で計測する中和反応後のｐＨ値を安定した状態にできることからアルカリ水溶液の導入量を最適化できるとともに、一つの反応槽１４で中和反応を十分に行うことができることから反応槽１４の小型化が図れる。
【００２５】
また、酸排水とアルカリ水溶液との中和反応後のｐＨ値を６以上、好ましくはｐＨ７以上のアルカリ側、特に好ましくはｐＨ７〜８の範囲となるようにアルカリ水溶液の導入量を制御することにより、前記熱交換器１８を耐酸性材料、例えばフッ素樹脂などで形成する必要がなくなり、ステンレス鋼や銅などの金属材料で形成することができるので、熱伝導率の大幅な向上が図れることによって熱交換器１８を小型化することができる。
【００２６】
さらに、混合促進部２３は、ポリ塩化ビニルなどの樹脂製の板、槽や筒などの構造物に複数の孔を設けて網状に形成し、必要に応じて籠状の構造としたものであり、複雑な機構を有していないため、製造が容易で安価に得ることができるとともに、保守、点検も極めて容易に行うことができる。
【００２７】
また、前記計測器２１によって各種成分濃度を計測し、あらかじめ設定された成分が上限濃度に達したときには、排水弁２０Ｖを開いて系内から中和反応液を排出するとともに、純水などを注入して特定の成分濃度を上限濃度以下に保持する。
【００２８】
なお、本発明の排水処理装置は、酸水溶液とアルカリ水溶液とを混合して処理する各種用途に適用でき、水量などの条件によっては循環経路を省略することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の排水処理装置を排ガス処理装置と一体的に構成した一形態例を示す系統図である。
【図２】排ガス処理装置から排出された酸排水を処理する排水処理装置を排ガス処理装置とは別に設置した一形態例を示す系統図である。
【図３】籠状に形成した混合促進部への酸排水及びアルカリ水溶液の導入状態例を示す説明図である。
【図４】反応槽における循環経路と混合促進部との位置関係を示す側面視での説明図である。
【図５】平面視長方形状の反応槽における循環経路と混合促進部との位置関係を示す平面視での説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１…高温分解部、１２…気液接触筒（冷却用スクラバー）、１２ａ…散布ノズル、１３…酸導入経路、１４…反応槽、１５…アルカリ導入経路、１６…循環ポンプ、１７…循環経路、１７ａ…循環液流入部、１７ｂ…循環液流出部、１７Ｖ…循環弁、１８…熱交換器、１９…冷却水導入経路、１９Ｖ…冷却水導入弁、２０…排水経路、２０Ｖ…排水弁、２１…計測器、２２…アルカリ導入ポンプ、２３…混合促進部、２４…容器
【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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