JP2008238033A

JP2008238033A - カルシウム除去方法及びカルシウム除去装置

Info

Publication number: JP2008238033A
Application number: JP2007081430A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Kitano; 智一北野; Koichi Nakagawa; 浩一中河; Tetsuhiro Hasegawa; 哲宏長谷川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】維持コストを低減させながら効率的にカルシウムの除去処理が可能なカルシウム除去方法及びカルシウム除去装置を提供する。
【解決手段】ｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示す所定のｐＨ範囲に調整した被処理水にカルシウム除去剤を添加して、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去方法であって、被処理水の温度に基づいて被処理水を異なるｐＨ範囲に調整し、被処理水の温度が所定温度域に対して高温側より低温側でｐＨが大きくなるようにｐＨ範囲を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示す所定のｐＨ範囲に調整した被処理水にカルシウム除去剤を添加して、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去方法、及び、カルシウム除去装置に関する。

ごみ焼却場で生じた焼却灰等の焼却残渣等が埋め立てられる最終処分場からの浸出水には、濃度の高いカルシウムが含まれており、このような被処理水を浄化する水処理設備では、カルシウムイオンが水中や空気中のＣＯ_２と反応してＣａＣＯ_３等が生成され、設備内のセンサ等の機器類や配管にスケールとして沈着し、センサの測定能力を低下させ、配管やポンプ等が閉塞に到り重大な障害をもたらす。

例えば、ごみ焼却炉では排ガス中のＨＣｌを除去するためにカルシウム化合物が多量に注入されるため、集塵灰は大量のカルシウムを含有している。このような集塵灰が埋立地で処分されると、カルシウム濃度の高い浸出水が生成される。また、カルシウム成分を多く含む工場排水、鉱泉、または地下水を処理する水処理設備でも同様の問題が生じる。

このようなスケール障害を回避する技術として、ｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示す所定のｐＨ範囲に調整した被処理水にカルシウム除去剤を添加して、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるアルカリ凝集沈殿方法が採用されている。

アルカリ凝集沈殿方法は、被処理水に苛性ソーダ等のｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示すｐＨ９〜ｐＨ１０程度の範囲に調整した後に炭酸ソーダ等のカルシウム除去剤を添加して、不溶性のカルシウム塩である炭酸カルシウムとして沈殿除去するもので、一般的に、被処理水のカルシウム濃度をスケールの影響が出る１００ｍｇ／Ｌ以下の濃度に調整する必要がある。

特許文献１には、被処理水中のカルシウム濃度を測定することなく、被処理水のｐＨを監視するだけで、高精度でランニングコストの安い水処理施設の炭酸塩注入制御装置及び制御方法を提供することを目的として、カルシウムを含有する被処理水を反応槽内で炭酸塩と反応させることによって処理する水処理施設における炭酸塩注入制御装置において、前記反応槽に、前記被処理水のｐＨを測定するｐＨ計と、反応槽内に炭酸塩を注入する炭酸塩注入手段と、前記ｐＨ計による測定値に基づいて、前記炭酸塩注入手段による炭酸塩の注入量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする水処理施設における炭酸塩注入制御装置が提案されている。

しかし、被処理水の温度は一般に季節変動があり、アルカリ凝集沈殿方法を採用する場合、被処理水の温度が十数℃の低温時にｐＨ値が１０未満では、カルシウムの除去率が大きく低減するという問題があった。このとき、炭酸ソーダの添加量を増してもカルシウム濃度は容易に低下せず、ｐＨ値を上昇させるとカルシウム濃度が低下するが、水処理の後工程である生物処理等のためにｐＨ値を下げる薬品も多量に必要となり処理コストが嵩むようになる。

また、後工程に生物処理がある場合には、被処理水を加温するべく、水処理設備に加温設備を併設している場合もあるが、再び温度が下がるのを避けるため、加温は生物処理の直前で行なう必要があり、カルシウム除去工程では加温されていない。
特開２００１−１２９５６１号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、維持コストを低減させながら効率的にカルシウムの除去処理が可能なカルシウム除去方法及びカルシウム除去装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明によるカルシウム除去方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、ｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示す所定のｐＨ範囲に調整した被処理水にカルシウム除去剤を添加して、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去方法であって、被処理水の温度に基づいて被処理水を異なるｐＨ範囲に調整する点にある。

上述の問題に鑑み、本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、被処理水の温度に基づいて被処理水を異なるｐＨ範囲に調整することにより、薬品コストを抑えながらも効率的にカルシウムを除去できることを見出したのである。

具体的には、被処理水の温度が所定温度域に対して高温側よりも低温側でｐＨが大きくなるようにｐＨ範囲を調整することが好ましく、このようにｐＨ範囲を調整することにより、低温の被処理水であっても高いカルシウム除去率を得ることができるようになり、高温の被処理水では多量のｐＨ調整剤を注入することなく高いカルシウム除去率を得ることができるようになるのである。

この場合、被処理水のｐＨ範囲を、所定温度域より高温側でｐＨ９〜ｐＨ１０に調整し、所定温度域より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整することが好ましい。

本発明によるカルシウム除去装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項４に記載した通り、被処理水を収容する反応槽と、ｐＨ調整剤を注入して前記反応槽内に収容された被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整機構と、前記反応槽にカルシウム除去剤を添加する薬品添加機構とを備え、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去装置であって、被処理水の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記ｐＨ調整機構により被処理水を異なるｐＨ範囲に調整する制御装置を備えている点にある。

また、前記制御装置は、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、被処理水を所定温度域より高温側でｐＨ９〜ｐＨ１０に調整し、所定温度域より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整することが好ましい。

さらに、前記制御装置は、ｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額を入力する入力部と、被処理水を目標ｐＨ値に調整するために必要なｐＨ調整剤の量、及びｐＨ調整後の被処理水を中和するために必要な中和剤の量からｐＨ調整剤及び中和剤の総価額と、カルシウムを除去するために必要なカルシウム除去剤の総価額を、目標ｐＨ調整範囲毎に算出する演算部とを備え、前記温度センサにより検出された温度が所定温度域にあるときに、前記演算部による演算結果に基づいてｐＨ範囲をｐＨ９〜ｐＨ１０またはｐＨ１０〜ｐＨ１１の何れかに調整することが好ましい。

被処理水の温度域によっては、ｐＨ調整剤の注入量を多くしてｐＨ１０〜ｐＨ１１のアルカリ側に調整するとカルシウム除去剤の添加量を低減できるのであるが、そのためのｐＨ調整剤及びその後の中和剤の投入量が多くなり、全体としてランニングコストが嵩むことになる。その一方、ｐＨ調整剤の注入量を制限してｐＨ９〜ｐＨ１０のアルカリ側に調整するとカルシウム除去剤の添加量が増加することによるコストが嵩む。ｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額は地域及び状況により変動するものであり、設備を運転する際に操作者がその都度判断して運転するのは非常に煩雑となり困難である。上述の構成によれば、入力部を介してそのときのｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額を入力すれば、演算部により目標ｐＨ調整範囲毎夫々の価額算出されるため、ｐＨ調整機構によりランニングコストが安価になるｐＨ範囲に自動調整されるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、維持コストを低減させながら効率的にカルシウムの除去処理が可能なカルシウム除去方法及びカルシウム除去装置を提供することができるようになった。

以下に、本発明によるカルシウム除去方法及びカルシウム除去装置が組み込まれた水処理設備について説明する。

図１に示すように、ダイオキシンや重金属等で汚染された埋立浸出水に対する水処理設備１は、ポンプアップされた浸出水を貯留する原水槽２と、原水槽２からポンプＰ１で注水される被処理水に含まれるカルシウムを分離除去するカルシウム除去装置としての反応槽３と、反応槽３のオーバーフロー水に凝集剤を注入して重金属類等を析出させる混和槽４と、凝集助剤を添加して被処理水中に浮遊する析出塩を凝集させる凝集槽５と、凝集物を沈殿除去する凝集沈殿槽６と、凝集沈殿槽６のオーバーフロー水に薬品添加機構７２から中和剤を注入して中和処理する中和槽７と、中和処理後の被処理水を微生物によりＢＯＤ除去及び硝化脱窒する生物処理設備８と、さらにはダイオキシン類等を酸化分解処理する設備や、活性炭吸着設備等を備えて構成されている。

反応槽３では、攪拌羽根３ａにより攪拌される被処理水にｐＨ調整機構により非処理水のｐＨ値が所定のアルカリ領域に入るようにｐＨ調整剤の一例である苛性ソーダが注入され、薬品添加機構により被処理水に含まれるカルシウム濃度に対応するカルシウム除去剤の一例である炭酸ソーダが添加され、不溶性の炭酸カルシウムが析出される。

つまり、酸またはアルカリでなるｐＨ調整剤を調整して注入し、反応槽３内に収容された被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整機構３０と、反応槽３にカルシウム除去剤を添加する薬品添加機構３２とを備え、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として析出させるカルシウム除去方法を採用したカルシウム除去装置が構成される。

混和槽４では反応槽３からオーバーフローした処理水を攪拌羽根４ａにより攪拌しながらＦｅＣｌ_３等の凝集剤を注入して重金属類等を不溶性塩として析出させ、凝集槽５では混和槽４からオーバーフローした処理水を攪拌羽根５ａにより攪拌しながら、高分子系凝集助剤を添加してフロックを生成し、凝集沈殿槽６ではフロックを沈降させて除去する。

このようにして、凝集沈殿槽６でスケール障害を引き起こすカルシウムや、汚染物質である重金属類が除去された被処理水は、中和槽７で硫酸等の中和剤が投入され、攪拌羽根７ａで攪拌されながらｐＨ７の中性に調整された後に生物処理設備８に送られる。

上述のカルシウム除去装置は、原水槽２に備えられた被処理水の温度を計測する温度センサＴにより検出された温度に基づいて、ｐＨ調整機構３０により被処理水を異なるｐＨ範囲に調整するとともに、カルシウム除去剤添加機構３４により所定量のカルシウム除去剤を添加制御し、中和槽７に設けられたｐＨ調整機構７０により被処理水を中和する制御装置Ｃを備えている。

制御装置Ｃは、温度センサＴにより検出された温度に基づいて、被処理水を所定温度域より高温側でｐＨ９〜ｐＨ１０に調整し、所定温度域より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整する。前記の所定温度域は個々の被処理水の特性に応じて設定される。

さらに、制御装置Ｃは、被処理水の量及びカルシウム濃度、ｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額を入力する入力部と、被処理水を目標ｐＨ値に調整するために必要なｐＨ調整剤の量、及びｐＨ調整後の被処理水を中和するために必要な中和剤の量からｐＨ調整剤及び中和剤の総価額と、カルシウムを除去するために必要なカルシウム除去剤の総価額を、目標ｐＨ調整範囲毎に算出する演算部とを備え、温度センサにより検出された温度が所定温度域にあるときに、演算部による演算結果に基づいてｐＨ範囲をｐＨ９〜ｐＨ１０またはｐＨ１０〜ｐＨ１１の何れかに調整する。

以下に制御装置ＣによるｐＨ調整制御について説明する。図３に示すように、被処理水のカルシウム濃度を原子吸光分析法等により測定してその結果を入力部に入力するとともに、ｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額を入力する（Ｓ１）。

温度センサＴにより検出された被処理水の温度が入力され（Ｓ２）、水温が約２０℃以上であれば、ｐＨ調整機構３０によりｐＨ９〜ｐＨ１０の範囲に調整して、カルシウム濃度に対応する量のカルシウム除去剤を適量添加する（Ｓ４）。このときのカルシウム除去剤の添加量は理論値であるカルシウム量の２．６５倍からやや大目の３倍の範囲で投入してもよい。

ステップＳ３で、水温が２０℃未満のときにはステップＳ５に移行し、１５℃未満であるか否かが判定され、１５℃〜２０℃の範囲にある場合には、以下の演算処理が実行される。

先ず、被処理水の水量（ｍ^３）と、反応槽のｐＨ値をｐＨ９〜ｐＨ１０に調整するのに必要となるｐＨ調整剤（苛性ソーダ）の注入量と、ｐＨ調整剤の単価（円／Ｌ）の積Ｎ１と、被処理水の水量と、中和槽で中和処理するのに必要となるｐＨ調整剤（硫酸）の注入量と、ｐＨ調整剤の単価（円／Ｌ）の積Ｎ２が演算され、次に、カルシウム除去剤（炭酸ソーダ（デンス灰））の添加量が、被処理水の水量（ｍ^３）と、カルシウム濃度（ｍｇ／Ｌ）と、理論倍率２．６５からやや大目の３までの間の所定値の積により演算され、それにカルシウム除去剤の単価（円／Ｌ）が掛けられてカルシウム除去剤の価額Ｎ３が算出される。

ステップＳ６で処理判定がなされて、Ｎ１＋Ｎ２＞Ｎ３となるときにはステップＳ７へ、Ｎ１＋Ｎ２≦Ｎ３となるときにはステップＳ８へ移行する。

ステップＳ７では、ｐＨ調整機構３０によりｐＨ９〜ｐＨ１０の範囲に調整して、カルシウム濃度に対応する量のカルシウム除去剤を多量に添加する（Ｓ４）。このときのカルシウム除去剤の添加量は上述の演算処理による価額の大小関係が逆転しない範囲で多量添加される。

ステップＳ６でＮ１＋Ｎ２≦Ｎ３となるとき、及び、ステップＳ５で水温が１５℃未満のときには、ステップ８に移行して、ｐＨ調整機構３０によりｐＨ１０〜ｐＨ１１の範囲に調整して、カルシウム濃度に対応する量のカルシウム除去剤を適量添加する（Ｓ８）。

つまり、制御装置Ｃは、温度センサＴにより検出された温度に基づいて、被処理水を所定温度域である１５℃〜２０℃の範囲より高温側ではｐＨ９〜ｐＨ１０に調整して適量のカルシウム除去剤の添加により効率的にカルシウム濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下となるように制御し、１５℃〜２０℃の範囲より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整して適量のカルシウム除去剤の添加により効率的にカルシウム濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下となるように制御する。さらに、１５℃〜２０℃の範囲にあるときに、演算部による演算結果に基づいて、薬剤コストが安価になるように、ｐＨ範囲をｐＨ９〜ｐＨ１０またはｐＨ１０〜ｐＨ１１の何れかに調整するのである。

尚、上述の実施形態では、薬剤コストが安価となるようにｐＨ調整範囲を異ならせる所定温度域を１５℃〜２０℃の範囲としたものを説明したが、温度範囲は目安でありこの数値に限るものではなく、被処理水の性状により適宜決定される数値である。つまり、等量のカルシウム除去剤により除去されるカルシウム量は被処理水に溶解している重金属等の不純物の量により変動するものであり、そのような被処理水の性状により所定温度域も変動するのである。

上述の実施形態では、制御装置Ｃにより反応槽３及び中和槽７へ投入される薬品の量が自動制御されるものを説明したが、各槽へ投入される被処理水の流量に基づいて各薬品の投入量がポンプ等により自動制御されることはいうまでもない。

さらに、水処理設備１としては、図２に示すように、反応槽３と混和槽４を一体にした反応混和槽３´を設けて、ｐＨ調整機構３０´によりｐＨ調整しながらカルシウム除去剤を添加し、さらに凝集剤を同時に投入することにより、カルシウム除去と重金属類除去を並行して行なうように構成してもよい。

この場合には、被処理水の注入管の位置から攪拌羽根３ａ´により攪拌される処理水の流れ方向に沿って下流側にｐＨ調整剤、カルシウム除去剤、凝集剤の順に投入されるように、各投入部を配置することが好ましい。

このような反応混和槽３´には、稼働中にその底部に沈殿した不溶性塩類を槽外に引き抜く引き抜き機構を備えることにより、効率的に連続稼動させることが可能となる。

上述した実施形態では、反応槽に注入するｐＨ調整剤として所定のアルカリ域に調整するために苛性ソーダを用いるものを説明したが、被処理水が強アルカリであれば硫酸を用いて調整することもありえる。

上述した実施形態では、ダイオキシンや重金属類で汚染された埋立浸出水に対する水処理設備１に本発明によるカルシウム除去方法及びカルシウム除去装置を適用したものを説明したが、カルシウムを多量に含む産業排水等に対する水処理設備に適用することも可能である。

上述した実施形態は本発明の一例であり、各部の具体的構成は、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計することができる。

以下の化学反応式に示すように、カルシウム含有率６００ｍｇ／Ｌの被処理水からカルシウムイオンを除去するために必要な炭酸ソーダ量を理論値である２．６５倍と理論値より過剰な添加量３倍を添加したときの残存カルシウム濃度を測定する実験を行なった。

カルシウム除去方法を採用する場合、一般的に被処理水をｐＨ９〜ｐＨ１０の範囲に調整することが公知である。しかし、図４（ｃ）に示すように、被処理水の温度が２５℃程度と比較的高温の場合には、ｐＨ１０未満であっても高いカルシウムの除去率が維持されるのに対して、図４（ａ），（ｂ）に示すように、４℃や１０℃のような低温時には、ｐＨ１０未満でカルシウムの除去率が大きく低減することが確認された。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々被処理水の温度が４℃、１０℃、２５℃のときのカルシウム残存濃度特性を示すもので、表１から表３に具体的数値を示す。

表１及び図４（ａ）に示す実験の結果、炭酸ソーダの添加量を増加しても、４℃以下では被処理水の残存カルシウム濃度に大差なく、添加量（×２．６５）ではｐＨ１１で、添加量（×３）ではｐＨ１０弱で被処理水の残存カルシウム濃度が約１００ｍｇ／Ｌに低下する事が判明した。添加量（×３）ではｐＨをさらに１１に上昇させても被処理水の残存カルシウム濃度の大きな低下は見られなかった。

表２及び図４（ｂ）に示す実験の結果、添加量（×２．６５）ではｐＨ１０．６付近で、添加量（×３）ではｐＨ９．９付近で被処理水の残存カルシウム濃度が約１００ｍｇ／Ｌに低下する事が判明した。

表３及び図４（ｃ）に示す実験の結果、添加量（×２．６５）ではｐＨ９．８付近で、添加量（×３）ではｐＨ９．３付近で被処理水の残存カルシウム濃度が約１００ｍｇ／Ｌに低下する事が判明した。また、２５℃では、ｐＨ１０以上でなくても被処理水の残存カルシウム濃度が約１００ｍｇ／Ｌに低下することも確認された。

添加量（×２．６５）のときの結果を、水温をパラメータとして纏めると、表４及び図５（ａ）に示すように、水温が高くなるに従って被処理水の残存カルシウム濃度は低くなり、ｐＨ値が大きくなるに従って被処理水の残存カルシウム濃度は低くなることが示される。

また、添加量（×３）のときの結果を、水温をパラメータとして纏めると、表５及び図５（ｂ）に示すようになった。

次に、図１に示すように、反応槽と混和槽が別体で構成したときと、図２に示すように、反応槽と混和槽を一体で構成したときの夫々について、カルシウムの除去率を比較するべく、カルシウム含有率６００ｍｇ／Ｌの被処理水からカルシウムイオンを除去するために必要な炭酸ソーダ量を理論値である２．６５倍より過剰な添加量３倍を添加したときの残存カルシウム濃度を測定する実験を、４℃、１０℃、２５℃の各温度で行なった。その結果を表６から表８に示す。

本実験では、反応槽または反応混和槽をｐＨ１０に設定するとともに、凝集剤ＦｅＣｌ_３を処理水量に対して１５０ｍｇ／Ｌ以下になるように投入している。

その結果、反応槽と混和槽を一体に構成する場合であっても、別体で構成する場合に比べてほぼ同等のカルシウム除去率が得られることが判明した。

本発明を採用する水処理設備のブロック構成図別実施形態を示し、本発明を採用する水処理設備のブロック構成図本発明によるカルシウム除去方法の手順を示すフローチャートカルシウム除去方法によるカルシウム除去実験の特性図カルシウム除去方法によるカルシウム除去実験の特性図

符号の説明

１：水処理設備
２：原水槽
３：反応槽
４：混和槽
５：凝集槽
６：凝集沈殿槽
７：中和槽
８：生物処理設備
Ｃ：制御装置
３０：ｐＨ調整機構
Ｔ：温度計測機構

Claims

ｐＨ調整剤を注入してアルカリ性を示す所定のｐＨ範囲に調整した被処理水にカルシウム除去剤を添加して、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去方法であって、
被処理水の温度に基づいて被処理水を異なるｐＨ範囲に調整するカルシウム除去方法。
被処理水の温度が所定温度域に対して高温側よりも低温側でｐＨが大きくなるようにｐＨ範囲を調整する請求項１記載のカルシウム除去方法。
被処理水のｐＨ範囲を、所定温度域より高温側でｐＨ９〜ｐＨ１０に調整し、所定温度域より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整する請求項１または２記載のカルシウム除去方法。
被処理水を収容する反応槽と、ｐＨ調整剤を注入して前記反応槽内に収容された被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整機構と、前記反応槽にカルシウム除去剤を添加する薬品添加機構とを備え、被処理水に含まれるカルシウムを不溶性塩として沈殿させるカルシウム除去装置であって、
被処理水の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記ｐＨ調整機構により被処理水を異なるｐＨ範囲に調整する制御装置を備えているカルシウム除去装置。
前記制御装置は、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、被処理水を所定温度域より高温側でｐＨ９〜ｐＨ１０に調整し、所定温度域より低温側でｐＨ１０〜ｐＨ１１に調整する請求項４記載のカルシウム除去装置。
前記制御装置は、ｐＨ調整剤、中和剤、及びカルシウム除去剤の価額を入力する入力部と、被処理水を目標ｐＨ値に調整するために必要なｐＨ調整剤の量、及びｐＨ調整後の被処理水を中和するために必要な中和剤の量からｐＨ調整剤及び中和剤の総価額と、カルシウムを除去するために必要なカルシウム除去剤の総価額を、目標ｐＨ調整範囲毎に算出する演算部とを備え、前記温度センサにより検出された温度が所定温度域にあるときに、前記演算部による演算結果に基づいてｐＨ範囲をｐＨ９〜ｐＨ１０またはｐＨ１０〜ｐＨ１１の何れかに調整する請求項５記載のカルシウム除去装置。