JP2010207755A - Apparatus for treating fluorine-containing water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体工場などのフッ素含有原水のフッ素をフッ化カルシウムとして処理、回収するフッ素含有水の処理装置に関する。 The present invention relates to a fluorine-containing water treatment apparatus for treating and recovering fluorine of raw fluorine-containing water such as a semiconductor factory as calcium fluoride.
従来、フッ素含有原水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムを回収する方法としては、種晶が充填された晶析反応槽内にフッ素含有原水とカルシウム剤とを注入し、種晶表面にフッ化カルシウムを析出させて、フッ化カルシウム結晶を得る晶析法等が提案されている。 Conventionally, as a method for recovering calcium fluoride by adding a calcium agent to fluorine-containing raw water, the fluorine-containing raw water and the calcium agent are injected into a crystallization reaction tank filled with seed crystals, and the surface of the seed crystals is filtered. A crystallization method or the like for precipitating calcium fluoride to obtain calcium fluoride crystals has been proposed.
フッ素含有原水のフッ素が低濃度の場合は、流動床型の晶析装置によりpH3〜11で晶析し(流動床型、図3、特許文献1参照)、フッ素が高濃度の場合は、ドラフトチューブおよび撹拌機付きの晶析反応槽でpH2〜3で晶析する(撹拌式晶析装置、図4、特許文献2参照)ことを本発明者らは提案している。 When the fluorine content of the fluorine-containing raw water is low, it is crystallized at a pH of 3 to 11 with a fluidized bed type crystallizer (fluidized bed type, see FIG. 3, Patent Document 1). The inventors have proposed that crystallization is performed at a pH of 2 to 3 in a crystallization reaction tank equipped with a tube and a stirrer (stirring crystallization apparatus, see FIG. 4, Patent Document 2).
このような晶析装置を用いた場合、原水のフッ素濃度にもよるが、晶析装置により得られる処理水にはある程度のフッ素が含まれる。例えば、原水のフッ素濃度が10000mg/Lの場合には、その処理水の全フッ素濃度は数100mg/Lとなる。そして、この全フッ素濃度には、溶存フッ素イオンだけでなく、晶析反応槽中で発生したフッ化カルシウムの微細粒子等のフッ素化合物も含まれている。 When such a crystallizer is used, the treated water obtained by the crystallizer contains a certain amount of fluorine, depending on the fluorine concentration of the raw water. For example, when the fluorine concentration of raw water is 10,000 mg / L, the total fluorine concentration of the treated water is several hundred mg / L. The total fluorine concentration includes not only dissolved fluorine ions but also fluorine compounds such as fine particles of calcium fluoride generated in the crystallization reaction tank.
そこで、晶析装置により得られる処理水の全フッ素濃度を更に低減させるため、該処理水に無機凝集剤や高分子凝集剤を添加して、フッ化カルシウムの微細粒子等を凝集させた後、凝集したフッ化カルシウムを汚泥として沈殿させるという凝集沈殿処理を行うことが一般的である(図5、特許文献3参照)。また、例えば、流動床型の晶析装置と凝集装置とを組み合わせたシステムも提案されている(図6、特許文献1参照)。また、例えば、2段の反応槽と凝集沈殿処理槽で処理水のフッ素を低減させると共に、沈殿させたフッ化カルシウム汚泥を反応槽に返送することでフッ化カルシウムを回収可能な粒径まで成長させ、回収する技術も提案されている(図7、特許文献4参照)。 Therefore, in order to further reduce the total fluorine concentration of the treated water obtained by the crystallizer, an inorganic flocculant or a polymer flocculant is added to the treated water to aggregate fine particles of calcium fluoride, It is common to perform a coagulation sedimentation process in which the aggregated calcium fluoride is precipitated as sludge (see FIG. 5 and Patent Document 3). In addition, for example, a system in which a fluidized bed type crystallizer and an aggregator are combined has been proposed (see FIG. 6 and Patent Document 1). Also, for example, while reducing the fluorine of the treated water in a two-stage reaction tank and a coagulation sedimentation treatment tank, the calcium fluoride sludge that has been precipitated is returned to the reaction tank to grow to a particle size capable of recovering calcium fluoride. In addition, a technique for recovering and collecting them has also been proposed (see FIG. 7 and Patent Document 4).
しかし、本発明者らは、上述した従来の方法では、高濃度のフッ素含有原水を処理する場合、晶析反応槽に予め添加した種晶が流出したり、晶析反応槽で生成したフッ化カルシウムの微細粒子が流出し、その後の固液分離が困難となり、回収率が低下するという問題があることを知見するに至った。 However, in the conventional method described above, when the high concentration fluorine-containing raw water is treated, the seed crystals previously added to the crystallization reaction tank flow out, or the fluorination produced in the crystallization reaction tank. It came to know that the fine particle | grains of calcium flowed out, and subsequent solid-liquid separation became difficult and there existed a problem that a recovery rate fell.
また、特許文献4の方法のように、固液分離したフッ化カルシウム汚泥を返送して成長させる方法でも、引き抜いたフッ化カルシウム汚泥に細かい粒径のものが多く含まれているため、脱水性や粒径の均一性が悪くなるという問題があった。 Further, in the method of returning and growing the calcium fluoride sludge separated into solid and liquid as in the method of Patent Document 4, since the extracted calcium fluoride sludge contains a large amount of fine particles, the dehydrating property In addition, there is a problem that the uniformity of the particle size is deteriorated.
そこで、本発明の目的は、粒径の均一性が高く含水率の低いフッ化カルシウムを得ることができ、且つフッ化カルシウムの高い回収率を可能とするフッ素含有原水の処理装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a treatment apparatus for raw fluorine-containing water that can obtain calcium fluoride having a uniform particle size and a low water content, and that enables a high recovery rate of calcium fluoride. It is in.
本発明は、撹拌翼を有する撹拌手段を備え、フッ素を含む原水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させるための晶析反応槽と、前記晶析反応槽から排出される処理水に凝集剤を添加して、前記処理水中のフッ化カルシウムを凝集させるための凝集槽と、前記凝集槽から排出される処理水を凝集したフッ化カルシウムを含む汚泥と分離水とに固液分離させるための固液分離槽と、を備えるフッ素含有水の処理装置であって、前記カルシウム剤を前記晶析反応槽の撹拌翼の近傍に添加するカルシウム剤添加手段と、前記フッ化カルシウムを含む汚泥を前記晶析反応槽に返送する返送手段と、を有する。 The present invention comprises a stirring means having a stirring blade, a crystallization reaction tank for generating calcium fluoride crystals by adding a calcium agent to raw water containing fluorine, and a treatment discharged from the crystallization reaction tank Solid liquid into a coagulation tank for adding a flocculant to water and coagulating calcium fluoride in the treated water; sludge containing calcium fluoride obtained by coagulating the treated water discharged from the coagulation tank; and separated water A fluorine-containing water treatment apparatus comprising: a solid-liquid separation tank for separating; a calcium agent addition means for adding the calcium agent in the vicinity of a stirring blade of the crystallization reaction tank; and the calcium fluoride. Returning means for returning the sludge containing it to the crystallization reaction tank.
また、前記フッ素含有水の処理装置において、前記晶析反応槽のpHが0.8〜3の範囲であることが好ましい。 In the fluorine-containing water treatment apparatus, the crystallization reaction tank preferably has a pH in the range of 0.8 to 3.
また、前記フッ素含有水の処理装置において、前記撹拌翼の近傍に添加するカルシウム剤の注入点は、前記撹拌翼の回転軸方向及び回転径方向において、前記撹拌翼の回転半径の2倍以内の距離に設置されることが好ましい。 In the fluorine-containing water treatment apparatus, the injection point of the calcium agent added in the vicinity of the stirring blade is within twice the rotation radius of the stirring blade in the rotation axis direction and the rotation radial direction of the stirring blade. It is preferable to be installed at a distance.
また、前記フッ素含有水の処理装置において、前記晶析反応槽内にはドラフトチューブが設けられ、前記撹拌翼は、前記ドラフトチューブ内に設置され、前記撹拌翼の近傍に添加するカルシウム剤の注入点は、前記ドラフトチューブ内に設置されることが好ましい。 Further, in the fluorine-containing water treatment apparatus, a draft tube is provided in the crystallization reaction tank, and the stirring blade is installed in the draft tube and injected with a calcium agent to be added in the vicinity of the stirring blade. The point is preferably placed in the draft tube.
本発明のフッ素含有水の処理装置によれば、粒径の均一性が高く含水率の低いフッ化カルシウムを得ることができ、且つフッ化カルシウムの高い回収率を可能とする。 According to the fluorine-containing water treatment apparatus of the present invention, calcium fluoride having a high particle size uniformity and a low water content can be obtained, and a high recovery rate of calcium fluoride can be achieved.
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本発明の実施形態に係るフッ素含有水の処理装置の一例を示す模式図である。図1に示すように、フッ素含有原水の処理装置は、晶析反応槽10と、凝集槽12と、固液分離槽14と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a treatment apparatus for fluorine-containing water according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the treatment apparatus for fluorine-containing raw water includes a
図1の晶析反応槽10には、原水添加配管16が接続されており、カルシウム剤添加配管18がカルシウム剤添加手段であるポンプ20を介して接続されている。また、晶析反応槽10のフッ化カルシウム排出口にはフッ化カルシウム排出配管22が接続されており、晶析反応槽10の処理水出口には第1処理水排出配管24が接続されている。晶析反応槽10には、モータおよび晶析反応槽10内の流体を撹拌する撹拌翼26を備える撹拌手段である撹拌装置28、ドラフトチューブ30を備える。撹拌装置28の撹拌翼26は、ドラフトチューブ30内に配置され、撹拌軸を介して伝達されるモータが発生する回転力によって回転する。
A raw
図1の凝集槽12には、第1処理水排出配管24が接続されており、凝集剤添加配管32が凝集剤添加手段であるポンプ34を介して接続されており、pH調整剤添加配管36がpH調整剤添加手段であるポンプ38を介して接続されている。また、凝集槽12の処理水出口には、第2処理水排出配管40が接続されている。凝集槽12には、モータおよび凝集槽12内の流体を撹拌する撹拌翼42を備える撹拌手段である撹拌装置44が設置されている。
A first treated
凝集槽12に供給される凝集剤としては、フッ化カルシウムを凝集させることがものであれば特に制限されるものではなく、例えば、PAC、硫酸バンド等の無機凝集剤、アニオン性高分子有機凝集剤、ノニオン性高分子有機凝集剤及びカチオン基を有する高分子有機凝集剤等が挙げられる。
The aggregating agent supplied to the aggregating
図1の固液分離槽14には、第2処理水排出配管40が接続されている。また、固液分離槽14の処理水出口には、第3処理水排出配管46が接続されている。また、固液分離槽14の汚泥排出口と晶析反応槽10の汚泥入口とは、汚泥返送配管48が汚泥返送手段であるポンプ50を介して接続されている。また、固液分離槽14には、モータ及び固液分離槽14底部の汚泥を掻き寄せるスクレーパ52を備える掻き寄せ機54が設置されている。
A second treated
本実施形態に係るフッ素含有水の処理装置1の動作について説明する。 Operation | movement of the processing apparatus 1 of the fluorine-containing water which concerns on this embodiment is demonstrated.
フッ素を含有するフッ素含有原水(以下、単に「原水」と呼ぶ場合がある。)が原水添加配管16を通して晶析反応槽10に添加される。次に、カルシウム剤がポンプ20によりカルシウム剤添加配管18を通して、晶析反応槽10の撹拌翼26の近傍に添加される。晶析反応槽10において、原水に含まれるフッ素と、カルシウム剤とが反応してフッ化カルシウムの結晶が生成される。晶析反応液は撹拌装置28によって撹拌される。
Fluorine-containing raw water containing fluorine (hereinafter sometimes simply referred to as “raw water”) is added to the
本実施形態において、原水添加配管16、カルシウム剤添加配管18は、晶析反応槽10の任意の部分に接続することができる。図1のような撹拌式の晶析反応槽10の場合、析出物およびペレットと処理水の分離という観点から、晶析反応槽10の上部に接続されることが好ましい。また、図1においては、原水添加配管16、カルシウム剤添加配管18はそれぞれ1つであるが、これに限定されるものではなく、これらが複数設けられていてもよい。
In the present embodiment, the raw
本実施形態において、カルシウム剤の晶析反応槽10への添加(注入点)は、撹拌翼26の近傍に行われる。カルシウム剤を撹拌翼26の近傍に添加することにより、カルシウム剤は、晶析反応槽10へ注入されると直ちに拡散せしめられ、その濃度が素早く低下する。このため、形成された塩が液中に直接析出することが少なくなり、晶析反応槽10内の粒状種晶上の難溶塩(フッ化カルシウム)の結晶として液中の晶析対象物質(フッ素)をじっくり取り込むことができる。また、カルシウム剤が溶けやすくなり、未溶分のカルシウム剤とフッ素との急激な反応を抑制することもできる。これらの結果、粒子の均一性が高く、含水率の低いフッ化カルシウムの生成が可能となる。また、本実施形態において、フッ素含有原水の晶析反応槽10への添加(注入点)も撹拌翼26の近傍に行われることが好ましい。フッ素含有原水を撹拌翼26の近傍に添加することにより、フッ素含有原水は、晶析反応槽10へ注入されると直ちに拡散せしめられ、フッ素濃度が素早く低下する。このため、晶析反応槽10内の粒状種晶上の難溶塩(フッ化カルシウム)の結晶として液中の晶析対象物質(フッ素)をよりじっくり取り込むことができる。その結果、より粒子の均一性が高く、より含水率の低いフッ化カルシウムの生成が可能となる。
In the present embodiment, the addition (injection point) of the calcium agent to the
晶析反応槽10において晶析反応により生じるフッ素が低減された第1処理水は、第1処理水排出配管24を通して凝集槽12に供給される。次に、凝集剤がポンプ34により凝集剤添加配管32を通して、凝集槽12に添加される。上記でも説明したように、晶析反応槽10により得られる第1処理水中には、溶存フッ素イオンだけでなく、晶析反応槽10で生成したフッ化カルシウムの微粒子も含まれている。そこで、凝集槽12において、第1処理水中のフッ化カルシウムを凝集剤により凝集させる。また、pH調整剤をポンプ38によりpH調整剤添加配管36から凝集槽12へ添加してもよい。例えば、凝集槽12においては、pHを3〜12、好ましくは4〜11とすることで、フッ化カルシウムを生成させて、第1処理水中の溶存フッ素イオンを除去し、さらにフッ素濃度が低減された処理水を得ることができる。pH調整剤は、任意の酸、アルカリを使用することができ、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、水酸化ナトリウム等を使用することができる。
The first treated water in which fluorine generated by the crystallization reaction is reduced in the
凝集槽12において凝集したフッ化カルシウムを含む第2処理水は、第2処理水排出配管40を通して固液分離槽14に供給される。固液分離槽14において、凝集したフッ化カルシウム汚泥と分離水とに固液分離される。固液分離槽14は、凝集したフッ化カルシウムを含む汚泥と分離水とに固液分離させることができるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、沈降分離、膜分離、加圧浮上分離等が挙げられる。図1に示す固液分離槽14は沈降分離によるものを例としている。固液分離槽14内の分離水は、第3処理水排出配管46から排出され、フッ素濃度が低減された最終処理水が得られ、固液分離槽14の底部には凝集したフッ化カルシウムが汚泥として堆積する。
The second treated water containing calcium fluoride aggregated in the
次に、堆積したフッ化カルシウム汚泥は、掻き寄せ機54により掻き寄せられ、ポンプ50により汚泥返送配管48を通して、晶析反応槽10に返送される。このように、フッ化カルシウム汚泥を晶析反応槽10に返送することにより、フッ化カルシウム汚泥が核となり、その表面にフッ化カルシウムが析出し易くなるため、晶析反応槽10内での微細なフッ化カルシウムの生成が抑制されると同時にフッ化カルシウム粒子が大きく成長することとなる。その結果、安定して高いフッ化カルシウム回収率が得られる。フッ化カルシウムの返送位置は、晶析反応槽10内であれば特に制限されるものではないが、晶析反応槽10の上部であることが好ましい。
Next, the accumulated calcium fluoride sludge is scraped by a
なお、本実施形態のように、フッ化カルシウム汚泥をポンプ50により汚泥返送配管48から直接晶析反応槽10に返送してもよいし、汚泥返送配管48に貯留槽を介装し、一度フッ化カルシウム汚泥を貯留槽で受けて、pH調整した後、汚泥返送配管48を通して晶析反応槽10に返送してもよい。フッ化カルシウムの汚泥返送量としては、フッ素含有原水の流量に対して0.003〜0.5倍が好ましく、0.005〜0.01倍がより好ましい。
In addition, as in this embodiment, calcium fluoride sludge may be directly returned from the
晶析反応槽10内で生成したフッ化カルシウムは、フッ化カルシウム排出配管22から引き抜かれ、脱水機56に供給される。引き抜いたフッ化カルシウムはスラリ状で、概ね含水率が40〜70%程度である。フッ化カルシウムを回収し、運搬する観点から、脱水機56により、フッ化カルシウムの含水率を10%程度まで脱水させることが好ましい。脱水機による脱水の手段としては、フッ化カルシウムの粒径に適した網目のフレコンバック(フレキシブルコンテナバック)から自然に脱水させてもよいし、フィルタープレスによって脱水させてもよいし、遠心分離脱水機によって脱水させてもよい。
Calcium fluoride generated in the
本実施形態では、晶析反応槽10の底部に堆積したフッ化カルシウムを引き抜いて脱水機56へ供給しているが、必ずしもこれに制限されるものではなく、汚泥返送配管48を通るフッ化カルシウムの一部を引き抜いて脱水機56へ供給してもよい。フッ化カルシウムの引き抜き方法は、特に制限されるものではないが、チューブポンプ等のスラリ用ポンプを用いて、晶析反応槽10から(又は汚泥返送配管48)からフッ化カルシウムを引き抜く方法でも良いし、フッ化カルシウム排出配管22等に弁を取り付け、単に重力によって晶析反応槽10(又は汚泥返送配管48)からフッ化カルシウムを引き抜く方法でもよい。
In the present embodiment, the calcium fluoride deposited on the bottom of the
また、汚泥返送配管48に分級装置を介装し、汚泥返送配管48を通るフッ化カルシウム汚泥の内、比較的粒径の小さいフッ化カルシウムを晶析反応槽10に返送し、大きい粒径のフッ化カルシウムを汚泥返送配管48から引き抜いて脱水機56へ供給してもよい。これにより、効率的にフッ化カルシウムを回収することが可能となる。分級装置としては、特に制限されるものではないが、例えばフッ化カルシウム汚泥を上向流で通水させる筒型容器であってもよいし、サイクロン等の機械的手段により分級する装置であってもよい。なお、分級装置は、汚泥返送配管48に介装せずに、晶析反応槽10の底部に取り付けてもよい。
In addition, a classifier is provided in the
このように、本実施形態では、カルシウム剤を晶析反応槽10の撹拌翼26の近傍に添加することにより、未溶分のカルシウム剤とフッ素との急激な反応を抑制し、粒子の均一性が高く、含水率の低いフッ化カルシウムを生成させることができると共に、凝集及び沈殿処理により得られるフッ化カルシウム汚泥を晶析反応槽10に返送することにより、晶析反応槽10に生成するフッ化カルシウム粒子を大きく成長させ、安定して高いフッ化カルシウム回収率を得ることが可能となる。また、本実施形態では、晶析反応槽10において原水中のフッ素の大部分を回収することが出来るため、固液分離槽14でのフッ化カルシウム汚泥量を少なくすることができるため、比較的少ない汚泥返送量での運転が可能となる。
As described above, in this embodiment, by adding the calcium agent in the vicinity of the stirring blade 26 of the
図2は、本発明の他の実施形態に係るフッ素含有水の処理装置の一例を示す模式図である。図2に示すフッ素含有水の処理装置2において、図1に示すフッ素含有水の処理装置1と同様の構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。図2のフッ素含有水の処理装置2において、晶析反応槽10には、pH調整剤添加配管58がpH調整剤添加手段であるポンプ60を介して接続されている。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a treatment apparatus for fluorine-containing water according to another embodiment of the present invention. In the fluorine-containing
本実施形態では、晶析反応槽10において、原水に含まれるフッ素と、カルシウム剤とを反応させる際に、pH調整剤がポンプ60によりpH調整剤添加配管58を通して、晶析反応槽10に添加される。添加するpH調整剤は特に限定されるものではないが、好ましくは、カルシウムと難溶性の塩を形成させる成分を含まない任意の酸又はアルカリであり、例えば、塩酸、硫酸、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
In the present embodiment, when the fluorine contained in the raw water and the calcium agent are reacted in the
本実施形態では、晶析反応槽10における晶析反応液のpHが3以下であることが好ましい。pH調整剤を添加して晶析反応槽10のpHを3以下で運転することにより、カルシウム剤がより溶けやすくなり、未溶分の消石灰とフッ素との急激な反応をさらに抑制する効果がある。晶析反応槽10における晶析反応液のpHが3を超えると、カルシウム剤が溶解しにくくなり、未溶分のカルシウム剤とフッ素との急激な反応により微細なフッ化カルシウムが生成する場合がある。但し、晶析反応槽10の運転pHの下限値は、使用するカルシウム剤によって多少異なる場合があり、例えば、カルシウム剤として塩化カルシウムを用いた場合は、pH調整剤として水酸化カルシウム等のアルカリを用いて、晶析反応槽10のpHを2〜3に調整して運転することが好ましい。この塩化カルシウムを用いる態様の詳細は特開2008−73589号公報に記載されている。
In the present embodiment, the pH of the crystallization reaction solution in the
本実施形態において、pH調整剤は、pH調整剤添加配管58を通して、晶析反応槽10内の晶析反応液に直接添加されるが、これに制限されるものではなく、例えば、pH調整剤添加配管58をカルシウム剤添加配管18に接続し、pH調整剤を晶析反応槽10に添加する前のカルシウム剤と共に晶析反応槽10に供給してもよいし、pH調整剤添加配管58を原水添加配管16に接続し、pH調整剤を晶析反応槽10に添加する前のフッ素含有原水と共に晶析反応槽10に供給してもよい。pH調整剤を注入後に素早く拡散せしめ、カルシウム剤を溶けやすくすることができる点で、pH調整剤を撹拌翼26の近傍に添加することが好ましい。これにより、フッ素の回収率をさらに向上させることができる。
In the present embodiment, the pH adjuster is added directly to the crystallization reaction solution in the
フッ化カルシウム析出の際のpHは、pHメータ等のpH測定手段を用いて、晶析反応槽10内の反応場のpHを測定し、測定されたpHに応じて、pH調整剤を槽内に添加することにより、pHを制御することが好ましい。pHメータは、フッ化カルシウム析出反応の反応場のpHをモニタできるのであれば、晶析反応槽10のいずれの部分に設置されてもよく、原水の導入部付近、晶析反応槽10からの処理水の出口付近等、特に限定されるものではない。
The pH at the time of calcium fluoride precipitation is determined by measuring the pH of the reaction field in the
本実施形態において、pH調整剤添加配管58は、晶析反応槽10の任意の部分に接続することができる。図2のような撹拌式の晶析反応槽10の場合、析出物およびペレットと処理水の分離という観点から、晶析反応槽10の上部に接続されることが好ましい。また、図2においては、pH調整剤添加配管58は1つであるが、これに限定されるものではなく、複数設けられていてもよい。
In the present embodiment, the pH
本明細書において、撹拌翼26の「近傍」とは、撹拌翼26の撹拌流によって晶析反応槽10内の晶析反応液が素早く拡散しうる領域を意味する。例えば、カルシウム剤、フッ素含有原水及びpH調整剤の注入点は、撹拌翼26による撹拌流速が大きい領域に設けられることが好ましい。特に、カルシウム剤、フッ素含有原水及びpH調整剤の注入点の、撹拌翼26の回転軸方向の高さは、撹拌翼26の回転中心から、撹拌翼26の回転半径の2倍以内の距離であることが好ましい。また、撹拌翼26の回転径方向の位置は、撹拌翼26の回転中心から、撹拌翼26の回転半径の2倍以内の距離であることが好ましい。さらに、中心が撹拌翼26の回転中心であって、半径が撹拌翼26の回転半径の2倍である球状の領域内に設けられることが好ましい。これにより、カルシウム剤、フッ素含有原水及びpH調整剤は、晶析反応槽10へ注入されると直ちに拡散せしめられ、それらの濃度が素早く低下する。このため、形成された塩が液中に直接析出することが少なくなり、晶析反応槽10内の粒状種晶上の難溶塩(フッ化カルシウム)の結晶として液中の晶析対象物質(フッ素)をじっくり取り込むことができる。また、カルシウム剤が溶けやすくなり、未溶分のカルシウム剤とフッ素との急激な反応を抑制することもできる。これらの結果、粒子の均一性が高く、含水率の低いフッ化カルシウムの生成が可能となる。
In this specification, “near” the stirring blade 26 means a region where the crystallization reaction liquid in the
本実施形態においては、図1,2に示すように、晶析反応槽10の水面下に、筒内に撹拌装置28の撹拌翼26が位置するようにドラフトチューブ30を設置することが好ましい。このとき、撹拌翼26は下降流を形成するものであることが好ましい。このようにドラフトチューブ30を設置すると、チューブ下部に向けて下降流が生じ、拡散流速が比較的大きいゾーンが形成される。このため、原水や消石灰等をより素早く拡散させることができ、原水や消石灰の濃度が局所的に濃い領域同士が接触して、難溶性塩粒子の直接生成が生じることを極力抑制することが可能となる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, it is preferable to install a
また、上記のようにドラフトチューブ30および撹拌翼26を設置すると、チューブ外周部には流れのゆるやかな上向流ゾーンが形成される。このゾーンでは、粒子が分級されて小粒径の粒子はチューブ外側面に沿って上昇すると共に、チューブ上端からチューブ内部に再侵入して下降し、原水やカルシウム剤等の注入点付近やその下部の撹拌ゾーンへと再循環する。これら小粒径の結晶が核となって晶析反応を促進せしめる。このため、粒径の大きな難溶性塩の結晶を安定的に形成せしめることが可能となり、フッ素の回収率を向上させることができる。
Further, when the
さらに、晶析反応が進んで粒径が大きくなった結晶は、チューブ外周部の上向流によっては上昇せず、下に沈んで再びドラフトチューブ30内には入り込まないため、成長した結晶が撹拌翼26との衝突により破壊されてしまうことを防止することができる。このような利点も、粒径の大きな難溶性塩の結晶を安定的に得ることに寄与し、ひいてはフッ素の回収率の向上に寄与することができる。
Further, the crystal having a larger particle size due to the progress of the crystallization reaction does not rise due to the upward flow at the outer periphery of the tube, sinks down, and does not enter the
チューブ下部に撹拌流速の比較的大きいゾーンを形成し、チューブ外周部に上向流を安定的に形成するためには、撹拌翼26が、チューブ内でチューブ下半分の何処かに位置することが好ましい。より好ましくは、チューブ下端より少し上方の位置がよい。このような配置とすれば、撹拌流速の大きなゾーンがチューブ下端付近に渦のように形成され、さらにそこから上向流がチューブ外周部に沿って安定的に形成される。従って、原水やカルシウム剤等の拡散や、粒子の分級を効果的に進めることできる。 In order to form a zone with a relatively large stirring flow velocity at the lower part of the tube and to stably form an upward flow at the outer periphery of the tube, the stirring blade 26 may be located somewhere in the lower half of the tube in the tube preferable. More preferably, a position slightly above the lower end of the tube is good. With such an arrangement, a zone with a large stirring flow rate is formed like a vortex near the lower end of the tube, and an upward flow is stably formed along the outer periphery of the tube. Therefore, diffusion of raw water, calcium agent, etc. and particle classification can be effectively advanced.
ドラフトチューブ30を設ける場合、原水やカルシウム剤、さらには酸の注入点は、これらをドラフトチューブ30内の下降流に乗せて素早く効果的に拡散させるために、ドラフトチューブ30の筒内に配することが好ましい。より好ましい位置は、ドラフトチューブ30の筒内かつ撹拌翼26の上方である。
When the
本実施形態におけるフッ素含有原水は、晶析処理により除去されるフッ素を含むものであれば、如何なる由来の原水であっても良く、例えば、半導体関連産業をはじめとする電子産業、発電所、アルミニウム工業等から排出される原水が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The fluorine-containing raw water in the present embodiment may be raw water of any origin as long as it contains fluorine removed by crystallization treatment, for example, electronic industries including semiconductor-related industries, power plants, aluminum Examples include raw water discharged from industry and the like, but are not limited thereto.
晶析対象物質となるフッ素は、晶析反応により晶析するのであれば、任意の状態で原水中に存在することが可能である。原水中に溶解しているという観点から、晶析対象物質はイオン化した状態であるのが好ましい。晶析対象物質がイオン化した状態としては、例えば、F−等の原子がイオン化したもの、フッ素を含む化合物がイオン化したもの等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。 Fluorine serving as a crystallization target substance can be present in the raw water in any state as long as it is crystallized by a crystallization reaction. From the viewpoint that it is dissolved in the raw water, the crystallization target substance is preferably in an ionized state. Examples of the state in which the substance to be crystallized is ionized include, but are not limited to, those in which atoms such as F − are ionized and those in which a compound containing fluorine is ionized.
フッ素を含む原水は、アルミの電解精錬工程、製綱工程等からも排出されるが、特に半導体工場において大量に排出される。半導体シリコンウェーハの洗浄等に濃厚フッ酸が用いられ、フッ素含有量が%オーダーの濃厚フッ酸廃液として排出される。このとき、アンモニアや過酸化水素、リン酸等も洗浄剤として用いられるため、それらを含む排水となることがある。また、半導体シリコンウェーハ上に残存するフッ酸の洗浄、パーフルオロ化合物(PFCs)分解後のガスに含まれるHFの洗浄等に大量の水が使用され、希薄系のフッ素含有原水としても排出される。本方法は、フッ酸(フッ化水素)を含む原水中からフッ素を除去するために特に好適に適用しうる。 Raw water containing fluorine is also discharged from aluminum electrolytic refining process, steelmaking process, etc., but in particular at semiconductor factories, it is discharged in large quantities. Concentrated hydrofluoric acid is used for cleaning a semiconductor silicon wafer, etc., and discharged as a concentrated hydrofluoric acid waste liquid with a fluorine content of the order of%. At this time, ammonia, hydrogen peroxide, phosphoric acid, and the like are also used as cleaning agents, and thus may become wastewater containing them. In addition, a large amount of water is used for cleaning hydrofluoric acid remaining on the semiconductor silicon wafer, cleaning HF contained in the gas after decomposition of perfluoro compounds (PFCs), etc., and is also discharged as dilute fluorine-containing raw water. . This method can be particularly suitably applied to remove fluorine from raw water containing hydrofluoric acid (hydrogen fluoride).
原水に含まれるフッ素の量は、特に限定されるものではないが、例えば、1000mg/L以上、特に5000mg/L以上である。 The amount of fluorine contained in the raw water is not particularly limited, but is, for example, 1000 mg / L or more, particularly 5000 mg / L or more.
カルシウム剤の注入量としては、カルシウムの化学当量としてフッ素の0.8倍〜2倍、1倍〜2倍までがよいが、1倍〜1.2倍がよりよい。カルシウムの化学当量が原水のフッ素の化学当量の2倍より多いとフッ化カルシウムが種晶上に析出せずに微粒子として生成しやすく、処理水にフッ化カルシウムが混入する場合があり、0.8倍より少ないと、原水中のフッ素のうちフッ化カルシウムとならない割合が多くなり、処理水にフッ素が混入する場合がある。 The injection amount of the calcium agent is preferably 0.8 to 2 times and 1 to 2 times that of fluorine as the chemical equivalent of calcium, but more preferably 1 to 1.2 times. If the chemical equivalent of calcium is more than twice the chemical equivalent of fluorine in the raw water, calcium fluoride does not precipitate on the seed crystal and is easily formed as fine particles, and calcium fluoride may be mixed in the treated water. If it is less than 8 times, the proportion of fluorine in the raw water that does not become calcium fluoride increases, and fluorine may be mixed into the treated water.
本実施形態においては、原水とカルシウム剤とを晶析反応槽10に添加する前に、あらかじめ、晶析反応槽10に種晶が存在していてもよいし、あらかじめ晶析反応槽10内に種晶が存在していなくてもよい。安定した処理を行うためには、晶析反応槽10にあらかじめ種晶が存在していることが好ましい。晶析反応槽10に充填される種晶の充填量は、フッ素を晶析反応により除去できるのであれば特に限定されるものではなく、原水中のフッ素濃度、カルシウム剤の濃度、また、装置の運転条件等に応じて適宜設定される。
In this embodiment, before adding raw water and a calcium agent to the
種晶は、その表面に生成した難溶性塩の結晶を析出させることができるものであればよく、任意の材質が選択可能であり、例えば、ろ過砂、活性炭、およびジルコンサンド、ガーネットサンド、サクランダム(商品名、日本カートリット株式会社製)などをはじめとする金属元素の酸化物を含んで構成される粒子、ならびに、晶析反応による析出物である難溶性塩を含んで構成される粒子等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。より純粋な難溶性塩をペレット等として入手できるという観点から、晶析反応による析出物である難溶性塩を含んで構成される粒子(フッ化カルシウムの場合は例えば蛍石)が好ましい。種晶の形状、粒径は、晶析反応槽10内の流速、フッ素およびカルシウム剤の濃度等に応じて適宜設定され、特に限定されるものではない。
The seed crystal may be any material as long as it can precipitate a hardly soluble salt crystal formed on the surface thereof, and any material can be selected. For example, filtered sand, activated carbon, zircon sand, garnet sand, Particles composed of oxides of metal elements including random (trade name, manufactured by Nihon Cartrit Co., Ltd.), and particles composed of hardly soluble salts that are precipitates by crystallization reaction However, it is not limited to these. From the viewpoint that a purer hardly soluble salt can be obtained as a pellet or the like, particles (for example, fluorite in the case of calcium fluoride) including a hardly soluble salt that is a precipitate by a crystallization reaction are preferable. The shape and particle size of the seed crystal are appropriately set according to the flow rate in the
本実施形態では、晶析反応槽10内のフッ化カルシウムをフッ化カルシウム排出配管22から引き抜いた場合、引抜いたフッ化カルシウムの結晶よりも小粒径の種晶を新たに補充する補充操作を繰り返し行うことで、連続的に結晶を得るような方法が採用される。
In the present embodiment, when calcium fluoride in the
晶析反応槽10は、原水中のフッ素とカルシウム剤とが反応して難溶性塩のフッ化カルシウムの結晶を析出させて、フッ素が低減された処理水を生じさせうる反応槽であればよく、長さ、内径、形状等については任意の態様が可能であり、特に限定されるものではない。
The
晶析反応槽10としては、撹拌翼26等を備える撹拌装置28を設置し、該撹拌装置28により晶析反応槽10内を撹拌してペレットを流動させる撹拌式の晶析反応槽10が挙げられる。撹拌翼26は晶析反応槽10内で内容物を撹拌できるものであればよく、撹拌翼26の設置態様、撹拌翼26の大きさ等は特に限定されるものではない。
As the
また、撹拌式の晶析反応槽10としては、晶析反応槽10の周壁に対向させて内周壁を配置して、この内外周壁間を処理水排出路とし、難溶性塩粒子と処理水との分離能を向上させ、第1処理水中に難溶性塩粒子が流出するのを防止する分離ゾーンを有するものであってもよい。この態様においては、処理水排出路の上部に第1処理水排出配管24が接続されるような態様が好ましい。また、この処理水排出路には、ペレットの分離能を向上させるために、処理水排出路の入口部分に複数枚のじゃま板で構成したバッファ板や、複数枚の整流板で構成したバッファ板を位置させていてもよい。この態様の詳細は特開2005−230735号公報および特開2005−296888号公報に記載されており、これらの特許文献に記載される晶析反応槽10も本実施形態において使用可能である。
In addition, as the stirring type
晶析反応槽10内または第1処理水中の溶解性のフッ素濃度を測定するために、フッ素濃度計等のフッ素濃度測定手段を晶析反応槽10または第1処理水排出配管24に設置してもよい。また、晶析反応槽10内または処理水中の溶解性カルシウム等のカルシウム濃度を測定するために、カルシウム濃度計等のカルシウム濃度測定手段を晶析反応槽10または第1処理水排出配管24に設置してもよい。晶析反応槽10内でのフッ素濃度計、カルシウム濃度計等の設置位置は特に限定されるものではないが、例えば、処理水中の濃度を測定する場合には、晶析反応槽10の出口付近に設置することができる。
In order to measure the soluble fluorine concentration in the
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely in detail, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
実施例1では、図2に示すフッ素含有原水の処理装置を用い、以下の条件で、フッ素含有原水からフッ化カルシウムの回収を行った。なお、沈殿槽から晶析反応槽への汚泥返送量は、目視により沈殿槽の汚泥リークが最小限となるように確認し、その返送量を調整した。
Example 1
In Example 1, using the treatment apparatus for fluorine-containing raw water shown in FIG. 2, calcium fluoride was recovered from the fluorine-containing raw water under the following conditions. The amount of sludge returned from the settling tank to the crystallization reaction tank was visually confirmed so that the sludge leak in the settling tank was minimized, and the amount returned was adjusted.
また、一日に一回(全30日)、処理水の全フッ素濃度を測定することによりフッ素回収率を算出した。そして、表1に、30日間の平均値をフッ素回収率としてまとめた。また、表1に、30日目に回収したCaF2の純度、含水率及び均等係数をまとめた。均等係数は、レーザー回折式粒度分布計(ベックマンコールター(株)製、LS230型)で測定した粒度分布のデータにより、質量通過百分率が10%の点の粒径(有効径)D10と、同じく60%の粒径(有効径)D60との比(D60/D10)を算出することにより求めた。 In addition, the fluorine recovery rate was calculated by measuring the total fluorine concentration of treated water once a day (total 30 days). Table 1 summarizes the average values for 30 days as the fluorine recovery rate. Table 1 summarizes the purity, water content, and uniformity coefficient of CaF 2 collected on the 30th day. The uniformity coefficient is the same as the particle size (effective diameter) D10 having a mass passage percentage of 10% based on the particle size distribution data measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (LS230 type, manufactured by Beckman Coulter, Inc.). % Particle diameter (effective diameter) The ratio (D60 / D10) with D60 was calculated.
<実験条件>
フッ素含有原水のフッ素濃度:10000mg/L
カルシウム剤:水酸化カルシウム
pH調整剤:塩酸
晶析反応槽:150L(500mmφ×1200mmH)
フッ素含有原水流量:30L/hr
晶析反応槽pH:2±0.5
<Experimental conditions>
Fluorine concentration in fluorine-containing raw water: 10000 mg / L
Calcium agent: Calcium hydroxide pH adjuster: Hydrochloric acid Crystallization reaction tank: 150 L (500 mmφ × 1200 mmH)
Fluorine-containing raw water flow rate: 30L / hr
Crystallization reactor pH: 2 ± 0.5
(実施例2)
実施例2では、晶析反応槽のpHを4±0.5の範囲に調整する以外は、実施例1と同様の条件で試験を行った。表1に、フッ素回収率(30日間の平均値)、30日目に回収したCaF2の純度、含水率及び均等係数をまとめた。
(Example 2)
In Example 2, the test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the pH of the crystallization reaction tank was adjusted to a range of 4 ± 0.5. Table 1 summarizes the fluorine recovery rate (average value for 30 days), the purity, moisture content, and uniformity coefficient of CaF 2 recovered on the 30th day.
(比較例1〜3)
比較例1では、固液分離槽のフッ化カルシウムを晶析反応槽に返送しないこと以外は実施例1と同様の条件で試験を行った。比較例2では、カルシウム剤を撹拌羽根近傍ではなく、晶析反応槽内の晶析反応液面に添加すること以外は実施例1と同様の条件で試験を行った。比較例3では、カルシウム剤を撹拌羽根近傍ではなく、晶析反応槽内の晶析反応液面に添加すること以外は実施例2と同様の条件で試験を行った。表1に、比較例1〜3のフッ素回収率(30日間の平均値)、30日目に回収したCaF2の純度、含水率及び均等係数をまとめた。
(Comparative Examples 1-3)
In Comparative Example 1, the test was performed under the same conditions as in Example 1 except that calcium fluoride in the solid-liquid separation tank was not returned to the crystallization reaction tank. In Comparative Example 2, the test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the calcium agent was added not to the vicinity of the stirring blade but to the crystallization reaction liquid surface in the crystallization reaction tank. In Comparative Example 3, the test was performed under the same conditions as in Example 2 except that the calcium agent was added not to the vicinity of the stirring blade but to the crystallization reaction liquid surface in the crystallization reaction tank. Table 1 summarizes the fluorine recovery rates (average values for 30 days) of Comparative Examples 1 to 3, the purity, water content, and uniformity coefficient of CaF 2 recovered on the 30th day.
表1から判るように、実施例1及び2では、フッ素回収率90%以上、CaF2の純度90%以上、含水率10%以下、均等係数3以下、汚泥返送量0.4以下となった。特に、晶析反応槽のpHを3以下(2±0.5の範囲)に調整した実施例1のほうが、晶析反応槽のpHを3以上(4±0.5の範囲)に調整した実施例2より、フッ素回収率、CaF2の純度、含水率、均等係数、汚泥返送量全て、向上した。これに対し、カルシウム剤を撹拌羽根近傍には添加しているが、汚泥返送は行っていない比較例1は、フッ素回収率において、実施例1及び2より悪い結果となった。比較例2は、汚泥返送を行っているため、比較例1よりフッ素回収率は向上しているが、フッ素回収率、CaF2の純度、含水率、均等係数、汚泥返送量全て、実施例1及び2より悪い結果となった。なお、晶析反応槽のpHが3以上(4±0.5の範囲)である比較例3は、フッ素回収率、CaF2の純度、含水率、均等係数、汚泥返送量全て、晶析反応槽のpHを3以下(2±0.5の範囲)に調整した比較例2より悪い結果となった。 As can be seen from Table 1, in Examples 1 and 2, the fluorine recovery rate of 90% or more, CaF 2 in a purity of 90% or higher, 10% moisture content or less, uniformity coefficient 3 below, was a sludge return amount 0.4 or less . In particular, in Example 1 in which the pH of the crystallization reaction tank was adjusted to 3 or less (range of 2 ± 0.5), the pH of the crystallization reaction tank was adjusted to 3 or more (range of 4 ± 0.5). From Example 2, the fluorine recovery rate, the purity of CaF 2 , the moisture content, the uniformity coefficient, and the sludge return amount were all improved. On the other hand, although the calcium agent was added in the vicinity of the stirring blade, the comparative example 1 in which the sludge was not returned was worse than the examples 1 and 2 in the fluorine recovery rate. In Comparative Example 2, since the sludge is returned, the fluorine recovery rate is improved as compared with Comparative Example 1. However, the fluorine recovery rate, the purity of CaF 2 , the moisture content, the uniformity coefficient, and the sludge return amount are all in Example 1. And worse than 2. In Comparative Example 3 in which the pH of the crystallization reaction tank is 3 or more (in the range of 4 ± 0.5), the fluorine recovery rate, the purity of CaF 2 , the moisture content, the uniformity coefficient, and the sludge return amount are all included in the crystallization reaction. The result was worse than Comparative Example 2 in which the pH of the tank was adjusted to 3 or less (range of 2 ± 0.5).
1,2 フッ素含有水の処理装置、10 晶析反応槽、12 凝集槽、14 固液分離槽、16 原水添加配管、18 カルシウム剤添加配管、20,34,38,50,60ポンプ、22 フッ化カルシウム排出配管、24 第1処理水排出配管、26,42 撹拌翼、28,44 撹拌装置、30 ドラフトチューブ、32 凝集剤添加配管、36,58 pH調整剤添加配管、40 第2処理水排出配管、46 第3処理水排出配管、48 汚泥返送配管、52 スクレーパ、54 掻き寄せ機、56 脱水機。 1, 2 Fluorine-containing water treatment apparatus, 10 crystallization reaction tank, 12 coagulation tank, 14 solid-liquid separation tank, 16 raw water addition pipe, 18 calcium agent addition pipe, 20, 34, 38, 50, 60 pump, 22 foot Calcium fluoride discharge pipe, 24 First treated water discharge pipe, 26, 42 Stirrer blades, 28, 44 Stirrer, 30 Draft tube, 32 Flocculant added pipe, 36, 58 pH adjuster added pipe, 40 Second treated water discharged Piping, 46 Third treated water discharge piping, 48 sludge return piping, 52 scraper, 54 scraper, 56 dehydrator.
Claims (4)
前記晶析反応槽から排出される処理水に凝集剤を添加して、前記処理水中のフッ化カルシウムを凝集させるための凝集槽と、
前記凝集槽から排出される処理水を凝集したフッ化カルシウムを含む汚泥と分離水とに固液分離させるための固液分離槽と、を備えるフッ素含有水の処理装置であって、
前記カルシウム剤を前記晶析反応槽の撹拌翼の近傍に添加するカルシウム剤添加手段と、
前記フッ化カルシウムを含む汚泥を前記晶析反応槽に返送する返送手段と、を有することを特徴とするフッ素含有水の処理装置。 A crystallization reaction tank comprising a stirring means having a stirring blade, for adding calcium agent to raw water containing fluorine to generate calcium fluoride crystals,
A flocculant for aggregating calcium fluoride in the treated water by adding a flocculant to the treated water discharged from the crystallization reaction tank;
A solid-liquid separation tank for solid-liquid separation into sludge containing calcium fluoride and separated water, which is agglomerated treated water discharged from the coagulation tank, and a fluorine-containing water treatment apparatus comprising:
Calcium agent addition means for adding the calcium agent in the vicinity of the stirring blade of the crystallization reaction tank;
Returning means for returning the sludge containing calcium fluoride to the crystallization reaction tank, and a treatment apparatus for fluorine-containing water.
前記晶析反応槽のpHが0.8〜3の範囲であることを特徴とするフッ素含有水の処理装置。 The apparatus for treating fluorine-containing water according to claim 1,
The apparatus for treating fluorine-containing water, wherein the pH of the crystallization reaction tank is in the range of 0.8-3.
前記撹拌翼は、前記ドラフトチューブ内に設置され、
前記撹拌翼の近傍に添加するカルシウム剤の注入点は、前記ドラフトチューブ内に設置されることを特徴とするフッ素含有水の処理装置。 The fluorine-containing water treatment apparatus according to claim 1, wherein a draft tube is provided in the crystallization reaction tank,
The stirring blade is installed in the draft tube,
An apparatus for treating fluorine-containing water, wherein an injection point of a calcium agent to be added in the vicinity of the stirring blade is installed in the draft tube.
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