JP2014087717A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ素等の水質成分を含有する被処理水から、微細な生成物を発生することなく、水質成分を高効率に除去し、回収する。
【解決手段】実施形態の水処理装置は、転胴型反応床を有する反応器と、前記反応器内に配設され、前記反応器内に導入される被処理水に含まれる水質成分を除去する除去剤と、を具える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理装置に関する。

半導体製造工場、太陽電池製造工場、液晶工場、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）ガス処理工程やシリコンエッチング工程のある工場、また石炭火力発電所などで発生するフッ素を含む廃水は、当該フッ素を含む廃水に水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）を添加してアルカリ側で反応させ、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）を含む汚泥を生成させ、生成した汚泥を分離して産廃処理する、反応晶析法を用いて処理されている（特許文献１）。この場合、フッ素（フッ化カルシウム）の含有率が高い高純度の沈殿物を上記排水から生成させることができたならば、生成した沈殿物を従来のように産廃処理することなく再利用することができる。すなわち、従来は産廃処理されていた排水に含まれるフッ素をフッ化カルシウムとして再資源化することができる。

しかしながら、上記方法においても、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）を含む汚泥を生成させる際、反応槽内における撹拌によって結晶の破砕を生じてしまう。

微細な生成結晶が反応槽外に流出することは、被処理水（廃水）からの水質汚濁成分の除去は有効成分の除去およびリサイクルにおいて、反応槽外に配される廃水排出管およびその後段プロセスでの生成結晶の蓄積、結晶成長による配管の閉塞等のトラブルを引き起こすだけではなく、反応生成物の回収性を損なうことから、このリスクを軽減し、安定して運用できる形態の確立が求められる。このため、微細な生成物発生の要因を根本的に抑制した水処理装置の構成が必要である。

特開２０１１−１２５８１２号

本発明は、フッ素等の水質成分を含有する被処理水から、微細な生成物を発生することなく、水質成分を高効率に除去し、回収することを目的とする。

実施形態の水処理装置は、転胴型反応床を有する反応器と、
前記反応器内に配設され、前記反応器内に導入される被処理水に含まれる水質成分を除去する粒状の除去剤とを具える。また、前記反応器は除去剤導入部と被処理水導入部とを有し、前記除去剤導入部及び前記被処理水導入部は、相対向するようにして配設されている。

第１の実施形態における水処理装置の概略構成図である。 図１に示す水処理装置の反応器内の除去剤の様子を示す図である。 第２の実施形態における水処理装置の概略構成図である。 第３の実施形態における水処理装置の概略構成図である。 第４の実施形態における水処理装置の概略構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。
図１に示す水処理装置１０は、両端に開口部１１Ａ及び１１Ｂが形成された断面が円形のドラム状の反応器１１を有している。反応器１１は、中心軸を水平に配置され、開口部１１Ａ側及び開口部１１Ｂ側の外周部には、それぞれ複数のローラ１２が、反応器１１の外周と密着するとともに互いに連動するように配設され、図示しないモータ等によって複数のローラ１２が回転駆動し、これにより反応器１１が軸Ｉ−Ｉ周りに回転できるように構成されている。したがって、反応器１１は、転胴型反応床を構成するようになる。

なお、反応器１１は、転胴型反応床の反応器であれば、その断面は円形である必要はなく、三角形状や四角形状、あるいは多角形状であってもよい。また、モータ等を用いる代わりに浮力で反応器１１を回転させ、転胴型反応床の反応器を構成することもできる。

反応器１１の開口部１１Ａには、被処理水Ｗ１を反応器１１内に導入するための配管１３が配設され、反応器１１の開口部１１Ａと反対側に位置する開口部１１Ｂには、被処理水Ｗ１中に含まれる水質成分を除去する除去剤２１を供給するための除去剤供給器１４及びこの除去剤供給器１４の下部に接続され、一端が開口部１１Ｂを通じて反応器１１内に導入された配管１５が配設されている。

配管１３は、反応器１１の被処理水導入部を構成し、除去剤供給器１４及び配管１５は、反応器１１の除去剤導入部を構成する。したがって、反応器１１の被処理水導入部と除去剤導入部とは対向配置されている。

反応器１１の、開口部１１Ａの近傍には、例えばメッシュ状の容器１６が配設され、容器１６の下部には配管１７が接続されている。容器１６及び配管１７は、除去剤回収部を構成する。

また、本実施形態においては、水槽１８を設け、配管１３によって反応器１１内に導入された被処理水Ｗ１が反応器１１より外部に漏洩した場合においても、この漏洩した被処理水Ｗ１を保持できるようになっている。この場合、反応器１１を、例えばテフロン(登録商標)等の比重の小さい物質から構成すれば、反応器１１の比重が小さくなるので、水槽１８内において反応器１１は被処理水Ｗ１から作用する浮力によって保持することができる。すなわち、特別な冶具を使用することなく、水槽１８内に反応器１１を保持することができるようになる。

但し、本実施形態の水処理装置１０においては、例えば反応器１１の開口部１１Ａ及び１１Ｂの開口径を小さくする、あるいは漏洩した被処理水を回収する機構等を設けることによって、反応器１１から漏洩する被処理水Ｗ１の量を低減することができる。したがって、このような場合は、水槽１８を省略することができる。

なお、反応器１１内には、上述した除去剤導入部を介して導入された除去剤２１が分散配置されている。

次に、図１に示す水処理装置１０を用いた水処理方法について説明する。被処理水Ｗ１は、被処理水導入部である配管１３を介して反応器１１内に導入される。なお、反応器１１から漏洩した被処理水Ｗ１は水槽１８内に貯留される。一方、除去剤導入部である除去剤供給器１４及び配管１５を介して反応器１１内に除去剤２１が供給される。

このとき、反応器１１は、回転軸Ｉ−Ｉに対して例えば左回りで回転されるので、反応器１１内で除去剤２１は、図２に示すように、反応器１１の反応床上を上側に移動した後、沈降するという動作、すなわち流動と沈降とを繰り返すようになる。したがって、除去剤２１と被処理水Ｗ１とが均一に混合及び接触するようになるので、除去剤２１によって除去した被処理水Ｗ１中の水質成分の結晶等が、撹拌による外力等によって破砕することがない。したがって、被処理水Ｗ１中の水質成分に由来する微細な結晶等を生成することなく、被処理水Ｗ１より上記水質成分を高効率で除去し、回収することができる。

また、本実施形態では、反応器１１の被処理水導入部である配管１３と、除去剤導入部である除去剤供給器１４及び配管１５とを対向配置させている。したがって、反応器１１に導入した被処理水Ｗ１と除去剤２１とは向流接触するようになる。

被処理水Ｗ１中の水質成分は、除去剤２１の表層部分と被処理水Ｗ１中の水質成分とが接触することによる結晶成長晶析作用、すなわち除去剤２１の表面に水質成分が堆積して成長することによって除去されるように溶解度積を制御して均質化することにより、上記水質成分の微細結晶等を生成することなく、上記水質成分を被処理水Ｗ１より除去して回収することができる。

一方、除去剤２１の表層部分から放出される除去剤成分の放出速度は、水中浸漬時、すなわち反応器１１への導入初期において最も高く、以降時間の経過とともに減少する。したがって、除去剤２１の導入初期において水質成分濃度の高い被処理水Ｗ１を除去剤２１と接触させると、溶解度積が高くなって被処理水Ｗ１の水質成分がバルク結晶の状態で析出するようになる。このようなバルク結晶は、除去剤２１の表面に堆積成長するものではなく、単独で存在するものであるので、ある程度の割合で微細な結晶が含まれることになる。

しかしながら、被処理水Ｗ１と除去剤２１とを向流接触させることにより、除去剤２１の導入初期（反応器１１の開口部１１Ｂ側）においては、当該除去剤２１と接触する被処理水Ｗ１中の水質成分は先に導入した除去剤２１によってある程度除去回収されているため、溶解度積は結晶成長晶析が生じるような値となり、上述のように、除去剤２１の表面に水質成分が例えば非連続な層２１Ａとして堆積成長して除去、回収されるようになる。

一方、反応器１１の開口部１１Ａ側においては、導入から長時間経過し、表面にある程度の水質成分を例えば層２１Ｂとして堆積及び成長させた除去剤２１が、水質成分を高濃度に含む被処理水Ｗ１と接触するようになる。したがって、この場合も溶解度積は結晶成長晶析が生じるような値となり、上述のように、除去剤２１の表面に水質成分が堆積成長して除去、回収されるようになる。

すなわち、反応器１１に導入した被処理水Ｗ１と除去剤２１とを向流接触させることにより、被処理水Ｗ１中の水質成分と除去剤２１の除去剤成分との溶解度積が反応器１１の回転軸Ｉ−Ｉ方向に沿って均質化され、常に結晶成長晶析作用が生じるような値となる。したがって、被処理水Ｗ１中の水質成分は除去剤２１の表面に堆積して成長することによって除去、回収されるので、上記水質成分の微細結晶等を生成することなく、上記水質成分を被処理水Ｗ１より高効率で除去して回収することができる。

なお、反応器１１を通過した被処理水Ｗ１は、処理水Ｗ２として回収される。

本実施形態では、反応器１１の被処理水導入部である配管１３と、除去剤導入部である除去剤供給器１４及び配管１５とを対向配置させることにより、反応器１１に導入した被処理水Ｗ１と除去剤２１とは向流接触するようにしているが、被処理水Ｗ１と除去剤２１とは向流接触できれば、装置部品の具体的な配置構成は限定されるものではない。例えば、配管１３を除去剤供給器１４及び配管１５と同じ開口部１１Ｂ側に設け、配管１３を開口部１１Ａ側にまで延在させるようにしてもよい。この場合、開口部１１Ａを閉塞させることができるので、反応器１１内に導入した被処理水Ｗ１の外部への漏洩を抑制することができる。

また、本実施形態の水処理装置１０では、反応器１１の開口部１１Ａの近傍に除去剤回収部としての容器１６及び配管１７が配設されている。したがって、被処理水Ｗ１中の水質成分を十分に例えば層２１Ｂとして堆積成長させた除去剤２１を回収することになり、被処理水Ｗ１中の水質成分の除去及び回収効率をより向上させることができる。

カルシウムを含有する鉱物としてはヒドロキシアパタイト、ドロマイト、炭酸カルシウム、消石灰、リン鉱石等に由来するものの他、カルシウムを含むハイドロタルサイト様物質等を用いることができ、被処理水Ｗ１中にリンを含む場合は、除去剤２１の表面にリン酸ヒドロキシアパタイト又はリン酸カルシウム塩の形態で堆積し、成長するようになる。

なお、ドロマイトに含まれるマグネシウム分は、被処理水にリン、窒素を含む場合に、リン酸アンモニウムマグネシウム塩として除去剤表面に堆積し、成長するようになる

なお、除去剤２１としてドロマイト、炭酸カルシウム、消石灰、リン鉱石等を用いる場合は、除去剤２１の除去剤成分の放出速度が増大して溶解度積が上昇し、被処理水中の除去成分と反応生成する微細な反応生成物の結晶が生じないように加工された除去剤であることが好ましい。このような除去剤は、例えばドロマイト由来の加工物として一般式（ＭＯ_α（ＭＣＯ_３）_β（Ｍ（ＯＨ）_２）_{１−α−β}・γＳｉＯ_２・δＨ_２Ｏ・εＸ（但し、α、β、γ、δ、εは、０≦α≦１、０≦β≦１、α＋β＝１、０．０１≦γ≦２０、０≦δ≦１０、０≦ε≦０．１であり、Ｍは、マグネシウム及びカルシウムの少なくとも一方であり、Ｘは、Ｎａ_２ＳＯ_４、ＮａＣｌ及びＣＨ_３ＣＯＯＮａの少なくとも一種）、又は一般式（ＭＯ_α（ＭＣＯ_３）β（Ｍ（ＯＨ）_２）_{１−α−β}・γＳｉＯ_２・δＫ_２Ｏ（但し、α、β、γ、δは、０≦α≦１、０≦β≦１、α＋β＝１、１≦γ≦２０、Ｍは、マグネシウム及びカルシウムの少なくとも一方）であることが好ましい。

また、上述したカルシウム又はマグネシウムを含むハイドロタルサイト様物質も、除去剤２１の除去剤成分の放出速度が増大して溶解度積が上昇し、被処理水中の除去成分と反応生成する微細な反応生成物の結晶が生成するのを抑制する作用がある。

被処理水Ｗ１が火力発電排煙脱硫廃水や半導体廃水の場合、被処理水Ｗ１の水質成分としてはフッ素を含む場合が多く、この場合、除去剤２１としては、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム等を用いることができ、除去剤２１の表面にフッ化カルシウム塩の形態で堆積し、成長する。

なお、除去剤２１として上述のように鉱物由来の除去剤を用いるのは、除去剤２１によって被処理水Ｗ１の水質成分を除去して回収した後、そのまま土壌中に廃棄することができ、さらに安価であるという利点を有することに由来する。

また、除去剤２１は、その最低粒径が分級等によって一定の粒径以上に制御されたものであることが好ましい。最低粒径が小さすぎると、図２に関連して説明したように、反応器１１内における沈降が不十分となり、流動と沈降とを繰り返すことができず、除去剤２１と被処理水Ｗ１とを均一に混合及び接触することができない場合がある。したがって、被処理水Ｗ１の水質成分を十分に除去回収できない場合がある。

除去剤２１の最低粒径は２０μｍ〜５０μｍとすることができ、好ましくは１００μｍ〜２００μｍとすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。なお、図１に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の符号を用いている。

図３に示す水処理装置３０は、転胴型反応床の反応器１１を保持する水槽１８の下部に、固形分回収機構として機能する固形分排出口１８Ａが形成されている点で、図１に示す水処理装置１０と相違し、その他の構成においては図１に示す水処理装置１０と同様の構成を有している。

下水や下水汚泥を含む廃水、及び諸産業排水など、被処理水Ｗ１の対象となる廃水の多くは固形分を含有しており、この場合、水処理装置３０内にも固形分を含む被処理水Ｗ１が導入されることになる。

しかしながら、水槽１８の下部には固形分排出口１８Ａが形成されているので、反応器１１内に導入された被処理水Ｗ１中の固形分は、少なくとも一部が水槽１８内に漏洩した際に、沈降作用等によって固形分排出口１８Ａから外部に放出される。なお、被処理水Ｗ１中に含まれる水質成分は、第１の実施形態で説明したようにして除去回収される。

したがって、本実施形態の水処理装置３０においては、被処理水Ｗ１中に含まれる水質成分を除去回収することに加えて、被処理水Ｗ１中に含まれる固形分をも分離除去することができる。

なお、固形分の比重が軽く、被処理水Ｗ１中で沈降しないような場合は、適宜分級操作機能を配備したり、傾斜板などを追加したりして、固液分離能を高め、固形分排出口１８Ａから外部に放出するようにすることもできる。

その他の作用効果は、第１の実施形態に示す水処理装置１０の場合と同様であるので、説明を省略する。

（第３の実施形態）
図４は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。なお、図１に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の符号を用いている。

図４に示す水処理装置４０は、転胴型反応床の反応器１１内に同心円状の内筒４１を冶具４３を用いて一体配設し、内筒４１内に攪拌翼４２を配設した点で、図１に示す水処理装置１０と相違し、その他の構成においては図１に示す水処理装置１０と同様の構成を有している。

本実施形態転の水処理装置４０では、反応器１１の回転動作とともに円筒４１及び攪拌翼４２が同時に回転するので、反応器１１内部の、内筒４１と反応器１１との間に循環流を発生させることができる。これにより、反応器１１の回転動作速度を高めることなく、一定方向に被処理水Ｗ１の流動を制御することができる。

したがって、反応器１１の回転速度を抑制した形で、被処理水Ｗ１の反応器１１内での流動を制御することができ、除去剤２１への攪拌衝撃を抑制することができる。このため、被処理水Ｗ１中の水質成分と除去剤２１との接触効率を高く維持した状態で、除去剤２１の表面に堆積成長した水質成分の破砕を抑制することができる。この結果、被処理水Ｗ１中の水質成分に由来する微細な結晶等を生成することなく、被処理水Ｗ１より上記水質成分をより高効率で除去し、回収することができる。

その他の作用効果は、第１の実施形態に示す水処理装置１０の場合と同様であるので、説明を省略する。

（第４の実施形態）
図５は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。なお、図１に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては、同一の符号を用いている。

図５に示す水処理装置５０は、反応器１１内において、反応器１１の回転軸Ｉ−Ｉ方向において、一対の分割壁５１，５１が配設されて内部分割されている点で、図１に示す水処理装置１０と相違し、その他の構成においては図１に示す水処理装置１０と同様の構成を有している。

本実施形態の水処理装置５０では、反応器１１内に一対の分割壁５１，５１が配設されていることにより、除去剤供給器１４から配管１５を介して供給される除去剤２１が、使用済み除去剤として容器１６及び配管１７からなる除去剤回収部から回収される際に、除去剤２１の少なくとも一部が分割壁５１，５１と衝突し、反応器１１内で流動する速度が低減されるようになる。また、配管１３を介して導入された被処理水Ｗ１も反応管１１から処理水Ｗ２として排出される際に、分割壁５１，５１と衝突し、その流動速度が低減されるようになる。

したがって、反応器１１内での被処理水Ｗ１と除去剤２１との接触反応の機会を増大させることができるので、被処理水Ｗ１中の水質成分をより効率よく除去し、回収することができる。

なお、本実施形態において分割壁の数は２としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。

その他の作用効果は、第１の実施形態に示す水処理装置１０の場合と同様であるので、説明を省略する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。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。

１０，３０，４０，５０ 水処理装置
１１ 反応器
１１Ａ，１１Ｂ （反応器の）開口部
１２ ローラ
１３ 配管
１４ 除去剤供給器
１５ 配管
１６ 容器
１７ 配管
１８ 水槽
２１ 除去剤
Ｗ１ 被処理水
Ｗ２ 処理水
１８Ａ 固形分回収口
４１ 円筒
４２ 攪拌翼
４３ 固定冶具
５１ 分割壁

Claims (6)

1. 転胴型反応床を有する反応器と、
   前記反応器内に配設され、前記反応器内に導入される被処理水に含まれる水質成分を除去する粒状の除去剤とを具え、
   前記反応器は除去剤導入部と被処理水導入部とを有し、前記除去剤導入部及び前記被処理水導入部は、相対向するようにして配設されていることを特徴とする、水処理装置。
2. 前記被処理水を貯留する水槽を具え、前記反応器の少なくとも一部が、前記水槽中の前記被処理水中に浸漬されていることを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記反応器の前記反応床の槽底部において、固形分回収機構を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理装置。
4. 前記反応器内に、前記反応床と同心円状の内筒を一体配設し、前記内筒内に攪拌翼を配設したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の水処理装置。
5. 前記反応器は、前記反応器の回転軸方向において、分割壁によって内部分割されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の水処理装置。
6. 前記除去剤はカルシウムを含む天然鉱物由来の除去剤であって、最低粒径を制御したものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の水処理装置。

Images