JP2017129535A - 前処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排水管理システムに備わる分析装置の異常停止回数を低減する。【解決手段】排水監視システム１０における試料水の重金属元素の濃度を測定する分析装置１２の前段側に設けられる前処理装置１００であって、試料水中に含まれる異物を分岐流部１１２に捕捉可能なＹ型ストレーナ１１０と、Ｙ型ストレーナの本流部１１１の後段側に設けられる第１のフィルタ１２０と、第１のフィルタの後段側に設けられ、当該第１のフィルタより目開きが細かい第２のフィルタ１３０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、工場から排出される生活排水、間接冷却水、及び排水処理水からなる汚水の排水監視を行う排水監視システムにおける試料水の重金属元素の濃度を測定する分析装置の前段側に設けられる前処理装置に関する。

電気ニッケル製造プロセスや硫酸ニッケル製造プロセスから排出される汚水は、ニッケル、コバルト、鉄、亜鉛等の重金属成分を含有しており、これら重金属成分は、排水処理工程において消石灰中和法によって分離除去する方法を採用している。その原理は、重金属を含む汚水に消石灰スラリーを添加し、高アルカリ領域に保持することで中和澱物を形成させ、その後、ろ過機であるフィルタプレスにより中和澱物を捕捉、分離し、残液（ろ液）を硫酸にて中性領域にｐＨ調整し、その他の生活排水や間接冷却水と混合されて油水分離槽へと送液される。

ニッケル湿式製錬から排水される汚水には、ニッケルとコバルトを分離する溶媒抽出工程から排出される汚水も含まれているので、放流する前段に油水分離槽を経由させて油分の検知を行うために、上述した油水分離槽を経由する手法が採用されている。また、その油水分離槽の後段側には、排水監視システムに備わる機器の１つとして、汚水中のニッケル濃度を測定する分析装置（Ｎｉ自動分析計 ＢＲＡＮ ＬＵＥＢＢＥ社製 Ｍｏｎｉｔｏｒ９０Ｓ Ｎｉ）を設置している。

このような排水監視システムでは、当該分析装置におけるニッケル濃度の測定結果が所定濃度を超えた場合、自動制御により油水分離槽から海域等の処分場への放流を行う放流ポンプを停止し、替わりに回収ポンプを起動させて大型の緊急回収貯槽へ送水することにより、海域等の自然界への流出防止を図るようにしている。また、ｐＨやＣＯＤ（ＵＶ計）値において所定の管理濃度を超えた場合にも、同様に連動する排水監視システムとしている。このような排水監視システムでは、分析装置を正常に作動させるために、汚水中の異物等を除去する必要がある。汚水中の異物を除去する従来技術として、溶質含有水をろ過して異物を除去する前処理装置と、前処理された溶質含有水を膜ろ過して溶質を分離除去する逆浸透膜モジュールを備える水処理システムが特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１７０８４８号公報

前述した排水監視システムに備わる各種測定機器のうち、ｐＨ計やＵＶ計等は、瞬時値が出力される仕様であり、かつ、汚水中に含まれる細かなゴミや微量浮遊物質の影響を受けにくく、排水監視用の測定機器として一般的に広く採用されている。しかしながら、ニッケル分析装置は、発色試薬、酸化試薬及びマスキング試薬といった薬剤を注入し、比色法によってニッケル濃度を数値として出力させることから、試料供給から分析完了まで約１５分間を要するため、瞬時性においては、ｐＨ計やＵＶ計と比較して性能が劣る。また、ニッケル分析装置の仕様上、試料水がセルと呼ばれる容器に送液されるホースは、微小口径であるため、汚水中に含まれるゴミ等の異物の影響による詰りが非常に発生しやすい。

このため、従来の排水監視システムでは、目開き２０μｍのメッシュフィルタと呼ばれるＳＵＳ製のフィルタを分析装置の前段側に設け、当該フィルタを通過した試料水のみがセルに供給される設備仕様となっていた。しかしながら、フィルタ自体の目詰まりでろ過性能が低下し、試料水がセルに供給されず、分析装置の異常となって停止する状態が依然として頻繁に発生していた。このような場合、別途フィルタの交換作業をするために、一時的に分析装置を停止して交換する必要があり、排水監視システムでの連続監視ができない状態となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、排水監視システムに備わる分析装置の異常停止回数を低減することの可能な、新規かつ改良された前処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、排水監視システムにおける試料水の重金属元素の濃度を測定する分析装置の前段側に設けられる前処理装置であって、前記試料水中に含まれる異物を分岐流部に捕捉可能なＹ型ストレーナと、前記Ｙ型ストレーナの本流部の後段側に設けられる第１のフィルタと、前記第１のフィルタの後段側に設けられ、該第１のフィルタより目開きが細かい第２のフィルタと、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、重金属元素の濃度分析をするためにサンプリングした試料水を分析装置に供給する間に、Ｙ型ストレーナで試料水に含まれる視認可能な大きさの異物を捕捉してから、目開きの異なるフィルタで多段階的にろ過するので、分析装置前段のメッシュフィルタや分析装置内のセルに送液するホースの目詰まりを防止できる。

このとき、本発明の一態様では、前記試料水は、油水分離槽から抽出され、該試料水を該油水分離槽から前記分析装置に供給するまでのライン間に設けられることとしてもよい。

このようにすれば、油水分離槽から抽出した試料水に含まれる視認可能な異物をＹ型ストレーナで捕捉してから、目開きの異なるフィルタで多段階的にろ過するので、分析装置前のメッシュフィルタや分析装置内のセルに送液するホースの目詰まりを防止できる。

また、本発明の一態様では、前記第１のフィルタの目開きが１０μｍであり、前記第２のフィルタの目開きが３μｍであることとしてもよい。

このようにすれば、分析装置の前段側で目開きの異なるフィルタで多段階的にろ過するので、分析装置前のメッシュフィルタや分析装置内のセルに送液するホースの目詰まりを防止できる。

また、本発明の一態様では、前記Ｙ型ストレーナ、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタからなるユニットが複数並列して設けられることとしてもよい。

このようにすれば、何れかのユニットで目詰まり等が発生した際に、他のユニットを作動させることによって、継続的に試料水に含まれる異物等を除去できるようになる。

また、本発明の一態様では、前記ユニットの前段及び後段のそれぞれにバルブが設けられていることとしてもよい。

このようにすれば、何れかのユニットで目詰まり等が発生した際に、他のユニットに切り替えて作動させることができる。

また、本発明の一態様では、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、交換可能なカートリッジフィルタであることとしてもよい。

このようにすれば、何れかのユニットのフィルタで目詰まり等が発生した際におけるフィルタの交換作業等のメンテナンスが容易に行えるようになる。

以上説明したように本発明によれば、重金属元素の濃度分析をするためにサンプリングした試料水を分析装置に供給する間に、Ｙ型ストレーナで試料水に含まれる視認可能な大きさの異物を捕捉してから、目開きの異なるフィルタで多段階的にろ過できる。このため、分析装置前のメッシュフィルタや分析装置内のセルに送液するホースの目詰まりを防止することによって、分析装置の異常停止回数を低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る前処理装置が適用される排水監視システムの概略を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る前処理装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る前処理装置に備わるＹ型ストレーナの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る前処理装置の実施例の稼働前後における分析装置の異常停止回数の推移を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る前処理装置が適用される実施態様について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る前処理装置が適用される排水監視システムの概略を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る前処理装置１００は、ニッケル湿式製錬が行われる工場から排出される生活排水、間接冷却水、及び排水処理水の混合水からなる汚水中の重金属元素の濃度を測定する分析装置１２が設けられる排水監視システム１０に適用される。

排水監視システム１０では、油水分離槽１５に送液される生活排水、間接冷却水、及び排水処理水の混合水からなる汚水をサンプリングしたものを試料水として分析装置１２でニッケル、コバルト、鉄、亜鉛等の重金属成分の濃度を測定する。そして、当該分析装置１２における重金属成分の濃度の測定結果が所定濃度（管理濃度）を超えた場合、制御部１６の自動制御により油水分離槽１５から海域等の処分場への放流を行う放流ポンプ１７を停止して、替わりに回収ポンプ１８を起動させて大型の緊急回収貯槽１９へ送水することにより、海域等の自然界への流出防止を図るようにしている。

本実施形態の前処理装置１００は、当該汚水をポンプアップした試料水を分析装置１２に供給するまでのライン間に設けられて、当該試料水を事前にろ過することにより、分析装置１２の異常停止回数を低減させるために設けられる。具体的には、分析装置１２の前段側に設けられる目開き２０μｍのＳＵＳ製のフィルタであるメッシュフィルタ１４の前段側に設置される。

分析装置２２に試料水として供給される汚水は、３種類に分別される。１つ目は、工場から排出される生活排水であり、手洗い水や洗濯水等に加えて、敷地に降雨した雨水もこれにあたる。２つ目は、間接冷却水と称される設備保護として用いられる工業用水である。３つ目は、電気ニッケルを製造する上で排出される排水処理水であり、汚水に消石灰等のアルカリを加えた中和沈澱処理によって重金属イオンを沈澱させ、フィルタプレス等の濾過機により濾過した処理水がこれに該当し、最終的には、硫酸を添加してｐＨを中性に調整して油水分離槽１５に送液される。これら３種類の汚水は、油水分離槽１５にて混合され、不図示のポンプ装置でポンプアップされた汚水が試料水として分析装置１２に供給される。

しかしながら、降雨時等には、場面水が生活排水と同ラインで油水分離槽１５に向かうため、枯れ枝葉等の視認可能な大小のゴミが加わって濁り水となり、分析装置に供給する前段にあるメッシュフィルタ１４の目詰まりの原因となっていた。また、電気ニッケルを製造する上で排出された排水処理水には、フィルタプレスのトラブルが原因で捕捉した排水澱物が濾布からリークし、微小粒径（Ｄ５０％、約３．８μｍ）の浮遊物質が分析装置１２に供給する前段にあるメッシュフィルタ１４の目詰まりの原因ともなっていた。さらに、これらの生活排水に含まれる視認可能な大きさのゴミ等の異物や排水処理水に含まれる排水澱物は、分析装置１２内のセルに送液するホース（図示せず）の目詰まりの原因ともなっていた。

本発明者らは、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、分析装置１２に供給される前段側にＹ型ストレーナと目開きの異なる複数のフィルタから構成される前処理装置１００を設置することによって、上記課題の解決策として有効であることを見出し、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成させるに至った。

次に、本発明の一実施形態に係る前処理装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る前処理装置の概略構成を示すブロック図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る前処理装置に備わるＹ型ストレーナの構成を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係る前処理装置１００は、排水監視システム１０における試料水の重金属元素の濃度を測定する分析装置１２の前段側に設けられる。本実施形態の前処理装置１００は、図２に示すように、Ｙ型ストレーナ１１０、第１のフィルタ１２０及び第２のフィルタ１３０を含むユニット１０１が２列並列して設けられる構成となっている。なお、前処理装置１００を構成するユニット１０１の列数は、２列に限定されず、１列のみでもよく、また、３列以上の複数列としても良い。

Ｙ型ストレーナ１１０は、油水分離槽１５（図１参照）の汚水をポンプアップ直後の試料水に含まれる視認可能な大きさのゴミや砂等の異物を除去するために、前処理装置１００の前段側に設けられる。Ｙ型ストレーナ１１０は、ポリカーボネート等の材質から形成され、図３に示すように、流入口１１１ａから流出口１１１ｂへ略直線状に伸びている主管路となる本流部１１１と、本流部１１１から分岐して斜め方向に延びる副管路となる分岐流部１１２からなり、略Ｙ字状に形成されている。

Ｙ型ストレーナ１１０の本流部１１１は、流入口１１１ａから流出口１１１ｂへ略直線状に伸びているが、分岐流部１１２に枝分かれする部位に対向する内周面側の部位には、幾分内側に隆起する凸部１１１ｃが設けられている。一方、分岐流部１１２には、多数の小孔を持つ網目状で略円筒形状のスクリーン１１３が装入設置されている。

スクリーン１１３は、 スクリーン１１３を固定させるガイド部１１４ａを具備する硬質塩化ビニル樹脂製のスクリーンサポート１１４によって支持されている。スクリーンサポート１１４は、図３に示すように、硬質塩化ビニル樹脂製のキャップナット１１５で分岐流部１１２に取り付けられる。このようにして、スクリーン１１３は、キャップナット１１５と、分岐流部１１２と、本流部１１１の凸部１１１ｃでスクリーンサポート１１４を挟持されて、分岐流部１１２内に固定させる。

Ｙ型ストレーナ１１０をこのような構成とすることによって、本流部１１１の流入口１１１ａから異物を含む試料水が流入すると、当該異物が分岐流部１１２内に設けられる目開き４０メッシュ（４２５μｍ）のスクリーン１１３に誘導されて捕捉され、スクリーン１１３をろ過後の試料水がそのまま本流部１１１の流出口１１１ｂから流出される。このようにして、試料水に含まれる視認可能な大きさの異物が試料水から除去されるようになる。

第１のフィルタ１２０は、目開きが１０μｍのカートリッジフィルタを内部に装入したキュノフィルタであり、Ｙ型ストレーナ１１０の本流部１１１の流出口１１１ｂの後段側に設けられる。第１のフィルタ１２０は、Ｙ型ストレーナ１１０で捕捉しきれなかった視認可能な大きさの異物をろ過するために設けられる。このように、分析装置１２の前段側に設けられるメッシュフィルタ１４より目開きが細かい第１のフィルタ１２０をＹ型ストレーナ１１０の本流部１１１の流出口１１１ｂの後段側に設けることによって、Ｙ型ストレーナ１１０での異物の捕捉の取りこぼしを確実に低減できる。また、第１のフィルタ１２０をＹ型ストレーナ１１０の後段側に設けることによって、目開き２０μｍのメッシュフィルタ１４上で１０〜２０μｍの異物が架橋効果を起こして、メッシュフィルタ１４を閉塞させることを抑制できる。

第２のフィルタ１３０は、目開きが３μｍのカートリッジフィルタを内部に装入したキュノフィルタであり、第１のフィルタ１２０の後段側に設けられる。第２のフィルタ１３０は、主に排水澱物等の微小粒径からなる浮遊物質を回収するために設けられるので、当該浮遊物質をろ過可能な大きさの目開きとなっている。このように、第１のフィルタ１２０より目開きが細かい第２のフィルタ１３０を第１のフィルタ１２０の後段側に設けることによって、Ｙ型ストレーナ１１０や第１のフィルタ１２０で捕捉しきれない視認困難な大きさの微小粒径からなる浮遊物質を回収できる。また、第２のフィルタ１３０を第１のフィルタ１２０の後段側に設けることによって、目開き２０μｍであるメッシュフィルタ１４上で３〜１０μｍの異物、すなわち、フィルタプレスのトラブルによりリークした排水澱物を含む異物が架橋効果を起こして、メッシュフィルタ１４を閉塞させることを抑制できる。

Ｙ型ストレーナ１１０、第１のフィルタ１２０及び第２のフィルタ１３０からなるユニット１０１の前段及び後段には、図２に示すように、バルブ１４０、１４２がそれぞれ設けられている。本実施形態では、前処理装置１００は、２つのユニット１０１から構成されるので、バルブ１４０、１４２は、一方のユニット１０１で目詰まり等のトラブルが発生した際に、他のユニット１０１に切り替えて作動させる際に使用される。バルブ１４０、１４２の仕様は、特に限定されないが、異物等の噛み込みが比較的発生しにくいボールバルブが好ましい。

このように、本実施形態では、汚水の重金属元素の濃度分析をするためにサンプリングした試料水を油水分離槽１５から分析装置１２に供給する間に、Ｙ型ストレーナ１１０で試料水に含まれる視認可能な大きさの異物を捕捉してから、直列に設けられた目開きの異なるフィルタ１２０、１３０で多段階的にＹ型ストレーナ１１０が捕捉しきれなかった異物や小粒径からなる微量浮遊物質をろ過する。このため、目詰まりの原因となる異物や浮遊物質を段階的に取り除くことによって、分析装置１２の前段側に設けられるメッシュフィルタ１４や分析装置１２内のセルに送液するホースの目詰まりが効率的に防止されるので、分析装置の異常停止回数を低減できる。

特に、本実施形態では、前処理装置１００は、前段側から捕捉・ろ過対象が大きいものとなるように、Ｙ型ストレーナ１１０、第１のフィルタ１２０、及び第２のフィルタ１３０の順番で配列される構成となっている。このような構成とすることによって、視認可能な大きさの異物をＹ型ストレーナ１１０で取り除いてから、第１のフィルタ１２０でＹ型ストレーナ１１０が捕捉しきれなかった異物をろ過して、最後に第２のフィルタ１３０で微量浮遊物質をろ過するので、段階的な異物や浮遊物質の捕捉・ろ過を効率的に行える。このため、各フィルタ１２０、１３０にかかる余分な負荷が軽減されるので、これらのフィルタ１２０、１３０をより長期間使用できるようになる。すなわち、前処理装置１００の長寿命化が図れる。

また、本実施形態では、前処理装置１００は、複数列のユニット１０１を並列して、バルブ１４０、１４２で作動させるユニット１０１を切り替え可能に構成されている。このため、一方のユニット１０１で目詰まり等のトラブルが発生した際に、他方のユニット１０１に切り替えて作動させることによって、継続的にろ過性能を低下させることなく、試料水に含まれる異物等を除去できるようになる。

さらに、本実施形態では、第１のフィルタ１２０及び第２のフィルタ１３０は、交換可能なカートリッジフィルタである。このため、何れかのユニット１０１のフィルタ１２０、１３０で目詰まり等のトラブルが発生した際におけるフィルタ１２０、１３０の交換作業や洗浄作業等のメンテナンスを容易に行える。

次に、本発明の一実施形態に係る前処理装置について実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る前処理装置の実施例として、試料水のポンプアップ直後にＹ型ストレーナー（ＡＳＡＨＩ ＡＶ）を設け、その後段側に、第１のフィルタとして目開きが１０μｍのミリポアカートリッジフィルタ（日本ミリポア（株）製）を内部に装入したキュノフィルタ（スリーエムジャパン（株））を設け、更にその後段側に、第２のフィルタとして３μｍのカートリッジフィルタを内部に装入したキュノフィルタを設けたものを使用した。

そして、試料水が分析装置に供給されるライン間に前処理装置を設置前と設置後における分析装置の異常停止回数について比較した。図４は、本発明の一実施形態に係る前処理装置の実施例の稼働前後における分析装置の異常停止回数の推移を示すグラフである。

図４に示すように、前処理装置を稼働前（２０１３年１２月以前）の分析装置の異常停止回数は、平均して５回／月（最大１１回／月）の異常停止回数であったのに対して、本発明の一実施形態に係る前処理装置の稼働後（２０１４年１月以降）は、０乃至１回／月と大幅に改善された。このことから、本発明の一実施形態に係る前処理装置を分析装置の前段側に設けることによって、分析装置の異常停止回数が大幅に減少することが分かった。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、前処理装置の構成、動作も本発明の一実施形態及び実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 排水監視システム、１２ 分析装置、１４ メッシュフィルタ、１５ 油水分離槽、１６ 制御部、１７ 放流ポンプ、１８ 回収ポンプ、１９ 緊急回収貯槽、１００前処理装置、１０１ ユニット、１１０ Ｙ型ストレーナ、１１１ 本流部、１１１ａ 流入口、１１１ｂ 流出口、１１１ｃ 凸部、１１２ 分岐流部、１１３ スクリーン、１１４ スクリーンサポート、１１４ａ ガイド部、１１５ キャップナット、１２０ 第１のフィルタ、１３０ 第２のフィルタ、１４０、１４２ バルブ

Claims (6)

1. 排水監視システムにおける試料水の重金属元素の濃度を測定する分析装置の前段側に設けられる前処理装置であって、
   前記試料水中に含まれる異物を分岐流部に捕捉可能なＹ型ストレーナと、
   前記Ｙ型ストレーナの本流部の後段側に設けられる第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタの後段側に設けられ、該第１のフィルタより目開きが細かい第２のフィルタと、を備えることを特徴とする前処理装置。
2. 前記試料水は、油水分離槽から抽出され、該試料水を該油水分離槽から前記分析装置に供給するまでのライン間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の前処理装置。
3. 前記第１のフィルタの目開きが１０μｍであり、前記第２のフィルタの目開きが３μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の前処理装置。
4. 前記Ｙ型ストレーナ、前記第１のフィルタ、及び前記第２のフィルタからなるユニットが複数並列して設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の前処理装置。
5. 前記ユニットの前段及び後段のそれぞれにバルブが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の前処理装置。
6. 前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、交換可能なカートリッジフィルタであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の前処理装置。