JP3054631B2 - カルシウムスケーリング防止方法 - Google Patents

カルシウムスケーリング防止方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカルシウムスケーリング
防止方法にかかるもので、とくに廃棄物の埋め立て地に
おける浸出水の処理施設など、カルシウムを多量に含有
する廃水のカルシウムによるスケーリングを防止するカ
ルシウムスケーリング防止方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、とくに最近の焼却灰主体の埋立て
地などにおいて問題となっている浸出水からの塩、とく
にカルシウムは他の塩に比較してその濃度が高く、この
カルシウムと炭酸イオンによる炭酸カルシウム(カルシ
ウムスケール)によるスケーリングが汚水貯留槽その他
の汚水処理用のポンプ内部に付着して、これを破損する
などの問題がある。
【0003】こうした問題を解消するために、スケーリ
ング防止用の添加剤として、スケーリング防止剤、ある
いは炭酸ナトリウムなどの薬品による炭酸カルシウムの
凝集沈澱法が採用されている。たとえば特開昭63−2
58692号、特開昭63−258694号などがあ
る。
【0004】こうした炭酸カルシウム凝集沈澱法は、浸
出水中のカルシウムと当量の炭酸ナトリウムを加えると
ともにアルカリ剤によりpHを約10に調整し、析出し
た炭酸カルシウムを無機凝集剤および高分子ポリマーに
よって凝集して沈澱処理するもので、汚泥の生成および
脱水処分が必要となり、設備費、維持管理費が高くなる
が、従来一般的に行われているスケーリング防止方法で
ある。
【0005】ただし、実際の操作上の問題として、浸出
水などの廃水中のカルシウム濃度および炭酸イオン濃度
は日常変動するにもかかわらず、従来はカルシウム濃度
を適時サンプリングすることによって、この濃度が所定
値以上の場合、あるいは作業者の経験上の判断から必要
と判断した場合などに上述の薬品を添加することとして
おり、pHその他の水質の変化に対するカルシウムスケ
ールの生成条件を十分に把握することなく薬品の添加を
行っているため、不必要に、ないしは過剰に添加が行わ
れる結果、薬品等のランニングコストが高くなるという
問題がある。
【0006】すなわち、水質条件によってはカルシウム
濃度が高くても炭酸カルシウムによるスケーリングが生
じない場合があり、さらにスケール防止剤などの薬品の
添加量が多いと、薬品のコストがかかり、上述の炭酸カ
ルシウム凝集沈澱法では炭酸ナトリウムなどの薬品コス
トのほかに、薬品を添加した結果生成するスラッジの処
理にも費用がかかるという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、カルシウムスケーリ
ングの起こり得る条件を予測し、必要に応じてスケーリ
ング防止対策を実施可能とすることにより、薬品費およ
び維持管理費などのランニングコストを低減し、効率的
なスケーリング防止対策を可能としたカルシウムスケー
リング防止方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、浸出
水などの廃水中のカルシウム濃度、全無機炭素濃度およ
びpHなどの水質をモニターすることに着目したもの
で、カルシウムおよび炭酸イオンを含有する浸出水など
の廃水からのカルシウムのスケーリングを防止するカル
シウムスケーリング防止方法であって、上記廃水中のカ
ルシウム濃度、全無機炭素濃度およびpHをモニターす
ることにより、カルシウムスケールの生成量を予測し
て、スケーリング防止対策の必要性を判断し、この判断
にもとづいて、カルシウム除去あるいは無機炭素除去の
方法を実施することを特徴とするカルシウムスケーリン
グ防止方法である。
【0009】上記カルシウムスケールの生成量は、モニ
ターした上記カルシウム濃度、全無機炭素濃度およびp
Hとともに、炭酸の第1解離平衡定数、炭酸の第2解離
平衡定数、および炭酸カルシウムの溶解度積を用いて、
あるいはその他任意の手法を用いて、これを計算するこ
とができる。
【0010】上記カルシウムスケールの生成量が「正」
の値を取るときに上記スケーリング防止対策を行うよう
にすることができる。
【0011】上記スケーリング防止対策として、上記モ
ニターしたカルシウム濃度および全無機炭素濃度から、
カルシウム除去に必要な炭酸ナトリウムおよびアルカリ
剤の添加量を決定するとともに、これらの炭酸ナトリウ
ムおよびアルカリ剤を上記廃水に添加し、生成したスラ
ッジを分離する処理を実施することができる。
【0012】上記スケーリング防止対策として、上記廃
水を弱酸性に調整するとともに、ばっ気操作を行うこと
により、上記無機炭素を除去する処理を実施することが
できる。
【0013】
【作用】本発明によるカルシウムスケーリング防止方法
においては、廃水中のカルシウム濃度、全無機炭素濃度
およびpHをモニターし、たとえば解離平衡定数などを
用いた計算により炭酸カルシウム(カルシウムスケー
ル)の析出量を計算するとともに、たとえばこの計算に
よる析出量の値が「正」である場合にスケーリング防止
対策を実行するようにしたので、廃水の水質に応じた的
確な薬品量および処理が可能となり、ランニングコスト
の低減を図ることができる。。
【0014】カルシウムスケーリング防止対策として
は、スケーリング防止剤の添加もしくは炭酸ナトリウム
などを用いた凝集沈澱によるカルシウムの除去処理方
法、あるいは液を酸性にするとともにばっ気することに
よる無機炭素除去方法(酸性ばっ気処理)など任意の方
法を採用することができる。
【0015】カルシウムスケーリング防止対策として凝
集沈澱を行うときに、無機炭素が十分に存在する場合に
は、炭酸ナトリウムの添加はこれを行わず、pHをアル
カリに調整するのみで十分で、無機炭素量に比較してカ
ルシウム量が多いときには、モニターした上記値から必
要な炭酸ナトリウムの添加量を計算して、添加すればよ
い。
【0016】カルシウムスケーリング防止対策として酸
性ばっ気処理を行う場合は、廃水のpHを4〜5以下に
調整すれば、廃水中の炭酸イオンを炭酸ガスとして除去
することができる(本出願人による特願平5−2296
29号を参照)。
【0017】
【実施例】つぎに本発明の一実施例によるカルシウムス
ケーリング防止方法を図1ないし図5にもとづき説明す
る。図1は本発明によるカルシウムスケーリング防止方
法の概略フローチャート図であって、まずステップS1
において廃水中のカルシウム濃度、全無機炭素濃度およ
びpHをモニターし、ステップS2においてpHの変化
による炭酸カルシウム(カルシウムスケール)の予測析
出量を計算する。この計算方法については後述する。
【0018】ステップS3においてこの予測析出量が析
出が発生するレベルか否かを判断する。たとえばこの予
測析出量が「正」か「負」かを判断し、「正」であれば
カルシウムスケールが生成されると判断し、ステップS
4においてスケーリング防止対策を実施する。この必要
性がないと判断した場合には、スケーリング防止対策は
実施しないものとする。
【0019】上述の炭酸カルシウムの予測析出量を計算
する方法の一例について、図2および図3の各式を参照
しながら以下述べる。図2は、廃水中の全無機炭素濃度
(単位:モル/リットル)の関数として炭酸イオン濃度
を得る各式を示すもので、全無機炭素濃度をICとし、
水素イオン濃度をpHとすれば、IC、pHはそれぞ
れ、式(1)、(2)のように表される。
【0020】また炭酸の第1解離平衡定数をKa1とし、
炭酸の第2解離平衡定数をKa2とすれば、Ka1およびK
a2はそれぞれ、式(3)、(4)のように表される。な
おKa1およびKa2は、pHに依存しない定数である。
【0021】式(2)から式(5)を得るとともに、式
(3)、(4)からそれぞれ、式(6)、(7)を得
る。
【0022】式(1)、(6)、(7)から、式
(8)、(9)のように、重炭酸イオン濃度[HC
3 -]をpH、Ka1およびKa2により表すことができ
る。
【0023】したがって、式(6)、(7)から、炭酸
濃度[H2CO3]および炭酸イオン濃度[CO3 2-]を
[HCO3 -]の関数としてそれぞれ、式(10)、(1
1)のように表現することができる。
【0024】つまり、炭酸イオンの存在量[CO3 2-
は式(11)のように計算され、式内の各値は、水質を
モニターすることにより得る全無機炭素濃度ICおよび
水素イオン濃度pH、ならびに解離平衡定数Ka1、Ka2
である。
【0025】かくして式(8)、(10)、(11)の
ように、pHおよびICをモニターすることにより、重
炭酸イオン(HCO3 -)、炭酸(H2CO3)および炭酸
イオン(CO3 2-)の存在の比率をそれぞれ得ることが
できる。
【0026】つぎに図3は、炭酸カルシウムの析出量を
計算する各式を示すもので、図2に示したように、ある
pHにおける炭酸イオン(CO3 2-)は式(11)によ
り得られ、pHがpH1に変化することにより炭酸カル
シウム(CaCO3 -)が、M(モル/リットル)だけ析
出したと仮定する。
【0027】この液が平衡に達したとき、モニターによ
り得られた初期のカルシウム量をCAとすれば、カルシ
ウムイオン濃度[Ca2+]は式(12)により得られ、
炭酸イオン濃度[CO3 2-]は、全無機炭素濃度ICの
うちMだけの量がカルシウムイオンと結合して沈澱した
として、図2の式(7)から式(13)、(14)のよ
うに得ることができる。
【0028】炭酸カルシウムの溶解度積をKspとすれ
ば、Kspは式(15)のように表すことができる。なお
Kspは、pHに依存しない定数である。
【0029】式(15)に式(12)、(13)を代入
することによって式(16)が得られ、これを変形して
Mに関する二次方程式(17)が得られ、その解として
式(18)のように、炭酸カルシウムの予測析出量Mの
解を得ることができる。ただし、析出量Mが溶存量を上
回ることはなく、また予測析出量としては少ない方を採
用することが適当であるので、Mの解としては、式(1
8)中のルートの符号がマイナスのものを解とする。
【0030】したがって、判別式(19)、および析出
量Mが「正」となる式(20)をともに満足したときに
スケーリング防止対策を行うものとする。なお、析出量
の計算値Mが「正」以外の場合には、スケーリング防止
対策はこれを行わない。
【0031】この予測析出量Mは、水質をモニターする
ことにより得られた初期のカルシウム量CA、全無機炭
素濃度ICおよび水素イオン濃度pHあるいはpH1、
溶解度積Ksp、ならびに解離平衡定数Ka1、Ka2から計
算することができる。なお、ある一定条件においては、
Ksp=1×10-7、Ka1=4.2×10-7およびKa2=
4.8×10-11として計算することができる。
【0032】上述の計算によると、廃水中に多量のカル
シウムが存在する場合でも、炭酸イオンが少ない場合に
は、炭酸カルシウムのスケールが生成しない状態が存在
する。逆に、炭酸イオンに比較してカルシウムの存在量
が少ない場合にもスケールの生成が生じない場合もあ
る。
【0033】上記スケーリング防止対策としては、処理
する廃水の状況に応じてこれを選択することができる。
たとえば図4は、本発明によるカルシウムスケーリング
防止方法を実施する炭酸カルシウム凝集沈澱法によるス
ケーリング防止設備1のフローを概略的に示す説明図で
あって、このスケーリング防止設備1は、スケール生成
有無の判断をコンピューターにより行う制御装置2と、
水質モニター3と、炭酸カルシウムを凝集沈澱させるた
めの反応槽4と、凝集槽5と、フロック形成槽6と、沈
澱槽7とを有する。
【0034】水質モニター3としては、廃水中のカルシ
ウム濃度、全無機炭素濃度およびpHをモニターするこ
とができるものであれば、任意の機器を採用可能であ
る。
【0035】図1に示した判断を制御装置2および水質
モニター3により行い、スケーリング防止対策が必要と
判断されたときに、反応槽4に炭酸ナトリウムおよびp
H調整用のアルカリ剤を加えて廃水のpHを高くし、炭
酸イオンとカルシウムイオンを反応させ、炭酸カルシウ
ムを析出させる。
【0036】つぎの凝集槽5において無機凝集剤を加え
て、析出した炭酸カルシウムを凝集させてより大きく
し、フロック形成槽6において高分子ポリマーを加える
ことによってさらに凝集させて沈澱槽7において沈澱処
理するとともに、後の処理プロセスに進むものである。
【0037】こうした炭酸カルシウムの凝集沈澱を行う
場合には、廃水のカルシウム濃度および全無機炭素濃度
をモニターしているので、炭酸ナトリウムの必要添加量
を計算可能であり、必要量のみを加えることができる。
この必要量としては、たとえば凝集沈澱処理水中でカル
シウム濃度を100mg/L以下にするために必要な炭
酸ナトリウムの量である。なお、無機炭素が十分に存在
している場合には、pHをアルカリに調整のみでよい。
【0038】スケーリング防止対策を行った処理水は、
それ以降の処理プロセスにおいて処理を続けるが、こう
した処理プロセスにおけるカルシウムスケールの既述の
ような諸問題はこれを回避することができる。
【0039】なお、炭酸カルシウムスラッジの生成を避
けたい場合などは、必要に応じて酸性ばっ気処理法によ
りスケール防止を行うこともできる。この場合は、図5
に示すように水質をモニターし、スケール防止が必要な
場合にのみ薬品の添加を行い、無用な薬品の使用を回避
することができる。
【0040】すなわち、図5は、本出願人による前記特
願平5−229629号による酸性ばっ気処理法による
脱炭酸イオンの設備10を概略的に示すもので、この脱
炭酸イオンの設備10は、上述のスケール生成有無の判
断をコンピューターにより行う制御装置2および水質モ
ニター3と、反応槽11と、ばっ気槽12と、中和槽1
3とを有する。なお、反応槽11とばっ気槽12とを一
体の反応槽としてもよい。
【0041】反応槽11に酸を加えることにより、廃水
中の炭酸イオンは微細な炭酸ガスの気泡を生成するた
め、ばっ気槽12に空気を送り込んでばっ気することに
よりこの気泡を大気中に脱気放出するもので、中和槽1
3で中和して後の処理プロセスに進む。
【0042】なお、スケーリング防止対策としては、上
述の炭酸カルシウム凝集沈澱法あるいは酸性ばっ気処理
法以外にも任意の方法を採用することができる。
【0043】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、予測され
る炭酸カルシウムの析出量を計算してスケーリング防止
対策を実行するようにしたので、廃棄物の埋め立て地に
おける浸出水の処理施設などにおけるカルシウムによる
スケーリングを確実に防止することができるとともに、
廃水の水質に応じてカルシウムスケーリング防止対策を
必要に応じて行うことができ、ランニングコストを低減
して、付随するスラッジ処理費などのコストの低減も可
能となる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるカルシウムスケーリング防止方法
の概略フローチャート図である。
【図2】同、廃水中の全無機炭素濃度ICの関数として
炭酸イオン濃度を得る各式を示す図である。
【図3】同、炭酸カルシウムの析出量を計算する各式を
示す図である。
【図4】本発明によるカルシウムスケーリング防止方法
を実施する炭酸カルシウム凝集沈澱法によるスケーリン
グ防止設備1のフローを概略的に示す説明図である。
【図5】本出願人による特願平5−229629号によ
る酸性ばっ気処理法による脱炭酸イオンの設備10を概
略的に示す説明図である。
【符号の説明】
1 炭酸カルシウム凝集沈澱法によるスケーリング防止
設備 2 スケール生成有無の判断をコンピューターにより行
う制御装置 3 水質モニター 4 炭酸カルシウムを凝集沈澱させるための反応槽 5 凝集槽 6 フロック形成槽 7 沈澱槽 10 酸性ばっ気処理による脱炭酸イオンの設備 11 反応槽 12 ばっ気槽 13 中和槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−220793(JP,A) 特開 昭63−258692(JP,A) 特開 昭63−200889(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 5/00 610 C02F 5/00 620 C02F 1/58 C02F 5/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カルシウムおよび炭酸イオンを含有す
    る浸出水などの廃水からのカルシウムのスケーリングを
    防止するカルシウムスケーリング防止方法であって、 前記廃水中のカルシウム濃度、全無機炭素濃度およびp
    Hをモニターし、 モニターしたこれらカルシウム濃度、全無機炭素濃度お
    よびpHとともに、炭酸の第1解離平衡定数、炭酸の第
    2解離平衡定数、および炭酸カルシウムの溶解度積を用
    いて計算することによって カルシウムスケールの生成量
    を予測し、カルシウムスケールの生成量が「正」の値を
    取るときに、スケーリング防止対策として、カルシウム
    除去あるいは無機炭素除去の方法を実施することを特徴
    とするカルシウムスケーリング防止方法。
  2. 【請求項2】 前記スケーリング防止対策として、 前記モニターしたカルシウム濃度および全無機炭素濃度
    から、カルシウム除去に必要な炭酸ナトリウムおよびア
    ルカリ剤の添加量を決定するとともに、 これらの炭酸ナトリウムおよびアルカリ剤を前記廃水に
    添加し、生成したスラッジを分離することを特徴とする
    請求項1記載のカルシウムスケーリング防止方法。
  3. 【請求項3】 前記スケーリング防止対策として、 前記廃水を弱酸性に調整するとともに、ばっ気操作を行
    うことにより、前記無機炭素を除去することを特徴とす
    る請求項1記載のカルシウムスケーリング防止方法。
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KR102420223B1 (ko) 2020-03-26 2022-07-15 한국과학기술연구원 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치
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