JP3941006B2

JP3941006B2 - シリカ除去装置及びシリカ含有水の処理方法

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Publication number: JP3941006B2
Application number: JP2003033818A
Authority: JP
Inventors: 知夫加藤; 晶飯村
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004243174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカ除去装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力を完全に使いきり、多孔質シリカ除去剤の使用量を節減し、産業廃棄物の発生量を低減することができるシリカ除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却水系、ボイラ水系、逆浸透膜濃縮水系などの水と接触する伝熱面や配管内では、シリカスケールによる障害が発生する。開放循環冷却水系においては、冷却水の一部が冷却塔で蒸発するために水中のスケール成分が濃縮され、飽和濃度を超えるとスケール障害が発生する。濃縮されて高濃度になったカルシウム成分やマグネシウム成分に対しては、種晶の種類を変えた晶析法を適用することができ、スケール化を防止する優れた高分子分散剤も開発されている。しかし、過飽和になった高濃度シリカ成分に対しては十分に有効なスケール防止剤がなく、シリカ濃度が高い原水を使用する冷却水系では濃縮倍数を高くすることができないという問題があった。
逆浸透膜装置を用いて脱塩水を製造する場合、逆浸透膜を透過しないで溶解塩類を高濃度に含む濃縮水は、原水槽に一部が戻されて新たな原水と混合され、再び逆浸透膜装置に送られることが多い。この濃縮水ループでは、溶解塩類が濃縮されて高濃度になり、飽和濃度を超えるとスケール障害を発生させ、逆浸透膜のフラックス低下を招く。シリカ成分が高濃度に濃縮された場合でも十分に性能を発揮し得るシリカスケール防止剤がないので、従来は濃縮水系においてシリカスケールが発生しない程度に濃縮水の一部を排出し、濃縮倍数を制御していた。このために、原水に対する脱塩水の回収率が悪いという問題があった。
このために、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどのシリカスケールに対する有効な防止策が求められている。本発明者らは、簡単な装置を用いて、シリカ含有水より効果的にシリカを除去し、冷却水系やボイラ水系などのシリカスケール発生を防止することができるシリカ除去装置として、シリカ含有水の流入口と処理水の流出口を有し、シリカゲル粒子が充填されたカラムを備えたシリカ除去装置を提案した（特許文献１）。この装置を用いることにより、シリカ含有水中のシリカをシリカゲル粒子の表面に吸着又は重合させて、水中のシリカ濃度を低下させ、効果的にシリカスケールの発生を防止することが可能となったが、多孔質シリカ除去剤が水中のシリカを除去するにしたがい、シリカ除去速度が漸次低下するために、シリカ除去能力がまだ残存していても多孔質シリカ除去剤を新品に入れ替えなければならず、そのためにランニングコストが嵩む。また、使用済み多孔質シリカ除去剤を産業廃棄物とする場合は、廃棄物量が多くなる。
このために、シリカ除去能力を有する多孔質シリカ除去剤の能力を完全に使いきり、多孔質シリカ除去剤の使用量を節減し、産業廃棄物の発生量を低減することができるシリカ除去装置が求められていた。
【特許文献１】
特開２００１−１４９９５２号公報（第２頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力を完全に使いきり、多孔質シリカ除去剤の使用量を節減し、産業廃棄物の発生量を低減することができるシリカ除去装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムを多段に設置してシリカ含有水を通水し、最前段のカラムのシリカ除去能力が使い尽くされたとき、そのカラムを系から外すことにより、あるいは、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの通水方向を切り替え変え可能とし、シリカ含有水を上向流と下向流に切り替えながらカラムに通水することにより、多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力を完全に使い尽くすことが可能となることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムが直列多段に設置されたものであって、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に除去剤流出を防止するための手段と、上向流と下向流を切り替え可能にする手段とを有することを特徴とするシリカ含有水のシリカ除去装置、
（２）シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に除去剤流出を防止するための手段と、上向流と下向流を切り替え可能にする手段とを有するものであって、カラム間差圧が所定値以上になった場合、或いは、所定時間毎に、上向流と下向流とを切り替えるよう制御することができる手段をさらに有することを特徴とするシリカ含有水のシリカ除去装置、及び、
（３）第１項又は第２項記載のシリカ除去装置を用いたシリカ除去方法であって、カラム間差圧が所定値以上になった場合、或いは、所定時間毎に上向流と下向流とを切り替えることを特徴とするシリカ含有水の処理方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のシリカ除去装置の第一の態様は、シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムが直列多段に設置されたものであるシリカ含有水のシリカ除去装置である。本発明のシリカ除去装置の第二の態様は、シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に除去剤流出を防止するための手段を有し、上向流と下向流を切り替え可能にしたものであるシリカ含有水のシリカ除去装置である。本発明のシリカ除去装置は、シリカ除去手段の前に、さらに被処理水のｐＨを７〜９に調整する手段を有することが好ましい。本発明のシリカ除去装置は、多孔質シリカ除去剤が、中性又は酸性の水に浸漬後カラムに充填されたものであることが好ましい。
【０００６】
図１は、本発明装置の一態様の工程系統図である。本態様の装置は、多孔質シリカ除去剤を充填したカラム１、カラム２及びカラム３、図に示される配管、バルブａ₁、ａ₂、ａ₃、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｃ₁、ｃ₂及びｃ₃を有する。バルブａ₁、ｂ₁及びｃ₂を開にし、その他のバルブを閉にして、ポンプ４によりシリカ含有水を供給すると、カラム１からカラム２にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られ、カラム３は待機の状態になる。カラム１がシリカの除去により飽和し、カラム１の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブａ₂、ｂ₂及びｃ₃を開にし、その他のバルブを閉にすると、カラム２からカラム３にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られる。カラム２とカラム３に通水する間に、カラム１の多孔質シリカ除去剤を新品と交換して、カラム１を待機させることができる。カラム２がシリカの除去により飽和し、カラム２の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブａ₃、ｂ₃及びｃ₁を開にして、その他のバルブを閉にすると、カラム３からカラム１にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られる。カラム３がシリカの除去により飽和し、カラム３の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブａ₁、ｂ₁及びｃ₂を開にし、その他のバルブを閉にして、カラム１からカラム２にシリカ含有水が上向流で通水される最初の状態に戻る。
【０００７】
本発明装置の第一の態様によれば、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムを多段に設置し、最前段のカラムの多孔質シリカ除去剤がシリカの除去により飽和し、除去能力がなくなるまで使い切ることができるので、処理水の単位量あたりの多孔質シリカ除去剤の使用量を節減することができる。また、いわゆるメリーゴーラウンド方式により、シリカの除去により飽和した最前段のカラムを通水系から外し、最初の２段目のカラムを最前段のカラムに繰り上げて通水を継続し、その間に、最初の最前段のカラムの多孔質シリカ除去剤を新品と交換して待機させることができるので、シリカ含有水のシリカ除去処理を中断することなく継続することができる。その結果、多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力を最大限に利用して処理コストを低減し、多孔質シリカ除去剤の交換頻度を少なくして作業効率を向上するとともに、安定したシリカ除去性能を維持することができる。多孔質シリカ除去剤の交換時期は、最前段のカラム出口のシリカ濃度を測定して、シリカ除去性能の低下により判断することができるが、一定の通水量を処理したのちに多孔質シリカ除去剤を交換することもできる。
【０００８】
本実施の形態ではカラム内を上向流でシリカ含有水は通水する構成としたが、下向流で通水するようにしてもよい。また、固定床、流動床のいずれの方法を用いることも可能である。流動床を採用した場合には、濁質などによる目詰まりを抑制することが可能である。固定床を採用した場合には、流動床方式に比較して通水速度を大きくとることが可能であり、また、装置を小型化し得る利点がある。
また、カラムの後段に固液分離手段を設け、更に固液分離手段によって分離された固形分をカラムに戻すように配管を設ければ、カラムから流出する微小な多孔質シリカ除去剤を回収してカラムに戻すことが可能となる。このような構成とすることで、流動床方式を採用した場合においても、通水速度をある程度は速くすることが可能となるため、装置を小型化することが可能となる。固液分離手段としてサイクロンセパレーターを用いれば装置を更に小型化することが可能となる。
【０００９】
図２は、本発明装置の他の態様の工程系統図である。本態様の装置は、多孔質シリカ除去剤を充填したカラム５、図に示される配管、バルブｄ₁、ｄ₂、ｅ₁及びｅ₂、圧力計６及び圧力計７を有する。カラムの上部と下部には、除去剤流出防止網８及び９が備えられている。バルブｄ₁とｄ₂を開にし、バルブｅ₁とｅ₂を閉にし、ポンプ１０でシリカ含有水を供給することにより、カラムに上向流で通水することができる。また、バルブｄ₁とｄ₂を閉に、バルブｅ₁とｅ₂を開に切り替えることにより、通水方向を上向流から下向流に切り替えることができる。
本態様の装置において、通水方向を切り替える時期に特に制限はないが、圧力計６及び圧力計７で測定したカラム間差圧が所定の値に達したとき、自動的に通水方向を切り替えることが好ましい。工場などで発生するシリカ含有水には、シリカの他に懸濁物質などが含まれる場合が多い。このようなシリカ含有水を一方向のみに通水しつづけると、カラムの水供給側に懸濁物質が蓄積し、圧力損失が大きくなる。本発明装置の第二の態様によれば、通水方向を切り替えて多孔質シリカ除去剤を充填したカラムにシリカ含有水を通水し、懸濁物質の蓄積を防いで、一定の流量で安定して長時間通水することが可能になる。多孔質シリカ除去剤を充填したカラムには、上部と下部に除去剤流出を防止するための手段が設けられているので、水流にともなって多孔質シリカ除去剤が流出するおそれはない。
【００１０】
多孔質シリカ除去剤を充填したカラムに、シリカ含有水を一方向のみから通水すると、シリカ含有水の供給側の多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力が先に低下し、処理水の流出側の多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力は低下の程度が少ない。通水方向を切り替えることにより、シリカ除去能力が大きく残存している処理水の流出側の多孔質シリカ除去剤を、シリカ含有水の供給側になるように切り替えて、効率的にシリカを除去することができる。通水方向の切り替えは、カラム間差圧により制御する外に、所定時間にタイマーで制御して切り替えることもできる。
本発明装置においては、必要に応じて、その前段に懸濁物質除去手段を設けることができる。処理すべきシリカ含有水が懸濁物質を含有すると、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムが、懸濁物質によって目詣まりを生じ、処理水量が減少するおそれがある。懸濁物質除去手段を設けて、あらかじめシリカ含有水中の懸濁物質を除去することにより、カラムの目詰まりを防止することができる。懸濁物質除去手段に特に制限はないが、ろ過装置は小型化し得るので、好適に用いることができる。
【００１１】
図３は、本発明装置の他の態様の工程系統図である。本態様の装置は、多孔質シリカ除去剤を充填したカラム１、カラム２及びカラム３、図に示される配管、バルブｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄、ｆ₅、ｆ₆、ｇ₁、ｇ₂、ｇ₃、ｇ₄、ｇ₅、ｇ₆、ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃、ｈ₄、ｈ₅及びｈ₆を有する。バルブｆ₁、ｈ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄、ｇ₅、ｆ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にして、ポンプ４によりシリカ含有水を供給すると、カラム１からカラム２にシリカ含有水が下向流で通水されて処理水が得られ、カラム３は待機の状態になる。カラム１がシリカの除去により飽和し、カラム１の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｆ₁、ｇ₂、ｆ₃、ｆ₄、ｆ₅、ｈ₂、ｆ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にすると、カラム２からカラム３にシリカ含有水が下向流で通水されて処理水が得られる。カラム２とカラム３に通水する間に、カラム１の多孔質シリカ除去剤を新品と交換して、カラム１を待機させることができる。カラム２がシリカの除去により飽和し、カラム２の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｆ₁、ｇ₂、ｆ₃、ｇ₄、ｆ₅、ｈ₂、ｈ₃、ｈ₄及びｈ₅を開にして、その他のバルブを閉にすると、カラム３からカラム１にシリカ含有水が下向流で通水されて処理水が得られる。カラム３がシリカの除去により飽和し、カラム３の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｆ₁、ｈ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄、ｇ₅、ｆ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にして、カラム１からカラム２にシリカ含有水が上向流で通水される最初の状態に戻る。
【００１２】
バルブｇ₁、ｈ₁、ｇ₂、ｇ₃、ｇ₄、ｆ₅、ｇ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にして、ポンプ４によりシリカ含有水を供給すると、カラム１からカラム２にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られ、カラム３は待機の状態になる。カラム１がシリカの除去により飽和し、カラム１の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｆ₁、ｇ₂、ｇ₃、ｇ₄、ｇ₅、ｈ₂、ｇ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にすると、カラム２からカラム３にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られる。カラム２とカラム３に通水する間に、カラム１の多孔質シリカ除去剤を新品と交換して、カラム１を待機させることができる。カラム２がシリカの除去により飽和し、カラム２の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｆ₁、ｇ₂、ｆ₃、ｇ₄、ｇ₅、ｈ₂、ｇ₆、ｈ₄及びｈ₆を開にして、その他のバルブを閉にすると、カラム３からカラム１にシリカ含有水が上向流で通水されて処理水が得られる。カラム３がシリカの除去により飽和し、カラム３の流出水のシリカ濃度が供給されるシリカ含有水のシリカ濃度と等しくなったとき、バルブｇ₁、ｈ₁、ｇ₂、ｇ₃、ｇ₄、ｆ₅、ｇ₆及びｈ₅を開にし、その他のバルブを閉にして、カラム１からカラム２にシリカ含有水が上向流で通水される最初の状態に戻る。
なお、本態様の装置は、シリカ含有水供給側の配管及び処理水流出側の配管に圧力計を設け、これら圧力計の差圧が所定の値に達したとき、多段のカラムに供給するシリカ含有水の通水方向を切り替えるようにしてもよい。
【００１３】
本発明装置に用いる多孔質シリカ除去剤に特に制限はなく、例えば、シリカゲル、珪藻土、火山岩質ガラスなどを挙げることができる。シリカゲルとしては、天然シリカゲル、合成シリカゲルのいずれをも用いることができ、また、組成式ＳｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏで表されるシリカゲルの外に、Ａｌ₂Ｏ₃を含有するシリカアルミナ質ゲルや、ホワイトカーボンと呼ばれる無水ケイ酸、含水ケイ酸なども用いることができる。また、化学修飾されていない通常のシリカゲルの外に、メチル基、ブチル基、オクチル基、オクタデシル基、フェニル基などの炭化水素基で化学修飾されたシリカゲル、アミノ基、アミノプロピル基、第四級アンモニウム基、スルホン酸基などで化学修飾されたシリカゲルなども用いることができる。合成シリカゲルは、ケイ酸ナトリウムの水溶液を無機酸により中和し、析出した沈殿を水洗、乾燥することにより得ることができるが、乾燥用やクロマトグラフ用として市販されているシリカゲルを用いることもできる。シリカゲルの空隙率は、通常４０〜６０容量％である。珪藻土としては、例えば、天然に産したままの未精製品、天然の珪藻土を焼成した焼成品、天然の珪藻土を希塩酸で処理したのち、水洗、乾燥した精製品などを挙げることができる。珪藻土は、ＳｉＯ₂含有量８５〜９５重量％、空隙率８０〜８５容量％の多孔質である。火山岩質ガラスとしては、例えば、真珠岩、黒曜岩、松脂岩、流紋岩、ネバダ岩、リソイダイトなどのガラス質のアルミノケイ酸塩を挙げることができる。火山岩質ガラスは、ＳｉＯ₂含有量７０〜７６重量％である。
【００１４】
本発明装置に用いる多孔質シリカ除去剤の形状に特に制限はないが、破砕型又は球状に成形された除去剤を好適に用いることができる。破砕型の除去剤は、例えば、火山岩質ガラスを破砕することにより得ることができる。球状に成形された除去剤は、例えば、シリカゲルの製造工程中に球状に成形することができ、あるいは、珪藻土を球状に成形することができる。
本発明装置に用いる多孔質シリカ除去剤の平均粒径は、０.１〜０.５ｍｍであることが好ましく、０.１５〜０.４ｍｍであることがより好ましい。球状でない除去剤の粒径は、同一体積を有する球状の除去剤の粒径として求める。除去剤の平均粒径が０.１〜０.５ｍｍであると、流動床式上向流カラムにおいては、沈降速度が適当に大きく、良好なシリカ除去性能を有するので、通水速度を大きくして、装置を小型化することができる。また、除去剤の平均粒径が０.１〜０.５ｍｍであると、固定床式カラムにおいては、ろ過抵抗が小さく、良好なシリカ除去性能を有するので、通水速度を大きくして、装置を小型化することができる。固定床式カラムにおいて、球状の除去剤を使用すると、ろ過抵抗が小さいのでより好ましい。更に、多孔質シリカ除去剤の平均粒径が０.５ｍｍを超えると、除去剤中心部付近に細孔を残したまま表面近傍の細孔が閉塞することがあり、コストパフォーマンスが著しく低下する。
本発明装置において、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に設ける除去剤流出を防止するための手段に特に制限はなく、例えば、多孔質シリカ除去剤の最小粒径より小さい目開きを有する金属製の網や、合成樹脂製の網などを挙げることができる。
【００１５】
本発明装置は、被処理水のｐＨを７〜９に調整する手段を有することが好ましい。被処理水中のシリカは、ｐＨが７〜９のときに多孔質シリカ除去剤により効果的に除去される。したがって、処理すべきシリカ含有水のｐＨが７〜９の範囲を外れている場合は、ｐＨ調整手段を用いて多孔質シリカ除去剤を充填したカラムへ供給する被処理水のｐＨを７〜９に調整することが好ましい。被処理水のｐＨが７未満であると、多孔質シリカ除去剤の表面の解離が小さくなり、シリカの除去力が低下するおそれがある。被処理水のｐＨが９を超えると、シリカの浴解度が増大し、多孔質シリカ除去剤によって除去し得るシリカの量が減少する。
本発明装置においては、多孔質シリカ除去剤を、中性又は酸性の水に浸漬したのち、カラムに充填することが好ましい。中性又は酸性の水のｐＨは、１〜７であることが好ましく、２〜５であることがより好ましい。乾燥状態で多孔質シリカ除去剤をカラムに充填したのち通水すると、充填作業の際に粉塵が発生する、通水直後に水和熱で温度が上昇する、多孔質シリカ除去剤の細孔内の気泡が抜けるのに時間がかかり、充填直後のシリカ除去率が低いなどの問題が生ずる。多孔質シリカ除去剤を水に浸漬したのちカラムに充填することにより、これらの問題が解消される。また、多孔質シリカ除去剤を酸性の水に浸漬したのちカラムに充填すると、表面の変質、劣化を抑えることができる等の理由により、高いシリカ除去率が得られる。
【００１６】
本発明のシリカ除去装置を冷却水系に適用し、サイドストリーム処理装置として設置すると、シリカスケールの発生なしに冷却水系の濃縮倍数を高めることができる。多くの冷却水系では、冷却水のｐＨは８.５〜９に調整されているので、シリカ除去手段の前にｐＨ調整手段を設ける必要はない。しかし、冷却水が懸濁物質を含む場合が多いので、冷却水のサイドフィルターを兼ねて懸濁物質除去手段を設置することが好ましい。また、既にサイドフィルターが設置されている冷却水系においては、サイドフィルターの後段に本発明のシリカ除去装置を設置することが好ましい。
本発明のシリカ除去装置は、逆浸透膜装置濃縮水系において、濃縮水ループの途中に設置することにより、シリカスケールの発生とシリカによるフラックス低下を防止しつつ、透過水の回収率を高めることができる。逆浸透膜装置には、前処理装置として既にろ過装置が設置されている場合が多いので、本発明装置の前段に懸濁物質除去手段を新たに設置する必要が生ずることは少ない。逆浸透膜濃縮水のｐＨは必ずしも７〜９の範囲にはないので、そのような場合にはシリカ除去装置の前段にｐＨ調整手段を設けることが好ましい。
本発明のシリカ回収装置で使用し、シリカ除去能力を失った使用済みの多孔質シリカ除去剤は、量がまとまらず、使用場所が分散していて収集しにくいことから、通常は産業廃棄物として処分されるが、回収して再資源化することもできる。
【００１７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
多段カラムを用いて、シリカ含有水の処理を行った。
内径３４０ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒状カラム３本Ａ、Ｂ及びＣをこの順に直列に設置し、平均粒径１５０μｍのＢ型球形シリカゲル［洞海化学工業(株)］を各カラムに２０ｋｇずつ充填した。最初はカラムＣには通水せずに待機状態とし、前段のカラムＡから後段のカラムＢにｐＨ８.９、シリカ濃度２００ｍｇSiO₂／Ｌの実機冷却水を、最大圧力０.２ＭＰａ、流量１０Ｌ／ｍｉｎで通水した。通水開始から１０日毎にカラムＡとカラムＢの出口のシリカ濃度を分析した。カラムＡの出口のシリカ濃度は、通水開始時と１０日後は１５０ｍｇSiO₂／Ｌ、２０日後は１７０ｍｇSiO₂／Ｌ、３０日後は２００ｍｇSiO₂／Ｌであった。カラムＢの出口のシリカ濃度は、通水開始時から３０日後まで、一貫して１５０ｍｇSiO₂／Ｌであった。
３０日後に前段のカラムＡの出口のシリカ濃度が２００ｍｇSiO₂／Ｌ、すなわちカラムＡによってシリカが除去されなくなったので、カラムＢを前段のカラムとし、待機していたカラムＣを後段のカラムとしてシリカ含有水の通水を継続した。カラムＡは停止状態にして、その間にシリカゲルを新品に交換し、待機状態とした。
６０日後に前段のカラムＢの出口のシリカ濃度が２００ｍｇSiO₂／Ｌ、すなわちカラムＢによってシリカが除去されなくなったので、カラムＣを前段のカラムとし、待機していたカラムＡを後段のカラムとしてシリカ含有水の通水を継続した。カラムＢは停止状態にして、その間にシリカゲルを新品に交換し、待機状態とした。９０日後に前段のカラムＣの出口のシリカ濃度が２００ｍｇSiO₂／Ｌ、すなわちカラムＣによってシリカが除去されなくなった
比較例１
実施例１と同じ内径３４０ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒状カラム１本に、平均粒径１５０μｍのＢ型球形シリカゲル［洞海化学工業(株)］２０ｋｇを充填した。このカラムに、実施例１と同じｐＨ８.９、シリカ濃度２００ｍｇSiO₂／Ｌの実機冷却水を、最大圧力０.２ＭＰａ、流量１０Ｌ／ｍｉｎで通水し、通水開始から１０日毎にカラムの出口のシリカ濃度を分析した。カラムの出口のシリカ濃度は、通水開始時と１０日後は１５０ｍｇSiO₂／Ｌであったが、２０日後に１７０ｍｇSiO₂／Ｌになったので、通水を停止してカラム内のシリカゲルを交換した。
実施例１及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
実施例１においては、シリカゲル２０ｋｇについてシリカ含有水４３２ｍ³（３０日間）を処理し、処理を中断することなく、安定してシリカ濃度１５０ｍｇSiO₂／Ｌの処理水が得られる。これに対して、シリカゲルを充填したカラム１本のみを用いた比較例１では、シリカゲル２０ｋｇについてのシリカ含有水の処理量は２８８ｍ³（２０日間）であり、処理を中断してシリカゲルを交換する操作が必要であり、処理水のシリカ濃度も１７０ｍｇSiO₂／Ｌまで上昇する。
実施例２
上向流と下向流に通水方向を自動反転しつつ、シリカ含有水の処理を行った。内径４００ｍｍ、高さ７００ｍｍの円筒状カラムの両端に目開き１００μｍの樹脂製網を設置して充填物が流出しないようにし、平均粒径１５０μｍのＢ型球形シリカゲル［洞海化学工業(株)］４０ｋｇを充填した。シリカゲルは、両端の樹脂製網の間に充填されているので、通水方向を上向流にしてもシリカゲルが流動することはない。この固定床式シリカゲル充填カラムに差圧計を取り付け、カラム入口と出口の差庄が０.１ＭＰａを超える毎に自動弁を作動させ、通水方向を逆転させた。供給するシリカ含有水は、ｐＨ８.９、シリカ濃度２００ｍｇSiO₂／Ｌの実機冷却水であり、流量は１０Ｌ／ｍｉｎとした。
カラム出口のシリカ濃度は、通水開始直後と１０日後は１４５ｍｇSiO₂／Ｌ、２０日後と３０日後は１５５ｍｇSiO₂／Ｌであった。
比較例２
実施例２と同じシリカゲル４０ｋｇを充填したカラムに、差圧計をつけることなく、実施例２と同じシリカ含有水を通水方向を反転させない下向流で、最高圧力０.２ＭＰａ、流量１０Ｌ／ｍｉｎで通水した。最高圧力０.２ＭＰａを保つと、１３日後から通水量が減少しはじめ、２０日後の通水量７Ｌ／ｍｉｎ、３０日後の通水量２Ｌ／ｍｉｎとなった。カラム出口のシリカ濃度は、通水開始直後と１０日後が１４５ｍｇSiO₂／Ｌ、２０日後が１５０ｍｇSiO₂／Ｌ、３０日後が１５５ｍｇSiO₂／Ｌであった。
実施例２及び比較例２の結果を、第２表に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
シリカゲル充填カラムの差圧を検出して通水方向を反転させながら通水した実施例２では、３０日の通水期間を通じて１０Ｌ／ｍｉｎの通水が可能であり、カラム出口のシリカ濃度もほぼ安定している。これに対して、下向流のみで通水した比較例２では、圧損のために通水量が減少し、３０日後には２Ｌ／ｍｉｎまで低下している。
実施例３
内径１,０００ｍｍ、高さ１,０００ｍｍのカラムに、シリカゲル［富士シリシア化学(株)、フジシリカゲルＩＤ破砕品、４０メッシュ通過］７５０Ｌを充填した。このシリカゲル充填カラムに、シリカ濃度２００ｍｇSiO₂／Ｌのシリカ含有水を通水して、シリカ除去処理を行った。なお、シリカ含有水は、水道水にケイ酸３号をシリカ濃度５０ｍｇSiO₂／Ｌとなるように添加した原水を、活性炭、脱炭酸及び軟化処理した後、ｐＨ１０に調整して、逆浸透膜装置によって約４倍に濃縮した逆浸透膜濃縮水を使用した。
逆浸透膜装置から流出するシリカ濃度２００ｍｇSiO₂／Ｌの逆浸透膜濃縮水１.５ｍ³／ｈに塩酸を添加してｐＨ７に調整し、上記のシリカゲル充填カラムにＳＶ２ｈ^-1で通水した。カラム出口のシリカ濃度は１００ｍｇSiO₂／Ｌであり、シリカ除去率は５０％であった。
実施例４
逆浸透膜濃縮水に塩酸を添加して、ｐＨ９に調整して、シリカゲル充填カラムに通水した以外は、実施例３と同様にして、処理を行った。カラム出口のシリカ濃度は１５０ｍｇSiO₂／Ｌであり、シリカ除去率は２５％であった。
比較例３
逆浸透膜濃縮水に塩酸を添加して、ｐＨ６に調整して、シリカゲル充填カラムに通水した以外は、実施例３と同様にして、処理を行った。カラム出口のシリカ濃度は２００ｍｇSiO₂／Ｌであり、シリカは全く除去されていなかった。
比較例４
逆浸透膜濃縮水に塩酸を添加して、ｐＨ１０に調整して、シリカゲル充填カラムに通水した以外は、実施例３と同様にして、処理を行った。カラム出口のシリカ濃度は２００ｍｇSiO₂／Ｌであり、シリカは全く除去されていなかった。
実施例３〜４及び比較例３〜４の結果を、第３表に示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
逆浸透膜濃縮水のｐＨを７又は９に調整した実施例３と実施例４では、シリカが除去率５０％と２５％で除去されているのに対して、逆浸透膜濃縮水のｐＨを６又は１０に調整した比較例３と比較例４では、シリカは全く除去されていない。この結果から、被処理水のｐＨが７〜９の範囲にない場合は、ｐＨ調整手段を設けて、被処理水のｐＨを７〜９に調整する必要があることが分かる。
実施例５
内径３０ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒状カラムに、純水に２４時間浸漬したシリカゲル［富士シリシア化学(株)、フジシリカゲルＩＤ破砕品、４０メッシュ通過］１５０ｍＬを充填した。
このシリカゲル充填カラムに、シリカ２００ｍｇSiO₂／Ｌを含有するｐＨ８.７の合成水３Ｌ／ｈを下向流で通水し、通水開始６０分後に、カラム出口のシリカ濃度、カラムの入口温度及び出口温度を測定した。
カラム出口のシリカ濃度は１３５ｍｇSiO₂／Ｌ、シリカ除去率は３３％であり、カラムの入口温度と出口温度はともに２５℃であった。
実施例６
純水に２４時間浸漬したシリカゲルの代わりに、ｐＨ２の希塩酸に２４時間浸漬したシリカゲルを充填した以外は、実施例５と同様にして、通水試験を行った。
通水開始６０分後のカラム出口のシリカ濃度は１２３ｍｇSiO₂／Ｌ、シリカ除去率は３９％であり、カラムの入口温度と出口温度はともに２５℃であった。
比較例５
純水に２４時間浸漬したシリカゲルの代わりに、乾燥状態のシリカゲルを充填した以外は、実施例５と同様にして、通水試験を行った。
通水開始６０分後のカラム出口のシリカ濃度は１６１ｍｇSiO₂／Ｌ、シリカ除去率は２０％であり、カラムの入口温度は２５℃、出口温度は３４℃であった。
実施例５〜６及び比較例５の結果を、第４表に示す。
【００２４】
【表４】

【００２５】
シリカ除去率は、シリカゲルを希塩酸に浸漬してカラムに充填した実施例６が最も高く、シリカゲルを純水に浸漬してカラムに充填した実施例５がこれに次いでいる。乾燥状態のシリカゲルをカラムに充填した比較例５は、シリカ除去率が低く、通水開始６０分後においても発熱を生じている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のシリカ除去装置によれば、簡単な装置を用いてシリカ含有水から効果的にシリカを除去し、冷却水系やボイラ水系などにおけるスケールの発生を防止し、かつ、多孔質シリカ除去剤のシリカ除去能力を完全に使いきり、多孔質シリカ除去剤の使用量を節減し、産業廃棄物の発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置の一態様の工程系統図である。
【図２】図２は、本発明装置の他の態様の工程系統図である。
【図３】図３は、本発明装置の他の態様の工程系統図である。
【符号の説明】
１カラム
２カラム
３カラム
４ポンプ
５カラム
６圧力計
７圧力計
８除去剤流出防止網
９除去剤流出防止網
１０ポンプ

Claims

シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムが直列多段に設置されたものであって、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に除去剤流出を防止するための手段と、上向流と下向流を切り替え可能にする手段とを有することを特徴とするシリカ含有水のシリカ除去装置。
シリカ除去手段が、多孔質シリカ除去剤を充填したカラムの上部と下部に除去剤流出を防止するための手段と、上向流と下向流を切り替え可能にする手段とを有するものであって、カラム間差圧が所定値以上になった場合、或いは、所定時間毎に、上向流と下向流とを切り替えるよう制御することができる手段をさらに有することを特徴とするシリカ含有水のシリカ除去装置。
請求項１又は２記載のシリカ除去装置を用いたシリカ除去方法であって、カラム間差圧が所定値以上になった場合、或いは、所定時間毎に上向流と下向流とを切り替えることを特徴とするシリカ含有水の処理方法。