JP4918971B2 - 流動床式晶析装置 - Google Patents

Description

本発明は晶析装置に係り、特に被処理水の上向流によって種晶の流動床が形成された流動床式晶析装置に関する。

排水処理の分野では、例えばリン含有水を種晶が充填された晶析槽に通水し、種晶の表面にリン酸カルシウム化合物を晶析させ、リンを除去するようにした晶析処理装置が知られている。この晶析処理装置の型式としては固定床式と流動床式がある。流動床式では粒子状の種晶を充填した晶析槽に被処理水を上向流で循環させて種晶の流動床を形成する。被処理水が流動床を通過する過程で種晶の表面にリン酸カルシウム化合物を晶析させる。

流動床式は懸濁物質による閉塞や偏流の問題が少なく、固定床式に比べて運転管理が容易であり実用的である。特許文献１には流動床式の晶析処理装置を用いて、リン含有水を晶析処理する方法が開示されている。
特許文献１に開示された方法では、リン含有水のリン濃度に対してカルシウム濃度が１０〜１５モル倍となるようにカルシウムを添加し、晶析槽内のｐＨを９〜１１となるようにｐＨ制御する。この方法によればリン濃度が数ｍｇ／Ｌ〜数十ｍｇ／Ｌ程度のリン含有水をＳＶ＝１０〜２０ｈｒ^-１程度の高速処理により、リン濃度１ｍｇ／Ｌ以下の処理水にすることができるとされている。

ところで上記の晶析処理装置を長時間にわたって運転すると、晶析したリン酸カルシウム化合物によって種晶が肥大化し流動性が低下する。したがって、適当なタイミングで肥大化した種晶を晶析槽から抜き出して、新規の種晶に更新する必要がある。抜き出した肥大化種晶は肥料などに有効利用する。
特開２００１−３３４２７４号公報

従来は、晶析槽から種晶を抜き出す場合には、操作員が晶析槽に取付けた覗き窓から流動床の界面を目視で確認し、抜き出しのタイミングを判断していた。しかしながら、このような方法ではバラツキが多く、肥大化した種晶の抜き出し時期が遅いと、種晶の流動性が低下し流動床の運転が不安定になる。また、種晶の抜き出し時期が早すぎると抜き出し操作を必要以上に頻繁に行う結果となり、その分、晶析処理装置としての運転効率が低下する。また、抜き出し操作のタイミングが不規則であると回収した種晶の粒径も不規則となり、肥料などに有効利用する場合に商品価値が低下する。

本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、肥大化した種晶を適正なタイミングで晶析槽から抜き出すことによって、安定運転と運転効率を向上させた流動床式晶析処理装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る流動床式晶析装置は、被処理水の上向流によって種晶の流動床が形成された晶析槽と、該晶析槽の底部に接続された種晶抜き出し管と、該種晶抜き出し管に取付けられた開閉弁と、前記流動床の許容上限界面を検出可能な界面計と、該界面計の検出結果に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御する制御器とを具備したことを特徴とする。前記制御器は前記開閉弁の開放動作の制御に連動させて、前記晶析槽の底部から流入させる被処理水の流量を絞るように循環ポンプを制御する機能を有していることが望ましい。また、前記制御器は前記開閉弁の開放動作の制御に連動させて、前記晶析槽に流入させる被処理水の流量を、晶析処理時の５分の１以上３分の１以下に制御することが望ましい。また、本発明に係る流動床式晶析装置は、前記種晶抜き出し管にエジェクタ配管が接続され、該エジェクタ配管から種晶抜き出し管に向けて圧力流体を吹き出し可能としたことを特徴とする。

本発明の流動床式晶析装置によれば、流動床の界面が許容上限に達した際にこれを界面計によって検出する。制御器が界面計の検出結果に基き種晶抜き出し管に取付けられた開閉弁を開放することによって、種晶を種晶抜き出し管から抜き出す。このため、肥大化した種晶を適正なタイミングで晶析槽から抜き出して、種晶の更新を図ることができる。したがって、安定運転と運転効率を向上させた晶析処理を実現することができる。

種晶の抜き出し操作の際には晶析槽に流入させる被処理水の流量を晶析処理時の数分の１に絞ると、種晶の抜き出しが円滑になる。また、種晶抜き出し管にエジェクタ配管を接続し、種晶抜き出し操作の時間帯に種晶抜き出し管内にエジェクタ水などの圧力流体を吹き出すようにすると、種晶抜き出し管内での種晶の閉塞現象を確実に防ぐことができる。

図１は本発明に係る晶析処理装置の第１実施形態を示す系統図である。リンを含む原水１４はまず、混合調整槽１２に流入する。この混合調整槽１２には晶析槽１０からの循環水１６が流入し、原水１４と循環水１６がこの混合調整槽１２で混合される。混合調整槽１２にはカルシウム化合物１８とｐＨ調整剤２０が添加され、混合調整槽１２から晶析槽１０に向けて供給される被処理水２２の性状が晶析処理に適した状態となるように調整される。

混合調整槽１２で上記の混合と調整がなされた被処理水２２は循環ポンプ２４によって晶析槽１０の底部から当該晶析槽１０に上向流で循環される。晶析槽１０には粒子状の種晶が充填されており、被処理水２２の上向流によって晶析槽１０内に種晶の流動床２６が形成される。種晶としては粒子径が０.５〜２ｍｍ程度のリン酸カルシウム化合物が適しており、例えばリン鉱石、骨炭が好ましく用いられる。又は本発明の実施によって回収した肥大化種晶を加工し、一定の粒径に粒度調整したものを種晶として用いることもできる。

被処理水２２が流動床２６を通過する過程で、被処理水２２は種晶と接触する。すると種晶が核となって種晶の表面にリン酸ヒドロキシアパタイトに代表されるリン酸カルシウム化合物が晶析する。その結果、被処理水２２中のリンが除去される。流動床２６を通過した被処理水２２は晶析槽１０の上部から取り出され、原水１４の流量に見合った量の処理水２８として排出される。残りの被処理水は集水器３０によって集水され循環水１６として混合調整槽１２に循環される。この循環水１６はリン含有水である原水１４を希釈して被処理水２２のリン濃度を引き下げるとともに、流動床２６を形成させるために必要な被処理水２２の上向流速を確保するように機能する。

循環比は原水１４と循環水１６の合計値である被処理水量と原水量との比である（被処理水量）／（原水量）で定義され、この循環比が通常１０〜３０となるように被処理水２２の上向流速や晶析槽１０の内径、流動床２６の層高が選定される。

図１は運転当初における流動床２６の状態を示しており、流動床２６の界面は、被処理水２２を通水しない時の種晶の静置充填高さＬ１に対して１．２〜１．５倍のレベルＬ２にまで膨張している。晶析処理装置を長時間にわたり運転し種晶表面での晶析が継続すると、種晶は晶析したリン酸カルシウム化合物によって次第に肥大化する。この種晶の肥大化によって流動床２６の界面も次第に上昇する。図中、レベルＬ３で示した線は流動床２６の許容上限界面であり、流動床２６の界面がこのレベルＬ３を越えると、種晶の一部が集水器３０に混入したり、処理水２８に同伴して晶析槽１０から溢流する確率が高くなり、運転の不安定を招く。本実施形態ではこの流動床２６の許容上限界面を検出可能な界面計３２が設置されている。界面計３２としては流動床２６の界面を光学的に検知するもの、又は流動床２６を形成している種晶の衝突エネルギを機械的に検知するものなどを用いる。

晶析槽１０の底部には種晶抜き出し管３４の一端が接続しており、この種晶抜き出し管３４に電磁開閉式の開閉弁３６が取付けられている。種晶抜き出し管３４の他端側には傾斜スクリーン３８を備えた種晶回収器４０が配置されている。

上記の構成において、長時間の運転により種晶が肥大化し、流動床２６の界面がレベルＬ３に到達したことを界面計３２が検出すると、その検出信号が制御器５２に送信される。制御器５２は界面計３２からの検出信号に基いて種晶抜き出し管３４の開閉弁３６を開放させる。その結果、晶析槽１０内の被処理水が種晶を同伴して種晶抜き出し管３４から種晶回収器４０の傾斜スクリーン３８上面に排出される。そして、傾斜スクリーン３８によって被処理水と種晶が分離され、分離水４２は管路４４からポンプ４６によって混合調整槽１２に戻され、種晶４８は回収箱５０内に回収される。

なお、上記種晶の抜き出し操作を円滑に行うためには種晶が流動していることが大切である。このため、抜き出し操作の間も被処理水２２の晶析槽１０内への供給を継続させる。ただし、被処理水２２の流量が通常の晶析処理時と同レベルであると種晶抜き出し管３４近傍の種晶が被処理水２２の水流によって弾き飛ばされ、種晶の抜き出しが却って不十分になる。このため、制御器５２では開閉弁３６の開放動作に連動させて、晶析槽１０に流入させる被処理水２２の流量を晶析処理時の数分の１（好ましくは３〜５分の１）に絞るように例えば循環ポンプ２４をインバータ制御によって制御することが特に望ましい。この被処理水２２の流量の絞り込みによって、種晶の混合割合が比較的高い効率的な種晶の抜き出し操作を実現することができる。

種晶の抜き出し操作によって、流動床２６の界面が次第に低下する。流動床２６の界面がＬ１以下のレベルにまで低下した時点で、制御器５２は開閉弁３６を閉止させるとともに、晶析槽１０に流入させる被処理水２２の流量を晶析処理時に戻す。次に図示しない手段によって新規の種晶を晶析槽１０内に補充し、流動床２６の界面をレベルＬ２に復帰させることによって一連の種晶の更新操作が完了する。

上述のとおり、本実施形態の流動床式晶析装置によれば、流動床の界面が許容上限に達した際にこれを界面計３２によって検出し、種晶抜き出し管３４に取付けられた開閉弁３６を開放するとともに、晶析槽１０に流入させる被処理水２２の流量を晶析処理時の数分の１に絞って、種晶を種晶抜き出し管３４から円滑に抜き出すことができる。このため、肥大化した種晶を適正なタイミングで晶析槽１０から抜き出して、種晶の更新を図ることができる。したがって、安定運転と運転効率を向上させた晶析処理を実現することができる。

なお、本実施形態の晶析装置は、原水１４中のリンを晶析処理によって除去する場合の装置として説明した。しかしながら、本発明に係る流動床式晶析装置はこのような装置に限らず、例えばフッ素を含む被処理水中を晶析処理し、フッ素をリン酸フルオロアパタイトとして除去するための晶析装置にも適用することができる。

図２は本発明に係る晶析処理装置の第２実施形態を示す系統図である。図２において図１と同一の符号を付した要素は第１実施形態で説明したものと同一の要素であり、説明を省略する。この第２実施形態では界面計３２Ａは流動床２６の界面を任意のレベルで検出可能な機能を有している。この界面計３２Ａの検出信号は制御器５２Ａに送信され、制御器５２Ａでは界面計３２Ａの検出結果に基いて種晶の更新操作のすべてをシ−ケンシャルに自動制御する。

すなわち、流動床２６の界面がレベルＬ３に達すると、開閉弁３６を開放するとともに循環ポンプ２４による回転数をインバータ制御して被処理水２２の流量を絞り、種晶の抜き出し操作を開始させる。種晶の抜き出し操作によって流動床２６の界面がレベルＬ４にまで低下すると、制御器５２Ａは種晶の抜き出し操作を停止させ、新規種晶の補充操作に切り替える。新規種晶の補充によって流動床２６の界面がレベルＬ２にまで上昇すると新規種晶の補充を停止し、通常の晶析処理運転に復帰させる。

また、この第２実施形態の晶析処理装置では、種晶抜き出し管３４にエジェクタ配管５８が接続されている。このエジェクタ配管５８は処理水２８を貯留した処理水貯槽５４内の水を種晶抜き出し管３４内に高速で吹き出すための配管であり、吹き出しポンプ５６と開閉弁６０とを備えている。制御器５２Ａでは種晶の抜き出し操作の時間帯に吹き出しポンプ５６と開閉弁６０を作動させ、種晶抜き出し管３４内に間欠的又は連続的にを吹き出させる。その結果、種晶抜き出し管３４内での種晶の閉塞現象を確実に防ぐことができる。なお、エジェクタ配管５８から種晶抜き出し管３４内に吹き出す流体は水に限定されず、例えば圧縮空気であってもよい。

本発明に係る晶析処理装置の第１実施形態を示す系統図である。 本発明に係る晶析処理装置の第２実施形態を示す系統図である。

符号の説明

１０………晶析槽、１２………混合調整槽、１４………原水、１６………循環水、１８………カルシウム化合物、２０………ｐＨ調整剤、２２………被処理水、２４………循環ポンプ、２６………流動床、２８………処理水、３０………集水器、３２，３２Ａ………界面計、３４………種晶抜き出し管、３６………開閉弁、３８………傾斜スクリーン、４０………種晶回収器、４２………分離水、４４………管路、４６………ポンプ、４８………種晶、５０………回収箱、５２，５２Ａ………制御器、５４………処理水貯槽、５６………吹き出しポンプ、５８………エジェクタ配管、６０………開閉弁。

Claims (3)

1. 被処理水の上向流によって種晶の流動床が形成された晶析槽と、該晶析槽の底部に接続された種晶抜き出し管と、該種晶抜き出し管に取付けられた開閉弁と、前記流動床の許容上限界面を検出可能な界面計と、該界面計の検出結果に応じて前記開閉弁の開閉動作を制御する制御器とを具備し、
   前記制御器は前記開閉弁の開放動作の制御に連動させて、前記晶析槽の底部から流入させる被処理水の流量を絞るように循環ポンプを制御する機能を有していることを特徴とする流動床式晶析装置。
2. 前記制御器は前記開閉弁の開放動作の制御に連動させて、前記晶析槽に流入させる被処理水の流量を、晶析処理時の５分の１以上３分の１以下に制御することを特徴とする請求項１に記載の流動床式晶析装置。
3. 前記種晶抜き出し管にはエジェクタ配管が接続され、該エジェクタ配管から種晶抜き出し管に向けて圧力流体を吹き出し可能としたことを特徴とする請求項１に記載の流動床式晶析装置。

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