JP5899101B2

JP5899101B2 - アルカリ水の中和処理装置

Info

Publication number: JP5899101B2
Application number: JP2012234686A
Authority: JP
Inventors: 隆博新名
Original assignee: 新光産業株式会社
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: JP2014083502A

Description

本発明は、建設現場等で発生する苛性ソーダや水酸化カルシウムを含むアルカリ排水（以下、単にアルカリ水ともいう）を炭酸ガスで中和するアルカリ水の中和処理装置に関する。

トンネル掘削切土工事、建設工事、道路工事（コンクリートの切断現場を含む）等で発生する排水や工場からの排水にアルカリ成分が含まれ、そのまま流すと環境汚染となるので、放水の前に中和処理が必要となる。
例えば、特許文献１には、微細気泡発生装置を設けた反応槽に、アルカル水と炭酸ガスを導入して炭酸ガスの微細気泡をアルカリ水に接触させて、アルカリ水を中和処理することが提案されている。

特開２００６−２８１０７５号公報

しかしながら、特許文献１記載のアルカリ排水中和システムにおいては、アルカリ水と炭酸ガスとの混合においてベンチュリ型微細気泡発生装置を用いているので、工事現場で発生するような大量のアルカリ水を処理することが困難であり、更に、アルカリ水中に固形物があると、ベンチュリ管が詰まるという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、大量のアルカリ水を処理することが可能で、アルカリ水が多少の固形物を含んでも閉塞することなく、中和処理が可能なアルカリ水の中和処理装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るアルカリ水の中和処理装置は、アルカリ排水を炭酸ガスで中和して排水するアルカリ水の中和処理装置であって、
前記アルカリ排水を加圧するポンプと、加圧されて前記ポンプで送られた前記アルカリ排水に希釈炭酸ガスを混合する撹拌器と、該撹拌器を１又は複数並列に備えた反応槽と、ボンベに収納された前記炭酸ガスに空気を混入して所定濃度の前記希釈炭酸ガスを造る炭酸ガス希釈手段と、これらを載せる共通ベースとを備え、
前記撹拌器は前記反応槽に浸漬された状態で配置され、前記ポンプで加圧状態で送られた前記アルカリ排水を導入する流入口が接線方向に設けられ、内径が４〜１２ｃｍの範囲にある拡径部と、該拡径部に連続して該拡径部の軸心方向に徐々に縮径し、縮径方向先側には半径方向外側に液吐出口が、半径方向内側に前記希釈炭酸ガスの導入口が設けられた開口を備えた縮径部とを有し、
しかも、前記導入口の前方には、前記炭酸ガス希釈手段に接続された誘導チューブが配置され、
前記流入口から圧力注入される前記アルカリ排水の液体流入によって、内側周囲に高速旋回流が発生し、軸心及びその周囲に負圧領域が発生している前記撹拌器の内部に、負圧によって、前記炭酸ガス希釈手段から前記誘導チューブ及び前記導入口を介して前記希釈炭酸ガスが吸引される。

また、本発明に係るアルカリ水の中和処理装置において、前記炭酸ガス希釈手段は、前記炭酸ガスの流量を調整する第１のバルブと、前記空気の量を調整する第２のバルブとを有し、前記第１、第２のバルブで流量調整された前記炭酸ガスと前記空気を混合した前記希釈炭酸ガスを前記撹拌器に流し、前記反応槽から排出される処理液のｐＨを６．３〜７．１とすることもできる。
更に、本発明に係るアルカリ水の中和処理装置において、前記炭酸ガス希釈手段は、前記炭酸ガスの流量を調整する第１のバルブと、前記空気の量を調整する第２のバルブとを有し、前記第１、第２のバルブで流量調整された前記希釈炭酸ガスを大気圧又は負圧の状態で保持する貯ガスタンクを備え、しかも、前記反応槽から排出される処理液のｐＨを６．３〜７．１とするのが好ましい。

本発明に係るアルカリ水の中和処理装置において、前記共通ベースは普通トラックの荷台に搭載可能な大きさであるのが好ましい。
また、本発明に係るアルカリ水の中和処理装置において、前記共通ベースには、処理しようとする前記アルカリ排水を一時貯留する貯留タンクが設けられているのが好ましい。

本発明に係るアルカリ水の中和処理装置における撹拌器は、反応槽に浸漬された状態で配置され、ポンプで加圧状態で送られたアルカリ水を導入する流入口が接線方向に設けられた拡径部と、拡径部に連続して拡径部の軸心方向に徐々に縮径し、縮径方向先側には半径方向外側に液吐出口が、半径方向内側に希釈炭酸ガスの導入口が設けられた開口を備えた縮径部とを有するので、ノズル等の小径部分がなくアルカリ水に多少の固形物があっても、ポンプでアルカリ水を送ることができれば、処理可能である。
更に、本発明に係るアルカリ水の中和処理装置は、撹拌器にモータ等で回転駆動される部分がなく、装置全体を小型に構成できる。

特に、本発明に係るアルカリ水の中和処理装置において、共通ベースを普通トラックの荷台に積載できる大きさとした場合、自由に移動が可能で、建設現場に応じてトラックごと搬送し、アルカリ水の中和処理ができる。

本発明の一実施の形態に係るアルカリ水の中和処理装置の機器構成図である。同アルカリ水の中和処理装置に使用する撹拌器の主要部の説明図である。同撹拌器の側面図である。同撹拌器の斜視図である。他の例に係る撹拌器の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るアルカリ水の中和処理装置１０は、処理対象となるアルカリ水（アルカリ排水ともいう）を一時貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２からのアルカリ水を汲み出して加圧するポンプ１３と、ポンプ１３で送られ加圧されたアルカリ水に希釈炭酸ガスを混合する撹拌器１４と、この撹拌器１４を１又は複数並列に備えた反応槽１５と、ボンベ（炭酸ガスボンベ）１６に収納された炭酸ガスに空気を混入して所定濃度の希釈炭酸ガスを造る炭酸ガス希釈手段１８と、これらを載せる共通ベース１９と、反応槽１５の表層（上側に位置する処理液）のｐＨを測定するｐＨ計２０とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

共通ベース１９は２トン又は４トンの普通トラックの荷台に載る広さ及び大きさとなって、内部に貯留タンク１２、ポンプ１３、反応槽１５、ボンベ１６、炭酸ガス希釈手段１８及び制御装置２１が搭載されている。発電機２２は共通ベース１９の外側に配置されているが搭載してもよい。なお、ポンプ１３をモータ駆動ではなくエンジン駆動にすると発電機２２は省略されることもある。
貯留タンク１２と反応槽１５は隣り合って配置されその上に、炭酸ガス希釈手段１８の一部となる貯ガスタンク１８ｄと、ポンプ１３の吐出圧を示す圧力計１８ａと、外からの空気の量を調整する調整バルブ１８ｂ、１８ｃと、ｐＨ計２０の出力部を備えた角形のケース体に収納された制御手段２１が配置されている。このケース体は、例えば、幅が０．５〜０．８ｍ、奥行きが０．６〜１ｍ、高さが０．７〜１ｍとなっている。

この実施の形態では、貯留タンク１２及び反応槽１５の大きさは、３０Ｌ（２０〜１００Ｌでもよい）程度、ポンプ１３は０．２〜０．３ｋｗのものを使用し、処理をしようとするアルカリ水の量は約１．２〜２ｍ³／ｈ程度、ポンプ１３の吐出圧が約０．１２ＭＰａ程度となっている。撹拌器１４はこの実施の形態では２つが並列に接続されている。反応槽１５に浸漬される撹拌器１４の構造を図２〜図４を参照しながら説明する。

撹拌器１４は、プラスチック、金属、又はセラミックスからなって、中央に配置された断面円形の拡径部２６と、拡径部２６から連続してその軸心方向両側に徐々に縮径する縮径部２７、２８とを有し、拡径部２６には接線方向に向けて管状物からなる流入口２９が設けられ、縮径部２７、２８の縮径方向先側には開口３０、３１が設けられている。この撹拌器１４を使用すると、図２に示すように、流入口２９から圧力注入されるアルカリ水の液体流入によって、拡径部２６、縮径部２７、２８の内側周囲に高速旋回流が発生し、拡径部２６及び縮径部２７、２８の軸心及びその周囲には負圧領域（負圧軸）が発生する。

開口３０、３１の中央（半径方向内側）には希釈炭酸ガスの導入口３２、３３が、開口３０、３１の半径方向外側には液吐出口３４、３５が形成される。従って、開口３０、３１の中心位置の外側（即ち、導入口３２、３３の前方）に、空気で希釈された希釈炭酸ガスの誘導チューブ３６、３７を配置すると、負圧によって誘導チューブ３６、３７から希釈炭酸ガスが導入口３２、３３を介して撹拌器１４の内部に吸引（自吸）される。なお、拡径部２６の内径は４〜１２ｃｍ（より好ましくは５〜８ｃｍ）、開口３０、３１の直径は拡径部２６の内径の１／１２〜１／５程度とするのが好ましいが、本発明はこれらの数字に限定されるものではない。

ここで、中央の拡径部２６の直径（内径）は上記範囲より大きくできない。大きくすると、遠心力が中央に働かず、軸心位置に大きな負圧が発生しない。本実施の形態では、処理するアルカリ水の量は少量（例えば、１〜２ｍ³／ｈ）であるが、２つの撹拌器１４を並列に用いている。また、拡径部２６の直径を上記範囲より小さくすると、遠心力が働かない。従って、前述のように拡径部２６の直径は４〜１２ｃｍ程度とするのがよい。

撹拌器１４の内部では、希釈炭酸ガスとアルカリ水が強い剪断力で接するので、アルカリ水が炭酸ガスによって中和される。この反応は、以下の通りとなり、無害化される。
（１）２ＮａＯＨ＋ＣＯ₂ → Ｎａ₂ＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ
（２）Ｃａ（ＯＨ）₂＋ＣＯ₂ → ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ

この撹拌器１４の外側には、図３、図４に示すように、炭酸ガスが混入された流体（主として処理液）の流れを利用して、希釈炭酸ガスとアルカリ水の反応を促進させる補助カバー３９、４０が設けられている。補助カバー３９、４０は全体が略球状となって、撹拌容器１４の軸方向に短管４１、４２を介して連結され、軸心方向外側に開口４３、４４を有すると共に、途中位置には希釈炭酸ガスが抜ける開口４５、４６が複数設けられている。補助カバー３９、４０を含む撹拌器１４の全長Ｗは１５〜２５ｃｍとなっている。

また、縮径部２７、２８の軸方向外側、及び開口４３、４４には誘導チューブ３６、３７を隙間を有して支持する支持部材４８、４９が設けられている。
液吐出口３４、３５から出た中和処理水（処理液）は、補助カバー３９、４０の開口４３、４４から反応槽１５内に流出し、更に撹拌器１４から発生する炭酸ガス及び空気によってバブリング撹拌されて中和反応がより促進される。

炭酸ガスのボンベ１６からレギュレータ（第１のバルブの一例、減圧器を含む）５０を通じて流れ出た炭酸ガスは、貯ガスタンク１８ｄに蓄えられ、撹拌器１４の導入口３２、３３に、配管５３、５４及びこれに接続された誘導チューブ３６、３７を通じて導かれる。この配管５３、５４の途中には、エジェクターの働きをする分岐管接続部５５、５６があって、第２のバルブの一例である調整バルブ１８ｂ、１８ｃを通じて導入された空気が炭酸ガスに流れる。なお、レギュレータ５０と調整バルブ１８ｂ、１８ｃは炭酸ガス希釈手段１８の一構成要素である。

なお、撹拌器１４の導入口３２、３３に発生する負圧によって、貯ガスタンク（炭酸ガス貯留タンク）１８ｄ内の圧力は負圧になる。この場合、レギュレータ５０から供給する炭酸ガスの量は必要量に制御して、貯ガスタンク１８ｄが負圧を維持するようにする。即ち、反応槽１５内の処理液のｐＨをｐＨ計２０で測定し、処理液のｐＨが６．３〜７．１の範囲に納まるように、炭酸ガスのレギュレータ５０で炭酸ガスの量を、調整バルブ１８ｂ、１８ｃで空気の量を調整する。貯ガスタンク１８ｄは反応槽１５よりも上位置に設置している。これによって、運転停止時のアルカリ排水の逆流を防止している。

空気で炭酸ガスを希釈しない場合は、撹拌器１４のアルカリ水に少量の炭酸ガスを注入することになるので、撹拌効率が下がる。そこで、予め炭酸ガスに例えば、１〜１０倍の量の空気を混入して撹拌器１４に送っている。
なお、流量調整された炭酸ガスと空気とを予め、貯ガスタンク１８ｄに入れて混合して、貯ガスタンク１８ｄに製造された希釈炭酸ガスを撹拌器１４に送ることもできる。
このように、炭酸ガスに空気を混ぜて送ると、全体としてガスの量が増え、かつ空気はアルカリ水には溶解しないので、空気がバブリング作用を発揮し、アルカリ水と炭酸ガスの混合効率が向上する。なお、空気の混合量が低いと撹拌器１４で混入する気体の量が少な過ぎ、空気の量が多すぎると含まれる炭酸ガスの量が不足する。貯ガスタンク１８ｄ内の圧力は炭酸ガスのレギュレータ５０によって常時負圧又は大気圧になるように調整する。

以上の実施の形態においては、一つの拡径部２６の軸心方向両側に縮径部２７、２８を有する撹拌器１４を用いたが、図５に示すように、一つの拡径部６０の片側のみにテーパー状に縮径する縮径部６１を有する撹拌器７３を使用できる。この拡径部６０には接線方向にアルカリ水の流入口６３が、縮径部６１の先部には開口６４が設けられ、開口６４は中央に希釈炭酸ガスの導入口６７がその半径方向外側に液吐出口６８が形成されている。
この場合、拡径部６０の一方には、盲キャップ６９が設けられ、他方には周囲に開口７０、７１を有する補助カバー７２が設けられている。

なお、動作において、アルカリ水を流入口６３から、希釈炭酸ガスを導入口６７から入れて、撹拌器７３内部で混合し、液吐出口６８から処理された液と未反応のガス（空気を含む）を放出するのは、撹拌器１４と同一であるので、その作用については省略する。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、撹拌器の形状や寸法、貯留タンク、反応槽の容量、形状、これに合わせてポンプの性能を変える場合も本発明は適用される。

１０：アルカリ水の中和処理装置、１２：貯留タンク、１３：ポンプ、１４：撹拌器、１５：反応槽、１６：ボンベ、１８：炭酸ガス希釈手段、１８ａ：圧力計，１８ｂ、１８ｃ：調整バルブ、１８ｄ：貯ガスタンク、１９：共通ベース、２０：ｐＨ計、２１：制御手段、２２：発電機、２６：拡径部、２７、２８：縮径部、２９：流入口、３０、３１：開口、３２、３３：導入口、３４、３５：液吐出口、３６、３７：誘導チューブ、３９、４０：補助カバー、４１、４２：短管、４３〜４６：開口、４８、４９：支持部材、５０：レギュレータ、５３、５４：配管、５５、５６：分岐管接続部、６０：拡径部、６１：縮径部、６３：流入口、６４：開口、６７：導入口、６８：液吐出口、６９：盲キャップ、７０、７１：開口、７２：補助カバー、７３：撹拌器

Claims

アルカリ排水を炭酸ガスで中和して排水するアルカリ水の中和処理装置であって、
前記アルカリ排水を加圧するポンプと、加圧されて前記ポンプで送られた前記アルカリ排水に希釈炭酸ガスを混合する撹拌器と、該撹拌器を１又は複数並列に備えた反応槽と、ボンベに収納された前記炭酸ガスに空気を混入して所定濃度の前記希釈炭酸ガスを造る炭酸ガス希釈手段と、これらを載せる共通ベースとを備え、
前記撹拌器は前記反応槽に浸漬された状態で配置され、前記ポンプで加圧状態で送られた前記アルカリ排水を導入する流入口が接線方向に設けられ、内径が４〜１２ｃｍの範囲にある拡径部と、該拡径部に連続して該拡径部の軸心方向に徐々に縮径し、縮径方向先側には半径方向外側に液吐出口が、半径方向内側に前記希釈炭酸ガスの導入口が設けられた開口を備えた縮径部とを有し、
しかも、前記導入口の前方には、前記炭酸ガス希釈手段に接続された誘導チューブが配置され、
前記流入口から圧力注入される前記アルカリ排水の液体流入によって、内側周囲に高速旋回流が発生し、軸心及びその周囲に負圧領域が発生している前記撹拌器の内部に、負圧によって、前記炭酸ガス希釈手段から前記誘導チューブ及び前記導入口を介して前記希釈炭酸ガスが吸引されるアルカリ水の中和処理装置。
請求項１記載のアルカリ水の中和処理装置において、前記炭酸ガス希釈手段は、前記炭酸ガスの流量を調整する第１のバルブと、前記空気の量を調整する第２のバルブとを有し、前記第１、第２のバルブで流量調整された前記炭酸ガスと前記空気を混合した前記希釈炭酸ガスを前記撹拌器に流し、前記反応槽から排出される処理液のｐＨを６．３〜７．１とするアルカリ水の中和処理装置。
請求項１記載のアルカリ水の中和処理装置において、前記炭酸ガス希釈手段は、前記炭酸ガスの流量を調整する第１のバルブと、前記空気の量を調整する第２のバルブとを有し、前記第１、第２のバルブで流量調整された前記希釈炭酸ガスを大気圧又は負圧の状態で保持する貯ガスタンクを備え、しかも、前記反応槽から排出される処理液のｐＨを６．３〜７．１とするアルカリ水の中和処理装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルカリ水の中和処理装置において、前記共通ベースは普通トラックの荷台に搭載可能な大きさであるアルカリ水の中和処理装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルカリ水の中和処理装置において、前記共通ベースには、処理しようとする前記アルカリ排水を一時貯留する貯留タンクが設けられているアルカリ水の中和処理装置。