JP6442033B1

JP6442033B1 - リン回収装置の運転方法

Info

Publication number: JP6442033B1
Application number: JP2017240775A
Authority: JP
Inventors: 翔太郎古原; 豊手嶋; 学大谷; 佐々木　亮; 亮佐々木; 泰生松島
Original assignee: 三井Ｅ＆Ｓ環境エンジニアリング株式会社
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019107588A

Abstract

【課題】種晶へのリンの異常結晶成長を防止できるリン回収装置の運転方法を提供すること。【解決手段】晶析塔本体１を備え、晶析塔本体１の下部には、下部空間１１が形成され、下部空間１１の上部には、種晶支持網１２が着脱可能に設けられ、種晶支持網１２の上部には、種晶充填部１３が形成されたリン回収装置の運転方法において、種晶充填部１３に、リンを含有する原水と循環水を供給すると共に、種晶充填部１３を、撹拌水を用いて所定間隔で強制的に撹拌する際に、前記撹拌水の水量を、前記循環水の水量の１．５〜３倍の範囲に調整することを特徴とするリン回収装置の運転方法。【選択図】図１

Description

本発明は、種晶を用いたリン回収装置に関し、詳しくは種晶同士の結晶化を防止できるリン回収装置に関する。

リンを含有する原水から脱リンしてリンを回収する装置として、晶析法が知られており、原水中のリンをヒドロキシアパタイトとして種晶の表面に晶析して、リンを回収する流動床式晶析脱リン方法が知られている。

特開２００５−９５７２６号公報

特許文献１は、反応槽の下部に設けられた圧力室から、圧力室の上部の流動床に向かって、リン含有原水を導入し、この流動床で、リン酸カルシウムを含む種晶と原水中のリンとを接触させる手法を開示する。

特許文献１の図１示す装置では、原水を平板の仕切板で底板が形成され、原水用圧力室から吹出ノズル、ディストリビュータを経て流動床に導入し、循環水を循環水用圧力室、ディストリビュータを経て流動床に導入すると、両水は流動状態の種晶中で初めて混合するように構成されている。

しかしながら、ディストリビュータで原水を噴出させようとしても、種晶の中に直線的に噴出するため、流動床内で、原水と種晶が接触しない部分が生じ、種晶が部分的に流動化しない部分が生じる。
そのため種晶同士の塊状化現象が起こり、大きな硬い塊となって、原水との種晶の接触面積が減少し、リン回収効率が低下する問題があった。

そこで、本発明の課題は、種晶へのリンの異常結晶成長を防止できるリン回収装置の運転方法を提供することにある。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
晶析塔本体を備え、該晶析塔本体の下部には、下部空間が形成され、該下部空間の上部には、種晶支持網が着脱可能に設けられ、該種晶支持網の上部には、種晶充填部が形成されたリン回収装置の運転方法において、
前記種晶充填部に、リンを含有する原水と循環水を供給すると共に、前記該種晶充填部を、撹拌水を用いて所定間隔で強制的に撹拌する際に、
前記撹拌水の水量を、前記循環水の水量の１．５〜３倍の範囲に調整することを特徴とするリン回収装置の運転方法。
（請求項２）
前記下部空間にリンを含有する原水を供給し、
該下部空間の上部に設けられた種晶充填部の下部から上方に向かって、リンを含有する原水を上昇流として供給し、
前記原水中のリンを種晶の表面に晶析させて回収し、
リンが除去された処理水は、前記晶析塔本体の上部から取り出され、
取り出された処理水の一部を循環タンクに貯留し、
該循環タンク内の循環水を前記種晶充填部に循環移送し、該循環移送過程で、前記撹拌水を用いて前記該種晶充填部を所定間隔で強制的に撹拌することを特徴とする請求項１記載のリン回収装置の運転方法。
（請求項３）
原水を前記下部空間に供給するまでのいずれかの位置に、原水のリン濃度を計測するリン濃度計を設け、
前記リン濃度計で計測されたリン濃度に基づき撹拌処理を実行させる制御部と、予めリン濃度と撹拌間隔とが対応付けられた「濃度−撹拌間隔」情報が記憶された記憶部とを備え、
前記種晶充填部を所定間隔で強制的に撹拌する際に、
前記制御部は、前記リン濃度計で測定されたリン濃度が入力されると、前記「濃度−撹拌間隔」情報を参照して、前記撹拌間隔を決定し、
決定された前記撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成し、
前記撹拌処理信号に基づき、撹拌処理を実行させることを特徴とする請求項１又は２記載のリン回収装置の運転方法。
（請求項４）
前記リン濃度計による計測を、所定時間に一度行い、
前記制御部は、所定時間経過前に計測したリン濃度と、所定時間経過時に計測したリン濃度との変化度を算出し、
算出された前記変化度が所定値を超えているか否か判断し、
算出された前記変化度が所定値を超えていた場合には、該変化度に対応する補正値に基づき前記撹拌間隔を補正し、
補正された前記撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成することを特徴とする請求項３記載のリン回収装置の運転方法。
（請求項５）
前記記憶部は、前記変化度に基づく補正値が対応付けられた「変化度−補正値」情報を記憶することを特徴とする請求項４記載のリン回収装置の運転方法。

本発明によれば、種晶へのリンの異常結晶成長を防止できるリン回収装置の運転方法を提供することができる。

本発明に適用できるリン回収装置の一例を示す概略説明図本発明のリン回収装置の運転方法の一例を示すフロー図本発明の「濃度−撹拌間隔」情報の一例を示す図本発明の運転方法の撹拌処理の一例を示すフロー図本発明の運転方法の撹拌処理の他の一例を示すフロー図本発明の「変化度−補正値」情報の一例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明のリン回収装置の運転方法の一例を示す概略説明図である。同図において、１は円筒竪型の晶析塔本体である。晶析塔本体１の上部は、開閉可能な蓋が設けられていてもよいが、運転管理の容易性や、装置の簡略化、低コスト化の観点から、開口状態を維持していることが好ましい。
晶析塔本体１の下部には、曲面の鏡板１０によって密封された下部空間１１が形成されている。

晶析塔本体１の下部と鏡板１０の固定は、格別限定されるわけではないが、例えば、溶接による固着、フランジによる固定などが挙げられる。

図１において、１２は、下部空間１１の上部に設けられる種晶支持網であり、図示しない固定部の上に着脱可能に水平に載置される。種晶支持網１２の網目の大きさは種晶が落下しない程度が好ましい。

種晶支持網１２の上部には、種晶充填部１３が形成される。種晶充填部１３には、珪酸カルシウム水和物を含む種晶が用いられる。

原水中のリンは、種晶充填部１３を通過すると、ヒドロキシアパタイトとして種晶の表面に晶析する。この晶析反応によって原水中のリンは、除去され、回収される。原水中のリンを除去するに際し、必要に応じてｐＨ調整やカルシウムの添加を行うことができる。

１４は、原水の吐出口であり、下部空間１１の上部で、種晶支持網１２の下部に設けられている。原水の吐出口１４は、鏡板１０に向かって位置させるために下方を向いている。

原水の吐出口１４から吐出された原水は、鏡板１０に向かって下方に圧力水として吐出し、その結果、鏡板１０に衝突して、逆流（反射流）となり、上昇流となる。

本発明において、上昇流は種晶充填部１３の種晶を流動させるだけの圧力を有するので、その圧力によって、種晶を流動させることが可能となる。すなわち、種晶の流動床が形成される。

種晶充填部１３の種晶を流動させるだけの圧力を上昇流に付与するには、原水の吐出口１４に供給される原水の圧力が所定圧力以上であることが必要となる。その際に、種々の圧力損失、例えば、反射流の形成に要する圧力損失と、種晶充填部１３の種晶を流動させるための圧力損失を考慮する必要がある。

本発明では、上述のような上昇流が形成されることから、種晶の異常結晶の成長を防止できる。つまり、種晶同士の結晶化を防ぐことができる。

図１に示す態様では、原水配管１５が晶析塔本体１の断面中心部近傍において、晶析塔本体１の上部から下方に向かうように設け、原水の吐出口１４に接続する。

上記のように構成した結果、リンを含む原水は、原水ポンプ１６から原水配管１５に所定圧力で導入されると、原水の吐出口１４に至る。

本発明の好ましい態様として、原水配管１５を種晶充填部１３の中心部を貫通させるようにした場合、配管の周りに種晶が付着することがあり、その付着した種晶同士が塊状となって成長することがある。
原水の吐出口１４からに所定圧力で吐出した原水は鏡板１０に衝突して、逆流（反射流）となり、所定圧力により形成された上昇流は、晶析塔本体１内に亘って断面方向に均等な上昇流となる。
その上昇流は、配管の周りを摺動しながら上昇するので、配管に種晶が付着することがなく、付着成長することもない。

本発明によれば、所定圧力により形成された上昇流によって、種晶同士の塊生成を防止できる。

更に、鏡板の曲面からの反射流が、種晶支持網１２から噴出して、均等撹拌が可能となり、その結果、晶析塔本体１内に均等に上昇流が形成される。これにより、異常結晶成長を防止できる。

本発明の好ましい態様としては、晶析塔本体１の上部は解放されており、晶析反応によって原水からリンが除去されて、得られた処理水は、晶析塔本体１の壁面の上端１７をオーバーフローして越流させる構造が採用されている。

図示のように、晶析塔本体１の壁面の上端１７をオーバーフローして越流した処理水の一部を取り出し、取り出された処理水の一部を循環タンク１９に貯留する。
循環水は、循環ポンプ２０を用いて、循環タンク１９から原水配管１５に戻すようにして、種晶充填部１３に循環供給される。

本態様において、鏡板１０の中央下部近傍に、排出口１８が設けられていることが好ましい。種晶が流動して互いに衝突して破砕したり、摩耗したりすることがあり、それらの破砕粒子等は、種晶支持網１２から下方に落下し、鏡板１０の上面に堆積する。その場合、堆積する場所が曲った鏡面であるために、鏡板１０の中央下部近傍に集まりやすい。その集まりやすい鏡板１０の中央下部近傍に排出口１８が設けられているので、鏡板１０上に堆積した種晶は、確実に外部に排出できる。

循環タンク１９内の循環水を、循環ポンプ２０により種晶充填部１３に循環移送する。その循環移送過程で、種晶充填部１３を所定間隔で強制的に撹拌する。
すなわち、循環タンク１９内の循環水を、種晶充填部１３に供給する過程で、強制的に撹拌する時間だけ、撹拌水の水量を、循環水の水量の１．５〜３倍の範囲に設定する。これにより、通常運転時には、循環ポンプ２０の吐出量は、通常運転時の０．３〜０．７倍の範囲に減少させることができ、この減少によって循環コストを低減させることができる。
なお、強制的に撹拌する撹拌水の水量は、２倍〜２．５倍の範囲が好ましい。これにより、より運転コストの最適化が可能になる。

本発明においては、種晶充填部１３を、撹拌水を用いて所定間隔で強制的に撹拌することを特徴とする。この強制撹拌により、種晶へのリンの異常結晶成長を防止できる。
本発明の好ましい態様としては、晶析塔本体内１の種晶充填部１３を撹拌可能な撹拌水を供給する撹拌ポンプを設ける。撹拌水は循環タンク１９内の処理水を利用することができる。また本発明では、撹拌空気を供給するための撹拌ブロワ２２を更に設けることも好ましい。かかる構成により、晶析塔本体１の下部空間１１に撹拌水や撹拌空気を送り込んで、種晶充填部１３に撹拌水や撹拌空気を送り、種晶へのリンの異常結晶成長の防止を助長することができる。
撹拌水は、撹拌ポンプ２１と循環ポンプ２０を併用して供給するようにしてもよいし、撹拌ポンプ２１単独で供給するようにしてもよい。

本発明においては、種晶充填部１３を強制的に撹拌する際に、原水を下部空間１１に供給するまでのいずれかの位置に、原水のリン濃度を計測するリン濃度計２３を設けることが好ましい。

本発明において、前記リン濃度計２３で測定されたリン濃度に基づき撹拌処理を実行させる制御部３０を設けることが好ましい。
また本発明においては、図３に示すような、予めリン濃度と撹拌間隔とが対応付けられた「濃度−撹拌間隔」情報が記憶された記憶部３１を備えることが好ましい。

次に、本発明のリン回収装置の運転方法を具体的に説明する。
本発明の好ましい循環水の吐出量としては、循環ポンプ２０の吐出量をｑ１、従来の通常運転時の吐出量をＱとすると、その吐出量の比は、吐出量ｑ１は、吐出量Ｑの０．３〜０．７倍の範囲に減少させて運転されている。そして、強制的に撹拌する際に、撹拌水の吐出量ｑ２とした場合、吐出量ｑ２は、吐出量ｑ１の１．５〜３倍の範囲で運転させる。強制的に撹拌する際の撹拌処理のフローを図２〜図４を参照して説明する。

図２は、本発明のリン回収装置の運転方法の処理フローの一例を示す図である。
図２に示すように、まず、リン濃度計２３で、リンを含有する原水のリン濃度を計測する（Ｓ１０）。

次に、制御部３０は、撹拌処理信号生成を行う（Ｓ１１）。以下、撹拌処理信号生成について説明する。

撹拌処理信号生成の工程の一例を、図４を参照して説明する。
図２に示すように、まず、制御部３０は、リン濃度計２３で計測されたリン濃度が入力されると（Ｓ１１０）、記憶部３１に記憶された図３に示す「濃度−撹拌間隔」情報を参照して（Ｓ１１１）、入力されたリン濃度に基づき、撹拌間隔を決定する（Ｓ１１２）。
例えば、リン濃度計２３で計測されたリン濃度が３０ｍｇ／Ｌであった場合、「濃度−撹拌間隔」情報を参照すると、「Ｎｏ．３」の「２０以上３５未満」に該当する。そして、「Ｎｏ．３」の撹拌間隔である「８」が決定される。

次に、決定された撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成する（Ｓ１１３）。
例えば、上述のように、撹拌間隔が「８」と決定された場合、８時間に１回、撹拌水により撹拌処理を実行させる信号を生成する。この場合、図示しないタイマー等を設け、８時間毎に計３回送信するための撹拌処理信号を生成してもよいし、８時間毎に３回駆動する撹拌処理信号を１回送信するように生成してもよい。撹拌処理の処理時間は、制御部３０で、予め所定時間に設定することで、撹拌処理を実行させることができる。

撹拌処理信号が生成されると、図２に示す処理フローに戻り、撹拌処理信号を送信する（Ｓ１２）。具体的には、撹拌ポンプ２１及び撹拌ブロワ２２に撹拌処理を所定時間実行させるように上述した撹拌処理信号を送信する。この場合、撹拌ポンプ２１には、上述した撹拌水の吐出量ｑ２、循環水の吐出量ｑ１とした場合に、ｑ２−ｑ１の吐出量を供給させるようにする。つまり、撹拌水の吐出量ｑ２は、循環ポンプ２０と撹拌ポンプ２１が供給する水量の合計になる。また、撹拌処理をする際に、撹拌ブロワ２２により撹拌空気を供給するようにしてもよい。

これにより、撹拌処理信号を受信した撹拌ポンプ２１は、撹拌処理信号に基づき、撹拌処理が実行され、上昇流が形成される。この結果、撹拌処理によって、撹拌時の撹拌水の吐出量ｑ２を供給し、通常運転時の循環水の吐出量ｑ１より水量を増加させて、上昇流が形成されることにより、種晶同士が塊状となって成長するのを防ぐことができる。

また、撹拌水の吐出量ｑ２を所定時間だけ供給して強制的に撹拌するため、強制的に撹拌する所定時間以外の通常運転時、循環ポンプ２０の吐出量ｑ１は、従来の吐出量Ｑより出力を抑えて運転することができる。その結果、リン回収装置の運転コストを抑えることができる。

図５は、撹拌処理信号生成の他の一例（撹拌処理信号生成（II））を示すフロー図である。
この形態においては、記憶部３１は、変化度が大きい場合の撹拌処理についての所定値を記憶し、所定値を超えた場合には、撹拌間隔を補正する補正値を記憶させるようにしてもよいし、図６に示すように、変化度と補正値が対応付けられた「変化度−補正値」情報が記憶されていてもよい。変化度については、後述する。

まず、制御部３０は、リン濃度計２３で計測されたリン濃度が入力されると（Ｓ１１０）、記憶部３１に記憶された「濃度−撹拌間隔」情報を参照して（Ｓ１１１）、入力されたリン濃度に基づき、撹拌間隔を決定する（Ｓ１１２）。

次に、濃度変化度を算出する（Ｓ２００）。例えば、制御部３０は、リン濃度計２３の計測間隔が１日１回である場合、記憶部３１にリン濃度を計測結果が継続的に記憶させることができる。計測間隔は、制御部３０により設定できる。そして、この場合、計測されたリン濃度と、前日に計測されたリン濃度との変化度を算出する。
すなわち、リン濃度計２３による計測を、所定時間に一度行い、制御部３０は、所定時間経過前に計測したリン濃度と、所定時間経過時に計測したリン濃度との変化度を算出する。

次に、制御部３０は変化度が所定値を超えるか否か判断する（Ｓ２０１）。
所定値を超えていた場合には（Ｓ２０１のＹＥＳ）、「変化度−補正値」情報を参照して（Ｓ２０２）、補正値を決定し、補正値に基づき、Ｓ１１２で決定された撹拌間隔を補正する（Ｓ２０３）。

次に、補正された撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成する（Ｓ１１３）。

一方、所定値を超えていなかった場合には（Ｓ２０１のＮＯ）、Ｓ１１２で決定された撹拌間隔に基づき撹拌処理信号を生成する（Ｓ１１３）。

これによって、急激なリン濃度が変化した場合であっても、異常結晶成長を防止することができる。

図５のフロー図に基づき一例を具体的に説明する。図６に示す「変化度−補正値」情報の補正値は、図３の「Ｎｏ．」を補正する補正値である。

図示の例において、計測したリン濃度が５２ｍｇ／Ｌで、前日計測したリン濃度が３０ｍｇ／Ｌだったとし、そして、記憶部には、所定値が２０と記憶されていたとする。

この場合、まず計測したリン濃度５３ｍｇ／Ｌが入力されると、図２の「濃度−撹拌間隔」情報を参照すると、「Ｎｏ．５」のリン濃度が「４５以上５５未満」に該当するため、これに対応する撹拌間隔である「５」が決定される。

次に、変化度を算出すると、変化度は、５２−３０＝２２となる。そして、変化度が２２の場合、所定値である２０を上回っている。この場合、「変化度−補正値」情報を参照すると、補正値は「＋１」が決定される。そして、「Ｎｏ．５」に「＋１」されることにより、「Ｎｏ．６」と補正される。つまり、「Ｎｏ．５」に対応する撹拌間隔「５」が、「Ｎｏ．６」に対応する撹拌間隔「４」に補正される。
この結果、撹拌間隔が「５」時間に１回から、「４」時間に１回撹拌処理を実行するように、補正されることになる。

以上の説明では、「Ｎｏ．」に対する補正値について説明したが、撹拌間隔を補正する補正値としてもよい。また、補正値は、「＋１」の場合だけ説明したが、これに限定されず、変化度が急激に上昇した場合には、補正値の値を変えることもできる。具体的には、上述した所定値を第１の所定値とし、第１の所定値とは別の第２の所定値を設けて、これに対応する補正値を設けてもよい。

また、制御部３０は、リン濃度計２３の所定の計測間隔で計測されたリン濃度を、記憶部３１に継続的に記憶させることにより、継続的なリン濃度の変動の情報を運転管理者等に示して、補正値や所定値の設定を促すこともできる。

これによって、急激にリン濃度が上昇した場合であっても、異常結晶成長を防止することができ、リン濃度の急激な変化に応じた適切な運転を実現できるため、余分な運転コストを下げることができる。

１：晶析塔本体
１０：鏡板
１１：下部空間
１２：種晶支持網
１３：種晶充填部
１４：吐出口
１５：原水配管
１６：原水ポンプ
１７：上部
１８：排出口
１９：循環タンク
２０：循環ポンプ
２１：撹拌ポンプ
２２：撹拌ブロワ
２３：リン濃度計
３０：制御部
３１：記憶部

Claims

晶析塔本体を備え、該晶析塔本体の下部には、下部空間が形成され、該下部空間の上部には、種晶支持網が着脱可能に設けられ、該種晶支持網の上部には、種晶充填部が形成されたリン回収装置の運転方法において、
前記種晶充填部に、リンを含有する原水と循環水を供給すると共に、該種晶充填部を、撹拌水を用いて所定間隔で強制的に撹拌する際に、
前記撹拌水の水量を、前記循環水の水量の１．５〜３倍の範囲に調整することを特徴とするリン回収装置の運転方法。
前記下部空間にリンを含有する原水を供給し、
該下部空間の上部に設けられた種晶充填部の下部から上方に向かって、リンを含有する原水を上昇流として供給し、
前記原水中のリンを種晶の表面に晶析させて回収し、
リンが除去された処理水は、前記晶析塔本体の上部から取り出され、
取り出された処理水の一部を循環タンクに貯留し、
該循環タンク内の循環水を前記種晶充填部に循環移送し、該循環移送過程で、前記撹拌水を用いて前記該種晶充填部を所定間隔で強制的に撹拌することを特徴とする請求項１記載のリン回収装置の運転方法。
原水を前記下部空間に供給するまでのいずれかの位置に、原水のリン濃度を計測するリン濃度計を設け、
前記リン濃度計で計測されたリン濃度に基づき撹拌処理を実行させる制御部と、予めリン濃度と撹拌間隔とが対応付けられた「濃度−撹拌間隔」情報が記憶された記憶部とを備え、
前記種晶充填部を所定間隔で強制的に撹拌する際に、
前記制御部は、前記リン濃度計で測定されたリン濃度が入力されると、前記「濃度−撹拌間隔」情報を参照して、前記撹拌間隔を決定し、
決定された前記撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成し、
前記撹拌処理信号に基づき、撹拌処理を実行させることを特徴とする請求項１又は２記載のリン回収装置の運転方法。
前記リン濃度計による計測を、所定時間に一度行い、
前記制御部は、所定時間経過前に計測したリン濃度と、所定時間経過時に計測したリン濃度との変化度を算出し、
算出された前記変化度が所定値を超えているか否か判断し、
算出された前記変化度が所定値を超えていた場合には、該変化度に対応する補正値に基づき前記撹拌間隔を補正し、
補正された前記撹拌間隔に基づき、撹拌処理信号を生成することを特徴とする請求項３記載のリン回収装置の運転方法。
前記記憶部は、前記変化度に基づく補正値が対応付けられた「変化度−補正値」情報を記憶することを特徴とする請求項４記載のリン回収装置の運転方法。