JP6830055B2 - リン回収装置 - Google Patents

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。

リンを含んだ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を提供することにある。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
円筒竪型の晶析塔本体を備え、
該晶析塔本体の下部には、曲面の鏡板によって密封された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、
前記下部空間の上部で、前記種晶支持網の下部に、原水の吐出口が設けられ、
該原水の吐出口から吐出された原水は、前記鏡板に衝突して前記種晶充填部の種晶を流動させる上昇流を形成する圧力を有することを特徴とするリン回収装置。
（請求項２）
前記晶析塔本体の断面中心部近傍に、上部から下方に向かって原水配管が設けられると共に、
該原水配管は、前記種晶充填部の中心部近傍を通過後、前記原水の吐出口に接続されていることを特徴とする請求項１記載のリン回収装置。
（請求項３）
前記晶析塔本体の上部は解放されており、
前記晶析塔本体の壁面の上端をオーバーフローして処理水を越流させる構造であ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。
（請求項４）
前記晶析塔本体の高さが、前記種晶充填部の高さの１．８〜４倍の範囲であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のリン回収装置。
（請求項５）
前記鏡板の中央下部近傍に、排出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のリン回収装置。

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を提供することができる。

本発明のリン回収装置の一例を示す概略断面図 鏡板の種々の態様を示し、図２（ａ）は、皿形鏡板、図２（ｂ）は、正半だ円体形鏡板、図２（ｃ）は、半球形鏡板、図２（ｄ）は、特殊皿形鏡板の一例を示す断面図

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一例を示す概略断面図である。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。

本発明において、塔径（Ｄ）との鏡板の半径（中央部の内半径：クラウンＲ）との比率は、塔径を１とした場合、上昇流の形成をより適切にできる観点で、０．０５〜３．０が好ましく、より好ましくは、０．１〜２．５の範囲である。

鏡板１０としては、例えば図２（ａ）に示す皿形鏡板、図２（ｂ）に示す正半だ円体形鏡板、図２（ｃ）に示す半球形鏡板、図２（ｄ）に示す特殊皿形鏡板などに適用できる。

図２（ａ）に示す皿形鏡板において、H=高さ、h=フランジ部を除いた高さ、l=フランジ部の長さ、R=中央部の内半径(クラウンR)、r=すみ部の丸みの内半径(ナックルr)、t=厚さ(呼び厚さ)、T.L.=タンジェントライン、D=内径である。形状は、R=D、ｒ＝0.1D、ｈ＝0.194Dである。

図２（ｂ）に示す正半だ円体形鏡板において、図中の符合は、図２（ａ）と同義である。形状は、R/r=2:1、h＝(1/4)Dである。

図２（ｃ）に示す半球形鏡板において、図中の符合は、図２（ａ）と同義である。形状は、R=0.5Dである。

図２（ｄ）に示す特殊皿形鏡板において、図中の符合は、図２（ａ）と同義である。形状は、A=R/D、B=ｒ/D、C=√1-〔(0.5-B)/(A-B)〕^２である。

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、リン酸カルシウムまた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。

本発明において、晶析塔本体１の高さと、種晶充填部１３の高さＨとの比は、１．８〜４の範囲が好ましい。この範囲であると、流動した種晶が晶析塔本体１の外部に流出することを防止することができるという効果が得られる。

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、圧力上昇流となる。

本発明において、圧力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圧力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、上述のような圧力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を晶析塔本体１の外部から上部側壁を貫通して、晶析塔本体１の断面中心部近傍まで水平方向に挿入する。

原水配管１５が晶析塔本体１の断面中心部近傍に至ったら、その原水配管１５を、晶析塔本体１の上部から下方に向かうように９０度曲げて、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は、前記種晶充填部１３の中心部近傍を通過後、原水の吐出口１４に接続されていることが好ましい。ここで、原水配管１５を種晶充填部１３の中心部近傍を貫通させるように通過させた場合、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化して成長することがある。本発明によると、原水が鏡板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晶析塔本体１の塔径Ｄ全体に亘って均一な圧力上昇流となる。そして、その圧力上昇流は、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圧力上昇流によって、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、均等攪拌が可能となり、その結果、晶析塔１内に均等に圧力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、再び原水配管１５に戻すようにすることもできる。

本発明において、原水の吐出口１４を鏡板１０の下部に設けないのは、吐出口が塞がることを防止するためである。原水の吐出口１４を鏡板１０の下部に設けた場合、吐出口に種晶支持網１２から落ちた種晶等が落ちてきて、その吐出口を塞いでしまうからである。

本態様においては、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、体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、運転を適切に行うことができる。

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

Claims (1)

1. 円筒竪型の晶析塔本体を備え、
   該晶析塔本体の下部には、曲面の鏡板によって密封された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、リン酸カルシウムまたは珪酸カルシウム水和物を含む種晶を充填してなる種晶充填部が形成され、
   前記晶析塔本体の高さは、前記種晶充填部の高さに対して１．８〜４の範囲であり、
   前記下部空間の上部で、前記種晶支持網の下部に、リンを含む原水の吐出口が設けられ、
   該吐出口から排出された前記原水中のリンが、前記種晶充填部の種晶にヒドロキシアパタイトとして晶析され、前記原水からリンを除去し、
   該吐出口は、前記曲面の鏡板に向かっており、
   前記曲面の鏡板の高さｈは、前記晶析塔本体の塔径に対して、０．１９４〜０．２５倍の範囲であり、
   該原水の吐出口から流出する原水の圧力は、前記種晶充填部に向かって圧力上昇流を形成可能な圧力を有し、
   前記圧力上昇流は、前記曲面の鏡板の衝突による圧力損失、及び前記種晶充填部の種晶を流動させるための圧力損失以上の圧力が付与されており、
   該圧力上昇流により、前記種晶を流動・撹拌させて、該種晶へのリンの異常結晶成長を防止する構成を有することを特徴とするリン回収装置。

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