JP6859123B2 - Silica-containing water treatment method and its treatment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、シリカ含有水の処理方法及びその処理装置に関する。 The present invention relates to a method for treating silica-containing water and a treatment device thereof.
逆浸透(Reverse Osmosis;RO)膜を用いた水処理技術は、脱塩処理による海水の淡水化をはじめとして、工業用の純水製造プロセスや排水の回収プロセスへの適用など広く普及が進んでいる。逆浸透膜を用いた濾過処理においては、水中のシリカがスケールとして発生する問題が多くの場合に生じる。具体的には、逆浸透膜による濾過処理の進行に伴って濃縮水側のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度を超え、これによりシリカの析出が起こる。このようにシリカスケールが発生すると、逆浸透膜の濾過能力が低下するだけでなく、逆浸透膜の破損などの大きな問題が起こる虞がある。このため、濃縮水側のシリカ濃度が飽和溶解度を超えないように逆浸透膜による濃縮倍率を調整するのが一般的であるが、この場合、逆浸透膜の濾過処理による水の回収率が低くなる。 Water treatment technology using reverse osmosis (RO) membranes has become widespread, including desalination of seawater by desalination, and application to industrial pure water production processes and wastewater recovery processes. There is. In the filtration process using a reverse osmosis membrane, the problem that silica in water is generated as scale often occurs. Specifically, as the filtration treatment by the reverse osmosis membrane progresses, the silica concentration on the concentrated water side exceeds the saturated solubility of silica, which causes silica precipitation. When silica scale is generated in this way, not only the filtration capacity of the reverse osmosis membrane is lowered, but also a big problem such as breakage of the reverse osmosis membrane may occur. Therefore, it is common to adjust the concentration ratio by the reverse osmosis membrane so that the silica concentration on the concentrated water side does not exceed the saturated solubility, but in this case, the recovery rate of water by the filtration treatment of the reverse osmosis membrane is low. Become.
またプラントなどにおいても、ボイラーや冷却塔などに使用される循環水は、一定期間繰り返し使用された後、ブロー水として放流されるのが一般的である。これは、繰り返しの使用によってシリカなどの水中の溶解性物質が濃縮されてスケールが発生し、このスケールが配管などにおいて析出するのを防ぐためである。このような背景に鑑み、シリカ含有水におけるシリカ濃度を効率的に低減するための方法や装置が求められている。 Further, in a plant or the like, the circulating water used for a boiler or a cooling tower is generally used repeatedly for a certain period of time and then discharged as blow water. This is to prevent the soluble substances in water such as silica from being concentrated to generate scales due to repeated use, and the scales to be deposited in pipes and the like. In view of such a background, a method and an apparatus for efficiently reducing the silica concentration in silica-containing water are required.
下記特許文献1,2には、鉄成分を含有するシリカ除去剤を用いて、水中のシリカ濃度を低減する技術が開示されている。下記特許文献1では、シリカ含有水にマグネシウム塩を添加した後、鉄塩をさらに添加することにより、水中のシリカ濃度が低減される。また下記特許文献2には、シリカ含有水に鉄塩、アルミニウム塩又はマグネシウム塩などを含む処理剤が添加され、アルカリ性条件下において凝集物を析出させることにより、シリカ濃度が低減される。
上記特許文献1は、マグネシウム塩及び鉄塩の2種類の塩を添加することにより、水中のシリカを効率的に除去するものであるが、使用する塩の濃度が高いため、汚泥の発生量が多くなる。また上記特許文献2は、鉄塩の濃度が低いため汚泥の発生量は比較的少ないが、シリカ除去率が低くなる。従って、従来のシリカ除去処理では、汚泥の発生量を抑えつつ高いシリカ除去率を達成するのは困難であった。
The above-mentioned
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、汚泥の発生量を抑制しつつ水中のシリカを効率的に除去することが可能なシリカ含有水の処理方法及びその処理装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a method for treating silica-containing water capable of efficiently removing silica in water while suppressing the amount of sludge generated, and a treatment apparatus thereof. Is to provide.
本発明の一局面に係るシリカ含有水の処理方法は、シリカを含有する原水を反応槽に供給する原水供給ステップと、鉄成分を含有するシリカ除去剤を前記反応槽に供給する除去剤供給ステップと、前記反応槽内のpHを調整するpH調整ステップと、前記シリカ除去剤により原水に含まれるシリカを除去するシリカ除去ステップと、を備える。前記反応槽内には、前記反応槽内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤が含まれている。前記シリカ除去ステップでは、前記反応槽内のpHが6以上であり且つ前記反応槽内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下である処理条件下において、原水に含まれるシリカを除去する。 The method for treating silica-containing water according to one aspect of the present invention includes a raw water supply step of supplying silica-containing raw water to the reaction tank and a removing agent supply step of supplying a silica-containing silica removing agent to the reaction tank. And a pH adjusting step for adjusting the pH in the reaction vessel, and a silica removing step for removing silica contained in the raw water with the silica removing agent. The reaction vessel contains a precipitation aid having a surface area of 0.5 m 2 / l or more and 1000 m 2 / l or less in the reaction vessel. In the silica removal step, silica contained in raw water is removed under treatment conditions in which the pH in the reaction vessel is 6 or more and the iron concentration in the reaction vessel is 10 mg / l or more and 250 mg / l or less.
上記シリカ含有水の処理方法では、前記シリカ除去ステップにおいて前記反応槽内のpHが10以下であってもよい。 In the method for treating silica-containing water, the pH in the reaction vessel may be 10 or less in the silica removal step.
上記シリカ含有水の処理方法は、シリカが除去されて前記反応槽から取り出された処理水を固液分離する固液分離ステップをさらに備えていてもよい。 The method for treating silica-containing water may further include a solid-liquid separation step for solid-liquid separation of the treated water from which silica has been removed and taken out from the reaction vessel.
上記シリカ含有水の処理方法において、前記析出助剤の少なくとも一部は、前記原水中において流動可能な状態であってもよい。前記固液分離ステップでは、前記処理水に含まれる汚泥を沈殿させることにより固液分離してもよい。上記シリカ含有水の処理方法は、前記固液分離ステップにおいて沈殿させた前記汚泥の少なくとも一部を前記反応槽に返送する返送ステップをさらに備えていてもよい。 In the method for treating silica-containing water, at least a part of the precipitation aid may be in a fluid state in the raw water. In the solid-liquid separation step, solid-liquid separation may be performed by precipitating sludge contained in the treated water. The method for treating silica-containing water may further include a return step of returning at least a part of the sludge precipitated in the solid-liquid separation step to the reaction tank.
上記シリカ含有水の処理方法において、前記固液分離ステップでは、膜濾過により前記処理水を固液分離してもよい。 In the method for treating silica-containing water, in the solid-liquid separation step, the treated water may be solid-liquid separated by membrane filtration.
上記シリカ含有水の処理方法は、固液分離された前記処理水を逆浸透膜により濾過する濾過ステップをさらに備えていてもよい。 The method for treating silica-containing water may further include a filtration step of filtering the solid-liquid separated treated water with a reverse osmosis membrane.
本発明の他局面に係るシリカ含有水の処理装置は、反応槽と、シリカを含有する原水を前記反応槽に供給する原水供給手段と、鉄成分を含有するシリカ除去剤を前記反応槽に供給する除去剤供給手段と、pH調整剤を前記反応槽に供給するpH調整手段と、前記反応槽内に含まれ、前記反応槽内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤と、を備える。前記pH調整手段は、前記反応槽内のpHが6以上となるように前記pH調整剤を前記反応槽に供給するよう構成されている。前記除去剤供給手段は、前記反応槽内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下となるように前記シリカ除去剤を前記反応槽に供給するよう構成されている。 The silica-containing water treatment apparatus according to another aspect of the present invention supplies the reaction tank, the raw water supply means for supplying the raw water containing silica to the reaction tank, and the silica removing agent containing an iron component to the reaction tank. The removing agent supply means, the pH adjusting means for supplying the pH adjusting agent to the reaction vessel, and the surface area contained in the reaction vessel in the reaction vessel of 0.5 m 2 / l or more and 1000 m 2 / l or less. It comprises a certain precipitation aid. The pH adjusting means is configured to supply the pH adjusting agent to the reaction vessel so that the pH in the reaction vessel becomes 6 or more. The removing agent supplying means is configured to supply the silica removing agent to the reaction tank so that the iron concentration in the reaction tank is 10 mg / l or more and 250 mg / l or less.
上記シリカ含有水の処理装置において、前記pH調整手段は、前記反応槽内のpHが10以下となるように前記pH調整剤を前記反応槽に供給するよう構成されていてもよい。 In the silica-containing water treatment apparatus, the pH adjusting means may be configured to supply the pH adjusting agent to the reaction vessel so that the pH in the reaction vessel becomes 10 or less.
上記シリカ含有水の処理装置は、シリカが除去された処理水を前記反応槽から取り出す取出手段と、前記処理水を固液分離する固液分離手段と、をさらに備えていてもよい。 The silica-containing water treatment apparatus may further include a means for taking out the treated water from which silica has been removed from the reaction vessel, and a solid-liquid separating means for solid-liquid separating the treated water.
上記シリカ含有水の処理装置において、前記析出助剤の少なくとも一部は、原水中において流動可能であってもよい。前記固液分離手段は、前記処理水に含まれる汚泥を沈殿させる沈殿槽により構成されていてもよい。上記シリカ含有水の処理装置は、沈殿させた前記汚泥の少なくとも一部を前記沈殿槽から前記反応槽に送り返す返送手段をさらに備えていてもよい。 In the silica-containing water treatment apparatus, at least a part of the precipitation aid may be flowable in raw water. The solid-liquid separation means may be composed of a settling tank for precipitating sludge contained in the treated water. The silica-containing water treatment apparatus may further include a return means for returning at least a part of the precipitated sludge from the settling tank to the reaction tank.
上記シリカ含有水の処理装置において、前記固液分離手段は、膜濾過装置により構成されていてもよい。 In the silica-containing water treatment apparatus, the solid-liquid separation means may be configured by a membrane filtration apparatus.
上記シリカ含有水の処理装置は、前記固液分離手段の下流側に配置され、固液分離された前記処理水を濾過する逆浸透膜装置をさらに備えていてもよい。 The silica-containing water treatment device may be further provided with a reverse osmosis membrane device that is arranged on the downstream side of the solid-liquid separation means and filters the solid-liquid separated treated water.
本発明によれば、汚泥の発生量を抑制しつつ水中のシリカを効率的に除去することが可能なシリカ含有水の処理方法及びその処理装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for treating silica-containing water capable of efficiently removing silica in water while suppressing the amount of sludge generated, and a treatment apparatus thereof.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るシリカ含有水の処理方法及びその処理装置について詳細に説明する。 Hereinafter, the method for treating silica-containing water and the treatment apparatus thereof according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
[シリカ含有水の処理装置]
まず、本発明の実施形態1に係るシリカ含有水の処理装置1(以下、単に「処理装置1」とも称する)の構成について、図1を参照して説明する。処理装置1は、シリカを含有する原水91のシリカ除去処理を行うための装置である。図1に示すように、この処理装置1は、反応槽10と、反応槽10内に含まれる析出助剤50と、反応槽10内において原水91を攪拌する攪拌手段11と、原水供給手段20と、除去剤供給手段30と、pH調整手段40と、を備える。
(Embodiment 1)
[Silica-containing water treatment device]
First, the configuration of the silica-containing water treatment device 1 (hereinafter, also simply referred to as “
反応槽10は、槽空間10Aを有する容器であり、原水供給手段20から供給される原水91を当該槽空間10Aにおいて貯留する。攪拌手段11は、回転軸13と、この回転軸13の下端に設けられた複数の攪拌翼12と、を有し、回転軸13を軸周りに回転させることにより攪拌翼12によって原水91を攪拌する。
The
原水供給手段20は、シリカを含有する原水91を反応槽10に供給する。具体的には、原水供給手段20は、反応槽10の原水入口10Bに一端が接続された配管からなる原水ライン21と、原水ライン21内に原水91を流すためのポンプ23と、原水ライン21内における原水91の流通及び遮断を切り替えるバルブ22と、ポンプ23の動作及びバルブ22の開閉を制御する制御装置24と、により構成することができる。なお、原水供給手段20は、反応槽10に原水91を供給可能であればよく、図1の構成には限定されない。
The raw water supply means 20 supplies the
除去剤供給手段30は、シリカ除去剤を反応槽10に供給する。シリカ除去剤は、鉄成分を含有し、この鉄成分を原水91中のシリカと反応させて鉄−シリカの反応物を生成することにより、原水91中のシリカを除去する。
The remover supply means 30 supplies the silica remover to the
シリカ除去剤は、鉄を含有するものであれば特に限定されない。シリカ除去剤としては、例えば、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、鉄粉、還元鉄、二硫化鉄、珪化鉄、二珪化鉄、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、硫化鉄、ヨウ化鉄、塩化コッパラス、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化第二鉄、鉄−シリカ無機高分子凝集剤及びこれらの水和物などを用いることができる。特に、塩化鉄(III)は、コストが低く、酸化による劣化の虞が少ないため、好ましい。 The silica removing agent is not particularly limited as long as it contains iron. Examples of the silica removing agent include iron (II) chloride, iron (III) chloride, iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, iron powder, reduced iron, iron disulfide, iron silicate, iron disilicate, and oxidation. Iron (II), iron (III) oxide, iron sulfide, iron iodide, copper chloride, polyiron sulfate, ferric chloride, iron-silica inorganic polymer flocculant and hydrates thereof can be used. it can. In particular, iron (III) chloride is preferable because it has a low cost and is less likely to be deteriorated by oxidation.
除去剤供給手段30は、除去剤供給ライン31と、バルブ32と、ポンプ33と、除去剤槽34と、制御装置24と、により構成することができる。図1に示すように、除去剤供給ライン31は、一端が反応槽10の除去剤入口10Cに接続されると共に、他端が除去剤槽34に接続されている。除去剤槽34は、塩化鉄(III)などの水溶液を調製し、貯留する。ポンプ33は、除去剤供給ライン31にシリカ除去剤の水溶液を流す。バルブ32は、除去剤供給ライン31内における水の流通及び遮断を切り替える。制御装置24は、ポンプ33の動作及びバルブ32の開閉を制御する。なお、除去剤供給手段30は、シリカ除去剤を反応槽10に供給可能な構成であればよく、例えば粉末状の塩化鉄(III)を直接反応槽10に供給する構成でもよい。
The removing agent supply means 30 can be composed of a removing
除去剤供給手段30は、反応槽10内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下となるようにシリカ除去剤を反応槽10に供給するよう構成されている。反応槽10内における鉄濃度が10mg/l未満である場合には、原水91中のシリカを十分に除去するのは困難である。一方、反応槽10内における鉄濃度が250mg/lを超える場合には、鉄の添加量に対するシリカ除去率の増加が小さくなり、汚泥の発生量が増加する。このため、除去剤供給手段30は、反応槽10内の鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下となるようにシリカ除去剤を供給することが好ましく、10mg/l以上200mg/l以下となるようにシリカ除去剤を供給することがより好ましく、20mg/l以上120mg/l以下となるようにシリカ除去剤を供給することがさらに好ましい。
The removing
pH調整手段40は、pH調整剤を反応槽10に供給する。pH調整剤は、反応槽10内に供給された原水91のpHを適切な範囲に調整するためのものである。pHを酸性側に調整するためのpH調整剤(酸性側pH調整剤)としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸又はシュウ酸などの酸類を用いることができる。一方、pHをアルカリ性側に調整するためのpH調整剤(アルカリ性側pH調整剤)としては、NaOH、KOH、NH3水、Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaHCO3又はNa2CO3などの塩基類を用いることができる。
The pH adjusting means 40 supplies the pH adjusting agent to the
反応槽10内の原水91にシリカ除去剤を添加すると、当該シリカ除去剤の添加量に応じてpHが酸性になる。この時、pHをアルカリ性側にシフトさせるために、アルカリ性側pH調整剤が用いられる。また酸性側pH調整剤は、アルカリ性側pH調整剤を過剰に添加してしまった場合にpHを微調整するために用いられる。この酸性側pH調整剤は、省略することも可能である。
When a silica removing agent is added to the
pH調整手段40は、pH調整剤供給ライン41と、バルブ42と、ポンプ43と、pH調整剤槽44と、制御装置24と、により構成することができる。図1に示すように、pH調整剤供給ライン41は、一端が反応槽10の調整剤入口10Dに接続されると共に、他端がpH調整剤槽44に接続されている。pH調整剤槽44は、NaOHなどのpH調整剤の水溶液を調製し、貯留する。ポンプ43は、pH調整剤供給ライン41にpH調整剤の水溶液を流す。バルブ42は、pH調整剤供給ライン41内における水の流通及び遮断を切り替える。制御装置24は、ポンプ43の動作及びバルブ42の開閉を制御する。なお、pH調整手段40は、pH調整剤を反応槽10に供給可能であればよく、固体状のNaOH(pH調整剤)を直接反応槽10に供給する構成でもよい。
The pH adjusting means 40 can be composed of a pH adjusting
pH調整手段40は、反応槽10内のpHが6以上10以下となるようにpH調整剤を反応槽10に供給するよう構成されている。反応槽10内のpHが6未満の場合には、鉄とシリカの反応物の飽和溶解度が上がるため、シリカ除去率が低下する傾向がある。一方、反応槽10内のpHが10を超える場合には、シリカ除去後に反応槽10から取り出される処理水がアルカリ性になる。このため、反応槽10よりも下流側の濾過装置に処理水を供給する場合や当該処理水を繰り返し使用する場合などにおいては、pHを再度調整する必要が生じる。このため、pH調整手段40は、反応槽10内のpHが6以上10以下となるようにpH調整剤を供給することが好ましく、pHが6以上9以下となるようにpH調整剤を供給することがより好ましく、pHが6以上8以下となるようにpH調整剤を供給することがさらに好ましい。
The pH adjusting means 40 is configured to supply the pH adjusting agent to the
析出助剤50は、水に不溶性の粒子であり、シリカ除去剤によるシリカの析出反応を促進させる表面を有している。図1に示すように、析出助剤50は、水に対して高い分散性を有する粒子からなり、原水91中において流動可能な状態とされている(流動床)。析出助剤50としては、例えば、鉄成分によるシリカの析出時に生じる発生汚泥(水酸化鉄の凝集沈殿にシリカが巻き込まれたもの、若しくは、鉄とシリカが反応した反応物が析出したもの)、ゼオライト、活性炭、シリカ、濾過砂、ベントナイト、アルミナ、各種担体、水に不溶性の塩類、金属類又は活性汚泥などを用いることができる。特に、固液分離のし易さ、流動性の良さ及びコストなどの観点から、活性汚泥又はゼオライトを析出助剤50として用いることが好ましい。
The
本実施形態に係るシリカ含有水の処理装置1は、析出助剤50を反応槽10内に添加すると共にその表面積を特定の範囲内とすることによって、シリカ除去処理における汚泥の発生量を抑えつつ高いシリカ除去率を達成する点に特徴を有している。ここで、析出助剤50によるシリカ除去率向上の原理について説明する。
The silica-containing
反応槽10内の原水91にシリカ除去剤及びpH調整剤を添加し、析出助剤50を添加しない場合には、シリカ除去剤に由来する鉄が、正の電荷を持つ凝集剤として機能し、原水91中に含まれる負の電荷を持つ成分とフロックを形成し、沈殿する(凝集沈殿)。原水91中のシリカは、負の電荷を持つ様々な形態で存在している(例えば、HSiO3 −や、SiO3 2−など)。このため、負の電荷を持つ溶解性及びコロイド性のシリカは、鉄の正電荷により電位中和され、ファンデルワールス引力に由来してフロックを形成し、沈殿除去される。この凝集沈殿法では、原水91中に含まれる負電荷を中和し、ファンデルワールス引力によって、フロックを形成して沈殿させているため、シリカの負電荷を十分に中和するために必要な鉄の添加量が多くなってしまう。
When the silica remover and the pH adjuster are added to the
これに対して、本実施形態は、鉄剤を単に負電荷の中和剤として使用するものではなく、鉄剤を原水91中のシリカと化学反応を起こすための化学物質として使用している点で異なっている。つまり、原水91に添加された鉄剤は、原水91中のシリカと化学反応を起こし、鉄とシリカの反応物を形成する。この鉄とシリカの反応物は、飽和溶解度が低いものである。このため、原水91中における鉄とシリカの反応物は、過飽和状態(飽和溶解度以上に原水91中に溶解した状態)になっていると考えられる。そして、過飽和状態における析出反応(液相から固相への相変化)は、一般的に以下のような機構で進行する。
On the other hand, the present embodiment is different in that the iron agent is not simply used as a neutralizing agent for negative charges, but the iron agent is used as a chemical substance for causing a chemical reaction with silica in the
まず、液相から固相への相変化は、核化と成長の2つのプロセスからなる。ここで、溶液の状態によって、核発生現象が優先する場合と、発生した核の成長現象が優先する場合と、がある。具体的には、液相の状態によって、安定域(stable zone)、準安定域(metastable zone)及び不安定域(unstable zone)の3つの状態が存在する。安定域は、未飽和域であり、液相から固相への相変化が起こらない領域である。準安定域は、核の成長現象は発生するが、新たな核発生現象が発生しない領域である。不安定域は、新たな核発生現象が発生する領域である。 First, the phase change from the liquid phase to the solid phase consists of two processes, nucleation and growth. Here, depending on the state of the solution, there are cases where the nucleation phenomenon has priority and cases where the growth phenomenon of the generated nuclei has priority. Specifically, there are three states, a stable zone, a metastable zone, and an unstable zone, depending on the state of the liquid phase. The stable region is an unsaturated region, which is a region in which a phase change from a liquid phase to a solid phase does not occur. The metastable region is a region in which a nuclear growth phenomenon occurs but a new nuclear generation phenomenon does not occur. The unstable region is the region where a new nuclear phenomenon occurs.
反応槽10内に析出助剤50を添加すると共にその表面積を調整することにより、当該析出助剤50の表面がシリカの核化及び成長プロセスの場として機能し、シリカの析出反応を促進させる。
By adding the
凝集沈殿法の場合にも、鉄は、負電荷の中和以外にも化学反応を起こす化学物質として機能し、鉄とシリカの反応物を形成していると推定されるが、その状態では、上述の不安定域(unstable zone)までの反応物しか析出しないと考えられる。しかし、本実施形態においては、析出助剤50が存在するため、新たな核発生現象が発生しない準安定域(metastable zone)においても、析出助剤50が核として機能することにより、準安定域(metastable zone)までの鉄とシリカの反応物を析出させて除去することが可能である。
Even in the case of the coagulation precipitation method, it is presumed that iron functions as a chemical substance that causes a chemical reaction other than neutralization of negative charges and forms a reactant of iron and silica. It is considered that only the reactants up to the above-mentioned unstable zone are precipitated. However, in the present embodiment, since the
このように、本実施形態は、凝集沈殿法では除去できなかった領域である準安定域にあるシリカまでも除去することができる点に特徴を有している。これにより、凝集沈殿法に比べてシリカの除去効率が向上するため、同じシリカ除去剤の添加量に対してシリカ除去率を高めることができる。従って、高いシリカ除去率を達成しつつシリカ除去剤の添加量を少なくすることができるため、汚泥の発生量も抑制することができる。 As described above, the present embodiment is characterized in that even silica in the metastable region, which is a region that could not be removed by the coagulation precipitation method, can be removed. As a result, the silica removal efficiency is improved as compared with the coagulation-precipitation method, so that the silica removal rate can be increased with respect to the addition amount of the same silica remover. Therefore, since the amount of the silica removing agent added can be reduced while achieving a high silica removing rate, the amount of sludge generated can also be suppressed.
反応槽10内における析出助剤50の表面積は、反応槽10内において十分実用的なシリカ析出反応の速度を得るため、0.5m2/l以上1000m2/l以下となっている。析出助剤50の表面積が0.5m2/l未満の場合には、表面積が小さすぎるため、実用的なシリカ析出反応の速度を得るのは困難である。一方、析出助剤50の表面積が1000m2/lを超える場合には、水中の浮遊汚濁物質(SS)濃度が高くなり過ぎるため、後の固液分離が困難になり、水処理システム全体として好ましくない。
The surface area of the
このため、析出助剤50の表面積は、0.5m2/l以上1000m2/l以下であり、2m2/l以上500m2/l以下であることが好ましく、2m2/l以上300m2/l以下であることがより好ましい。析出助剤50の表面積がこの範囲内であれば、実用的な時間内において準安定域にあるシリカまで除去することが可能になる。なお、表面積の範囲を規定するのは、シリカの核成長反応が析出助剤50の粒子の表面において発生し、その反応速度が析出助剤50の表面積に依存するためである。
Therefore, the surface area of the
反応槽10内における析出助剤50の表面積は、下記の式(1)により算出することができる。
反応槽内の析出助剤の表面積(m2/l)=析出助剤の単位質量当たりの表面積(m2/g)×反応槽の単位体積当たりの析出助剤の添加量(g/l)・・・(1)
上記の式(1)において、「析出助剤の単位質量当たりの表面積(m2/g)」は、析出助剤50の粒子が真球であり且つ充填率を68%とした場合において、析出助剤50の平均粒子径(μm)及び析出助剤50のかさ密度(g/cm3)を用いて算出される。
The surface area of the
Surface area of precipitation aid in reaction vessel (m 2 / l) = Surface area of precipitation aid per unit mass (m 2 / g) x amount of precipitation aid added per unit volume of reaction vessel (g / l) ... (1)
In the above formula (1), the "surface surface per unit mass of the precipitation aid (m 2 / g)" is precipitated when the particles of the
具体的には、まず、析出助剤50の平均粒子径(μm)から粒子の平均体積4/3πr3(rは平均粒子半径)を算出する。そして、析出助剤50のかさ密度の逆数(mm3/g)を平均体積(mm3/個)で割ると共に充填率(%)を掛ける。これにより、析出助剤50の1g当たりの粒子の個数(個/g)を算出することができる。そして、平均粒子径(μm)より算出される粒子の平均表面積(4πr2)を、1g当たりの粒子の個数に掛けることにより、1g当たりの平均表面積(m2/g)を算出することができる。
Specifically, first, the average volume of particles 4 / 3πr 3 (r is the average particle radius) is calculated from the average particle diameter (μm) of the
析出助剤50の平均粒子径は、例えば、株式会社島津製作所製のSALD−7000を用いた粒度分布測定により得ることができる。具体的には、析出助剤50を水に分散させ、この分散液を光散乱法により測定し、個数換算で算出される粒度分布の最頻値を平均粒子径として定義することができる。また水に対する分散性が低い析出助剤50が用いられる場合には、ホソカワミクロン株式会社製のパウダーテスターPT−Xを用いて粒度分布を測定することもできる。この場合も、個数換算の最頻値により平均粒子径を定義することが好ましい。なお、上記した平均粒子径の測定方法は例示であり、他の測定方法を採用することも可能である。またかさ密度(g/cm3)は、析出助剤50を10cm3の容器内に充填し、その重量を測定することにより算出することができる。
The average particle size of the
なお、「反応槽内における析出助剤の表面積」は、シリカの析出反応を促進する(シリカの核成長反応を促進する)有効表面積を意味する。これは、BET法により測定される比表面積とは異なるものである。BET法は、窒素の吸着量により粉体の表面積を測定する方法であるため、窒素が侵入可能な全ての空間における表面積を測定する。一方、シリカの核成長反応は、窒素が吸着する数nmオーダーの狭い空間では発生せず、マクロな表面において発生する。このため、本実施形態では、シリカの核成長反応が発生し得る部分の表面積を上記の通り定義する。 The "surface area of the precipitation aid in the reaction vessel" means an effective surface area that promotes the precipitation reaction of silica (promotes the nuclear growth reaction of silica). This is different from the specific surface area measured by the BET method. Since the BET method is a method of measuring the surface area of powder by the amount of nitrogen adsorbed, the surface area in all spaces where nitrogen can enter is measured. On the other hand, the nuclear growth reaction of silica does not occur in a narrow space on the order of several nanometers where nitrogen is adsorbed, but occurs on a macroscopic surface. Therefore, in the present embodiment, the surface area of the portion where the nuclear growth reaction of silica can occur is defined as described above.
上記処理装置1は、シリカが除去された処理水を反応槽10から取り出す取出手段60と、反応槽10から取り出された処理水を固液分離する固液分離手段70と、をさらに備える。
The
取出手段60は、一端が反応槽10の出口10Eに接続されると共に、他端が固液分離手段70に接続された取出ラインにより構成されている。反応槽10から取り出された処理水は、この取出ラインを介して固液分離手段70に送液される。なお、この処理水は、反応槽10内でのシリカ析出反応時に発生する汚泥を含んでいる。
The take-out means 60 is composed of a take-out line having one end connected to the
固液分離手段70は、反応槽10の下流側(後段)に配置されている。本実施形態では、固液分離手段70は、沈殿槽71により構成されている。沈殿槽71は、処理水に含まれる汚泥を重力によって沈降させることにより固液分離する。このため、沈殿槽71は、他の固液分離手段に比べて、エネルギー効率やランニングコストに優れるという利点がある。沈殿槽71で得られた上澄み液は、固液分離後の処理水としてさらに下流に送られる。
The solid-liquid separation means 70 is arranged on the downstream side (post-stage) of the
上記処理装置1は、返送手段80をさらに備える。図1に示すように、返送手段80は、沈殿槽71の底部と反応槽10とを接続する返送ラインにより構成されている。これにより、沈殿槽71での固液分離において底部に貯まった汚泥51を、返送ラインを介して沈殿槽71から反応槽10に送り返すことができる。そして、送り返された汚泥51を、反応槽10において析出助剤50として利用することができる。これにより、析出助剤50を反応槽10に新たに添加する必要が少なくなるため、ランニングコスト低減の観点から好ましい。返送手段80は、反応槽10内における析出助剤50の表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下の範囲に維持されるように、汚泥51の返送量及び返送のタイミングを調整するように構成されている。
The
また上記処理装置1は、汚泥引き抜き手段81をさらに備える。汚泥引き抜き手段81は、沈殿槽71の底部に接続されており、これによって沈殿槽71の底部に貯まった汚泥51のうち反応槽10に返送される以外の汚泥51を沈殿槽71から外部に排出することができる。
Further, the
[シリカ含有水の処理方法]
次に、上記シリカ含有水の処理装置1を用いて実施される本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法について説明する。
[Method of treating silica-containing water]
Next, a method for treating silica-containing water according to the present embodiment, which is carried out using the silica-containing
まず、シリカを含有する原水91が原水供給手段20により反応槽10内に供給される(原水供給ステップ)。具体的には、制御装置24によりポンプ23が作動すると共に、バルブ22が開状態とされる。これにより、原水91が原水ライン21内を通り、原水入口10Bから反応槽10内に供給される。原水91のシリカ濃度は、例えば100mg/lである。
First, the
反応槽10内には、シリカの析出反応を促進させる表面を有する粒子からなる析出助剤50が多数含まれる。また析出助剤50の添加量は、反応槽10内における析出助剤50の表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下(好ましくは2m2/l以上500m2/l以下、より好ましくは2m2/l以上300m2/l以下)となるように調整される。
The
次に、鉄成分を含有するシリカ除去剤(例えば、塩化鉄(III))が除去剤供給手段30により反応槽10に供給される(除去剤供給ステップ)。具体的には、制御装置24によりポンプ33が作動すると共に、バルブ32が開状態とされる。これにより、除去剤槽34から除去剤供給ライン31を介してシリカ除去剤が反応槽10に供給される。この時、反応槽10内の鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下(好ましくは10mg/l以上200mg/l以下、20mg/l以上120mg/l以下)となるようにシリカ除去剤の添加量が調整される。
Next, a silica removing agent containing an iron component (for example, iron (III) chloride) is supplied to the
次に、pH調整手段40によってNaOHなどのpH調整剤を反応槽10に供給することにより、反応槽10内のpHが調整される(pH調整ステップ)。具体的には、制御装置24によりポンプ43が作動すると共に、バルブ42が開状態とされる。これにより、pH調整剤槽44からpH調整剤供給ライン41を介してpH調整剤が反応槽10に供給される。これにより、反応槽10内のpHが6以上10以下の範囲に調整される。
Next, the pH in the
上記ステップにより、図1に示すように反応槽10内に原水91が満たされると共に、シリカ除去のための処理条件(析出助剤の表面積0.5〜1000m2/l、鉄濃度10〜250mg/l、pH6〜10)が整えられる。そして、この処理条件下において、シリカ除去剤により原水91に含まれるシリカが除去される(シリカ除去ステップ)。具体的には、シリカ除去剤に含まれる鉄成分がシリカの負電荷を電位中和し、フロックを形成して沈殿する(凝集沈殿)と共に、シリカ除去剤に含まれる鉄成分とシリカが反応することにより鉄とシリカの反応物を形成し、その後析出助剤50の表面において鉄−シリカの反応物が生成することにより、原水中のシリカが除去される。
By the above steps, as shown in FIG. 1, the
上述の通り、析出助剤50が添加されずに鉄などの塩のみが添加される場合には、凝集沈殿によりフロック形成されるシリカが除去されるのみであるため、シリカ除去の効率が不十分である。これに対して、本実施形態では、反応槽10内に析出助剤50が添加され、且つその表面積が0.5〜1000m2/lの範囲に調整されることにより、凝集沈殿によりシリカが除去されるだけでなく、析出助剤50の表面において鉄−シリカの反応物が生成することにより、準安定域にあるシリカまでも除去することができる。従って、シリカの除去効率が向上するため、汚泥の発生量を抑えるためにシリカ除去剤の添加量を減らした場合でも、高いシリカ除去率を維持することができる。
As described above, when only the salt such as iron is added without adding the
またシリカ除去ステップの間、析出助剤50の表面積、鉄濃度及びpHは、それぞれ上記範囲内に維持される。具体的には、pH検出部(pHセンサ)により反応槽10内のpHが監視され、pHが6〜10の範囲に収まるように、pH調整手段40により適量のpH調整剤が所定のタイミングで反応槽10に供給されてもよい。また濃度検出部(濃度センサ)により反応槽10内の鉄濃度が監視され、鉄濃度が10〜250mg/lの範囲に収まるように、除去剤供給手段30により適量のシリカ除去剤が所定のタイミングで反応槽10内に供給されてもよい。
Further, during the silica removal step, the surface area, iron concentration and pH of the
次に、シリカが除去された処理水が反応槽10から取り出され、取出手段60を介して沈殿槽71(固液分離手段70)に送液される。そして、この沈殿槽71において処理水を固液分離する(固液分離ステップ)。具体的には、処理水に含まれる汚泥51を重力により沈殿槽71の底部に沈殿させる。その後、汚泥51が取り除かれた上澄み液(固液分離後の処理水)が取り出される。以上のようなステップが連続的に行われることにより、シリカ除去された処理水を得ることができる。
Next, the treated water from which the silica has been removed is taken out from the
また固液分離ステップにおいて沈殿槽71の底部に沈殿した汚泥51は、返送手段80を介して反応槽10に返送される(返送ステップ)。この汚泥51は、反応槽10において析出助剤50として利用することができる。析出助剤50(汚泥51)は、返送手段80(返送ライン)を通じて、常時一定量返送される。この返送量は、反応槽10内における析出助剤50の表面積が0.5〜1000m2/lの範囲に収まるように決定される。また沈殿槽71において分離された汚泥51の一部は、汚泥引き抜き手段81(汚泥引き抜きライン)により引き抜かれる。汚泥51の返送比(汚泥返送比)は、反応槽10へ返送される汚泥のSS濃度「R(mg/l)」と反応槽の10のSS濃度「A(mg/l)」とを用いて、以下の式によって定義される。汚泥返送比(%)=[A/(R−A)×100]である。
Further, the
返送手段80は、制御装置24により制御されるバルブやポンプなどを備え、反応槽10内の析出助剤50の表面積が0.5〜1000m2/lの範囲に収まるように、汚泥51の返送量を調整することが好ましい。以上のステップにより、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法が完了する。
The return means 80 includes a valve, a pump, and the like controlled by the
[作用効果]
次に、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法及びその処理装置1の特徴、並びにこれらの作用効果について説明する。
[Action effect]
Next, the method for treating silica-containing water according to the present embodiment, the features of the
本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法は、シリカを含有する原水91を反応槽10に供給する原水供給ステップと、鉄成分を含有するシリカ除去剤を反応槽10に供給する除去剤供給ステップと、反応槽10内のpHを調整するpH調整ステップと、シリカ除去剤により原水91に含まれるシリカを除去するシリカ除去ステップと、を備える。反応槽10内には、反応槽10内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤50が含まれている。シリカ除去ステップでは、反応槽10内のpHが6以上であり且つ反応槽10内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下である処理条件下において、原水91に含まれるシリカを除去する。
The method for treating silica-containing water according to the present embodiment includes a raw water supply step of supplying silica-containing
本実施形態に係るシリカ含有水の処理装置1は、反応槽10と、シリカを含有する原水を反応槽10に供給する原水供給手段20と、鉄成分を含有するシリカ除去剤を反応槽10に供給する除去剤供給手段30と、pH調整剤を反応槽10に供給するpH調整手段40と、反応槽10内に含まれ、反応槽10内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤50と、を備える。pH調整手段40は、反応槽10内のpHが6以上となるようにpH調整剤を反応槽10に供給するよう構成されている。除去剤供給手段30は、反応槽10内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下となるようにシリカ除去剤を反応槽10に供給するよう構成されている。
In the silica-containing
上記特徴によれば、反応槽10内に析出助剤50を添加すると共にその表面積を0.5m2/l以上1000m2/l以下に調整することにより、析出助剤50の表面において鉄とシリカの反応物の析出反応を促進することができる。これにより、通常の凝集沈殿法と異なり、フロック形成によって除去されるシリカだけでなく準安定域にあるシリカまでも除去することができるため、シリカの除去効率をより高めることができる。このため、コスト削減や汚泥発生量の抑制のために鉄濃度を10mg/l以上250mg/l以下という比較的低い範囲に設定した場合でも、高いシリカ除去率を達成することができる。従って、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法及びその処理装置1によれば、汚泥の発生量を抑制しつつ水中のシリカを効率的に除去することができる。
According to the above characteristics, iron and silica are formed on the surface of the
上記シリカ含有水の処理方法では、シリカ除去ステップにおいて反応槽10内のpHが10以下である。上記シリカ含有水の処理装置1において、pH調整手段40は、反応槽10内のpHが10以下となるようにpH調整剤を反応槽10に供給するよう構成されている。これにより、反応槽10から中性の処理水を取り出すことができるため、反応槽10よりも下流側(後段)においてpH調整を再度行う必要がなくなる。従って、アルカリ性の処理水を取り出す場合と異なり、再度のpH調整に必要な酸剤のコストを削減することができる。
In the above method for treating silica-containing water, the pH in the
上記シリカ含有水の処理方法は、シリカが除去されて反応槽10から取り出された処理水を固液分離する固液分離ステップを備える。上記シリカ含有水の処理装置1は、シリカが除去された処理水を反応槽10から取り出す取出手段60と、処理水を固液分離する固液分離手段70と、を備える。これにより、シリカ除去反応において生じた汚泥51を処理水から取り除くことができる。
The method for treating silica-containing water includes a solid-liquid separation step of solid-liquid separating the treated water from which silica has been removed and taken out from the
上記シリカ含有水の処理方法において、析出助剤50は、原水91中において流動可能な状態である。固液分離ステップでは、処理水に含まれる汚泥51を沈殿させることにより固液分離する。また上記シリカ含有水の処理方法は、固液分離ステップにおいて沈殿させた汚泥51を反応槽10に返送する返送ステップを備える。上記シリカ含有水の処理装置1において、析出助剤50は、原水91中において流動可能である。固液分離手段70は、処理水に含まれる汚泥51を沈殿させる沈殿槽71により構成されている。上記処理装置1は、沈殿させた汚泥51を沈殿槽71から反応槽10に送り返す返送手段80を備える。これにより、沈殿槽71の底部に沈殿させた汚泥51を反応槽10に返送し、これを析出助剤50として利用することができる。このため、析出助剤50を反応槽10に新たに添加する必要が少なくなり、ランニングコストをより低減することができる。
In the method for treating silica-containing water, the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について、図2を参照して説明する。実施形態2は、基本的に上記実施形態1と同様であり、且つ同様の作用効果が奏されるが、固液分離手段70が膜濾過装置73により構成されている点が異なっている。以下、上記実施形態1と異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 2)
Next,
[シリカ含有水の処理装置]
図2に示すように、実施形態2に係る処理装置2では、膜濾過装置73は反応槽10の下流側に配置されており、反応槽10から取り出された処理水が取出手段60を介して膜濾過装置73に供給される。膜濾過装置73としては、例えば、中空糸限外濾過(UF)膜や中空糸精密濾過(MF)膜を有するケーシング収納方式の膜モジュールを用いることができる。また膜濾過装置73には、返送手段80と、汚泥引き抜き手段81と、が接続されている。
[Silica-containing water treatment device]
As shown in FIG. 2, in the
[シリカ含有水の処理方法]
実施形態2では、固液分離ステップにおいて、反応槽10から取り出された処理水を膜濾過装置73に通水して膜濾過することにより固液分離が行われる。
[Method of treating silica-containing water]
In the second embodiment, in the solid-liquid separation step, the solid-liquid separation is performed by passing the treated water taken out from the
実施形態2によれば、上記実施形態1のように沈殿槽71を用いる場合に比べて、処理水の水質をより向上させることができる。具体的には、処理水のSDI(シルト濃度指数、ASTMD4189−95)を3以下にまで下げることができる。このため、処理水を逆浸透膜装置への供給水として直接用いることができる。 According to the second embodiment, the water quality of the treated water can be further improved as compared with the case where the settling tank 71 is used as in the first embodiment. Specifically, the SDI (silt concentration index, ASTMD4189-95) of the treated water can be lowered to 3 or less. Therefore, the treated water can be directly used as the water supply to the reverse osmosis membrane device.
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3について、図3を参照して説明する。実施形態3は、基本的に上記実施形態2と同様であり、且つ同様の作用効果を奏するが、逆浸透膜装置74が配置されている点が異なっている。以下、上記実施形態2と異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 3)
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is basically the same as the second embodiment and has the same effect and effect, except that the reverse
[シリカ含有水の処理装置]
図3に示すように、実施形態3に係る処理装置3では、逆浸透膜装置74は、固液分離手段70(膜濾過装置73)の下流側に配置されており、固液分離手段70を通過した後の処理水が供給される。逆浸透膜装置74では、固液分離手段70において固液分離された処理水を、逆浸透(RO)膜により濾過処理する。
[Silica-containing water treatment device]
As shown in FIG. 3, in the
[シリカ含有水の処理方法]
実施形態3では、固液分離ステップの後、固液分離された処理水をRO膜により濾過する濾過ステップがさらに行われる。これにより、RO膜を通過した水がRO処理水として逆浸透膜装置74から取り出されると共に(符号75)、イオンや塩類などの不純物を含む濃縮水が逆浸透膜装置74から排水される(符号76)。これにより、イオンや塩類が除去された純度が高い処理水を得ることができる。
[Method of treating silica-containing water]
In the third embodiment, after the solid-liquid separation step, a filtration step of filtering the solid-liquid separated treated water with an RO membrane is further performed. As a result, the water that has passed through the RO membrane is taken out from the reverse
RO膜では、濃縮水側のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度を超えることにより、シリカスケールの析出が問題となる場合がある。よって、濃縮水側のシリカ濃度が高くなり過ぎるのを防ぐため、RO処理水の回収率を低く設定する場合がある。これに対して、本実施形態では、上述した通り析出助剤50によって反応槽10におけるシリカ除去効率を高めることができるため、シリカ濃度がより低減された処理水を逆浸透膜装置74に供給することができる。従って、RO処理水の回収率の設定を上げた場合でも、RO膜におけるシリカスケールの析出を抑制することができる。
In the RO membrane, the silica concentration on the concentrated water side exceeds the saturated solubility of silica, which may cause a problem of silica scale precipitation. Therefore, in order to prevent the silica concentration on the concentrated water side from becoming too high, the recovery rate of RO treated water may be set low. On the other hand, in the present embodiment, as described above, the
(その他実施形態)
次に、本発明のその他実施形態について説明する。
(Other embodiments)
Next, other embodiments of the present invention will be described.
上記実施形態1では固液分離手段70として沈殿槽71を説明し、上記実施形態2,3では固液分離手段70として膜濾過装置73を説明したが、これに限定されない。固液分離手段70としては、砂濾過、加圧浮上槽、遠心分離機、真空脱水機、加圧脱水機、多重円盤脱水機、ベルトプレス又はフィルタープレスなどを採用することも可能であり、目的に応じて適宜選択することができる。
In the first embodiment, the settling tank 71 is described as the solid-liquid separation means 70, and in the second and third embodiments, the
上記実施形態3において、固液分離手段70として沈殿槽71が用いられてもよい。 In the third embodiment, the settling tank 71 may be used as the solid-liquid separating means 70.
上記実施形態1〜3では、析出助剤50が原水91中において自由に流動する流動床を採用する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、反応槽10内にテーブルを配置し、このテーブル上に析出助剤50を固定する固定床が採用されてもよい。この場合には、汚泥51を沈殿槽71から反応槽10に返送するプロセスは採用されず、析出助剤50の交換が定期的に行われる。
In the first to third embodiments, the case where the
また流動床と固定床が併用されてもよく、少なくとも一部の析出助剤50が流動床として用いられる場合に汚泥51の返送プロセスを採用することができる。流動床のみが採用される場合には、上述した析出助剤50の交換も不要になるため、プロセスの効率化の観点から好ましい。
Further, a fluidized bed and a fixed bed may be used in combination, and a
(実施例1)
<原水>
シリカを含有する原水91として、RO濃縮水(図3の符号76)を純水により希釈し、シリカ(SiO2)濃度を100mg/lに調整したものを準備した。
(Example 1)
<Raw water>
As the
<析出助剤>
100mg/l(SiO2濃度)のメタケイ酸ナトリウムの水溶液に塩化鉄を添加し、鉄濃度が100mg/lになるように調整した。そして、pHを7に調整することにより汚泥を発生させ、この汚泥を析出助剤50として用いた。
<Precipitation aid>
Iron chloride was added to an aqueous solution of 100 mg / l (SiO 2 concentration) sodium metasilicate to adjust the iron concentration to 100 mg / l. Then, sludge was generated by adjusting the pH to 7, and this sludge was used as the
汚泥の平均粒子径は、株式会社島津製作所製のSALD−7000を用いた粒度分布測定を行い、個数換算で算出される粒度分布の最頻値により測定したところ、0.3μmであった。汚泥のかさ密度は、汚泥を10cm3の容器に充填し、その重量を測定することにより算出したところ、1.5g/cm3であった。平均粒子径及びかさ密度より算出した汚泥の単位質量当たりの表面積は、9.1m2/gであった。 The average particle size of the sludge was 0.3 μm when the particle size distribution was measured using SALD-7000 manufactured by Shimadzu Corporation and measured by the mode of the particle size distribution calculated by the number conversion. The bulk density of sludge was calculated by filling a container of sludge in a container of 10 cm 3 and measuring the weight thereof, and it was 1.5 g / cm 3. The surface area per unit mass of sludge calculated from the average particle size and bulk density was 9.1 m 2 / g.
反応槽10の体積1L当たりに20gの汚泥を添加し、反応槽10内における汚泥の表面積が181m2/lになるように調整した。
20 g of sludge was added per 1 L of the volume of the
<シリカ除去剤>
シリカ除去剤としては、塩化鉄(III)を使用し、反応槽10内の鉄濃度が103mg/lになるように添加量を調整した。
<Silica remover>
Iron (III) chloride was used as the silica removing agent, and the amount added was adjusted so that the iron concentration in the
<pH調整剤>
pH調整剤としては、NaOHを使用し、反応槽10内のpHが7.0になるように添加量を調整した。
<pH adjuster>
NaOH was used as the pH adjuster, and the amount added was adjusted so that the pH in the
<シリカ除去処理の手順>
シリカを含有する原水91を原水ライン21により反応槽10に供給しつつ、反応槽10においてシリカ除去処理が行われた処理水を反応槽10から連続的に取り出した。反応槽10内には、予め析出助剤50を添加した。この連続処理中において、塩化鉄(III)を除去剤供給ライン31により反応槽10内に添加すると共に、NaOHをpH調整剤供給ライン41により反応槽10に供給することによりpHを7.0に調整した。
<Procedure for removing silica>
While the
反応槽10における原水91の滞留時間は約60分間とした。反応槽10から連続的に取り出された処理水を沈殿槽71において固液分離し、上澄み液を得た。
The residence time of the
<評価>
固液分離後の処理水(上澄み液)のシリカ濃度を測定し、この測定値と処理前のシリカ濃度に基づいてシリカ除去率(%)を算出した。
<Evaluation>
The silica concentration of the treated water (supernatant) after solid-liquid separation was measured, and the silica removal rate (%) was calculated based on this measured value and the silica concentration before the treatment.
シリカ除去処理中に発生した汚泥の発生量(mg/l)を測定した。 The amount of sludge generated during the silica removal treatment (mg / l) was measured.
固液分離後の処理水を、汚泥(析出助剤50)の表面積が181m2/lに調整された反応槽10内に再び供給した。そして、反応槽10内で6時間滞留させることにより、シリカの核成長反応を促進させた。その後、6時間滞留後のシリカ濃度を測定し、同様にシリカ除去率(%)を算出した(下記表1における「処理水のシリカ濃度(mg/l)」、「シリカ除去率(%)」に相当)。
The treated water after the solid-liquid separation was supplied again into the
この処理水を48時間滞留させた後におけるシリカ濃度及びシリカ除去率を、下記表1において「48時間後のシリカ濃度(mg/l)、「48時間後のシリカ除去率(%)」と表記した。そして、48時間の滞留後にシリカ除去率の増加が認められなかった場合には、6時間の処理により既に準安定域までシリカが除去されていると判断し、下記の表1のシリカ除去域の項目において「準安定域」とした。一方、48時間の滞留後に6時間の滞留後と比べてシリカ除去率の増加が認められた場合には、6時間の処理において不安定域までしかシリカが除去されていないと判断し、「不安定域」とした。 The silica concentration and the silica removal rate after allowing the treated water to stay for 48 hours are expressed as "silica concentration (mg / l) after 48 hours and silica removal rate (%) after 48 hours" in Table 1 below. did. If no increase in the silica removal rate is observed after the residence for 48 hours, it is determined that the silica has already been removed to the metastable region by the treatment for 6 hours, and the silica removal region in Table 1 below is determined. In the item, it was set as "metastable range". On the other hand, when an increase in the silica removal rate is observed after the residence for 48 hours as compared with the case after the residence for 6 hours, it is judged that the silica is removed only to the unstable region in the treatment for 6 hours, and "No". "Stable range".
(実施例2〜4)
塩化鉄(III)の添加量を下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Examples 2 to 4)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the amount of iron (III) chloride added was changed as shown in Table 1 below.
(実施例5,6)
反応槽10内のpHを下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Examples 5 and 6)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the pH in the
(実施例7,8)
反応槽10内の析出助剤50の表面積を下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Examples 7 and 8)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the surface area of the
(実施例9)
シリカ除去剤を塩化鉄(II)4水和物に変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Example 9)
The silica removing treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the silica removing agent was changed to iron (II) chloride tetrahydrate.
(実施例10)
シリカ除去剤を硫酸鉄(II)7水和物に変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Example 10)
The silica removing treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the silica removing agent was changed to iron (II) sulfate heptahydrate.
(実施例11)
析出助剤50を濾過砂に変更し、反応槽10内における析出助剤50の表面積を変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Example 11)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the
(実施例12)
析出助剤50をベントナイトに変更し、反応槽10内における析出助剤50の表面積を変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Example 12)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the
(実施例13)
反応槽10内のpHを下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Example 13)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the pH in the
(比較例1)
析出助剤を添加しなかった点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。つまり、析出助剤を添加しない条件で6時間の滞留処理を行った後、48時間放置した。
(Comparative Example 1)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that no precipitation aid was added. That is, after performing the residence treatment for 6 hours under the condition that the precipitation aid was not added, the mixture was left for 48 hours.
(比較例2,3)
塩化鉄(III)の添加量を下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Comparative Examples 2 and 3)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the amount of iron (III) chloride added was changed as shown in Table 1 below.
(比較例4)
反応槽10内のpHを下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Comparative Example 4)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the pH in the
(比較例5)
反応槽10内の析出助剤50の表面積(m2/l)を下記の表1の通り変更した点以外は、実施例1と同じ条件でシリカ除去処理を行った。
(Comparative Example 5)
The silica removal treatment was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the surface area (m 2 / l) of the
下記の表1は、実施例1〜13及び比較例1〜5のそれぞれにおけるシリカ除去処理の条件及び実験結果を示している。図4は、実施例1〜4及び比較例2,3の実験結果に基づいた、鉄濃度(mg/l,横軸)とシリカ除去率(%,縦軸)との関係を示している。図5は、実施例1,5,6,13及び比較例4の実験結果に基づいた、反応槽10内のpH(横軸)とシリカ除去率(%,縦軸)との関係を示している。
Table 1 below shows the conditions and experimental results of the silica removal treatment in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5, respectively. FIG. 4 shows the relationship between the iron concentration (mg / l, horizontal axis) and the silica removal rate (%, vertical axis) based on the experimental results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3. FIG. 5 shows the relationship between the pH (horizontal axis) and the silica removal rate (%, vertical axis) in the
(考察)
実施例1では、処理水のシリカ濃度が38mg/lであり、シリカ除去率が62%となった。このシリカ除去率は、48時間後にも変わらなかった。よって、シリカの核成長現象によるシリカ除去率の増加が認められず、初めの処理において準安定域までシリカが除去されていることが確認された。
(Discussion)
In Example 1, the silica concentration of the treated water was 38 mg / l, and the silica removal rate was 62%. This silica removal rate did not change after 48 hours. Therefore, no increase in the silica removal rate due to the nuclear growth phenomenon of silica was observed, and it was confirmed that silica was removed to the metastable region in the initial treatment.
一方、比較例1では、処理水のシリカ濃度が48mg/lであり、シリカ除去率が52%であった。またシリカ除去率は、48時間後に62%となり、10%の増加が認められた。これは、6時間の滞留では不安定域のシリカまでしか除去されなかったのに対して、48時間まで延長することで、核成長反応が長時間に亘って進行することにより、48時間の時点で準安定域にあるシリカまで除去されたためであると考えられる。これらの結果より、シリカ除去剤の添加量が同じ場合でも析出助剤50をさらに添加することにより、短い処理時間で高いシリカ除去率を達成可能であることが分かった。
On the other hand, in Comparative Example 1, the silica concentration of the treated water was 48 mg / l, and the silica removal rate was 52%. The silica removal rate became 62% after 48 hours, and an increase of 10% was observed. This is because the retention of 6 hours removed only the silica in the unstable region, but by extending it to 48 hours, the nuclear growth reaction proceeded over a long period of time, so that the time point of 48 hours It is considered that this is because the silica in the metastable region was also removed. From these results, it was found that a high silica removal rate can be achieved in a short treatment time by further adding the
図4に示すように、鉄濃度が10mg/l未満の場合(比較例3)には、シリカの除去が不可能であった。一方、鉄濃度の増加に伴ってシリカ除去率及び汚泥の発生量が増加した。しかし、鉄濃度が250mg/lを超える範囲においては、汚泥の発生量がほぼ同じ割合で増加するのに対して、シリカ除去率の増加が飽和する傾向が見られた。従って、鉄濃度を10〜250mg/lの範囲にすることにより汚泥の発生量を抑制すると共に、高いシリカ除去率(62%)を達成可能であることが分かった。 As shown in FIG. 4, when the iron concentration was less than 10 mg / l (Comparative Example 3), it was impossible to remove silica. On the other hand, as the iron concentration increased, the silica removal rate and the amount of sludge generated increased. However, in the range where the iron concentration exceeds 250 mg / l, the amount of sludge generated increases at almost the same rate, whereas the increase in the silica removal rate tends to saturate. Therefore, it was found that by setting the iron concentration in the range of 10 to 250 mg / l, the amount of sludge generated can be suppressed and a high silica removal rate (62%) can be achieved.
図5に示すように、pHが6未満の場合(比較例4)にはシリカ除去が不可能であり、一方でアルカリ性側にシフトするに従ってシリカの除去率が向上した。しかし、pHが10を超えてもシリカ除去率は殆ど増加せず、一方でこの場合には処理水の中和処理が必要となる。このため、シリカ除去が可能であると共に後の中和処理を省略できるという観点から、pHの範囲は6〜10が好ましいことが分かった。 As shown in FIG. 5, when the pH was less than 6 (Comparative Example 4), silica removal was impossible, while the silica removal rate improved as the pH shifted to the alkaline side. However, even if the pH exceeds 10, the silica removal rate hardly increases, and in this case, a neutralization treatment of the treated water is required. Therefore, it was found that the pH range is preferably 6 to 10 from the viewpoint that silica can be removed and the subsequent neutralization treatment can be omitted.
比較例5のように、反応槽10内の析出助剤50の表面積が0.5〜1000m2/lの範囲外である場合(0.3m2/l)には、6時間の滞留時間において57%のシリカ除去率しか得られなかった。従って、析出助剤50を反応槽10内に配置するだけでなく、析出助剤50の表面積を0.5〜1000m2/lの範囲に調整することが、シリカ除去効率の向上において重要であることが分かった。
As in Comparative Example 5, in the case the surface area of the
実施例9では、60%のシリカ除去率が得られたことから、塩化鉄(II)4水和物もシリカ除去剤として採用可能であることが分かった。 Since a silica removal rate of 60% was obtained in Example 9, it was found that iron (II) chloride tetrahydrate can also be used as a silica remover.
実施例10では、58%のシリカ除去率が得られたことから、硫酸鉄(II)7水和物もシリカ除去剤として採用可能であることが分かった。 Since a silica removal rate of 58% was obtained in Example 10, it was found that iron (II) sulfate heptahydrate can also be used as a silica remover.
実施例11では、63%のシリカ除去率が得られたことから、濾過砂も析出助剤50として採用可能であることが分かった。
In Example 11, since a silica removal rate of 63% was obtained, it was found that filtered sand can also be used as the
実施例12では、62%のシリカ除去率が得られたことから、ベントナイトも析出助剤50として採用可能であることが分かった。
In Example 12, a silica removal rate of 62% was obtained, indicating that bentonite can also be used as the
今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1,2,3 シリカ含有水の処理装置
10 反応槽
20 原水供給手段
30 除去剤供給手段
40 pH調整手段
50 析出助剤
51 汚泥
70 固液分離手段
71 沈殿槽
73 膜濾過装置
74 逆浸透膜装置
80 返送手段
91 原水
1,2,3 Silica-containing
Claims (12)
鉄成分を含有するシリカ除去剤を前記反応槽に供給する除去剤供給ステップと、
前記反応槽内のpHを調整するpH調整ステップと、
前記シリカ除去剤により原水に含まれるシリカを除去するシリカ除去ステップと、を備え、
前記反応槽内には、前記反応槽内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤が含まれており、
前記シリカ除去ステップでは、前記反応槽内のpHが6以上であり且つ前記反応槽内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下である処理条件下において、原水に含まれるシリカを除去することを特徴とする、シリカ含有水の処理方法。 A raw water supply step that supplies silica-containing raw water to the reaction vessel,
A removal agent supply step of supplying a silica removing agent containing an iron component to the reaction vessel, and
A pH adjustment step for adjusting the pH in the reaction vessel and
A silica removing step of removing silica contained in raw water with the silica removing agent is provided.
The reaction vessel contains a precipitation aid having a surface area of 0.5 m 2 / l or more and 1000 m 2 / l or less in the reaction vessel.
In the silica removal step, silica contained in raw water is removed under treatment conditions in which the pH in the reaction vessel is 6 or more and the iron concentration in the reaction vessel is 10 mg / l or more and 250 mg / l or less. A method for treating silica-containing water.
前記固液分離ステップでは、前記処理水に含まれる汚泥を沈殿させることにより固液分離し、
前記固液分離ステップにおいて沈殿させた前記汚泥の少なくとも一部を前記反応槽に返送する返送ステップをさらに備えることを特徴とする、請求項3に記載のシリカ含有水の処理方法。 At least a part of the precipitation aid is in a state where it can flow in the raw water.
In the solid-liquid separation step, solid-liquid separation is performed by precipitating sludge contained in the treated water.
The method for treating silica-containing water according to claim 3, further comprising a return step of returning at least a part of the sludge precipitated in the solid-liquid separation step to the reaction vessel.
シリカを含有する原水を前記反応槽に供給する原水供給手段と、
鉄成分を含有するシリカ除去剤を前記反応槽に供給する除去剤供給手段と、
pH調整剤を前記反応槽に供給するpH調整手段と、
前記反応槽内に含まれ、前記反応槽内における表面積が0.5m2/l以上1000m2/l以下である析出助剤と、を備え、
前記pH調整手段は、前記反応槽内のpHが6以上となるように前記pH調整剤を前記反応槽に供給するよう構成され、
前記除去剤供給手段は、前記反応槽内における鉄濃度が10mg/l以上250mg/l以下となるように前記シリカ除去剤を前記反応槽に供給するよう構成されていることを特徴とする、シリカ含有水の処理装置。 Reaction tank and
A raw water supply means for supplying raw water containing silica to the reaction vessel, and
A removing agent supplying means for supplying a silica removing agent containing an iron component to the reaction vessel,
A pH adjusting means for supplying a pH adjusting agent to the reaction vessel,
A precipitation aid contained in the reaction vessel and having a surface area of 0.5 m 2 / l or more and 1000 m 2 / l or less in the reaction vessel is provided.
The pH adjusting means is configured to supply the pH adjusting agent to the reaction vessel so that the pH in the reaction vessel becomes 6 or more.
The silica removing agent supply means is configured to supply the silica removing agent to the reaction vessel so that the iron concentration in the reaction vessel is 10 mg / l or more and 250 mg / l or less. Containing water treatment equipment.
前記処理水を固液分離する固液分離手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項7又は8に記載のシリカ含有水の処理装置。 A means for taking out the treated water from which silica has been removed from the reaction vessel, and
The silica-containing water treatment apparatus according to claim 7 or 8, further comprising a solid-liquid separation means for solid-liquid separation of the treated water.
前記固液分離手段は、前記処理水に含まれる汚泥を沈殿させる沈殿槽により構成され、
沈殿させた前記汚泥の少なくとも一部を前記沈殿槽から前記反応槽に送り返す返送手段をさらに備えることを特徴とする、請求項9に記載のシリカ含有水の処理装置。 At least a part of the precipitation aid can flow in the raw water and
The solid-liquid separation means is composed of a settling tank for precipitating sludge contained in the treated water.
The silica-containing water treatment apparatus according to claim 9, further comprising a return means for returning at least a part of the precipitated sludge from the settling tank to the reaction tank.
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