JP6867330B2

JP6867330B2 - 工事排水の中和処理装置

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Publication number: JP6867330B2
Application number: JP2018090541A
Authority: JP
Inventors: 晃祐船橋; 国義宗像; 高橋　和夫; 和夫高橋; 敦志坂井; 崇藤沼; 亮介村木
Original assignee: 株式会社アクティオ
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: JP2019195766A

Description

本発明は、工事排水の中和処理装置および中和処理方法に関し、より詳細には、ランニングコストの低減及び処理水のｐＨ値の安定化に寄与する、中和処理装置および中和処理方法に関する。

アルカリ性の工事排水を、炭酸ガスを使用して中和処理を行うための装置として、以下の特許文献に記載の発明が知られている。
特許文献１，２に示した処理方法では、原水に炭酸ガスを注入した後の処理水のｐＨ値を計測し、その計測値に基づいて、反応槽の手前に設けた電磁バルブを用いて、炭酸ガスの注入を行っている。

特開２００１−１７０６５９号公報特開２００１−３４０８７８号公報特開２０１７−７４５５２号公報

これらの特許文献に記載の発明には、以下に記載する課題のうち、少なくとも何れか１つの課題を有している。
（１）ｐＨ値の変動幅および炭酸ガス消費量が大きくなる。
電磁バルブを閉じた場合には反応槽に原水がそのまま流入し反応槽内のｐＨが急激に上昇してしまう。また、急激に上昇したｐＨ値を下げるために、電磁バルブを開くと大量の炭酸ガスを一気に注入してしまう結果となる。
このように、電磁バルブの単純なＯＮ・ＯＦＦ制御では、処理した後のｐＨ値の変動が大きくなるとともに、余分な炭酸ガスの注入を要するため、実際の炭酸ガス消費量が、必要理論量の２〜３倍程度にまで増加していた。
（２）特に、高アルカリ性排水の場合に、ｐＨ値の変動幅が大きくなる
上記（１）に示した従来方法の場合、特に高アルカリ性排水の場合に処理水のｐＨ変動幅が大きくなる傾向が顕著であった。
（３）析出したＣａＣＯ_３の除去処理を要する。
炭酸ガスを使用してセメントなどが混入した排水を中和処理する場合、以下の反応に従い中和処理が行われる。

ここで、反応式（１）で生成するＣａＣＯ_３は溶解度が非常に低いため析出し易いが、反応式（２）で生成するＣａ（ＨＣＯ_３）_２は溶解度が高いため、対象とする原水の処理においては析出することがほとんど無い。
一方、上記（１）に示した従来方法では、電磁バルブを開いた時には炭酸ガスが注入され排水中には炭酸が大量に存在するため、前記した反応式（２）により中和が進行すると考えられるが、電磁バルブを閉じた時には、排水中の炭酸は急速に減少するため、反応式（１）が主となって進行し結果として装置内にＣａＣＯ_３が析出し、その除去作業を要することとなる。なお、特許文献３に示したようにＣａＣＯ_３の除去剤をノズルの内面に供給する方法があるものの、ＣａＣＯ_３の析出自体を抑制するものではない。

よって、本発明は、炭酸ガスの消費量の抑制効果、およびＣａＣＯ_３の析出の抑制効果のうち、少なくとも何れかの効果を発揮することでより利便性に優れる工事排水の中和処理手段の提供を目的の一つとする。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、工事排水の中和処理装置であって、原水に対し炭酸ガスを供給する、供給手段と、前記原水のｐＨ値を計測する、第１の計測手段と、前記原水に炭酸ガスを供給したあとの処理水のｐＨ値を計測する、第２の計測手段と、前記供給手段による炭酸ガスの供給量を連続して調整する、制御手段と、を少なくとも具備し、前記供給手段が、電磁バルブと流量調整バルブが直列接続される、第１の供給流路と、電磁バルブのみが接続される、第２の供給流路と、を含み、前記制御手段が、前記原水の計測値が、任意に設定した管理値の範囲を超え、かつ任意に設定したしきい値以下である場合に、前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、前記管理値を最小開度、前記しきい値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、軽度の中和処理と、前記軽度の中和処理の実行中に、さらに、前記処理水の計測値が、前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、軽度の追加中和処理と、を実行することを特徴とする。
また、本願の第２発明は、工事排水の中和処理装置であって、原水に対し炭酸ガスを供給する、供給手段と、前記原水のｐＨ値を計測する、第１の計測手段と、前記原水に炭酸ガスを供給したあとの処理水のｐＨ値を計測する、第２の計測手段と、前記供給手段による炭酸ガスの供給量を連続して調整する、制御手段と、を少なくとも具備し、前記供給手段が、電磁バルブと流量調整バルブが直列接続される、第１の供給流路と、電磁バルブのみが接続される、第２の供給流路と、を含み、前記第１の供給流路および前記第２の供給流路を、それぞれ二箇所設けており、前記制御手段が、前記原水の計測値が、管理値の範囲を超え、かつ任意に設定したしきい値以下である場合に、一方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ一方の前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、管理値を最小開度、前記しきい値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、軽度の中和処理と、前記軽度の中和処理の実行中に、前記処理水の計測値が前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、一方の前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、軽度の追加中和処理と、前記原水の計測値が、前記しきい値を超えている場合に、一方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを閉じたまま、他方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ他方の前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、前記しきい値を最小開度、別途設定した最大値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、中度の中和処理と、前記中度の中和処理の実行中に、前記処理水の計測値が前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、他方の前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、中度の追加中和処理と、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を奏する。
（１）変動することが多い原水のｐＨ値に応じた最適な炭酸ガス注入量が常時制御できるため、炭酸ガス消費量を最適化できる。よって、ランニングコストの低減が期待できる。
（２）連続して炭酸ガスを制御・注入することにより、処理した後のｐＨ値の変動を小さくすることができる。
（３）原水のｐＨ値に基づいて連続した注入処理が行えるため、処理水のｐＨ変動がほとんど発生しない。
（４）連続して炭酸ガスの注入量を設定するため、常に前記した反応式（２）の進行を促すことができる。このため、ＣａＣＯ_３の析出による装置内でのスケール付着などの阻害要因を取り除くことができる。

実施例１に係る中和処理装置の基本構成を示すモデル図。実施例１に係る中和処理装置の具体例を示す構成図。実施例１に係る中和処理装置の判定処理を示すフローチャート。炭酸ガスの使用量について従来方法との比較を示すグラフ。実施例２に係る中和処理装置の基本構成を示すモデル図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞基本構成（図１）
図１を参照しながら、実施例１に係る中和処理装置の基本構成について説明する。
本実施例に係る中和処理装置は、アルカリ性の工事排水を、炭酸ガスでもって中和するための装置である。
上記目的を達成するために、本実施例に係る中和処理装置は、原水に対し炭酸ガスを供給する、少なくとも１つ以上の供給手段１０と、前記原水のｐＨ値を計測する第１の計測手段２０と、前記処理水のｐＨ値を計測する第２の計測手段３０と、前記供給手段１０による炭酸ガスの供給量を調整する制御手段４０と、を少なくとも具備している。
以下、各手段の詳細について説明する。

＜２＞供給手段
供給手段１０は、原水に対し炭酸ガスを供給するための手段である。
供給手段１０は、炭酸ガスの注入手段と、前記注入手段と原水の流路との間を接続する管路に設けたバルブなどによって構成することができる。
バルブは、後述する制御手段４０からの指令によって、開閉または開度調整が可能となるよう、構成する。

＜２．１＞供給手段の数
本実施例では、機能的に分かれた二つの供給手段１０、１０’を設けている。一方の供給手段１０は、後述する第１の計測手段２０によるｐＨ計測値に応じて制御手段４０により制御される。他方の供給手段１０’は、後述する第２の計測手段３０によるｐＨ計測値に応じて制御手段４０により制御される。

＜２．２＞供給手段を設ける箇所
図１では、後述する第１の計測手段２０によって計測した原水に対し、供給手段１０でもって炭酸ガスを供給しているが、第１の計測手段２０を設けている原水の貯留部に直接炭酸ガスを供給するように構成してもよい。

＜３＞第１の計測手段
第１の計測手段２０は、前記供給手段１０による炭酸ガスの供給前の原水のｐＨ値を計測するための手段である。
第１の計測手段２０は、公知のｐＨ計を用いることができる。

＜４＞第２の計測手段
第２の計測手段３０は、原水に前記供給手段１０による炭酸ガスを供給したあとの処理水のｐＨ値を計測するための手段である。
第２の計測手段３０も、公知のｐＨ計を用いることができる。

＜５＞制御手段
制御手段４０は、供給手段１０による炭酸ガスの供給量を調整するための手段である。
制御手段４０は、少なくとも第１の計測手段２０から得た原水のｐＨ値に基づいて、必要な炭酸ガスの供給量を求め、該供給量から供給手段１０，１０’を構成するバルブに対し、開閉または開度調整を行う制御指令を送るよう構成する。
制御手段４０には、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの情報処理装置を用いることができる。

＜５．１＞制御手段の数
図１では、１つの制御手段４０でもって、二つの供給手段１０、１０’を制御しているが、本発明は、供給手段１０毎に制御手段４０を設けた構成であってもよい。

＜６＞構成の具体例（図２）
次に、図１で示したモデル図を具体的とした、中和処理装置の構成図を図２に示す。

＜６．１＞原水のｐＨ計測箇所
まず、工事排水の原水は、貯水槽Ａに送られる。
そして、貯水槽Ａに設けてあるｐＨ計２１でもって原水のｐＨ値を計測する。

＜６．２＞炭酸ガスの供給箇所
貯水槽Ａに設けたポンプで汲み上げた原水は、ボンベ１１から各種バルブ（電磁バルブ１２１および流量調整バルブ１２２、または電磁バルブ１２１単独）を介して流路の途上に接続された管路によって送られる炭酸ガスと混合して中和処理が行われる。
このとき、前記ｐＨ計２１で計測した原水のｐＨ値に基づいて、ＰＬＣ４１ａは、電磁バルブ１２１（ＳｏＶ１，ＳｏＶ２）の開閉や，流量調整バルブ１２２（ＣＶ１，ＣＶ２）の開度調整を行って、原水に供給する炭酸ガスの供給量を制御する。
炭酸ガスと混合した原水（処理水）は、計測槽Ｂへと送られる。

＜６．３＞処理水のｐＨ計測箇所
計測槽Ｂでは、再度ｐＨ計３１でもって、処理水のｐＨ値を計測する。
この計測値に基づいて、ＰＬＣ４１ｂは、電磁バルブ１２１（ＳｏＶ３，ＳｏＶ４）の開閉の有無を制御する。
図２では、各ｐＨ計２１，３１に対し、個別にＰＬＣ４１ａ，４１ｂを設けているが、一台のＰＬＣで兼用してもよい。

＜７＞制御方法の一例（図３）
図３に示すフローチャートで、図２に示した中和処理装置における、炭酸ガスの供給制御の一例を説明する。

（１）原水ポンプの駆動判定（Ｓ１００）
貯水槽Ａの水位で制御する原水ポンプの駆動の有無を判定する。
まず、原水ポンプが駆動している場合には、原水のｐＨ計測（Ｓ１１０）に進み、原水ポンプが駆動していない場合には、全てのバルブを閉じておく（Ｓ２００）。

（２）原水のｐＨ値に基づく分岐処理（Ｓ１１０）
次に、原水のｐＨ値（原水計測値）に基づいて、以下の分岐処理を行う。

（３）中和処理を要しない場合（Ｓ２００）
前記（Ｓ１１０）の判定処理において、原水計測値が、適正な値（管理値）の範囲以下である場合には、全てのバルブを閉じて炭酸ガスの供給を中断する（Ｓ２００）。

（４）軽度の中和処理を要する場合（Ｓ１１０からＳ１２０）
前記（Ｓ１１０）の判定処理において、原水計測値が、適正な値（管理値）の範囲を越え、かつ任意に設定したしきい値（本例ではｐＨ：１０．５）以下である場合には、ＳｏＶ１を解放する（Ｓ１２０）。
さらに、ＳｏＶ１と接続するＣＶ１の開度を、管理値を４ｍＡ（最小開度）、しきい値を２０ｍＡ（最大開度）とした制御でもって、計測値に応じた開度に調整し（Ｓ１３０）、継続監視の判定処理（Ｓ１４０）へと進む。

（４．１）継続時間の監視（処理水のｐＨ値に基づく分岐処理）（Ｓ１４０）
バルブの開度を設定した状態で、計測槽Ｂで計測した処理水のｐＨ値（処理水計測値）が管理値以上となっている状態が、所定時間（本例では５秒）以上継続している場合には、さらにＳｏＶ３を開いて、原水に対する炭酸ガスの供給量を増やして（Ｓ３００）監視を継続する（Ｓ３１０）。
一方、処理水計測値が前記管理値以上である状態が、所定時間（本例では５秒）以上継続していない場合には、ＳｏＶ３は閉じたまま処理を継続する（Ｓ１５０）。

（４．２）追加の中和処理を要するか否かの判定（Ｓ３１０）
前記（Ｓ３００）でもってＳｏＶ３を開いた状態であっても、前記処理水計測値が管理値以上となっている状態が所定時間（本例では５秒）以上継続している場合には、警報を発信し、後述するＳ５００のフローへ移行する。
ＳｏＶ３を開いたことにより、前記処理水計測値が管理値以上となっている状態が所定時間継続しなくなった場合には、ＳｏＶ３を閉じ、処理を継続する（Ｓ３２０）

（５）中度の中和処理を要する場合（Ｓ１１０からＳ４００）
前記（Ｓ１１０）の判定処理において、原水計測値が前記しきい値を越えている場合には、ＳｏＶ１を閉じたまま、ＳｏＶ２を解放する（Ｓ４００）。
このとき、ＳｏＶ２と接続するＣＶ２の開度を、前記しきい値（ｐＨ＝１０．５）を４ｍＡ（最小開度）、設定した最大値（本例ではｐＨ＝１２）である１２を２０ｍＡ（最大開度）とした制御でもって計測値に応じた開度に調整し（Ｓ１３０）、継続監視の判定処理（Ｓ４２０）へと進む。

（５．１）追加の中和処理を要するか否かの判定（Ｓ４２０）
各バルブの開度を設定した状態で、前記処理水計測値が管理値以上となっている状態が、所定時間（本例では５秒）以上継続している場合には、さらにＳｏＶ４を開いて、原水に対する炭酸ガスの供給量を増やして（Ｓ５００）、監視を継続する（Ｓ５１０）。
一方、前記処理水計測値が管理値以上である状態が、所定時間以上継続していない場合には、そのままの状態で処理を継続する（Ｓ４３０）。

（５．２）継続時間の監視（Ｓ５１０）
前記（Ｓ５００）でもってＳｏＶ４を開いた状態であっても、前記前記処理水計測値が管理値以上となっている状態が所定時間（本例では５秒）以上継続している場合には、引き続き警報を発信する（Ｓ６００）。
一方、ＳｏＶ４を開いたことにより、前記処理水計測値が管理値以上となっている状態が所定時間継続しなくなった場合には、ＳｏＶ４を閉じ、処理を継続する（Ｓ５２０）

（６）作用効果
上記のような判定処理を行うことで、原水のｐＨ値に基づく炭酸ガスの供給量の細かな調整を行うことで、急激なｐＨ値の変動を抑制することができる。
また、しきい値以上のｐＨ値の値に応じて炭酸ガスの供給量を細かく調整するため、電磁バルブによるＯＮ・ＯＦＦ制御のように炭酸ガスの供給がいきなり停止することは無く、常に供給し続ける状態を維持するため、前記した反応式（２）の進行を促し、前記した反応式（１）によるＣａＣＯ_３の析出を抑制することができる。
また、さらに処理水のｐＨ値によって、炭酸ガスの供給量の調整を多段的に行うことで、高アルカリ性の工事排水が原水として送られてきた場合でも、ｐＨ値の急激な変動の抑制効果を発揮することができる。

＜８＞試験結果（図４）
同一の原水を使用して、本発明における中和処理方法と、従来方法との比較試験を行い、それぞれの炭酸ガスの使用量を計測した。
図４は、従来方法による炭酸ガスの使用量に対して低減できた量を百分率で示している。
まず、原水のｐＨ値が１０以下である場合には、本発明における炭酸ガスの使用量は、従来方法に対して５％低減できた。
また、原水のｐＨ値が１０〜１１の場合には従来方法に対して３９％低減でき、さらに原水のｐＨ値が１１〜１２の場合には３１％低減できる効果が確認できた。

［第２の計測手段の省略］（図５）
図５に、本発明に係る中和処理装置の実施例２を示す。
本発明に係る中和処理装置は、前記実施例１に記載する第２の計測手段３０を省略して、原水のｐＨ値のみに基づいて炭酸ガスの供給量を調整するように構成してもよい。

１０：供給手段
２０：第１の計測手段
３０：第２の計測手段
４０：制御手段
１１：ボンベ
１２１：電磁バルブ
１２２：流量調整バルブ
２１：ｐＨ計
３１：ｐＨ計
４１：ＰＬＣ
Ａ：貯水槽
Ｂ：計測槽

Claims

工事排水の中和処理装置であって、
原水に対し炭酸ガスを供給する、供給手段と、
前記原水のｐＨ値を計測する、第１の計測手段と、
前記原水に炭酸ガスを供給したあとの処理水のｐＨ値を計測する、第２の計測手段と、
前記供給手段による炭酸ガスの供給量を連続して調整する、制御手段と、
を少なくとも具備し、
前記供給手段が、
電磁バルブと流量調整バルブが直列接続される、第１の供給流路と、
電磁バルブのみが接続される、第２の供給流路と、を含み、
前記制御手段が、
前記原水の計測値が、任意に設定した管理値の範囲を超え、かつ任意に設定したしきい値以下である場合に、前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、前記管理値を最小開度、前記しきい値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、軽度の中和処理と、
前記軽度の中和処理の実行中に、さらに、前記処理水の計測値が、前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、軽度の追加中和処理と、
を実行することを特徴とする、
中和処理装置。
工事排水の中和処理装置であって、
原水に対し炭酸ガスを供給する、供給手段と、
前記原水のｐＨ値を計測する、第１の計測手段と、
前記原水に炭酸ガスを供給したあとの処理水のｐＨ値を計測する、第２の計測手段と、
前記供給手段による炭酸ガスの供給量を連続して調整する、制御手段と、
を少なくとも具備し、
前記供給手段が、
電磁バルブと流量調整バルブが直列接続される、第１の供給流路と、
電磁バルブのみが接続される、第２の供給流路と、を含み、
前記第１の供給流路および前記第２の供給流路を、それぞれ二箇所設けており、
前記制御手段が、
前記原水の計測値が、管理値の範囲を超え、かつ任意に設定したしきい値以下である場合に、一方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ一方の前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、管理値を最小開度、前記しきい値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、軽度の中和処理と、
前記軽度の中和処理の実行中に、前記処理水の計測値が前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、一方の前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、軽度の追加中和処理と、
前記原水の計測値が、前記しきい値を超えている場合に、一方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを閉じたまま、他方の前記第１の供給流路の前記電磁バルブを解放し、かつ他方の前記第１の供給流路の前記流量調整バルブの開度を、前記しきい値を最小開度、別途設定した最大値を最大開度とした制御でもって、前記計測値に応じた開度に調整する、中度の中和処理と、
前記中度の中和処理の実行中に、前記処理水の計測値が前記管理値の範囲を超えた時間が所定時間継続している場合に、他方の前記第２の供給流路の前記電磁バルブを解放する、中度の追加中和処理と、
を実行することを特徴とする、
中和処理装置。