JP7028358B1 - 水処理装置、水処理方法、薬剤、および薬剤の製造方法 - Google Patents
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- C02F1/60—Silicon compounds
Abstract
Description
まず、本発明の第1の実施形態による水処理装置を備えた水処理システムおよび水処理方法について説明する。図1は、第1の実施形態による水処理システムを示すブロック図である。
反応部を構成する反応槽としての第1反応槽20においては、シリカを含む被処理水を塩基性とするように、pH調整部(図示せず)によってpHが調整され、具体的にpHは、例えば8以上12以下(pH8~pH12)、好適には9以上12以下(pH9~pH12)、より好適には9以上11以下(pH9~pH11)に調整される。また、第1反応槽20においては、主としてシリカ以外のスケール成分として、カルシウム(Ca)の難溶性塩などを除去するために、例えば炭酸ナトリウム(Na2CO3)などのカルシウム除去剤が注入される。第1反応槽20においては、攪拌部21によって撹拌が実行され、被処理水は懸濁状態となる。被処理水は、第1反応槽20の上部から越流させて第2反応槽30の下部に供給される。なお、スケール成分としては、主としてSiO2を含むシリカが含まれ、例えば炭酸カルシウム(CaCO3)、硫酸カルシウム(CaSO4)、およびフッ化カルシウム(CaF2)などのカルシウム(Ca)の化合物以外にも、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、または硫酸バリウム(BaSO4)なども含まれる場合がある。
他方、反応部を構成する反応槽としての第2反応槽30には、必要に応じて、第2反応槽30に設けられた凝集剤添加部(図示せず)によって、凝集剤として、例えばポリ塩化アルミニウム([Al2(OH)nCl6-n]m:PAC)などのアルミニウム塩が添加される。第2反応槽30に添加されるPACなどのアルミニウム塩の添加量は、シリカ濃度計71,72により計測されたシリカ濃度の計測値に基づいて決定される。第2反応槽30においては、攪拌部31によって撹拌が実行され、被処理水は懸濁状態となる。被処理水は、第2反応槽30から沈殿槽40に供給される。なお、後段のシリカ濃度計72により計測されたシリカ濃度が所定のシリカ濃度以下であれば、PACなどのアルミニウム塩を添加しなくても良い。シリカ濃度計72によるシリカ濃度の計測については後述する。
沈殿槽40においては、被処理水が静置されることより、攪拌されたスラッジ5が凝集剤として機能し、被処理水に含有されたシリカと混合してシリカを含むスラッジ5が沈殿する。すなわち、第2反応槽30において、懸濁状態となったスラッジ5が凝集剤として機能して、被処理水からシリカの一部がスラッジ5に吸着され、沈殿槽40において沈殿することによって除去される。なお、沈殿槽40において、pH調整部(図示せず)によって、被処理水のpHを、8以上12以下(pH8~pH12)、好適には9以上12以下(pH9~pH12)、より好適には9以上11以下(pH9~pH11)に調整してもよい。
沈殿槽40において沈殿したスラッジ5の少なくとも一部は、汚泥輸送部としてのポンプ80によって引き抜かれる。ポンプ80によって引き抜くスラッジ5の量は、沈殿槽40内におけるスラッジ5の略全量としても良い。この場合、ポンプ80は、引き抜いたスラッジ5の一部、例えばスラッジ5の沈殿量の20%や、引き抜く周期の時間において沈殿した量の分を、例えばフィルタープレスなどの脱水機90に供給することができる。この場合、沈殿槽40に沈殿しているスラッジ5の全沈殿量の80%分や、引き抜く周期の時間において沈殿した分と略同量のスラッジ5を除いた残部が、第2反応槽30に投入される。また、ポンプ80は、沈殿槽40内におけるスラッジ5の一部だけ引き抜くようにしても良い。この場合、ポンプ80によって引き抜かれたスラッジ5において、被処理水との接触が累計で所定回数以上、例えば5回以上となったスラッジ5を脱水機90に供給することも可能である。また、ポンプ80は、沈殿槽40においては、略一定量のスラッジ5が残留するように引き抜き量を調整することも可能である。ここで、一定量は、スラッジ5を引き抜く1周期分の時間において増加するスラッジ5の量の5倍程度とすることができる。これにより、スラッジ5における凝集剤としての機能を確保することができる。また、引き抜いた凝集汚泥の全量を脱水機90に供給して、脱水した脱水ケーキの一部または全量を第2反応槽30へ投入することも可能である。この場合、脱水機90の負荷が上昇する可能性があるが、引き抜いた凝集汚泥に含まれる水分による処理量の増加を抑制できたり,第2反応槽30への投入量の制御をより正確にしたりすることができる。
沈殿槽40において得られた上澄み水は、pH調整槽50に供給されてpHが4以上8以下に調整される。これにより、上澄み水のアルミニウム(Al)が不溶性になって除去される。pH調整槽50においてpHが調整された調整水であるAl含有水は、ろ過処理部60に供給される。なお、pH調整槽50においてpHが調整されたAl含有水の一部を第2反応槽30に戻すようにしても良い。
次に、凝集剤として機能する凝集沈殿汚泥であるスラッジ5について説明する。まず、第1反応槽20、第2反応槽30、および沈殿槽40に順次流入される被処理水であるシリカ含有水に含まれるシリカについて、本発明者が行った鋭意検討について説明する。
残存シリカ濃度=8.4×サイクル回数 …(1)
また、本発明者が実験を行って、シリカ濃度が126ppmである冷却塔の排水に対して、pHを10.5としてアルミニウム塩を主成分とした凝集沈殿汚泥であるスラッジ5を投入して30分間攪拌し、再度沈殿させた。その結果、シリカ濃度を10ppmまで低減できることが確認された。同様に、サイクル回数が5回のスラッジ5を投入して攪拌および沈殿させたところ、シリカ濃度を40ppmまで低減させるだけの性能を維持できることが確認された。
次に、本発明の第2の実施形態による水処理装置を備えた水処理システムについて説明する。図6は、第2の実施形態による水処理システムを示すブロック図である。図6に示すように、第2の実施形態による水処理システム2は、第1の実施形態と同様に、受入槽10、第1反応槽20、第2反応槽30、沈殿槽40,pH調整槽50、ろ過処理部60、シリカ濃度計71,72、ポンプ80、および脱水機90を備える。
次に、本発明の第3の実施形態による水処理装置を備えた水処理システムについて説明する。図7は、第3の実施形態による水処理システムを示すブロック図である。図8は、第3の実施形態による水処理システムの反応槽における水処理方法を説明するための図である。なお、図8の上部の文言は工程を示す。
次に、凝集剤として機能する凝集沈殿汚泥であるスラッジ5について説明する。本発明者は、反応槽120に流入される例えば冷却塔からの排水などのシリカ含有水に含まれるシリカについて上述と同様に鋭意検討を行った。すなわち、本発明者は、シリカ含有水に対してPACなどの凝集剤を添加することによって得られたスラッジ5を、複数回再利用した場合におけるシリカの除去の効果について検討を行った。薬剤としてのスラッジ5は、反応槽120における凝集沈殿処理によって得られ、具体的には、シリカ含有水に凝集剤を添加する添加工程と、シリカ含有水に含まれるシリカを凝集沈殿させてスラッジ5を生成する工程とによって得られる。その結果、上述した図2、図3、および図4と同様の結果が得られることが判明した。
次に、本発明の第4の実施形態による水処理装置を備えた水処理システムについて説明する。図9は、第4の実施形態による水処理システムを示すブロック図である。図10は、第4の実施形態による水処理システムの反応槽における水処理方法を説明するための図である。なお、図10の上部の文言は工程を示す。
(1)シリカを含む被処理水から前記シリカを除去する水処理方法であって、シリカ含有水に添加することによって凝集沈殿を生じさせる凝集剤を、前記シリカ含有水に添加してシリカを含む凝集沈殿汚泥を生成する工程と、前記凝集沈殿汚泥を、前記被処理水と接触させて、前記被処理水に含まれるシリカを凝集沈殿させる工程と、を含むことを特徴とする水処理方法である。
(4)シリカを含む被処理水から前記シリカを除去する水処理装置であって、前記被処理水を貯留し、前記被処理水と薬剤とを接触させて凝集沈殿を生じさせる反応槽を備え、前記薬剤として、シリカ含有水に添加することによって凝集沈殿を生じさせる凝集剤と、凝集沈殿されたシリカと、を含み、前記凝集剤によって凝集されて前記反応槽において沈殿した凝集沈殿汚泥を用いることを特徴とする水処理装置である。
5 スラッジ
10,110 受入槽
20 第1反応槽
21,31,121 攪拌部
25 薬注装置
30 第2反応槽
40 沈殿槽
50,130 pH調整槽
60,140 ろ過処理部
71,72,151,152 シリカ濃度計
80,160 ポンプ
90,170 脱水機
120 反応槽
180 汚泥貯留槽
Claims (19)
- シリカを含む被処理水から前記シリカを除去する水処理装置であって、
前記被処理水を貯留し、前記被処理水に含まれるシリカと薬剤とを反応させる反応部と、
前記反応部に設けられ、前記シリカを凝集可能なアルミニウム塩からなる凝集剤を添加する凝集剤添加部と、
前記被処理水の流れ方向に沿って前記反応部の下流側に設けられ、前記反応部において反応した前記シリカと前記薬剤とが凝集して凝集沈殿汚泥として沈殿する沈殿部と、
前記沈殿部において沈殿した前記凝集沈殿汚泥を、前記薬剤として前記反応部に投入する汚泥輸送部と、
前記反応部および前記沈殿部の少なくとも一方に貯留された前記被処理水のpHを、8以上12以下に調整するpH調整部と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。 - 前記反応部が複数の反応槽から構成され、前記汚泥輸送部は、前記凝集沈殿汚泥を、前記複数の反応槽のうちの前記被処理水の流れ方向に沿った最下流の反応槽以外の反応槽に供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 - 前記反応部は、第1反応槽と、前記被処理水の流れ方向に沿って前記第1反応槽の下流側に設けられた第2反応槽とを有し、前記汚泥輸送部は、前記凝集沈殿汚泥を、前記第1反応槽に供給する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の水処理装置。 - 前記反応部は、第1反応槽と、前記被処理水の流れ方向に沿って前記第1反応槽の下流側に設けられた第2反応槽とを有し、前記汚泥輸送部は、前記凝集沈殿汚泥を、前記第2反応槽に供給する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の水処理装置。 - 前記凝集剤添加部が前記第2反応槽に設けられている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の水処理装置。 - 前記反応部が複数の反応槽から構成され、前記汚泥輸送部は、前記凝集沈殿汚泥を、前記複数の反応槽のうちの前記被処理水の流れ方向に沿った最下流の反応槽に供給する
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 前記凝集剤添加部が前記最下流の反応槽に設けられている
ことを特徴とする請求項6に記載の水処理装置。 - 前記沈殿部において沈殿した前記凝集沈殿汚泥を前記薬剤として用いるサイクル回数が、前記凝集沈殿汚泥の生成から5回以内である
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 前記汚泥輸送部は、前記凝集沈殿汚泥を、再生処理を行うことなく前記薬剤として用いて前記反応部に投入可能に構成されている
ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の水処理装置。 - 前記pH調整部は、前記被処理水のpHを9以上11以下に調整可能に構成されている
ことを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の水処理装置。 - シリカを含む被処理水から前記シリカを除去する水処理方法であって、
前記被処理水に含まれるシリカと薬剤とを反応部において反応させる反応工程と、
前記反応部にアルミニウム塩からなる凝集剤を添加する添加工程と、
前記被処理水の流れ方向に沿って前記反応部の下流側に設けられた沈殿部において、前記シリカと前記薬剤とを凝集させて凝集沈殿汚泥として沈殿させる沈殿工程と、
前記沈殿部に沈殿した前記凝集沈殿汚泥を、前記反応部に投入する汚泥輸送工程と、
前記反応工程および前記沈殿工程の少なくとも一方において前記被処理水のpHを、8以上12以下に調整するpH調整工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。 - 前記汚泥輸送工程において、前記凝集沈殿汚泥を、再生処理を行うことなく前記薬剤として用いて前記反応部に投入する
ことを特徴とする請求項11に記載の水処理方法。 - 前記pH調整工程において、前記被処理水のpHを9以上11以下に調整する
ことを特徴とする請求項11または12に記載の水処理方法。 - pHが8以上12以下のシリカ含有水に添加することによって凝集沈殿を生じさせるアルミニウム塩からなる凝集剤と、
前記凝集剤によって凝集沈殿されたシリカと、を含み、
前記シリカ含有水に前記凝集剤を添加して凝集沈殿した凝集沈殿汚泥からなる
ことを特徴とする薬剤。 - 前記シリカ含有水に再生処理を行うことなく前記凝集剤を添加して凝集沈殿した凝集沈殿汚泥からなる
ことを特徴とする請求項14に記載の薬剤。 - 前記シリカ含有水のpHは、9以上11以下である
ことを特徴とする請求項14または15に記載の薬剤。 - pHが8以上12以下に調整されたシリカ含有水にアルミニウム塩からなる凝集剤を添加する工程と、
前記シリカ含有水に含まれるシリカを凝集沈殿させて凝集沈殿汚泥を生成する工程と、を含む
ことを特徴とする薬剤の製造方法。 - 前記シリカ含有水に再生処理を行うことなく凝集沈殿汚泥を生成する
ことを特徴とする請求項16に記載の薬剤の製造方法。 - 前記シリカ含有水のpHを、9以上11以下に調整する
ことを特徴とする請求項17または18に記載の薬剤の製造方法。
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