JPWO2015001887A1 - 水処理方法及び水処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1の廃水処理装置ではイオン交換装置を再生するに当たり多量の薬品が必要となり、処理コストが高いことも問題となっていた。
上記態様において、前記脱塩部の下流側に設置され、前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されて前記石膏の析出が促進される値に、前記濃縮水のpHを調整するpH調整部を備えることが好ましい。
また、前記晶析部の下流側に、前記pH調整部でpHが調整された後の前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記カルシウムスケール防止剤が機能を発揮する値に、前記濃縮水のpHを調整するスケール防止機能発揮pH調整部を備えることが好ましい。
本参考実施形態
この場合、前記沈殿工程において、前記濃縮水に対して、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。
この場合、前記沈殿部に、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。
被処理水のpHによりシリカの溶解状態は変化するが、pHを変化させただけではシリカは析出しにくい傾向がある。そこで、沈殿部及び沈殿工程でシリカの種結晶を添加することによってシリカを析出させやすくすることにより、シリカの除去率を高めることができる。この結果、水回収率を更に高め、運転動力を更に低下させることができる。
上記態様において、前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記沈殿部において、前記Mgイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整することが好ましい。
上記態様において、前記下流側脱塩工程の前記濃縮水から水分が蒸発されて、前記濃縮水中の固体が回収されることが好ましい。前記下流側脱塩部の前記濃縮水の下流側に、前記濃縮水から水分を蒸発させて前記濃縮水中の固体を回収する蒸発器を備えることが好ましい。
被処理水中にマグネシウムイオンが含まれる場合も、本発明の水処理システム及び水処理方法を用いれば、処理中のマグネシウムを含むスケールの発生を防止しながら被処理水中から除去することが可能である。
図1は、本発明の第1参考実施形態に係る水処理システムの概略図である。図1の水処理システム1は、被処理水の流通方向に2つの水処理部が連結された構成となっている。本参考実施形態の水処理システム1では、被処理水の性状に応じて水処理部が1つであっても良いし、3つ以上の水処理部が連結されても良い。
カルシウムスケール防止剤は、被処理水中で石膏または炭酸カルシウムの結晶核生成を抑制するとともに、被処理水中に含まれる石膏または炭酸カルシウムの結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケールなど)の表面に吸着して、石膏または炭酸カルシウムの結晶成長を抑制する機能を有するものである。あるいは、カルシウムスケール防止剤は、析出した結晶などの被処理水中の粒子を分散させる(凝集を防止する)機能を有するタイプのものもある。
カルシウムスケール防止剤としては、ホスホン酸系のスケール防止剤、ポリカルボン酸系のスケール防止剤、及びこれらの混合物等がある。具体例としては、FLOCON260(商品名、BWA社製)が挙げられる。
マグネシウムスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系のスケール防止剤等がある。具体例としては、FLOCON 295N(商品名,BWA社製)が挙げられる。
ここで、ナノフィルター(NF)、電気透析装置(ED)、極性転換式電気透析装置(EDR)、電気再生式純水装置(EDI)、静電脱塩装置(CDl)では、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+等)を選択的に除去し、Na+及びCl−等の1価イオンは透過する。これらの脱塩装置を使用すれば濃縮水中のスケール成分となるイオンのイオン濃度の濃縮を抑制するので、水回収率の向上、省エネルギー化(例えばポンプ動力の削減等)を図ることができる。
また、被処理水が冷却塔ブローダウン水の場合では、再生水は純水である必要は無く、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+等)が除去されていればよいので、ナノフィルター(NF)等を利用する利点がある。
特に被処理水にMgイオンが含まれる場合には、第1上流側沈殿部は複数の沈殿槽71が被処理水の流通方向に直列に接続される構成を採用することができる。
第1脱気部73は、第1上流側沈殿部70の被処理水下流側であって、第1スケール防止剤供給部30a及び第1pH調整部40aの上流側に設置されていても良い。
そこで、原水(被処理水)中の石膏が過飽和である場合には、最上流の第1スケール防止剤供給部30a及び第1pH調整部40aの上流に、上述の第1晶析槽21a,21bと同じ構成の上流側晶析部(不図示)を設け、石膏濃度を低減させてから被処理水を第1脱塩部10aに送給しても良い。
まず、水中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。図2は、石膏析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。図3は、炭酸カルシウム析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。同図において、横軸はpH、縦軸はそれぞれ、石膏または炭酸カルシウムの析出量(mol)である。シミュレーションはOLI社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が0.1mol/Lずつ混合され、酸としてH2SO4、アルカリとしてCa(OH)2が添加される条件で行った。
図4は、シリカ溶解量のpH依存性を示すグラフ(出典:米国特許第7815804号明細書の図4)である。同図において、横軸はpH、縦軸はシリカの溶解量(mg/L)である。
被処理水が工業廃水などである場合は、被処理水が第1上流側沈殿部70に流入する前に、被処理水中の油分や浮遊粒子等を除去する工程や、生物処理あるいは化学酸化処理により有機物を除去する工程が実施される。
図1の水処理システム1では、第1脱気部73に流入する前の被処理水が、低pHに調整される。被処理水中の炭酸は、被処理水のpHに応じて以下の平衡状態となっている。
pHが6.5以下と低い場合には、被処理水中では主としてHCO3 −及びCO2の状態で存在する。
第1脱気工程により炭酸イオン濃度が低減された被処理水が、第1上流側沈殿部70に送給される。
第1上流側沈殿部70において、Caイオン及び炭酸イオンは炭酸カルシウムとして予め被処理水から一部除去される。
被処理水にCaイオン以外の金属イオンが含まれる場合は、第1上流側沈殿部70において、金属イオンが水への溶解性が低い金属化合物として予め被処理水から粗除去される。この金属化合物は主として金属水酸化物であるが、炭酸塩も含まれる場合がある。
沈殿槽71で被処理水にCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(三菱重工メカトロシステムズ(株)製、商品名:ヒシフロックH305)が投入され、沈殿槽71内のpHは4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。
金属化合物の溶解度はpHに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のpH領域では多くの金属化合物の溶解度が低くなる。上記pH領域では水への溶解度が低い金属化合物は沈殿槽71内で凝集し、沈殿槽71の底部に沈殿する。
沈殿した炭酸カルシウム及び金属化合物は沈殿槽71の底部から排出される。
本実施形態の水処理システム1でMgイオンを含む被処理水を処理する場合、沈殿槽71での被処理水のpHが、マグネシウム化合物(主として水酸化マグネシウム)が析出するpHに調整する。具体的には、被処理水のpHが10以上、好ましくはpH10.5以上、より好ましくはpH11以上に調整される。こうすることにより、マグネシウム化合物が被処理水から析出し、沈殿槽71の底部に沈殿して除去される。この結果、被処理水中のMgイオンが粗除去され、被処理水中のMgイオン濃度が低減する。
上記の場合、第1上流側沈殿部70から排出された後の被処理水が、上記のマグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整されることが好ましい。具体的に、pH10未満に調整される。こうすることにより、下流側の装置及び工程、特に第1脱塩部10a及び第1脱塩工程でのスケール生成を防止することが可能となる。
被処理水はろ過装置72に送給される。ろ過装置72によりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
第1スケール防止剤供給部30aの制御部32aはバルブV1aを開放し、タンク31aから所定量のカルシウムスケール防止剤を被処理水に供給する。制御部32aは、カルシウムスケール防止剤の濃度が被処理水の性状に応じて設定された所定値となるようにバルブV1aの開度を調整する。
第1pH調整部40aの制御部42aは、第1脱塩部10a入口での被処理水のpHを、シリカが被処理水中に溶解可能な値に管理する。具体的に、第1脱塩部10aに送給される被処理水のpHは10以上、好ましくは10.5以上、より好ましくは11以上に調整される。
pH計43aは、第1脱塩部10a入口での被処理水のpHを計測する。制御部42aは、pH計43aでの計測値が所定のpH管理値になるようにバルブV2aの開度を調整し、タンク41aからアルカリを被処理水に投入させる。
第1脱塩部10aにおいて、pHが調整された被処理水が処理される。第1脱塩部10aが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は処理水として回収される。被処理水に含まれるイオン及びスケール防止剤は、逆浸透膜を透過することができない。従って、逆浸透膜の非透過側はイオン濃度が高い濃縮水となる。例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、被処理水は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水(第1濃縮水)とに分離される。
被処理水にMgイオンが含まれている場合、第1脱塩工程により第1濃縮水中に含まれるMgイオン濃度が増加する。しかし、マグネシウムスケール防止剤によりマグネシウムを含むスケールの発生が抑制されている。
第1濃縮水は、第1晶析部20aに向かって送給される。
第1脱塩部10aから排出された第1濃縮水が、第1晶析部20aの第1晶析槽21aに貯留される。第1種結晶供給部22aの制御部24aは、バルブV3aを開放し、タンク23aから石膏の種結晶を第1晶析槽21a内の第1濃縮水に添加する。
第1脱塩部10aからの第1濃縮水はpH10以上である。前述したようにカルシウムスケール防止剤が存在する高pH領域の水中で石膏は溶解状態である。しかし、種結晶が十分に存在すると、スケール防止剤が存在していても種結晶を核として石膏が晶析する。図1の水処理システム1においては、結晶成長した大径(例えば粒径が10μm以上、より好ましくは20μm以上)の石膏が第1晶析槽21aの底部に沈殿する。沈殿した石膏は第1晶析槽21aの底部から排出される。
図3に依ればpH10以上で炭酸カルシウムは析出する傾向がある。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されているために、第1晶析槽21a内では炭酸カルシウムの析出は抑制されている。また、第1上流側沈殿部や第1脱気部を設ける場合は、予め炭酸カルシウムの濃度が低減されている。この結果、第1晶析槽21aでは炭酸カルシウムは石膏の種結晶を核として晶析しにくい。
図5は、石膏が過飽和状態にある模擬水(Ca2+,SO4 2−,Na+,Cl−を含む)に、スケール防止剤(FLOCON260)を添加した場合において、模擬水のpHを変えて石膏析出実験を行った結果である。実験条件は以下のとおりである。
模擬水の石膏過飽和度(25℃):460%、
スケール防止剤添加量:2.1mg/L、
pH:6.5(条件1)、5.5(条件2)、4.0(条件3)、3.0(条件4)、
種結晶添加量:0g/L。
図6は、模擬水にカルシウムスケール防止剤(FLOCON260)を添加した場合において、種結晶の添加量を変えて石膏析出実験を行った結果である。pHを4.0として、種結晶として石膏(CaSO4・2H2O)を以下の添加量とした以外は、図5の実験条件と同じとした。
種結晶添加量:0g/L(条件3)、3g/L(条件5)、6g/L(条件6)、3g/L(条件7)。
条件5,6では、スケール防止剤が添加された模擬水に、種結晶とpH調整のための硫酸とを添加した。条件7では、スケール防止剤が添加された模擬水に予め上記スケール防止剤に浸漬した種結晶を添加し、pH調整のため硫酸を添加した。
条件5と条件7とは、スケール防止剤に浸漬していない種結晶と浸漬した種結晶を使用している以外は同じ試験条件である。予め種結晶にスケール防止剤を付着させた条件7でも過飽和度が199%となっており、条件5と同程度の石膏が析出することが確認できた。すなわち、条件5,7の結果から、種結晶のカルシウムスケール防止剤中の浸漬時間に依らず、pH4.0と低下させることによってスケール防止剤の機能が低減されることが示された。
第1晶析部20aの上澄み液(第1濃縮水)は、第1沈殿部50aに送給される。第1沈殿部50aにおいて、晶析工程後の第1濃縮水にCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(ヒシフロックH305)が投入され、第1沈殿槽51a内のpHが4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。第1沈殿槽51a内で、炭酸カルシウム及び金属化合物が沈殿し、第1濃縮水から除去される。沈殿した炭酸カルシウム及び水への溶解性が低い金属化合物は、第1沈殿槽51aの底部から排出される。
被処理水は第1ろ過装置52aに送給される。第1ろ過装置52aによりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
第1沈殿工程でシリカを除去するか否かは、被処理水や第1濃縮水の性状に応じて決定される。
そこで、第1沈殿槽51a内の第1濃縮水が、マグネシウム化合物(主として水酸化マグネシウム)が析出可能な値に調整される。こうすることにより、第1沈殿槽51a内でマグネシウム化合物が沈殿し、第1沈殿槽51a内の第1濃縮水のMgイオン濃度を低減させる。更に、第1沈殿工程の後で、第1沈殿槽51aから排出された第1濃縮水が、マグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整される。具体的に、pH10未満である。こうすることにより、脱塩部でのMgを含むスケールの析出を抑制することができる。
被処理水最下流に位置する第1沈殿部50bを通過した濃縮水(第1濃縮水)は、下流側脱塩部60に送給される。下流側脱塩部60を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部60の濃縮水は系外に排出される。下流側脱塩部60が設置されると、水処理部で処理された後の水から更に処理水を回収することができるので、水回収率が向上する。
図9は、本発明の第2参考実施形態の水処理システムの概略図である。図9において第1参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。第2参考実施形態の水処理システム100は、第1晶析部20a,20bの下流側に第1分離部180(180a,180b)が設置される。図9の水処理システム100は、被処理水の流通方向に2つの水処理部が連結された構成となっている。本参考実施形態の水処理システム100では、被処理水の性状に応じて水処理部が1つであっても良いし、3つ以上の水処理部が連結されても良い。
図9では、第1分離部180(180a,180b)は分級機181(181a,181b)と脱水機182(182a,182b)とで構成される。分級機181a,181bは、例えば液体サイクロンとされる。脱水機182a,182bは例えばベルトフィルタとされる。
<第1分離工程>
第1晶析槽21a,21b内の第1濃縮水が第1分離部180a,180bに搬送される。ここで搬送される第1濃縮水は、第1晶析槽21a,21b内で析出した固形物を含む水である。
分級機181a,181bに第1濃縮水が流入すると、所定の大きさ、例えば平均粒径10μm以上の石膏は分級機181a,181bの底部に沈降し、小さい粒径の石膏、炭酸カルシウム及びシリカは上澄み液に残留する。分級機181a,181bの底部に沈降した石膏は、脱水機182a,182bで更に脱水されて回収される。小さい粒径の石膏、炭酸カルシウム及びシリカを含む上澄み液は、第1沈殿部50a,50bに送給される。
図10は、本発明の第1実施形態の水処理システムの概略図である。図10の水処理システム200は、被処理水の流通方向に2つの水処理部が連結された構成となっている。被処理水の性状に応じて、水処理部は1つであっても良いし、3つ以上の水処理部が連結されていても良い。
図10にはタンク231aが2つ示されているが、例えば一方のタンク231aにカルシウムスケール防止剤が収納され、他方のタンク231aにシリカスケール防止剤が収納される。
図10では、第2脱塩部210を1つのみ示しているが、複数の脱塩装置が被処理水の流通方向に並列または直列に連結される構成とされても良い。
第2脱気部273は、第2上流側沈殿部270の被処理水下流側であって第2スケール防止剤供給部230aの上流側に設置されていても良い。
被処理水に対し、第1参考実施形態で説明した前処理が実施される。
第1参考実施形態で説明した第1脱気工程と同様にして、第2脱気部273で被処理水中のCO2が除去されることにより、被処理水中の炭酸イオン濃度が低減される。
第2上流側沈殿部270において、Caイオン及び炭酸イオンは炭酸カルシウムとして予め被処理水から粗除去される。被処理水にCaイオン以外の金属イオンが含まれる場合は、第2上流側沈殿部270において水への溶解性が低い金属化合物が予め被処理水から粗除去される。
第2上流側沈殿工程は、第1上流側沈殿工程と同工程で実施される。
本実施形態の水処理システム200でMgイオンを含む被処理水を処理する場合、第1参考実施形態と同様に、第2上流側沈殿部270において被処理水がマグネシウム化合物が析出するpHに調整され、被処理水中のMgイオンの粗除去が実施される。この後、第2上流側沈殿部270の下流側で、上記のマグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整されることが好ましい。具体的に、pH10未満に調整される。こうすることにより、下流側の装置及び工程、特に第2脱塩部210及び第2脱塩工程でのスケール生成を防止することが可能となる。
上流側晶析部が設置された場合は、上流側晶析部において第1参考実施形態と同様の工程により被処理水中の石膏濃度が低減される。
第2スケール防止剤供給部230aの制御部232aはバルブV4aを開放し、タンク231aから所定量のカルシウムスケール防止剤を被処理水に供給する。第2スケール防止剤供給部230bの制御部232bはバルブV4bを開放し、タンク231bから所定量のシリカスケール防止剤を被処理水に供給する。制御部232a及び制御部232bは、カルシウムスケール防止剤及びシリカスケール防止剤の濃度が被処理水の性状に応じて設定された所定値となるように、それぞれバルブV4a及びバルブV4bバルブの開度を調整する。
例えば図10の構成では、FeCl3が添加されることにより被処理水のpHが5から6程度となって第2脱塩部210aに流入することになる。図3に示すように、被処理水のpHが6.5以下では炭酸カルシウムは水中への溶解度が高い。また、式(1)のように、上記pH領域では水中で炭酸は主としてHCO3 −及びCO2の状態で存在する。第2脱塩部210aに流入する被処理水は、炭酸カルシウム濃度が低くなっている。このような場合には、第2脱塩部210aの直前でpHを調整しなくても良い。
なお、第2脱塩工程で処理される被処理水のpHを調整する場合には、第2脱塩部210aの上流において第1参考実施形態の第1pH調整部と同じ構成のpH調整部を設置し、pH調整された被処理水を第2脱塩部210aに送給しても良い。
第2脱塩部210aにおいて、スケール防止剤が投入された被処理水が処理される。第2脱塩部210aが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は処理水として回収される。イオン及びスケール防止剤を含む水は、逆浸透膜の非透過側から濃縮水(第2濃縮水)として排出される。
第2脱塩部210aでの処理により、第2濃縮水中の石膏及びシリカは濃縮されているが、カルシウムスケール防止剤及びシリカスケール防止剤によりスケール発生が抑制されている。
本実施形態では、第2脱塩部210aと第2晶析部220aとの間で、第2pH調整部240aにより被処理水(第2濃縮水)のpHが調整されても良い。
第2pH調整部240aは、第2濃縮水のpHを、カルシウムスケール防止剤の機能が低減されて第2濃縮水中の石膏が析出可能な値に管理する。pH計243aは、第2濃縮水のpHを計測する。制御部242aはpH計243aでの計測値が所定のpH管理値になるように、バルブV6aの開度を調整する。
第2濃縮水が、第2晶析部220aの第2晶析槽221に貯留される。第2種結晶供給部222aの制御部224aは、バルブV5を開放し、種結晶タンク223aから石膏の種結晶を第2晶析槽221a内の第2濃縮水に添加する。第2濃縮水中にカルシウムスケール防止剤が含まれているが、種結晶が投入されると石膏が晶析し結晶成長する。
すなわち、種結晶を投入していなくても、pHを低減させるとスケール防止剤の機能が低減されて石膏が晶析することが確認できた。また、図5の結果によると、pHが低い程析出速度が大きいとの結果が得られた。
この結果、図6に示すように、条件6と条件7は共に、過飽和度が199%以下であった。このことから、種結晶のカルシウムスケール防止剤中の浸漬時間に依らず、pHを4.0と低下させるとカルシウムスケール防止剤の機能が低下されると言える。
また、図3によると、pH6.0以下では炭酸カルシウムは水中に溶解する。
以上のことから、第2水処理部の第2晶析槽221aでは、高純度の石膏が回収できる。
第2分離部280aが設置される場合、第2晶析槽221a内で析出した固形物を含む第2濃縮水が、第2分離部280aに搬送される。第2晶析槽221a内の第2濃縮水中には、晶析により析出した石膏が存在する。この他に、原水の水質変動や濃縮によりシリカスケール防止剤の機能が発揮する以上にシリカ濃度が高くなったために析出したシリカが含まれる可能性がある。シリカは小径粒子やコロイド状浮遊物として第2濃縮水中に存在する。
第2晶析部220aの上澄み液(第2濃縮水)または第2分離部280aから排出された上澄み液(第2濃縮水)は、第2沈殿部250aに送給される。
第2沈殿工程では、第1参考実施形態で説明した第1沈殿工程と同様にして、第2沈殿槽251a及び第2ろ過装置252aにより第2濃縮水中の炭酸カルシウム及び金属化合物が除去される。
被処理水最下流に位置する第2沈殿部250bを通過した第2濃縮水は、下流側脱塩部60で処理される。下流側脱塩部60を通過した水は、被処理水として回収される。下流側脱塩部60の濃縮水は系外に排出される。
本実施形態においても、下流側脱塩部60の濃縮水側の下流に、蒸発器(不図示)が設置されても良い。
特に第1実施形態では第2晶析部220で主として石膏を析出させるので、第2晶析部220での石膏回収率が高く、下流側へ送給されるイオンのモル数がより低減される。また、第2晶析部220で回収される石膏の純度を高めることができる。
図11は、本発明の第3参考実施形態の水処理システムの概略図である。図11において第1参考実施形態、第2参考実施形態及び第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
第3参考実施形態の水処理システム300は、第1参考実施形態で説明した水処理部が設置される。この水処理部の被処理水下流側に、第1実施形態で説明した水処理部が設置される。
本参考実施形態
最下流の第2沈殿部250を通過した第2濃縮水は、下流側脱塩部60で処理される。下流側脱塩部60を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部60の濃縮水は系外に排出される。
本参考実施形態においても、下流側脱塩部60の濃縮水側の下流に、蒸発器(不図示)が設置されても良い。
図12は、本発明の第4参考実施形態の水処理システムの概略図である。図12において第1参考実施形態、第2参考実施形態及び第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
第4参考実施形態の水処理システム400は、第1実施形態で説明した水処理部が設置される。この水処理部の被処理水下流側に、第1参考実施形態で説明した水処理部が設置される。
更に、第4参考実施形態の水処理システム400は、図12に示すように第2上流側沈殿部270の上流側に、第1実施形態と同様の第2脱気部273を有する。第2脱気部273は、第2上流側沈殿部270の被処理水下流側であって、第2スケール防止剤供給部230の上流側に設置されていても良い。
最下流の第1沈殿部50を通過した第1濃縮水は、下流側脱塩部60で処理される。下流側脱塩部60を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部60の濃縮水は系外に排出される。
本参考実施形態においても、下流側脱塩部60の濃縮水側の下流に、蒸発器(不図示)が設置されても良い。
特に第4参考実施形態の構成では、被処理水上流側の第2晶析部220で主として石膏を析出させているので、第2晶析部220での石膏回収率が高く、下流側へ送給されるイオンのモル数がより低減されている。更に、第2晶析部220で回収される石膏の純度を高めることができる。
本発明の第5参考実施形態は、第1参考実施形態から第4参考実施形態において、第1晶析槽21及び第2晶析槽221に供給される石膏の種結晶の量が制御される。図13を用いて、第1晶析槽21への種結晶供給量が制御される構成を説明する。第2晶析槽221についても同様の構成が適用される。
なお、第2晶析槽221に供給される石膏の種結晶の量を制御する場合には、第1実施形態で説明したpH計243aが第2pH計測部に相当し、第2pH調整部の制御部242が制御部542に相当する。
第1pH計測部543は第1晶析槽21内の第1濃縮水のpHを計測する。計測されたpHの値は、種結晶供給部22の制御部24に送信される。
このように、pHに応じて種結晶供給量を調整すれば、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
本発明の第6参考実施形態は、第1分離部180及び第2分離部280の少なくとも一方を備える水処理システム600である。水処理システム600は、分離部で分離された石膏を種結晶として第1晶析槽または第2晶析槽に直接供給する点で第5参考実施形態と異なる。
図14では、第1分離部180の分級機181の底部に沈降した石膏の一部が、第1晶析槽21に直接供給されるように搬送する第1循環ライン601が設置される。また、脱水機182で脱水された後の石膏の一部が、第1晶析槽21に直接供給されるように搬送する第2循環ライン602が設置される。第1循環ライン601にバルブV8が設置され、第2循環ライン602にバルブV9が設置される。なお、本参考実施形態では、第1循環ライン601及び第2循環ライン602のいずれか一方が設置される構成でも良い。
制御部610が、第5参考実施形態と同様の第1pH計測部543、バルブV8、及び、バルブV9に接続する。
第1pH計測部543は、第1晶析槽21内の第1濃縮水のpHを計測する。計測されたpHの値は、制御部610に送信される。
制御部610は、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲を格納している。制御部610は、第5参考実施形態と同様の工程にて、第1pH計測部543の計測値と上記pH範囲とを比較し、バルブV8及びバルブV9の開度を調整する。
第2晶析槽221の場合は、第1濃度計測部に代えて第2濃度計測部が設置される。
制御部610は、第1濃度計測部で計測されるCaイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値以上になる場合に、バルブV8及びバルブV9の開度を増大して種結晶の供給量を増大させる。制御部610は、第1濃度計測部で計測されるCaイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値未満である場合に、バルブV8及びバルブV9の開度を低減して種結晶の供給量を低減させる。
このように晶析工程後のCaイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方により種結晶の供給量を制御すると、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
図15は、本発明の第7参考実施形態の水処理システムの部分概略図である。図15において第1参考実施形態、第2参考実施形態及び第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
図15の水処理システム700は、第4参考実施形態の水処理システムにおいて第1晶析部20で第1濃縮水から分離された石膏が回収され、第2晶析部220の第2晶析槽221に供給される構成となっている。第3参考実施形態の水処理システムにおいても、同様の構成を採用することができる。
図16は、本発明の第8参考実施形態の水処理システムの部分概略図である。図16において第2参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
なお、以下では第8参考実施形態を第1分離工程を有する水処理方法及び第1分離部を有する水処理システムを用いて説明したが、第2分離工程及び第2分離部でも同様の構成を適用可能である。
最上流に位置する第1分級機181aでは、平均粒径10μm以上の石膏が分級され、第1分級機181aの底部に沈降する。沈降した石膏は、第1分級機181aから排出され、脱水機182に送給される。第1分級機181aの上澄み液は、下流側の第1分級機181bに送給される。この上澄み液には、主として粒径10μm未満である粒子(石膏、炭酸カルシウム、シリカ等)が含まれている。
循環された石膏は、第1晶析槽21内で種結晶として機能し、循環された石膏は晶析により結晶成長する。平均粒径10μm以上に結晶成長した循環石膏は、第1濃縮水とともに第1晶析槽21から第1分級機181aに送給され、第1分級機181aにより第1濃縮水から分離され、脱水機182に搬送される。
10 第1脱塩部
20 第1晶析部
21 第1晶析槽
22 第1種結晶供給部
23,223 種結晶タンク
24,32,42,224,232,242,542,610 制御部
30 第1スケール防止剤供給部
31,41,231,241,541 タンク
40 第1pH調整部
43,243 pH計
50 第1沈殿部
51 第1沈殿槽
52 第1ろ過装置
60 下流側脱塩部
70 第1上流側沈殿部
71 沈殿槽
72 ろ過装置
73 第1脱気部
180 第1分離部
181,181a,181b,281 分級機
182,282 脱水機
210 第2脱塩部(脱塩部)
220 第2晶析部(晶析部)
221 第2晶析槽(晶析槽)
222 第2種結晶供給部(種結晶供給部)
230 第2スケール防止剤供給部(スケール防止剤供給部)
240 第2pH調整部(pH調整部)
250 第2沈殿部(沈殿部)
251 第2沈殿槽(沈殿槽)
252 第2ろ過装置(ろ過装置)
280 第2分離部(分離部)
540 種結晶供給量制御用pH調整部
543 第1pH計測部
601 第1循環ライン
602 第2循環ライン
801,802 固形物循環ライン
前記下流側脱塩部の前記濃縮水の下流側に、前記濃縮水から水分を蒸発させて前記濃縮水中の固体を回収する蒸発器を備えることが好ましい。
第1脱塩部10aから排出された第1濃縮水が、第1晶析部20aの第1晶析槽21aに貯留される。第1種結晶供給部22aの制御部24aは、バルブV3aを開放し、種結晶タンク23aから石膏の種結晶を第1晶析槽21a内の第1濃縮水に添加する。
第1脱塩部10aからの第1濃縮水はpH10以上である。前述したようにカルシウムスケール防止剤が存在する高pH領域の水中で石膏は溶解状態である。しかし、種結晶が十分に存在すると、スケール防止剤が存在していても種結晶を核として石膏が晶析する。図1の水処理システム1においては、結晶成長した大径(例えば粒径が10μm以上、より好ましくは20μm以上)の石膏が第1晶析槽21aの底部に沈殿する。沈殿した石膏は第1晶析槽21aの底部から排出される。
この結果、図6に示すように、条件5と条件7は共に、過飽和度が199%以下であった。このことから、種結晶のカルシウムスケール防止剤中の浸漬時間に依らず、pHを4.0と低下させるとカルシウムスケール防止剤の機能が低下されると言える。
上記態様において、前記脱塩部の下流側に設置され、前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されて前記石膏の析出が促進される値に、前記濃縮水のpHを調整するpH調整部を備える。
この場合、前記沈殿工程において、前記濃縮水に対して、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。
この場合、前記沈殿部に、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。
Claims (26)
- Caイオン、SO4イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤と、前記シリカの析出を防止するスケール防止剤であるシリカスケール防止剤とが供給されるスケール防止剤供給工程と、
前記スケール防止剤供給工程の後で、前記被処理水が前記Caイオン、前記SO4イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離される脱塩工程と、
前記濃縮水に石膏の種結晶が供給されて、前記濃縮水から石膏が晶析する晶析工程と、を含む水処理方法。 - 前記濃縮水が、前記晶析工程において前記カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されて、前記石膏の析出が促進されるpHに調整されるpH調整工程を備える請求項1に記載の水処理方法。
- 前記被処理水の最下流での前記晶析工程の後の濃縮水が、濃縮水と処理水とに分離されて、該分離された処理水が回収される下流側脱塩工程を含む請求項1に記載の水処理方法。
- 前記晶析工程の後に、前記pH調整工程でpHが調整された後の前記濃縮水が、前記カルシウムスケール防止剤が機能を発揮するpHに調整される請求項2に記載の水処理方法。
- 前記濃縮水が、前記晶析工程において前記シリカが溶解可能であるpHに調整されるpH調整工程を備える請求項1に記載の水処理方法。
- 前記被処理水の最上流側での前記スケール防止剤供給工程の前に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムが沈殿されて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度が低減される上流側沈殿工程を含む請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の水処理方法。
- 前記上流側沈殿工程の前、または、前記上流側沈殿工程の後であって前記スケール防止剤供給工程の前において、前記被処理水からCO2を除去する脱気工程を含む請求項6に記載の水処理方法。
- 前記被処理水が金属イオンを含み、
前記晶析工程の後で、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方が沈殿されて、前記濃縮水から前記炭酸カルシウム及び前記金属イオンの少なくとも一方の濃度が低減される沈殿工程を含む請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の水処理方法。 - 前記沈殿工程において、前記濃縮水に対して、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される請求項8に記載の水処理方法。
- 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記Mgイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整する請求項9に記載の水処理方法。
- 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記沈殿工程の濃縮水が、マグネシウム化合物が析出するpHに調整されて前記Mgイオンの濃度が低減され、
前記沈殿工程の後で、前記濃縮水が、前記マグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整される請求項8に記載の水処理方法。 - 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記上流側沈殿工程の前記被処理水が、マグネシウム化合物が析出するpHに調整されて前記Mgイオンの濃度が低減され、
前記上流側沈殿工程の後で、前記被処理水が、前記マグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整される請求項6に記載の水処理方法。 - 前記下流側脱塩工程の前記濃縮水から水分が蒸発されて、前記濃縮水中の固体が回収される請求項3に記載の水処理方法。
- Caイオン、SO4イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤とシリカの析出を防止するスケール防止剤であるシリカスケール防止剤とを供給するスケール防止剤供給部と、
前記スケール防止剤供給部の下流側に設置され、前記被処理水を前記Caイオン、前記SO4イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離する脱塩部と、
前記脱塩部の下流側に設けられ、前記濃縮水から石膏を晶析させる晶析槽と、前記晶析槽に石膏の種結晶を供給する種結晶供給部とを有する晶析部とを備える水処理システム。 - 前記脱塩部の下流側に設置され、前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されて前記石膏の析出が促進される値に、前記濃縮水のpHを調整するpH調整部を備える請求項14に記載の水処理システム。
- 被処理水最下流の前記晶析部の下流側に、前記晶析部から排出された前記濃縮水を、濃縮水と処理水とに分離する下流側脱塩部を備える請求項14に記載の水処理システム。
- 前記晶析部の下流側に、前記pH調整部でpHが調整された後の前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記カルシウムスケール防止剤が機能を発揮する値に、前記濃縮水のpHを調整するスケール防止機能発揮pH調整部を備える請求項15に記載の水処理システム。
- 前記脱塩部の下流側に設置され、前記濃縮水にpH調整剤を供給して、前記晶析部内で前記シリカが前記濃縮水中に溶解可能である値に、前記濃縮水のpHを調整するpH調整部を備える請求項14に記載の水処理システム。
- 前記被処理水の最上流に位置する前記スケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムを沈殿させて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度を低下させる上流側沈殿部を備える請求項14乃至請求項18のいずれかに記載の水処理システム。
- 前記上流側沈殿部の上流側、または、前記上流側沈殿部の下流側であって前記スケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水からCO2を除去する脱気部を備える請求項19に記載の水処理システム。
- 前記被処理水が金属イオンを含み、
前記晶析部の下流側に、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方を沈殿させる沈殿部を備える請求項14乃至請求項20のいずれかに記載の水処理システム。 - 前記沈殿部に前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される請求項21に記載の水処理システム。
- 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記沈殿部において、前記Mgイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整する請求項21に記載の水処理システム。
- 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記沈殿部内の前記濃縮水を、マグネシウム化合物が析出するpHに調整して前記Mgイオンの濃度を低減し、
前記沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記濃縮水のpHを調整する請求項21に記載の水処理システム。 - 前記被処理水がMgイオンを含む場合に、前記上流側沈殿部内の前記被処理水を、マグネシウム化合物が析出するpHに調整して前記Mgイオンの濃度を低減し、
前記上流側沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記被処理水のpHを調整する請求項19に記載の水処理システム。 - 前記下流側脱塩部の前記濃縮水の下流側に、前記濃縮水から水分を蒸発させて前記濃縮水中の固体を回収する蒸発器を備える請求項16に記載の水処理システム。
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