晶析対象成分を含む排水の処理方法並びに装置。
【課題】晶析用薬剤を添加することなく晶析処理が可能で、晶析処理により排水中の晶析対象成分濃度が低減されているため、後の蒸留濃縮において、カルシウム軟化剤を外部添加しなくても、高い濃縮倍率で安定して運転できる排水の処理方法と装置を提供する。
【解決手段】晶析対象成分を含む排水を、蒸留濃縮処理と晶析処理を組合せて処理する。蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出す。この組合せ処理により、蒸留濃縮装置に流入する排水の晶析対象成分濃度を晶析処理で低減することで、蒸留濃縮の濃縮倍率を高くすることが可能となり、また、晶析処理に必要な晶析用薬品の添加を、晶析対象成分濃度の高い蒸留濃縮液で代用することで、晶析用薬品を添加することなく晶析処理することが可能となる排水の処理方法、及びその装置。
【解決手段】晶析対象成分を含む排水を、蒸留濃縮処理と晶析処理を組合せて処理する。蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出す。この組合せ処理により、蒸留濃縮装置に流入する排水の晶析対象成分濃度を晶析処理で低減することで、蒸留濃縮の濃縮倍率を高くすることが可能となり、また、晶析処理に必要な晶析用薬品の添加を、晶析対象成分濃度の高い蒸留濃縮液で代用することで、晶析用薬品を添加することなく晶析処理することが可能となる排水の処理方法、及びその装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、晶析対象成分を含む排水、例えば下水、し尿、浄化槽汚泥、一般廃棄物処分場浸出水もしくはその他の工場排水またはこれらを生物処理等の処理がなされた排水の処理に関し、特に、カルシウムとリン酸イオン、又はフッ素イオン、硫酸イオンを含む排水の蒸留濃縮処理と、晶析処理をする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カルシウムとリン酸イオン、又はフッ素イオン、硫酸イオンを含む排水などの晶析対象成分を含む排水を蒸留により凝縮水と濃縮排水に分離する方法において、蒸留単独では蒸発後の凝縮水は清澄なものが得られても、排水の濃縮により濃縮排水の晶析対象成分濃度が高くなり、晶析によりスケールが析出し蒸留装置内の蒸発面に付着するため、濃縮倍率を高くとることができなかった。その結果、廃棄物となる濃縮排水の発生量が低減できないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、蒸留濃縮処理と晶析処理を組合せることで、蒸留濃縮装置に流入する排水の晶析対象成分濃度を低減し、また、蒸留濃縮処理により晶析対象成分を高くし、晶析処理を行うことを可能にする排水の処理方法及びその処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、下記の手段により課題を解決することができた。
（１）晶析対象成分を含む排水を後の晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合したものを蒸留濃縮工程に導入して蒸留濃縮し、蒸留により生じた蒸気は凝縮水として取り出し、蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出し、晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水と混合するために循環することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（２）前記晶析対象成分を含む排水と前記晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水との混合水のｐＨを調整することにより前記蒸留濃縮工程における液のｐＨを４〜７とし、晶析工程に入る濃縮排水の残りのｐＨを調整することにより前記晶析工程における液のｐＨを６〜９とすることを特徴とする前記（１）記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【０００５】
（３）前記晶析工程に入る濃縮排水に晶析用薬品を添加することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（４）前記晶析工程においては、晶析装置の水位を一定に維持し、晶析装置内の晶析物貯留量をロードセルで管理することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（５）晶析物が、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸アパタイト、フッ化カルシウム、硫酸カルシウムの少なくとも１種であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【０００６】
（６）晶析対象成分を含む排水を後の晶析装置からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合した混合水を導入し、蒸留濃縮する、蒸留により生じた蒸気を凝縮水として取り出す蒸留濃縮装置と、該蒸留濃縮装置からの濃縮排水を、一部は系外に排出する配管から排出し、残りは配管から晶析装置に導入し晶析させ、晶析物の取出し管を有する晶析装置と、前記晶析装置の晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水の導入管に循環する配管とを有することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理装置。
（７）前記蒸留濃縮装置は熱可塑性合成樹脂薄膜を蒸発面とするものであることを特徴とする前記（６）記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
（８）前記晶析装置は、装置内に攪拌機が設けられ、種晶が流動する状態に維持されていることを特徴とする前記（６）又は（７）記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
通常の晶析処理では、晶析反応に必要な晶析対象成分のうち、不足している成分がある場合にはその不足する成分を、晶析用薬剤として添加するが、本発明では、晶析対象成分濃度が低くても濃縮に伴い、晶析対象成分濃度を晶析反応に必要な濃度とすることができる。又、晶析物を晶析装置で分離除去し、晶析対象成分濃度が低くなった排水を蒸留濃縮装置に返送するため、蒸留濃縮装置内でのスケール付着を抑制しながら濃縮倍率を高めることができるので、濃縮液発生量が小さくなり濃縮液産廃処分費を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態の一例を、図面を参照して更に詳細に説明する。なお、実施の形態および実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
【０００９】
本発明の実施の形態を図１のフロー図で示す。
図１に示す処理装置は、蒸留濃縮装置１、晶析装置２で構成され、晶析対象成分を含む排水１１は、蒸留濃縮装置１で蒸発後に熱回収した凝縮水１２（処理水、場内再利用）と濃縮排水１３に分かれる。濃縮排水１３の一部１３Ａは系外に引き抜かれ、残る部分は晶析装置２で晶析され、晶析対象成分を含む排水１１とともに蒸留濃縮装置１に循環される。なお、図示していないが、各装置の前後には、適宜、配管、ポンプ等が設けられ、各排水が流入又は流出する。
【００１０】
ここで、蒸留により晶析対象成分濃度が高くなった濃縮排水１３の一部は、晶析装置２に送られる。晶析槽２では種晶が流動している形式のものであって、そこでは濃縮排水１３の晶析対象成分が反応し、晶析物が析出する。
濃縮排水１３の晶析対象成分濃度が、蒸留濃縮されるにつれて高くなるため、晶析用薬品を添加することなく晶析反応は継続される。この反応の際に種晶があると、新たに晶析する晶析物は種晶表面に析出する。この特質により晶析物は次第に成長するため、沈降性の良い粒状となり、晶析槽内で、晶析物と濃縮排水の固液分離が可能となる。この後、晶析対象成分の低減された濃縮排水１４は蒸留濃縮装置１に循環される。晶析反応においては、晶析物の溶解度が小さいために、晶析物の回収率が高く、晶析槽から出る濃縮排水１４における晶析対象成分濃度は前記排水１１の晶析対象成分濃度よりも低くなる。
【００１１】
この濃縮排水１４は、スケール発生原因となる晶析対象成分濃度が低減されているので、蒸留濃縮装置１内の蒸発面等でのスケールの発生付着を抑制させ、濃縮排水１３の濃縮倍率をさらに高めることが可能となる。
また、上記晶析処理は、従来のように晶析用薬品を添加しなくとも達成でき、蒸留濃縮前の炭酸ソーダなどのカルシウム軟化剤も不要となる。
【００１２】
また、図２は、本発明の別の実施の形態を示すフロー図を示すものであって、蒸留濃縮装置１に入る晶析対象成分を含む排水にｐＨ調整剤、例えば酸を添加することにより、蒸留濃縮装置１内の液のｐＨを４〜７に調整し、また晶析装置２に入る濃縮排水１３にｐＨ調整剤、例えばアルカリを添加することにより、ｐＨを６〜９に調整する態様を示す。
図３は、晶析装置２に入る濃縮排水１３が、晶析反応を十分に進行させるには晶析対象成分の一部が不足している場合に、前記濃縮排水１３に晶析用成分（晶析用薬品）１０を添加する態様を示すものである。
なお、図２〜３では、図１と共通する番号はその装置等の構成が同一のものであることを意味している。
【００１３】
蒸留装置の蒸発部は水平管型、垂直管型、コイル型、撹拌膜型、遠心式薄膜型、プレート型などいずれの形式でもよいが、スケール付着を抑制できるものが望ましい。特に蒸発面が金属面の場合、スケールが蒸発面に一度付着すると、付着したスケールの上にさらに新しいスケールが成長し続け、薬品による溶解、または、高圧力スプレー等の外力による剥離でしか、スケールを蒸発面から除去する方法がないという難点がある。このような問題を解決できるものとして以下の形態の蒸留濃縮装置による蒸留濃縮方法がある。
【００１４】
図５に、本発明の蒸留濃縮装置１の概略構成図を示す。蒸留濃縮装置１は、装置内部に蒸発面として１つ又は２つ以上の袋状の熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６（例えばポリエチレン、又はポリプロピレンが利用される）が装着された蒸留濃縮装置本体１７、蒸留濃縮装置１本体に受け入れた濃縮対象排水を蒸発面に供給する循環ポンプ１８、蒸留によって蒸発した蒸気を圧縮するとともに昇温する自己蒸気再圧縮ファン又は外部蒸気加熱器２０、蒸発面を減圧する（負圧にする）真空ポンプ又はエジェクタ２１で構成される。晶析対象成分を含む排水１１は、蒸留濃縮装置１本体に流入する。ここで、流入した排水は本体を循環している濃縮排水と混合され、濃縮排水循環ポンプ１８により装置１本体上部に送水され、各熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６に均等分配（流入水均等分配器１９）され、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６外面を流下し、蒸発濃縮される。蒸発蒸気は、自己蒸気再圧縮ファン又は外部蒸気加熱器２０により圧縮され、圧縮により１〜５℃ほど昇温され、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内面に流入される。ここで圧縮蒸気は、薄膜１６面を流れる濃縮排水を蒸発させるべく熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内面から外面に熱を放出し、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内で清澄な凝縮水となる。この凝縮水は、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６底部ノズル（図示せず）から排出され、場内で再利用等がなされる。装置の減圧方式には、真空ポンプ式又はエジェクタ式がある。また、蒸留濃縮装置１内圧は、１２０〜２００ｈＰａで運転する。
【００１５】
蒸留時の濃縮排水ｐＨを調整することでスケール発生がより抑制されることになる。スケール発生をより抑制するために、ｐＨを４〜７、望ましくは５〜６に調整する。ｐＨを７から下げるほどスケールが生成しにくい安全領域になるが、ｐＨ調整のための薬品コスト、排水の水質変動の影響などを考慮すると上記の範囲にすることが妥当である。また、ｐＨを７より高くするとスケールが生成しやすい方向となる。このｐＨ調整は蒸留濃縮装置１内に流入する排水、又は、蒸留濃縮装置１内を循環する濃縮排水のｐＨを計測し、ｐＨを下げる場合は塩酸等を、ｐＨを上げる場合は苛性ソーダなどを装置内または装置入口付近で注入し行う。
【００１６】
合成樹脂薄膜袋１６は、合成樹脂のためスケールが付着しにくく、また薄膜膜厚が１０〜１００μｍ、望ましくは４０〜６０μｍと非常に薄く、常に薄膜面が変形するためにスケール払い落し機能も持つ。これらの理由により、一般的な金属面の蒸発装置に比べ、スケールが付着しにくいという特徴を持つ。
【００１７】
図６に、本発明の晶析装置の概略構成図を示す。晶析装置は、種晶が充填された晶析槽２２、撹拌機２３、ｐＨ計２４で構成される。晶析対象成分を含む排水１１は、晶析槽２２の上面と下面のない円筒形のバッフル板２５内側に流入され、撹拌機２３により流動している種晶表面に、新たな晶析物が析出し、晶析物１５が成長する。晶析反応により晶析対象成分が低減された濃縮排水１４は、バッフル板外側を上昇し、オーバーフロー口より排出される。また、晶析物１５は、槽内晶析物濃度が一定になるように定期的に引き抜かれる。さらに、槽内ｐＨは、晶析物の析出反応が起こりやすいｐＨ範囲に、ｐＨ計と苛性ソーダなどのアルカリ剤で調整される。
晶析対象成分により異なるが、晶析槽２２の滞留時間は概ね３０〜１８０分間、槽内ｐＨは６〜９、望ましくは７〜８、槽内晶析物濃度は２００００〜４００００ｍｇ／Ｌ（リットル）である。ｐＨが６を下回ると晶析物が析出しにくくなり、ｐＨが９を超えると晶析物が微細になり、ｐＨ調整のための薬品コストが高くなる。
【００１８】
撹拌機２３による種晶流動は、従来の上向流の水流による種晶流動に比べ、成長した粒径の大きな種晶も確実に流動させることができ、種晶が固着し流動性を失うことを防ぐことができる。また、種晶濃度を高く維持できるため、装置を小さくでき、さらに、安定した晶析処理が可能となる。撹拌機２３は、モータ２６、シャフト２７、羽根２８で構成されており、羽根２８の形状は、パドル、プロペラ、タービン等、種晶を流動させることができるものならば、どのような形状でも良い。
本発明において、晶析対象成分を含む排水としては、例示したカルシウムとリン酸を含有する排水の他に、カルシウムと硫酸を含有する排水、カルシウムとフッ素を含有する排水などが挙げられ、いずれも両方の成分が難溶性塩を生成する成分を含有する場合に好適である。
【実施例】
【００１９】
以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００２０】
実施例１
図４に示す処理フローを備えた設備を用い実験を行った。この実験の晶析対象成分は、カルシウムとリンで、晶析物は、リン酸ヒドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」とする）である。この晶析反応における反応式は、下記（１）で示される。
１０Ｃａ２＋＋６ＰＯ４３−＋２ＯＨ− → Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２・・・（１）
図４に示す処理フローは、図１に示す処理フローと同じであるが、処理する排水３がカルシウムとリン酸を含む排水であり、その関係で、図１とは異なって、晶析物はＨＡＰ７であり、凝縮水４、濃縮排水５、カルシウムが低減された濃縮排水６と示されている。
濃縮排水５のカルシウムイオンとリン酸イオン濃度が、蒸留濃縮されるにつれて高くなるため、カルシウム系薬品を添加することなくＨＡＰ晶析反応は継続される。この反応の際にＨＡＰ種晶があると、新たに晶析するＨＡＰは種晶表面に析出する。この特質によりＨＡＰ晶析物は次第に成長するため、沈降性の良い粒状となり、ＨＡＰ晶析槽内で、晶析物と濃縮排水の固液分離が可能となる。この後、カルシウムイオンの低減された濃縮排水６は蒸留濃縮装置１に循環される。ＨＡＰ晶析反応においては、ＨＡＰの溶解度が小さいために、ＨＡＰ晶析槽から出る濃縮排水６におけるカルシウム濃度は前記排水３のカルシウム濃度よりも低くなる。
【００２１】
第２表に示す水質の、し尿と浄化槽汚泥の混合排水の生物処理水を、第３表に示す条件で蒸留濃縮する連続試験を行った。濃縮排水濃縮倍率が所定の倍率になるように、濃縮排水引抜量を調整した。濃縮排水の一部をＨＡＰ晶析装置に流入させ、ＨＡＰを析出させ、ＨＡＰ晶析物を沈降分離した後、カルシウムが低減された濃縮排水を蒸留濃縮装置に循環させた。試験後、蒸留濃縮装置内のスケール付着状況を確認した。この試験により、第１表に示す結果を得た。濃縮排水のカルシウムイオンをＨＡＰ晶析により分離低減することにより、蒸留濃縮装置内にスケールを付着させることなく濃縮排水を７倍まで濃縮させることができた。一方、比較例（従来例）では、濃縮排水をＨＡＰ処理なしで循環したところ、濃縮排水は３倍まで濃縮した時点で、蒸留濃縮装置内にスケールが多く付着する結果となった。試験結果は第１表に示す。
また、第２表に実施例１（本発明）で行った蒸留濃縮の水質結果を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
本発明によれば、蒸留濃縮装置内でのカルシウム系スケール発生付着を抑制しながら濃縮倍率を高めることができる。そのため、濃縮排水引抜き量を従来の１／３程度にすることができ、廃棄物処分費を大きく削減させることができる。
また、本発明の蒸留処理による凝縮水（処理水）の水質は、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、色度、蒸発残留物が、全くない清澄なものになり、場内の工業用水としての再利用が可能になる。
【００２６】
また、特にＨＡＰ晶析処理では、ＨＡＰ晶析反応に必要なカルシウムを、カルシウム系薬品として添加している。ところが、本発明では、濃縮にともないカルシウムイオン濃度が高くなることを利用しＨＡＰ晶析反応を継続するため、カルシウム系薬品の添加が不要となる。
さらに、ＨＡＰ晶析反応により発生したＨＡＰはリン酸肥料つまり有価物として再利用可能で、従来のカルシウム軟化処理により発生する炭酸カルシウム汚泥の、廃棄物処分費を無くすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、下水、し尿、産業排水などの晶析対象成分を含有する排水を、カルシウム軟化薬品や晶析用添加薬品を添加せず処理することができるので、下水処理場や各種排水処理施設等における利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の処理フローを示す図である。
【図２】ｐＨ調整手段を用いる本発明の処理フローを示す図である。
【図３】晶析用薬品を添加する本発明の処理フローを示す図である。
【図４】本発明の実施例における処理フローを示す図である。
【図５】本発明の処理装置において、蒸留濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の処理装置において、晶析装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 蒸留濃縮装置
２ 晶析装置
３ カルシウムとリン酸を含む排水
４ 凝縮水
５ 濃縮排水
６ カルシウムが低減された濃縮排水
７ ＨＡＰ晶析物
８ 酸
９ アルカリ
１０ 晶析用薬品
１１ 晶析対象成分を含む排水
１２ 凝縮水（処理水、場内再利用）
１３ 濃縮排水
１３Ａ 濃縮排水（系外へ）
１４ 晶析対象成分が低減された濃縮排水
１５ 晶析物（系外へ）
１６ 熱可塑性合成樹脂薄膜袋
１７ 蒸留濃縮装置本体
１８ 濃縮排水循環ポンプ
１９ 流入水均等分配器
２０ 自己蒸気再圧縮ファン（又は外部蒸気加熱器）
２１ 真空ポンプ（又はエジェクタ）
２２ 晶析槽
２３ 攪拌機
２４ ｐＨ計
２５ バッフル板
２６ モータ
２７ 攪拌シャフト
２８ 攪拌羽根
２９ アルカリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、晶析対象成分を含む排水、例えば下水、し尿、浄化槽汚泥、一般廃棄物処分場浸出水もしくはその他の工場排水またはこれらを生物処理等の処理がなされた排水の処理に関し、特に、カルシウムとリン酸イオン、又はフッ素イオン、硫酸イオンを含む排水の蒸留濃縮処理と、晶析処理をする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カルシウムとリン酸イオン、又はフッ素イオン、硫酸イオンを含む排水などの晶析対象成分を含む排水を蒸留により凝縮水と濃縮排水に分離する方法において、蒸留単独では蒸発後の凝縮水は清澄なものが得られても、排水の濃縮により濃縮排水の晶析対象成分濃度が高くなり、晶析によりスケールが析出し蒸留装置内の蒸発面に付着するため、濃縮倍率を高くとることができなかった。その結果、廃棄物となる濃縮排水の発生量が低減できないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、蒸留濃縮処理と晶析処理を組合せることで、蒸留濃縮装置に流入する排水の晶析対象成分濃度を低減し、また、蒸留濃縮処理により晶析対象成分を高くし、晶析処理を行うことを可能にする排水の処理方法及びその処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、下記の手段により課題を解決することができた。
（１）晶析対象成分を含む排水を後の晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合したものを蒸留濃縮工程に導入して蒸留濃縮し、蒸留により生じた蒸気は凝縮水として取り出し、蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出し、晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水と混合するために循環することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（２）前記晶析対象成分を含む排水と前記晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水との混合水のｐＨを調整することにより前記蒸留濃縮工程における液のｐＨを４〜７とし、晶析工程に入る濃縮排水の残りのｐＨを調整することにより前記晶析工程における液のｐＨを６〜９とすることを特徴とする前記（１）記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【０００５】
（３）前記晶析工程に入る濃縮排水に晶析用薬品を添加することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（４）前記晶析工程においては、晶析装置の水位を一定に維持し、晶析装置内の晶析物貯留量をロードセルで管理することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
（５）晶析物が、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸アパタイト、フッ化カルシウム、硫酸カルシウムの少なくとも１種であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【０００６】
（６）晶析対象成分を含む排水を後の晶析装置からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合した混合水を導入し、蒸留濃縮する、蒸留により生じた蒸気を凝縮水として取り出す蒸留濃縮装置と、該蒸留濃縮装置からの濃縮排水を、一部は系外に排出する配管から排出し、残りは配管から晶析装置に導入し晶析させ、晶析物の取出し管を有する晶析装置と、前記晶析装置の晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水の導入管に循環する配管とを有することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理装置。
（７）前記蒸留濃縮装置は熱可塑性合成樹脂薄膜を蒸発面とするものであることを特徴とする前記（６）記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
（８）前記晶析装置は、装置内に攪拌機が設けられ、種晶が流動する状態に維持されていることを特徴とする前記（６）又は（７）記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【発明の効果】
【０００７】
通常の晶析処理では、晶析反応に必要な晶析対象成分のうち、不足している成分がある場合にはその不足する成分を、晶析用薬剤として添加するが、本発明では、晶析対象成分濃度が低くても濃縮に伴い、晶析対象成分濃度を晶析反応に必要な濃度とすることができる。又、晶析物を晶析装置で分離除去し、晶析対象成分濃度が低くなった排水を蒸留濃縮装置に返送するため、蒸留濃縮装置内でのスケール付着を抑制しながら濃縮倍率を高めることができるので、濃縮液発生量が小さくなり濃縮液産廃処分費を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態の一例を、図面を参照して更に詳細に説明する。なお、実施の形態および実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
【０００９】
本発明の実施の形態を図１のフロー図で示す。
図１に示す処理装置は、蒸留濃縮装置１、晶析装置２で構成され、晶析対象成分を含む排水１１は、蒸留濃縮装置１で蒸発後に熱回収した凝縮水１２（処理水、場内再利用）と濃縮排水１３に分かれる。濃縮排水１３の一部１３Ａは系外に引き抜かれ、残る部分は晶析装置２で晶析され、晶析対象成分を含む排水１１とともに蒸留濃縮装置１に循環される。なお、図示していないが、各装置の前後には、適宜、配管、ポンプ等が設けられ、各排水が流入又は流出する。
【００１０】
ここで、蒸留により晶析対象成分濃度が高くなった濃縮排水１３の一部は、晶析装置２に送られる。晶析槽２では種晶が流動している形式のものであって、そこでは濃縮排水１３の晶析対象成分が反応し、晶析物が析出する。
濃縮排水１３の晶析対象成分濃度が、蒸留濃縮されるにつれて高くなるため、晶析用薬品を添加することなく晶析反応は継続される。この反応の際に種晶があると、新たに晶析する晶析物は種晶表面に析出する。この特質により晶析物は次第に成長するため、沈降性の良い粒状となり、晶析槽内で、晶析物と濃縮排水の固液分離が可能となる。この後、晶析対象成分の低減された濃縮排水１４は蒸留濃縮装置１に循環される。晶析反応においては、晶析物の溶解度が小さいために、晶析物の回収率が高く、晶析槽から出る濃縮排水１４における晶析対象成分濃度は前記排水１１の晶析対象成分濃度よりも低くなる。
【００１１】
この濃縮排水１４は、スケール発生原因となる晶析対象成分濃度が低減されているので、蒸留濃縮装置１内の蒸発面等でのスケールの発生付着を抑制させ、濃縮排水１３の濃縮倍率をさらに高めることが可能となる。
また、上記晶析処理は、従来のように晶析用薬品を添加しなくとも達成でき、蒸留濃縮前の炭酸ソーダなどのカルシウム軟化剤も不要となる。
【００１２】
また、図２は、本発明の別の実施の形態を示すフロー図を示すものであって、蒸留濃縮装置１に入る晶析対象成分を含む排水にｐＨ調整剤、例えば酸を添加することにより、蒸留濃縮装置１内の液のｐＨを４〜７に調整し、また晶析装置２に入る濃縮排水１３にｐＨ調整剤、例えばアルカリを添加することにより、ｐＨを６〜９に調整する態様を示す。
図３は、晶析装置２に入る濃縮排水１３が、晶析反応を十分に進行させるには晶析対象成分の一部が不足している場合に、前記濃縮排水１３に晶析用成分（晶析用薬品）１０を添加する態様を示すものである。
なお、図２〜３では、図１と共通する番号はその装置等の構成が同一のものであることを意味している。
【００１３】
蒸留装置の蒸発部は水平管型、垂直管型、コイル型、撹拌膜型、遠心式薄膜型、プレート型などいずれの形式でもよいが、スケール付着を抑制できるものが望ましい。特に蒸発面が金属面の場合、スケールが蒸発面に一度付着すると、付着したスケールの上にさらに新しいスケールが成長し続け、薬品による溶解、または、高圧力スプレー等の外力による剥離でしか、スケールを蒸発面から除去する方法がないという難点がある。このような問題を解決できるものとして以下の形態の蒸留濃縮装置による蒸留濃縮方法がある。
【００１４】
図５に、本発明の蒸留濃縮装置１の概略構成図を示す。蒸留濃縮装置１は、装置内部に蒸発面として１つ又は２つ以上の袋状の熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６（例えばポリエチレン、又はポリプロピレンが利用される）が装着された蒸留濃縮装置本体１７、蒸留濃縮装置１本体に受け入れた濃縮対象排水を蒸発面に供給する循環ポンプ１８、蒸留によって蒸発した蒸気を圧縮するとともに昇温する自己蒸気再圧縮ファン又は外部蒸気加熱器２０、蒸発面を減圧する（負圧にする）真空ポンプ又はエジェクタ２１で構成される。晶析対象成分を含む排水１１は、蒸留濃縮装置１本体に流入する。ここで、流入した排水は本体を循環している濃縮排水と混合され、濃縮排水循環ポンプ１８により装置１本体上部に送水され、各熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６に均等分配（流入水均等分配器１９）され、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６外面を流下し、蒸発濃縮される。蒸発蒸気は、自己蒸気再圧縮ファン又は外部蒸気加熱器２０により圧縮され、圧縮により１〜５℃ほど昇温され、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内面に流入される。ここで圧縮蒸気は、薄膜１６面を流れる濃縮排水を蒸発させるべく熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内面から外面に熱を放出し、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６内で清澄な凝縮水となる。この凝縮水は、熱可塑性合成樹脂薄膜袋１６底部ノズル（図示せず）から排出され、場内で再利用等がなされる。装置の減圧方式には、真空ポンプ式又はエジェクタ式がある。また、蒸留濃縮装置１内圧は、１２０〜２００ｈＰａで運転する。
【００１５】
蒸留時の濃縮排水ｐＨを調整することでスケール発生がより抑制されることになる。スケール発生をより抑制するために、ｐＨを４〜７、望ましくは５〜６に調整する。ｐＨを７から下げるほどスケールが生成しにくい安全領域になるが、ｐＨ調整のための薬品コスト、排水の水質変動の影響などを考慮すると上記の範囲にすることが妥当である。また、ｐＨを７より高くするとスケールが生成しやすい方向となる。このｐＨ調整は蒸留濃縮装置１内に流入する排水、又は、蒸留濃縮装置１内を循環する濃縮排水のｐＨを計測し、ｐＨを下げる場合は塩酸等を、ｐＨを上げる場合は苛性ソーダなどを装置内または装置入口付近で注入し行う。
【００１６】
合成樹脂薄膜袋１６は、合成樹脂のためスケールが付着しにくく、また薄膜膜厚が１０〜１００μｍ、望ましくは４０〜６０μｍと非常に薄く、常に薄膜面が変形するためにスケール払い落し機能も持つ。これらの理由により、一般的な金属面の蒸発装置に比べ、スケールが付着しにくいという特徴を持つ。
【００１７】
図６に、本発明の晶析装置の概略構成図を示す。晶析装置は、種晶が充填された晶析槽２２、撹拌機２３、ｐＨ計２４で構成される。晶析対象成分を含む排水１１は、晶析槽２２の上面と下面のない円筒形のバッフル板２５内側に流入され、撹拌機２３により流動している種晶表面に、新たな晶析物が析出し、晶析物１５が成長する。晶析反応により晶析対象成分が低減された濃縮排水１４は、バッフル板外側を上昇し、オーバーフロー口より排出される。また、晶析物１５は、槽内晶析物濃度が一定になるように定期的に引き抜かれる。さらに、槽内ｐＨは、晶析物の析出反応が起こりやすいｐＨ範囲に、ｐＨ計と苛性ソーダなどのアルカリ剤で調整される。
晶析対象成分により異なるが、晶析槽２２の滞留時間は概ね３０〜１８０分間、槽内ｐＨは６〜９、望ましくは７〜８、槽内晶析物濃度は２００００〜４００００ｍｇ／Ｌ（リットル）である。ｐＨが６を下回ると晶析物が析出しにくくなり、ｐＨが９を超えると晶析物が微細になり、ｐＨ調整のための薬品コストが高くなる。
【００１８】
撹拌機２３による種晶流動は、従来の上向流の水流による種晶流動に比べ、成長した粒径の大きな種晶も確実に流動させることができ、種晶が固着し流動性を失うことを防ぐことができる。また、種晶濃度を高く維持できるため、装置を小さくでき、さらに、安定した晶析処理が可能となる。撹拌機２３は、モータ２６、シャフト２７、羽根２８で構成されており、羽根２８の形状は、パドル、プロペラ、タービン等、種晶を流動させることができるものならば、どのような形状でも良い。
本発明において、晶析対象成分を含む排水としては、例示したカルシウムとリン酸を含有する排水の他に、カルシウムと硫酸を含有する排水、カルシウムとフッ素を含有する排水などが挙げられ、いずれも両方の成分が難溶性塩を生成する成分を含有する場合に好適である。
【実施例】
【００１９】
以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００２０】
実施例１
図４に示す処理フローを備えた設備を用い実験を行った。この実験の晶析対象成分は、カルシウムとリンで、晶析物は、リン酸ヒドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」とする）である。この晶析反応における反応式は、下記（１）で示される。
１０Ｃａ２＋＋６ＰＯ４３−＋２ＯＨ− → Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２・・・（１）
図４に示す処理フローは、図１に示す処理フローと同じであるが、処理する排水３がカルシウムとリン酸を含む排水であり、その関係で、図１とは異なって、晶析物はＨＡＰ７であり、凝縮水４、濃縮排水５、カルシウムが低減された濃縮排水６と示されている。
濃縮排水５のカルシウムイオンとリン酸イオン濃度が、蒸留濃縮されるにつれて高くなるため、カルシウム系薬品を添加することなくＨＡＰ晶析反応は継続される。この反応の際にＨＡＰ種晶があると、新たに晶析するＨＡＰは種晶表面に析出する。この特質によりＨＡＰ晶析物は次第に成長するため、沈降性の良い粒状となり、ＨＡＰ晶析槽内で、晶析物と濃縮排水の固液分離が可能となる。この後、カルシウムイオンの低減された濃縮排水６は蒸留濃縮装置１に循環される。ＨＡＰ晶析反応においては、ＨＡＰの溶解度が小さいために、ＨＡＰ晶析槽から出る濃縮排水６におけるカルシウム濃度は前記排水３のカルシウム濃度よりも低くなる。
【００２１】
第２表に示す水質の、し尿と浄化槽汚泥の混合排水の生物処理水を、第３表に示す条件で蒸留濃縮する連続試験を行った。濃縮排水濃縮倍率が所定の倍率になるように、濃縮排水引抜量を調整した。濃縮排水の一部をＨＡＰ晶析装置に流入させ、ＨＡＰを析出させ、ＨＡＰ晶析物を沈降分離した後、カルシウムが低減された濃縮排水を蒸留濃縮装置に循環させた。試験後、蒸留濃縮装置内のスケール付着状況を確認した。この試験により、第１表に示す結果を得た。濃縮排水のカルシウムイオンをＨＡＰ晶析により分離低減することにより、蒸留濃縮装置内にスケールを付着させることなく濃縮排水を７倍まで濃縮させることができた。一方、比較例（従来例）では、濃縮排水をＨＡＰ処理なしで循環したところ、濃縮排水は３倍まで濃縮した時点で、蒸留濃縮装置内にスケールが多く付着する結果となった。試験結果は第１表に示す。
また、第２表に実施例１（本発明）で行った蒸留濃縮の水質結果を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
本発明によれば、蒸留濃縮装置内でのカルシウム系スケール発生付着を抑制しながら濃縮倍率を高めることができる。そのため、濃縮排水引抜き量を従来の１／３程度にすることができ、廃棄物処分費を大きく削減させることができる。
また、本発明の蒸留処理による凝縮水（処理水）の水質は、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、色度、蒸発残留物が、全くない清澄なものになり、場内の工業用水としての再利用が可能になる。
【００２６】
また、特にＨＡＰ晶析処理では、ＨＡＰ晶析反応に必要なカルシウムを、カルシウム系薬品として添加している。ところが、本発明では、濃縮にともないカルシウムイオン濃度が高くなることを利用しＨＡＰ晶析反応を継続するため、カルシウム系薬品の添加が不要となる。
さらに、ＨＡＰ晶析反応により発生したＨＡＰはリン酸肥料つまり有価物として再利用可能で、従来のカルシウム軟化処理により発生する炭酸カルシウム汚泥の、廃棄物処分費を無くすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、下水、し尿、産業排水などの晶析対象成分を含有する排水を、カルシウム軟化薬品や晶析用添加薬品を添加せず処理することができるので、下水処理場や各種排水処理施設等における利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の処理フローを示す図である。
【図２】ｐＨ調整手段を用いる本発明の処理フローを示す図である。
【図３】晶析用薬品を添加する本発明の処理フローを示す図である。
【図４】本発明の実施例における処理フローを示す図である。
【図５】本発明の処理装置において、蒸留濃縮装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の処理装置において、晶析装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 蒸留濃縮装置
２ 晶析装置
３ カルシウムとリン酸を含む排水
４ 凝縮水
５ 濃縮排水
６ カルシウムが低減された濃縮排水
７ ＨＡＰ晶析物
８ 酸
９ アルカリ
１０ 晶析用薬品
１１ 晶析対象成分を含む排水
１２ 凝縮水（処理水、場内再利用）
１３ 濃縮排水
１３Ａ 濃縮排水（系外へ）
１４ 晶析対象成分が低減された濃縮排水
１５ 晶析物（系外へ）
１６ 熱可塑性合成樹脂薄膜袋
１７ 蒸留濃縮装置本体
１８ 濃縮排水循環ポンプ
１９ 流入水均等分配器
２０ 自己蒸気再圧縮ファン（又は外部蒸気加熱器）
２１ 真空ポンプ（又はエジェクタ）
２２ 晶析槽
２３ 攪拌機
２４ ｐＨ計
２５ バッフル板
２６ モータ
２７ 攪拌シャフト
２８ 攪拌羽根
２９ アルカリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
晶析対象成分を含む排水を後の晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合したものを蒸留濃縮工程に導入して蒸留濃縮し、蒸留により生じた蒸気は凝縮水として取り出し、蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出し、晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水と混合するために循環することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項２】
前記晶析対象成分を含む排水と前記晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水との混合水のｐＨを調整することにより前記蒸留濃縮工程における液のｐＨを４〜７とし、晶析工程に入る濃縮排水の残りのｐＨを調整することにより前記晶析工程における液のｐＨを６〜９とすることを特徴とする請求項１記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項３】
前記晶析工程に入る濃縮排水に晶析用薬品を添加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項４】
前記晶析工程においては、晶析装置の水位を一定に維持し、晶析装置内の晶析物貯留量をロードセルで管理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項５】
晶析物が、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸アパタイト、フッ化カルシウム、硫酸カルシウムの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項６】
晶析対象成分を含む排水を後の晶析装置からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合した混合水を導入し、蒸留濃縮する、蒸留により生じた蒸気を凝縮水として取り出す蒸留濃縮装置と、該蒸留濃縮装置からの濃縮排水を、一部は系外に排出する配管から排出し、残りは配管から晶析装置に導入し晶析させ、晶析物の取出し管を有する晶析装置と、前記晶析装置の晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水の導入管に循環する配管とを有することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【請求項７】
前記蒸留濃縮装置は熱可塑性合成樹脂薄膜を蒸発面とするものであることを特徴とする請求項６記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【請求項８】
前記晶析装置は、装置内に攪拌機が設けられ、種晶が流動する状態に維持されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【請求項１】
晶析対象成分を含む排水を後の晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合したものを蒸留濃縮工程に導入して蒸留濃縮し、蒸留により生じた蒸気は凝縮水として取り出し、蒸留濃縮により得られた濃縮排水は、一部を系外に取り出し、残りは晶析工程に導入して晶析させ、晶析物を取り出し、晶析工程からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水と混合するために循環することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項２】
前記晶析対象成分を含む排水と前記晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水との混合水のｐＨを調整することにより前記蒸留濃縮工程における液のｐＨを４〜７とし、晶析工程に入る濃縮排水の残りのｐＨを調整することにより前記晶析工程における液のｐＨを６〜９とすることを特徴とする請求項１記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項３】
前記晶析工程に入る濃縮排水に晶析用薬品を添加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項４】
前記晶析工程においては、晶析装置の水位を一定に維持し、晶析装置内の晶析物貯留量をロードセルで管理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項５】
晶析物が、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸アパタイト、フッ化カルシウム、硫酸カルシウムの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の晶析対象成分を含む排水の処理方法。
【請求項６】
晶析対象成分を含む排水を後の晶析装置からの晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水と混合した混合水を導入し、蒸留濃縮する、蒸留により生じた蒸気を凝縮水として取り出す蒸留濃縮装置と、該蒸留濃縮装置からの濃縮排水を、一部は系外に排出する配管から排出し、残りは配管から晶析装置に導入し晶析させ、晶析物の取出し管を有する晶析装置と、前記晶析装置の晶析対象成分濃度が低減された濃縮排水を前記晶析対象成分を含む排水の導入管に循環する配管とを有することを特徴とする晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【請求項７】
前記蒸留濃縮装置は熱可塑性合成樹脂薄膜を蒸発面とするものであることを特徴とする請求項６記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【請求項８】
前記晶析装置は、装置内に攪拌機が設けられ、種晶が流動する状態に維持されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の晶析対象成分を含む排水の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１１７８７４（Ｐ２００７−１１７８７４Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１２９４４（Ｐ２００５−３１２９４４）
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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