JP2002292204A

JP2002292204A - 原水供給制御手段を備えた晶析反応装置および該装置を用いた晶析処理方法

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Publication number: JP2002292204A
Application number: JP2001100050A
Authority: JP
Inventors: Rie Yano; 理江矢野
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】原水供給制御手段を備えた晶析反応装置およ
び該装置を用いた晶析処理方法。【解決手段】内部に種晶２が充填され、原水から晶析
対象成分を除去する晶析反応を行う晶析反応糟１と、該
原水を晶析反応糟１に供給する原水供給手段と、晶析用
薬液を晶析反応糟１に供給する晶析用薬液供給手段と、
晶析反応糟１から排出される処理水の少なくとも一部を
晶析反応糟１に返送する処理水循環手段とを具備する晶
析反応装置において、処理水および／または原水中の晶
析対象成分の濃度を測定する濃度測定手段５、５’と、
該濃度測定手段５、５’によって測定された濃度に応じ
て、該原水供給手段から晶析反応糟１に供給される原水
の量を制御する原水供給制御手段１２、１２’とをさら
に具備することを特徴とする前記晶析反応装置を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水中のフッ素、
リンおよび重金属をはじめとする晶析対象成分を晶析除
去する晶析反応装置、並びに該晶析反応装置を用いた晶
析処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場などからの排水の水質については厳
しい制限がなされているが、その規制は年々厳しくなる
傾向にある。電子産業（特に半導体関連）、発電所、ア
ルミニウム工業などから排出される原水中には、フッ
素、リンまたは重金属類という、近年厳しい排水基準が
設けられている元素が含まれている場合が多い。このた
め、これらを排水から効率良く除去することが求められ
ており、フッ素、リン、重金属等を除去する従来の技術
としては、凝集沈殿法、晶析法等が知られている。

【０００３】フッ素の除去技術としては、フッ素を含む
原水に、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、塩化カ
ルシウム（ＣａＣｌ_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣ
Ｏ_３）をはじめとするカルシウム化合物を添加し、式
（Ｉ）に示されるように、難溶性のフッ化カルシウムを
生じさせることを基本とする。Ｃａ^２＋＋２Ｆ⁻→ ＣａＦ_２↓ （Ｉ）最も多く用いられているフッ化カルシウム沈殿法では、
硫酸バン土、ポリ塩化アルミニウム、高分子凝集剤等を
添加することにより、式（Ｉ）の反応により生成された
フッ化カルシウムをフロック化し、沈殿槽で固液分離を
することにより、原水からのフッ素除去を行っている。
この沈殿法は、沈殿槽の設置面積が大きいこと、生成さ
れた沈殿汚泥の量が多いこと、汚泥の脱水性が良くない
こと等が問題となっている。

【０００４】フッ化カルシウムの生成を利用した他のフ
ッ素除去技術としては、特願昭５９−６３８８４号（特
開昭６０−２０６４８５号）に示されるように、フッ素
とカルシウムを含有する種晶を充填した反応糟にフッ素
含有原水をカルシウム剤と共に導入して、種晶上にフッ
化カルシウムを析出させる、いわゆるフッ化カルシウム
晶析法がある。この晶析法においては、一般的に、反応
糟の底部から原水を導入し、種晶を流動化させながら上
向流で通水して処理を行い、必要に応じて反応糟からの
流出水を循環している。この方法の長所としては装置設
置面積を低減できること、汚泥発生量が少ないこと等が
挙げられる。なお、反応糟内に充填される種晶として
は、フッ素とカルシウムを含有する粒子が一般的である
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、砂や活性
炭などの微細粒子が用いられる場合もある。

【０００５】また、原水からのリンの除去方法として
は、物理化学的な方法や生物学的な方法があるが、生物
学的なリン除去法は下水処理での利用が主であり、上述
のような産業排水の処理においては、カルシウム化合物
やアルミニウム化合物を用いた物理化学的なリン除去法
が採用されることが多い。カルシウム化合物によるリン
除去技術としては、リンを含む原水に、水酸化カルシウ
ム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）
をはじめとするカルシウム化合物を添加し、式（ＩＩ）
および（ＩＩＩ）に示されるように、難溶性のリン酸カ
ルシウムおよびリン酸ヒドロキシアパタイト（以下、リ
ン酸カルシウム等という）を生じさせることを基本とす
る。３Ｃａ^２＋＋２ＰＯ_４ ^３−→Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２↓ （ＩＩ）５Ｃａ^２＋＋ＯＨ⁻＋３ＰＯ_４ ^３−→Ｃａ_５ＯＨ（ＰＯ_４）_３↓ （ＩＩＩ）最も多く用いられている凝集沈殿法では、硫酸バン土、
ポリ塩化アルミニウム、高分子凝集剤等を添加すること
により、式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の反応により生成され
たリン酸カルシウム等をフロック化し、これを沈殿槽で
固液分離することによって、原水からリンが除去され
る。この方法は沈殿槽の設置面積が大きいこと、生成さ
れた沈殿汚泥の量が多いこと、汚泥の脱水性が良くない
こと等が問題となっている。

【０００６】リン酸カルシウムの生成を利用した他のリ
ン除去技術としては、リンとカルシウムを含有する種
晶、または砂や活性炭などの微細粒子を充填した反応糟
に、リン含有原水をカルシウム剤と共に導入して、種晶
上にリン酸カルシウムを析出させる、いわゆるリン酸カ
ルシウム晶析法が提案されている。この方法の長所とし
ては、装置設置面積を低減できること、汚泥発生量が少
ないこと等が挙げられる。しかし、いわゆる下水処理の
場合には、原水中のリンの濃度がそれほど高くない場合
が多いことや、きわめて多量の原水の処理が要求される
場合が多いことから、現時点ではあまり実用化されてい
ない。

【０００７】さらに、銅、鉄、鉛などの重金属を原水か
ら除去する技術としては、水酸化ナトリウムなどの添加
によりｐＨを上昇させ、金属水酸化物の不溶体を生じさ
せることにより、凝集沈殿あるいは晶析除去する技術が
代表的なものとして知られている。

【０００８】上述の様に、フッ素、リンおよび／または
重金属を含む原水からこれらを除去するために晶析処理
を利用することができ、該晶析処理に使用される従来の
晶析反応装置の概略図を図２に示す。図２の態様におい
ては、晶析反応装置は、内部に種晶２が充填され、原水
中の晶析対象成分を晶析反応により除去する晶析反応糟
１と、原水を該晶析反応糟１に供給する原水供給手段
と、晶析用薬液を該晶析反応糟１に供給する晶析用薬液
供給手段と、該晶析反応糟１から排出される処理水の少
なくとも一部を該晶析反応糟１に返送する処理水循環手
段とを具備している。また、原水供給手段は、原水を貯
留する原水タンク３、該原水タンク３と晶析反応糟１と
を連結する原水供給ライン４を具備し、該原水供給ライ
ン４には原水移送のためのポンプ、および原水中の晶析
対象成分の濃度を測定する濃度測定手段５が介装されて
いる。晶析用薬液供給手段は、晶析用薬液を貯留する晶
析用薬液タンク６、該晶析用薬液タンク６と晶析反応糟
１とを連結する晶析用薬液供給ライン７を具備し、該晶
析用薬液供給ライン７には薬液移送のためのポンプが介
装されている。晶析反応糟１で得られる処理水は該晶析
反応糟１の上部から処理水排出ライン８を通って排出さ
れ、該処理水排出ライン８には砂ろ過装置９および処理
水貯留タンク１０が介装されている。図２の態様におい
ては、処理水循環手段として、処理水貯留タンク１０と
晶析反応糟１を連結する処理水循環ライン１１が設けら
れており、該処理水循環ライン１１には処理水移送のた
めのポンプが介装されている。

【０００９】図２の従来の晶析反応装置では、原水供給
ラインに介装された濃度測定手段５で測定される原水中
の晶析対象成分の濃度に応じて、晶析用薬液供給制御手
段１３および／または処理水循環制御手段１４によっ
て、晶析用薬液供給ライン７および／または処理水循環
ライン１１に介装されたポンプを制御し、晶析用薬液の
供給量および／または循環される処理水量を制御するこ
とが行われる。すなわち、晶析反応糟１に供給される原
水中の晶析対象成分の濃度が上昇した場合には、それに
応じて晶析用薬液の供給量を増加することにより晶析反
応を促進し、晶析反応糟１から排出される処理水中の晶
析対象成分の濃度を低減させることができる。また、処
理水の循環量を増加することも可能であり、この場合に
は晶析反応糟１内での晶析対象成分の希釈率が高くな
り、晶析対象成分の濃度が低減されることとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】晶析処理により除去が
望まれるフッ素を含む排水として、半導体工場において
排出されるフッ酸排水があり、該フッ酸排水はシリコン
基板の洗浄工程で用いられるフッ酸やエッチング工程で
用いられるバッファードフッ酸を排水中に含むものであ
る。シリコン基板のフッ酸洗浄においては、一般的に数
％のフッ酸が１〜数回使用された後に廃棄されるので、
高濃度のフッ酸排水が１時間〜数時間に１度排出される
こととなる。また、エッチング工程で使用されるバッフ
ァードフッ酸は、数〜十数％の濃厚なフッ酸とフッ化ア
ンモニウムの混合液であり、エッチング処理は基板を数
分〜数十分の間、前記混合液に浸漬するバッチ式で行わ
れ、バッファードフッ酸排水は基板洗浄排水と同様に１
時間〜数時間に一度排出される。これらのフッ酸排水は
半導体工場における他の排水と混合して排出されるの
で、該半導体工場から排出される最終的な排水中のフッ
素濃度は０〜５０００ｍｇ／Ｌ程度の範囲で変動する。
排水中の晶析対象成分の濃度変動が大きい例として、上
記半導体工場でのフッ素含有排水を挙げたが、フッ素以
外の晶析対象成分であっても、上述のような大きな濃度
変動が生じるようなものは存在している。

【００１１】図２に示されるような従来の晶析反応装置
を使用した晶析処理方法では、原水中の晶析対象成分の
濃度が上昇したとしても、原水タンクの利用、晶析用薬
液の供給量の増加、処理水の循環量の増加などにより、
ある程度の濃度範囲に対応することができる。例えば、
原水の濃度変動を防止する方法として、図２の晶析反応
装置における原水タンク３に排水を貯留することによ
り、晶析対象成分の濃度を均一にする方法がある。しか
し、上記半導体工場から排出されるフッ素含有排水のよ
うな場合には、十数時間〜数十時間分の排水を貯留でき
る大型の貯留槽が必要となり、設置面積が大きくなり、
設置コストも増大するという問題がある。また、高濃度
の晶析対象成分が晶析反応糟に供給される場合に、一時
的に処理水の循環量を増加させることで、晶析反応糟内
の晶析対象成分を希釈する方法がある。しかし、この方
法では反応糟内での流速が上がり、反応糟内での反応時
間が短くなるので、未反応の晶析対象成分が処理水中に
残存することとなり、処理水の水質が悪化する。このた
め、原水中の晶析対象成分について想定される最も高い
濃度に合わせて晶析反応装置を設計する必要があり、設
備が大型化してコスト高となるという問題があった。さ
らに、晶析対象成分の濃度の上昇に合わせて晶析用薬液
の供給量を増加する方法もある。しかし、晶析反応にお
いては、晶析反応糟内で、晶析用薬液中の晶析反応成分
（例えば、フッ化カルシウムの生成における「Ｃａ」
等）と、晶析対象成分との存在割合が、晶析対象成分の
溶解度に対する過飽和条件の、液中に核が存在しなけれ
ば晶析反応を生じない準安定域に制御されることが要求
される。よって、単に晶析用薬液の供給量を増加したの
では、存在割合が、より過飽和度が大きい不安定域に達
し、晶析対象成分の反応物が種晶上に晶析するのではな
く、微細な結晶を形成し、該微細結晶が処理水中に排出
され、処理水の水質が悪化するという問題があった。ま
た、微細結晶が生じないように晶析用薬液の量を制限す
る場合には、未反応の晶析対象成分が処理水中に残存す
るという問題が残る。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、フッ素、リンおよび／または重金属を
はじめとする晶析対象成分を含む原水を晶析処理する晶
析反応装置において、原水中の晶析対象成分の濃度を測
定する濃度測定手段と、晶析対象成分の濃度に応じて晶
析反応糟への原水の供給量を制御する原水供給制御手段
とを備えることにより、大型の原水タンクや晶析反応糟
など、装置を大型化することなく原水を処理でき、循環
処理水量の増加による処理水の水質の悪化を招かず、晶
析反応における微細結晶を生じさせない晶析反応装置、
並びに該装置を用いた晶析処理方法を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は請求項１とし
て、内部に種晶が充填され、原水中の晶析対象成分が低
減された処理水を排出する晶析反応糟と、該原水を該晶
析反応糟に供給する原水供給手段と、晶析用薬液を該晶
析反応糟に供給する晶析用薬液供給手段と、該晶析反応
糟から排出される処理水の少なくとも一部を該晶析反応
糟に返送する処理水循環手段とを具備する晶析反応装置
において、処理水および／または原水中の晶析対象成分
の濃度を測定する濃度測定手段と、該濃度測定手段によ
って測定された濃度に応じて、該原水供給手段から該晶
析反応糟に供給される原水の量を制御する原水供給制御
手段とをさらに具備することを特徴とする前記晶析反応
装置を提供する。本発明は請求項２として、濃度測定手
段によって測定された濃度に応じて、晶析用薬液の供給
量を制御する晶析用薬液供給制御手段、および／または
循環される処理水の量を制御する処理水循環制御手段を
さらに具備する請求項１記載の晶析反応装置を提供す
る。本発明は請求項３として、晶析対象成分を含む原水
と晶析用薬液とを晶析反応糟に供給し、該晶析反応糟の
内部の種晶上に該晶析対象成分と、該晶析用薬液に含ま
れる晶析反応成分との反応物を析出させることにより、
晶析対象成分が低減された処理水を生じさせ、該晶析反
応糟から排出される該処理水の少なくとも一部を該晶析
反応糟に返送する晶析処理方法において、処理水および
／または原水中の晶析対象成分の濃度を測定し、原水中
の晶析対象成分の濃度が限界濃度以上である場合に、該
晶析反応糟への原水供給量を低減させることを特徴とす
る前記晶析処理方法を提供する。本発明は請求項４とし
て、晶析反応糟への原水供給量の低減が、原水を晶析反
応糟に間欠的に供給するか、低減された流量で連続的に
供給することにより行われる請求項３記載の晶析処理方
法を提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の晶析反応装置で処理され
る原水は、晶析処理により除去される晶析対象成分を含
むものであれば、如何なる由来の原水であっても良く、
例えば、半導体関連産業をはじめとする電子産業、発電
所、アルミニウム工業などから排出される原水が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。

【００１５】本発明における原水中の晶析対象成分とし
ては、晶析反応により晶析し、原水中から除去可能であ
れば任意の元素が挙げられ、特に限定されるものではな
い。また、晶析対象成分となる元素の種類は１種類であ
っても良いし、２種類以上であっても良い。特に、原水
中における存在が問題となるという観点から、本発明の
晶析対象成分としては、フッ素、リンおよび重金属元
素、並びにこれらの混合物が挙げられる。また、重金属
元素としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｅ
が挙げられるが、これに限定されるものではない。

【００１６】晶析対象成分となる元素は、晶析反応によ
り晶析するのであれば、任意の状態で原水中に存在する
ことが可能である。原水中に溶解しているという観点か
ら、晶析対象成分はイオン化した状態であるのが好まし
い。晶析対象成分がイオン化した状態としては、例え
ば、Ｆ⁻、Ｃｕ^２＋等をはじめとする原子がイオン化し
たもの、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リ
ン酸、四リン酸、亜リン酸等をはじめとする晶析対象成
分を含む化合物がイオン化したもの、また、重金属等の
錯イオンなどが挙げられるがこれらに限定されるもので
はない。

【００１７】晶析用薬液としては、晶析対象成分と反応
して難溶性化合物を形成することにより、原水から晶析
対象成分を除去できる晶析反応成分を含むものであれ
ば、任意の化合物を含む薬液を使用することができ、除
去されるべき晶析対象成分に応じて適宜設定される。な
お、晶析反応成分とは、上述のように晶析対象成分と反
応して難溶性化合物を形成するものであり、例えば、カ
ルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム等
の元素またはイオンが挙げられるが、これらに限定され
るものではない。また、晶析用薬液に含まれる、晶析反
応成分は１種類であっても良いし、複数種類であっても
良い。また、薬液を構成する液体媒体としては、本発明
の目的に反しない限りは任意の物質が可能であり、好ま
しくは水である。例えば、晶析対象成分がフッ素の場合
には、晶析用薬液としては、水酸化カルシウム、塩化カ
ルシウム、炭酸カルシウムをはじめとするカルシウム化
合物、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウムをはじめと
するマグネシウム化合物、水酸化ストロンチウム、塩化
ストロンチウムをはじめとするストロンチウム化合物を
含む薬液、またはこれらの混合物を含む薬液が挙げられ
るがこれらに限定されるものではない。また、フッ素と
反応して形成されるフッ化物の溶解度が低いという観点
から、晶析用薬液としては、マグネシウム化合物および
／またはカルシウム化合物を含む薬液が好ましく、より
好ましくは、カルシウム化合物を含む薬液である。

【００１８】晶析対象成分がリン元素であり、原水中に
リン酸等のリン化合物として存在している場合には、晶
析用薬液としては、水酸化カルシウム、塩化カルシウム
をはじめとするカルシウム化合物、塩化バリウムをはじ
めとするバリウム化合物、塩化マグネシウムをはじめと
するマグネシウム化合物が挙げられるがこれらに限定さ
れるものではない。リン酸等の形態のリンと反応して形
成される化合物の溶解度が低いという観点から、晶析用
薬液としては、カルシウム化合物および／またはバリウ
ム化合物を含む薬液が好ましい。晶析対象成分が上述の
重金属である場合には、晶析用薬液としては、水酸化カ
ルシウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナ
トリウムをはじめとする、水に溶解された場合にアルカ
リ性を示すアルカリ化合物が好ましいが、これらに限定
されるものではない。

【００１９】晶析対象成分が原水中に複数種類存在し、
この中の全部もしくは２以上の成分の晶析除去が望まれ
る場合には、除去が望まれる晶析対象成分のいずれに対
しても難溶性塩を形成する晶析反応成分を含む晶析用薬
液が適宜選択される。例えば、晶析対象成分としてフッ
素とリン酸を含む場合には、晶析用薬液としては、フッ
素およびリン酸のいずれにも適した晶析反応成分である
カルシウムを含む晶析用薬液が使用されても良いし、ま
た、それぞれに適した複数の晶析反応成分を含む晶析用
薬液でも良い。本発明においては、原水中の晶析対象成
分の濃度に応じて原水の供給量を制限するものであるか
ら、原水中の晶析対象成分の濃度は特に限定されるもの
ではない。また、晶析用薬液中の晶析反応成分の濃度
は、晶析反応糟の処理能力、循環される処理水量、晶析
対象成分の種類および濃度等に応じて適宜設定される。

【００２０】図１に本発明の晶析反応装置の一態様を示
し、以下、詳述する。本発明の晶析反応装置は、内部に
種晶２が充填され、原水中の晶析対象成分が低減された
処理水を排出する晶析反応糟１と、該原水を晶析反応糟
１に供給する原水供給手段と、晶析用薬液を晶析反応糟
１に供給する晶析用薬液供給手段と、該晶析反応糟から
排出される処理水の少なくとも一部を晶析反応糟１に返
送する処理水循環手段とを具備する晶析反応装置におい
て、処理水および／または原水中の晶析対象成分の濃度
を測定する濃度測定手段５、５’と、該濃度測定手段に
よって測定された濃度に応じて、該原水供給手段から該
晶析反応糟１に供給される原水の量を制御する原水供給
制御手段１２、１２’とをさらに具備することを特徴と
する。

【００２１】図１の態様においては、原水中の晶析対象
成分の濃度を測定するために、濃度測定手段５が原水供
給ライン４に介装されており、処理水中の晶析対象成分
の濃度を測定するために、濃度測定手段５’が処理水排
出ライン８に介装されている。本発明の晶析反応装置に
おいては、図１の態様のように、処理水および原水の両
方の晶析対象成分の濃度を測定するような態様でも良い
し、処理水または原水のいずれか一方において濃度を測
定する態様であっても良い。原水中を測定対象とするこ
とにより、直接的に原水中の晶析対象成分の濃度を測定
できるし、処理水中の濃度を測定する場合には、処理水
中の晶析対象成分の濃度の上昇により、間接的に原水中
の晶析対象成分の濃度が上昇したことを検出できる。

【００２２】濃度測定手段５、５’は、液中の晶析対象
成分の濃度を測定できるものであれば、晶析対象成分の
種類に応じて適宜、任意の手段が可能であり、特に限定
されるものではない。例えば、晶析対象成分がフッ素の
場合には、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光
度法やイオン電極法（ＪＩＳＫ０１０２３４）を使
用することができ、自動フッ素イオン測定装置（ＦＬＩ
Ａ−１０１；堀場製作所製）等を使用して、連続的に測
定することも可能である。測定が容易であるとの観点か
らイオン電極法が好ましく、自動フッ素イオン測定装置
を使用するのがより好ましい。晶析対象成分がリンの場
合には、リン酸イオンとしてはモリブデン青（アスコル
ビン酸還元）吸光光度法を使用することができ、全リン
としては、試料にペルオキソ２硫酸カリウムを加え、高
圧蒸気滅菌器で加熱して有機物を分解した後にリン酸イ
オンを測定する方法がある（ＪＩＳＫ０１０２４
６）。また、全リン濃度の測定における、自動全リン測
定装置（ＴＯＰＡ−２００；堀場製作所製）等、自動測
定装置を使用することもできる。晶析対象成分が重金属
の場合には、イオン電極を使用することができ、別法と
しては原子吸光度計、分光光度計などにより測定するこ
とも可能である。例えば、重金属が銅の場合には、ジエ
チルジチオカルバミド酸吸光光度法、フレーム原子吸光
法、電気加熱原子吸光法、ＩＣＰ発光分光分析法、ＩＣ
Ｐ質量分析法などが適用できる（ＪＩＳＫ０１０２５
２）。

【００２３】本発明の晶析反応装置においては、原水中
の晶析対象成分の濃度が上昇した場合に、一時的に処理
水の循環量を増加させることで、晶析反応糟内の晶析対
象成分を希釈し、処理水の水質を維持することが可能で
ある。しかし、循環量の増加が一定限度を超えると、反
応糟内の流速の上昇による処理水の水質悪化や、種晶の
流出等を招く。また、原水中の晶析対象成分の濃度の上
昇に対応して、晶析用薬液を供給量を増加することによ
り処理水の水質を維持することも可能である。しかし、
晶析用薬液の供給量の増加は、晶析反応糟内で、晶析用
薬液中の晶析反応成分と晶析対象成分との存在割合が過
飽和条件の準安定域の範囲内となるように行われなけれ
ばならない。晶析用薬液の供給量を一定以上に増加させ
ると、晶析反応糟内の条件が不安定域に達し、晶析対象
成分が種晶上に晶析するのではなく、微細な結晶を形成
し、該微細結晶が処理水中に排出され、処理水の水質が
悪化するという問題を招く。このため、本発明の晶析反
応装置は、処理可能な原水中の晶析対象成分の濃度とし
て、上記処理水の循環量の増加および晶析用薬液の供給
量の増加で対応できる「限界濃度」を有することとな
る。この「限界濃度」は、各晶析反応装置に固有の値で
あり、使用される晶析反応糟１の大きさ、長さ、種晶２
の種類、処理されるべき晶析対象成分の種類などによっ
て決定される。なお、上記原水中の晶析対象成分の「限
界濃度」は、処理水中の晶析対象成分を測定することに
よって推定することもできるのは上述したとおりであ
る。

【００２４】本発明の晶析反応装置では、濃度測定手段
５、５’により測定された原水中のおよび／または処理
水中の晶析対象成分の濃度に応じて、原水の供給量を制
御する原水供給制御手段１２、１２’を具備している。
原水供給制御手段１２、１２’としては、濃度測定手段
５、５’により測定された濃度に応じて、原水の供給量
を制御できるものであれば任意の態様が可能であり、特
に限定されるものではない。例えば、図１の態様のよう
に、原水供給制御手段１２、１２’は、原水供給ライン
４に介装されたポンプの流量を制御するような態様であ
っても良いし、濃度測定手段５、５’により測定された
濃度に応じて開閉される流量制御弁が、原水供給ライン
４に介装されるような態様も可能である。図１の態様に
おいては、原水供給ライン４に介装された濃度測定手段
５に応じて制御を行う原水供給制御手段１２、および処
理水排出ライン８に介装された濃度測定手段５’に応じ
て制御を行う原水供給制御手段１２’を具備するが、い
ずれか一方の原水供給制御手段を具備していれば良い。

【００２５】本発明の晶析反応装置においては、上記濃
度測定手段５、５’および原水供給制御手段１２、１
２’を具備することにより、処理水の水質を維持しつつ
晶析処理を行うことが可能になる。特に、本発明の晶析
反応装置は、原水中の晶析対象成分の濃度が限界濃度を
超える場合に、処理水の循環量および晶析用薬液の供給
量を一定に維持して、種晶２の流出、処理水質の悪化、
微細結晶の形成などの弊害を起こすことなく、処理水の
水質を維持しつつ晶析処理を行うことを可能にするとい
う利点を有している。

【００２６】本発明の晶析反応装置は、任意に、上記濃
度測定手段５、５’により測定された濃度に応じて晶析
用薬液の供給量を制御する晶析用薬液供給制御手段１３
および／または循環される処理水の量を制御する処理水
循環制御手段１４を具備することができる。該晶析用薬
液供給制御手段１３および／または該処理水循環制御手
段１４を具備することにより、原水中の晶析対象成分の
濃度が限界濃度を超えるまでは、濃度の上昇に応じて晶
析用薬液供給量および／または処理水の循環量を増加さ
せることにより対応し、限界濃度に達した後は晶析用薬
液供給量および／または処理水の循環量をそれ以上増加
させずに原水供給量を抑制するという制御方法が可能と
なる。

【００２７】本発明の晶析反応装置において原水供給量
の低減が行われる場合には、該原水供給量の低減の態様
としては、原水を晶析反応糟に間欠的に供給すること、
低減された流量で連続的に供給することにより行われる
もののいずれの態様でも良い。原水を間欠的に供給する
場合には、供給直後は一時的に晶析反応糟１内の晶析対
象成分の濃度は高くなり、晶析用薬液は不十分なので、
処理水中に未反応の晶析対象成分が残るが、その後も晶
析用薬液は供給され続けるので、処理水循環手段によっ
て処理水が循環する間に徐々に反応が進み、未反応の晶
析対象成分は減少する。そして、処理水中の晶析対象成
分が一定濃度以下となった場合に次の原水供給が行われ
るという工程が繰り返されることとなる。また、原水流
量が低減される場合であっても、低減された直後は晶析
反応糟１内の晶析対象成分の濃度は高い状態であるが、
上記間欠供給の場合と同様に、処理水が循環される間に
晶析対象成分の濃度が低減されることとなる。

【００２８】本発明における晶析反応糟１は、内部に種
晶２が充填されており、該種晶２の表面上に、原水に含
まれる晶析対象成分と、該晶析用薬液に含まれる晶析反
応成分との反応物が析出することにより、原水中の晶析
対象成分を低減させ、晶析対象成分の濃度が低下した処
理水を排出するものである。晶析反応糟１は前記機能を
有するものであれば、長さ、内径、形状などについて
は、任意の態様が可能であり、特に限定されるものでは
ない。晶析反応糟１に充填される種晶２の充填量も、晶
析対象成分を晶析反応により除去できるのであれば特に
限定されるものではなく、晶析対象成分の濃度、種類、
使用される晶析用薬液の種類、濃度、また、晶析反応装
置の運転条件等に応じて適宜設定される。本発明の晶析
反応装置においては、晶析反応糟１内に上向流を形成
し、該上向流によって種晶２が流動するような流動床の
晶析反応糟１が好ましいので、種晶２は流動可能な量で
晶析反応糟１に充填されるのが好ましい。種晶２は、本
発明の目的に反しない限りは、任意の材質が可能であ
り、例えば、ろ過砂、活性炭、金属酸化物の１以上から
なる粒子、または、晶析対象成分と晶析反応成分が反応
して生じる化合物からなる粒子等が挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。種晶２の上で晶析反応が
起こりやすいという観点、また、種晶２の上に晶析対象
成分と晶析反応成分の反応物が析出して成長した粒子か
ら、より純粋な反応物を回収できるという観点から、晶
析反応により生じる化合物と同じ化合物、例えば、原水
中の晶析対象成分がフッ素であり、晶析用薬液がカルシ
ウム化合物を含む薬液の場合には、フッ化カルシウム
（蛍石）が種晶２として使用されるのが好ましい。

【００２９】また、晶析反応糟１内に上向流が形成され
る場合に、この上向流の流速が大きくなると、種晶２が
晶析反応糟１の外に流出してしまうことがある。よっ
て、晶析反応糟１内の上向流の流速を上げることができ
るという観点から、種晶２は比重が大きい粒子が好まし
い。さらに、本発明の晶析反応装置において処理される
原水はフッ酸をはじめとする、腐食性、酸性物質を含む
場合が多いので、種晶２は金属などの様に、酸によって
溶解される材質は好ましくない。腐食性でないとの観点
からは、種晶２はケイ素、チタン、アルミニウム、マグ
ネシウム、鉄、ジルコニウムなどをはじめとする金属元
素の酸化物からなる粒子が好ましい。比重も考慮する
と、ジルコンサンド、ガーネットサンド、サクランダム
（商品名、日本カートリット株式会社製）がより好まし
い。種晶２の形状、粒径は、晶析反応糟１内での流速、
晶析対象成分の濃度等に応じて適宜設定され、本発明の
目的に反しない限りは特に限定されるものではない。

【００３０】本発明の原水供給手段は、原水を晶析反応
糟１に供給できるものであれば任意の態様が可能であ
る。図１の態様においては、原水供給手段は、原水を貯
留する原水タンク３、該原水タンク３と晶析反応糟１と
を連結する原水供給ライン４を具備し、該原水供給ライ
ン４には原水移送のためのポンプ、および原水中の晶析
対象成分の濃度を測定する濃度測定手段５が介装されて
いる。原水を一旦貯留し、晶析対象成分を一定にできる
ので、原水供給手段は、図１のように原水タンク３を有
する態様が好ましい。晶析用薬液供給手段は、晶析用薬
液を晶析反応糟１に供給できるものであれば任意の態様
が可能である。図１の態様においては、晶析用薬液供給
手段は、晶析用薬液を貯留する晶析用薬液タンク６、該
晶析用薬液タンク６と晶析反応糟１をと連結する晶析用
薬液供給ライン７を具備し、該晶析用薬液供給ライン７
には薬液移送のためのポンプが介装されている。

【００３１】原水供給ライン４および晶析用薬液供給ラ
イン７は晶析反応糟１の任意の部分に接続することがで
きる。本発明の晶析反応装置においては、晶析反応糟１
内に上向流を形成して晶析処理を行う場合には、効率的
に反応を行うという観点から、原水供給ライン４および
晶析用薬液供給ライン７は晶析反応糟１の底部に接続さ
れるのが好ましい。また、図１の態様においては、原水
タンク３、原水供給ライン４、晶析用薬液タンク６、お
よび晶析用薬液供給ライン７はそれぞれ１つであるが、
これに限定されるものではなく、本発明の晶析反応装置
においてはこれらが複数設けられても良い。

【００３２】晶析反応糟１は、晶析反応により生じた晶
析対象成分が低減された処理水を該晶析反応糟１の外部
に排出する。処理水は、晶析反応糟１における液体の流
れに従って任意の部分から排出される。晶析反応糟１内
で上向流が形成される場合には、晶析反応糟１の上部か
ら処理水が排出される。図１の態様では、該晶析反応糟
１の上部から排出される処理水は、処理水排出ライン８
を通って最終的に系外に排出される。図１の態様におい
ては、処理水排出ライン８には砂ろ過装置９および処理
水貯留タンク１０が介装されているがこれらの設置は任
意であり、通常の排水処理で使用されるその他の手段を
設けることも可能である。

【００３３】本発明の晶析反応装置においては、晶析反
応糟１から排出される処理水の少なくとも一部を該晶析
反応糟１に返送する処理水循環手段を有する。処理水循
環手段としては、処理水の少なくとも一部を晶析反応糟
１に返送できるものであれば任意の態様が可能であり、
特に限定されるものではない。図１の態様においては、
処理水循環手段として、処理水貯留タンク１０と晶析反
応糟１を連結する処理水循環ライン１１が設けられてお
り、該処理水循環ライン１１には処理水移送のためのポ
ンプが介装されている。処理水循環手段が循環させる処
理水は「処理水の少なくとも一部」であるから、処理水
の一部だけでなく、全てを循環させることも本発明の範
囲内である。

【００３４】処理水循環手段は、処理水を晶析反応糟１
に循環させることにより、晶析反応糟１内に供給された
原水を希釈すると共に、晶析用薬液と原水を混合し、さ
らに、晶析反応糟１内で所定の流れ、特に上向流を形成
させるものである。よって、晶析反応糟１内で上向流が
形成される場合には、図１のように、処理水循環ライン
１１は晶析反応糟１の底部に接続されるような態様が好
ましい。また、図１の態様において処理水貯留タンク１
０は、循環される処理水と、系外に排出される処理水と
の分岐のための手段として機能し、処理水循環手段を形
成しているが、処理水循環手段の形成はこの態様に限定
されるものではなく、処理水排出ライン８から処理水循
環ライン１１が直接分岐するような態様など、任意の態
様が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、フッ
素、リンおよび／または重金属をはじめとする晶析対象
成分を含む原水を晶析処理する晶析反応装置において、
原水中の晶析対象成分の濃度を測定する濃度測定手段
と、晶析対象成分の濃度に応じて晶析反応糟への原水の
供給量を制御する原水供給制御手段とを備えることによ
り、大型の原水タンクや晶析反応糟など、装置を大型化
することなく、循環処理水量の増加による処理水の水質
の悪化や、種晶の流出を招かず、晶析反応における微細
結晶を生じさせずに、処理水の水質を維持しつつ晶析対
象成分の濃度の増加に対応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の晶析反応装置の一態様を示
す概略図である。

【図２】図２は、従来の晶析反応装置の一態様を示す
概略図である。

【符号の説明】

１晶析反応糟２種晶３原水タンク４原水供給ライン５、５’ 濃度測定手段６晶析用薬液タンク７晶析用薬液供給ライン８処理水排出ライン９砂ろ過装置１０処理水貯留タンク１１処理水循環ライン１２、１２’ 原水供給制御手段１３晶析用薬液供給制御手段１４処理水循環制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 9/02 ６０２Ｂ０１Ｄ 9/02 ６０２Ｅ６０３６０３Ｄ６０８６０８ＡＣ０２Ｆ 1/58 Ｃ０２Ｆ 1/58 ＭＺＡＢＺＡＢＳ 1/62 1/62 Ｆターム(参考） 4D038 AA08 AB41 AB45 AB48 AB64 AB65 AB66 AB67 AB68 AB69 AB71 AB72 AB73 AB74 AB76 AB88 BA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に種晶が充填され、原水中の晶析対
象成分が低減された処理水を排出する晶析反応糟と、該原水を該晶析反応糟に供給する原水供給手段と、晶析用薬液を該晶析反応糟に供給する晶析用薬液供給手
段と、該晶析反応糟から排出される処理水の少なくとも一部を
該晶析反応糟に返送する処理水循環手段とを具備する晶
析反応装置において、処理水および／または原水中の晶析対象成分の濃度を測
定する濃度測定手段と、該濃度測定手段によって測定された濃度に応じて、該原
水供給手段から該晶析反応糟に供給される原水の量を制
御する原水供給制御手段とをさらに具備することを特徴
とする前記晶析反応装置。
【請求項２】濃度測定手段によって測定された濃度に
応じて、晶析用薬液の供給量を制御する晶析用薬液供給
制御手段、および／または循環される処理水の量を制御
する処理水循環制御手段をさらに具備する請求項１記載
の晶析反応装置。
【請求項３】晶析対象成分を含む原水と晶析用薬液と
を晶析反応糟に供給し、該晶析反応糟の内部の種晶上に
該晶析対象成分と、該晶析用薬液に含まれる晶析反応成
分との反応物を析出させることにより、晶析対象成分が
低減された処理水を生じさせ、該晶析反応糟から排出さ
れる該処理水の少なくとも一部を該晶析反応糟に返送す
る晶析処理方法において、処理水および／または原水中の晶析対象成分の濃度を測
定し、原水中の晶析対象成分の濃度が限界濃度以上であ
る場合に、該晶析反応糟への原水供給量を低減させるこ
とを特徴とする前記晶析処理方法。
【請求項４】晶析反応糟への原水供給量の低減が、原
水を晶析反応糟に間欠的に供給するか、低減された流量
で連続的に供給することにより行われる請求項３記載の
晶析処理方法。