特許 5982809 水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5982809

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 5/00 20060101AFI20160818BHJP

   C02F 1/66 20060101ALI20160818BHJP

   C02F 1/68 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   C02F5/00 610E

   C02F5/00 620C

   C02F5/00 620B

   C02F1/66 510Z

   C02F1/66 520

   C02F1/66 530L

   C02F1/66 530P

   C02F1/68 530A

【請求項の数】8

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2011-276647(P2011-276647)

(22)【出願日】2011年12月19日

(65)【公開番号】特開2013-126619(P2013-126619A)

(43)【公開日】2013年6月27日

【審査請求日】2014年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161562

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 朗

(72)【発明者】

【氏名】花井 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】井上 公平

(72)【発明者】

【氏名】川原 義隆

【審査官】 岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１４９９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０２１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５１２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３０９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７６１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２４４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１３１９２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ５／００

Ｃ０２Ｆ １／６６

Ｃ０２Ｆ １／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水が通流する第１配管中の析出物の発生を抑制する水処理装置において、
前記第１配管の原水流量を計測する第１流量計と、
前記第１配管を分岐して取り出した原水を再度前記第１配管に戻す第２配管と、
前記第２配管に設置した第１ポンプと、
前記第２配管の原水流量を計測する第２流量計と、
ｐＨ調整剤貯留タンクと、
前記ｐＨ調整剤貯留タンクから前記第２配管にｐＨ調整剤を添加する第２ポンプと、
前記ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨ値が、前記第２配管内で析出物を急速に成長させることのできる目標ｐＨ値に近づくように、入力される前記第２配管のｐＨの値に基づいて前記第２ポンプの流量を制御する制御部と、
前記第２配管のｐＨを計測するｐＨ計を備え、
前記制御部は、前記第１流量計の流量に対して、予め設定された流量で前記第１ポンプの流量を制御し、
前記ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨ値が前記目標ｐＨ値に近づくように前記ｐＨ計の計測値に基づいて前記第２ポンプの流量を制御すること
を特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１配管下流の粒子径が０．３μm以上となるように前記第１ポンプの流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１配管へのスケール付着が少なくなる目標送液率に基づいて前記第１ポンプの流量を制御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。

【請求項4】

前記第２配管の前記第１配管に合流する位置が、前記分岐位置より下流であること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記第２配管の前記第１配管に合流する位置が、前記分岐位置より上流であること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記制御部のデータを入力する入力装置を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記目標ｐＨ値が、ｐＨ６．０以上１０．０以下の値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記第１配管を通流する前記原水が地熱水であり、前記地熱水から蒸気または熱を取り出して電気を発電する地熱発電装置の下流側に前記水処理装置を備え、前記水処理装置より下流の前記第１配管が還元井に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水処理装置を備えた地熱発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配管内壁に析出物が発生することを抑制する水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スケールの発生を防止するために、原水をタンクに通過させて沈殿物を形成し、この沈殿物を種晶としてタンクの上流側に戻して、スケール物質を除去する方法が知られている。例えば、特許文献１〜４が挙げられる。

【0003】

特許文献１は、全溶存塩濃度が４０００〜３００００ｐｐｍで、溶存シリカ濃度が６５０〜１２００ｐｐｍである地熱水からシリカを回収する地熱水の処理方法において、前記地熱水に沈降性シリカシードを添加して地熱水中の過飽和シリカをシリカシード上に析出させた後、地熱水と沈降性シリカを分離し、次いで、分離された上澄液中のコロイド状シリカを限外ろ過膜にて分離回収することを特徴とする地熱水の処理方法を開示している。

【0004】

特許文献２は、地熱水を供給する地熱水供給手段と、該地熱水供給手段からの地熱水に、カルシウムを含む酸化物および水酸化物のうち少なくともいずれか一方であるカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加手段と、該添加手段によるカルシウム化合物の添加により地熱水中に沈殿物を生成させる反応槽と、生成した沈殿物を分離する分離手段とを備え、さらに、分離手段において分離された沈殿物の一部を、反応槽内に返送する返送手段を備えたことを特徴とする地熱水の処理装置を開示している。

【0005】

特許文献３は、地熱熱水中の懸濁物質を回収する回収装置であって、内部が部分的に区画されて流路が設けられ、かつ熱水を貯留するタンクと、このタンクの上部に設けられ、かつ前記タンクからの越流水を集水する容器とを備えてなり、前記タンクの下部に沈殿した物質を前記容器に送給する送給手段が、前記タンクと容器との間に設けられ、かつ前記容器の上部が開放状態とされる一方、前記容器内の熱水の一部を前記タンクに返送する返送手段が、前記タンクと容器との間に設けられたことを特徴とする地熱熱水からの懸濁物質回収装置を開示している。

【0006】

特許文献４は、シリカを含有する水溶液中にシリカ吸着性を有するシードを添加し、前記水溶液中のシリカを前記シードに吸着させた後、前記シードを含む水溶液を固液分離し、得られた固形分の一部を前記シードとして再使用する水溶液中のシリカ回収法において、前記水溶液中にカルシウムイオンを添加後、シリカの重合が進行するまで所定時間静置し、更にｐＨをアルカリ側に調整して得られた沈澱の一部を前記シードとして再使用することを特徴とする水溶液中のシリカ回収法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６３−１４９６号公報

【特許文献2】特開２００１−１４９９５３号公報

【特許文献3】特開２０００−１２６７５３号公報

【特許文献4】特開平７−２４４７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、処理しなければならない原水流量が多い場合、大きなタンクを用意しなければならないという問題点があった。そして、原水に酸やアルカリを直接注入すると、原水流量が多い場合、多量の酸やアルカリを注入しなければならなくなるという問題点があった。

【0009】

上記の問題点を鑑み、本発明の目的は、配管内壁に析出物が発生することを抑制できる水処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、原水が通流する第１配管中の析出物の発生を抑制する水処理装置において、前記第１配管の原水流量を計測する第１流量計と、前記第１配管を分岐して取り出した原水を再度前記第１配管に戻す第２配管と、前記第２配管に設置した第１ポンプと、前記第２配管の原水流量を計測する第２流量計と、ｐＨ調整剤貯留タンクと、前記ｐＨ調整剤貯留タンクから前記第２配管にｐＨ調整剤を添加する第２ポンプと、前記ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨ値が前記第２配管内で析出物を急速に成長させることのできる目標ｐＨ値に近づくように、入力される前記第２配管のｐＨの値に基づいて前記第２ポンプの流量を制御する制御部を備える。前記原水には、飽和濃度を超えるシリカ成分が含まれており、さらに原水中にカルシウムイオンが含まれている。また、前記水処理装置は、前記第２配管のｐＨを計測するｐＨ計をさらに備え、前記制御部は、前記第１流量計の流量に対して、予め設定された流量で前記第１ポンプの流量を制御し、前記ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨ値が目標ｐＨ値に近づくように前記ｐＨ計の計測値に基づいて前記第２ポンプの流量を制御することにしてもよい。より具体的には、前記ｐＨ計は、ｐＨ調整剤を添加前の原水のｐＨを測定して制御部によりフィードフォワード制御しても良いし、または、ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨを測定して制御部によりフィードバック制御しても良い。また、前記制御部は、前記第１配管下流の粒子径が０．３μm以上となるように前記第１ポンプの流量を制御してもよい。また、前記制御部は、前記第１配管へのスケール付着が少なくなる目標送液率に基づいて前記第１ポンプの流量を制御してもよい。

【0011】

この構成によれば、第１配管中で成長した析出物を含んだ流体の一部を分岐点で取り出して返送流体として第１配管の上流側に戻している。第２配管内で析出物を急速に成長させるようにｐＨを調整している。そして、析出した粒子を第１配管に戻すと、第１配管中で過飽和になっている成分は、浮遊する析出物の粒子表面に析出し易いので、第１配管内壁に析出物が発生することを抑制できる。そして、第１配管を流れる流体に直接ｐＨ調整剤を加えて析出物の発生を抑制する方法に比べて、ｐＨ調整剤を添加される側の流体の流量が少ないので、ｐＨ調整剤の添加量を低減できる。また、この構成によれば、第１流量計と第２流量計とｐＨ計の計測値に基づいて、第２ポンプの流量を自動制御できる。

【0012】

より具体的には、前記水処理装置は、前記第２配管の前記第１配管に合流する位置を、前記分岐位置より下流にすることができる。
この構成によれば、本水処理装置より下流の第１配管の内壁に析出物が発生することを抑制できる。

【0013】

また、前記水処理装置は、前記第２配管の前記第１配管に合流する位置を、前記分岐位置より上流にすることもできる。
この構成によれば、析出物が第１配管と第２配管を循環する間に浮遊する析出物のサイズを大きくできる。浮遊する析出物の大きさが大きいほど、浮遊する析出物は配管壁面に付着し難くなる。

【0015】

また、前記水処理装置は、前記制御部にデータを入力する入力装置を備えることが望ましい。

【0016】

この構成によれば、原水の水質変化に応じていつでも入力データを変更することができる。なお、入力データとは、第２配管のｐＨ値や目標ｐＨ値のことである。入力装置は必須の装置ではなく、これらの値を制御部に予め入力値として保存しておいてもよい。

【0017】

また、前記目標ｐＨ値が、ｐＨ６．０以上１０．０以下の値であることが望ましい。

【0018】

この構成によれば、前記第２配管での粒子の生成速度を向上できる。
また、前記水処理装置を備えた地熱発電装置は、前記第１配管を通流する前記原水が地熱水であり、前記地熱水から蒸気または熱を取り出して電気を発電する地熱発電装置の下流側に前記水処理装置を備え、前記水処理装置より下流の前記第１配管が還元井に接続されていることが望ましい。

【0019】

この構成によれば、過飽和のシリカは浮遊する析出物上に析出するため、還元井内でのシリカ析出を抑制することができ、還元井の閉塞を抑制できる。また、浮遊物は十分に大きく成長しているため、還元井内でのスケール付着速度は小さくなり、還元井が閉塞するまでの期間を延長できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、配管中に析出物が発生することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態の水処理装置の概略構成図である。

【図2】本発明の他の一実施形態の水処理装置の概略構成図である。

【図3】本発明の一実施形態の水処理装置を備えた発電装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、本発明の一実施形態の水処理装置の概略構成図である。本水処理装置２０ａは、第１配管Ｌ１の原水流量を計測する第１流量計７と、第１配管Ｌ１を分岐して取り出した原水を再度第１配管に戻す第２配管Ｌ２ａと、第２配管Ｌ２に設置した第１ポンプ１ａと、第２配管Ｌ２ａの原水流量を計測する第２流量計２ａと、第２配管Ｌ２ａのｐＨを計測するｐＨ計３ａ、８ａと、ｐＨ調整剤貯留タンク４ａと、ｐＨ調整剤貯留タンク４ａから第２配管Ｌ２ａにｐＨ調整剤を添加する第２ポンプ５ａと、ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨが目標ｐＨ値に近づくようにｐＨ計８ａの計測値に基づいて第２ポンプ５ａの流量を制御する制御部６ａを備えている。 第２配管Ｌ２ａの流量ｆ１（Ｌ／ｍｉｎ）に対し、目標ｐＨとするのに必要なｐＨ調整剤の流量ｆ２（Ｌ／ｍｉｎ）を予め測定しておき、比例係数Ｋ＝ｆ２／ｆ１を求めておく。そして、制御の際は、第２流量計２ａの計測値Ｆ１（Ｌ／ｍｉｎ）の入力データに基づいて、第２ポンプ５ａの流量をＦ１×Ｋ（Ｌ／ｍｉｎ）となる様に制御することで、第２配管Ｌ２を流れる水を目標ｐＨとする。

【0023】

ｐＨ計８ａのｐＨ値が目標ｐＨになるようにｐＨ調整剤の流量ｆ２（Ｌ／ｍｉｎ）をフィードバック制御してもよい。
ｐＨ計８ａを省き、制御部６ａが、ｐＨ調整剤を添加後の原水のｐＨ値が目標ｐＨ値に近づくように、予め測定した第２配管Ｌ２ａのｐＨの計測値を制御部に入力し、このｐＨ値に基づいて第２ポンプ５ａの流量を制御するようにしてもよい。この場合は、水処理装置は、第２配管Ｌ２ａのｐＨの計測値を制御部へ入力する入力装置９としてのキーボードや、制御部のデータを表示する表示装置１０を備えていることが望ましい。

【0024】

制御部６ａは、第１流量計７の流量に対して５％以上５０％以下の範囲の目標送液率を予め任意に設定されている。制御部６ａは、目標送液率になるように第１ポンプ１ａの流量を制御している。目標送液率は、あらかじめ返送率条件を変えて運転を行い、第１配管へのスケール付着が少なくなる目標送液率を見つけて決定する。第１配管へのスケール付着が少なくなるかは、例えば、第１配管下流の粒子径が０．３μｍ以上となる目標送液率を探索すればよい。粒子径が０．３μｍ以上になると粒子が配管へ付着しにくくなるため、第２配管と第１配管とが合流する位置より下流の配管内壁にスケールが生成することを抑制できる。

【0025】

図２は、本発明の一実施形態の水処理装置２０ｂの概略構成図である。図１との違いは、第２配管の第１配管に合流する位置を、分岐位置より上流にしていることである。その他の構成に違いは無いが、センサーや装置の番号の末尾を一部変更している。

【0026】

図３は、本発明の一実施形態の水処理装置を備えた地熱発電装置の概略構成図である。図３は、上記図１または図２の水処理装置２０を地熱発電装置３０と還元井２２との間の配管に備えたものである。地熱発電装置３０は、生産井２１から流入する気液混合地熱水を気液分離器２３に取り込む。気液分離器２３は、気液混合地熱水が蒸気と熱水（以降、原水と呼ぶ）に分離する。

【0027】

分離された蒸気は、タービン２４に供給されタービンを回転させる動力となる。タービン２４の回転軸は、発電機２５と連結されており、タービン２４の回転による動力を発電機２５で電気に変換している。発電機２５で生成された電気は、外部に出力される。タービン２４出口から排気された蒸気は、凝縮器２６へ供給され、冷却されて凝縮して水になる。凝縮した水は、原水と合流し第１配管Ｌ１を経由して最終的に還元性２２へ流れる。

【0028】

一方の分離された原水（上記凝縮水を含む）は、第１配管Ｌ１を通って最終的に還元井２２に供給される。水処理装置２０は、第１配管Ｌ１の途中に設置されている。気液分離器２３から水処理装置２０へ供給される熱水は、上記の図１または図２のように、第１配管から原水を分岐させ、取り出した一部の原水中で種晶を速やかに作り、作られた種晶を前記第１配管に戻すことで、水処理装置２０から下流の第１配管内壁に析出物が発生することを抑制できる。

【0029】

以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

【符号の説明】

【0030】

１ａ、１ｂ： 第１ポンプ
２ａ、２ｂ： 第２流量計
３ａ、３ｂ、８ａ、８ｂ：ｐＨ計
４ａ、４ｂ：ｐＨ調整剤貯留タンク
５ａ、５ｂ：第２ポンプ
６ａ、６ｂ：制御部
７：第１流量計
９：入力装置
１０：表示装置
Ｌ１：第１配管
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ：第２配管
２０、２０ａ、２０ｂ：水処理装置
２１：生産井
２２：還元井
２３：気液分離器
２４：タービン
２５：発電機
２６：凝縮器
３０：地熱発電装置

【図1】

【図2】

【図3】