特許 7247617 中和装置

(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】

(24)【登録日】2023-03-20

(45)【発行日】2023-03-29

(54)【発明の名称】中和装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/66 20230101AFI20230322BHJP

   B01F 23/23 20220101ALI20230322BHJP

   B01F 25/40 20220101ALI20230322BHJP

【ＦＩ】

C02F1/66 530G

C02F1/66 510R

C02F1/66 522B

C02F1/66 530C

C02F1/66 530L

C02F1/66 530Q

B01F23/23

B01F25/40

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019017481

(22)【出願日】2019-02-01

(65)【公開番号】P2020124657

(43)【公開日】2020-08-20

【審査請求日】2022-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片山 啓

(72)【発明者】

【氏名】吉田 有香

【審査官】松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０４０２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５４６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－０２５７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３１２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１２２９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－１０４４５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／６６－ １／６８

Ｂ０１Ｆ ２１／００－ ２５／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入口から排出口に向かって廃水が流れる流路の一部に二酸化炭素を供給する第１バブリング部と、
前記流路における前記第１バブリング部の供給箇所より前記排出口側に、前記第１バブリング部による供給量より少量の二酸化炭素を供給する第２バブリング部と、
前記流路内に設けられる１つのｐＨセンサと、
前記ｐＨセンサの測定値に基づき、前記第１バブリング部および前記第２バブリング部によって供給される二酸化炭素の量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１バブリング部による前記二酸化炭素の供給量が最大に到達したら、前記第２バブリング部による二酸化炭素の供給を開始する中和装置。

【請求項2】

前記ｐＨセンサは、前記第１バブリング部の供給箇所と前記第２バブリング部の供給箇所との間、または、前記第２バブリング部の供給箇所と前記排出口との間に設けられる請求項１に記載の中和装置。

【請求項3】

前記第１バブリング部および前記第２バブリング部のいずれにも接続された二酸化炭素ボンベを備える請求項１または２に記載の中和装置。

【請求項4】

前記第１バブリング部および前記第２バブリング部は、前記流路を流れる前記廃水に、平均粒径が２．５ｍｍ以下の二酸化炭素の泡を供給する請求項１から３のいずれか１項に記載の中和装置。

【請求項5】

前記流入口は、前記排出口より上方に位置する請求項１から４のいずれか１項に記載の中和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、中和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高いｐＨ（水素イオン指数）の廃水をそのまま放流することは、法律で禁じられている。このため、高いｐＨの廃水を中和して、放流基準値までｐＨを低下させる必要がある。高いｐＨの廃水は、セメントと水とを接触させた結果生じる廃水等である。

【0003】

上記廃水を中和する技術として、廃水中に希硫酸を導入する技術が開発されている。しかし、希硫酸は、相対的に粘性が高く、拡散速度が遅いため、高機能な攪拌装置が必要となる。また、希硫酸の取り扱いには、特定化学物質等作業主任者が必要であったり、労働基準監督署や消防署への届出が必要であったりするため、使用者にとって制約が多い。

【0004】

そこで、エジェクタを用いて廃水に二酸化炭素を導入する中和装置が開発されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４４３０２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記中和装置において、効率よく廃水を中和することができる技術の開発が希求されている。

【0007】

本開示は、このような課題に鑑み、廃水を効率よく中和することが可能な中和装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る中和装置は、流入口から排出口に向かって廃水が流れる流路の一部に二酸化炭素を供給する第１バブリング部と、流路における第１バブリング部の供給箇所より排出口側に、第１バブリング部による供給量より少量の二酸化炭素を供給する第２バブリング部と、流路内に設けられる１つのｐＨセンサと、ｐＨセンサの測定値に基づき、第１バブリング部および第２バブリング部によって供給される二酸化炭素の量を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１バブリング部による二酸化炭素の供給量が最大に到達したら、第２バブリング部による二酸化炭素の供給を開始する。

【0010】

また、ｐＨセンサは、第１バブリング部の供給箇所と第２バブリング部の供給箇所との間、または、第２バブリング部の供給箇所と排出口との間に設けられてもよい。

【0011】

また、第１バブリング部および第２バブリング部のいずれにも接続された二酸化炭素ボンベを備えてもよい。

【0012】

また、第１バブリング部および第２バブリング部は、流路を流れる廃水に、平均粒径が２．５ｍｍ以下の二酸化炭素の泡を供給してもよい。

【0013】

また、流入口は、排出口より上方に位置してもよい。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、効率よく廃水を中和することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態の中和装置を説明する図である。

【図2】第１の実施形態の中和方法の処理の流れを説明するフローチャートである。

【図3】第２の実施形態の中和装置を説明する図である。

【図4】第３の実施形態の中和装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0017】

［第１の実施形態：中和装置１００］
図１は、第１の実施形態の中和装置１００を説明する図である。図１に示すように、中和装置１００は、二酸化炭素ボンベ１１０と、第１バブリング部１２０と、第２バブリング部１３０と、ｐＨセンサ１４０と、制御部１５０とを含む。なお、図１中、実線の矢印は廃水の流れを示す。また、図１中、破線の矢印は信号の流れを示す。

【0018】

二酸化炭素ボンベ１１０は、高圧圧縮された二酸化炭素を貯留する。二酸化炭素ボンベ１１０には、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０のいずれにも接続される。

【0019】

第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、流路１０２の一部に、平均粒径（平均の気泡径）が２．５ｍｍ以下の二酸化炭素の泡を供給する。第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、流路１０２を流れる廃水に、好ましくは、平均粒径が１ｍｍ未満の二酸化炭素の泡を供給する。

【0020】

また、本実施形態において、第２バブリング部１３０は、第１バブリング部１２０による供給量より少量の二酸化炭素を供給する。

【0021】

流路１０２は、廃水が流れる通路である。流路１０２は、流入口１０２ａと、排出口１０２ｂとが設けられる。本実施形態において、流入口１０２ａが、排出口１０２ｂより上方（鉛直方向の上方）に位置するように流路１０２が形成される。詳細に説明すると、流入口１０２ａの下端が、排出口１０２ｂの下端より上方に位置するように流路１０２が形成される。したがって、廃水は、自重で流入口１０２ａから排出口１０２ｂに向かって流路１０２内を流れる。

【0022】

第１バブリング部１２０は、散気板１２２と、接続管１２４と、流量調整弁１２６とを含む。散気板１２２は、流路１０２の底面に設けられる。散気板１２２は、多孔質体で構成される。多孔質体は、樹脂、ガラス、セラミック、金属、軽石で構成される。

【0023】

接続管１２４は、二酸化炭素ボンベ１１０と散気板１２２とを接続する。流量調整弁１２６は、接続管１２４に設けられる。流量調整弁１２６は、後述する制御部１５０によって開度が調整される。制御部１５０による流量調整弁１２６の開度調整については、後に詳述する。

【0024】

第２バブリング部１３０は、散気板１３２と、接続管１３４と、流量調整弁１３６とを含む。散気板１３２は、流路１０２における散気板１２２の設置箇所より排出口１０２ｂ側に設けられる。散気板１３２は、散気板１２２と同様に、多孔質体で構成される。

【0025】

接続管１３４は、二酸化炭素ボンベ１１０と散気板１３２とを接続する。流量調整弁１３６は、接続管１３４に設けられる。流量調整弁１３６は、制御部１５０によって開度が調整される。制御部１５０による流量調整弁１３６の開度調整については、後に詳述する。

【0026】

したがって、制御部１５０によって流量調整弁１２６が開弁されると、第１バブリング部１２０は、流路１０２を流れる廃水に二酸化炭素を供給することになる。また、制御部１５０によって流量調整弁１３６が開弁されると、第２バブリング部１３０は、流路１０２における第１バブリング部１２０の供給箇所（散気板１２２）より排出口１０２ｂ側を流れる廃水に二酸化炭素を供給することになる。

【0027】

ｐＨセンサ１４０は、第１バブリング部１２０の供給箇所と、第２バブリング部１３０の供給箇所との間に設けられる。つまり、ｐＨセンサ１４０は、散気板１２２と散気板１３２との間を流れる廃水のｐＨを測定する。

【0028】

制御部１５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部１５０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部１５０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して中和装置１００全体を管理および制御する。制御部１５０は、ｐＨセンサ１４０の測定値に基づき、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０によって供給される二酸化炭素の量を制御する。本実施形態において、制御部１５０は、ｐＨセンサ１４０の測定値に基づき、流量調整弁１２６および流量調整弁１３６の開度を調整する。

【0029】

［中和方法］
続いて、上記中和装置１００を用いた廃水の中和方法について説明する。図２は、第１の実施形態の中和方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図２に示すように、本実施形態にかかる中和方法は、第１全開判定処理Ｓ１１０と、第１開度調整処理Ｓ１２０と、第２全閉判定処理Ｓ１３０と、第２開度調整処理Ｓ１４０とを含む。以下、各処理について説明する。

【0030】

［第１全開判定処理Ｓ１１０］
制御部１５０は、第１バブリング部１２０の流量調整弁１２６が全開であるか否かを判定する。その結果、流量調整弁１２６が全開ではないと判定した場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、制御部１５０は、第１開度調整処理Ｓ１２０に処理を移す。一方、流量調整弁１２６が全開であると判定した場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、制御部１５０は、第２全閉判定処理Ｓ１３０に処理を移す。

【0031】

［第１開度調整処理Ｓ１２０］
制御部１５０は、ｐＨセンサ１４０の測定値が目標値となるように、第１バブリング部１２０の流量調整弁１２６の開度を調整する。なお、目標値は、放流基準値以下の所定の値である。

【0032】

［第２全閉判定処理Ｓ１３０］
制御部１５０は、第２バブリング部１３０の流量調整弁１３６が全閉であるか否かを判定する。その結果、流量調整弁１３６が全閉ではないと判定した場合（Ｓ１３０におけるＮＯ）、制御部１５０は、第２開度調整処理Ｓ１４０に処理を移す。一方、流量調整弁１３６が全閉であると判定した場合（Ｓ１３０におけるＹＥＳ）、制御部１５０は、第１全開判定処理Ｓ１１０に処理を移す。

【0033】

［第２開度調整処理Ｓ１４０］
制御部１５０は、ｐＨセンサ１４０の測定値と目標値との差分に基づき、排出口１０２ｂに到達する廃水のｐＨが目標値となるように、第２バブリング部１３０の流量調整弁１３６の開度を調整する。

【0034】

以上説明したように、本実施形態にかかる中和装置１００およびこれを用いた中和方法は、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０を備える。中和装置１００を備えた流路１０２を流れる廃水のｐＨは、上流側の方が下流側よりも高い。したがって、本実施形態の第１バブリング部１２０は、第２バブリング部１３０よりも大量の二酸化炭素を供給する。つまり、第１バブリング部１２０のみで廃水を中和できる（廃水のｐＨを目標値にできる）場合、制御部１５０は、第１バブリング部１２０の流量調整弁１２６の開度のみを制御する。一方、第１バブリング部１２０に加えて第２バブリング部１３０を用いなければ廃水を中和できない場合、制御部１５０は、第１バブリング部１２０の流量調整弁１２６を全開にし、第２バブリング部１３０の流量調整弁１３６の開度を調整する。これにより、中和装置１００は、効率よく廃水を中和することができる。

【0035】

また、上記したように、中和装置１００は、ｐＨセンサ１４０および制御部１５０を備える。これにより、中和装置１００は、排出口１０２ｂから排出される廃水のｐＨを確実に目標値とすることが可能となる。また、中和装置１００は、過剰の二酸化炭素を廃水に供給してしまう事態を回避することができる。したがって、中和装置１００は、二酸化炭素を無駄に消費することなく、廃水を中和することが可能となる。

【0036】

また、第１バブリング部１２０と、第２バブリング部１３０とが、容量は同じものの異なる二酸化炭素ボンベ１１０に接続される比較例では、第１バブリング部１２０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０と、第２バブリング部１３０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０とで、交換頻度にバラツキが生じる。詳細に説明すると、第１バブリング部１２０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０は、第２バブリング部１３０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０よりも交換頻度が高くなる。したがって、比較例は、作業者の作業負担が大きくなってしまうという問題がある。一方、上記したように、本実施形態の中和装置１００は、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０が、１の二酸化炭素ボンベ１１０に接続される。これにより、比較例と比較して、二酸化炭素ボンベ１１０の交換頻度を低減することができる。したがって、中和装置１００は、作業者の作業負担を低減することが可能となる。

【0037】

また、上記したように、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、平均粒径が２．５ｍｍ以下の二酸化炭素の泡（マイクロバブルまたはナノバブルを含む）を廃水に供給する。したがって、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、エジェクタや噴流装置によって二酸化炭素を導入する従来技術（以下、「エジェクタの従来技術」という）と比較して、廃水における二酸化炭素の滞留時間を長くすることが可能となる。つまり、中和装置１００は、廃水と二酸化炭素の接触時間を長くすることができる。したがって、中和装置１００は、廃水への二酸化炭素の溶解効率を向上させることが可能となる。これにより、中和装置１００は、廃水を連続して、効率よく中和することができる。

【0038】

また、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、エジェクタの従来技術と比較して、二酸化炭素の比表面積を大きくすることができる。このため、中和装置１００は、廃水への二酸化炭素の溶解効率を向上させることが可能となる。

【0039】

また、中和装置１００は、エジェクタの従来技術と比較して、廃水の中和に要する時間を著しく短縮することが可能となる。しがって、中和装置１００は、エジェクタの従来技術と比較して、少量の二酸化炭素で中和反応を行うことができる。このため、中和装置１００は、中和のために要する二酸化炭素のコストを低減することが可能となる。

【0040】

また、上記したように、流入口１０２ａは、排出口１０２ｂより上方に位置するように流路１０２が形成される。これにより、流路１０２は、廃水を自重で流入口１０２ａから排出口１０２ｂに向かって流すことができる。したがって、流路１０２は、ポンプ等の駆動機構を利用せずとも、廃水を流入口１０２ａから排出口１０２ｂに向かって流すことが可能となる。

【0041】

［第２の実施形態：中和装置２００］
上記第１の実施形態において、ｐＨセンサ１４０が第１バブリング部１２０の供給箇所と第２バブリング部１３０の供給箇所との間に設けられる構成を例に挙げた。しかし、ｐＨセンサは、流路１０２内に設けられれば、設置位置に限定はない。

【0042】

図３は、第２の実施形態の中和装置２００を説明する図である。図３に示すように、中和装置２００は、二酸化炭素ボンベ１１０と、第１バブリング部１２０と、第２バブリング部１３０と、ｐＨセンサ２４０と、制御部１５０とを含む。なお、図３中、実線の矢印は廃水の流れを示す。また、図３中、破線の矢印は信号の流れを示す。

【0043】

なお、上記中和装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0044】

ｐＨセンサ２４０は、第２バブリング部１３０の供給箇所と、排出口１０２ｂとの間に設けられる。つまり、ｐＨセンサ２４０は、散気板１３２と排出口１０２ｂとの間を流れる廃水のｐＨを測定する。

【0045】

また、第２の実施形態では、第２開度調整処理Ｓ１４０において、制御部１５０は、ｐＨセンサ２４０の測定値が目標値となるように、流量調整弁１３６の開度を調整する。

【0046】

以上説明したように、中和装置２００は、ｐＨセンサ２４０および制御部１５０を備える。これにより、中和装置２００は、排出口１０２ｂから排出される廃水のｐＨを確実に目標値とすることが可能となる。また、中和装置２００は、過剰の二酸化炭素を廃水に供給してしまう事態を回避することができる。したがって、中和装置２００は、二酸化炭素を無駄に消費することなく、廃水を中和することが可能となる。

【0047】

［第３の実施形態：中和装置３００］
上記第１の実施形態および第２の実施形態において、１の二酸化炭素ボンベ１１０に第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０が接続される場合を例に挙げた。しかし、中和装置が備える二酸化炭素ボンベ１１０の数に限定はない。

【0048】

図４は、第３の実施形態の中和装置３００を説明する図である。図３に示すように、中和装置３００は、二酸化炭素ボンベ１１０Ａ、１１０Ｂと、第１バブリング部１２０と、第２バブリング部１３０と、ｐＨセンサ１４０と、制御部３５０と、３６０とを含む。なお、図４中、実線の矢印は廃水の流れを示す。また、図４中、破線の矢印は信号の流れを示す。

【0049】

なお、上記中和装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0050】

第１バブリング部１２０の接続管１２４は、二酸化炭素ボンベ１１０Ａと散気板１２２とを接続する。また、第２バブリング部１３０の接続管１３４は、二酸化炭素ボンベ１１０Ｂと散気板１３２とを接続する。二酸化炭素ボンベ１１０Ａは、二酸化炭素ボンベ１１０Ｂよりも容量が大きい。

【0051】

制御部３５０、３６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部３５０、３６０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部３５０は、ｐＨセンサ１４０の測定値に基づき、第１バブリング部１２０によって供給される二酸化炭素の量（流量調整弁１２６の開度）を制御する。制御部３６０は、ｐＨセンサ１４０の測定値に基づき、第２バブリング部１３０によって供給される二酸化炭素の量（流量調整弁１３６の開度）を制御する。

【0052】

以上説明したように、中和装置３００は、第１バブリング部１２０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０Ａの容量が、第２バブリング部１３０に接続される二酸化炭素ボンベ１１０Ｂよりも大きい。これにより、容量は同じものの異なる二酸化炭素ボンベ１１０に接続される比較例と比較して、二酸化炭素ボンベ１１０Ａの交換頻度を低減することができる。したがって、中和装置３００は、作業者の作業負担を低減することが可能となる。

【0053】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0054】

例えば、上記実施形態において、中和装置１００、２００、３００が、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０を備える構成を例に挙げた。しかし、バブリング部の数に限定はない。例えば、中和装置は、３以上のバブリング部を備えてもよい。

【0055】

また、上記実施形態において、流量調整弁１２６を全開にする場合を例に挙げて説明した。しかし、第１バブリング部１２０は、第２バブリング部１３０よりも大量の二酸化炭素を供給できれば、流量調整弁１２６の開度に限定はない。

【0056】

また、上記実施形態において、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、散気板１２２、１３２を備える構成を例に挙げた。しかし、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、散気板１２２、１３２に代えて、散気管を備えてもよい。

【0057】

また、上記実施形態において、中和装置１００、２００、３００が二酸化炭素ボンベ１１０、１１０Ａ、１１０Ｂを備える構成を例に挙げた。このように、中和装置１００、２００、３００が、二酸化炭素ボンベ１１０、１１０Ａ、１１０Ｂを備えることにより、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、ポンプを用いずとも二酸化炭素を圧送することができる。しかし、中和装置１００、２００、３００は、二酸化炭素ボンベ１１０、１１０Ａ、１１０Ｂに代えて、大気圧の二酸化炭素、または、圧縮率の低い二酸化炭素を貯留した貯留部、または、大気圧の二酸化炭素、または、圧縮率の低い二酸化炭素を生成する生成装置を備えてもよい。この場合、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０は、ポンプを含んで構成され、ポンプを駆動して、貯留部または生成装置から接続管１２４、１３４（散気板１２２、１３２）へ二酸化炭素を圧送するとよい。

【0058】

また、上記実施形態において、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０が、平均粒径が２．５ｍｍ以下の二酸化炭素の泡を供給する場合を例に挙げた。しかし、第１バブリング部１２０および第２バブリング部１３０が供給する二酸化炭素の粒径に限定はない。

【0059】

また、上記実施形態において、流路１０２の流入口１０２ａは、排出口１０２ｂより上方に位置する場合を例に挙げた。しかし、流入口１０２ａおよび排出口１０２ｂの位置に限定はない。例えば、流入口１０２ａは、排出口１０２ｂより下方に位置してもよい。この場合、中和装置１００、２００、３００は、流入口から排出口に向かって流路内に廃水を流すポンプを備えるとよい。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本開示は、中和装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１００ 中和装置
１０２ 流路
１０２ａ 流入口
１０２ｂ 排出口
１１０ 二酸化炭素ボンベ
１２０ 第１バブリング部
１３０ 第２バブリング部
１４０ ｐＨセンサ
１５０ 制御部
２００ 中和装置
２４０ ｐＨセンサ
３００ 中和装置
３５０ 制御部
３６０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】