利用結晶法除去液體中的離子的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術要解決的課題是，提供可以獲得高效、穩定地除去液體中的離子的性能的、利用結晶法除去液體中的離子的方法和裝置。為了解決這種課題，本發明專利技術提供一種液體中的離子的除去方法，是利用結晶法除去被處理液中的被處理離子的方法，其特征在于，將被處理液以及與被除去離子反應析出難溶性鹽的離子供給有兩個槽以上的結晶反應槽構成的多級結晶反應槽的每一個，在使被除去離子的難溶性鹽的結晶粒子成長的同時，將在前級的結晶反應槽中成長了的結晶粒子鎓按順序移送到后級的結晶反應槽，在更靠后級的槽內，使平均粒徑更大的結晶粒子流動。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及從液體中除去或回收特定的離子的方法及裝置，特別是，涉及通過使包含在各種液體中的磷酸離子、鈣離子、氟離子、碳酸離子、硫酸離子發生化學反應，將粒度相同的難溶性鹽的結晶析出，穩定而高效地將這些離子除去，并且獲得性質穩定的制品結晶的方法及裝置。
技術介紹
在現有技術中，作為從液體中除去特定的離子的方法之一，是采用結晶法。結晶法，是一種作為試劑添加與包含在被處理液中的特定的離子反應形成難溶性鹽的離子，或者通過使pH變化令被處理液內成為離子的過飽和狀態，使含有特定離子的結晶析出分離的方法。作為結晶法的例子，在將污水的二次處理水及從污泥處理系統來的回流水等作為被處理水，除去其中的磷酸離子的情況時，可以添加鈣，使之析出磷酸鈣(Ca3(PO4)2)以及羥基磷灰石的結晶。此外，半導體工場的廢水，在大多數情況下大量含有氟離子，在處理廢水的情況時，同樣添加鈣源，通過使氟化鈣(CaF2)的結晶析出，可以除去廢水中的氟。進而，在從以地下水作為原水的用水、排水、垃圾浸出水中除去鈣離子的情況時，通過使pH上升，或者通過添加碳酸源，可以析出碳酸鈣的結晶。或者，在含碳酸離子多的硬水中，通過添加鈣離子，同樣地使之析出碳酸鈣(CaCO3)的結晶，可以降低硬度。此外，通過添加碳酸離子可以將自來水中的雜質Mn作為碳酸錳(MnCO3)除去。進而，在厭氧消化污泥的濾液及肥料工場廢水等，液體中含有磷酸離子及銨離子的廢水中，添加鎂，可以使之析出磷酸銨鎂(MgNH4PO4MAP)的結晶。例如，以MAP的結晶為例進行說明，可以說，MAP是由液體中的鎂、銨、磷、羥基以下面的形式反應生成的。對于生成MAP的條件，以將磷、銨、鎂、羥基各體積摩爾濃度相乘的濃度(稱之為離子積；；[]內的單位為mol/升)，成為MAP的溶解度積以上的方式進行操作。此外，當被處理水中的銨、鎂，與磷比較以等摩爾或超過的方式存在的情況下，可以進一步降低磷的濃度。鎂的添加量，相對于流入的磷的摩爾比為1.2左右時，效率很高。添加的鎂，是以氯化鎂、氫氧化鎂、氧化鎂、硫酸鎂、白云石為主的物質。反應方式，采用完全混合方式或流動層方式，當考慮到固液分離性能，在大多數情況下采用后一種方式。流動層方式，通過將被處理液向上流動通過，使生成物在流動層內流動的結晶核(生成物的結晶粒子、砂等介質)的表面析出，借助重力使結晶沉降，另一方面，通過從上部回收被處理液，可以同時進行結晶生成反應和固液分離。在這種情況下，由于在流動層內流動的粒子，粒徑大的粒子的沉降速度快，所以可以加快原水的向上的流速，可以加大被處理液的處理量。結晶現象包括引起結晶核(微細結晶)的發生的成核現象，以及引起結晶核的成長的晶粒成長現象。一般在難溶性鹽的情況下，反應速度快，與晶粒成長現象相比，成核現象占支配地位，難以獲得粗大的晶粒。為了生長成大結晶核，使不生成新的結晶核，有必要通過抑制過飽和度進行運轉，優先地使之進行在結晶核的表面上的結晶。在流動層方式中，在反應槽內上升的液體的流速，由反應槽內的結晶核粒徑決定。結晶核的沉降速度由斯托克斯(Stokes)公式、艾倫(Allen)公式等求出，但通常，適合于流動化的LV，是結晶核沉降速度的1/10左右。粒徑小的結晶核粒子或在槽內生成的微細結晶，由于沉降速度慢，所以難以提高反應槽的LV。因此，有裝置的容積變得極大的傾向。此外，當含有很多如此小的核粒子或微細結晶時，存在著單位裝置容積的有效反應表面面積極大，結晶成長遲緩等的問題。另一方面，粒徑比較大的結晶，能夠提高槽內的LV，單位裝置的處理量增多。但是，單位裝置的有效反應表面積小，結晶粒子容易成長過大。當結晶粒子成長得過大時，就變得難以流動。當結晶粒子變得不能流動時，由于原水的偏流等，會降低反應效率，造成處理水質變差等的問題。在這種情況下，通過增加反應槽的原水供應量提高LV，可以再次引起槽內的流動，但是，與此同時，存在著有必要增加進行結晶用的試劑的添加量，并且使供應量增加的時機控制變得復雜等的問題。為了解決這種問題，提出了一種從反應槽中將成長了的結晶粒子鎓提取出來的同時，將粒徑比較小的的結晶核粒子添加到槽中的方法。作為這時添加的結晶核粒子，可以考慮采用生成物的小的結晶粒子，或者與生成物不同的物質的粒子。但是，在這種情況下，也存在著需要另外的結晶核添加設備，需要進行結晶核粒子的選定、分離(分選)、添加等操作的缺點。也考慮到將過分成長的結晶粉碎加以利用，但存在著增加工序的麻煩。此外，在使粒徑小的結晶核粒子和大的結晶粒子在同一個反應槽內共存的情況下，必須與粒徑小的結晶核相一致地抑制LV，存在著裝置容積變得極大的問題。還有，抑制LV的結果，存在著粒徑大的結晶粒子的流動變差，處理水質變差的問題。在這種情況下，通過縮小粒徑大的結晶粒子占支配地位的反應槽底部的截面面積來使LV提高，但粒徑小的結晶核粒子占支配地位的裝置的上部的截面面積，必須與粒徑小的結晶核粒子相一致，結果是不能將裝置小型化。另一方面，也有人考慮通過使添加到反應槽內的結晶核粒子的粒徑接近于在反應槽內成長的結晶核的粒徑，抑制小的結晶核粒子的流出或膨脹率，但在結晶量多的情況下，存在著添加的結晶核的量增多的問題。進而，在作為添加的結晶核，使用生成物之外的物質的情況下，也存在著回收的生成物的純度差的問題。本專利技術鑒于這種現有技術中的問題，其目的是提供一種可以獲得高效、穩定地除去液體中的離子的性能、并且可以獲得穩定的制品結晶的、利用結晶法除去液體中的離子的方法及裝置。
技術實現思路
本專利技術者等人，為了解決上述課題，經過深入研究，結果發現，在利用結晶法除去被處理液中的被除去離子的方法中，將結晶反應槽配置成兩個槽以上的多級，使結晶粒子在多級內成長，即，將在反應槽內成長了的結晶粒子鎓按順序供給后級的反應槽，使之進一步成長，使得在各個反應槽內流動的結晶粒子的大小發生變化，通過在越靠后級的反應槽內使更大的結晶粒子流動，可以使結晶粒子的成長效率極高地進行，從而完成本專利技術。即，本專利技術涉及一種液體中的離子的除去方法，是利用結晶法除去被處理液中的被除去離子的方法，其特征在于，將被處理液以及與被除去離子反應析出難溶性鹽的離子供給由兩個槽以上的結晶反應槽構成的各個多級結晶反應槽，在使被除去離子的難溶性鹽的結晶粒子成長的同時，將在前級結晶反應槽中成長了的結晶粒子鎓按順序移送到后級的結晶反應槽，在更靠后級的槽內，使平均粒徑更大的結晶粒子流動。在本專利技術的方法中，如上所述，將在前級成長了的結晶粒子鎓供給后級的反應槽使進一步成長，但應當在第一級反應槽中成長的結晶，可以使之在該反應槽內產生，或者也可以從外部供給該反應槽。下面，參照附圖說明本專利技術的各種形式。附圖的簡單說明圖1、是表示為實施本專利技術的一種方式的方法的結晶反應裝置簡況的概念圖。圖2、是有關本專利技術的另外一種方式的結晶反應裝置的概念圖。圖2a是該裝置的平面圖，圖2b是其縱剖面圖。圖3、是有關本專利技術的另外一種方式的結晶反應裝置的概念圖。圖3a是該裝置的縱剖面圖，圖3b是其平面圖。圖4、是在比較例1中使用的現有技術的結晶反應裝置的概念圖。圖5、是有關本專利技術的另外一種方式的結晶反應裝置的概念圖。圖6、是有關本專利技術的另外一種方式的結晶反應裝置的概念圖。圖6a是該裝置的平面圖，圖6b是其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液體中離子的除去方法，是利用結晶法除去被處理液中的被除去離子的方法，其特征在于，將被處理液以及與被除去離子反應析出難溶性鹽的離子供給有兩個槽以上的結晶反應槽構成的多級結晶反應槽的每一個，在使被除去離子的難溶性鹽的結晶粒子成長的同時，將在前級的結晶反應槽中成長了的結晶粒子按順序移送到后級的結晶反應槽，在更后級的槽內，使平均粒徑更大的結晶粒子流動。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：島村和彰，田中俊博，三浦友紀子，片岡克之，石川英之，
申請(專利權)人：株式會社荏原制作所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]