JP2001070987A - 水処理方法 - Google Patents
水処理方法Info
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Abstract
て、炭酸カルシウムを主体とするスケールの生成を効率
的に防止するための水処理方法を提供することを課題と
する。 【解決手段】 用水を曝気して用水中に溶解しているカ
ルシウムイオンを不溶性の炭酸カルシウムとして析出さ
せること、曝気後の用水にカチオン系高分子凝集剤を添
加して用水中の懸濁物を凝集沈殿除去すること、そして
さらにホスホン酸系スケール防止剤を添加することによ
り、上記の課題を解決する。
Description
る。さらに詳しくは、本発明は、炭酸ガスを含む工業用
水の循環水系において、炭酸カルシウムを主体とするス
ケールの生成を防止するための水処理方法に関する。
るガス(高炉ガス)や鉄鋼製造に用いられる転炉から排
出されるガス(転炉ガス)は、多量の粉塵と炉内での反
応により生じた各種反応ガスを含むので、乾式および/
または湿式集塵器を通して除塵した後、有用なガスをガ
スホルダーに回収して再利用する方式が一般に採用され
ている。
ち集塵水には鉄鉱石、コークスおよび石灰石などの製銑
原料に由来する微粉(ダスト)やカルシウム、鉄、亜鉛
およびマグネシウムなどの塩類が溶解・懸濁している。
これらの溶解・懸濁物は沈殿池で沈殿除去するだけでは
清浄化できず、このような集塵水を放流することは環境
保全上好ましくないため、集塵水は通常、完全循環方式
で用いられている。
の沈殿促進手段によって、シックナーなどの沈殿池で効
果的に除去される。しかしながら、水に溶解している前
記のような塩類は凝集剤添加によっても除去されず、集
塵水の循環水系において、スケールとして析出し、パイ
プやバルブなどの閉塞事故を引き起こしやすい。例え
ば、高炉集塵水の循環水系においては、高炉ガスが石灰
石などの製銑原料に由来するカルシウム成分および炭酸
ガスを多く含むので、炭酸カルシウムを主体とするスケ
ールが生成しやすい。
塞事故を防止するため、集塵水にアルカリを添加してp
Hを調整した後、ポリ燐酸塩を添加する方法が開発され
ている(特開昭49−133209号公報参照)。この
方法では、pH調整によって水に溶解している塩類を水
に不溶性の水酸化物として析出させ、さらに凝集剤を添
加して析出物を分離している。また、凝集剤としては、
アニオン系(一部、カチオン系)の高分子凝集剤が用い
られている。
法では、用水に溶解している炭酸水素塩を水に不溶性の
炭酸化物として析出させることができなかった。また、
凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤を用いる処理方法
では、凝集剤の添加後、時間の経過と共に凝集物が空気
酸化されて乳白色または赤褐色のコロイド状になり、こ
れが沈殿池に浮遊して、懸濁物質(SS)濃度を上昇さ
せ、かえって悪影響を与えるという問題があった。した
がって、さらに効果的な集塵水の処理方法の開発が望ま
れている。
用水中のダストの沈降を防止する手段や鉄イオンを含む
用水から酸化鉄を生成させる手段として知られている
が、炭酸ガスを含む用水から炭酸化物を生成させる手段
としては知られていない。
含む工業用水の循環水系において、炭酸カルシウムを主
体とするスケールの生成を効率的に防止するための水処
理方法を提供することを課題とする。
題を解決すべく鋭意研究を行った結果、炭酸ガスを含む
工業用水においてはカルシウム成分が炭酸水素塩として
溶解していることに着目し、この用水を曝気、すなわち
脱炭酸させることによりカルシウムイオンを不溶性の炭
酸カルシウムとして析出させ、用水中のカルシウムイオ
ンを低下させることにより、炭酸カルシウムを主体とす
るスケールの生成を効率的に防止できることを見出し、
本発明を完成するに到った。
用水にカチオン系高分子凝集剤を添加して用水中の懸濁
物を凝集沈殿除去すること、およびさらにホスホン酸系
スケール防止剤を添加することにより、炭酸カルシウム
を主体とするスケールの生成をさらに効率的に防止でき
ることを見出し、本発明を完成するに到った。
む工業用水の循環水系において、用水を曝気して用水中
に溶解しているカルシウムイオンを不溶性の炭酸カルシ
ウムとして析出させ(以下、「曝気処理」という)、次
いで用水中の懸濁物を除去し、処理された用水を循環使
用することを特徴とする水処理方法が提供される。
後、カチオン系高分子凝集剤を添加して用水中の懸濁物
を凝集沈殿除去し(以下、「凝集剤添加処理」とい
う)、処理された用水を循環使用することを特徴とする
水処理方法が提供される。
加処理の後、ホスホン酸系スケール防止剤を添加した用
水を循環使用することを特徴とする水処理方法が提供さ
れる。
工業用水の循環水系」とは、炭酸カルシウムを主体とす
るスケールが生成しやすい循環水系であれば特に限定さ
れない。具体的には、製鉄所の高炉集塵水や転炉集塵水
の循環水系および製紙工場の紙パルプ工程の循環水系な
どが挙げられる。本発明の水処理方法は、高炉集塵水の
循環水系における水処理に特に好適に用いられる。
用水中に溶解しているカルシウムイオンを不溶性の炭酸
カルシウムとして析出させ、析出した炭酸カルシウムを
含む用水中の懸濁物を除去する。高炉集塵水の場合、集
塵水に高炉ガスが接触すると、ガス中のカルシウム成分
は炭酸水素カルシウムの形態で集塵水に溶解する。この
溶解した炭酸水素カルシウムが次式のように曝気によっ
て脱炭酸されて、炭酸カルシウムの形態で析出する。 Ca(HCO3)2 → CaCO3 +CO2 +H2 O
ポンプなどの装置を用いて行うことができる。装置の排
気能力は、用水中のカルシウムイオンの含有量などに応
じて設定すればよい。したがって、処理対象の用水中の
カルシウムイオンの含有量を予め測定しておき、装置の
排気能力を設定すればよい。例えば、用水中のカルシウ
ムイオンの含有量が200mg/リットルで、かつ循環
水量が500m3 /時間である高炉集塵水の場合、装置
の排気能力は100〜200m3 /時間程度で十分であ
る。
理された用水を循環使用する。懸濁物を除去する方法と
しては、公知の方法、例えばシックナーなどの沈殿池を
用いる方法が挙げられる。
水にカチオン系高分子凝集剤を添加して用水中の懸濁物
を凝集沈殿除去することにより、さらに効率的に炭酸カ
ルシウムを主体とするスケールの生成を防止できる。
アニリン樹脂塩酸塩、ポリエチレンイミン、ポリアミ
ン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、キ
トサンおよびヘキサメチレンジアミン・エピクロロヒド
リン重縮合物などの中重合度(分子量数千〜数万)のも
の、ポリビニルイミダゾリン、ポリアルキルアミノアク
リレート、ポリアルキルアミノメタクリレート、ポリメ
タクリル酸エステル系(共重合物を含む)およびポリア
クリルアミドならびにそれらのマンニッヒ変性物および
部分加水分解物などの高重合度(分子量数十万〜数千
万)のものが挙げられる。これらの中でも、ポリアクリ
ルアミド、ポリアクリルアミド部分加水分解物およびポ
リメタクリル酸エステル共重合物が好ましく、工業的に
最も汎用されているポリアクリル酸エステル共重合物が
特に好ましい。
により、強カチオン系(エステル化度65モル%以
上)、中カチオン系(エステル化度30〜65モル%)
および弱カチオン系(エステル化度30モル%以下)に
さらに分類される。そして、カチオン系高分子凝集剤の
中でも、凝集効果の点では強カチオン系が特に好まし
い。なお、一般に基準となるイオン性は、凝集剤がエス
テル化物の場合には、エステル化度でもって分類するこ
ともでき、上記の( )内に示されるのがそれぞれの目
安となるエステル化度である。
「新高分子文庫4 高分子凝集剤」(大森英三著、株式
会社高分子刊行会、1986年11月30日第7刷発
行)、第34頁に記載のものが挙げられる。
中の懸濁物の量により変動し得るが、通常、高炉集塵水
に対しては、0.1〜5mg/リットル、好ましくは
0.2〜1mg/リットルである。凝集剤の添加割合が
0.1mg/リットル未満の場合には、凝集物を十分に
凝集沈殿させることができないので好ましくない。ま
た、凝集剤の添加割合が5mg/リットルを超える場合
には、それ以上の効果が期待できず、かつコスト的に不
利になるので好ましくない。
よび凝集剤添加処理を行い、用水中の懸濁物を凝集沈殿
除去した用水に、さらにホスホン酸系スケール防止剤を
添加することにより、さらに効率的に炭酸カルシウムを
主体とするスケールの生成を防止できる。カチオン系高
分子凝集剤で処理した用水への特定のホスホン酸系スケ
ール防止剤の添加は、スケール生成の抑制に特異的に作
用する。
ケール防止剤としては、分子内にカルボキシ基を含有し
ないホスホン酸系のスケール防止剤が好ましく、例え
ば、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン
酸、1,1,1−ニトリロトリ(メチルホスホン酸)も
しくはエチレンジアミンテトラメチルホスホン酸または
それらの塩が挙げられる。その塩としては、リチウム
塩、ナトリウム塩およびカリウム塩などのアルカリ金属
塩、ならびにアンモニウム塩などが挙げられる。これら
の中でも、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホス
ホン酸、1,1,1−ニトリロトリ(メチルホスホン
酸)およびエチレンジアミンテトラメチルホスホン酸な
らびにそれらの塩が特に好ましい。
剤の添加割合は、通常、0.1〜10mg/リットル、
好ましくは1〜5mg/リットルである。スケール防止
剤の添加割合が0.1mg/リットル未満の場合には、
十分なスケール防止効果が期待できないので好ましくな
い。また、スケール防止剤の添加割合が10mg/リッ
トルを超える場合には、それ以上の効果が期待できず、
かつコスト的に不利になるので好ましくない。
的に説明する。図1は高炉から排出されたガスの流れ、
およびそのガスを処理する集塵水の循環経路を示す概略
図である。高炉(1)から排出されたガス(高炉ガス)
は、まず乾式集塵器(2)(DC:ダストキャッチャ
ー)で集塵され、次いで湿式集塵器(3)に送られる。
湿式集塵器(3)は一般に二段VS(ベンチュリースク
ラバー)が多く、1VS(4)および2VS(5)から
構成される。高炉ガスは1VS(4)、2VS(5)お
よびTRT(6)(炉頂圧回収発電設備)の順に送ら
れ、1VS(4)および2VS(5)で湿式集塵されて
TRT(6)に導入されてから高炉ガスホルダー(図示
しない)に回収される。湿式集塵に用いられた水(高炉
集塵水)は、シックナー(7)で固形物が回収され、貯
水槽(8)を経て、1VS(4)および2VS(5)に
送られ、循環系でくり返し利用される。なお、必要に応
じてA点(水補充口)では新しい水が補充され、B点
(凝集沈殿物排出口)では凝集沈殿物が排出除去され
る。
法を適用する場合には、曝気処理を1VS(4)および
2VS(5)の出口付近で行い、凝集剤添加処理をシッ
クナー(7)の入口付近で行い、ホスホン酸系スケール
防止剤の添加を貯水槽(8)と1VS(4)および2V
S(5)の入口の間で行うのが好ましい。
れらの試験例により本発明が限定されるものではない。
(4)参照〕出口において採取した水を試験水として、
エアーポンプによる曝気試験を行った。図2に示される
ように、試験水(9)0.5リットルを容量0.5リッ
トルのメスシリンダー(10)に採取し、排気能力1.
2リットル/分のエアーポンプ(11)で所定時間曝気
した。図中、(12)は曝気用のノズルを示す。曝気
後、試験水を濾過し、試験水中のカルシウムイオン濃度
(Caイオン濃度)を測定した。曝気前の試験水の水質
を表1に、曝気後のCaイオン濃度を曝気時間、空気量
および空気と水の比率(空気/水比)とともに表2に示
す。なお、曝気時間0分(曝気前)と曝気時間8分後の
試験水については、水温とpHを付記する。
を参照)を試験水として、水中散気装置(ミニプラン
ト)による曝気試験を行った。図3に示されるように、
試験水(13)150リットルを容量200リットルの
ドラム型ポリエチレン容器(14)に採取し、排気能力
7リットル/分の水中散気装置(15)(一部分のみ図
示)で所定時間曝気した。曝気後、試験水を濾過し、試
験水中のCaイオン濃度を測定した。曝気後のCaイオ
ン濃度を曝気時間、空気量および空気/水比とともに表
3に示す。なお、曝気時間0分(曝気前)と曝気時間2
0分後の試験水については、水温とpHを付記する。
の水中散気装置による曝気試験) 図1に示される某製鉄所の高炉集塵水の循環再利用経路
の1VS(4)とシックナー(7)の間に図4に示され
る水系を設置し、水中散気装置による曝気試験を行っ
た。350m3 /時間で集塵水が循環する1VS(4)
とシックナー(7)との間から17.5リットル/分で
集塵水を取水した(水質については表1を参照)。この
集塵水を0.7リットル/分で凝集槽2(18)(容量
130リットル)に送液し、残りを曝気槽(16)(容
量150リットル)に送液した。曝気槽(16)では排
気能力7リットル/分の水中散気装置(19)で集塵水
を曝気し、流量調整槽(20)を介して集塵水を0.7
リットル/分で凝集槽1(17)(容量130リット
ル)に送液した。凝集槽1(17)および凝集槽2(1
8)における集塵水の滞留時間は共に3時間、シックナ
ー(7)における集塵水の滞留時間は3時間であった。
れぞれのCaイオン濃度を測定した。一部の集塵水につ
いてはその水温とPHを測定した。得られた結果を表4
に示す。
の出口側にスケールの付着速度測定用のテストチューブ
(SGP)CおよびDをそれぞれ設置し、集塵水を7日
間流通させた。テストチューブを試験前に予め酸洗浄
し、重量(W0 )を測定しておき、試験後にテストチュ
ーブを乾燥してその重量(W7 )を測定した。測定結果
から次式によりスケールの付着速度を算出した。 AT (cm2) :テストチューブの内面積 D(日) :試験日数 なお、付着速度の単位「Mcm」は「mg/cm2 ・
月」を意味する。得られた結果を集塵水の曝気処理の有
無とともに表5に示す。
効果確認試験) 試験例3における曝気処理後の集塵水(図4のにおい
て採取)を試験水として、凝集剤の添加による凝集効果
確認試験を行った。試験水0.5リットルを容量0.5
リットルのビーカーに採取し、下記のような各種凝集剤
を試験水に対して添加割合が0.3mg/リットルにな
るようにそれぞれ添加して、3時間静置した。その後、
試験水の上澄み液について下記の基準で外観を評価し、
試験水中のCaイオン濃度および全カルシウム濃度(全
Ca濃度)を測定した。また、カルシウム粒子(Ca粒
子)の析出量は、試験水中のCaイオン濃度と全Ca濃
度の差から求めた。なお、凝集剤を添加しないものにつ
いても同様に評価、測定した。
集剤添加処理後のスケール防止剤添加効果確認試験) 試験例4において曝気処理後の集塵水に凝集剤として中
カチオン性ポリメタクリル酸エステル共重合物(D)を
添加し、凝集処理および濾過した水を試験水として、ス
ケール防止剤の添加によるスケール防止効果確認試験を
行った。図5に示されるセパラブルフラスコ(22)か
らなるジャーテスト装置(21)に試験水(23)1リ
ットルを導入し、表7に示されるスケール防止剤を試験
水に対して添加割合が3mg/リットルになるようにそ
れぞれ添加した。次いで、マグネチックスターラー(2
4)および回転子(25)で試験水を攪拌し、温度調節
器(26)およびヒーター(27)を用いて、試験水を
70℃で3時間保持した。図中、(28)はコンデンサ
ーである。その後、試験水を濾過し、Caイオン濃度を
測定し、次式よりCa析出量およびその析出率(%)を
算出した。なお、スケール防止剤を添加しないものにつ
いても同様に試験、測定した。
ル) Y:濾過後の試験水のCaイオン濃度(mg/リット
ル) スケール防止剤を添加する前の試験水の水質を表7に、
Ca析出量とその析出率(%)を、添加したスケール防
止剤とともに表8に示す。
発明のホスホン酸系のものであり、次のような略号で表
される。また、比較例に記載のスケール防止剤はホスホ
ン酸系以外のものである。 A :1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホス
ホン酸 B :1,1,1−ニトリロトリ(メチルホスホン
酸) C :エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸 −Na :ナトリウム塩 −K :カリウム塩 −LI :リチウム塩 −NH4:アンモニウム塩
水の循環水系において、用水を曝気して用水中に溶解し
ているカルシウムイオンを不溶性の炭酸カルシウムとし
て析出させ、次いで用水中の懸濁物を除去するので、炭
酸カルシウムを主体とするスケールの生成を効率的に防
止することができる。
子凝集剤を添加して用水中の懸濁物を凝集沈殿除去する
ので、炭酸カルシウムを主体とするスケールの生成をよ
り効率的に防止することができる。
行い、用水中の懸濁物を凝集沈殿除去した用水にホスホ
ン酸系スケール防止剤を添加するので、炭酸カルシウム
を主体とするスケールの生成をさらに効率的に防止する
ことができる。
置を示す模式図である。
を示す模式図である。
を示す模式図である。
中散気装置による曝気試験の水系を示す模式図である。
添加処理後のスケール防止剤添加効果確認試験のジャー
テスト装置を示す模式図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 炭酸ガスを含む工業用水の循環水系にお
いて、用水を曝気して用水中に溶解しているカルシウム
イオンを不溶性の炭酸カルシウムとして析出させ、次い
で用水中の懸濁物を除去し、処理された用水を循環使用
することを特徴とする水処理方法。 - 【請求項2】 炭酸ガスを含む工業用水の循環水系にお
いて、用水を曝気して用水中に溶解しているカルシウム
イオンを不溶性の炭酸カルシウムとして析出させ、次い
でカチオン系高分子凝集剤を添加して用水中の懸濁物を
凝集沈殿除去し、処理された用水を循環使用することを
特徴とする水処理方法。 - 【請求項3】 カチオン系高分子凝集剤が、ポリアクリ
ルアミド、ポリアクリルアミド部分加水分解物またはポ
リメタクリル酸エステル共重合物である請求項2に記載
の水処理方法。 - 【請求項4】 カチオン系高分子凝集剤の添加割合が用
水に対して0.1〜5mg/リットルである請求項2ま
たは3に記載の水処理方法。 - 【請求項5】 炭酸ガスを含む工業用水の循環水系にお
いて、用水を曝気して用水中に溶解しているカルシウム
イオンを不溶性の炭酸カルシウムとして析出させ、次い
でカチオン系高分子凝集剤を添加して用水中の懸濁物を
凝集沈殿除去し、さらにホスホン酸系スケール防止剤を
添加した用水を循環使用することを特徴とする水処理方
法。 - 【請求項6】 ホスホン酸系スケール防止剤が、1−ヒ
ドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、1,1,
1−ニトリロトリ(メチルホスホン酸)、エチレンジア
ミンテトラメチレンホスホン酸またはそれらの塩である
請求項5に記載の水処理方法。 - 【請求項7】 ホスホン酸系スケール防止剤の添加割合
が用水に対して0.1〜10mg/リットルである請求
項5または6に記載の水処理方法。 - 【請求項8】 用水が高炉集塵水である請求項1〜7の
いずれか1つに記載の水処理方法。
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JP25043699A JP4431676B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 水処理方法 |
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