JP2005501705A - 中水処理のための反応槽および固形物沈降槽 - Google Patents

Abstract

水流から固形物を除去する、統合された反応槽および固形物沈降槽のシステムである。高速混合反応槽（１１４）からの溢流配管（１２３）を用いて、高速混合反応槽液面レベル指示計および液面レベル調節計ならびに固形物沈降槽（１３０）清澄化水出口（１３６）の流量調節計の双方を省く。

Description

【背景技術】
【０００１】
高圧、高温のガス化システムは、炭化水素質燃料を部分的に酸化して有用な副産物またはエネルギーを回収するために用いられてきた。該燃料は水と混合して水性フィード原料を形成し、これを酸素含有ガスおよび温度調節剤とともに部分酸化ガス化装置の反応ゾーンに供給することができる。
【０００２】
フィード原料の組成および物理的性質を考えると、フィード原料を水と混合することは必要でないかもしれない。一般に、固体炭化水素質燃料は、ガス化装置に供給する前に油または水を用いて液状化することを必要とするであろう。液状およびガス状の炭化水素質燃料はガス化装置に直接供給するのに適しているかもしれないが、フィード原料中に存在するかもしれない不純物を除去するために前処理することができる。
【０００３】
いろいろな適切なフィード原料を記載するために本明細書で用いられる液状炭化水素質燃料という用語は、ポンプ輸送可能な液状炭化水素物質およびポンプ輸送可能な固体炭化水素質物質の液状スラリーならびにこれらの混合物を含むことが意図されている。事実、燃焼性の炭素含有液状有機物またはそのスラリーは、いずれも、用語「液状炭化水素質」の定義の範囲に含むことができる。例えば、ポンプ輸送可能な固体炭化水素質燃料のスラリー、液状炭化水素燃料フィード原料、酸化炭化水素質有機物質およびこれらの混合物がある。ガス状炭化水素質燃料は、また、単独または液状炭化水素質燃料とともに部分酸化ガス化装置で燃焼させることもできる。
【０００４】
部分酸化反応は、好ましくは、自由流動できる、触媒充填層を用いないガス発生装置で、実施される。高温、高圧条件下では、約９８％〜９９．９％の炭化水素質フィード原料を、一酸化炭素および水素を含有する合成ガスに転化することができ、合成ガスまたはシンガスと称される。二酸化炭素および水もまた少量生成する。
【０００５】
水はさらに、合成ガスを冷却する冷却水として使用される。この冷却水はまた、合成ガス中から微粒物質を洗い落とし、灰分および／またはスラグのような微粒廃固形物を冷却および／またはガス化装置から排出するためにも用いられる。節水のため、ガス化装置では大部分の冷却水が再使用される。通常、水の一部は、連続的に、放流水、中水（ｇｒｅｙ ｗａｔｅｒ）、排出廃水または排出流として除去され、固形物および望ましくない固体の溶解物が過剰に蓄積することを防ぐ。
【０００６】
ガス化システムから排出される中水の組成はかなり複雑である。この水中には、塩化物、アンモニウム塩、および他の潜在的に環境に対して有害な溶解物質、例えば硫化物およびシアン化物が含まれている可能性がある。従って、ガス化システムからの排出廃水は、処理と固形物の除去なしに環境に排出することはできない。
【０００７】
中水排出流はガス化システムから排出され、中水中の不純物を沈殿させるために化学薬品で処理される。例えば、硫酸第一鉄（FeSO₄）を添加して、水酸化鉄綿状物（Fe(OH)₂）を生成させ、硫化物、シアン化物および微粒物質を除くことができる。このプロセスは通常、高速混合反応槽と固形物沈降槽との組み合わせで実施される。化学薬品は高速混合反応槽に加えられ、そこで中水と混合される。高速混合反応槽からの流出物は固形物沈降槽に送られ、そこで、沈殿した固形物および微粒物質は、中水から沈降分離される。固形物を除去した後、中水は、アンモニアストリッピング、生物学的処理または蒸発操作に供し、市販用乾燥塩および蒸留水を製造することができる。この水は、次いで、ガス化冷却プロセスにリサイクルすることができ、その結果、プラントからの廃水を削減することができる。
【０００８】
まず、図１を参照すると、通常の従来技術による高速混合反応槽／固形物沈降槽の統合システムが示されている。ガス化装置（図示せず）からの中水が、配管１０から高速混合反応槽１４に供給される。化学薬品もまた、高速混合反応槽１４に配管１２のいずれかから添加される。高速混合反応槽１４中で、中水および化学薬品により液面レベル２２が形成され、電動機１８によって駆動される撹拌機１６によって撹拌される。高速混合反応槽内部の４枚の整流装置により完全な混合ができる。高速混合反応槽１４は、レベル指示計２０を備えていて、これはレベル調節計２１に信号を送り、レベル調節計は、中水および化学薬品の液面レベル２２を出来るだけ一定に保つために用いられる。
【０００９】
高速混合反応槽１４流出物は、高速混合反応槽１４の底部から出て配管２４を通って固形物沈降槽３０中の凝集室２６に入る。凝集室２６は、固形物沈降槽３０中の円形壁２８によって画されている。凝集室２６中で、中水中の固形物および沈殿は、溶液外に落下してゆく。固形物は、固形物沈降槽３０の、円錐形底部３２に向けて落下し、そこで、配管３４経由で除去され、フィルタープレス（図示せず）に送られる。
【００１０】
一般には、固形物を含まない中水、別名清澄化水（ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ｗａｔｅｒ）は、固形物沈降槽３０の頂部から配管３６を通って流出する。調節弁３８は、配管３６中にあり、レベル調節計２１により制御されている。調節弁３８を通過した後、清澄化水は配管４０を通って、さらなる処理のための下流処理装置、通常アルカリ化反応槽（図示せず）に送られる。
【００１１】
この高速混合反応槽と固形物沈降槽を統合する先行技術の枠組みにおいては、高速混合反応槽流出物は、高速混合反応槽１４の底部から、配管２４を通って流出し、固形物沈降槽３０の中心に入る。流量調節計３８は、固形物沈降槽３０からの清澄化水出口配管３６に配置されている。この流量調節計３８の信号配線は、高速混合反応槽１４のレベル調節計２１に結合されているが、このような配置の目的は、高速混合反応槽１４中の中水および化学薬品の液面レベルを維持することにある。高速混合反応槽１４中に高液面レベルまたは低液面レベルを生じさせる高速混合反応槽１４の計装の故障によって、調節弁３８は極端な開閉の状態を振れ動き、時には大きく開いたり完全に閉じたりしてしまうことがある。これは、全体の中水処理プロセスに悪影響を及ぼす。その結果、下流処理設備が低液面レベルになり、これらの処理設備のインターロックが起動して、次いでこれら設備が中水処理プロセス全体とともに停止する可能性がある。
【００１２】
通常、多くの中水プロセス処理において、高速混合反応槽と固形物沈降槽の組み合わせが最初となる。上記のような通常の先行技術のシステムでは、下流のプロセス装置で問題やプロセスに混乱状態が起こり得るような方法で、高速混合反応槽と固形物沈降槽の統合を制御している。従って、下流の中水廃水処理装置に混乱を起こす可能性を最小化しつつ、効果的に固形物および沈殿物を中水から除去する統合された高速混合反応槽／固形物沈降槽システムを開発することが望ましいであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
本発明は、水流からの固形物除去のための、反応槽および固形物沈降槽の改良された統合システムを含む。本発明の高速混合反応槽および固形物沈降槽の統合においては、高速混合反応槽からの溢流配管を用いて、高速混合反応槽のレベル指示計およびレベル調節計ならびに固形物沈降槽清澄化水出口の流量調節計の双方を削減している。提案されている設計は簡単であり、費用効果がよく、不必要な下流の装置の停止の可能性を排除している。
【００１４】
例示的実施態様の説明
本発明による高速混合反応槽と固形物沈降槽の統合は、二つの処理装置間の相互作用の独自のシステムを含む。本発明の設計では、高速混合反応槽からの溢流配管を用いて、高速混合反応槽のレベル指示計およびレベル調節計ならびに固形物沈降槽清澄化水出口の流量調節計の双方を削減する。提案されている設計は簡単であり、費用効果がよく、不必要な装置の停止の可能性を排除している。
【００１５】
今度は図２を参照すると、本発明の、高速混合反応槽／固形物沈降槽の統合システムの一つの実施態様が示されている。ガス化装置（図示せず）からの中水は、配管１００を通って高速混合反応槽１１４に供給される。化学薬品もまた、高速混合反応槽１１４に配管１１２のいずれかから添加される。硫酸第一鉄（FeSO₄）を添加して、水酸化鉄綿状物（Fe(OH)₂）を生成させ、硫化物、シアン化物および微粒物質を除去することができる。苛性ソーダ（NaOH）ならびに凝集剤または／および凝集剤高分子のような他の化学薬品もまた、硫化物、シアン化物および微粒物質の沈殿を助けるために加えることができる。最適な高分子の種類および添加率は、一般に処理される中水の性質に依存しており、このような決定は当業者の能力の範囲内にある。
【００１６】
高速混合の間に起こり、沈降プロセスに影響する主反応は次のように要約される：

【００１７】
高速混合反応槽１１４中で、中水および化学薬品により液面レベル１２２が形成され、電動機１１８によって駆動される静的撹拌機１１６によって撹拌される。高速混合反応槽１１４流出物は、溢流配管１２３を通って高速混合反応槽１１４の側部から排出され、固形物沈降槽１３０中の凝集室１２６に配管を通って入る。従って、レベル調節計の必要はなくなり、高速混合反応槽１１４に流入した物質の容積分だけが溢流配管１２３から排出される。すなわち、高速混合反応槽１１４の溢流配管１２３の位置によって、反応槽の液面レベルは、溢流配管１２３への入口の近傍の位置で一定に保たれる。反応槽１１４へのフィードが一定に保たれれば、液面レベル１２２には振れはなく、同様に配管１３６中の清澄化水の排出流にも振れはなく、従って、下流のプロセス装置でのインターロックにより中水処理プロセスの停止に至る可能性が排除される。溢流配管は一本だけが図示されているが、複数の溢流配管を反応槽から水を排出するために使用することは本発明の意図の範囲内にある。
【００１８】
高速混合反応槽１１４には、物質を反応槽１１４中から反応槽の底部から除去できる配管１２４が取りつけてある。これは、装置が停止し孤立したときに反応槽からドレイン排出を行うのに有用であり、また高速混合反応槽１１４底部に固体が蓄積した場合には、配管１２４を通じて除去できる。配管１２４は通常使用しないので、通常閉止位置である締切弁を備えており、そのため、高速混合反応槽からの物質の排出は、溢流配管１２３を通じてのみ行われる。
【００１９】
溢流配管１２３により固形物沈降槽１３０にフィードされる。固形物沈降槽１３０は、好ましくは上部円筒部１３１および下部円錐部１３２でできている。高速混合反応槽流出物は、溢流配管１２３により固形物沈降槽３０中の凝集室１２６に入る。凝集室１２６は、固形物沈降槽１３０内において円形の壁１２８によって画されている。好ましくは、凝集室は、固形物沈降槽１３０の上部円筒部内において等心に配置されている。凝集室１２６中で、中水中の固形物および沈殿は、溶液から落下することができる。固形物は、固形物沈降槽１３０の円錐形底部１３２に向けて落下し、そこで、スラッジ排出配管３４経由で除去され、フィルタープレス（図示せず）に送られる。
【００２０】
一般には、固形物を含まない中水は清澄化水としても知られているが、固形物沈降槽１３０の頂部から複数の液体排出手段を通って配管１３６に進む。配管１３６には設置した制御弁は存在しないので、清澄化水は、直接、任意の下流の処理装置、通常アルカリ化反応槽（図示せず）に通る。このプロセスのスキームは、慣用の高速混合反応槽／固形物沈降槽プロセスにおいて知られている液面レベル制御ループに付随する資本、建設費および維持費を削減する。
【００２１】
本明細書で開示されているように、当業者は、本発明が、反応槽への複数の導入手段、混合手段および複数の溢流配管を具備する反応槽；沈降槽への複数の導入手段、凝集室、スラッジ排出手段および複数の液体排出手段を具備する沈降槽；ならびに複数の溢流配管および沈降槽への複数の導入手段を結合している移送管を含む装置であって、ここで、複数の溢流配管は、反応槽の液面レベルを維持する必要のある反応槽に配置されており、複数の液体排出手段を通る液体の流れは反応槽の液面レベルを制御するようには調節されていない、上記装置を包含することを認識しなければならない。
【００２２】
反応槽への複数の導入手段のうちの少なくとも一つはフィード導入手段であり、反応槽への複数の導入手段のうちの少なくとも一つは化学薬品導入手段である。混合手段には好ましくは電動機駆動混合機が含まれ、さらに整流装置系が含まれてもよい。沈降槽は、上部円筒部および下部円錐部を含むことができ、ここで、スラッジ排出手段が沈降槽の下部円錐部の最下部に配置され、凝集室が固形物沈降槽の上部円筒部内に等心に配置されていてもよい。反応槽は、反応槽最底部に配置される反応槽底部排出手段、反応槽排出手段を移送管に結合する反応槽底部管および反応槽底部管内に配置される反応槽底部弁をさらに含んでいてもよい。
【００２３】
本発明の範囲は、複数のフィードを、反応槽に、反応槽中の反応槽への複数の導入手段を通して供給するステップ；複数のフィードを反応槽中で混合し、フィード混合物を形成するステップ；フィード混合物を、反応槽から、複数の溢流配管を通じて排出するステップであって、その複数の溢流配管が、反応槽中のフィード混合物液面レベルが維持されるべき反応槽に配置されている、上記ステップ；フィード混合物を沈降槽に移送するステップであって、そのフィード混合物が、沈降槽中の凝集室へ、沈降層への複数の導入手段を通って導入される、上記ステップ；固形物をフィード混合物から沈降させ、沈降槽底部に蓄積させ、清澄化水を生成するステップ；固形分を沈降槽からスラッジ排出手段を通して除去するステップ；および、清澄化水を沈降槽から複数の液体排出手段を通して除去するステップを含む方法であって、ここで複数の液体排出手段を通る清澄化水の流れが、反応槽中のフィード混合物液面レベルを制御するようには調整されていない、上記方法をさらに包含する。
【００２４】
複数のフィードの少なくとも一つは水を含み、別の一つは、フィード中の微粒物質の沈殿を助ける化学薬品を含む。この化学薬品は、好ましくは、フィード中の微粒物質の沈殿を助ける硫酸第一鉄（FeSO₄）、苛性ソーダ（NaOH）および凝集剤高分子からなる群より選択される。電動機駆動の混合機を、場合によっては電動機駆動の混合機と組み合わせて、複数のフィードを反応槽内で混合するために使用することができる。沈降槽は、上部円筒部および下部円錐部を含んでいてよく、スラッジ排出手段が沈降槽下部円錐部の最下部に配置されていてもよく、凝集室が沈降槽内に等心に配置されていてもよい。
【００２５】
本発明の装置および方法を好ましい実施態様の面から説明してきたが、当業者にとっては、本発明の概念と範囲から逸脱することなく、本明細書に記載したプロセスに変更を加えることができることは明らかであろう。当業者にとって明らかな、このような類似の置換および修正は、すべて本発明の範囲および概念に含まれるとみなされる。特に、好ましい実施態様は、ガス化プロセスからの中水の処理として記載したが、本発明の装置および方法は、高速混合反応槽／固形物沈降槽の統合システムまたはその変形を用いる、任意のタイプの固形物除去システムに用いることができることが留意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】高速混合反応槽および固形物沈降槽を統合する、通常の従来技術によるプロセスを図示したものである。
【図２】高速混合反応槽および固形物沈降槽を組み合わせた改良された統合スキームを提供する、本発明の好ましい実施態様を図示したものである。

Claims (18)

1. 反応槽への複数の導入手段、混合手段および複数の溢流配管を具備する反応槽；
   沈降槽への複数の導入手段、凝集室、スラッジ排出手段および複数の液体排出手段を具備する沈降槽；ならびに
   複数の溢流配管および沈降槽への複数の導入手段を結合する移送管；
   を具備する装置であって、
   ここで、複数の溢流配管は、反応槽の液面レベルを維持する必要のある反応槽に配置されており、複数の液体排出手段を通る液体の流れは反応槽の液面レベルを制御するようには調節されていない、上記装置。
2. 反応槽への複数の導入手段のうちの少なくとも一つがフィード導入手段である、請求項１記載の装置。
3. 反応槽への複数の導入手段のうちの少なくとも一つが化学薬品導入手段である、請求項１記載の装置。
4. 混合手段が電動機駆動混合機を含む、請求項１記載の装置。
5. 混合手段がさらに整流装置系を含む、請求項４記載の装置。
6. 沈降槽が上部円筒部および下部円錐部を備える、請求項１記載の装置。
7. スラッジ排出手段が沈降槽の下部円錐部の最下部に配置されている、請求項６記載の装置。
8. 凝集室が沈降槽の上部円筒部内に等心に配置されている、請求項６記載の装置。
9. 反応槽が、反応槽最底部に配置される反応槽底部排出手段、反応槽排出手段を移送管に結合する反応槽底部管および反応槽底部管内に配置される反応槽底部弁をさらに含む、請求項１記載の装置。
10. 複数のフィードを、反応槽に、反応槽中の反応槽への複数の導入手段を通して供給するステップ；
    複数のフィードを反応槽中で混合し、フィード混合物を形成するステップ；
    フィード混合物を、反応槽から、複数の溢流配管を通じて排出するステップであって、その複数の溢流配管が、反応槽中のフィード混合物液面レベルが維持されるべき反応槽に配置されている、上記ステップ；
    フィード混合物を沈降槽に移送するステップであって、そのフィード混合物が、沈降槽中の凝集室へ、沈降層への複数の導入手段を通って導入される、上記ステップ；
    固形物をフィード混合物から沈降させ、沈降槽底部に蓄積させ、清澄化水を生成するステップ；
    固形分を沈降槽からスラッジ排出手段を通して除去するステップ；および、
    清澄化水を沈降槽から複数の液体排出手段を通して除去するステップ
    を含む方法であって、
    ここで複数の液体排出手段を通る清澄化水の流れが、反応槽中のフィード混合物液面レベルを制御するようには調整されていない、上記方法。
11. 複数のフィードの少なくとも一つが水を含む、請求項１０記載の方法。
12. 複数のフィードの少なくとも一つが、フィード中の微粒物質の沈殿を助ける化学薬品を含む、請求項１０記載の方法。
13. 化学薬品が、フィード中の微粒物質の沈殿を助ける硫酸第一鉄（FeSO₄）、苛性ソーダ（NaOH）および凝集剤高分子からなる群より選択される、請求項１２記載の方法。
14. 電動機駆動の混合機が、複数のフィードを反応槽内で混合するために使用される、請求項１０記載の方法。
15. 整流装置系が、電動機駆動の混合機と組み合わせて、複数のフィードを反応槽内で混合するために使用される、請求項１４記載の方法。
16. 沈降槽が上部円筒部および下部円錐部を備える、請求項１０記載の方法。
17. スラッジ排出手段が、沈降槽の下部円錐部の最下部に配置されている、請求項１６記載の方法。
18. 凝集室が沈降槽内に等心に配置されている、請求項１０記載の方法。