JP6038318B2 - 水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば冷却塔排出水等の水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備に関するものである。
プラント設備等で用いられる冷却塔においては、ボイラなどから排出された高温の排ガスと冷却水との間で熱交換が行われる。この熱交換により冷却水の一部が蒸気となるため、冷却水中のイオンやシリカ(SiO2)が濃縮される。従って、冷却塔から排出された冷却水(ブローダウン水)は、イオン濃度やシリカ濃度が高い状態となっている。
イオンを多量に含む水は、脱塩処理が施されてから環境中に放出される。脱塩処理を実施する装置としては、逆浸透膜装置、ナノろ過膜装置、イオン交換膜装置などが知られている。
上述の水中に含まれるイオンの内、Na+、K+、NH4 +などの1価の陽イオンやCl−、NO3 −等の陰イオンは、水中への溶解度が高いイオンである。一方、Ca2+などの2価の金属イオンやSO4 2−、CO3 2−などの陰イオンやシリカは、スケールを構成する成分である。スケールを構成する成分の塩やシリカは水に対する溶解度が低いため、スケールとして析出しやすい。特に、かん水、工業排水、冷却塔のブローダウン水にはCa2+、SO4 2−、炭酸イオン(CO3 2−、HCO3 −)、シリカが豊富に含まれている。上記の脱塩処理を実施する装置内にスケールが発生すると処理能力が低減してしまう。このため、スケールを発生させることなく脱塩処理を実施することが求められる。
Ca2+を除去する方法としてライムソーダ法が知られている。ライムソーダ法では、被処理水に炭酸ナトリウムが添加され、被処理水中のCa2+が炭酸カルシウムとして析出・沈殿することにより水中から除去される。
特許文献1には、ライムソーダ法を用いた化学軟化装置、イオン交換装置、逆浸透膜装置などが組み合わされた排水処理装置が開示されている。
ライムソーダ法は処理のために炭酸ナトリウムを添加する必要があるために処理コストが高い。ライムソーダ法では1molのCa2+を炭酸カルシウムとして沈殿させると2molのNa+が発生する。一方、SO4 2−が被処理水に含まれる場合、ライムソーダ法では除去されない。つまり、ライムソーダ法では処理後の水に含まれるイオンのモル数が増加することになる。
イオン交換膜装置を用いてCa2+を除去する場合も、1molのCa2+を処理するために2molのNa+が発生することになり、処理後の水に含まれるイオンのモル数が増加する。
特許文献1のシステムは、ライムソーダ法及びイオン交換膜装置で処理された後の水を逆浸透膜装置により更にイオン分を除去する処理をする。このため、特許文献1のシステムでは、イオンのモル濃度が増加するために逆浸透膜装置での浸透圧が高くなり処理負荷が大きくなると言った問題があった。また、特許文献1の装置ではSO4 2−が除去されず、処理水にSO4 2−が残留し、高い水回収率を得ることは困難であった。また、特許文献1の排水処理装置ではイオン交換装置を再生するに当たり多量の薬品が必要となり、処理コストが高いことも問題となっていた。
本発明は、前記問題に鑑み、例えばプラント設備等で用いられる例えば冷却塔からの冷却塔排出水等の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水の水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第1スケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤が供給された被処理水のpHをpH調整剤により調整する第1pH調整部と、前記第1pH調整部の下流側に設置され、前記被処理水中の塩分を除去し、第1再生水と第1濃縮水とに分離する第1脱塩装置と、前記第1脱塩装置の下流側に設けられ、第1濃縮水から石膏を晶析させる第1晶析槽と、前記第1晶析槽に石膏の種結晶を供給する第1種結晶供給部とを有する第1晶析部と、前記第1晶析部の下流側に設けられ、第1濃縮水中の石膏を分離する第1分離部と、石膏を分離した第1濃縮水中にスケール防止剤を供給する第2のスケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤が供給された第1濃縮水のpHを調整する第2のpH調整部と、前記第2pH調整部の下流側に設置され、前記第1濃縮水中の塩分を除去し、第2の再生水と第2の濃縮水とに分離する第2の脱塩装置を有することを特徴とする水処理システムにある。
第2の発明は、第1の発明において、前記第2脱塩装置の下流側に設けられ、第2濃縮水から石膏を晶析させる第2晶析槽と、前記第2晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2種結晶供給部とを有する第2晶析部とを備えることを特徴とする水処理システムにある。
第3の発明は、第1の発明において、前記第2脱塩装置の下流側に設けられ、第2濃縮水から石膏を晶析させる第2の晶析槽と、前記第2の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給部とを有する第2晶析部と、前記第2晶析部の下流側に設けられ、第2濃縮水中の石膏を分離する第2分離部と、前記第2の濃縮水中の塩分を除去し、第3の再生水と第3濃縮水とに分離する第3脱塩装置を有することを特徴とする水処理システムにある。
第4の発明は、第1の発明において、前記第1のpH調整部又は第2のpH調整部により、pH10以上に調整する場合、第1又は第2スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システムにある。
第5の発明は、第1の発明において、前記第1のpH調整部又は第2のpH調整部により、pH10以下に調整する場合、スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システムにある。
第6の発明は、第1の発明において、前記第1又は第2のスケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿部又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理システムにある。
第7の発明は、第1の発明において、前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理システムにある。
第8の発明は、第1乃至7のいずれか一つの発明の水処理システムを備えたことを特徴とする冷却設備にある。
第9の発明は、第8の発明の冷却設備を備えたことを特徴とする発電設備にある。
第10の発明は、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第1スケール防止剤供給工程と、前記スケール防止剤が供給された排出水のpHをpH調整剤により調整する第1pH調整工程と、前記第1pH調整工程の下流側に設置され、前記排出水中の塩分を除去し、第1再生水と第1濃縮水とに分離する第1脱塩処理工程と、前記第1脱塩装置の下流側に設けられ、第1濃縮水から石膏を晶析させる第1晶析工程と、前記第1晶析工程に石膏の種結晶を供給する第1種結晶供給工程と、前記第1晶析工程の下流側に、第1濃縮水中の石膏を分離する第1分離工程と、石膏を分離した第1濃縮水中にスケール防止剤を供給する第2のスケール防止剤供給工程と、前記スケール防止剤が供給された第1濃縮水のpHを調整する第2のpH調整工程と、前記第2pH調整工程の下流側に設置され、前記第1濃縮水中の塩分を除去し、第2の再生水と第2の濃縮水とに分離する第2の脱塩処理工程を有することを特徴とする水処理方法にある。
第11の発明は、第10の発明において、前記第2の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第2の濃縮水から石膏を晶析させる第2の晶析工程と、前記第2晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給工程を有することを特徴とする水処理方法にある。
第12の発明は、第10の発明において、前記第2の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第2の濃縮水から石膏を晶析させる第2晶析工程と、前記第2の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給工程と、前記第2の晶析工程の下流側に、第2の濃縮水中の石膏を分離する第2分離工程と、前記第2の濃縮水中の塩分を除去し、第3の再生水と第3の濃縮水とに分離する第3の脱塩処理工程とを有することを特徴とする水処理方法にある。
第13の発明は、第10の発明において、前記第1又は第2のpH調整工程により、pH10以上に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法にある。
第14の発明は、第10の発明において、前記第1又は第2のpH調整工程により、pH10以下に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法にある。
第15の発明は、第10の発明において、前記第1又は第2のスケール防止剤供給工程の上流側に、前記排出水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿工程又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離工程のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理方法にある。
第16の発明は、第10の発明において、前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理方法にある。
本発明によれば、プラント設備等で用いる冷却塔からの冷却塔排出水等の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水の再生利用が可能となる。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図1は、実施例1に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図2及び3は、実施例1に係る他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。
図1に示すように、本実施例に係る冷却塔排出水の再生処理システム10Aは、冷却塔11で発生する少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水である冷却塔排出水(以下「排出水」という)12にスケール防止剤13を供給する第1スケール防止剤供給部14Aと、スケール防止剤13が供給された排出水12のpHをpH調整剤15により調整する第1pH調整部16Aと、第1pH調整部16Aの下流側に設置され、前記排出水12中の塩分を除去し、第1再生水17Aと第1濃縮水18Aとに分離する第1脱塩装置19Aと、前記第1脱塩装置19Aの下流側に設けられ、第1濃縮水18Aから石膏20を晶析させる第1晶析槽21Aと、前記第1晶析槽21Aに石膏の種結晶(石膏種晶)20aを供給する第1種結晶供給部22Aとを有する第1晶析部23Aとを備えるものである。
ここで、図1中、符号51Aは第1スケール防止剤供給部14Aの制御部、52Aは第1pH調整部16Aの制御部、53Aは第1種結晶供給部22Aの制御部、V1〜V3は制御部51A〜53Aにより開閉される開閉バルブを図示する。
図1に示すように、本実施例に係る冷却塔排出水の再生処理システム10Aは、冷却塔11で発生する少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水である冷却塔排出水(以下「排出水」という)12にスケール防止剤13を供給する第1スケール防止剤供給部14Aと、スケール防止剤13が供給された排出水12のpHをpH調整剤15により調整する第1pH調整部16Aと、第1pH調整部16Aの下流側に設置され、前記排出水12中の塩分を除去し、第1再生水17Aと第1濃縮水18Aとに分離する第1脱塩装置19Aと、前記第1脱塩装置19Aの下流側に設けられ、第1濃縮水18Aから石膏20を晶析させる第1晶析槽21Aと、前記第1晶析槽21Aに石膏の種結晶(石膏種晶)20aを供給する第1種結晶供給部22Aとを有する第1晶析部23Aとを備えるものである。
ここで、図1中、符号51Aは第1スケール防止剤供給部14Aの制御部、52Aは第1pH調整部16Aの制御部、53Aは第1種結晶供給部22Aの制御部、V1〜V3は制御部51A〜53Aにより開閉される開閉バルブを図示する。
ここで、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水として、本実施例では、冷却塔11で発生する冷却塔排出水(以下「排出水」という)を用いて説明する。この冷却塔排出水12には、例えばCa2+、SO4 2-、炭酸イオン(CO3 2-、HCO3 -)、シリカが豊富に含まれている。性状の一例としては、pHが8、Naイオンが20 mg/L、Kイオンが5mg/L、Caイオンが50mg/L、Mgイオンが15mg/L、HCO3イオンが200mg/L、Clイオンが200mg/L、SO4イオンが120mg/L、PO4イオンが5mg/L、SiO2イオンが35mg/Lであり、これらの内でも、Caイオン、Mgイオン、SO4イオン、HCO3イオン濃度が高く、これらの存在の反応によりスケール(CaSO4、CaCO3等)が生成することとなる。また、排出水中に存在するシリカ成分も濃縮率により、膜付着の付着成分となる。
ここで、水冷式の冷却塔を用いるプラントの例としては、例えば発電設備(売電用途の事業用、場内電力利用の産業用発電設備がある。発電は火力発電、地熱発電等である)、発電設備や冷却設備を有するプラント等がある。また、プラントとしては、一般の化学プラント、製鉄プラント、石油精製プラントのほか、機械、製紙、セメント、食品、薬品を製造するプラント、鉱石、油、ガスを採掘するプラント、水処理プラント、焼却プラント、地域冷暖房設備等である。
また、冷却塔排出水以外の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水としては、例えば鉱山排水(AMD)、油ガス随伴水(PW)、脱硫(FGD)排水、例えば地下水や河川水や湖沼水を水源とするプラント用ボイラ供給処理水、及び例えば半導体、自動車工場等の工場排水回収水、工業団地排水等を例示することができる。
この鉱山排水(AMD)は、SiO2イオン濃度が15mg/L以下程度である。油ガス随伴水(PW)は、SiO2イオン濃度が1〜200mg/L以下程度である。脱硫(FGD)排水は、SiO2イオン濃度が50〜100mg/L以下、例えば地下水や河川水や湖沼水を水源とするプラント用ボイラ供給処理水は、SiO2イオン濃度が40mg/L以下、溶解固体物質(TDS)は100mg/L以下程度である。例えば半導体、自動車工場等の工場排水回収水や工業団地排水は、SiO2イオン濃度が25mg/L以下、溶解固体物質(TDS)は100〜300mg/L以下程度である。
図1に示す実施例においては、第1脱塩装置19A及び第2脱塩装置19Bは逆浸透膜19a、19bを備えた逆浸透膜装置(RO)を用いている。この逆浸透膜装置の代わりに、例えばナノ濾過膜(NF)、電気透析装置(ED)、極性転換式電気透析装置(EDR)、電気再生式純水装置(EDI)、静電脱塩装置(CDl)、蒸発器等も適宜適用可能である。
ここで、ナノ濾過膜(NF)、電気透析装置(ED)、極性転換式電気透析装置(EDR)、電気再生式純水装置(EDI)、イオン交換樹脂装置(IEx)、静電脱塩装置(CDl)では、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+等)を選択除去し、NaCl等1価イオンは透過する。濃縮水のイオン濃度の濃縮を抑制することで、水回収率の向上、省エネ化(例えばポンプ動力削減等)を図ることができる。
また、冷却塔冷却水への補給水は純水である必要は無く、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+)が除去されていればよいので、ナノ濾過膜(NF)等を利用する利点がある。
ここで、ナノ濾過膜(NF)、電気透析装置(ED)、極性転換式電気透析装置(EDR)、電気再生式純水装置(EDI)、イオン交換樹脂装置(IEx)、静電脱塩装置(CDl)では、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+等)を選択除去し、NaCl等1価イオンは透過する。濃縮水のイオン濃度の濃縮を抑制することで、水回収率の向上、省エネ化(例えばポンプ動力削減等)を図ることができる。
また、冷却塔冷却水への補給水は純水である必要は無く、スケール成分(2価イオン、Ca2+、Mg2+)が除去されていればよいので、ナノ濾過膜(NF)等を利用する利点がある。
第1晶析槽21Aは、石膏20を晶析させ、底部から抜き出し、図示しない脱水装置により石膏20を分離している。
また、図2に示す冷却塔排出水の再生処理システム10Bのように、石膏分離手段として、晶析槽21Aの下流側に液体サイクロン31を備え、該液体サイクロン31で石膏20と上澄み水とを分離し、分離された石膏20は、脱水装置32により分離液33を除去して脱水するようにしても良い。
第1スケール防止剤供給部14Aは、スケール防止剤13が貯蔵されており、バルブV1を介して制御部51Aの制御により供給される。
ここで、排出水12に供給されるスケール防止剤13とは、排出水12中で結晶核の生成を抑制するとともに、排出水12中に含まれる結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケール等)の表面に吸着して、結晶成長を抑制する機能を有するものである。
また、スケール防止剤13は、析出した結晶等の水中の粒子を分散させる(析出を防止する)機能も有する。本実施例で用いられるスケール防止剤は、排出水12中でカルシウムを含むスケールが析出することを防止するものである。以下では、「カルシウムスケール防止剤」と称する。
また、スケール防止剤13は、析出した結晶等の水中の粒子を分散させる(析出を防止する)機能も有する。本実施例で用いられるスケール防止剤は、排出水12中でカルシウムを含むスケールが析出することを防止するものである。以下では、「カルシウムスケール防止剤」と称する。
カルシウムスケール防止剤は、排出水中で石膏または炭酸カルシウムの結晶核生成を抑制するとともに、排出水中に含まれる石膏または炭酸カルシウムの結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケールなど)の表面に吸着して、石膏または炭酸カルシウムの結晶成長を抑制する機能を有するものである。あるいは、スケール防止剤は、析出した結晶などの排出水中の粒子を分散させる(析出を防止する)機能を有するタイプのものもある。
ここで、カルシウムスケール防止剤としては、ホスホン酸系スケール防止剤、ポリカルボン酸系スケール防止剤、及びこれらの混合物等がある。具体例としては、FLOCON285(商品名、BWA社製)が挙げられる。
また、排出水12中にMg2+が含まれる場合、排出水中でマグネシウムを含むスケール(例えば、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム)が析出することを防止するスケール防止剤を用いることができる。以下では、「マグネシウムスケール防止剤」と称する。
マグネシウムスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系スケール防止剤等がある。具体例としては、BWA社製「FLOCON295N(商品名)」が挙げられる。
マグネシウムスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系スケール防止剤等がある。具体例としては、BWA社製「FLOCON295N(商品名)」が挙げられる。
本実施例では、第1脱塩装置19Aの上流側の流路にスケール防止剤13を供給した後に、pH調整剤15を導入する第1pH調整部16Aが接続されている。
第1pH調整部16Aは、pH調整剤15が貯蔵されており、バルブV2を介して制御部52Aの制御により供給される。
第1pH調整部16Aからは、pH調整剤15として、酸(例えば硫酸)又はアルカリ剤(例えば水酸化カルシウムや水酸化ナトリウム)が供給される。
ここで、図7〜図9を参照して、排出水12中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。
図7は、石膏析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。図8は、炭酸カルシウム析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。図9は、シリカ析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。これらの図において、横軸はpH、縦軸はそれぞれ、石膏、炭酸カルシウム及びシリカの析出量(mol)である。シミュレーションはOLI社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が0.1mol/Lずつ混合され、酸としてH2SO4、アルカリとしてCa(OH)2が添加される条件で行った。
図7は、石膏析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。図8は、炭酸カルシウム析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。図9は、シリカ析出量のpH依存性のシミュレーション結果である。これらの図において、横軸はpH、縦軸はそれぞれ、石膏、炭酸カルシウム及びシリカの析出量(mol)である。シミュレーションはOLI社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が0.1mol/Lずつ混合され、酸としてH2SO4、アルカリとしてCa(OH)2が添加される条件で行った。
図7より、石膏析出のpH依存性はなく、全pH領域で析出することが理解できる。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されると、高pH領域では石膏は水中に溶解した状態で存在する。図8より、炭酸カルシウムはpH5を超えると析出する。図9より、シリカはpH10以上となると水中に溶解する傾向がある。
よって、排出水12中の石膏(硫酸カルシウム)、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を考慮して、以下のような第1〜第3のpH調整を行うようにしている。
1)第1pH調整(pH10以上)
第1pH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が10以上の所定のpHとなるように制御する。
これは、図9に示すように、シリカはpH10以上となると溶解することとなるからである。
この第1pH調整の場合には、逆浸透膜19aにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムの付着を抑制する量のスケール防止剤(カルシウムスケール防止剤)13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
第1pH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が10以上の所定のpHとなるように制御する。
これは、図9に示すように、シリカはpH10以上となると溶解することとなるからである。
この第1pH調整の場合には、逆浸透膜19aにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムの付着を抑制する量のスケール防止剤(カルシウムスケール防止剤)13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
2)第2のpH調整(pH10以下)
第2のpH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が10以下の所定のpHとなるように制御する。
これは、図9に示すように、シリカはpH10以下となると析出することとなるからである。
この第2のpH調整の場合には、逆浸透膜19aにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムとシリカとなり、これら全ての付着を抑制する量のスケール防止剤13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
第2のpH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が10以下の所定のpHとなるように制御する。
これは、図9に示すように、シリカはpH10以下となると析出することとなるからである。
この第2のpH調整の場合には、逆浸透膜19aにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムとシリカとなり、これら全ての付着を抑制する量のスケール防止剤13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
具体例としては、シリカスケール防止剤として「FLOCON260(商品名、BWA社製)」が挙げられる。また、カルシウムスケール防止剤として、「FLOCON285(商品名、BWA社製)」が挙げられる。
3)第3のpH調整(pH6.5以下)
第3のpH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が6.5以下の所定のpHとなるように制御する。
これは、図8に示すように、炭酸カルシウムはpH6.5以下となると溶解することとなるからである。
この第3のpH調整の場合には、逆浸透膜19aに付着する物質としては石膏とシリカの付着を抑制する量のスケール防止剤(カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤)13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
第3のpH調整は、排水中12のpHを第1脱塩装置19Aの前流側で、pH計55Aで計測し、pHの値が6.5以下の所定のpHとなるように制御する。
これは、図8に示すように、炭酸カルシウムはpH6.5以下となると溶解することとなるからである。
この第3のpH調整の場合には、逆浸透膜19aに付着する物質としては石膏とシリカの付着を抑制する量のスケール防止剤(カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤)13を第1スケール防止剤供給部14Aから供給される。
表1は、第1〜第3のpH調整をまとめたものである。
表1に示すように、pH10以上の場合には、石膏、炭酸カルシウムのスケールを抑制するために、スケール防止剤(カルシウムスケール防止剤)13が供給され(表中○)、シリカは溶解しているので、スケール防止剤の供給は不要となる(表中×)。
また、pH10以下で6.5以上の場合には、石膏、炭酸カルシウム、シリカの全てのスケールを抑制するために、スケール防止剤(カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤)13が供給される(表中○)。
また、pH6.5以下の場合には、石膏、シリカのスケールを抑制するために、スケール防止剤(カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤)13が供給される(表中○)、炭酸カルシウムは溶解しているので、カルシウムスケール防止剤の供給は、石膏のみのスケールを防止するだけでよいので、第2のpH調整の場合よりも少ない供給量となる(表中×)。
第1脱塩装置19Aで濃縮された後の第1濃縮水18A中のシリカ濃度が所定濃度以上となると、シリカスケール防止剤の能力に限界がある。そこで、シリカ濃度が所定濃度(例えば200mg/L)以下の場合には、第1及び第2及び第3のpH調整工程を実施するようにし、シリカ濃度が所定濃度(例えば200mg/L)以上の場合には、第1のpH調整工程(シリカ溶解)を実施するのが好ましい。
第1晶析部23Aは、第1晶析槽21A及び第1種結晶供給部22Aで構成される。第1種結晶供給部22Aが第1晶析槽21Aに接続される。第1種結晶供給部22Aは、種結晶として石膏種晶20aを貯蔵し、制御部53Aの制御によりバルブV3の開閉により、晶析槽21Aに石膏種晶20aを種結晶として供給している。
また、図2の冷却塔排出水の再生処理システム10Bに示すように、第1晶析槽21Aに供給する第1濃縮水18Aに、酸57を導入する酸調整部56が接続されるようにしても良い。酸57の導入は、第1晶析槽21Aに直接導入するようにしても良い。ここで、酸57は、例えば塩酸、硫酸、硝酸等を使用できる。特に硫酸は、晶析工程でSO4 2-として除去されて下流側の脱塩装置に到達するイオン量が低減できるため好ましい。
次に、冷却塔排出水の再生処理システム10Aの処理工程について図1を参照しつつ説明する。
<pH調整工程>
第1pH調整部16Aの制御部52Aは、第1脱塩装置19A入口での排出水12のpHを、シリカが被処理水中に溶解可能な値に管理する。
本処理工程では、前述した「第1pH調整」を適用した場合について説明する。具体的に、第1脱塩装置19Aに送給される排出水12のpHは10以上、好ましくは10.5以上、より好ましくは11以上に調整される。
pH計55Aは、第1脱塩装置19A入口での排出水12のpHを計測する。制御部52Aは、pH計55Aでの計測値が所定のpH管理値になるようにバルブV2の開度を調整し、第1pH調整部16Aのタンクからアルカリを排出水12に投入させる。
第1pH調整部16Aの制御部52Aは、第1脱塩装置19A入口での排出水12のpHを、シリカが被処理水中に溶解可能な値に管理する。
本処理工程では、前述した「第1pH調整」を適用した場合について説明する。具体的に、第1脱塩装置19Aに送給される排出水12のpHは10以上、好ましくは10.5以上、より好ましくは11以上に調整される。
pH計55Aは、第1脱塩装置19A入口での排出水12のpHを計測する。制御部52Aは、pH計55Aでの計測値が所定のpH管理値になるようにバルブV2の開度を調整し、第1pH調整部16Aのタンクからアルカリを排出水12に投入させる。
<第1脱塩工程>
第1脱塩装置19Aにおいて、pHが調整された排出水12が処理される。第1脱塩装置19Aが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は再生水17Aとして回収される。排出水12に含まれるイオン及びスケール防止剤13は、逆浸透膜19aを透過することができない。従って、逆浸透膜19aの非透過側はイオン濃度が高い濃縮水18Aとなる。例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、排出水は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水(第1濃縮水)とに分離される。
第1脱塩装置19Aにおいて、pHが調整された排出水12が処理される。第1脱塩装置19Aが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は再生水17Aとして回収される。排出水12に含まれるイオン及びスケール防止剤13は、逆浸透膜19aを透過することができない。従って、逆浸透膜19aの非透過側はイオン濃度が高い濃縮水18Aとなる。例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、排出水は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水(第1濃縮水)とに分離される。
第1脱塩工程により、図9に示すようにシリカは被処理水中に溶解した状態で、第1濃縮水18A中に含まれる。第1濃縮水18A中の石膏及び炭酸カルシウムは飽和濃度以上に濃縮されている場合でも、スケール防止剤13としてカルシウムスケール防止剤によりスケール発生が抑制されている。
排出水12にMg2+が含まれている場合、第1脱塩工程により第1濃縮水18A中に含まれるMg2+濃度が増加する。しかし、スケール防止剤13としてマグネシウムスケール防止剤により水酸化マグネシウムスケールの発生が抑制されている。
第1濃縮水18Aは、第1晶析部23Aに向かって送給される。
排出水12にMg2+が含まれている場合、第1脱塩工程により第1濃縮水18A中に含まれるMg2+濃度が増加する。しかし、スケール防止剤13としてマグネシウムスケール防止剤により水酸化マグネシウムスケールの発生が抑制されている。
第1濃縮水18Aは、第1晶析部23Aに向かって送給される。
<第1晶析工程>
第1脱塩装置19Aから排出された第1濃縮水18Aが、第1晶析部23Aの第1晶析槽21Aに貯留される。第1種結晶供給部22Aの制御部53Aは、バルブV3を開放し、第1種結晶供給部22Aのタンクから石膏の種結晶20aを第1晶析槽21A内の第1濃縮水18Aに添加する。
第1脱塩装置19Aからの第1濃縮水18AはpH10以上であるため、図7を参照するとカルシウムスケール防止剤存在下で石膏は溶解状態である。しかし、種結晶が十分に存在すると、スケール防止剤が存在していても種結晶を核として石膏が晶析する。図1の冷却塔排出水の再生処理システム10Aにおいては、結晶成長した大径(例えば粒径が10μm以上)の石膏20が第1晶析槽21A底部に沈殿する。沈殿した石膏20は第1晶析槽21A底部から排出される。
第1脱塩装置19Aから排出された第1濃縮水18Aが、第1晶析部23Aの第1晶析槽21Aに貯留される。第1種結晶供給部22Aの制御部53Aは、バルブV3を開放し、第1種結晶供給部22Aのタンクから石膏の種結晶20aを第1晶析槽21A内の第1濃縮水18Aに添加する。
第1脱塩装置19Aからの第1濃縮水18AはpH10以上であるため、図7を参照するとカルシウムスケール防止剤存在下で石膏は溶解状態である。しかし、種結晶が十分に存在すると、スケール防止剤が存在していても種結晶を核として石膏が晶析する。図1の冷却塔排出水の再生処理システム10Aにおいては、結晶成長した大径(例えば粒径が10μm以上)の石膏20が第1晶析槽21A底部に沈殿する。沈殿した石膏20は第1晶析槽21A底部から排出される。
一方、第1濃縮水18AのpHが10以上であれば、シリカは第1晶析槽21A内で第1濃縮水18A中に溶解状態で存在する。第1濃縮水18A中のシリカ濃度が飽和溶解度を超えた場合でも、シリカの種結晶は存在しないので、コロイド状などの小さい浮遊物として析出し、沈殿しにくい。
図8によればpH10以上で炭酸カルシウムは析出する傾向がある。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されているために、第1晶析槽21A内では炭酸カルシウムの析出は抑制されている。
図8によればpH10以上で炭酸カルシウムは析出する傾向がある。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されているために、第1晶析槽21A内では炭酸カルシウムの析出は抑制されている。
また、後述する実施例のように、上流側沈殿部や脱気部を設ける場合は、予め炭酸カルシウムの濃度が低減されている。この結果、第1晶析槽21Aでは炭酸カルシウムは石膏20の種結晶を核として晶析しにくいものとなる。
なお、石膏種晶20aが存在すればpHに依存することなく石膏20は晶析するが、晶析速度はpHが低い程速くなる。
図10は、石膏が過飽和状態にある模擬水(Ca2+,SO4 2-,Na+,Cl-を含む)に、スケール防止剤(FLOCON260)を添加した場合において、模擬水のpHを変えて石膏析出実験を行った結果である。実験条件は以下のとおりである。
ここで、模擬水の石膏過飽和度(25℃)は460%とした。スケール防止剤添加量は2.1mg/Lとした。pHの条件は、pH6.5(条件1)、pH5.5(条件2)、pH4.0(条件3)、pH3.0(条件4)とした。種結晶添加量は0g/Lとした。
図10は、石膏が過飽和状態にある模擬水(Ca2+,SO4 2-,Na+,Cl-を含む)に、スケール防止剤(FLOCON260)を添加した場合において、模擬水のpHを変えて石膏析出実験を行った結果である。実験条件は以下のとおりである。
ここで、模擬水の石膏過飽和度(25℃)は460%とした。スケール防止剤添加量は2.1mg/Lとした。pHの条件は、pH6.5(条件1)、pH5.5(条件2)、pH4.0(条件3)、pH3.0(条件4)とした。種結晶添加量は0g/Lとした。
pH調整直後から2時間及び6時間経過後に、各条件で処理した模擬水中のCa濃度を、原子吸光分析装置(島津製作所製、AA−7000)を用いて計測し、過飽和度を算出した結果を図10に示す。同図において、縦軸は過飽和度(%)である。
図10によると、種結晶が無い条件でもpHを低くするほど晶析速度が大きくなる。このことから、種結晶が存在する場合では、条件1(pH6.5)でも石膏が晶析し、晶析速度の関係は図10のようにpHが低い方が、晶析速度が速くなることが理解できる。
被処理水中に炭酸イオンが含まれる場合は、pHが低い条件では化学式(1)のように炭酸イオンがCO2として被処理水から除去される。また、図8から理解できるように、pHが低い場合には炭酸カルシウムが溶解状態となる。
以上の結果から、pHが低い条件で第1晶析工程を行うと、炭酸カルシウムやシリカの含有量が低いために純度の高い石膏が晶析し、第1晶析槽21A底部から回収されることになる。
また、低いpHで第1晶析工程を行う場合には、第1晶析槽21A内または第1脱塩装置19Aと第1晶析槽21Aとの間の流路に、pH調整剤としての酸57を供給する酸供給部(図2参照)56が設置される。
また、低いpHで第1晶析工程を行う場合には、第1晶析槽21A内または第1脱塩装置19Aと第1晶析槽21Aとの間の流路に、pH調整剤としての酸57を供給する酸供給部(図2参照)56が設置される。
図2に示す実施例のように、酸57を添加する工程において、pHを所定値に調整して晶析工程で種晶石膏20aを添加することにより、含水率が低い高純度の石膏20を析出させることができる。
ここで、図12、13は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。図12は、条件として種結晶である種晶石膏20aを添加した場合の観察結果である。図13は、条件として種結晶である種晶石膏20aを添加しない場合の観察結果である。
図12に示すように、種晶石膏20aを添加した場合では、大きい石膏が析出した。一般に、析出した石膏が大きい程含水率が低くなる。平均粒径が10μm以上、好ましくは20μm以上であれば、十分に含水率が低下した石膏が得られる。ここで、本発明における「平均粒径」とは、JlSZ8825で規定される方法(レーザ回折法)により計測される粒径である。
図12に示すように、種晶石膏20aを添加した場合では、大きい石膏が析出した。一般に、析出した石膏が大きい程含水率が低くなる。平均粒径が10μm以上、好ましくは20μm以上であれば、十分に含水率が低下した石膏が得られる。ここで、本発明における「平均粒径」とは、JlSZ8825で規定される方法(レーザ回折法)により計測される粒径である。
図12、13の結果から、酸57を添加してpHを所定値に調整して晶析工程で種結晶を添加することにより、含水率が低い高純度の石膏を析出させることができる。種結晶の添加量が多い(第1晶析槽21A内での種結晶濃度が高い)ほど、石膏20の析出速度が増大する。種結晶である種晶石膏20aの添加量は、第1晶析槽21A内での滞留時間及びスケール防止剤の濃度、pHに基づいて適宜設定される。
また、分離部である液体サイクロン31により、平均粒径10μm以上好ましくは20μm以上の石膏20が第1濃縮水18Aから分離される。分離部である液体サイクロン31に隣接される脱水装置32で回収された石膏20の一部が、図示しない種結晶循環部を経由して、第1種結晶供給部22Aに貯留され、回収された石膏20は、その一部が第1種結晶供給部22Aから第1晶析槽21Aに供給される。
ここで、第1種結晶供給部22Aにおいて、貯留された石膏20に酸処理が施される。脱水装置32で分離された石膏20にはスケール防止剤13が付着している場合には、酸処理により付着スケール防止剤の機能が低減される。ここで用いられる酸の種類は特に限定されないが、第2脱塩装置19Bでの動力低減を考慮すると硫酸が最適である。
第1晶析槽21Aで晶析する石膏は幅広い粒径分布を有するが、液体サイクロン31で10μm以上の石膏20を第1濃縮水18Aから分離回収するので、大きい石膏を種結晶として利用できる。大きい種結晶を入れれば、大きい石膏を多く晶析させることができる。つまり、高品質の石膏を高い回収率で得ることが可能となる。また、大きい石膏は液体サイクロン31での分離が容易となり、液体サイクロン31を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。大きい石膏は脱水装置32での脱水が容易となり脱水装置32を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。
一方で、水処理過程でpHを変動させるには多量の薬品(酸及びアルカリ)を供給する必要がある。酸及びアルカリを使用することは、第1晶析部23Aの下流側に搬送されるイオン量が増大することに繋がり、下流側の脱塩装置(図1では第2脱塩装置19B)の動力が増大する原因となる。運転コストの観点からは、第1脱塩工程と第1晶析工程とでpHを変動させない方が有利である。
石膏の晶析速度は種結晶の投入量に依存する。
図11は、模擬水にカルシウムスケール防止剤(FLOCON285(商品名、BWA社製))を添加した場合において、種結晶の添加量を変えて石膏析出実験を行った結果である。先の試験例の条件3のようにpHを4.0として、種結晶として石膏を以下の添加量とした以外は、図10の実験条件と同じとした。
種結晶添加量:0g/L(条件5)、3g/L(条件6)、6g/L(条件7)。
図11は、模擬水にカルシウムスケール防止剤(FLOCON285(商品名、BWA社製))を添加した場合において、種結晶の添加量を変えて石膏析出実験を行った結果である。先の試験例の条件3のようにpHを4.0として、種結晶として石膏を以下の添加量とした以外は、図10の実験条件と同じとした。
種結晶添加量:0g/L(条件5)、3g/L(条件6)、6g/L(条件7)。
pH調整直後から2時間経過後に、各条件で処理した模擬水中のCa濃度を図10と同様の手法で計測した。図11において、縦軸は過飽和度(%)である。
図11の結果より、種結晶を添加していない条件5では過飽和度が215%であったが、種結晶濃度が増大するに従って、過飽和度が199%(条件6)、176%(条件7)と低下しており、石膏析出速度が増大することが理解できる。pHが高い条件でも、同様に種結晶投入量が多い程石膏析出速度が増大する傾向がある。
<下流側脱塩工程>
石膏20を分離した第1濃縮水18Aは、下流側の第2の脱塩装置19Bに送給される。下流側の第2の脱塩装置19Bを通過した水は、再生水17Bとして回収される。第2の脱塩装置19Aの濃縮水18Bは系外に排出される。第2脱塩装置19Bが設置されると、第1脱塩装置19Aで処理された後、石膏20を除去した第1濃縮水18Aから更に再生水17Bを回収することができるので、第1再生水17Aと第2の再生水17Bとの合算量となり再生水17の水回収率が向上する。なお、スケールの付着防止のためにスケール防止剤13を第2スケール防止供給部14Bから供給し、その際のpHの調整は第2pH調整部16Bにより制御し、制御方法は、第1スケール防止供給部14A及び第1pH調整部16Aと同様に操作される。
石膏20を分離した第1濃縮水18Aは、下流側の第2の脱塩装置19Bに送給される。下流側の第2の脱塩装置19Bを通過した水は、再生水17Bとして回収される。第2の脱塩装置19Aの濃縮水18Bは系外に排出される。第2脱塩装置19Bが設置されると、第1脱塩装置19Aで処理された後、石膏20を除去した第1濃縮水18Aから更に再生水17Bを回収することができるので、第1再生水17Aと第2の再生水17Bとの合算量となり再生水17の水回収率が向上する。なお、スケールの付着防止のためにスケール防止剤13を第2スケール防止供給部14Bから供給し、その際のpHの調整は第2pH調整部16Bにより制御し、制御方法は、第1スケール防止供給部14A及び第1pH調整部16Aと同様に操作される。
本実施例の冷却塔排出水の再生処理システム10A、10Bでは、第1脱塩装置19Aでイオンが濃縮されているが、第1晶析部23Aで石膏20が除去されている。このため、下流側の第2の脱塩装置19Bに流入する第1濃縮水18Aは処理前よりもイオン濃度が低減されている。このため、下流に位置する第2脱塩装置19Bでの浸透圧が低くなり、必要な動力が低減される。
また、冷却塔排出水12中の炭酸イオンを除去するために、図3に示す冷却塔排出水の再生処理システム10Cのように、第1スケール防止剤供給部14Aの前流側において、炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部である脱気部61が設けられていても良い。脱気部61は具体的に、二酸化炭素を気散する充填剤を備える脱気塔、または、分離膜である。
図3の冷却塔排出水の再生処理システム10Cでは、脱気部61に流入する前の排出水12が、低pHに調整される。排出水12中の炭酸は、そのpHに応じて化学式(1)に示す平衡状態となっている。
pHが6.5以下と低い場合には、排出水12中では主としてHCO3 −及びCO2の状態で存在する。CO2を含んだ排出水12が脱気部61に流入する。CO2は、脱気部61において排出水12から除去される。この脱気工程により、炭酸イオン濃度が低減された排出水12後に、スケール防止剤13を供給する第1スケール防止剤供給部14Aに送給される。この際、pHは6.5以下となっているので、前述したpH調整は第3のpH調整(pH6.5以下)とすることが好ましいものとなる。
pHが6.5以下と低い場合には、排出水12中では主としてHCO3 −及びCO2の状態で存在する。CO2を含んだ排出水12が脱気部61に流入する。CO2は、脱気部61において排出水12から除去される。この脱気工程により、炭酸イオン濃度が低減された排出水12後に、スケール防止剤13を供給する第1スケール防止剤供給部14Aに送給される。この際、pHは6.5以下となっているので、前述したpH調整は第3のpH調整(pH6.5以下)とすることが好ましいものとなる。
本実施例で、得られた再生水17(17A、17B)は、冷却塔11の補給水とすることができる。
また、補給水以外に、例えば発電設備であれば、その他の冷却設備用冷却水補給水、脱硫装置補給水、ボイラ補給水、雑用水等に用いるようにしてもよい。
また、補給水以外に、例えば発電設備であれば、その他の冷却設備用冷却水補給水、脱硫装置補給水、ボイラ補給水、雑用水等に用いるようにしてもよい。
次に、実施例2に係る冷却塔排出水の再生処理システムについて説明する。図4は、本実施例に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図4に示すように、冷却塔排出水の再生処理システム10Dは、図1に示す実施例1において、さらに前処理として、排出水12中の炭酸イオンを脱気する脱気部61と、イオンを沈殿させる第1添加部62Aを備える第1沈殿部63A及び第1ろ過装置64Aを備える。また、第1及び第2晶析部23A、23Bの後流側にも、イオンを沈殿させる第2及び第3添加部62B、62Cを備える第2及び第3沈殿部63B、63C、第2及び第3ろ過装置64B、64Cを備える。
また、脱塩処理部として、第1脱塩装置19A、第2脱塩装置19B及び第3脱塩装置19Cと3段階の脱塩処理をして、再生水17(17A、17B、17C)の生産量の増大を図っている。
なお、実施例1と同様に、第1及び第2晶析部23A、23Bには、第1種結晶供給部22A及び第1の制御部53A、第2種結晶供給部22B及び第2の制御部53Bが備えられている。また、第2脱塩装置19Bの上流側においては、スケール防止剤13を供給する第2スケール防止剤供給部14B及びその制御装置51B、pH調整剤を供給する第2pH調整部16Bの第2制御部52B、第2pH計55Bが設けられている。
また、脱塩処理部として、第1脱塩装置19A、第2脱塩装置19B及び第3脱塩装置19Cと3段階の脱塩処理をして、再生水17(17A、17B、17C)の生産量の増大を図っている。
なお、実施例1と同様に、第1及び第2晶析部23A、23Bには、第1種結晶供給部22A及び第1の制御部53A、第2種結晶供給部22B及び第2の制御部53Bが備えられている。また、第2脱塩装置19Bの上流側においては、スケール防止剤13を供給する第2スケール防止剤供給部14B及びその制御装置51B、pH調整剤を供給する第2pH調整部16Bの第2制御部52B、第2pH計55Bが設けられている。
<第1上流側沈殿工程>
第1沈殿部63Aにおいて、Ca2+及び炭酸イオンは炭酸カルシウムとして予め被処理水から粗除去される。
被処理水にCa2+以外の金属イオンが含まれる場合は、第1沈殿部63Aにおいて水への溶解性が低い水酸化物を形成する金属イオンが、金属水酸化物として予め被処理水から粗除去される。
第1沈殿部63Aで被処理水にCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(三菱重工メカトロシステムズ(株)製、商品名:ヒシフロックH305)が投入され、第1沈殿部63A内のpHは4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。
第1沈殿部63Aにおいて、Ca2+及び炭酸イオンは炭酸カルシウムとして予め被処理水から粗除去される。
被処理水にCa2+以外の金属イオンが含まれる場合は、第1沈殿部63Aにおいて水への溶解性が低い水酸化物を形成する金属イオンが、金属水酸化物として予め被処理水から粗除去される。
第1沈殿部63Aで被処理水にCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(三菱重工メカトロシステムズ(株)製、商品名:ヒシフロックH305)が投入され、第1沈殿部63A内のpHは4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。
図8に示すように、このpH領域では炭酸カルシウムの溶解度は低い。炭酸カルシウムが過飽和となると、炭酸カルシウムが析出して第1沈殿部63Aの底部に沈殿する。
金属水酸化物の溶解度はpHに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のpH領域では多くの金属水酸化物の溶解度が低くなる。上記pH領域では水への溶解度が低い金属水酸化物は第1沈殿部63A内で析出し、第1沈殿部63Aの底部に沈殿する。
沈殿した炭酸カルシウム及び金属水酸化物は第1沈殿部63Aの底部から排出される。
金属水酸化物の溶解度はpHに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のpH領域では多くの金属水酸化物の溶解度が低くなる。上記pH領域では水への溶解度が低い金属水酸化物は第1沈殿部63A内で析出し、第1沈殿部63Aの底部に沈殿する。
沈殿した炭酸カルシウム及び金属水酸化物は第1沈殿部63Aの底部から排出される。
Mg2+は水に対して難溶性の塩を形成するため、スケールとして析出しやすい成分である。Mg(OH)2はpH10以上で析出する。
本実施例の再生処理システムでMg2+を含む被処理水を処理する場合、第1沈殿部63Aでの被処理水のpHが、マグネシウム化合物(主として水酸化マグネシウム)が析出するpHに調整する。具体的には、排出水12のpHが10以上に調整される。こうすることにより、マグネシウム化合物が排出水12から析出し、第1沈殿部63Aの底部に沈殿して除去される。この結果、排出水12中のMg2+が粗除去され、Mg2+濃度が低減する。
上記の場合、第1沈殿部63Aから排出された後の排出水12が、上記のマグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整されることが好ましい。具体的には、沈殿させたpHが例えば10.5の場合、0.1−0.5程度低下させ、pH10以上に調整される。こうすることにより、溶解状態となり下流側の装置及び工程、特に第1脱塩装置19A及び第1脱塩工程でのスケール生成を防止することが可能となる。
本実施例の再生処理システムでMg2+を含む被処理水を処理する場合、第1沈殿部63Aでの被処理水のpHが、マグネシウム化合物(主として水酸化マグネシウム)が析出するpHに調整する。具体的には、排出水12のpHが10以上に調整される。こうすることにより、マグネシウム化合物が排出水12から析出し、第1沈殿部63Aの底部に沈殿して除去される。この結果、排出水12中のMg2+が粗除去され、Mg2+濃度が低減する。
上記の場合、第1沈殿部63Aから排出された後の排出水12が、上記のマグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整されることが好ましい。具体的には、沈殿させたpHが例えば10.5の場合、0.1−0.5程度低下させ、pH10以上に調整される。こうすることにより、溶解状態となり下流側の装置及び工程、特に第1脱塩装置19A及び第1脱塩工程でのスケール生成を防止することが可能となる。
第1沈殿部63Aを複数段設ける場合は、被処理水中のMg2+を確実に除去して、下流側に送給される被処理水中のMg2+濃度を低減させることができる。
被処理水である第1沈殿部63A内の上澄み液が沈殿槽から排出される。排出された排出水12に対しFeCl3が添加され、上澄み液中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がFe(OH)3と凝集する。
排出水12は第1ろ過装置64Aに送給される。第1ろ過装置64AによりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
排出水12は第1ろ過装置64Aに送給される。第1ろ過装置64AによりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
本実施例では、排出水12中の炭酸イオン及び炭酸カルシウムを除去することとなるので、実施例1に較べて除去された分だけ、スケール防止剤13の供給量の低減を図ることができる。
また、排出水12中のCaイオン濃度が高い場合には、第1ろ過装置64Aの下流であって最上流に位置する第1スケール防止剤供給部14A及び第1pH調整部16Aの上流にイオン交換装置(不図示)が設置されても良い。イオン交換装置は、例えばイオン交換樹脂塔、イオン交換膜装置である。
また、本実施例では、第1晶析部23Aの下流側に、さらに沈殿工程を備えている。
<第1沈殿工程>
第1晶析部23Aの上澄み液である第1濃縮水18Aは、第2沈殿部63Bに送給される。第2沈殿部63Bにおいて、晶析工程後の第1濃縮水18AにCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(ヒシフロックH305)が投入され、第2沈殿部63B内のpHが4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。第2沈殿部63B内で、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が沈殿し、第1濃縮水18Aから除去される。沈殿した炭酸カルシウム及び水への溶解性が低い金属水酸化物は、第2沈殿部63Bの底部から排出される。
第1晶析部23Aの上澄み液である第1濃縮水18Aは、第2沈殿部63Bに送給される。第2沈殿部63Bにおいて、晶析工程後の第1濃縮水18AにCa(OH)2及びアニオン系ポリマー(ヒシフロックH305)が投入され、第2沈殿部63B内のpHが4以上12以下、好ましくは8.5以上12以下に管理される。第2沈殿部63B内で、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が沈殿し、第1濃縮水18Aから除去される。沈殿した炭酸カルシウム及び水への溶解性が低い金属水酸化物は、第2沈殿部63Bの底部から排出される。
第2沈殿部63B内の上澄み液である第1濃縮水18Aが槽から排出される。排出された第1濃縮水18Aに対しFeCl3が添加され、第1濃縮水18Aは被処理水中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がFe(OH)3と凝集する。
被処理水は第2ろ過装置64Bに送給される。第2ろ過装置64BによりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
被処理水は第2ろ過装置64Bに送給される。第2ろ過装置64BによりFe(OH)3により凝集した固形分が除去される。
第1晶析部23Aの上澄み液である第1濃縮水18A中のシリカは、第1沈殿工程で第1濃縮水18Aから除去されても良いし、除去されないで下流側に送給されても良い。
第1沈殿工程でシリカを除去するか否かは、被処理水や第1濃縮水18Aの性状に応じて決定される。
第1沈殿工程でシリカを除去するか否かは、被処理水や第1濃縮水18Aの性状に応じて決定される。
シリカを除去しない場合は、第2沈殿部63Bにシリカの析出物の循環及びシリカの析出助剤は供給しないで第1沈殿工程を実施する。この場合、シリカは下流側に位置する脱塩装置(第2脱塩装置19Bや第3脱塩装置19C)において、再生水17B、17Cと分離される。
シリカを除去する場合は、不図示の供給部からシリカの析出物の循環及びシリカの析出助剤の少なくとも一方が、第2沈殿部63B内の第1濃縮水18A中に供給される。
シリカの種結晶は、例えばシリカゲルであり、シリカの析出助剤は例えば硫酸マグネシウムである。シリカを除去する場合には、第2沈殿部63B内の第1濃縮水18AはpH8以上10以下に調整されることが好ましい。シリカの析出物の循環を用いた場合は、析出物の循環を核としてシリカが析出する。シリカの析出助剤としてMgSO4を用いた場合は、ケイ酸マグネシウムが析出する。析出したシリカやケイ酸マグネシウムは第2沈殿部63Bの底部に沈殿し、第2沈殿部63B底部から排出される。
シリカの種結晶は、例えばシリカゲルであり、シリカの析出助剤は例えば硫酸マグネシウムである。シリカを除去する場合には、第2沈殿部63B内の第1濃縮水18AはpH8以上10以下に調整されることが好ましい。シリカの析出物の循環を用いた場合は、析出物の循環を核としてシリカが析出する。シリカの析出助剤としてMgSO4を用いた場合は、ケイ酸マグネシウムが析出する。析出したシリカやケイ酸マグネシウムは第2沈殿部63Bの底部に沈殿し、第2沈殿部63B底部から排出される。
排出水にMg2+が含まれる場合は、第1沈殿工程において第1濃縮水18A中のMg2+とシリカとが反応して析出する。第2沈殿部63B内の第1濃縮水18A中のMg2+の含有量とシリカの含有量とのバランスに応じて、シリカ及びMg2+除去の工程が異なる。
第1沈殿工程での第1濃縮水18Aが、シリカ含有量に対してMg2+濃度が低い場合には、Mg2+はシリカとの析出に消費される。Mg2+との析出に消費されない余剰のシリカを除去するために、シリカの析出助剤として硫酸マグネシウムが供給される。シリカの析出助剤の供給量は、第1沈殿工程でのシリカの含有量及びMg2+の含有量に応じて、上記余剰のシリカが消費される分だけ供給される。
第1沈殿工程での第1濃縮水18Aが、シリカ含有量に対してMg2+濃度が高い場合には、Mg2+とシリカとの析出の結果Mg2+が残留する。残留するMg2+濃度が高い状態で第2沈殿部63Bから第1濃縮水18Aが排出されると、後段の脱塩装置(図4では第2脱塩装置19B、最下流の第3沈殿部63Cの場合は第3脱塩装置19C)でMgを含むスケールが析出するおそれがある。
そこで、第1晶析槽21A内の第1濃縮水18Aが、マグネシウム化合物(主として水酸化マグネシウム)が析出可能な値に調整される。こうすることにより、第1晶析槽21A内でマグネシウム化合物が沈殿し、第1晶析槽21A内のMg2+濃度を低減させる。更に、第1沈殿工程の後で、第2沈殿部63Bから排出された第1濃縮水18Aが、マグネシウム化合物が溶解可能なpHに調整される。具体的に、pH10以上、好ましくはpH10.5以上、より好ましくはpH11以上である。こうすることにより、脱塩装置でのMgを含むスケールの析出を抑制することができる。
多段で処理を実施する場合は、前段の第2沈殿部63Bの第2ろ過装置64Bを通過した第1濃縮水18Aが、後段の水処理部に流入する。後段の水処理部において、上述した第1スケール防止剤供給工程〜第1沈殿工程が実施される。
<晶析工程>
晶析工程は、実施例1と同様に実施される。
この際、第1晶析工程において、第1制御部53Aは、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲を格納している。具体的には、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲は、6.0以下、好ましくは5.5以下、より好ましくは4.0以下である。
晶析工程は、実施例1と同様に実施される。
この際、第1晶析工程において、第1制御部53Aは、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲を格納している。具体的には、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲は、6.0以下、好ましくは5.5以下、より好ましくは4.0以下である。
第1制御部53Aは、pH計測部の計測値と上記pH範囲とを比較する。第1制御部53Aは、計測値が上記pH範囲である場合には、バルブV3の開度を低減して石膏の種結晶20aの供給量を低減させる。第1制御部53Aは、計測値が上記pH範囲よりも高い場合に、バルブV3の開度を増大して石膏の種結晶の供給量を増大させる。
種結晶が存在すれば石膏は析出するが、カルシウムスケール防止剤が機能を発揮している場合は、晶析速度が遅くなる。このため、種結晶量を増大させて晶析を促進させる。一方、カルシウムスケール防止剤の機能が低減されている場合は、種結晶が少なくても十分な晶析速度が得られる。
このように、pHに応じて種結晶供給量を調整すれば、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
このように、pHに応じて種結晶供給量を調整すれば、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
本実施例では、連続運転時に定期的にpH計測することによって、間欠的に種結晶を供給することもできる。または、例えばシステムの試運転時にpHの経時変化を取得しておき、取得した経時変化に基づいて、種結晶供給量を増減させても良い。
この晶析工程の制御は第2晶析部23Bでも同様に実施されるようにしても良い。
図14を用いて、第1晶析槽21Aへの種結晶供給量が制御される構成を説明する。図14は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図14では、第1分離部である液体サイクロン31の底部に沈降した石膏20の一部が、第1晶析槽21Aに直接供給されるように搬送する第1循環ライン101が設置される。また、脱水装置32で脱水された後の石膏20の一部が、第1晶析槽21Aに直接供給されるように搬送する第2循環ライン102が設置される。第1循環ライン101にバルブV8が設置され、第2循環ライン102にバルブV9が設置される。なお、実施例では、第1循環ライン101及び第2循環ライン102のいずれか一方が設置される構成でも良い。第1濃縮水18Aには酸供給部56から制御部58Aの制御によりバルブV7を開閉して酸57が供給される。また、制御部110が、第1pH計測部59A、バルブV8、及び、バルブV9に接続する。
本実施例に係る種結晶供給量の制御は、以下の工程で実施される。以下では、連続運転時に種結晶供給量を常時制御する場合を例に挙げて説明する。
第1pH計測部59Aは、第1晶析槽21A内の第1濃縮水18AのpHを計測する。計測されたpHの値は、制御部110に送信される。
制御部110は、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲を格納している。制御部110は、第1pH計測部59Aの計測値と上記pH範囲とを比較し、バルブV8及びバルブV9の開度を調整する。
第1pH計測部59Aは、第1晶析槽21A内の第1濃縮水18AのpHを計測する。計測されたpHの値は、制御部110に送信される。
制御部110は、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるpH範囲を格納している。制御部110は、第1pH計測部59Aの計測値と上記pH範囲とを比較し、バルブV8及びバルブV9の開度を調整する。
本実施例では、第1晶析槽21Aに第1晶析槽21A内の第1濃縮水18A中の石膏種結晶濃度を計測する種結晶濃度計測部(不図示)が設置されても良い。種結晶濃度計測部は、第1晶析槽21A内の種結晶濃度を計測する。計測された濃度の値は、第1制御部53Aまたは制御部110に送信される。制御部53Aまたは制御部110は種結晶濃度の閾値を格納しており、種結晶濃度が閾値以下となった場合に、種結晶供給量を増大させる。
また、本実施例の変形例として、第1晶析槽21Aの下流側であって第2沈殿部63Bの上流側に、第1濃度計測部(不図示)が設置される。第1分離部の液体サイクロン31を設ける場合は、第1濃度計測部は、液体サイクロン31の下流側に設置されることが好ましいが、液体サイクロン31の上流側でも良い。第1濃度計測部は、制御部53Aまたは制御部110に接続される。
第2晶析部23Bの場合は、第1濃度計測部に代えて同様な構成の第2濃度計測部が設置される。
第2晶析部23Bの場合は、第1濃度計測部に代えて同様な構成の第2濃度計測部が設置される。
第1濃度計測部は、第1晶析槽21Aから排出される第1濃縮水中のカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方を計測する。計測された濃度は、制御部53Aまたは制御部110に送信される。
第1濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度は、第1晶析槽21A内での晶析速度に依存する。同じ滞留時間である場合には、カルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度が低い程、晶析速度が速くなる。
第1制御部53A及び制御部110は、カルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方の閾値を格納する。
第1制御部53Aは、第1濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値以上になる場合に、バルブV3の開度を増大して種結晶の供給量を増大させる。第1制御部53Aは、第1濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値未満である場合に、バルブV3の開度を低減して種結晶の供給量を低減させる。
制御部110は、第1濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値以上になる場合に、バルブV8及びバルブV9の開度を増大して種結晶の供給量を増大させる。第1制御部53Aは、第1濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値未満である場合に、バルブV8及びバルブV9の開度を低減して種結晶の供給量を低減させる。
第2晶析部23Bの場合も、上記と同様の工程で種結晶の供給量が制御される。
このように晶析工程後のカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方により種結晶の供給量を制御すると、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
このように晶析工程後のカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方により種結晶の供給量を制御すると、種結晶使用量を低減させることが可能となる。
次に、図15を用いて第1晶析工程の下流側での石膏の分離の他の実施例を説明する。図15は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図15に示すように、一つの第1晶析部23Aに対して、第1濃縮水18Aの流通方向に複数の分級機(例えば液体サイクロン31A、31B)を備える。図15では2つの第1及び第2分級機31A、31Bが設置されている。最上流に位置する第1分級機31Aと、下流側に位置する第2分級機31Bとは、分離する石膏20の大きさが異なる。本実施例では、第2分級機31Bで分離される石膏20の大きさは、第1分級機31Aで分離される石膏よりも小さい。例えば、第1分級機31Aは平均粒径10μm以上の粒子を分離する分級機とされ、第2分級機31Bは平均粒径5μm以上の粒子を分離する分級機とされる。
第1分級機が3つ以上設置される場合は、各分級機で分離される石膏の大きさが、上流側から下流側に向かって順に小さくなるように設計される。第1濃縮水18Aの流通方向の第1分級機の設置数や、各分級機で分離できる固形物の粒径は、水回収率、石膏回収率、処理コスト等を考慮して適宜設定される。
図15に示す再生処理システム200では、第1分離工程において以下の処理が実施される。
最上流に位置する第1分級機31Aでは、平均粒径10μm以上の石膏20が分級され、第1分級機31Aの底部に沈降する。沈降した石膏20は、第1分級機31Aから排出され、脱水装置32に送給される。第1分級機31Aの上澄み液は、下流側の第2分級機31Bに送給される。この上澄み液には、主として粒径10μm未満である粒子(石膏、炭酸カルシウム、シリカ等)が含まれている。
最上流に位置する第1分級機31Aでは、平均粒径10μm以上の石膏20が分級され、第1分級機31Aの底部に沈降する。沈降した石膏20は、第1分級機31Aから排出され、脱水装置32に送給される。第1分級機31Aの上澄み液は、下流側の第2分級機31Bに送給される。この上澄み液には、主として粒径10μm未満である粒子(石膏、炭酸カルシウム、シリカ等)が含まれている。
下流側に位置する第2分級機31Bでは、平均粒径5μm以上の石膏20が分級され、第2分級機31Bの底部に沈降する。第1分級機31Bの上澄み液(第1濃縮水18A)は、第2沈殿部63Bに送給される。
第2分級機31Bで沈降した石膏20は、第2分級機31Bの底部から排出される。排出された石膏20は、固形物循環ライン201を通じて第1晶析槽21Aに送給され、第1晶析槽21A内の第1濃縮水18A中に供給される。
循環された石膏20は、第1晶析槽21A内で種結晶として機能し、循環された石膏は晶析により結晶成長する。平均粒径10μm以上に結晶成長した循環石膏は、第1濃縮水とともに第1晶析槽21Aから第1分級機31Aに送給され、第1分級機31Aにより第1濃縮水18Aから分離され、脱水装置32に搬送される。
循環された石膏20は、第1晶析槽21A内で種結晶として機能し、循環された石膏は晶析により結晶成長する。平均粒径10μm以上に結晶成長した循環石膏は、第1濃縮水とともに第1晶析槽21Aから第1分級機31Aに送給され、第1分級機31Aにより第1濃縮水18Aから分離され、脱水装置32に搬送される。
第2分級機31Bの上澄み液には、粒径5μm未満、例えば粒径2〜3μm程度の比較的小径の粒子が含まれている。特に再生処理システムの運転初期(立ち上がり直後等)では第1晶析槽21Aで石膏が十分な大きさまで成長する前に第1晶析槽21Aから排出されてしまい、第2沈殿部63Bに流入する石膏量が多くなる。このような場合には、第2沈殿部63Bでの沈殿物に石膏が多量に含まれる。そこで、本実施例においては、第2沈殿部63Bの底部と第1晶析槽21Aとを連結する循環ライン202を設けて、第2沈殿部63Bの底部に沈殿した石膏20を含む固形物を、第1晶析槽21Aに循環させても良い。
本実施例によれば、第1分離部で回収される石膏量を増大させるとともに、回収される石膏の含水率を低下させることができる。本実施例の水処理工程及び再生処理システムを用いれば、下流側に流出する比較的小径の石膏粒子量を低減させることに繋がるので、水回収率を高めることができるほか、水処理に伴って生成する廃棄物の量を削減することができる。
<下流側脱塩工程>
第2脱塩装置19Bで分離された第2濃縮水18Bは、後流側の第2晶析部23Bで第1晶析部23Aと同様に処理される。そして、第2晶析部23Bの下流に位置する第3沈殿部63Cを通過した第2濃縮水18Bは、第3脱塩装置19Cに送給される。第3脱塩装置19Cを通過した水は、再生水17Cとして回収される。第3脱塩装置19Cの第3濃縮水18Cは系外に排出される。第3脱塩装置19Cが設置されると、第2脱塩装置19Bで処理された後の水から更に再生水17Cを回収することができるので、再生水17の水回収率がさらに向上する。
第2脱塩装置19Bで分離された第2濃縮水18Bは、後流側の第2晶析部23Bで第1晶析部23Aと同様に処理される。そして、第2晶析部23Bの下流に位置する第3沈殿部63Cを通過した第2濃縮水18Bは、第3脱塩装置19Cに送給される。第3脱塩装置19Cを通過した水は、再生水17Cとして回収される。第3脱塩装置19Cの第3濃縮水18Cは系外に排出される。第3脱塩装置19Cが設置されると、第2脱塩装置19Bで処理された後の水から更に再生水17Cを回収することができるので、再生水17の水回収率がさらに向上する。
第2脱塩装置19Bと第2晶析部23Bとの間に第2pH調整部である、酸57を導入する酸調整部56が接続されるようにしても良い。酸は、例えば塩酸、硫酸、硝酸等を使用できる。特に硫酸は、晶析工程でSO4 2−が石膏として除去されて下流側の脱塩装置に到達するイオン量が低減できるため好ましい。調整は図示しないpH計により低PH(好ましくはpH4以下)に制御されている。これにより、スケール防止剤13の無効化を図ることができる。
また、第2晶析部23Bによる第2晶析工程の後で、カルシウムスケール防止剤がその機能を発揮できるように第2濃縮水18BのpHが調整されても良い。具体的に、pHは4.0以上、好ましくは5.5以上、より好ましくは6.0以上にすることが好ましい。
これにより、スケール防止剤の有効化を図ることができる。このpH調整工程は、第1晶析工程の後であって第2脱塩工程の前、または、第2晶析工程の後であって下流側の第3脱塩工程の前で実施される。
これにより、スケール防止剤の有効化を図ることができる。このpH調整工程は、第1晶析工程の後であって第2脱塩工程の前、または、第2晶析工程の後であって下流側の第3脱塩工程の前で実施される。
本実施例の再生処理システムでは、第1脱塩装置19Aでイオンが濃縮されているが、第1晶析部23Aや第2沈殿部63Bなどで石膏、炭酸カルシウム、シリカ等が除去されている。このため、第2脱塩装置19Bに流入する水は処理前よりもイオン濃度が低減されている。このため、下流に位置する第2脱塩装置19Bや下流側の第3脱塩装置19Cでの浸透圧が低くなり、必要な動力が低減される。
また、図5に示すように、下流側の第3脱塩装置19Cの第3濃縮水18C側の下流に、無排水化装置70が設置されても良い。
無排水化装置70としては、濃縮水を排ガスの一部で噴霧乾燥する噴霧乾燥装置、排ガスの煙道に供給して排ガスの全量を用いて噴霧乾燥する乾燥手段、蒸発乾燥させる蒸発器、エバポレータ、蒸発池等を例示することができる。
無排水化装置70としては、濃縮水を排ガスの一部で噴霧乾燥する噴霧乾燥装置、排ガスの煙道に供給して排ガスの全量を用いて噴霧乾燥する乾燥手段、蒸発乾燥させる蒸発器、エバポレータ、蒸発池等を例示することができる。
蒸発器において濃縮水から水が蒸発され、濃縮水に含まれていたイオンが固体として析出し、固体として回収される。蒸発器の上流側で水が回収され濃縮水量が著しく減量されるため、蒸発器を小さくすることが出来、蒸発に必要なエネルギを小さくすることができる。
ここで、噴霧乾燥装置の一例を図6に示す。図6は、噴霧乾燥装置の概略図である。図6に示すように、本実施例の噴霧乾燥装置91は、噴霧乾燥装置本体91a内に、導入ラインL21を介して第3脱塩装置19Cから導入される第3濃縮水18Cを噴霧する噴霧ノズル92と、噴霧乾燥装置本体91aに設けられ、噴霧液を乾燥する排ガス90の一部を導入する導入口91bと、噴霧乾燥装置本体91a内に設けられ、排ガス90の一部により噴霧された第3濃縮水18Cを乾燥する乾燥領域93と、乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口91cとを具備するものである。なお、符号94は噴霧乾燥装置本体91aで分離された固形物、V11は排ガス供給弁及びV12は濃縮水供給弁を図示する。
ここで、噴霧乾燥装置91への導入する排ガス90の一部のガス量、第3濃縮水18Cの液噴霧量のバランスの一例を示す。
導入する排ガス90の一部のガス量を1000m3/Hあたり、第3濃縮水18Cの液量100kg/Hを噴霧ノズル92から噴霧すると、ガス温度は200℃低下する。
また、排ガス90中の水分濃度が10%増加する。例えば噴霧前の導入する排ガス90の一部のガス中の水分濃度が9%の場合、噴霧後の乾燥に寄与した排ガスのガス中の水分濃度が19%となり、約10%上昇する。
この200℃のガス温度の低下は、ボイラの煙道に備えた空気予熱器通過後の排ガスの温度と略同等となる。
導入する排ガス90の一部のガス量を1000m3/Hあたり、第3濃縮水18Cの液量100kg/Hを噴霧ノズル92から噴霧すると、ガス温度は200℃低下する。
また、排ガス90中の水分濃度が10%増加する。例えば噴霧前の導入する排ガス90の一部のガス中の水分濃度が9%の場合、噴霧後の乾燥に寄与した排ガスのガス中の水分濃度が19%となり、約10%上昇する。
この200℃のガス温度の低下は、ボイラの煙道に備えた空気予熱器通過後の排ガスの温度と略同等となる。
ただし、噴霧乾燥装置91への排ガス90の一部のバイパス量は、約5%程度であるため、バイパスした乾燥に寄与したガスが排ガスラインに戻った場合に、水分増加は10%/20=0.5%程度となる。
また、排ガスラインを通過する排ガスのガス温度は、空気予熱器で空気を余熱してボイラに供給するので、同様に200℃下げることとなるので、バイパスして戻ったときの温度差はないものとなる。すなわち、空気予熱器の入り口側のガス温度が350℃の場合、空気予熱器を通過して低下したガス温度と、分岐ラインL11と、ガス送給ラインL12を経由して噴霧乾燥装置91で乾燥に寄与した排ガスのガス温度は、同じく200℃低下するので、略同等の温度となる。
本実施例によれば、第3脱塩装置19Cから排出される第3濃縮水18Cを噴霧乾燥装置91の内部に噴霧ノズル92を介して導入し、噴霧液を排ガス90の一部の熱で乾燥するので、第3濃縮水19Cを工業排水処理設備で別途処理する必要がなくなり、プラントの冷却塔11内で発生する排出水12の無排水化を実現することができる。
10A〜10E 冷却塔排出水の再生処理システム
11 冷却塔
12 冷却塔排出水(排出水)
13 スケール防止剤
14A〜14B 第1〜第2スケール防止剤供給部
15 pH調整剤
16A〜16B 第1〜第2pH調整部
17(17A〜17C) 再生水
18(18A〜18C) 濃縮水
19A〜19C 第1〜3脱塩装置
20 石膏
21A〜21B 第1〜第2晶析槽
22A〜22B 第1〜第2種結晶供給部
23A〜23B 第1〜第2晶析部
11 冷却塔
12 冷却塔排出水(排出水)
13 スケール防止剤
14A〜14B 第1〜第2スケール防止剤供給部
15 pH調整剤
16A〜16B 第1〜第2pH調整部
17(17A〜17C) 再生水
18(18A〜18C) 濃縮水
19A〜19C 第1〜3脱塩装置
20 石膏
21A〜21B 第1〜第2晶析槽
22A〜22B 第1〜第2種結晶供給部
23A〜23B 第1〜第2晶析部
Claims (16)
- 少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第1スケール防止剤供給部と、
前記スケール防止剤が供給された被処理水のpHをpH調整剤により調整する第1pH調整部と、
前記第1pH調整部の下流側に設置され、前記被処理水中の塩分を除去し、第1再生水と第1濃縮水とに分離する第1脱塩装置と、
前記第1脱塩装置の下流側に設けられ、第1濃縮水から石膏を晶析させる第1晶析槽と、
前記第1晶析槽に石膏の種結晶を供給する第1種結晶供給部とを有する第1晶析部と、
前記第1晶析部の下流側に設けられ、第1濃縮水中の石膏を分離する第1分離部と、
石膏を分離した第1濃縮水中にスケール防止剤を供給する第2のスケール防止剤供給部と、
前記スケール防止剤が供給された第1濃縮水のpHを調整する第2のpH調整部と、
前記第2pH調整部の下流側に設置され、前記第1濃縮水中の塩分を除去し、第2の再生水と第2の濃縮水とに分離する第2の脱塩装置を有することを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記第2脱塩装置の下流側に設けられ、第2濃縮水から石膏を晶析させる第2晶析槽と、
前記第2晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2種結晶供給部とを有する第2晶析部とを備えることを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記第2脱塩装置の下流側に設けられ、第2濃縮水から石膏を晶析させる第2の晶析槽と、
前記第2の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給部とを有する第2晶析部と、
前記第2晶析部の下流側に設けられ、第2濃縮水中の石膏を分離する第2分離部と、
前記第2の濃縮水中の塩分を除去し、第3の再生水と第3濃縮水とに分離する第3脱塩装置を有することを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記第1のpH調整部又は第2のpH調整部により、pH10以上に調整する場合、第1又は第2スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記第1のpH調整部又は第2のpH調整部により、pH10以下に調整する場合、スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記第1又は第2のスケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿部又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理システム。 - 請求項1において、
前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理システム。 - 請求項1乃至7のいずれか一つの水処理システムを備えたことを特徴とする冷却設備。
- 請求項8の冷却設備を備えたことを特徴とする発電設備。
- 少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第1スケール防止剤供給工程と、
前記スケール防止剤が供給された排出水のpHをpH調整剤により調整する第1pH調整工程と、
前記第1pH調整工程の下流側に設置され、前記排出水中の塩分を除去し、第1再生水と第1濃縮水とに分離する第1脱塩処理工程と、
前記第1脱塩装置の下流側に設けられ、第1濃縮水から石膏を晶析させる第1晶析工程と、
前記第1晶析工程に石膏の種結晶を供給する第1種結晶供給工程と、
前記第1晶析工程の下流側に、第1濃縮水中の石膏を分離する第1分離工程と、
石膏を分離した第1濃縮水中にスケール防止剤を供給する第2のスケール防止剤供給工程と、
前記スケール防止剤が供給された第1濃縮水のpHを調整する第2のpH調整工程と、
前記第2pH調整工程の下流側に設置され、前記第1濃縮水中の塩分を除去し、第2の再生水と第2の濃縮水とに分離する第2の脱塩処理工程を有することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記第2の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第2の濃縮水から石膏を晶析させる第2の晶析工程と、
前記第2晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給工程を有することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記第2の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第2の濃縮水から石膏を晶析させる第2晶析工程と、
前記第2の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第2の種結晶供給工程と、
前記第2の晶析工程の下流側に、第2の濃縮水中の石膏を分離する第2分離工程と、
前記第2の濃縮水中の塩分を除去し、第3の再生水と第3の濃縮水とに分離する第3の脱塩処理工程とを有することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記第1又は第2のpH調整工程により、pH10以上に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記第1又は第2のpH調整工程により、pH10以下に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記第1又は第2のスケール防止剤供給工程の上流側に、前記排出水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿工程又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離工程のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理方法。 - 請求項10において、
前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理方法。
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