JP2003001273A - 高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法 - Google Patents

高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法

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JP2003001273A JP2001184325A JP2001184325A JP2003001273A JP 2003001273 A JP2003001273 A JP 2003001273A JP 2001184325 A JP2001184325 A JP 2001184325A JP 2001184325 A JP2001184325 A JP 2001184325A JP 2003001273 A JP2003001273 A JP 2003001273A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな中和設備を用い、低コストでア
ルカリ排水を中和処理できる高アルカリ排水の燃焼排ガ
スによる中和方法を提供すること。 【解決手段】 燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量のアル
カリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中
和に使用する槽1、2を2槽以上となし、1槽目でpH
9〜8.0まで中和し、2槽目以降においてpH8以下
まで中和する。これによって、pH8.0までは燃焼排
ガス中の炭酸ガス濃度が10容量%であっても溶解効率
が高く、2槽目以降においてpH8以下まで中和するた
め、中和槽が1槽の場合に比較して必要な燃焼排ガス量
を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、繊維染色、紙パ
ルプ、食品、リネンサプライ等の工場から排出される多
量の高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法で、詳
しくは、燃焼排ガス中の炭酸ガスを高アルカリ排水に効
率よく溶解、拡散させて低コストで中和する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】各種工場から排出される多量の高アルカ
リ排水は、一般に排水の水質規制に応じて硫酸等を注入
して中和処理を行うか、あるいは必要に応じて中和処理
を行ったのち、好気性あるいは嫌気性活性汚泥処理して
いる。中和処理では、pH10〜14の高アルカリ排水
に硫酸等を注入してpH6〜8の中性付近まで中和を行
っている。また、活性汚泥処理では、空気曝気を行って
好嫌気性菌によりBOD、CODの低減を図っている。
【0003】また、他の高アルカリ排水の中和処理方法
としては、炭酸ガスあるいは液化炭酸ガスを中和剤とし
て用いる方法、燃焼排ガス中に含有される炭酸ガスを中
和剤として用いる方法、硫酸ナトリウムを融解固化した
粉末状固体酸を中和剤として用いる方法、あるいは上記
中和剤を併用する方法等が提案されている。
【0004】例えば、アルカリ性の排水に燃焼炉の排ガ
スを吹込み、該排水中の水素イオン濃度(pH)を低減
せしめて、所定の水素イオン濃度に調整する方法(特開
昭61−227890号公報)、ボイラーからのアルカ
リ性ブロー排水に燃焼排ガスを混合して中和処理する方
法(特開昭59−80390号公報)、アルカリ性廃液
の噴流によって煙道ガスを同伴通路内に同伴し、次いで
反応槽内液中に微細な気泡として持込み、廃液中のアル
カリをガス中の亜硫酸ガスおよび炭酸ガスによって中和
する方法(特開昭55−1814号公報)、アルカリ廃
液に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスを反応させて水硫
化アルカリおよび炭酸アルカリを主成分とする溶液を回
収する方法(特開昭59−69192号公報)、アルカ
リ排水に液化炭酸ガスを直接混合して液−液反応によっ
て中和処理する方法(特開昭58−101788号公
報)、アルカリ性廃水に予め濃縮した炭酸ガスを飽和状
態になり得るように分散溶解させて弱酸性にして排水さ
せる方法(特開昭50−112272号公報)、螺旋状
パイプの一端からアルカリ性廃液を送入し、アルカリ性
廃液送入側から炭酸ガスを圧入して中和反応させる方法
(特開昭53−118278号公報)、流れつつあるア
ルカリ水流のpHを監視し、そのpHの信号に応じて比
例制御弁を作動させ、液体CO2流体の圧力を中間域の
圧力に減少させ、相当量のガス相を生成せしめてCO2
流体の密度を減少させてアルカリ水流中に注入する方法
(特開平3−89994号公報)等が提案されている。
【0005】また、高濃度のアルカリ溶液を塩酸、硫酸
などの強酸でpH11.5以下に第1次pH調整した
後、第1次処理をしたアルカリ溶液を炭酸ガスでpH7
程度に第2次pH調整する方法(特開昭62−2587
93号公報)、高アルカリ廃水に硫酸水素ナトリウムを
融解固化した粉末状固体酸を添加してpHを10〜11
の範囲に制御する第1次pH調整工程と、第1次pH調
整工程後の廃水を炭酸ガスもしくは炭酸水により中和処
理してpH7近傍に制御する第2次pH調整工程を順次
に施す方法(特開平6−91275号公報)等が提案さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記特開昭61−22
7890号公報、特開昭59−80390号公報、特開
昭55−1814号公報に開示の方法は、燃焼排ガス中
の炭酸ガスを中和剤として用い、エジェクター方式によ
り燃焼排ガスをアルカリ排水中に拡散して炭酸ガスを溶
解させ、あるいは1槽の中和槽へ燃焼排ガスを吹き込み
炭酸ガスを溶解させさせるが、燃焼排ガス中の炭酸ガス
が効率的に溶解せず、アルカリ排水あるいは燃焼排ガス
を循環させるか、多量の燃焼排ガス吹き込む必要が生
じ、中和設備が大型化し、中和コストが高くなるという
問題がある。
【0007】また、特開昭59−69192号公報、特
開昭58−101788号公報、特開昭50−1122
72号公報、特開昭53−118278号公報、特開平
3−89994号公報に開示の方法は、液化炭酸ガス、
純炭酸ガスを中和剤として用いるため、硫酸等の強酸に
よる中和に比べてコスト高であるが、取扱いが安全であ
るため、小容量の排水処理で実用化されている。しか
し、大容量の排水の中和処理では、液化炭酸ガス、純炭
酸ガスのコストが高く、経済面から実用的ではないとい
う問題がある。
【0008】さらに、特開昭62−258793号公
報、特開平6−91275号公報に開示の方法は、中和
剤として強酸と炭酸ガスあるいは粉末状固体酸と炭酸ガ
スを併用するものであるが、硫酸イオンによる生態系へ
の影響や、硫酸還元菌による硫化水素発生に伴う悪臭、
下水道管の腐食等の問題がある。
【0009】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、コンパクトな中和設備を用い、低コストでアルカ
リ排水を中和処理できる高アルカリ排水の燃焼排ガスに
よる中和方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の高ア
ルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法は、燃焼排ガス
中の炭酸ガスを大容量のアルカリ排水中へ溶解、拡散し
て中和する方法において、中和に使用する槽を2槽以上
となし、1槽目でpH9〜8.0まで中和し、2槽目以
降においてpH8以下まで中和することを特徴とする。
このように、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽
目でpH9〜8.0まで中和することによって、pH
8.0程度までは燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度が10容
量%前後であっても溶解効率が高いため、中和に使用す
る槽が1槽の場合に比較して必要な燃焼排ガス量を低減
することができる。
【0011】また、本発明の請求項2の高アルカリ排水
の燃焼排ガスによる中和方法は、燃焼排ガス中の炭酸ガ
スを大容量のアルカリ排水中へ溶解、拡散して中和する
方法において、中和に使用する槽を2槽以上となし、1
槽目で燃焼排ガスによりpH9〜8.0まで中和し、2
槽目以降を燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガス
によりpH8以下まで中和することを特徴とする。この
ように、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で
燃焼排ガスによりpH9〜8.0まで中和することによ
って、pH8.0程度までは燃焼排ガス中の炭酸ガスの
溶解効率が高いため、中和槽が1槽の場合に比較して必
要な燃焼排ガス量を低減することができる。また、2槽
目以降に燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスを
用いることによって、効率的に炭酸ガスを溶解でき、p
H8以下の低pHまでの中和が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】幅600mm、奥行き300m
m、高さ1000mm、容積180lの原水槽からpH
11.6〜12.8のアルカリ排水を42l/hrで、
幅600mm、奥行き300mm、高さ600mm、容
積108lの中和槽に連続供給しつつ、中和槽へ炭酸ガ
スと空気との混合ガス(CO2濃度:10%、20%、
30%)を中和槽底部に設置した水中散気装置(400
w、回転数1800rpm)を介して中和槽pH:7.
2、7.5、7.8、8.0、8.5、9.0となるよ
うに吹き込み、中和槽pHと水面から浮上するオフガス
中の炭酸ガス濃度および炭酸ガスが排水に溶解する比率
の関係を調査した。その結果を図1に示す。
【0013】図1に示すように、吹き込む混合ガス中の
炭酸ガス濃度が10%、20%、30%と変化しても、
オフガス中の炭酸ガス濃度は、中和槽pHに対しほぼ一
定であった。また、この実験中原水のpHは、11.6
〜12.8まで変動したが、オフガス中の炭酸ガス濃度
は変化しなかった。中和槽pHが8以上では、吹き込ん
だ炭酸ガスの70%以上が溶解するが、中和槽pHが8
以下では、吹き込んだ炭酸ガスの溶解効率が悪化(特
に、吹込みガス中のCO2濃度が低い場合)し、オフガ
ス中の炭酸ガス濃度が高くなることが確認された。つま
り、中和槽pHが低くなるほど、炭酸ガスが溶解する比
率が低下することも確認された。
【0014】以上の結果から、炭酸ガスによるpH低下
の原理は、水に溶解した炭酸ガスは水中でH2CO3、H
CO3 -、CO3 2-に変化して炭酸塩を形成し、炭酸塩水
溶液中では、下記に示す解離平衡が成立する。 CO2+H2O⇔H2CO3、H2CO3⇔H++HCO3 -
HCO3 -⇔H++CO3 2- 水のpHによって全炭酸中のH2CO3、HCO3 -、CO
3 2-の存在比率が決まっているので、溶解した炭酸ガス
のpH低下効果も異なる。
【0015】pH<4では、炭酸ガスは僅かに溶解し、
2CO3になるが、pH低下に寄与しない。4<pH<
9では、下記に示すように、溶解した炭酸ガスがH2
3となり、その一部が電離し、HCO3 -になって炭酸
ガス1モルにつき、1モルのH +を生じ、pH低下に寄
与する。 CO2+H2O⇔H2CO3⇔H+HCO3 - 水のpHが高いほど、HCO3 -となる比率が高くなり、
pH8では、溶解した炭酸ガスの98%が電離し、HC
3 -となる。pH>9では、下記に示すように、溶解し
た炭酸ガスが全て電離し、HCO3 -とCO3 2-になる。
特に、CO3 2-は、炭酸ガス1モルにつき、2モルのH+
を生じるので、pH低下の効率がよい。pHが高くなる
ほど、CO3 2-の比率が高くなる。 CO2+H2O⇔H2CO3⇔2H++CO3 2-
【0016】すなわち、pH<9となると、炭酸ガスを
アルカリ排水に吹き込んでも、オフガス中の炭酸ガス濃
度が高くなるのは、吹き込んだ炭酸ガスがpH低下に寄
与するCO3 2-、HCO3 -となる比率が下がり、H2CO
3⇔(CO2+H2O)となって、CO2(ガス)で排水か
ら逃げる比率が高くなるためである。
【0017】本願発明の基本技術思想は、中和に使用す
る槽を2槽以上となし、1槽目でpH9〜8.0まで中
和し、2槽目以降においてpH8以下まで中和すること
にある。すなわち、1槽目でpH9〜8.0まで中和す
るのは、pH8.0程度までは燃焼排ガス中の炭酸ガス
濃度に関係なく溶解効率が高く、中和槽が1槽の場合に
比較して必要な燃焼排ガス量を低減することができる。
中和に使用する槽としては、2槽目以降の槽として活性
汚泥処理装置の曝気槽を用いることもできる。
【0018】本発明の高アルカリ排水の燃焼排ガスによ
る中和方法について、実施例の系統図である図2〜4に
基づいて説明する。図2に示した請求項1に係る発明に
用いる装置は、2槽の中和槽1、2の前段の中和槽1へ
アルカリ排水3を連続送入し、pH8.5程度に中和し
た排水を後段の中和槽2へ流入させる。各中和槽1、2
の底部には、図示しない水中散気装置を設け、炭酸ガス
を10容量%前後含有する燃焼排ガス4を配管5により
導き、燃焼排ガス4の微細気泡を発生させ、アルカリ排
水3と燃焼排ガス4との気液接触を高めて炭酸ガスを効
率よく溶解拡散させる。後段の中和槽2でpH7.5程
度に中和された排水は、配管6により図示しない活性汚
泥処理装置の曝気槽に送られる。
【0019】図3に示した請求項2に係る発明に用いる
装置は、図2に示した請求項1に係る発明に用いる装置
と同様に、2槽の中和槽11、12の前段の中和槽11
へアルカリ排水13を連続送入し、pH8.5程度に中
和した排水を後段の中和槽12へ流入させる。各中和槽
11、12の底部には、図示しない水中散気装置を設け
ており、前段の中和槽11の図示しない水中散気装置に
は炭酸ガスを10容量%前後含有する燃焼排ガス14を
配管15により導く。また、後段の中和槽12の図示し
ない水中散気装置には燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を2
0〜50容量%に濃縮した濃縮ガス16を配管17によ
り導く。
【0020】そして、中和槽11では、燃焼排ガス14
の微細気泡を発生させ、後段の中和槽12では、燃焼排
ガス中の炭酸ガス濃度を20〜50容量%に濃縮した濃
縮ガス16の微細気泡を発生させ、アルカリ排水13と
燃焼排ガス14および燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を2
0〜50容量%に濃縮した濃縮ガス16との気液接触を
高めて炭酸ガスを効率よく溶解拡散させる。後段の中和
槽12でpH7.5程度に中和された排水は、配管18
により図示しない活性汚泥処理装置の曝気槽に送られ
る。
【0021】図4に示した装置は、中和に使用する槽を
中和槽1槽と曝気槽1槽とで構成したもので、1槽の中
和槽21へアルカリ排水22を連続送入し、pH8.5
程度に中和した排水を配管23を介して活性汚泥処理装
置の曝気槽24に導入し、曝気槽24で処理した処理水
は図示しない沈殿槽に送られる。中和槽21および曝気
槽24の底部には、図示しない水中散気装置を設けてお
り、中和槽21の図示しない水中散気装置には炭酸ガス
を10容量%前後含有する燃焼排ガス25を配管26に
より導く。また、曝気槽24の図示しない水中散気装置
には、燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を20〜50容量%
に濃縮した濃縮ガス27を配管28により導く。
【0022】そして、中和槽21では、燃焼排ガス25
の微細気泡を発生させ、曝気槽24では、燃焼排ガス中
の炭酸ガス濃度を20〜50容量%に濃縮した濃縮ガス
27の微細気泡を発生させ、アルカリ排水22と燃焼排
ガス25および燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を20〜5
0容量%に濃縮した濃縮ガス27との気液接触を高めて
炭酸ガスを効率よく溶解拡散させる。曝気槽24でpH
7.5程度に中和された排水は、図示しない沈殿槽に送
られる。なお、曝気槽24では、図示していないが、空
気曝気が行われていることは言うまでもない。
【0023】本願発明において用いる散気装置として
は、ガスを水中へ効率よく溶解、拡散させることのでき
る気液拡散装置で、散気ノズル、回転軸を兼用した通気
パイプを液中から液外まで延出して液外に設けた回転駆
動機により回転させる気液混合装置、あるいは液中回転
駆動機の回転軸に固定した羽根車の回転方向の背側に生
じる負圧中に炭酸ガス含有ガスと下方のアルカリ水を導
入し、羽根車の回転により発生する渦流と羽根車の剪断
力とによりガスの微細気泡を発生させ、アルカリ排水と
ガスとの気液接触を高めて炭酸ガスにより効率的に中和
する水中散気装置等を用いることができるが、水中散気
装置を用いるのが効果的である。
【0024】本願発明において用いる燃焼排ガスとして
は、炭酸ガスを10容量%前後含有するボイラー、加熱
炉等の燃焼排ガスで、機器腐食の原因となるSO2濃度
が低く、ダスト量も少ない脱硫処理後の燃焼排ガスを用
いるのが得策である。
【0025】本願発明において2槽目以降の中和に用い
るガスとしては、炭酸ガスを10容量%前後含有する燃
焼排ガスを濃縮処理し、炭酸ガス濃度を20〜50容量
%に濃縮したガスを用いるのが経済的である。
【0026】燃焼排ガス中の炭酸ガスの濃縮方法として
は、圧力変動吸着法、温度変動吸着法、膜分離法等があ
るが、炭酸ガス濃度を20〜50容量%に高めることが
できればよく、活性炭を吸着剤として充填した常温圧力
変動吸着法により濃縮するのが最も経済的である。
【0027】
【実施例】実施例1 試験装置は、幅600mm、奥行き300mm、高さ1
000mm、容量180lの原水槽、幅600mm、奥
行き300mm、高さ600mm、容量108lの中和
槽(2槽)、幅600mm、奥行き300mm、高さ1
000mm、容量720lの曝気槽(4槽)、直径70
0mm、円柱長さ400mm、円錘部長さ400mm、
容量205lの沈殿槽からなる。
【0028】染色工場から排出されるpH13のアルカ
リ排水を用い、燃焼排ガスとして同工場内のボイラーか
ら排出される炭酸ガス濃度10容量%の燃焼排ガスの一
部をブロアーで取出したものを用い、濃縮ガスとして
は、炭酸ガス濃度10容量%の燃焼排ガスを常温PSA
法を用いて炭酸ガスを30容量%に濃縮した濃縮ガスを
用いた。そして、燃焼排ガスまたは濃縮ガスを中和槽も
しくは曝気槽に設置した水中散気装置に送り込み、下記
の条件でアルカリ排水の中和処理を行った。そして、ア
ルカリ排水1m3を中和処理するに必要な燃焼排ガス量
(炭酸ガス濃度10容量%換算)を求めた。その結果を
表1に示す。
【0029】条件、燃焼排ガスにより中和槽1槽でp
H7.5まで中和 条件、燃焼排ガスにより中和槽1槽目でpH8.5、
中和槽2槽目でpH7.5まで中和 条件、中和槽1槽目で燃焼排ガスによりpH8.5、
中和槽2槽目で濃縮ガスによりpH7.5まで中和 条件、燃焼排ガスにより中和槽1槽目でpH8.5、
曝気槽で濃縮ガスによりpH8.0まで中和
【0030】
【表1】
【0031】表1に示すように、中和槽を2槽とした条
件では、中和槽1槽の条件の場合に比較し、アルカ
リ排水1m3を中和処理するに必要な燃焼排ガス量を
5.0Nm3低減することができた。また、中和槽を2
槽とし、前段の中和槽に燃焼排ガスを、後段の中和槽に
濃縮ガスを用いた条件では、中和槽1槽の条件の場
合に比較し、アルカリ排水1m3を中和処理するに必要
な燃焼排ガス量を8.7Nm3低減することができた。
さらに、中和槽1槽+曝気槽の条件では、中和槽1槽
の条件の場合に比較し、アルカリ排水1m3を中和処
理するに必要な燃焼排ガス量を3.3Nm3低減するこ
とができた。
【0032】また、活性汚泥処理装置の沈殿槽の排水の
BOD、COD値は、従来の硫酸中和時と同等の結果が
得られ、燃焼排ガスを用いたことによる活性汚泥菌の悪
影響がないことも確認できた。さらに、処理排水中の硫
酸イオン濃度は、硫酸の代わりに燃焼排ガス中の炭酸ガ
スで中和を行ったため、原水500〜1000ppmに
対し、硫酸中和の場合の2000〜3000ppmか
ら、500〜1000ppmと上昇しないことも確認で
きた。
【0033】
【発明の効果】本発明の高アルカリ排水の燃焼排ガスに
よる中和方法は、従来の硫酸中和に比較し、硫酸等を使
用しないため大幅に中和コストを削減できる、処理排水
中の硫酸イオンが低減し、生態系への悪影響が緩和され
ると共に、下水道への悪臭、腐食を防止できる、地球温
暖化の原因となる燃焼排ガス中の炭酸ガスの固定化がで
きる等の効果を有する。
【0034】また、本発明の高アルカリ排水の燃焼排ガ
スによる中和方法は、従来の純炭酸ガスによる中和に比
較し、燃焼排ガスおよび燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮
した濃縮ガスを用いるため、中和コストが安価となる。
さらに、従来の燃焼排ガスによる中和に比較し、中和に
使用する槽を2槽以上とし、2槽目以降に濃縮ガスを用
いることにより、吹き込み燃焼排ガス量を大幅に削減で
き、設備的にコンパクトとなり、低コストなアルカリ排
水の中和システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】通水状態でのアルカリ排水中和実験における中
和槽pHとオフガス中の炭酸ガス濃度、炭酸ガスが排水
に溶解する比率と吹き込みガス中の炭酸ガス濃度との関
係を示すグラフである。
【図2】本願の請求項1に係る発明に用いる装置の系統
図である。
【図3】本願の請求項2に係る発明に用いる装置の系統
図である。
【図4】本願発明に用いる他の装置の系統図である。
【符号の説明】
1、2、11、12、21 中和槽 3、13、22 アルカリ排水 4、14、25 燃焼排ガス 5、6、15、17、18、23、26、28 配管 16、27 濃縮ガス 24 曝気槽
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年4月5日(2002.4.5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記特開昭61−22
7890号公報、特開昭59−80390号公報、特開
昭55−1814号公報に開示の方法は、燃焼排ガス中
の炭酸ガスを中和剤として用い、エジェクター方式によ
り燃焼排ガスをアルカリ排水中に拡散して炭酸ガスを溶
解させ、あるいは1槽の中和槽へ燃焼排ガスを吹き込み
炭酸ガスを溶解させるが、燃焼排ガス中の炭酸ガスが効
率的に溶解せず、アルカリ排水あるいは燃焼排ガスを循
環させるか、多量の燃焼排ガス吹き込む必要が生じ、中
和設備が大型化し、中和コストが高くなるという問題が
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C02F 1/66 540 C02F 1/66 540J ZAB ZAB (72)発明者 坂田 朝博 和歌山県和歌山市湊1850番地 エア・ウォ ーター株式会社和歌山研究所内 (72)発明者 平井 靖夫 和歌山県和歌山市湊1850番地 エア・ウォ ーター株式会社和歌山研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量のアル
    カリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中
    和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目でpH9〜
    8.0まで中和し、2槽目以降においてpH8以下まで
    中和することを特徴とする高アルカリ排水の燃焼排ガス
    による中和方法。
  2. 【請求項2】 燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量のアル
    カリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中
    和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で燃焼排ガス
    によりpH9〜8.0まで中和し、2槽目以降を燃焼排
    ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスによりpH8以下
    まで中和することを特徴とする高アルカリ排水の燃焼排
    ガスによる中和方法。
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