JP2008161782A

JP2008161782A - ｐＨ調整システム

Info

Publication number: JP2008161782A
Application number: JP2006352513A
Authority: JP
Inventors: Taku Menju; 受卓毛; Takeshi Matsushiro; 代武士松; Ryoichi Arimura; 村良一有; Takahiro Soma; 馬孝浩相
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】大気中の二酸化炭素を回収し、この回収した二酸化炭素を用いて水処理プラントのｐＨ調整を行なうことができるｐＨ調整システムを提供する。
【解決手段】ｐＨ調整システムは大気中の二酸化炭素を回収して濃縮する二酸化炭素回収・濃縮装置５と、二酸化炭素回収・濃縮装置５からの二酸化炭素を水処理プラントの二酸化炭素注入部１０へ注入する二酸化炭素注入装置８と、二酸化炭素注入装置８を制御する制御部６とを備えている。制御部６には原水流量計２、原水ｐＨ計３および処理水ｐＨ計１１からの信号が入力される。制御部６はｐＨ計３、１１からの信号および目標ｐＨ値に基づいて、二酸化炭素注入装置８からの二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めて、二酸化炭素注入装置８を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、上水処理、下水処理、廃水処理等を行なう水処理プラントに設置されたｐＨ調整システムに係り、とりわけ、水処理プラントの適正な運転と大気中の二酸化炭素の回収および再利用を図ることができるｐＨ調整システムに関する。

人間の活動による二酸化炭素排出が地球の温暖化の原因となっている。このため、二酸化炭素の排出量の削減対策を全世界的に推進している。一方浄水場などの水処理プラントでは原水のｐＨの変動によって水処理プロセスが安定しないことから、ｐＨが高くなった場合には塩酸や硫酸などの無機酸を添加してｐＨを下げる処理を行っている場合がある。

近年では、二酸化炭素を注入して炭酸としてｐＨを下げる処理を行っているケースもあり、二酸化炭素の状態で調達・入手したり、燃料電池等の排ガスを利用するなどが行われている（特許文献１参照）。

二酸化炭素の回収に関しては、例えば閉鎖空間における環境を浄化するために、生活空間における二酸化炭素を圧力スイング式吸着（ＰＳＡ）や温度スイング式吸着（ＴＳＡ）で除去し改質によってメタンとして再利用する方法や、バイオマスにより固定してこれをメタン発酵によりメタンガスとしてエネルギ回収する方法が知られている。また、燃料排ガス中の二酸化炭素を除去するなど排出源における排出抑制技術も開発されている（特許文献２−３参照）。
Ｐ２００３−１４５１７２特許第３４７９９５０号Ｐ２００３−１０３２３５

水処理プラントにおいてプロセスの安定のために必要なｐＨ調整を行なうにあたり、大気中の二酸化炭素を回収・濃縮して使用することができれば、人間の活動によって排出された大気中の地球温暖化ガスである二酸化炭素を低減するとともに水処理プラントの処理安定性を確保することができる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、大気中の二酸化炭素を回収・濃縮し、この二酸化炭素を水処理プラントのｐＨ調整のために用いることができるｐＨ調整システムを提供することを目的とする。

本発明は、被処理水に対して水処理を施す水処理プラントに設置されたｐＨ調整システムにおいて、大気中の二酸化炭素を回収し濃縮する二酸化炭素回収・濃縮装置と、二酸化炭素回収・濃縮装置からの二酸化炭素を水処理プラントの二酸化炭素注入部に注入する二酸化炭素注入装置と、水処理プラントの二酸化炭素注入部の上流側または下流側のうち、少なくとも一方に設けられたｐＨ測定計と、ｐＨ測定計からの測定結果および目標ｐＨ値に基づいて、二酸化炭素注入装置からの被処理水に対する二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めて二酸化炭素注入装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするｐＨ調整システムである。

本発明は、水処理プラントの二酸化炭素注入部の上流側および下流側各々にｐＨ測定計が設けられ、制御装置は、これらのｐＨ測定計からの測定結果および目標ｐＨ値に基づいて、被処理水に対する注入率または注入量をフィードフォワート制御およびフィードバック制御の組合せにより求めることを特徴とするｐＨ調整システムである。

本発明は、水処理プラントは凝集剤注入部を介して凝集剤を注入する凝集剤注入装置を有し、水処理プラントの二酸化炭素注入部および凝集剤注入部の上流側にアルカリ度計が設置され、制御装置はｐＨ測定計からの測定結果、アルカリ度計からの測定結果、目標ｐＨ値、および凝集剤注入装置からの被処理水に対する凝集剤注入率または凝集剤注入量に基づいて、二酸化炭素注入装置からの被処理水に対する二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めることを特徴とするｐＨ調整システムである。

本発明は、前記二酸化炭素を注入する装置はマイクロもしくはナノバブル発生器を有することを特徴としたｐＨ調整システムである。

本発明は、二酸化炭素回収・濃縮装置の運転に要する動力を供給するため、水処理プラントの槽および建物の構造物に太陽光発電装置を設けたことを特徴とするｐＨ調整システムである。

以上のように本発明によれば、二酸化炭素回収・濃縮装置において大気中の二酸化炭素を効率的に回収することができ、このようにして回収・濃縮した二酸化炭素を用いて、水処理プラントのｐＨ調整を行なって、水処理プラントの安定した運転を実行することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明によるｐＨ調整システムの第１の実施の形態を示す図である。

図１に示すようにｐＨ調整システムは、被処理水に対して水処理を施す水処理プラントに設置されている。

このような水処理プラントは、原水（被処理水）が流入する着水井１と、着水井１の下流側に配管１ａを介して設けられ後述のように二酸化炭素および凝集剤が注入されて攪拌される薬品混和池４と、薬品混和池４の下流側に配管１ｂを介して設置され被処理水中にフロックを形成させるフロック形成池１２とを備えている。

また薬品混和池４には、凝集剤を薬品混和池４に注入する凝集剤注入装置４ａが接続されている。また薬品混和池４内には被処理水と、注入された二酸化炭素および凝集剤とを攪拌する攪拌機４ｂと、二酸化炭素を注入する二酸化炭素注入部（ガス分散機）１０と、凝集剤を注入する凝集剤注入部４ｃとが設置されている。

また、着水井１と薬品混和池４との間の配管１ａには、原水流量計２および原水ｐＨ計３が順次設置されている。さらにフロック形成池１２には、処理水ｐＨ計１１が設置されている。

次にｐＨ調整システムについて述べる。本発明によるｐＨ調整システム２０は大気中の二酸化炭素を回収し濃縮する二酸化炭素回収・濃縮装置５と、二酸化炭素回収・濃縮装置５からの二酸化炭素を薬品混和池４内の二酸化炭素注入部１０内へ注入する二酸化炭素注入装置８とを備えている。

そして二酸化炭素注入装置８は制御装置６により制御される。すなわち制御装置６に原水流量計２、原水ｐＨ計３および処理水ｐＨ計１１からの測定結果が入力され、制御装置６はこれら原水流量計２、原水ｐＨ計３、処理水ｐＨ計１１からの測定結果および目標ｐＨ値に基づいて、原水に対する二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めるようになっている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず河川などの水源から取水した原水が着水井１に流入する。次にオンライン型の原水流量計２により、着水井１から薬品混和池４に流入する原水の流量を測定する。またオンライン型の原水ｐＨ計３により、薬品混和池４に流入する原水のｐＨを測定する。

図１では着水井１と混和池４との間の配管１ａにｐＨ計３を設置しているが、ｐＨ計３の設置場所は着水井１など二酸化炭素注入部１０より上流であればよい。薬品混和池４では攪拌機等４ｂによって原水を攪拌し、後述のように注入される二酸化炭素や凝集剤などの薬品の混合を完了する。

この間、二酸化炭素回収・濃縮装置５において圧力スイング吸着（ＰＳＡ）や温度スイング吸着（ＴＳＡ）方式によって大気中の二酸化炭素を分離・濃縮する。また二酸化炭素の注入率もしくは注入量を演算する制御装置６は、予め設定しておいた目標ｐＨ値と原水ｐＨ計３からの原水のｐＨとの差、もしくは目標ｐＨ値と処理水ｐＨ計１１からの二酸化炭素注入後の処理水のｐＨとの差に基づいて、二酸化炭素注入率を求めて二酸化炭素注入装置８を制御する。

この場合、制御装置６が原水ｐＨ計３からの信号と目標ｐＨ値とに基づいて二酸化炭素注入装置８を制御する形態はフィードフォワード制御となり、制御装置６が処理水ｐＨ計１１からの信号と目標ｐＨ値とに基づいて二酸化炭素注入装置８を制御する形態はフィードバック制御となる。また制御装置６はフィードバック制御とフィードフォワード制御を組合せた制御を行なってもよい。

図１では、目標ｐＨ値は更に上位の制御システム、もしくは監視員による手動設定の値を入力する形態を示しているが、制御装置６内部で原水ｐＨに対する注入式等によって演算するようにしても良い。

次にオンライン型二酸化炭素濃度計７により、二酸化炭素回収・濃縮装置５で回収・濃縮した二酸化炭素の濃度を測定する。二酸化炭素注入装置８は、制御装置６から演算結果を受け取り、原水流量計２からの原水流量と、二酸化炭素濃度計７からの二酸化炭素の濃度と、二酸化炭素の流量計９の指示値に基づいて、二酸化炭素回収・濃縮装置５で回収・濃縮した二酸化炭素を二酸化炭素注入部１０に所定量注入する。

二酸化炭素注入装置８において、注入の増減は可変式電動弁の開度調節などで行っても良い。

なお、原水流量計２で測定した原水の流量と、二酸化炭素濃度計７で測定した二酸化炭素濃度と、二酸化炭素流量計９の指示値に基づいて制御装置６により注入量を求め、制御装置６から二酸化炭素注入装置８に注入量の演算結果を与えても良い。

また薬品緩和池４では、上述のように二酸化炭素注入部１０に二酸化炭素が注入され、同時に凝集剤注入装置４ａから凝集剤注入部４ｃに凝集剤が注入される。

ところで二酸化炭素注入部１０は二酸化炭素を水中に効率良く注入するものであるが、二酸化炭素注入部１０は、マイクロまたはナノバブル発生器からなり、二酸化炭素の溶解効率を飛躍的に高めることが出来る。これによって二酸化炭素の濃縮倍率を低減し、ＰＳＡもしくはＴＳＡの運転コストを下げることが出来る。図１では、フロック形成池１２の入口に処理水ｐＨ計１１を設置しているが、二酸化炭素を注入し混合後のｐＨを測定できれば、薬品緩和池４とフロック形成池１２との間の配管１ｂに処理水ｐＨ計１１を設置してもよい。

また、図１に示す実施の形態において、二酸化炭素回収・濃縮装置の運転に必要な動力を供給するため、水処理プラントの槽および建物等の構造物に太陽光発電装置（図示せず）が設置されている。

次に図２により本発明によるｐＨ調整システムの第２の実施の形態について説明する。

図２に示す実施の形態は、着水井１と薬品混和池４との間の配管１ａにアルカリ度計１３を設置するとともに、制御装置６は原水ｐＨ計３、処理水ｐＨ計１１、アルカリ度計１３、凝集剤注入装置４ａからの凝集剤注入量に基づいて二酸化炭素注入率を求めるものである。また処理水ｐＨ計１１は、薬品混和池４とフロック形成池１２との間の配管１ｂに設置されている。他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。

図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

図２に示す実施の形態において、上述のように二酸化炭素注入部１０の上流側に原水のアルカリ度を測定するアルカリ度計１３が設置され、かつ凝集剤注入装置４ａからの凝集剤注入量が制御装置６に入力されている。ここで、制御装置６に凝集剤注入量を入力する代わりに凝集剤注入率を入力してもよい。凝集剤注入部４ｃから凝集剤を注入することによって原水中のｐＨが低下する。このため制御装置６において、薬品混和池４の凝集剤注入部４ｃへの凝集剤の注入による低下を見越して二酸化炭素の注入率もしくは注入量を演算する。また、制御装置６ではアルカリ度計１３からの原水のアルカリ度の測定結果と、凝集剤注入装置４ａからの凝集剤注入量の入力を比較する。この比較の結果、凝集剤添加後にアルカリ度が不足する結果となった場合には、アルカリ度がゼロとなる凝集剤量を求め、この凝集剤量によるｐＨ低下のみを見越して二酸化炭素の注入率もしくは注入量を演算する。凝集剤注入に関して、アルカリ度により凝集剤の注入量を変化させ、アルカリ度が不足した場合には、凝集剤注入装置４ａから凝集剤注入部４ｃへの凝集剤の添加量を減少させる。他方、二酸化炭素によるｐＨ調整はアルカリ度の消費が起こらないため、制御装置６によりアルカリ度を配慮せずにｐＨ調整を行うことが出来る。

本発明の実施の形態に係るｐＨ調整システムの第１の実施の形態を示す構成図。本発明の実施の形態に係るｐＨ調整システムの第２の実施の形態を示す構成図。

符号の説明

１着水井
１ａ、１ｂ配管
２原水流量計
３原水ｐＨ計
４薬品混和池
４ａ凝集剤注入装置
４ｂ攪拌機
４ｃ凝集剤注入部
５二酸化炭素回収・濃縮装置
６制御装置
７二酸化炭素濃度計
８二酸化炭素注入装置
９二酸化炭素流量計
１０二酸化炭素注入部
１１処理水ｐＨ計
１２フロック形成池
１３アルカリ度計
２０ｐＨ調整システム

Claims

被処理水に対して水処理を施す水処理プラントに設置されたｐＨ調整システムにおいて、
大気中の二酸化炭素を回収し濃縮する二酸化炭素回収・濃縮装置と、
二酸化炭素回収・濃縮装置からの二酸化炭素を水処理プラントの二酸化炭素注入部に注入する二酸化炭素注入装置と、
水処理プラントの二酸化炭素注入部の上流側または下流側のうち、少なくとも一方に設けられたｐＨ測定計と、
ｐＨ測定計からの測定結果および目標ｐＨ値に基づいて、二酸化炭素注入装置からの被処理水に対する二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めて二酸化炭素注入装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするｐＨ調整システム。
水処理プラントの二酸化炭素注入部の上流側および下流側各々にｐＨ測定計が設けられ、
制御装置は、これらのｐＨ測定計からの測定結果および目標ｐＨ値に基づいて、被処理水に対する注入率または注入量をフィードフォワート制御およびフィードバック制御の組合せにより求めることを特徴とする請求項１記載のｐＨ調整システム。
水処理プラントは凝集剤注入部を介して凝集剤を注入する凝集剤注入装置を有し、
水処理プラントの二酸化炭素注入部および凝集剤注入部の上流側にアルカリ度計が設置され、
制御装置はｐＨ測定計からの測定結果、アルカリ度計からの測定結果、目標ｐＨ値、および凝集剤注入装置からの被処理水に対する凝集剤注入率または凝集剤注入量に基づいて、二酸化炭素注入装置からの被処理水に対する二酸化炭素注入率または二酸化炭素注入量を求めることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載のｐＨ調整システム。
前記二酸化炭素を注入する装置はマイクロもしくはナノバブル発生器を有することを特徴とした、請求項１乃至３のいずれか記載のｐＨ調整システム。
二酸化炭素回収・濃縮装置の運転に要する動力を供給するため、水処理プラントの槽および建物の構造物に太陽光発電装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のｐＨ調整システム。