JP2016203158A - 次亜塩素酸供給装置及びボイラ排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より低いコストでボイラ排水に含まれるアンモニアを処理する。
【解決手段】海水Ｍを貯留する貯留槽５と、貯留槽５から取り込んだ海水Ｍを電気分解して次亜塩素酸含有液Ｅを生成して貯留槽５に戻す電解装置２と、貯留槽５に貯留された次亜塩素酸含有液Ｅが導入される供給ライン１７と、供給ライン１７を介して供給された次亜塩素酸含有液Ｅとアンモニア含有ボイラ排水Ｗとを反応させる反応槽７と、反応槽７で反応した処理液Ｔと貯留槽５に貯留された次亜塩素酸含有液Ｅとを混合した混合液を次亜塩素酸利用設備３に注入する注入ライン２１，２２と、を有する次亜塩素酸供給装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水から生成された次亜塩素酸を含有する液を次亜塩素酸を利用する設備及びアンモニアを含有するボイラ排水に供給する、次亜塩素酸供給装置及びボイラ排水の処理方法に関する。

例えば火力発電プラントにおいて、腐食の要因となる酸素を除去するために使用されているヒドラジンは、「変位原性が認められた化学物質」と評価されていることから、近年はより安全な脱酸素剤や、脱酸素剤不使用の水処理の採用が進行している。
ヒドラジンを用いない脱酸素剤としては、水素イオン指数（ｐＨ）の値を大きくした（例えばｐＨ７〜ｐＨ１０．５）アンモニアが知られているが、脱酸素剤としてアンモニアを用いることにより今後プラントからの排水のアンモニア濃度が高くなることが想定されている（例えば非特許文献１参照）。一方、排水規制により窒素の低減も求められており、早急な対応が望まれている。

特許文献１には、海水を電気分解することによって得られる次亜塩素酸ソーダ（次亜塩素酸ナトリウム）を用い、塩素処理によってアンモニアを分解するシステムが記載されている。このシステムにおいては、アンモニア含有排水であるボイラ排水が反応槽に導入されるとともに反応槽に次亜塩素酸が添加され、ボイラ排水中に存在するアンモニアと次亜塩素酸とが溶液反応して、窒素ガスまで分解される。

特開２０１４−５６３号公報

"火力プラント水処理における脱ヒドラジンへの取組み"、[online]、三菱重工技報 Vol.46 No.2 (2009)、[平成24年3月30日検索]、インターネット<URL: http://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/462/462055.pdf>

ところで、特許文献１に記載のシステムにおいては、反応槽で処理された処理液を、処理液中の次亜塩素酸濃度とｐＨを排水基準まで低減した上で放流している。上記システムは、例えば、チオ硫酸ナトリウムを用いて次亜塩素酸ソーダを中和し、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）を用いてｐＨを調整している。

しかしながら、処理液を薬品処理するためには、多大な薬品コストが必要となるため、より低いコストでボイラ排水に含まれるアンモニアを処理することができる次亜塩素酸供給装置が望まれている。

この発明は、より低いコストでボイラ排水に含まれるアンモニアを処理することができる次亜塩素酸供給装置及びボイラ排水の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、次亜塩素酸供給装置は、海水を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から取り込んだ前記海水を電気分解して次亜塩素酸含有液を生成して前記貯留槽に戻す電解装置と、前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液が導入される供給ラインと、前記供給ラインを介して供給された前記次亜塩素酸含有液とアンモニア含有ボイラ排水とを反応させる反応槽と、前記反応槽で反応した処理液と前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液とを混合した混合液を次亜塩素酸利用設備に注入する注入ラインと、を有することを特徴とする。

このような構成によれば、反応槽に貯留された処理液を放流することなく次亜塩素酸利用設備に注入するため、処理液の排水基準を満たすために薬品処理する必要がなくなり、アンモニアの処理コストを低減することができる。

上記次亜塩素酸供給装置において、前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液を排出する第一注入ラインと、前記反応槽に貯留された前記処理液を排出する第二注入ラインと、を有し、前記注入ラインは、前記第一注入ラインと前記第二注入ラインとが接続されてよい。

上記次亜塩素酸供給装置において、前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液を排出する第一注入ラインと、前記反応槽に貯留された前記処理液を排出する第二注入ラインと、を有し、前記第二注入ラインは、前記貯留槽に接続されてよい。

上記次亜塩素酸供給装置において、制御装置を有し、前記制御装置は、前記反応槽に供給される前記次亜塩素酸含有液の流量及び反応槽に供給される前記アンモニア含有ボイラ排水の流量を、前記処理液にアンモニアが残留する程度に調整してよい。

このような構成によれば、貯留槽にて次亜塩素酸と、海水由来の有機物とが反応することによるトリハロメタンの発生を抑制することができる。即ち、アンモニアが次亜塩素酸による優先的な酸化を受けることで、有機物が酸化し難くなることによってトリハロメタンの生成を抑制することができる。

上記次亜塩素酸供給装置において、前記第二注入ラインを流れる処理液の一部を放流する放流ラインと、前記放流ライン上に設けられた活性炭処理装置と、を有してもよい。

このような構成によれば、未反応あるいは余剰の次亜塩素酸（残留塩素）を還元処理し、硝酸イオンおよびトリハロメタン（海水中有機物と次亜塩素酸が反応することで生成）を吸着除去することができる。

本発明の第二の態様によれば、ボイラ排水の処理方法は、海水を電気分解して次亜塩素酸含有液を生成する電気分解工程と、前記次亜塩素酸含有液をアンモニア含有ボイラ排水と反応させて処理液を生成する反応工程と、処理液と前記次亜塩素酸含有液とを混合した混合液を次亜塩素酸利用設備に注入する注入工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、反応槽に貯留された処理液を放流することなく次亜塩素酸利用設備に注入するため、処理液の排水基準を満たすために薬品処理する必要がなくなり、アンモニアの処理コストを低減することができる。

本発明の第一実施形態の次亜塩素酸供給装置を有するコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。 本発明の第二実施形態の次亜塩素酸供給装置を有するコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。 本発明の第三実施形態の次亜塩素酸供給装置を有するコンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の次亜塩素酸供給装置１及びボイラ排水の処理方法について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施形態の次亜塩素酸供給装置１を有するコンバインドサイクル発電プラントＰの概略構成図である。本実施形態の次亜塩素酸供給装置１は、海水電解装置２によって生成された次亜塩素酸ソーダ（次亜塩素酸ナトリウム）を含む液を、例えば、海水の取水口３などの次亜塩素酸利用設備に供給するとともに、コンバインドサイクル発電プラントＰの排熱回収ボイラＢから排出されるアンモニアを含む排水（アンモニア含有ボイラ排水。以下、ボイラ排水と呼ぶ）を処理するための装置である。

図１に示すように、次亜塩素酸供給装置１は、海水Ｍを貯留する貯留槽５と、次亜塩素酸ソーダを含む液Ｅ（以下、次亜塩素酸含有液Ｅと呼ぶ）を生成する海水電解装置２と、コンバインドサイクル発電プラントＰ（以下、プラントＰと呼ぶ）の排熱回収ボイラＢ（以下、ボイラＢと呼ぶ）から排出されるボイラ排水Ｗが貯留される排水槽６と、排水槽６の下流側に設けられた反応槽７と、反応槽７に次亜塩素酸含有液Ｅを供給する供給ライン１７と、を主な構成要素として備えている。
プラントＰは、ガスタービン（図示せず）と、ガスタービンからの排気ガスが送られるボイラと、蒸気タービン（図示せず）と、ガスタービンと蒸気タービンの回転駆動力により駆動されて発電する発電機（図示せず）と、を有する構成とすることができる。

プラントＰには海水の取水口３から第一海水供給ライン４を介して取水された海水Ｍが導入されて、例えば冷却などの用途に使用される。第一海水供給ライン４には、海水Ｍを送水する海水供給ポンプ（図示せず）、及び海水Ｍの流量を調整する海水流量調整バルブ（図示せず）が設けられている。
ボイラのボイラ排水Ｗには、腐食の要因となる酸素を除去するための脱酸素剤としてアンモニアが使用されている。よって、ボイラから排出されるボイラ排水Ｗは、アンモニア（ＮＨ_３）、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）等のアンモニア性窒素を含むアンモニア性窒素含有排水（アンモニア含有ボイラ排水）である。

ボイラＢから排出されたボイラ排水Ｗは、排水槽６に貯留される。排水槽６の下流側には、反応槽７が設けられている。排水槽６と反応槽７とは排水ライン８を介して接続されている。即ち、排水槽６に貯留されたボイラ排水Ｗは、排水ライン８を介して反応槽７に導入される。排水ライン８には、排水槽６に貯留されているボイラ排水Ｗを反応槽７に送水する排水供給ポンプ９が設けられている。

貯留槽５は、海水Ｍ、及び海水電解装置２にて生成された次亜塩素酸含有液Ｅを貯留する槽である。貯留槽５には、第二海水供給ライン１１を介して取水口３から海水Ｍが導入される。第二海水供給ライン１１には、海水Ｍを送水する海水供給ポンプ１２、及び海水Ｍの流量を調整する海水流量調整バルブ（図示せず）が設けられている。

海水電解装置２は、貯留槽５から取り込んだ海水Ｍを電気分解することによって、次亜塩素酸ソーダを含む次亜塩素酸含有液Ｅを生成して貯留槽５に戻す装置である。海水電解装置２は、電解槽１４と、直流電源装置１５と、次亜塩素酸含有液Ｅを循環させる循環ライン１６と、を有している。電解槽１４は、複数の電極（図示せず）を有している。

直流電源装置１５は、海水Ｍの電気分解に供される電流を供給する装置であって、例えば、直流電源と定電流制御回路とを備える構成を採用することができる。直流電源は、直流電力を出力する電源であって、例えば交流電源から出力される交流電力を直流に整流して出力する構成であってもよい。

本実施形態の海水電解装置２は、電解槽１４の下流側（電解槽１４の流出口）と電解槽１４の上流側（電解槽１４の流入口）とを循環ライン１６によって接続して、海水Ｍを循環させるリサイクル方式である。海水電解装置２としては、上記リサイクル方式の他に、海水を電解槽に一回のみ通すワンスルー方式を採用してもよい。即ち、海水電解装置２は、海水を用いて次亜塩素酸を生成することができれば、どのような形式のものでもよい。

貯留槽５には、貯留槽５に貯留された次亜塩素酸含有液Ｅを排水ライン８に供給する供給ライン１７が接続されている。また、貯留槽５には、貯留槽５に貯留された次亜塩素酸含有液Ｅを次亜塩素酸利用設備である取水口３に注入する第一注入ライン２１が接続されている。次亜塩素酸含有液Ｅを取水口３に注入することによって、取水口３に対する海洋生物の付着を抑制することができる。
また、排水ライン８上であって、供給ライン１７との合流部１８よりも下流側（反応槽７側）には、ボイラ排水Ｗと次亜塩素酸含有液Ｅとの混合を促進するラインミキサ１９が設けられている。

本実施形態の反応槽７には、反応槽７で反応した処理液Ｔを第一注入ライン２１に導入する第二注入ライン２２が接続されている。即ち、反応槽７の処理液Ｔは、第二注入ライン２２及び第一注入ライン２１を介して取水口３に注入される。第一注入ライン２１及び第二注入ライン２２は、反応槽７で反応した処理液Ｔと貯留槽５に貯留された次亜塩素酸含有液Ｅとを混合した混合液を取水口３に注入する注入ラインとして機能する。

次に、本実施形態の次亜塩素酸供給装置１の作用について説明する。
まず、プラント冷却工程として、海水Ｍが第一海水供給ライン４を介してプラントＰに供給される。プラントＰのボイラＢから排出されるボイラ排水Ｗが排水槽６に貯留される。排水槽６に貯留されたボイラ排水Ｗは、排水ライン８を介して反応槽７に導入される。

一方、電気分解工程として、海水Ｍが第二海水供給ライン１１を介して貯留槽５に導入され、海水電解装置２によって次亜塩素酸含有液Ｅが生成される。次亜塩素酸含有液Ｅは、供給ライン１７を介して反応槽７に導入される。また、次亜塩素酸含有液Ｅは、第一注入ライン２１を介して取水口３に注入される。
なお、注入される次亜塩素酸含有液Ｅの流量は、制御装置（図示せず）が第一注入ライン２１に設けられた流量調整弁（図示せず）を制御することにより調整される。制御装置は、取水口３にて次亜塩素酸がほとんど消費されて元の海水Ｍに戻るように、次亜塩素酸含有液Ｅの流量の調整を行う。

次に、反応工程として、反応槽７にて、ボイラ排水Ｗ中に存在するアンモニアと次亜塩素酸含有液Ｅに含まれる次亜塩素酸とが溶液反応して窒素ガス（Ｎ_２）まで分解される。即ち、反応槽７において、アンモニアが処理されて処理液Ｔが反応槽７に貯留される。

ここで、処理液Ｔには、アンモニアの分解に使用された次亜塩素酸が残留する場合がある。また、処理液ＴのｐＨ（水素イオン指数）は、排水基準を外れる場合がある。これにより、処理液Ｔを薬品処理するなどしない限り、処理液Ｔを例えば海洋に放流することはできない。

次に、注入工程として、反応槽７に貯留された処理液Ｔは第一注入ライン２１に導入されて、次亜塩素酸含有液Ｅと混合される。即ち、反応槽７内の処理液Ｔは第二注入ライン２２を介して第一注入ライン２１に導入される。
反応槽７内の処理液Ｔと貯留槽５内の次亜塩素酸含有液Ｅとの混合液は、取水口３に注入される。即ち、反応槽７にてアンモニア処理されたボイラ排水Ｗは、放流されることなく取水口３に注入される。

上記実施形態によれば、アンモニア性窒素を含む排水であるボイラ排水Ｗに次亜塩素酸を含む次亜塩素酸含有液Ｅが添加されることによって、ボイラ排水Ｗに含まれるアンモニアを分解処理することができる。
また、反応槽７に貯留された処理液Ｔを放流することなく次亜塩素酸利用設備である取水口３に注入するため、処理液Ｔの排水基準を満たすために薬品処理する必要がなくなり、アンモニアの処理コストを低減することができる。

また、海水電解装置２にて生成された次亜塩素酸含有液Ｅは、第一注入ライン２１を介して海水Ｍの取水口３に注入される。次亜塩素酸含有液Ｅが取水口３に注入されることによって、取水口３に対する海洋生物の付着を抑制することができる。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｂの第二注入ライン２２は、貯留槽５に接続されている。即ち、反応槽７内の処理液Ｔは、貯留槽５に導入される。
本実施形態の排水ライン８には、排水ライン８を流れるボイラ排水Ｗの流量を調整する第一流量調整弁２３が設けられている。また、本実施形態の供給ライン１７には、供給ライン１７を流れる次亜塩素酸含有液Ｅの流量を調整する第二流量調整弁２４が設けられている。

本実施形態の次亜塩素酸供給装置１の反応槽７には、反応槽７に貯留された処理液Ｔのアンモニア濃度を測定するアンモニア濃度測定装置２５が設けられている。

次に、本実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｂの作用について説明する。
制御装置２６は、第一流量調整弁２３及び第二流量調整弁２４を制御することによって、反応槽７に導入されるボイラ排水Ｗの流量及び次亜塩素酸含有液Ｅの流量を調整する。制御装置２６は、反応槽７に貯留される処理液Ｔにアンモニアが残留する程度にボイラ排水の流量及び次亜塩素酸含有液Ｅの流量の調整を行う。即ち、本実施形態の次亜塩素酸供給装置１は、反応槽７にてボイラ排水Ｗ中に存在するアンモニアを完全に分解することなく、処理液Ｔに残留させる。

なお、処理液Ｔにアンモニアを残留させることができれば、次亜塩素酸含有液Ｅ及びボイラ排水Ｗの両方を調整する必要はなく、何れか一方の流量を調整することで、処理液Ｔ中にアンモニアを残留させてもよい。
具体的には、制御装置２６は、処理液Ｔ中にアンモニアが残留するように、次亜塩素酸含有液Ｅとボイラ排水Ｗの少なくとも一方の調整を行う。

注入工程として、アンモニアを含む処理液Ｔは、第二注入ライン２２を介して貯留槽５に導入される。即ち、処理液Ｔは、放流されることなく、貯留槽５に戻される。これにより、貯留槽５に貯留される海水Ｍ及び次亜塩素酸含有液Ｅにアンモニアが添加される。

上記実施形態によれば、貯留槽５にて、次亜塩素酸と海水Ｍ由来の有機物とが反応することによるトリハロメタンの発生を抑制することができる。即ち、処理液Ｔと共に貯留槽５に導入されるアンモニアが次亜塩素酸による優先的な酸化を受けることで、有機物が酸化し難くなる。これにより、トリハロメタンの生成を抑制することができる。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｃを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｃの第二注入ライン２２からは、第二注入ライン２２を流れる処理液Ｔの一部を放流する放流ライン２７が接続されている。第二注入ライン２２を流れる処理液Ｔの一部は、放流ライン２７を介して放流される。

放流ライン２７には、活性炭処理装置２８が設けられている。活性炭処理装置２８は、処理液Ｔを活性炭に通して活性炭処理を行う装置である。
また、放流ライン２７には、放流ライン２７を流れる処理液Ｔの流量を調整する流量調整バルブ２９が設けられている。
活性炭処理装置２８では、式（１）に示す分解反応により、余剰残留塩素を分解する。ここで、ＮａＣｌＯ １ｋｇ当たりの活性炭の使用量は、約０．０８ｋｇである。
２ＮａＣｌＯ ＋ Ｃ → ＣＯ_２ ＋ ２ＮａＣｌ ・・・ （１）

一方、式（２）に示すチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）等の薬品を用いた反応により、余剰残留塩素を分解する場合、ＮａＣｌＯ １ｋｇ当たりのチオ硫酸ナトリウムの使用量は、約１．７ｋｇである。
ＮａＣｌＯ ＋ Ｎａ_２ＳＯ_３ → ＮａＣｌ ＋ Ｎａ_２ＳＯ_４ ・・・ （２）

上記実施形態によれば、放流ライン２７上に活性炭処理装置２８を設けたことによって、未反応あるいは余剰の次亜塩素酸（残留塩素）を還元処理し、硝酸イオンおよびトリハロメタン（海水中有機物と次亜塩素酸が反応することで生成）を吸着除去することができる。
また、反応槽７から排出される処理液Ｔは放流可能な性状まで処理される。このため、海水の塩化物イオン濃度が低い場合など、ボイラ排水との混合で希釈された処理水Ｔが取水口３へ流入し、さらなる塩化物イオン濃度の低下を生じてしまう場合などは、活性炭処理設備による処理を受けた処理水Ｔを外部へ放流することで、塩化物イオン濃度の低下を抑制することができる。
放流ライン２７から放流される処理液Ｔの流量は、流量調整バルブ２９を用いて調整することができる。
また、処理液Ｔの一部を放流する場合において、チオ硫酸ナトリウムを用いて分解を行う場合と比較して、薬品使用量を低減することができる。また、チオ硫酸ナトリウムを用いて分解を行うのに必要な薬品の注入量制御が不要となる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態の次亜塩素酸含有液Ｅの供給ライン１７は、ボイラ排水Ｗが流れる排水ライン８に接続されているが、供給ライン１７を直接反応槽７に接続してもよい。
また、上記各実施形態の供給ライン１７及び第一注入ライン２１は、それぞれ貯留槽５に接続されているが、供給ライン１７から第一注入ライン２１を分岐させてもよい。
また、第二実施形態の次亜塩素酸供給装置１Ｂに第三実施形態の放流ライン２７を設けてもよい。

１，１Ｂ 次亜塩素酸供給装置
２ 海水電解装置
３ 取水口（次亜塩素酸利用設備）
４ 第一海水供給ライン
５ 貯留槽
６ 排水槽
７ 反応槽
８ 排水ライン
９ 排水供給ポンプ
１０ ｐＨ測定装置
１１ 第二海水供給ライン
１２ 海水供給ポンプ
１４ 電解槽
１５ 直流電源装置
１６ 循環ライン
１７ 供給ライン
１８ 合流部
１９ ラインミキサ
２１ 第一注入ライン
２２ 第二注入ライン
２３ 第一流量調整弁
２４ 第二流量調整弁
２５ アンモニア濃度測定装置
２６ 制御装置
２７ 放流ライン
２８ 活性炭設備
２９ 流量調整バルブ
Ｂ 排熱回収ボイラ
Ｅ 次亜塩素酸含有液
Ｍ 海水
Ｐ プラント
Ｔ 処理液
Ｗ ボイラ排水

Claims (6)

1. 海水を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽から取り込んだ前記海水を電気分解して次亜塩素酸含有液を生成して前記貯留槽に戻す電解装置と、
   前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液が導入される供給ラインと、
   前記供給ラインを介して供給された前記次亜塩素酸含有液とアンモニア含有ボイラ排水とを反応させる反応槽と、
   前記反応槽で反応した処理液と前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液とを混合した混合液を次亜塩素酸利用設備に注入する注入ラインと、を有する次亜塩素酸供給装置。
2. 前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液を排出する第一注入ラインと、
   前記反応槽に貯留された前記処理液を排出する第二注入ラインと、を有し、
   前記注入ラインは、前記第一注入ラインと前記第二注入ラインとが接続されてなる請求項１に記載の次亜塩素酸供給装置。
3. 前記貯留槽に貯留された前記次亜塩素酸含有液を排出する第一注入ラインと、
   前記反応槽に貯留された前記処理液を排出する第二注入ラインと、を有し、
   前記第二注入ラインは、前記貯留槽に接続されている請求項１に記載の次亜塩素酸供給装置。
4. 制御装置を有し、
   前記制御装置は、前記反応槽に供給される前記次亜塩素酸含有液の流量及び前記反応槽に供給される前記アンモニア含有ボイラ排水の流量を、前記処理液にアンモニアが残留する程度に調整する請求項３に記載の次亜塩素酸供給装置。
5. 前記第二注入ラインを流れる処理液の一部を放流する放流ラインと、
   前記放流ライン上に設けられた活性炭処理装置と、を有する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の次亜塩素酸供給装置。
6. 海水を電気分解して次亜塩素酸含有液を生成する電気分解工程と、
   前記次亜塩素酸含有液をアンモニア含有ボイラ排水と反応させて処理液を生成する反応工程と、
   処理液と前記次亜塩素酸含有液とを混合した混合液を次亜塩素酸利用設備に注入する注入工程と、を有するボイラ排水の処理方法。

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