JP3903746B2 - 循環冷却水の処理方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は循環冷却水の処理方法に係り、特に、循環冷却水系から取り出した水をpH3〜6の条件下で逆浸透膜(RO)処理する脱イオン工程を有した方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び先行技術】
循環冷却水系においては、系内のスケール成分の濃縮によるスケール障害を防止するために、冷却塔から系内の水をブロー水として排出し、このブロー水量に見合う水量の水を補給水として補給している。このブロー水は、循環冷却水系の6〜8倍の高濃縮運転により、硬度成分やシリカ等のスケール成分が既に析出限界にまで濃縮された水である。このため、一般的には、これを回収して再利用することはなされていなかったが、逆浸透(RO)膜分離装置(以下「RO膜装置」と言うことがある。)で脱塩して回収、再利用する方法も提案されている(特開平2−95493号公報、特開平4−250880号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却塔から排出されたブロー水を直接RO膜装置で処理すると、RO膜装置内でのスケール成分の濃縮により、RO膜面に直ちにスケールが発生し、運転を継続することができなくなる。
【0004】
この問題を解決するために、本出願人は先に、循環冷却水系から取り出した水(以下単に「循環冷却水」と称す場合がある。)をpH3〜6の条件下で脱炭酸処理した後、更にpH3〜6の条件下で脱イオン処理する循環冷却水の処理方法を提案した(特願2000−133658。以下「先願」という。)。この方法は、具体的には、冷却塔のブロー水にHCl等の酸を添加してpH3〜6に調整し、脱炭酸塔で脱炭酸処理した後、脱濾過装置で懸濁物質を除去し、その後RO膜装置で脱イオン処理して濃縮水と透過水とに分離することにより行われる。
【0005】
上記先願の方法によれば、RO膜装置の前段で、循環冷却水をpH3〜6の弱酸性で脱炭酸処理することにより、効果的に水中の炭酸イオン、重炭酸イオンを炭酸ガスとして除去することができ、後段のRO膜装置でのスケール障害の最も大きな要因となる炭酸カルシウム等の炭酸塩スケールの析出を有効に防止することが可能となる。更に、RO膜装置内では、なお残留するシリカがRO膜分離により濃縮されるが、pH3〜6の弱酸性でRO膜処理するため、シリカによるスケール障害を防止して安定して長期間運転することが可能となる。また、膜濾過装置で懸濁物質を除去することにより、RO膜装置での目詰まりや閉塞も防止される。
【0006】
本発明は、この先願の方法を利用し、少ない薬品使用量と簡易な処理設備で、冷却塔のブロー水を安定かつ安価に処理し循環冷却水系の補給水として再利用することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の循環冷却水の処理方法は、循環冷却水系から取り出した水に酸を添加してpH3〜6とし、この水をpH3〜6の条件下で逆浸透膜装置に通水して脱イオン処理し、濃縮水と透過水とに分離する循環冷却水の処理方法において、該逆浸透膜装置の透過水を、冷却水との混合後のpHが中性ないしアルカリ性となる供給量にて循環冷却水系に供給することを特徴とする。
【0008】
前述の如く、通常、循環冷却水系においては6〜8倍の高濃縮運転が行われているため、循環冷却水系内で補給水に含まれる塩類が濃縮され、数十ppm含まれる補給水中のアルカリ度(炭酸イオン、重炭酸イオン)も濃縮され、なおかつ大気中からの炭酸ガスの溶解により循環冷却水のアルカリ度は更に上昇している。従って、冷却塔のブロー水等の循環冷却水には数百ppmのアルカリ度が含まれることになり、これはほぼ同等の水酸化ナトリウムを含んでいることに相当する。
【0009】
従って、この循環冷却水のアルカリ成分を利用し、低pHのRO膜透過水を容易に中和して補給水pH基準値(pH7〜9)に調整することができる。このため、本発明によれば、アルカリ剤は不要である。また、循環冷却水系に供給するため、中和のための混合槽等の新たな設備を新設する必要もない。
【0010】
本発明の方法では、例えば、次の▲1▼〜▲3▼のような方法により逆浸透膜分離処理を行う。
▲1▼ 循環冷却水をpH3〜6の条件下で膜濾過処理した後、逆浸透膜処理する。
▲2▼ 循環冷却水をpH3〜6の条件下で脱炭酸処理した後、逆浸透膜処理する。
▲3▼ 循環冷却水をpH3〜6の条件下で脱炭酸処理した後膜濾過処理し、次いで逆浸透膜処理する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明の循環冷却水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。図中、1はストレーナ、2は脱炭酸手段としての脱炭酸塔であり、入口にpH計2Aを備える。3は懸濁物質(SS)除去手段としての膜濾過装置、4は中間槽であり、pH計4Aを備える。5はRO膜装置である。6はpH計、V〜Vは開閉弁を示す。10は冷却塔、11は冷却水槽、12は熱交換器であり、この循環冷却水系では、冷却水は、冷却塔10から冷却水槽11を経てポンプPにより熱交換器12に送給され、戻り水が冷却塔10に返送される。
【0013】
冷却塔からのブロー水は、ストレーナ1で除塵された後、スライム防止剤とpH調整のためのHCl等の酸が添加され、その後脱炭酸塔2で脱炭酸処理される。なお、このブロー水は、系内のアルカリ度の蓄積等を防止するために、場合により一部が系外へ放流される。
【0014】
冷却塔のブロー水に酸を添加する手段としては、被処理水導入ラインやライン中に設けたラインミキサに直接或いは、別途設けたpH調整槽に、酸を薬注ポンプ等により添加することなどを挙げることができる。ここで使用される酸は特に限定されるものではなく、HClの他、HSO、HNOなどの無機酸を好適に用いることができる。
【0015】
スライム防止剤としては、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)等の次亜塩素酸塩、塩素ガス、クロラミン、塩素化イソシアヌル酸塩などの塩素剤、ジブロモヒダントインなどの臭素剤、DBNPA(2,2−ジブロモ−3−ニトリロプロピオンアミド)、MIT(メチルイソチアゾロン)などの有機剤が適用できる。
【0016】
なお、冷却水には熱交換器由来の銅、鉄などの重金属イオンが含まれている。酸化作用を持つ次亜塩素酸塩と重金属イオンの存在下で酢酸セルロース系RO膜が促進劣化を受けることがある。また、ポリアミド系RO膜は次亜塩素酸塩との接触で劣化する。従って、スライム防止剤としては有機剤が好ましい。次亜塩素酸塩は膜劣化の原因になる可能性が高いため、できる限り適用を避け、適用する場合には残留塩素を除去した後、RO膜装置に通水するのが好ましい。
【0017】
スライム防止剤は一般に循環冷却水に添加されていることから、スライム防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、処理系内のスライム障害を防止するためには、スライム防止剤を2〜10mg/L程度添加することが望ましい。
【0018】
脱炭酸塔2の入口でのpH調整は、pHが3〜6、好ましくはpHが4.5〜5.5の範囲となるように行う。このような酸性条件とすることにより、ブロー水中のMアルカリ成分、即ち炭酸イオン(CO 2−)や重炭酸イオン(HCO )を炭酸ガスに変換して脱炭酸塔2で効率的に除去し、後段のRO膜装置5での炭酸成分に起因するスケール障害を有効に防止することができると共に、RO膜装置5を透過する炭酸成分を低減して処理水の水質を向上することができる。この脱炭酸効率の面からはpHが低い方が望ましいが、過度にpHが低いと、脱炭酸塔2の流出水のpHが下がり過ぎ、RO膜装置5の前段においてpHを再調整する必要が生じたり、腐食の問題が生じるため、調整pHはpH3〜6、好ましくは4.5〜5.5とする。
【0019】
なお、脱炭酸処理手段としては、通常の炭酸ガス除去手段を用いることができ、脱炭酸塔等の他、脱気膜や曝気塔などを採用することもできる。
【0020】
脱炭酸塔2の流出水は、ポンプPによりSS除去手段としての膜濾過装置3に導入され、膜濾過により、水中のSSが除去される。この膜濾過装置3は、RO膜装置5の膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去するためのものであり、MF(精密濾過)膜、UF(限界濾過)膜等を用いることができ、特にUF膜は目詰まりによるファウリングが生じにくく、薬洗頻度を低く抑えることができるため好適に使用することができる。その膜型式にも特に制限はなく、中空糸型、スパイラル型等の膜濾過装置を採用することができ、また、濾過方式にも制限はなく、内圧濾過、外圧濾過、クロスフロー濾過、全量濾過のいずれの方式も適用可能である。特に外圧型中空糸膜は、比較的濁質の多い原水にも対応できるため、前段にストレーナを設けることなく適用することが可能である。
【0021】
なお、SS除去手段としては、特に制限はなく、膜濾過装置の他、カートリッジフィルタ等を用いることもできる。
【0022】
この膜濾過装置3の濃縮水は脱炭酸塔2に返送され、透過水は必要に応じてpH調整剤、スケール防止剤が添加された後、中間槽4に貯留される。
【0023】
この膜濾過装置3では、膜の目詰りによる膜性能の低下を防止するために定期的に逆洗を行う必要がある。膜濾過時には、弁V,V,Vを開、弁V,Vを閉として脱炭酸処理水を導入し、濃縮水及び透過水を取り出すが、逆洗時には、弁V,V,Vを閉、弁V,Vを開として、逆洗空気を膜濾過装置3の膜の透過側から逆流させる。この逆洗の間、ポンプPからの脱炭酸処理水は脱炭酸塔2に返送する。
【0024】
逆洗排水は、低pHの酸性水であるため、中和した後放流するが、この逆洗排水の中和には、図1に示す如く、冷却塔のブロー水等の循環冷却水のアルカリ度を利用し、ブロー水を混合して放流するのが好ましい。
【0025】
RO膜装置5の入口側でのpH調整は、シリカによるスケール障害を防止するために、pH3〜6、好ましくは4.5〜5.5となるように行う。脱炭酸処理して得られる脱炭酸処理水は、脱炭酸処理前に比較してpHが変動する。このため、この中間槽4の入口側では必要に応じてpH調整剤としてHCl、HSO、HNOなどの酸やNaOH、KOHなどのアルカリを添加する。RO膜装置5におけるスケール障害防止の面からは、この調整pHは酸性にすることが好ましいが、過度に調整pHが低いと機器や配管材質の腐食の原因となるので、上記pH範囲とする必要がある。
【0026】
スケール防止剤としては、例えばホスホン酸系、ポリリン酸系、ポリアクリル酸系、ポリアクリルアミド系等のスケール防止剤を用いることができるが、有機高分子系のスケール防止剤はRO膜装置でのファウリングの原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤が好適に用いられる。
【0027】
ブロー水等の循環冷却水には、既にスケール防止剤が添加されていることから、このスケール防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、1〜20mg/L程度の添加により、RO膜装置5内でのスケール生成をより確実に防止することができ好ましい。なお、スケール防止剤は、RO膜装置5の前段で添加されていれば良く、RO膜装置5の入口部に限らず、脱炭酸塔2の入口側又は出口側その他、その添加箇所には特に制限はない。
【0028】
中間槽4内の水はポンプPによりRO膜装置5に導入され、RO膜処理される。RO膜装置5からの低pHの濃縮水の一部は中間槽4に循環され、残部はpH中性に調整された後、放流される。この濃縮水の循環水量と放流水量は、弁VとVの開度で調整される。
【0029】
図1では、このRO膜装置5の濃縮水のpH調整も冷却塔のブロー水を混合することにより行う。
【0030】
このように、冷却塔のブロー水等の循環冷却水のアルカリ成分を利用して、膜濾過装置3の逆洗排水やRO膜装置5の濃縮水のpH調整を行うことにより、アルカリ薬剤を用いることなく、容易にこれらの水を放流基準値(pH5〜9)に調整することができる。
【0031】
RO膜装置5の低pHの透過水は循環冷却水系に供給される。図1では、この透過水を冷却塔10の散水管に導入しているが、透過水は循環冷却水系に供給されれば良く、従って、透過水は図1で示される冷却塔10、冷却塔10から冷却水槽11までの配管、冷却水槽11、冷却水槽11から熱交換器12までの配管、熱交換器12から冷却塔10までの配管(散水管を含む)のいずれの箇所に供給されても良い。
【0032】
なお、上水等が補給される補給水配管は、循環系を形成しておらず、本発明で言う循環冷却水系には該当しない。
【0033】
この循環冷却水系に供給される低pHの透過水は、循環冷却水のアルカリ成分により直ちに中和されて中性ないしアルカリ性(即ち、pH7以上)となるので、循環系の腐食は生じない。
【0034】
なお、RO膜装置5からの透過水を循環冷却水系に供給して混合する方法としては特に制限はなく、混合水のpHを計測するpH計を設け、透過水と循環冷却水の流量を調節する自動弁を、このpH計の計測値に基いて制御することにより所定のpHの混合水が得られるように調整しても良く、また、透過水は通常pH3〜6の弱酸性であり、一方で循環冷却水系の水はpH8.6〜8.8であり、いずれも水質の変動の少ないものであることから、所定のpH値(例えばpH7〜6)となるように、予め設定した混合比率に定流量弁で流量調整して供給するようにしても良い。
【0035】
このRO膜装置5のRO膜の種類としては、特に制限はなく、処理する循環冷却水の水質(循環冷却水系に供給される原水水質や循環冷却水系での濃縮倍率)によって適宜決定されるが、脱塩率については85%以上、特に90%以上のものが好ましい。脱塩率がこれよりも悪いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水(透過水)を得ることができない。
【0036】
図1は本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【0037】
図1では、脱炭酸塔2の入口に酸添加手段を設け、脱炭酸塔2とRO膜装置5との間にpH調整剤添加手段を設け、脱炭酸塔2入口側及びRO膜装置5入口側のそれぞれで、各薬剤の添加量を自動或いは手動によって調整することで実施しているが、RO膜装置5の入口側のpH調整剤添加手段を省略して、脱炭酸塔2の入口側での酸添加のみにより、脱炭酸塔2の入口側及びRO膜装置5の入口側のpHを共に前記pH範囲に収まるよう調整することも可能である。
【0038】
SS除去手段としての膜濾過装置3は、RO膜装置5の前段に設ければ良く、脱炭酸塔2の前でも後でも良い。図1に示す如く、脱炭酸処理手段である脱炭酸塔2とRO膜装置5との間に設けた場合には、スケールの生成し易い循環冷却水がそのまま流入することによる膜濾過装置3等のSS除去手段でのスケール障害の問題が解消されるという利点がある。
【0039】
また、脱炭酸処理手段の前段にSS除去手段を設けた場合には、膜濾過装置等のSS除去手段の逆洗排水等として系外へ排出される水のpH調整が不要となる。また、pH調整前の水が導入されることで、SS除去手段の構成材料を耐酸性のものにする必要がなくなるという利点がある。
【0040】
このSS除去手段は、被処理水中のSSが少ない場合には、これを省略することができるが、通常の場合、後段のRO膜装置の安定運転のためには、これをRO膜装置の前段側に設けてSSを除去するのが好ましい。
【0041】
また、図1において、脱炭酸塔を省略し、冷却塔のブロー水等の循環冷却水に酸を添加してpH3〜6に調整した後膜濾過装置3で直接膜濾過処理し、その後RO膜装置5で脱イオン処理しても良い。
【0042】
即ち、酸添加等によってpHを3〜6とすることにより、水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が凝集して比較的大きな粒子状となり、これが膜濾過により効率的に除去される。このように、微生物代謝物及びその他の粒子を酸性下で凝集させて膜濾過した後RO膜処理することにより、RO被処理水には微生物代謝物やその他の微粒子が殆ど含有されないものとなり、RO膜装置においてファウリングが防止され、また、pH3〜6の酸性であることから、炭酸カルシウムスケールの発生及びシリカスケールによる障害も抑制され、長期にわたり安定して膜濾過処理及びRO膜処理することが可能となる。
【0043】
この場合においても、RO膜装置からの酸性の濃縮水及び膜濾過装置の逆洗排水は冷却塔のブロー水で中和した後放流される。
【0044】
なお、図1においては、冷却塔のブロー水を原水として処理を行っているが、本発明で対象とする被処理水はブロー水に限らず、本発明では循環冷却水系の循環配管から循環冷却水の一部又は全部を引き抜いて本発明に従って処理した後当該循環冷却水系に戻すようにしても良い。
【0045】
また、膜濾過装置3の逆洗排水及びRO膜装置5の濃縮水の中和に用いる水も、冷却塔のブロー水に限らず、循環冷却水系の循環配管等から引き抜いた水であっても良い。
【0046】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0047】
実施例1
図1に示す装置により、冷却塔のブロー水(pH8.6,M−アルカリ度:194mg/L as CaCO,電気伝導率:121mS/m)を400L/hrの処理量で処理した。
【0048】
各装置の仕様は次の通りであり、脱炭酸塔の入口において、スライム防止剤として12%NaClO溶液を5mg/L添加すると共に、HClを添加して脱炭酸塔入口での被処理水をpH4.9±0.2に調整した。
【0049】
また、RO膜処理する水には必要に応じてNaOH等を添加してpH4.9±0.2に調整すると共にスケール防止剤としてホスホン酸系スケール防止剤を20mg/L添加した。なお、膜濾過装置は20分に1回の頻度で逆洗を行った。
Figure 0003903746
【0050】
RO膜装置の給水、濃縮水及び透過水(処理水)の水質及び水量は表1に示す通りであり、補給水として再利用可能な水を長時間安定して得ることができた。
【0051】
【表1】
Figure 0003903746
【0052】
RO膜装置の透過水1L/minに、循環冷却水(pH8.6,M−アルカリ度:194mg/L as CaCO,電気伝導率:121mS/m)を0.8L/minの割合で混合したところ、混合水のpHは7.0となり、補給水として支障なく使用可能な水質となった。
【0053】
そこで、図1に示す如く、このRO膜透過水を0.1L/minの流量で1L/minで流れている循環冷却水系(pH8.6,M−アルカリ度:194mg/L as CaCO,電気伝導率:121mS/m)の冷却塔の散水管に供給したところ、循環冷却水のpHは8.5となり、冷却水として何ら支障なく循環させることができた。
【0054】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の循環冷却水の処理方法によれば、冷却循環水に酸を添加してpH3〜6の条件下でRO膜処理する循環冷却水の処理方法において、低pHのRO膜透過水を循環冷却水系に供給することにより、アルカリ薬剤によるpH調整を行うことなく、従って、アルカリ薬剤及びpH調整のための設備を必要とすることなく、循環冷却水系に再利用することができる。このため、設備負担の軽減、薬剤コストの削減、薬剤及び装置管理作業の軽減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の循環冷却水の処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
1 ストレーナ
2 脱炭酸塔
3 膜濾過装置
4 中間槽
5 RO膜装置
10 冷却塔
11 冷却水塔
12 熱交換器

Claims (4)

  1. 循環冷却水系から取り出した水に酸を添加してpH3〜6とし、この水をpH3〜6の条件下で逆浸透膜装置に通水して脱イオン処理し、濃縮水と透過水とに分離する循環冷却水の処理方法において、
    該逆浸透膜装置の透過水を、冷却水との混合後のpHが中性ないしアルカリ性となる供給量にて循環冷却水系に供給することを特徴とする循環冷却水の処理方法。
  2. 請求項1において、循環冷却水系から取り出した水をpH3〜6の条件下で膜濾過装置に通水して膜濾過処理した後逆浸透膜処理することを特徴とする循環冷却水の処理方法。
  3. 請求項1において、循環冷却水系から取り出した水をpH3〜6の条件下で脱炭酸処理した後逆浸透膜処理することを特徴とする循環冷却水の処理方法。
  4. 請求項3において、脱炭酸処理後、膜濾過装置に通水して膜濾過処理し、次いで逆浸透膜処理することを特徴とする循環冷却水の処理方法。
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