JP4282962B2 - 廃水の中和処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業界で発生する酸性廃水およびアルカリ性廃水の中和処理方法に関するものである。これらの酸性廃水やアルカリ性廃水は、廃水に対する規制のために、そのままでは放流できずに中和処理を施されて所定の中性領域ｐＨに調整してから放流されている。本発明は、このような酸性廃水およびアルカリ性廃水の中和処理において、安定した中和処理を行うことができる方法である。強酸性および強アルカリ性廃水の中和処理にも適用可能であり、特に強アルカリ性廃水の中和処理に適した方法である。
【０００２】
【従来の技術】
産業界で発生する酸性廃水やアルカリ性廃水を中和して放流する場合には、放流水のｐＨ規制があり、海域への放流の場合にはｐＨ５〜９、前記海域以外の公共用水域への放流の場合にはｐＨ５．８〜８．６の範囲内とすることが求められている。
一般に強酸性または強アルカリ性廃水を中和し、前述のようなｐＨ（水素イオン指数）５．８〜８．６の中性領域に制御する場合には、その滴定曲線から理解されるように中和点付近ではｐＨが大きく変化する。そのため強酸性または強アルカリ性廃水を中和する場合には、第一段階として一旦所望ｐＨ付近にしてから、更に薄い酸性水溶液あるいは薄いアルカリ性水溶液を用いて所望の中性領域ｐＨに調整するという二段階中和法がとられている。
あるいは強酸性廃水、強アルカリ性廃水を精密なｐＨの制御機器を用い、且つ、液の混合が円滑になるような充分な容量のタンクや攪拌システムを備え物理的に緩衝性をもたせた装置として、緩慢に中和させる方法が必要となる。
以上のように、現在では強酸性廃水や強アルカリ性廃水の中和処理のためには、二段階中和法を採用したり、あるいは一段で中和処理を安定に実施させるために優れた攪拌、緩衝作用を持ち合わせた装置を使用しており、単純な中和操作であるにもかかわらず高価、複雑な装置を備えることが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸性廃水やアルカリ性廃水の中和処理に際し、従来の二段階中和法や高価な制御装置を用いる方法によらずに、容易かつ安定して中和処理を行う方法を提供するものである。特に、強酸性廃水または強アルカリ性廃水の中和処理に適用することが可能な方法を意図したものである。本発明では、工業規模における酸性廃水やアルカリ性廃水の中和処理に適用できる方法とすることを別の目的としている。また、本発明の他の目的としては、設備的に簡便で経済的なものとすることにある。
【０００４】
【発明を解決するための手段】
本発明は、酸性廃水およびアルカリ性廃水を中和する方法において、酸性廃水およびアルカリ性廃水を炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスで曝気して混合しながら中性塩を生成し、中和する廃水の中和処理方法であって、液中燃焼式の焼却炉において燃焼排ガスを冷却させる、該焼却炉の下部に設置されている冷却水槽を用いて中和を行うことを特徴とする廃水の中和処理方法である。前記の中和処理方法では、炭酸ガス含有ガスとして、燃焼排ガスを利用することができる。
本発明の方法では、中和処理のために特別な中和槽等を設けることなく、焼却炉の燃焼排ガスを冷却させる冷却水槽を用いて中和を行うことが可能である。
【０００５】
【作用】
酸とアルカリを中和させる場合には、中和曲線から理解されるように中和点付近ではｐＨが大きく変化するため、中和操作においては混合は必須の操作であり、例えば実験では、マグネチックスタラー等を用いて機械的に撹拌した状態で中和が行われる。特に強酸性水溶液と強アルカリ性水溶液の反応では、ｐＨの変化は図４のようになり、中和点付近では非常に大きく変化するため、これを制御することが難しい。
本発明では、酸性廃水およびアルカリ性廃水を中和する際に、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスで曝気しながら中和するために、曝気により液の撹拌が十分に行われると共に、炭酸ガスが水中に溶け込んで中性塩を生成し、酸性廃水、アルカリ廃水の僅かなアンバランスをこれら中性塩の緩衝性により緩和する。すなわち、ｐＨ６〜８の中性領域にある中和点付近でなだらかな変曲点を提供する中性塩を存在させることにより、ｐＨの変化を緩慢にして中和点の制御を容易にし、液の混合を充分に促進する攪拌を行っているために、安定した中和操作を達成することができる。
前述のように中和操作においては混合は必須の操作であり、本発明では、この混合を炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスの吹き込みにより激しく行い、同時に炭酸ガスの吸収を行わせて、中和反応における緩衝性と安定性を持たせた中和方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の内容を、図面を基に説明する。図１は、本発明の基本的な構成を示す概略図である。酸性廃水２およびアルカリ性廃水３を中和槽１内に導入し、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガス４を槽内の底部に設置してある散気管６を経て液中に吹き込み、曝気して液を混合しながら中和する方法である。ｐＨ計５により中和反応の進行を確認しつつ、所定ｐＨ範囲内となり中和処理が終了した後は、中和槽の下部に設けられている排出口７から処理済水を取出し、さらに必要に応じた処理を施して系外へ放流する。
尚、図１では、酸性廃水２とアルカリ性廃水３との中和を例示したが、同じ工場内等で両方の廃水が発生する場合には、この両方の廃水を用いて一挙に中和を行うことが望ましい。しかしながら、必ずしも酸性廃水とアルカリ性廃水の両方を用意することができるわけではなく、しかも両方が中和のための必要量として均衡することもないので、酸性廃水またはアルカリ性廃水を中和する際に、一方を廃水に変えて、別途薬品を用いて調整した酸性水溶液やアルカリ性水溶液を用いるようにしてもよい。
【０００７】
本発明で対象とする酸性廃水やアルカリ性廃水は、化学工業等の製造工程で使用された後に排出される塩酸、硫酸等を含む酸性廃水や、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の水酸化物を含有したり、アンモニア、アンモニア化合物を含有するアルカリ性廃水、または、イオン交換樹脂の再生工程から発生する酸性廃水やアルカリ性廃水等であり、これらの廃水はそのままでは放流できずに中和処理を施こすことが必要とされているものである。特に、強酸性廃水または強アルカリ性廃水といわれるｐＨ５以下あるいはｐＨ９以上の廃水の中和処理に本発明の方法を適用することが効果的である。
【０００８】
中和槽１内に導入する酸性廃水２とアルカリ性廃水３等の導入順序や、連続処理、バッチ処理等は必要に応じて選定すればよい。また、炭酸ガスはボンベ入りのものが、取扱いが容易で好ましいものであるが、これに限定されるものではなく、工場内等で発生する炭酸ガスを利用してもよい。炭酸ガス含有ガスとしては、空気よりも炭酸ガスの含有割合の多いものが望ましく、例えば、焼却炉からの燃焼排ガスやボイラー排ガス等の利用が好ましい。以下本明細書においては、炭酸ガスおよび炭酸ガス含有ガスを含めて、単に炭酸ガスと説明する場合もある。
【０００９】
以下に本発明の実施形態を、塩酸含有有機廃水を焼却処理後、そこから生ずる燃焼排ガスを水中に吹き込み冷却することにより生ずる酸性廃水を、アルカリ性廃水によって中和する方法を例に挙げ説明する。
図２は、塩酸含有有機廃水を焼却炉１０にて焼却処理し、その燃焼排ガスを焼却炉の下部に設けられている冷却水槽中に吹き込み曝気し、当該冷却水槽にアルカリ性廃水を供給して中和する場合に、本発明を実施するためのフロー図である。以下、このような焼却炉から発生する燃焼排ガスを直接に冷却水中に吹き込むような燃焼形式を「液中燃焼」、その冷却水槽を「冷却缶」と称する。
【００１０】
例に挙げた塩酸含有有機廃水は水分が多いので、そのまま焼却すると燃料消費量が多くなるため、省エネルギーの見知から予め濃縮し、水分濃度を低下させてから焼却されることが普通である。このような濃縮廃水は焼却炉１０で焼却した後、焼却炉の下部に設置されている冷却缶１１の冷却水中に燃焼排ガスを吹き込み、燃焼排ガスの温度を瞬時に冷却・低下させている。この時、燃焼排ガス中に含まれている塩酸ガスは、冷却缶水に吸収され酸性廃水となるが、同時に該冷却缶１１に供給したアルカリ性廃水やアルカリ性水溶液と中和反応を起こし、放流可能なｐＨ５．８〜８．６（海域以外の公共用水域への放流の場合）の範囲内に調整されて排出される。
さらには、前記の濃縮操作において、廃水中に含まれている塩酸が水蒸気と共に一部蒸発するので、この水蒸気を凝縮させた凝縮水も酸性廃水であるため、これをそのままあるいは図示していない凝縮水受槽等に受けてから、冷却缶１１に供給するようにして一緒に中和するようにすることも可能である。
【００１１】
液中燃焼についてより詳しく説明する。上述の有機物を含む濃縮廃水は、高温雰囲気の焼却炉内に噴霧供給され、廃水中に含有されていた有機物は炭酸ガス、水等に酸化分解され、燃焼排ガスとして焼却炉から排出される。濃縮廃水中に含まれている塩酸分は、塩酸ガスとなって燃焼排ガスに同伴する。
燃焼排ガスはダウンカマーを介し冷却缶内の水中に噴出させ曝気する。ダウンカマーは外側にウェアと称する外管を有し、二重管構造となっており、冷却水中に噴出した燃焼排ガスは、ダウンカマーとウェアの隙間を上昇し、そのとき周囲の水を同伴し激しい気液混合が起こる。かくして、燃焼ガスは瞬間的に冷却され、同時に殆どの塩酸ガスと一部の炭酸ガスが冷却水に吸収され酸性廃水となる。
一方、燃焼排ガスの一部が冷却缶水に吸収され、濃縮時に発生する塩酸ガスを含む凝縮水、さらにこれらを中和するためのアルカリ性廃水やアルカリ性水溶液が冷却缶に導入され、冷却缶内での激しい混合により安定した中和操作が達成され、河川等の放流範囲のｐＨに調整された冷却缶水が放出される。尚、冷却缶を出た燃焼排ガスは、僅かに残存する塩酸ガスを捕集するために吸収塔等を経由して除害されてから大気中に放出される。
【００１２】
上記のような液中燃焼のシステムを利用するならば、廃水の焼却処理を行わない場合にも、図３に示すように少量の炭酸ガスを含む空気を、焼却炉を経由して冷却缶に吹き込み曝気しながら、冷却缶内に酸性廃水とアルカリ性廃水やアルカリ性水溶液を供給して、安定に中和操作を達成することが可能となる。この場合に、焼却炉を経由することなく、別途炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスを冷却缶内に吹き込み曝気するような構成としてもよい。これらは、中和処理のための中和槽を設けることなく既存の設備を有効に活用して、本発明を実施する例であり、経済性の高いものである。
【００１３】
本発明の別の態様としては、多くの工場内に設置されている排水の中和処理においても、炭酸ガスまたは燃焼排ガス等の炭酸ガス含有ガスを被処理水中に吹き込むための装置を設置することで本発明を適用できるし、この発明の趣旨に沿って多くの酸性廃水やアルカリ性廃水の中和操作を行うことが可能である。
【００１４】
【実施例】
実施例１
ボイラー供給水用のイオン交換樹脂再生廃水の処理を例に本発明の実施例を説明する。本発明を図２のフロー図に準じて実施した。
カチオン樹脂再生廃水は、約３ｗｔ％の塩酸を含み、さらに有機物を全有機炭素濃度で２３００〜４０００ｍｇ／ｌを含有するため、そのままでは放流できない。そのため本実施例では有機物を分解するために焼却処理を行った。焼却処理においては、省エネルギーの観点から予め前記排水を濃縮処理した濃縮廃水を、焼却炉１０に供給して約９５０〜１０００℃で焼却し、燃焼排ガスは冷却缶に供給した。また、濃縮処理において蒸発した水蒸気等は、塩酸濃度が約２〜３％の凝縮水となり、これには有機物がほとんど含まれていないので、そのまま冷却缶１１へ供給した。
燃焼排ガスに伴って流入する塩酸による酸性廃水と前記の凝縮水を中和するために、冷却缶水に酸性廃水全体の当量に相当するアニオン樹脂再生廃水（強アルカリ性廃水）および２５％水酸化ナトリウム水溶液を供給した。この際に１０〜１５％の炭酸ガスを含む燃焼排ガスが冷却缶内に吹き込まれているために、該燃焼排ガスによる激しい混合・攪拌、燃焼排ガスからの炭酸ガスの供給により、冷却缶水のｐＨを放流範囲内のｐＨ８付近に容易に安定させることができた。
【００１５】
実施例２
濃縮液の燃焼を行わない場合の本発明実施例を、図３に基づき説明する。焼却炉の容量、運転時間の関係等から焼却炉を休止する場合があるが、カチオン樹脂再生廃水（酸性廃水）の濃縮操作は続ける必要がある。前述のごとくに、濃縮処理に際して生ずる凝縮水には約３％の塩酸が含まれているので、これも酸性廃水でありそのまま放流することができず、中和処理が必要である。
このため、前記の凝縮水を冷却缶１１へ供給し、次いで冷却缶１１にアニオン樹脂再生廃水（強アルカリ性廃水）と２５％水酸化ナトリウム水溶液を供給し、攪拌用の空気を供給しつつ中和処理を行った。しかし、冷却缶水のｐＨのハンチングが激しく、ｐＨを放流範囲内の中性領域に安定させることが全く不可能であった（比較例）。
本発明として、前記の凝縮水を冷却缶１１に供給し、その後アニオン樹脂再生廃水と２５％水酸化ナトリウム水溶液を供給して中和処理を行う際に、空気約３００Ｎｍ^３／ｈに炭酸ガス約８Ｎｍ^３／ｈを一緒に供給し曝気したところ、冷却缶内のｐＨは焼却炉の運転を行った場合とほぼ同様に放流範囲内とする安定した運転ができた。
【００１６】
【発明の効果】
産業界では、発生する酸性廃水およびアルカリ性廃水を規制された範囲内のｐＨに中和して放流することは非常に多い。強酸性廃水や強アルカリ性廃水を中和する場合には、中和点付近のｐＨの変化が激しいために中和処理が非常に難しいが、本発明を利用することにより容易に且つ安定した中和操作を提供できる。本発明は、工業規模における酸性廃水やアルカリ性廃水の中和処理に適用できる方法であり、設備的にも簡便なものですみ経済的である。
さらには、燃焼排ガス等の炭酸ガスを含有する排ガスを利用することが可能であり、地球温暖化の原因物質の一つとされている炭酸ガスの固定を図ることができ、大気への拡散防止の一助とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】 廃水の焼却処理を組み合わせて、本発明を実施するためのフロー図である。
【図３】 焼却処理を行うことなく焼却処理設備を利用して中和処理する場合における本発明のフロー図の一例である。
【図４】 強アルカリ性水溶液で強酸性水溶液を中和する場合の中和曲線を示す。
【符号の説明】
１中和槽、２酸性廃水、３アルカリ性廃水、４炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガス、５ｐＨ計、６散気管、７排出口、１０焼却炉、１１冷却缶

Claims (2)

1. 酸性廃水およびアルカリ性廃水を中和する方法において、酸性廃水およびアルカリ性廃水を炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスで曝気して混合しながら中性塩を生成し、中和する廃水の中和処理方法であって、
   液中燃焼式の焼却炉において燃焼排ガスを冷却させる、該焼却炉の下部に設置されている冷却水槽を用いて中和を行うことを特徴とする廃水の中和処理方法。
2. 炭酸ガス含有ガスが燃焼排ガスである請求項１記載の廃水の中和処理方法。

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