JP4820023B2

JP4820023B2 - イオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法

Info

Publication number: JP4820023B2
Application number: JP2001203473A
Authority: JP
Inventors: 博之名久井
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2003010702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法及びその方法を使用した燃焼プラントに関するものであり、より詳細には排水等に含まれるジチオン酸イオン等の難分解性のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分を吸着処理したイオン交換樹脂の再生廃液を有効利用する方法及びその方法を用いた燃焼プラントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に難分解性のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分を含む排水、特に、脱硫装置等から排出されるジチオン酸イオン（Ｓ₂Ｏ₆ ^2-）を多量に含む排水は環境汚染を防止するために、イオン交換樹脂で吸着処理した後に放流される。またこのように排水処理したイオン交換樹脂は薬品（水酸化ナトリウム水溶液等）により再生して繰り返し処理塔内で使用される。一方、イオン交換樹脂を再生した後の再生廃液は当然、難分解性のＣＯＤ成分を濃厚に含むため、熱分解装置等によって十分に熱酸化処理された後、再び排水処理槽内に戻され処理される。
【０００３】
図４は、従来の石炭の燃焼プラントの燃焼工程を示す概略図である。図４に示すように、貯炭場１からライン２を介して燃焼炉３内に石炭が投入され、燃焼炉３内で燃焼される。燃焼炉３からの石炭燃焼ガスはライン４を介して後段の電気集塵器５内に搬入される。電気集塵器５によって石炭燃焼ガス中の煤塵が捕集され、煤塵は石炭灰として取り出される。一方、煤塵を除去した燃焼ガスはライン６を介して脱硫装置７内に搬入される。燃焼ガスは脱硫装置７によって硫黄酸化物が分離され、硫黄酸化物はライン８を介して石膏分離装置９に搬入される。一方、硫黄酸化物を除いた燃焼ガスは煙突１０から排気される。
【０００４】
石膏分離装置９において硫黄酸化物から石膏成分が抽出され、石膏分離装置９から生じる排水はライン１１を介して排水処理装置１２内に流入される。かかる排水中には通常、難分解性ＣＯＤ成分であるジチオン酸（Ｓ₂Ｏ₆）が含まれている。
このため、排水処理装置１２は通常ＣＯＤ処理塔１３を備え、ＣＯＤ処理塔１３内にはジチオン酸イオン等を吸着するイオン交換樹脂が充填されている。そして、排水はジチオン酸等の難分解性ＣＯＤ成分を除去したのち放流される。
【０００５】
上記ＣＯＤ処理塔１３のイオン交換樹脂は毎日或いは定期的に再生処理が成される。再生処理は水酸化ナトリウム水溶液等の薬品でイオン交換樹脂を処理することによって再生され、その再生廃液はライン１４を介して廃液貯蔵槽１５等に一旦貯溜される。
従来、上記再生廃液はジチオン酸等のＣＯＤ成分を濃厚に含むため、熱分解装置１６で処理され、再びライン１７を介して排水処理装置１０内に戻される。熱分解装置１６は、図示しないがＣＯＤ等の分解タンク、熱交換器、処理液貯溜槽、脱臭塔、及び脱臭塔廃液槽などの機器設備類から構成されている。熱分解装置１６では、硫酸及び水酸化ナトリウム等の薬品が用いられ、加熱用に蒸気が用いられ、分解反応時間として約１２時間以上が必要とされる。そして、このような循環を繰り返しながら排水中のＣＯＤ成分が取り除かれる。
【０００６】
ところで、熱分解装置１６における従来の再生廃液処理方法では、その処理が大掛かりとなり、設備だけでなく大量の処理薬品、エネルギーを消費している。このため、燃焼プラントの処理ラインに限らず、他のＣＯＤ成分の処理ラインにおいても、処理コストがかなりの負担となっている。
このため、処理ラインにおけるイオン交換樹脂再生廃液を、コストがかからずに環境上安全に処理できると共に、その再生廃液を有効に利用することが望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、ジチオン酸等のＣＯＤ成分を含むイオン交換樹脂再生廃液を、環境上、安全且つ低コストで処理することができ、しかも、その再生廃液を有効に利用することができるイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、図１（大気汚染ハンドブック：除塵装置編(1976)）に示すように粉塵の電気抵抗と電気集塵器での集塵効率との間に一定の関係が以前から知られていること、石炭燃焼プラントの燃焼灰は電気抵抗が高いため、煤塵処理における電気集塵器において逆電離現象が発生しやすく、集塵効率低下の要因となっていること、そして、石炭等の燃料に特定のイオン交換樹脂再生廃液を混入すると、その燃焼灰中のナトリウム（アルカリ金属）含有量が増加し、意外にもその燃焼灰の電気抵抗が低減することから、イオン交換樹脂再生廃液が電気集塵器の信頼性の向上と高効率化を図ることのできる灰成分改良剤、或いは灰成分調整剤として期待できることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】
即ち、本発明に係るイオン交換樹脂再生廃液の有効利用法及びそれを使用した燃焼プラントは、以下の構成或いは手段からなることを特徴とする。
（１）難分解性ＣＯＤ成分であるジチオン酸イオン分を含む被処理液を処理したイオン交換樹脂を水酸化アルカリ水溶液で再生し、該再生で生じた再生廃液を、燃焼ガスの煤塵を捕集する電気集塵器に供給して該電気集塵器の集塵効率を向上させることを特徴とするイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
【００１０】
（２）上記電気集塵器に供給される煤塵ガスは石炭、重油から選択される少なくとも１以上の燃料からの燃焼ガスである上記（１）記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
（３）上記再生廃液を上記燃料に添加して成分調整しながら、該燃料を燃焼して、該燃焼ガスを上記電気集塵器に供給することを特徴とする上記（２）に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
【００１１】
（４）上記再生廃液を上記燃焼ガスと共に上記電気集塵器に供給することを特徴とすることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
（５）上記難分解性ＣＯＤ成分を含む液は脱硫装置からの排水であることを特徴とする上記（１）に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
【００１２】
（６）燃焼炉及び電気集塵器を備えた燃焼プラントにおいて、上記（１）記載の有効利用方法の再生廃液を上記電気集塵器の前段或いは燃焼炉の前段から供給する供給システムが設けられていることを特徴とする燃焼プラント。
【００１３】
（７）上記（６）記載の燃焼プラントにおいて、上記電気集塵器の後段には脱硫装置が設けられると共に、上記脱硫装置からの排水をイオン交換樹脂で処理する処理塔が設けられ、上記再生廃液は上記イオン交換樹脂を再生するために使用した再生廃液であることを特徴とする燃焼プラント。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法及びそれを用いた燃焼プラントの一実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。尚、本発明のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法及びそれを用いた燃焼プラントは以下の実施の形態及び実施例に限るものではない。
図１は、一般的に知られている粉塵の電気抵抗と集塵効率との間の関係線図である。図２は、燃焼プラントの一実施形態の概略工程図である。図３は、一実施形態における廃液の添加が電気集塵器内での石炭灰の電気抵抗に与える影響と温度との関係を示す線図である。図４は、従来の燃焼プラントの概略工程図である。
【００１５】
図２に示すように、本発明のイオン交換樹脂廃液を有効利用する方法が使用されている燃焼プラントは燃焼炉（ボイラ）３及び電気集塵器５を備えている。そして、再生廃液を電気集塵器５の前段或いは燃焼炉３の前段から供給する供給システム２０又は２１が設けられている。
【００１６】
更に、燃焼プラントにおいては、電気集塵器５の後段には脱硫装置７が設けられると共に、脱硫装置７からの排水を、ライン８、１１を介してイオン交換樹脂で処理するための処理塔１２が設けられ、再生廃液は上記イオン交換樹脂を再生するために使用した廃液であり、再生廃液は燃焼プラントにおけるリサイクルラインに使用されたものであることが望ましい。
尚、上記イオン交換樹脂再生廃液は、上記実施形態の燃焼プラントから生じるもののみの使用に限る必要はない。
【００１７】
このような燃焼プラントを更に具体的示すと、図１に示すように、貯炭場１からライン２を介して燃焼炉３内に石炭が投入され、燃焼炉３内で燃焼される。燃焼炉３からの石炭燃焼ガスはライン４を介して後段の電気集塵器５内に搬入される。電気集塵器５によって石炭燃焼ガス中の煤塵が捕集され、煤塵は石炭灰として取り出される。一方、煤塵を除去した燃焼ガスはライン６を介して脱硫装置７内に搬入される。燃焼ガスは脱硫装置７によって硫黄酸化物が分離され、硫黄酸化物はライン８を介して石膏分離装置９に搬入される。一方、硫黄酸化物を除いた燃焼ガスは煙突１０から排気される。
【００１８】
石膏分離装置９において硫黄酸化物から石膏成分が抽出され、石膏分離装置９から生じる排水はライン１１を介して排水処理装置１２内に流入される。かかる排水中には難分解性ＣＯＤ成分であるジチオン酸（Ｓ₂Ｏ₆）が含まれている。排水処理装置１２はＣＯＤ処理塔１３を備え、ＣＯＤ処理塔１３内にはジチオン酸イオン等を吸着するイオン交換樹脂が充填されている。そして、排水はジチオン酸等の難分解性ＣＯＤを除去したのち放流される。
【００１９】
上記ＣＯＤ処理塔１３のイオン交換樹脂は毎日或いは定期的に再生処理が成される。再生処理は水酸化ナトリウム水溶液等の薬品でイオン交換樹脂を処理することによって再生され、その再生廃液はライン１４を介して廃液貯蔵槽１５等に一旦貯溜される。そして、廃液貯溜槽１５から供給システム２０、或いは２１を介して貯炭場１或いは電気集塵器５に廃液が所定量供給される。
【００２０】
従って、本発明に係るイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法は、難分解性ＣＯＤ成分を含む液を処理したイオン交換樹脂の再生廃液を、燃焼ガスの煤塵を捕集する電気集塵器５に供給して電気集塵器５の集塵効率を向上させるものである。尚、上記イオン交換樹脂再生廃液に含まれる難分解性ＣＯＤ成分は燃焼プラントから生じるジチオン酸イオンを主成分とする。また、上述のように、上記難分解性ＣＯＤ成分を含む液は脱硫装置からの排水であることが望ましく、また、上記燃焼ガスは石炭燃焼ガスに限る必要はなく、重油等、その他の燃焼ガスであっても良い。
【００２１】
通常、電気集塵器において、その集塵率は図１に示すように煤塵の電気抵抗の影響を受ける。煤塵の電気抵抗が１０³乃至５×１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲、特に１０⁴乃至１０⁹Ωｃｍの範囲では、特に安定し、高効率の集塵効率が得られ、理想的な電気集塵ができるが、５×１０¹⁰Ω・ｃｍを超えると、煤塵層内で絶縁破壊を引き起こし（逆電離現象）、集塵効率が著しく低下するようになる。
【００２２】
これに対して、以下の表１に示すように、一般的な石炭の燃焼による煤塵の電気抵抗率は１０¹⁰乃至１０¹²Ω・ｃｍの範囲にあるいため、電気集塵器において逆電離現象が発生し易く、集塵効率低下の要因となっている。
【００２３】
【表１】

【００２４】
石炭等の燃料中にナトリウム等のアルカリ金属を添加して、その燃料中のアルカリ金属含有量を増加させると、煤塵の電気抵抗率を下げることが知られている。上記イオン交換樹脂再生廃液は後述の表２に示すようにアルカリ金属イオンが多量に含まれる。このため、燃料等に添加することによってその煤塵の電気抵抗率を下げ、より良好な集塵を行う。
【００２５】
上記イオン交換樹脂再生廃液を電気集塵器５の前段から添加すると、電気集塵器内での煤塵の電気抵抗を調整して、安定且つ高効率で集塵することができ、電気集塵器の集塵効率を向上させる灰成分調整剤として、上記イオン交換樹脂再生廃液を有効利用することができる。
また、上記イオン交換樹脂再生廃液中に含まれるＣＯＤ成分、特にジチオン酸成分に対しても、燃焼炉で熱分解されるので、その低減化が期待でき、従来のように再生廃液を硫酸等により熱分解処理することもない。
更に、上記イオン交換樹脂再生廃液を燃料と共に反応炉である燃焼炉に投入した場合、後述するように反応炉内の灰付着量が極めて低減されるという作用も見られる。
【００２６】
【実施例】
本発明に係るイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法を実施例により更に説明する。
以下の微粉炭、イオン交換樹脂の再生廃液、及び落下型管状反応炉を使用して、微粉炭１００質量部に再生廃液１０質量部を添加して、反応炉で燃焼させ、その燃焼灰の電気抵抗等を測定して、上記イオン交換樹脂の再生廃液が集塵性向上のための灰成分調整剤として適用できるか調べた。尚、対照として微粉炭のみについても調べた。
・微粉炭（太平洋炭、２００メッシュ（２４μｍ）９０％以上）
・排水処理装置のＣＯＤ吸着樹脂再生廃液
・反応炉（実験炉、３００g/H、Max１５００℃）
【００２７】
（１）再生廃液成分の分析、（２）石炭灰の分析、及び（３）反応炉内の灰付着量測定を行い、その結果、表２乃至表４に順次示した。尚、石炭灰の電気抵抗はJIS B9915「粉体の見掛けの電気抵抗率測定法」によった。
【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
【表４】

【００３１】
上記表２からイオン交換樹脂再生廃液には、Ｎａ₂Ｓ₂Ｏ₆が４．６質量％、Ｎａ₂ＳＯ₄が４．５質量％、ＮａＣｌが０．８２質量％含まれていた。石炭１００質量部に対して、この再生廃液１０質量部を添加し、燃焼させることにより、石炭灰中のナトリウム濃度は表３に示すように、石炭のみの対照値よりも２．８倍の値まで上昇し、図３に示すように、石炭灰の電気抵抗が概ね１オーダ低下することが確認された。このように、灰中にアルカリ金属が多くなる程、灰内部を電流が流れ易くなり（体積伝導の増加）電気抵抗が低下する。従って、石炭に再生廃液を添加することにより逆電離現象を回避し、電気集塵器の信頼性向上を図ることができる（図１参照）。
【００３２】
また、表４に示すように、かかる再生廃液を添加することによって、燃焼炉或いは反応炉内にスラッギングの増加もなく、却って炉内の付着物が減少するという作用が見られた。
以上のことから、火力発電所の排水処理装置等のＣＯＤ成分吸着処理のためのイオン交換樹脂の再生廃液に関して、集塵性向上に係る石炭の灰成分調整剤或いは集塵効率改良剤としての適用性が上記実施例により十分に見られ、本発明に係るイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法は副産物の循環資源としての有効利用を促進し、廃棄物処理経費を著しく削減することができる。
【００３３】
また、本発明に係るイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法を採用した燃焼プラントにあっては、処理塔のイオン交換再生廃液を廃液貯槽から貯炭場或いは電気集塵器の前段に注入するライン２０、２１により、石炭等の燃料或いは燃焼炉からの煤塵に再生廃液が添加され、その煤塵中のアルカリ金属量を高めるので、効率良く電気集塵器で煤塵を捕集することができる。
更に、シンプルなラインで廃液を有効利用できるため、従来のライン以降の熱分解処理系統が不要となる。
【００３４】
尚、本発明のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、燃焼プラントに使用される燃料は石炭に限らず、重油等であっても良く、また、電気集塵器は乾式集塵器でも湿式集塵器のいずれでも良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用法によれば、難分解性ＣＯＤ成分を含む液を処理したイオン交換樹脂の再生廃液を、電気集塵器に供給して該電気集塵器の集塵効率を向上させるので、ジチオン酸等のＣＯＤ成分を含むイオン交換樹脂再生廃液を、環境上、安全且つ低コストで処理することができ、しかも、その再生廃液を有効に利用することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、一般的に知られている粉塵の電気抵抗と集塵効率との間の関係線図である。
【図２】図２は、燃焼プラントの一実施形態の概略工程図である。
【図３】図３は、一実施形態における廃液の添加が石炭灰の電気抵抗に与える影響と温度の関係を示す線図である。
【図４】図４は、従来の燃焼プラントの概略工程図である。
【符号の説明】
１貯炭場
３燃焼炉
５電気集塵器
７脱硫装置
１２排水処理装置
１３処理塔
１５再生廃液貯槽
２０再生廃液供給ライン
２１再生廃液供給ライン

Claims

難分解性ＣＯＤ成分であるジチオン酸イオンを含む被処理液を処理したイオン交換樹脂を水酸化ナトリウム水溶液で再生し、該再生で生じた再生廃液を、電気集塵器に添加して該電気集塵器の集塵効率を向上させることを特徴とするイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
上記電気集塵器に供給される煤塵ガスは石炭、重油から選択される少なくとも１以上の燃料からの燃焼ガスである請求項１記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
上記再生廃液を上記燃料に添加して成分調整しながら、該燃料を燃焼して、該燃焼ガスを上記電気集塵器に供給することを特徴とする請求項２に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
上記再生廃液を上記燃焼ガスと共に上記電気集塵器に供給することを特徴とする請求項２又は３に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
上記難分解性ＣＯＤ成分を含む液は脱硫装置からの排水であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂再生廃液の有効利用方法。
燃焼炉及び電気集塵器を備えた燃焼プラントにおいて、上記請求項１記載の有効利用方法の再生廃液を上記電気集塵器の前段或いは燃焼炉の前段から供給する供給システムが設けられていることを特徴とする燃焼プラント。
上記請求項６記載の燃焼プラントにおいて、上記電気集塵器の後段には脱硫装置が設けられると共に、上記脱硫装置からの排水をイオン交換樹脂で処理する処理塔が設けられ、上記再生廃液は上記イオン交換樹脂を再生するために使用した再生廃液であることを特徴とする燃焼プラント。