JP4958171B2 - 排水処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、排水処理方法に関し、特に、焼却灰等の水洗時に発生する排水から重金属類を除去して浄化処理する方法に関する。
都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰は、従来、そのほとんどを最終処分場で埋め立て処理していたが、最終処分場の枯渇のおそれに鑑み、近年、セメント原料としてリサイクルしている。
都市ごみ焼却灰のうち、気体とともに運ばれ、集塵装置で回収される飛灰は、１０〜２０％の塩素分を含むため、セメント原料としてリサイクルするにあたって事前に塩素分を除去する必要がある。そこで、ベルトフィルター等の水洗脱塩設備を用い、焼却灰に含まれる水溶性塩素化合物を水洗除去した後、セメント原料として利用している。
一方、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。
この塩素バイパス設備では、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した排ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた。
ところが、近年、上記焼却灰を含む廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに伴い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストをすべてセメント粉砕工程で利用することができず、塩素バイパスダストについても水洗処理されていた。
また、セメント製造設備における廃棄物の処理量の増加に伴い、セメントキルンに持ち込まれる重金属類の量も増加しており、これらの重金属類は、焼却灰及び塩素バイパスダストを水洗処理した際にろ液中に溶出するため、水洗時に発生する排水から重金属類を除去することも必要であった。
そこで、従来、セメント製造設備において、例えば図６に示すように、飛灰と塩素バイパスダストとを同時に水洗し、塩素を除去した後のケーキをセメントキルンに戻すとともに、塩素を含む水洗後の排水から重金属を除去する水洗・排水処理システムが用いられている。
この水洗・排水処理システム５１は、水洗設備として、飛灰と塩素バイパスダストとを水に溶解させる溶解槽５２と、溶解槽５２からポンプ（符号「Ｐ」、以下同じ）によって供給されたスラリーＳを水洗しながら固液分離するベルトフィルター５３と、固液分離された水洗ケーキＣをケーキホッパ５４に貯留した後、これを移送するホースポンプ５５と、ホースポンプ５５からのケーキをセメントキルンに供給するためのピストンポンプ５６と、セメントキルンの休止時にピストンポンプ５６からケーキを抜き出して貯留する抜出タンク５７とを備える。
また、この水洗・排水処理システム５１は、排水処理設備として、ベルトフィルター５３等のろ液を貯留する母ろ液ピット５８と、母ろ液ピット５８からの母ろ液Ｌ１をセメントキルン排ガスで中和するためのｐＨ調整塔５９と、母ろ液Ｌ１の脱気を行うとともに高分子凝集剤を添加する脱気槽６１と、母ろ液Ｌ１を沈殿物と第１上澄液Ｌ２とに分離する沈降槽６２と、第１上澄液Ｌ２を貯留する第１上澄液槽６３と、第１上澄液槽６３からの第１上澄液Ｌ２に含まれる重金属類を薬剤を用いて沈降除去するための薬剤反応槽６４及び沈降槽６５と、沈降槽６５からの第２上澄液Ｌ３を貯留する第２上澄液槽６６と、第２上澄液槽６６からの第２上澄液Ｌ３に残留する重金属類等を捕集するための砂ろ過器６７、６８と、第２上澄液Ｌ３中の水銀を吸着するための水銀吸着塔６９と、処理水Ｌ４を貯留するための処理水槽７０と、処理水Ｌ４に希釈水を添加した後貯留する放流水槽７１と、沈降槽６２及び沈降槽６５からの沈殿物を貯留するスラッジピット７２と、スラッジピット７２から沈殿物を固液分離するフィルタープレス７３とを備える。
上記構成により、受け入れた飛灰と塩素バイパスダストとから、ベルトフィルター５３等を用いて塩素分を除去して脱塩ケーキＣをセメントキルンに供給するとともに、母ろ液ピット５８に貯留した母ろ液Ｌ１から、ｐＨ調整塔５９を用いて母ろ液Ｌ１のｐＨを６〜７程度とした後、脱気槽６１と、沈降槽６２とで重金属類等を沈降分離し、次に、第１上澄液Ｌ２に残留する重金属類を薬剤反応槽６４等においてキレート剤や塩化第二鉄等の薬剤を用いて沈降除去し、さらに、沈降槽６５からの第２上澄液Ｌ３に残留する重金属類等を砂ろ過器６７、６８で捕集するなどして排水を浄化した後、下水道に放流している。
また、特許文献２には、焼却灰及び塩素バイパスダストを水洗した水洗ろ液に、水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の硫化剤を添加し、ろ液中のタリウム（Ｔｌ+）を硫化物イオン（Ｓ2-）と反応させて硫化タリウム（Ｔｌ2Ｓ）とし、鉛（Ｐｂ2+）を硫化物イオン（Ｓ2-）と反応させて硫化鉛（ＰｂＳ）とし、還元剤として、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2）等を添加し、ろ液中の６価又は４価のセレン（ＳｅＯ3 2-，ＳｅＯ4 2-）を０価のセレン（Ｓｅ0）まで還元し、これらを固形分として沈殿させて回収する技術が提案されている。
上記図６に示した従来の水洗・排水処理システム５１においては、母ろ液Ｌ１、第１上澄液Ｌ２及び第２上澄液Ｌ３の各々について重金属類の沈降分離等の処理を行うなど多くの工程を必要とし、数多くの装置を配置する必要があるため、排水処理を行うにあたり、装置コスト及び運転コストが高騰するという問題があった。
また、上記特許文献２に記載の除去方法を用いてタリウム、鉛、セレン等の重金属を除去することは可能であるが、その場合、同文献に記載の方法を、図６に示した薬剤反応槽６４を利用して行うと、水洗・排水処理システム５１の全体的な構成に変化はなく、排水処理を行うための装置及び運転コストに関する問題は残されたままである。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、焼却灰等を水洗することにより生じる排水から、低コストで、鉛、タリウム及びセレン等の重金属類を除去して浄化処理することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、焼却灰等を水洗することにより生じる排水に含まれるタリウム及び鉛は、高アルカリ域で硫化剤と反応して硫化物として沈殿除去可能であること、及び、セレンについても、高アルカリ域で、塩化第一鉄の還元作用により沈殿除去可能であることを各々見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、セメント製造設備において、焼却灰と、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスに含まれるダストとを同時に水洗した際に発生する排水のｐＨが１０以上の状態で硫化剤を添加した後、第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加し、該第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水から析出物を分離することにより鉛、タリウム及びセレンを除去することを特徴とする。
そして、本発明によれば、セメント製造設備において、排水のｐＨが１０以上の状態で鉛、タリウム及びセレンを除去することができるため、従来のように、焼却灰の水洗時に発生したｐＨが１２程度の排水を、セメントキルン排ガスを用いて中和した後薬剤を用いて処理する必要がなく、そのまま硫化剤等の薬剤を用いて処理することができるため、排水処理を行うにあたり、従来用いていたｐＨ調整塔、沈降槽等を不要とすることができ、装置コスト及び運転コストを大幅に低減することができる。また、焼却灰とダストの水洗時の排水を一つの設備で同時に処理することができる。
前記排水処理方法において、前記第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水から前記析出物をろ過分離してもよく、前記第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水に高分子凝集剤を添加し、該排水から前記析出物を沈降分離してもよい。
また、前記排水処理方法において、前記硫化剤に、水硫化ソーダ又は硫化ソーダを用いることができ、前記第一鉄化合物として塩化第一鉄又は硫酸第一鉄を、前記第二鉄化合物として塩化第二鉄又は硫酸第二鉄を用いることができる。
以上のように、本発明によれば、セメント製造設備を用いて、焼却灰と、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスに含まれるダストとを同時に水洗した際に発生する排水から、低コストで、鉛、タリウム及びセレンを除去して浄化処理することができる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる排水処理方法を適用した水洗・排水処理システムの一例を示し、このシステム１は、水洗設備として、飛灰と塩素バイパスダストとを水に溶解させる溶解槽２と、溶解槽２からポンプＰによって供給されたスラリーＳを水洗しながら固液分離するベルトフィルター３と、固液分離された水洗ケーキＣをケーキホッパ４に貯留した後、これを移送するホースポンプ５と、ホースポンプ５からのケーキをセメントキルンに供給するためのピストンポンプ６と、セメントキルンの休止時にピストンポンプ６からケーキを抜き出して貯留する抜出タンク７とを備える。
また、この水洗・排水処理システム１は、排水処理設備として、ベルトフィルター３及びフィルタープレス１８のろ液を貯留する母ろ液ピット８と、母ろ液ピット８からの母ろ液Ｌ１に含まれる重金属類を薬剤を用いて沈降除去するための薬剤反応槽９及び沈降槽１０と、沈降槽１０からの上澄液Ｌ２を貯留する上澄液槽１１と、上澄液Ｌ２に残留する重金属類等を捕集するための砂ろ過器１２、１３と、上澄液Ｌ２中の水銀を吸着するための水銀吸着塔１４と、処理水Ｌ３を貯留するための処理水槽１５と、処理水Ｌ３に希釈水を添加した後貯留する放流水槽１６と、沈降槽１０からの沈殿物を貯留するスラッジピット１７と、スラッジピット１７から沈殿物を固液分離するフィルタープレス１８とを備える。
次に、上記水洗・排水処理システム１を用いた本発明にかかる排水処理方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、受け入れた飛灰と塩素バイパスダストとを溶解槽２において水に溶解させてスラリー化した後、ポンプＰによってベルトフィルター３に供給して水洗しながら固液分離する。固液分離によって得られた水洗ケーキＣをケーキホッパ４に一時的に貯留した後、ホースポンプ５と、ピストンポンプ６を介してセメントキルンに供給してセメント原料として利用する。
次に、上記飛灰及び塩素バイパスダストの水洗により生じた排水、すなわち、母ろ液ピット８に貯留された母ろ液Ｌ１から重金属類を除去して浄化処理する方法について説明する。
母ろ液ピット８からの母ろ液Ｌ１を、そのまま薬剤反応槽９に供給し、母ろ液Ｌ１に含まれる重金属類を薬剤を用いて沈降除去する。具体的には、図２に示すように、母ろ液Ｌ１に含まれる鉛、タリウム及びセレン等の重金属類を除去するため、この薬剤反応槽９は、３つの反応槽９Ａ、９Ｂ、９Ｃを備え、１段目の反応槽９Ａには、硫化剤としての水硫化ソーダ（ＮａＨＳ）を、２段目の反応槽９Ｂには、凝集剤及び還元剤としての塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2）を、３段目の反応槽９Ｃには、高分子凝集剤を添加する。尚、硫化剤として、水硫化ソーダに代えて硫化ソーダ（Ｎａ2Ｓ）を用いることもでき、塩化第一鉄に代えて硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ4）を用いることもできる。
この薬剤反応槽９を用い、１段目の反応槽９Ａに母ろ液ピット８よりｐＨ１２程度の母ろ液Ｌ１を供給し、母ろ液Ｌ１中の鉛（Ｐｂ2+）を硫化物イオン（Ｓ2-）と反応させて硫化鉛（ＰｂＳ）とし、タリウム（Ｔｌ+）を硫化物イオン（Ｓ2-）と反応させて硫化タリウム（Ｔｌ2Ｓ）とする。
次に、２段目の反応槽９Ｂにおいて、塩化第一鉄の凝集作用により、硫化鉛及び硫化タリウムを沈殿させるとともに、塩化第一鉄の還元作用により６価又は４価のセレン（ＳｅＯ3 2-，ＳｅＯ4 2-）を０価のセレン（Ｓｅ0）まで還元し、塩化第一鉄の凝集作用により、固形分として沈殿させる。
次に、３段目の反応槽９Ｃにおいて、高分子凝集剤によって上記固形分をさらに大きな粒子になるように凝集させ、沈降槽１０で沈降分離する。沈降槽１０で得られた沈殿物は、スラッジピット１７に貯留された後、フィルタープレス１８で固液分離され、ケーキはケーキホッパ４へ、液相は母ろ液ピット８へ戻される。尚、高分子凝集剤を用いた沈降分離によらず、ろ過分離によって上記固形分を回収することもできる。
また、母ろ液Ｌ１中のセレン濃度が低く、排水処理にあたりセレンを除去する必要がない場合には、塩化第一鉄又は硫酸第一鉄に代えて、還元作用を発揮しない凝集剤としての塩化第二鉄（ＦｅＣｌ3）又は硫酸第二鉄（Ｆｅ2(ＳＯ4)3）を添加することができる。
次に、沈降槽１０からの上澄液Ｌ２を上澄液槽１１に貯留した後、残留する重金属類等を砂ろ過器１２、１３で捕集し、上澄液Ｌ２中の水銀を水銀吸着塔１４で吸着して排水を浄化する。処理水Ｌ３は、処理水槽１５に貯留した後、希釈水を添加し、放流水槽１６を介して下水道に放流する。
以上説明したように、本発明では、母ろ液ピット８に貯留された母ろ液Ｌ１から重金属類を除去するにあたって、母ろ液Ｌ１のｐＨが１０以上の高アルカリ域で第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加することを特徴としているが、この点について以下に追加説明を行う。
図３に示すように、水硫化ソーダを用いた一般的な排水処理方法は、薬剤反応槽２０の１段目の反応槽２０Ａにおいて、重金属を完全に溶解させるため、ｐＨセンサ２１を用い、排水に硫酸を添加して酸性側（ｐＨ）＜７）にした後、２段目の反応槽２０Ｂにおいて水硫化ソーダと反応させ、３段目の反応槽２０Ｃにおいて、ｐＨセンサ２２を用い、塩化第二鉄等を添加して凝集に最適なｐＨに調整し、４段目の反応槽２０Ｄにおいて高分子凝集剤でフロックを大きくして次工程で沈降分離を行う。
上記排水処理方法では、排水のｐＨを７〜９に制御するが、この領域では、図４に示すように、塩化第一鉄の溶解度がまだ高いため、塩化第一鉄を使用すると、溶解した鉄が放流され、放流水を着色することとなる。そこで、塩化第一鉄を使用したい場合には、排水のｐＨを塩化第一鉄が溶解しない領域まで上昇させる必要がある。しかし、放流時には排水のｐＨを７付近に戻す必要があるため、ｐＨを上昇させた排水に酸を添加してｐＨ調整を行わなければならない。
そこで、本発明では、母ろ液Ｌ１のｐＨが１０以上の高アルカリであることに着目し、母ろ液Ｌ１に直接、水硫化ソーダと塩化第一鉄を添加することで、塩化第一鉄を使用しても放流水を着色させずに、セレン濃度を低減するための塩化第一鉄の還元性を利用することができ、コスト的にもｐＨを上下させるために要する費用を低減することのできる排水処理を可能とした。
図１に示す水洗・排水処理システム１を用い、飛灰のみを水洗、ろ過し、得られた母ろ液Ｌ１に表１に示す薬剤を添加し、再度ろ過した場合の、ろ液中の鉛等の濃度の変化を表２に示す。同表に示すように、鉛をほとんど除去することができることが判る。
図１に示す水洗・排水処理システム１を用い、飛灰及び塩素バイパスダストを水洗、ろ過し、得られた母ろ液Ｌ１に表１に示す薬剤を添加し、再度ろ過した場合の、ろ液中の鉛等の濃度の変化を表３に示す。本実施例では、飛灰及び塩素バイパスダスト全体に対して１５質量％の塩素バイパスダストを添加した。塩素バイパスダストのセレン濃度が飛灰よりも高いため、母ろ液Ｌ１のセレン濃度が実施例１に比較して上昇している。
表３に示すように、鉛、亜鉛、銅、タリウムの各重金属ついてほとんど除去することができ、セレン濃度も低下していることが判る。
以上のように、本発明では、母ろ液ピット８に貯留された母ろ液Ｌ１を、そのまま硫化剤等の薬剤を用いて処理することができるため、従来のように、母ろ液Ｌ１に対し、セメントキルン排ガスを用いて中和する必要がなく、ｐＨ調整塔、沈降槽等を不要とすることができ、従来に比較して、装置コスト及び運転コストを大幅に低減することができる。
また、従来、母ろ液Ｌ１が酸性の状態で硫化剤を添加すると、図３に示すように、ｐＨ調整のために用いた硫酸と硫化剤とが反応し、有毒な硫化水素ガス（Ｈ2Ｓ）を大量に発生させるめ、大掛かりなガス処理設備を別途設置する必要が生じるのに加え、設備の運転、保守管理のための人員も配置しなければならず、設備コストや運転コストの高騰を招くという問題があったが、本発明では、上述のように、高アルカリの状態の母ろ液Ｌ１に硫化剤を添加するため、硫化水素ガスが大量に発生することがなく、大掛かりなガス処理設備が不要となるため、設備・運転コストの高騰を回避することができる。
さらに、従来、母ろ液Ｌ１を中性域で処理すると、図３に示すように、母ろ液Ｌ１のｐＨを調整するに際しｐＨセンサー２１、２２を設置し、母ろ液Ｌ１のｐＨを監視しながら行っていたが、その際、ｐＨセンサー２１、２２にスケールが付着するため、定期的に清掃作業等を行わなければならず、運転効率の低下を招くという問題もあった。しかし、本発明では、母ろ液Ｌ１を高アルカリの状態で処理するため、ｐＨ管理が容易になり、ｐＨセンサーを省略することが可能になり、運転効率を高く維持することができる。すなわち、図５に示すように、中性領域では、薬剤添加量を増減させると、ｐＨが急激に変化するため、薬剤添加量を厳密に調整する必要があるが、ｐＨが１０以上のアルカリ領域では、薬剤添加量の増減に対するｐＨの変化度合いが緩やかであるため、薬剤添加量を厳格に調整せずとも、ｐＨを安定させることができるため、ｐＨセンサーによる監視が不要となる。
１ 水洗・排水処理システム
２ 溶解槽
３ ベルトフィルター
４ ケーキホッパ
５ フィルタープレス
６ ピストンプレス
７ 抜出タンク
８ 母ろ液ピット
９ 薬剤反応槽
９Ａ １段目の反応槽
９Ｂ ２段目の反応槽
９Ｃ ３段目の反応槽
１０ 沈降槽
１１ 上澄液槽
１２ 砂ろ過器
１３ 砂ろ過器
１４ 水銀吸着塔
１５ 処理水槽
１６ 放流水槽
１７ スラッジピット
１８ フィルタープレス
２ 溶解槽
３ ベルトフィルター
４ ケーキホッパ
５ フィルタープレス
６ ピストンプレス
７ 抜出タンク
８ 母ろ液ピット
９ 薬剤反応槽
９Ａ １段目の反応槽
９Ｂ ２段目の反応槽
９Ｃ ３段目の反応槽
１０ 沈降槽
１１ 上澄液槽
１２ 砂ろ過器
１３ 砂ろ過器
１４ 水銀吸着塔
１５ 処理水槽
１６ 放流水槽
１７ スラッジピット
１８ フィルタープレス
Claims (6)
- セメント製造設備において、焼却灰と、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスに含まれるダストとを同時に水洗した際に発生する排水のｐＨが１０以上の状態で硫化剤を添加した後、第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加し、
該第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水から析出物を分離することにより鉛、タリウム及びセレンを除去することを特徴とする排水処理方法。 - 前記第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水から前記析出物をろ過分離することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記第一鉄化合物又は第二鉄化合物を添加した排水に高分子凝集剤を添加し、該排水から前記析出物を沈降分離することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記硫化剤は、水硫化ソーダ又は硫化ソーダであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排水処理方法。
- 前記第一鉄化合物は、塩化第一鉄又は硫酸第一鉄であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排水処理方法。
- 前記第二鉄化合物は、塩化第二鉄又は硫酸第二鉄であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排水処理方法。
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