JP5874925B2

JP5874925B2 - 焼却プラント排水の処理方法および処理設備

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Publication number: JP5874925B2
Application number: JP2012170749A
Authority: JP
Inventors: 洋平冨田; 平山　敦; 敦平山; 藤原　茂樹; 茂樹藤原; 山本　浩; 浩山本; 桂樹森下
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: JP2014030777A

Description

本発明は、廃棄物の焼却プラントから排出される排水の処理方法と処理設備に関するものである。

廃棄物の焼却プラントにおいては、一般的に、焼却装置に加えて、燃焼によって発生した熱を有効利用するために燃焼排ガスの熱回収装置と発電装置、熱回収された燃焼排ガスをさらに減温する減温装置、排ガス処理装置等が備えられている。焼却プラントから排出される排水は、凝集剤を加えて凝集物を分離し、微生物処理で浄化して放流するなどされていた。

一方、浄化水の放流量を減らすために、浄化水を減温装置内に噴霧して気化させ、その気化熱で燃焼排ガスを減温することも行われている。

ところが、この気化熱で減温する方法は、噴霧水量が多いと、気化熱による減温が大きくなり、その分熱回収装置での熱回収量が減り、発電量が低下することになる。そこで、この対策として、排水を膜分離して、膜を通過した水は、放流または工業用水として再利用し、膜を通過しなかった濃縮水のみを減温装置で噴霧する方法も開発されている（特許文献１）。

この排水処理方法の一例を図４に示す。同図に示すように、焼却プラントの排水は凝集装置に送られて浮遊物を凝集させ、次いで砂ろ過装置で濾過される。濾過された排水はＭＦ膜ユニットに送られて精密ろ過膜（ＭＦ膜）で濾過され、さらにＲＯ膜ユニットで逆浸透膜（ＲＯ膜）で浄化される。浄化された水はプラント用水、機器冷却水、ボイラ原水などとして再利用される。精密ろ過膜を通過しなかった濃縮水と逆浸透膜を透過しなかった濃縮水は減温装置で噴霧されて気化する。

特開２０１０−８９０７１号公報

ところが、このＭＦ膜とＲＯ膜を使用する方法は、ＭＦ膜処理設備費の設備費が高い。ＭＦ膜処理設備の運転管理において、逆洗や薬剤洗浄などが必要になるため、運転に手間がかかる。凝集沈殿後の中和槽において、ｐＨを７程度の中性にするため、ＲＯ膜の処理水のｐＨが５．５〜６．０となり、機器冷却水の水質基準であるｐＨ６〜８に比べて低くなりすぎる。さらにＲＯ膜処理の前段でスケール防止剤の添加が必要になる等の問題があった。

本発明の目的は、上記のＭＦ膜処理に伴う問題点を解決して、設備費を下げ、運転管理も容易な、焼却プラントから排出される排水の処理方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を進め、まず、ＭＦ膜処理をなくして、浮遊物の除去を活性炭処理とプレフィルターで行うこととした。そして、ＲＯ膜での炭酸カルシウムの析出を防止するために、ランゲリア係数がマイナスになるように中和槽においてｐＨを調整することにした。そして、さらにＲＯ膜透過水を機器冷却水にも使用できるようにするため、中和槽でのｐＨを７．５〜９．５に調整するようにした。

本発明は、これらの対策をとることによって前記の課題を解決したものであり、
廃棄物を燃焼させる焼却装置と、該焼却装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、該熱回収装置で回収された燃焼排ガスをさらに減温させる減温装置とが備えられた焼却プラントから排出される排水の処理方法であって、
前記排水に凝集剤とアルカリを添加し、生成した凝集物を沈殿させる凝集沈殿工程と、前記凝集沈殿工程で沈殿した凝集物を分離した分離水に酸を添加し、前記分離水のｐＨ値を７．５〜９．５の範囲内、かつ、ランゲリア指数を負の範囲に調整する中和工程と、前記中和工程での処理水を砂ろ過する砂ろ過工程と、前記砂ろ過工程で得られたろ液を活性炭処理した後、プレフィルターでろ過するプレろ過工程と、前記プレろ過工程で得られたろ液を逆浸透膜処理する逆浸透膜処理工程とを有し、前記逆浸透膜処理工程で得られた膜濃縮水を前記減温装置に供給することを特徴とする排水処理方法と、
廃棄物を燃焼させる焼却装置と、該焼却装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、該熱回収装置で熱回収された燃焼排ガスをさらに減温させる減温装置とが供えられた焼却プラントから排出される排水の処理設備であって、
凝集剤とアルカリの添加手段を備えた前記排水の凝集沈殿装置と、酸添加手段を備え、前記凝集沈殿装置で分離された分離水のｐＨ値を７．５〜９．５の範囲内、かつ、ランゲリア指数を負の範囲に調整する中和装置と、前記中和装置で処理された処理水の砂ろ過装置と、前記砂ろ過装置から得られたろ液の活性炭処理装置と、前記活性炭処理装置で処理された処理水をろ過するプレフィルターと、前記プレフィルターのろ液を逆浸透膜処理する逆浸透膜処理装置とを有し、前記逆浸透膜処理装置で得られた膜濃縮水を前記減温装置に供給する手段を有することを特徴とする排水処理設備
を提供するものである。

本発明では、ＭＦ膜処理を行わないので、ＭＦ膜処理に関する設備費、運転費は一切不要であり、また、ＲＯ膜処理の膜濃縮水のみを減温装置に送るので、減温装置へ送る水量が少なくなり、熱回収装置での熱回収量が増え、発電量を増加させることができる。ＲＯ膜透過水は工業用水として広く利用でき、機器冷却水にも使用できる。中和工程でランゲリア指数をマイナスにしているのでＲＯ膜へのスケール付着の問題もなく、全体として焼却プラントからの排熱を効率よく回収できるとともに、排水を有効に再利用できる。

本発明が適用される焼却プラントの一例の構成を示す図である。その排水の処理工程を示すブロック図である。中和槽のｐＨとＲＯ膜処理水のｐＨの関係を示すグラフである。従来の排水の処理工程の一例を示すブロック図である。

発明を実施するため形態

本発明の焼却プラントは、廃棄物を焼却するプラントであり、焼却装置と熱回収装置と減温装置を有するものである。

廃棄物の種類は問わないが、主に家庭ごみからなる一般廃棄物、または主に各種工場から排出される産業廃棄物である。

焼却装置は、廃棄物を燃やす一般的な焼却炉が適用可能であり、例えば、ストーカ式、キルン式、流動床式、あるいはシャフト式ガス化溶融炉などである。

熱回収装置は、焼却装置から出される燃焼排ガスから熱を回収する装置であり、廃熱ボイラーとエコノマイザー（節炭器）などが用いられる。熱回収装置では通常850〜950℃程度の燃焼排ガスの温度が200〜300℃程度に下がる。

減温装置は、熱回収装置で熱回収された燃焼排ガスをさらに減温する装置であり、通常、減温塔と減温塔内部に水噴霧用の二流体ノズルが設置され、二流体ノズルより水と圧縮空気を減温塔内部に噴射して焼却排ガスと接触させることで、水の気化熱により排ガス温度を下げる装置が用いられる。

減温塔を出た排ガスは、ろ過式集塵機（バグフィルター），脱硝反応塔の他，活性炭吸着塔など一般的な排ガス処理系統が用いられる。焼却炉から発生する主灰や飛灰は従来通りの方法で処理される。

この焼却プラントから排出される排水としては、ボイラブロー水、機器冷却水、洗車水、床洗浄水等がある。
凝集沈殿工程
凝集沈殿工程は、焼却プラントから排出された排水に凝集剤とアルカリを添加して生成した凝集物を沈殿させる工程であり、凝集剤には塩化第二鉄(FeCl₃)、硫酸第一鉄(FeSO₄)、硫酸バンド(Al₂(SO₄)₃)、PAC(ポリ塩化アルミニウム)などが用いられる。アルカリは重金属の除去を目的とし、例えば苛性ソーダなどを添加して重金属を水酸化物等として析出沈殿させる。ｐＨは８〜１０程度にする。

この凝集沈殿装置には、凝集剤とアルカリの添加手段を備えた槽あるいは池等が用いられる。
中和工程
中和工程は、前記凝集沈殿工程で凝集物を分離した分離水に酸を添加して、分離水のｐＨを７．５〜９．５の範囲内、かつ、ランゲリア指数を負の範囲に調整する。

酸は、塩酸、硫酸などを用いることができる。ｐＨは７．５〜９．５であるが、好ましくは7.7〜8.2である。

ランゲリア指数（Langeliar Saturation Index. LSI）は下記の式（１）で表わされる指数である。

ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨｓ（１）
ｐＨは水の実際のｐＨ値であり、ｐＨｓは水中に炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときの理論上のｐＨ値である。

ｐHｓ＝8.313−log（Ca²⁺）−log(A)+S
Ca²⁺(meq/L) … Ca²⁺(mg/L)÷（40.1÷2）
A(総アルカリ度)(meq/L) … 総アルカリ度(mg/L)÷（100÷2）
総アルカリ度とは水中に含まれる炭酸水素塩、炭酸塩または水酸化物等のアルカリ分の指標。自然水中の総アルカリ度は炭酸塩または炭酸水素塩が主体をなすことが多く、総アルカリ度が高い場合には、CaやMgの硬度成分と結合して析出物を生成する物質が多いことをあらわす。総アルカリ度(mg/L)は、塩酸または硫酸で滴定することによって分析できる。

S … 2√μ÷（1+√μ） μ＝2.5×10-5×sd sdは溶解性物質濃度(mg/L)
本発明では、ランゲリア指数がマイナスになるように、好ましくは、−０．５〜０未満の範囲になるようにする。ランゲリア指数が正の場合には、スケール成分が析出するため逆浸透膜の目詰まりが発生しやすくなる。一方、ランゲリア指数が−０．５より低すぎる場合には、逆浸透膜の処理水pHが６より低くなり、RO膜処理水に苛性ソーダ等のアルカリ剤の注入が必要になることが想定される。

ランゲリア指数を０（ゼロ）未満にするように調整するには、例えば、被処理水のｐＨ値、溶解性物質濃度、カルシウム濃度および総アルカリ度のうち、いずれかが増加した場合には、ランゲリア指数が増加する方向にあるため、ｐＨ調整剤添加装置による酸性薬剤の添加量を増加させることにより、ランゲリア指数を減少させる方向に調整することができる。

砂ろ過工程
砂ろ過工程は、中和工程での処理水を砂ろ過する工程であり、この工程で処理水中の数10μm程度の浮遊物を濾別する。
プレろ過工程
プレろ過工程では砂ろ過した水をまず活性炭ろ過して有機物や一部の無機物を吸着除去するとともに粒径が5μｍ程度の中程度浮遊物を濾別し、次いでプレフィルターで細かい浮遊物を濾別する。

プレフィルターには、コットン糸等を螺旋状に往復させて互いに交差するように巻きつけたチェックフィルターを使用できる。チェックフィルターの孔径は０．５〜３μｍ程度の各種のものがあり、「ＲＯワインド」等の商品名で市販されている。
逆浸透膜処理工程
逆浸透膜処理工程では、プレろ過工程で濾過した濾液を逆浸透膜を透過させる。逆浸透膜とそれを装着する装置は市販のものを用いることができる。逆浸透膜の透過水は、機器冷却水等に工業用水として用いることができる。一方、逆浸透膜を透過しないで残った膜濃縮水は減温塔で噴霧させて熱回収装置から排出される燃焼排ガスを減温させるが、その一部を下水放流する場合もある。

図１、２に構成を示す焼却プラントを使用した。

この焼却プラントは、図１に示すように、焼却炉、ボイラ、エコノマイザ、減温塔、ろ過式集塵器、脱硝反応塔、煙突がこの順に設けられており、廃棄物は焼却炉内で焼却され、残った主灰は取出されて埋立処理などされる。

燃焼排ガスは、まず、ボイラで熱が回収され、エコノマイザで更に熱が回収されてから、減温塔でＲＯ膜の濃縮水が噴霧されて減温される。その後、ろ過式集塵器（バグフィルター）で飛灰を捕集して除去し、排ガスに含まれるＮＯＸを脱硝反応塔で除去してから煙突を通って大気中に放出される。脱硝反応塔の外、活性炭吸着塔なども使用される。

このプラントに使用される水は、図１の上部に示すように、上水をまず再利用水槽に受け、これをプラント用水、機器洗浄水、ボイラ原水などに使用する。使用後の排水は排水処理設備で処理される。

排水処理設備の詳細を、図２に示すように、使用後の排水は、まず、凝集装置に送られて、苛性ソーダと凝集剤が投入され、沈殿槽で沈殿させる。上澄水は中和槽に送って、中和とランゲリア係数の測定が行われ、砂ろ過装置で濾過される。濾過液は活性炭塔を通過させて有機物等が吸着除去され、チェックフィルターでさらに細かい微粒子が除去される。チェックフィルターの濾過水はＲＯ膜装置に送られる。ＲＯ膜濾過水は、機器冷却水等に再生利用することができ、再利用水槽に送って循環使用される。一方、ＲＯ膜を透過しないで残った濃縮水は減温塔で噴霧され、あるいは下水道に放流される。

図１のろ過式集塵器で集塵された飛灰は、上水とキレート剤を加えて不溶化し、埋立処理などされる。

この焼却プラントの排水を凝集槽に投入し、苛性ソーダを加えてｐＨを8〜9にし、さらに塩化第二鉄(FeCl₃)を加え、凝集物を沈殿させた。その上澄液を中和槽に移し、塩酸を加えて中和した。ランゲリア係数が0〜-0.5の範囲になるように中和槽のｐＨ、塩酸注入量を制御しながら焼却プラント（図１、図２）の連続運転を行った。

この中和工程の処理液を砂ろ過槽で濾過し、さらに、排水処理用として市販されている活性炭を充填した固定床式活性炭塔に通水した。

プレフィルターとしては、排水処理用として市販されている孔径3μmのROワインドを6本設置した。これを通過させた後、排水処理用として市販されている逆浸透膜モジュールを高圧容器内に直列に3本配置した逆浸透膜処理を施し、ＲＯ膜処理水とＲＯ膜濃縮水とを得た。

表1に中和槽pHとランゲリア係数推定値、ＲＯ膜処理水のpHを示した。ランゲリア係数を0〜−0.5で運転することによって，スケールの発生が抑制され、安定運転が可能であった。図３に圧力データを示した。洗浄液には、ｐＨ１１〜１２の苛性ソーダ水溶液および／またはｐＨ２〜３の塩酸水溶液を使用した。また、表２に試験における焼却プラント排水、RO膜処理水およびRO膜濃縮水の水質試験結果を示した。RO膜処理水pHを機器冷却水(補給水、循環系)の基準値(6〜8)に適合する値にコントロールすることが可能であった。RO膜濃縮水は、減温塔に噴霧して配管やノズルにおいて目詰まりを発生させずに安定した噴霧が可能であった。

本発明の排水処理方法は、廃棄物の焼却プラントにおいて、焼却プラントから排出される排水を放流することなく内部で有効利用できるので、廃棄物焼却プラントに幅広く利用できる。

Claims

廃棄物を燃焼させる焼却装置と、該焼却装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、該熱回収装置で回収された燃焼排ガスをさらに減温させる減温装置とが備えられた焼却プラントから排出される排水の処理方法であって、
前記排水に凝集剤とアルカリを添加し、生成した凝集物を沈殿させる凝集沈殿工程と、前記凝集沈殿工程で沈殿した凝集物を分離した分離水に酸を添加し、前記分離水のｐＨ値を７．５〜９．５の範囲内、かつ、ランゲリア指数を負の範囲に調整する中和工程と、前記中和工程での処理水を砂ろ過する砂ろ過工程と、前記砂ろ過工程で得られたろ液を活性炭処理した後、プレフィルターでろ過するプレろ過工程と、前記プレろ過工程で得られたろ液を逆浸透膜処理する逆浸透膜処理工程とを有し、前記逆浸透膜処理工程で得られた膜濃縮水を前記減温装置に供給することを特徴とする排水処理方法。
廃棄物を燃焼させる焼却装置と、該焼却装置から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、該熱回収装置で熱回収された燃焼排ガスをさらに減温させる減温装置とが供えられた焼却プラントから排出される排水の処理設備であって、
凝集剤とアルカリの添加手段を備えた前記排水の凝集沈殿装置と、酸添加手段を備え、前記凝集沈殿装置で分離された分離水のｐＨ値を７．５〜９．５の範囲内、かつ、ランゲリア指数を負の範囲に調整する中和装置と、前記中和装置で処理された処理水の砂ろ過装置と、前記砂ろ過装置から得られたろ液の活性炭処理装置と、前記活性炭処理装置で処理された処理水をろ過するプレフィルターと、前記プレフィルターのろ液を逆浸透膜処理する逆浸透膜処理装置とを有し、前記逆浸透膜処理装置で得られた膜濃縮水を前記減温装置に供給する手段を有することを特徴とする排水処理設備。