JP6057429B2

JP6057429B2 - 溶液の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP6057429B2
Application number: JP2013136198A
Authority: JP
Inventors: 典敏田村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015009194A

Description

本発明は、溶液の処理方法及び処理装置に関し、特に、産業排水や最終処分場の浸出水等を処理する方法及び装置に関する。

都市ごみなどを焼却した際に発生する焼却灰は、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料としてリサイクルされている。都市ごみ焼却灰のうち、気体と共に運ばれて集塵装置で回収される飛灰は、１０〜２０％の塩素分を含むため水洗脱塩処理が必要である。水洗脱塩処理で発生する産業排水には、カルシウムイオン（Ｃａ²⁺）と硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）とが含まれるため、排水処理設備ではスケール（ＣａＳＯ₄）の発生を防止する必要がある。また、最終処分場の浸出水（以下「浸出水」という。）及び最終処分場の一次処理水（以下「一次処理水」という。）にも、カルシウムイオンと硫酸イオンとが含まれるため、浸出水等処理設備でもスケールの発生を防止する必要がある。

ここで、一次処理水Ｗ２とは、例えば、図３に示すように、最終処分場１１の浸出水Ｗ１を凝集沈殿装置１２に供給し、凝集剤等を用いて浸出水Ｗ１の重金属類等を沈澱させ、次に生物処理装置１３に供給し、活性汚泥法、生物学的消化脱窒素法等を用いて浸出水Ｗ１のＢＯＤを低下させ、砂ろ過器１４で浮遊する粒子を除去し、活性炭吸着塔１５で残留性有機汚染物質を除去したものをいう。

そこで、特許文献１には、カルシウムと硫酸とを含む溶液を逆浸透膜に通過させてカルシウムと硫酸とを含む濃縮水と純水とに分離し、純水を放流し、濃縮水に炭酸ソーダ（Ｎａ₂ＣＯ₃）を添加して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）の結晶を析出させ、炭酸カルシウムの結晶を含むスラリーを濃縮し、濃縮後のスラリーを乾燥させる廃水の処理方法が記載されている。

しかし、上記特許文献１に記載の処理方法では、炭酸ソーダの添加により廃水処理費用が高額となり、また、カルシウム除去で大量のケーキが発生するため、発生したケーキを最終処分場に埋め立てたり、その処理を外部委託する必要があり、外部委託した場合には高額の処理費用が掛かる。

そこで、特許文献２には、浸出水を両性イオン交換樹脂でＣａ²⁺含有水とＳＯ₄ ^2-含有水とに分離し、各々別々に処理する浸出水の処理方法が記載されている。この方法によれば、炭酸ソーダを使用せずに排水処理工程でスケールが発生することを防止しながら排水を処理できるため、炭酸ソーダの添加に要する費用を削減することができると共に、ケーキの生成量を減らすことができる。

特開２００６−３０５５４１号公報特許第４７６６７１９号公報

しかし、上記特許文献２に記載の処理方法では、多量の浸出水を処理するためには両性イオン交換樹脂の大型化が避けられず、装置コスト及び運転コストの面で改善の余地があった。また、両性イオン交換樹脂の再生に多量の工業用水を必要とするため、工業用水の確保が難しい地域等では実用化が困難であった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、装置コスト及び運転コストを低く抑えることができると共に、工業用水の確保が困難な地域等でも実現可能な溶液の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の溶液の処理方法は、陽イオンと陰イオンとを含む溶液を逆浸透膜に通過させて前記陽イオンと陰イオンとを含む濃縮水と純水とに分離し、該濃縮水と両性イオン交換樹脂を再生させる前記純水とを両性イオン交換樹脂に交互に通過させることで、前記濃縮水を、陰イオン濃度が高く陽イオン濃度が低い第１の溶液と、陽イオン濃度が高く陰イオン濃度が低い第２の溶液とに分離することを特徴とする。

本発明によれば、溶液全量ではなく濃縮水を両性イオン交換樹脂に通過させるため、両性イオン交換樹脂の処理水量を大幅に減らすことで両性イオン交換樹脂を小型化することができ、装置コスト及び運転コストを低減できる。また、両性イオン交換樹脂の再生に用いる工業用水を不要とすることで、工業用水の確保が困難な地域でも対応可能となる。

また、前記陽イオンをＣａ ²⁺ とし、前記陰イオンをＳＯ ₄ ^2- とすることができる。これによって、ＣａＳＯ₄によるスケールトラブルを回避することができる。

さらに、前記陽イオンと陰イオンとを含む溶液を、産業排水又は最終処分場の浸出水もしくは一次処理水とすることができ、これらを低コストで処理することができる。

また、本発明の溶液の処理装置は、陽イオンと陰イオンとを含む溶液を前記陽イオンと陰イオンとを含む濃縮水と純水とに分離する逆浸透膜と、該逆浸透膜で生じた濃縮水と両性イオン交換樹脂を再生させる前記純水とを交互に通過させることで、前記濃縮水を、陰イオン濃度が高く陽イオン濃度が低い第１の溶液と、陽イオン濃度が高く陰イオン濃度が低い第２の溶液とに分離する両性イオン交換樹脂とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、溶液全量ではなく濃縮水を両性イオン交換樹脂に通過させることで両性イオン交換樹脂の処理水量を大幅に低減し、両性イオン交換樹脂の小型化により溶液の処理コストを低減することができる。また、再生に用いる工業用水を不要とし、工業用水の確保が困難な地域でも対応することができる。

以上のように、本発明によれば、装置コスト及び運転コストを低く抑え、工業用水の確保が困難な地域等でも実施可能な溶液の処理方法及び処理装置を提供することができる。

本発明に係る溶液の処理装置の一実施の形態を説明するための全体構成図である。図１に示す溶液の処理装置に用いられる両性イオン交換樹脂の運転例を示すグラフである。浸出水を一次処理水にする装置の一例を示す全体構成図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、一次処理水Ｗ２を処理する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明を適用した一次処理水の処理システム１を示し、この処理システム１は、一次処理水Ｗ２をＣａ²⁺とＳＯ₄ ^2-とを含む濃縮水Ｃと純水Ｐとに分離する逆浸透膜２と、逆浸透膜２で分離された濃縮水Ｃとイオン交換を行う両性イオン交換樹脂３と、両性イオン交換樹脂３の運転状況を監視するモニタ槽４と、両性イオン交換樹脂３で分離されたＣａ²⁺濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度が高い第１の溶液Ｌ１を濃縮する濃縮装置５と、濃縮装置５で濃縮して得られたスラリーＳを乾燥させる乾燥装置６とを備える。

逆浸透膜２は、水を通過させるがイオンや塩類等、水以外の不純物を通過させない性質を有する膜であって、海水の淡水化等に実用されている。この逆浸透膜２で一次処理水Ｗ２を純水Ｐと濃縮水Ｃとに分離する。

両性イオン交換樹脂３は、逆浸透膜２から排出される濃縮水Ｃに含まれるＣａ²⁺とＳＯ₄ ^2-とを分離するために備えられ、例えば、母体を架橋ポリスチレン等とし、同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基等を持たせて、陽イオン陰イオンの両方とイオン交換をさせる機能を持たせた樹脂である。三菱化学株式会社製の両性イオン交換樹脂、ダイヤイオン（登録商標）、ＡＭＰ０３等を用いることができる。この両性イオン交換樹脂３は、水溶液中の電解質と非電解質の分離を行うことができると共に、電解質の相互分離を行うこともできる。

濃縮装置５は、第１の溶液Ｌ１を濃縮するために備えられ、例えば、間接加熱によって液体を沸騰蒸発させる装置や、減圧により液体を蒸留する装置が用いられる。

乾燥装置６は、濃縮装置５から排出されたスラリーＳを乾燥させるために設けられ、例えば、ドラムドライヤー、スプレードライヤー、晶析装置等が用いられる。

次に、上記構成を有する一次処理水の処理システム１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

一次処理水Ｗ２を逆浸透膜２に通過させ、Ｃａ²⁺とＳＯ₄ ^2-とを含む濃縮水Ｃと純水Ｐとに分離した後、濃縮水Ｃを両性イオン交換樹脂３に通過させ、イオン交換により濃縮水ＣをＣａ²⁺濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度が高い第１の溶液Ｌ１と、Ｃａ²⁺濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度が低い第２の溶液Ｌ２とに分離する。また、逆浸透膜２からの純水Ｐの一部を両性イオン交換樹脂３の再生に用い、残りを放流する。例えば、一次処理水Ｗ２の水量１Ｑに対して０．９Ｑの水量の純水Ｐが得られ、０．１Ｑの水量の濃縮水Ｃが得られる。また、逆浸透膜２からの純水Ｐの一部（水量０．３Ｑ）を両性イオン交換樹脂３の再生に用い、残り（水量０．６Ｑ）を放流する。

図２は、両性イオン交換樹脂３の運転例を示すグラフである。同図は、両性イオン交換樹脂３として、上述の三菱化学株式会社製のダイヤイオンＡＭＰ０３を用い、一次処理水Ｗ２、及び再生水として逆浸透膜２からの純水Ｐを交互に両性イオン交換樹脂３に導入した場合に両性イオン交換樹脂３から排出された溶液の各成分の濃度を示している。このグラフにより、両性イオン交換樹脂３によって、一次処理水Ｗ２がＣａ²⁺濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度の高い第１の溶液Ｌ１と、Ｃａ²⁺濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度の低い第２の溶液Ｌ２とに分離されていることが判る。

モニタ槽４では、上記両性イオン交換樹脂３の運転状況を監視し、第１の溶液Ｌ１と第２の溶液Ｌ２との切り換えを行う。すなわち、両性イオン交換樹脂３から排出される溶液のＣａ²⁺濃度やＣｌ^-濃度、ＣＯＤの値に基づき、排出される溶液を第１の溶液Ｌ１と第２の溶液Ｌ２とに分離する。例えば、第１の溶液Ｌ１と第２の溶液Ｌ２の水量は、前述のように一次処理水Ｗ２の水量を１Ｑとした場合、各々０．１８Ｑ、０．２２Ｑである。

モニタ槽４を通過した第１の溶液Ｌ１を濃縮装置５で濃縮し、乾燥装置６で乾燥して得られたケーキＣＡを外部委託等により処理する。一方、Ｃａ²⁺濃度が高い第２の溶液Ｌ２は、放流する。

上述のように、両性イオン交換樹脂３によって、第１の溶液Ｌ１と、第２の溶液Ｌ２とに分離するため、第１の溶液Ｌ１、第２の溶液Ｌ２の各々にＳＯ₄ ^2-とＣａ²⁺とが共存することがなく、後段の装置において石膏スケールが付着する虞がないため、処理システムの安定運転を継続することができる。

以上のように、本実施の形態では、両性イオン交換樹脂３の上流側に逆浸透膜２を設け、両性イオン交換樹脂３に供給する水量を減少させることで両性イオン交換樹脂３を小型化して装置コストを抑え、また、逆浸透膜２で得られた純水Ｐを両性イオン交換樹脂３の再生に利用することで、両性イオン交換樹脂３の再生に用いる工業用水を不要とすることができる。

尚、上記実施の形態では、一次処理水Ｗ２を逆浸透膜２に通過させる場合について説明したが、浸出水Ｗ１や産業排水等を逆浸透膜２に通過させ、両性イオン交換樹脂においてＣａ²⁺を多く含む溶液と、ＳＯ₄ ^2-を多く含む溶液とに分離してＣａＳＯ₄によるスケールトラブルを回避しながらこれらを処理することもできる。

さらに、逆浸透膜２及び両性イオン交換樹脂３に通過させて処理する溶液に含まれるイオンは、Ｃａ²⁺とＳＯ₄ ^2-とに限定されず、その他の陽イオン及び陰イオンを対象とすることも可能である。

１一次処理水の処理システム
２逆浸透膜
３両性イオン交換樹脂
４モニタ槽
５濃縮装置
６乾燥装置
１０浸出水の処理システム
１１最終処分場
１２凝集沈殿装置
１３生物処理装置
１４砂ろ過器
１５活性炭吸着塔
Ｃ濃縮水
ＣＡケーキ
Ｐ純水
Ｓスラリー
Ｗ１浸出水
Ｗ２一次処理水
Ｌ１第１の溶液
Ｌ２第２の溶液

Claims

陽イオンと陰イオンとを含む溶液を逆浸透膜に通過させて前記陽イオンと陰イオンとを含む濃縮水と純水とに分離し、
該濃縮水と両性イオン交換樹脂を再生させる前記純水とを両性イオン交換樹脂に交互に通過させることで、前記濃縮水を、陰イオン濃度が高く陽イオン濃度が低い第１の溶液と、陽イオン濃度が高く陰イオン濃度が低い第２の溶液とに分離することを特徴とする溶液の処理方法。
前記陽イオンはＣａ ²⁺ であり、前記陰イオンはＳＯ ₄ ^2- であることを特徴とする請求項１に記載の溶液の処理方法。
前記陽イオンと陰イオンとを含む溶液は、産業排水又は最終処分場の浸出水もしくは一次処理水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶液の処理方法。
陽イオンと陰イオンとを含む溶液を前記陽イオンと陰イオンとを含む濃縮水と純水とに分離する逆浸透膜と、
該逆浸透膜で生じた濃縮水と両性イオン交換樹脂を再生させる前記純水とを交互に通過させることで、前記濃縮水を、陰イオン濃度が高く陽イオン濃度が低い第１の溶液と、陽イオン濃度が高く陰イオン濃度が低い第２の溶液とに分離する両性イオン交換樹脂とを備えることを特徴とする溶液の処理装置。