JP6610158B2 - 純水の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は純水の製造方法及び装置に係り、特に工水（工業用水）と火力発電所ドレン水のように２種類の原水から純水を製造するための方法及び装置に関する。

通常、純水供給装置は、水質及び水量の変動が少ない工水など、安定的に利用可能な水を原水とし、凝集処理や脱塩処理を組み合わせて、純水を製造する。従って、火力発電所におけるスチームトラップから排出されるドレン水のように発生量が安定しない水は、純水製造の原水としては用いられておらず、排水処理を経て放流されることが多い。

しかし、発電に使用される給水量に対してスチームトラップからの排出ドレンの量は決して少なくないため、この排出ドレン水を純水製造用の原水として利用できれば、工水の使用量を削減できるため望ましい。

従来の純水の製造方法では、原水槽からの原水を、凝集処理した後、固液分離し、次いで脱塩することにより純水を製造する。凝集剤としては、ＰＡＣ、硫酸バンド、塩鉄、ポリ鉄などが用いられている。

凝集条件を適切なものとするために、給水原水の水質の変化を手分析等で求め、凝集剤添加量を調節することが行われている。また、水質が変化しても十分に凝集処理できる条件となるように、薬注処理条件を設定することが行われている。

固液分離処理としては、膜分離、加圧浮上、又は沈殿処理などが行われている。

脱塩処理には、逆浸透膜（ＲＯ）、イオン交換樹脂、電気脱イオン装置などが用いられる。

特許文献１には、凝集処理後、ＲＯ処理して純水又は超純水を製造する方法において、凝集処理後に凝集剤が残留する場合、付着抑制剤を添加することで、凝集剤の付着による膜の差圧上昇なく膜処理装置を運転することが提案されている。この特許文献１の方法では、付着抑制剤を添加するための薬品タンク、薬注ポンプ等の注入設備が新たに必要になる。また、付着抑制剤を常時添加する必要があり、薬品代がかかるという問題がある。

特開２００５−２２４７６１

原水の水質が変化する場合、手分析で凝集条件を求める場合や、原水の変化を見込んだ凝集剤注入量を設定して一定条件で注入する方法では、水質変化に追従した薬注ができなかったり、凝集剤が過剰に注入されるため、凝集剤使用量が必要量よりも多くなり易い。また、薬品注入量が過剰になると、水質の悪化を招く。例えば、凝集剤が過剰注入されると、ＭＦＦ値が高くなる。その結果、後段の脱塩装置（イオン交換樹脂、ＲＯ装置など）の閉塞により、処理ができなくなるおそれがある。

スチームトラップからの排出ドレン水は、発生量が一定でないため、給水原水として工水に混合して利用する場合、混合比が変動する。このスチームトラップからの排出ドレン水は、工水とは水質が異なるため、混合比率が変動すると凝集剤注入量の適正範囲が変化する。通常は、工水よりも少ない凝集剤注入量でよいので、ドレン水の混合量が多くなった場合には、適正凝集剤注入量を少なくする必要がある。凝集剤注入量が過剰であると、上記の通り凝集処理水質が悪化する。

本発明は、２種類の原水を用い、凝集処理、固液分離処理及び脱塩処理によって純水を製造する方法及び装置において、凝集条件（凝集剤注入量）を最適に制御することができ、付着抑制剤を添加することなく純水を効率よく製造することを目的とする。

本発明の純水の製造方法は、電気伝導度の異なる２種類の原水を混合し、この混合水を凝集処理、固液分離処理及び脱塩処理することによって純水を製造する方法において、該混合水の電気伝導度を測定し、予め求めておいた前記２種類の原水の混合比率と電気伝導度との関係とに基づいて、凝集処理における凝集剤注入量を凝集処理水のＭＦＦが１．１以下となるように制御することを特徴とするものである。

前記原水は、工業用水と、火力発電所のスチームトラップから排出されるドレン水とであることが好ましい。

本発明の純水の製造装置は、電気伝導度の異なる２種類の原水を混合する混合手段と、該混合手段で混合された混合水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段を有する凝集処理手段と、凝集処理水を固液分離する手段と、固液分離処理水を脱塩処理する手段とを有する純水製造装置において、予め求めておいた２種類の給水原水の混合比率と電気伝導度の関係に基づいて、凝集処理における凝集剤注入量を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

前記制御手段は、前記混合水の電気伝導度の測定手段と、電気伝導度と適正凝集剤注入量との検量関係を記憶した記憶手段と、該測定手段で測定された電気伝導度と該記憶手段に記憶された検量関係とから適正凝集剤注入量を演算する演算手段と、演算された適正凝集剤注入量を前記凝集剤注入手段に与えて注入量を調節する手段とを備えることが好ましい。

本発明の純水の製造方法及び装置では、電気伝導度の異なる２種類の原水を混合し、この混合水を凝集処理、固液分離処理及び脱塩処理して純水を製造する。本発明では、この凝集処理のための凝集剤の注入量を２種類の原水の混合比率に対応して制御するので、適正注入量にて凝集剤を注入することができる。本発明では、この原水の混合比率を混合水の電気伝導度に基づいて求めることができる。

本発明の一態様では、原水として工水と、火力発電所のスチームストラップからのドレン水とを用いる。凝集−固液分離−脱塩といった一般的な純水製造プロセスに、水量が安定しないドレン水を利用するため、電気伝導度により混合比率を管理し、それに基づき凝集剤注入量を制御した凝集を行うことにより、工水使用量の削減、薬品使用量の低減、過剰注入の抑制ができるようになる。

実施の形態に係る純水の製造方法及び装置を示すフロー図である。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明では、２種類の原水を混合し、凝集処理、固液分離処理及び脱塩処理して純水を製造する。この２種類の原水としては、工水と、火力発電所のスチームトラップのドレン水が好適である。工水としては、河川水、湖沼水、地下水あるいはこれらの処理水などが例示されるが、これに限定されない。

なお、火力発電所では、各箇所で排出されたドレン水は、ドレン水の温度を下げるために一旦ピットに溜められる。このピットに溜められたドレン水は、その他の排水と混合されるための総合排水ピットへ送られて排水処理工程へと導かれる。本発明において、ドレン水を回収するためには、総合排水ピットの上流にある温度調整のための前記ピットからドレン水を抜き出すことが好ましいが、これに限定されない。

図１は、本発明の実施の形態に係る純水の製造方法及び装置を示すものであり、工水とドレン水とが原水ライン１，２から原水槽３に供給され、混合される。この混合水の電気伝導度が電気伝導度計４によって測定され、この測定値が演算制御器５に入力される。演算制御器５は凝集剤注入量調節可能な注入装置（この場合は流量調節弁。ただし、吐出量可変方式の薬注ポンプ等であってもよい）６を制御する。

原水槽３内の混合水は、凝集槽７に導入され、凝集剤が注入装置６から添加され、攪拌機８で撹拌され、凝集処理が行われる。凝集処理水は、固液分離装置９に導入され、固液分離され、固液分離処理水が脱塩装置１０で脱塩処理され、純水が製造される。

凝集剤としては、ＰＡＣ、硫酸バンド、鉄塩（塩化第二鉄）、ポリ鉄（ポリ硫酸鉄）などの無機凝集剤を好適に用いることができるが、これに限定されない。

固液分離処理としては、膜分離、加圧浮上、又は沈殿処理などが採用可能であり、脱塩処理には、逆浸透膜（ＲＯ）、イオン交換樹脂、電気脱イオン装置などが用いられる。

次に、演算制御器５による制御方式について説明する。

工水とスチームトラップからのドレン水（蒸気ドレン水）は、電気伝導度が異なるため、両者の混合比と混合水の電気伝導度との間には、後述の図２のような直線的な比例関係がある。

工水とドレン水は、いずれも比較的、塩濃度が低く、また、混合した際に互いに反応するような成分を含んでいない。従って、電気伝導度が異なるこれらの水を混合する場合は、近似的に以下の関係式が成り立つ。
Ｅｍ＝Ｅ１×（１−ｘ２）＋Ｅ２×ｘ２
ただし、
Ｅ１：工水の電気伝導度［ｍＳ／ｍ］
Ｅ２：ドレン水の電気伝導度［ｍＳ／ｍ］
Ｅｍ：混合水の電気伝導度［ｍＳ／ｍ］
ｘ２：ドレン水の混合割合［−］

この式から、混合水の電気伝導率を測定すれば、混合比率を推測することができる。
ｘ２＝（Ｅ１−Ｅｍ）÷（Ｅ１−Ｅ２）

従って、ドレン水の混合比率は、図２のような関係図から求めることも可能であり、また２種類の原水の混合比率と電気伝導度に直線関係が成り立つ場合は、上記のような近似式から求めることも可能である。

工水に対する適正な凝集剤注入量（ｍｇ／Ｌ）と、ドレン水に対する適正な凝集剤注入量（ｍｇ／Ｌ）とを予め凝集試験によって求めておく。混合水中の工水とドレン水との混合比及び上記のようにして求めた各水に対する適正注入量に基づいて、混合水に対する適正な凝集剤注入量を算出することができる。混合水中における工水とドレン水との混合比は、混合水の電気伝導度を測定し、予め測定しておいた工水の電気伝導度とドレン水の電気伝導度から計算により求めることができる。そこで、本発明の一態様では、混合水の電気伝導度を測定し、予め測定しておいた工水とドレン水の電気伝導度とに基づいて、工水とドレン水との混合比を求め、この混合比に基づいて適正凝集剤注入量を求める。

適正凝集剤注入量の一例を挙げると、ドレン水の混合比（混入率）が１０％未満であれば凝集剤注入量を２０ｍｇ／Ｌとし、１０％〜２０％未満であれば１０ｍｇ／Ｌとし、２０％〜４０％未満であれば５ｍｇ／Ｌとし、４０％以上であれば凝集剤を注入しない（０ｍｇ／Ｌ）とする。

この場合、４段階の混合比に応じて凝集剤注入量を４段階にわたって調節しているが、３段階であってもよく、５段階以上であってもよい。また、ドレン水の混合比と凝集剤の適正注入量との連続的な検量関係を作成しておき、ドレン水の混合比に応じて凝集剤の注入量を連続的に変化させてもよい。

このような段階的に凝集剤注入量を変える検量関係を採用する代わりに、混合比と凝集剤注入量との直線検量関係（後述の図５のような検量線）を求めておき、工水の混合比に比例して凝集剤注入量を制御してもよい。

また、混合水の電気伝導度から混合比を求め、この混合比から凝集剤注入量を求めるのではなく、混合水の電気伝導度と適正な凝集剤注入量との関係（後述の図６のような検量線）を予め求めておき、測定された混合水電気伝導度から直ちに凝集剤注入量を求めるようにしてもよい。

なお、工水及びドレン水に対する凝集剤の適正な注入量は、例えば、次の試験によって求めることができる。

＜凝集剤の適正注入量を求める試験＞
供試原水に、凝集剤を添加し、固液分離する時の所定のｐＨに調整する。ここで、所定ｐＨは使用する凝集剤の種類により異なり、Ａｌ系凝集剤の場合はｐＨ５〜８，Ｆｅ系凝集剤の場合はｐＨ４以上である。従って、今回はｐＨを６．５に調整し、次いでＮｏ．５Ａ濾紙で濾過した後、ＭＦＦを測定する。このＭＦＦは、汚濁程度の指標であり、直径４７ｍｍの孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターを用いて測定対象水を濾過し、最初の５００ｍＬの水を濾過するのに要する時間をＴ１、次の５００ｍＬの水を濾過するのに要する時間をＴ２としたとき、ＭＦＦは、
ＭＦＦ＝Ｔ２／Ｔ１
で求められる。

ＭＦＦは、１に近いほど水は清澄であり、値が大きいほど、汚濁の程度が大きいことを示す。

［実施例１］
工水として電気伝導度７．８ｍＳ／ｍのものを用いて純水を製造している火力発電所において、電気伝導度２．０ｍＳ／ｍのドレン水を回収し、工水と混合して純水を製造する実験を行った。

この工水とドレン水とを混合比０、２０、４０、６０、８０、１００％にて混合し、電気伝導度を測定した結果を図２に示す。図２の通り、ドレン水の混合比と電気伝導度とは直線比例関係にある。

ドレン水混合比が０、２０、４０、６０、８０、及び１００％の各場合についてＭＦＦを測定した。結果を図３に示す。図３の通り、ドレン水混合比が増大するほど、水は清澄になるから、ＭＦＦ値は小さくなり、混合比４０％以上ではＭＦＦ値は１．１以下となることが分かる。

従って、例えばＭＦＦの管理値を１．１とすると（即ち、ＭＦＦが１．１以下となるように凝集剤の注入制御を行う場合）、ドレン水４０％以上の比率となるときは、凝集剤注入を行わなくてもよいことが分かる。

ドレン水混合比０％、２０％、４０％の工水及び混合水に対し、種々の凝集剤注入量にて凝集剤（ＰＡＣ）を注入し、ＭＦＦを測定した。結果を図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。また、ＭＦＦを１．１以下とするのに必要なＰＡＣ注入量とドレン水混合比との関係を図４より読み取ってプロットしたものを図５（実線）に示す。

図４，５より、ドレン水混合比を次の４段階に区分した場合、
ドレン水混合比０〜１０％未満：ＰＡＣ注入量２０ｍｇ／Ｌ
ドレン水混合比１０〜２０％未満：ＰＡＣ注入量１０ｍｇ／Ｌ
ドレン水混合比２０〜４０％未満：ＰＡＣ注入量５ｍｇ／Ｌ
ドレン水混合比４０％以上：ＰＡＣ注入量０ｍｇ／Ｌ
とするならば、ＰＡＣ注入量は必要最小限よりも若干多目程度の安全サイドの注入量になるものと推察された。

そこで、実際に上記条件で図１の装置を運転した場合、３ヶ月間安定して純水を製造することができた。

総給水量４４ｍ^３／日で、ドレン水を全体の３０％混合した場合、１月当たりのＰＡＣ使用量は１３．２ｋｇ／月となった。なお、固液分離装置９としてはＭＦ膜を用い、脱塩装置１０としてはＲＯ装置を用いた。

なお、図５の実線が必要最小限のＰＡＣ注入量であるので、安全率を掛けて図５の破線で示す検量線を設定し、この検量線に従ってＰＡＣ注入を制御してもよい。なお、図５の破線は安全率を１００％としているが、安全率はこれに限定されない。通常は０〜５０％の安全率を掛ければよい。

また、工水とドレン水との混合水の電気伝導度から両者の混合比を求め、この混合比とＭＦＦを１．１以下とするのに必要なＰＡＣ注入量との関係（図５の実線）に基づいて、電気伝導度とＭＦＦを１．１以下とするのに必要なＰＡＣ注入量との関係をプロットしたものが図６の実線である。図６の実線は、ＭＦＦを１．１以下とするのに必要なＰＡＣ注入量の必要最小限の量を示している。図５の破線は安全率１００％を掛けたときのＰＡＣ注入量を示している。図５又は図６の破線のような検量線を演算制御器５の記憶装置に設定しておき、検知された電気伝導度と該検量線に基づいてＰＡＣ注入量を算出し、注入装置６に制御信号を与えて薬注制御する。

［比較例１］
実施例１と同量にてドレン水を回収したが、工水のみの場合に対応したＰＡＣ注入量２０ｍｇ／Ｌで運転した。この場合、約１ヶ月で脱塩装置（ＲＯ）に閉塞が起こり、それ以上の運転ができなくなった。これは、一時的にドレン水比率が高くなったときの、凝集処理水の水質悪化によるものと考えられる。

［比較例２］
総給水量４４ｍ^３／日を、すべて工水で行った場合、３ヶ月以上良好に純水が製造された。ただし、この間、１月当たりのＰＡＣ使用量は、２６ｋｇ／月であり、実施例１の約２倍であった。

３ 原水槽
５ 演算制御器
６ 注入装置
７ 凝集槽
９ 固液分装置
１０ 脱塩装置

Claims (3)

1. 電気伝導度の異なる２種類の原水を混合し、この混合水を凝集処理、固液分離処理及び脱塩処理することによって純水を製造する方法において、
   前記２種類の原水は、工業用水と、火力発電所のスチームトラップから排出されるドレン水とであり、
   前記混合水の電気伝導度を測定し、予め求めておいた前記２種類の原水の混合比率と電気伝導度との関係とに基づいて、凝集処理における凝集剤注入量を凝集処理水のＭＦＦが１．１以下となるように制御することを特徴とする純水の製造方法。
2. 電気伝導度の異なる２種類の原水を混合する混合手段と、
   該混合手段で混合された混合水に凝集剤を注入する凝集剤注入手段を有する凝集処理手段と、
   凝集処理水を固液分離する手段と、
   固液分離処理水を脱塩処理する手段と
   を有する純水製造装置において、
   前記２種類の原水は、工業用水と、火力発電所のスチームトラップから排出されるドレン水とであり、
   予め求めておいた２種類の原水の混合比率と電気伝導度の関係に基づいて、凝集処理における凝集剤注入量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする純水の製造装置。
3. 請求項２に記載の純水の製造装置において、前記制御手段は、
   前記混合水の電気伝導度の測定手段と、
   電気伝導度と適正凝集剤注入量との検量関係を記憶した記憶手段と、
   前記測定手段で測定された電気伝導度と前記記憶手段に記憶された検量関係とから適正凝集剤注入量を演算する演算手段と、
   演算された適正凝集剤注入量を前記凝集剤注入手段に与えて注入量を調節する手段と
   を備えることを特徴とする純水の製造装置。

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