WO2013021475A1 - カルシウムスケールの防止方法 - Google Patents

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典敏 田村
大谷　裕一
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    • C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention

Definitions

  • the present invention relates to a method for preventing calcium scale, and more particularly, to a method for preventing generation of scale due to calcium in a final disposal site, a cement manufacturing process or the like.
  • Waste disposal sites and other final disposal sites are facilities for disposing of wastes that are difficult to recycle. However, in view of the danger of exhaustion, effective use of wastes that have been treated at the final disposal site so far Is promoted.
  • Incineration ash generated when municipal waste is incinerated has recently been recycled as a raw material for cement in view of the danger of depleting the final disposal site.
  • fly ash that is transported with gas and collected by the dust collector contains 10-20% of chlorine, so water-soluble chlorine contained in fly ash using water washing and desalination equipment. After removing the compound with water, it is used as a cement raw material (see, for example, Patent Document 1).
  • a chlorine bypass facility for removing chlorine that causes problems such as blocking of the preheater is used in the cement manufacturing facility.
  • the recycling of waste containing incinerated ash as cement raw material or fuel has been promoted, and as the amount of waste processed increases, the amount of volatile components such as chlorine brought into the cement kiln also increases.
  • the amount of dust generated is also increasing. Therefore, all the chlorine bypass dust cannot be used in the cement pulverization process, and the chlorine bypass dust is also washed with water (for example, see Patent Document 2).
  • a chemical reaction tank is used to remove calcium and toxic heavy metals that cause scale generation from the leachate W stored in the sand settling / regulatory pond 51.
  • the chemicals are added at 52, and these are precipitated and removed by the filtration device 53, and then discharged after disinfection through COD treatment and removal of suspended solids (SS).
  • the present invention has been made in view of the problems in the above-described conventional technology, and minimizes adverse effects on operation due to scale adhesion at a final disposal site or the like, and reduces operation costs including drug costs. It aims at providing the prevention method of the calcium scale which can be suppressed.
  • the present invention provides a method for preventing calcium scale, wherein the waste water that induces the generation of calcium scale uses an amphoteric ion exchange resin, has a low calcium ion concentration, and a high concentration of harmful substances. 1 and a second solution having a high calcium ion concentration and a low concentration of harmful substances, and the first and second solutions are treated separately.
  • the harmful substances are heavy metals such as lead, selenium, cadmium, zinc and copper, oxidizable substances related to COD and BOD, nitrogen such as ammoniacal nitrogen, adjoining ions such as nitrogen and phosphoric acid.
  • the amphoteric ion exchange resin is used to separate a solution with a low calcium ion concentration and a solution with a high calcium ion concentration and treat each solution separately. Even if sodium carbonate or the like is not added to remove calcium ions, scale generation due to CaSO 4 or the like can be minimized, and the operating cost can be greatly reduced.
  • the second solution having a high calcium ion concentration can be discharged as it is because the concentration of harmful substances is low.
  • the waste water that induces the generation of calcium scale may include one or more selected from carbonate ion, sulfate ion, sulfite ion, phosphate ion, and silicate ion. And the causative substances of calcium scale caused by calcium ions can be removed.
  • the timing of switching between the first solution discharged from the amphoteric ion exchange resin and the second solution is changed according to the COD concentration, calcium of the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin. It can control based on one or more selected from ion concentration, chlorine ion concentration, and electrical conductivity. Thereby, the generation of calcium scale can be accurately prevented, and the amount of harmful substances recovered in the first solution having a low calcium ion concentration can be controlled.
  • the COD concentration of the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin is changed to 50 mg by switching between the first solution discharged from the amphoteric ion exchange resin and the second solution. This can be done when it is below any value below / l.
  • switching between the first solution discharged from the amphoteric ion exchange resin and the second solution is performed so that the calcium ion concentration of the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin is changed to the amphoteric ion exchange resin. This can be done when the calcium ion concentration of the supplied solution is 1/300 or more.
  • the switching between the first solution and the second solution discharged from the amphoteric ion exchange resin is carried out so that the chlorine ion concentration of the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin is changed to the amphoteric ion exchange resin. This can be performed when the chlorine ion concentration of the supplied solution is 2/3 or less.
  • the ratio of the amount of waste water supplied to the amphoteric ion exchange resin and the amount of recycled water supplied to the amphoteric ion exchange resin can be 1: 1 to 1: 5.
  • the scale of the wastewater treatment facility and the separation performance of the amphoteric ion exchange resin can be changed.
  • harmful substances contained in the second solution can be removed, and after removing harmful substances, it can be discharged.
  • the harmful substance may be a heavy metal, NO 3 ⁇ , an oxidizable substance, and when NO 3 ⁇ is contained in the second solution, sodium thiosulfate is added. It can be removed by changing to nitrogen gas.
  • the first solution and the second solution may be merged and discharged, whereby the first solution and the second solution can be discharged with a single facility. Moreover, after making the said 1st solution and the said 2nd solution merge with dilution water, the production
  • the waste water that induces the generation of calcium scale is the final disposal site leachate, the filtrate obtained by washing incineration ash with water, the filtrate obtained by washing chlorine bypass dust with water, seawater
  • a salt recovery facility that recovers salt wastewater from an incineration plant, and wastewater from a flue gas desulfurization facility
  • problems related to calcium scale in the wastewater treatment can be solved.
  • FIG. 1 shows a leachate treatment system (hereinafter referred to as “treatment system”) at a final disposal site to which the calcium scale prevention method according to the present invention is applied.
  • the adjustment tank 3 for storing the leachate W1, the leachate W2 from the adjustment tank 3 as the solution L3 having a high calcium ion concentration (hereinafter referred to as “calcium-containing water”), the calcium ion concentration is low, and the SO 4 2 ⁇ concentration is high.
  • a calcium-containing water tank 6, SO 4 containing water tank 7 for storing each of calcium-containing water L3 and SO 4 containing water L4, a heavy metal removing device 8, and a COD processor 9 Obtain.
  • the adjustment tank 3 collects the leachate W1 such as rainwater that has permeated through the waste layer of the final disposal site 2, and is prepared to suppress the change in the water quality and the amount of the leachate W1 and to make it uniform.
  • a sand settling tank for sedimentation and separation of earth and sand is provided.
  • the amphoteric ion exchange resin 4 is provided for removing calcium contained in the leachate W2 discharged from the adjustment tank 3.
  • the amphoteric ion exchange resin has a function that allows the base to be ion-exchanged with both cation and anion by using cross-linked polystyrene or the like as a base material and having a quaternary ammonium group and a carboxylic acid group in the same functional group chain.
  • Resin for example, amphoteric ion exchange resin, Diaion (registered trademark), AMP03 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation can be used.
  • the amphoteric ion exchange resin 4 can separate the electrolyte and the non-electrolyte in the aqueous solution, and can also separate the electrolytes from each other.
  • the heavy metal removing device 8 is provided for removing heavy metals such as lead contained in the SO 4 -containing water L4, and a commonly used device such as a chemical reaction tank or a filter press can be used.
  • the COD treatment device 9 is provided to reduce the COD of the SO 4 -containing water L4 from which heavy metals have been removed by the heavy metal removal device 8, and a general septic tank or the like can be used.
  • the switching timing of the SO 4 -containing water L4 and the calcium-containing water L3 is selected from the COD concentration, calcium ion concentration, chlorine ion concentration, and electrical conductivity of the treatment liquid discharged from the amphoteric ion exchange resin 4. It can control based on the above.
  • the SO 4 -containing water L4 and the calcium-containing water L3 discharged from the amphoteric ion exchange resin 4 are temporarily stored in the SO 4 -containing water tank 7 and the calcium-containing water tank 6, respectively.
  • the calcium-containing water L3 stored in the calcium-containing water tank 6 is discharged.
  • the SO 4 -containing water L 4 stored in the SO 4 -containing water tank 7 removes heavy metals using the heavy metal removing device 8, further reduces COD by the COD treatment device 9, and if necessary, such as nitrogen and phosphorus. Discharge after removing organic material.
  • the leachate W2 and calcium-containing water L3 via the amphoteric ion exchange resin 4 after separation in the SO 4 containing water L4, for processing each separately The generation of scale due to CaSO 4 can be minimized without adding sodium carbonate or the like for removing calcium as in the prior art, and the operating cost can be greatly reduced.
  • the amphoteric ion exchange resin 4 As the amphoteric ion exchange resin 4, the amphoteric ion exchange resin, Diaion AMP03 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, is used, and as the raw water, the leachate W2 of the final disposal site 2 having the chemical components shown in Table 1 is used as the amphoteric ion exchange resin. 4 and fresh water of 3 times the amount of leachate W2 was passed as reclaimed water L5.
  • Table 2 and Cl ⁇ concentrations in Tables 1, 2 and 3 are values measured by chemical analysis. COD is a value measured by ultraviolet absorption.
  • the water flow rate / raw water amount 0.10 to 1.81 is SO 4 -containing water L4, and the water flow rate / raw water amount 1.81 and later is calcium-containing water L3.
  • the SO 4 containing water L4 in addition to SO 4 2-, Cl - it is possible to recover the high distributed towards SO 4 containing water L4 also COD concentration Therefore, for the calcium-containing water L3, these removal equipment and processing equipment are unnecessary, and equipment costs and operation costs can be kept low.
  • the calcium-containing water L3 and SO 4 are contained.
  • the COD concentration can be controlled using the value measured by the ultraviolet absorption method.
  • the amphoteric ion exchange resin 4 the above amphoteric ion exchange resin manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion AMP03 is used, and the leachate W2 of the final disposal site 2 having the chemical components shown in Table 3 is used as the raw water. No. 4 was passed through, and the reclaimed water L5 was passed through twice as much fresh water as the leachate W2.
  • the numbers in the ellipses indicate the weight ratio of each water.
  • the Cl ⁇ concentration indicates a value converted from the measured electrical conductivity into a Cl ⁇ concentration
  • the Ca 2+ concentration indicates a value measured with an ion electrode.
  • the water flow rate / raw water amount from 0.14 to 1.43 is SO 4 -containing water L4, and the water flow rate / raw water amount after 1.43 is calcium-containing water L3.
  • SO 4 -containing water L4 in addition to SO 4 2- , Cl - and Na + can be recovered, and Pb 2+ also has SO 4 -containing water L4. Therefore, with respect to the calcium-containing water L3, these removal facilities are unnecessary, and the facility cost and operation cost can be kept low.
  • the phenomenon of slow passage of calcium chloride (Ca 2+ and Cl ⁇ ) in the amphoteric ion exchange resin is used to reduce the calcium-containing water L3 and the SO 4 -containing water L4.
  • the switching timing can be controlled on the basis of the calcium ion concentration of the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin 4, and it is possible to avoid mixing of harmful substances such as lead into the calcium-containing water L3.
  • the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin 4 is 1/20 or more of the calcium ion concentration 3000 mg / l of the leachate W2 introduced into the amphoteric ion exchange resin 4, that is, 150 mg / l or more, preferably 1 / Calcium scale can be accurately prevented by setting the time to 100 mg or more, 30 mg / l or more, more preferably 1/300 or more to 10 mg / l or more.
  • the calcium ion concentration can be controlled using a value measured with an ion electrode.
  • the solution discharged from the amphoteric ion exchange resin 4 becomes 1/4 or less of the chlorine ion concentration 13400 mg / l of the leachate W2 introduced into the amphoteric ion exchange resin 4, that is, 3350 mg / l or less. Is 1/2 or less, that is, 6700 mg / l or less, more preferably 2/3 or less, that is, 8930 mg / l or less. Since the chlorine ion concentration and the electric conductivity are in a proportional relationship, the electric conductivity can be controlled instead of the chlorine ion concentration.
  • the water balance at this time is as follows: when leachate W2 having a weight of 0.67 and reclaimed water L5 having a weight of 1.33 are supplied to the amphoteric ion exchange resin 4, the calcium-containing water L3 having a weight of 1 A SO 4 -containing water L4 having a weight of 1 is generated and treated separately and discharged.
  • FIG. 7 shows the water balance in the third embodiment of the calcium scale prevention method used in the treatment system 1, and this embodiment uses the recycled water L5 in order to make the waste water treatment facility of the treatment system 1 small. The case where the amount is suppressed is shown.
  • the numbers in the ellipses indicate the weight ratio of each water.
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of the method for preventing calcium scale used in the treatment system 1, and in this embodiment, in addition to the configuration shown in FIG.
  • a harmful substance treatment apparatus 10 for treating harmful substances slightly contained in the calcium-containing water L3 discharged from the water tank 6 is provided and discharged after removing the harmful substances.
  • the harmful substances to be treated include cadmium and its compounds, cyanide compounds, organophosphorus compounds, lead and its compounds, hexavalent chromium compounds, arsenic and their compounds, mercury, alkyl mercury and other mercury compounds, alkyl Mercury compound, polychlorinated biphenyl, trichlorethylene, tetrachloroethylene, dichloromethane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,2 -Health-related hazards such as trichloroethane, 1,3-dichloropropene, thiuram, simazine, thiobencarb, benzene, selenium and its compounds, boron and its compounds, fluorine and its compounds, ammonia, ammonium compounds, nitrite compounds and nitrate compounds
  • oxidiz oxidiz
  • FIG. 9 shows a fifth embodiment of the calcium scale prevention method used in the treatment system 1, and in this embodiment, the calcium-containing water L3 discharged from the calcium-containing water tank 6 in the configuration shown in FIG. And SO 4 -containing water L4 discharged from the SO 4 -containing water tank 7 are combined and then discharged. This makes it possible to cover the discharge of the calcium-containing water L3 and SO 4 containing water L4 at one facility.
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment of the method for preventing calcium scale used in the treatment system 1.
  • the calcium-containing water discharged from the calcium-containing water tank 6 is shown.
  • L3 and the SO 4 -containing water L4 discharged from the SO 4 -containing water tank 7 are combined and passed through the sand filter 11 and then discharged.
  • the sand filter 11 As a result, it is possible to remove CaSO 4 suspended matter that may be generated by the merging of the calcium-containing water L3 and the SO 4 -containing water L4.
  • FIG. 11 shows a seventh embodiment of the calcium scale prevention method used in the treatment system 1, and in this embodiment, the calcium-containing water L3 discharged from the calcium-containing water tank 6 in the configuration shown in FIG. Is returned to the final disposal site 2 and used to promote stabilization of the final disposal site 2.
  • the stabilization of the final disposal site 2 means that it is in the environment and does not change any more and is no longer affected. More specifically, among landfilled waste, degradable waste Substances are decomposed by the action of microorganisms to reduce and stabilize, and other wastes are physically and chemically compressed, decomposed and deteriorated to stabilize.

Abstract

【課題】薬剤費を低減し、運転コストを低く抑えることのできるカルシウムスケールの防止方法を提供する。 【解決手段】カルシウムスケールの発生を誘引する排水を、両性イオン交換樹脂４を用い、カルシウムイオン濃度が低く、有害物質の濃度が高い第１の溶液Ｌ４と、カルシウムイオン濃度が高く有害物質の濃度が低い第２の溶液Ｌ３とに分離し、第１及び第２の溶液を別々に処理する。両性イオン交換樹脂から排出される第１の溶液と、第２の溶液との切換タイミングを、両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣＯＤ濃度、カルシウムイオン濃度、塩素イオン濃度及び電気伝導度から選択される一以上に基づいて制御することができる。カルシウムスケールの発生を誘引する排水を、最終処分場の浸出水Ｗ１、焼却灰を水洗して得られたろ液、塩素バイパスダストを水洗して得られたろ液とすることができる。

Description

カルシウムスケールの防止方法
　本発明は、カルシウムスケールの防止方法に関し、特に、最終処分場やセメント製造工程等においてカルシウムに起因するスケールの発生を防止する方法に関する。
　ごみ処分場等の最終処分場は、リサイクルが困難な廃棄物等を処分するための施設であるが、枯渇化の虞に鑑み、これまで最終処分場で処理されていた廃棄物等の有効利用が推進されている。
　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している。都市ごみ焼却灰のうち、気体と共に運ばれ、集塵装置で回収される飛灰は、１０～２０％の塩素分を含むため、水洗脱塩設備を用い、飛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（例えば、特許文献１参照）。
　一方、セメント製造設備には、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を除去する塩素バイパス設備が用いられている。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従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素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（例えば、特許文献２参照）。
日本特開平１１－１００２４３号公報 日本特開２００１－１２９５１３号公報
　しかし、最終処分場では、その浸出水に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ2+）と、ＳＯ4 2-から硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）が生じ、ろ過装置や後段の排水処理工程においてスケールとして装置に付着し、安定運転が阻害されるという問題があった。また、セメント製造工程における焼却灰や塩素バイパスダストの水洗ろ液についても、上記最終処分場の浸出水と同様の問題があった。
　そのため、例えば、図１２に示すように、最終処分場５０では、沈砂・調整池５１に貯留された浸出水Ｗからスケール発生の原因となるカルシウムや、有害な重金属を除去するために薬液反応槽５２で薬剤を添加し、ろ過装置５３でこれらを沈殿除去し、その後、ＣＯＤ処理及び懸濁物質（ＳＳ）の除去を経て、消毒後に放流する。
　しかし、上記カルシウムの除去には、多量の炭酸ナトリウムや炭酸カリウムを添加する必要があり、これによって薬剤コストが嵩み、運転コストが高騰するという問題があった。
　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、最終処分場等におけるスケールの付着による運転への悪影響を最小限に留め、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えることが可能なカルシウムスケールの防止方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、カルシウムスケールの防止方法であって、カルシウムスケールの発生を誘引する排水を、両性イオン交換樹脂を用い、カルシウムイオン濃度が低く、有害物質の濃度が高い第１の溶液と、カルシウムイオン濃度が高く有害物質の濃度が低い第２の溶液とに分離し、該第１及び第２の溶液を別々に処理することを特徴とする。
　ここで、有害物質とは、鉛、セレン、カドミウム、亜鉛、銅等の重金属、ＣＯＤ、ＢＯＤに関連する被酸化物質、アンモニア性窒素等の窒素、リン酸等の隣といった電離度が低く両性イオン交換樹脂を通過する速度がカルシウムイオンより速い物質をいう。
　そして、本発明によれば、両性イオン交換樹脂を利用して、カルシウムイオン濃度の低い溶液と、カルシウムイオン濃度の高い溶液とに分離して各々の溶液を別々に処理するため、従来のようにカルシウムイオンを除去するために炭酸ナトリウム等を添加しなくともＣａＳＯ4等によるスケールの発生を最小限に抑えることができ、運転コストを大幅に低減することができる。
　また、カルシウムイオン濃度が高い第２の溶液は、有害物質の濃度が低いため、そのまま放流等することができる。
　さらに、一般的なイオン交換樹脂、例えば強酸性陽イオン交換樹脂を用いると、強酸等を用いて樹脂を再生することが必要となるのに対し、両性イオン交換樹脂は水だけで樹脂を再生させることができるので、煩雑な再生処理が不要となる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、炭酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン、リン酸イオン及びケイ酸イオンから選択される一以上を含むことができ、これらのイオンとカルシウムイオンによって生じたカルシウムスケールの原因物質を除去することができる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換タイミングを、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣＯＤ濃度、カルシウムイオン濃度、塩素イオン濃度及び電気伝導度から選択される一以上に基づいて制御することができる。これによって、カルシウムスケールの発生を精度よく防止できると共に、カルシウムイオン濃度の低い第１の溶液に回収される有害物質の量を制御することができる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣＯＤ濃度が、５０ｍｇ／ｌ以下の任意の値以下になった時に行うことができる。
　また、前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のカルシウムイオン濃度が、該両性イオン交換樹脂に供給される溶液のカルシウムイオン濃度の１／３００以上になった時に行うことができる。
　さらに、前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液の塩素イオン濃度が、該両性イオン交換樹脂に供給される溶液の塩素イオン濃度の２／３以下になった時に行うことができる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記両性イオン交換樹脂への前記排水の供給量と、該両性イオン交換樹脂への再生水の供給量との比を１：１乃至１：５とすることができる。この比を変化させることで、排水処理設備の規模や、両性イオン交換樹脂の分離性能を変化させることができる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記第２の溶液に含まれる有害物質を除去することができ、有害物質を除去した後、放流等することができる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記有害物質は、重金属、ＮＯ3 -、被酸化物質であってもよく、ＮＯ3 -が第２の溶液に含まれる場合には、チオ硫酸ナトリウムを添加して窒素ガスに変化させて除去することができる。
　前記第１の溶液と、前記第２の溶液を合流させて放流してもよく、これにより、第１の溶液と、第２の溶液の放流を一つの設備にて賄うことができる。また、前記第１の溶液と、前記第２の溶液を希釈水と共に合流させた後、砂ろ過器を通すことで、合流によって生じる可能性のあるスケールの生成を抑制することもできる。
　上記カルシウムスケールの防止方法において、前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水を、最終処分場の浸出水、焼却灰を水洗して得られたろ液、塩素バイパスダストを水洗して得られたろ液、海水から塩を回収する塩回収設備の排水、ごみ焼却場の排水、排煙脱硫設備の排水とすることで、これらの排水処理におけるカルシウムスケールに関する問題を解消することができる。
　以上のように、本発明によれば、最終処分場等におけるスケールの付着による運転への悪影響を最小限に留め、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えることが可能となる。
本発明にかかるカルシウムスケールの防止方法を用いた最終処分場の浸出水処理システムの一例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムに用いられるイオン交換樹脂の動作を説明するための概略図である。 図１に示す処理システムの第１実施例におけるイオン交換樹脂の運転例を示すグラフである。 図１に示す処理システムの第１実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第２実施例におけるイオン交換樹脂の運転例を示すグラフである。 図１に示す処理システムの第２実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第３実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第４実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第５実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第６実施例を示すフローチャートである。 図１に示す処理システムの第７実施例を示すフローチャートである。 従来の最終処分場の処理システムの一例を示すフローチャートである。
  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詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明を最終処分場におけるカルシウムスケールの防止に用いた場合を例にとって説明する。
　図１は、本発明にかかるカルシウムスケールの防止方法を適用した最終処分場の浸出水処理システム（以下、「処理システム」と略称する）を示し、この処理システム１は、最終処分場２からの浸出水Ｗ１を貯留する調整槽３と、調整槽３からの浸出水Ｗ２をカルシウムイオン濃度の高い溶液（以下「カルシウム含有水」という）Ｌ３と、カルシウムイオン濃度が低くＳＯ4 2-濃度の高い溶液（以下「ＳＯ4含有水」という）Ｌ４とに分離する両性イオン交換樹脂４と、両性イオン交換樹脂４に供給する再生水Ｌ５を貯留する再生水タンク５と、両性イオン交換樹脂４から排出されたカルシウム含有水Ｌ３及びＳＯ4含有水Ｌ４を各々貯留するカルシウム含有水タンク６、ＳＯ4含有水タンク７と、重金属除去装置８と、ＣＯＤ処理装置９とを備える。
　調整槽３は、最終処分場２のごみ層を浸透した雨水等の浸出水Ｗ１を集め、浸出水Ｗ１の水質、水量の変化を抑えて均一化を図るために備えられ、その前段には、土砂を沈降分離する沈砂槽等が備えられる。
  両性イオン交換樹脂４は、調整槽３から排出された浸出水Ｗ２に含まれるカルシウムを除去するために備えられる。両性イオン交換樹脂とは、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。例えば、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を用いることができる。この両性イオン交換樹脂４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。
　重金属除去装置８は、ＳＯ4含有水Ｌ４に含まれる鉛等の重金属を除去するために備えられ、薬液反応槽、フィルタープレス等一般的に用いられる装置を利用することができる。
　ＣＯＤ処理装置９は、重金属除去装置８において重金属が除去されたＳＯ4含有水Ｌ４のＣＯＤを低下させるために備えられ、一般的な浄化槽等を利用することができる。
  次に、上記構成を有する処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
　最終処分場２の浸出水Ｗ１を調整槽３に集めて水質、水量の変化を抑えた後、両性イオン交換樹脂４に供給し、浸出水Ｗ２をカルシウム含有水Ｌ３とＳＯ4含有水Ｌ４とに分離する。図２に示すように、この両性イオン交換樹脂４は、バッチ処理を連続的に行うものであって、予め水を充填し（図２（ａ））、その後、調整槽３より両性イオン交換樹脂４に浸出水Ｗ２を導入し、次に両性イオン交換樹脂４の再生を行うための再生水Ｌ５を導入する（図２（ｂ））。すると、図２（ｃ）に示すように、まずＳＯ4含有水Ｌ４が排出され、その後、カルシウム含有水Ｌ３が時間経過と共にこの順序で排出される。
　ここで、このＳＯ4含有水Ｌ４、カルシウム含有水Ｌ３の切換タイミングを、両性イオン交換樹脂４から排出される処理液のＣＯＤ濃度、カルシウムイオン濃度、塩素イオン濃度及び電気伝導度から選択される一以上に基づいて制御することができる。両性イオン交換樹脂４から排出されたＳＯ4含有水Ｌ４及びカルシウム含有水Ｌ３は、各々ＳＯ4含有水タンク７及びカルシウム含有水タンク６に一旦貯留する。
　次に、カルシウム含有水タンク６に貯留したカルシウム含有水Ｌ３を放流する。一方、ＳＯ4含有水タンク７に貯留したＳＯ4含有水Ｌ４は、重金属除去装置８を用いて重金属を除去し、さらにＣＯＤ処理装置９でＣＯＤを低減し、必要に応じて窒素や燐等の有機物質を除去した後、放流する。
  以上のように、本実施の形態によれば、浸出水Ｗ２を両性イオン交換樹脂４を介してカルシウム含有水Ｌ３と、ＳＯ4含有水Ｌ４とに分離した後、各々を別々に処理するため、従来のようにカルシウムを除去するための炭酸ナトリウム等を添加せずにＣａＳＯ4によるスケールの発生を最小限に抑えることができ、運転コストを大幅に低減することができる。
　次に、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第１実施例について説明する。
　両性イオン交換樹脂４として、上述の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ＡＭＰ０３を用い、原水として、表１に示す化学成分を有する最終処分場２の浸出水Ｗ２を両性イオン交換樹脂４に通水し、再生水Ｌ５として浸出水Ｗ２の３倍の量の新水を通水した。通水量と、両性イオン交換樹脂４を通過した処理液に含まれる各成分の濃度の関係及びその際の処理システム１における水バランスを各々表２、図３及図４に示す。図４において、楕円中の数字が各水の重量比を示す。尚、表１、表２及び図３のＣａ2+とＣｌ-濃度は、化学分析により測定した値である。ＣＯＤは、紫外線吸光法で測定した値を表示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図３に示したグラフおいて、通水量／原水量０．１０～１．８１までがＳＯ4含有水Ｌ４、通水量／原水量１．８１以降がカルシウム含有水Ｌ３となる。同表及びグラフより明らかなように、ＳＯ4含有水Ｌ４には、ＳＯ4 2-に加え、Ｃｌ-を回収することができると共に、ＣＯＤ濃度についてもＳＯ4含有水Ｌ４の方に高く分布するため、カルシウム含有水Ｌ３については、これらの除去設備及び処理設備が不要となり、設備コスト及び運転コストを低く抑えることができる。
　表２及び図３に明示されるように、ＣＯＤ濃度の高い溶液とカルシウムイオン（Ｃａ2+)の両性イオン交換樹脂内の通過速度が遅い現象を利用し、カルシウム含有水Ｌ３と、ＳＯ4含有水Ｌ４の切換タイミングを両性イオン交換樹脂４から排出される溶液のＣＯＤ濃度が５．５ｍｇ／ｌになった時とすることでカルシウムスケールを精度よく防止できる。尚、ＣＯＤ濃度は、紫外線吸光法で測定した値を用いて制御することができる。
　また、このときの水バランスは、図４に示すように、重量１の浸出水Ｗ２と重量３の再生水Ｌ５を両性イオン交換樹脂４に供給すると、重量２．２のカルシウム含有水Ｌ３と重量１．８のＳＯ4含有水Ｌ４とが発生し、各々別々に処理して放流する。
　次に、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第２実施例について説明する。両性イオン交換樹脂４として、上述の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ＡＭＰ０３を用い、原水として、表３に示す化学成分を有する最終処分場２の浸出水Ｗ２を両性イオン交換樹脂４に通水し、再生水Ｌ５として浸出水Ｗ２の２倍の量の新水を通水した。通水量と、両性イオン交換樹脂４を通過した処理液に含まれる各成分の濃度の関係及びその際の処理システム１における水バランスを各々表４、図５及図６に示す。図６において、楕円中の数字が各水の重量比を示す。尚、表３、表４及び図５では、Ｃｌ-濃度は、測定した電気伝導度からＣｌ-濃度に換算した値を示し、Ｃａ2+濃度は、イオン電極で測定した値を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図５に示したグラフおいて、通水量／原水量０．１４～１．４３までがＳＯ4含有水Ｌ４、通水量／原水量１．４３以降がカルシウム含有水Ｌ３となる。同表及びグラフより明らかなように、ＳＯ4含有水Ｌ４には、ＳＯ4 2-に加え、Ｃｌ-及びＮａ+を回収することができると共に、Ｐｂ2+についてもＳＯ4含有水Ｌ４の方に分離することができるため、カルシウム含有水Ｌ３については、これらの除去設備が不要となり、設備コスト及び運転コストを低く抑えることができる。
　表４及び図５に明示されるように、塩化カルシウム（Ｃａ2+とＣｌ-)の両性イオン交換樹脂内の通過速度が遅い現象を利用し、カルシウム含有水Ｌ３と、ＳＯ4含有水Ｌ４の切換タイミングを両性イオン交換樹脂４から排出される溶液のカルシウムイオン濃度に基づいて制御することができ、カルシウム含有水Ｌ３へ鉛等の有害物質が混入するのを回避することができる。この際、両性イオン交換樹脂４から排出される溶液が、両性イオン交換樹脂４に導入される浸出水Ｗ２のカルシウムイオン濃度３０００ｍｇ／ｌの１／２０以上、すなわち１５０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは１／１００以上の３０ｍｇ／ｌ以上、さらに好ましくは１／３００以上の１０ｍｇ／ｌ以上になった時とすることでカルシウムスケールを精度よく防止できる。尚、カルシウムイオン濃度は、イオン電極で測定した値を用いて制御することができる。
　あるいは、両性イオン交換樹脂４から排出される溶液が、両性イオン交換樹脂４に導入される浸出水Ｗ２の塩素イオン濃度１３４００ｍｇ／ｌの１／４以下、すなわち３３５０ｍｇ／ｌ以下になった時、好ましくは１／２以下、すなわち６７００ｍｇ／ｌ以下、さらに好ましくは２／３以下、すなわち８９３０ｍｇ／ｌ以下とすることで、同じくカルシウムスケールを精度よく防止できる。尚、塩素イオン濃度と電気伝導度とは比例関係にあるので、塩素イオン濃度に代えて電気伝導度でも制御することができる。
　また、このときの水バランスは、図６に示すように、重量０．６７の浸出水Ｗ２と重量１．３３の再生水Ｌ５を両性イオン交換樹脂４に供給すると、重量１のカルシウム含有水Ｌ３と重量１のＳＯ4含有水Ｌ４とが発生し、各々別々に処理して放流する。
　図７は、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第３実施例における水バランスを示し、本実施例は、処理システム１の排水処理設備を小規模とするため、再生水Ｌ５の使用量を抑えた場合を示している。図７において、楕円中の数字が各水の重量比を示す。本実施例では、最終処分場２の浸出水Ｗ２と同量の再生水Ｌ５を通水し、重量１のカルシウム含有水Ｌ３と重量１のＳＯ4含有水Ｌ４とを各々別々に処理して放流する。
　図８は、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第４実施例を示し、本実施例では、図６に示した構成に加え、カルシウム含有水タンク６の下流側に、カルシウム含有水タンク６から排出されたカルシウム含有水Ｌ３に僅かに含まれる有害物質を処理するための有害物質処理装置１０を設け、有害物質を除去した後、放流している。尚、ここで、処理される有害物質とは、カドミウム及びその化合物、シアン化合物、有機リン化合物、鉛及びその化合物、六価クロム化合物、砒素及びその化合物、水銀及びアルキル水銀その他の水銀化合物、アルキル水銀化合物、ポリ塩化ビフェニル、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、1,1-ジクロロエチレン、シス-1,2-ジクロロエチレン、1,1,1-トリクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、1,3-ジクロロプロペン、チウラム、シマジン、チオベンカルブ、ベンゼン、セレン及びその化合物、ほう素及びその化合物、ふっ素及びその化合物、アンモニア、アンモニウム化合物亜硝酸化合物及び硝酸化合物等の健康関連の有害物質の他、ＣＯＤに関連する被酸化物質、浮遊性物質等、フェノール類、銅、亜鉛、燐等の生活環境関連の有害物質、ダイオキシン類等をいう。
　図９は、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第５実施例を示し、本実施例では、図６に示した構成において、カルシウム含有水タンク６から排出されたカルシウム含有水Ｌ３と、ＳＯ4含有水タンク７から排出されたＳＯ4含有水Ｌ４とを合流させた後、放流している。これにより、カルシウム含有水Ｌ３とＳＯ4含有水Ｌ４の放流を一つの設備にて賄うことができる。
　図１０は、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第６実施例を示し、本実施例では、図９に示した構成に加え、カルシウム含有水タンク６から排出されたカルシウム含有水Ｌ３と、ＳＯ4含有水タンク７から排出されたＳＯ4含有水Ｌ４とを合流させて砂ろ過器１１を通過させた後、放流している。これにより、カルシウム含有水Ｌ３とＳＯ4含有水Ｌ４の合流によって生じる可能性のあるＣａＳＯ4の懸濁物質を除去することができる。
　図１１は、上記処理システム１に用いたカルシウムスケールの防止方法の第７実施例を示し、本実施例では、図６に示した構成において、カルシウム含有水タンク６から排出されたカルシウム含有水Ｌ３を最終処分場２に戻し
、最終処分場２の安定化促進に利用している。最終処分場２の安定化とは、環境中にあってそれ以上変化せず、影響を与えなくなった状態にすることであり、より具体的には、埋め立てられた廃棄物のうち、分解性廃棄物は微生物の作用で分解し減溶・安定化し、その他の廃棄物は物理・化学的に圧縮・分解・劣化して安定化することをいう。
　また、上記本発明にかかるカルシウムスケールの防止方法を最終処分場の浸出水処理システムに適用した場合を例示したが、この浸出水処理システム以外にも、焼却灰やセメント製造工程で得られる塩素バイパスダストを水洗して得られたろ液、海水から塩を回収する塩回収設備の排水、ごみ焼却場の排水、排煙脱硫設備の排水、ボイラー排水（缶水、軟水器再生排水）、イオン交換樹脂再生排水、鉄鋼集塵排水、コンクリート製品（成形）洗浄排水、肥料（石灰窒素）製造排水、無機工業製造（Ｃａカーバイト使用）排水、ごみ浸出水、フッ素排水処理水（ＣａＦ生成処理）等、カルシウムイオンと、炭酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン、リン酸イオン及びケイ酸イオンから選択される一以上を含む溶液であって、カルシウムイオンに起因するスケールが発生する虞のある溶液であれば本発明を適用することができる。
１　最終処分場の浸出水処理システム
２　最終処分場
３　調整槽
４　両性イオン交換樹脂
５  再生水タンク
６  カルシウム含有水タンク
７  ＳＯ4含有水タンク
８  重金属除去装置
９  ＣＯＤ処理装置
１０  有害物質処理装置
１１  砂ろ過器

Claims (19)

  1. 　カルシウムスケールの発生を誘引する排水を、両性イオン交換樹脂を用い、カルシウムイオン濃度が低く、有害物質の濃度が高い第１の溶液と、カルシウムイオン濃度が高く有害物質の濃度が低い第２の溶液とに分離し、該第１及び第２の溶液を別々に処理することを特徴とするカルシウムスケールの防止方法。
  2. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、炭酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン、リン酸イオン及びケイ酸イオンから選択される一以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  3. 　前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換タイミングを、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣＯＤ濃度、カルシウムイオン濃度、塩素イオン濃度及び電気伝導度から選択される一以上に基づいて制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  4. 　前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣＯＤ濃度が、５０ｍｇ／１以下の任意の値以下になった時に行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  5. 　前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液のカルシウムイオン濃度が、該両性イオン交換樹脂に供給される溶液のカルシウムイオン濃度の１／３００以上になった時に行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  6. 　前記両性イオン交換樹脂から排出される前記第１の溶液と、前記第２の溶液との切換を、該両性イオン交換樹脂から排出される溶液の塩素イオン濃度が、該両性イオン交換樹脂に供給される溶液の塩素イオン濃度の２／３以下になった時に行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  7. 　前記両性イオン交換樹脂への前記排水の供給量と、該両性イオン交換樹脂への再生水の供給量との比を１：１乃至１：５とすることを特徴とする請求項１に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  8. 　前記第２の溶液に含まれる有害物質を除去することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  9. 　前記有害物質は重金属であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  10. 　前記有害物質はＮＯ3 -であって、前記第２の溶液に含まれるＮＯ3 -をチオ硫酸ナトリウムを添加して除去することを特徴とする請求項８に記載のカルシウムスケールの防止方法。
  11. 　前記有害物質は被酸化物質であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  12. 　前記第１の溶液と、前記第２の溶液を合流させて放流することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  13. 　前記第１の溶液と、前記第２の溶液を希釈水と共に合流させた後、砂ろ過器を通すことでスケールの生成を抑制することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  14. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、最終処分場の浸出水であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  15. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、焼却灰を水洗して得られたろ液であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  16. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、塩素バイパスダストを水洗して得られたろ液であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  17. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、海水から塩を回収する塩回収設備の排水であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  18. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、ごみ焼却場の排水であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
  19. 　前記カルシウムスケールの発生を誘引する排水は、排煙脱硫設備の排水であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のカルシウムスケールの防止方法。
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