JP2013166678A - 排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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を水洗処理した際に発生した排水から低コストでセレン等の有害物質を除去する。
【解決手段】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Ｄを水洗した際に発生する排水Ｌ１に含まれるセレンを吸着除去する樹脂塔１４を備える排水処理装置１。排水Ｌ１に含まれる懸濁物質を除去するフィルター７を備え、懸濁物質を除去した後の排水を樹脂塔に通過させてもよい。懸濁物質を除去した排水に含まれる重金属を吸着除去するキレート樹脂を有する重金属除去塔８を備え、重金属を除去した後の排水を樹脂塔に通過させてもよい。重金属を除去した排水Ｌ３からカルシウム分を分離する両性イオン交換樹脂塔１１を備え、分離したカルシウム濃度の低い排水Ｌ６を樹脂塔に通過させてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理装置及び排水処理方法に関し、特に、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を水洗処理した際に発生した排水からセレン等の有害物質を除去する装置及び方法に関する。

従来、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を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。近年、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の有効利用方法の開発が求められていた。

かかる見地から、特許文献１に記載のセメント原料化処理方法では、塩素を含む廃棄物に水を添加して廃棄物中の塩素を溶出させてろ過し、脱塩ケーキをセメント原料として利用すると共に、排水に含まれるセレン等の重金属及び有害物質を沈殿させて浄化処理し、そのまま放流したり、塩分を回収することで、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図っている。

また、特許文献２には、上記ダストに水を添加してスラリーとした後、１次ケーキとセレンを含む１次ろ液とに分離し、セレンを含む１次ろ液にｐＨ調整剤及び第一鉄化合物を添加してセレン濃度を低下させた後、２次ケーキとセレンを含む２次ろ液とに分離し、セレンを含む２次ろ液を電気透析装置に通して濃縮塩水とセレンを含む脱塩水とに分離し、セレンを含む脱塩水を集塵したダストに添加する水の一部として循環使用する方法が記載されている。

特開平１１−１００２４３号公報 特開２００４−３３０１４８号公報

しかし、特許文献１に記載の処理方法では、塩素バイパスダストを脱塩処理するにあたって、排水中のセレン濃度を安全とされる基準、例えば、下水放流の場合の０.１ｍｇ−Ｓｅ／ｌまで除去するには、還元剤としての塩化第一鉄（ＦｅＣｌ₂）が８０００ｍｇ−Ｆｅ²⁺／ｌ以上必要となり、セレン除去にあたって還元剤を大量に消費し、運転コストが高騰するという問題がある。

また、特許文献２に記載の処理方法では、セレンを除去するために電気透析装置を設置しているため、設備コストに加え、エネルギーコストがかかると共に、鉛等の重金属類を除去した後、カルシウムを除去しているため、処理薬剤費が嵩み、運転コストが高騰するという問題がある。

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、設備コストや運転コストを低く抑えながら、上記排水からセレン等の有害物質を除去することができる装置及び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、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を水洗した際に発生する排水を処理する装置であって、該排水に含まれるセレンを吸着除去する樹脂塔を備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、樹脂塔によって排水に含まれるセレンを吸着除去するため、電気透析装置等の設備を必要とせず、設備コストを低減することができるだけでなく、還元剤等の薬剤が不要となり、運転コストも低減することができる。

上記処理装置において、前記排水に含まれる懸濁物質を除去するフィルターを備え、該フィルターで懸濁物質を除去した後の排水を前記樹脂塔に通過させることができる。

上記処理装置において、前記懸濁物質を除去した排水に含まれる重金属を吸着除去するキレート樹脂を備え、該キレート樹脂で重金属を除去した後の排水を前記樹脂塔に通過させることができる。

上記処理装置において、前記重金属を除去した排水からカルシウム分を分離する両性イオン交換樹脂塔を備え、該両性イオン交換樹脂塔で分離したカルシウム濃度の低い排水を前記樹脂塔に通過させることができる。樹脂に対する妨害成分であるカルシウム濃度を低下させることで、樹脂の吸着能力の寿命を延ばすことが可能となる。

上記処理装置において、前記セレンを吸着除去する樹脂塔をセリウム樹脂塔とすることができる。セリウム樹脂塔においてセリウムを多孔質の無機材料又は有機材料に担持させ、セレンの吸着に供する表面積を増大させることで、セレン除去率をさらに高めることができる。

さらに、本発明は、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を水洗した際に発生する排水を処理する方法であって、該排水をセレン吸着樹脂に通過させ、該排水中のセレン濃度を低下させることを特徴とする。

本発明によれば、セレン吸着樹脂によって排水に含まれるセレンを吸着除去するため、電気透析装置等の設備を必要とせず、設備コストを低減することができるだけでなく、還元剤等の薬剤が不要となり、運転コストも低減することができる。

上記処理方法において、前記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を水中に溶解させ、発生したスラリーに前記セメントキルンの排ガスを吹き込み、前記スラリーのｐＨを９.５以上１１.５以下に調整した後、該スラリーを固液分離した際に発生する排水を前記セレン吸着樹脂に通過させることができる。これにより、ダストに含まれるカルシウム分を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）としてスラリー中に析出させ、後段の設備内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、設備コストや運転コストを低く抑えながら、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を水洗した際に発生する排水からセレン等の有害物質を除去することが可能となる。

本発明にかかる排水処理装置の一実施の形態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。

図１は、本発明にかかる排水処理装置の一実施の形態を示し、この排水処理装置１は、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高塩素濃度のダストＤを貯留するタンク２から供給されたダストＤを水Ｗに溶解させる溶解反応槽３と、溶解反応槽３から中継槽４を経て供給されたスラリーＳを固液分離するフィルタープレス５と、フィルタープレス５から排出された排水（ろ液）Ｌ１を貯留する排水槽６と、排水Ｌ１から懸濁物質を除去する前処理フィルター７と、懸濁物質が除去された排水Ｌ２からセレン以外の重金属を除去する重金属除去塔８と、重金属を除去した排水Ｌ３を貯留するタンク９と、タンク９から排出された排水から残留懸濁物質等を除去する前処理フィルター１０と、前処理フィルター１０によって残留懸濁物質等を除去した排水Ｌ５からカルシウム分を除去する両性イオン交換樹脂塔１１と、両性イオン交換樹脂塔１１から排出されたカルシウム濃度の低い排水Ｌ６からセレンを除去するセリウム樹脂塔１４等で構成される。

溶解反応槽３は、ダストＤを水Ｗに溶解させると共に、発生したスラリーＳのｐＨを調整するためのセメントキルンの排ガス供給管路３ａを備える。

フィルタープレス５は、中継槽４から供給されたスラリーＳを水洗しながら固液分離するために備えられる。フィルタープレス５に代えて、ベルトフィルター等の固液分離機を用いることもできる。

重金属除去塔８は、前処理フィルター７から排出されたろ液Ｌ２に含まれるセレン以外の重金属を除去するため、重金属を捕捉するためのキレート樹脂を備える。キレート樹脂とは、イオン交換基の代わりに、金属イオンとキレート（錯体）を作る官能基を導入し、キレートを形成することによって金属イオンを捕捉する樹脂である。

両性イオン交換樹脂塔１１は、前処理フィルター１０から排出されたろ液Ｌ５に含まれるカルシウム分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、電解質の相互分離を行うこともできる。

セリウム樹脂塔１４は、セリウムの酸化物又は水酸化物を多孔質の無機材料又は有機材料に担持させたものであって、両性イオン交換樹脂塔１１から排出されたカルシウム濃度の低いろ液Ｌ６に含まれるセレンを吸着除去するために備えられる。尚、セリウムに代えて、イットリウム、ランタン、セリウム、イッテルビウムの酸化物又は水酸化物の中から選ばれる１種類又は２種類以上の希土類化合物の混合物を多孔質の無機材料又は有機材料に担持させたものを使用することもできる。

次に、上記構成を有する排水処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

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高塩素含有ダストＤは、溶解反応槽３において水Ｗを加えられてスラリーＳとなる。この際、ダストＤ中に含まれる水溶性の塩素分が水Ｗに溶解する。また、溶解反応槽３の排ガス供給管路３ａから導入されたセメントキルン排ガスＧによって、スラリーＳのｐＨが９.５以上１１.５以下に調整される。このｐＨ調整は、ダストＤに含まれるカルシウム分を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）としてスラリーＳ中に析出させ、後段の設備内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制するために行う。

溶解反応槽３から排出されたスラリーＳは、中継槽４に貯留された後、フィルタープレス５において、ケークＣと排水（ろ液）Ｌ１とに固液分離される。ケークＣは、セメント原料としてセメント製造工程へ戻され、排水Ｌ１は、排水槽６に一旦貯留される。

次に、排水槽６から排出された排水Ｌ１は、前処理フィルター７によって懸濁物質が除去された後、重金属除去塔８に充填されたキレート樹脂によって、セレン以外の重金属が除去される。

重金属除去塔８によってセレン以外の重金属が除去された排水Ｌ３は、タンク９に貯留され、貯留された排水Ｌ４は、前処理フィルター１０によって残留懸濁物質等が除去される。

前処理フィルター１０によって残留懸濁物質等が除去された排水Ｌ５は、両性イオン交換樹脂塔１１において、セレンを含むと共にカルシウム濃度の低い排水Ｌ６と、カルシウム濃度の高い排水Ｌ７とに分離され、各々タンク１２、１３に貯留される。両性イオン交換樹脂塔１１から排出されるカルシウム濃度の低い排水と高い排水の切換タイミングは、カルシウム濃度の測定結果に基づいて制御される。ここで、排水Ｌ５中のカルシウム分を除去するのは、カルシウム分がセリウム樹脂の吸着除去性能の低下を招くからであり、セレン除去の前にカルシウム分を除去することで、セリウム樹脂の吸着能力の寿命を延ばすことができる。

次に、タンク１２から排水Ｌ６をセリウム樹脂塔１４に供給し、セレンを吸着除去する。セレンを除去した排水Ｌ８、及びタンク１３に貯留された排水Ｌ７は、河川等に放流することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、重金属除去塔８においてキレート樹脂を用い、カルシウム除去に両性イオン交換樹脂を用い、さらにセレンの除去にセリウム樹脂を用いることで、薬剤コストを不要とし、運転コストを大幅に低減することができる。

１ 排水処理装置
２ タンク
３ 溶解反応槽
４ 中継槽
５ フィルタープレス
６ 排水槽
７ 前処理フィルター
８ 重金属除去塔
９ タンク
１０ 前処理フィルター
１１ 両性イオン交換樹脂塔
１２、１３ タンク
１４ セリウム樹脂塔
Ｃ ケーク
Ｄ ダスト
Ｌ１〜Ｌ８ 排水
Ｓ スラリー

Claims (7)

1. 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を水洗した際に発生する排水を処理する装置であって、
   該排水に含まれるセレンを吸着除去する樹脂塔を備えることを特徴とする排水処理装置。
2. 前記排水に含まれる懸濁物質を除去するフィルターを備え、該フィルターで懸濁物質を除去した後の排水を前記樹脂塔に通過させることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
3. 前記懸濁物質を除去した排水に含まれる重金属を吸着除去するキレート樹脂を備え、該キレート樹脂で重金属を除去した後の排水を前記樹脂塔に通過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
4. 前記重金属を除去した排水からカルシウム分を分離する両性イオン交換樹脂塔を備え、該両性イオン交換樹脂塔で分離したカルシウム濃度の低い排水を前記樹脂塔に通過させることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排水処理装置。
5. 前記セレンを吸着除去する樹脂塔は、セリウム樹脂塔であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の排水処理装置。
6. 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を水洗した際に発生する排水を処理する方法であって、
   該排水をセレン吸着樹脂に通過させ、該排水中のセレン濃度を低減することを特徴とする排水処理方法。
7. 前記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を水中に溶解させ、
   発生したスラリーに前記セメントキルンの排ガスを吹き込み、前記スラリーのｐＨを９.５以上１１.５以下に調整した後、該スラリーを固液分離した際に発生する排水を前記セレン吸着樹脂に通過させることを特徴とする請求項６に記載の排水処理方法。

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