JP4621820B2 - 集塵水の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集塵水の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路における集塵水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銑鉄製造に用いられる高炉から排出されるガス（高炉ガス）や鉄鋼製造に用いられる転炉から排出されるガス（転炉ガス）は、多量の粉塵と炉内での反応により生じた各種反応ガスを含むので、乾式および／または湿式集塵器を通して除塵した後、有用なガスをガスホルダーに回収して再利用する方式が一般に採用されている。
【０００３】
湿式集塵器で除塵に用いられた水、すなわち集塵水には鉄鉱石、コークスおよび石灰石などの製銑原料に由来する微粉（ダスト）やカルシウム、鉄、亜鉛およびマグネシウムなどの塩類が溶解・懸濁している。これらの溶解・懸濁物は沈殿池で沈殿除去するだけでは清浄化できず、このような集塵水を放流することは環境保全上好ましくないため、集塵水は通常、完全循環方式で用いられている。
【０００４】
水に溶解しないダストは、凝集剤添加などの沈殿促進手段によって、シックナーなどの沈殿池で効果的に除去される。しかしながら、水に溶解している前記のような塩類は凝集剤添加によっても除去されず、集塵水の循環再利用経路においてスケールとして析出し、パイプやバルブなどの閉塞事故を引き起こしやすい。
【０００５】
そこで、スケール析出による循環再利用経路の閉塞事故を防止するため、集塵水にアルカリを添加してｐＨを調整した後、ポリ燐酸塩を添加する方法が開発されている（特開昭４９−１３３２０９号公報参照）。この方法では、ｐＨ調整によって水に溶解している塩類を水に不溶性の水酸化物として析出させ、さらに凝集剤を添加して析出物を分離している。
また、凝集剤としては、アニオン系（一部、カチオン系）の高分子凝集剤が用いられている。
【０００６】
しかしながら、集塵水のｐＨを調整する方法では、水に溶解している炭酸水素塩を水に不溶性の炭酸塩として析出させることができなかった。炭酸塩の中でも特に炭酸カルシウムは、集塵水の循環再利用経路におけるスケールの主要成分であり、効果的な除去方法の開発が望まれている。
【０００７】
また、凝集剤としてアニオン系高分子凝集剤を用いる処理方法では、凝集剤の添加後、時間の経過と共に凝集物が空気酸化されて乳白色または赤褐色のコロイド状になり、これが沈殿池に浮遊して、懸濁物質（ｓｓ）濃度を上昇させ、かえって悪影響を与えるという問題があった。
したがって、さらに効果的な集塵水の処理方法の開発が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路における集塵水の効果的な処理方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、高炉集塵水または転炉集塵水では塩類が還元状態で溶解していることに着目し、これらの集塵水に酸化剤として過酸化水素を添加して集塵水中に溶解している塩類を析出させた後、高分子凝集剤を添加して析出した集塵水中の懸濁物を凝集沈殿除去させて、それら塩類の溶解濃度を低下させることにより、集塵水の循環再利用経路におけるスケール生成などの障害を抑制できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１０】
かくして、本発明によれば、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路において、集塵水に対して濃度０．５〜１０ｍｇ／ｌの過酸化水素を添加して集塵水中に溶解している塩類を不溶性の塩類として析出させ、次いで集塵水に対して濃度０．１〜１０ｍｇ／ｌの高分子凝集剤を添加して集塵水中の懸濁物を凝集沈殿除去させ、処理された集塵水を循環利用することを特徴とする集塵水の処理方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明における「集塵水」は、製鉄所の高炉集塵水や転炉集塵水であり、これらの集塵水には塩類が還元状態で溶解している。中でも本発明の処理方法は、高炉集塵水に対してより好適に用いられる。
【００１２】
本発明の処理方法では、まず集塵水に過酸化水素を添加して集塵水中に溶解している塩類を不溶性の塩類として析出させる。
過酸化水素の添加処理は、集塵水に過酸化水素水を添加する方法および過酸化水素を集塵水に吹き込む方法などが挙げられるが、取扱いの点およびコスト面で前者が好ましい。
【００１３】
過酸化水素水としては、工業用として市販されている濃度３〜６０％の過酸化水素水溶液のほかに、過酸化水素を水中で放出し得る過ホウ酸、過炭酸およびペルオキシ硫酸などの無機過酸、過酢酸のような有機過酸もしくはこれらの塩、尿素の過酸化水素付加物なども用いることができるが、工業的には、濃度３１．２〜５０％の過酸化水素水溶液が好ましい。
【００１４】
また、処理水中で発生させた過酸化水素を用いることもできる。過酸化水素を発生させる方法としては、処理水またはアルカリ水溶液の電気化学的分解、処理水への紫外線や放射線などの高エネルギー線照射あるいは生物代謝〔例えば、Poecillia vellifere （メダカ目カダヤシ科）〕等の方法が挙げられる。
【００１５】
集塵水に添加する過酸化水素の濃度は、処理水中に含まれる塩類の種類とそれらの含有量などにより設定すればよい。したがって、処理対象の集塵水中の塩類の種類とそれらの含有量を予め測定しておき、過酸化水素の濃度を決定すればよいが、通常、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路における集塵水に対しては０．５〜１０ｍｇ／ｌ、好ましくは１〜６ｍｇ／ｌである。
【００１６】
過酸化水素の濃度が０．５ｍｇ／ｌ未満の場合には、集塵水中に溶解している塩類を不溶性の塩類として十分に析出させることができないので好ましくない。また、過酸化水素の濃度が１０ｍｇ／ｌを超える場合には、それ以上の効果が期待できず、かつコスト的に不利になるので好ましくない。
【００１７】
この過酸化水素の添加処理により、集塵水に溶解している塩類のうち、例えばカルシウムは次式のように反応して炭酸カルシウムとなり析出する。
Ｃａ（ＨＣＯ₃)₂ ＋Ｈ₂ Ｏ₂ → ＣａＣＯ₃ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋ＣＯ₃ ^2-
また、集塵水中に溶解している２価の鉄は、過酸化水素により３価の鉄となりＦｅ₂ Ｏ₃ の形で析出する。
【００１８】
本発明の方法では、このような析出物が高分子凝集剤の添加処理により、凝集沈殿され、集塵水の循環再利用経路外に除去される。したがって、過酸化水素の添加処理は、凝集剤の添加処理より前の段階であればよい。
【００１９】
本発明の方法において用いられる高分子凝集剤としては、カチオン系、アニオン系およびノニオン系のいずれであってもよいが、凝集効果の点ではカチオン系凝集剤が好ましく、工業的に最も汎用されているポリアクリル酸エステル系の高分子凝集剤がより好ましい。
【００２０】
その他のカチオン系高分子凝集剤としては、水溶性アニリン樹脂塩酸塩、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、キトサンおよびヘキサメチレンジアミン・エピクロロヒドリン重縮合物などの中重合度（分子量数千〜数万）のもの、ならびにポリビニルイミダゾリン、ポリアルキルアミノアクリレート、ポリアルキルアミノメタクリレート、ポリメタクリル酸エステル系およびポリアクリルアミドのマンニッヒ変性物などの高重合度（分子量数十万〜数千万）のものが挙げられる。
【００２１】
カチオン系高分子凝集剤は、そのイオン性により、強カチオン系（エステル化度６５モル％以上）、中カチオン系（エステル化度３０〜６５モル％）および弱カチオン系（エステル化度３０モル％以下）にさらに分類される。そして、カチオン系高分子凝集剤の中でも、凝集効果の点では強カチオン系凝集剤が特に好ましく、具体的には、強カチオン系のポリアクリル酸エステル系の高分子凝集剤が最も好ましい。
なお、一般に基準となるイオン性は、凝集剤がエステル化物の場合には、エステル化度でもって分類することもでき、上記の（ ）内に示されるのがそれぞれの目安となるエステル化度である。
【００２２】
また、その他の高分子凝集剤としては、「新高分子文庫４ 高分子凝集剤」（大森英三著、株式会社高分子刊行会、１９８６年１１月３０日第７刷発行）、第３４頁に記載のものが挙げられる。
参考までに、アニオン系高分子凝集剤としては、アルギン酸ソーダおよびＣＭＣ−Ｎａ（カルボキシメチルセルロースナトリウム塩）などの中重合度のもの、ポリアクリル酸ソーダのような高重合度のアニオン系重合剤、ならびにアクリルアミドとアクリル酸ソーダとの共重合物、ポリアクリルアミド部分加水分解物およびポリアクリルアミド部分スルホメチル化物などの高重合度のものが挙げられる。また、ノニオン系凝集剤としては、澱粉、グアーガム、ローカストビーンガムおよびゼラチン（両性）などの中重合度のもの、ならびにポリアクリルアミドおよびポリエチレンオキサイドのような高重合度のものが挙げられる。
【００２３】
集塵水に添加する凝集剤の濃度は、集塵水中の懸濁物の量により変動し得るが、通常、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路における集塵水に対しては、０．１〜１０ｍｇ／ｌ、好ましくは０．５〜５ｍｇ／ｌである。
凝集剤の濃度が０．１ｍｇ／ｌ未満の場合には、凝集物を十分に凝集沈殿させることができないので好ましくない。また、凝集剤の濃度が１０ｍｇ／ｌを超える場合には、それ以上の効果が期待できず、かつコスト的に不利になるので好ましくない。
【００２４】
次に、本発明の集塵水の処理方法を、図１を用いて具体的に説明する。
図１は高炉から排出されたガスの流れ、およびそのガスを処理する集塵水の循環経路を示す概略図である。高炉（１）から排出されたガス（高炉ガス）は、まず乾式集塵器（２）（ＤＣ：ダストキャッチャー）で集塵され、次いで湿式集塵器（３）に送られる。湿式集塵器（３）は一般に二段ＶＳ（ベンチュリースクラバー）が多く、１ＶＳ（４）および２ＶＳ（５）から構成される。高炉ガスは１ＶＳ（４）、２ＶＳ（５）およびＴＲＴ（６）（炉頂圧回収発電設備）の順に送られ、１ＶＳ（４）および２ＶＳ（５）で湿式集塵されてＴＲＴ（６）に導入されてから高炉ガスホルダー（図示しない）に回収される。湿式集塵に用いられた水（高炉集塵水）は、シックナー（７）で固形分が回収され、貯水槽（８）を経て、１ＶＳ（４）および２ＶＳ（５）に送られ、循環系でくり返し利用される。なお、必要に応じてＡ点（水補充口）では新しい水が補充され、Ｂ点（凝集沈殿物排出口）では凝集沈殿物が排出除去される。
【００２５】
本発明の過酸化水素の添加処理および凝集剤の添加処理は、図１における１ＶＳ（４）・２ＶＳ（５）とシックナー（７）の間で行われるが、過酸化水素の添加をＶＳ（４）および２ＶＳ（５）の出口で行い、凝集剤の添加をシックナー（７）の入口で行うのが好ましい。
【００２６】
【実施例】
本発明を試験例により以下に説明するが、この試験例により本発明が限定されるものではない。
【００２７】
試験例
某製鉄所の高炉集塵水を試験水として、過酸化水素の添加および凝集剤の添加によるスケール防止効果を確認した。試験は次のように行った。
▲１▼試験水５００ｍｌをビーカーに正しく採取する。
▲２▼過酸化水素を所定濃度になるように添加し、攪拌機を用いて回転数１２０ｒｐｍで１分間攪拌する。
▲３▼凝集剤を所定濃度になるように添加し、攪拌機を用いて回転数１２０ｒｐｍで１分間攪拌する。
▲４▼攪拌終了から１分後、１時間後および２時間後の試験水の状態（外観）を目視で観察する。
▲５▼試験水の上澄み液を濾紙Ｎｏ．６（ＪＩＳ規格）で濾過する。
▲６▼濾液中のカルシウムイオン濃度（Ｃａイオン濃度）および鉄イオン濃度（Ｆｅイオン濃度）を測定する。
【００２８】
攪拌終了から１分後、１時間後および２時間後の結果を供試薬剤とともにそれぞれ表１〜３に示す。表中、供試薬剤の項目には、過酸化水素の濃度および凝集剤の種類と濃度を示す。
【００２９】
使用した凝集剤は、次の通りである。
アニオン系凝集剤 ： ポリアクリルアミド部分加水分解物
カチオン系凝集剤 ： ポリアクリル酸エステル系凝集剤
強カチオン系凝集剤： ポリアクリル酸エステル系凝集剤
ノニオン系凝集剤 ： ポリアクリルアミド
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路において、これらの集塵水に過酸化水素を添加して集塵水中に還元状態で溶解しているカルシウム、鉄および亜鉛などの塩類を不溶性の塩類として析出させた後、高分子凝集剤を添加して析出した集塵水中の懸濁物を凝集沈殿除去させるので、集塵水中の塩類の溶解濃度が低下し、集塵水の循環再利用経路におけるスケール生成などの障害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉から排出されたガスの流れ、およびそのガスを処理する集塵水の循環経路を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 乾式集塵器
３ 湿式集塵器
４ １ＶＳ
５ ２ＶＳ
６ ＴＲＴ
７ シックナー
８ 貯水槽
Ａ 水補充口
Ｂ 凝集沈殿物排出口

Claims (2)

1. 高炉集塵水または転炉集塵水の循環再利用経路において、集塵水に対して濃度０．５〜１０ｍｇ／ｌの過酸化水素を添加して集塵水中に溶解している塩類を不溶性の塩類として析出させ、次いで集塵水に対して濃度０．１〜１０ｍｇ／ｌの高分子凝集剤を添加して集塵水中の懸濁物を凝集沈殿除去させ、処理された集塵水を循環利用することを特徴とする集塵水の処理方法。
2. 前記高分子凝集剤がカチオン系凝集剤である請求項１に記載の処理方法。

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