JP5376683B2

JP5376683B2 - カルシウムスケールの防止方法

Info

Publication number: JP5376683B2
Application number: JP2011118631A
Authority: JP
Inventors: 典敏田村; 裕一大谷
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012024754A; JP2012024750A; JP4766719B1

Description

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、気体とともに運ばれ、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）。

特開平１１−１００２４３号公報特開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１０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、カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液を、カルシウムイオン濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度が高い第１の溶液と、カルシウムイオン濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度が低い第２の溶液とに両性イオン交換樹脂を用いて分離し、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。

そして、本発明によれば、カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液を、カルシウムイオン濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度が高い第１の溶液と、カルシウムイオン濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度が低い第２の溶液とに両性イオン交換樹脂を用いて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、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カルシウムイオン濃度及び／又は電気伝導度に基づいて制御することができる。これによって、第１の溶液に回収される鉛等の量を制御することができる。

また、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以上になった時とすることができる。これによって、カルシウムスケールを精度よく防止できる。

また、上記カルシウムスケールの防止方法において、前記カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液を、最終処分場の浸出水とすることができ、最終処分場の薬剤コストを含む運転コストを低く抑えることができる。

さらに、前記カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液を、焼却灰又は／及び塩素バイパスダストを水洗して得られたろ液や、海水から塩を回収する塩回収設備の排水とすることもでき、これらのろ液や排水の処理のための薬剤コストを含む運転コストを低く抑えることができる。

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２に示す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。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Ｗを貯留する調整槽３と、調整槽３からの浸出水Ｗをカルシウムイオン濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度が低い溶液（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Ｗを集め、浸出水Ｗ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Ｗ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ともに、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Ｗ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Ｗ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Ｗ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が時間経過ととも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Ｃａ²⁺、ＳＯ₄ ^2-、塩化物及びＰｂ²⁺の濃度の測定結果、電気伝導度及びｐＨからなる群から選択される一つ以上の測定結果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Ｗ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Ｗを両性イオン交換樹脂４に通液し、再生水Ｌ５として浸出水Ｗの２倍の量の新水を通液した。通液量と、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では、測定した電気伝導度をＣｌ^-濃度に換算して示している。

図３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ともに、Ｐｂ²⁺、ＣＯＤ及びＮＨ⁴⁺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２及び図３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Ｗ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。

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Ｗの塩素イオン濃度７０００ｍｇ／ｌの１／１０以下、すなわち７００ｍｇ／ｌ以下になった時、好ましくは１／２以下、すなわち３５００ｍｇ／ｌ以下、さらに好ましくは２／３以下、すなわち４７００ｍｇ／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４に示すように、重量０．６７の浸出水Ｗ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５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２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５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Ｗと同量の再生水Ｌ５を通液し、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６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実施例を示し、本実施例では、図４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重金属処理装置等の有害物質処理装置１０を設け、鉛等の重金属を含む有害物質を除去した後、放流している。

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４実施例を示し、本実施例では、図４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５実施例を示し、本実施例では、図７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６実施例を示し、本実施例では、図４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。

尚、上記実施の形態においては、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等、カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-やシュウ酸イオン等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
７ＳＯ₄含有水タンク
８重金属除去装置
９ＣＯＤ処理装置
１０有害物質処理装置
１１砂ろ過器

Claims

カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液を、カルシウムイオン濃度が低くＳＯ₄ ^2-濃度が高い第１の溶液と、カルシウムイオン濃度が高くＳＯ₄ ^2-濃度が低い第２の溶液とに両性イオン交換樹脂を用いて分離し、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。
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カルシウムイオン濃度及び／又は電気伝導度に基づいて制御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。
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以上になった時と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。
前記カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液は、最終処分場の浸出水であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。
前記カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液は、焼却灰又は／及び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、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。
前記カルシウムイオンとＳＯ₄ ^2-とを含む溶液は、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、２又は３に記載のカルシウムスケールの防止方法。