JP5985415B2

JP5985415B2 - 両性イオン交換樹脂の再生方法

Info

Publication number: JP5985415B2
Application number: JP2013035303A
Authority: JP
Inventors: 典敏田村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2014161801A

Description

本発明は、両性イオン交換樹脂の再生方法に関し、特に、最終処分場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ためなどに用いられる両性イオン交換樹脂の再生方法に関する。

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）。

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。

そこで、例えば、図４に示すように、最終処分場３０では、調整槽３１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３２で炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、ろ過装置３３でこれらを沈殿除去し、その後、ＣＯＤ処理装置３４、懸濁物質除去装置３５を経て、電気透析装置３６で脱塩を行う。これにより、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して０．９Ｑの水量の脱塩水Ｄを放流すると共に、水量０．１Ｑの濃縮水Ｃを蒸発させて塩を回収する。

しかし、上記の方法では、多量の炭酸ナトリウムを添加する必要があるため、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、本出願人は、特許文献２において、図５に示すように、懸濁物質除去装置３５の下流側に両性イオン交換樹脂４１を設け、最終処分場３０の浸出水Ｗを、Ｃａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い第１の溶液Ｌ１と、Ｃａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い第２の溶液Ｌ２とに分離し、第１の溶液Ｌ１を電気透析装置３６に供給して脱塩を行うことで、多量の炭酸ナトリウムを添加する必要のない最終処分場の浸出水の処理方法を提案した。尚、電気透析装置３６では、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して１．１〜１．４Ｑの水量の脱塩水Ｄ、及び水量０．１Ｑの濃縮水Ｃが得られ、脱塩水Ｄを放流し、濃縮水Ｃを蒸発させて塩を回収する。また、両性イオン交換樹脂４１の再生に、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して３Ｑの工業用水ＩＷを用いる。

特開平１１−１００２４３号公報特許第４７６６７１９号公報

特許文献２に記載の最終処分場の浸出水の処理方法は、炭酸ナトリウムを添加する必要がないため、薬剤コストを低減することができて好ましいが、上述のように、両性イオン交換樹脂４１を再生するにあたって、浸出水Ｗの３倍の工業用水ＩＷが必要となるため、水量を確保することができない地域等では採用することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、水量を確保することができない地域等でも、最終処分場の浸出水の処理等に両性イオン交換樹脂を用いることを可能と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、両性イオン交換樹脂を再生させるにあたって、該両性イオン交換樹脂を通過した液であって、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素を含まない液のみを用いる両性イオン交換樹脂の再生方法であって、前記両性イオン交換樹脂を通過した液であって、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素を含まない液は、該両性イオン交換樹脂の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水であることを特徴とする。

本発明によれば、両性イオン交換樹脂を通過した液であって、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素を含まない液のみを該両性イオン交換樹脂の再生に使用することで、両性イオン交換樹脂の再生に用いる工業用水等を用いないようにすることができるため、水量を確保することができない地域等でも、最終処分場の浸出水の処理等に両性イオン交換樹脂を用いることが可能となる。また、電気透析装置の脱塩水を利用しながら再生に用いる工業用水等を不要とすることができる。

上記両性イオン交換樹脂の再生方法において、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素をカルシウムとすることができ、再生に用いる工業用水等を用いずにカルシウムの分離を行うことができる。

さらに、前記両性イオン交換樹脂の再生には、ＳＯ₄ ^2-イオンを含む脱塩水を用いることができる。これによって、電気透析装置の陰イオン交換膜に一価選択性陰イオン交換膜を利用することが可能となる。

また、上記両性イオン交換樹脂の再生方法において、該両性イオン交換樹脂は、最終処分場の浸出水を、Ｃａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い第１の溶液と、Ｃａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い第２の溶液とに分離するために用いることができる。これによって、水量を確保することができない地域等でも、最終処分場の浸出水の処理に両性イオン交換樹脂を用いることが可能となる。

該両性イオン交換樹脂は、最終処分場において、浸出水から重金属を除去するために薬剤を添加する薬液反応槽の下流側に配置され、該両性イオン交換樹脂の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水のみを該両性イオン交換樹脂の再生水として供給することができる。これによって、カルシウム含有率の高い最終処分場の浸出水であっても、工業用水等を再生水として使用せずに両性イオン交換樹脂を使用することができ、両性イオン交換樹脂を通過したカルシウム除去水にカルシウムが残らないように制御することができる。

該両性イオン交換樹脂は、最終処分場において、浸出水から重金属を除去するために薬剤を添加する薬液反応槽の上流側に配置され、前記薬液反応槽の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水のみを該両性イオン交換樹脂の再生水として供給することができる。これによって、カルシウム含有率の高い最終処分場の浸出水であっても、工業用水等を再生水として使用せずに両性イオン交換樹脂を使用することができ、両性イオン交換樹脂を通過したカルシウム除去水に残留するカルシウムを炭酸ナトリウム等で処理するだけで最終処分場の浸出水を処理することができる。

以上のように、本発明に係る両性イオン交換樹脂の再生方法を用いることにより、水量を確保することができない地域等でも、最終処分場の浸出水の処理等に両性イオン交換樹脂を用いることが可能となる。

本発明に係る両性イオン交換樹脂の再生方法を適用した最終処分場の浸出水の処理方法の一例を説明するための概略図である。図１に示す両性イオン交換樹脂の運転例を示すグラフである。本発明に係る両性イオン交換樹脂の再生方法を適用した最終処分場の浸出水の処理方法の他の例を説明するための概略図である。従来の最終処分場の浸出水の処理方法の一例を説明するための概略図である。従来の最終処分場の浸出水の処理方法の他の例を説明するための概略図である。

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。尚、以下の説明においては、最終処分場の浸出水の処理に両性イオン交換樹脂を用い、この処理の過程で両性イオン交換樹脂の再生を行う場合を例にとって説明する。

図１は、本発明に係る両性イオン交換樹脂の再生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。）の一例を示し、この処理システム１は、調整槽１１に貯留された浸出水Ｗから有害な重金属を除去するために薬剤を添加する薬液反応槽１２と、重金属を沈殿除去するシックナー１３と、ＣＯＤ処理装置１４と、懸濁物質除去装置１５と、両性イオン交換樹脂１６と、電気透析装置１７とで構成される。この装置構成は、図４に示した従来の処理システムと同様である。

両性イオン交換樹脂１６は、懸濁物質除去装置１５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１６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。

電気透析装置１７は、懸濁物質除去装置１５から排出された浸出水Ｗの塩分の濃縮と脱塩を行うために備えられる。電気透析装置の陰イオン交換膜には、一価選択性陰イオン交換膜を利用することもできる。

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１０において、調整槽１１に貯留された浸出水Ｗから有害な重金属を除去するために薬液反応槽１２で薬剤を添加し、シックナー１３でこれらを沈殿除去し、ＣＯＤ処理装置１４、懸濁物質除去装置１５を経て、両性イオン交換樹脂１６でカルシウムを除去する。

両性イオン交換樹脂１６では、懸濁物質除去装置１５からの浸出水Ｗを、Ｃａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い第１の溶液Ｌ１と、Ｃａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い第２の溶液Ｌ２とに分離し、第１の溶液Ｌ１を電気透析装置１７に供給して脱塩を行う。電気透析装置１７では、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して０．９Ｑの水量の脱塩水Ｄを両性イオン交換樹脂１６の再生水として両性イオン交換樹脂１６に戻し、水量０．１Ｑの濃縮水Ｃを蒸発させて塩を回収する。

また、両性イオン交換樹脂１６では、再生水として電気透析装置１７の脱塩水Ｄのみを用い、水量１Ｑの第１の溶液Ｌ１と、水量０．９Ｑの第２の溶液Ｌ２を得ることができ、第１の溶液Ｌ１を電気透析装置１７で処理し、第２の溶液Ｌ２を放流する。

図２は、両性イオン交換樹脂１６として、上述の三菱化学株式会社製のダイヤイオンＡＭＰ０３を用い、最終処分場１０の浸出水Ｗ、及び電気透析装置１７からの脱塩水Ｄを交互に両性イオン交換樹脂１６に投入した場合の処理水の各成分の濃度を示している。

同図において破線で示す時点の前後で第１の溶液Ｌ１と、第２の溶液Ｌ２とに分離することで、第１の溶液Ｌ１にＣａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い溶液を、第２の溶液Ｌ２にＣａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い溶液を得ることができる。

以上のように、本実施の形態では、電気透析装置１７の脱塩水Ｄのみを両性イオン交換樹脂１６の再生水に利用することにより、両性イオン交換樹脂１６の再生に用いる工業用水等を不要としながら、浸出水Ｗからカルシウムを分離することができる。

次に、本発明に係る両性イオン交換樹脂の再生方法を適用した最終処分場の浸出水の処理方法の他の例について図３を参照しながら説明する。

同図に示す処理システム２１は、図１に示した処理システム１で懸濁物質除去装置１５の後段に配置された両性イオン交換樹脂１６を調整槽１１の直後に配置した点のみ処理システム１と異なる。その他の構成は、図１の処理システム１と同様であるため、同じ構成要素については同一の参照番号を付してそれらについての説明を省略する。

この処理システム２１では、調整槽１１からの浸出水Ｗを直接両性イオン交換樹脂１６に導入し、電気透析装置１７の脱塩水Ｄのみを両性イオン交換樹脂１６の再生水に利用しながら、両性イオン交換樹脂１６でＣａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い第１の溶液Ｌ１と、Ｃａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い第２の溶液Ｌ２とに分離し、第１の溶液Ｌ１を薬液反応槽１２、重金属を沈殿除去するシックナー１３、ＣＯＤ処理装置１４、及び懸濁物質除去装置１５を通過させた後、電気透析装置１７に供給して脱塩を行う。

電気透析装置１７では、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して１．１Ｑの水量の脱塩水Ｄを両性イオン交換樹脂１６の再生水として両性イオン交換樹脂１６に戻し、水量０．１Ｑの濃縮水Ｃを蒸発させて塩を回収する。一方、両性イオン交換樹脂１６からの第２の溶液Ｌ２を放流する。

この処理システム２１では、両性イオン交換樹脂１６からの第２の溶液Ｌ２を放流するため、第２の溶液Ｌ２に有害物質が含まれない場合に実現可能な構成であるが、処理システム２１においても、電気透析装置１７の脱塩水Ｄのみを両性イオン交換樹脂１６の再生水に利用することにより、両性イオン交換樹脂１６の再生に用いる工業用水を不要としながら、浸出水Ｗからカルシウムを分離することができる。

この処理システム２１では、両性イオン交換樹脂１６の再生水に電気透析装置１７の脱塩水Ｄのみを利用するため、両性イオン交換樹脂１６を通過した第１の溶液Ｌ１にカルシウムが少し残留するが、このカルシウムを炭酸ナトリウム等で処理するだけで最終処分場の浸出水を処理することができる。

尚、上記実施の形態では、最終処分場１０の浸出水Ｗの処理に両性イオン交換樹脂１６を用いる場合について説明したが、最終処分場１０の浸出水Ｗ以外の排水等にも本発明を適用することができる。

１処理システム
１０最終処分場
１１調整槽
１２薬液反応槽
１３シックナー
１４ＣＯＤ処理装置
１５懸濁物質除去装置
１６両性イオン交換樹脂
１７電気透析装置
２１処理システム
Ｃ濃縮水
Ｄ脱塩水
Ｌ１第１の溶液
Ｌ２第２の溶液
Ｗ浸出水

Claims

両性イオン交換樹脂を再生させるにあたって、該両性イオン交換樹脂を通過した液であって、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素を含まない液のみを用いる両性イオン交換樹脂の再生方法であって、
前記両性イオン交換樹脂を通過した液であって、該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素を含まない液は、該両性イオン交換樹脂の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水であることを特徴とする両性イオン交換樹脂の再生方法。
該両性イオン交換樹脂によって分離する目的の元素がカルシウムであることを特徴とする請求項１に記載の両性イオン交換樹脂の再生方法。
前記脱塩水は、ＳＯ₄ ^2-イオンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の両性イオン交換樹脂の再生方法。
該両性イオン交換樹脂は、最終処分場の浸出水を、Ｃａ²⁺濃度が低く、Ｃｌ^-濃度が高い第１の溶液と、Ｃａ²⁺濃度が高く、Ｃｌ^-濃度が低い第２の溶液とに分離するために用いられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の両性イオン交換樹脂の再生方法。
該両性イオン交換樹脂は、最終処分場において、浸出水から重金属を除去するために薬剤を添加する薬液反応槽の下流側に配置され、該両性イオン交換樹脂の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水のみが該両性イオン交換樹脂の再生水として供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の両性イオン交換樹脂の再生方法。
該両性イオン交換樹脂は、最終処分場において、浸出水から重金属を除去するために薬剤を添加する薬液反応槽の上流側に配置され、前記薬液反応槽の下流側に配置された電気透析装置から排出された脱塩水のみが該両性イオン交換樹脂の再生水として供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の両性イオン交換樹脂の再生方法。