(57)【要約】【課題】  コンパクトな中和設備を用い、低コストでアルカリ排水を中和処理できる高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法の提供。【解決手段】  燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量のアルカリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で燃焼排ガスによりpH9〜8.0まで中和し、2槽目以降において焼排ガスによりpH8以下まで中和するとによって、pH8.0までは燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度が10容量%であっても溶解効率が高く、2槽目以降においてpH8以下まで中和するため、中和槽が1槽の場合に比較して必要な燃焼排ガス量を低減することができる。【選択図】        図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量の高アルカリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で燃焼排ガスによりpH9〜8.0まで中和し、2槽目以降において燃焼排ガスによりpH8以下まで中和し、前記燃焼排ガスの総使用量を1槽のみで中和する場合より低減する高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維染色、紙パルプ、食品、リネンサプライ等の工場から排出される多量の高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法に関し、さらに詳しくは、燃焼排ガス中の炭酸ガスを高アルカリ排水に効率よく溶解、拡散させることにより、中和用の燃焼排ガスの使用量を1槽のみで中和する場合より低減でき、低コストで中和する高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種工場から排出される多量の高アルカリ排水は、一般に排水の水質規制に応じて硫酸等を注入して中和処理を行うか、あるいは必要に応じて中和処理を行ったのち、好気性あるいは嫌気性活性汚泥処理している。中和処理では、pH10〜14の高アルカリ排水に硫酸等を注入してpH6〜8の中性付近まで中和を行っている。また、活性汚泥処理では、空気曝気を行って好嫌気性菌によりBOD、CODの低減を図っている。
【０００３】
また、他の高アルカリ排水の中和処理方法としては、炭酸ガスあるいは液化炭酸ガスを中和剤として用いる方法、燃焼排ガス中に含有される炭酸ガスを中和剤として用いる方法、硫酸ナトリウムを融解固化した粉末状固体酸を中和剤として用いる方法、あるいは上記中和剤を併用する方法等が提案されている。
【０００４】
例えば、アルカリ性の排水に燃焼炉の排ガスを吹込み、該排水中の水素イオン濃度(pH)を低減せしめて、所定の水素イオン濃度に調整する方法(特許文献1)、ボイラからのアルカリ性ブロー排水に燃焼排ガスを混合して中和処理する方法(特許文献2)、アルカリ性廃液の噴流によって煙道ガスを同伴通路内に同伴し、次いで反応槽内液中に微細な気泡として持込み、廃液中のアルカリをガス中の亜硫酸ガスおよび炭酸ガスによって中和する方法(特許文献3)、アルカリ廃液に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有ガスを反応させて水硫化アルカリおよび炭酸アルカリを主成分とする溶液を回収する方法(特許文献4)、アルカリ排水に液化炭酸ガスを直接混合して液-液反応によって中和処理する方法(特許文献5)、アルカリ性廃水に予め濃縮した炭酸ガスを飽和状態になり得るように分散溶解させて弱酸性にして排水させる方法(特許文献6)、螺旋状パイプの一端からアルカリ性廃液を送入し、アルカリ性廃液送入側から炭酸ガスを圧入して中和反応させる方法(特許文献7)、流れつつあるアルカリ水流のpHを監視し、そのpHの信号に応じて比例制御弁を作動させ、液体CO2流体の圧力を中間域の圧力に減少させ、相当量のガス相を生成せしめてCO2流体の密度を減少させてアルカリ水流中に注入する方法(特許文献8)等が提案されている。
【０００５】
また、高濃度のアルカリ溶液を塩酸、硫酸などの強酸でpH11.5以下に第1次pH調整した後、第1次処理をしたアルカリ溶液を炭酸ガスでpH7程度に第2次pH調整する方法(特許文献9)、高アルカリ廃水に硫酸水素ナトリウムを融解固化した粉末状固体酸を添加してpHを10〜11の範囲に制御する第1次pH調整工程と、第1次pH調整工程後の廃水を炭酸ガスもしくは炭酸水により中和処理してpH7近傍に制御する第2次pH調整工程を順次に施す方法(特許文献10)等が提案されている。
【特許文献１】特開昭61-227890号公報
【特許文献２】特開昭59-80390号公報
【特許文献３】特開昭55-1814号公報
【特許文献４】特開昭59-69192号公報
【特許文献５】特開昭58-101788号公報
【特許文献６】特開昭50-112272号公報
【特許文献７】特開昭53-118278号公報
【特許文献８】特開平3-89994号公報
【特許文献９】特開昭62-258793号公報
【特許文献１０】特開平6-91275号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献1〜3に開示の方法は、燃焼排ガス中の炭酸ガスを中和剤として用い、エジェクター方式により燃焼排ガスをアルカリ排水中に拡散して炭酸ガスを溶解させ、あるいは1槽の中和槽へ燃焼排ガスを吹き込み炭酸ガスを溶解させさせるが、燃焼排ガス中の炭酸ガスが効率的に溶解せず、アルカリ排水あるいは燃焼排ガスを循環させるか、多量の燃焼排ガス吹き込む必要が生じ、中和設備が大型化し、中和コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献4〜8に開示の方法は、液化炭酸ガス、純炭酸ガスを中和剤として用いるため、硫酸等の強酸による中和に比べてコスト高であるが、取扱いが安全であるため、小容量の排水処理で実用化されている。しかし、大容量の排水の中和処理では、液化炭酸ガス、純炭酸ガスのコストが高く、経済面から実用的ではないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献9〜10に開示の方法は、中和剤として強酸と炭酸ガスあるいは粉末状固体酸と炭酸ガスを併用するものであるが、硫酸イオンによる生態系への影響や、硫酸還元菌による硫化水素発生に伴う悪臭、下水道管の腐食等の問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、コンパクトな中和設備を用い、低コストでアルカリ排水を中和処理できる高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、燃焼排ガス中の炭酸ガスを大容量の高アルカリ排水中へ溶解、拡散して中和する方法において、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で燃焼排ガスによりpH9〜8.0まで中和し、2槽目以降において燃焼排ガスによりpH8以下まで中和することにより、中和用の燃焼排ガスの総使用量を1槽のみで連続して燃焼排ガスにて中和する方法に比較してより一層低減できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法は、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目で燃焼排ガスによpH9〜8.0まで中和することによって、pH8.0程度までは燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度が10容量%前後であっても溶解効率が高いため、中和に使用する槽が1槽の場合に比較して必要な燃焼排ガス量を低減することができる。
【００１２】
また、本発明によると、従来の硫酸中和に比較し、硫酸等を使用しないため大幅に中和コストを削減でき、処理排水中の硫酸イオンが低減し、生態系への悪影響が緩和されると共に、下水道への悪臭、腐食を防止できる、地球温暖化の原因となる燃焼排ガス中の炭酸ガスの固定化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
燃焼排ガスによる中和方法を検討するため、幅600mm、奥行き300mm、高さ1000mm、容積180lの原水槽からpH11.6〜12.8のアルカリ排水を42l/hrで、幅600mm、奥行き300mm、高さ600mm、容積108lの中和槽に連続供給しつつ、中和槽へ炭酸ガスと空気との混合ガス(CO2濃度:10%、20%、30%)を中和槽底部に設置した水中散気装置(400w、回転数1800rpm)を介して中和槽pH:7.2、7.5、7.8、8.0、8.5、9.0となるように吹き込み、中和槽pHと水面から浮上するオフガス中の炭酸ガス濃度および炭酸ガスが排水に溶解する比率の関係を調査した。その結果を図1に示す。
【００１４】
図1に示すように、吹き込む混合ガス中の炭酸ガス濃度が10%、20%、30%と変化しても、オフガス中の炭酸ガス濃度は、中和槽pHに対しほぼ一定であった。また、この実験中原水のpHは、11.6〜12.8まで変動したが、オフガス中の炭酸ガス濃度は変化しなかった。中和槽pHが8以上では、吹き込んだ炭酸ガスの70%以上が溶解するが、中和槽pHが8以下では、吹き込んだ炭酸ガスの溶解効率が悪化(特に、吹込みガス中のCO2濃度が低い場合)し、オフガス中の炭酸ガス濃度が高くなることが確認された。つまり、中和槽pHが低くなるほど、炭酸ガスが溶解する比率が低下することも確認された。
【００１５】
以上の結果から、炭酸ガスによるpH低下の原理は、水に溶解した炭酸ガスは水中でH2CO3、HCO3−、CO32−に変化して炭酸塩を形成し、炭酸塩水溶液中では、下記に示す解離平衡が成立する。
CO2+H2O←→H2CO3、H2CO3←→H++HCO3−、HCO3−←→H++CO32−
水のpHによって全炭酸中のH2CO3、HCO3−、CO32−の存在比率が決まっているので、溶解した炭酸ガスのpH低下効果も異なる。
【００１６】
pH<4では、炭酸ガスは僅かに溶解し、H2CO3になるが、pH低下に寄与しない。4<pH<9では、下記に示すように、溶解した炭酸ガスがH2CO3となり、その一部が電離し、HCO3−になって炭酸ガス1モルにつき、1モルのH+を生じ、pH低下に寄与する。
CO2+H2O←→H2CO3←→H++HCO3−
水のpHが高いほど、HCO3−となる比率が高くなり、pH8では、溶解した炭酸ガスの98%が電離し、HCO3−となる。
pH>9では、下記に示すように、溶解した炭酸ガスが全て電離し、HCO3−とCO32−になる。特に、CO32−は、炭酸ガス1モルにつき、2モルのH+を生じるので、pH低下の効率がよい。pHが高くなるほど、CO32−の比率が高くなる。
CO2+H2O←→H2CO3←→2H++CO32−
【００１７】
すなわち、pH<9となると、炭酸ガスをアルカリ排水に吹き込んでも、オフガス中の炭酸ガス濃度が高くなるのは、吹き込んだ炭酸ガスがpH低下に寄与するCO32−、HCO3−となる比率が下がり、H2CO3←→(CO2+H2O)となって、CO2(ガス)で排水から逃げる比率が高くなるためである。
【００１８】
本願発明の基本技術思想は、中和に使用する槽を2槽以上となし、1槽目でpH9〜8.0まで中和し、2槽目以降においてpH8以下まで中和することにある。すなわち、1槽目でpH9〜8.0まで中和するのは、pH8.0程度までは燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度に関係なく溶解効率が高く、中和槽が1槽の場合に比較して必要な燃焼排ガス量を低減することができる。中和に使用する槽としては、2槽目以降の槽として活性汚泥処理装置の曝気槽を用いることもできる。
【００１９】
本発明の高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法について、実施例の系統図である図2に基づいて説明する。図2に示した装置は、2槽の中和槽1、2の前段の中和槽1へアルカリ排水3を連続送入し、pH8.5程度に中和した排水を後段の中和槽2へ流入させる。各中和槽1、2の底部には、図示しない水中散気装置を設け、炭酸ガスを10容量%前後含有する燃焼排ガス4を配管5により導き、燃焼排ガス4の微細気泡を発生させ、アルカリ排水3と燃焼排ガス4との気液接触を高めて炭酸ガスを効率よく溶解拡散させる。後段の中和槽2でpH7.5程度に中和された排水は、配管6により図示しない活性汚泥処理装置の曝気槽に送られる。
【００２０】
本願発明において用いる散気装置としては、ガスを水中へ効率よく溶解、拡散させることのできる気液拡散装置で、散気ノズル、回転軸を兼用した通気パイプを液中から液外まで延出して液外に設けた回転駆動機により回転させる気液混合装置、あるいは液中回転駆動機の回転軸に固定した羽根車の回転方向の背側に生じる負圧中に炭酸ガス含有ガスと下方のアルカリ水を導入し、羽根車の回転により発生する渦流と羽根車の剪断力とによりガスの微細気泡を発生させ、アルカリ排水とガスとの気液接触を高めて炭酸ガスにより効率的に中和する水中散気装置等を用いることができるが、水中散気装置を用いるのが効果的である。
【００２１】
本願発明において用いる燃焼排ガスとしては、炭酸ガスを10容量%前後含有するボイラー、加熱炉等の燃焼排ガスで、機器腐食の原因となるSO2濃度が低く、ダスト量も少ない脱硫処理後の燃焼排ガスを用いるのが得策である。
【実施例】
【００２２】
実施例1
試験装置は、幅600mm、奥行き300mm、高さ1000mm、容量180lの原水槽、幅600mm、奥行き300mm、高さ600mm、容量108lの中和槽(2槽)、幅600mm、奥行き300mm、高さ1000mm、容量720lの曝気槽(4槽)、直径700mm、円柱長さ400mm、円錘部長さ400mm、容量205lの沈殿槽からなる。
【００２３】
染色工場から排出されるpH13のアルカリ排水を用い、燃焼排ガスとして同工場内のボイラーから排出される炭酸ガス濃度10容量%の燃焼排ガスの一部をブロアーで取出したものを用いた。そして、燃焼排ガスを中和槽もしくは曝気槽に設置した水中散気装置に送り込み、下記の条件でアルカリ排水の中和処理を行った。そして、アルカリ排水1m3を中和処理するに必要な燃焼排ガス量(炭酸ガス濃度10容量%換算)を求めた。その結果を表1に示す。
【００２４】
条件1、燃焼排ガスにより中和槽1槽でpH7.5まで中和
条件2、燃焼排ガスにより中和槽1槽目でpH8.5、中和槽2槽目でpH7.5まで中和
【００２５】
【表１】
2006116544.tif 000003
【００２６】
表1に示すように、中和槽を2槽とした条件2では、中和槽1槽の条件1の場合に比較し、アルカリ排水1m3を中和処理するに必要な燃焼排ガス量を5.0Nm3低減することができた。
【００２７】
また、活性汚泥処理装置の沈殿槽の排水のBOD、COD値は、従来の硫酸中和時と同等の結果が得られ、燃焼排ガスを用いたことによる活性汚泥菌の悪影響がないことも確認できた。さらに、処理排水中の硫酸イオン濃度は、硫酸の代わりに燃焼排ガス中の炭酸ガスで中和を行ったため、原水500〜1000ppmに対し、硫酸中和の場合の2000〜3000ppmから、500〜1000ppmと上昇しないことも確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、実施例に明らかなように、燃焼排ガス中の炭酸ガスを高アルカリ排水に効率よく溶解、拡散させることにより、中和用の燃焼排ガスの総使用量を1槽のみで連続して燃焼排ガスにて中和する方法に比較してより一層低減でき、低コストで中和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】通水状態でのアルカリ排水中和実験における中和槽pHとオフガス中の炭酸ガス濃度、炭酸ガスが排水に溶解する比率と吹き込みガス中の炭酸ガス濃度との関係を示すグラフである。
【図２】本願の請求項1に係る発明に用いる装置の系統図である。
【符号の説明】
【００３０】
1,2  中和槽
3  アルカリ排水
4  燃焼排ガス
5,6  配管
【図１】
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【図２】
2006116544.tif 000005