(57)【要約】  本発明に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、ボイラ１１からのボイラ排ガス１２を処理する排ガス処理システム１８と、プラント設備内の例えば冷却塔２１で発生する排出水２２を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガス１２の一部１２ａを用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置２３と、を具備し、排出される排出水２２を噴霧乾燥装置２３の内部に導入し、噴霧液を排ガス１２の一部１２ａの熱で乾燥するので、排出水２２を工業排水処理設備で別途処理する必要がなくなり、プラント内で発生する排出水２２の無排水化を実現することができる。
2015001678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ排ガスを処理する排ガス処理システムと、
プラント設備内で発生する排出水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置と、
を具備することを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記排出水中の塩分を除去する脱塩処理装置を有し、脱塩処理装置で塩分濃縮した濃縮水を前記噴霧乾燥装置で噴霧乾燥することを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記脱塩処理装置が、膜分離手段を有することを特徴とする水処理システム。
【請求項４】
請求項２において、
前記脱塩処理装置が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理システム。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記排ガス処理システムが湿式脱硫装置を有し、該湿式脱硫装置からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥装置の前記噴霧手段に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
ボイラ排ガスを処理する排ガス処理工程と、
プラント設備内で発生する排出水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥装置で噴霧乾燥する工程と、
を具備することを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記排出水中の塩分を除去する脱塩処理工程を有し、脱塩処理装置で塩分濃縮した濃縮水を前記噴霧乾燥装置で噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記脱塩処理工程が、膜分離工程を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記脱塩処理工程が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理方法。
【請求項１０】
請求項６又は７において、
前記排ガス処理システムが湿式脱硫工程を有し、該湿式脱硫工程からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥工程に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラプラントや化学プラント設備内で発生する排出水の水処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント内においては、例えばボイラ、反応器、復水器の湿式冷却塔、水処理装置等から排出水が発生する。こうした排出水を処理するために種々の処理装置が提案されているが、何れもコストが高くなる問題がある。こうした問題を解決するために、ボイラの冷却塔の冷却水（ブロー水）を液滴直径２０ミクロンから１２０ミクロンの霧として煙道中に噴霧することによってアルカリ性のブロー水を中和させることを特徴とする排水処理装置付ボイラの提案がある（特許文献１）。【０００３】
また、排出水を煙道内に噴霧することにより蒸発処理可能な排水の量を高めた排水処理装置の提案がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４７６９３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明によれば容易かつ低コストで排水を処理可能であるが、排ガスの熱エネルギ（温度、流量）に対して、排水の量が増加し、それを蒸発処理するために必要なエネルギが大きくなると処理できなくなる、という問題がある。【０００６】
また、特許文献２の発明によれば、濃縮装置により、排水量の低減可能であるが、濃縮装置では、ボイラで発生した蒸気の一部を抽気するので、蒸気タービンの出力の低下が発生する、という問題がある。【０００７】
よって、例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント設備において発生する、例えばボイラ、反応器、復水器の湿式冷却塔、水処理装置等からの排出水を低コストでしかもボイラ効率の低下を伴うことなく、効率的に処理することができる技術の出現が切望されている。【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、プラント設備内で発生する排出水の水処理システム及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ボイラ排ガスを処理する排ガス処理システムと、プラント設備内で発生する排出水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置と、を具備することを特徴とする水処理システムにある。【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記排出水中の塩分を除去する脱塩処理装置を有し、脱塩処理装置で塩分濃縮した濃縮水を前記噴霧乾燥装置で噴霧乾燥することを特徴とする水処理システムにある。【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記脱塩処理装置が、膜分離手段を有することを特徴とする水処理システムにある。【００１２】
第４の発明は、第２の発明において、前記脱塩処理装置が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理システムにある。【００１３】
第５の発明は、第１又は２の発明において、前記排ガス処理システムが湿式脱硫装置を有し、該湿式脱硫装置からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥装置の前記噴霧手段に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理システムにある。【００１４】
第６の発明は、ボイラ排ガスを処理する排ガス処理工程と、プラント設備内で発生する排出水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥装置で噴霧乾燥する工程と、を具備することを特徴とする水処理方法にある。【００１５】
第７の発明は、第６の発明において、前記排出水中の塩分を除去する脱塩処理工程を有し、脱塩処理装置で塩分濃縮した濃縮水を前記噴霧乾燥装置で噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法にある。【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、前記脱塩処理工程が、膜分離工程を有することを特徴とする水処理方法にある。【００１７】
第９の発明は、第７の発明において、前記脱塩処理工程が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理方法にある。【００１８】
第１０の発明は、第６又は７の発明において、前記排ガス処理システムが湿式脱硫工程を有し、該湿式脱硫工程からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥工程に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法にある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラント設備内で排出する排出水を工業排水処理設備で処理する必要がなくなり、プラント内で発生する排出水の無排水化若しくは排水量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例１に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例１に係る噴霧乾燥機の概略図である。
【図５】図５は、実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図６】図６は、本実施例に係る脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図７】図７は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図８】図８は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図９】図９は、実施例３に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１２】図１２は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１３】図１３は、コールドライム法による分離装置の一例の概略図である。
【図１４】図１４は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。
【図１５】図１５は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。
【図１６】図１６は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】図１７は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】図１８は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例４に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図２及び３は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、ボイラ１１からのボイラ排ガス（以下「排ガス」という）１２を処理する排ガス処理システム１８と、プラント設備内の例えば冷却塔２１で発生する排出水２２を噴霧する噴霧手段（図１では図示せず）を有し、前記ボイラ排ガス１２の一部１２ａを用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置２３と、を具備するものである。【００２３】
図１に例示される排ガス処理システム１８は、例えば石炭を燃料として使用する石炭焚きボイラや重油を燃料として使用する重油焚きボイラ等の場合、排ガス１２から、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）等の有害物質を除去する装置であり、窒素酸化物を除去する脱硝装置１３、排ガス１２の熱を回収する空気予熱器１４と、熱回収後の排ガス１２中の煤塵を除去する集塵機１５と、除塵後の排ガス１２中に含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置１６と、脱硫後の浄化された浄化ガスを排出する煙突１７とを備えている。【００２４】
噴霧乾燥装置２３は、排ガスラインＬ10から分岐した分岐ラインＬ11を介して排ガス１２の一部１２ａが導入されるガス導入手段と、排出水２２を散布又は噴霧する噴霧手段とを具備している。そして、導入される排ガス１２の一部１２ａの熱により散布された排出水２２を蒸発乾燥させている。【００２５】
また、本実施例では、空気予熱器１４へ流入する排ガス１２の一部１２ａを排ガスラインＬ10から分岐ラインＬ11を介して分岐しているので、排ガス１２の温度が高く（３５０〜４００℃）、排出水２２の噴霧乾燥を効率よく行うことができる。なお、乾燥に寄与した排ガス１２ｂは、ガス送給ラインＬ12を介して空気予熱器１４と集塵器１５との間の排ガスラインＬ10中に返送されている。なお、乾燥に寄与した排ガス１２ｂは、空気予熱器１４の前流側、集塵器１５の後流側の一箇所又は複数個所に返送するようにしてもよい。【００２６】
図４は、実施例１に係る噴霧乾燥装置の概略図である。図４に示すように、本実施例の噴霧乾燥装置２３は、噴霧乾燥装置本体２３ａ内に、導入ラインＬ21を介して冷却塔２１から導入される排出水２２を噴霧する噴霧ノズル２４と、噴霧乾燥装置本体２３ａに設けられ、噴霧液２２ａを乾燥する排ガス１２の一部１２ａを導入する導入口２３ｂと、噴霧乾燥装置本体２３ａ内に設けられ、排ガス１２の一部１２ａにより排出水２２を乾燥する乾燥領域２５と、乾燥に寄与した排ガス１２ｂを排出する排出口２３ｃとを具備するものである。なお、符号２６は噴霧乾燥装置本体２３ａで分離された固形物を図示する。【００２７】
ここで、噴霧乾燥装置２３への導入する排ガス１２の一部１２ａのガス量、排出水２２の液噴霧量のバランスの一例を示す。
導入する排ガス１２の一部１２ａのガス量を１０００ｍ3／Ｈあたり、排出水２２の液量１００ｋｇ／Ｈを噴霧手段２４から噴霧すると、ガス温度は２００℃低下する。
また、ガス中の水分濃度が１０％増加する。例えば噴霧前の導入する排ガスの一部１２ａのガス中の水分濃度が９％の場合、噴霧後の乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス中の水分濃度が１９％となり、約１０％上昇する。
この２００℃のガス温度の低下は、空気予熱器１４通過後の排ガス１２の温度と略同等となる。【００２８】
ただし、噴霧乾燥装置２３への排ガス１２の一部１２ａのバイパス量は、約５％程度であるため、バイパスした乾燥に寄与したガス１２ｂが排ガスラインＬ10に戻った場合に、水分増加は１０％／２０＝０．５％程度となる。【００２９】
また、排ガスラインＬ10を通過する排ガス１２のガス温度は、空気予熱器１４で空気を余熱してボイラ１１に供給するので、同様に２００℃下げることとなるので、バイパスして戻ったときの温度差はないものとなる。すなわち、空気予熱器１４の入り口側のガス温度が３５０℃の場合、空気予熱器１４を通過して低下したガス温度と、分岐ラインＬ11と、ガス送給ラインＬ12を経由して噴霧乾燥装置２３で乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス温度は、同じく２００℃低下するので、略同等の温度となる。【００３０】
本実施例によれば、冷却塔２１から排出される排出水２２を噴霧乾燥装置２３の内部に噴霧ノズル２４を介して導入し、噴霧液２２ａを排ガス１２の一部１２ａの熱で乾燥するので、排出水２２を工業排水処理設備で別途処理する必要がなくなり、プラント内で発生する排出水２２の無排水化を実現することができる。【００３１】
本実施例では、プラント設備内で発生する排出水２２として、冷却塔２１からのブロー排水を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電プラント又は化学プラントからの排出水全般に適用することができる。【００３２】
ここで、石炭火力発電所、油火力発電所の排水事例としては、定常的に発生する排出水として、冷却水以外としては、例えば復水脱塩装置再生排水、復水脱塩装置前置ろ過器再生排水、除濁ろ過装置再生排水、補給水処理装置再生排水、分析室雑排水、脱硫装置排水、雑排水、サンプリング排水、生活排水、灰捨余水、揚運炭設備洗浄排水等を例示することができる。この定常的に発生する排水以外の非定常時の排水としては、例えば空気予熱器洗浄排水、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）洗浄排水、煙突洗浄排水、化洗排水、起動排水、貯炭場排水、揚炭桟橋排水、タンク類ヤード等排水等を例示することができる。また、冷却水としては、冷却塔冷却水以外に、例えば軸受冷却水、復水器冷却水等を例示することができる。【００３３】
ここで、本実施例の排ガス処理システム１８で設置している脱硝装置１３は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１２中の窒素酸化物濃度や水銀濃度が微量、あるいは、排ガス１２中にこれらの物質が含まれない場合には、例えば図２に示すシステムのように、図１で示す脱硝装置１３を省略することも可能である。【００３４】
また、本実施例の排ガス処理システム１８で設置している脱硫装置１６は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１２中の硫黄酸化物濃度が微量、あるいは、排ガス１２中に含まれない場合には、例えば図３に示すシステムのように、図１で示す脱硫装置１６を省略することも可能である。【００３５】
また、噴霧乾燥装置２３からの乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス送給ラインＬ12の戻し先を、温度低下が少ない場合には、空気予熱器１４の前流側にするようにしてもよい。【００３６】
本実施例によれば、例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント設備において発生する各種の排出水を低コストでしかもボイラ効率の低下を伴うことなく、効率的に処理することができるものとなる。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図５は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図５に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、冷却塔２１からの排出水２２中に存在する塩分を除去するために、脱塩処理装置３０を有している。そして、脱塩処理装置３０Ａで脱塩された後の濃縮水３１を噴霧乾燥装置２３に供給ラインＬ21を介して導入している。なお、本実施例では、図２及び図３で示した排ガス処理システム１８のように、脱硝装置又は脱硫装置を設置しない態様も含まれる。図５中、符号Ｌ24は排出水２２を脱塩処理装置３０Ａに導入する導入ラインである。【００３８】
図６は、本実施例に係る脱塩処理装置の一例を示す構成図である。図６に示すように、本実施例に係る脱塩処理装置３０Ａは、Ｃａイオン等の２価のイオンを含む排出水２２に対して、スケール防止剤７４を供給するスケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤供給部の下流側に設置され、前記排出水２２を再生水３３ａと前記Ｃａイオン等が濃縮された濃縮水３１とに分離する第１の脱塩装置５５Ａと、前記第１脱塩装置５５Ａの下流側に設けられ、前記第１脱塩装置５５Ａの濃縮水３１に種晶石膏３２ａを供給して、前記第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａから前記石膏を晶析させる晶析槽６１と、前記晶析した石膏３２と第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａとを分離する分離部である液体サイクロン６２と、分離部６２の下流側に設置され、前記濃縮水３１ａを再生水３３ｂと前記Ｃａイオン等が濃縮された濃縮水３１ｂとに分離する第２の脱塩装置５５Ｂと、を有するものである。【００３９】
図６に示す実施例においては、第１の脱塩装置５５Ａ及び第２の脱塩装置５５Ｂは逆浸透膜５５ａ、５５ｂを備えた逆浸透膜装置（ＲＯ）を用いている。この逆浸透膜装置の代わりに、例えばナノ濾過膜（ＮＦ）、電気透析装置（ＥＤ）、極性転換式電気透析装置（ＥＤＲ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、イオン交換樹脂装置（ＩＥｘ）、静電脱塩装置（ＣＤｌ）、蒸発器等も適宜適用可能である。【００４０】
晶析槽６１は、分離部である液体サイクロン６２を備えており、分離された石膏３２は、脱水装置６３により脱水される。なお、本実施例の変形例として、分離部である液体サイクロン６２は省略可能である。この場合、晶析槽６１の底部と脱水装置６３とが直接接続される構成とされる。【００４１】
スケール防止剤７４とは、排出水２２中で結晶核の生成を抑制するとともに、排出水２２中に含まれる結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケール等)の表面に吸着して、結晶成長を抑制する機能を有するものである。
また、スケール防止剤７４は、析出した結晶等の水中の粒子を分散させる(凝集を防止する)機能も有する。スケール防止剤７４は、例えばホスホン酸系スケール防止剤、ポリカルボン酸系スケール防止剤、及びこれらの混合物等である。スケール防止剤７４の例として、例えば「ＦＬＯＣＯＮ２６０(商品名、ＢＷＡ社製)」が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。【００４２】
本実施例では、第１の脱塩装置５５Ａの上流側の流路にスケール防止剤７４を供給した後に、ｐＨ調整剤７５である酸を導入する第１のｐＨ調整部が接続されている。また、晶析槽６１にｐＨ調整剤７５である酸を導入する第２のｐＨ調整部が接続されている。第２ｐＨ調整部のｐＨ調整剤７５である酸の導入は、晶析槽６１の前流のラインに接続される構成としても良い。【００４３】
本実施例の水処理システムにおいて、スケール防止剤７４の供給部の上流において、沈殿槽５３及びろ過装置５４が設置されても良い。また、沈殿槽５３の上流に空気を供給して酸化する酸化部５１が設置されていても良い。【００４４】
また、液体サイクロン６２と第２の脱塩装置５５Ｂとの間に、同様に、沈殿槽５３及びろ過装置５４が設置される。ろ過装置５４と第２の脱塩装置５５Ｂとの間の流路に、ｐＨ調整剤７５である酸を導入する第３のｐＨ調整部が設置される。【００４５】
第１の実施例の水処理システムを用いて、被処理水である排出水を処理する方法を以下で説明する。【００４６】
ここで、本発明で処理する冷却塔２１からの排出水２２の性状の一例としては、ｐＨが８、Ｎａイオンが２０ｍｇ／Ｌ、Ｋイオンが５ｍｇ／Ｌ、Ｃａイオンが５０ｍｇ／Ｌ、Ｍｇイオンが１５ｍｇ／Ｌ、ＨＣＯ3イオンが２００ｍｇ／Ｌ、Ｃｌイオンが２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ4イオンが１２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4イオンが５ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ2イオンが３５ｍｇ／Ｌであり、これらの内でも、Ｃａイオン、Ｍｇイオン、ＳＯ4イオン、ＨＣＯ3イオン濃度が高く、これらの存在の反応によりスケール（ＣａＳＯ4、ＣａＣＯ3等）が生成することとなる。【００４７】
〈前処理工程〉
先ず、沈殿槽５３及びろ過装置５４において、排出水２２中の金属イオンが金属水酸化物として粗除去される。
排出水２２が、強い酸性を示す場合、沈殿槽５３の上流側に隣接する添加槽５２で排出水２２にアルカリ剤（例えばＣａ（ＯＨ）2）７１及びポリマー（例えばアニオン系ポリマー(三菱重メカトロシステムズ(株)製、商品名:ヒシフロックＨ3Ｏ5)）７２が投入され、沈殿槽５３内のｐＨはアルカリ性(例えばｐＨ：８．５〜１１)のｐＨ領域に管理される。【００４８】
このｐＨ領域では炭酸カルシウム及び金属水酸化物の溶解度は低く、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が過飽和となると、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が析出して沈殿槽５３の底部に沈殿する。
また、金属水酸化物の溶解度はｐＨに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のｐＨ領域では多くの金属水酸化物の溶解度が低いため、排出水２２に含有される金属は沈殿槽５３の底部に金属水酸化物として沈殿する。ここで、沈殿物５３ａは別途底部から排出処理される。【００４９】
沈殿槽５３内の上澄み液である排出水２２が沈殿槽５３から排出される。排出された排出水２２に対し、鉄系凝集剤（例えばＦｅＣｌ3）７３が添加され、排出水２２中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）3として凝集する。
排出水２２はろ過装置５４に送給される。ろ過装置５４によりＦｅ（ＯＨ）3を凝集した固形分が除去される。【００５０】
Ｆｅは金属類の中で、酸性で水酸化物として析出しやすい。多量のＦｅイオンを含む排出水２２を第１の脱塩装置５５Ａに流入させると、第１の脱塩装置５５Ａ内でＦｅを含むスケールが発生し、また、晶析槽６１で鉄水酸化物等が沈殿する。このため、本実施例では、第１の脱塩装置５５Ａ内でのスケール発生防止を考慮して、アルカリの前処理後であって第１の脱塩装置５５Ａに流入する前において、排出水２２中のＦｅイオン濃度が０．０５ｐｐｍ以下になるように、沈殿槽５３での処理条件及びＦｅＣｌ3添加量等が適宜設定される。なお、排出水２２の水質によっては、上記前処理を省略することができる。【００５１】
〈スケール防止剤供給工程〉
スケール防止剤７４を供給する供給部においては、図示しないタンクから所定量のスケール防止剤７４を排出水２２に供給する。図示しない制御部は、スケール防止剤７４の濃度が排出水２２の性状に応じて設定された所定値となるように調整する。【００５２】
〈第２のｐＨ調整工程〉
第２のｐＨ調整のｐＨ調整剤７５の供給部は、第１の脱塩装置５５Ａの入り口側での排出水２２のｐＨを、スケール防止剤７４によりＣａを含むスケール(石膏、炭酸カルシウム)の析出が抑制される値（例えばｐＨ５．５程度）に管理する。管理は、第１の脱塩装置５５Ａの入り口側での排出水２２のｐＨを計測する。
なお、第２のｐＨ調整部を設けない変形例では、第２のｐＨ調整工程は省略される。【００５３】
〈上流側分離工程〉
第１の脱塩装置５５Ａにおいて、ｐＨが調整された排出水２２が処理される。第１の脱塩装置５５Ａの逆浸透膜５５ａを通過した透過水は、塩分が除去された再生水３３ａとして回収される。【００５４】
この上流側分離工程においては、排出水２２に含まれるイオン及びスケール防止剤７４は逆浸透膜５５ａを透過することができない。従って、逆浸透膜５５ａの非透過側はイオン濃度が高い濃縮水３１ａとなる。第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａは、晶析槽６１に向かって送給される。例えば静電脱塩装置等他の脱塩装置を用いた場合も、排出水２２は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水とに分離される。【００５５】
〈第１のｐＨ調整工程〉
図示しない制御部において、晶析槽６１内の第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａのｐＨを、スケール防止剤７４の機能が低減されて、濃縮水３１ａ中の石膏が析出可能な値（例えばｐＨ４以下）に管理する。【００５６】
〈晶析工程〉
第１のｐＨ調整工程によりｐＨが調整された濃縮水３１ａが、晶析槽６１に貯留される。種結晶供給部を設置する場合は、種結晶供給部は晶析槽６１内の濃縮水３１ａに種結晶の種晶石膏３２ａを添加する。
第１のｐＨ調整工程により、晶析槽６１内においてスケール防止剤７４の機能が低減される。このため、晶析槽６１内で過飽和になっている石膏が晶析する。晶析工程で種結晶として種晶石膏３２ａを別途投入する場合は、投入された種晶石膏３２ａを核として石膏３２が結晶成長する。
ここで、種晶石膏３２ａは、脱水装置６３で分離された石膏３２の一部を用いる。【００５７】
この種晶石膏３２ａを供給する場合には、ｐＨ調整剤７５の添加によるｐＨの調整を行わずに、第１の脱塩装置５５Ａを通過するｐＨはアルカリ側としてもよい。この場合の石膏３２の純度は酸７５を添加してｐＨを調整する場合よりも幾分低下する。これは、ｐＨをアルカリ側とすると、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の結晶が生成する。このため、石膏（ＣａＳＯ4）に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）が混入するため純度が低下するこことなる。【００５８】
本実施例のように、ｐＨ調整剤７５として酸を添加する第１のｐＨ調整工程において、ｐＨを所定値に調整して晶析工程で種晶石膏３２ａを添加することにより、含水率が低い高純度の石膏３２を析出させることができる。【００５９】
ここで、図１４、１５は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。図１４は、条件として種結晶である種晶石膏３２ａを添加した場合の観察結果である。図１５は、条件として種結晶である種晶石膏３２ａを添加しない場合の観察結果である。
図１４に示すように、種晶石膏３２ａを添加した場合では、大きい石膏が析出した。一般に、析出した石膏が大きい程含水率が低くなる。平均粒径が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であれば、十分に含水率が低下した石膏が得られる。ここで、本発明における「平均粒径」とは、ＪｌＳＺ８８２５で規定される方法(レーザ回折法)により計測される粒径である。【００６０】
図１４、１５の結果から、第１ｐＨ調整工程でｐＨを所定値に調整して晶析工程で種結晶を添加することにより、含水率が低い高純度の石膏を析出させることができる。種結晶の添加量が多い(晶析槽６１内での種結晶濃度が高い)ほど、石膏３２の析出速度が増大する。種結晶である種晶石膏３２ａの添加量は、晶析槽６１内での滞留時間及びスケール防止剤の濃度、ｐＨに基づいて適宜設定される。【００６１】
また、分離部である液体サイクロン６２により、平均粒径１０μｍ以上好ましくは２０μｍ以上の石膏３２が濃縮水３１ａから分離される。分離部である液体サイクロン６２に隣接される脱水装置６３で回収された石膏３２の一部が、図示しない種結晶循環部を経由して、種結晶タンク６５に貯留される。回収された石膏３２は、その一部が種結晶タンク６５から晶析槽６１に供給される。【００６２】
ここで、種結晶タンク６５において、貯留された石膏３２に酸処理が施される。脱水装置６３14で分離された石膏３２にはスケール防止剤７４が付着している場合には、酸処理により付着スケール防止剤の機能が低減される。ここで用いられる酸の種類は特に限定されないが、第２脱塩装置５５Ｂでの動力低減を考慮すると硫酸が最適である。【００６３】
晶析槽６１で晶析する石膏は幅広い粒径分布を有するが、液体サイクロン６２で１０μｍ以上の石膏３２を濃縮水３１ａから分離回収するので、大きい石膏を種結晶として利用できる。大きい種結晶を入れれば、大きい石膏を多く晶析させることができる。つまり、高品質の石膏を高い回収率で得ることが可能となる。また、大きい石膏は液体サイクロン６２での分離が容易となり、液体サイクロン６２を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。大きい石膏は脱水装置６３での脱水が容易となり脱水装置６３を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。【００６４】
ここで、図６の水処理システムでは逆浸透膜装置以外は開放系であるため、排出水２２や濃縮水３１ａが空気と接触して水中に炭酸イオンが溶解する。しかし、上述のように、第１のｐＨ調整工程や第２のｐＨ調整工程で炭酸カルシウムの溶解度が高いｐＨ領域に排出水２２や濃縮水３１ａが調整されている。晶析槽６１の前段階、もしくは晶析槽６１で濃縮水中の炭酸イオンは低減されており、炭酸カルシウムは飽和溶解度以下となっている。更に、ｐＨ調整剤７５として酸を添加することによりｐＨが低い領域となるので、下記（１）の平衡式から炭酸イオン濃度が低い環境となっている。このため晶析槽６１内では炭酸カルシウムは飽和濃度よりも十分に低い濃度で維持され、炭酸カルシウムは晶析しない。このため、回収される石膏３２には炭酸カルシウムがほとんど含有されない。これにより石膏３２の純度が高いものとなる。【００６５】
ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ⇔Ｈ2ＣＯ3⇔ＨＣＯ3-＋Ｈ+⇔ＣＯ32-＋２Ｈ+…（１）【００６６】
また、酸性領域では金属を含む塩の溶解度が高い。前処理(沈殿槽５３)を経ても排出水２２に金属が残留した場合であっても、第１のｐＨ調整工程で第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａのｐＨが上記のように低減されていれば、晶析工程で金属を含む水酸化物は析出することはない。また、排出水２２が多量のＦｅイオンを含む性状である場合は、上述の前処理を経てＦｅ濃度が低減されているため、晶析槽６１でのＦｅ（ＯＨ）3を含む水酸化物がほとんど沈殿しないものとなる。【００６７】
このように、本実施例の水処理方法及び水処理システムを用いれば、冷却塔２１から排出される排出水２２中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の不純物をほとんど含まない高純度の石膏３２を有価物として分離回収することができる。【００６８】
ここで、平均粒径が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上と大きい石膏３２を晶析させるような場合、一般的には晶析速度が低下するので晶析槽６１内での滞留時間が長くなる。本実施例では、スケール防止剤７４の機能を低減させるようにｐＨを調整するとともに、種結晶濃度を上げて、適切な晶析速度が確保される。【００６９】
〈回収工程〉
石膏３２を含む濃縮水３１ａが晶析槽６１から排出され、分離部である液体サイクロン６２に送給され、排出された濃縮水３１ａから石膏３２を分離する。平均粒径１０μｍ以上の石膏３２は液体サイクロン６２底部に沈降し、小さい粒径の石膏は上澄液に残留する。液体サイクロン６２底部に沈降した石膏３２は、脱水装置６３に移されて、更に脱水されて回収される。回収工程により、含水率が低く不純物を含まず高純度である石膏３２を高い回収率で分離回収することができる。本実施例では種結晶を添加して晶析させているため、平均粒径１０μｍ以上の石膏３２が主として析出し、小径の石膏の割合は少なくなる。ここで、脱水装置６３で分離した分離液６４は、噴霧乾燥装置２３に供給して噴霧乾燥するようにしてもよい。【００７０】
また、噴霧乾燥装置２３に供給して噴霧乾燥する以外に、この分離液４６を液体サイクロン６２の排出された濃縮水３１ａに導入させ、濃縮水３１ａと共に第２の脱塩装置５５Ｂで処理するようにしても良い。【００７１】
本実施例の変形例として分離部である液体サイクロン６２を省略する場合、晶析槽６１の底部から沈降側の濃縮水が排出される。晶析槽６１底部の濃縮水中には、晶析した大きい石膏３２が沈降している。主として大きい石膏３２を含む濃縮水を脱水装置６３で脱水すれば、高純度の石膏３２が回収できる。また、石膏３２の含水率が低いために脱水装置６３の容積を大きくする必要はない。【００７２】
〈下流側分離工程〉
液体サイクロン６２から排出された上澄み側の濃縮水３１ａは、沈殿槽５３及びろ過装置５４に送給される。前述した沈殿槽５３及びろ過装置５４と同様の工程で、分離工程後の濃縮水中に残留する石膏３２及び炭酸カルシウム、及び、濃縮水に残留していた金属水酸化物が除去される。【００７３】
ろ過装置５４から排出された第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａは、第２の脱塩装置５５Ｂに送給される。第２の脱塩装置５５Ｂに流入する前に、第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａにスケール防止剤７４が追加添加されても良い。【００７４】
また、スケール防止剤７４を添加した後に、第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａに酸７５を供給してもよい。【００７５】
第２の脱塩装置５５Ｂにおいて、第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａが処理される。第２の脱塩装置５５Ｂの逆浸透膜５５ｂを通過した水は、透過水として再生水３３ｂとして回収される。第２の脱塩装置５５Ｂの濃縮水３１ｂは系外に排出される。【００７６】
第２の脱塩装置５５Ｂが設置されると、石膏３２を晶析させた後の上澄み液側の濃縮水３１ａから更に再生水３３ｂを回収することができるので、水回収率がさらに向上する。【００７７】
第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａは、晶析槽６１での処理により石膏３２が除去されているのでイオン濃度が低くなっている。このため、第２の脱塩装置５５Ｂは石膏３２を除去しない場合に比べて浸透圧を低くすることができるため、必要な動カが低減される。
また、蒸発器(図６では不図示)が設置されても良い。蒸発器において濃縮水から水が蒸発され、濃縮水に含まれていたイオンが固体として析出し、固体として回収される。蒸発器の上流側で水が回収され濃縮水量が著しく減量されるため、コンパクト化を図る蒸発器とすることが出来、蒸発に必要なエネルギを小さくすることができる。【００７８】
本実施例では、脱塩処理装置としては、排出水２２中にスケール防止剤７４を導入した後脱塩する第１の脱塩装置５５Ａと、第１の脱塩装置５５Ａの後に石膏３２を晶析させる晶析槽６１と、晶析した石膏３２を分離する液体サイクロン６２とを有する「脱塩・晶析装置」を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。【００７９】
図６に示すような「脱塩・晶析装置」以外の脱塩処理装置として、他の実施例として、図１３に示すコールドライム法を用いた分離装置としてもよい。
図１３に、コールドライム法による分離装置の一例の概略を示す。
図１３に示すように、コールドライム法による脱塩処理装置は、排出水２２を添加槽９１において水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）９２を添加し、沈降槽９３で炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）９４を沈降させて、除去する。
次いで、添加槽９５において炭酸ナトリウム（ＮａＣＯ3）９６を添加し、沈降槽９７で炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）９４を沈降させ、除去する。
その後、鉄系凝集剤（例えばＦｅＣｌ3）７３を添加して懸濁性固形分（例えば石膏、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム等の浮遊性固形物）を凝集させる。その後、図６に示す操作と同様に、第１の脱塩装置５５Ａで処理する際に、スケール防止剤７４及びｐＨ調整剤７５を導入して膜分離処理する。【００８０】
その他、処理対象水の脱ガス・遊離油分除去後、化学的軟化手段(ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ)を行い、金属等の浮遊固体粒子をろ過した後、逆浸透膜で処理するＯＰＵＳ(Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ)法（Ｖｅｏｌｉａ社）や、処理対象水を化学的軟化手段やイオン交換樹脂により、例えばＣａ、Ｍｇを除去し、ついで酸を添加してｐＨｗｏ調整し、ＣＯ2ガスを分離し、その後、ｐＨをアルカリに調整してイオン化し析出防止を図り、逆浸透膜で処理するＨＥＲＯ（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）法(ＧＥ社)等を例示することができる。【００８１】
また、本実施例の第１及び第２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂでは、膜分離手段として、「ＲＯ膜」を用いているが、「ＮＦ膜」を分離膜として用いてもよい。
このＮＦ膜を用いる場合には、ＲＯ膜と同様に、２価のイオンは除去できるものの、１価のイオンは完全に除去できるものではないので、例えば脱硫装置の脱硫補給水の供給することができず、再生水の供給先を例えば冷却塔の給水として利用するのが好ましいものとなる。これはＮＦ膜では、スケール防止剤７４も除去できないからである。【００８２】
本実施例の水処理システムにより、排出水２２中に含まれる２価の金属（例えばカルシウム塩、マグネシウム塩等）や、硫酸イオン、炭酸イオンを効率よく分離できる。また、ＲＯ膜を用いる場合には、カルシウム塩、マグネシウム塩以外に、バリウム塩、ストロンチウム塩も除去することが可能となる。【００８３】
本実施例によれば、図６に示すような脱塩処理装置３０を用いて、排出水２２を濃縮することで噴霧乾燥できる排水量（濃縮前）を著しく増加できることとなる。例えば、脱塩晶析装置を用いることで、その再生水の回収率が９５％であれば、１００／（１００−９５）＝２０倍の排水を無排水化できることとなる。【００８４】
ここで、本実施例の排ガス処理システム１８において用いる脱硫装置１６は、湿式脱硫装置、乾式脱硫装置、半乾式脱硫装置のいずれを用いてもよいが、排水の無水化を図る場合には、乾式脱硫装置を適用するのが好ましい。【００８５】
図７は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。図６に示す脱塩処理装置３０Ａでは、第１脱塩装置５５Ａの前流側に酸化部５１、沈殿槽５３、ろ過装置５４を設置して排出水２２中の金属分を金属水酸化物として、カルシウム分を炭酸カルシウムとして沈殿除去しているが、本発明はこの前処理を設けないようにしてもよい。
図７に示すように、本実施例の脱塩処理装置３０Ｂでは、第１脱塩装置５５Ａ、晶析槽６１、液体サイクロン６２及び第２の脱塩装置５５Ｂを設置し、第１及び２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂの前流側でスケール防止剤７４を各々添加して、第１及び第２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂの膜５５ａ、５５ｂへのスケールの付着の防止を図っている。なお、ｐＨ調整剤７５としては、酸（例えば硫酸等）、アルカリ剤（水酸化ナトリウム等）を添加するようにしている。
排出水２２の種類によっては、前処理を不要とし、脱塩処理装置の構成の簡略化を図るようにしている。【００８６】
このような、簡略化された脱塩処理装置３０Ｂで処理する排出水２２としては、例えば炭酸イオン濃度が低い排出水を例示することができる。また、Ｃａ2+やＭｇ2+などのスケール成分の濃度が低い排出水にも適用することができる。
ここで、ｐＨ調整剤７５としては、酸、アルカリ剤がある。ｐＨを下げる場合に用いる酸としては、例えば塩酸、硫酸、クエン酸等の一般的なｐＨ調整剤を例示することができる。また、ｐＨを上げる場合に用いるアルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム等の一般的なｐＨ調整剤を例示することができる。【００８７】
図８は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
また、図８に示す脱塩処理装置３０Ｃように、第２の脱塩装置５５Ｂの濃縮水側の下流に、さらに第３の脱塩装置５５Ｃを設置し、三段階の脱塩処理をするようにしてもよい。
逆浸透膜５５ｃを備えた第３の脱塩装置５５Ｃが設置されると、濃縮水３１ｂから更に再生水３３ｃを回収することができるので、更に水回収率が９７％に向上するものとなる。なお、第２の脱塩装置５５Ｂと、第３の脱塩装置５５Ｃとの間には、図６に示す沈降槽５３、ろ過装置５４の前処理手段、スケール防止剤７４及び酸７５を添加するものであるが、図８においては、これを省略して図示している。
【実施例３】
【００８８】
次に、実施例３に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図９は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図９に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、排ガス処理システム１８の脱硫装置として湿式の脱硫装置を設置し、この湿式の脱硫装置１６からの脱硫排水４１から石膏３２を分離した後の分離液４３の一部４３ａを、噴霧乾燥装置２３に供給ラインＬ34を介して導入している。
本実施例では、冷却塔２１からの排出水２２以外に、石灰・石膏法による湿式の脱硫装置１６からの脱硫排水４１から石膏３２を分離した分離液４３の一部４３ａも噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥し、プラント内での排出水の完全無水化を図るようにしている。【００８９】
本実施例では、湿式の脱硫装置１６として、石灰・石膏法による脱硫方法により、排ガス１２中に硫黄酸化物の除去を図っている。この硫黄酸化物の除去の際、石灰スラリーを供給し、脱硫装置１６から排出ラインＬ31を介して排出される脱硫排水４１である石膏スラリーから脱水装置４２により石膏３２を分離し、分離液４３を脱硫装置１６に戻しラインＬ32で補給水として戻している。なお、符号Ｌ33は脱硫の石膏スラリーを循環させるスラリー循環ラインを図示する。【００９０】
本実施例では、この分離液４３の一部４３ａを供給ラインＬ34により噴霧乾燥装置２３に導入し、排出水２２と共に噴霧乾燥処理をして、無排水化を図っている。【００９１】
また、脱塩処理装置３０で排出水２２の処理により得られた再生水３３は、再生水供給ラインＬ23を介して、分離液４３を脱硫装置１６に戻す戻しラインＬ32へ合流し、脱硫装置１６で用いる石膏スラリーの補給水として利用するようにしている。【００９２】
このように、本実施例によれば、湿式脱硫装置１６からの脱硫排水４１の無排水化を図ると共に、脱塩処理装置３０を用いることで、脱塩装置５５Ａ、５５Ｂで回収水である再生水３３（３３ａ、３３ｂ）を得ることで、プラント内での再利用を行うと共に、同時に脱硫装置１６への補給水量の低減を実現できる。【００９３】
ここで、再生水３３のプラント内での再利用先としては、例えば冷却水補給水、脱硫装置補給水、ボイラ補給水等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。【００９４】
また、図１０に示すように、脱塩処理装置３０の晶析槽６１からの沈降した石膏３２を含む沈降水を供給ラインＬ22により、脱硫装置１６の脱硫排水４１から石膏３２を分離する脱水装置４２に導入し、ここで石膏３２の分離を併せて行うようにしてもよい。
これにより、図６に示した脱塩処理装置３０での液体サイクロン６２からの沈降液を分離する脱水装置６３の設置を省略することができる。【００９５】
また、図１１に示すように、脱水装置４２からの分離水４３の一部４３ａを、晶析槽６１に供給して、晶析槽６１で石膏３２を沈降させ、石膏３２を含む濃縮水を、図６で示した液体サイクロン６２及び脱水装置６３により石膏３２の分離を行うようにしてもよい。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０において、積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。【００９６】
また、図１２に示すように、脱水装置４２からの分離水４３の一部４３ａを、排出水２２を脱塩処理装置３０へ導入する導入ラインＬ24へ導入し、この脱硫装置１６からの分離水である石膏３２を含む分離液４３の一部４３ａを脱塩処理装置３０で脱塩処理するようにしてもよい。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０において、積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０で積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。【００９７】
図１１及び図１２に示すような変形例では、回収石膏の増加を図ることができる。また、噴霧乾燥装置２３で処理する量が低減するので、処理負荷の低減を図ると共に、集塵器１５への負荷増加の抑制になる。このため、集塵器１５の処理能力を著しく超えることがなくなる。【００９８】
ここで、例えば１１０ＭＷの火力発電プラントにおいて、冷却塔２１に供給する供給水の水量を７９００ｍ3／ｄとした場合、冷却塔２１からの排出水２２の水量を１２００ｍ3／ｄとした場合、図８に示す三段処理の脱塩処理装置３０での再生水３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）の回収率が９７％とすると、１１６４ｍ3／ｄの液が回収される。この回収された再生水３３を１１０ＭＷの火力発電プラントの排ガス処理システム１８の湿式の脱硫装置１６の補給水に適用しようとする場合、約１０００ｍ3／ｄの液量が必要となるので、全て脱塩処理装置３０で再生された再生水３３で賄うことができる。
また、噴霧乾燥装置２３で乾燥するための濃縮水３１と分離水４３の一部４３ａの液量はそれぞれ、３６ｍ3／ｄ、３８ｍ3／ｄとなるので、噴霧乾燥装置２３への負荷も無いものとなる。【００９９】
また、本実施例では、排出水中のシリカの析出を考慮していないが、シリカの析出を考慮する場合には、以下のようなｐＨ調整工程を実施するのが好ましい。【０１００】
ここで、図１６〜１８を参照して、排出水２２中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。
図１６は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図１７は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図１８は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。これらの図において、横軸はｐＨ、縦軸はそれぞれ、石膏、炭酸カルシウム及びシリカの析出量（ｍｏｌ）である。シミュレーションはＯＬＩ社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が０．１ｍｏｌ／Ｌずつ混合され、酸としてＨ２ＳＯ４、アルカリとしてＣａ（ＯＨ）２が添加される条件で行った。【０１０１】
図１６より、石膏析出のｐＨ依存性はなく、全ｐＨ領域で析出することが理解できる。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されると、高ｐＨ領域では石膏は水中に溶解した状態で存在する。図１７より、炭酸カルシウムはｐＨ５を超えると析出する。図１８より、シリカはｐＨ１０以上となると水中に溶解する傾向がある。【０１０２】
よって、排出水２２中の石膏（硫酸カルシウム）、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を考慮して、以下のような第１〜第３のｐＨ調整を行うようにしている。【０１０３】
１）第１ｐＨ調整（ｐＨ１０以上）
第１ｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が１０以上となるように制御する。
これは、図１８に示すように、シリカはｐＨ１０以上となると溶解することとなるからである。
この第１ｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏と炭酸カルシウムの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）７４を供給する。【０１０４】
２）第２のｐＨ調整（ｐＨ１０以下）
第２のｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が１０以下となるように制御する。
これは、図１８に示すように、シリカはｐＨ１０以下となると析出こととなるからである。
この第２のｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏と炭酸カルシウムとシリカとなり、これら全ての付着を抑制する量のスケール防止剤７４を供給する。【０１０５】
ここで、シリカのスケール防止剤７４としては、カルシウムスケール防止剤、及び、被処理水中でシリカがスケールとして析出することを防止するもの（「シリカスケール防止剤」と称する）の二種類の防止剤を用いる。シリカスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系スケール防止剤及びこれらの混合物等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ２６０（商品名、ＢＷＡ社製）が挙げられる。【０１０６】
３）第３のｐＨ調整（ｐＨ６．５以下）
第３のｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が６．５以下となるように制御する。
これは、図１７に示すように、炭酸カルシウムはｐＨ６．５以下となると溶解することとなるからである。
この第３のｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏とシリカの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４を供給する。【０１０７】
表１は、第１〜第３のｐＨ調整をまとめたものである。【０１０８】
【表１】
2015001678.tif 000003
【０１０９】
表１に示すように、ｐＨ１０以上の場合には、石膏、炭酸カルシウムのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）７４が供給され（表中○）、シリカは溶解しているので、スケール防止剤の供給は不要となる（表中×）。【０１１０】
また、ｐＨ１０以下で６．５以上の場合には、石膏、炭酸カルシウム、シリカの全てのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４が供給される（表中○）。【０１１１】
また、ｐＨ６．５以下の場合には、石膏、シリカのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４が供給される（表中○）、炭酸カルシウムは溶解しているので、カルシウムスケール防止剤の供給は、石膏のみのスケールを防止するだけでよいので、第２のｐＨ調整の場合よりも少ない供給量となる（表中×）。【０１１２】
第１脱塩装置５５Ａで濃縮された後の第１濃縮水３１ａ中のシリカ濃度が所定濃度以上となると、シリカスケール防止剤の能力に限界がある。そこで、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以下の場合には、第２及び第３のｐＨ調整工程を実施するようにし、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以上の場合には、第１のｐＨ調整工程（シリカ溶解）を実施するのが好ましい。
これにより、排出水２２中のシリカ分が多い場合における膜への析出を防止しつつ脱塩処理することが可能となる。
【実施例４】
【０１１３】
次に、実施例４に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図１９は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図１９に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、図５に示す実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムにおいて、脱塩処理装置３０において濃縮された濃縮水３１を噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する代わりに、ボイラ１１からの排ガス１２を排出する排ガスラインＬ10に介装された空気予熱器１４と集塵記１５との間に、導入ラインＬ21により供給している。そして、排ガスラインＬ10に導入された濃縮水３１を、排ガス１２の全量を用いて噴霧乾燥するようにしている。なお、脱塩処理装置としては、図６〜図８に示す脱塩処理装置３０Ａ〜３０Ｃのいずれかを用いるようにしているので、説明は省略する。【０１１４】
実施例２のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムでは、噴霧乾燥装置２３を別途設置する必要があるが、本実施例では噴霧乾燥装置２３を設置する必要がなくなるので、プラント内において噴霧乾燥装置２３を設置するスペースを確保することができない場合等に、排ガス１２の全量を用いての濃縮水３１の噴霧乾燥による無排水化が可能となる。また、噴霧乾燥装置２３の設置コストが省略される。
【符号の説明】
【０１１５】
１１  ボイラ
１２  ボイラ排ガス（排ガス）
１８  排ガス処理システム
２１  冷却塔
２２  排出水
２３  噴霧乾燥装置
３０  脱塩処理装置
３１（３１ａ〜３１ｃ）  濃縮水
３３（３３ａ〜３３ｃ）  再生水
５５Ａ〜５５Ｃ  第１〜３の脱塩装置
６１  晶析槽
６２  液体サイクロン
７４  スケール防止剤
７５  ｐＨ調整剤
【図１】
2015001678.tif 000004
【図２】
2015001678.tif 000005
【図３】
2015001678.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015001678.tif 000009
【図７】
2015001678.tif 000010
【図８】
2015001678.tif 000011
【図９】
2015001678.tif 000012
【図１０】
2015001678.tif 000013
【図１１】
2015001678.tif 000014
【図１２】
2015001678.tif 000015
【図１３】
2015001678.tif 000016
【図１６】
2015001678.tif 000017
【図１７】
2015001678.tif 000018
【図１８】
2015001678.tif 000019
【図１９】
2015001678.tif 000020
【図１４】
2015001678.tif 000021
【図１５】
2015001678.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月12日(2016.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ排ガスを処理する排ガス処理システムと、
湿式冷却塔からの排出水にスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給部と、
前記スケール防止剤供給部の下流側に設置され、前記排出水を再生水と前記排出水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第１の脱塩装置と、
前記第１の脱塩装置の下流側に設けられ、前記第１の脱塩装置からの濃縮水に種晶石膏を供給して、前記第１脱塩装置からの濃縮水から石膏を晶析させる晶析槽と、
前記晶析した石膏と第１の脱塩装置からの濃縮水とを分離する分離部と、
前記分離部の下流側に設置され、前記石膏が分離された濃縮水を再生水と前記濃縮水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第２の脱塩装置と、
前記第２の脱塩装置からの濃縮水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置と、を具備することを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記脱塩処理装置が、膜分離手段を有することを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記脱塩処理装置が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記排ガス処理システムが湿式脱硫装置を有し、該湿式脱硫装置からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥装置の前記噴霧手段に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記スケール防止剤供給部と前記第１の脱塩装置との間において、ｐＨ調整剤を供給する第１のｐＨ調整部を有することを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
請求項１又は５において、
前記晶析槽、又は前記第１の脱塩装置と前記晶析槽の間において、ｐＨ調整剤を供給する第２のｐＨ調整部とを有することを特徴とする水処理システム。
【請求項７】
ボイラ排ガスを処理する排ガス処理工程と、
湿式冷却塔から排出水にスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給工程と、
前記スケール防止剤供給工程の下流側で、前記排出水を再生水と前記排出水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第１の脱塩工程と、
前記第１の脱塩工程の下流側で、前記第１の脱塩工程からの濃縮水に種晶石膏を供給して、前記第１の脱塩工程からの濃縮水から前記石膏を晶析させる晶析工程と、
前記晶析した石膏と第１の脱塩工程からの濃縮水とを分離する分離工程と、
前記分離工程の下流側で、前記石膏が分離された濃縮水を再生水と前記濃縮水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第２の脱塩工程と、
前記第２の脱塩工程からの前記濃縮水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記脱塩処理工程が、膜分離工程を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記脱塩処理工程が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理方法。
【請求項１０】
請求項７において、
前記排ガス処理システムが湿式脱硫工程を有し、該湿式脱硫工程からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥工程に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラプラントや化学プラント設備内で発生する排出水の水処理システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント内においては、例えばボイラ、反応器、復水器の湿式冷却塔、水処理装置等から排出水が発生する。こうした排出水を処理するために種々の処理装置が提案されているが、何れもコストが高くなる問題がある。こうした問題を解決するために、ボイラの冷却塔の冷却水（ブロー水）を液滴直径２０ミクロンから１２０ミクロンの霧として煙道中に噴霧することによってアルカリ性のブロー水を中和させることを特徴とする排水処理装置付ボイラの提案がある（特許文献１）。
【０００３】
また、排出水を煙道内に噴霧することにより蒸発処理可能な排水の量を高めた排水処理装置の提案がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４７６９３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明によれば容易かつ低コストで排水を処理可能であるが、排ガスの熱エネルギ（温度、流量）に対して、排水の量が増加し、それを蒸発処理するために必要なエネルギが大きくなると処理できなくなる、という問題がある。
【０００６】
また、特許文献２の発明によれば、濃縮装置により、排水量の低減可能であるが、濃縮装置では、ボイラで発生した蒸気の一部を抽気するので、蒸気タービンの出力の低下が発生する、という問題がある。
【０００７】
よって、例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント設備において発生する、例えばボイラ、反応器、復水器の湿式冷却塔、水処理装置等からの排出水を低コストでしかもボイラ効率の低下を伴うことなく、効率的に処理することができる技術の出現が切望されている。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、プラント設備内で発生する排出水の水処理システム及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ボイラ排ガスを処理する排ガス処理システムと、湿式冷却塔からの排出水にスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤供給部の下流側に設置され、前記排出水を再生水と前記排出水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第１の脱塩装置と、前記第１の脱塩装置の下流側に設けられ、前記第１の脱塩装置からの濃縮水に種晶石膏を供給して、前記第１脱塩装置からの濃縮水から石膏を晶析させる晶析槽と、前記晶析した石膏と第１の脱塩装置からの濃縮水とを分離する分離部と、前記分離部の下流側に設置され、前記石膏が分離された濃縮水を再生水と前記濃縮水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第２の脱塩装置と、前記第２の脱塩装置からの濃縮水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置と、を具備することを特徴とする水処理システムにある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記脱塩処理装置が、膜分離手段を有することを特徴とする水処理システムにある。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記脱塩処理装置が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理システムにある。
【００１２】
第４の発明は、第１の発明において、前記排ガス処理システムが湿式脱硫装置を有し、該湿式脱硫装置からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥装置の前記噴霧手段に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理システムにある。
【００１３】
第５の発明は、第１の発明において、前記スケール防止剤供給部と前記第１の脱塩装置との間において、ｐＨ調整剤を供給する第１のｐＨ調整部を有することを特徴とする水処理システムにある。
【００１４】
第６の発明は、第１又は５の発明において、前記晶析槽、又は前記第１の脱塩装置と前記晶析槽の間において、ｐＨ調整剤を供給する第２のｐＨ調整部とを有することを特徴とする水処理システムにある。
【００１５】
第７の発明は、ボイラ排ガスを処理する排ガス処理工程と、湿式冷却塔から排出水にスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給工程と、前記スケール防止剤供給工程の下流側で、前記排出水を再生水と前記排出水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第１の脱塩工程と、前記第１の脱塩工程の下流側で、前記第１の脱塩工程からの濃縮水に種晶石膏を供給して、前記第１の脱塩工程からの濃縮水から前記石膏を晶析させる晶析工程と、前記晶析した石膏と第１の脱塩工程からの濃縮水とを分離する分離工程と、前記分離工程の下流側で、前記石膏が分離された濃縮水を再生水と前記濃縮水中のイオンが濃縮された濃縮水とに分離する第２の脱塩工程と、前記第２の脱塩工程からの前記濃縮水を噴霧する噴霧手段を有し、前記ボイラ排ガスの一部を用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥工程と、を有することを特徴とする水処理方法にある。
【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、前記脱塩処理工程が、膜分離工程を有することを特徴とする水処理方法にある。
【００１７】
第９の発明は、第７の発明において、前記脱塩処理工程が、前記排出水中の２価の塩分を除去することを特徴とする水処理方法にある。
【００１８】
第１０の発明は、第７の発明において、前記排ガス処理システムが湿式脱硫工程を有し、該湿式脱硫工程からの石膏を分離した分離液を前記噴霧乾燥工程に導入し、前記排出水と共に、噴霧乾燥することを特徴とする水処理方法にある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラント設備内で排出する排出水を工業排水処理設備で処理する必要がなくなり、プラント内で発生する排出水の無排水化若しくは排水量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例１に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例１に係る噴霧乾燥機の概略図である。
【図５】図５は、実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図６】図６は、本実施例に係る脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図７】図７は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図８】図８は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
【図９】図９は、実施例３に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１２】図１２は、実施例３に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【図１３】図１３は、コールドライム法による分離装置の一例の概略図である。
【図１４】図１４は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。
【図１５】図１５は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。
【図１６】図１６は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】図１７は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】図１８は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例４に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図２及び３は、実施例１に係る他のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、ボイラ１１からのボイラ排ガス（以下「排ガス」という）１２を処理する排ガス処理システム１８と、プラント設備内の例えば冷却塔２１で発生する排出水２２を噴霧する噴霧手段（図１では図示せず）を有し、前記ボイラ排ガス１２の一部１２ａを用いて噴霧乾燥する噴霧乾燥装置２３と、を具備するものである。
【００２３】
図１に例示される排ガス処理システム１８は、例えば石炭を燃料として使用する石炭焚きボイラや重油を燃料として使用する重油焚きボイラ等の場合、排ガス１２から、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）等の有害物質を除去する装置であり、窒素酸化物を除去する脱硝装置１３、排ガス１２の熱を回収する空気予熱器１４と、熱回収後の排ガス１２中の煤塵を除去する集塵機１５と、除塵後の排ガス１２中に含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置１６と、脱硫後の浄化された浄化ガスを排出する煙突１７とを備えている。
【００２４】
噴霧乾燥装置２３は、排ガスラインＬ10から分岐した分岐ラインＬ11を介して排ガス１２の一部１２ａが導入されるガス導入手段と、排出水２２を散布又は噴霧する噴霧手段とを具備している。そして、導入される排ガス１２の一部１２ａの熱により散布された排出水２２を蒸発乾燥させている。
【００２５】
また、本実施例では、空気予熱器１４へ流入する排ガス１２の一部１２ａを排ガスラインＬ10から分岐ラインＬ11を介して分岐しているので、排ガス１２の温度が高く（３５０〜４００℃）、排出水２２の噴霧乾燥を効率よく行うことができる。なお、乾燥に寄与した排ガス１２ｂは、ガス送給ラインＬ12を介して空気予熱器１４と集塵器１５との間の排ガスラインＬ10中に返送されている。なお、乾燥に寄与した排ガス１２ｂは、空気予熱器１４の前流側、集塵器１５の後流側の一箇所又は複数個所に返送するようにしてもよい。
【００２６】
図４は、実施例１に係る噴霧乾燥装置の概略図である。図４に示すように、本実施例の噴霧乾燥装置２３は、噴霧乾燥装置本体２３ａ内に、導入ラインＬ21を介して冷却塔２１から導入される排出水２２を噴霧する噴霧ノズル２４と、噴霧乾燥装置本体２３ａに設けられ、噴霧液２２ａを乾燥する排ガス１２の一部１２ａを導入する導入口２３ｂと、噴霧乾燥装置本体２３ａ内に設けられ、排ガス１２の一部１２ａにより排出水２２を乾燥する乾燥領域２５と、乾燥に寄与した排ガス１２ｂを排出する排出口２３ｃとを具備するものである。なお、符号２６は噴霧乾燥装置本体２３ａで分離された固形物を図示する。
【００２７】
ここで、噴霧乾燥装置２３への導入する排ガス１２の一部１２ａのガス量、排出水２２の液噴霧量のバランスの一例を示す。
導入する排ガス１２の一部１２ａのガス量を１０００ｍ3／Ｈあたり、排出水２２の液量１００ｋｇ／Ｈを噴霧手段２４から噴霧すると、ガス温度は２００℃低下する。
また、ガス中の水分濃度が１０％増加する。例えば噴霧前の導入する排ガスの一部１２ａのガス中の水分濃度が９％の場合、噴霧後の乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス中の水分濃度が１９％となり、約１０％上昇する。
この２００℃のガス温度の低下は、空気予熱器１４通過後の排ガス１２の温度と略同等となる。
【００２８】
ただし、噴霧乾燥装置２３への排ガス１２の一部１２ａのバイパス量は、約５％程度であるため、バイパスした乾燥に寄与したガス１２ｂが排ガスラインＬ10に戻った場合に、水分増加は１０％／２０＝０．５％程度となる。
【００２９】
また、排ガスラインＬ10を通過する排ガス１２のガス温度は、空気予熱器１４で空気を余熱してボイラ１１に供給するので、同様に２００℃下げることとなるので、バイパスして戻ったときの温度差はないものとなる。すなわち、空気予熱器１４の入り口側のガス温度が３５０℃の場合、空気予熱器１４を通過して低下したガス温度と、分岐ラインＬ11と、ガス送給ラインＬ12を経由して噴霧乾燥装置２３で乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス温度は、同じく２００℃低下するので、略同等の温度となる。
【００３０】
本実施例によれば、冷却塔２１から排出される排出水２２を噴霧乾燥装置２３の内部に噴霧ノズル２４を介して導入し、噴霧液２２ａを排ガス１２の一部１２ａの熱で乾燥するので、排出水２２を工業排水処理設備で別途処理する必要がなくなり、プラント内で発生する排出水２２の無排水化を実現することができる。
【００３１】
本実施例では、プラント設備内で発生する排出水２２として、冷却塔２１からのブロー排水を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電プラント又は化学プラントからの排出水全般に適用することができる。
【００３２】
ここで、石炭火力発電所、油火力発電所の排水事例としては、定常的に発生する排出水として、冷却水以外としては、例えば復水脱塩装置再生排水、復水脱塩装置前置ろ過器再生排水、除濁ろ過装置再生排水、補給水処理装置再生排水、分析室雑排水、脱硫装置排水、雑排水、サンプリング排水、生活排水、灰捨余水、揚運炭設備洗浄排水等を例示することができる。この定常的に発生する排水以外の非定常時の排水としては、例えば空気予熱器洗浄排水、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）洗浄排水、煙突洗浄排水、化洗排水、起動排水、貯炭場排水、揚炭桟橋排水、タンク類ヤード等排水等を例示することができる。また、冷却水としては、冷却塔冷却水以外に、例えば軸受冷却水、復水器冷却水等を例示することができる。
【００３３】
ここで、本実施例の排ガス処理システム１８で設置している脱硝装置１３は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１２中の窒素酸化物濃度や水銀濃度が微量、あるいは、排ガス１２中にこれらの物質が含まれない場合には、例えば図２に示すシステムのように、図１で示す脱硝装置１３を省略することも可能である。
【００３４】
また、本実施例の排ガス処理システム１８で設置している脱硫装置１６は必須のものではなく、ボイラ１１からの排ガス１２中の硫黄酸化物濃度が微量、あるいは、排ガス１２中に含まれない場合には、例えば図３に示すシステムのように、図１で示す脱硫装置１６を省略することも可能である。
【００３５】
また、噴霧乾燥装置２３からの乾燥に寄与した排ガス１２ｂのガス送給ラインＬ12の戻し先を、温度低下が少ない場合には、空気予熱器１４の前流側にするようにしてもよい。
【００３６】
本実施例によれば、例えば発電プラントや化学プラントのプロセスプラント設備において発生する各種の排出水を低コストでしかもボイラ効率の低下を伴うことなく、効率的に処理することができるものとなる。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図５は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図５に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、冷却塔２１からの排出水２２中に存在する塩分を除去するために、脱塩処理装置３０を有している。そして、脱塩処理装置３０Ａで脱塩された後の濃縮水３１を噴霧乾燥装置２３に供給ラインＬ21を介して導入している。なお、本実施例では、図２及び図３で示した排ガス処理システム１８のように、脱硝装置又は脱硫装置を設置しない態様も含まれる。図５中、符号Ｌ24は排出水２２を脱塩処理装置３０Ａに導入する導入ラインである。
【００３８】
図６は、本実施例に係る脱塩処理装置の一例を示す構成図である。図６に示すように、本実施例に係る脱塩処理装置３０Ａは、Ｃａイオン等の２価のイオンを含む排出水２２に対して、スケール防止剤７４を供給するスケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤供給部の下流側に設置され、前記排出水２２を再生水３３ａと前記Ｃａイオン等が濃縮された濃縮水３１とに分離する第１の脱塩装置５５Ａと、前記第１脱塩装置５５Ａの下流側に設けられ、前記第１脱塩装置５５Ａの濃縮水３１に種晶石膏３２ａを供給して、前記第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａから前記石膏を晶析させる晶析槽６１と、前記晶析した石膏３２と第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａとを分離する分離部である液体サイクロン６２と、分離部６２の下流側に設置され、前記濃縮水３１ａを再生水３３ｂと前記Ｃａイオン等が濃縮された濃縮水３１ｂとに分離する第２の脱塩装置５５Ｂと、を有するものである。
【００３９】
図６に示す実施例においては、第１の脱塩装置５５Ａ及び第２の脱塩装置５５Ｂは逆浸透膜５５ａ、５５ｂを備えた逆浸透膜装置（ＲＯ）を用いている。この逆浸透膜装置の代わりに、例えばナノ濾過膜（ＮＦ）、電気透析装置（ＥＤ）、極性転換式電気透析装置（ＥＤＲ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、イオン交換樹脂装置（ＩＥｘ）、静電脱塩装置（ＣＤｌ）、蒸発器等も適宜適用可能である。
【００４０】
晶析槽６１は、分離部である液体サイクロン６２を備えており、分離された石膏３２は、脱水装置６３により脱水される。なお、本実施例の変形例として、分離部である液体サイクロン６２は省略可能である。この場合、晶析槽６１の底部と脱水装置６３とが直接接続される構成とされる。
【００４１】
スケール防止剤７４とは、排出水２２中で結晶核の生成を抑制するとともに、排出水２２中に含まれる結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケール等)の表面に吸着して、結晶成長を抑制する機能を有するものである。
また、スケール防止剤７４は、析出した結晶等の水中の粒子を分散させる(凝集を防止する)機能も有する。スケール防止剤７４は、例えばホスホン酸系スケール防止剤、ポリカルボン酸系スケール防止剤、及びこれらの混合物等である。スケール防止剤７４の例として、例えば「ＦＬＯＣＯＮ２６０(商品名、ＢＷＡ社製)」が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
本実施例では、第１の脱塩装置５５Ａの上流側の流路にスケール防止剤７４を供給した後に、ｐＨ調整剤７５である酸を導入する第１のｐＨ調整部が接続されている。また、晶析槽６１にｐＨ調整剤７５である酸を導入する第２のｐＨ調整部が接続されている。第２ｐＨ調整部のｐＨ調整剤７５である酸の導入は、晶析槽６１の前流のラインに接続される構成としても良い。
【００４３】
本実施例の水処理システムにおいて、スケール防止剤７４の供給部の上流において、沈殿槽５３及びろ過装置５４が設置されても良い。また、沈殿槽５３の上流に空気を供給して酸化する酸化部が設置されていても良い。
【００４４】
また、液体サイクロン６２と第２の脱塩装置５５Ｂとの間に、同様に、沈殿槽５３及びろ過装置５４が設置される。ろ過装置５４と第２の脱塩装置５５Ｂとの間の流路に、ｐＨ調整剤７５である酸を導入する第３のｐＨ調整部が設置される。
【００４５】
第１の実施例の水処理システムを用いて、被処理水である排出水を処理する方法を以下で説明する。
【００４６】
ここで、本発明で処理する冷却塔２１からの排出水２２の性状の一例としては、ｐＨが８、Ｎａイオンが２０ｍｇ／Ｌ、Ｋイオンが５ｍｇ／Ｌ、Ｃａイオンが５０ｍｇ／Ｌ、Ｍｇイオンが１５ｍｇ／Ｌ、ＨＣＯ3イオンが２００ｍｇ／Ｌ、Ｃｌイオンが２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ4イオンが１２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4イオンが５ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ2イオンが３５ｍｇ／Ｌであり、これらの内でも、Ｃａイオン、Ｍｇイオン、ＳＯ4イオン、ＨＣＯ3イオン濃度が高く、これらの存在の反応によりスケール（ＣａＳＯ4、ＣａＣＯ3等）が生成することとなる。
【００４７】
〈前処理工程〉
先ず、沈殿槽５３及びろ過装置５４において、排出水２２中の金属イオンが金属水酸化物として粗除去される。
排出水２２が、強い酸性を示す場合、沈殿槽５３の上流側に隣接する添加槽５２で排出水２２にアルカリ剤（例えばＣａ（ＯＨ）2）７１及びポリマー（例えばアニオン系ポリマー(三菱重メカトロシステムズ(株)製、商品名:ヒシフロックＨ3Ｏ5)）７２が投入され、沈殿槽５３内のｐＨはアルカリ性(例えばｐＨ：８．５〜１１)のｐＨ領域に管理される。
【００４８】
このｐＨ領域では炭酸カルシウム及び金属水酸化物の溶解度は低く、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が過飽和となると、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が析出して沈殿槽５３の底部に沈殿する。
また、金属水酸化物の溶解度はｐＨに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のｐＨ領域では多くの金属水酸化物の溶解度が低いため、排出水２２に含有される金属は沈殿槽５３の底部に金属水酸化物として沈殿する。ここで、沈殿物５３ａは別途底部から排出処理される。
【００４９】
沈殿槽５３内の上澄み液である排出水２２が沈殿槽５３から排出される。排出された排出水２２に対し、鉄系凝集剤（例えばＦｅＣｌ3）７３が添加され、排出水２２中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）3として凝集する。
排出水２２はろ過装置５４に送給される。ろ過装置５４によりＦｅ（ＯＨ）3を凝集した固形分が除去される。
【００５０】
Ｆｅは金属類の中で、酸性で水酸化物として析出しやすい。多量のＦｅイオンを含む排出水２２を第１の脱塩装置５５Ａに流入させると、第１の脱塩装置５５Ａ内でＦｅを含むスケールが発生し、また、晶析槽６１で鉄水酸化物等が沈殿する。このため、本実施例では、第１の脱塩装置５５Ａ内でのスケール発生防止を考慮して、アルカリの前処理後であって第１の脱塩装置５５Ａに流入する前において、排出水２２中のＦｅイオン濃度が０．０５ｐｐｍ以下になるように、沈殿槽５３での処理条件及びＦｅＣｌ3添加量等が適宜設定される。なお、排出水２２の水質によっては、上記前処理を省略することができる。
【００５１】
〈スケール防止剤供給工程〉
スケール防止剤７４を供給する供給部においては、図示しないタンクから所定量のスケール防止剤７４を排出水２２に供給する。図示しない制御部は、スケール防止剤７４の濃度が排出水２２の性状に応じて設定された所定値となるように調整する。
【００５２】
〈第１のｐＨ調整工程〉
第１のｐＨ調整のｐＨ調整剤７５の供給部は、第１の脱塩装置５５Ａの入り口側での排出水２２のｐＨを、スケール防止剤７４によりＣａを含むスケール(石膏、炭酸カルシウム)の析出が抑制される値（例えばｐＨ５．５程度）に管理する。管理は、第１の脱塩装置５５Ａの入り口側での排出水２２のｐＨを計測する。
なお、第１のｐＨ調整部を設けない変形例では、第１のｐＨ調整工程は省略される。
【００５３】
〈上流側分離工程〉
第１の脱塩装置５５Ａにおいて、ｐＨが調整された排出水２２が処理される。第１の脱塩装置５５Ａの逆浸透膜５５ａを通過した透過水は、塩分が除去された再生水３３ａとして回収される。
【００５４】
この上流側分離工程においては、排出水２２に含まれるイオン及びスケール防止剤７４は逆浸透膜５５ａを透過することができない。従って、逆浸透膜５５ａの非透過側はイオン濃度が高い濃縮水３１ａとなる。第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａは、晶析槽６１に向かって送給される。例えば静電脱塩装置等他の脱塩装置を用いた場合も、排出水２２は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水とに分離される。
【００５５】
〈第２のｐＨ調整工程〉
図示しない制御部において、晶析槽６１内の第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａのｐＨを、スケール防止剤７４の機能が低減されて、濃縮水３１ａ中の石膏が析出可能な値（例えばｐＨ４以下）に管理する。
【００５６】
〈晶析工程〉
第２のｐＨ調整工程によりｐＨが調整された濃縮水３１ａが、晶析槽６１に貯留される。種結晶供給部を設置する場合は、種結晶供給部は晶析槽６１内の濃縮水３１ａに種結晶の種晶石膏３２ａを添加する。
第２のｐＨ調整工程により、晶析槽６１内においてスケール防止剤７４の機能が低減される。このため、晶析槽６１内で過飽和になっている石膏が晶析する。晶析工程で種結晶として種晶石膏３２ａを別途投入する場合は、投入された種晶石膏３２ａを核として石膏３２が結晶成長する。
ここで、種晶石膏３２ａは、脱水装置６３で分離された石膏３２の一部を用いる。
【００５７】
この種晶石膏３２ａを供給する場合には、ｐＨ調整剤７５の添加によるｐＨの調整を行わずに、第１の脱塩装置５５Ａを通過するｐＨはアルカリ側としてもよい。この場合の石膏３２の純度は酸７５を添加してｐＨを調整する場合よりも幾分低下する。これは、ｐＨをアルカリ側とすると、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の結晶が生成する。このため、石膏（ＣａＳＯ4）に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）が混入するため純度が低下するこことなる。
【００５８】
本実施例のように、ｐＨ調整剤７５として酸を添加する第２のｐＨ調整工程において、ｐＨを所定値に調整して晶析工程で種晶石膏３２ａを添加することにより、含水率が低い高純度の石膏３２を析出させることができる。
【００５９】
ここで、図１４、１５は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。図１４は、条件として種結晶である種晶石膏３２ａを添加した場合の観察結果である。図１５は、条件として種結晶である種晶石膏３２ａを添加しない場合の観察結果である。
図１４に示すように、種晶石膏３２ａを添加した場合では、大きい石膏が析出した。一般に、析出した石膏が大きい程含水率が低くなる。平均粒径が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であれば、十分に含水率が低下した石膏が得られる。ここで、本発明における「平均粒径」とは、ＪｌＳＺ８８２５で規定される方法(レーザ回折法)により計測される粒径である。
【００６０】
図１４、１５の結果から、第１ｐＨ調整工程でｐＨを所定値に調整して晶析工程で種結晶を添加することにより、含水率が低い高純度の石膏を析出させることができる。種結晶の添加量が多い(晶析槽６１内での種結晶濃度が高い)ほど、石膏３２の析出速度が増大する。種結晶である種晶石膏３２ａの添加量は、晶析槽６１内での滞留時間及びスケール防止剤の濃度、ｐＨに基づいて適宜設定される。
【００６１】
また、分離部である液体サイクロン６２により、平均粒径１０μｍ以上好ましくは２０μｍ以上の石膏３２が濃縮水３１ａから分離される。分離部である液体サイクロン６２に隣接される脱水装置６３で回収された石膏３２の一部が、図示しない種結晶循環部を経由して、種結晶タンク６５に貯留される。回収された石膏３２は、その一部が種結晶タンク６５から晶析槽６１に供給される。
【００６２】
ここで、種結晶タンク６５において、貯留された石膏３２に酸処理が施される。脱水装置６３14で分離された石膏３２にはスケール防止剤７４が付着している場合には、酸処理により付着スケール防止剤の機能が低減される。ここで用いられる酸の種類は特に限定されないが、第２脱塩装置５５Ｂでの動力低減を考慮すると硫酸が最適である。
【００６３】
晶析槽６１で晶析する石膏は幅広い粒径分布を有するが、液体サイクロン６２で１０μｍ以上の石膏３２を濃縮水３１ａから分離回収するので、大きい石膏を種結晶として利用できる。大きい種結晶を入れれば、大きい石膏を多く晶析させることができる。つまり、高品質の石膏を高い回収率で得ることが可能となる。また、大きい石膏は液体サイクロン６２での分離が容易となり、液体サイクロン６２を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。大きい石膏は脱水装置６３での脱水が容易となり脱水装置６３を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。
【００６４】
ここで、図６の水処理システムでは逆浸透膜装置以外は開放系であるため、排出水２２や濃縮水３１ａが空気と接触して水中に炭酸イオンが溶解する。しかし、上述のように、第１のｐＨ調整工程や第２のｐＨ調整工程で炭酸カルシウムの溶解度が高いｐＨ領域に排出水２２や濃縮水３１ａが調整されている。晶析槽６１の前段階、もしくは晶析槽６１で濃縮水中の炭酸イオンは低減されており、炭酸カルシウムは飽和溶解度以下となっている。更に、ｐＨ調整剤７５として酸を添加することによりｐＨが低い領域となるので、下記（１）の平衡式から炭酸イオン濃度が低い環境となっている。このため晶析槽６１内では炭酸カルシウムは飽和濃度よりも十分に低い濃度で維持され、炭酸カルシウムは晶析しない。このため、回収される石膏３２には炭酸カルシウムがほとんど含有されない。これにより石膏３２の純度が高いものとなる。
【００６５】
ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ⇔Ｈ2ＣＯ3⇔ＨＣＯ3-＋Ｈ+⇔ＣＯ32-＋２Ｈ+…（１）
【００６６】
また、酸性領域では金属を含む塩の溶解度が高い。前処理(沈殿槽５３)を経ても排出水２２に金属が残留した場合であっても、第２のｐＨ調整工程で第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａのｐＨが上記のように低減されていれば、晶析工程で金属を含む水酸化物は析出することはない。また、排出水２２が多量のＦｅイオンを含む性状である場合は、上述の前処理を経てＦｅ濃度が低減されているため、晶析槽６１でのＦｅ（ＯＨ）3を含む水酸化物がほとんど沈殿しないものとなる。
【００６７】
このように、本実施例の水処理方法及び水処理システムを用いれば、冷却塔２１から排出される排出水２２中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の不純物をほとんど含まない高純度の石膏３２を有価物として分離回収することができる。
【００６８】
ここで、平均粒径が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上と大きい石膏３２を晶析させるような場合、一般的には晶析速度が低下するので晶析槽６１内での滞留時間が長くなる。本実施例では、スケール防止剤７４の機能を低減させるようにｐＨを調整するとともに、種結晶濃度を上げて、適切な晶析速度が確保される。
【００６９】
〈回収工程〉
石膏３２を含む濃縮水３１ａが晶析槽６１から排出され、分離部である液体サイクロン６２に送給され、排出された濃縮水３１ａから石膏３２を分離する。平均粒径１０μｍ以上の石膏３２は液体サイクロン６２底部に沈降し、小さい粒径の石膏は上澄液に残留する。液体サイクロン６２底部に沈降した石膏３２は、脱水装置６３に移されて、更に脱水されて回収される。回収工程により、含水率が低く不純物を含まず高純度である石膏３２を高い回収率で分離回収することができる。本実施例では種結晶を添加して晶析させているため、平均粒径１０μｍ以上の石膏３２が主として析出し、小径の石膏の割合は少なくなる。ここで、脱水装置６３で分離した分離液６４は、噴霧乾燥装置２３に供給して噴霧乾燥するようにしてもよい。
【００７０】
また、噴霧乾燥装置２３に供給して噴霧乾燥する以外に、この分離液４６を液体サイクロン６２の排出された濃縮水３１ａに導入させ、濃縮水３１ａと共に第２の脱塩装置５５Ｂで処理するようにしても良い。
【００７１】
本実施例の変形例として分離部である液体サイクロン６２を省略する場合、晶析槽６１の底部から沈降側の濃縮水が排出される。晶析槽６１底部の濃縮水中には、晶析した大きい石膏３２が沈降している。主として大きい石膏３２を含む濃縮水を脱水装置６３で脱水すれば、高純度の石膏３２が回収できる。また、石膏３２の含水率が低いために脱水装置６３の容積を大きくする必要はない。
【００７２】
〈下流側分離工程〉
液体サイクロン６２から排出された上澄み側の濃縮水３１ａは、沈殿槽５３及びろ過装置５４に送給される。前述した沈殿槽５３及びろ過装置５４と同様の工程で、分離工程後の濃縮水中に残留する石膏３２及び炭酸カルシウム、及び、濃縮水に残留していた金属水酸化物が除去される。
【００７３】
ろ過装置５４から排出された第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａは、第２の脱塩装置５５Ｂに送給される。第２の脱塩装置５５Ｂに流入する前に、第１の脱塩装置５５Ａの濃縮水３１ａにスケール防止剤７４が追加添加されても良い。
【００７４】
また、スケール防止剤７４を添加した後に、第１脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａに酸７５を供給してもよい。
【００７５】
第２の脱塩装置５５Ｂにおいて、第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａが処理される。第２の脱塩装置５５Ｂの逆浸透膜５５ｂを通過した水は、透過水として再生水３３ｂとして回収される。第２の脱塩装置５５Ｂの濃縮水３１ｂは系外に排出される。
【００７６】
第２の脱塩装置５５Ｂが設置されると、石膏３２を晶析させた後の上澄み液側の濃縮水３１ａから更に再生水３３ｂを回収することができるので、水回収率がさらに向上する。
【００７７】
第１の脱塩装置５５Ａからの濃縮水３１ａは、晶析槽６１での処理により石膏３２が除去されているのでイオン濃度が低くなっている。このため、第２の脱塩装置５５Ｂは石膏３２を除去しない場合に比べて浸透圧を低くすることができるため、必要な動カが低減される。
また、蒸発器(図６では不図示)が設置されても良い。蒸発器において濃縮水から水が蒸発され、濃縮水に含まれていたイオンが固体として析出し、固体として回収される。蒸発器の上流側で水が回収され濃縮水量が著しく減量されるため、コンパクト化を図る蒸発器とすることが出来、蒸発に必要なエネルギを小さくすることができる。
【００７８】
本実施例では、脱塩処理装置としては、排出水２２中にスケール防止剤７４を導入した後脱塩する第１の脱塩装置５５Ａと、第１の脱塩装置５５Ａの後に石膏３２を晶析させる晶析槽６１と、晶析した石膏３２を分離する液体サイクロン６２とを有する「脱塩・晶析装置」を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７９】
図６に示すような「脱塩・晶析装置」以外の脱塩処理装置として、他の実施例として、図１３に示すコールドライム法を用いた分離装置としてもよい。
図１３に、コールドライム法による分離装置の一例の概略を示す。
図１３に示すように、コールドライム法による脱塩処理装置は、排出水２２を添加槽９１において水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）９２を添加し、沈降槽９３で炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）９４を沈降させて、除去する。
次いで、添加槽９５において炭酸ナトリウム（ＮａＣＯ3）９６を添加し、沈降槽９７で炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）９４を沈降させ、除去する。
その後、鉄系凝集剤（例えばＦｅＣｌ3）７３を添加して懸濁性固形分（例えば石膏、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム等の浮遊性固形物）を凝集させる。その後、図６に示す操作と同様に、第１の脱塩装置５５Ａで処理する際に、スケール防止剤７４及びｐＨ調整剤７５を導入して膜分離処理する。
【００８０】
その他、処理対象水の脱ガス・遊離油分除去後、化学的軟化手段(ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ)を行い、金属等の浮遊固体粒子をろ過した後、逆浸透膜で処理するＯＰＵＳ(Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ)法（Ｖｅｏｌｉａ社）や、処理対象水を化学的軟化手段やイオン交換樹脂により、例えばＣａ、Ｍｇを除去し、ついで酸を添加してｐＨｗｏ調整し、ＣＯ2ガスを分離し、その後、ｐＨをアルカリに調整してイオン化し析出防止を図り、逆浸透膜で処理するＨＥＲＯ（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）法(ＧＥ社)等を例示することができる。
【００８１】
また、本実施例の第１及び第２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂでは、膜分離手段として、「ＲＯ膜」を用いているが、「ＮＦ膜」を分離膜として用いてもよい。
このＮＦ膜を用いる場合には、ＲＯ膜と同様に、２価のイオンは除去できるものの、１価のイオンは完全に除去できるものではないので、例えば脱硫装置の脱硫補給水の供給することができず、再生水の供給先を例えば冷却塔の給水として利用するのが好ましいものとなる。これはＮＦ膜では、スケール防止剤７４も除去できないからである。
【００８２】
本実施例の水処理システムにより、排出水２２中に含まれる２価の金属（例えばカルシウム塩、マグネシウム塩等）や、硫酸イオン、炭酸イオンを効率よく分離できる。また、ＲＯ膜を用いる場合には、カルシウム塩、マグネシウム塩以外に、バリウム塩、ストロンチウム塩も除去することが可能となる。
【００８３】
本実施例によれば、図６に示すような脱塩処理装置３０を用いて、排出水２２を濃縮することで噴霧乾燥できる排水量（濃縮前）を著しく増加できることとなる。例えば、脱塩晶析装置を用いることで、その再生水の回収率が９５％であれば、１００／（１００−９５）＝２０倍の排水を無排水化できることとなる。
【００８４】
ここで、本実施例の排ガス処理システム１８において用いる脱硫装置１６は、湿式脱硫装置、乾式脱硫装置、半乾式脱硫装置のいずれを用いてもよいが、排水の無水化を図る場合には、乾式脱硫装置を適用するのが好ましい。
【００８５】
図７は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。図６に示す脱塩処理装置３０Ａでは、第１脱塩装置５５Ａの前流側に酸化部、沈殿槽５３、ろ過装置５４を設置して排出水２２中の金属分を金属水酸化物として、カルシウム分を炭酸カルシウムとして沈殿除去しているが、本発明はこの前処理を設けないようにしてもよい。
図７に示すように、本実施例の脱塩処理装置３０Ｂでは、第１脱塩装置５５Ａ、晶析槽６１、液体サイクロン６２及び第２の脱塩装置５５Ｂを設置し、第１及び２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂの前流側でスケール防止剤７４を各々添加して、第１及び第２の脱塩装置５５Ａ、５５Ｂの膜５５ａ、５５ｂへのスケールの付着の防止を図っている。なお、ｐＨ調整剤７５としては、酸（例えば硫酸等）、アルカリ剤（水酸化ナトリウム等）を添加するようにしている。
排出水２２の種類によっては、前処理を不要とし、脱塩処理装置の構成の簡略化を図るようにしている。
【００８６】
このような、簡略化された脱塩処理装置３０Ｂで処理する排出水２２としては、例えば炭酸イオン濃度が低い排出水を例示することができる。また、Ｃａ2+やＭｇ2+などのスケール成分の濃度が低い排出水にも適用することができる。
ここで、ｐＨ調整剤７５としては、酸、アルカリ剤がある。ｐＨを下げる場合に用いる酸としては、例えば塩酸、硫酸、クエン酸等の一般的なｐＨ調整剤を例示することができる。また、ｐＨを上げる場合に用いるアルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム等の一般的なｐＨ調整剤を例示することができる。
【００８７】
図８は、本実施例に係る他の脱塩処理装置の一例を示す構成図である。
また、図８に示す脱塩処理装置３０Ｃように、第２の脱塩装置５５Ｂの濃縮水側の下流に、さらに第３の脱塩装置５５Ｃを設置し、三段階の脱塩処理をするようにしてもよい。
逆浸透膜５５ｃを備えた第３の脱塩装置５５Ｃが設置されると、濃縮水３１ｂから更に再生水３３ｃを回収することができるので、更に水回収率が９７％に向上するものとなる。なお、第２の脱塩装置５５Ｂと、第３の脱塩装置５５Ｃとの間には、図６に示す沈降槽５３、ろ過装置５４の前処理手段、スケール防止剤７４及び酸７５を添加するものであるが、図８においては、これを省略して図示している。
【実施例３】
【００８８】
次に、実施例３に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図９は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図９に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、排ガス処理システム１８の脱硫装置として湿式の脱硫装置を設置し、この湿式の脱硫装置１６からの脱硫排水４１から石膏３２を分離した後の分離液４３の一部４３ａを、噴霧乾燥装置２３に供給ラインＬ34を介して導入している。
本実施例では、冷却塔２１からの排出水２２以外に、石灰・石膏法による湿式の脱硫装置１６からの脱硫排水４１から石膏３２を分離した分離液４３の一部４３ａも噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥し、プラント内での排出水の完全無水化を図るようにしている。
【００８９】
本実施例では、湿式の脱硫装置１６として、石灰・石膏法による脱硫方法により、排ガス１２中に硫黄酸化物の除去を図っている。この硫黄酸化物の除去の際、石灰スラリーを供給し、脱硫装置１６から排出ラインＬ31を介して排出される脱硫排水４１である石膏スラリーから脱水装置４２により石膏３２を分離し、分離液４３を脱硫装置１６に戻しラインＬ32で補給水として戻している。なお、符号Ｌ33は脱硫の石膏スラリーを循環させるスラリー循環ラインを図示する。
【００９０】
本実施例では、この分離液４３の一部４３ａを供給ラインＬ34により噴霧乾燥装置２３に導入し、排出水２２と共に噴霧乾燥処理をして、無排水化を図っている。
【００９１】
また、脱塩処理装置３０で排出水２２の処理により得られた再生水３３は、再生水供給ラインＬ23を介して、分離液４３を脱硫装置１６に戻す戻しラインＬ32へ合流し、脱硫装置１６で用いる石膏スラリーの補給水として利用するようにしている。
【００９２】
このように、本実施例によれば、湿式脱硫装置１６からの脱硫排水４１の無排水化を図ると共に、脱塩処理装置３０を用いることで、脱塩装置５５Ａ、５５Ｂで回収水である再生水３３（３３ａ、３３ｂ）を得ることで、プラント内での再利用を行うと共に、同時に脱硫装置１６への補給水量の低減を実現できる。
【００９３】
ここで、再生水３３のプラント内での再利用先としては、例えば冷却水補給水、脱硫装置補給水、ボイラ補給水等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
また、図１０に示すように、脱塩処理装置３０の晶析槽６１からの沈降した石膏３２を含む沈降水を供給ラインＬ22により、脱硫装置１６の脱硫排水４１から石膏３２を分離する脱水装置４２に導入し、ここで石膏３２の分離を併せて行うようにしてもよい。
これにより、図６に示した脱塩処理装置３０での液体サイクロン６２からの沈降液を分離する脱水装置６３の設置を省略することができる。
【００９５】
また、図１１に示すように、脱水装置４２からの分離水４３の一部４３ａを、晶析槽６１に供給して、晶析槽６１で石膏３２を沈降させ、石膏３２を含む濃縮水を、図６で示した液体サイクロン６２及び脱水装置６３により石膏３２の分離を行うようにしてもよい。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０において、積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。
【００９６】
また、図１２に示すように、脱水装置４２からの分離水４３の一部４３ａを、排出水２２を脱塩処理装置３０へ導入する導入ラインＬ24へ導入し、この脱硫装置１６からの分離水である石膏３２を含む分離液４３の一部４３ａを脱塩処理装置３０で脱塩処理するようにしてもよい。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０において、積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。
これにより、脱硫排水４１の分離液４３ａを脱塩処理装置３０で積極的に石膏３２として分離することができる。この結果、噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する負荷が低減することができる。
【００９７】
図１１及び図１２に示すような変形例では、回収石膏の増加を図ることができる。また、噴霧乾燥装置２３で処理する量が低減するので、処理負荷の低減を図ると共に、集塵器１５への負荷増加の抑制になる。このため、集塵器１５の処理能力を著しく超えることがなくなる。
【００９８】
ここで、例えば１１０ＭＷの火力発電プラントにおいて、冷却塔２１に供給する供給水の水量を７９００ｍ3／ｄとした場合、冷却塔２１からの排出水２２の水量を１２００ｍ3／ｄとした場合、図８に示す三段処理の脱塩処理装置３０での再生水３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）の回収率が９７％とすると、１１６４ｍ3／ｄの液が回収される。この回収された再生水３３を１１０ＭＷの火力発電プラントの排ガス処理システム１８の湿式の脱硫装置１６の補給水に適用しようとする場合、約１０００ｍ3／ｄの液量が必要となるので、全て脱塩処理装置３０で再生された再生水３３で賄うことができる。
また、噴霧乾燥装置２３で乾燥するための濃縮水３１と分離水４３の一部４３ａの液量はそれぞれ、３６ｍ3／ｄ、３８ｍ3／ｄとなるので、噴霧乾燥装置２３への負荷も無いものとなる。
【００９９】
また、本実施例では、排出水中のシリカの析出を考慮していないが、シリカの析出を考慮する場合には、以下のようなｐＨ調整工程を実施するのが好ましい。
【０１００】
ここで、図１６〜１８を参照して、排出水２２中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。
図１６は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図１７は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図１８は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。これらの図において、横軸はｐＨ、縦軸はそれぞれ、石膏、炭酸カルシウム及びシリカの析出量（ｍｏｌ）である。シミュレーションはＯＬＩ社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が０．１ｍｏｌ／Ｌずつ混合され、酸としてＨ２ＳＯ４、アルカリとしてＣａ（ＯＨ）２が添加される条件で行った。
【０１０１】
図１６より、石膏析出のｐＨ依存性はなく、全ｐＨ領域で析出することが理解できる。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されると、高ｐＨ領域では石膏は水中に溶解した状態で存在する。図１７より、炭酸カルシウムはｐＨ５を超えると析出する。図１８より、シリカはｐＨ１０以上となると水中に溶解する傾向がある。
【０１０２】
よって、排出水２２中の石膏（硫酸カルシウム）、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を考慮して、以下のような第１〜第３のｐＨ調整を行うようにしている。
【０１０３】
１）第１ｐＨ調整（ｐＨ１０以上）
第１ｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が１０以上となるように制御する。
これは、図１８に示すように、シリカはｐＨ１０以上となると溶解することとなるからである。
この第１ｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏と炭酸カルシウムの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）７４を供給する。
【０１０４】
２）第２のｐＨ調整（ｐＨ１０以下）
第２のｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が１０以下となるように制御する。
これは、図１８に示すように、シリカはｐＨ１０以下となると析出こととなるからである。
この第２のｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏と炭酸カルシウムとシリカとなり、これら全ての付着を抑制する量のスケール防止剤７４を供給する。
【０１０５】
ここで、シリカのスケール防止剤７４としては、カルシウムスケール防止剤、及び、被処理水中でシリカがスケールとして析出することを防止するもの（「シリカスケール防止剤」と称する）の二種類の防止剤を用いる。シリカスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系スケール防止剤及びこれらの混合物等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ２６０（商品名、ＢＷＡ社製）が挙げられる。
【０１０６】
３）第３のｐＨ調整（ｐＨ６．５以下）
第３のｐＨ調整は、排水中２２のｐＨを第１脱塩装置５５Ａの前流側で、図示しないｐＨ計で計測し、ｐＨの値が６．５以下となるように制御する。
これは、図１７に示すように、炭酸カルシウムはｐＨ６．５以下となると溶解することとなるからである。
この第３のｐＨ調整の場合には、膜５５ａに付着する物質としては石膏とシリカの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４を供給する。
【０１０７】
表１は、第１〜第３のｐＨ調整をまとめたものである。
【０１０８】
【表１】
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【０１０９】
表１に示すように、ｐＨ１０以上の場合には、石膏、炭酸カルシウムのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）７４が供給され（表中○）、シリカは溶解しているので、スケール防止剤の供給は不要となる（表中×）。
【０１１０】
また、ｐＨ１０以下で６．５以上の場合には、石膏、炭酸カルシウム、シリカの全てのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４が供給される（表中○）。
【０１１１】
また、ｐＨ６．５以下の場合には、石膏、シリカのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）７４が供給される（表中○）、炭酸カルシウムは溶解しているので、カルシウムスケール防止剤の供給は、石膏のみのスケールを防止するだけでよいので、第２のｐＨ調整の場合よりも少ない供給量となる（表中×）。
【０１１２】
第１脱塩装置５５Ａで濃縮された後の第１濃縮水３１ａ中のシリカ濃度が所定濃度以上となると、シリカスケール防止剤の能力に限界がある。そこで、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以下の場合には、第２及び第３のｐＨ調整工程を実施するようにし、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以上の場合には、第１のｐＨ調整工程（シリカ溶解）を実施するのが好ましい。
これにより、排出水２２中のシリカ分が多い場合における膜への析出を防止しつつ脱塩処理することが可能となる。
【実施例４】
【０１１３】
次に、実施例４に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムについて説明する。図１９は、プラント設備内で発生する排出水の水処理システムの概略図である。図１９に示すように、本実施例に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムは、図５に示す実施例２に係るプラント設備内で発生する排出水の水処理システムにおいて、脱塩処理装置３０において濃縮された濃縮水３１を噴霧乾燥装置２３で噴霧乾燥する代わりに、ボイラ１１からの排ガス１２を排出する排ガスラインＬ10に介装された空気予熱器１４と集塵記１５との間に、導入ラインＬ21により供給している。そして、排ガスラインＬ10に導入された濃縮水３１を、排ガス１２の全量を用いて噴霧乾燥するようにしている。なお、脱塩処理装置としては、図６〜図８に示す脱塩処理装置３０Ａ〜３０Ｃのいずれかを用いるようにしているので、説明は省略する。
【０１１４】
実施例２のプラント設備内で発生する排出水の水処理システムでは、噴霧乾燥装置２３を別途設置する必要があるが、本実施例では噴霧乾燥装置２３を設置する必要がなくなるので、プラント内において噴霧乾燥装置２３を設置するスペースを確保することができない場合等に、排ガス１２の全量を用いての濃縮水３１の噴霧乾燥による無排水化が可能となる。また、噴霧乾燥装置２３の設置コストが省略される。
【符号の説明】
【０１１５】
１１  ボイラ
１２  ボイラ排ガス（排ガス）
１８  排ガス処理システム
２１  冷却塔
２２  排出水
２３  噴霧乾燥装置
３０  脱塩処理装置
３１（３１ａ〜３１ｃ）  濃縮水
３３（３３ａ〜３３ｃ）  再生水
５５Ａ〜５５Ｃ  第１〜３の脱塩装置
６１  晶析槽
６２  液体サイクロン
７４  スケール防止剤
７５  ｐＨ調整剤
【国際調査報告】
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