(57)【要約】【課題】  製紙／パルプ工場で生じる木屑等含有のアルカリ排水を効率よく中和処理することができる経済性に優れたアルカリ排水中和方法を提供する。【解決手段】  製紙／パルプ工場で生じ木屑等を含むアルカリ排水を、貯水槽２０内にて、当該工場に設置されたボイラーで生じる排ガスとの気液接触処理により、木屑等を含んだ状態で中和処理する。処理槽２０内でのアルカリ排水とボイラー排ガスとの気液接触処理を、自吸式排ガス散気装置３０と当該散気装置の近傍に配置された排水攪拌装置４０との組合せにより行う。【選択図】  図１
2012005935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙／パルプ工場で生じ木屑等を含むアルカリ排水を、貯水槽内にて、当該工場に設置されたボイラーで生じる排ガスとの気液接触処理により、木屑等を含んだ状態で中和処理することを特徴とするアルカリ排水中和方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアルカリ排水中和方法において、前記ボイラーがバイオマスボイラー又はガス焚きボイラーであるアルカリ排水中和方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルカリ排水中和方法において、処理槽内でのアルカリ排水とボイラー排ガスとの気液接触処理を、排ガス散気装置と当該散気装置の近傍に配置された排水攪拌装置との組合せにより行うアルカリ排水中和方法。
【請求項４】
請求項３に記載のアルカリ排水中和方法において、排ガス散気装置と排水攪拌装置とが共に回転羽根式であって同軸上に接近して配置されているアルカリ排水中和方法。
【請求項５】
請求項４に記載のアルカリ排水中和方法において、同軸上に配置された回転羽根式の排ガス散気装置と排水攪拌装置とが、共通のモータにより駆動されるアルカリ排水中和方法。
【請求項６】
請求項３〜５の何れかに記載のアルカリ排水中和方法において、排ガス散気装置は自吸式排ガス拡散装置であるアルカリ排水中和方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製紙／パルプ工場で大量に生じるアルカリ排水を効率的、経済的に中和処理するアルカリ排水中和方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙／パルプ工場ではパルプの蒸解工程や古紙再生時の離解工程で多量の水酸化ナトリウムが使用される。このため、製紙／パルプ工場からは多量のアルカリ排水が発生し、その中和処理が行われる。その中和処理として実際に行われているのは、硫酸液による中和処理のみである（特許文献１）。その理由は次のとおりである。
【０００３】
アルカリ排水の中和処理としては、炭酸ガスなどの酸性ガスとの気液接触によるものも存在するが（特許文献２）、製紙／パルプ工場で発生するアルカリ排水にはスラリー状の木屑等が多量に混入している。このためミキサーやエジェクタなどの混合装置を使用する気液接触では、それらの混合装置に詰まりが発生し、混合装置が短期間で使用困難となる。このため、混合装置を使用する気液接触では、アルカリ排水中の木屑等を予め除去しておく必要となるが、その処理に莫大なコストがかかるため、この方法は実際には行われていない。
【０００４】
別の気液接触法として貯水槽内で散気装置により行うものがある。これは貯水槽内のアルカリ排水に散気装置から炭酸ガスなどの酸性ガスを注入するものである。詰まりの危険はないが、散気装置からアルカリ排水中に供給される酸性ガスの気泡径が大きいため効率が極端に低い。このため、この方法も理論的には考えられていても、実際には行われていない。
【０００５】
更に別の気液接触法として、本出願人はボイラーブロー排水などのアルカリ排水をボイラー排ガスなどの炭酸ガス含有ガスにより中和する方法を開発し、特許文献３により提示している。この方法は、貯水槽の上に気液接触塔を連設した中和処理装置を使用する。そして、気液接触塔の上部から塔内にアルカリ排水を注入すると共に、炭酸ガス含有ガスを貯水槽内のアルカリ排水に注入し、貯水槽及び気液接触塔内でアルカリ排水と接触させた後、塔上部から塔外へ排出する。この方法は、ボイラーブロー排水などの固形物を含まないアルカリ排水の中和処理には有効であるが、製紙／パルプ工場で発生しスラリー状の木屑等を多量に含むアルカリ排水の処理には、木屑等が気液接触塔に詰まるために不向きである。
【０００６】
これらのために、製紙／パルプ工場で発生するアルカリ排水の中和処理として実際に行われているのは、硫酸液による中和処理のみである。しかしながら、この方法では、アルカリ排水の排出量が多いため、硫酸液の使用量も多くなり、硫酸液コストの嵩むことが大きな問題となっている。このため、製紙／パルプ工場で発生するアルカリ排水のようなスラリー状固形異物を大量に含むアルカリ排水について、硫酸などの薬剤を使用せず、また固形異物の事前除去を必要としない効率的、経済的な中和方法の開発が待たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０８１５２０号公報
【特許文献２】特開２００２−０６６５７４号公報
【特許文献３】特開２００９−２７９４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、製紙／パルプ工場で生じる木屑等含有のアルカリ排水を効率よく中和処理することができる経済性に優れたアルカリ排水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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明者らは自ら開発したボイラー排ガスによるアルカリ排水中和装置（特許文献３）を製紙／パルプ工場で生じるアルカリ排水の中和処理に適用させるべく、その改良に着手し、様々な方面から多くの検討を行った。その結果、以下のような事実が判明した。
【００１０】
製紙／パルプ工場では、多くのボイラーが使用されている。それらのボイラーは、従来は重油を燃料とする油焚きボイラーであったが、近年の重油コストの高騰、二酸化炭素排出量抑制に代表される環境上の制約などからバイオマスボイラーへの転換が図られており、最近ではボイラーの多くはこのバイオマスボイラーで占められるようになった。バイオマスボイラーの排ガスは油焚きボイラーの排ガスと比べて炭酸ガスを多く含むが、その炭酸ガスは二酸化炭素排出量に加算されない。また、バイオマスボイラーの排ガスは硫黄分を含まないため法的規制を受けない。これらのため、製紙／パルプ工場の多くで使用が急増しているバイオマスボイラーの排ガスは、製紙／パルプ工場で生じるアルカリ排水の中和処理に適する。
【００１１】
しかしながら、製紙／パルプ工場で生じるアルカリ排水に含まれるスラリー状の木屑等がボイラー排ガスによる中和処理の大きな障害となることは前述したとおりである。そこで本発明者らは、アルカリ排水中の木屑等が障害にならない貯水槽内での気液接触方式に着目し、前述したアルカリ排水中和装置（特許文献３）の改良を試みた。その結果、次のような工夫が有効であることが明らかとなった。
【００１２】
第１は、アルカリ排水中和装置において詰まりを生じる危険がある貯水槽上の気液接触塔を取り除くこと。第２は、気液接触塔を取り除くことによる効率低下を貯水槽内の散気装置の工夫で補うこと。具体的にはボイラー排ガス散気装置に排水攪拌装置を組み合わせること、望ましくはその散気装置として自吸式散気装置を使用することである。
【００１３】
自吸式散気装置とは、隣接する羽根間の回転軸部にガス吐出口を設けた羽根車を被処理液中で高速回転させるものであり、羽根車の高速回転により各羽根の回転方向下流側が負圧になることにより、回転軸を通して吸引されるガスが各吐出口から液中に噴出されると共に、噴出されたガスが各羽根で剪断されることにより、羽根車周囲に微細なガス気泡を大量に噴出し、被処理液と気液接触させる。この自吸式散気装置は多量の微細気泡を高速で噴出することから非常に高効率であるが、それでもなお、取り除いた気液接触塔を補うまでには至らない。そこで、微細気泡が充満した被処理液を、自吸式散気装置とは別の攪拌装置により強制攪拌する。その結果、製紙／パルプ工場で生じスラリー状の木屑等を含んだアルカリ排水が、ボイラー排ガスにより木屑等を含んだまま中和処理されることが明らかとなった。
【００１４】
本発明のアルカリ排水中和方法は、かかる知見に基づいてなされたものであり、製紙／パルプ工場で生じ木屑等を含むアルカリ排水を、貯水槽内にて、当該工場に設置されたボイラーで生じる排ガスとの気液接触処理により、木屑等を含んだ状態で中和処理するものである。
【００１５】
本発明のアルカリ排水中和方法に使用されるボイラーとしては、硫黄分を含まない一方、炭酸ガスを多く含み、その炭酸ガスが二酸化炭素排出量に加算されないバイオマスボイラーの排ガスが好ましいが、ガス中の硫黄分が少ないガス焚きボイラーの排ガスの使用も可能である。
【００１６】
アルカリ排水とボイラー排ガスとの処理槽内での気液接触処理については、排ガス散気装置と当該散気装置の近傍に配置された排水攪拌装置との組合せにより行うのが有効である。排水攪拌装置は、排ガスの微細気泡を十分に含んだ排水を攪拌する必要があるので、排ガス散気装置の近傍に配置されていることが必要である。排ガス散気装置及び排水攪拌装置が共に回転羽根式であって同軸上に接近して配置された構成が、合理的で高効率な点から好ましく、同軸上に配置された回転羽根式の排ガス散気装置と排水攪拌装置とが共通のモータにより駆動される構成が、より好ましい。そして、その排ガス散気装置としては前述した自吸式排ガス散気装置が好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のアルカリ排水中和方法は、製紙／パルプ工場で生じ木屑等を含むアルカリ排水を、当該工場に設置されたボイラーで生じる排ガスにて中和するので、中和処理のための薬液が不要となり、経済性に優れる。貯水槽内での気液接触により中和処理を行い、木屑等の目詰まり要因を排除したので、アルカリ排水から木屑等を事前に除去する手間を省略でき、この点からも経済性に優れる。貯水槽の構造も簡単になり、この点からも経済性に優れる。したがって、本発明のアルカリ排水中和方法は非常に経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示すアルカリ排水中和方法の概念図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すアルカリ排水中和方法の概念図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示すアルカリ排水中和方法の概念図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示すアルカリ排水中和方法の概念図である。
【図５】本発明の第５実施形態を示すアルカリ排水中和方法の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の第１実施形態〜第５実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
第１本実施形態のアルカリ排水中和方法は、図１に示すように、製紙／パルプ工場で生じるアルカリ排水の中和処理に用いられており、より具体的には、当該製紙／パルプ工場内に設置されたバイオマスボイラーの排ガスにより、その中和処理を行う。この中和処理のために、前記アルカリ排水が送液ポンプ１０により貯水槽２０に導入される。アルカリ排水はスラリー状の木屑等を含んだ状態であり、そのｐＨは例えば約１０程度である。
【００２１】
貯水槽２０には、自吸式排ガス散気装置３０と排水攪拌装置４０とを組み合わせた中和処理促進装置が取付けられている。自吸式排ガス散気装置３０は、貯水槽２０上に設置されたモータ３１と、モータ３１から下方へ延出して貯水槽２０内に挿入された垂直な中空支持軸３２と、中空支持軸３２の先端部に回転自在に取付けられた回転羽根３３とを備えている。回転羽根３３は、回転中心部から放射状に延出した複数枚の羽根と、隣接する羽根の間に位置して回転中心部に設けられたガス吐出孔とを有しており、中空支持軸３２内を貫通する垂直な回転軸を介してモータ３１により回転駆動される。回転羽根３３における個々の羽根は回転中心に平行な平板である。
【００２２】
貯水槽２０内のアルカリ排水中で回転羽根３３が高速で回転駆動されることにより、ボイラー排ガス煙道５０からボイラー排ガスが中空支持軸３２内に吸引され、回転羽根３３の隣接する羽根間に設けられた各ガス吐出孔からアルカリ排水中へ微細気泡となって吐出される。その原理は前述したとおりである。
【００２３】
排水攪拌装置４０は、自吸式排ガス散気装置３０における回転羽根３３の先端側に設けられた回転羽根４１からなる。回転羽根４１は回転羽根３３に対して同心状に且つ一体的に連結されており、回転羽根３３と共にモータ３１により駆動される。すなわち、自吸式排ガス散気装置３０のモータ３１は、排水攪拌装置４０を構成する回転羽根４１の駆動原を兼ねている。回転羽根４１の構造は、回転羽根３３と同様に、回転中心部から回転中心に平行な複数枚の板状羽根が放射状に延出したものとなっている。回転羽根４１における羽根の枚数は、回転羽根３３より少なく、例えば回転羽根３３の８枚に対して、その半分の４枚である。
【００２４】
自吸式排ガス散気装置３０及び排水攪拌装置４０は、ここでは回転中心が垂直な縦型であり、回転羽根３３，４１は貯水槽２０内の底部近傍に位置している。
【００２５】
操業では、送液ポンプ１０及び自吸式排ガス散気装置３０におけるモータ３１が駆動される。送液ポンプ１０の駆動により、木屑等を含んだアルカリ排水が貯水槽２０内に槽上部から導入される。自吸式排ガス散気装置３０におけるモータ３１の駆動により、自吸式排ガス散気装置３０における回転羽根３３及び排水攪拌装置４０を構成する回転羽根４１が高速回転する。回転羽根３３の高速回転により、隣接する羽根板間が真空状態となり、バイオマスボイラーの排ガス煙道５０からボイラー排ガスが中空支持軸３２内を経て回転羽根４１の回転中心部に形成された複数のガス吐出孔からアルカリ排水中へ吐出され、排ガスの微細気泡が周囲へ放散される。
【００２６】
同時に、回転羽根４１の高速回転により、回転羽根４１の近傍のアルカリ排水が攪拌される。回転羽根４１は回転羽根３３に連設され、回転羽根３３の直近で高速回転するため、排ガスの微細気泡を高密度で多量に含むアルカリ排水が強制攪拌される。このため、アルカリ排水が排ガス中の炭酸ガスにより高効率に中和処理される。排ガスの微細気泡は回転羽根３３から遠ざかるにつれて気泡径が大きくなり、密度は低下するので、回転羽根３３から離れたところで回転羽根４１による攪拌を行っても、中和処理の効率は上がらない。回転羽根３３に連設された回転羽根４１により、回転羽根３３の直近でアルカリ排水の攪拌を行うことに意義がある。
【００２７】
かくして、製紙／パルプ工場で生じスラリー状の木屑等を含むアルカリ排水が、その木屑等を含んだ状態のままボイラー排ガスにより硫酸を使用することなく効率的、経済的に中和処理される。
【００２８】
貯水槽２０で中和処理された後の中性排水は、貯水槽２０におけるアルカリ排水導入側とは反対側の槽上部から槽外へ順次排出される。中和処理に使用され炭酸ガスを消費された後の排ガスは、貯水槽２０の上部に立設した排気管２１から槽外へ排出される。
【００２９】
次に、第２実施形態以降のアルカリ排水中和方法について説明する。
【００３０】
第２実施形態のアルカリ排水中和方法は、図２に示すように、自吸式排ガス散気装置３０及び排水攪拌装置４０が、回転中心が水平な横型となっている点が、第１実施形態のアルカリ排水中和方法と異なる。自吸式排ガス散気装置３０及び排水攪拌装置４０は貯水槽２０の底部近傍に設置されており、機能は第１実施形態のアルカリ排水中和方法と実質同一である。
【００３１】
第３実施形態のアルカリ排水中和方法は、図３に示すように、自吸式排ガス散気装置３０におけるモータ３１が、回転羽根３３，４１と共に貯水槽２０の槽上に架台７０により設置され、回転羽根３３，４１と直結されている点が、第１実施形態及び第２実施形態のアルカリ排水中和方法と相違する。架台７０は、貯水槽２０内のアルカリ排水の流通を阻害しない構成である。機能は、第１実施形態及び第２実施形態のアルカリ排水中和方法と実質同一である。
【００３２】
第４実施形態のアルカリ排水中和方法は、図４に示すように、排ガス煙道５０から自吸式排ガス散気装置３０へボイラー排ガスを導く導管に送風ブロワー６０を介装した点が他の実施形態のアルカリ排水中和方法と相違する。送風ブロワー６０の介装により、自吸式排ガス散気装置３０へより多くのボイラー排ガスを供給することができ、貯水槽２０での中和処理能力の向上を図ることができる。
【００３３】
図４のアルカリ排水中和方法では、基礎となっているシステムが図１のものであるが、図２のシステムや図３のシステムの場合も有効であることは言うまでもない。
【００３４】
第５実施形態のアルカリ排水中和方法は、貯水槽２０を多段化（タンデム化）した点で他の実施形態のアルカリ排水中和方法と相違する。ここにおける貯水槽２０は、内部が堰２２により上流側と下流側に仕切られており、それぞれに自吸式排ガス散気装置３０と排水攪拌装置４０の組合せを装備している。
【００３５】
このアルカリ排水中和方法では、アルカリ排水に対してボイラー排ガスによる中和処理が繰り返し行われる点から、中和処理能力の向上が図られる。ここでも、基礎となっているシステムは図１のものであるが、図２のシステムや図３のシステム、図４のシステムの場合も有効であることは言うまでもない。
【００３６】
更に処理段数は、図５では２段であるが、３段以上とすることも可能であり、それにより処理効率が更に向上することは言うまでもない。
【実施例】
【００３７】
〔実施例１〕
図１に示す第１実施形態のアルカリ排水中和方法を実際に実施した。被処理水は、製紙／パルプ工場で生じるアルカリ排水であり、スラリー状の木屑等を多量に含んでいる。被処理水のｐＨは１１．８である。貯水槽の容積は５ｍ3 であり、被処理水の供給量は１５０ｍ3 ／ｈとした。被処理水の槽内滞留時間は約２分である。一方、ボイラー排ガスとしては、バイオマスボイラーで生じる燃焼排ガスを使用した。そのボイラー排ガス中の炭酸ガス濃度（ＣＯ2 濃度）は１０ｖｏｌ％であり、自吸式排ガス散気装置への供給量は３００ｍ3 ／ｈである。これにより、被処理水への炭酸ガス（ＣＯ2 ）の吹き込み量は３０ｍ3 ／ｈとなる。自吸式排ガス散気装置及び排水攪拌装置における回転羽根の回転数は１８００ｒｐｍ、これらの動力源であるモータの出力は約１４ｋＷである。
【００３８】
貯水槽から排出される処理水のｐＨは７．６であった。処理水をｐＨ７．６にするのに必要な理論炭酸ガス量（ＣＯ2 量）は２１ｍ2 ／ｈであり、処理効率、経済性は非常に高いと言える。
【００３９】
〔参考例〕
実施例２において排水攪拌装置を取り除き、自吸式排ガス散気装置のみを使用した。貯水槽から排出される処理水のｐＨは９．０に上昇した。
【００４０】
〔実施例２〕
図４に示す第４実施形態のアルカリ排水中和方法を実際に実施した。具体的には、実施例１において、排ガス煙道から自吸式排ガス散気装置へボイラー排ガスを導く導管に出力が２．２ｋＷの送風ブロワーを介装し、炭酸ガス濃度（ＣＯ2 濃度）の供給量を４００ｍ3 ／ｈに増加させた。貯水槽から排出される処理水のｐＨは６．９に低下した。
【００４１】
〔実施例３〕
図５に示す第５実施形態のアルカリ排水中和方法を実際に実施した。具体的には、実施例１において使用した容量が５ｍ3 の貯水槽の内部を２室に分割して２段処理を行った。各室の容量は２．５ｍ3 であり、それぞれに実施例１と同じ自吸式排ガス散気装置と排水攪拌装置の組合せを設け、ボイラー排ガスを１５０ｍ3 ／ｈずつ供給した。ボイラー排ガスの総供給量は実施例１と同じ３００ｍ3 ／ｈ（１５０ｍ3 ／ｈ×２）である。貯水槽から排出される処理水のｐＨは実施例１より大きい７．０になった。
【符号の説明】
【００４２】
１０  送液ポンプ
２０  貯水槽
３０  被処理水循環系
２１  排気管
２２  堰
３０  自吸式排ガス散気装置
３１  モータ
３２  中空支持軸
３３  回転羽根
４０  排水攪拌装置
４１  回転羽根
５０  排ガス煙道
６０  導管
６１  送風ブロワー
７０  架台
【図１】
2012005935.tif 000003
【図２】
2012005935.tif 000004
【図３】
2012005935.tif 000005
【図４】
2012005935.tif 000006
【図５】
2012005935.tif 000007