(57)【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槽目以降を燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスによりpH8以下まで中和することを特徴と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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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で、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、拡散させて低コストで中和する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（特開昭６１−２２７８９０号公報）、ボイラー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（特開昭５９−８０３９０号公報）、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（特開昭５５−１８１４号公報）、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（特開昭５９−６９１９２号公報）、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（特開昭５８−１０１７８８号公報）、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（特開昭５０−１１２２７２号公報）、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（特開昭５３−１１８２７８号公報）、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（特開平３−８９９９４号公報）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（特開昭６２−２５８７９３号公報）、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（特開平６−９１２７５号公報）等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭６１−２２７８９０号公報、特開昭５９−８０３９０号公報、特開昭５５−１８１４号公報に開示の方法は、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、特開昭５９−６９１９２号公報、特開昭５８−１０１７８８号公報、特開昭５０−１１２２７２号公報、特開昭５３−１１８２７８号公報、特開平３−８９９９４号公報に開示の方法は、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、特開昭６２−２５８７９３号公報、特開平６−９１２７５号公報に開示の方法は、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。
【００１０】
本発明による高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法は、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を特徴とする。このように、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。
【００１１】
本発明による他の高アルカリ排水の燃焼排ガスによる中和方法は、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槽目以降を燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスによりpH8以下まで中和することを特徴とする。このように、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の溶解効率が高いため、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。また、2槽目以降に燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスを用いることによって、効率的に炭酸ガスを溶解でき、pH8以下の低pHまでの中和が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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-
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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2〜4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。
【００１９】
図3に示した装置は、図2に示した装置と同様に、2槽の中和槽11,12の前段の中和槽11へアルカリ排水13を連続送入し、pH8.5程度に中和した排水を後段の中和槽12へ流入させる。各中和槽11,12の底部には、図示しない水中散気装置を設けており、前段の中和槽11の図示しない水中散気装置には炭酸ガスを10容量%前後含有する燃焼排ガス14を配管15により導く。また、後段の中和槽12の図示しない水中散気装置には燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を20〜50容量%に濃縮した濃縮ガス16を配管17により導く。
【００２０】
そして、中和槽１１では、燃焼排ガス１４の微細気泡を発生させ、後段の中和槽１２では、燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮した濃縮ガス１６の微細気泡を発生させ、アルカリ排水１３と燃焼排ガス１４および燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮した濃縮ガス１６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１２でｐＨ７．５程度に中和された排水は、配管１８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。
【００２１】
図４に示した装置は、中和に使用する槽を中和槽１槽と曝気槽１槽とで構成したもので、１槽の中和槽２１へアルカリ排水２２を連続送入し、ｐＨ８．５程度に中和した排水を配管２３を介して活性汚泥処理装置の曝気槽２４に導入し、曝気槽２４で処理した処理水は図示しない沈殿槽に送られる。中和槽２１および曝気槽２４の底部には、図示しない水中散気装置を設けており、中和槽２１の図示しない水中散気装置には炭酸ガスを１０容量％前後含有する燃焼排ガス２５を配管２６により導く。また、曝気槽２４の図示しない水中散気装置には、燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮した濃縮ガス２７を配管２８により導く。
【００２２】
そして、中和槽２１では、燃焼排ガス２５の微細気泡を発生させ、曝気槽２４では、燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮した濃縮ガス２７の微細気泡を発生させ、アルカリ排水２２と燃焼排ガス２５および燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮した濃縮ガス２７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。曝気槽２４でｐＨ７．５程度に中和された排水は、図示しない沈殿槽に送られる。なお、曝気槽２４では、図示していないが、空気曝気が行われていることは言うまでもない。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
本願発明において２槽目以降の中和に用いるガスとしては、炭酸ガスを１０容量％前後含有する燃焼排ガスを濃縮処理し、炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に濃縮したガスを用いるのが経済的である。
【００２６】
燃焼排ガス中の炭酸ガスの濃縮方法としては、圧力変動吸着法、温度変動吸着法、膜分離法等があるが、炭酸ガス濃度を２０〜５０容量％に高めることができればよく、活性炭を吸着剤として充填した常温圧力変動吸着法により濃縮するのが最も経済的である。
【００２７】
【実施例】
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。
【００２８】
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、濃縮ガスとしては、炭酸ガス濃度１０容量％の燃焼排ガスを常温ＰＳＡ法を用いて炭酸ガスを３０容量％に濃縮した濃縮ガスを用いた。そして、燃焼排ガスまたは濃縮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。
【００２９】
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
条件▲３▼、中和槽１槽目で燃焼排ガスによりｐＨ８．５、中和槽２槽目で濃縮ガスによりｐＨ７．５まで中和
条件▲４▼、燃焼排ガスにより中和槽１槽目でｐＨ８．５、曝気槽で濃縮ガスによりｐＨ８．０まで中和
【００３０】
【表１】
0003769475.tif 000002
【００３１】
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。また、中和槽を２槽とし、前段の中和槽に燃焼排ガスを、後段の中和槽に濃縮ガスを用いた条件▲３▼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８．７Ｎｍ3低減することができた。さらに、中和槽１槽＋曝気槽の条件▲４▼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３．３Ｎｍ3低減することができた。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の効果】
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、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る、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等の効果を有する。
【００３４】
また、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、従来の純炭酸ガスによる中和に比較し、燃焼排ガスおよび燃焼排ガス中の炭酸ガスを濃縮した濃縮ガスを用いるため、中和コストが安価となる。さらに、従来の燃焼排ガスによる中和に比較し、中和に使用する槽を２槽以上とし、２槽目以降に濃縮ガスを用いることにより、吹き込み燃焼排ガス量を大幅に削減でき、設備的にコンパクトとなり、低コストなアルカリ排水の中和システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図３】本願の請求項２に係る発明に用いる装置の系統図である。
【図４】本願発明に用いる他の装置の系統図である。
【符号の説明】
１、２、１１、１２、２１  中和槽
３、１３、２２  アルカリ排水
４、１４、２５  燃焼排ガス
５、６、１５、１７、１８、２３、２６、２８  配管
１６、２７  濃縮ガス
２４  曝気槽
【図１】
0003769475.tif 000003
【図２】
0003769475.tif 000004
【図３】
0003769475.tif 000005
【図４】
0003769475.tif 000006