浸出水副生塩リサイクル技術の開発(その1The

developmentofrecycling

landfi=concentrated)

from

salts

leachate.

(技)研究開発部第2研究室

中

井Hiroshi

新寛Nakai

開Toshio

敏雄

Shinkai

埋立地浸出水の逆浸透膜処理装置から排出される濃縮水処理方法の一つとして,濃縮水に含まれる塩類を精製し工業塩として再利用する方法が考えられる｡この副生塩の再利用は,資源のリサイクル,または循環型社会を指向する時代のニーズに合った処理システムの構築を可能にするものとして技術確立が望まれている｡

一 ●

当社では,既に副生塩回収のための基礎実験を実施しており1),その結果を基に,実証装置を製作し実験を開始しているので,本章削こてその概要を紹介する｡

Recycling

for

salts

generated

from

RO

resources

coincides

industrial

isuse

one

treatment

membrancewithrecenttest,previouslysocialof

theof

landfill

forsolutions

demands

leachate･
isandhighsalinity

concentrate

The

conceptofrecyclingsociety

toexpectedbybeaccomplished.
Basicexperimentalsalts.

Basedstartedthetheexperiments,

ofrefinlng

on

test

facilities

demonstration

and

we

reported,fabricatedhas
theprovedtobedemonstration

the

salts

withit. Thistheresults

ofpre‑testlng.

paperreports

effective
facilities
theforandoutline

refinlng
have

weof

thel･･●

埋立地浸出水
道

濃浸

透
縮

塩

Landfillleachate

膜

Reverseosmosis水Concentrate類

Salts

ダイオキシン類
全 有 機

Vol.

43No.

1(1999/9)

炭Dioxins

素

Totalorganic

神鋼パンテツク技報

carbon28ま えがき
主として焼却残遼が埋立処分される最終処分場からの浸出水は,連夜透膜による高度処理が行われる‑加熱工程一分解工程‑冷却工程であるが,この時の内容物の温度変化は概念的に第2図のように表される｡

ケースが多くなったが,副生する少量の濃縮水には通常,各工程の操作条件が異なる場合それぞれ効塩類の他にダイオキシン(以下DXNsと略称する)率を重視した専用機器を組み合わせて使用することや全有機炭素(以下TOCと略称する)などが含まれ,が多いが,各処理工程のデータ収集が可能な小規模

この濃縮水処理対策が重要な課題となっている｡

実証装置として全工程の処理を一個の容器内で行え

この濃縮水処理方法として固化法,埋立地返送法,有価物回収法等が考えられており,当社では種々のるシステムを採用した｡
2.

処理技術について検討を行っている｡1)･2)

1加熱精製器の仕様
次に主機器である加熱精製器の仕様を示す｡

我々は有価物回収法の一つとして,濃縮水を蒸発乾燥して得られる副生塩を,更に加熱精製し,設計温度/圧力

DXNsおよびTOCを分解した後,工業塩としてリ容器型式サイクルするための実証装置を完成した｡

容器寸法; ◎700*1000L

容器空間容積; 385Lt

いた蒸発乾燥,加熱分解,冷却の各工程の運転を行

見かけの伝熱面積; 1.85m2

い加熱精製器としての基本的な性能を有することが確認出来たので報告する｡

加熱方式;熱風循環間接加熱式

撹拝方式;ドラムおよびスクレーパー

この実証装置による実液運転に先立って並塩を用; 500℃/大気圧;横型円筒密閉式

1.処理方法とその原理のダブルモーション方式

第1図は,濃縮水から精製塩を得るための工程図
加熱精製器は,一連の工程が処理可能な多目的処である｡

DXNsの分解は乾燥塩を還元雰囲気を維持しながら300℃‑500℃の温度域での加熱還元法(ハ‑ゲ

理器として,次のような特長を有している｡
1 )貫通する回転軸は,濃縮水や雰囲気ガスの供給,または蒸発ガスの排出が可能な中空構造であり,ンマイヤー法)により行われるが,この時塩類に含K,まれるNa,Mg,Caなどが触媒として働きロータリージョイントを介して固定配管に弓妾続している｡

DXNsの分解を促進する｡
また,TOCの分解は空気を導入しながら高温酸)回転軸が蒸発ガスの排出管を兼ねているため,2化法により行う｡

運転液位は軸位置より下方になる｡

2.実証装置の概要

液位低下による伝熱性能の低下はドラム回転に濃縮水からの副生塩を精製塩として回収するための工程の進行は,前項で述べたように蒸発乾燥工程Concentratedより防止する｡

lh●3)回転軸には正道回転可能なスクレーパーを設け,water

Deco‑position
tie.acteisnsg
Ero.oit?s冨dErv:iPnOgr設i.ocneFsnd
pr(,cessEvaporation

anddrying

C()ndensate

tleating
くじ:コ300(勺500oC‑q)

DXNs

and TOC

decomposition

N2, Aira≡(U〔一Approx.

100 oC

Cooling‑‑‑‑‑‑‑‑I‑ー

Tjme

Refined

第1図

1程図

Fig.

Process

1saltsdiagram

第2国

内容物の温度変化概念図

Fig.

Schematic2

temperature

modeforthecon‑tents

24

神鋼パンテツク技報

Vol.

43

No.

1(1999/9)析出塩の掻き取りと精製塩の払い出しを行う｡

その後,乾燥工程を経て加熱分解工程に移行する

4 )回転軸には温度センサーを設け,品温の連続測のを標準的な運転手順として計画した｡

定を可能にした｡

第4図は浸出水原水の塩分濃度を1w%とし逆5 )それぞれの工程の操作温度が広範囲にわたるため,固定ジャケットと回転ドラムとの伝熱媒体と浸透膜による濃縮水の塩分濃度を15w%とした時の物質収支を例示したものである｡塩分濃度が上記と仮定すれば,濃縮水水量600kgを1日以内で処理して燃焼ガスまたは空気を採用している｡加熱は一部高温燃焼ガスを補給しながら燃焼ガスを循環させて行い,冷却はLPGの燃焼を止め,取り入出来れば最終処分場の浸出水発生量9トン/日に対れた常温空気で冷却の後ワンパスで放出して行う｡

意味する｡

応した副生塩処理能力を持つ実証装置であることを実証装置のフロー

2.2

第3図は2.1で述べた加熱精製器に熱風発生装置や排ガス処理設備および温度調節設備などを加えた実証装置の全体フローを示す｡
また,写真1は,装置外観を示す｡
装置は,ユニット化し3.2mx3.5mx2.6mの寸I･●法でコンパクトにまとめた｡
2. 3

実証装置の処理能力実証装置における精製塩の最大運転充填量を90kg(≒90Lt)と想定した｡これは容器内の乾燥充填牢として約23%である｡
浸出水原水及び連夜透膜の濃縮水の成分は,サイト条件により若干のばらつきが考えられる｡この場

写真1合,副生塩が上述のように約90kgになるまで濃縮実証装置外観

Photo.1

0tltSide

水の補給を繰り返しながら蒸発操作を継続する｡

viewof thedemonstration

facili‑ties

B‑102
Blower
R‑101
Heating†refiner

プアl･●

E‑101

Drum

Condenser

Scraper

N2Air

㊨‑昌一
Refined salts

WI/%

Co□centrate

第3図Fig.

Vol.

Condensate
P‑101

B‑101

a‑101

Pump

BlowerBumer

フローシートdiagram

Flow

343

No.

1(1999/9)

神鋼パンテツク技報25

ⅠノeaChate

WeigbtSalt concentration

Reverse; 9 000 kg/day
1 w %;

TreatedosmosisConcentrate

Weight;600 kg/day

Salt concentration;

15 w

Condensate

RefinedWeight; 510

8 400 kg/day

kg/day; 90

Salt concentration
Fig.

;

l●

Weightsalts

Weight%Refiner

第4図waterkg/day㌔; 100w

実証装置の物質収支
4

Material

forbalancetheInlet temperattlre

500

facilities

demonstration

Of beatlng

gas

400
of heating

Otltiettemperature

≡gas

300

巴=〉
匂レ

qJ
C1

≡

#200
Materialtemperature

bl●00

itQ
4Operation

第5国Fig.

timethr】

運転事例
50peration

第1表
Table

5sample総括熱伝達係数1

Overallcoefficient

heatofUnittransfer;(Kcal/ m2br℃)

Evaporationanddryingprocess
Sensibleheat
forliquid
54

26

HeatlngprOCeSS

CoolingprocessEvaporation

5057

神鋼パンテツク技報

58Vol.

43 No.

1(1999/9)

3.実験の実施

55.0

3.1実験目的
実液運転に先立って模擬濃縮水を用いて,前述した各工程の温度パターンを模した運転を行い,伝熱

lcvcl

Liquidh

性能,処理時間,還元雰囲気の形成,析出塩の取り扱い等を確認し,伝熱性能や機械的特性が実際の濃縮水処理運転に適することの検証を目的とした｡

辛bL)

J

実験方法

3.2

(じ

実験には模擬濃縮水として,実際の濃縮水と同様な性状を有すると推定される並塩(NaC195の水溶液(濃度15w50･0aS
ト⊂⊃q+%以上)≡.盟;=)%)を用いた｡

この模擬濃縮水の加熱精製器への仕込みから析出塩の取り出しまでの一連の操作を行い,温度データの入手と経過現象の観察記録を行った｡

l●44:1慧雷EE考察

0.20

第5図は,本実証装置による模擬濃縮水150kgの運転時間に対する加熱空気入り口温度,加熱空気
出口温度,内容物温度の測定記録の一例である｡

0.30

0AO

0.50

Ratio of liquid level

第6図

().60

0jO

0.80

[h/r]

液位変化と凝縮水量Fig.

6

また,各工程の総括熟伝達係数の算出値を第1表

Relationshipanddistilled

betweenratioofliquidlevelwaterに示す｡
実際の濃縮水処理に於ける一連の工程の進行に伴件によっては,気相部内壁面におけるドライスポッ

い,伝熱性能に影響を与える可能性のある事項としト発生による伝熱性能低下を予想したが,少なくて,次を取り上げ実験にて確認した｡

とも本器の回転数の範囲では伝熱性能の低下はな
く,濡れ壁状態が健全に保たれていると推定す

1)液位の影響
蒸発乾燥工程においては蒸発の進行に伴って液3)ドラムとスクレーパーの回転数の組み合わせの位が低下する｡
加熱空気入り口温度を450

l ･●る｡

影響℃に保って蒸発操作を行い凝縮水水量の推移より,ドラム内の液位と回転軸を固定し,ドラム回転のみにて運転する

蒸発速度の関係を第6図にまとめたが,液面変動ことを通常の運転状態としているが,回転軸の回による伝熱性能への影響はほとんど認められない

転を付加することにより,ドラム壁面近くを周回ことがわかった｡

するスクレーパーによる伝熱性能の向上を期待しこれは,ドラムが回転しているために,気相部たが第2表および第3表に見られるように差異はなかった｡のドラム内壁面が濡れ壁を形成しており有効伝熱燃焼ガスによる外面境膜熱伝達係数が,全体の面積が一定に保たれている結果と考えられる｡

伝熱性能を支配していることが要因になっている

2)ドラム回転数の影響と思われる｡

第2表に,顕熟変化として,加熱空気入り口温度を450 ℃に保って蒸発操作を行い模擬濃縮水を4)蒸発工程後期の物性変化
第7図は,蒸発乾燥工程から加熱工程へ移行す50℃から100℃まで昇温した場合のドラムの回転数と所要時間の関係を示す｡また,第3表に,上る過程における含水率と凝縮水水量の時間的変化

記と同じ条件の加熱空気を用い模擬濃縮水の蒸発を示す｡
模擬濃縮水の含水率が30%近傍にて,グラフ段階におけるドラムの回転数と蒸発速度の関係をが屈曲し,蒸発速度の減少が認められる｡この点示す｡
両者ともドラム回転数の伝熱性能への影響はみられなかった｡

し始める時点と考えられ,伝熟特性的には不安定

特に顕熱変化に於いて,回転数や加熱温度の条
Vol.

43

No.

1

は模擬濃縮水が液状からウェットケーキ状に変化(1999/9)

さを有する過度的な段階と言える｡

神鋼パンテツク技報

27

第2表

顕熱変化におけるドラム回転数またはスクレーパー回転数と昇温時間の関係

Table

Heat‑up

2timewithcombination

drumofscraperandUnitrotation; TimeScraperNone

0.9rpm1.7rpm2.6rpm3.4rpm1.2rpm15′10〝15′2015′1015′1015′10L'

2.3rpm15′1015′015′10''15′1015′103.5rpm

15′20''

15′1015′014′50

14′50

15′1015′015′0〝14′50〝

14′50

Drum

4.6rpm

第3表

潜熱変化におけるドラム回転数またはスクレーパー回転数と蒸発速度の関係

Table

3

Distilledwater

withof drum

combination

andscraper

Unitrotationkg/hr;

ScraperNone

0.9rpm1.7rpm2.6rpm3.4rpm1.2rpm

54.1

54.0

54.0

54.1

54.1

2.3rpm

54.0

54.0

54.0

54.1

54.0

3.5rpm

54.1

54.0

54.1

54.1

54.1

54.1

54.1

54.0

54.1

54.1

Drum

4.6rpmMoisture‑‑▲｢‑‑＋conterltDistilled

l..●

water

4570

4060

‑一一‑‑▲‑I‑‑‑+し35ー▲ー亘30雪25旦

201Q,､▲

一=q}

【て;

亡=⊂〉>

UI4)

≡=､▲ー.JJE:〇15､ー▲､=.盟
⊂】

I‑▲
10i､▲

10屯●

⊃ー▲､‑▲ー102040305060Time

第7図
Fig.

90100[min]蒸発工程後期の含水率と蒸発量の関係
7RelationshipbetweentimeandMoisturecontent,5 )加熱工程に於ける塩の充填量の影響

第8図は,加熱空気入り口温度を450て加熱操作を行い乾燥塩を150

dist･illedwateronevaporation

process

属加熱時間が運転時間の大部分を占めているため℃に保っ℃から250と思われる｡

対象部位の金属使用量を減少させるのは伝熱性℃まで昇温したときの充填量と所要時間および稔括熱伝達係数を示す｡

288070能改善に有効な方法の一つであると言える｡
前述の結果により,模擬濃縮水から析出塩を精製充填量が3倍になっても加熱時間が約20%程する一連の工程での実験結果より,最も効率的な運度の増加に止まっているのは,加熱系を構成する転方法や伝熱性能に関わる周辺の情報を把握するこ金属重量が約800kgと塩重量に比して多く,金とが出来た｡

神鋼パンテツク技報

Vol.

43No.

1(1999/9)

ーTimeOvera一l coefficient ()f beat trarlSfer‑‑｢▲‑25ーr;0.026

Purging90

24r;0.078‑▲‑

一口‑r;0.166

25

一oonitrogen

Drumgas;volume;volumeRatio;

20

Q[NL/min]
Ⅴ‑385[Lt]r=Q/V[1/mjn]

U80,工]

筆

23ぐdU宗ヒd

主1570q)

写且221=〔:ぐq芸(て;l+60qJ≡F:(′〕

dくじ

⊆コ,エ]

【コ(⊃q)
U

○21U

完10bA

亡50･害≡1(⊃＼ヰく⊃U

2040(て;1{>･⊂)l. ●19虹､l＼Ej3040506070

Quantity of salts

第8図
Fig･

80

1090[kg]

第4表

第9図

Relationshipbetweentime,

coefficient

overall

2030Time

加熱性能
8l‑‑‑‑▲

quantityof
heat

salts

of

Fig･

and

40Lmin]酸素濃度の推移
9Relationshiptransfer

and

02

gas

betweenpurglng

time

N2

gas

Unit; brof

COnCentration

処理時間推定Table

4

Estimatedtimeof operation
Evaporation
anddryingprocessHeatlng

Decomposition

Cooling

process

Process

process

Totaltime

150kg

3.4

1.1

2.0

1.2

7.7

600kg

ll.7

1.9

2.0

1.7

17.3

Concentratedwaterl●
還元雰囲気の形成

4. 2

排出量は析出塩90kgを約10分で排出でき,全体DXNsを分解するために還元寡囲気を保つ必要がある｡の約95 %が排出できた｡
器内に残存する析出塩は,次のバッチの濃縮水注

第9図は,本実証装置にて,内部温度が450℃で運転中のドラム内に室温の窒素ガスを供給した時の排気ガス出口における酸素濃度の推移を示す｡当デー
タは,ドラム内を所定の還元性雰囲気に保つための,入により溶解するため実運転の支障にならない｡
濃縮水処理能力の推定

4. 4

前述の模擬濃縮水を用いた実験から伝熱性能や機械的特性が把握できた｡

窒素ガスの供給量と所要時間の関係について本装置

これを基に,実際の濃縮水の処理時間を推定する｡

固有の傾向を示すものである｡

第4表は,加熱精製器の最大濃縮水水量150kgを4.3

析出塩の取り出し受け入れて加熱精製し精製塩22.5kgの取り出しま本実証装置により模擬濃縮水から析出した塩は,頼粒状の良好なものが得られた｡

が留出する都度数回に分けて補充し精製塩の取り出

この析出塩の取り出しは,加熱精製器のドラム内に設置したスクレーパーの回転により行う｡
Vol.

43

No.

1(1999/9)で行うケースと,濃縮水水量600kgを一定の凝縮水しまでを行うケースについて所用時間を表したものである｡

神鋼パンテツク技報

29

両ケースとも分解工程の保持温度は450℃と仮定

ング面等の基本的な情報を入手し,実際の濃縮水処した｡

理のための準備を終えた｡

本表に見られるように濃縮水水量が150kgから4

実際の濃縮水には多くの微量成分の含有が考えら倍の600kgとなっても処理時間は約2倍程度であり,れ,処理操作において模擬濃縮水の知見がそのまま後者が効率的な処理方法といえる｡

活用出来ないケースも考えられるが,今回の試験のまた,前述の2,結果を活用し,さらに発展させ実際の濃縮水の処理

3項で述べたように1日の処理能力として,浸出水発生量で9トンに対応する設備技術確立と実証を早期に実施したい｡

であることが推定出来る｡

むす[参考文献]

び

我々は浸出水濃縮水の処理技術確立のため,実証装置を製作し,模擬濃縮水による実験を行い一連の工程における伝熱性能,機械的特性などのハンドリ

1)田路明宏ほか:神鋼パンテツク技報,(1998), p.50.

Vol.42,No.2

2)小林俊幸ほか:神鋼パンテツク技報,(1998), p.61.

Vol.42,No.2

連絡先

I/̲
中

井技術開発本部

新開敏雄●

才支術開発本部

研究開発部

研究開発部

第2研究室

第2研究室
室長

TE
FAX
E‑mailL

078‑992‑6525

TE

078‑992‑6504

hr.nakai@pantec.co.jp

FAX
E‑mailL

078‑992‑6525
078‑992‑6504

i.shinkai@pantec.co.jpli●∂♂

神鋼パンテツク技報

Vol.

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No.

1(1999/9)