申请日2017.02.04
公开(公告)日2017.08.15
IPC分类号C02F1/58; C02F1/44; B01D53/48; B01D53/78; C02F101/10
摘要
翻译
本发明的目的在于提供用于除去原水中的钙、从而有效地获得能够再利用的处理水的水处理方法以及水处理系统。为此，本发明涉及的水处理方法包括：由原水得到包含碳酸钙而不包含絮凝剂的反应液的反应工序、利用过滤膜15a将反应液分离为透过液和浓缩液的膜分离工序、以及将浓缩液的一部分排出到体系外的浓缩液排出工序。在反应工序中，将在膜分离工序中得到的浓缩液的至少一部分循环并混合至反应液，同时将反应液调整为碱性。另外，控制反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于过滤膜15a的平均微孔直径。
摘要附图
权利要求书
1.一种水处理方法，其是从原水中除去钙的水处理方法，该水处理方法包括：
由所述原水得到包含碳酸钙但不包含絮凝剂的反应液的反应工序、
利用过滤膜将所述反应液分离为透过液和浓缩液的膜分离工序、以及
将所述浓缩液的一部分排出到体系外的浓缩液排出工序，
在所述反应工序中，将所述膜分离工序中得到的所述浓缩液的至少一部分循环并混合至所述反应液，并将所述反应液调整为碱性，
并且，控制所述反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于所述过滤膜的平均微孔直径。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其中，
在所述反应工序中，将所述浓缩液的至少一部分循环并混合至所述反应液，使得所述反应液中的碳酸钙浓度在给定范围内，
在所述浓缩液排出工序中，将所述浓缩液的一部分排出到体系外，使得所述膜分离工序中得到的所述浓缩液中的碳酸钙浓度在给定范围内。
3.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其中，
在所述反应工序中，将所述浓缩液的至少一部分循环并混合至所述反应液，使得所述反应液中的碳酸钙浓度达到0.1%以上，
在所述浓缩液排出工序中，将所述浓缩液的一部分排出到体系外，使得所述膜分离工序中得到的所述浓缩液中的碳酸钙浓度为0.1%以上且15%以下，
所述过滤膜的平均微孔直径为0.04μm以上且1.0μm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的水处理方法，其中，所述膜分离工序采用内压式过滤法，该内压式过滤法使用中空纤维膜作为所述过滤膜。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的水处理方法，其中，在所述反应工序中，将所述反应液的pH保持在9以上且13以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的水处理方法，其进一步包括向所述反应液供给二氧化碳的二氧化碳供给工序。
7.根据权利要求6所述的水处理方法，其中，所述二氧化碳是从火力发电机的燃烧装置排出的排烟中的二氧化碳。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的水处理方法，其中，使用所述浓缩液排出工序中排出的所述浓缩液中包含的碳酸钙作为从燃烧装置的排烟中除去硫成分的脱硫剂。
9.一种水处理系统，其是从原水中除去钙的水处理系统，其具备：
储存包含碳酸钙但不包含絮凝剂的反应液的反应部;
向所述反应部供给所述原水的原水供给部;
向所述反应部内的所述反应液供给碱性物质的碱供给部;
利用过滤膜将所述反应液分离为透过液和浓缩液的膜分离部;
将所述浓缩液的一部分排出到体系外的浓缩液排出部;
连接所述膜分离部的浓缩侧和所述反应部、将在所述膜分离部得到的所述浓缩液的至少一部分供给至所述反应部内的循环线路;以及
控制所述反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于所述过滤膜的平均微孔直径的控制部。
10.根据权利要求9所述的水处理系统，其还具备：检测在所述膜分离部得到的所述浓缩液中的碳酸钙浓度的浓度检测部，
所述控制部对从所述循环线路供给至所述反应部内的所述浓缩液的供给量进行控制、使得所述反应部内的所述反应液中的碳酸钙浓度在给定范围内，并对所述浓缩液排出部的排出量进行控制、使得在所述浓度检测部检测到的所述浓缩液中的碳酸钙浓度在给定范围内。
11.根据权利要求10所述的水处理系统，其中，所述控制部对从所述循环线路供给至所述反应部内的所述浓缩液的供给量进行控制、使得所述反应部内的所述反应液中的碳酸钙浓度达到0.1%以上，并对所述浓缩液排出部的排出量进行控制、使得在所述浓度检测部检测到的所述浓缩液中的碳酸钙浓度达到0.1%以上且15%以下，
所述过滤膜的平均微孔直径为0.04μm以上且1.0μm以下。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的水处理系统，其中，所述膜分离部采用内压式过滤法，该内压式过滤法使用中空纤维膜作为所述过滤膜。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的水处理系统，其中，所述反应部中的所述反应液的pH被保持在9以上且13以下。
14.根据权利要求9～13中任一项所述的水处理系统，其还具备：向所述反应部供给二氧化碳的二氧化碳供给部。
15.根据权利要求14所述的水处理系统，其中，所述二氧化碳是从火力发电机的燃烧装置排出的排烟中的二氧化碳。
16.根据权利要求9～15中任一项所述的水处理系统，其中，使用所述浓缩液排出部排出的所述浓缩液中包含的碳酸钙作为从燃烧装置的排烟中除去硫成分的脱硫剂。
说明书
水处理方法及水处理系统
技术领域
本发明涉及用于从冷却塔排放废水等包含钙的原水中除去钙、从而获得能够再利用于冷却塔冷凝水、锅炉补给水等的处理水的水处理方法、以及水处理系统。
背景技术
传统上，作为用于大厦空调、冷气暖气设备的冷却冷凝水的装置，所使用的是冷却塔。在从该冷却塔排出的冷却塔排出(Cooling Tower Blowdown，以下也称为“CTB”)废水中，冷凝水中所含的钙分经过浓缩会以高浓度包含在其中，因此，为了再次用作冷却塔的冷凝水、锅炉补给水，需要将CTB废水中所含的钙除去。
因此，作为除去CTB废水中所含的钙而得到处理水的方法，已知有添加絮凝剂并利用MF膜、UF膜进行过滤的方法(专参见利文献1及专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-5763号公报
专利文献2：日本特开2003-300069号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述专利文献1及专利文献2中记载的方法中，需要大量的絮凝剂、凝结剂，不仅存在药剂成本的问题，还会因这些药剂而导致污泥的产生量增加。而由于通常需要将这些污泥作为工业废弃物进行填埋处理，因此不仅会带来环境方面的负担，还需要废弃成本。
另外，在专利文献1中，探讨了通过限定浓缩液的浓度、絮凝剂的种类来抑制UF膜、MF膜的通量(每单位面积的透水量)的降低。然而，絮凝剂本身也会在浓缩时引起浓缩液的粘性增加、附着于膜面滤饼层，因此会成为所谓的积垢(膜堵塞)的原因物质，无法从根本上防止通量的降低。其结果，为了改善降低的通量，需要频繁地对膜进行利用药品的洗涤或更换，导致设备稼动率降低，因此会导致效率差、药品及膜的成本增高。
本发明鉴于上述背景而完成，其目的在于提供用于除去原水中的钙、从而有效地获得能够再利用的处理水的水处理方法、以及水处理系统。
解决问题的方法
发明人等针对这些问题进行了深入研究，结果发现，通过将含有钙的原水供给至反应工序，对向反应工序内的原水中供给碱性物质、而不供给絮凝剂而得到的包含碳酸钙的反应液进行膜分离从而分离为透过液和浓缩液，将浓缩液的至少一部分循环并混合至反应液，能够有效地除去钙。
即，本发明的水处理方法是从原水中除去钙的水处理方法，其中，该水处理方法包括由原水得到包含碳酸钙而不包含絮凝剂的反应液的反应工序、利用过滤膜将反应液分离为透过液和浓缩液的膜分离工序、以及将浓缩液的一部分排出到体系外的浓缩液排出工序，在反应工序中，将在膜分离工序中得到的浓缩液的至少一部分循环并混合至反应液，并将反应液调整为碱性，控制反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于过滤膜的平均微孔直径。
需要说明的是，所述“不包含絮凝剂”不仅包括絮凝剂的含量完全为零的情况，还包括含有实质上不会表现出絮凝剂效果的程度的少量的情况。
发明人等经过了深入研究，结果发现，如果将关注点集中于被过滤液中的固态物(碳酸钙)的大小和过滤膜的微孔直径，不使用絮凝剂、使“固态物的大小>过滤膜的微孔直径”，则能够保持从根本上避免积垢发生的理想的膜过滤状态。进而，针对用以保持该理想的膜过滤状态的条件进行了深入研究。
即，在本发明的水处理方法中，使在膜分离工序中得到的浓缩液的至少一部分循环并混合至反应工序中的反应液。由此，在反应工序中，浓缩液中的碳酸钙粒子会成为晶种而显示出晶析效果，而反应液中的碳酸钙会在该晶种的外表面析出，使得反应液中的碳酸钙的粒径变大。在本发明的水处理方法中，利用该晶析效果而控制反应液中的碳酸钙的最小粒径、使其大于过滤膜的平均微孔直径。由此，能够从根本上防止由微孔堵塞引起的通量降低，从而能够将通量稳定地保持于高水平。另外，在本发明的水处理方法中，通过不使用絮凝剂，也可以防止通量的降低。其结果，根据本发明的水处理方法，可以省略由于通量降低而成为必要的频繁的膜洗涤及膜更换，从而可有效地获得能够再利用的处理水。
另外，优选在本发明的水处理方法的反应工序中，以使反应液中的碳酸钙浓度达到给定范围内的方式将浓缩液的至少一部分循环并混合至反应液，在浓缩液排出工序中，以使在膜分离工序中得到的浓缩液中的碳酸钙浓度达到给定范围内的方式将浓缩液的一部分排出到体系外。
根据该水处理方法，可使反应液中的碳酸钙浓度、以及在膜分离工序中得到的浓缩液中的碳酸钙浓度达到为了使反应液中的碳酸钙的最小粒径大于过滤膜的平均微孔直径所必要的给定的范围内。其结果，能够控制反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于过滤膜的平均微孔直径。
另外，优选在本发明的水处理方法的反应工序中，以使反应液中的碳酸钙浓度达到0.1%以上的方式将浓缩液的至少一部分循环并混合至反应液，在浓缩液排出工序中，以使在膜分离工序中得到的浓缩液中的碳酸钙浓度达到0.1%以上且15%以下的方式将浓缩液的一部分排出到体系外，并使过滤膜的平均微孔直径为0.04μm以上且1.0μm以下。
根据该水处理方法，可使反应中的碳酸钙浓度为0.1%以上、使在膜分离工序中得到的浓缩液中的碳酸钙浓度为0.1%以上，因此能够将反应工序中的反应液保持为晶析环境。另外，由于可使在膜分离工序中得到的浓缩液中的碳酸钙浓度为15%以下，因此能够防止由流动性变差引起的运转成本的增加。进一步，通过使过滤膜的平均微孔直径为1.0μm以下，不仅可防止钙析出物，还可防止原水中所含的微细的悬浮物质、有机物透过中空纤维膜而向处理水侧漏出，在后段配备RO膜而得到能够再利用于冷却塔冷凝水、锅炉补给水的处理水的情况下，能够将作为供给至RO膜的水质的指标的FI(污染指数)或SDI(淤泥密度指数)极小的良好的水供给至RO膜。另外，通过使过滤膜的平均微孔直径为0.04μm以上，能够以较少的能量获得透过中空纤维膜的过滤水。即，使过滤膜的平均微孔直径小于0.04μm时，会导致过滤阻力变大，因此会导致用以向过滤膜进行压送的泵变大、设备成本增高，同时还会导致电力的运行成本也变得巨大。
另外，本发明的水处理方法的膜分离工序优选采用使用中空纤维膜作为过滤膜的内压式过滤法。该内压式过滤法由于能够将中空纤维膜的内表面的膜面流速稳定地保持于高水平，因此可使浊质不易附着于膜面。因而适用于碳酸钙浓缩。
另外，就本发明的水处理方法而言，优选在反应工序中，将反应液的pH保持于9以上且13以下。反应液的pH低时，钙的析出反应需要时间，因此无法在短时间内进行原水的处理。另外，如果反应液的pH高，则会导致对于pH调整而言必要的碱性物质的量增加，因此会导致运行成本升高。因此，优选设定于该pH范围内。这种情况下，例如可通过使用碱性物质而将原水的pH调整为碱性，作为该碱性物质，可使用例如氢氧化钠水溶液。
另外，在本发明的水处理方法中，优选进一步包括向反应液供给二氧化碳的二氧化碳供给工序。通过向反应液供给二氧化碳，能够在反应液中有效地生成碳酸钙。特别是在原水中所含的碳酸成分少的情况下，需要充分补给用以与钙反应而生成碳酸钙的碳酸成分，而通过向反应液供给二氧化碳，能够有效地生成碳酸钙。
另外，在本发明的水处理方法中，优选向反应液供给的二氧化碳是从火力发电机的燃烧装置排出的排烟中的二氧化碳。作为该排烟，可利用例如从燃气涡轮发动机、燃气发动机、垃圾焚烧炉的燃烧装置、火力发电厂的燃烧装置中排出的排烟。燃烧装置的排烟中所含的二氧化碳被认为是导致全球变暖的原因物质，而通过使该排烟中的二氧化碳与原水中所含的钙反应形成碳酸钙而进行固定化，可以减少排放的二氧化碳的绝对量，不仅能够有助于抑制全球变暖、还能够降低二氧化碳的供给成本。
另外，本发明的水处理方法中，优选使用在浓缩液排出工序中排出的上述浓缩液中包含的碳酸钙作为从燃烧装置的排烟中除去硫成分的脱硫剂。
如上所述，在上述专利文献1及专利文献2记载的方法中，在导致污泥的产生量增加、需要废弃成本方面存在问题。这里，由包含钙的原水得到的污泥的主成分为碳酸钙，因此，假如其纯度高，则能够作为用以从水泥原料、火力发电机的排烟中除去硫成分的脱硫剂等实现在工业上的有效利用。然而，在包含絮凝剂、凝结剂等杂质的情况下，由于无法实现在这些用途中的有效利用，因此作为工业废弃物的处理是必不可少的。
与此相对，在本发明的水处理方法中，从浓缩液排出工序中排出的浓缩液的主成分是碳酸钙，由于是未使用絮凝剂而进行浓缩的，因此碳酸钙的纯度极高。因此，能够将所得碳酸钙作为从火力发电机的燃烧装置的排烟中除去硫成分的脱硫反应剂而有效利用。对于通常的火力发电锅炉的燃烧装置的情况而言，通过将浓缩液中的碳酸钙以液态供给至排烟脱硫装置，可以使排烟中的硫成分与碳酸钙反应而转变为硫酸钙(石膏)来进行脱硫。另外，对于循环流化床型锅炉的燃烧装置的情况而言，通过使浓缩液中的碳酸钙脱水而成为滤饼状，并将该滤饼与燃料的煤炭混合后进行供给，可以使煤炭燃料中的硫成分与碳酸钙反应而转变为硫酸钙来进行脱硫。在任意的燃烧装置中，均能够降低脱硫用的碳酸钙的供给成本。
另外，本发明的水处理系统是从原水中除去钙的水处理系统，其中，该水处理系统具备：储存包含碳酸钙而不包含絮凝剂的反应液的反应部;向反应部供给原水的原水供给部;向反应部内的反应液供给碱性物质的碱供给部;利用过滤膜将反应液分离为透过液和浓缩液的膜分离部;将浓缩液的一部分排出到体系外的浓缩液排出部;连接膜分离部的浓缩侧和反应部、将在膜分离部得到的浓缩液的至少一部分供给至反应部内的循环线路;以及控制反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于过滤膜的平均微孔直径的控制部。
根据该水处理系统，与上述水处理方法同样地，可利用晶析效果而控制反应液中的碳酸钙的最小粒径使其大于过滤膜的平均微孔直径，由此，能够从根本上防止由微孔堵塞引起的通量降低，从而能够将通量稳定地保持于高水平。
发明的效果
根据本发明，可以提供用于除去原水中的钙、从而有效地获得能够再利用的处理水的水处理方法、及水处理系统。