JPH09294974A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水処理システム全体の効率化を図る。 【解決手段】 発電所１００における脱硫排水などの排
水は、排水処理装置３００により処理される。この排水
処理装置３００は、蒸発濃縮装置を有しており、ここか
ら凝縮水が得られる。そして、この凝縮水は、発電所１
００において必要な高純度水を生成する補給水処理装置
２００に原水として供給される。凝縮水は、比較的水質
がよいため、補給水処理装置２００は、逆浸透膜装置、
電気式脱イオン装置等で構成でき、その処理水が発電所
１００の補給水として供給される。また、逆浸透膜装
置、電気式脱イオン装置等の濃縮液は、雑用水として利
用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高度に浄化された
補給水を得る補給水処理装置と、排水を処理する排水処
理装置の両方を有する施設、例えば火力発電所に好適な
水処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工場などでは、外部から受け
入れた原水を各種設備において使用し、水の使用により
発生した排水を浄化して排出放流している。従って、原
水水質が十分でなければ、これを浄化して所定の水質の
用水を得るための水処理装置が必要であり、また排水水
質を基準値以下にするための排水処理装置も必要であ
る。そこで、用水処理装置と排水処理装置の２つの水処
理装置を有している場合が多い。

【０００３】例えば、発電所では、各種設備において発
生する排水を処理するための排水処理装置と、発電装置
において必要な補給水を製造するための補給水処理装置
の２つの水処理装置を有している。

【０００４】特に、火力発電所では、排水として、排煙
脱硫排水や各種設備の洗浄排水等があり、排水処理装置
としては凝集沈殿ろ過が一般的である。なお、必要に応
じてその他の処理装置が追加され、また処理水は通常ｐ
Ｈ調整後放流される。

【０００５】一方、発電設備は、通常高純度水をボイラ
ーで加熱して蒸気を発生させ、これによりタービンを駆
動して発電機を運転している。そして、発電や定期検査
に伴い、高純度水はドレン等により減少するため、補給
水が必要である。そこで、高純度の補給水を製造するた
めの補給水処理装置が設けられる。

【０００６】この補給水処理装置は、河川水、工業用
水、市水等を原水とし、これを高純度水（純水）に浄化
処理する。そこで、通常原水の水質によって、凝集沈
殿、ろ過や活性炭処理などの前処理を行った後、イオン
交換樹脂で各種イオンを除去して、純水を製造してい
る。なお、水源の確保ができず、原水が不足する場合に
は、海水淡水化装置を設ける場合もある。

【０００７】また、イオン交換樹脂は、所定の採水量に
到達した時点、あるいは出口水質が規定値を越えた時点
で、再生処理を行う。通常、カチオン樹脂は塩酸や硫酸
で再生し、アニオン樹脂は苛性ソーダで再生する。この
ため、このイオン交換樹脂の再生により、補給水処理装
置から排水が生じ、これも排水処理装置において処理さ
れている。

【０００８】なお、発電所における一般的な処理施設
は、上述のようなものであるが、特開昭５１−１０２３
５７号公報等には、火力発電所における脱硫排水の処理
に蒸発濃縮処理を利用することが提案されている。ま
た、この公報には、凝縮水の水質が比較的よいため、こ
れをボイラー用水その他の用水として再利用することも
示されている。

【０００９】また、補給水処理装置としては、通常のイ
オン交換樹脂を利用する処理だけでなく、逆浸透膜（Ｒ
Ｏ）や、電気式脱イオン処理（ＥＤＩまたはＥＤＲ）を
利用する方法や、これらを組み合わせることが提案され
ている。このような処理は、例えば特開平６−１３４４
９０号公報に示されている。

【００１０】さらに、雑誌「火力原子力発電 Ｖｏｌ．
４６ Ｎｏ．９ １９９５年９月」には、下水を逆浸透
膜＋イオン交換樹脂で処理し、発電所ボイラ用水とする
ことが示されている。また、この文献には、逆浸透膜に
おいて生成される濃縮液（ＲＯ濃縮液）とイオン交換樹
脂再生排水をＥＤＩとＲＯで処理し、その処理水を回収
利用すること、またＥＤＩとＲＯで生じる濃縮液を蒸発
濃縮し、その凝縮水をイオン交換してボイラ用水として
再利用することが示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、発電所
における水処理システムについて、各種の提案がある。
しかし、施設全体として、水の有効利用を図り、排水量
を低減し、かつ設備的にも設置面積の縮小・経済性の向
上を図りたいという要求があり、さらに効率的な水処理
システムが要望されている。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、排水処理装置と補給水処理装置を組み合わせ、全
体として効率的な処理が可能となる好適な水処理システ
ムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水処理シス
テムは、原水を浄化処理して補給水を生成し、生成した
補給水を水消費設備に供給する補給水処理装置と、水消
費設備からの排水を処理する蒸発濃縮装置と、この蒸発
濃縮装置における処理過程で発生する凝縮水を補給水処
理装置の原水供給側に返送する循環系と、を含むことを
特徴とする。このように、蒸発濃縮で得られた凝縮水を
補給水処理装置に供給する。従って、排水の再利用がで
き、水の有効利用を図ることができる。また、凝縮水
は、水質が工業用水等よりも良質であるため、補給水処
理装置における効率的な処理が行える。

【００１４】また、他の発明は、上記補給水処理装置
が、逆浸透膜処理装置を含むことを特徴とする。逆浸透
膜による処理は、シリカの除去率が悪いが、凝縮水は、
シリカの含有率が低く、問題が生じない。従って、蒸発
濃縮装置の凝縮水を逆浸透処理することが非常に好まし
い。

【００１５】また、さらに他の発明は、上記補給水処理
装置が、電気式脱イオン装置を含むことを特徴とする。
電気式脱イオン装置は、弱電解質の除去能力が小さい
が、凝縮水には、弱電解質の含有量が少なく、問題が生
じない。従って、蒸発濃縮装置の凝縮水を逆浸透処理す
ることが非常に好ましい。

【００１６】また、さらに他の発明は、上記循環系の途
中に凝縮水貯槽を設けると共に、この凝縮水貯槽に大気
中の酸素及び炭酸ガスの溶解を防止するためのガス溶解
防止手段を設けることを特徴とする。凝縮水は、酸素及
び炭酸ガスがほとんど含まれておらず、その後の溶解を
防止することによって、補給水中の酸素及び炭酸ガスの
含有量を少なくすることができる。従って、発電所のボ
イラの補給水における酸素炭酸ガス含有量を少なくでき
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００１８】「全体システム」図１は、火力発電所に適
用した本発明の一実施形態に係る水処理システムの全体
構成を示している。

【００１９】発電所１００は、ボイラにより高純度水か
ら蒸気を生成し、生成された蒸気によってタービンをま
わし発電を行う設備である。また、石灰火力発電所では
ボイラ加熱用の燃料の燃焼に伴う排ガスを処理する排煙
脱硫装置等も含まれている。

【００２０】そして、発電所１００の運転により、必要
となる高純度水を補給するため、発電所１００は、補給
水として純水を受け入れるようになっている。この補給
水は、補給水処理装置２００において、原水を処理する
ことによって得られる。補給水処理装置２００の原水と
しては、河川水、工業用水、市水等が利用される。ま
た、補給水処理装置は、例えば逆浸透装置ＲＯ、電気式
脱イオン装置ＥＤＩ、カートリッジポリッシャ（カート
リッジ式の非再生型イオン交換装置）から構成されてい
る。

【００２１】また、発電所１００においては、排煙脱硫
排水の他、床洗浄、各種機器のドレーン排水等が排出さ
れ、これが排水処理装置３００に流入する。この排水処
理装置３００は、蒸発濃縮装置からなっており、排水を
蒸発濃縮し、濃縮液または蒸発残留物を排出する。な
お、ボイラ復水を脱塩処理する復水脱塩装置から排出さ
れるアンモニアを多く含む排水も、適正なｐＨ調整によ
り、蒸発濃縮装置により処理される。また、蒸発濃縮装
置は、例えば運転温度が約７０℃、運転圧力が約−５０
０〜−６００ｍｍＨｇ（負圧）で運転される。

【００２２】ここで、本実施形態では、排水処理装置３
００における蒸発濃縮によって得られる凝縮水を補給水
処理装置２００の原水側に返送する。従って、補給水処
理装置２００は、原水として凝縮水を受け入れることに
なり、不足分を外部からの工業用水でまかなうことにな
る。

【００２３】すなわち、本実施形態おいては、補給水処
理装置２００の原水は、基本的に排水処理装置３００か
ら供給される凝縮水であり、工業用水などは不足分の補
充になる。

【００２４】そして、不足分の補充用の原水となる工業
用水、河川水、市水の電気伝導度は、１００μＳ／ｃｍ
程度であるが、排水処理装置３００において生じる凝縮
水の電気伝導度は１０〜２０μＳ／ｃｍである。従っ
て、補給水処理装置２００の原水は、従来の原水に比べ
１／１０程度の非常に良質なものとなる。また、凝縮水
の濁度は通常１以下である。

【００２５】特に、凝縮水中には、スケーリング成分と
なるカルシウム、マグネシウム、シリカ等が非常に少な
い。これは、スケーリング成分が蒸発しにくく、凝縮水
中に存在しにくいからである。

【００２６】そこで、補給水処理装置２００において、
逆浸透膜を利用した場合に、工業用水等を原水としてい
た従来法では、８０〜９０％程度であった回収率（原水
に対する処理水の比）をそれ以上に高めることができ
る。

【００２７】また、逆浸透膜では、シリカの除去率が悪
く、かつシリカは発電所１００のボイラー、タービン等
にとって重大な悪影響を及ぼす。そこで、原水となる凝
縮水中にシリカが少ないことは、逆浸透膜を利用する上
で大きなメリットになる。

【００２８】さらに、補給水処理装置２００において、
電気式脱イオン装置を利用することも好適である。すな
わち、電気式脱イオン法は、電気透析を利用しており、
重炭酸やシリカイオンなどの解離の弱い弱電解質の除去
能力が小さい。凝縮水中には、このような成分が少ない
ことから、電気透析膜間にイオン交換樹脂を充填した電
気式脱イオン法においてもシリカ等を除去するための前
処理が不要となる。

【００２９】また、スケール成分が少ないことから、逆
浸透膜や、電気式脱イオン法における電気透析膜の汚染
度合が少なく、したがってこれらの耐用期間が長くなる
という効果も得られる。

【００３０】さらに、補給水処理装置２００の処理水
（純水）の水質をよりよいものとするためには、上述の
ような処理装置の後段に混床イオン交換樹脂型のカート
リッジポリッシャを設けることが好適である。このカー
トリッジポリッシャは、ディスポーザルタイプ（非再生
型）であり、再生排液などが出ず、微量のイオンを除去
するのに適している。

【００３１】そして、逆浸透膜と、電気式脱イオン法
は、薬品再生の必要がない。特に、本実施形態では、原
水水質が向上され、特に逆浸透膜や電気式脱イオン法に
より除去しがたい成分が非常に少ない。そこで、補給水
処理装置２００を逆浸透膜→電気式脱イオン→カートリ
ッジポリッシャという処理装置で構成することによっ
て、補給水処理装置２００からの排水は、逆浸透膜装置
と電気式脱イオン装置において発生する濃縮液だけにな
る。さらに、この濃縮液は、排水処理装置３００で処理
することも可能であるが、そのままでも雑用水として利
用できる。すなわち、濃縮液は電気伝導度が３００μＳ
程度であり、洗浄用水などに好適に利用できる。

【００３２】このように、蒸発濃縮装置からなる排水処
理装置３００と、逆浸透膜、電気式脱イオン、カートリ
ッジポリッシャからなる補給水処理装置２００を組み合
わせることによって、非常に効率的な水処理システムが
得られる。

【００３３】なお、補給水処理装置２００において、通
常の再生型イオン交換樹脂を利用することもできる。こ
の場合においても、排水処理装置３００からの凝縮水の
水質が、良質であるため、イオン交換樹脂による処理の
効率化を図ることができる。すなわち、従来と同一のイ
オン交換樹脂量とした場合には、薬品再生の間隔が長く
なり、薬品使用量を低減することができる。また、同じ
薬品再生間隔を保持する場合には、イオン交換樹脂量が
少なくてよく、装置を小型化できる。なお、薬品再生の
排液は、発電所１００の排水と一緒に排水処理装置３０
０に導入され処理される。

【００３４】「排水処理装置」図２に本実施形態に好適
な排水処理装置３００の構成例を示す。発電所１００か
らの排水は、排水供給ラインａａより、ｐＨ調整槽１に
流入する。このｐＨ調整槽１は、排水のｐＨを弱酸から
中性に調整するものであり、必要に応じ酸あるいはアル
カリをｐＨ調整薬品貯槽５からｐＨ調整剤ポンプ８によ
り添加する。なお、ｐＨ調整槽１内のｐＨを計測してお
き、ｐＨ調整剤ポンプ８を制御することが好適である。

【００３５】ｐＨ調整されたｐＨ調整槽１内の排水は、
排水供給ポンプ９により蒸発濃縮器２に供給される。蒸
発濃縮器２は、コンデンサ３を介して真空ポンプ１２に
より、約−５００〜−６００ｍｍＨｇの減圧状態にされ
ている。また、加熱蒸気ラインｂｂより供給される蒸気
を加熱源とし、運転温度を約７０℃に設定している。

【００３６】このような蒸発濃縮器２内で蒸発した蒸気
はコンデンサ３において凝縮され、凝縮水ポンプ１３に
より系外に排出される。本実施形態では、一旦凝縮水貯
槽に貯留された後、補給水処理装置２００に供給され
る。

【００３７】なお、コンデンサ３には、ラインｃｃ、ｄ
ｄが接続されており、ここから冷却水が流通される。

【００３８】一方、蒸発濃縮器２で濃縮された濃縮液
は、濃縮液循環ポンプ１０を介し、常時循環され、一定
濃度に達した時に、濃縮液排出ポンプ１１により濃縮液
タンク４に排出される。また、加熱蒸気のドレーンは蒸
気ドレーンポンプ１４により排出される。

【００３９】なお、蒸発濃縮器２には、水溶性高分子貯
槽６、７からそれぞれ種類の異なる水溶性高分子が供給
される。これによって、濃縮液中の固形物の分散性が改
善され、蒸発濃縮器２内のスケール発生が防止される。
また、濃縮液は、さらに蒸発処理し、残渣を埋め立てな
どで処分してもよい。

【００４０】蒸発濃縮器２は、水平伝熱管方式でも、縦
型薄膜方式でもよい。また、加熱も、上述のような外部
加熱方式でも自己蒸気圧縮型でもよい。

【００４１】「逆浸透膜処理」逆浸透膜は酢酸セルロー
ス系膜、ポリアミド系複合膜、ポリビニルアルコール系
膜等各種材質のものが採用可能である。また、形状とし
ては、ホローファイバ、スパイラル、チューブラなどい
ずれの形状のものでも適用可能である。なお、本実施形
態では原水のイオン不純物濃度が低く、浸透圧が低いた
め、低圧型の逆浸透膜装置が好ましい。

【００４２】図３に逆浸透膜処理装置の構成例を示す。
排水処理装置３００の蒸発濃縮器２からの凝縮水は、凝
縮水供給ラインｅｅより、凝縮水貯槽１５に供給され、
ここに貯留される。ここで、この凝縮水貯槽１５は、た
とえば窒素シール構造となっており、大気から遮断され
ており、炭酸ガス、酸素の凝縮水中への溶解が防止され
ている。

【００４３】そして、凝縮水貯槽１５内の凝縮水は、送
水ポンプ１６を介し、逆浸透膜保護用の安全フィルタ１
７に通水される。これらでフィルタリングされた凝縮水
は、高圧ポンプ（ブースターポンプ）１８により、所定
の圧力で逆浸透膜装置１９に通水される。

【００４４】この逆浸透膜装置１９により、脱塩された
処理水は、逆浸透膜膜処理水タンク２０に貯められる。
一方、脱塩処理により、塩分が濃縮された濃縮液は、逆
浸透膜濃縮タンク２１に貯められる。

【００４５】「電気式脱イオン装置」電気式脱イオン装
置は、イオン交換と電気透析を組み合わせ、水中の不純
物であるイオンを直流電流で移動させ、除去する純水製
造技術である。そして、電気透析膜間に充填されるイオ
ン交換体（イオン交換樹脂あるいはイオン交換繊維）
は、カチオン樹脂及びアニオン樹脂の混床や、単床の組
み合わせなど各種構成が採用できる。

【００４６】図４に電気式脱イオン装置の構成例を示
す。この例では、排水処理装置３００からの凝縮水が凝
縮水貯槽１５を介し、電気式脱イオン装置２２に通水さ
れる。そして、この電気式脱イオン装置２２により脱塩
された処理水が電気式脱イオン装置処理水タンク２３を
経て、発電所１００の補給水として供給される。一方、
脱塩処理によって、生成された濃縮液は、電気式脱イオ
ン装置濃縮液タンク２４に貯められ、雑用水として利用
される。

【００４７】「逆浸透膜装置＋電気式脱イオン装置」凝
縮水を逆浸透膜装置で処理した後、電気式脱イオン装置
で処理する構成を図５に示す。このように、逆浸透膜装
置１９において得られる処理水が逆浸透膜処理水タンク
２０、電気式脱イオン通水ポンプ２１を介し、電気式脱
イオン装置２２に通水される。そして電気式脱イオン装
置２２によって脱塩された処理水が電気式脱イオン装置
処理水タンク２３から発電所１００の補給水として供給
され、電気式脱イオン装置濃縮液と逆浸透膜濃縮液が濃
縮タンク２４を介し、雑用水として利用される。

【００４８】

【実施例】

「凝縮水」まず、石炭火力発電所から排出される脱硫排
水を上述の蒸発濃縮装置により、蒸発濃縮した場合の凝
縮水の水質を表１に示す。

【００４９】

【表１】 「実施例１」表１に示す凝縮水を逆浸透膜で処理した場
合の処理水質と水量を表２に示す。

【表２】 このように、処理水の回収率を９５％という効率にする
ことが可能であり、また処理水質も３μＳ／ｃｍと良好
であった。

【００５０】「実施例２」表１に示す凝縮水を電気式脱
イオン装置で処理した場合の処理水質と、流量を表３に
示す。

【００５１】

【表３】 このように、処理水質とし０．３μＳ／ｃｍと良好なこ
とが確認された。

【００５２】「実施例３」表１に示す凝縮液を逆浸透膜
と電気式脱イオン装置で処理した場合の処理水質と流量
を表４に示す。

【００５３】

【表４】 このように、逆浸透膜装置と電気式脱イオン装置による
２段処理での処理水質は、０．１μＳ／ｃｍと非常に良
好な水質であることが確認された。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、排水処理装置に蒸
発濃縮装置を適用し、その蒸発濃縮過程で発生する凝縮
水を原水とする補給水処理装置を組み合わせることによ
って、水の有効利用を図り、排水の発生量を低減し、か
つ設置面積の縮小でき、経済的に有利な水処理装置を得
ることができる。

【００５５】さらに、補給水処理装置に逆浸透膜装置、
電気式脱イオン装置を利用することで、補給水処理装置
から排出される濃縮液も雑用水として利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 水処理システムの全体構成を示す図である。

【図２】 蒸発濃縮器を含む排水処理装置の構成を示す
図である。

【図３】 逆浸透装置の構成を示す図である。

【図４】 電気式脱イオン装置の構成を示す図である。

【図５】 逆浸透装置＋電気式脱イオン装置の構成を示
す図である。

【符号の説明】

２ 蒸発濃縮器、１９ 逆浸透膜装置、２２ 電気式脱
イオン装置、１００発電所、２００ 補給水処理装置、
３００ 排水処理装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水を浄化処理して補給水を生成し、生
   成した補給水を水消費設備に供給する補給水処理装置
   と、 水消費設備からの排水を処理する蒸発濃縮装置と、 この蒸発濃縮装置における処理過程で発生する凝縮水を
   補給水処理装置の原水供給側に返送する循環系と、 を含むことを特徴とする水処理システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシステムにおいて、 上記補給水処理装置は、逆浸透膜処理装置を含むことを
   特徴とする水処理システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のシステムにおいて、 上記補給水処理装置は、電気式脱イオン装置を含むこと
   を特徴とする水処理システム。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のシステムにおいて、 上記補給水処理装置は、逆浸透膜処理装置及び電気式脱
   イオン装置を含むことを特徴とする水処理システム。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載のシステムにおい
   て、 上記循環系の途中に凝縮水貯槽を設けると共に、この凝
   縮水貯槽に大気中の酸素及び炭酸ガスの溶解を防止する
   ためのガス溶解防止手段を設けることを特徴とする水処
   理システム。