廃棄物焼却プラントは、あらゆる産業施設の中で最も厳しい条件の下で稼働します。都市固形廃棄物、有害廃棄物、または医療廃棄物を 850°C を超える温度で燃焼すると、激しい持続的な熱負荷が発生します。循環冷却水システムは、これを継続的に管理する必要があります。多くの場合、24 時間、1 年中毎日です。同時に、混合廃棄物ストリームの燃焼により、腐食性ガス、塩化物化合物、酸性凝縮物が発生し、独特の攻撃的な水化学環境を作り出します。
発電所や石油化学施設向けに設計された標準的な冷却水処理アプローチは、廃棄物焼却用途には不適切であることがよくあります。 効果的な処理には、高塩化物レベル、変動する pH、重金属汚染、および変動する熱負荷下での信頼性の高いスケールと腐食制御の必要性に対処する専用の化学プログラムが必要です。この記事では、廃棄物焼却プラントにおける冷却水管理の具体的な課題と、安全でコンプライアンスを遵守した効率的な運用を一貫して実現するソリューションについて詳しく説明します。
廃棄物焼却施設が冷却水に特有の課題を抱えている理由
処理要件を理解するには、まず、典型的な廃棄物焼却施設で冷却水がどのように使用されるのか、またその使用によって他の産業では遭遇しない問題が生じる理由を理解する必要があります。
複数の高強度冷却回路
最新の廃棄物発電プラントは通常、複数の個別の冷却回路を同時に動作させます。火格子と炉の冷却システムが燃焼室の壁を保護します。ボイラーと蒸気凝縮回路は、発電のための熱回収を処理します。排ガス冷却システムは、高温の排気を汚染防止装置に適した温度まで下げます。スラグ急冷および灰処理システムは、水を使用して固体燃焼残留物を冷却し、輸送します。各回路は異なる温度、流量、材料の接触条件で動作し、それぞれが異なる汚染物質を水に導入する可能性があります。
廃棄物の燃焼による塩化物の侵入
都市固形廃棄物には通常、大量の塩素化プラスチック (PVC)、有機塩素化合物、および無機塩化物塩が含まれています。これらの物質は焼却されると、煙道中に塩化水素 (HCl) ガスを放出します。スクラバーシステムが設置されている場合でも、一部の塩化物を含むガスや微粒子は冷却水回路、特に排ガス冷却セクションや湿式スクラビングセクションに到達します。廃棄物焼却プラントの循環水中の塩化物濃度は、発電所の冷却システムで一般的な 200 ～ 400 mg/L の範囲と比較して、500 ～ 2,000 mg/L に達することがよくあります。 塩化物レベルが上昇すると、ステンレス鋼および炭素鋼の熱交換器表面の孔食が劇的に加速します。 、そして不動態酸化膜の形成に依存する標準的な腐食防止剤の有効性を低下させます。
酸性pHの変動
通常の工業用冷却水処理では、鋼の腐食と炭酸カルシウムの堆積を同時に最小限に抑えるために、pH 7.5 ～ 9.0 の弱アルカリ性の範囲を目標としています。廃棄物焼却冷却回路では、スクラバーの性能が変動するとき、または起動および停止シーケンス中に、酸性ガスの吸収現象によって短期間に pH が 6.0 未満になることがあります。 pH 6.5 未満の酸性条件では、炭素鋼の腐食速度が指数関数的に加速されます。軟鋼の腐食速度は、pH が 7.0 未満に低下するたびに約 2 倍になります。また、通常の運転中に蓄積された保護スケールや抑制剤の膜の溶解も引き起こします。
重金属汚染
不均一な廃棄物の流れを燃焼させると、亜鉛、鉛、銅、カドミウム、水銀などの重金属が揮発します。冷却水回路に飛散灰が持ち込まれると、これらの金属が堆積し、腐食触媒の問題（特に銅イオンがアルミニウムや軟鋼への電気攻撃を促進する）と放電コンプライアンスの問題の両方を引き起こします。廃棄物焼却冷却システムからのブローダウン水は、通常、重金属の排出制限を満たすために排出前に処理する必要があり、水処理化学物質の選択では、これらの汚染物質との相互作用を考慮する必要があります。
高浮遊物質の積載量
冷却水に混入した灰とスラグの粒子は、温水の温度と廃棄物との接触による有機栄養素の負荷によって促進される微生物バイオマスの増殖と相まって、高濃度の懸濁物質を生成し、熱交換器をすぐに汚して分配システムを詰まらせる可能性があります。よりクリーンな産業用途向けに設計された従来の凝集剤や濾過システムは、多くの場合、廃棄物焼却冷却水の特徴である粒径分布や充填率に対応できません。
各冷却回路のコア処理要件
廃棄物焼却施設には複数の回路があり複雑であるため、単一の処理処方ではすべての冷却水のニーズに対応することはできません。の 廃棄物焼却プラント向け化学処理ソリューション 回路の種類によって区別する必要があります。
| 冷却回路 | 水質の主要な課題 | 一次治療の必要性 |
|---|---|---|
| 炉壁・火格子冷却 | 非常に高い熱流束、低い流速 | スケール防止、密閉系腐食防止 |
| 排ガス冷却・湿式スクラバー | 高塩化物、低 pH、HCl 吸収 | pH緩衝作用、耐塩化物腐食防止作用 |
| 蒸気凝縮水冷却 | スケール付着リスク、酸素孔食 | スケール防止剤、脱酸素剤 |
| スラグ・灰焼入れ | 浮遊物質が多く、重金属が多く含まれている | 凝集、凝集、金属の析出 |
| 一般循環冷却塔 | 生物的汚れ、スケール、腐食 | 殺生剤、スケール防止剤、腐食防止剤 |
高塩化物、低pH条件下での腐食抑制
腐食制御は、廃棄物焼却用途における冷却水処理において最も重要で技術的に要求の厳しい側面です。標準的なクロム酸塩または亜鉛ベースの防止剤は、環境規制により制限または禁止されています。ホスホン酸塩ベースの抑制剤は、中性から弱アルカリ性の pH では効果的ですが、pH が 6.5 未満になると膜形成効果の多くを失い、塩化物イオンが不動態酸化物層を積極的に攻撃する高塩化物環境では不十分な保護を提供します。
廃棄物焼却冷却システムの効果的な腐食抑制は通常、皮膜形成有機アミン (酸性条件下で炭素鋼を保護するため)、モリブデン酸塩またはタングステン酸塩化合物 (ホスホン酸塩よりも広い pH 範囲にわたって不動態化を維持する)、および銅合金コンポーネント用のトリルトリアゾールまたはベンゾトリアゾール誘導体の組み合わせに依存します。この多成分アプローチは、個々の阻害剤メカニズムが pH の変動や塩化物との競合によって部分的に損なわれた場合でも、許容可能な腐食速度を維持する重複した保護メカニズムを提供します。
1,000 mg/L を超える塩化物を含む排ガス接触水を扱う回路では、材料の選択が化学処理と同じくらい重要です。 最も攻撃的なゾーンの熱交換器チューブには二相ステンレス鋼またはハステロイなどの高合金材料が必要です というのは、高い塩化物濃度が持続した状態で標準的な 304 または 316 ステンレス鋼を適切に保護できる化学処理プログラムはないからです。次に、化学処理は、堆積物下の腐食、異種金属接合部での電気攻撃、および低塩化物二次回路の全体的な腐食の防止に重点を置きます。
pH緩衝とアルカリ度管理
廃棄物焼却環境において循環水の pH を 7.5 ～ 8.5 の目標範囲内に維持するには、補給水の段階での単純な pH 調整ではなく、積極的な緩衝作用とアルカリ投与戦略が必要です。連続的またはデマンドトリガーによる苛性ソーダ (NaOH) またはソーダ灰 (Na₂CO₃) の添加は、応答時間が速いインライン pH センサーにリンクされており、長時間にわたる低 pH の変動を防ぎます。システム内で維持されるアルカリ度は、突然の酸負荷事象に対する緩衝材となります。 CaCO₃ として 200 ～ 400 mg/L の目標アルカリ度レベルは、炭酸カルシウムのスケーリングを促進するレベル未満に保ちながら、ほとんどの操作シナリオに適切な緩衝能力を提供します。
高温で水質が変化する水のスケール防止
廃棄物焼却冷却システムにおけるスケールの形成は、他の産業と同じ基本的な化学反応、つまり伝熱面での炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シリカの過飽和によって引き起こされますが、これらの施設の特徴である変動する水質によって複雑になります。補給水の品質は季節によって変化する可能性があり、ブローダウン濃度比は生産負荷に応じて変動し、灰汚染イベントによりカルシウム、シリカ、または硫酸塩の濃度が一時的に設計レベルを超えて上昇します。
ポリアクリル酸 (PAA)、AA/AMPS コポリマー、またはポリアスパラギン酸 (PASP) を使用したポリマーベースのスケール防止剤は、この変動する環境において最も信頼性の高い性能を発揮します。これらの抑制剤は、閾値抑制および結晶改質メカニズムを通じて作用し、pH 6.5 ～ 9.5 の範囲にわたって効果を維持します。これは、ほとんどの廃棄物焼却冷却回路の動作範囲全体をカバーします。ホスホン酸塩ベースの防止剤とは異なり、ポリマースケール防止剤はリン排出負荷に寄与しません。これは、総リン排出量制限の対象となる施設にとって重要です。
シリカスケールは、排ガス洗浄に湿式スクラビングを使用する施設では特に注意が必要です。これは、スクラバー水の戻りにより、再循環システム内で濃縮される溶解シリカが上昇する可能性があるためです。補足的なシリカ特有の分散剤を含む PASP ベースの抑制剤は、汎用ポリマー プログラムよりも優れたシリカ スケール制御を提供し、循環水シリカが SiO2 として 150 mg/L を超える場合に指定する必要があります。
私たちの 工業用循環冷却水処理 製品範囲には、廃棄物焼却用途で遭遇するタイプの高塩化物、可変 pH 環境向けに特別に開発された特殊なスケール抑制剤配合物が含まれます。
生物学的ファウリングの管理: レジオネラ菌とバイオフィルムのリスクの管理
廃棄物焼却工場の冷却塔は、生物的付着を非常に助長する条件を作り出します。 25°C ～ 45°C の水温、廃棄物との接触による有機栄養素の負荷、および冷却塔の広い水表面積により、急速な微生物の増殖、バイオフィルムの形成、そして最も深刻な場合にはレジオネラ属菌の増殖が促進されます。熱交換器表面のバイオフィルムはスケールの堆積と同等の熱抵抗を引き起こし、レジオネラ菌汚染は公衆衛生上の危険を引き起こし、即時修復が必要です。
廃棄物焼却冷却システムのための効果的な殺生物プログラムは、浮遊性 (浮遊) 微生物と固着性 (バイオフィルム) 微生物の両方に対処する必要があります。酸化性殺生物剤（主に次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、または臭素化合物）は、適切に維持された残留濃度で浮遊細菌を広範囲に制御し、レジオネラ属菌を効果的に抑制します。二酸化塩素は、腐食制御に使用される高い pH 値 (7.5 ～ 9.0) でも効果を維持し、遊離塩素ほど早くアンモニアや有機窒素化合物によって消費されないため、廃棄物焼却用途に特に適しています。
イソチアゾロン (CMIT/MIT)、グルタルアルデヒド、または第 4 級アンモニウム化合物などの非酸化性殺生物剤は、酸化性殺生物剤耐性の発現を防ぎ、酸化性殺生物剤では完全に除去できない確立されたバイオフィルムに浸透するためのローテーションパートナーとして使用されます。一般的な殺生物剤ローテーション プログラムでは、定常状態の制御のために酸化性殺生物剤を連続的または半連続的に適用し、2 ～ 4 週間ごとに非酸化性殺生物剤のショック投与を行います。
レジオネラ菌のリスク管理要件
廃棄物焼却施設は、ほとんどの管轄区域で労働衛生および環境規制に基づくレジオネラ菌のリスク評価および管理要件の対象となります。準拠したレジオネラ属菌管理プログラムには以下が必要です。
- すべての冷却塔と蒸発凝縮器を対象とした文書化されたリスク評価
- 定期的な水のサンプリングとレジオネラ菌培養検査（通常は四半期ごとまたはそれ以上の頻度）
- 流通システムのすべてのポイントで、遊離塩素または同等の殺生物剤残留物を最小限に抑えること
- 停止中またはレジオネラ菌陽性検査結果後の定期的な高用量消毒 (過塩素処理または熱消毒)
- 冷却塔からのエアロゾル発生を最小限に抑えるためのドリフトエリミネーターのメンテナンス
スラグ焼入れ水処理と重金属管理
スラグ急冷システムは、上で説明した再循環冷却塔回路とは異なる特殊な水処理の課題を表します。急冷水は高温のスラグに直接接触し、大量の熱を吸収すると同時に、スラグから浸出する重金属、塩化物、アルカリ化合物も溶解します。この水は、汚染レベルが高いため、通常、メインの冷却塔システムに送られるのではなく、沈殿および処理ループを通じてリサイクルされます。
スラグ急冷水の処理は、凝集と凝集による浮遊固形物の除去、石灰または水酸化ナトリウムを使用して pH を 9.0 以上に上げる重金属の沈殿 (ほとんどの重金属は不溶性の水酸化物を形成します)、および適切な廃棄のための汚泥の脱水に重点を置いています。硫酸第二鉄やポリ塩化アルミニウム（PAC）などの無機凝集剤はコロイド灰粒子を不安定にするのに効果的ですが、アニオン性ポリアクリルアミド凝集剤は粒子の沈降を促進し、汚泥の脱水性を向上させます。
スラグ急冷回路からの処理済みオーバーフローは、リサイクルまたは排出される前に重金属排出制限を満たさなければなりません。 処理排水中の亜鉛、鉛、銅、カドミウム、クロムの濃度を定期的に監視する必要があり、凝集剤の投与量は、処理される廃棄物の組成によって変化する流入水の質に基づいてリアルタイムで調整する必要があります。
節水と排液ゼロへの配慮
新しい廃棄物焼却施設の環境許可では廃水排出の最小化がますます求められており、一部の規制当局は液体排出ゼロ（ZLD）運転を義務付けています。 ZLD が必要でない場合でも、水のコストと水不足を考慮すると、オペレーターは再循環率を最大化し、ブローダウン量を最小限に抑える必要があります。
廃棄物焼却冷却システムで高濃度比 (5 ～ 8 サイクル) を達成するには、集中した鉱物負荷が抑制剤の能力に課題を与えるため、特に堅牢な規模と腐食抑制剤プログラムが必要です。また、塩化物の蓄積をより慎重に管理する必要があります。高塩化物システムでは、濃度比が増加すると、塩化物レベルが装置の完全性を損なう値にまで上昇する可能性があります。許容可能な水の化学的性質を維持しながら高濃度比の操作を可能にするために、硬度または塩化物を除去するための側流軟化またはイオン交換が必要な場合があります。
廃棄物焼却冷却塔からのブローダウンは、施設内でリサイクルできない場合、通常、排出する前に廃水システムで処理する必要があります。このブローダウンの化学的酸素要求量 (COD)、浮遊物質、重金属、および pH は規制制限内になければなりません。生分解性で低 COD の水処理化学薬品（リンを含まないポリマースケール防止剤、非持続性殺生物剤）を選択すると、排水 COD 制限の順守がサポートされ、廃水システムの処理負荷が軽減されます。
包括的な水管理戦略を追求する施設に対して、当社のチームはシステムレベルの設計と化学物質の最適化サポートを提供します。 私たちがサービスを提供するすべての産業分野 これには、逆浸透前処理、再循環システムの化学反応、および閉ループの水管理をサポートする廃水処理のための統合ソリューションが含まれます。
監視、自動化、および運用のベスト プラクティス
廃棄物焼却プラントの水化学環境は変化しやすく攻撃的であるため、安定した工業用冷却用途よりも継続的な監視と自動化された化学薬品投与がはるかに重要になります。これらの施設の特徴である急激な pH 低下、塩素濃度の上昇、生物活性の急増を捉えるには、一定の間隔で手動で監視するだけでは不十分です。
廃棄物焼却用途の最新の冷却水管理システムには、pH、導電率 (総溶解固形物と濃度比の代用として)、酸化還元電位 (ORP、殺生物剤残留モニタリング用)、および濁度 (懸濁物質負荷用) のオンライン センサーを組み込む必要があります。これらの信号は、変動する入口条件にもかかわらず、目標の水質パラメータを維持するために、腐食防止剤、スケール防止剤、pH 調整化学薬品、および殺生物剤の投与量をリアルタイムで調整する自動投与コントローラーに送られます。
信頼性の高いパフォーマンスを実現するには、自動投与以外にも次の運用慣行が不可欠です。
- 毎日の水質記録: pH、導電率、硬度、塩化物、残留抑制剤、および残留殺生物剤は、通常の操作中にシフトごとに少なくとも 1 回記録する必要があります。
- 毎週の包括的な分析: カルシウム、マグネシウム、シリカ、鉄、浮遊物質、濁度、ランゲリア飽和指数の計算を含む完全な水化学パネル。
- 毎月の腐食クーポンの評価: 炭素鋼、銅合金、その他の建設材料の腐食クーポンは、毎月重量を量って検査し、腐食速度が許容範囲内にとどまっていることを確認する必要があります。
- 四半期ごとの熱交換器検査: 代表的な熱交換器セクションの目視検査または超音波検査により、機器の損傷を引き起こす前に初期段階の汚れや孔食を特定します。
- 起動およびシャットダウンのプロトコル: システム起動前の特別な高濃度の阻害剤プレフィルム処理と、長期にわたるシャットダウン前の殺生物剤ショック投与により、停滞期の微生物の増殖を防ぎます。
構造化されたモニタリングと自動投与プログラムを導入している廃棄物焼却プラントのオペレータは、化学物質の投与量を定期的に手動で調整する場合に比べて、腐食速度の低下、熱交換器の耐用年数の延長、およびより信頼性の高い規制順守を一貫して達成しています。お客様の施設の特定の廃棄物の流れと冷却回路構成に合わせた監視および処理プログラムについて話し合うには、 水処理専門家にお問い合わせください .
