RO濃縮液や樹脂再生水を直接排出しないでください。段階的再利用により蒸発コストを数百万ドル削減

この記事では、業界固有の実装ソリューションと、逆浸透濃縮水とイオン交換再生水の資源ベースの再利用に関する{{1}実際のエンジニアリング ケーススタディを共有することに焦点を当てています。{2}

純水一貫プラントを備えたほぼすべての工場では、逆浸透システムから連続的に排出されるRO濃縮液と、カチオン/カチオン床/混合床システムの再生時に発生する酸/アルカリ再生廃液の2種類の厄介な廃水が発生していることに気づいていますか?以前は環境規制が緩く、企業は直接排出する前に単に中和して希釈するだけで済みました。現在、廃水の排出管理が厳格化され、廃水の再利用率の評価が義務付けられているため、直接排出することは事実上不可能です。しかし、完全な蒸発および結晶化システムは投資コストとメンテナンスコストが高いため、ほとんどの企業が長期的に維持することが困難になっています。

多くの企業は、これら 2 種類の水を扱う際に、すべてを蒸発させるか、前処理をせずにフロントエンドの膜システムに直接戻すという極端な行動を取る傾向があります。{0}その結果、膜差圧の上昇、熱交換器の大規模なスケールの増加、循環水の熱交換効率の低下など、わずか 2 ～ 3 か月以内に故障の連鎖反応が発生します。-実際、これら 2 種類の廃水は必ずしも処分されるわけではありません。適切な分別収集、対象を絞った前処理、適切な再利用場所を設定することで、淡水の取水料金と下水放流料金を大幅に削減できると同時に、パイプ末端の蒸発と有害廃棄物の発生規模も削減できます。--この記事では、5 つの主要産業-火力発電、石炭化学、太陽光発電半導体、石炭鉱業、鉄鋼-の一般公開されているデモンストレーション プロジェクトを使用して、水質の課題、実現可能な再利用経路、成熟した導入プロセス、現場での落とし穴を回避するための重要なポイントを明確に説明しています。-

1. 逆浸透膜処理装置の濃縮液

この水は、廃水を再利用するために純水調製システムと一次/二次 RO システムによって継続的に濃縮され、通常、元の流入量の 20% ～ 30% を占めます。

水質の特徴: カルシウムとマグネシウムの硬度、ケイ酸塩、硫酸塩、塩が豊富に含まれています。 TDS は通常 5000 ～ 25000 mg/L の範囲です。シリカと硬度は、洗浄が困難なスケール層を容易に形成します。--従来のスケール防止剤は、短期的に析出を抑制することしかできず、長期的にスケールのリスクを抑制することはできません。業界でよくある誤解: 再利用のために原水を直接再循環すると、塩分とシリカの閉ループの蓄積につながり、膜システムの洗浄頻度が 2 倍になり、3 ～ 6 か月ごとにオフラインの化学洗浄が必要となり、膜エレメントの寿命が大幅に短くなります。

2. イオン交換樹脂再生排水

ボイラー給水、陽イオン交換床の酸洗浄、陰イオン交換床のアルカリ洗浄、および超純水ステーションの混合床同期再生から生成される、水質が非常に変動する断続的な廃水です。

水質の特徴: 再生段階では極度の酸性とアルカリ性。酸性洗浄廃水の pH は 1 ～ 3、アルカリ性洗浄廃水の pH は 11 ～ 14 です。中和後でも塩分は高いままで、大量のカルシウムイオンやマグネシウムイオン、ケイ酸塩、壊れた樹脂の破片が含まれています。多くのプロジェクトでは、単純な中和と pH 調整のみを実行し、軟化とシリカ除去のプロセスをスキップし、水を直接再利用します。その結果、循環水や脱硫塔内壁に硬質のシリカスケールが急速に堆積し、従来の酸洗浄では除去が困難でした。

どちらのタイプの廃水にも、高塩分、高スケールイオン、水質の大きな変動という核心的な問題が共通しています。安定した再利用のための重要な前提条件は、均質化、緩衝化、および軟化とシリカ除去による前処理です。この前処理ステップを省略すると、再利用計画は単なる一時的な修正になります。

現在、環境保護および水保全部門は、RO 濃縮液と樹脂再生廃水の再利用とほぼゼロの排出の義務付けに関して最も厳しい規制を設けています。{0}これら 5 つの業界では、数多くの公的実証プロジェクトが実施されており、過去 2 年間で技術アップグレードの需要が最も高い分野を代表しています。

1. 火力発電産業

火力発電所は工業用水の主要な消費者です。現在の規制では、一般に工場エリア内での水の再利用率を 95% 以上にすることが求められており、脱硫廃水、薬水再生廃液、RO 濃縮液の大規模な直接排出は厳しく禁止されています。-発電所ではイオン交換を利用してボイラー給水を準備し、酸およびアルカリの再生廃水を毎日安定して生成しています。循環水と限外濾過/逆浸透により濃縮排水が継続的に排出され、工場の脱硫塔、石炭ヤードスプレー、循環冷却水が自然処分場所として機能します。

業界のケーススタディ: 中国南東部の 600MW 石炭火力発電所-の節水改修デモンストレーション プロジェクト-。プラント全体の RO 濃縮物とイオン交換床再生水は、別々のプールに別々に収集されます。酸およびアルカリの再生廃水は、まず自動 pH 調整のために均質化タンクに入り、次に RO 濃縮液とともに石灰マグネシウム塩軟化およびシリカ除去システムに送られます。処理された低濁度、低塩分-の生成水は 2 つの流れに分けられます。1 つは循環冷却用の補給水として使用され、高塩分-の排水はプロセス補給水として脱硫システムに送られます。この工場では濃縮物の直接排出口を完全に廃止し、年間数十万トンの淡水の購入を削減しました。関連するプロセスは、電力産業における廃水のカスケード利用技術に関する文献に含まれています。

2. 石炭化学および炭鉱水処理産業

石炭化学および採掘地域の元々の地下水は高いシリカおよび硬度レベルを有しており、再生水システムは大量の RO 濃縮物を生成します。ボイラー脱塩ユニットからのイオン交換再生廃水には、高い塩分とケイ酸塩の濃度が含まれています。ほとんどの石炭産地は-水不足地域にあり、-地域の水資源評価では廃水排出量をほぼゼロにすることが義務付けられています。-蒸発と結晶化のみに依存するとコストが高すぎるため、業界ではカスケード再利用が主流のアプローチとなっています。業界のケーススタディ: ノースウェスト エネルギー ベースにある石炭化学企業では、毎日約 1000 m3 の RO 濃縮物と樹脂再生廃水を生成しています。当初は、これらすべてが MVR 蒸発に送られ、膜濃縮後の直接運転コストは濃縮物 1 トンあたり 18 元を超えました。その後、均質化コンディショニング、石灰マグネシウム塩軟化とシリカ除去、限外濾過からなる前処理ユニットが追加されました。精製された低塩水は、ガス化作業場で冷却水の循環と噴霧に再利用されます。少量の超高塩分濃度の底部流濃縮物のみが蒸発と結晶化に送られます。これにより、全体的な蒸発負荷が 70% 削減され、試薬、電力、メンテナンスのコストが年間数百万元節約されました。このシステムは、シリカスケールの詰まりもなく 12 か月以上安定して動作しています。同様のプロセスが寧東とオルドスのいくつかの石炭化学工業団地で規模が拡大され、推進されている。

オルドスの大規模な鉱山排水処理プロジェクトでは、鉱山水、RO 濃縮物、軟化樹脂再生廃水の前処理を組み合わせました。-処理水は地下の粉塵抑制散布や地表循環冷却水として再利用され、購入した工業用水の使用量を大幅に削減します。このプロジェクトは、地域の工業用水保全の典型的な事例として選ばれました。

3. 太陽光発電および半導体電子機器製造業

シリコン ウェーハの切断とチップの製造には、大流量の超純水の継続的な供給が必要です。その結果、一次逆浸透濃縮物が大規模に生産されます。{0}{1}純水ステーションの混合床システムでは頻繁に再生が行われ、酸およびアルカリの再生廃水量は安定しています。 「太陽光発電製造業標準条件（2024年版）」によれば、シリコンウェーハや電池の生産能力を新設・増設するには再生水利用率40％以上、ポリシリコンプロジェクトでは水再利用率98％以上が必要とされている。工場の外から水道水を購入するコストは比較的高いため、企業はクローズドループ廃水再利用のアップグレードを積極的に推進する必要があります。{9}}

業界の事例: 長江デルタ地域の集積回路製造パークにおける超純水支援プロジェクトでは、超純水の調製から大量の RO 濃縮物が生成されます。樹脂酸とアルカリ再生水は別々にプールに集められ、中和、均質化、前処理された後、段階的に再利用されます。低塩分精製水は純水ステーションのフロントエンド前処理プロセスに戻されます。一方、残りの高塩分廃水は工場の床の洗浄と排ガス洗浄塔の補充に使用されます。-これにより、水道水の年間購入量が 200,000 トン以上削減され、オフラインでの膜エレメント洗浄の頻度が 60% 減少し、高シリコン濃縮物の直接返送によって引き起こされる限外濾過の汚れが効果的に回避されます。-中国東部にある 5GW の単結晶シリコン製造工場では、工場の冷却システムで再利用される前に、シリコンウェーハの洗浄および軟化再生廃水からの RO 濃縮物を凝固してコロイド状シリコンを除去する廃水処理プラントを使用しています。全体的な廃水再利用率は 75% 以上であり、同時に有害廃棄物の総廃棄量も削減されます。この技術は、太陽光発電廃水処理グループの標準参照プロセスに組み込まれています。

4. 鉄鋼業

鉄鋼生産施設では、循環水と脱塩ステーションから高塩分濃度の廃水の 2 つの流れが継続的に生成されます。{0}工業情報化部は、産業廃水リサイクルの典型的な事例を毎年発表しています。多くの鉄鋼会社は、精鉱の段階的かつ段階的な再利用に依存しており、98% 以上の水の再利用率を達成し、パイプ端の蒸発工事の規模を大幅に削減しています。{4}}-

工場エリア内の高炉スラグのフラッシング、原料貯蔵庫の粉塵抑制、脱硫システムは水質に対する耐性が高く、濃縮水や再生廃水を処理するのに理想的な場所です。

5. 化学工業団地

化学工業団地は、企業が集中していることと、廃水の総排出量が厳格に管理されていることを特徴としています。複数の場所で集中廃水リサイクルステーションを導入し、公園内のさまざまな企業からの RO 濃縮液と樹脂再生廃水を収集して処理しています。精製された水は、その後、各社の循環水および除塵スプレー システムに分配されます。この集中処理により、個々のプラントをアップグレードするコストが削減され、産業情報技術省の工業用水保全に関する 2025 年推奨技術ロードマップに含まれています。

(I) 低コスト、広範な再利用: 古いプラントのアップグレードを優先し、前処理への投資を最小限に抑える

1. 石炭ヤード、原料ヤード、および道路粉塵抑制スプレー: 水質インジケーターの最小限の要件。中和、均質化、大きな粒子状物質の除去のみが必要です。 -高塩分廃水の大規模な廃棄は、熱交換装置にスケールを与えるリスクなしに可能です。-

2. ボイラー排煙脱硫システムの補給水: 脱硫スラリー自体は高塩分および高シリカ水に耐性があるため、火力発電所や石炭化学プラントが濃縮廃水を消化して廃液を再生するための最適なチャネルとなります。-

3. 工場床の洗浄と緑地への灌漑: 基準を満たすために管理する必要があるのは、塩分と重金属の総含有量だけです。負荷が低く、操作とメンテナンスが簡単です。

(II) 高水準の精製水の再利用には、完全な軟化とシリカ除去の前処理が必要です。

1. 循環冷却水システムの補給水: これにより最高の節水効果が得られ、取水される真水の総量が大幅に削減されます。- GB/T 50050-2017「工業用循環冷却水処理の設計基準」によれば、冷却塔や熱交換器のスケールや腐食を防ぐために、硬度と総シリカレベルを厳密に管理する必要があります。

2. 雑水ステーションおよび純水ステーションの前処理段階での補給水: 前処理された低塩分浄水のみがリサイクル可能です。-未精製の濃縮水を直接再利用することは固く禁止されています。

3. 太陽光発電および化学ワークショップにおける生産冷却循環補給水: コロイダルシリカと懸濁物質の厳密な管理が必要です。フロックを遮断するために、フロントエンドに濾過ユニットを設置する必要があります。

解決策 1: 簡素化された段階的再利用 (既存のプラントの改修、予算が限られており、完全な再利用は追求しない場合)

プロセスフロー：RO濃縮槽＋樹脂再生排水分離回収槽→均質中和調整槽（酸・アルカリ排水を自動中和し、pH6～9の範囲に安定化）→凝固・軟化・除去（石灰と酸化マグネシウムを同時添加し、硬度・溶存シリカ・コロイダルシリカを同時に除去）→珪砂ろ過＋限外ろ過→清水再利用槽

分流ロジック: ろ過後の低塩分透明水は循環水と脱硫塔に供給されます。-少量の超高塩分汚泥濃縮物が蒸発と結晶化に送られます。-

適切なシナリオ: 火力発電所、炭鉱、従来の化学プラント。既存の水槽は改修でき、投資が少なく、日常の運用とメンテナンスが簡単です。

コア制御パラメーター: 軟化反応の pH は 10.1 ～ 10.3 で安定します。処理排水中の総シリカ量 10mg/L 以下、総硬度 50mg/L 以下で、循環水の長期安定運転基準を満たしています。-

ソリューション 2: 高-基準の完全再利用（排出ゼロ、結晶塩資源活用プロジェクト）

プロセス フロー: 1 つのプールに収集された 2 つの廃水の流れ → 大容量のマルチメディアの均質化および均一化タンク- → シリカ除去のための石灰-マグネシウム塩の軟化と沈降 → シリカの凝集塊を保持する統合管状膜ろ過 → 2 段階の DTRO 深濃縮 → 透過液を純水システムに戻す。-濃縮物はMVR蒸発と塩分離に送られます。

適切なシナリオ: 廃水排出量がほぼゼロであり、工業用塩の輸出基準を満たす結晶塩を必要とする、太陽光発電、半導体、新設の石炭化学工業団地。{0}}

主な利点: 管状膜はコロイダルシリカと硬度フロックを同時に保持し、流出液中の総シリカを 5 mg/L 以下に安定して制御し、下流での蒸発、結晶塩の黄変、および標準以下の純度を回避します。

1. 硬度やシリカを除去せずにpHを中和し、直接循環水と脱硫塔に戻す

再生水と RO 濃縮液は、シリカ濃度が高く、硬度が高くなります。 pHを調整するだけではスケールイオンを除去することはできません。 -長期間の運転により、熱交換器の管壁や脱硫塔の内壁に緻密なシリカスケールが形成され、これを従来の酸洗浄で除去するのは困難です。ダウンタイムのメンテナンスコストは前処理への投資をはるかに上回ります。

2. 混合水を分離せずにすべてROフロントエンドに戻す

塩とシリカは系内に無限に蓄積します。膜システムの稼働中約 3 か月ごとに差圧が 2 倍になるため、オフライン洗浄が頻繁に発生し、膜エレメントの交換コストが大幅に増加します。

3. シリカ除去のための前処理ではなく、スケール防止剤のみに依存する

スケール防止剤はシリカの沈殿を一時的に遅らせることしかできません。濃度比が3倍を超えると抑制効果がほとんどなくなります。水源の水中のシリカ含有量を減らすことはできません。これらは一時的にスケーリングを緩和するだけであり、問​​題を解決するものではありません。

4. 樹脂再生排水を緩衝均圧タンクなしで瞬時に集中排出します。

樹脂の再生には断続的な廃水の排出が伴います。 -短期的な酸/アルカリと塩分は前処理システムに衝撃を与え、試薬の投与量の不均衡やシリカと硬度の除去効率の大幅な変動を引き起こし、その結果排水品質が不安定になります。

5. 負荷を軽減するための段階的再利用を無視して、やみくもに全容量の蒸発システムを構築します。-

濃縮廃水と再生廃水をすべて蒸発装置に直接供給すると、電気代、試薬代、汚泥処理費が高額になります。ほとんどのプロジェクトでは、段階的に低コストで廃水の 60% ～ 70% を再利用できますが、蒸発処理が必要となる極めて高塩分濃度の廃水は少量だけです。-

すべてのパラメータは現在の国家標準および業界エンジニアリング仕様に準拠しており、現場で直接実装できます。-

1. 循環冷却水への再利用 (GB/T 50050-2017): 総ケイ素 20 mg/L 以下、総硬度 80 mg/L 以下 (CaCO₃ として計算)、TDS 3000 mg/L 以下。

2. 保管ヤードの脱硫スプレーおよび粉塵抑制に再利用: 総シリコン 50 mg/L 以下、厳格な硬度制限なし。

3. リサイクル純水ステーションの前処理フロントエンド: 総シリコン 5 mg/L 以下、懸濁物質 < 1 mg/L。

4. 定期的な監視要件: リサイクルされたきれいな水の総シリコン、総硬度、および導電率を毎日検査します。すべての水質パラメータについて、原料濃縮物と再生廃水の毎週のサンプリング。オンライン早期警報装置が設置されています。水質が基準を超えると蒸発システムに自動的に切り替わります。生産施設内で不適格な水を再利用することは禁止されています。

逆浸透濃縮水とイオン交換再生廃水は決して環境負荷ではなく、リサイクル価値のある再生水源です。火力発電、石炭化学、太陽光発電半導体、石炭鉱業、鉄鋼の5大産業は、政策的な節水評価と取水コストの両方によって制約を受けており、過去2年間で最も多くの濃縮再利用技術アップグレードプロジェクトが行われている。多くの公的実証プロジェクトにより、最適なアプローチが検証されています。つまり、水量の大部分を段階的かつ広範に再利用することを優先し、スケールのリスクを排除するための軟化およびシリカ除去の前処理と組み合わせ、蒸発および結晶化のために少量の超高塩分残留物を送るだけで、同時に環境コンプライアンス、運用および保守コストの削減、有害廃棄物の発生削減という三重のメリットを達成できます。-

-現場での実践では、2 つの中心原則を覚えておいてください。まず、安定した再利用操作の生命線は、シリカと硬度を早期に除去することです。単に pH を中和するだけでは、長期的なスケーリングのリスクが生じることになります。-第二に、可能な限り低い基準で再利用し、すべてを蒸発に送らないでください。発生源からの高コストの-パイプ末端処理-の量を削減することは、企業の利益と環境要件のバランスをとる最適なソリューションです。