火力発電所の水処理におけるPACの適用効果

1. 補給水の事前処理

自然水域には、泥、粘土、腐植などの懸濁物質やコロイド状不純物、細菌、真菌、藻類、ウイルスなどの微生物が含まれていることが多く、これらは水中で一定の安定性を持ち、水の濁り、色、臭いの主な原因となります。これらの過剰な有機物質はイオン交換器に入り込み、樹脂を汚染し、樹脂の交換容量を低下させ、脱塩システムの排水水質にも影響を与えます。凝集処理、沈殿清澄化、ろ過処理の主な目的は、これらの不純物を除去し、水中の懸濁物質の含有量を5mg/L未満に低減し、清澄水を得ることです。これを水の前処理と呼びます。前処理後、水中の溶解塩がイオン交換によって除去され、水中の溶解ガスが加熱、真空、または送風によって除去された場合にのみ、水はボイラー水として使用できます。これらの不純物が最初に除去されないと、後続の処理（脱塩）は実行できません。したがって、水の凝集処理は、水処理プロセスにおいて重要な段階である。

火力発電所の前処理工程は、原水→凝集→沈殿・清澄化→ろ過の順で行われます。凝集工程で一般的に使用される凝集剤は、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄などです。以下では、主にポリ塩化アルミニウムの用途について説明します。

ポリ塩化アルミニウム（PAC）は、アルミニウム灰またはアルミニウム鉱物を原料とし、高温かつ一定の圧力下でアルカリとアルミニウムの反応によって生成されるポリマーです。原料や製造プロセスが異なると、製品の仕様も異なります。PACの分子式は[Al2(OH)nCl6-n]mで、nは1から5までの任意の整数、mはクラスター10の整数です。PACは固体と液体の両方の形態で存在します。

2.凝固メカニズム

凝集剤が水中のコロイド粒子に及ぼす主な効果は、電気的中和、吸着架橋、掃引の3つです。これらの効果のうちどれが主な効果となるかは、凝集剤の種類と添加量、水中のコロイド粒子の性質と含有量、および水のpH値によって異なります。ポリ塩化アルミニウムの作用機序は硫酸アルミニウムの作用機序と類似しており、水中における硫酸アルミニウムの挙動は、Al3+が様々な加水分解生成物を生成する過程に関係しています。

ポリ塩化アルミニウムは、特定の条件下で塩化アルミニウムが加水分解および重合してAl(OH)3になる過程における様々な中間生成物とみなすことができる。また、Al3+の加水分解過程を経ることなく、様々なポリマー種およびAl(OH)a(s)の形で水中に直接存在する。

3. 適用と影響要因

1. 水温

水温は凝集処理効果に明らかな影響を与える。水温が低い場合、凝集剤の加水分解はより困難になり、特に水温が5℃未満の場合、加水分解速度は遅く、形成される凝集物は構造が緩く、含水率が高く、微粒子となる。水温が低いと、コロイド粒子の溶解が促進され、凝集時間が長くなり、沈降速度が遅くなる。研究によると、水温は25～30℃が最も適している。

2. 水のpH値

ポリ塩化アルミニウムの加水分解プロセスは、H+が連続的に放出されるプロセスです。そのため、pH条件が異なれば、生成される加水分解中間体も異なります。ポリ塩化アルミニウムの凝集処理に最適なpH値は一般的に6.5～7.5の間であり、この範囲で凝集効果が最も高くなります。

3. 凝固剤の投与量

凝集剤の添加量が不足すると、排水中の残留濁度が高くなります。添加量が多すぎると、水中のコロイド粒子が過剰な凝集剤を吸着するため、コロイド粒子の電荷特性が変化し、排水中の残留濁度が再び高くなります。凝集プロセスは単純な化学反応ではないため、必要な添加量は計算に基づいて決定するのではなく、具体的な水質に基づいて適切な添加量を決定する必要があります。水質が季節によって変化する場合は、添加量をそれに応じて調整する必要があります。

4. 接触媒体

凝集処理やその他の沈殿処理の過程において、水中に一定量の泥層が存在すると、凝集処理の効果が大幅に向上する。泥層は大きな表面積を提供し、吸着、触媒作用、結晶化核形成などを通じて凝集処理の効果を高める。

凝集沈殿は現在、水処理に広く用いられている方法です。ポリ塩化アルミニウム工業は、水処理用凝集剤として使用されており、凝集性能が良好で、凝集塊が大きく、使用量が少なく、効率が高く、沈殿が速く、適用範囲が広いなどの利点があります。従来の凝集剤と比較して使用量を1/3～1/2削減でき、コストを40%削減できます。バルブレスフィルターと活性炭フィルターの運転と組み合わせることで、原水の濁度が大幅に低減され、脱塩システムの排水水質が向上し、脱塩樹脂の交換容量も増加し、運転コストが削減されます。