簡単に答えると： ゼロ液体排出とは、敷地外に排水が一切出ないことを意味する。水は回収されて再利用され、溶存塩類は固体として排出される。通常の処理系列は、前処理、膜が許容する限りブラインを濃縮する逆浸透、それを最後まで濃縮する蒸発、そして結晶スラリーを乾燥ケーキに変えるフィルタープレスまたは遠心分離機である。ROは安価な仕事を担い、蒸発は高価な仕事を担い、ケーキこそが実際に運び出さなければならないものである。
ZLDとは実際に何なのか
従来のプラントは、排水が放流できるほどきれいになるまで処理する。ZLDプラントは、放流するものが何も残らなくなるまで処理する。すべてのリットルは、回収水としてプロセスに戻るか、水蒸気として出ていくかのどちらかであり、そこに溶けていたものすべて——塩類、金属、硬度成分——は固体として残る。
規制が通常の推進要因である。米国では、2024年の補足蒸気電力規則により、石炭火力発電所における排煙脱硫廃水、ボトムアッシュ輸送水、燃焼残渣浸出水に対して汚染物質のゼロ排出制限が設けられた。その他の地域では、受水域がこれ以上塩分を受け入れられなくなった繊維、皮革、製薬、化学工業団地においてZLDが義務付けられている。あるいは、淡水が乏しく、回収水が処理コスト以上の価値を持つ場合に自発的に選択される。
標準的な列車、段階的に
1. 前処理：膜を保護する
ROをスケーリングさせたり汚染したりするものは、まず除去しなければならない。つまり、懸濁物質、油分、有機物、そしてブラインが濃縮されるにつれて析出する硬度分とシリカである。石灰とソーダ灰による化学的軟化が一般的であり、これ自体がスラッジを生成し、それは脱水処理される チャンバーフィルタープレス 最終的な塩と並んで。この段階を省略するプラントは、膜洗浄と蒸発器の停止という形でその代償を払う。
2. 逆浸透：安価な部分
ROは圧力を用いてブラインから水を除去し、圧力は熱よりもはるかに安価である。問題は浸透圧であり、これは塩分濃度とともに上昇する。標準的な海水用エレメントは約80バールまで対応しており、総溶解固形物がおよそ70～80 g/Lを超えると、ブラインの浸透圧がその限界に近づき、回収が停止する。したがって、ROは通常、供給水に応じて水の50～75%を回収し、数十グラム毎リットルの濃縮液を引き渡す。高圧ROおよび多段設計はこれをさらに押し進める。それらが残す濃縮液の量が、下流のすべての規模とコストを決定づける。
3. 蒸発：コストのかかる部分
残ったブラインは煮沸される。1立方メートルの水を蒸発させるには約2,260 MJの潜熱が必要で、これを全く回収しない場合、約630 kWhの熱エネルギーに相当する。ブライン濃縮装置はその大部分を回収する。機械的蒸気再圧縮は蒸気を圧縮し、その熱を再利用してより多くのブラインを煮沸するため、電力需要は生の潜熱のほんの一部で済む。それでもなお、蒸発は1立方メートルあたりROよりも数倍コストがかかる。だからこそ、ROが最初に処理できる1リットルごとに価値があるのだ。
ブライン濃縮装置は、まだポンプ輸送可能なスラリーの状態で停止する。通常は主要な塩の飽和点か、そのわずか下である。晶析装置または太陽池が仕上げを行う。水がフラッシュ蒸発し、塩が結晶化する。
4. 固形物の脱水：現場から搬出される部分
晶析装置は飽和母液中に塩結晶のスラリーを生成し、通常20～40%の固形分を含みます。廃棄前に脱水する必要があり、母液は晶析装置に戻さなければならず、排水してはなりません。装置を決定する3つのポイントは次のとおりです。
- 腐食。 高温の飽和塩化物および硫酸塩ブラインは炭素鋼や多くのステンレス鋼種を侵す。ポリプロピレン製の板と布は影響を受けないため、フィルタープレスがここで一般的である理由の一つとなっている。湿潤金属部品は二相ステンレスまたはライニングを指定する。
- 混合塩。 工業用ZLDで単一のきれいな塩が得られることはほとんどない。ケーキは塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、カルシウム塩とマグネシウム塩、そして供給原料に含まれていた微量金属の混合物である。通常は有害廃棄物または規制対象廃棄物に分類され、重量で処分されるため、ケーキの乾燥度が重要になる。
- ケーキウォッシング。 塩を非危険物として販売または埋立処分する場合、ケーキに閉じ込められた母液が不純物を運ぶ。フィルタープレスでは、ケーキをブロー乾燥して排出する前にその場で洗浄することができるが、遠心分離機ではそれができない。
A メンブレンフィルタープレス 結晶スラリーを、良好に形成された結晶では通常80～90%の固形分となるケーキにし、圧搾段階がサイクルを短縮する。対照的に、第1段階からの軟化汚泥は、他の金属水酸化物汚泥と同様に挙動し、チャンバープレスで30～40%まで脱水される。
水がどこへ行き、コストがどこへ行くのか
| ステージ | 何を削除するのか | m³あたりの相対コスト | 副産物 |
|---|---|---|---|
| 前処理 | 固形分、油分、硬度、シリカ | 低 | 軟化汚泥（フィルタープレス） |
| 逆浸透 | 50～75%の水を透過液として | 低から中程度 | 蒸発器に濃縮する |
| ブラインブ濃縮装置 | 残りの水のほとんど | 高い | 飽和食塩水 |
| 晶析装置 | 水の最後 | 1立方メートルあたりの最高値 | クリスタルスラリー |
| 脱水 | 結晶からの母液 | 低 | 廃棄または販売用のソルトケーキ |
その表が示す教訓は単純だ。最も安い立方メートルは、蒸発器に決して到達しない水である。より良い前処理によってROはより高い回収率で運転でき、RO回収率が高まれば蒸発器、晶析装置、エネルギーコストがそろって縮小する。
最小限の液体排出：正直な代替案
ZLDを求める多くのプラントは、実際には最小限の液体排出を必要としている。少量の濃縮ブラインを認可された蒸発池、深井戸、ブラインライン、または第三者処理業者に送ることができれば、フローシートから晶析装置が消え、それに伴い資本とエネルギーの大部分も削減される。ROとブライン濃縮装置の組み合わせ、または高回収設計のRO単独で、真のゼロ排出の何分の一かのコストで90～98%の水回収率に達する。ゼロを設計する前に、規制当局に許可が実際に何を要求しているかを確認せよ。
ZLD提案のために何を送るべきか
完全な水質分析（TDS、塩化物、硫酸塩、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、シリカ、COD、油分）、日流量、必要な再利用水質、利用可能なエネルギー（蒸気、電力、それぞれの価格）、固形物の処分経路。これらから、RO回収率、蒸発器負荷、1日あたりの乾燥塩生産量、軟化汚泥と塩ケーキの両方の脱水設備を見積もることができます。
関連： 産業用RO水浄化システム, 重金属廃水処理, 廃水処理施設が生成する汚泥の量はどれくらいですか、そして 産業廃水処理設備.
よくある質問
ゼロ液体排出とはどういう意味ですか？
敷地外に液体排水は出ない。水は再利用のために回収されるか蒸発し、溶存固形物はすべて固形ケーキとして除去される。この用語は技術的であると同時に規制的でもある。特定の機械を指すのではなく、許可条件を表している。
ZLDプラントでは、なぜ蒸発器の前にROが使用されるのですか？
圧力で水を除去する方が、熱で除去するよりもはるかに安価だからです。ROはまず水の50～75%を除去するので、蒸発器と晶析装置は元の流量の一部に対応するサイズで済みます。ROだけではこの作業を完了できません。塩分濃度が高くなるにつれて浸透圧が上昇し、膜が耐えられる限界を超えてしまうからです。
ZLDにおけるRO回収率を制限する要因は何ですか？
浸透圧とスケーリング。標準的な膜はおよそ80バールまで対応するとされており、これはTDS約70～80 g/Lで到達する。また、硫酸カルシウムやシリカのような難溶性塩は、前処理で除去されない限り、それよりはるかに早い段階で膜上に析出する。
ZLDソルトケーキは危険廃棄物ですか？
多くの場合、それは供給原料からの微量金属と有機物を運ぶ塩の混合物であるためです。分類は地域の規則と水中の成分に依存します。フィルタープレスでケーキを洗浄すると、ケーキが運ぶ母液が減少し、分類が変わる可能性があります。
ミニマル液体排出とは何ですか？
水の90～98%を回収し、少量の濃縮ブラインを晶析させることなく承認された放流先へ送る設計。これは立方メートル当たりで最も高コストな段階である晶析装置を回避するもので、最初にZLDを求める多くのサイトにとって適切な解答となる。
ZLD固形物にはどの脱水装置が使用されますか？
晶漿用のフィルタープレスと遠心分離機、軟化汚泥用のフィルタープレス。フィルタープレスは、ブラインが腐食性である場合、ケーキを洗浄する必要がある場合、または廃棄重量を削減するために最高のケーキ固形分が必要な場合に好まれる。
水質分析、流量、エネルギーコストをお送りください。そうすれば、回収段階を設計し、汚泥と塩の両方に適した脱水設備のサイズを決定します。 ZLDフローシートとサイジングを依頼する.
参照： 米国EPA — 蒸気発電施設排水ガイドライン、2024年最終規則, US EPA — 2024年蒸気発電最終規則ファクトシート.
この記事は、私たちのガイドの一部です。 廃水汚泥の脱水.