正浸透技術、石炭化学工業の廃水ゼロ排出を実現する強力な手段

Thread Content

正渗透技術、石炭化学工業の廃水ゼロ排出を実現する強力な手段　著者/出典：中国化工報　日付：2015年12月23日　クリック数：11　陽煤集団の清徐化学新素材産業園の関連施設や移転プロジェクトである、ボイラー補水用の濃縮塩水処理装置および1号蒸発結晶処理装置のBOTプロジェクトが、ついに本格的に着工されました。このプロジェクトの主な工程は、原水の一時貯留—軟化—管式微濾過—二次軟化—逆浸透による濃縮—正浸透MBCによる濃縮—蒸発結晶です。これにより、正浸透ゼロ排出技術が初めて石炭化学プロセスの水処理分野に導入された。 河北黄骅初の正浸透技術による海水濃縮パイロットプラント。 　　陽煤化工の新素材製造に伴う廃水のゼロ排出プロジェクトは、環境保護省によって承認されたゼロ排出プロジェクトであり、将来的に他の石炭化学企業が参考にできるもので、その示範的意義は非常に大きい。では、企業はなぜ正浸透技術を採用するのでしょうか？正浸透技術とは何か？疑問を抱き、筆者は現地調査を行った。 　　石炭化学工業における汚水のゼロ排出処理は急務である。関係する専門家によると、石炭化学工業を発展させることは、中国のエネルギー戦略の転換において避けられない道であり、これは我が国のエネルギー資源の状況やエネルギー革命という大きな背景によって決定されているのだ。我が国の石炭資源と水資源は逆の分布を示しており、黄河中上流に位置する山西省、陝西省、寧夏省、内モンゴル自治区を例にとると、ここにある石炭資源は全国の総量の67％を占めている。石炭資源が豊富であるため、ここ数年でこれらの省では多くの石炭化学プロジェクトが計画されているが、一方で水資源は全国の水資源のわずか3.85％に過ぎない。また、石炭化学工業の生産過程では大量の塩分を含む廃水が発生するが、一般的な汚水処理工程では塩分は分解されない。現在、黄河流域の塩分濃度はすでに生態学的な警戒ラインに近づいており、もし厳格な規制を行わず、ゼロ排出を目標としなければ、これらの地域で石炭化学プロジェクトが進展するにつれて環境問題は一層深刻化し、黄河流域の生態系の管理はより困難になるだろう。 アメリカのOasys社によるペルミアン盆地でのシェールガスプロジェクトは、オムニポーラス膜技術を世界で初めて適用したものです。 　　“現在、最も汚染されやすいのは表層の地下水であり、地表水の汚染が一般的であるため、自然と表層の地下水の汚染も広く見られます。北部では、地下水の過剰なくみ上げが深刻で、広範囲にわたって地下水が漏れ出しています。地下水の水位が周辺地域よりも明らかに低いため、ファネル状の領域が形成され、圧力の影響で周辺の地表水がこの領域に流れ込み、その結果地下水がより容易に汚染される。また、飲料水の水源が受ける汚染は、従来の水処理技術では除去が難しい。”公共環境研究センターの主任、馬軍は述べた。 　　このため、近年、産業経済と水資源及び環境の調和のとれた発展を促進するため、**関連部門は多くの政策や法規を制定してきました。 　　2005年、**発展改革委員会と科学技術部が水利部、建設部、農業部と共同で策定・発表した「中国の水資源節約政策の概要」では、まず廃水の再利用やゼロ排出技術の発展が提言された。企業による排出廃水（汚水）の処理後の再利用を奨励・支援し、循環冷却水システムでの処理後の再利用技術の積極的な普及を図る。水不足で環境保護の要求が厳しい地域では、企業に廃水ゼロ排出技術の導入を奨励する。2006年頃、**発展改革委員会が現代石炭化学工業の実証プロジェクトを承認する前提条件は、企業がゼロ排出を約束しなければならないことであり、そうでなければプロジェクトの環境影響評価の承認は得られにくかった。 陽煤集団清徐化学新素材園区の付帯工事および移転再建プロジェクト――ボイラー補水用濃塩水濃縮処理装置および1#蒸発結晶処理装置のBOTプロジェクト着工式。 　　環境保護政策や基準が日々厳格になる中、数年前に西部地域で石炭化学プロジェクトを立ち上げた企業は、立地選定や事業認可の段階で度々障害に直面し、窮地に陥っている。今年に入って、江蘇省の蘇新能源社による40億立方メートル規模の石炭からの天然ガス製造プロジェクト、伊犁新天による20億立方メートル規模の石炭からのガス製造プロジェクト、山西省の潞安による石炭からの石油製造プロジェクトの環境影響評価報告書が相次いで環境保護省によって却下され、業界に衝撃を与えている。環境影響評価が却下された理由の多くは、石炭からのガス製造における環境保護上の長年の課題である水資源の利用や廃水処理に関するものである。すべての問題は一点に集約される——ゼロ排出が実現できるかどうかだ。 　　“2008年、**品質監督検査検疫総局が発行したGB/T21534-2008「工業用水節水用語」では、ゼロ排出とは、企業や事業単位の生産用水システムにおいて工業廃水が一切外部に排出されない状態と定義されている。つまり、ゼロ排出とは、工業廃水を固体や濃縮液の形にして処理することであり、廃水の形で自然水域に排出しないことを意味します。現在、国内の廃水ゼロ排出プロジェクトは、一般的に投資額が大きく、コストも高い。”中国水利協会の脱塩分科会の秘書長である郭有智は、国内で最初に建設されたものの、まだ実際に廃水のゼロ排出を実現していない神華集団有限責任会社の石炭から石油を製造するプロジェクトを例に挙げ、環境対策に13.4億元が投じられ、これはプロジェクトの総投資額の10％に相当すると述べた。試験運転期間中の有機廃水1トンあたりの処理コストは5元を超え、塩分を含む廃水1トンあたりの処理コストは38元を超えていた。 　　正浸透技術は多くの分野で実用化が進んでおり、すでに事例がある。「石炭化学工業の廃水処理における従来の技術には、投資額が巨額であり、運用コストが高く、システムの稼働が不安定であるといった欠点がある。」正浸透技術とは、現在のゼロ排出分野の状況に基づき開発された、画期的な新技術です。” コレック環境資源技術（北京）有限会社の技術ディレクター、李素青氏によると、正浸透技術とは自然界の浸透現象を利用したもので、化学重合によって作られた半透膜を通じて、水分子が浸透圧差を利用して塩分濃度の低い液体から高い液体へと自然に拡散する仕組みだ。分離のための駆動力として、外部から高圧ポンプなどの装置を使用する必要はない。また、この技術は膜の汚染が比較的少なく、透過膜を洗浄することなく長時間運転させることができるため、投資費用および運転コストを大幅に削減することが可能となる。 華能長興ウォータール正浸透装置。 　　報道によると、米国のOasys社が米国ペルミアン盆地で行っているシェールガスプロジェクトは、世界で初めて正浸透膜技術が採用された事例である。この技術は石油化学産業から出る高塩分廃水を処理し、ゼロ排出を実現しており、処理後の水質は飲料水の基準に達する。2013年、北京沃特尔水技術株式会社はアメリカのOasys Waterに出資し、正浸透膜処理技術を国内に導入しました。これを同社が保有する石灰凝集沈殿技術と組み合わせることで、高CODや高塩分含有の工業廃水に対するゼロ排出ソリューションを確立しました。 　　それ以来、国内の高塩分廃水のゼロ排出には2つの技術ルートがある。1つは石灰軟化＋正浸透膜濃縮＋結晶乾燥である；もう一つは、石灰軟化＋蒸発＋結晶乾燥です。これら2つの技術ルートは、現在我が国の石炭火力発電所でいずれも実証プロジェクトがあり、華能長興発電所では正浸透＋結晶技術が、広東のある発電所では従来の蒸発＋結晶工程が採用されている。 　　“これら2つの技術アプローチの最大の違いは、従来の蒸発結晶法がエネルギー消費量が多いのに対し、正浸透膜濃縮法は比較的低いエネルギー消費量で済む点です。”李素青によると、蒸発結晶法とは、蒸発器を用いて廃水の塩分濃度を約15％まで濃縮し、その高濃度の塩水を結晶化・乾燥させて固体塩に変換して処分する方法だという。エバポレーターは廃水を相変化させて水蒸気にし、凝縮させて水を回収するものであり、この過程で廃水を気化させるために大量の蒸気を吸収する必要がある。全体として廃水は100％相変化し、多大なエネルギーを消費する。例えば、広東のある発電所のゼロ排出モデルプロジェクトでこの技術を導入した場合、処理コストは廃水1トンあたり180元にも上る。正浸透膜濃縮プロセスでは、水分子が抽出液中に取り込まれることで、大量の蒸気や電力を使用することなく廃水の塩分濃度を約25％まで高めることができる。抽出液の気液分離による廃水相の変化量は比較的少なく、廃水量のわずか1/3に過ぎない。これにより、結晶器での処理水量が減少するとともに、エネルギー消費も低減される。例えば、華能長興発電所がこの技術を導入した場合の運用コストは、廃水1トンあたり45元です。 　　また、正浸透膜による濃縮は耐衝撃性の負荷が大きく、操作やメンテナンスが簡単です。蒸発結晶工程はすべて蒸気加熱を用い、停止する前には冷却循環が必要であり、起動する前には大量の蒸気で予熱が必要となるため、起動・停止の全過程での操作は複雑である；一方、正浸透膜濃縮プロセスは、廃水の塩分濃度に応じて自動的に濃縮倍率を調整し、結晶の塩分濃度を一定に保つことができる。また、起動・停止に複雑な操作手順は不要で、ワンキーでの起動・停止が可能である。 　　華能長興発電所の技術責任者、邵国華によると、華能発電所の22立方メートル/時の排煙脱硫廃水ゼロ排出システムでは、正浸透膜処理技術を導入することで、毎時18トンの脱硫塩水を3～4トンまで濃縮することができる。廃水は100％再利用され、廃水中の汚染物質はすべて結晶やスラッジの形で分離される。また、運転中は蒸気、薬剤、電力の消費量が**削減されます。例えば、1トンの廃水を処理する際のエネルギー消費量は、従来の蒸発結晶法の20～40キロワット時から10キロワット時に削減され、運転コストも30％低減する。同社は年間18万トンの高品質な淡水を回収でき、販売可能な工業用塩約2000トンを生産し、社会的利益、環境保護の利益、経済的利益の3つを同時に実現している。 　　また、正浸透技術は海水淡水化分野においてもその潜在的な応用価値を示している。現在、河北省黄骅市に建設された世界初の正浸透技術を用いた海水濃縮パイロットプラントが稼働を開始しており、海水淡水化および総合利用に関する研究室の研究活動に、信頼性の高い運転データを提供している。 　　調査によると、正浸透技術により海水淡水化の生産率は、現行技術の40％から85％まで向上し、同時に濃縮塩水中のブロム、マグネシウム、カリウムの濃度も上がる。これによりこれらの資源の抽出・利用が容易になり、海水淡水化の運用コストを大幅に削減できる。また、高塩分の海水による環境汚染も軽減され、エネルギー消費量は現行の水処理技術の70％に過ぎない。 　　石炭化学産業におけるゼロ排出のモデルプロジェクトの創造　こうした成功した事例を踏まえ、陽煤集団の石炭化学新素材園区の汚水処理プロジェクトでは正浸透技術が採用されることになったのです。 　　陽煤化工新材料園区の汚水処理プロジェクト建設を担当するアジピン酸事業部の総工程師、李楷氏によると、陽煤化工新材料園区のボイラー補給水用濃塩水処理装置の設計上の流入水量は毎時50立方メートルで、流出水量は毎時5立方メートルまで濃縮されることが求められている；出水の水質要件としてTDSは2.4×105ppm以上でなければならず、再利用水は**「都市汚水再生利用工業用水水質」GB/T19923-2005**に定められた、開放型循環冷却水の補給水として使用される再生水の水質基準を満たすものでなければならない。新素材ゼロ排出プロジェクトは、環境保護省に対し、石炭化学工業のゼロ排出を実現する模範的なプロジェクトを建設すると約束した。環境保護省は、完成して稼働を開始した後、石炭化学業界の関係者を招いてここで現地会議を開く予定であるため、同社はゼロ排出技術の選定に特に高い要求をしている。 　　“正浸透ゼロ排出技術は、現在世界で最も先進的な技術の一つであり、TDSが5×10^4ppm以上という高濃度の塩水を2.4×10^5ppm以上まで濃縮処理できる、現在世界で唯一の技術でもある。これが、私たちが正浸透技術に期待を寄せている重要な理由です。二つ目の理由は、業界における正浸透技術への認知です。Oasys Water（北京沃特水技术股份有限公司がアメリカで出資している企業）は、『Global Water Intelligence』誌が授与する「2014年度最優秀水処理技術企業賞」を受賞しました’；ペルミアン盆地プロジェクトは、革新的な逆浸透膜濃縮（MBC）技術により「2014年世界最優秀エンジニアリング賞」を受賞’；2014年、この技術は中国石油化学工業連合会によって石炭化学産業における環境保護のための重要な技術として評価されました；北京沃特尔水技術株式会社の廃水の石灰凝集沈殿および逆浸透濃縮処理によるゼロ排出技術が、北京市の新技術・新製品（サービス）認定を受けました……第三に、業界における実績です。国内で既に稼働している華能長興発電所の脱硫廃水ゼロ排出プロジェクト、現在設計中の神華王曲発電所の脱硫廃水ゼロ排出プロジェクト、そしてアメリカでのいくつかの成功事例。当社は、オムニポーラス透過技術を積極的に導入しました。これは、同じ技術が石炭化学工業の廃水ゼロ排出においても奇跡を起こし、石炭化学工業のゼロ排出モデルプロジェクトを創出できると信じているからです。”李楷は述べた。 　　“正浸透技術は、現在ますます成熟しつつある前処理および予濃縮技術を活用することで、既存の蒸発結晶ゼロ排出技術を向上させ、蒸発器に依存せずに石炭化学工業廃水の再利用と高倍率濃縮を実現した。これにより投資費用および運転コストが大幅に削減され、市場の発展要求にも応えている。さらに、同社は正浸透ゼロ排出ラボおよび研究開発センターを活用し、石炭化学企業向けにオーダーメイドのゼロ排出技術ソリューションを提供できる。その後、スケールアップ試験やパイロット試験を経て実際の生産に導入することで、技術導入に伴うリスクを大幅に低減することができる。現在、国内の石炭化学業界などでは、すでに数十社が正浸透技術に強い関心を示しており、同社のEPC、BT、BOT、PPPといった多様な事業モデルも、正浸透技術が急速に普及する上で重要な要因となるでしょう。”コレック環境資源技術（北京）有限公司の総経理、高飛義はこう述べた。 　　北京沃特尔水技術株式会社のシニアマーケティングオフィサーであるヤン・ハーホンは、自信に満ちて次のように語った。「現在、浸透圧技術は非常に注目されており、今後もさらに注目されるでしょう。」それは**環境保護政策の発展要求に適応し、石炭化学工業などの業界における廃水の削減、資源化、およびゼロ排出といったニーズを満たしているからです。