プラスチックリサイクルにおけるプロセス水処理：負荷、ループ設計、および排出経路

プラスチックリサイクルにおけるプロセス水処理は、搬送、沈降分離から温水洗浄、すすぎに至るまで、洗浄ラインのすべての水ループを対象としています。処理ラインに何が含まれるかは、処理量よりも原料の産地によって大きく左右されます。産業廃棄物と消費者廃棄物のベールには異なる汚染物質が含まれているため、同じ装置シーケンスでもそれぞれ異なる性能を発揮します。スクリーニング、均質化、化学的清澄化、スラッジ脱水、および仕上げ処理は、共通の構成要素です。これらの処理の順序、および浮選の有無は、ポリマーの流れ、洗浄液の化学組成、および排出経路によって決まります。.

洗浄水がリサイクルラインで負荷を拾う場所

プラスチックリサイクルラインの洗浄水は段階的に負荷を回収し、各ループは材料が処理工程のどの位置にあるかによって異なる混合物を運びます。搬送水と前洗浄水は、ベールに混入していた砂、砂利、ガラス、石、緩い有機性残留物などの大部分を運びます。効果的なスクリーニングの下流にある沈降浮上タンクは通常、総固形物負荷は低くなりますが、密度分離によって放出されるラベル、微粒子、有機物は依然として蓄積されます。温水洗浄では、苛性物質、溶解性有機物、接着剤、ラベル繊維が運ばれます。すすぎ水は最もきれいな流れであり、前のループから送られてくるものに最も敏感です。.

温水洗浄水と搬送水は十分に離れているため、混合流入水は適さない。ClearFox洗浄水システムを開発したドイツのメーカー、PPU Umwelttechnik社は、プラスチックリサイクル工場向けのサンプルセットを公開している。同社の温水洗浄プロセス水は、CODが約14,000～15,000 mg/l、TSSが約6,000～8,000 mg/l、pHが13～14、温度が約90℃である。搬送水は、CODが約3,000～5,000 mg/l、TSSが約600～800 mg/l、温度が20～25℃である。これらはあるサプライヤーのサンプル値であり、設計基準ではないため、各現場の数値は自社のサンプルから取得する必要がある。単一の混合流入水は、どちらの流れにも適合しない。.

プラスチック微粉は、ほとんどの粒度測定で過小評価されている負荷です。プラスチックリサイクル協会（APR）は、2023年9月に発行したプラスチックリサイクル工程におけるマイクロプラスチックに関する報告書で、この微粉について取り上げています。報告書によると、粉砕工程では主に3～16mmのフレークが生成され、3mm未満のものは微粉として分類されます。リサイクル業者は、各工程でフィルターをかけて、内部洗浄水からこれらの微粉を取り除きます。同じ報告書では、最良の実施方法の中で、刃のメンテナンスを最優先事項として挙げています。特に微粉の発生を減らすために、グラインダーの刃を頻繁に研磨または交換する必要があります。.

APRの2つのポイントはどちらも水処理に関するものではありません。これらを合わせて読むと、グラインダーが上流工程で水処理に寄与していることがわかります。摩耗した刃はフレークを鋭利な刃が切断するのに対し、フレークを引き裂き、微粒子の割合が増加し、これらの微粒子は浮上分離され、浮上、スキミング、脱水、運搬が必要となる懸濁固形物となります。この連鎖はAPRの2つのポイントから導き出された工学的推論であり、測定された関係ではありません。また、その大きさは、使用されているポリマー、スクリーン、および刃の状態に基づいて決定する必要があります。プラントが最初に確認するのは、何が変わるかです。原料の変更なしに汚泥量が増加する場合は、再検討する理由となります。 プラスチック破砕機の設計, まず、ナイフのスケジュールから始め、プレスを拡大する前に。.

使用済みベールを湿式粉砕機に通すラインでは、原料変更後、最初のフィルターへの微粉の持ち込みが通常、最も早く再チェックが必要な部分です。.

クローズドループの主張と水中に残るもの

閉ループ式の洗浄水システムでは、処理済みの水が配管に戻されます。ろ過の細かさが溶解固形物まで届かないため、戻される水の量は洗浄液で溶解した物質の割合に比例します。スクリーン、浮選装置、フィルターは、懸濁物質や浮遊物質に作用します。溶解塩類はこれらの装置すべてを通過します。.

高温の苛性ソーダ洗浄は意図的にpHを上昇させるため、洗浄後の水は再利用または排出前にpHを下げなければならない。無機酸が中和作用を行うのに対し、酸と塩基が反応して塩が生成され、その塩は溶液中に残る。この過程を繰り返すことで、塩の添加が繰り返される。.

通常の排水方法は限られています。スラッジとともに排出される水、蒸発する水、フレークに付着した水、そして意図的なパージです。このパージがブローダウンです。食品接触面の清浄度を目標とするライン洗浄では、ブローダウンの量は洗浄液の化学組成と水の価格に大きく左右されます。より強力な苛性洗浄を指定すると、ブローダウン量が増え、同時に補充水の量も増えます。.

導電率は、イオン蓄積の最も安価な連続指標であり、ループが閉じていることを証明するものではありません。閉鎖とは水のバランスであり、補給水は蒸発量、フレークの持ち越し量、スラッジの水分量、ブローダウン、漏水の合計と等しくなければならず、すべての項目を測定する必要があります。循環速度はこのバランスの外にあり、見積もりの冒頭に循環速度が記載されている場合は覚えておく価値があります。補給水は独自のイオン負荷をこのバランスに持ち込むため、硬水または高TDS水源は、ブローダウンを開く必要が生じるまでの運転時間を短縮します。硬水地下水を使用するサイトでは、, 水処理設備 メイクアップラインにおける処理量は、同じ運転予算内でパージ量と直接競合します。また、蓄積するのはイオンだけではありません。溶解性COD、界面活性剤、色、接着剤の分解生成物、微細なコロイドなどが蓄積する一方で、導電率は正常範囲内に留まります。濁度、COD、そしてフレーク自体の清浄度は、同じログシートに記録する必要があります。.

再利用目標が供給業者の回収率に基づいて設定され、工場の生産ラインでバランスが測定されていない場合、ループは最初のシフトでは維持されるものの、その後、すすぎ後のフレークに膜が残り始める傾向があります。修正方法は、当初の水予算には含まれていなかったパージ率を設定することです。.

プラスチックリサイクルにおけるプロセス水処理：各段階とその失敗箇所

プラスチックリサイクル洗浄ラインの処理工程は、共通の構成要素に基づいており、どの構成要素が使用されるかは、ポリマーの流れ、洗浄化学、溶解負荷、および再利用と排出の目標によって異なります。浮選は一般的ですが、必須ではありません。一部のラインでは、代わりに凝集と沈降によって清澄化を行い、他のラインでは、流れを個別の処理に分離したり、浮選をその後の生物学的段階に実行したりします。APRは、北米のリサイクル業者の間で繰り返し行われているコアをpH調整、次に溶存空気浮選と説明しています。溶存空気浮選では、凝集剤が固形物を凝集させ、微細な気泡がそれらを浮上させてスキミングします。その後、遠心分離機またはフィルタープレスがスキミングを処理し、圧縮された液体は洗浄の最初に戻されます。このコアの周りには、それを保護する段階が配置されています。.

1. ふるい分けと砂利除去。. 粗いスクリーンや沈殿槽は、ポンプに到達する前に石、ガラス、砂などを取り除きます。これらが除去されないと、水質検査の数値に現れるずっと前に、インペラの摩耗として現れます。.
2. イコライゼーション。. バッファータンクは、使用済みベールから生じる固形物、油分、pHの毎時変動を平準化する。バッファータンクがない場合、凝集剤の投与量は既に通過した流れに対して常に適切となる。.
3. 凝集、凝結、浮選。. 化学反応によって微粒子、繊維、乳化油が凝集してフロックを形成し、気泡がそれを持ち上げます。添加量、空気対固形物比、水力負荷、スキミングの手順はそれぞれフロックを不安定にする可能性があり、ジャーテストによって特定の水質におけるそれらの影響度をランク付けすることができます。.
4. 汚泥の脱水。. スクリュープレス、フィルタープレス、または遠心分離機によって、水滴から水分が絞り出され、固形物が運搬される。この段階の処理能力によって、ループは静かに終了する。.
5. 磨き上げて再利用する。. フィルター、オイルスキマー、pH調整器によって、水はすすぎ工程で許容できる水質に戻されます。その目標水質を設定するのは、最も汚れた工程ではなく、最もきれいな工程です。.

リストにあるすべてのブロックは、固体として分離可能な物質に作用します。浮選とろ過は、懸濁物質と浮遊物質、およびそれらと共に凝集するCODの分画を除去しますが、溶解COD、界面活性剤、および低分子有機物は、どちらの方法でも大部分が残ります。APRは、受け入れ先の自治体施設がBODの削減を要求する場合、再生処理業者が生物学的段階を追加すると指摘しています。これは、BODを消費し、固形物を除去しないバクテリアのタンクです。高温洗浄によってひどく汚染された使用済み物質は、これが必要になる可能性が最も高いケースであり、そのような流れに対して浮選で止まる提案では、これをカバーしていません。.

温度は、データシートではめったに説明されない方法で、これら2つのブロックを結びつけています。高温の洗浄水はステージから高温で排出され、水へのガスの溶解度は温度の上昇とともに低下します。浮選ユニットは、加圧下で空気を溶液中に保持し、それを微細な気泡として放出することで機能します。そのため、流入水の温度が高いほど、一定の飽和圧力とリサイクル率において飽和器から排出される溶液中の空気の量が少なくなります。これが除去率の低下として現れるかどうかは、ユニットの設計、空気対固形物比、および凝集の反応によって異なります。いずれにせよ、均質化タンクはここで2つ目の役割を担います。1つは通常、流量の緩衝が目的ですが、熱の緩衝は浮選が受ける温度を決定します。特定のタンクがどれだけ効果的に熱を緩衝できるかは、容量、混合比、滞留時間、およびタンクが覆われているかどうかによって決まるため、実際のタンクの熱収支を計算する価値があります。.

処理済み洗浄水の排出経路

処理済み洗浄水の排出経路によって、どの規制枠組みがプラントの受入基準を定めるかが決まり、どの枠組みが適用されるかは管轄区域と、水が下水道に到達するか水域に到達するかによって異なります。APRの報告書によると、北米の再生水処理施設のうち、最終排出水はすべて下水道に送られ、開放水域に直接排出されるものはないとのことです。この調査結果は、ある地域と1つのサンプルプラントについて述べたものです。他の地域では、プラントは再利用専用のループを運用したり、廃水を敷地外に搬出したり、直接排出許可を取得したりしている場合があります。.

米国の公共下水道に排水する工場の場合、申請する排出制限スケジュールは、2つの連邦法規によって決定されます。国家汚染物質排出削減システム（NPDES）は、米国の水域への点源排出を許可しています。この排水は、代わりに40 CFR Part 403の一般前処理規則の対象となり、公共下水道への非家庭用排出者を対象とし、工場が地方自治体の許可を取得しているかどうかにかかわらず、その全国的な禁止事項が適用されます。変更されるのは、この排水を規制する法規であり、工場の許可ファイル全体ではありません。工場の許可ファイルには、地方の産業用使用者許可や雨水に対するNPDESの適用範囲が含まれている場合があります。.

第403条の禁止事項の1つは、苛性ソーダ処理に必要な90℃程度の高温で稼働する温水洗浄ラインに直接関係しています。処理施設の生物活動を阻害する量の熱を排出してはならず、いかなる場合も、承認なしに処理施設の温度が40℃（104°F）を超えることは許されません。この基準は処理施設で定められており、リサイクル施設の排水口で定められているわけではないため、高温スラッグが基準を満たしているとは限りません。下水道管理当局は、施設の排水地点に適用される制限値を設定しており、その値はより低く設定されている場合があり、また、別途熱衝撃を禁止している場合もあります。.

地域の制限値は管轄機関と受入施設の容量によって異なるため、各敷地に適用される数値はその敷地の下水道管理機関から提供されます。排出経路を確認し、制限スケジュールを入手してから、それに基づいてサイズを決定してください。再利用ループと排出ループは、それぞれ異なる目標に対応する必要があります。.

最初に確認すべき洗浄水変数

プラスチックリサイクル水ループの形状は、設備選定に先立って、原料の産地と排水経路という2つの変数によって決まります。この2つは後から変更できないため、最優先事項となります。フィルターの追加、原料投入量の調整、プレス機の大型化は可能ですが、原料供給契約と下水道接続は別の場所で締結され、下流におけるあらゆる数値はそこから導き出されます。.

原料の産地によって汚染物質の種類が決まり、種類によって特定の列車がそもそも適用できるかどうかが決まります。成形工場からの産業廃棄物には粉塵や離型剤が付着しており、消費者使用済みの硬質ベールには食品残渣、接着剤、そして容器に以前入っていたあらゆるものが付着しています。農業用フィルムの場合、大量の土壌が混入するため、砂利散布工程は形式的な作業から現場で最大の土木工事へと変わります。処理量によってタンクのサイズが変わり、産地によってどのタンクが存在するかが決まります。.

排出経路は列車が満たすべき受け入れ基準を定め、受け入れ機関がそれを決定します。その決定が下される前に規模を決定すると、誤った目標に向かってしまうことになります。.

最初の行は売却に反対する主張であり、明確に述べるべきである。既知の成形業者から排出される、清潔で分別された産業廃棄物は、洗浄ラインや水ループを必要とせず、乾式サイズ縮小と直接再処理に適していることが多い。 プラスチック造粒機, 金属探知機による検査と乾燥処理は、汚染、ポリマーの種類、製品要件、および熱履歴が事前に確認されていることを前提として、この問題をカバーします。水処理は、機械的分離では除去できない汚染が発生した場合にその投資に見合う価値を発揮し、材料が清浄度で不合格となるか、それとも他の理由で不合格となるかが真の評価基準となります。.

この記事で明らかにされていないのは、浮上分離装置のサイズや、それを稼働させる薬剤投与プログラムです。どちらも、プラント自身の排水の実験室分析に基づいて記述されており、そのサンプルが採取される前に提示された数値は仮のものです。.

水循環を始める場所

プラスチックリサイクルにおける工程水処理は、工場が1週間以内に把握できる2つの情報、すなわち原料の実際の種類と処理水の排出先によって決まります。浮選量からプレス機の機種に至るまで、見積書に記載されるその他の要素はすべて、この2つの情報に基づいて算出されます。浮選工程を過ぎて列車がどれだけの距離を走行する必要があるかは、到着時にどれだけの量が溶解した状態で到着するかによって決まります。.

サンプルからではなく機器リストからループが外れた場合、その失敗はめったに劇的なものではありません。システムは規定の除去率を満たしていても、フレークの清浄度は基準を満たしません。なぜなら、その除去率は誰も測定していない流入水に対して設定されているからです。IPGでは、同じループのもう一方の端を扱っています。サイズ縮小の見積もりを出す前に確認するのは、ラインが生成するフレークと微粒子のプロファイルです。なぜなら、そのプロファイルが水システムが受け継ぐものだからです。.

水処理の見積もりを依頼する前に、以下の情報をご準備ください。各項目によって見積金額が変わります。.

1. 原料の産地と等級、および通常の月における価格変動幅。.
2. 処理能力は、1時間あたりと1日あたりのシフト数で表されます。これは、処理サイクルが日々の作業量に連動するためです。.
3. 洗浄構成：洗浄段階数、温水洗浄の有無、温水洗浄の場合の苛性ソーダ濃度範囲。.
4. 最も汚れた洗浄段階、すすぎ、および温水洗浄排水からの水サンプル。.
5. 排水経路、および下水道管理局の排出制限スケジュールを文書で示すこと。.
6. 汚泥の処分方法、現場で利用可能な運搬頻度、および1トンあたりの費用。.
7. 設置可能なスペース（屋内または屋外）、およびループをコンテナ化する必要があるかどうか。.
8. 既存の粉砕装置、スクリーンサイズ、およびブレードの間隔。.
9. 補給水の供給源と価格。.

最後の2つの項目は私たちが解決すべきものであり、ループが構築される前に解決する方がコストがかかりません。 産業機器メーカー リサイクルラインの粉砕工程とペレット化工程を分析することで、特定の原料、スクリーン、ブレード構成が水処理システムにどのような微粉をもたらすかを把握できます。残りの項目については、処理工程の見積もりを担当する業者にお任せします。.

よくあるご質問

沈殿槽だけで十分でしょうか、それともラインに浮上装置が必要でしょうか？

沈殿と浮上は同じ洗浄水から異なる成分を除去するため、実際のサンプルでベンチテストを行い、ラインに必要な処理方法を決定します。砂利、ガラス、砂はピットに沈殿します。繊維、微粒子、乳化油、洗剤の残留物はほとんど沈殿せず、それらを循環させるループによって再沈殿し続けます。一方の容器を沈殿させ、もう一方を浮上させ、上澄液の可溶性CODを測定して、どちらの方法も負荷のどの程度まで除去できるかを確認します。微粒子の少ない消費前処理材料のラインは、沈殿とろ過で停止することがあります。消費後処理ラインでは、停止することはほとんどありません。.

プラスチックリサイクル工場は、本当に排水ゼロで操業できるのだろうか？

特定の構成では、液体排出ゼロを達成できますが、汚染物質負荷は別の場所に移動します。懸濁物質はスラッジとして排出されますが、溶解塩類と難分解性有機物は排出されません。パージを除去すると、これらは濃縮液に送られ、そこから蒸発または結晶化され、スケール生成、エネルギー消費、固形廃棄物処理といった問題が発生します。高水再利用、クローズドループ、真の液体排出ゼロは、ベンダーがしばしば同義語として用いる3つの異なる取り組みです。塩分バランス、濃縮液量とそのエネルギー消費量、回収固形物の処分方法を監査してください。.

水道設備の改修後、洗浄済みのフレーク状の餌が以前よりも汚れているのはなぜですか？

アップグレード後の再沈着は、通常、ループの配管方法に起因します。すすぎ工程が、前洗浄戻り水またはプレスろ液も受け入れるタンクから取水する場合、すすぎ水は、前の工程で除去された負荷を含む水中で剥離します。汚水側ループと清浄側ループを分離し、最終接触に精製水を使用することで、大型フィルターを使用するよりも再沈着を効果的に解消できます。診断には、スラッジプレスからのろ液を含むすべての戻りラインを示す水収支図が必要です。.

汚泥処理が制約要因となるのはどのような場合か？

処理スケジュールがラインの稼働時間を決定するようになると、スラッジが制約要因となる。計算は容赦がない。湿ったケーキのトン数は、除去された乾燥固形分をケーキの固形分率で割ったものであるため、同じ乾燥負荷でも、プレス機が30％ではなく20％のケーキを排出する場合、トラックで運搬される重量の1.5倍になる。警告の兆候は早く現れる。プレス機間のスキミング物の保持時間が長くなる、脱水作業が2交代制に突入する、貯蔵庫が1週間を通して空にならないなどだ。老朽化した設備よりも、原料の変更の方が頻繁に問題を引き起こす。なぜなら、汚れたベールは処理トン当たりの除去固形分が増加する一方で、プレス機の処理能力は変わらないからだ。.