CN102372330A - 排水处理方法和排水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排水的排水处理方法以及排水处理装置，其对至少含有水性涂料的排水进行加热，而使所述排水中的含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分，且将所蒸发的所述水的至少一部分热能利用于对所述排水的加热，并回收所蒸发的所述水而送回到所述排水中。由此，能够实现在处理中所需要的能量的效率化，并防止涂料成分向配管等的附着和沉降、以及由于发泡而导致的排水从水槽的溢出、环境恶化，而且，能够抑制由于药品使用而导致的水中的盐浓度的增加，且能够实现低成本化。

Description

排水处理方法和排水处理装置
技术领域
本发明涉及一种至少含有水性涂料的排水的排水处理方法以及排水处理装置的技术。
背景技术
近年来，从减少挥发性有机化合物(VOC)的观点出发，从以挥发性有机溶剂为溶剂的溶剂涂料向以水为溶剂的水性涂料进行转换的动向正在扩大。水性涂料一般由水、树脂(涂膜主要成分，成为涂膜)、有机溶剂(使树脂溶解、分散的物质)、颜料(用于着色的物质)、表面活性剂、消泡剂、防冻剂、防流挂剂、防锈剂等构成。上述有机溶剂一般由醇类、酯类、酮类、醚醇类、脂肪族烃类、芳香族烃类等构成。其中，醇类、酯类、酮类、醚醇类一般是亲水性的，而脂肪族烃类、芳香族烃类一般是憎水性的。
在使用了涂料的涂布工序中，各种涂料通过喷涂等涂布在被涂布物上。但是，喷涂在被涂布物上的水性涂料的涂布效率未必是完全的。例如，因为向汽车车身的涂布效率为60％左右，所以剩余的40％未被有效地使用。因此，为了在涂布容器等中收集未被涂布的过剩涂料，通常由清洗水收集、除去。而且，清洗水被循环使用。
水性涂料由于其性质而不易与水不分离，因此以溶解在被循环使用的清洗水中的状态积累，从而产生以下的问题。
(a)由于发泡而导致的排水从水槽的溢出、环境恶化
(b)BOD(Biochemical Oxygen Demand：生化需氧量)成分腐烂，而产生腐臭
(c)涂料成分向水槽、配管等的附着、沉降
(d)由于高浓度COD(Chemical Oxygen Demand：化学需氧量)、高浓度BOD，因而放水处理较困难
为了解决这些问题，以往实施了药品处理、或通过蒸发干燥固化的处理(例如，参照日本特开平11-672号公报、日本特开2009-220047号公报)。
在先技术文献
专利文献1：日本特开平11-672号公报
专利文献2：日本特开2009-220047号公报
发明内容
但是，在药品处理的处理方法中，因为药品的必要添加量根据涂料的种类、量而变化，所以难以实施稳定的处理。另外，由于回收的药品处理水的水中的盐浓度增大，所以促进腐蚀，且发泡成分的去除较困难，从而污泥产生量也变大。另外，在通过蒸发干燥固化的处理方法中，在处理中使用大量的能量这一点上存在问题。
本发明的目的在于，提供一种能够实现在处理中所需要的能量的效率化，以及稳定的处理，并抑制水中的盐浓度的增加的排水处理方法以及排水处理装置。
(1)本发明为至少含有水性涂料的排水的排水处理方法，其加热所述排水，而使所述排水中的含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分，且将所蒸发的所述水的至少一部分热能利用于所述排水的加热，并回收所蒸发的所述水而送回至上述排水中。
(2)另外，在上述(1)的排水处理方法中，优选为，对所述排水中的高沸点成分进行蒸发干燥固化。
(3)另外，在上述(1)或(2)的排水处理方法中，优选为，将所述排水的加热温度设定在80～95℃的范围内。
(4)另外，本发明为至少含有水性涂料的排水的排水处理装置，并具备：蒸发浓缩单元，其加热所述排水，而使所述排水中的含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分；热回收利用单元，其将所蒸发的所述水的至少一部分热能利用于所述蒸发浓缩单元对所述排水的加热；送回单元，其回收所蒸发的所述水而送回至所述排水中。
(5)另外，在上述(4)的排水处理装置中，优选为，具备热交换器，其使被导入至所述蒸发浓缩单元中之前的所述排水、与通过所述送回单元而被送回至所述排水中之前的所蒸发的所述水进行热交换。
根据本发明，能够实现在处理中所需要的能量的效率化，并防止涂料成分向配管等的附着以及沉降、和由于发泡而导致的排水从水槽的溢出、环境恶化，而且，能够抑制由于药品使用而导致的水中的盐浓度的增加，且能够实施低成本的处理。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式所涉及的排水处理装置的结构的一个示例的模式图。
图2为表示本发明的其它实施方式所涉及的排水处理装置的结构的一示例的模式图。
图3为表示比较例中的排水处理装置的结构的模式图。
符号说明
1、2排水处理装置；10、42水性涂料排水槽；12蒸发浓缩机；12a  蒸发罐；14浓缩水槽；16压缩机；18热交换器；20、48排水泵；22浓缩水泵24真空泵；26、46排水流入管；28浓缩水循环管；30浓缩水排出管；32蒸发水供给管；34蒸发水送回管；36排气管；37辅助蒸汽管；38间接加热部；40蒸发水排出管；44蒸发干燥固化装置。
具体实施方式
以卜，对本发明的实施方式进行说明。本实施方式是实施本发明的一个示例，本发明不被限定于本实施方式。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的排水处理装置的结构的一个示例的模式图。图1所示的排水处理装置1具备：水性涂料排水槽10、蒸发浓缩机12(蒸发浓缩单元)、浓缩水槽14、压缩机16和蒸发水供给管32(热回收利用单元)、热交换器18、排水泵20、浓缩水泵22、真空泵24、排水流入管26、浓缩水循环管28、浓缩水排出管30、蒸发水送回管34(送回单元)、排气管36、辅助蒸汽管37。
本实施方式中使用的蒸发浓缩机12只要具有能够通过间接的加热而使排水中含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分的结构，则没有特别的限制。作为具体的蒸发浓缩机的结构，至少具备：作为实施蒸发的场所的蒸发部；在热源与被加热体之间，通过传热板或传热管等的传热体而间接地实施热交换的间接加热部。图1所示的蒸发浓缩机12具备：蒸发罐12a(蒸发部)、间接加热部38、辅助蒸汽管37、辅助蒸汽供给源。被设置于蒸发浓缩机12的蒸发罐12a内的间接加热部38，例如，如日本特开2004-237136号公报、特开2008-188514号公报记载的这样，由多根传热管构成，且该各个传热管以成为水平横向的方式而设置。并且，在各个传热管的一端设置有入口联管箱，而在另一端设置有出口联管箱，并且，通过加热蒸汽从传热管内侧穿过，从而加热了传热管外侧的被加热液。另外，本实施方式中的蒸发浓缩机12并不一定被限制为上述结构，例如，也可以如日本特开2009-090228号公报记载的这样，具备蒸发罐和作为被设置于该蒸发罐外部的热交换器的间接加热部。该热交换器具有：蒸汽导入口、冷凝水出口、水平横向的多根传热管。并且，在被加热液体通过传热管内部的期间，从蒸汽导入口导入的蒸汽从传热管的外部对被加热液进行加热。另外，如日本特开平5-84401号公报记载的这样，间接加热部也可以为由中空板状的加热元件等构成的中空结构以取代上述传热管。这种中空结构的间接加热部只要能够在中空结构的内侧和外侧进行热交换，则对其形状没有特别的限制。
在这里，本实施方式中的低沸点成分是指，在使之蒸发的压力和温度条件下，和水共同蒸发的成分。另外，高沸点成分是指，在使之蒸发的压力和温度条件下，不和水共同蒸发的成分。例如，在大气压中的沸点为171～172℃的作为水性涂料溶剂的乙二醇单丁醚(通称为丁基溶纤剂)，因为在90℃、0.07MPa的条件下和水共同蒸发，所以是低沸点成分。
在水性涂料排水槽10中存留有至少含有水性涂料的排水。排水流入管26的一端与该水性涂料排水槽10连接，而另一端经由排水泵20和热交换器18而与蒸发罐12a连接。浓缩水循环管28的一端与蒸发罐12a的下方连接，而另一端经由浓缩水泵22而与蒸发罐12a的上方连接。另外，浓缩水排出管30的一端与浓缩水循环管28连接，而另一端与浓缩水槽14连接。另外，蒸发水供给管32的一端与蒸发罐12a的上方连接，而另一端经由压缩机16而与间接加热部38(入口侧：例如入口联管箱)连接。另外，蒸发水送回管34的一端与间接加热部38(出口侧：例如出口联管箱)连接，而另一端经由热交换器18而与水性涂料排水槽10连接。另外，排气管36的一端与热交换器18和蒸发罐12a之间的蒸发水送回管34连接，而另一端经由真空泵24而向大气开放。另外，辅助蒸汽管37的一端与蒸发水供给管32连接，而另一端与辅助蒸汽供给源(未图示)连接。
接下来，对本实施方式所涉及的排水处理装置1的动作进行说明。
含有水性涂料的排水被存留在水性涂料排水槽10中。水性涂料一般由水、树脂(涂膜主要成分、成为涂膜)、有机溶剂(使树脂溶解、分散的物质)、颜料(用于着色的物质)、表面活性剂、消泡剂、防冻剂、防流挂剂、防锈剂等构成。上述有机溶剂一般由醇类、酯类、酮类、醚醇类、脂肪族烃类、芳香族烃类等构成。其中，醇类、酯类、酮类、醚醇类一般是亲水性的，脂肪族烃类、芳香族烃类一般是憎水性的。作为水性涂料的低沸点成分，主要可以列举有机溶剂等。另外，作为水性涂料的高沸点成分，主要可以列举树脂、颜料、表面活性剂、消泡剂等。另外，在包含水性涂料的排水中，也可以含有溶剂涂料、清洗液等。
被存留在水性涂料排水槽10中的、含有水性涂料的排水(以下，有时简称为排水)，通过排水泵20而经由排水流入管26被导入至热交换器18中。而且，排水通过热交换器18而与从蒸发浓缩机12的蒸发罐12a排出的蒸汽(所蒸发的含有低沸点成分的水分)进行热交换。在这里，由于所蒸发的水分的温度高于排水，因此排水被预热。被预热的排水经由排水流入管26而被供给至蒸发浓缩机12的蒸发罐12a中。如本实施方式所述，优选为，在排水处理装置1上设置热交换器18，所述热交换器18使被导入至蒸发浓缩机12的蒸发罐12a中之前的排水、与通过蒸发水送回管34而被送回到排水中之前的所蒸发的水进行热交换。由此，能够使导入至蒸发浓缩机12的蒸发罐12a中的排水被预先加热。
被供给至蒸发浓缩机12的蒸发罐12a中的排水，通过来自设置在蒸发浓缩机12的蒸发罐12a内的间接加热部38的热量而被间接地加热。在运行初期，由辅助蒸汽供给源产生的蒸汽从辅助蒸汽管37供给至间接加热部38(例如，各个传热管)。由此，间接加热部38被加热，从而通过来自被加热的间接加热部38的热量而间接地加热排水。在这里，由于蒸发罐12a的内部通过真空泵24而被减压，所以排水中的水和低沸点成分(以下，有时记载为含有低沸点的水)，在与饱和蒸汽压相等的较低的温度下蒸发。另一方面，排水中的高沸点成分被浓缩，而作为含有高沸点成分的浓缩水被存留在底部。另外，含有高沸点成分的浓缩水通过浓缩水泵22而从蒸发浓缩机12的蒸发罐12a中被排出，并经由浓缩水循环管28，而从蒸发罐12a的上部被散布在蒸发罐12a内的间接加热部38(例如，各个传热管的外侧面)上。由此，因为所散布的排水(也包含浓缩水)通过间接加热部38内部的蒸汽而变成高温，所以能够在间接加热部38的表面有效地使排水中的低沸点成分蒸发。
通过蒸发浓缩机12而蒸发的、含有低沸点成分的水(水蒸气)，经由蒸发水供给管32而被供给至压缩机16。压缩机16以及蒸发水供给管32作为将所蒸发的水的热能，向被设置于蒸发浓缩机12的蒸发罐12a内的间接加热部38(例如，各传热管)供给的热回收利用单元而发挥功能。具体而言，所蒸发的含有低沸点成分的水(水蒸气)，通过压缩机16而被压缩并升温，且经由蒸发水供给管32而供给至间接加热部38(例如，各个传热管)。由此，间接加热部38被加热，且通过来自被加热的间接加热部38的热量而间接地加热存留在蒸发罐12a底部的排水。另外，只要通过由压缩机16而被压缩并升温的蒸发水能够充分地加热排水，则也可以停止辅助蒸汽的供给。
由此，通过回收利用所蒸发的水的热能，能够有效利用能量，从而能够实现在排水处理中所需要的能量的效率化。在本实施方式中，只要是具有将所蒸发的水的至少一部分热能供给至被设置于蒸发罐12a内的间接加热部38的功能的结构，则并不一定限定于压缩机16和蒸发水供给管32的结构。例如，也可以使用喷射器等以取代压缩机16。另外，在本实施方式中所使用的压缩机16只要也具有上述功能，则不会特别限定于该结构。
通过了间接加热部38(例如，各个传热管)的、含有低沸点成分的水(从气体到液体)从蒸发水送回管34被导入至热交换器18中。而且，通过热交换器18使含有低沸点成分的水(液体)与被导入至蒸发罐12中之前的含有水性涂料的排水进行热交换。在这里，由于含有水性涂料的排水的温度低于含有低沸点成分的水，因此含有低沸点成分的水被冷却。被冷却的含有低沸点成分的水从热交换器18经由蒸发水送回管34而被送回至水性涂料排水槽10中。在被送回至水性涂料排水槽10的低沸点成分中含有如下成分，即，具有生物处理阻碍性，并溶解水性涂料的成分。因此，如上文所述，通过将低沸点成分送回(供给)至排水中，从而能够抑制由于腐烂而导致的恶臭、以及涂料向水性涂料排水槽10的壁面以及各个管等的附着等。虽然在本实施方式中，作为回收所蒸发的水并送回至排水中的送回单元，仅以蒸发水送回管34的结构作为示例，但并不限定于此。例如，也可以采用将泵等设置在蒸发水送回管34上的结构等。另外，虽然在本实施方式中，以蒸发水送回管34被连接在水性涂料排水槽10上的结构作为示例，但也可以是连接在排水流入管26上的结构等。
另外，经由浓缩水循环管28的、含有高沸点成分的浓缩水的一部分，经由浓缩水排出管30而被存留在浓缩水槽14中。从能够将装置制成为无排水系统的观点出发，存留在浓缩水槽14中的浓缩水(含有高沸点成分)，优选通过干燥机等的蒸发干燥固化装置而被蒸发干燥固化。
通过实施此种排水处理，从而能够实现在处理中所需要的能量的效率化，并防止涂料成分向配管等的附着以及沉降、和由于发泡而导致的排水从水槽的溢出、环境恶化，而且，能够抑制由于药品使用而导致的水中的盐浓度的增加，且能够以低成本实施处理。
虽然在本实施方式中，通过真空泵24来使蒸发罐12a的内部减压，但蒸发罐12a只需能够加热排水而使含有低沸点成分的水蒸发即可。因此，并不一定需要通过真空泵24对蒸发罐12a的内部进行减压。而且，在本实施方式中，从有效地使低沸点成分蒸发的观点出发，优选通过浓缩水泵22等使浓缩水循环。但是，并不一定需要使浓缩水循环。
虽然蒸发罐12a内部对排水的加热温度是根据排水中的低沸点成分、高沸点成分等的种类而适当地进行设定的，但是从对加热排水时产生的发泡进行抑制的观点出发，优选为设定在60～100℃的范围内，更优选为设定在80～95℃的范围内。
在本实施方式中，在排水处理装置1初始运行时或压缩机16的能力较低时等，有时会无法充分地进行压缩机16对热量的回收利用，从而排水的加热变得不充分，而无法有效地实施对低沸点成分和高沸点成分的分离。因此，优选为，在排水处理装置1初始运行时或压缩机16的能力较低时等，将由辅助蒸汽供给源产生的辅助蒸汽从辅助蒸汽管37供给至蒸发罐12a内的间接加热部38，从而利用于对排水的加热。例如，可以将小型锅炉等作为辅助蒸汽供给源，从而利用由小型锅炉产生的辅助蒸汽，也可以在工厂内，废蒸汽多余的情况下等，将产生该废蒸汽的设备作为辅助蒸汽供给源，从而利用由该设备产生的蒸汽。
图2是表示本发明的其它实施方式所涉及的排水处理装置的结构的一个示例的模式图。在图2所示的排水处理装置2中，对与图1所示的排水处理装置1的结构相同的结构标记相同的符号，并省略其说明。图2所示的排水处理装置2具备蒸发水排出管40。
蒸发水排出管40的一端连接于蒸发水送回管34上，而另一端连接于浓缩水排出管30上。在本实施方式中，为了制成为更稳定的无排水系统，优选使一部分蒸发水从蒸发水排出管40经由浓缩水排出管30而存留在浓缩水槽14中，此后，使之和浓缩水共同干燥固化。另外，在本实施方式中，由于只需使一部分蒸发水蒸发干燥固化即可，因此例如，可以使蒸发水排出管40直接连接在脱水机、干燥机等蒸发干燥固化装置上，也可以使之连接在浓缩水槽14上，并通过蒸发干燥固化装置而使蒸发水与浓缩水共同蒸发干燥固化。
实施例
以下，列举实施例和比较例，从而更加具体且详细地对本发明进行说明，但本发明并不限定于以下的实施例。
在实施例中，使用图1所示的排水处理装置，并以以下的表1中的条件进行了试验。
[表1]
  蒸发温度   90℃
  蒸发压力(绝对压力)   0.07MPa
  间接加热温度   100℃
  浓缩倍率   10倍
  排水中的水性涂料浓度   2.5％
  水性涂料供给量   0.25kg/h
  排水供给量   10kg/h
  蒸发量(蒸发水送回量)   9kg/h
  浓缩水量   1kg/h
  补充水量   1kg/h
实施例中的排水处理装置运行1个月后的结果为，即使向水性涂料排水槽中持续添加含有水性涂料的排水，水量和热量的平衡也较良好，从而能够稳定地运行装置。另外，通过对从蒸发罐排出的浓缩水的水量进行控制，从而能够稳定浓缩倍率。实施例中的浓缩倍率，相对于排水能够浓缩为10倍。
另外，在实施例中，蒸发水的水量也几乎不发生变化，从而实施了稳定的运行。由此，推测出在10倍浓缩的浓缩水中不会出现传热效率的下降。另外，当测定蒸发水的导电率时，其稳定在10～40μS/cm。由此确认了如下情况，即，在实施例中，抑制了蒸发浓缩机的蒸发罐内的排水的发泡，从而防止了浓缩水向蒸发水的混入。
另外，从实施例的排水处理装置的运行开始起经过1个月，未发生水性涂料排水槽中的涂料的附着、腐烂等问题。由此，推测出在送回至水性涂料水槽中的低沸点成分中含有如下成分，即，具有生物处理阻碍性、涂膜溶解性等的成分。而且，对从实施例中的排水处理装置得到的浓缩水实施了蒸发干燥固化处理，而能够顺利地使之干燥固化。
另外，在以表1的条件进行了试验之后，对温度条件的影响进行了确认。在以表1的条件进行了试验之后，将蒸发温度设为60℃，并将蒸发压力设为0.02MPa，且将加热蒸汽温度设为70℃。其结果为，在蒸发罐内剧烈地产生发泡，而导致所蒸发的含有低沸点成分的水被污染，从而降低了低沸点成分和高沸点成分的分离效率。另外，在以表1的条件进行了试验之后，将蒸发温度设为98℃，并将蒸发压力设为0.09MPa，且将加热蒸汽温度设为110℃。其结果为，在24小时的运行中，蒸发水量从9kg/h下降到了8kg/h。通常，涂料温度越高，树脂越容易固化，而越容易成为污垢。从该情况可知，在蒸发温度为60℃的低温时，将剧烈地产生发泡，在蒸发温度为98℃的高温时，将由于污垢而导致传热效率下降，而在蒸发温度为90℃时，不会产生发泡、污垢的问题。
图3为表示比较例中的排水处理装置的结构的模式图。图3所示的比较例中的排水处理装置具备：水性涂料排水槽42、蒸发干燥固化装置44、排水流入管46、排水泵48。排水流入管46的一端与该水性涂料排水槽42连接，而另一端经由排水泵48而与蒸发干燥固化装置44连接。
在水性涂料排水槽42中存留有至少含有水性涂料的排水，另外，为了调接浓度而供给有补充水。通过排水泵48而将排水从排水流入管46供给至蒸发干燥固化装置44中，从而使排水蒸发干燥固化。蒸发干燥固化装置44使用了，能够使水与低沸点成分蒸发，并升温至能够固化高沸点成分的温度的装置。在蒸发干燥固化装置44中，将排水向高温的板(热源)上吹附而进行干燥，并从蒸发干燥固化装置44排出所蒸发的气体，且从板上刮取出固化物(沉淀物)。关于比较例中的排水处理装置的其它运行条件，在以下的表2中表示。
[表2]
  蒸发温度   100℃
  蒸发压力(绝对压力)   0.1MPa
  排水中的水性涂料浓度   2.5％
  水性涂料供给量   0.25kg/h
  排水供给量   10kg/h
  蒸发量   9.95kg/h
  沉淀物排出量   0.05kg/h
  补充水量   10kg/h
比较例中的排水处理装置，因为仅从蒸发干燥固化装置向大气中放出所蒸发的气体，而不送回至水性涂料排水槽，所以在水性涂料排水槽内，含有如下成分的低沸点成分的浓度不会增加，即，具有生物处理阻碍性、涂膜溶解性的成分。其结果为，在开始比较例中的排水处理装置的运行时，将观察到由于腐烂而产生的恶臭、以及水性涂料向水性涂料排水槽内的壁面与排水流入管内的附着。

Claims (6)

1.一种排水处理方法，其为至少含有水性涂料的排水的排水处理方法，其特征在于，
加热所述排水，而使所述排水中的含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分，且将所蒸发的所述水的至少一部分热能利用于所述排水的加热，并回收所蒸发的所述水而送回至所述排水中。
2.如权利要求1所述的排水处理方法，其特征在于，
对所述排水中的高沸点成分进行蒸发干燥固化。
3.如权利要求1所述的排水处理方法，其特征在于，
将所述排水的加热温度设定在80～95℃的范围内。
4.如权利要求2所述的排水处理方法，其特征在于，
将所述排水的加热温度设定在80～95℃的范围内。
5.一种排水处理装置，其为至少含有水性涂料的排水的排水处理装置，其特征在于，具备：
蒸发浓缩单元，其加热所述排水，而使所述排水中的含有低沸点成分的水蒸发，从而浓缩高沸点成分；
热回收利用单元，其将所蒸发的所述水的至少一部分热能利用于所述蒸发浓缩单元对所述排水的加热；
送回单元，其回收所蒸发的所述水而送回至所述排水中。
6.如权利要求5所述的排水处理装置，其特征在于，
具备热交换器，其使被导入至所述蒸发浓缩单元中之前的所述排水、与通过所述送回单元而被送回至所述排水中之前的所蒸发的所述水进行热交换。
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