JP2001300513A - 揮発性有機化合物の回収における排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】吸着を利用して揮発性有機化合物を分離・回収
する際に発生する、揮発性有機化合物を含有している排
水の効率的かつ経済的な排水の処理方法を提供する。ま
た、排水中に残る揮発性化合物の濃度を低減し、後処理
の負担を軽減する。 【構成】吸着剤から水蒸気により脱着する揮発性有機化
合物の回収方法において、脱着蒸気を冷却後、揮発性有
機化合物相と水相とを分離し、分離された水を、ガス逆
流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔の
上部から塔内に導入し、該塔の下部からパージ用水蒸気
を導入し、水とパージ用水蒸気とをガス相を連続相とし
た状態で向流接触させて揮発性有機化合物を放散させ、
得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、前記
の脱着蒸気の冷却工程に戻すことを特徴とする排水の処
理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着を利用して揮
発性有機化合物を分離する際に発生する当該揮発性有機
化合物を含有している排水の処理方法に関するものであ
り、各種の工場等で発生する揮発性有機化合物を含む排
ガス、排水等から、吸着剤を用いて目的とする揮発性有
機化合物を分離あるいは回収する際の排水の処理に適用
できる。本発明は、被処理排水中の揮発性有機化合物の
放散処理を効率的に行うことができ、処理後の排水中に
残存する揮発性有機化合物を低減できる環境に配慮した
技術である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大気汚染防止や資源の有効利
用の観点から、ベンゼン、トルエン、ジクロロメタン
（塩化メチレン）、クロロホルム等の揮発性有機化合物
を含む排ガスから、それらの揮発性有機化合物を分離・
回収することが行われている。例えば、各種プラスチッ
ク製品、合成繊維、半導体の製造工程や磁気テープ工業
等の各種操作に伴って発生する排ガス中に含まれる有機
溶剤等の揮発性有機化合物を回収する活性炭吸着法で
は、活性炭を充填した複数の吸着槽を設け、吸着と脱着
を交互に繰り返す固定床式溶剤回収装置、あるいは塔頂
より活性炭を降下させて塔底より送り込まれる原ガスに
よりこの活性炭を流動させつつ溶剤等の吸着を行わせ、
塔下段で得られる吸着済の活性炭を、別途設けられた脱
着器において脱着を行わせる流動層式溶剤回収装置が知
られている。これらの装置の吸着工程は大気圧下で行わ
れ、脱着工程は水蒸気を使用して大気圧または減圧下で
行われることが多い。

【０００３】これらの吸着方法のうち、大気圧脱着を行
う固定床式吸着装置を例にして、その具体的操作につい
て図４を基に説明する。有機溶剤を含む原ガス２１は、
吸着槽２０内に設置されている複数の吸着槽のいずれか
の吸着槽に送り込まれ、原ガス中の溶剤が活性炭層に吸
着され、浄化された排ガスは大気中に放出される。例え
ば吸着槽が２槽の場合、一方の吸着槽において吸着操作
が行われているとすると、他方の吸着槽は吸着を終了
し、切替弁によって吸着操作から脱着操作に切替えら
れ、水蒸気２２が吹き込まれて吸着されていた溶剤は脱
着されて水蒸気と共にガス状で排出される。この混合蒸
気（脱着蒸気）は冷却器２３に導かれ冷却によって凝縮
される。この凝縮液の水と回収溶剤は、相互に不溶であ
ればデカンター２４において比重差により溶剤相と水相
に分離し、水は排水２５として排出され、溶剤は回収溶
剤２６として回収される。尚、デカンター２４における
上・下相への分離は、両者の比重差によって定まるもの
であり、上・下相の関係は固定的なものではない。ま
た、両者が相互に一部または全部が溶け合う場合には、
適宜蒸留塔へ送られ、さらに水と溶剤の分離が行われ
る。これらの処理により、排水中に残る溶剤が十分除去
されればそのまま排出されるが、これまでは排水をさら
に希釈してから排出したり、放散処理、活性汚泥処理等
の後処理を行ってから排出されることが多かった。

【０００４】ベンゼン、トルエン、ジクロロメタン、ト
リハロメタン等の揮発性有機化合物を含む排ガス、排水
等から、活性炭等の吸着剤を用いて目的とする揮発性有
機化合物を分離した後、前述のごとく、水蒸気により吸
着された揮発性有機化合物を脱着し、脱着された揮発性
有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有機化
合物相と水相とに比重分離し、揮発性有機化合物相を取
出して回収することが行われている。この場合に一方の
水相には、その溶解度に相当する少量の揮発性有機化合
物が溶存しているため、これを所定濃度以下にして排出
することが必要である。このため、揮発性有機化合物を
含む排水から、さらに揮発性有機化合物を低減させるた
めに、放散処理を施すことが行われるが、このような系
の場合、従来型の放散塔では大過剰のパージガスを用い
ることになり、その結果、パージガス中の揮発性有機化
合物濃度が低くなり、これの回収を図るためには効率が
低下する。例えば、水蒸気を用いて排水中の揮発性有機
化合物を放散し、これを凝縮しても凝縮液中での揮発性
有機化合物濃度が低いために、目的とする物質の分離の
ためにはさらに濃縮操作が必要となったり、また、空気
放散の場合には活性炭等によるさらなる吸着操作が必要
となる。あるいは、放散ガスを焼却等により処理しよう
としても、過剰のガスを熱分解温度まで加熱することが
必要になるため、エネルギー的に非効率な処理になって
しまう等の問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、揮発性有機
化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着され
た揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収
方法において、発生する揮発性有機化合物を含有してい
る排水から、揮発性有機化合物を分離・回収するための
効率的かつ経済的な排水の処理方法を提供するものであ
る。また、本発明は、排水中に含有されている揮発性化
合物の濃度が低い場合にも、効率よく放散させて、前記
の揮発性化合物を回収することが可能な方法であると共
に、排水中に残る揮発性化合物の濃度を十分に低減し、
そのまま排出することも可能とすることを意図したもの
であり、少なくとも活性汚泥処理等の後処理における負
担の軽減を目指したものである。本発明では、蒸留塔を
用いることなく、設備的には、簡便なものとすることを
別の目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、揮発性有機化
合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された
揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収方
法において、脱着された揮発性有機化合物を含む脱着蒸
気を冷却した後、揮発性有機化合物相と水相とに比重分
離し、分離された前記水相の水を、ガス逆流防止板で仕
切られた充填層を二つ以上設けた充填塔の上部から塔内
に導入し、該充填塔の下部からパージ用水蒸気を導入
し、水とパージ用水蒸気とをガス相を連続相とした状態
で向流接触させることにより、水中の揮発性有機化合物
を放散させ、揮発性有機化合物が除去された水を塔底か
ら取出し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有し
た放散蒸気を、前記の脱着蒸気の冷却工程に戻すことを
特徴とする揮発性有機化合物の回収における排水の処理
方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明における排水の処理では、
被処理排水の液量に比べてガス量が極めて少ない系とな
るために、普通の充填塔をそのまま使用したのでは期待
するような性能とはなり得ない。これは、被処理排水の
液量に比べてガス量が極めて小さい場合には、ガスの逆
混合が起こり、向流操作が実現しないためである。すな
わち、充填塔においては、充填物の間を排水が流れ落ち
る際にガスを同伴するが、一般の気液接触操作では、ガ
ス量が大きいためにこの効果は無視できる程度である。
しかし、液量に比べてガス量が極めて少ない場合には、
被処理排水を大液量で流すとガスが下向きに流れる逆混
合が生じて、ガスの上下方向での混合が生じ、塔内でパ
ージガス濃度の均一化が起こり、ガス側の向流操作が実
質的に不充分になると共に、排水側からの揮発性有機化
合物の除去が不完全な状態となる。

【０００８】本発明では前記課題の解決を図るために、
充填塔内に設置する充填層をガス逆流防止板で仕切り、
逆混合を防止しつつ、揮発性有機化合物を含む排水とパ
ージ用水蒸気とを、ガス相を連続相とした状態で向流接
触させることで、揮発性化合物の放散が少量のパージ用
水蒸気で効率的に行えるようにし、揮発性有機化合物が
除去された水を塔底から取出し、塔頂から得られる揮発
性有機化合物を含有した放散蒸気を、脱着蒸気の冷却工
程に戻すようにしたものである。

【０００９】被処理排水とパージ用水蒸気とを向流接触
させる際に、ガス相が連続相となる状態とは、充填塔内
を流下する被処理排水が充填層を通過する際に、充填物
の表面で液膜状になって通過し、上昇してくるパージ用
水蒸気が連続相となっていることを指している。このよ
うな状態で気液接触が行われることにより、木発明の被
処理排水とパージ用水蒸気との接触を効率的に行うこと
ができる。

【００１０】本発明の処理方法によれば、被処理排水中
に含まれている揮発性有機化合物の高度の濃縮を行うこ
とができる。すなわち、揮発性が高くヘンリー定数が大
きい場合には、液ガス比（Ｌ／Ｇ）を大きくして処理す
ることになるので、操作温度を水の沸点付近にし、パー
ジ用ガスとして水蒸気を用いて放散させると、使用する
パージ用水蒸気の度用量が少なくてすむので、揮発性有
機化合物の高倍率な濃縮を行うことが可能となる。この
ため、パージ用の水蒸気が被処理排水と接触して凝縮す
ることを避けると共に、放散を効率的に行うため、被処
理排水を加温したり、熱交換器を通して可能なかぎり排
水の温度を高めておくことが望ましい。

【００１１】本発明では、被処理排水中の揮発性有機化
合物を水蒸気により放散し、充填塔の塔頂から得られる
揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、脱着蒸気の冷
却工程に戻すようにしているため、揮発性有機化合物の
回収量を増大することができる。そして、一般的に揮発
性有機化合物の水への溶解性があまり大きくはないこと
と、本発明の処理では、高濃度の濃縮が可能なことによ
り、処理後の排水に残存する揮発性有機化合物を非常に
低減することができる。その結果、処理後の排水はその
まま排出することが可能となり、少なくとも活性汚泥処
理等の後処理における負担を軽減できる。

【００１２】本発明について図面を基に詳細に説明す
る。図１は、本発明の処理を行うための設備の一例であ
り、全体的な構成を示す説明図である。吸着槽２０から
冷却器２３を経てデカンター２４により、揮発性有機化
合物相と水相に分離し、水は排水２５として排出し、揮
発性有機化合物２６を分離・回収することは、図４の場
合と基本的には同様であるため、同じ符号を付してあ
る。尚、図４におけるデカンター２４においては、揮発
性有機化合物相と水相とは比重差により、上下に分離す
る。分離された前記水相の水（排水）２５を、充填塔２
７の上部から塔内に導入し、該充填塔の下部からパージ
用水蒸気２８を導入し、水とパージ用水蒸気とを向流接
触させ、水中の揮発性有機化合物を放散させ、揮発性有
機化合物が除去された処理済排水２９を塔底から取出
し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散
蒸気３０は、脱着蒸気の冷却工程に戻される。その際に
処理済排水２９の保有する熱エネルギーを回収し、有効
利用するために、熱交換器を設けて充填塔２７へ導入す
る排水２５を加熱昇温することが望ましい。

【００１３】次に排水２５とパージ用水蒸気２８とを向
流接触させるための、充填塔について図２および図３に
より説明する。図２に示したように充填塔１の中には、
ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３が複数設置され
ている。充填塔の上部には、被処理排水の導入口４およ
び放散蒸気の出口５、充填塔の下部にはパージ用水蒸気
の導入口６と処理済排水の取り出し口７が設置されてい
る。尚、ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３の設置
段数は、使用目的や揮発性有機化合物の物性等により、
適宜選定すればよく、普通５段から２０段程度とするこ
とが望ましく、より好ましくは８段から１５段程度であ
る。パージ用水蒸気を充填塔下部のパージ用水蒸気の導
入口６から塔内に導入し、ガス逆流防止板２で仕切られ
充填物の充填されている領域で、充填層３を通してパー
ジ用水蒸気が上昇する問に下降してくる被処理排水とガ
ス相を連続相とした状態で向流接触し、被処理排水中の
揮発性有機化合物が放散され、その後処理済排水はその
取り出し口７から系外に排出される。ガス逆流防止板２
で仕切られている領域を順次通過する際に、被処理排水
とパージ用水蒸気とが向流的に接触し、被処理排水中の
揮発性有機化合物が放散して除去・低減されつつ下降
し、一方パージ用水蒸気は塔内を上昇して放出された揮
発性有機化合物と共に放散蒸気となる。

【００１４】充填塔の上部にある被処理排水の導入口４
と最上部の充填層の問には、ガス逆流防止板を設けなく
ともよいが、図２のガス逆流防止版２’のごとく他の箇
所と同種もしくは異なる形のものを設けておくことが望
ましい。これは、充填層の表面に水を均一に分散散布す
るためのものであり、くし形分散器等他の一般的な液分
散器で代替えすることも可能である。

【００１５】充填層３としては、周知の不規則充填物あ
るいは規則充填物を用いて構成すればよく、充填物はガ
ス逆流防止板２の上に載せてもよいし、ガス逆流防止板
とは別の目皿やサポートグリッド等で充填物を支持する
ような構造としてもよい。このような効果を与える設備
としては、充填物層の部分に他の流下液膜を利用した設
備も考えられる。すなわち、充填物と同様に、例えば細
管を多数用い、その内壁表面を被処理液が流れ、パージ
ガスがその内側を流れる構造であってガス流量がわずか
であっても逆混合が起こりにくくするような構造であ
る。このような構造も基本的には本発明で用いる装置と
同様の考え方であり、充填物と同様に本発明の実施のた
めに用いることが可能である。

【００１６】ガス逆流防止板として最も簡単なものは、
平板に孔をあけた形式のオリフィス板でもよい。しか
し、オリフィス板の場合にはガスと液の通るところが同
じであるため液とガスの分散が不確実になりやすいの
で、分散を確実にするためにはガスライザーを設置し
て、ガスはガスライザーを通して上昇させ、液は液孔か
ら下降するように工夫することが合理的である。このよ
うにガスライザーを設けたガス逆流防止板の例を図３に
示す。図３では液孔１２を設けた平板１０にガスライザ
ー１１を複数本設けてある。ガスライザーは中空でガス
を通すように直径数ｍｍ程度の孔が貫通している。この
ガス孔はガスライザー上面あるいは液に浸らない程度に
上部の側壁面に設けられる。液を通すための液孔１２は
ガスライザーの開孔よりやや大きくし４〜８ｍｍ程度で
あるが、これらの数値は固定的なものでなく、使用目的
や揮発性有機化合物の物性、液ガス比（Ｌ／Ｇ）等の利
用状況によって適宜選択すればよい。

【００１７】以上に説明した本発明の排水の処理方法
は、固定床式、流動層式のいずれの溶剤回収装置であっ
ても適用可能であるし、吸着剤としても活性炭以外のも
のであってもよい。また、揮発性有機化合物を含む排ガ
スのみならず、排水に対して吸着処理を行って得られる
揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気によ
り吸着された揮発性有機化合物を脱着する場合にも適用
可能である。本発明の処理方法を変形し、排水を加温し
たり、別途設けられた冷却器により放散蒸気を一旦冷却
してから、脱着蒸気の冷却工程に戻すようにしてもよい
ことは当然である。

【００１８】

【実施例】実施例１ 図１に示した構成の設備により、原ガス中に含まれてい
るジクロロメタンを活性炭に吸着させた後、水蒸気によ
り吸着されたジクロロメタンを脱着した。脱着されたジ
クロロメタンを含む脱着蒸気を冷却した後、ジクロロメ
タン相と水相とに比重分離し、分離した水相を被処理排
水として用いた。ただし、水相の抜出口を上相とする
か、下相とするかは、対象となっている揮発性有機化合
物相と水相との比重差によって選択する。本実施例で
は、上側が水相、下側がジクロロメタン相となる。充填
塔を使用して、ジクロロメタン２％を含む被処理排水
（室温）の放散処理を水蒸気により行った。被処理排水
は、途中図示していない熱交換器を通して、水の沸点近
くに加熱してから、充填塔の上部に導入した。その流量
は２００ｋｇ／ｈｒ、パージ用の水蒸気量は０．５ｋｇ
／ｈｒで、充填塔としては、塔径１０ｃｍφの塔内に、
図３のガス逆流防止板１６枚を用い、一段当たりの高さ
を２０ｃｍとし、充填物としてラシヒスパーリングを充
填した充填層を１５段とした。充填塔の下部から排出さ
れた処理済排水中のジクロロメタン濃度は０．１ｐｐｍ
以下で、十分にジクロロメタンが除去されていた。そし
て、ジクロロメタンを含む放散蒸気３０は、充填塔の上
部から管路を経て冷却器２３に戻した。これにより、こ
れまでは廃棄されていたジクロロメタンを回収でき、経
済的にも有用な方法であることが判る。

【００１９】実施例２ 実施例１で用いたと同様の充填塔と設備を用い、ベンゼ
ンを含有している原ガスを処理し、脱着蒸気を凝縮分離
して得られた排水を被処理排水とした。本実施例では、
ベンゼンを１５００ｐｐｍ含有する排水を用い実施例１
の場合と同様に水の沸点近くに加熱してから、充填塔の
上部に導入し、流量２００ｋｇ／ｈｒで、水蒸気０．２
ｋｇ／ｈｒにより放散処理を行った結果、充填塔の下部
から排出された処理済排水中のベンゼン濃度は０．１ｐ
ｐｍ以下で、十分にベンゼンが除去されていた。そし
て、放散されたベンゼンを含む放散蒸気３０は、充填塔
の上部から管路を経て冷却器２３に戻した。このように
放散蒸気を冷却工程に戻すと被処理排水中の揮発性化合
物のほぼ全量を回収することが可能である。

【００２０】

【発明の効果】揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤か
ら、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着す
る揮発性有機化合物の回収方法において、脱着されたを
揮発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性
有機化合物相と水相とに比重分離し、分離された前記水
相の水中には揮発性有機化合物が低濃度で存在すること
が多く、従来の放散塔による処理を行おうとした場合、
塔内でガス側の逆混合が起こるため、揮発性が高い物質
であっても液ガス比を大きくはできなかった。その結果
過剰のパージガスが必要であり、その後の処理に過大な
設備が必要であったり、多量のエネルギーを必要とし
た。本発明による方法では液相に比べ、ごくわずかのパ
ージ用水蒸気での運転が効果的に行えるため、特に揮発
性の高い有機化合物の放散に対し効果的に働き、高い割
合での分離・回収が可能となった。また本発明により、
処理済排水中に残る揮発性有機化合物の濃度を十分に低
減し、そのまま排出することも可能とするレベルにする
こともでき、少なくとも活性汚泥処理等の後処理におけ
る負担を軽減できる。さらには、本発明では、蒸留塔を
用いることがなく目的を達することができ、設備的に
は、簡便なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法を示すフロー図の一例であ
る。

【図２】本発明で用いる充填塔の構造の説明図である。

【図３】ガス逆流防止板の説明図である。

【図４】従来の活性炭を使用した固定床式吸着装置の説
明図である。

【符号の説明】

１ 充填塔 ２０ 吸着槽 ２ ガス逆流防止板 ２１ 原ガス ２’ガス逆流防止板 ２２ 水蒸気 ３ 充填層 ２３ 冷却器 ４ 被処理排水の導入口 ２４ デカンタ
ー ５ 放散蒸気の出口 ２５ 排水 ６ パージ用水蒸気の導入口 ２６ 回収揮発
性有機化合物 ７ 処理済排水の取り出し口 ２６’回収溶剤 １０ 平板 ２７ 充填塔 １１ ガスライザー ２８ パージ
用水蒸気 １２ 液孔 ２９ 処理済
排水 ３０ 放散蒸気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤か
   ら、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着す
   る揮発性有機化合物の回収方法において、脱着された揮
   発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有
   機化合物相と水相とに比重分離し、分離された前記水相
   の水を、ガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上
   設けた充填塔の上部から塔内に導入し、該充填塔の下部
   からパージ用水蒸気を導入し、水とパージ用水蒸気とを
   ガス相を連続相とした状態で向流接触させることによ
   り、水中の揮発性有機化合物を放散させ、揮発性有機化
   合物が除去された水を塔底から取出し、塔頂から得られ
   る揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、前記の脱着
   蒸気の冷却工程に戻すことを特徴とする揮発性有機化合
   物の回収における排水の処理方法。