JP2003503187A - 廃水の処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
廃水の処理方法に関する。
は無機)を含む廃水の処理又は浄化は、通常は比較的高価な処置である。今日、
環境の法律は、特に浄化された廃水が環境に放出される場合、工業プロセスから
の廃水流の浄化において厳しい要求をする。従って、工業廃水の浄化方法の選択
は、現実的、環境的及び経済的な理由により結びつく。
ンオキシド(SM/PO)生成プロセスである。通常、このようなSM/POプ
ロセスは、:(i)エチルベンゼンと酸素又は空気とを反応させてエチルベンゼ
ンヒドロペルオキシドを生成させ、(ii)得られたエチルベンゼンヒドロペル
オキシドとプロペンとをエポキシ化触媒の存在下で反応させ、プロピレンオキシ
ドと1−フェニルエタノールとを生じさせ、そして(iii)好適な脱水触媒を
使用した脱水により1−フェニルエタノールをスチレンに変換する、段階を含む
。最終段階において水が生成される。この反応水の他に、脂肪族及び芳香族炭化
水素、アルデヒド、ケトン、アルコール、フェノール及び有機酸のような有機副
生成物が、全体のプロセスの経過中に生成する。副生成物は、清浄な水の補助で
主生成物から分離され、有機酸はナトリウム(重)炭酸塩及び/又は水酸化ナト
リウム水溶液のような塩基性水溶液を使用して中和される。さらに段階(i)に
て更なる水が空気とともに、及び上記段階(iii)にて水蒸気として導入され
る。
塩(non−salt)有機化合物及び3.0〜6.0重量%の有機塩を含む。
さらに有機酸の中和に使用される塩基性溶液に依存して、2.0重量%までの炭
酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウム及び/又は微量の水酸化ナトリウムを含むこ
とができる。 SM/POプラントへの清浄な水の投入は、1時間あたり10000kgまで
であることができ、廃水の産出は、通常、清浄な水の投入より約50%大きい。
廃水は、さらなる浄化処理なしでは排出されることはできない。しかし、既に上
記に示すとおり、好適な清浄化処理の選択は、すべての種類の現実的、環境的及
び経済的理由により制限される。
方法は、イソブタンとプロペンから出発するプロピレンオキシド及びメチル−t
−ブチルエーテル(MTBE)の共製造(co−production)である
。この方法は当業界で公知であり、そして上記SM/POプロセスと類似の反応
段階を含む。エポキシ化段階において、t−ブチルヒドロペルオキシドはプロペ
ンと反応し、プロピレンオキシド及びt−ブタノールを形成する。t−ブタノー
ルは、続けてメタノールを使用してMTBEへエーテル化され、それはモーター
燃料における添加剤として使用される。 多量の廃水流を生成する工業プロセスの他の例は、シクロヘキサンの酸化によ
るKA油(シクロヘキサンとシクロヘキシルアルコールの混合物)の製造及びク
メンの酸化によるフェノール及びアセトンの製造である。
びSM/PO廃水流の典型的な組成について、更なる情報が与えられる。GB−
A 2,252,052において開示される浄化プロセスは、塩−除去と組み合
わせた凍結−濃縮を含み、それにより廃水は少なくとも2倍に濃縮された廃棄生
成物、塩結晶及び清浄化溶融水(melt water)生成物に分離される。 しかしGB−A 2,252,052において開示される方法は、未だ改良の
余地がある。特に、凍結−濃縮において生成される溶融水は、特に化学的酸素要
求量(COD)に関して、そして特定の種類、特にフェノールに関して高すぎる
量の有機物を未だ含むことができることが見出された。従って、本発明はプロピ
レンオキシドの製造プロセス中で生成する廃水流の有機物レベルをさらに減少さ
せる方法、さらに非常に広範囲の工業プロセスに適用できる方法をも提供するこ
とを意図する。
すなわち濃縮された廃棄生成物)と減少した有機汚染物質含有率を有する水流と
を生成し;そして、 (b)この水流を逆浸透処理にかけ、それにより浸透液として清浄化された水流
をそして残留物(retentate)として比較的汚染された水流を生成する
、 段階を含む該方法に関する。
くとも1000mg/lの化学的酸素要求量を有し、少なくとも10mg/lの
フェノール含有率を有する。化学的酸素要求量(COD)は試料中の酸化可能な
物質の全てを酸化するのに必要な酸素の基準である。これは水試料がどれだけ汚
染されているかのよい基準である、なぜなら多くの種は水試料中にそれぞれ低い
レベルで存在することができるが、全体として多量の汚染に寄与するからである
。CODは自動化された分析器により測定され、所定の量の酸素のような酸化剤
及び随意に触媒と混合され、試料中に存在する化合物を酸化する。それゆえ発生
する二酸化炭素は、しばしば赤外分析器により測定され、水1リットルあたり消
費されるmg酸素(O2 )又はppmO2 で報告される。典型的な廃水の排出仕
様は、100mg/l CODであり、これは有機物を減少させることから水中
に自然に存在するレベルに近いと考えられる
うな凍結濃縮プロセスである。このプロセスは、典型的には少なくともブライン
流と有機汚染物質の減少した水流を生成する。塩結晶も廃水供給物の塩濃度及び
凍結濃縮ユニットにて生成する清浄化水とブラインとの比に依存して生成するこ
とができる。従って、段階(a)は好ましくは、: (a1)廃水供給物を冷却し、ブライン流、場合により塩結晶、及び減少された
濃度の有機汚染物質を有する氷結晶の形体の水を含む凍結濃縮物を形成させ; (a2)氷結晶を凍結濃縮物から分離し、氷結晶を水流に変換してさらに段階(
b)で処理する;及び (a3)塩結晶が存在するならば、それを残留する凍結濃縮物から除去し、ブラ
イン流と塩流とを生じさせる、 段階を含む。
む。このような結晶化は、好適には2種の分離ユニット:核形成ユニット、続い
て成長ユニットにて実施される。核形成ユニットにおいて、廃水は小さい氷結晶
が形成するまで冷却される。典型的には、核形成ユニット内の温度は−5〜−2
0℃である。小さい氷結晶を含むスラリーは、それから成長ユニットへ通過し、
そこで温度は小さな氷結晶の溶融温度よりは高いが、より大きな氷結晶の溶融温
度より低い。結果として、小さな氷結晶は溶融し、より大きな氷結晶は成長ユニ
ット内で成長する。成長ユニット内の典型的な温度は、−3〜−18℃である。
氷結晶の大きさは通常0.2mm〜0.8mmである。
なると、凍結濃縮物から分離される。好ましくは、このような分離は濾過し、続
けてパックされた床洗浄カラム内で結晶を洗浄する方法により達成されるが、ス
ラリーの遠心分離のような他の分離技術も同様に適用できる。このようなパック
された床洗浄カラムにおいて、氷結晶含有スラリーは加圧下で導入され、結晶フ
リーの濃縮物は、鉛直カラムの下端において濾過される。この濃縮物は、好適に
は廃水供給物へリサイクルされる。洗浄された氷結晶は洗浄カラムの上端から取
り除かれ、溶融されて清浄化水流を生じる。更なる詳細はGB−A 2,252
,052に記載される。
廃水が冷却及び濃縮されたときに、これらの塩は沈殿及び結晶化する傾向がある
。こうして形成したこれらの塩結晶は、段階(a3)に記載されるように氷結晶
から分離され、ブライン流及び塩流を生じる。氷結晶は塩結晶よりも大きくそし
て低い密度であるので、このような分離は濾過又は遠心分離により効果的に達成
されることができる。むしろ段階(a)において形成するブライン及び塩結晶は
、好適には焼却される(incinerated)。 本発明の方法の段階(b)において、段階(a)からの溶融水流、すなわち減
少した濃度の有機汚染物質を有する水流は逆浸透処理にかけられ、それにより浸
透液として清浄化水流を及び残留物として比較的汚染された水流(しばしば濃縮
物と呼ばれる)を生成する。好適には、前記溶融水流は、実際の膜が配置される
少なくとも1つの逆浸透エレメントを含む逆浸透ユニットを通して通過する。
離される高圧区画及び低圧区画を含む。浄化される水は所定の供給速度及び所定
の供給圧力で高圧区画へポンプされる。この区画に入る汚染された水の圧力は、
膜を通して流れる浸透液フラクションを生ずるために、その浸透圧よりも十分に
上でなければならない。この浸透フラクションは、それから低圧チャンバ内でコ
ントロールされ、そこで高圧区画に入る圧力よりも低圧にて回収される。清浄化
水である浸透液は、前記低圧区画から連続的に又は断続的に回収される。残留物
はさらなる処理のために高圧区画から連続的に又は断続的に回収され、それは焼
却を含むことができる。しかし、好ましくは残留物は凍結濃縮ユニットへの廃水
供給物(すなわち段階(a)への供給物)へ、全体的に又は部分的にリサイクル
される。残留物の少なくとも一部は、廃水が本来生成されたプロセスにおける洗
浄水として再使用されることもできる。
以上の逆浸透エレメントを通して水を通過させ、浄化することができる。これら
のエレメントは並列及び/又は直列に配置できる。逆浸透エレメントのサイズ及
び容量並びに処理される水の量に依存して、例えば並列に配置された2〜10列
のエレメントを使用することができ、それによりそれぞれのエレメントの列は、
直列に配置された2〜10のエレメントを構成する。逆浸透エレメントの数及び
配置は、処理される廃水の量並びに使用されるエレメントのサイズ及び容量に全
体として依存することが理解できるであろう。逆浸透エレメントは1種又はそれ
以上のプレフィルタより前に置かれ、汚染された水供給物からより大きな(例え
ば10μmより大きな)粒子を除去することができる。逆浸透エレメントの前に
圧力増加ポンプを設置し、必要なレベルの水圧をもたらすことができる。
0mg/l以下そしてより好ましくは10mg/l以下であるような条件下で実
施される。5mg/l未満のレベルに到達するための操作も可能である。逆浸透
処理に適用される好ましい条件は2〜60℃、より好ましくは5〜40℃、最も
好ましくは10〜30℃の範囲の温度を含む。高圧区画に入る水供給物の圧力は
、どうしても浸透フラクションを生じ、膜を通って低圧区画へ十分大きな量にて
流れるために十分に高くなければならない。高圧区画に入る供給物の圧力は、通
常60バール未満であり、そして好適には3〜50バール、より好ましくは5〜
35バール及び最も好適には10〜30バールの範囲である。浸透液が低圧区画
を出る圧力は、少なくとも1バールであり、高圧区画に入る水供給物の圧力より
も低い。この圧力差は好適には1〜30バールである。20バールの最大圧力差
がいっそうより好ましく、非常に好適な具体例においては圧力差は2〜10バー
ルである。低圧区画を出る浸透液の絶対圧は、通常0.1〜50バール、好適に
は0.5〜35バールであり、1〜30バールが好ましい。非常に良好な結果は
5〜25バールにて達成される。
公知のデザイン及び構造であることができる。使用される膜は、汚染された水を
処理するのに有用であることが公知である任意の逆浸透膜であることができる。
特に好適であることが見出される膜の型の1つは高遮断膜(high reje
ction menbrance)であり、例えば海水の脱塩に使用される。 上記のように本発明のプロセスは、イソブタン又はエチルベンゼンの共−酸化
を介するプロピレンオキシドの製造プロセス、すなわち一方でt−ブチルアルコ
ール(通常はメチル−t−ブチルエーテルにエーテル化される)又はスチレンを
生じ、他方でプロピレンオキシドを生じる共生成プロセス、から発する廃水供給
物の処理に特に有用である。本発明の廃水処理は、シクロヘキサンの酸化による
KA油(シクロヘキサノンとシクロヘキシルアルコールとの混合物)の生成並び
にクメンの酸化によるフェノール及びアセトンの生成のようなプロセスにおいて
生成される廃水流についても非常に有用である。これらの酸化プロセスは当業界
で公知であり、両方が有機酸で汚染された多量の水流を生じる。
制限することなく例証する。実施例 工業的なSM/POプロセスからの廃水を、GB−A 2,252,052に
記載され及び上記段階(a1)〜(a3)にて概説された凍結濃縮プロセスにて
処理した。清浄化水を氷結晶の形体にて回収した。これらの氷結晶を溶融し、そ
して15℃の温度にて逆浸透ユニット内へ通過させた。 逆浸透ユニットは、水供給物から10μm以上の径を有する粒子を除去するた
めのプレフィルタ、続いて水供給物の圧力を(23バールへ)増加するためのポ
ンプ及びポンプの後に並列に配置された3つの逆浸透エレメントにより構成した
。逆浸透ユニット内で使用される膜は、DOW FilmTec製SWHR30
膜であった。それぞれの膜は7.5m2 の表面積を有し、逆浸透エレメント内に
螺旋状に曲がった様式で配置した。
フラックスは1時間あたりの膜のm2 あたり27リットルの量になった。それぞ
れの逆浸透エレメント内の膜を交差する圧力差は3バールであった。それぞれの
逆浸透エレメントから、200リットル/時間の浸透液を回収した。 実験は、一回の通過モード(once−through mode)にて5日
連続で、すなわち残留物のリサイクルをすることなしに運転した。 表1に本来の廃水、凍結濃縮後の清浄化水及び逆浸透後に更に清浄化された水
のCODを示す。さらに凍結濃縮ユニットからの清浄化水の(すなわち逆浸透ユ
ニットへの供給物)並びに逆浸透処理後に得られる浸透液のナトリウム、エチル
ベンゼン(EB)及びフェノールの濃度も示す。すべての与えられた値は5日間
の測定までに測定された平均値である。
を減少させ、そしてそれゆえさらに清浄化水の品質を増加させることが明らかで
ある。
方法は、イソブタンとプロペンから出発するプロピレンオキシド及びメチル−t
−ブチルエーテル(MTBE)の共製造(co−production)である
。この方法は当業界で公知であり、そして上記SM/POプロセスと類似の反応
段階を含む。エポキシ化段階において、t−ブチルヒドロペルオキシドはプロペ
ンと反応し、プロピレンオキシド及びt−ブタノールを形成する。t−ブタノー
ルは、メタノールを使用してMTBEへエーテル化され、それはモーター燃料に
おける添加剤として使用される。 多量の廃水流を生成する工業プロセスの他の例は、シクロヘキサンの酸化によ
るKA油(シクロヘキサンとシクロヘキシルアルコールの混合物)の製造及びク
メンの酸化によるフェノール及びアセトンの製造である。
びSM/PO廃水流の典型的な組成について、更なる情報が与えられる。GB−
A 2,252,052において開示される清浄化プロセスは、塩−除去と組み
合わせた凍結−濃縮を含み、それにより廃水は少なくとも2倍に濃縮された廃棄
生成物、塩結晶及び清浄化溶融水(melt water)生成物に分離される
。 しかしGB−A 2,252,052において開示される方法は、未だ改善の
余地がある。特に、凍結−濃縮において生成される溶融水は、特に化学的酸素要
求量(COD)に関して、そして特定の種類、特にフェノールに関して高すぎる
量の有機物を未だ含むことができることが見出された。従って、本発明は、プロ
ピレンオキシドの製造方法中に生成する廃水流の有機物レベルをさらに減少させ
る方法、そしてさらに非常に広範囲の工業プロセスに適用できる方法をも提供す
ることを意図する。 JP09136079Aは、廃液のリサイクル方法を開示する。US−A−5
,443,733は、飛行機又は宇宙船において生成される廃水から飲み水を製
造する方法に関する。これらのそれぞれの場合は、工業プロセスから生じる廃水
供給物を浄化する方法についての情報を含まない。
物の処理方法に関し、 (a)廃水供給物を凍結−濃縮処理にかけ、それにより少なくともブライン流(
すなわち濃縮された廃棄生成物)と減少した有機汚染物質の含有率を有する水流
とを生成し;そして、 (b)この水流を逆浸透処理にかけ、それにより浸透液として清浄化された水流
をそして残留物として比較的汚染された水流を生成する、 段階を含む。 逆浸透は先行技術により公知である、例えばRautenbach等による記
事「Membranverfahren zur Fraktionierun
g von Gemischen mit Organischen Komp
onenten」、Chemie.Ingenieur.Technik,De
,Verlag Chemie GmbH.Weinheim, Vol.61
、No.7、1989年7月1日(1989−07−01)、535〜544頁
、XP000095268 ISSN:0009−286X、及びKastel
an−Kunst L等:「FT30 membranes of chara
cterized porosities in the reverse o
smosis organics removal from aqueous
solution」、Water Research,NL,Elsevie
r Science Publishers、Amsterdam、vol.3
1、No.11、1997年11月1日(1997−11−01)、2878〜
2884頁、XP004094234 ISSN: 0043−1354及びJ
P63−A−130188である。
Claims (10)
- 【請求項1】 有機汚染物質を含む廃水供給物の処理方法であり、 (a)廃水供給物を凍結−濃縮処理にかけ、それにより少なくともブライン流と
減少した有機汚染物質含有率を有する水流とを生成し;そして、 (b)この水流を逆浸透処理にかけ、それにより浸透液として清浄化された水流
をそして残留物として比較的汚染された水流を生成する、 段階を含む該処理方法。 - 【請求項2】 廃水供給物が少なくとも500mg/l、好ましくは少なく
とも1000mg/lの化学的酸素要求量を有し、そして少なくとも10mg/
lのフェノール含有率を有する請求項1の方法。 - 【請求項3】 凍結濃縮処理が: (a1)廃水供給物を冷却し、ブライン流、場合により塩結晶、及び減少された
濃度の有機汚染物質を有する氷結晶の形体の水を含む凍結濃縮物を形成させ; (a2)氷結晶を凍結濃縮物から分離し、氷結晶を水流に変換してさらに段階(
b)で処理し;及び (a3)塩結晶が存在する場合は、塩結晶を残留する凍結濃縮物から除去し、ブ
ライン流と塩流とを生じさせる、 段階を含む請求項1又は2の方法。 - 【請求項4】 段階(a)において形成するブライン流を焼却する請求項1
〜3のいずれか1項の方法。 - 【請求項5】 段階(b)において、減少された含有率の有機汚染物質を有
する水流を、少なくとも1つの逆浸透膜を含む逆浸透ユニットを通って通過させ
る請求項1〜4のいずれか1項の方法。 - 【請求項6】 逆浸透処理を、浸透液の化学的酸素要求量が100mg/l
以下、好ましくは50mg/l以下そしてより好ましくは10mg/l以下であ
るような条件下で実施する請求項5の方法。 - 【請求項7】 逆浸透を5〜60℃の範囲の温度にて実施する請求項6の方
法。 - 【請求項8】 段階(b)で生成する残留物を、凍結濃縮処理のために廃水
供給物へ少なくとも部分的にリサイクルする請求項1〜7のいずれか1項に記載
の方法。 - 【請求項9】 段階(b)で生成する残留物を、廃水が本来的に生成するプ
ロセスにて洗浄水として少なくとも部分的に再使用する請求項1〜8のいずれか
1項に記載の方法。 - 【請求項10】 廃水供給物が、イソブタン又はエチルベンゼンの共酸化を
介してプロピレンオキシドを製造するためのプロセスから発する請求項1〜9の
いずれか1項に記載の方法。
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