JP2007502208A - 水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、多段凝縮形式の流下液膜式蒸発器を用いて、特殊目的用の精製水が製造される。供給水から、各処理工程において蒸気相と液相とが作り出される。蒸気相は、後続の蒸発処理工程を加熱するために用いられ、その蒸気相は凝縮して水となる。そして、液相は後述の処理工程の供給水となる。本発明において、精製水は、全て若しくは部分的に、初期供給水として再循環され、作り出された熱水を排出することなく、プラントの始動及び滅菌が可能となる。

Description

本発明は、特殊目的用の高精製水の製造に関するものである。特に、多段凝縮形式の流下液膜式蒸発器を用いた精製水の製造に関するものである。

用語「精製水」は、一般に、地方自治体等の管理する上水道から供給される普通の飲料水と比較して、純度の高い水を意味するものとして用いられている。高精製水は、例えば、薬剤の製造、「注射用水」の製造等、様々な医療分野において需要があり、その品質は公認薬物類として規定されている。かかる精製水の製造プラントは、流下液膜式蒸発器を多段に配置した、いわゆる多段処理工程蒸留器として設計されている。この流下液膜式蒸発器は、ヒートジャケット内に格納された複数の垂直沸騰管群を備えている。そして、垂直沸騰管群の上端から供給された水は、管内を流れ落ち、少なくともその一部は沸騰して蒸気となり、垂直沸騰管群の下端には、未蒸発の水が溜まる。多くの高浄化蒸気又は高精製水の製造装置は、沸騰管は蒸気発生部分に続く部分の流れが１８０°方向転換し、蒸気流は上側空間へと上昇し、未蒸発の水は、装置の下端に集められる。

この上方への蒸気流は、様々な種類の霧除去や浄化工程を経て、水滴と不純物とを分離し、１つの段に係る処理工程部の下端部において、液相をなす水と混合され、他方、蒸気は後続の処理工程部のヒートジャケット内に導入されるような装置形式に係るものである。液相をなす水は、後続の処理工程における供給水となり、蒸気を凝縮させ、かかる蒸気の潜熱は、供給水から更なる蒸気を発生させるために用いられる。このような多段の処理工程は、最終処理工程に至るまで繰り返される。ヒートジャケットで凝縮された気体、液体の混合物は、最終処理工程で発生する蒸気と共に冷却され、各々凝縮されて、最終熱交換器において、精製水となる。

このような技術背景において、排出される流れは、常に処理工程から除去される流れである。一般には、この流れは液相をなす水であるが、気液混合水の場合もある。蒸発を利用した純水の製造における多段処理工程においては、分離した不純物を運び出すための大量の水の除去工程が必要不可欠である。精製水に対する除去水の比は、かかる処理工程の能率の観点から重要なものである。それは、これらの要素のバランスに依存するものであり、除去水が不十分である場合、不純物が装置内に蓄積し又は製品によって持ち出されるといった、何れも回避すべき状況を招くこととなる。

精製水の製造プラントは、連続運転が可能であり、消費量の変動に迅速に対応することが可能なものでなければならない。基本的に、流下液膜プラントは、需要の増加に対応するためには、一定の時間が必要となる。すなわち、予熱の投入量を増大することによって、異なる処理工程を通して熱量が増大し、凝縮されて純水となる蒸気の発生量が増大するまでに、ある程度の時間を要するものである。仮に、このプラントが常時最大処理能力で運転されると、精製水は廃棄処理され、エネルギー消費の観点から非効率となる。仮にプラントが停止すると、冷却媒体を浪費し、その後の運転再開時には、多くのエネルギーを消費することとなる。フィンランド国特許７９７９０号には、処理プラントの最終処理工程の残存水が、浄化蒸気の発生又は精製水を作り出し、排出され及び再循環される流れとして、供給水に分配されることにより、必要供給水量を減少させる方法及び装置が開示されている。

本発明は、複数の蒸発段階又は蒸発処理工程が含まれる、精製水を製造するための流下液膜式蒸発プラントに関するものである。水は全ての処理工程に供給され、全ての処理工程から水及び蒸気が送り出される。所定の処理工程における蒸気の熱は、後続の処理工程において、更に別の水を蒸発させるために用いられることで、蒸気は凝縮される。かかる気液混合相には、最終処理工程において作り出される凝縮蒸気が含まれ、精製水を構成するものである。

本発明によれば、精製水の少なくとも一部は、初期導入水の流入部に送られるように循環接続されている。このプラントは、従って、常時循環モードで運転され、精製水は、最初の処理工程の供給水として戻される。プラントは全体として安定状態で運転され、分離された不純物を排出する排出流を補うに十分なだけの量の供給水が、回路内に流入される。

かかる状態は、例えば、始動時に用いられる。精製水は、精製水の精製管路において消費されるために、循環回路から分岐して抜取られ、これと対応する量の供給水の流入が許される。又、負荷応じた相当の予熱を与える制御システムが設けられている。

再循環モードには、更に、供給水及び精製水の殺菌部を設けることも可能である。水は、流入管路を流れて蒸発工程を通過し、精製水の熱交換器を経由することにより、滅菌を確実にするための加熱温度及び加熱時間が与えられる。

図１には、本発明の実施の形態に係る、４段処理工程形式の精製水プラントが示されている。供給水、好ましくはフィルター及びイオン交換又は他の適切な方法によって浄化された水は、流入部１から供給バルブ２を介して流入回路３に流入する。そして、熱回収交換器４を通過した後、供給水流は移送管５、第１段流下液膜蒸発ユニット６に流入する。移送管５には、熱回収率を高めるために、当業者にとって一般的な熱交換ユニットを追加することも可能である。プラント蒸気又はその他の予熱用熱交換媒体（電気ヒータの使用も可能である。）が、流入部８から流入され、流下液膜蒸発部７の外殻部が加熱される。供給水は沸騰管の内壁に設けられた液膜（図示省略）を流下し、この水の一部は水蒸気となり、沸騰管の下端部には、液相を維持する水が溜まる。

蒸気は、分離部９において液相から分離され、管路１０を通り、後続の蒸発段１１の外郭部へと送られ、液相を維持する供給水が、連続する蒸発段１１の流入部１２に供給される。排出流１３が何れの処理工程においても排出される点は、同時継続中の特許出願と同様に、従来技術における最終処理工程１４でのみ排出される構成よりも有利となっている。

各処理工程において蒸気が作られ、第２段処理工程１１から更に最終処理工程へと進むことにより、先行する処理工程で生じた蒸気は凝縮して水となり、同時に、より多くの供給水が蒸気となる。温度及び圧力は、第１段処理工程において最大値となる。これは、予熱用熱交換媒体と一致する温度であるが、最終工程へ向けて低下する。適切な絞り手段１５が各処理工程間に設けられている。最終工程で発生した蒸気は、熱回収交換器４で凝縮され、先行する処理工程で冷却され凝縮された蒸気と合体する。こうして得られた精製水は、流出部１７から送り出され、又は、本発明によれば供給循環回路１８、３に流入し、第１段処理工程への循環流を形成する。送り出された精製水と排出流との合計分に相当する量の、新しい流入水が、流入部１から供給される。

本発明の実施の形態では、最終処理工程で排出される残存水は、管路１９を介して流入回路へと送られる。又、本発明の実施の形態では、図示のごとく、不純物が含まれる排出流の回収を、好ましくは各処理工程毎に行うことから、最終処理工程で排出される残存水の、不純物の含有量は増大していない。この、最終処理工程の残存水は、排出流と共に排出され、又は、従来技術と同様に循環流及び排出流（流出部２０）とに分けられる。必要に応じ、凝縮されない可溶性ガスのための流出部（図示省略）が、例えば各蒸発部の上端部に設けられる。

滅菌を目的として、供給バルブ２を含む供給循環回路１８、３の温度は、例えば精製水の熱を利用して、滅菌に十分な温度で十分な時間だけ加熱される。要求される加熱継続時間及び温度は、環境に応じ変化するが、それらは、当業者によって既に定められているものである。

このプラントの始動時には、水は、最小限の排出流及び供給流に抑えられた状態で、各処理工程を流れる。従って、運転温度まで急速に到達することが可能であり、それによって装置各部の全体に渡る温度が、滅菌するための十分な温度へと、迅速に上昇する。

本発明の実施の形態に係るプラントの主用構成要素を示す図である。

Claims (5)

1. 精製水を製造するための、多段処理流下液膜式蒸発プラントの運転方法であって、少なくとも一部の精製水が、第１段処理工程における供給水の流入部に再循環されることを特徴とする方法。
2. 全ての精製水が、第１段処理工程における供給水の流入部に再循環されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 最終処理工程の残存水の少なくとも一部は、第１段処理工程における供給水の流入部に再循環されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 供給水から蒸気を発生させる複数の処理工程部と、
   全ての処理工程部に含まれる、供給水の流入部と、蒸気又は熱交換媒体の流入部と、蒸気の流出部と、残存水の流出部と、
   蒸気を凝縮して精製水とする手段とを備える精製水の製造装置であって、
   前記精製水を第１段処理工程部の供給水の流入部に再循環する循環回路が設けられ、該循環回路が供給水の流入部と精製水の流出部とに設けられていることを特徴とする装置。
5. 最終処理工程部の残存水の流出部は、前記循環回路の付加流入部に接続されていることを特徴とする請求項４記載の装置。
   

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