JP2015188816A - 吸収脱水装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶媒の揮散による消費を抑制でき、溶媒を容易に再生して循環使用することができる吸収脱水装置および方法を提供する。【解決手段】親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈溶液からなる吸収液３と、処理対象物１と吸収液３を撹拌混合する撹拌部５と、撹拌部５の固液混合物を脱水する脱水部６と、脱水部６で処理対象物１から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液７ａを回収する吸収液回収部７を備え、吸収液回収部７は、ろ液含有吸収液７ａを貯溜する液溜め部１０と、気相状態の親水性溶媒を気液接触により液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａに吸収させる気液接触部１１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、吸収脱水装置および方法に関し、汚泥等の含水物を処理対象物とし、処理対象物中に含まれた水分を有機溶媒等の親水性溶媒からなる吸収剤を利用して脱水する技術に係るものである。

従来、下水処理場、浄水場、工場排水処理施設、土木建設現場等から発生する汚泥を脱水する装置としては、遠心脱水機、フィルタープレス等種々のものがある。しかし、汚泥の性状によっては汚泥から水分が脱離することが困難なものがある。

このため、例えば、特許文献１に記載された発明は、脱水された汚泥の乾燥速度を上げ、短時間で減容させることを目的とするものであり、凝集沈殿処理後に得られた濃縮泥水に揮発性を有する有機溶剤、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系有機溶剤を添加し、その有機溶剤混合泥水を脱水し、添加された有機溶剤の揮発により、脱水された汚泥中に残存する水分の気化を促進させ、脱水された汚泥の含水率を低減して減容させるものである。

特許文献２に記載された発明は、水溶性有機溶剤を分散媒とするスラリーを、循環ガスによって噴霧乾燥して乾燥粉を得るスプレードライヤの溶剤回収装置に係るものであり、噴霧乾燥後の循環ガスを１０〜５０℃に冷却することにより前記循環ガスに含まれる水溶性有機溶剤を凝縮して回収する第１回収装置と、水スクラバによって第１回収装置を通過した循環ガスと水とを接触させ、循環ガスに含まれる水溶性有機溶剤を水に吸収して回収する第２回収装置と、第２回収装置において水溶性有機溶剤を吸収した水を蒸留して水溶性有機溶剤を回収する蒸留装置を備えるものである。

特開２０１１−２００８１１ 特開平６−３０１

上記した特許文献１に記載された従来の構成においては、有機溶剤の揮発により、脱水された汚泥中に残存する水分の気化を促進させ、脱水された汚泥の含水率を低減して減容させるものであるために、汚泥から気化することで有機溶剤が揮散して消費される問題に加えて、脱水ろ液に含まれた有機溶剤が気化して揮散することで有機溶剤が消費される問題がある。

特許文献２においては、水溶性有機溶剤を循環ガス中に吸収し、その後に循環ガス中の水溶性有機溶剤を水に吸収し、さらに蒸留によって水溶性有機溶剤を回収する必要があり、水溶性有機溶剤の使用から回収までの間に幾多の工程を必要とする。

本発明は、溶媒の揮散による消費を抑制でき、溶媒を容易に再生して循環使用することができる吸収脱水装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の吸収脱水装置は、親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈液からなる吸収液と、処理対象物と吸収液を攪拌混合する攪拌部と、攪拌部の固液混合物を脱水する脱水部と、脱水部で処理対象物から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液を回収する吸収液回収部を備え、吸収液回収部は、ろ液含有吸収液を貯留する液溜め部と、気相状態の親水性溶媒を気液接触により液溜め部のろ液含有吸収液に吸収させる気液接触部を有することを特徴とする。

本発明の吸収脱水装置において、吸収液回収部は、ろ液含有吸収液およびろ液含有吸収液から気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却する冷却部を有し、気液接触部は、冷却部で凝集することなく冷却部を気相状態で通過した親水性溶媒をろ液含有吸収液と気液接触させることを特徴とする。

本発明の吸収脱水装置において、吸収液回収部のろ液含有吸収液を、水分と吸収液に分離して吸収液を再生する吸収液再生部を備えることを特徴とする。
本発明の吸収脱水装置において、吸収液は、攪拌部と脱水部と吸収液回収部と吸収液再生部とを巡る循環系内で循環することを特徴とする。

本発明の吸収脱水装置において、液溜め部のろ液含有吸収液は、親水性溶媒の濃度が３０ｗｔ％以上から６０ｗｔ％以下であることを特徴とする。
本発明の吸収脱水装置において、気液接触部は、液溜め部に貯留したろ液含有吸収液に気相状態の親水性溶媒をバブリングして気液接触させることを特徴とする。

本発明の吸収脱水装置において、気液接触部は、気相状態の親水性溶媒中にろ液含有吸収液を散水して気液接触させることを特徴とする。
本発明の吸収脱水方法は、親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈液からなる吸収液が、処理対象物と吸収液を攪拌混合する攪拌工程と、攪拌工程を経た固液混合物を所定温度に加熱しながら脱水する脱水工程と、脱水工程で処理対象物から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液を回収する吸収液回収工程と、吸収液回収工程を経たろ液含有吸収液から水分を分離して吸収液を再生する吸収液再生工程とを巡る循環系内で循環し、吸収液回収工程において、ろ液含有吸収液およびろ液含有吸収液から気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却して貯留するとともに、貯留したろ液含有吸収液に気相の親水性溶媒を気液接触により吸収させることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、吸収液が処理対象物中の水分の分離を促進し、処理対象物から脱水ろ液としてろ液含有吸収液が脱離し、系内で気化した親水性溶媒をろ液含有吸収液中に吸収し、ろ液含有吸収液から水分を分離して吸収液を再生するので、吸収液の親水性溶媒は液相、気相の変化があっても基本的に系内で循環し、系外へ揮散する溶媒の消費量を抑制できる。

また、処理対象物の水分を吸収する吸収液と気化した親水性溶媒を吸収する吸収剤とを別途のものとすると、親水性溶媒の分離再生の処理負荷が多くなって消費エネルギーが大きくなるが、気化した親水性溶媒の吸収にろ液含有吸収液を使用するので、吸収液再生部における消費エネルギーを抑制できる。

また、気相の親水性溶媒を吸収したろ液含有吸収液が吸収液回収部の液溜め部から吸収液再生部に流れ出るとともに、液溜め部のろ液含有吸収液が新たに流入するものと入れ替わることにより、液溜め部におけるろ液含有吸収液中の親水性溶媒の濃度は過度に高まることなく、一定の範囲内を維持する。よって、吸収液再生部における負荷が安定し、消費エネルギーのロスを抑制できる。

本発明の実施の形態における吸収脱水装置を示す模式図 本発明の他の実施の形態における吸収脱水装置を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、処理対象物１は、下水処理場、浄水場、工場排水処理施設等から発生する汚泥等であり、ここでは脱水ケーキである。

吸収脱水装置２において使用する吸収液３は、親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈溶液からなり、ここでは、親水性溶媒としてメタノール、エタノール等のアルコール系溶媒を使用している。

吸収脱水装置２は、吸収液貯溜槽４と撹拌槽５と脱水装置６と吸収液回収装置７と吸収液再生装置８とを巡る循環系を有しており、吸収液３が循環系内で循環する。
吸収液貯溜槽４は、吸収液３を貯溜し、必要に応じて新しい溶媒や希釈水の追加により溶媒の濃度を調整する。

撹拌槽５は、吸収液貯溜槽４から供給する吸収液３と処理対象物１とを回転する撹拌翼によって撹拌混合する撹拌部をなし、処理対象物１を固液混相の混合物となす撹拌工程を担うものであり、処理対象物１に含まれた水分と吸収液３の溶媒との接触を促進し、処理対象物１の水分を吸収液３に吸収する。

脱水装置６は、撹拌槽５の固液混合物を脱水する脱水部をなし、遠心脱水機、フィルタープレス等の各種の装置を使用して行う脱水工程を担うものであり、ここでは加温フィルタープレスを使用している。加温フィルタープレスは、ろ板を９０℃程度の温水で加温し、ろ板間のろ室に配置した濾布内の固液混合物を６５〜７８℃以上に昇温させ、固液混合物の粘度を下げた状態で加圧脱水し、この脱水処理により処理対象物１から脱水ろ液としてろ液含有吸収液７ａが脱離する。ろ液含有吸収液７ａは処理対象物１の水分を含む吸収液３である。

吸収液回収装置７は、脱水装置６で処理対象物１から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液を回収する吸収液回収部をなし、ろ液含有吸収液７ａおよびろ液含有吸収液７ａから気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却する冷却部９と、冷却部９から排出するろ液含有吸収液７ａを貯溜する液溜め部（水封装置）１０と、冷却部９で凝集することなく冷却部９を気相状態で通過した親水性溶媒を気液接触、ここでは水封することにより液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａに吸収させる気液接触部１１を有する。

冷却部９の周囲には冷却管１２が配置してあり、冷却管１２に冷水発生装置１３が接続しており、冷水発生装置１３から冷却管１２に１５℃程度の冷却水を供給する。本実施の形態では冷水発生装置１３を設けて１５℃程度の冷却水を得たが、下水処理場等においては１５℃程度の処理水が存在するので、それらの処理水を利用する場合には冷水発生装置１３が不要となる。冷却部９は液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａの液面下に開口しており、気相状態の親水性溶媒をろ液含有吸収液７ａ中に排出することで気液接触部１１を構成する。液溜め部１０は気相部に吸引ファン１４が接続している。

吸収液再生装置８は、吸収液回収装置７のろ液含有吸収液から水分を分離して吸収液３を再生する吸収液再生部をなし、ここでは蒸留塔からなる。
以下、上記構成における作用を説明する。処理対象物１の脱水ケーキを撹拌槽５に投入し、吸収液貯溜槽４から吸収液３を撹拌槽５に供給する。撹拌槽５では、処理対象物１の脱水ケーキと吸収液３を撹拌混合して固液混相の混合物となし、処理対象物１に含まれた水分を吸収液３に混合する。

撹拌槽５の固液混相の混合物は脱水装置６の加温フィルタープレスにおいて脱水される。加温フィルタープレスは、固液混合物を６５〜７８℃以上に昇温させた状態で加圧脱水し、処理対象物１から脱水ろ液としてろ液含有吸収液７ａが脱離し、加温フィルタープレスの開板により二次脱水ケーキが排出される。固液混合物の温度は、親水性溶媒の種類によって調整することが好ましく、親水性溶媒の沸点以上で水の沸点未満に制限する。例えば、メタノールの場合は沸点の６５℃以上、エタノールの場合は沸点の７８℃以上とし、ともに水の沸点の１００℃未満に制御する。この加温により、脱水時における処理対象物１に含まれた水分の脱離および吸収液３への水分の吸収が促進される。

脱水ろ液として脱水装置６から排出された４０℃程度のろ液含有吸収液７ａは吸収液回収装置７に送られる。
吸収液回収装置７では、吸引ファン１４の駆動により液溜め部１０の気相部を吸引し、冷水発生装置１３から冷却管１２に１５℃程度の冷却水を供給する状態において、ろ液含有吸収液７ａおよびろ液含有吸収液７ａから気化した親水性溶媒が冷却部９を通って２０℃程度に冷却されて液溜め部１０へ流入する。冷却部９はろ液含有吸収液７ａおよびろ液含有吸収液７ａから気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却、凝縮し、冷却部９から排出するろ液含有吸収液７ａを液溜め部１０に貯溜する。冷却部９で凝集することなく冷却部９を気相状態で通過した親水性溶媒は、冷却部９の開口から液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａの液面下に排出し、気相状態の親水性溶媒とろ液含有吸収液７ａとを気液接触部１１で気液接触させて液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａに吸収させる。また、吸引ファン１４により系内を吸引することによって、気化した親水性溶媒が系外へ漏洩することを防止するとともに、加温フィルタープレスのろ布からろ液が系外へ漏洩することを防止し、系内の減圧と風の発生により二次脱水ケーキの乾燥促進を図れる。液溜め部１０のろ液含有吸収液７ａは吸収液再生装置８に送られる。

吸収液再生装置８の蒸留塔では、ろ液含有吸収液７ａを親水性溶媒の沸点温度で蒸留してろ液含有吸収液７ａを吸収液と水分とに分離して吸収液３を再生する。
このようなメタノール等の親水性溶媒を用いた従来の脱水装置では、親水性溶媒から気化した気相の親水性溶媒が系外へ揮散することが溶媒損失の大部分を占めるが、本実施の形態の吸収脱水装置２では、吸収液３の親水性溶媒は液相、気相の変化があっても基本的に系内で循環するので、吸引ファン１４を通して系外へ揮散する親水性溶媒の消費量を抑制できる。

また、処理対象物１の水分を吸収する吸収液３と気化した親水性溶媒を吸収する吸収剤とを別途のものとすると、親水性溶媒を含む吸収剤の量が増大し、親水性溶媒の分離再生の処理負荷が多くなって消費エネルギーが大きくなるが、気化した親水性溶媒の吸収にろ液含有吸収液７ａを使用するので、吸収液再生装置８における消費エネルギーを抑制できる。

また、液溜め部１０では、気相の親水性溶媒を吸収したろ液含有吸収液が吸収液再生装置８に流れ出るとともに、新たなろ液含有吸収液が流入するので、液溜め部１０におけるろ液含有吸収液７ａの親水性溶媒の濃度は過度に高まることなく、一定の範囲内、ここでは親水性溶媒の濃度が６０〜３０ｗｔ％に維持される。

この濃度値の３０ｗｔ％は、親水性溶媒により細胞内包水が脱水される限界濃度であり、６０ｗｔ％は脱水性の向上を実現し、かつ消防法の適用が除外される上限濃度である。
よって、吸収液再生装置８におけるエネルギー負荷が安定し、消費エネルギーのロスを抑制できる。しかし、エネルギーロスを考慮しないのであれば、親水性溶媒の濃度が３０ｗｔ％以下であってもよく、さらには親水性溶媒の濃度が０ｗｔ％の水であっても本発明は実施可能である。

図２に示すように、吸収液回収装置７と吸引ファン１４の間に別途の凝集器１５を設けることも可能である。この場合には親水性溶媒の揮散をさらに低減できる。ここでは、冷水発生装置１３は兼用することも可能であり、吸収液回収装置７では処理場で発生する処理水（１５℃）を利用することで冷水発生装置１３をなくすことも可能である。

上述の実施例では、ろ液含有吸収液７ａと気化した親水性溶媒を１つの吸引ファン１４で吸引したが、ろ液含有吸収液７ａと気化した親水性溶媒を分けて吸引し、液溜め部１０へ導いてもよい。

上述の実施例では、吸引ファン１４を液溜め部１０の下流側に設けたが、脱水装置と液溜め部の間に設けてもよい。この場合、液溜め部１０には押し込み圧力がかかるので、気化した親水性溶媒が系外へ漏れるおそれがある。このため、より良くは、液溜め部１０の下流側に吸引ファン１４を設けるのがよい。

上述の実施例において、加温フィルタ−プレスや吸収液再生装置の熱源としては、別置きのボイラや電気ヒータ、さらには併設される焼却炉や溶融炉の排ガスを利用でき、様々なものを利用できる。また、加温フィルタープレスに利用した温水を吸収液再生装置の熱源の一部として利用することもできる。

上述の実施例では、吸収液回収装置７と凝集器１５を直列で接続する構成を例示して説明したが、凝集器１５は複数台を直列に、あるいは並列に接続してもよい。また、バブリング式とシャワリング式の方式の異なる吸収液回収装置７を直列に、あるいは並列に接続することも可能であり、吸収液回収装置７と凝集器１５の組み合わせは自由にできる。

上述の実施例では、気液接触部１１として液溜め部１０のろ液含有吸収液７の液面下に気相状態の親水性溶媒を排出する配管を持つバブリング形式を説明したが、気相状態の親水性溶媒中にろ液含有吸収液７を散水して接触させることも可能であり、気液接触の方法は限定されるものではなく、各種の方法が採用可能である。

さらに、接触効率を高めるために、細かな孔をもつノズルでバブリングや散水を行うことも可能であり、気液の接触面積を増大させる部品を設けることも可能である。

１ 処理対象物
２ 吸収脱水装置
３ 吸収液
４ 吸収液貯溜槽
５ 撹拌槽
６ 脱水装置
７ 吸収液回収装置
７ａ ろ液含有吸収液
８ 吸収液再生装置
９ 冷却部
１０ 液溜め部（水封装置）
１１ 気液接触部
１２ 冷却管
１３ 冷水発生装置
１４ 吸引ファン
１５ 凝集器

Claims (8)

1. 親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈液からなる吸収液と、処理対象物と吸収液を攪拌混合する攪拌部と、攪拌部の固液混合物を脱水する脱水部と、脱水部で処理対象物から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液を回収する吸収液回収部を備え、
   吸収液回収部は、ろ液含有吸収液を貯留する液溜め部と、気相状態の親水性溶媒を気液接触により液溜め部のろ液含有吸収液に吸収させる気液接触部を有することを特徴とする吸収脱水装置。
2. 吸収液回収部は、ろ液含有吸収液およびろ液含有吸収液から気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却する冷却部を有し、気液接触部は、冷却部で凝集することなく冷却部を気相状態で通過した親水性溶媒をろ液含有吸収液と気液接触させることを特徴とする請求項１記載の吸収脱水装置。
3. 吸収液回収部のろ液含有吸収液を、水分と吸収液に分離して吸収液を再生する吸収液再生部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸収脱水装置。
4. 吸収液は、攪拌部と脱水部と吸収液回収部と吸収液再生部とを巡る循環系内で循環することを特徴とする請求項３に記載の吸収脱水装置。
5. 液溜め部のろ液含有吸収液は、親水性溶媒の濃度が３０ｗｔ％以上から６０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の吸収脱水装置。
6. 気液接触部は、液溜め部に貯留したろ液含有吸収液に気相状態の親水性溶媒をバブリングして気液接触させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の吸収脱水装置。
7. 気液接触部は、気相状態の親水性溶媒中にろ液含有吸収液を散水して気液接触させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の吸収脱水装置。
8. 親水性溶媒もしくは親水性溶媒の希釈液からなる吸収液が、処理対象物と吸収液を攪拌混合する攪拌工程と、攪拌工程を経た固液混合物を所定温度に加熱しながら脱水する脱水工程と、脱水工程で処理対象物から脱水ろ液として脱離したろ液含有吸収液を回収する吸収液回収工程と、吸収液回収工程を経たろ液含有吸収液から水分を分離して吸収液を再生する吸収液再生工程とを巡る循環系内で循環し、
   吸収液回収工程において、ろ液含有吸収液およびろ液含有吸収液から気化した親水性溶媒からなる気液混相流を冷却して貯留するとともに、貯留したろ液含有吸収液に気相の親水性溶媒を気液接触により吸収させることを特徴とする吸収脱水方法。

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