JP2016041417A - Waste liquid treatment method and waste liquid treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃液処理方法及び廃液処理装置に関する。 The present invention relates to a waste liquid treatment method and a waste liquid treatment apparatus.
フェノール樹脂の製造工程では、原料であるホルマリンに含まれる水分や、フェノール樹脂の合成反応であるフェノールとホルムアルデヒドとの縮重合によって生じる縮合水などを脱水除去する。この脱水液には水分の他、未反応のフェノールやホルムアルデヒド及び微量ではあるが低分子樹脂や触媒などが含まれている。また、フェノールは環境規制物質であるため、一般的にはフェノール濃度を一定量まで下げるための前処理を行った上で活性汚泥処理等の生物処理を行い工場外へ放流している。一方、フェノールは有価物であるため、排出されるフェノール及び水を含む廃液からフェノールを分離、回収する技術に関する研究が進められている(特許文献1〜4参照)。特許文献1に記載されているように、フェノールを含有する排水中のフェノールの濃度は通常数%で、5〜8wt%の飽和排水が多い。8wt%程度以下のフェノールの濃度範囲においては、フェノールと水の相対揮発度が約1となり、あるいは、共沸混合物となるため、通常の蒸留法ではフェノールと水の分離は困難である。そこで特許文献1では、フェノールを含有する排水を共沸剤の存在下に共沸蒸留したり、抽出剤の存在下に抽出蒸留したりして、フェノールを分離、回収することを提案している。 In the phenol resin production process, water contained in formalin as a raw material, condensed water generated by condensation polymerization of phenol and formaldehyde, which is a synthetic reaction of phenol resin, and the like are dehydrated and removed. This dehydrating liquid contains unreacted phenol and formaldehyde and a small amount of low-molecular resin and catalyst in addition to moisture. In addition, since phenol is an environmentally regulated substance, generally, pretreatment for lowering the phenol concentration to a certain amount is performed and then biological treatment such as activated sludge treatment is performed and discharged outside the factory. On the other hand, since phenol is a valuable resource, research related to technology for separating and recovering phenol from waste liquid containing phenol and water discharged (see Patent Documents 1 to 4). As described in Patent Document 1, the concentration of phenol in wastewater containing phenol is usually several percent, and there are many saturated wastewaters of 5 to 8 wt%. In the phenol concentration range of about 8 wt% or less, the relative volatility of phenol and water is about 1, or an azeotrope, so that it is difficult to separate phenol and water by ordinary distillation methods. Therefore, Patent Document 1 proposes to separate and recover phenol by azeotropic distillation of wastewater containing phenol in the presence of an azeotropic agent or extractive distillation in the presence of an extractant. .
また、蒸留によるもののほか、膜分離技術を用いたフェノールの分離、回収についても検討されている。特許文献2では、フェノール含有排水を減圧下で蒸発、凝縮させ、ついで凝縮した排水を浸透気化膜を備えた分離装置に供給して減圧側の透過液からフェノールを分離、回収することを提案している。特許文献3では、分離膜を利用したパーベーパレーション法によりフェノール類を回収する際に、分離膜に吸着した低分子量のフェノール樹脂縮合物を、フェノール類を含有する水溶液を用いて洗浄、除去する工程を設けることを提案している。特許文献4では、フェノール含有排水に凝集剤を添加して挟雑する不純物を凝集除去した後、残液をメンブランフィルターで濾過し、濾液をパーベーパレーション膜で処理することを提案している。 In addition to distillation, phenol separation and recovery using membrane separation technology is also being studied. Patent Document 2 proposes that phenol-containing wastewater is evaporated and condensed under reduced pressure, and then the condensed wastewater is supplied to a separation device equipped with a pervaporation membrane to separate and recover phenol from the permeate on the decompression side. ing. In Patent Document 3, when phenols are recovered by a pervaporation method using a separation membrane, the low molecular weight phenol resin condensate adsorbed on the separation membrane is washed and removed using an aqueous solution containing phenols. Propose to provide a process. Patent Document 4 proposes that an aggregating agent is added to phenol-containing wastewater to coagulate and remove impurities, and then the remaining liquid is filtered with a membrane filter and the filtrate is treated with a pervaporation membrane.
しかしながら、特許文献1では、共沸剤や抽出剤を用いる必要があり、これらを用いない通常の蒸留法では、フェノール類と水の共沸組成を超える濃度まで濃縮した蒸留物を得ることができなかった。特許文献2〜4では、膜分離技術を用いており、共沸組成を超える濃度まで濃縮することができるが、使用に伴う分離性能の低下が比較的早期に起こることがあった。このため、水及びフェノール類を含む廃液の膜分離技術を用いた廃液処理において、使用に伴う分離性能の低下を抑制することが望まれていた。 However, in Patent Document 1, it is necessary to use an azeotropic agent and an extractant, and a distillate concentrated to a concentration exceeding the azeotropic composition of phenols and water can be obtained by a normal distillation method that does not use these. There wasn't. In Patent Documents 2 to 4, a membrane separation technique is used, and the concentration can be increased to a concentration exceeding the azeotropic composition. However, a decrease in separation performance accompanying use may occur relatively early. For this reason, in the waste liquid processing using the membrane separation technique of the waste liquid containing water and phenols, it has been desired to suppress a decrease in separation performance associated with use.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、フェノール樹脂の製造工程から排出され水及びフェノール類を含む廃液の処理において、分離性能の低下を抑制することのできる、廃液処理方法及び廃液処理装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in the treatment of waste liquid discharged from the phenol resin production process and containing water and phenols, waste liquid treatment that can suppress a decrease in separation performance. The main object is to provide a method and a waste liquid treatment apparatus.
上述した主目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究した。そうしたところ、フェノール樹脂の製造工程から排出され水及びフェノール類を含む廃液を蒸発凝縮し、蒸発凝縮した廃液を水を選択的に透過させる浸透気化膜を用いて脱水すると、分離性能の低下を抑制できることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the main object described above, the present inventors have intensively studied. In such a case, if the waste liquid containing water and phenols discharged from the phenol resin manufacturing process is evaporated and condensed, and the waste liquid evaporated and condensed is dehydrated using a pervaporation membrane that selectively permeates water, the decrease in separation performance is suppressed. The inventors have found what can be done and have completed the present invention.
すなわち、本発明の廃液処理方法は、
フェノール樹脂の製造工程から排出され水及びフェノール類を含む処理対象廃液を処理する廃液処理方法であって、
前記処理対象廃液を蒸発凝縮した第1処理廃液を得る蒸発工程と、
水を選択的に透過させる浸透気化膜を用い、前記第1処理廃液から水を減じてフェノール類を30質量%以上含む第2処理廃液を得る膜分離工程と、
を備えたものである。
That is, the waste liquid treatment method of the present invention comprises:
A waste liquid treatment method for treating a waste liquid to be treated containing water and phenols discharged from a production process of a phenol resin,
An evaporation step of obtaining a first treatment waste liquid obtained by evaporating and condensing the treatment target waste liquid;
A membrane separation step of using a pervaporation membrane that selectively permeates water to obtain a second treatment waste liquid containing 30% by mass or more of phenols by reducing water from the first treatment waste liquid;
It is equipped with.
本発明の廃液処理装置は、
フェノール樹脂の製造工程から排出され水及びフェノール類を含む処理対象廃液を処理する廃液処理装置であって、
前記処理対象廃液を蒸発凝縮した第1処理廃液を得る蒸発部と、
水を選択的に透過させる浸透気化膜を備え、該浸透気化膜を用い前記第1処理廃液から水を減じてフェノール類を30質量%以上含む第2処理廃液を得る膜分離部と、
を備えたものである。
The waste liquid treatment apparatus of the present invention is
A waste liquid treatment apparatus for treating a waste liquid to be treated containing water and phenols discharged from a phenol resin production process,
An evaporation section for obtaining a first processing waste liquid obtained by evaporating and condensing the processing target waste liquid;
A membrane separation unit comprising a pervaporation membrane that selectively permeates water, and using the pervaporation membrane to reduce water from the first treatment waste liquid to obtain a second treatment waste liquid containing 30% by mass or more of phenols;
It is equipped with.
本発明の廃液処理方法及び廃液処理装置では、フェノール樹脂の製造工程から排出される水及びフェノール類を含む廃液の膜分離技術を用いた廃液処理において、分離性能の低下を抑制できる。こうした効果が得られる理由は、以下のように推察される。一般的に、フェノール樹脂は、フェノール類とホルマリンとをシュウ酸などの触媒の存在下で反応させて合成される。合成時に排出される廃液には、フェノール樹脂の合成時に残留した未反応フェノール類や水、ホルムアルデヒド、低分子重合物、触媒などが含まれる。こうした廃液をそのまま又は濾過などの処理の後に膜分離すると、廃液中の成分のうち、フェノールの未反応モノマーや低分子重合物とホルムアルデヒドとが触媒存在下で反応してフェノール類の重合体が生成し、重合体が膜に付着するなどして、透過流束の低下やフェノール類の阻止率の低下といった膜の分離性能の低下を生じることがある。しかし、廃液を蒸発凝縮して得られた第1処理廃液を膜分離すると、第1処理廃液中のフェノール類の重合に必要な成分(触媒やフェノール類、ホルムアルデヒド)のうちの少なくとも1つの含有量がもとの廃液より低いため、フェノール類の重合を抑制し、分離性能の低下を抑制できる。また、水を選択的に透過させる浸透気化膜を用いると、浸透気化膜を透過するフェノール類が少ないため、フェノール類を選択的に透過させる浸透気化膜を用いる場合に比して、フェノール類の重合体が膜の内部に付着しにくく、透過流束の低下をより抑制できる。 In the waste liquid treatment method and waste liquid treatment apparatus of the present invention, it is possible to suppress a decrease in separation performance in waste liquid treatment using a membrane separation technique for waste liquid containing water and phenols discharged from a phenol resin production process. The reason why such an effect can be obtained is assumed as follows. Generally, a phenol resin is synthesized by reacting phenols and formalin in the presence of a catalyst such as oxalic acid. The waste liquid discharged at the time of synthesis includes unreacted phenols, water, formaldehyde, low molecular weight polymers, catalysts, and the like remaining during the synthesis of the phenol resin. When membrane separation is performed on such waste liquid as it is or after treatment such as filtration, phenol unreacted monomers and low molecular weight polymers react with formaldehyde in the presence of a catalyst to produce phenolic polymers. However, when the polymer adheres to the membrane, the separation performance of the membrane, such as a decrease in permeation flux and a decrease in phenol rejection, may occur. However, when the first treatment waste liquid obtained by evaporating and condensing the waste liquid is subjected to membrane separation, the content of at least one of components (catalyst, phenols, formaldehyde) necessary for polymerization of phenols in the first treatment waste liquid However, since it is lower than the original waste liquid, it is possible to suppress the polymerization of phenols and to suppress a decrease in separation performance. In addition, when an osmosis vapor membrane that selectively permeates water is used, there are few phenols that permeate the osmosis vapor membrane. Therefore, compared to the case of using an osmosis vapor membrane that selectively permeates phenols, The polymer is less likely to adhere to the inside of the membrane, and the decrease in permeation flux can be further suppressed.
本発明の廃液処理方法及び廃液処理装置では、フェノール樹脂の製造工程から排出される水及びフェノール類を含む廃液(処理対象廃液)を処理する。処理対象廃液は、フェノール樹脂の製造時に排出された原液としてもよいし濾過や静置分離などの処理をしたものとしてもよい。フェノール樹脂の種類は、レゾール型樹脂とノボラック型樹脂とに大別でき、本発明はどちらの樹脂の製造工程で発生する廃液へも適用できるが、ノボラック型樹脂の排水への適用がより好ましい。レゾール型樹脂は、フェノールとホルマリンとを塩基性触媒(水酸化ナトリウム、アンモニア、アミンなど)下で反応させて得られる。この反応は、縮合反応よりも付加反応が主な反応であり生成する縮合水が少ない。また、ホルムアルデヒドのフェノールに対する配合比率(モル比)を通常1.0よりも大きくするため、未反応フェノール濃度も低い。一方、ノボラック型樹脂は、フェノールとホルマリンとを酸性触媒(シュウ酸、塩酸、スルホン酸など)下で反応させて得られる。この反応は、縮合反応が主な反応であり生成する縮合水が多い。また、ホルムアルデヒドのフェノールに対する配合比率を通常1.0よりも小さくするため、未反応フェノール濃度が比較的高い。このように、ノボラック型樹脂ではより多くの廃液を処理する必要があるし、よりフェノール濃度の高い廃液を処理する必要があるため、本発明の適用の意義が高い。フェノール樹脂は、上述した純フェノール樹脂でもよいし、変性剤を用いた変性フェノール樹脂などでもよい。 In the waste liquid treatment method and the waste liquid treatment apparatus of the present invention, the waste liquid (treatment target waste liquid) containing water and phenols discharged from the phenol resin production process is treated. The waste liquid to be treated may be a stock solution discharged at the time of producing the phenol resin, or may be subjected to treatment such as filtration or stationary separation. The type of phenol resin can be broadly classified into a resol type resin and a novolac type resin, and the present invention can be applied to waste liquid generated in the production process of either resin, but the novolac type resin is more preferably applied to waste water. The resol type resin is obtained by reacting phenol and formalin in the presence of a basic catalyst (sodium hydroxide, ammonia, amine, etc.). In this reaction, the addition reaction is the main reaction than the condensation reaction, and less condensed water is produced. Moreover, since the compounding ratio (molar ratio) of formaldehyde to phenol is usually larger than 1.0, the unreacted phenol concentration is also low. On the other hand, the novolac resin is obtained by reacting phenol and formalin in the presence of an acidic catalyst (oxalic acid, hydrochloric acid, sulfonic acid, etc.). In this reaction, a condensation reaction is the main reaction, and much condensed water is produced. Moreover, since the compounding ratio of formaldehyde to phenol is usually smaller than 1.0, the unreacted phenol concentration is relatively high. As described above, in the novolak type resin, it is necessary to treat a larger amount of waste liquid, and it is necessary to treat a waste liquid having a higher phenol concentration. Therefore, the significance of application of the present invention is high. The phenol resin may be the pure phenol resin described above, or a modified phenol resin using a modifier.
処理対象廃液は、上述したような各種フェノール樹脂の製造工程から排出されるものであり、一般には、フェノール樹脂の原料であるフェノール類やホルマリン(ホルムアルデヒド+水)、メタノール、触媒(水酸化ナトリウム、アンモニア、アミン、シュウ酸、塩酸、スルホン酸など)などが含まれる。処理対象廃液は、例えば、フェノール類を10質量%以下含むものとしてもよい。下限は、0.05質量%以上としてもよい。また、処理対象廃液は、例えば、水を80質量以上含むものとしてもよく、90質量%以上含むものとしてもよい。上限は95質量%以下としてもよい。 The waste liquid to be treated is discharged from various phenol resin production processes as described above. Generally, phenols, formalin (formaldehyde + water), methanol, catalyst (sodium hydroxide, Ammonia, amine, oxalic acid, hydrochloric acid, sulfonic acid, etc.). The waste liquid to be treated may contain, for example, 10% by mass or less of phenols. A lower limit is good also as 0.05 mass% or more. Moreover, the waste liquid to be treated may contain, for example, 80 mass% or more of water, or 90 mass% or more. The upper limit may be 95% by mass or less.
以下では、本発明の廃液処理装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、廃液処理装置10の構成の概略を示す構成図である。図2は、浸透気化膜45を備えた膜フィルタ41の構成の概略を示す説明図である。
Below, one Embodiment of the waste-liquid processing apparatus of this invention is described using drawing. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of the waste liquid treatment apparatus 10. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the
廃液処理装置10は、蒸発部20と、膜分離部50と、蒸発部20に処理対象廃液を供給する供給経路12と、蒸発部20と膜分離部40とをつなぐ送液経路14と、膜分離部50からフェノールが濃縮した廃液を取り出す回収経路16と、を備えている。
The waste liquid treatment apparatus 10 includes an
蒸発部20は、ヒータ22を有し処理対象廃液を蒸発させる蒸発缶(ここでは単効用缶とする)24と、蒸発缶24で発生した蒸気を冷却して凝縮させる冷却器26と、蒸発缶24及び冷却器26を結ぶ配管28とを備えている。ヒータ22は、蒸発缶24の内部の液が所定の温度となるように調整されている。所定の温度としては、60℃以上110℃以下が好ましく、80℃以上100℃以下がより好ましい。配管28には、供給経路12を流通する処理対象廃液との熱交換によって配管28を流通する蒸気を冷却するとともに、配管28を流通する蒸気との熱交換によって供給経路12を流通する処理対象廃液を加熱する熱交換器30が設けられている。蒸発部20において、供給経路12から蒸発缶24に供給された処理対象廃液は、蒸発缶24で蒸発し、冷却器26で冷却されて凝縮し第1処理廃液となり、送液経路14に送られる。一方、蒸発缶24で蒸発せずに缶底に残留した液体は、蒸発缶24の底に設けられた送出経路32から外部に送液される。ここでは、配管32は冷却器34を備えており、液体を20℃程度まで冷却してから送液する。なお、送出経路32から外部に送液される液体は、フェノール類を多く(例えば50質量%程度)含んでいるため、フェノール樹脂の原料として利用することもできる。
The
蒸発部20で得られる第1処理廃液は、触媒の濃度が500ppm以下であることが好ましく、200ppm以下がより好ましく、100ppm以下がさらに好ましい。フェノール類の濃度は、特に限定されないが、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましく、8質量%以上が一層好ましい。フェノール類の濃度の上限としては、例えば、20質量%以下や、15質量%以下としてもよい。ホルムアルデヒドの濃度は、特に限定されないが、8000ppm以下であることが好ましく、7000ppm以下がより好ましく、5000ppm以下がさらに好ましい。第1処理廃液に含まれる触媒や、フェノール類、ホルムアルデヒドの濃度は、処理対象廃液に含まれる濃度よりも低いことが好ましく、特に、触媒の濃度は処理対象廃液に含まれる濃度よりも低いことが好ましい。触媒が不足すれば、フェノール類やホルムアルデヒドが存在しても、重合反応が進行しないからである。なお、シュウ酸、水酸化ナトリウムなどのような揮発性の低い触媒は、蒸発しにくいため、第1処理廃液中の濃度が特に低くなる。水の濃度は、特に限定されないが、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。上限としては95質量%以下としてもよい。
The first treatment waste liquid obtained in the
膜分離部50は、蒸発部20から送液経路14を通って送液された第1処理廃液を収容する収容部60と、収容部60から供給された流体から水を分離する分離部40とを備えている。
The
この膜分離部50は、収容部60から分離部40を経て収容部60へ流体を流通する循環経路62を備えている。なお、以下では、循環経路62を流通して分離部40に供給される流体を、第1処理廃液も含め、循環液とする。循環経路62には、循環液を通過させる循環ポンプ64と、循環経路62を流通する循環液の温度を膜分離に適した温度となるように加熱する加熱器66とを備えている。膜分離に適した温度としては、60℃以上100℃以下が好ましく、70℃以上90℃以下がより好ましい。こうした温度では、膜分離の効率が良いからである。なお、分離温度は、加熱器66で加熱した直後の循環液の温度としてもよいし、分離部40に設けられた図示しない温度センサで測定した温度としてもよい。
The
分離部40は、水を選択的に透過させる浸透気化膜45(図2参照)が形成された膜フィルタ41を備えている。また、分離部40は、分離物である水を外部へ送液する送出経路68が接続されている。この分離部40には、図示しない圧力センサが接続されており、この圧力センサによって容器内の圧力が検出される。送出経路68には、冷却器70と、送出経路68を減圧する真空ポンプ72とを備えている。
The
膜フィルタ41は、図2に示すように、混合流体(第1処理廃液や循環液)の流路となる複数のセル42を形成する基材としての多孔質基材44と、多孔質基材44の内表面に設けられ混合流体の分離機能を有する浸透気化膜45とを備えている。このように、浸透気化膜45が多孔質基材44の表面に形成されることにより、浸透気化膜45を薄膜としても、多孔質基材44に支えられてその形状を維持し破損等を防止することができる。この膜フィルタ41では、入口側からセル42へ入った混合流体のうち、浸透気化膜45を透過可能な分子サイズを有する水が、浸透気化膜45及び多孔質基材44を透過し、膜フィルタ41の側面から送出される。一方、浸透気化膜45を透過できないフェノール類は、セル42の流路に沿って流通し、セル42の出口側から送出される。多孔質基材44は、複数のセル42を備えたモノリス構造を有しているものとしてもよいし、1つのセルを備えたチューブラー構造を有しているものとしてもよい。その外形は、特に限定されないが、円柱状、楕円柱状、四角柱状、六角柱状などの形状とすることができる。あるいは、多孔質基材44は、断面多角形の管状としてもよい。この多孔質基材44は、気孔径の大きな粗粒部44aの表面に気孔径の小さな細粒部44bが形成された二層以上の多層構造を有しているものとしてもよい。粗粒部44aの気孔径は、例えば、0.1μm〜数100μm程度とすることができる。細粒部44bの気孔径は、粗粒部44aの気孔径に比して小さければよく、例えば、気孔径が0.001〜1μm程度のものとすることができる。こうすれば、多孔質基材44の透過抵抗を低減することができる。多孔質基材44を構成する材料としては、アルミナ(α−アルミナ、γ−アルミナ、陽極酸化アルミナ等)、ジルコニア等のセラミックスやステンレスなどの金属等を挙げることができ、基材の作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径0.001〜30μmのアルミナ粒子を原料として成形、焼結させたものが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
浸透気化膜45は、水及びフェノール類を含む混合流体から、選択的に水を分離するものである。ここで、「水を選択的に分離する」とは、混合流体から純度100%の水を分離して取り出すだけでなく、混合流体の組成と比較して水の含有率が高くなった溶液または気体を分離して取り出すことも含む。例えば、純度90%以上の水や純度95%以上の水を分離して取り出すものとしてもよい。また、「脱水」というときは、水を選択的に分離することをいう。
The
浸透気化膜45はゼオライト膜が好ましい。ゼオライトは、その結晶構造により、LTA(A型)、MFI(ZSM−5、シリカライト)、MOR(モルデナイト)、AFI(SSZ−24)、FER(フェリエライト)、FAU(X型、T型)、DDR(デカ−ドデカシル−3R)といった数多くの種類が存在する。ゼオライトは、酸素8員環であり、かつ、組成(モル比)がSiO2/Al2O3≧5を満たすことが好ましく、DDRがより好ましい。DDRは、主成分がシリカからなる結晶であり、その細孔は酸素8員環を含む多面体によって形成されているとともに、酸素8員環の細孔径は4.4×3.6Åであることが知られている。DDR型ゼオライト膜は、主成分がシリカであり、SiO2/Al2O3のモル比率(以下シリカアルミナ比とも称する)が大きい(例えば200以上、好ましくは無限大)ため、耐酸性に優れている。耐酸性に関しては、例えばA型ゼオライトは、シリカアルミナ比が約2であり、アルミナの含有率が高いため、DDR型ゼオライトより耐酸性が低い。T型ゼオライトは、A型と比較するとシリカの含有率が若干高いものの、シリカアルミナ比が6〜8と低いためDDR型ゼオライトより耐酸性が低い。また、MOR型ゼオライトは、シリカ含有率が更に高いが、シリカ/アルミナ比が40以下程度であるためDDR型ゼオライトより耐酸性が低い。このように、DDR型ゼオライト膜は、耐酸性が高いため、水及びフェノール類を含む酸性の液体の処理に適している。また、DDR型ゼオライト膜は、強い親水性により水を選択的に透過させるA型ゼオライト膜などと異なり、分子篩効果によって混合物中の水を透過させるため、A型ゼオライト膜などに比して耐水性が高い。DDR型ゼオライト膜の製造方法は、特に限定されるものではなく、緻密なDDR型ゼオライト膜を形成できればよい。例えば、特開2003−159518号公報に記載のDDR型ゼオライト膜の製造方法のように、1−アダマンタンアミンとシリカとの含有割合(1−アダマンタンアミン/SiO2)がモル比で0.03〜0.4、水とシリカとの含有割合(水/SiO2)がモル比で20〜500、さらにエチレンジアミンと1−アダマンタンアミンとの含有割合(エチレンジアミン/1−アダマンタンアミン)がモル比で5〜32である原料溶液と、種結晶となるDDR型ゼオライト粉末とを用いて、水熱合成することにより形成したものとしてもよい。
The
分離部40では、セル42を介して循環経路62を第1処理廃液が流通する供給側空間と、膜フィルタ41から送出経路68へ分離された排水が流通する透過側空間とに浸透気化膜45及び多孔質基材44により隔てられている。膜分離部50では、真空ポンプ72で送出経路68(透過側空間)を減圧することにより、セル42から浸透気化膜45を経て送出経路68側へ分離物(水)が透過し、冷却器70で冷却して外部に送液する。このとき、透過側空間の真空度(2次圧)は、1.3kPa(10Torr)以上13kPa(100Torr)以下が好ましく、4.0kPa(30Torr)以上9.3kPa(70Torr)以下がより好ましい。この分離物に含まれるフェノール類の濃度は1000ppm以下であることが好ましい。フェノール類の濃度が1000ppm以下であれば、汎用的な生物処理法で環境中に排出可能な濃度までフェノール類の濃度を低減できる。
In the
一方、分離部40で水が分離された第1処理廃液は、循環経路62を循環する。そして、膜分離部50は、循環経路62を循環する第1処理廃液のフェノール類の濃度が所定値に達すると、分離処理を終了し、循環経路62内の流体(第2処理廃液)を、循環経路62に配設された回収経路16を介して外部へ送出する。この回収経路16は、バルブ80、送液ポンプ82、冷却器84を備えており、分離処理が終了したときに、バルブ80が開かれ、送液ポンプ82によって第2処理廃液を回収経路16へ送液し、冷却器84によって冷却し、第2処理廃液を外部へ送出する。送出された第2処理廃液は、例えば、フェノール類を30質量%以上含むものが好ましく、40質量%以上含むものがより好ましく、50質量%以上含むものがさらに好ましい。フェノール類を多く含むものとすれば、例えば、フェノール樹脂の原料として再利用することができる。なお、廃液処理装置10において、第2処理廃液に含まれるフェノール類の濃度は、例えば、収容部60で減少した第1処理廃液の量に基づいて求めるものとしてもよいし、送出経路68で回収された分離物の量に基づいて求めるものとしてもよい。また第2処理廃液に含まれるフェノール類の濃度は、分離部40や分離部40の出口で混合流体の組成分析を行うことにより求めるものとしてもよい。
On the other hand, the first treatment waste liquid from which water has been separated by the
次に、本実施形態の廃液処理方法について説明する。この廃液処理方法では、廃液処理装置10を用いてもよいし、他の分離装置を用いてもよい。この廃液処理方法は、蒸発工程と、膜分離工程とを備えている。 Next, the waste liquid treatment method of this embodiment will be described. In this waste liquid treatment method, the waste liquid treatment apparatus 10 may be used, or another separation apparatus may be used. This waste liquid treatment method includes an evaporation step and a membrane separation step.
(1)蒸発工程
この工程では、処理対象廃液を蒸発凝縮した第1処理廃液を得る。蒸発凝縮に用いる蒸発方法は特に限定はされず、例えば、単効用缶方式としてもよいし、多重効用缶方式としてもよいし、自己蒸気圧縮方式としてもよいし、多段フラッシュ方式としてもよい。また、減圧蒸発としてもよい。蒸発の際の温度は60℃以上110℃以下が好ましく、80℃以上100℃以下がより好ましい。この工程では、得られる第1処理廃液において、触媒の濃度が500ppm以下となるようにすることが好ましく、200ppm以下がより好ましく、100ppm以下がさらに好ましい。フェノール類の濃度は、廃液中の水とフェノールの共沸点で左右されるため、特に限定されないが、1質量%以上となるようにすることが好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましく、8質量%以上が一層好ましい。フェノール類の濃度の上限としては、例えば、20質量%以下や、15%以下としてもよい。ホルムアルデヒドの濃度は、特に限定されないが、8000ppm以下となるようにすることが好ましく、7000ppm以下がより好ましく、5000ppm以下がさらに好ましい。第1処理廃液に含まれる触媒や、フェノール類、ホルムアルデヒドの濃度は、処理対象廃液に含まれる濃度よりも低いことが好ましく、特に、触媒の濃度は処理対象廃液に含まれる濃度よりも低いことが好ましい。水の濃度は、特に限定されないが、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。上限としては95質量%以下としてもよい。なお、蒸発せずに残った缶底液はフェノール樹脂の原料として使用してもよい。
(1) Evaporation process In this process, the 1st process waste liquid which evaporated and condensed the process target waste liquid is obtained. The evaporation method used for evaporative condensation is not particularly limited. For example, a single-effect can method, a multi-effect can method, a self-vapor compression method, or a multistage flash method may be used. Moreover, it is good also as evaporation under reduced pressure. The temperature during evaporation is preferably 60 ° C. or higher and 110 ° C. or lower, and more preferably 80 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. In this step, the concentration of the catalyst in the obtained first treatment waste liquid is preferably 500 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, and even more preferably 100 ppm or less. The concentration of phenols is not particularly limited because it depends on the azeotropic point of water and phenol in the waste liquid, but is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and 5% by mass. The above is more preferable, and 8% by mass or more is more preferable. The upper limit of the concentration of phenols may be, for example, 20% by mass or less, or 15% or less. The formaldehyde concentration is not particularly limited, but is preferably 8000 ppm or less, more preferably 7000 ppm or less, and even more preferably 5000 ppm or less. The concentration of the catalyst, phenols, and formaldehyde contained in the first treatment waste liquid is preferably lower than the concentration contained in the treatment target waste liquid, and in particular, the concentration of the catalyst is lower than the concentration contained in the treatment target waste liquid. preferable. Although the density | concentration of water is not specifically limited, It is preferable that it is 80 mass% or more, 85 mass% or more is preferable, and 90 mass% or more is more preferable. The upper limit may be 95% by mass or less. In addition, you may use the can bottom liquid which remained without evaporating as a raw material of a phenol resin.
(2)膜分離工程
この工程では、水を選択的に透過させる浸透気化膜を用い第1処理廃液から水を減じた第2処理廃液を得る。浸透気化膜はゼオライト膜が好ましい。ゼオライトは、酸素8員環であり、かつ、組成(モル比)がSiO2/Al2O3≧5を満たすことが好ましく、DDRがより好ましい。DDRは、主成分がシリカからなる結晶であり、その細孔は酸素8員環を含む多面体によって形成されているとともに、酸素8員環の細孔径は4.4×3.6Åであることが知られている。DDR型ゼオライト膜は、主成分がシリカであり、シリカアルミナ比が大きいため、耐酸性に優れている。このように、DDR型ゼオライト膜は、耐酸性が高いため、水及びフェノール類を含む酸性の液体の処理に適している。また、DDR型ゼオライト膜は、強い親水性により水を選択的に透過させるA型ゼオライト膜などと異なり、分子篩効果によって混合物中の水を透過させるため、A型ゼオライト膜などに比して耐水性が高い。
(2) Membrane separation step In this step, a second treatment waste liquid is obtained by subtracting water from the first treatment waste liquid using a pervaporation membrane that selectively permeates water. The pervaporation membrane is preferably a zeolite membrane. The zeolite is an oxygen 8-membered ring, and the composition (molar ratio) preferably satisfies SiO 2 / Al 2 O 3 ≧ 5, and DDR is more preferable. DDR is a crystal whose main component is silica, and its pores are formed by a polyhedron including an oxygen 8-membered ring, and the pore diameter of the oxygen 8-membered ring is 4.4 × 3.6 mm. Are known. The DDR type zeolite membrane is excellent in acid resistance because the main component is silica and the silica alumina ratio is large. Thus, since the DDR type zeolite membrane has high acid resistance, it is suitable for treatment of an acidic liquid containing water and phenols. In addition, DDR type zeolite membranes, unlike A type zeolite membranes that selectively permeate water due to their strong hydrophilicity, allow water in the mixture to permeate due to the molecular sieve effect, making them more water resistant than A type zeolite membranes. Is expensive.
浸透気化膜は、多孔質基材の表面に形成されたものとしてもよい。このように、多孔質支持基材の表面に形成されることにより、浸透気化膜を薄膜としても、基材に支えられてその形状を維持し破損等を防止することが可能となる。多孔質基材は、多孔質であり、浸透気化膜を形成することができれば特に限定されるものではなく、その材質、形状及び大きさは用途等に合わせて適宜決定することができる。基材を構成する材料としては、アルミナ(α−アルミナ、γ−アルミナ、陽極酸化アルミナなど)、ジルコニアなどのセラミックスあるいはステンレスなどの金属等を挙げることができ、基材作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径0.001〜30μmのアルミナ粒子を原料として成形、焼結されたものが好ましい。多孔質基材の形状としては、板状、円筒状、多面多角形の管状、モノリス形状などいずれの形状でもよい。 The pervaporation membrane may be formed on the surface of the porous substrate. Thus, by forming on the surface of the porous support base material, even if the pervaporation membrane is a thin film, it is supported by the base material to maintain its shape and prevent damage or the like. The porous substrate is not particularly limited as long as it is porous and can form a pervaporation membrane, and the material, shape, and size thereof can be appropriately determined according to the use and the like. Examples of the material constituting the base material include alumina (α-alumina, γ-alumina, anodized alumina, etc.), ceramics such as zirconia or metals such as stainless steel. From the viewpoint, alumina is preferable. Alumina is preferably molded and sintered using alumina particles having an average particle size of 0.001 to 30 μm as a raw material. The shape of the porous substrate may be any shape such as a plate shape, a cylindrical shape, a polyhedral polygonal tube shape, or a monolith shape.
この膜分離工程では、第1処理廃液を、浸透気化膜の一方の面(供給側)に接触させ、浸透気化膜の他方の面側(透過側)と供給側とに圧力差を生じさせる浸透気化法を用い、第1処理廃液を液体で供給し、透過側を減圧し、水を浸透気化膜透過させる。分離工程では、浸透気化膜を用いるため、第1処理廃液を高温に加熱することなく第1処理廃液から水を減じることができるが、60℃以上100℃以下で膜分離を行うことが好ましく、70℃以上90℃以下がより好ましい。こうした温度では、膜分離の効率がよい。なお、こうした温度では、フェノール類の重合反応が進行しやすいため、蒸発工程を行わない場合には、かえって膜分離の効率が低下することがある。透過側空間の真空度(2次圧)は、1.3kPa以上13kPa以下が好ましく、4.0kPa以上9.3kPa以下がより好ましい。透過側から送出される水に含まれるフェノール類の濃度は1000ppm以下であることが好ましい。また、膜分離工程で得られる第2処理廃液に含まれるフェノール類の濃度は、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。膜性能が低下した場合などには、水や有機溶剤により浸透気化膜を適宜洗浄してもよい。有機溶剤としては、特に限定されないが、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。 In this membrane separation step, the first treatment waste liquid is brought into contact with one surface (supply side) of the pervaporation membrane, and the permeation causes a pressure difference between the other surface side (permeation side) of the permeation vaporization membrane and the supply side. Using the vaporization method, the first treatment waste liquid is supplied as a liquid, the permeation side is decompressed, and water is allowed to permeate through the pervaporation membrane. In the separation step, since a pervaporation membrane is used, water can be reduced from the first treatment waste liquid without heating the first treatment waste liquid to a high temperature, but it is preferable to perform membrane separation at 60 ° C. or more and 100 ° C. or less, 70 degreeC or more and 90 degrees C or less are more preferable. At such temperatures, the efficiency of membrane separation is good. At such temperatures, since the polymerization reaction of phenols easily proceeds, the efficiency of membrane separation may be lowered when the evaporation step is not performed. The degree of vacuum (secondary pressure) in the transmission side space is preferably 1.3 kPa to 13 kPa, and more preferably 4.0 kPa to 9.3 kPa. The concentration of phenols contained in water sent from the permeate side is preferably 1000 ppm or less. Moreover, 10 mass% or more is preferable and, as for the density | concentration of the phenols contained in the 2nd process waste liquid obtained at a membrane separation process, 20 mass% or more is more preferable. When the membrane performance is deteriorated, the pervaporation membrane may be appropriately washed with water or an organic solvent. Although it does not specifically limit as an organic solvent, For example, N, N- dimethylformamide, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran etc. can be used.
以上説明した本実施形態の廃液処理方法及び廃液処理装置では、フェノール樹脂の製造工程から排出され水及びフェノール類を含む廃液の膜分離技術を用いた廃液処理において、分離性能の低下を抑制できる。こうした効果が得られる理由は、以下のように推察される。一般的に、フェノール樹脂は、フェノール類とホルマリンとをシュウ酸などの触媒の存在下で反応させて合成される。合成時に排出される廃液には、フェノール樹脂の合成時に残留したフェノール類や水、ホルムアルデヒド、触媒などが含まれる。こうした廃液を膜分離すると、操作条件によっては、廃液中に含まれる成分が反応してフェノール類の重合体が生成し、重合体が浸透気化膜に付着するなどして、透過流束の低下やフェノール類の阻止率の低下といった膜の分離性能の低下を生じることがある。しかし、廃液を蒸発凝縮して得られた第1処理廃液を膜分離すると、第1処理廃液中のフェノール類の重合に必要な成分(触媒やフェノール類、ホルムアルデヒド)のうちの少なくとも1つの含有量がもとの廃液より低いため、フェノール類の重合を抑制し、分離性能の低下を抑制できる。ところで、シュウ酸などの触媒は、水やフェノール類に対して揮発性が極めて低く蒸発しにくいため、廃液を蒸発凝縮して得られる液体にはほとんど含まれない。このため、分離膜に通す廃液を、予め蒸発凝縮させて得られた第1処理廃液とすると、フェノール類の重合に必要な触媒の含有量が低下し、分離性能の低下をより抑制できる。また、水を選択的に透過させる浸透気化膜を用いると、浸透気化膜を透過するフェノール類が少ないため、フェノール類を選択的に透過させる浸透気化膜を用いる場合に比して、フェノール類の重合体が膜の内部に付着しにくく、分離性能の低下をより抑制できる。また、蒸発工程で処理対象廃液中の未反応フェノール、触媒及び触媒と反応して生成する金属塩、樹脂製造の脱水工程で水分と同半される低分子反応物などの高沸点物を水と蒸発分離させることで、膜分離工程で用いる分離膜の分離効率を維持することができる。 In the waste liquid treatment method and waste liquid treatment apparatus of the present embodiment described above, it is possible to suppress a decrease in separation performance in waste liquid treatment using a membrane separation technique of waste liquid discharged from a phenol resin production process and containing water and phenols. The reason why such an effect can be obtained is assumed as follows. Generally, a phenol resin is synthesized by reacting phenols and formalin in the presence of a catalyst such as oxalic acid. The waste liquid discharged at the time of synthesis contains phenols, water, formaldehyde, catalysts, and the like remaining during the synthesis of the phenol resin. When such waste liquid is separated into membranes, depending on the operating conditions, the components contained in the waste liquid react to produce a phenolic polymer, and the polymer adheres to the pervaporation membrane. In some cases, the separation performance of the membrane may be lowered, such as a reduction in the rejection of phenols. However, when the first treatment waste liquid obtained by evaporating and condensing the waste liquid is subjected to membrane separation, the content of at least one of components (catalyst, phenols, formaldehyde) necessary for polymerization of phenols in the first treatment waste liquid However, since it is lower than the original waste liquid, it is possible to suppress the polymerization of phenols and to suppress a decrease in separation performance. By the way, a catalyst such as oxalic acid is hardly contained in a liquid obtained by evaporating and condensing a waste liquid because it is very volatile to water and phenols and hardly evaporates. For this reason, when the waste liquid passed through the separation membrane is the first treatment waste liquid obtained by evaporating and condensing in advance, the content of the catalyst necessary for the polymerization of phenols is reduced, and the reduction in separation performance can be further suppressed. In addition, when an osmosis vapor membrane that selectively permeates water is used, there are few phenols that permeate the osmosis vapor membrane. Therefore, compared to the case of using an osmosis vapor membrane that selectively permeates phenols, The polymer is less likely to adhere to the inside of the membrane, and the reduction in separation performance can be further suppressed. In addition, high-boiling substances such as unreacted phenol in the waste liquid to be treated in the evaporation process, a catalyst and a metal salt produced by reacting with the catalyst, and a low-molecular-weight reaction product that is the same as water in the dehydration process of resin production are combined with water. By evaporating and separating, the separation efficiency of the separation membrane used in the membrane separation step can be maintained.
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、単効用缶を用いる単効用缶方式で蒸発凝縮を行うものとしたが、これに限定されない。例えば、多重効用缶方式としてもよいし、自己蒸気圧縮方式としてもよいし、多段フラッシュ方式としてもよい。多重効用缶方式や自己蒸気圧縮方式は、エネルギ使用の合理化の観点から好ましい。また、減圧蒸発としてもよい。以下では、自己蒸気圧縮方式で蒸発凝縮を行う場合について、図3を用いて説明する。なお、図1と同様の構成については、図1と同じ番号を付し、説明を省略する。 For example, in the above-described embodiment, the evaporation condensation is performed by a single effect can system using a single effect can, but the present invention is not limited to this. For example, a multi-effect can system, a self-vapor compression system, or a multistage flash system may be used. The multi-effect can method and the self-vapor compression method are preferable from the viewpoint of rationalization of energy use. Moreover, it is good also as evaporation under reduced pressure. Below, the case where evaporation condensation is performed by a self-vapor compression system is demonstrated using FIG. In addition, about the structure similar to FIG. 1, the same number as FIG. 1 is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
廃液処理装置110は、蒸発部120と、膜分離部50と、蒸発部120に処理対象廃液を供給する供給経路112と、蒸発部120と膜分離部40とをつなぐ送液経路14と、膜分離部50から処理済みの廃液を取り出す回収経路16と、を備えている。
The waste
蒸発部120は、ヒータ部122を有し処理対象廃液を蒸発させる自己蒸気圧縮方式の蒸発缶124と、蒸発缶124で発生した蒸気を冷却して凝縮させる冷却器126と、蒸発缶124及び冷却器126を結ぶ配管128とを備えている。配管128には、蒸発缶124で発生した蒸気を断熱的に圧縮する蒸気圧縮機131が設けられており、蒸気圧縮機131で昇圧昇温した圧縮蒸気はヒータ部122に送られ、ヒータ部122の熱源として利用されると同時に、蒸発缶124内の液体によって冷却される。蒸発部120において、供給経路112から蒸発缶124に供給された処理対象廃液は、蒸発缶124で蒸発し、冷却器126で冷却されて凝縮し第1処理廃液となり、送液経路14に送られる。一方、蒸発缶124で蒸発せずに缶底に残留した液体は、蒸発缶124の底に設けられた送出経路132から外部に送液される。ここでは、配管132は冷却器134を備えており、液体を20℃程度まで冷却してから送液する。
The evaporating
また、上述した実施形態では、廃液処理装置10において、膜分離部50は、循環経路62を有するものとしたが、循環させなくてもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the waste liquid treatment apparatus 10, the
以下には、本発明の廃液処理方法を用いた廃液処理を具体的に実施した例について、実験例として説明する。なお、実験例2が本発明の実施例に相当し、実験例1が比較例に相当する。本発明の廃液処理方法及び廃液処理装置は、以下の実験例に限定されるものではない。 Hereinafter, an example in which waste liquid treatment using the waste liquid treatment method of the present invention is specifically performed will be described as an experimental example. Experimental example 2 corresponds to an example of the present invention, and experimental example 1 corresponds to a comparative example. The waste liquid treatment method and waste liquid treatment apparatus of the present invention are not limited to the following experimental examples.
[実験例1]
(供試液の準備)
供試液として、実際のフェノール樹脂の製造工程から排出された廃液を準備した。これを実験例1の供試液とする。実験例1の供試液の液組成をガスクロマトグラフィーにて分析したところ、水が90wt%、フェノールが7wt%、ホルムアルデヒドが10000ppm、シュウ酸が1000ppmであった。
[Experimental Example 1]
(Preparation of test solution)
As a test liquid, a waste liquid discharged from an actual phenol resin production process was prepared. This is the test solution of Experimental Example 1. When the liquid composition of the test solution of Experimental Example 1 was analyzed by gas chromatography, water was 90 wt%, phenol was 7 wt%, formaldehyde was 10000 ppm, and oxalic acid was 1000 ppm.
(膜フィルタの作製)
多孔質基材として、直径30mm長さ160mmのモノリス形状でアルミナ製の多孔質基材を用意した。この多孔質基材の表面に以下のようにDDR型ゼオライト膜(水を選択的に透過させる浸透気化膜)を形成し、膜フィルタを作製した。
(Production of membrane filter)
As a porous substrate, a porous substrate made of alumina in a monolith shape having a diameter of 30 mm and a length of 160 mm was prepared. A DDR type zeolite membrane (permeate vaporization membrane that selectively permeates water) was formed on the surface of the porous substrate as described below to produce a membrane filter.
まず、フッ素樹脂製の100ml広口瓶に6.21gのエチレンジアミン(和光純薬工業製)を入れた後、0.98gの1−アダマンタンアミン(アルドリッチ社製)を加え、1−アダマンタンアミンの沈殿が残らないように溶解した。別のビーカーに53.87gの水を入れ、22.00gの30質量%シリカゾル(スノーテックスS、日産化学社製)を加えて軽く撹拌した後、これをエチレンジアミンと1−アダマンタンアミンを混ぜておいた広口瓶に加えて強く振り混ぜた。その後、その広口瓶をシェーカーにセットし、500rpmでさらに1時間振り混ぜ、成膜ゾルを作製した。成膜ゾルの、1−アダマンタンアミン/シリカ比は0.0589、水/シリカ比は35、エチレンジアミン/1−アダマンタンアミン比は16であった(いずれもモル比)。当該成膜ゾルを3つ用意した。 First, after putting 6.21 g of ethylenediamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) into a 100 ml wide-mouthed bottle made of fluororesin, 0.98 g of 1-adamantanamine (manufactured by Aldrich) is added, and 1-adamantanamine is precipitated. It was dissolved so as not to remain. Put 53.87 g of water in another beaker, add 22.00 g of 30% by mass silica sol (Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) and stir lightly, then mix ethylenediamine and 1-adamantanamine. In addition to the wide-mouthed jar, it was shaken vigorously. Thereafter, the wide-mouth bottle was set on a shaker and shaken at 500 rpm for another hour to prepare a film-forming sol. The film-forming sol had a 1-adamantanamine / silica ratio of 0.0589, a water / silica ratio of 35, and an ethylenediamine / 1-adamantanamine ratio of 16 (all in molar ratio). Three film-forming sols were prepared.
次に、多孔質基材にDDR型ゼオライト微粉末を塗布し、フッ素樹脂製内筒付きステンレス製耐圧容器内に配置した。その後、成膜ゾルを耐圧容器に注ぎ、150℃で16時間、加熱処理(水熱合成)を行った。加熱処理後、この基材表面にDDR型ゼオライト膜が形成されていた。水洗、乾燥した後、大気中、電気炉で0.1℃/minの速度で750℃まで昇温して4時間保持後、1℃/minの速度で室温まで冷却した。 Next, DDR type zeolite fine powder was applied to the porous substrate and placed in a stainless steel pressure resistant vessel with a fluororesin inner cylinder. Thereafter, the film-forming sol was poured into a pressure-resistant container and subjected to heat treatment (hydrothermal synthesis) at 150 ° C. for 16 hours. After the heat treatment, a DDR type zeolite membrane was formed on the surface of the base material. After washing with water and drying, the temperature was raised to 750 ° C. in an electric furnace at a rate of 0.1 ° C./min in the atmosphere, maintained for 4 hours, and then cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min.
(分離装置の作製)
上述のようにして得られた膜フィルタを用いて、分離装置を作製した。分離装置は、図1に示した廃液処理装置の分離部を実験用に小規模化したバッチ式の分離装置(特開2010−99559号公報の図9参照)を用いた。
(Production of separation device)
A separation device was produced using the membrane filter obtained as described above. As the separation apparatus, a batch-type separation apparatus (see FIG. 9 of JP 2010-99559 A) in which the separation unit of the waste liquid treatment apparatus shown in FIG.
(膜試験)
実験例1の供試液を用い、脱水試験を行った。この実験例1の供試液は、処理対象廃液に相当する。すなわち、実験例1では、蒸発工程を行わず、膜分離工程だけを行った。具体的には、上記作製した膜フィルタのセル内に実験例1の供試液を2500g流通させた。供試液から水を分離する分離温度は、膜フィルタの入り口(特開2010−99559の図9の循環ライン12)で測定した値とし、90℃とした。なお、分離温度は、膜フィルタの入り口に設けられた図示しない温度調整器にて調整した。膜フィルタの側面から約6.7kPa(50Torr)の真空度で減圧し、膜フィルタの側面からの透過蒸気を液体窒素トラップによって捕集した。捕集した透過蒸気の液体物の質量から、単位時間あたりに単位面積の膜を透過した流体の量(水フラックス(kg/m2/h))を算出した。なお、試験中、供給液9を数ccサンプリングし、ガスクロマトグラフィーにて組成を分析し、フェノールの濃度が60質量%となるまで脱水した。こうした試験を、膜フィルタを交換せずに2回繰り返した。
(Membrane test)
A dehydration test was conducted using the test solution of Experimental Example 1. The test solution of Experimental Example 1 corresponds to a waste liquid to be processed. That is, in Experimental Example 1, only the membrane separation process was performed without performing the evaporation process. Specifically, 2500 g of the test solution of Experimental Example 1 was passed through the membrane filter cell produced above. The separation temperature for separating water from the test solution was a value measured at the entrance of the membrane filter (
[実験例2]
供試液を、以下の実験例2の供試液に変更した以外は、実験例1と同様に分離試験を行った。減圧蒸発法によって、実験例1の供試液1700gを7時間処理した。減圧蒸発の条件としては、温度84℃、圧力68.3kPa(510Torr)とした。蒸発、凝縮した留出液は1550g、蒸発缶内に残留した残留液は150gであった。留出液を、実験例2の供試液とした。実験例2の供試液の液組成をガスクロマトグラフィーにて分析したところ、水が94質量%、フェノールが3質量%、ホルムアルデヒドが5000ppm、シュウ酸が100ppmであった。この実験例2の供試液は、第1処理廃液に相当する。すなわち、実験例2では、膜分離工程の前に蒸発工程を行った。
[Experiment 2]
A separation test was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the test liquid was changed to the test liquid in Experimental Example 2 below. By the vacuum evaporation method, 1700 g of the test solution of Experimental Example 1 was treated for 7 hours. The conditions for vacuum evaporation were a temperature of 84 ° C. and a pressure of 68.3 kPa (510 Torr). The distillate evaporated and condensed was 1550 g, and the residual liquid remaining in the evaporator was 150 g. The distillate was used as the test liquid of Experimental Example 2. When the liquid composition of the test solution of Experimental Example 2 was analyzed by gas chromatography, water was 94% by mass, phenol was 3% by mass, formaldehyde was 5000 ppm, and oxalic acid was 100 ppm. The test liquid of Experimental Example 2 corresponds to the first treatment waste liquid. That is, in Experimental Example 2, the evaporation step was performed before the membrane separation step.
[実験結果]
実験例1,2の膜試験結果を表1に示す。実験例1では、分離性能の低下が認められたのに対し、実験例2では分離性能の低下が認められず、安定して機能した。このことから、膜分離工程の前に蒸発工程を行うことで、分離性能の低下を抑制できることがわかった。こうした効果が得られた理由について検討した。実験例1の膜試験後の膜フィルタには、フェノールの重合物と思われる粘性の物質が付着していたが、実験例2ではこうした付着物は確認されなかった。また、実験例2の供試液では、実験例1の供試液に比して、フェノール樹脂の原料となるフェノールやホルムアルデヒド、シュウ酸の量がいずれも減少していた。このことから、実験例2では、蒸発工程にて、フェノールの重合に必要な原料が低減されることにより、膜分離工程におけるフェノールの重合が抑制され、結果として、フェノールの重合体が付着することによる分離性能の低下が抑制できたと推察された。特に、実験例2では、実験例1に比して供試液に含まれるシュウ酸の濃度が1/10となっていた。このように、触媒量が大きく低減されることにより、膜分離工程におけるフェノールの重合がより抑制され、分離性能の低下がより抑制されたものと推察された。なお、シュウ酸は、揮発性が低く、蒸発しにくいため、他の成分よりも第1処理廃液中の濃度が低減すると考えられる。このため、触媒はシュウ酸でなくても、揮発性が低いものを用いた場合には、フェノールの重合がより抑制され、分離性能の低下をより抑制できると推察された。
[Experimental result]
Table 1 shows the film test results of Experimental Examples 1 and 2. In Experimental Example 1, a decrease in separation performance was observed, whereas in Experimental Example 2, a decrease in separation performance was not observed, and it functioned stably. From this, it was found that a decrease in separation performance can be suppressed by performing the evaporation step before the membrane separation step. The reason why such an effect was obtained was examined. On the membrane filter after the membrane test of Experimental Example 1, a viscous substance that seems to be a polymer of phenol was adhered, but in Example 2, such an adhered material was not confirmed. In addition, in the test solution of Experimental Example 2, the amounts of phenol, formaldehyde, and oxalic acid that are raw materials for the phenol resin were reduced as compared with the test solution of Experimental Example 1. From this, in Experimental Example 2, by reducing the raw materials necessary for the polymerization of phenol in the evaporation step, the polymerization of phenol in the membrane separation step is suppressed, and as a result, the phenol polymer adheres. It was inferred that the decrease in separation performance due to the above was suppressed. In particular, in Experimental Example 2, the concentration of oxalic acid contained in the test solution was 1/10 compared to Experimental Example 1. Thus, it was guessed that the polymerization of phenol in the membrane separation process was further suppressed and the decrease in separation performance was further suppressed by greatly reducing the amount of catalyst. In addition, since oxalic acid has low volatility and is hard to evaporate, it is thought that the density | concentration in a 1st process waste liquid reduces rather than another component. For this reason, even if the catalyst was not oxalic acid, it was speculated that when a catalyst having low volatility was used, the polymerization of phenol was further suppressed and the decrease in separation performance could be further suppressed.
本発明は、フェノール樹脂の製造工程から排出される廃液の処理に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for the treatment of waste liquid discharged from the phenol resin production process.
10 廃液処理装置、12 供給経路、14 送液経路、16 回収経路、20 蒸発部、22 ヒータ、24 蒸発缶、26 冷却器、28 配管、30 熱交換器、32 送出経路、34 冷却器、40 分離部、41 膜フィルタ、42 セル、44 多孔質基材、44a 粗粒部、44b 細粒部、45 浸透気化膜、50 膜分離部、60 収容部、62 循環経路、64 循環ポンプ、66 加熱器、68 送出経路、70 冷却器、72 真空ポンプ、80 バルブ、82 送液ポンプ、84 冷却器、110 廃液処理装置、112 供給経路、120 蒸発部、122 ヒータ部、124 蒸発缶、126 冷却器、128 配管、131 蒸気圧縮機、132 送出経路、134 冷却器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Waste liquid processing apparatus, 12 Supply path, 14 Liquid supply path, 16 Recovery path, 20 Evaporating part, 22 Heater, 24 Evaporator, 26 Cooler, 28 Piping, 30 Heat exchanger, 32 Delivery path, 34 Cooler, 40 Separation part, 41 Membrane filter, 42 cell, 44 Porous substrate, 44a Coarse grain part, 44b Fine grain part, 45 Permeation vaporization membrane, 50 Membrane separation part, 60 Storage part, 62 Circulation path, 64 Circulation pump, 66 Heating , 68 Delivery path, 70 Cooler, 72 Vacuum pump, 80 Valve, 82 Liquid feed pump, 84 Cooler, 110 Waste liquid treatment device, 112 Supply path, 120 Evaporator, 122 Heater, 124 Evaporator, 126 Cooler , 128 piping, 131 steam compressor, 132 delivery path, 134 cooler.
Claims (6)
前記処理対象廃液を蒸発凝縮した第1処理廃液を得る蒸発工程と、
水を選択的に透過させる浸透気化膜を用い、前記第1処理廃液から水を減じてフェノール類を30質量%以上含む第2処理廃液を得る膜分離工程と、
を備えた廃液処理方法。 A waste liquid treatment method for treating a waste liquid to be treated containing water and phenols discharged from a production process of a phenol resin,
An evaporation step of obtaining a first treatment waste liquid obtained by evaporating and condensing the treatment target waste liquid;
A membrane separation step of using a pervaporation membrane that selectively permeates water to obtain a second treatment waste liquid containing 30% by mass or more of phenols by reducing water from the first treatment waste liquid;
A waste liquid treatment method comprising:
前記処理対象廃液を蒸発凝縮した第1処理廃液を得る蒸発部と、
水を選択的に透過させる浸透気化膜を備え、該浸透気化膜を用い前記第1処理廃液から水を減じてフェノール類を30質量%以上含む第2処理廃液を得る膜分離部と、
を備えた廃液処理装置。 A waste liquid treatment apparatus for treating a waste liquid to be treated containing water and phenols discharged from a phenol resin production process,
An evaporation section for obtaining a first processing waste liquid obtained by evaporating and condensing the processing target waste liquid;
A membrane separation unit comprising a pervaporation membrane that selectively permeates water, and using the pervaporation membrane to reduce water from the first treatment waste liquid to obtain a second treatment waste liquid containing 30% by mass or more of phenols;
Waste liquid treatment equipment equipped with.
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