JP2016193412A - 有機溶剤含有ガス処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】有機溶剤回収装置から分離される有機溶剤を含む排水を曝気槽で処理した際に発生する有機溶剤含有ガス中に多量に含まれる水分を除去するシステムの提供。
【解決手段】吸着材１４に被処理ガス１１を送り、有機溶剤を吸着材１４に吸着させて処理ガスとして排出する吸着工程と、吸着材１４に水蒸気を供給して有機溶剤を脱着する工程とを交互に繰り返す有機溶剤回収装置１０と、脱着工程で排出する脱着ガスを冷却・凝縮し、有機溶剤を高濃度に含有する回収液と有機溶剤を低濃度に含有する分離排水２３とに分離する溶剤分離装置２０と、溶剤分離装置２０から排出する分離排水２３から有機溶剤を揮発除去する曝気槽３１と、曝気槽３１から排出する有機溶剤を含有した曝気ガス３３に含有する水蒸気を選択的に透過分離する膜分離膜装置４１と、を含み、膜分離装置４１から排出した分離ガスを有機溶剤回収装置１０に導入する導入経路４３を備えるシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種工場等から排出される有機溶剤含有ガスから有機溶剤を回収し、その分離排水を処理する有機溶剤含有ガス処理システムに関するものである。

従来、各種工場等からの排出される有機溶剤含有ガス中には有害な揮発性有機化合物が含まれており、公害防止の観点から排出規制が進んでいる。そこで、排ガス中の揮発性有機化合物を分解または除去して排ガスを清浄化する有機溶剤含有ガス処理システムが各種実用化されている。

有機溶剤含有ガス処理システムにおける有機溶剤回収装置としては、被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、水蒸気を接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着材を含み、前記吸着材に被処理ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着材に吸着させて処理ガスとして排出する吸着工程と、前記吸着材に水蒸気を供給することで有機溶剤を前記吸着材から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する脱着工程とを交互に実施する装置が使用されている。
そして、前記の有機溶剤回収装置の吸着材としては、粒状活性炭、活性炭素繊維、ゼオライトやシリカゲルなどが使用されている。なかでも、活性炭素繊維は低濃度の有機溶剤含有ガスを吸着する機能に優れ、古くからよく使用されている。

活性炭素繊維を支持体に固定し、または自己支持にて円筒状に構成し、芯材内にたて型に配置した装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、同様な吸脱着装置についても提案されている（例えば、特許文献３〜５参照）。これらは、いずれも、活性炭素繊維を格納している芯材に水蒸気を噴出し、活性炭素繊維に吸着された有機溶剤を脱着させるものである。該脱着された有機溶剤含有水蒸気を溶剤分離装置に導入し、凝縮して有機溶剤と水とに分離して有機溶剤を回収する有機溶剤回収装置から構成されている。

前記溶剤分離装置で分離された排水は有機溶剤を含有しているため、そのまま河川等へ放流することができないことから、排水処理装置を設けて処理を行っている。排水処理装置として排水中の有機溶剤を揮発させて除去する曝気槽など有効な手法が開発されている（例えば、特許文献６参照）。ここで、前記曝気槽にて加熱エアレーションによって排水を処理した際に揮発する有機溶剤含有ガスは前記有機溶剤回収装置の導入口へ戻すことで処理を行えるシステムとなっているが、前記曝気槽より揮発する有機溶剤含有ガス中には多量の水分が含まれているため、これを有機溶剤回収装置に戻して処理を行う場合、配管の腐食や吸着材へ水分が吸着されることによって有機溶剤吸着能力が低下するといった問題があった。

特開昭５１−３８２７８号公報 特開昭６０−７９３９号公報 実開平３−３２９２４号公報 実開平３−１０２２１６号公報 実開平３−１０９６２５号公報 特開昭５１−１６２８２号公報

本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、有機溶剤回収装置から分離される有機溶剤を含有した排水を曝気槽で処理した際に発生する有機溶剤含有ガス中に多量に含まれる水分を除去するシステムを提供することを課題とするものである。すなわち、水分を多量に含んだ前記有機溶剤含有ガスを、有機溶剤回収装置の導入口に戻し処理すると、水分により配管の腐食する問題や吸着材への水分の吸着による有機溶剤吸着能力の低下する問題を解決することを課題としたものである。

本発明は、従来技術の課題を解決するため、鋭意検討した結果、ついに本発明を完成するに至った。即ち本発明は以下の通りである。
（１）有機溶剤を含有する被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、水蒸気を接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着材を含み、前記吸着材に被処理ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着材に吸着させて処理ガスとして排出する吸着工程と、前記吸着材に水蒸気を供給することで有機溶剤を前記吸着材から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する脱着工程とを交互に繰り返す有機溶剤回収装置と、
前記有機溶剤回収装置の脱着工程で排出される脱着ガスを冷却することで凝縮し、有機溶剤を高濃度に含有する回収液と有機溶剤を低濃度に含有する分離排水とに分離する溶剤分離装置と、
前記溶剤分離装置から排出される分離排水中に含まれる有機溶剤を揮発除去する曝気槽と、
前記曝気槽から排出する有機溶剤を含有した曝気ガスを接触させることで曝気ガスに含有される水蒸気を選択的に透過して分離する分離膜を含み、前記曝気槽から排出された曝気ガスを前記分離膜に供給することで有機溶剤を含有する分離ガスと水蒸気とに分離して排出する膜分離装置と、
前記膜分離装置から排出された分離ガスを前記有機溶剤回収装置に導入する導入経路を備えた、有機溶剤含有ガス処理システム。
（２）膜分離装置に搭載された分離膜が浸透気化膜である（１）に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
（３）浸透気化膜が炭素膜である（２）に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
（４）浸透気化膜が中空糸構造である（２）または（３）に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
（５）被処理ガスに含有される有機溶剤が、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、および塩基性溶剤の少なくとも１つを含む（１）〜（４）のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。

本発明の有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤回収装置から分離される有機溶剤を含有した排水を曝気槽で処理した際に発生する有機溶剤含有ガス中に多量に含まれる水分を除去するシステムを提供できるものであり、水分を多量に含んだ前記有機溶剤含有ガスを、有機溶剤回収装置の導入口に戻し処理すると、水分により配管が腐食する問題や吸着材への水分の吸着による有機溶剤吸着能力の低下する問題を解決できるという効果を有するものである。

本発明の有機溶剤含有ガス処理システムの一例を示した図である。

本発明の実施形態の一例を図１を参照して詳細に以下説明する。

有機溶剤回収装置１０は、有機溶剤を含有する被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、水蒸気を接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着材１４が収容された吸着塔１３を２塔有している。前記有機溶剤回収装置１０の吸着塔１３に有機溶剤を含有した被処理ガス１１を吸着送風機１２にて導入する。導入した被処理ガスは吸着塔１３内に設置された吸着材１４に有機溶剤が吸着処理され、処理ガス出口１６から清浄空気となって排出する。以下、この工程を吸着工程という。また、吸着塔１３内に設置された吸着材１４は、脱着用水蒸気１５を接触させることにより、吸着した有機溶剤を脱着し、有機溶剤含有水蒸気である脱着ガス１７として排出する。以下、この工程を脱着工程という。２塔の吸着塔１３は、吸着工程と脱着工程とを交互に繰り返す。

有機溶剤回収装置１０の吸着塔１３の脱着工程で排出された有機溶剤含有水蒸気１７は、溶剤分離装置２０のコンデンサー２１に導入され、冷却・凝縮され、溶剤分離槽２２に導入され、有機溶剤を高濃度で含有する回収液と有機溶剤を低濃度で含有する分離排水２３とに分離される。

溶剤分離装置２０から排出される分離排水２３は曝気槽３１に導入され、エアレーション処理により有機溶剤分が揮発され、排水口３２より清浄排水となって排出される。一方、曝気槽３１より排出される有機溶剤を含有した曝気ガス３３は、曝気ガス３３に含有される水蒸気を選択的に透過して分離する分離膜を含んだ膜分離装置４１に導入され、有機溶剤を含有する分離ガスと水蒸気とに分離される。前記有機溶剤を含有する分離ガスはガス戻り配管４３を通して吸着送風機１２の前段に戻され、被処理ガス１１に混入される。一方、膜分離装置４１にて分離された水蒸気は、気体または冷却して液体として水戻り配管４２を通して曝気槽３１に戻される。

本発明の有機溶剤回収装置の吸着材としては、粒状活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカゲルなどが好ましく、特に限定されるものではないが、なかでも活性炭素繊維が好ましい。活性炭素繊維は粒状活性炭と比較して吸着速度が速く、低濃度の有機溶剤含有ガスを吸着する機能に優れているためである。

本発明の曝気槽におけるエアレーションは、空気、窒素等が使用でき、特に限定されるものではないが、被処理ガスに含有される有機溶剤の爆発性等を勘案して選定する必要がある。

本発明の曝気槽において、有機溶剤の揮発を促進させるために加熱することは好ましく、ヒーターで曝気槽内を加温するのが好ましい。この時、熱交換器等を使用することで、有機溶剤回収装置から排出される有機溶剤含有水蒸気である脱着ガスの潜熱または顕熱を曝気槽中の排水の加熱源として利用することが経済的に好ましい。また、加温の温度範囲は特に限定されるものではないが、被処理ガスに含有される有機溶剤が混合系の場合、有機溶剤の種類によって揮発しやすさが異なるため、エアレーション量と加温する温度を適切に設定することで、揮発させる有機溶剤をある程度選択して揮発除去させることも可能である。

本発明の膜分離装置に使用される分離膜は、ゼオライト膜、炭素膜、高分子膜など特に限定されるものではないが、炭素膜であることが好ましい。炭素膜は、有機溶剤や酸・アルカリに対して耐久性が高いため、膜分離装置の小型化が可能であり、あらゆる種類の有機溶剤を処理することが可能である。

また、その形状も平膜形状、スパイラル形状、チューブラー形状、中空糸形状など特に限定されるものではないが、中空糸形状であることが好ましい。中空糸形状は、分離膜は単位容積当たりの表面積を大きくすることが可能である。

曝気槽により処理される分離排水に、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、および塩基性溶剤の少なくとも１つが含まれている場合、曝気処理中に酸が発生することがあり、その場合には、膜分離装置に搭載される分離膜は炭素膜であることがより求められることとなる。

なお、炭素膜の原料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリフルフリルアルコール、フェノール樹脂などが挙げられるが、特にその原料が限定されるものではない。

中空糸形状を有する炭素膜は、上述の樹脂原料などを中空状に加工し、さらにそれを不活性雰囲気下で熱処理したものである。熱処理温度としては、樹脂原料の熱分解開始温度以上であり、一般的には２５０℃以上である。不活性雰囲気下の熱処理温度は、膜分離性能に直結するため、最適な温度を選定することができる。しかし、温度が高すぎる場合、熱収縮により炭素膜の膜孔が閉塞してしまうため、上限としては１３００℃程度までが好ましい。

炭素膜は、不活性雰囲気下での熱処理の前に、空気中での熱処理（耐炎化、不融化、熱安定化ともいう）や、樹脂に難燃剤などを付与することも可能である。また、不活性雰囲気下での熱処理の後に、薬品による処理や、熱処理による表面処理を加えてもよい。炭素膜は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄などの元素と、前述の金属成分で構成され、主成分としては炭素であり、その含有率は６０％以上である。炭素の含有量の上限としては、特に制限はないが、９９．９％程度が事実上の上限である。

本発明の有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤回収装置から分離される有機溶剤を含有した排水を曝気槽で処理した際に発生する有機溶剤含有ガス中に多量に含まれる水分を除去するシステムを提供できるものであり、水分を多量に含んだ前記有機溶剤含有ガスを、有機溶剤回収装置の導入口に戻し処理すると、水分により配管が腐食する問題や吸着材への水分の吸着による有機溶剤吸着能力の低下する問題を解決できるという効果を有するものであり、産業界への寄与大である。

１０．有機溶剤回収装置
１１．被処理ガス
１２．吸着送風機
１３．吸着塔
１４．吸着材
１５．脱着用水蒸気
１６．処理ガス出口
１７．脱着ガス
２０．溶剤分離装置
２１．コンデンサー
２２．溶剤分離槽
２３．分離排水
３１．曝気槽
３２．排水口
３３．曝気ガス
４１．膜分離装置
４２．水戻り配管
４３．ガス戻り配管

Claims (5)

1. 有機溶剤を含有する被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、水蒸気を接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着材を含み、前記吸着材に被処理ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着材に吸着させて処理ガスとして排出する吸着工程と、前記吸着材に水蒸気を供給することで有機溶剤を前記吸着材から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する脱着工程とを交互に繰り返す有機溶剤回収装置と、
   前記有機溶剤回収装置の脱着工程で排出される脱着ガスを冷却することで凝縮し、有機溶剤を高濃度に含有する回収液と有機溶剤を低濃度に含有する分離排水とに分離する溶剤分離装置と、
   前記溶剤分離装置から排出される分離排水中に含まれる有機溶剤を揮発除去する曝気槽と、
   前記曝気槽から排出する有機溶剤を含有した曝気ガスを接触させることで曝気ガスに含有される水蒸気を選択的に透過して分離する分離膜を含み、前記曝気槽から排出された曝気ガスを前記分離膜に供給することで有機溶剤を含有する分離ガスと水蒸気とに分離して排出する膜分離装置と、
   前記膜分離装置から排出された分離ガスを前記有機溶剤回収装置に導入する導入経路を備えた、有機溶剤含有ガス処理システム。
2. 膜分離装置に搭載された分離膜が浸透気化膜である請求項１に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
3. 浸透気化膜が炭素膜である請求項２に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
4. 浸透気化膜が中空糸構造である請求項２または３に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
5. 被処理ガスに含有される有機溶剤が、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、および塩基性溶剤の少なくとも１つを含む請求項１〜４のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。