JP2018122264A - 濃縮システム及び濃縮方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示される濃縮システム1は、溶液(液体)である被処理物Aの溶媒成分を蒸発させて当該被処理物Aを濃縮するシステムである。以下の実施形態において「濃縮」とは、単に被処理物Aの溶媒を除去し濃度を高める処理ばかりでなく、被処理物A中の溶質成分が一部析出した後に更に溶媒成分の除去を継続する処理や、被処理物Aのほぼすべての溶媒成分を除去する「乾燥」の処理を含む概念である。濃縮システム1による濃縮処理の被処理物Aとしては、例えば、廃棄物処分場の浸出水、建設工事で発生する泥水・濁水、下水処理場の下水汚泥や発酵廃液、化石燃料採掘で発生する随伴水、水溶性切削油、VOC汚染水、VOC汚染土等がある。このうち、廃棄物処分場の浸出水、泥水・濁水、下水汚泥、随伴水、水溶性切削油の溶媒成分は水であり、発酵廃液の溶媒成分は水あるいはアンモニア水であり、VOC汚染水、VOC汚染土の溶媒成分はVOCである。濃縮システム1は、最終的には、被処理物A中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物Aを乾燥状態になるまで濃縮してもよく、例えば、被処理物Aが最終的に粉末状になるように濃縮してもよい。
第1濃縮処理部Q1は、蒸発器3と、蒸発器3の外部に設けられた熱交換器5(外部熱交換器)と、循環ポンプ7と、第1圧縮手段9と、を備えている。蒸発器3には被処理物Aが収容される。蒸発器3の底部近傍には被処理物Aをその液面下から外部に抜き出すための抜出口3bが設けられている。抜出口3bは、蒸発器3の底部よりもやや高い位置に位置している。蒸発器3の上部には外部に抜き出された被処理物Aをその液面上方の位置で返送するための返送口3aが設けられている。また、蒸発器3の上部には、蒸発器3内の蒸気を外部に抜き出すための蒸気出口3cが設けられている。
第2濃縮処理部Q2は、第1濃縮処理部Q1で濃縮された蒸発器3内の被処理物Aの溶媒成分を更に蒸発させて被処理物Aの濃縮度を高める。第2濃縮処理部Q2は、蒸発器3と、第2圧縮手段12と、蒸発器の下部周囲に設けられた蒸気ジャケット4と、を備えている。蒸発器3の蒸気出口3cはラインL4及びラインL20を介して第2圧縮手段12の入口に接続されている。第2圧縮手段12の出口はラインL22を介して蒸気ジャケット4の入口に接続されている。
乾燥処理部Q3は、第2濃縮処理部Q2で濃縮された蒸発器3内の被処理物Aの溶媒成分を更に蒸発させて被処理物Aの濃縮度を高める。乾燥処理部Q3は、ラインL20上に設けられた開閉可能なバイパスライン30を有している。バイパスライン30は、当該バイパスライン30を通過する蒸気を冷却し凝縮させる凝縮器31(凝縮部)と、冷却塔32と、を有している。また、凝縮器31の内部には冷却水管31aが設けられている。冷却水管31aには冷却塔32から供給される冷却水が流通している。ラインL20から分岐されたラインL31が凝縮器31の入口に接続され、凝縮器31の出口に接続されたラインL32がラインL20に合流している。すなわち、バイパスライン30は、ラインL31、凝縮器31、及びラインL32によって形成されている。
第2濃縮処理部Q2及び乾燥処理部Q3による被処理物Aの濃縮を更に効率的にすべく、蒸発器3内には当該蒸発器3内の被処理物Aを撹拌する撹拌装置が設けられてもよい。図2は、撹拌装置20を含む蒸発器3の一例を示す断面図である。この例の蒸発器3は、図2の紙面に直交する方向に延びる円筒形をなしている。蒸発器3の内部には、蒸発器3の円筒軸線Cを中心として回転する撹拌装置20が設けられている。撹拌装置20は、円筒軸線C上に延在するシャフト21と、シャフト21に直交する姿勢で当該シャフト21に取付けられ略八角形をなす仕切板23と、を有している。
続いて、図1を参照しながら濃縮システム1による被処理物Aの濃縮方法について説明する。本実施形態の濃縮方法は、濃縮前期工程と、濃縮後期工程と、乾燥工程と、を備える。本実施形態の濃縮前期工程では、被処理物Aを循環経路11で循環させながら濃縮する第1濃縮工程が少なくとも実行される。本実施形態の濃縮後期工程では、濃縮前期工程の後、第1濃縮工程が停止された状態において、蒸気ジャケット4で蒸発器3内の被処理物Aを加熱しながら濃縮する第2濃縮工程が実行される。なお、濃縮前期工程においては、第1濃縮工程と、第2濃縮工程とが並行して実行されてもよい。
濃縮前期工程の開始時は、濃縮システム1全体の温度を100℃近傍まで昇温する必要がある。このため、起動時には主に第2濃縮処理部Q2によって蒸発器3を加熱する。このとき、第2圧縮手段12の出口側の蒸気が過熱蒸気となって第2圧縮手段12の耐熱温度以上になることを防止するために、第2圧縮手段12をインバータ制御で低周波運転とし吐出温度を調整しながら濃縮システム1の昇温を行うことが好ましい。また、例えば、蒸気ボイラ13からの蒸気も併せて蒸気ジャケット4に送り込まれてもよい。蒸発器3内が一定の温度に達したときに、蒸気ジャケット4への蒸気供給が停止されてもよい。
上記の起動・立上げの後、濃縮前期工程では、主に第1濃縮工程が実行される。第1濃縮処理部Q1によって実行される第1濃縮工程は、被処理物Aが収容される蒸発器3内の溶媒成分の蒸気を第1圧縮手段9によって外部に引き出し圧縮する圧縮工程と、圧縮工程で圧縮された蒸気を熱交換器5に加熱媒体として導入する工程と、蒸発器3内の被処理物Aを外部に抜出し熱交換器5で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器3内に返送するように循環経路11を循環させる工程と、を備える。
第1濃縮工程において被処理物Aが所定の濃縮度に到達したときに、循環ポンプ7が停止され濃縮前期工程から濃縮後期工程に移行する。濃縮後期工程では、第1濃縮工程は停止され次の第2濃縮工程が実行される。
その後、被処理物Aが所定の濃縮度に到達したときに、濃縮後期工程から乾燥工程に移行する。乾燥工程では、切替バルブV4によってラインL4がラインL20に連通され、切替バルブV20によってバイパスライン30が開かれる。乾燥工程では、乾燥処理部Q3において、蒸気ジャケット4と、第2圧縮手段12と、冷却塔32が駆動され、蒸発器3内の被処理物Aは、蒸気ジャケット4により加熱されるとともに、第2圧縮手段12によって減圧される。更に、撹拌装置20(図2参照)が駆動され、被処理物Aが蒸発器3内で撹拌されてもよい。
第1濃縮処理部Q1による第1濃縮工程は、被処理物Aを蒸発器3の外部の熱交換器5内に流通させて加熱するものである。従って、被処理物Aは液体であり被処理物A中の溶質成分は完全に溶解していることが必要である。また、被処理物Aの濃縮度が高すぎると、被処理物Aの溶質成分が循環経路11内(例えば、熱交換器5の流路内)で析出し、経路を閉塞させるおそれがある。従って、第1濃縮処理部Q1による第1濃縮工程では、被処理物Aの濃縮度をモニタし、被処理物Aが規定の濃縮度に到達したときに停止する必要がある。そして、少なくとも、上記の規定の濃縮度は、被処理物Aの溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度である必要がある。上記の規定の濃縮度は、安全率を勘案して事前に設定される。濃縮システム1においては、被処理物Aの濃縮度が規定濃縮度に到達するまで、濃縮前期工程として第1濃縮処理部Q1による第1濃縮工程を実行し、その後、第1濃縮工程を停止して濃縮後期工程に移行することとしている。
また、循環経路11内での溶質成分の析出を防止する観点からは、第1濃縮工程が停止された後に循環経路11の流路内に被処理物Aが残留していることも好ましくない。すなわち、循環経路11の各管路内に充填された被処理物Aが温度低下すると、溶質成分の溶解度が低下して管路内で析出することも考えられる。従って、循環経路11上には、当該循環経路11から被処理物Aを抜取るための抜取り機構が設けられている。具体的には、循環ポンプ7を迂回してラインL1とラインL2とを接続するバイパスが設けられており、当該バイパス上に開閉バルブV1が設けられている。また、ラインL1上に開閉バルブV2が設けられている。
続いて、第2実施形態に係る濃縮システム201について、図3を参照しながら説明する。以下説明するような濃縮システム201によっても、第1実施形態の濃縮システム1と同様の作用効果が奏される。本実施形態において、前述の実施形態と同一又は同等の構成要素については、図面に同一符号を付して重複する説明を省略する。また、本実施形態の濃縮システム201によって実行される濃縮方法についても、前述の実施形態と異なる点のみを説明し、重複する説明を省略する。
続いて、第3実施形態に係る濃縮システム301について、図4を参照しながら説明する。以下説明するような濃縮システム301によっても、第1実施形態の濃縮システム1と同様の作用効果が奏される。本実施形態において、前述の実施形態と同一又は同等の構成要素については、図面に同一符号を付して重複する説明を省略する。また、本実施形態の濃縮システム301によって実行される濃縮方法についても、前述の実施形態と異なる点のみを説明し、重複する説明を省略する。
続いて、第4実施形態に係る濃縮システム401について、図5を参照しながら説明する。以下説明するような濃縮システム401によっても、第1実施形態の濃縮システム1と同様の作用効果が奏される。本実施形態において、前述の実施形態と同一又は同等の構成要素については、図面に同一符号を付して重複する説明を省略する。また、本実施形態の濃縮システム401によって実行される濃縮方法についても、前述の実施形態と異なる点のみを説明し、重複する説明を省略する。
Claims (8)
- 液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて前記被処理物を濃縮する濃縮システムであって、
前記被処理物が収容される蒸発器と、
前記蒸発器内の前記被処理物を所定の濃縮度まで濃縮可能な第1濃縮処理部と、
前記被処理物を前記所定の濃縮度よりも高濃縮度まで濃縮可能な第2濃縮処理部と、を備え、
前記第1濃縮処理部は、
前記蒸発器内の前記溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する第1圧縮手段と、
前記蒸発器の外部に設けられ前記第1圧縮手段で圧縮された前記蒸気が加熱媒体として導入される外部熱交換器と、
前記蒸発器内の前記被処理物を外部に抜出し前記外部熱交換器で前記加熱媒体と熱交換させた後、再び前記蒸発器内に返送するように循環させる循環経路と、を有し、
前記第2濃縮処理部は、
前記蒸発器内の前記蒸気を外部に引き出し圧縮する第2圧縮手段と、
前記蒸発器の周囲に設けられ前記第2圧縮手段で圧縮された前記蒸気が導入されると共に、当該蒸気を凝縮させて凝縮熱を前記蒸発器に付与するジャケット部と、を有する、濃縮システム。 - 前記蒸発器から前記第2圧縮手段に向けて前記蒸気を搬送する流路には開閉可能なバイパスラインが設けられており、
前記バイパスラインは、
通過する前記蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部を有する、請求項1に記載の濃縮システム。 - 前記第1圧縮手段はルーツブロアを有し、
前記第2圧縮手段は揺動式圧縮機を有する、請求項1又は2に記載の濃縮システム。 - 前記第1圧縮手段と前記第2圧縮手段とが1つの共通圧縮手段で共通化され、
前記共通圧縮手段の吐出口から前記外部熱交換器に向かう蒸気流路と、前記共通圧縮手段の吐出口から前記ジャケット部に向かう蒸気流路と、が分岐され設けられている、請求項1〜3の何れか1項に記載の濃縮システム。 - 前記蒸発器から前記共通圧縮手段に向けて前記蒸気を搬送する流路には開閉可能なバイパスラインが設けられており、
前記バイパスラインは、
通過する前記蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部を有する、請求項4に記載の濃縮システム。 - 前記共通圧縮手段は揺動式圧縮機を有する、請求項4又は5に記載の濃縮システム。
- 液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて前記被処理物を濃縮する濃縮方法であって、
前記被処理物を濃縮する第1濃縮工程が少なくとも実行される濃縮前期工程と、前記濃縮前期工程の後、前記第1濃縮工程が停止された状態で第2濃縮工程が実行される濃縮後期工程と、を経て前記被処理物が濃縮され、
前記第1濃縮工程は、
前記被処理物が収容される蒸発器内の前記溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する第1圧縮工程と、
前記第1圧縮工程で圧縮された前記蒸気を前記蒸発器の外部に設けられた外部熱交換器に加熱媒体として導入する工程と、
前記蒸発器内の前記被処理物を外部に抜出し前記外部熱交換器で前記加熱媒体と熱交換させた後、再び前記蒸発器内に返送するように循環経路を循環させる工程と、を有し、
前記第2濃縮工程は、
前記蒸発器内の前記蒸気を外部に引き出し圧縮する第2圧縮工程と、
前記第2圧縮工程で圧縮された前記蒸気を前記蒸発器の周囲に設けられたジャケット部に導入し当該蒸気を凝縮させて凝縮熱を前記蒸発器に付与する工程と、を有する、濃縮方法。 - 前記第1濃縮工程と並行して実行され前記被処理物の濃縮度を検知する濃縮度検知工程を更に備え、
前記濃縮度検知工程で検知された前記濃縮度が所定の濃縮度に到達したときに、前記第1濃縮工程が停止され前記濃縮前期工程から前記濃縮後期工程に切り替えられる、請求項7に記載の濃縮方法。
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