JP2020014990A - 高濃度廃液分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で効率よく高濃度廃液を分解処理することが可能な高濃度廃液分解装置を提供する。【解決手段】廃液を常温以上沸点未満の温度であり、且つ、常圧から１ＭＰａまでの条件で貯める廃液タンクと、廃液タンクから送出された廃液に対する接触反応のための静止型混合機と、を用いて２段の廃液処理を行い、１段目では空気、又は、酸素、又は、酸素とオゾンの組合せ、のうちの少なくともいずれかを廃液に混合して接触反応との複合で緩速度酸化分解を行い、２段目では酸化剤を使用したラジカル高速反応での分解を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、食品等の製造工程で生じる高濃度廃液を分解処理する高濃度廃液分解装置に関するものである。

例えば、アミノ酸の製造工程では、精製過程で活性炭や樹脂系の吸着材等を用いた吸着処理が行われており、この吸着剤等の再生工程で高濃度の再生液（ＢＯＤで３，０００から２０，０００ＰＰＭ程度）が発生する。この再生工程では、初めに高濃度の廃液が出て、廃液は徐々に薄い濃度となる。この高濃度液が工場廃液全体の負荷の大部分（７０％以上のケースが多い）を占めている。この高濃度廃液の量は工場や工程の違いにより様々である。

ところで、昨今は、生物処理法による廃液処理が行われており、このような廃液処理には、他の廃液処理方法と比較して大型な廃液処理装置が必要となっている。また、処理負荷を平準化するために高濃度廃液に水を加えて希釈して処理することも行われている。
そのような大型の生物処理法については、廃液処理設備を用意する土地の取得や、大量に必要とする水の取得が、課題の一つである。
そこで生物処理の前に処理を行って負荷を下げてから生物処理を行う方法が知られている。例えば、超臨界あるは亜臨界水を用いて有機物を分解する前処理が報告されている（特許文献１）。しかし、超臨界状態を準備するためには、３００℃を超える温度と高圧条件が必要でエネルギー消費が激しく、設備が高額になるうえ、法対応も必要であった。

特開２０１２−１３９６５４公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡便な構成で効率よく高濃度廃液を分解処理することが可能な高濃度廃液分解装置を提供することにある。さらには、臨界状態や亜臨界状態の高度な処理ではなく、標準の機器と圧力容器認定等も必要が無く、エネルギーコストやランニングコストが通常の廃液処理に比べても安価で済む高濃度廃液分解装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明は、所定の被製造物の製造過程で発生した廃液の分解を行う高濃度廃液分解装置であって、
少なくとも、前記廃液を常温以上沸点未満の温度で、且つ、常圧から１ＭＰａまでの条件で貯める接触反応部廃液タンクと、ｐＨ調整装置と、
前記接触反応部廃液タンクから送出された前記廃液に対する接触反応のための静止型混合機と、静止型混合機を通過した廃液を前記接触反応部廃液タンクに戻す配管と、
前記接触反応部廃液タンクと前記静止型混合機との間で、空気、又は、酸素、又は、オゾン、又は、過酸化水素、又は、次亜塩素酸、又は、次亜塩素酸ナトリウム、又は、酸素とオゾンの組合せ、又は、過酸化水素とオゾンの組合せ、のうちの少なくともいずれかを前記廃液に混合するガス供給装置と、
を備えたことを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（２）また、他の発明は、前記ガス供給装置が、オゾンガス供給装置であることを特長とする高濃度廃液分解装置にある。
（３）また、他の発明は、前記静止型混合機がキャビテーション発生機能を持つことを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（４）また、他の発明は、前記接触反応部廃液タンクに、温度調整装置と前記ｐＨ調整装置を備えたことを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（５）また、他の発明は、前記ｐＨ調整装置が、過酸化水素と次亜塩素酸ナトリウムを添加する装置であることを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（６）また、他の発明は、前記ガス供給装置と前記静止型混合機の間に酸化触媒塔を持つことを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（７）また、他の発明は、前記所定の被製造物がアミノ酸であることを特徴とする高濃度廃液分解装置にある。
（８）また、他の発明は、所定の被製造物の製造過程で発生した廃液の分解を行う高濃度廃液の分解方法であって、
（ａ）廃液を、常温以上沸点未満の温度で、且つ、常圧から１ＭＰａまでの条件に調整する工程、
（ｂ）廃液のｐＨを調整する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程で調整された廃液に、空気、又は、酸素、又は、オゾン、又は、過酸化水素、又は、次亜塩素酸、又は、次亜塩素酸ナトリウム、又は、酸素とオゾンの組合せ、又は、過酸化水素とオゾンの組合せ、のうちの少なくともいずれかを供給する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の処理液を静止型混合機に通液させて酸化分解する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の処理液を前記（ａ）工程を行っている廃液と混合した後に前記（ｂ）工程から前記（ｄ）工程を繰り返す循環反応を１０時間以上行う工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程における反応終了後の処理液のｐＨを調整して、次亜塩素酸または次亜塩素酸ナトリウムを添加する工程、
（ｇ）前記（ｆ）工程における処理液を静止型混合機に通液させて酸化分解する工程、
（ｈ）前記（ｇ）工程の処理液を前記（ａ）工程を行っている廃液と混合した後に前記（ｆ）工程および前記（ｇ）工程を繰り返す循環反応を２時間以上行う工程、
を備えたことを特徴とする高濃度廃液の分解方法にある。

本発明によれば、簡便な構成で効率よく高濃度廃液を分解処理することが可能な高濃度廃液分解装置を提供することができる。

ここでは、アミノ酸の製造工程を例に取り説明する。アミノ酸の製造工程では、精製脱色工程で使用される、活性炭、イオン交換樹脂、合成吸着材を、吸着塔方式で再生処理して再度使用する工程がある。この再生処理は、苛性ソーダ溶液、食塩、熱水、蒸気等を用いて行なわれているが、初めに濃厚廃液が出て徐々に薄い濃度になり、廃液を用水と同じレベルまで分解して分解は完結する。

この初めに出る濃厚液は分別可能である。廃液の濃度は、例えばＢＯＤ３０００ＰＰＭから２００００ＰＰＭであり、工程により様々であるが、工場の廃液全体負荷の大半を占めるケースが多い。通常は、これを廃液処理装置の調整層で均一な濃度として生物処理している。この濃厚廃液３００トンに対して他の廃液がその１０倍有るケースで見ると、排水量は３３００トン、濃厚廃液の濃度がＢＯＤ３５００ＰＰＭ、その他の廃液の濃度がＢＯＤ３００ＰＰＭと成っている。この濃厚廃液を分別処理すれば廃液は一般浄化槽レベルとなり、極めて安価で簡便な装置で可能と成る。

本発明の一実施形態に係る高濃度廃液分解装置による分解工程を示す説明図である。 高濃度廃液分解装置の一次分解の概略説明図である。 高濃度廃液分解装置の二次分解の概略説明図である。 （ａ）は本発明の一実施例に係る１次分解試験の流れを順に示す説明図、（ｂ）は同じく本発明の一実施例に係る２次分解試験の流れを順に示す説明図、（ｃ）は同じく本発明の一実施例に係る卓上試験の概略説明図である。

本発明の好ましい実施の形態における高濃度の廃液分解方法について、図１を参照して説明する。ここで、廃液はＢＯＤやＣＯＤで測定可能な有機化合物を含む水溶液である。たとえば、醤油や味噌あるいは調味料などの食品製造工程で生じる廃液や、たとえばアミノ酸などの食品添加物の製造工程から生じる廃液を指す。廃液中には有機化合物として、糖、アミノ酸、脂肪酸、脂肪のほかタンパク質や高分子化合物、色素、及び、無機化合物として、無機カチオンや無機アニオンを含んでいる。廃液のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）は２，０００〜１５，０００ＰＰＭであり、好ましくは３，０００〜５，０００ＰＰＭ、もっとも好ましくは３，５００ＰＰＭ程度であり、１日あたりの発生量は２００〜２，０００トン、このましくは３００〜１，０００トン程度である。なお、廃液の水質は、ＢＯＤ以外の一般的な指標であるＣＯＤ（化学的酸素要求量）や、ＴＯＤ（全酸素消費量）、或は、ＴＯＣ（全有機体炭素量）などで表してもよい。

廃液タンク（接触反応部廃液タンク）には、加温装置や加圧装置が設けられている。廃液タンク内の廃液の状態は、ヒータ装置や加圧装置（加圧ポンプなど）によって、温度と圧力を一定に保つ。廃液の温度や圧力は常温や大気圧（約０．１ＭＰａ）より高め、亜臨界水や超臨界水を用いた廃液処理のメカニズムに可能な限り近付けつつ、温度や圧力の上昇を汎用的な機器で扱える適度な程度に抑え、高濃度廃液分解装置の構築や運用を経済的に行うことが好ましい。温度は、６０〜９５℃、好ましくは７０〜９５℃、より好ましくは８０〜９０℃であり、圧力は、０．５〜１ＭＰａ未満、好ましくは０．６〜０．９ＭＰａ、より好ましくは０．６〜０．８ＭＰａである。また、温度と圧力を一定に保ってもよいが、好適な範囲で変動させてもよい。また、廃液タンクには、図示は省略するが、ｐＨ調整装置が設置されていてもよい。酸は、塩酸、硫酸を用いることができる。アルカリとして水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを用いることができる。さらに、ｐＨ調整装置は、廃液タンク内のほか、例えば、廃液タンクと後述する静止型混合機との間の配管上や、廃液タンクと後述するガス供給装置との間の配管上などのような、廃液タンクと反応部位との間にも設けることが可能である。

加熱装置は廃液の温度を昇温させることができればよいが、たとえば、自家発電を行っている工場などでは、発電に用いる蒸気の余剰分を使用しても良い。

廃液は、一次分解および二次分解を経て分解される。廃液タンクから送液ポンプ（送水ポンプ）で静止型混合機に廃液が送液される（廃液の送出）。タンクにてｐＨ調整がなされていなかった場合には、廃液送出後にｐＨ調整を行う。酸は、塩酸、硫酸を用いることができる。アルカリとして水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを用いることができる。静止型混合機の前段にガス供給装置からガスを供給する。廃液に供給されるガスは、空気、又は、酸素、又は、オゾン、又は、過酸化水素、又は、次亜塩素酸、又は、次亜塩素酸ナトリウム、又は、酸素とオゾンの混合ガス（組合せ）、又は、過酸化水素とオゾンの混合ガス(組合せ)を用いることができる。このときの圧力も１ＭＰａ未満の圧力で行なう。圧力が高いほど、分解の効率は上がる。

その後、静止型混合機内で廃液中の有機物の分解が行われる。静止型混合機は廃液と廃液中に供給されたガスの気液界面が多くなる混合機であれば任意の混合機を使用することができる。さらに、混合機内でキャビテーションが起こることが望ましい。静止型混合機はインラインミキサとも呼称される。

静止型混合機は、キャビテーションによる水処理のためのキャビテーション装置として備えられているものであり、内部に超音波を伝えて、水処理のための気泡（マイクロバブル）を廃液中に混合させる。発生した気泡（気体）は、速度の低下(圧力の回復)を生じ、破壊されて液体に戻る際に、断熱圧縮により内部が高温・高圧となって、廃液中の含有物（被分解物質）の分解を行う。また、キャビテーションを発生させることにより、酸素やオゾンと含有物との接触効率も高まる。

ここで、水処理のためのキャビテーション装置としては、一般的な種々のものを採用することが可能である。例えば、キャビテーションの発生源として超音波を利用するものに限らず、流動する廃液が内部の、ベンチュリ管などのノズルを通過する際における瞬時の減圧（瞬時減圧）を利用してキャビテーションを発生させるようなものも採用が可能である。
このような混合装置（混合機）として、例えば、株式会社ちきたく製のノンクロッグ静止型ミキサーを用いることができる。

また、この静止型混合機の前後どちらかまたは両方にて、酸化触媒処理工程を通過させてもよい。このとき酸化触媒として、二酸化マンガン、白金等を用いることができる。また、酸化触媒処理工程は、酸化触媒塔を設けて行うものとすることができる。さらに、酸化触媒処理工程は、前述したガス供給装置と静止型混合機との間で行うことも可能である。

静止型混合機の後段では、光反応装置による分解を行っても良い。光反応装置としては、一般的な種々のものを採用可能である。たとえば、酸化できる波長の光である紫外線（ＵＶ）を用い、ＵＶのエネルギーにより分解を行うタイプのものが使用できる。そのほかに、光触媒（酸化チタン光触媒など）を併用したものとすることも可能である。

上述のような分解を１次分解と称する。この１次分解の反応時間は１０〜３０時間、好ましくは１５〜２５時間である。一次分解は廃液タンク内で行ってもよいが、通常は図１及び図２に示すように循環反応を行う。

一次反応終了時のＢＯＤ値は任意に設定可能であるが、３００〜１，５００ＰＰＭ、好ましくは４００〜１，２００ｐｐｍを一次反応の終点に設定することができる。

２次分解は、１次分解処理後、同じ配管（静止型混合機を通過した廃液を前記廃液タンクに戻す配管を含む）や、同じ静止型混合機を使用して一次分解と同様に循環処理される。つまり、１次分解と２次分解は、廃液の循環等の機能に関して、同じ機器を使用して行われている。基本構成主要な機器廃液は、温度と圧力を一定に保つ。廃液の温度や圧力は常温や大気圧（約０．１ＭＰａ）より高め、亜臨界水や超臨界水を用いた廃液処理のメカニズムに可能な限り近付けつつ、温度や圧力の上昇を汎用的な機器で扱える適度な程度に抑え、高濃度廃液分解装置の構築や運用を経済的に行うことが好ましい。温度は、６０〜９５℃、好ましくは７０〜９５℃、より好ましくは８０〜９０℃であり、圧力は、０．５〜１ＭＰａ未満、好ましくは０．６〜０．９ＭＰａ、よりこのましくは０．６〜０．８ＭＰａである。また、温度と圧力を一定に保ってもよいが、好適な範囲で変動させてもよい。

一次分解処理液は廃液タンクから送液ポンプ（送水ポンプ）で静止型混合機に送液される（廃液の送出）。静止型混合機の前段に酸、またはアルカリを添加してｐＨを調整する。ｐＨは後段で使用する酸化剤に合わせて設定する。酸化剤として、次亜塩素酸、過酸化水素、二酸化塩素等が使用可能である。次亜塩素酸ソーダ（次亜塩素酸ナトリウム）を用いるときは酸性中和剤を使用、過酸化水素を用いるのときはｐＨをアルカリで分解は実施する。ｐＨは７〜９、このましくは７．５〜８．５である。ｐＨ調製後に酸化剤を添加する。また、上述のように静止型混合機の前段で酸、またはアルカリを添加してｐＨを調整するために、（接触反応部）廃液タンクからガス供給装置までの間で、廃液に酸化剤を添加する装置を用いることが可能である。さらに、（接触反応部）廃液タンクからガス供給装置の間で、廃液に酸化剤を添加する装置を用いることも可能である。

その後、静止型混合機内で廃液中の有機物の分解が行われる。静止型混合機は廃液と廃液中に供給されたガスの気液界面が多くなる混合機であれば任意の混合機を使用することができる。さらに、混合機内でキャビテーションが起こることが望ましい。静止型混合機はインラインミキサとも呼称される。

静止型混合機は、キャビテーションによる水処理のためのキャビテーション装置として備えられているものであり、内部に超音波を伝えて、水処理のための気泡（マイクロバブル）を廃液中に混合させる。発生した気泡（気体）は、速度の低下(圧力の回復)を生じ、破壊されて液体に戻る際に、断熱圧縮により内部が高温・高圧となって、廃液中の含有物（被分解物質）の分解を行う。また、キャビテーションを発生させることにより、酸素やオゾンと含有物との接触効率も高まる。

ここで、水処理のためのキャビテーション装置としては、一般的な種々のものを採用することが可能である。例えば、キャビテーションの発生源として超音波を利用するものに限らず、流動する廃液が内部の、ベンチュリ管などのノズルを通過する際における瞬時の減圧（瞬時減圧）を利用してキャビテーションを発生させるようなものも採用が可能である。
このような混合装置（混合機）として、例えば、株式会社ちきたく製のノンクロッグ静止型ミキサーを用いることができる。

また、この静止型混合機の前後どちらかまたは両方にて、酸化触媒処理工程を通過させてもよい。このとき酸化触媒として、二酸化マンガン、コバルト系触媒、白金等を用いることができる。また、酸化触媒処理工程は、酸化触媒塔を設けて行うものとすることができる。さらに、酸化触媒処理工程は、前述したガス供給装置と静止型混合機との間で行うことも可能である。

静止型混合機の後段では、光反応装置による分解を行っても良い。光反応装置としては、一般的な種々のものを採用可能である。たとえば、酸化できる波長の光である紫外線（ＵＶ）を用い、ＵＶのエネルギーにより分解を行うタイプのものが使用できる。そのほかに、光触媒（酸化チタン光触媒など）を併用したものとすることも可能である。

上述のような分解を二次分解と称する。この二次分解の反応時間は２〜１０時間以上、好ましくは３〜７時間である。二次分解は廃液タンク内で行ってもよいが、通常は図３に示すように循環反応を行う。

一次分解終了時のＢＯＤ値は任意に設定可能であるが、３０〜７００ＰＰＭ、好ましくは４０〜６００ｐｐｍを一次反応の終点に設定することができる。

二次分解終了後の廃液は、低濃度廃水処理装置に送られ、低濃度廃液と一緒に処理される。

＜実施例＞
本発明における一次および二次分解の実施例を示す。
１．件名：高濃度排液分解処理の卓上試験結果
２．試験液：脱脂大豆加水分解液製造工程における脱色工程排液
３．試験方法
３−１．１次分解試験方法（図４（ａ）、（ｃ））
（１）５００ｃｃのビーカーにサンプル液（原液）を３００ｃｃ投入し、撹拌羽根で撹拌。
（２）温水バスを用いて、サンプル液を常温から９０℃まで加温（昇温）し、その温度に保持。
（３）硫酸を添加し、ｐＨ１４の強アルカリを弱アルカリに調整した。
（４）酸化触媒として、二酸化マンガンを微量添加した。
（５）酸化剤として、過酸化水素を添加して１次分解処理水を得た。

３−２．２次分解試験方法（図４（ｂ）、（ｃ））
（１）１次分解した処理液（１次分解処理水）を９０℃のまま保持。
（２）硫酸を添加し、ｐＨを弱酸性に調整した。
（３）酸化触媒として、コバルトを添加した。
（４）次亜塩素酸ナトリウムを添加し、ラジカル反応による酸化分解を行った。
（５）目視で無色透明になるまで次亜塩酸ソーダ―を追添し、分解処理を行って２次分解処理水を得た。

４．概略図
図４（ｃ）参照。

５．試験結果
脱脂大豆加水分解液製造工程における脱色工程排液を上述の試験方法で１次分解、２次分解の２段階で処理した結果、ＴＯＣ濃度を２５％に低減できた。

なお、ここで説明した本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することが可能である。

Claims (8)

1. 所定の被製造物の製造過程で発生した廃液の分解を行う高濃度廃液分解装置であって、
   少なくとも、前記廃液を常温以上沸点未満の温度で、且つ、常圧から１ＭＰａまでの条件で貯める接触反応部廃液タンクと、ｐＨ調整装置と、
   前記接触反応部廃液タンクから送出された前記廃液に対する接触反応のための静止型混合機と、静止型混合機を通過した廃液を前記接触反応部廃液タンクに戻す配管と、
   前記接触反応部廃液タンクと前記静止型混合機との間で、空気、又は、酸素、又は、オゾン、又は、過酸化水素、又は、次亜塩素酸、又は、次亜塩素酸ナトリウム、又は、酸素とオゾンの組合せ、又は、過酸化水素とオゾンの組合せ、のうちの少なくともいずれかを前記廃液に混合するガス供給装置と、
   を備えたことを特徴とする高濃度廃液分解装置。
2. 前記ガス供給装置が、オゾンガス供給装置であることを特長とする、請求項１に記載の高濃度廃液分解装置。
3. 前記静止型混合機がキャビテーション発生機能を持つことを特徴とする請求項１に記載の高濃度廃液分解装置。
4. 前記接触反応部廃液タンクに、温度調整装置と前記ｐＨ調整装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の高濃度廃液分解装置。
5. 前記ｐＨ調整装置が、過酸化水素と次亜塩素酸ナトリウムを添加する装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高濃度廃液分解装置。
6. 前記ガス供給装置と前記静止型混合機の間に酸化触媒塔を持つことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高濃度廃液分解装置。
7. 前記所定の被製造物がアミノ酸であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高濃度廃液分解装置。
8. 所定の被製造物の製造過程で発生した廃液の分解を行う高濃度廃液の分解方法であって、
   （ａ）廃液を、常温以上沸点未満の温度で、且つ、常圧から１ＭＰａまでの条件に調整する工程、
   （ｂ） 廃液のｐＨを調整する工程、
   （ｃ）前記（ｂ）工程で調整された廃液に、空気、又は、酸素、又は、オゾン、又は、過酸化水素、又は、次亜塩素酸、又は、次亜塩素酸ナトリウム、又は、酸素とオゾンの組合せ、又は、過酸化水素とオゾンの組合せ、のうちの少なくともいずれかを供給する工程、
   （ｄ）前記（ｃ）工程の処理液を静止型混合機に通液させて酸化分解する工程、
   （ｅ）前記（ｄ）工程の処理液を前記（ａ）工程を行っている廃液と混合した後に前記（ｂ）工程から前記（ｄ）工程を繰り返す循環反応を１０時間以上行う工程、
   （ｆ）前記（ｅ）工程における反応終了後の処理液のｐＨを調整して、次亜塩素酸または次亜塩素酸ナトリウムを添加する工程、
   （ｇ）前記（ｆ）工程における処理液を静止型混合機に通液させて酸化分解する工程、
   （ｈ）前記（ｇ）工程の処理液を前記（ａ）工程を行っている廃液と混合した後に前記（ｆ）工程および前記（ｇ）工程を繰り返す循環反応を２時間以上行う工程、
   を備えたことを特徴とする高濃度廃液の分解方法。