JP3866029B2

JP3866029B2 - 凍結融解分離方法

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Publication number: JP3866029B2
Application number: JP2000352161A
Authority: JP
Inventors: 展海猪野; 聡辻; 竜四郎潟村; 朝香遠藤
Original assignee: 株式会社かんしょ利用技術研究所
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002153859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凍結融解法を用いた食品溶液や医薬品溶液や懸濁溶液の凍結融解分離に関するものであり、詳しくは、前進凍結法による層状生成氷を部分融解し、融解溶液を濃度勾配に沿い多段分離する多段濃度分離方法と、前進凍結法による懸濁溶液の全量凍結と全量融解により凝集固形物と多濃度溶液に分離する固液分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の環境意識の高まりに呼応して、国、自治体、企業は、循環型経済社会を形成すべく、リユース（製品部品の再利用）やリデュース（廃棄物の発生抑制）やリサイクル（資源の循環再生利用）に向けて大きく動き始めている。
食品産業においても食品廃棄物の低減と資源化は焦眉の急を要する重要な課題となってきている。従来は、食品廃棄物は天然由来の有機物として海洋投棄が許されてきた経緯があるが、世界的な環境意識の高まりとともに海洋投棄は事実上不可能になりつつあり、例えば、薩摩芋、馬鈴薯などの根菜類やとうもろこし、麦などの穀類を原料とする澱粉産業や酒造産業においては、従来より製造廃液の大部分を海洋投棄により処分してきたが、西暦２００１年から海洋投棄は事実上禁止される状況にある。
従って、廃棄物処理問題は、前記食品廃棄物に限らず産業廃棄物についても解決すべき焦眉の重要問題である。
【０００３】
前記農作物系の食品溶液の濃縮処理については、廃液の濃縮達成と、該濃縮により得られた濃縮液と固形物と清浄水との分離達成とを前提として、前記濃縮液からは酵素、ビタミン、蛋白質およびその他の有効機能成分の取り出し、固形物からは食品成分や飼料や肥料等の原料としての活用、氷からは冷熱源としての利用、融解水からは洗浄水や園芸用水や雑用水としての活用等の広範囲のゼロエミッション化が期待される。
また、一般産業廃液や活性汚泥法に適さない排水処理に対しても、濃縮および固形物の分離の達成を前提として、再利用可能資源の回収、廃棄物の貯蔵・運搬経費の削減、最終処理量および処理費の削減等のゼロエミッション化の促進が期待されている。
【０００４】
前記ゼロエミッション化の促進のためには、前記食品溶液、医療品溶液、産業廃液、排水処理において、その前提となる溶液の濃縮達成と濃縮液の濃度差分離や、懸濁溶液の固液分離の達成が必要となる。
【０００５】
従来の廃液処理には、廃液を蒸発により希薄・濃縮化することにより得られる希薄液に所用の追加処理をして放流ないし回収等をする焼却法と、廃液を直接焼却する焼却法と活性汚泥法が使用されていた。
また、溶液の濃縮については、蒸発濃縮法、膜濃縮法、凍結濃縮法が使用されてきたが、濃縮操作による溶質の変化や損失が少なく、濃縮操作中における微生物増殖の心配のない凍結濃縮法による濃縮が液状食品を対象として行なわれている。
【０００６】
前記凍結濃縮においては、氷結晶に付着する濃縮液や氷結晶間を埋める濃縮液を分離する手段として、圧搾、遠心分離、洗浄等の手段が使用されている。
前記圧搾手段は付着液の分離が不十分で、また遠心分離手段においては濃縮液が多量の空気と接触するため低沸点成分の芳香成分が散逸し食品濃縮液としての価値を喪失することになるため、上記低沸点成分の散逸の惧れがなく溶質が濃縮側に略回収される洗浄塔操作法が使用されている。
【０００７】
なお、前記凍結濃縮に使用される凍結法には、懸濁結晶法と前進凍結法がある。
前者の懸濁結晶法を用いたジュースの凍結濃縮法について述べる。図６には一般的に実用化されている凍結濃縮装置の概略が示してある。本装置は主として製氷機（表面掻き取り式熱交換器）５１と、再結晶器５２及び洗浄器５３から構成されている。本装置の運転方式にはバッチ処理方式と連続処理方式があるが、ここでは前者について説明する。
原料溶液５０を供給ポンプＰ１により（弁Ｖ１を開、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を閉）の状態で製氷機５１に適量送り込み該製氷機を稼働させる。再結晶器５２内の濾過器５２ａで氷を除去された溶液を循環ポンプＰ２により製氷機５１に送り込み循環させる。
【０００８】
製氷機５１内部では表面掻き取り式熱交換器の表面に形成された氷を掻き取り、微結晶氷（種氷）を含む溶液（スラリ）５１ａを再結晶器５２に送り込む。再結晶器５２内で前記スラリ５１ａを撹拌することにより微結晶氷は次第に成長して大粒の成長氷となる。循環系内の母液の濃度が規定濃度に達したら製氷機５１の運転を止め、弁Ｖ３を開いて濃縮溶液を系外に取り出す。同時に弁Ｖ４を開いて再結晶器５２内の成長氷を氷洗浄器５３に送る。
氷の表面は母液で覆われているため、氷粒表面の浄化が必要である。浄化法には表面融解による自然洗浄と清浄低温水による強制洗浄を使用する。使用済み洗浄溶液（低濃度母液）は弁Ｖ２から装置内に戻して再濃縮する。氷洗浄器５３内の氷は冷熱回収器５３ａで冷熱を回収し、融解水の一部は洗浄用として再利用され、残りは系外に取り出される。
【０００９】
上記構成を持つ懸濁結晶法の場合は、氷粒が多数のため伝熱面積が大きくなり凍結効率には優れているが、逆に多数の氷粒表面の洗浄が困難となり、洗浄工程における濃縮効率が低下する問題がある。
【００１０】
前記凍結濃縮に使用され層状凍結法とも呼ばれている前進凍結法は、図７に示す模式図に見るように、容器５５の内部に原料溶液５０が満たされており、底部に冷却器５６が取り付けられ、冷却ブライン５９を介して冷却されている。冷却器５６の表面に形成された氷相５８と未凍結溶液との間には固液相境界面５７が形成され、この境界面は矢印Ａの結晶成長方向に移動（前進凍結）し、次第に氷相５８が増大し、溶液部が濃縮縮小される。このとき氷相５８の中へ溶け込む溶質濃度を最小にし、溶液濃度を最大にする最適条件は例えば図７の場合では冷却ブライン５９の温度と固液相境界面５７における溶液の撹拌流速により左右される。
【００１１】
前記前進凍結法の原理は通常の熱交換器でも容易に対応可能で、その一例に図２に示す二重管式前進凍結濃縮器がある。
前記二重管式前進凍結濃縮器は、内管６０側に原料溶液５０を循環させ、外管６１側に冷却ブライン５９を流すことにより内管６０の内壁上に中空円柱氷６２を形成させ、循環する原料溶液５０を濃縮する構成にしてある。このとき冷却ブライン５９と溶液間の温度差及び内管６０側を循環する溶液５０の流速が氷中溶質濃度に大きな影響を与える。
【００１２】
前記前進凍結法の特徴は、システムが単純化されており、コスト低減の可能性がある一方で、懸濁結晶法に比べて伝熱面積が小さいため凍結効率が低下する問題があり、しかも最適運転制御（凍結速度、溶液流速及び溶液濃度等の変化に対応した最適運転制御）が困難であるという問題がある。
このため、これまで産業用に実用化されている凍結濃縮法としては後者の懸濁結晶法が殆どであり、前者の前進凍結法はあまり実用化されていない状況にある。
【００１３】
次に懸濁溶液の固液分離には、従来から実用化されている凍結融解法を用いた固液分離法があり、身近の例として凍り豆腐（高野豆腐）がある。これは通常の生豆腐を凍結後に空気中で自然解凍させると大部分の融解溶液が重力により分離され、残った固形部の水分を空中乾燥させることにより、硬い高野豆腐が得られるものである。
前記固液分離の他の例としては、寒天製造における固液分離法がある。図８に、天然の角寒天の製造過程をブロック図で示す。テングサやオゴノリ等の海藻類を煮釜で煮沸する煮沸抽出工程６５でアガロースやアガロペクチンなどの可溶成分を溶出し、可溶成分を含む高温溶液を濾過、放冷凝固工程６６にて寒天ゾルを形成させる。
この溶液を型枠に入れて自然冷却していくとゲル化温度３０〜４０℃でゼリー状に凝固し、該凝固工程６７にて寒天ゲルを得る。型枠から取り出した角状の寒天ゲルを冬の屋外に並べて自然凍結６８による夜間の凍結と、昼間の太陽光線による天日解凍６９とによる凍結解凍を繰り返し行なわせ、底部から重力で融解水が分離された水っぽい固形物を形成させる。前記凍結解凍を１週間から２週間くらい繰り返した後、天日乾燥７０により残水分を太陽熱で十分に乾燥させ角寒天７１を形成させている。
【００１４】
前記寒天製造の場合、流動性を失った半固体状のコロイド溶液を形成する寒天ゲルが凍結すると寒天質は凍結固体の中で氷から分離析出し、２成分系の固相となる。
固相の寒天質は冷水不溶性であるから融解後は水に溶けない。則ち固相の寒天質を水から物理的分離させ寒天７１を得ている。
【００１５】
コロイド安定状態にある固体粒子を含む分散液よりなる懸濁溶液の水分と固形分とを分離する固液分離法については、親水性溶媒や水溶性高分子などを添加して凝集させる化学的凝集法や、噴霧乾燥法や凍結融解法などの物理的凝集法がある。
前記凍結融解法は、前記懸濁溶液を完全に凍結させ、ついで融解することにより、固体粒子のコロイド安定状態を失わせて固体粒子を凝集させて固液分離を行なうようにしたものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、溶液の濃縮および分離法に関する従来技術においては、下記課題および問題点を抱えている。
１、懸濁結晶法では氷表面からの母液分離が困難である。
２、懸濁凍結法、前進凍結法のいずれも原液濃度が上昇すると氷中溶質濃度も上昇し、濃縮効率が低下する問題がある。
３、従来の懸濁結晶法及び前進凍結法による濃縮では原液の種類、濃度に対応させた厳密な運転条件の設定が必要である。しかも濃縮効率と凍結効率は交換的関係にあるため、濃縮効率をあげるようにすると凍結効率は必然的に低下する。
４、懸濁結晶法を用いて浮遊固形物を含む懸濁溶液の濃縮の場合、浮遊固形物は氷結晶に付着合体すると同時に溶液中にも残る問題がある。
５、前進凍結法を用いて浮遊固形物を含む澱粉廃液や焼酎廃液などの懸濁溶液を濃縮した場合、浮遊固形物は原液中に濃縮され、溶液粘度が急上昇し、運転が困難になる。また、これらの濃縮溶液を濾材により濾過して浮遊固形物を分離することは一層困難となる問題がある。
６、凍結法を用いて溶液の濃縮と懸濁溶液の固液分離を同時に可能とする方法は実現されていない。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、
農作物の搾汁液、懸濁溶液、加工廃液さらに一般の産業廃液等を濃縮し、有効成分または必要成分の分離をさせるとともに、有効成分を活用することにより、廃棄に要する処理費や運送費の低減と資源の有効活用を促進し、究極的には農作物のゼロエミッションを実現するための手段として、前進凍結濃縮法による凍結法を用いて溶液の濃縮と懸濁溶液の固液分離を同時に可能とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、前進凍結濃縮法による凍結融解溶液分離方法は、
濃縮用原液若しくは滞浮遊固形物を含む懸濁溶液いずれかの原液を選択的に充填させ、前進凍結により生成した生成氷を下部より取り出すようにした円管状の直立内管と、
内管外に設けた原液循環ポンプと、
前記直立内管に同心状に設け、直立内管との間に導入した凍結用冷媒により、内管内の前記原液に前進凍結を惹起させるようにした外管と、より構成した縦型二重管式濃縮器と、未凍結の濃縮液の取り出しを行なう濃縮液供給部と、脱氷容器とよりなる前進凍結濃縮部と、前記脱氷容器より取り出した生成氷に融解熱を加えて融解する濾材付き融解容器と複数の回収容器部とを具えた凍結融解分離装置を用意し、
前記原液が濃縮用原液である場合には、前記前進凍結濃縮部にて内管内に充填した濃縮用原液を循環ポンプを介して循環させて層状生成氷を生成し、該前進凍結濃縮部より取り出した濾材付き融解容器内の層状生成氷に融解熱を加えて複数段階に分割して融解する過程において前記複数の回収容器部に高濃度融解溶液から低濃度融解用溶液を順次得るようにし、
一方前記原液が滞浮遊固形物を含む懸濁溶液の場合は、前記前進凍結濃縮部にて内管内に充填した懸濁溶液の全液を滞留させ全量を凍結させた後、前進凍結濃縮部より取り出した濾材付き融解容器内の生成氷を融解熱を加えて複数段階に分割して融解する過程において前記濾材側に凝集固形物を分離するとともに、前記複数の回収容器部に高濃度融解溶液から低濃度融解用溶液を順次得るようにしたことを特徴とする
【００１９】
本発明は、凍結技術を基本として前記目的を達成しようとするものであり、そのために、以下に示す手段を満足させたものである。則ち、請求項１記載の発明により、母液分離を必要としない前進凍結方法による液循環凍結法を採用して層状生成氷を生成させ、融解に際しては融解熱の付与により前記形成された層状生成氷の態様に沿って融解させる融解法を使用するようにしたものである。
【００２０】
図２に示す凍結融解は、前進凍結方法を使用し濃縮液を循環させる二重管式前進凍結手段を使用する構成としてあり、該凍結手段により得られた管状の層状生成氷（図４に図示）は、内径部位より外径部位に移行するに従い溶質濃度が増大する濃度変化を形成し、図４に示す前記層状生成氷の部分融解に際しては、図３の濃度特性が示すように、（横軸の融解開始後の任意時刻の総融解液量を示し、縦軸はそのときの濃度を示す）融解した溶液の濃度は融解初期に急激に低下し、その後はなだらかに低下していく。このことは最初に僅かの融解溶液を分離すれば残氷中の溶質濃度が急激に低下することを意味する。則ち、融解の初期段階より終了過程へと高濃度融解溶液３から低濃度融解溶液１へ濃度変化する融解液を順次分離させ、残存氷からは溶質濃度の低い融解液を得ることが出来ることを示している。
【００２１】
図３に示す濃度特性については下記にその考察結果を詳述する。
図に見るように、全量平均濃度（全ての氷を融解したときの平均溶質濃度）に対して、Ｂ点まで融解した時の分離溶液平均濃度（融解溶液の平均濃度）と残存氷平均濃度（残存氷中の平均溶質濃度）を比較すると、前者の濃度は高い値を示し、後者の濃度ははるかに低い値を示していることがわかる。つまり、融解熱を与えて層状生成氷をＢ点まで融解させれば、残存氷中の溶質濃度が急激に低下することを意味している。則ちＢ点で分離された溶液の濃度は全量氷平均濃度よりはるかに高濃度であるから、Ｂ点で分離された融解溶液はそのまま原液に混ぜて再利用可能となる。
そして、部分融解後の残存氷の純度は自動的に上昇するので、氷の利用価値が増加することになる。
【００２２】
また、前記層状生成氷は、部分融解により高濃度から低濃度に移行する融解溶液の分離過程において、該分離過程を複数段階に分割し、先行する高濃度分離段階から低濃度分離段階へ順次移行して融解液を多段分離するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
本発明は、図４に示すように融解溶液を多数の溶液回収容器２３ａに多段回収することにより多濃度溶液（融解溶液１、融解溶液２、…）の多段連続回収を可能としたもので、前記請求項１記載の発明である凍結融解法により前記多段濃度分離法が形成され、溶液の貴重成分や有害成分に対する分離濃縮が可能となり、極めて優れた効果を発揮することができる。
また、氷の純度をあげることが出来れば、結果として濃縮効率（歩留まり率）を上げることになり、さらに省水効果が増大する。濃縮効率を上げるために凍結効率を犠牲にした緩慢凍結をせざるを得なかった従来の凍結濃縮法に比べて、前記多段濃度分離法または単段濃度分離法を用いた請求項１、２記載の凍結融解による濃縮では、凍結効率および濃縮（歩留まり）効率を同時に向上させることができる。その理由は、凍結効率の上昇による氷中溶質濃度の上昇分は多段濃度分離法により容易に相殺可能であるからである。多段濃度分離方法は農作物系の溶液はもとより、一般の溶液に対しても適用可能であることは多数の実験例により確認している。
【００２４】
また、懸濁溶液の凍結融解固液分離方法は、
浮遊固形物の懸濁溶液を、前進凍結法により全量凍結をし、得られた生成氷を部分融解による全量融解をし、融解した融解溶液を濾材により濾過し、前記融解溶液の分離過程を複数段階に分割し、先行する高濃度分離段階から低濃度分離段階へ順次移行して融解液を多段分離するとともに、濾材側に凝集固形物を分離するようにしたことを特徴とする。
【００２５】
上記発明は、浮遊固形物の懸濁溶液を滞留液による全量凍結と全量融解とに使用するようにしたもので、融解に際しては前記多段濃度分離方法を使用して、懸濁溶液の固液分離を可能としたものである。
図５には前記前進凍結により全量凍結を行なった場合の懸濁溶液の固液分離の状況を示してある。
懸濁溶液を静止（滞留）状態で前記図２に示す二重管式前進凍結濃縮器で全量凍結して得られた氷を図示のように濾材２２を敷き詰めた融解容器２１に収納する。そして、自然解凍、または送風機２７による通風解凍またはその他の強制解凍等の方法により氷を全量融解させる。融解液は前述の多段濃度分離法を用いて多段回収すれば多濃度溶液が得られる。溶液と濃度の関係は前述のとおりである。融解終了後に融解容器２１の濾材２２上には水分を含んだゼリー状固形物または凝集物が得られる。
【００２６】
この凝集物の分離は寒天の凍結解凍と同じく、凍結解凍操作に特有のものであり、未凍結原液を濾材で濾過してもこのような凝集固形物を得ることはできない。本分離法は農作物などのコロイド安定状態にある有機系コロイド浮遊物の分離に効果的であるが、一般の溶液中に浮遊する粒径数十ミクロンから数百ミクロンのマクロ粒子の分離にも有効である。則ち、前記全量凍結についで融解をさせることによりコロイド安定状態を喪失させて固液分離を可能にしているこのような分離法を請求項３記載の懸濁溶液の固液分離により可能にしている。
なお、上記のようにして得られた凝集固形物は布などの通常の濾材を用いた遠心分離機や搾汁器でさらに水分を容易に除去することができる。また乾燥粉末化等の追加処理すれば一層用途を拡大することができる。
【００２７】
また、前記発明を使用した、前進凍結濃縮法による溶液分離と懸濁溶液の固液分離をする凍結融解分離装置は、
濃縮用原液を充填して、循環／滞留状態で生成した生成氷を下部より取り出すようにした直立内管と、
前記直立円管に同心円状に設けた、直立内管筒との間に導入した凍結用冷媒により、内管内の濃縮原液に前進凍結を惹起させるようにした外管と、より構成した縦型二重管式濃縮器と、原液タンクと、濃縮液の循環／滞留／取り出しを行なう濃縮液供給部と、脱氷容器とよりなる前進凍結濃縮部と、
前記前進凍結濃縮部より取り出した生成氷を融解する濾材付き融解容器と、高濃度融解溶液から低濃度融解用溶液を順次得るようにした多段濃度分離部と、
より構成したことを特徴とする。
【００２８】
本発明は、通常溶液の濃縮及び懸濁溶液の固液分離を同一装置で行なうことができるようにしたもので、
凍結装置の重要構成部分である凍結用熱交換器には前記二重管式前進凍結濃縮器を使用する構成とし、該濃縮器に濃縮液を循環させるかまたは滞留させるかにより、通常溶液の濃縮と懸濁溶液の固液分離とに使い分ける構造にしてある。
【００２９】
また、前記内管における濃縮用原液の循環状態は、溶液の濃縮に使用する構成とし、滞留状態は内管内に充填した懸濁溶液の全液を滞留させ全量凍結させる懸濁溶液の固液分離に使用する構成としたことを特徴とする。
【００３０】
上記発明により、前記したように、同一装置により通常溶液の濃縮と懸濁溶液の固液分離とを使い分ける構造にしたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の前進凍結法を使用した凍結融解法による溶液分離と全量凍結融解による懸濁溶液の固液分離をする凍結融解分離装置の概略の構成を示す図で、図２は図１の凍結融解に使用した二重管式前進凍結濃縮器の原理図で、図３は図２に示す凍結濃縮器により生成された層状生成氷の凍結融解溶液の濃度特性図で、図４は図１の凍結融解法により形成された多段濃度分離法の原理図で、図５は図１の全量凍結融解法により形成された懸濁溶液の固液分離法の原理図である。
【００３２】
図１は前進凍結法を使用した凍結濃縮法による溶液分離と全量凍結融解による懸濁溶液の固液分離を行なう装置の実施例を示したものである。本実施例では原液（母液）として澱粉廃液や焼酎廃液などの農業用廃液を使用している。
【００３３】
凍結装置の重要構成部分である凍結用熱交換器には図示のように二重管式濃縮器１０が使用される。内管１１と外管１２の間には冷凍機１３で冷却された凍結用ブラインが循環する構成にしてある。
内管１１内には濃縮用溶液が溶液循環ポンプ１４、濃縮液タンク１６を介して循環されている。二重管式濃縮器１０の下部には脱氷ダンパ１８が取り付けられており、脱氷時にはこのダンパを開いて氷を重力による自然落下で脱氷容器１９に収納する構成にしてある。この脱氷容器１９は後で使用される融解容器２１と兼用にすることも可能である。
なお、凍結用ブラインの代わりに冷媒を直接導入しても良い。
【００３４】
以下に、溶液の濃縮について述べる。原液タンク１５から原液ポンプ１５ａ（弁Ｖ１開、脱氷ダンパ閉）により適量の原液を装置内に送り込む。次に溶液循環ポンプ１４を稼働させて濃縮液タンク１６内の溶液を内管１１の内部に循環させる（弁Ｖ２開、弁Ｖ１閉）。続いて冷凍機１３を稼働させて内管１１と外管１２との間に冷ブラインを循環させる。そして、前記内管１１の内壁に中空氷を形成させる。該中空氷の形成につれて、循環溶液は次第に濃縮されていく。濃縮液タンク１６内の溶液濃度が所定の濃度に達したら溶液循環ポンプ１４を停止させる。続いて外管１２と内管１１との間への冷ブラインの供給を停止し、代わりに温ブラインを供給し（冷凍機内の冷ブラインと温ブラインの系統詳細は省略する）、内管１１の内壁に層状に生成されている中空氷２０を脱氷し、中空氷２０を脱氷容器１９に収納する。濃縮液タンク１６内の濃縮溶液１６ａは濃縮溶液取り出しポンプ１７を稼働させて外部に取り出すことができるようにしてあり、また、脱氷容器１９内の中空氷２０は冷熱源として利用し、融解溶液を洗浄用等に有効利用するようにしても良い。
【００３５】
次に溶液の多段濃度分離について述べる。上述の濃縮工程において製造された層状生成氷の中空氷２０を融解容器２１に移し、送風機２７等で融解熱を供給し容器内の氷を融解させる。
融解された溶液は金網または濾材２２等を通して溶液容器に溜まる。この時の融解液量と溶液濃度の関係は図３に示したとおりである。溶液を複数の回収容器２３で多段回収することにより多濃度溶液の回収が可能になる。回収された溶液は再度濃縮することにより濃縮歩留まり率は向上できる。氷を全量融解するか、部分融解して残存氷を利用するかは製造現場の目的・状況に合わせて任意に決定できる。以上が懸濁物を含まない通常溶液の多段濃度分離である。
【００３６】
次に浮遊固形物を含む懸濁溶液における固液分離について述べる。図１において、懸濁溶液の入った原液タンク１５から原液ポンプ１５ａ（弁Ｖ１開、弁Ｖ２閉、脱氷ダンパ閉）を用いて原液を二重管式濃縮器の内管１１内の凍結有効部分に充填する（当然内管上部には適当な膨張空間を確保する）。弁Ｖ１を閉じて、冷凍機１３を駆動させ、内管１１内の滞留溶液を全量凍結させる（弁Ｖ２閉、溶液循環ポンプ１４停止）。この時の凍結運転条件は従来法におけるような緩慢凍結運転の必要はなく、最適最速の凍結条件で運転可能である。内管１１内の全量凍結終了が確認出来たら、脱氷ダンパ１８を開にして、外管１２と内管１１との間の冷ブラインを切り替えて温ブラインを流して脱氷工程に移行させる。温ブライン・デフローストにより落下した柱状一体氷（中空氷ではない）を脱氷容器１９に収容する。濾材２２を敷き詰めた融解容器２１に氷を移し、送風機等で融解熱を与えて全量融解する。融解溶液は溶液容器に回収する。回収方式は多段濃度分離法である。これらの溶液は必要であれば再度凍結濃縮することにより溶液（固形物を含まない）の濃縮濃度を向上できる。氷の全量が融解されると濾材２２上に凝集固形物が残る。凝集固形物は依然水分を若干含有しているので、遠心分離機や搾汁機などの物理的手段を用いてさらに水分を除去することができる。
前記したように未凍結原液を濾過しても捕捉できない微小固形物が凍結融解法により凝集固形化されるので、凍結分離された固形物は原液中の浮遊固形物とは微視的に性状が異なる。そのため、凝集性が強く、金網や粗めの濾材で十分に水分除去が可能で、懸濁溶液の固形分離を可能にしている。
【００３７】
最後に懸濁溶液の濃縮と固液分離を連続して行なう複合処理法について述べる。
原液の濃度が比較的低い場合は最初に溶液の濃縮を行い、続いて濃縮液の固液分離を行なうとさらに効果的分離が可能となる。濃縮工程において二重管式濃縮器の内管１１の内壁に形成された氷を脱氷除去した後、濃縮液タンク１６内の低温濃縮懸濁溶液を内管１１内に移送し、そのまま全量凍結させる。これを脱氷して、前述の固液分離法を用いて溶液と固形物に分離する。本装置はこのように懸濁溶液に対しても濃縮と固液分離が連続処理可能にしてある。
【００３８】
【発明の効果】
上記構成により、本発明は農作物系の廃液を濃縮液、固形物、清浄水（水）の形で分離し、濃縮液から酵素、ビタミン、蛋白質およびその他の有効機能成分を取り出し、固形物を食品成分、飼料、肥料等の原料として活用し、氷は冷熱源として利用し、融解水は洗浄水、園芸用水、雑用水として活用することを可能とし、農作物のゼロエミッション化に貢献する。
同時に一般生産工場の廃液に対しても、濃縮および有害固形物の分離により再利用可能資源の回収、廃棄物の貯蔵・運搬経費の削減、最終処理量および処理費の削減等が可能となり、工場のゼロエミッション化の促進にも有効である。
【００３９】
詳しくは上記本発明は下記効果を奏する。
１、前進凍結法の採用により懸濁結晶法に特有な母液分離のための洗浄工程を不要とした。
２、前進凍結法を用いた多段濃度分離法により、濃縮工程中の溶液濃度の上昇による氷中濃度の上昇を防止し、原液の種類濃度に関係なく、濃縮効率と凍結効率の双方を向上させることができる。
３、前進凍結法を用いた全量凍結と多段濃度分離法により、浮遊固形物を含む懸濁溶液に対して、多濃度溶液の回収と凝集固形物の分離が可能となる。
４、本発明における装置と方法を用いれば、溶液の濃縮と懸濁溶液における固液分離が同一装置でできる。
５、本発明における装置と方法を用いれば、農作物由来の廃液はもとより一般産業
用廃液に対しても溶液の濃縮および固液分離が可能となり、廃液処理費の削減、資源の有効利用およびゼロエミッション化の促進が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前進凍結法を使用した凍結融解法による溶液分離と全量凍結融解による懸濁溶液の固液分離をする凍結融解分離装置の概略の構成を示す図である。
【図２】図１の凍結融解に使用した二重管式前進凍結濃縮器の原理図である。
【図３】図２に示す凍結濃縮器により生成された層状生成氷の凍結融解溶液の濃度特性図である。
【図４】図１の凍結融解法により形成された多段濃度分離法の原理図である。
【図５】図１の全量凍結融解法により形成された懸濁溶液の固液分離法の原理図である。
【図６】懸濁結晶法による凍結濃縮法の概略の構成を示す図である。
【図７】前進凍結法の原理を示す模式図である。
【図８】寒天の製造過程を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０二重管式濃縮器
１１内管
１２外管
１３冷凍機
１４溶液循環ポンプ
１５原液タンク
１６濃縮液タンク
１７濃縮溶液取り出しポンプ
１８脱氷ダンパ
１９脱氷容器
２０中空氷
２１融解容器
２２濾材
２３回収容器
２７送風機
５０溶液
５９冷却ブライン
６０内管
６１外管

Claims

濃縮用原液若しくは滞浮遊固形物を含む懸濁溶液いずれかの原液を選択的に充填させ、前進凍結により生成した生成氷を下部より取り出すようにした円管状の直立内管と、
内管外に設けた原液循環ポンプと、
前記直立内管に同心状に設け、直立内管との間に導入した凍結用冷媒により、内管内の前記原液に前進凍結を惹起させるようにした外管と、より構成した縦型二重管式濃縮器と、未凍結の濃縮液の取り出しを行なう濃縮液供給部と、脱氷容器とよりなる前進凍結濃縮部と、前記脱氷容器より取り出した生成氷に融解熱を加えて融解する濾材付き融解容器と複数の回収容器部とを具えた凍結融解分離装置を用意し、
前記原液が濃縮用原液である場合には、前記前進凍結濃縮部にて内管内に充填した濃縮用原液を循環ポンプを介して循環させて層状生成氷を生成し、該前進凍結濃縮部より取り出した濾材付き融解容器内の層状生成氷に融解熱を加えて複数段階に分割して融解する過程において前記複数の回収容器部に高濃度融解溶液から低濃度融解用溶液を順次得るようにし、
一方前記原液が滞浮遊固形物を含む懸濁溶液の場合は、前記前進凍結濃縮部にて内管内に充填した懸濁溶液の全液を滞留させ全量を凍結させた後、前進凍結濃縮部より取り出した濾材付き融解容器内の生成氷を融解熱を加えて複数段階に分割して融解する過程において前記濾材側に凝集固形物を分離するとともに、前記複数の回収容器部に高濃度融解溶液から低濃度融解用溶液を順次得るようにしたことを特徴とする凍結融解分離方法。