JP3976986B2 - 揮発性有機化合物の回収における排水の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着を利用して揮発性有機化合物を分離する際に発生する当該揮発性有機化合物を含有している排水の処理方法に関するものであり、各種の工場等で発生する揮発性有機化合物を含む排ガス、排水等から、吸着剤を用いて目的とする揮発性有機化合物を分離あるいは回収する際の排水の処理に適用できる。
本発明は、被処理排水中の揮発性有機化合物の放散処理を効率的に行うことができ、処理後の排水中に残存する揮発性有機化合物を低減できる環境に配慮した技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大気汚染防止や資源の有効利用の観点から、ベンゼン、トルエン、ジクロロメタン（塩化メチレン）、クロロホルム等の揮発性有機化合物を含む排ガスから、それらの揮発性有機化合物を分離・回収することが行われている。
例えば、各種プラスチック製品、合成繊維、半導体の製造工程や磁気テープ工業等の各種操作に伴って発生する排ガス中に含まれる有機溶剤等の揮発性有機化合物を回収する活性炭吸着法では、活性炭を充填した複数の吸着槽を設け、吸着と脱着を交互に繰り返す固定床式溶剤回収装置、あるいは塔頂より活性炭を降下させて塔底より送り込まれる原ガスによりこの活性炭を流動させつつ溶剤等の吸着を行わせ、塔下段で得られる吸着済の活性炭を、別途設けられた脱着器において脱着を行わせる流動層式溶剤回収装置が知られている。これらの装置の吸着工程は大気圧下で行われ、脱着工程は水蒸気を使用して大気圧または減圧下で行われることが多い。
【０００３】
これらの吸着方法のうち、大気圧脱着を行う固定床式吸着装置を例にして、その具体的操作について図４を基に説明する。有機溶剤を含む原ガス２１は、吸着槽２０内に設置されている複数の吸着槽のいずれかの吸着槽に送り込まれ、原ガス中の溶剤が活性炭層に吸着され、浄化された排ガスは大気中に放出される。例えば吸着槽が２槽の場合、一方の吸着槽において吸着操作が行われているとすると、他方の吸着槽は吸着を終了し、切替弁によって吸着操作から脱着操作に切替えられ、水蒸気２２が吹き込まれて吸着されていた溶剤は脱着されて水蒸気と共にガス状で排出される。この混合蒸気（脱着蒸気）は冷却器２３に導かれ冷却によって凝縮される。
この凝縮液の水と回収溶剤は、相互に不溶であればデカンター２４において比重差により溶剤相と水相に分離し、水は排水２５として排出され、溶剤は回収溶剤２６として回収される。尚、デカンター２４における上・下相への分離は、両者の比重差によって定まるものであり、上・下相の関係は固定的なものではない。また、両者が相互に一部または全部が溶け合う場合には、適宜蒸留塔へ送られ、さらに水と溶剤の分離が行われる。これらの処理により、排水中に残る溶剤が十分除去されればそのまま排出されるが、これまでは排水をさらに希釈してから排出したり、放散処理、活性汚泥処理等の後処理を行ってから排出されることが多かった。
【０００４】
ベンゼン、トルエン、ジクロロメタン、トリハロメタン等の揮発性有機化合物を含む排ガス、排水等から、活性炭等の吸着剤を用いて目的とする揮発性有機化合物を分離した後、前述のごとく、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着し、脱着された揮発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有機化合物相と水相とに比重分離し、揮発性有機化合物相を取出して回収することが行われている。
この場合に一方の水相には、その溶解度に相当する少量の揮発性有機化合物が溶存しているため、これを所定濃度以下にして排出することが必要である。このため、揮発性有機化合物を含む排水から、さらに揮発性有機化合物を低減させるために、放散処理を施すことが行われるが、このような系の場合、従来型の放散塔では大過剰のパージガスを用いることになり、その結果、パージガス中の揮発性有機化合物濃度が低くなり、これの回収を図るためには効率が低下する。
例えば、水蒸気を用いて排水中の揮発性有機化合物を放散し、これを凝縮しても凝縮液中での揮発性有機化合物濃度が低いために、目的とする物質の分離のためにはさらに濃縮操作が必要となったり、また、空気放散の場合には活性炭等によるさらなる吸着操作が必要となる。あるいは、放散ガスを焼却等により処理しようとしても、過剰のガスを熱分解温度まで加熱することが必要になるため、エネルギー的に非効率な処理になってしまう等の問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収方法において、発生する揮発性有機化合物を含有している排水から、揮発性有機化合物を分離・回収するための効率的かつ経済的な排水の処理方法を提供するものである。
また、本発明は、排水中に含有されている揮発性化合物の濃度が低い場合にも、効率よく放散させて、前記の揮発性化合物を回収することが可能な方法であると共に、排水中に残る揮発性化合物の濃度を十分に低減し、そのまま排出することも可能とすることを意図したものであり、少なくとも活性汚泥処理等の後処理における負担の軽減を目指したものである。本発明では、蒸留塔を用いることなく、設備的には、簡便なものとすることを別の目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収方法において、脱着された揮発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有機化合物相と水相とに比重分離し、分離された前記水相の水を、液孔を設けた平板に中空でガスを通すように孔が貫通したガスライザーを複数本設けて前記液孔は前記ガスライザーの開孔より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔の上部から塔内に導入し、該充填塔の下部からパージ用水蒸気を導入し、水とパージ用水蒸気とをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、水中の揮発性有機化合物を放散させ、揮発性有機化合物が除去された水を塔底から取出し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、前記の脱着蒸気の冷却工程に戻すことを特徴とする揮発性有機化合物の回収における排水の処理方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明における排水の処理では、被処理排水の液量に比べてガス量が極めて少ない系となるために、普通の充填塔をそのまま使用したのでは期待するような性能とはなり得ない。これは、被処理排水の液量に比べてガス量が極めて小さい場合には、ガスの逆混合が起こり、向流操作が実現しないためである。
すなわち、充填塔においては、充填物の間を排水が流れ落ちる際にガスを同伴するが、一般の気液接触操作では、ガス量が大きいためにこの効果は無視できる程度である。しかし、液量に比べてガス量が極めて少ない場合には、被処理排水を大液量で流すとガスが下向きに流れる逆混合が生じて、ガスの上下方向での混合が生じ、塔内でパージガス濃度の均一化が起こり、ガス側の向流操作が実質的に不充分になると共に、排水側からの揮発性有機化合物の除去が不完全な状態となる。
【０００８】
本発明では前記課題の解決を図るために、充填塔内に設置する充填層をガス逆流防止板で仕切り、逆混合を防止しつつ、揮発性有機化合物を含む排水とパージ用水蒸気とを、ガス相を連続相とした状態で向流接触させることで、揮発性化合物の放散が少量のパージ用水蒸気で効率的に行えるようにし、揮発性有機化合物が除去された水を塔底から取出し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、脱着蒸気の冷却工程に戻すようにしたものである。
【０００９】
被処理排水とパージ用水蒸気とを向流接触させる際に、ガス相が連続相となる状態とは、充填塔内を流下する被処理排水が充填層を通過する際に、充填物の表面で液膜状になって通過し、上昇してくるパージ用水蒸気が連続相となっていることを指している。このような状態で気液接触が行われることにより、木発明の被処理排水とパージ用水蒸気との接触を効率的に行うことができる。
【００１０】
本発明の処理方法によれば、被処理排水中に含まれている揮発性有機化合物の高度の濃縮を行うことができる。すなわち、揮発性が高くヘンリー定数が大きい場合には、液ガス比（Ｌ／Ｇ）を大きくして処理することになるので、操作温度を水の沸点付近にし、パージ用ガスとして水蒸気を用いて放散させると、使用するパージ用水蒸気の度用量が少なくてすむので、揮発性有機化合物の高倍率な濃縮を行うことが可能となる。
このため、パージ用の水蒸気が被処理排水と接触して凝縮することを避けると共に、放散を効率的に行うため、被処理排水を加温したり、熱交換器を通して可能なかぎり排水の温度を高めておくことが望ましい。
【００１１】
本発明では、被処理排水中の揮発性有機化合物を水蒸気により放散し、充填塔の塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、脱着蒸気の冷却工程に戻すようにしているため、揮発性有機化合物の回収量を増大することができる。そして、一般的に揮発性有機化合物の水への溶解性があまり大きくはないことと、本発明の処理では、高濃度の濃縮が可能なことにより、処理後の排水に残存する揮発性有機化合物を非常に低減することができる。
その結果、処理後の排水はそのまま排出することが可能となり、少なくとも活性汚泥処理等の後処理における負担を軽減できる。
【００１２】
本発明について図面を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の処理を行うための設備の一例であり、全体的な構成を示す説明図である。吸着槽２０から冷却器２３を経てデカンター２４により、揮発性有機化合物相と水相に分離し、水は排水２５として排出し、揮発性有機化合物２６を分離・回収することは、図４の場合と基本的には同様であるため、同じ符号を付してある。尚、図４におけるデカンター２４においては、揮発性有機化合物相と水相とは比重差により、上下に分離する。分離された前記水相の水（排水）２５を、充填塔２７の上部から塔内に導入し、該充填塔の下部からパージ用水蒸気２８を導入し、水とパージ用水蒸気とを向流接触させ、水中の揮発性有機化合物を放散させ、揮発性有機化合物が除去された処理済排水２９を塔底から取出し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気３０は、脱着蒸気の冷却工程に戻される。その際に処理済排水２９の保有する熱エネルギーを回収し、有効利用するために、熱交換器を設けて充填塔２７へ導入する排水２５を加熱昇温することが望ましい。
【００１３】
次に排水２５とパージ用水蒸気２８とを向流接触させるための、充填塔について図２および図３により説明する。
図２に示したように充填塔１の中には、ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３が複数設置されている。充填塔の上部には、被処理排水の導入口４および放散蒸気の出口５、充填塔の下部にはパージ用水蒸気の導入口６と処理済排水の取り出し口７が設置されている。尚、ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３の設置段数は、使用目的や揮発性有機化合物の物性等により、適宜選定すればよく、普通５段から２０段程度とすることが望ましく、より好ましくは８段から１５段程度である。パージ用水蒸気を充填塔下部のパージ用水蒸気の導入口６から塔内に導入し、ガス逆流防止板２で仕切られ充填物の充填されている領域で、充填層３を通してパージ用水蒸気が上昇する問に下降してくる被処理排水とガス相を連続相とした状態で向流接触し、被処理排水中の揮発性有機化合物が放散され、その後処理済排水はその取り出し口７から系外に排出される。
ガス逆流防止板２で仕切られている領域を順次通過する際に、被処理排水とパージ用水蒸気とが向流的に接触し、被処理排水中の揮発性有機化合物が放散して除去・低減されつつ下降し、一方パージ用水蒸気は塔内を上昇して放出された揮発性有機化合物と共に放散蒸気となる。
【００１４】
充填塔の上部にある被処理排水の導入口４と最上部の充填層の問には、ガス逆流防止板を設けなくともよいが、図２のガス逆流防止版２’のごとく他の箇所と同種もしくは異なる形のものを設けておくことが望ましい。これは、充填層の表面に水を均一に分散散布するためのものであり、くし形分散器等他の一般的な液分散器で代替えすることも可能である。
【００１５】
充填層３としては、周知の不規則充填物あるいは規則充填物を用いて構成すればよく、充填物はガス逆流防止板２の上に載せてもよいし、ガス逆流防止板とは別の目皿やサポートグリッド等で充填物を支持するような構造としてもよい。このような効果を与える設備としては、充填物層の部分に他の流下液膜を利用した設備も考えられる。すなわち、充填物と同様に、例えば細管を多数用い、その内壁表面を被処理液が流れ、パージガスがその内側を流れる構造であってガス流量がわずかであっても逆混合が起こりにくくするような構造である。
このような構造も基本的には本発明で用いる装置と同様の考え方であり、充填物と同様に本発明の実施のために用いることが可能である。
【００１６】
ガス逆流防止板として最も簡単なものは、平板に孔をあけた形式のオリフィス板でもよい。しかし、オリフィス板の場合にはガスと液の通るところが同じであるため液とガスの分散が不確実になりやすいので、分散を確実にするためにはガスライザーを設置して、ガスはガスライザーを通して上昇させ、液は液孔から下降するように工夫することが合理的である。
このようにガスライザーを設けたガス逆流防止板の例を図３に示す。図３では液孔１２を設けた平板１０にガスライザー１１を複数本設けてある。ガスライザーは中空でガスを通すように直径数ｍｍ程度の孔が貫通している。このガス孔はガスライザー上面あるいは液に浸らない程度に上部の側壁面に設けられる。液を通すための液孔１２はガスライザーの開孔よりやや大きくし４〜８ｍｍ程度であるが、これらの数値は固定的なものでなく、使用目的や揮発性有機化合物の物性、液ガス比（Ｌ／Ｇ）等の利用状況によって適宜選択すればよい。
【００１７】
以上に説明した本発明の排水の処理方法は、固定床式、流動層式のいずれの溶剤回収装置であっても適用可能であるし、吸着剤としても活性炭以外のものであってもよい。
また、揮発性有機化合物を含む排ガスのみならず、排水に対して吸着処理を行って得られる揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着する場合にも適用可能である。
本発明の処理方法を変形し、排水を加温したり、別途設けられた冷却器により放散蒸気を一旦冷却してから、脱着蒸気の冷却工程に戻すようにしてもよいことは当然である。
【００１８】
【実施例】
実施例１
図１に示した構成の設備により、原ガス中に含まれているジクロロメタンを活性炭に吸着させた後、水蒸気により吸着されたジクロロメタンを脱着した。脱着されたジクロロメタンを含む脱着蒸気を冷却した後、ジクロロメタン相と水相とに比重分離し、分離した水相を被処理排水として用いた。ただし、水相の抜出口を上相とするか、下相とするかは、対象となっている揮発性有機化合物相と水相との比重差によって選択する。本実施例では、上側が水相、下側がジクロロメタン相となる。充填塔を使用して、ジクロロメタン２％を含む被処理排水（室温）の放散処理を水蒸気により行った。被処理排水は、途中図示していない熱交換器を通して、水の沸点近くに加熱してから、充填塔の上部に導入した。その流量は２００ｋｇ／ｈｒ、パージ用の水蒸気量は０．５ｋｇ／ｈｒで、充填塔としては、塔径１０ｃｍφの塔内に、図３のガス逆流防止板１６枚を用い、一段当たりの高さを２０ｃｍとし、充填物としてラシヒスパーリングを充填した充填層を１５段とした。充填塔の下部から排出された処理済排水中のジクロロメタン濃度は０．１ｐｐｍ以下で、十分にジクロロメタンが除去されていた。そして、ジクロロメタンを含む放散蒸気３０は、充填塔の上部から管路を経て冷却器２３に戻した。これにより、これまでは廃棄されていたジクロロメタンを回収でき、経済的にも有用な方法であることが判る。
【００１９】
実施例２
実施例１で用いたと同様の充填塔と設備を用い、ベンゼンを含有している原ガスを処理し、脱着蒸気を凝縮分離して得られた排水を被処理排水とした。
本実施例では、ベンゼンを１５００ｐｐｍ含有する排水を用い実施例１の場合と同様に水の沸点近くに加熱してから、充填塔の上部に導入し、流量２００ｋｇ／ｈｒで、水蒸気０．２ｋｇ／ｈｒにより放散処理を行った結果、充填塔の下部から排出された処理済排水中のベンゼン濃度は０．１ｐｐｍ以下で、十分にベンゼンが除去されていた。そして、放散されたベンゼンを含む放散蒸気３０は、充填塔の上部から管路を経て冷却器２３に戻した。このように放散蒸気を冷却工程に戻すと被処理排水中の揮発性化合物のほぼ全量を回収することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収方法において、脱着されたを揮発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有機化合物相と水相とに比重分離し、分離された前記水相の水中には揮発性有機化合物が低濃度で存在することが多く、従来の放散塔による処理を行おうとした場合、塔内でガス側の逆混合が起こるため、揮発性が高い物質であっても液ガス比を大きくはできなかった。その結果過剰のパージガスが必要であり、その後の処理に過大な設備が必要であったり、多量のエネルギーを必要とした。本発明による方法では液相に比べ、ごくわずかのパージ用水蒸気での運転が効果的に行えるため、特に揮発性の高い有機化合物の放散に対し効果的に働き、高い割合での分離・回収が可能となった。また本発明により、処理済排水中に残る揮発性有機化合物の濃度を十分に低減し、そのまま排出することも可能とするレベルにすることもでき、少なくとも活性汚泥処理等の後処理における負担を軽減できる。さらには、本発明では、蒸留塔を用いることがなく目的を達することができ、設備的には、簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を示すフロー図の一例である。
【図２】本発明で用いる充填塔の構造の説明図である。
【図３】ガス逆流防止板の説明図である。
【図４】従来の活性炭を使用した固定床式吸着装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 充填塔 ２０ 吸着槽
２ ガス逆流防止板 ２１ 原ガス
２’ガス逆流防止板 ２２ 水蒸気
３ 充填層 ２３ 冷却器
４ 被処理排水の導入口 ２４ デカンター
５ 放散蒸気の出口 ２５ 排水
６ パージ用水蒸気の導入口 ２６ 回収揮発性有機化合物
７ 処理済排水の取り出し口 ２６’回収溶剤
１０ 平板 ２７ 充填塔
１１ ガスライザー ２８ パージ用水蒸気
１２ 液孔 ２９ 処理済排水
３０ 放散蒸気

Claims (1)

1. 揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、水蒸気により吸着された揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物の回収方法において、脱着された揮発性有機化合物を含む脱着蒸気を冷却した後、揮発性有機化合物相と水相とに比重分離し、分離された前記水相の水を、液孔を設けた平板に中空でガスを通すように孔が貫通したガスライザーを複数本設けて前記液孔は前記ガスライザーの開孔より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔の上部から塔内に導入し、該充填塔の下部からパージ用水蒸気を導入し、水とパージ用水蒸気とをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、水中の揮発性有機化合物を放散させ、揮発性有機化合物が除去された水を塔底から取出し、塔頂から得られる揮発性有機化合物を含有した放散蒸気を、前記の脱着蒸気の冷却工程に戻すことを特徴とする揮発性有機化合物の回収における排水の処理方法。

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