JP3992130B2 - 廃水中の揮発性有機化合物を分離・分解処理する方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水又は産業廃水等の廃水にトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含んでいる場合に、この揮発性有機化合物を、廃水から分離したのち分解処理するための方法とその装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地下水又は産業廃水等の廃水の処理に際して、これに含まれているトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を、前記廃水から分離したのち分解処理するには、この廃水に対して空気等の気体を吹き込むというバブリング（曝気）を行い、廃水中における揮発性有機化合物を、この廃水に吹き込んだ気体中に揮発させることにより、廃水から分離し、次いで、この揮発性有機化合物を含む気体を、活性炭による吸着又は紫外線の照射等による分解装置に導いて、前記揮発性有機化合物を分解するという方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このバブリング方法においては、揮発性有機化合物のからの分離率を高くすることのために、廃水に対して吹き込むバブリング気体の量を多くしなければならず、多量の気体を取り扱うために、装置全体の大型化を避けることができないばかりか、空気を圧送するブロワーの大型化による騒音及び消費電力の増大を招来するという問題がある。
【０００４】
その上、バブリング方法においては、廃水から分離した揮発性有機化合物は、当該揮発性有機化合物を廃水から分離することのために吹き込んだ多量の気体によって希釈されることにより、前記廃水からの排出気体に含まれる揮発性有機化合物の濃度は極めて低いから、この濃度が極めて低い揮発性有機化合物を分解処理することに、大きな装置と多大のランニングコストとが必要であるという問題もある。
【０００５】
本発明は、廃水に含まれている揮発性有機化合物を廃水から分離したのち分解処理することを、装置の大型化を招来することなく、高い熱効率のもとで確実にできるようにした方法と、その装置とを提供することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の方法は請求項１に記載したように、
「揮発性有機化合物を含む廃水を、廃水供給管路を介して減圧式蒸発缶内に導いて沸騰・蒸発し、その水蒸気を凝縮する一方、前記蒸発缶内における不凝縮性ガスを、揮発性有機化合物が溶解する水等の可溶性液体を液封用液体に使用した液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段にて吸引して前記蒸発缶内を減圧に保持し、前記液封式真空発生手段から排出される液封用液体を分解容器内に導いて、当該液封用液体に対して超音波を照射し、次いで、この液封用液体を、前記廃水供給管路中に設けた間接熱交換式の給水加熱器に導き、ここで前記蒸発缶に供給される廃水の加熱に供したのち前記液封式真空発生手段に戻す。」
ことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の装置は、請求項３に記載したように、
「揮発性有機化合物を含む廃水を廃水供給管路を介して導入する減圧式蒸発缶と、この蒸発缶内での沸騰・蒸発で発生した水蒸気に対する凝縮器と、前記蒸発缶内における不凝縮性ガスを揮発性有機化合物が溶解する水等の可溶性液体を液封用液体に使用して吸引する液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段と、この液封式真空発生手段から排出される液封用液体を導入する分解容器とから成り、前記廃水供給管路中に間接熱交換式の給水加熱器を設け、この給水加熱器と、前記液封式真空発生手段と、前記分解容器との間を、前記液封式真空発生手段に対する液封用液体が、前記分解容器から前記給水加熱器を経て前記液封式真空発生手段に戻る循環経路に構成する一方、前記分解容器に、当該分解容器内の液封用液体に超音波を照射する超音波発信装置を設ける。」
ことを特徴としている。
【０００８】
【発明の作用・効果】
揮発性有機化合物を含む廃水を、廃水供給管路を介して減圧式の蒸発缶内に導いて沸騰・蒸発することで、この廃水の一部が水蒸気になると同時に、この廃水中に含まれている揮発性有機化合物は、水の沸騰・蒸発と同時に揮発し気体になって廃水から分離することにより、前記蒸発缶内には、水蒸気、及び前記揮発性有機化合物の気体と空気等とを含む不凝縮性ガスが発生する。
【０００９】
次いで、前記蒸発缶内における水蒸気を凝縮する一方、不凝縮性ガスを、前記蒸発缶内を減圧に保持するための液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段に吸引する。これにより、前記不凝縮性ガスは、液封式真空発生手段に対する液封用液体に混合されることにより、前記液封式真空発生手段から排出される液封用液体には、前記不凝縮性ガス中における気体の揮発性有機化合物が高い濃度で溶解することになる。
【００１０】
そこで、この液封用液体を分離容器内に導き、この液封用液体に、超音波の照射することにより、前記液封用液体に溶解している揮発性有機化合物は、超音波の照射にて水、炭酸ガス及び塩素等の最終分解化合物に分解される。
【００１１】
そして、揮発性有機化合物を分解した後の液封用液体は、これに前記超音波を照射する場合に発生する熱、及び、前記液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段の箇所で発生する熱とによってその温度が上昇しているから、これを、前記蒸発缶への廃水供給管路中に設けられている間接熱交換式の給水加熱器に導いて、前記蒸発缶に供給される廃水を給水加熱するというように熱回収したのち、前記液封式真空発生手段に戻して、当該液封式真空発生手段に対する液封用液体に繰り返して使用するのである。
【００１２】
このように、本発明は、廃水に含まれる揮発性有機化合物を、廃水を減圧に保持された蒸発缶内で沸騰・蒸発することで廃水から分離するものであることにより、揮発性有機化合物の廃水からの分離に、前記従来のように、バブリング（曝気）のために空気等の気体を大量に使用することを無くすることができる一方、前記沸騰・蒸発によって廃水から分離した揮発性有機化合物を、前記蒸発缶内を減圧に保持するための液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段に吸引して、この液封式真空発生手段に対する液封用液体に溶解し、この液封用液体に超音波を照射することで、前記揮発性有機化合物を分解するものであることにより、この液封用液体における揮発性有機化合物を分解することを、高い濃度の状態で高い効率で行うことができるから、装置全体の大幅な小型化、及び騒音の低減、並びに消費電力の低減を図ることができるのである。
【００１３】
しかも、前記液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段におけるエネルギー、及び揮発性有機化合物を分解することのために照射する超音波のエネルギーを、前記廃水を蒸発缶に供給する前における給水加熱として熱回収することができるから、全体における熱効率を大幅に向上できるのである。
【００１４】
特に、前記液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段に対する液封用液体を、請求項２に記載したように、１００℃以上の沸点を有する可溶性液体にすることにより、この液封用液体の消耗量を少なくできることに加えて、分解した塩素系有機化合物をより高い濃度に溶解した液として取り出すことができ、別に設ける分離装置により、塩素系有機化合物と可溶性液体とに分離して、塩素系有機化合物の回収と、可溶性液体の再利用とを行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態を示す。
【００１７】
この図において、符号１は、減圧式の蒸発缶を、符号２は、供給ポンプ３より送られて来るトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含む廃水を前記蒸発缶１に供給する廃水供給管路を各々示し、前記蒸発缶１内の底部には、前記廃水供給管路２より送られてくる廃水を噴出するノズル４が設けられ、また、蒸発缶１には、前記ノズル４より適宜高さＨだけ高い部位に廃水の排出口５が設けられている。
【００１８】
前記廃水供給管路２の途中には、二つの間接熱交換式の給水加熱器６，７が直列に設けられ、この両給水加熱器６，７のうち下流側に位置する一方の主給水加熱器６に、前記蒸発缶１内での沸騰・蒸発で発生した水蒸気及び不凝縮性ガスを、ダクト９を介して電動モータにて回転駆動されるブロワー等の圧縮機８に吸引して圧縮したのちダクト１０を介して導入することにより、前記廃水供給管路２を通って蒸発缶１に送られる廃水を加熱（給水加熱）する一方、この主給水加熱器６における凝縮水及び前記蒸発缶１内における不凝縮性ガスを、管路１１を介して気液分離容器１２に導いて、凝縮水と、不凝縮性ガスとに分離し、凝縮水を排出口１３から取り出す一方、不凝縮性ガスを、管路１４を介して液封式の真空ポンプ１５にて吸引することにより、前記蒸発缶１内を、大気圧以下の減圧に保持するか、或いは、前記主給水加熱器６における凝縮水及び不凝縮性ガス、又は不凝縮性ガスのみを、前記気液分離容器１２を通過することなく、二点鎖線で示す管路１４′を介して、直接に、液封式の真空ポンプ１５にて吸引することにより、前記蒸発缶１内を、大気圧以下の減圧に保持する。
【００１９】
この液封式の真空ポンプ１５における液封用液体として、前記廃水に含まれているトリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のように揮発性有機化合物が溶解する可溶性の液体、例えば、水又はエチレングリコール等を使用する。
【００２０】
そして、前記液封式真空ポンプ１５から排出される気液を、大気への気体放出管路１６を備えた気液分離容器１７内に、管路１８を介して導入し、気体を前記気体放出管路１６より大気中に放出する一方、液体、つまり、液封用液体を、超音波発信手段１９を備えた分解容器２０内に導入して、この分解容器２０内において前記超音波発信手段１９による超音波を照射し、次いで、前記分解容器２０内における液封用液体を、管路２１を介して循環ポンプ２２にて汲み出し、次いで、前記廃水供給管路２に設けた二つの給水加熱器６，７のうち上流側の副給水加熱器７に管路２３を介して供給してこの副給水加熱器７を通過したのち、管路２４を介して前記液封式真空ポンプ１５の吸い込み側に戻すという循環を繰り返すように構成する。つまり、前記液封式真空ポンプ１５に対する液封用液体が、液封式真空ポンプ１５から気液分離容器１７、分解容器２０及び副給水加熱器７を経て再び液封式真空ポンプ１５に戻る循環管路に構成する。
【００２１】
この構成において、トリクロロエチレン又はテトラクロロエチレン等のような揮発性有機化合物を含む廃水は、廃水供給管路２に設けた二つの給水加熱器６，７によって給水加熱されたのち減圧に保持された蒸発缶１内に入り、ここで沸騰・蒸発することにより、この廃水の一部が水蒸気になると同時に、この廃水中に含まれている揮発性有機化合物は、廃水の沸騰・蒸発と同時に揮発し気体になって廃水から分離するから、前記蒸発缶１内には、水蒸気、及び前記揮発性有機化合物の気体と空気等とを含む不凝縮性ガスが発生する一方、この蒸発缶１内で揮発性有機化合物を分離したあとにおける処理済の廃水は、排出口５からポンプ２７にて排出される。
【００２２】
前記蒸発缶内１における水蒸気及び不凝縮性ガスは、前記ブロワー圧縮機８で圧縮されたのち、一方の主給水加熱器６に入り、前記蒸発缶１に供給される廃水を加熱（給水加熱）し、そのうち水蒸気は凝縮するから、その凝縮水及び不凝縮性ガスを気液分離容器１２に導いて、凝縮水と不凝縮性ガスとに分離し、その不凝縮性ガスを、管路１４を介して液封式真空ポンプ１５にて吸引するか、或いは前記主給水加熱器６における凝縮水及び不凝縮性ガス、又は不凝縮性ガスのみを前記気液分離容器１２を経ることなく、二点鎖線で示す管路１４′介して液封式真空ポンプ１５にて吸引する。
【００２３】
このようにして、液封式真空ポンプ１５に吸引された不凝縮性ガスは、当該液封式真空ポンプ１５に対する液封用液体に混合されることにより、前記液封式真空ポンプ１５から排出される液封用液体には、前記不凝縮性ガス中における気体の揮発性有機化合物が高い濃度で溶解することになる。
【００２４】
次いで、この液封用液体を、気液分離容器１７内に導き、ここで、前記液封用液体に溶解していない空気等の気体を気体放出管路１６から大気中に放出するように分離したのち、分離容器２０内に導き、この分離容器２０内で液封用液体に対して、超音波発信手段１９にて超音波を照射する。
【００２５】
この超音波の照射により、前記液封用液体に溶解している揮発性有機化合物は、超音波の照射にて水、炭酸ガス及び塩酸等の最終分解化合物に分解され、その気体は気液分離容器１７で液封用液体より分離したのち気体放出管路１６から大気中に放出される。
【００２６】
この場合、本発明者達の実験によると、前記超音波の照射に際しては、その超音波を例えば２００ＫＨｚにすることによって、分離容器２０内にキャビテーションを発生するように構成することにより、このキャビテーションにて、気泡が発生することと、この気泡が潰れ消滅することとを激しく繰り返し、前記液封用液体に溶解している揮発性有機化合物を、前記キャビテーションにおいて発生した気泡が潰れ消滅するときの高温・高圧状態の反応場で水、炭酸ガス及び塩酸等のような最終分解化合物に分解処理することができるから、超音波の照射による揮発性有機化合物の分解効率を大幅に向上できるのであった。
【００２７】
このようにして、前記分離容器２０内において揮発性有機化合物の分解した後の液封用液体は、これに前記超音波を照射する場合におけるエネルギーにて発生する熱、及び、前記液封式真空ポンプ１５の箇所のエネルギーにて発生する熱によってその温度が上昇しているから、これを、前記蒸発缶１への廃水供給管路２中に設けられている副給水加熱器７に導いて、ここで、前記蒸発缶１に供給される廃水を給水加熱するというように熱回収したのち、前記液封式真空ポンプ１５に戻して、当該液封式真空ポンプ１５に対する液封用液体に繰り返して使用するのである。
【００２８】
なお、前記大気への気体放出管路１６の途中には、活性炭等によるガス浄化器２５、又は、ガスを触媒の存在のもとで燃焼するという二次燃焼式のガス浄化器を設けて、揮発性有機化合物を大気中に放出しないように構成している。
【００２９】
また、前記液封式真空ポンプ１５に対する液封用液体としては、水を使用することができるが、この水に代えて、前記揮発性有機化合物を溶解することができ、且つ、１００℃よりも高い沸点を有する可溶性液体、例えば、エチレングリコールを使用することにより、この液封用液体が蒸発等による消費される量を少なくできるとともに、この液封用液体を、高い濃度に塩素系有機化合物を含む液体として取り出すことができる。
【００３０】
一方、液封用液体として水を使用した場合には、この液封用液体として循環する水の一部を、管路２６より取り出し、この水を超音波発信手段（図示せず）を備えた分解器２７にて、超音波を照射してこれに溶解している揮発性有機化合物を分解したのち、管路２８より系外に排出するように構成するか、或いは、前記管路２６より取り出した水を、二点鎖線で示す管路２９を介して前記蒸発缶１に供給する廃水に混合するように構成する。
【００３１】
更にまた、本発明者達の実験によると、蒸発缶１内に適宜液深さＨに蓄えた廃水の沸騰・蒸発を、蒸発缶１内における減圧度及び／又は廃水の供給温度の設定にて、当該廃水の水面からの液深さが深い部分より行うように構成することにより、廃水中から揮発性有機化合物を蒸発にて分離するときにおける分離率を、廃水の沸騰・蒸発を廃水の水面のみにおいて行うように構成した場合に比べて、大幅に向上できるのであった。
【００３２】
なお、本実施の形態の場合、前記圧縮機８で圧縮された水蒸気及び不凝縮性ガスの一部を、管路３０を介して取り出して、前記蒸発缶１内の底部に吹き込みことで、廃水の沸騰・蒸発を促進する一方、前記蒸発缶１から排出口５に繋がるポンプ３１にて汲み出した処理済廃水の一部を、管路３２より取り出し、これを前記蒸発缶１内の上部に設けたノズル３３から、当該ノズル３３に設けた超音波発信手段（図示せず）にて超音波を照射したのち噴出することにより、揮発性有機化合物の廃水からの分離率の向上を図るように構成されている。
【００３３】
また、前記蒸発缶１に供給する廃水を加熱する方法としては、前記圧縮器８に代えて、又はこの圧縮器８に加えて、ボイラーからの蒸気で加熱するか、伝熱管ヒーターにて加熱するように構成することができる。
【００３４】
次に、図２は、第２の実施の形態を示す。
【００３５】
この第２の実施の形態は、前記気液分離容器１７で分離した気体の一部又は全部を、当該気体を駆動源とするエセグター３４に、管路３５を介して導き、前記主給水加熱器６から凝縮水及び不凝縮性ガス、或いは不凝縮性ガスを前記エセグター３４にて吸引したのち、管路１４を介して前記液封式真空ポンプ１５に吸引するように構成したものであり、その他の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。
【００３６】
特に、この第２の実施の形態によると、前記気液分離容器１７で分離した気体が有するエネルギーを、前記エセグター３４にて液封式真空ポンプ１５への吸引に有効に利用できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すフローシートである。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
１ 蒸発缶
２ 廃水供給管路
６，７ 給水加熱器
１５ 液封式真空ポンプ
１９ 超音波発信手段
２０ 分解容器
２２ 循環ポンプ

Claims (3)

1. 揮発性有機化合物を含む廃水を、廃水供給管路を介して減圧式蒸発缶内に導いて沸騰・蒸発し、その水蒸気を凝縮する一方、前記蒸発缶内における不凝縮性ガスを、揮発性有機化合物が溶解する水等の可溶性液体を液封用液体に使用した液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段にて吸引して前記蒸発缶内を減圧に保持し、前記液封式真空発生手段から排出される液封用液体を分解容器内に導いて、当該液封用液体に対して超音波を照射し、次いで、この液封用液体を、前記廃水供給管路中に設けた間接熱交換式の給水加熱器に導き、ここで前記蒸発缶に供給される廃水の加熱に供したのち前記液封式真空発生手段に戻すことを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離・分解処理する方法。
2. 前記請求項１の記載において、前記液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段に対する液封用液体を、１００℃以上の沸点を有する液体にしたことを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離・分解処理する方法。
3. 揮発性有機化合物を含む廃水を廃水供給管路を介して導入する減圧式蒸発缶と、この蒸発缶内での沸騰・蒸発で発生した水蒸気に対する凝縮器と、前記蒸発缶内における不凝縮性ガスを揮発性有機化合物が溶解する水等の可溶性液体を液封用液体に使用して吸引する液封式真空ポンプ等の液封式真空発生手段と、この液封式真空発生手段から排出される液封用液体を導入する分解容器とから成り、前記廃水供給管路中に間接熱交換式の給水加熱器を設け、この給水加熱器と、前記液封式真空発生手段と、前記分解容器との間を、前記液封式真空発生手段に対する液封用液体が、前記分解容器から前記給水加熱器を経て前記液封式真空発生手段に戻る循環経路に構成する一方、前記分解容器に、当該分解容器内の液封用液体に超音波を照射する超音波発信装置を設けたことを特徴とする廃水中の揮発性有機化合物を分離・分解処理する装置。

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