JP4475564B2 - 水分含有廃液の濃縮システム、濃縮方法、熱処理システム及び熱処理方法 - Google Patents

水分含有廃液の濃縮システム、濃縮方法、熱処理システム及び熱処理方法 Download PDF

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本発明は、水分を含有する廃液の濃縮システム及び方法、並びに、熱処理システム及び方法に関するものである。特に、廃液が揮発性成分を含有する場合に好適なシステム及び方法に関するものである。
例えば、製紙工場において発生するパルプ廃液などの水分を含有する廃液は、一般に、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）が１００００ｐｐｍを超える場合には、生物分解して廃棄するよりは、燃焼又は熱分解などの熱処理をして廃棄する方が経済的であるとされている。また、廃液の熱処理にあたっては、熱効率の向上という観点から、廃液中の水分を予め除去して、濃縮しておくのが望ましいとされている。そこで、従来は、廃液を熱処理するに先立って、蒸気やかかる熱処理において発生する排ガスを熱源として廃液を加熱し、もって廃液中の水分を蒸発させていた。
しかしながら、この従来の方法は、廃液中の水分を蒸発させるものであるため、大きな熱エネルギーを必要とし、熱効率の観点からは好ましいものといえなかった。また、従来の方法によると、廃液が揮発性成分を含有する場合、廃液の加熱に伴って揮発性成分も蒸発してしまうため、蒸発液のＣＯＤが著しく高くなってしまう。したがって、蒸発液を凝縮してそのまま放流することはできず、蒸発液の後処理が必要になるという点で、処理効率に劣るものとなっていた。
そこで、これら熱効率の問題及び処理効率の問題を解決する方法として、吸収冷凍機を使用する方法が提案された（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、吸収冷凍機によって廃液中の水分を氷結させ、もって廃液の濃縮を図るものである。氷結潜熱は蒸発潜熱よりも小さいため、従来の方法に比して熱効率に優れたものとなり、また、水分の氷結に際して揮発性成分は濃縮廃液中に留まることになるため、水分の後処理が必要とならず、処理効率に優れたものとなる。
しかしながら、省エネの重要性が認識される現代社会において、熱効率の向上に関する要求は尽きることがなく、現在もなお、さらに熱効率に優れたシステム・方法がないかが模索されている。
特許第３１６９４１９号公報
本発明が解決しようとする課題は、熱効率に優れ、しかも処理効率に優れる、水分含有廃液の濃縮システム、濃縮方法、熱処理システム及び熱処理方法を提供することにある。
前記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
水分含有廃液に無水塩を加える手段と、この無水塩の加えられた水分含有廃液を冷却して結晶水塩を生成する手段と、この結晶水塩が生成された液から濃縮廃液を得る手段と、前記結晶水塩を洗浄する手段と、を有することを特徴とする水分含有廃液の濃縮システム。
〔請求項２記載の発明〕
結晶水塩を加熱して無水塩を生成する手段と、この無水塩を水分含有廃液に加える手段と、を有する請求項１記載の水分含有廃液の濃縮システム。
〔請求項３記載の発明〕
水分含有廃液が揮発性成分を含有する、請求項１又は請求項２記載の水分含有廃液の濃縮システム。
〔請求項４記載の発明〕
水分含有廃液に無水塩を加え冷却して結晶水塩を生成し、前記結晶水塩を洗浄した後、前記結晶水塩が生成された液から前記結晶水塩を分離することにより濃縮廃液を得る、ことを特徴とする水分含有廃液の濃縮方法。
〔請求項５記載の発明〕
水分含有廃液に無水塩を加える手段と、この無水塩の加えられた水分含有廃液を冷却して結晶水塩を生成する手段と、この結晶水塩が生成された液から濃縮廃液を得る手段と、前記結晶水塩を洗浄する手段と、前記濃縮廃液を熱処理する手段と、この熱処理手段で発生した排ガスによって前記結晶水塩を加熱して無水塩を生成する手段と、を有することを特徴とする水分含有廃液の熱処理システム。
〔請求項６記載の発明〕
水分含有廃液に無水塩を加え冷却して結晶水塩を生成することにより濃縮廃液を得、この濃縮廃液を熱処理するとともに、この熱処理に伴って発生した排ガスによって前記結晶水塩を加熱して無水塩を得る、ことを特徴とする水分含有廃液の熱処理方法。
〔主な作用効果〕
（１）蒸発濃縮方式（前記従来の方法）と凍結濃縮方式（前記特許文献１参照）とを比較した場合、水の蒸発潜熱は５１０〜５６０ｋｃａｌ／ｋｇであるのに対して、水の凝固（氷結）潜熱は８０ｋｃａｌ／ｋｇ程度であり、著しく小さいため、凍結濃縮方式の方が熱効率に優れることになる。しかしながら、本発明の方式は、結晶水塩（結晶水をふくむ塩の結晶）を生成するために、廃液中の水分等を冷却するのみで足り、基本的に潜熱は問題とならないので、蒸発濃縮方式と比較した場合はもちろん、凍結濃縮方式と比較した場合においても著しく熱効率に優れることになる。
（２）本発明の方式によると、結晶水塩の生成に際して、揮発性成分等の不純物は、（濃縮）廃液中に留まることになるため、水分の後処理が不要又は簡易なものとなり、処理効率に優れる。
本発明によると、熱効率に優れ、しかも処理効率に優れる、水分含有廃液の濃縮システム、濃縮方法、熱処理システム及び熱処理方法となる。
以下、本発明の実施の形態を、図１を参照しながら説明する。
本実施の形態では、まず、混合槽１０に、パルプ廃液や、エチレン廃液、ＳＭ／ＰＯ廃液、エポキシ樹脂廃液等の水分を含有する廃液Ｌを供給し、この供給と同時に、又はこの供給と前後して、無水塩Ｓを加えて混合する。加える無水塩Ｓの量は、廃液Ｌが含有する水分の量や無水塩の種類によって適宜設定することができ、例えば、廃液Ｌ１００質量部に対して、無水塩Ｓを１０〜３０質量部加えることができる。無水塩Ｓの種類は、特に限定されず、廃液Ｌ中の水分を取り込んで結晶水塩となりうるものであれば足りる。具体的には、例えば、無水硫酸「Ａｌ2（ＳＯ4）3」、無水水酸化バリウム「Ｂａ（ＯＨ）2」、無水塩化カルシウム「ＣａＣｌ2」、無水カリミョウバン「ＫＡｌ（ＳＯ4）2」、無水硫酸鉄「ＦｅＳＯ4」、無水硫酸マグネシウム「ＭｇＳＯ4」、無水硫酸マンガン「ＭｎＳＯ4」、無水ナトリウムミョウバン「ＮａＡｌ（ＳＯ4）2」、無水リン酸水素ナトリウム「Ｎａ2ＨＰＯ4」、無水硫化ソーダ「Ｎａ2Ｓ」、無水硫酸ソーダ「Ｎａ2ＳＯ4」、無水チオ硫酸ソーダ「Ｎａ2Ｓ2Ｏ3」、無水炭酸ソーダ「Ｎａ2ＣＯ3」等を例示することができる。
次に、無水塩Ｓを加えた水分含有廃液Ｌは、混合槽１０から晶析器や凝縮器等の結晶水塩を生成する手段２０に送り、冷却する。これにより、無水塩Ｓが廃液Ｌ中の水分を取り込んで、例えば、Ａｌ2（ＳＯ4）3・１６Ｈ2Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ、ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ、ＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、ＭｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ、Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、Ｎａ2Ｓ・９Ｈ2Ｏ、Ｎａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ、Ｎａ2Ｓ2Ｏ3・５Ｈ2Ｏ、Ｎａ2ＣＯ3・１０Ｈ2Ｏ等の結晶水塩Ｃ．Ｓとなる。したがって、水分含有廃液Ｌは、その含有水分が奪われて、濃縮廃液Ｃ．Ｌとなる。
この濃縮廃液Ｃ．Ｌ中に含まれる結晶水塩Ｃ．Ｓは、次いで、結晶水塩洗浄手段２１にて洗浄（洗浄とは、例えば、多段向流リパルプ洗浄やカラムによる向流洗浄することをいう。）した後、遠心分離器や脱水機、振動篩等の結晶水塩Ｃ．Ｓと濃縮廃液Ｃ．Ｌとを分離する手段３０に送り、結晶水塩Ｃ．Ｓを含まない濃縮廃液Ｃ．Ｌを得る。得られた濃縮廃液Ｃ．Ｌは、流動炉や、キルン、廃液焼却炉等の熱処理手段６０に送り、燃焼や熱分解してから廃棄処分する。
他方、濃縮廃液Ｃ．Ｌから分離された結晶水塩Ｃ．Ｓは、加熱手段４０に送り、熱を加えて結晶をこわし、無水塩Ｓ及び水分Ｗからなるスラリー状にする。加熱手段４０の熱源は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では、前記熱処理手段６０で発生した排ガスＧを利用して、熱効率の向上を図っている。
無水塩Ｓ及び水分Ｗからなるスラリーは、さらに、結晶缶等の晶析手段５０に送り、水分Ｗを水蒸気Ｊとして蒸発させるとともに、無水塩Ｓの結晶を生成する。本実施の形態では、この無水塩Ｓの結晶を、水分含有廃液Ｌに加える無水塩Ｓとして、再利用し、材料コストの削減を図っている。
他方、水蒸気Ｊは、凝縮手段７０に送って水分（液体）Ｗとし、必要に応じて後処理手段８０で膜分離や吸着等の後処理をする。揮発性成分等の不純物は、結晶水塩Ｃ．Ｓの生成に際して、（濃縮）廃液中Ｃ．Ｌ中に留まっており、水分Ｗ中にはほとんど含まれない（通常、３０ｐｐｍ以下）ため、かかる水分Ｗの後処理は著しく簡易なものとなる。
図２に示す水分含有廃液の熱処理システム１を用い、全固形物濃度１５質量％の廃液Ｌを処理した。廃液Ｌは、まず、冷却結晶缶（直径４５００ｍｍ×高さ６０００ｍｍ、撹拌機付き、撹拌能力５５ｋｗ）たる結晶水塩生成手段２０に、１００００ｋｇ／ｈｒの割合で供給した。この際、結晶水塩生成手段２０には、Ｎａ2ＣＯ3等の無水塩Ｓを２９４４ｋｇ／ｈｒの割合で供給し、Ｎａ2ＣＯ3・１０Ｈ2Ｏ等の結晶水塩Ｃ．Ｓを７９４４ｋｇ／ｈｒの割合で析出させた。析出した結晶水塩Ｃ．Ｓは、結晶洗浄手段（直径２０００ｍｍ×高さ６０００ｍｍ）２１にて洗浄した後、分離槽たる分離手段３０にて濃度３０質量％の濃縮母液Ｃ．Ｌ（５０００ｋｇ／ｈｒ）と分離した。濃縮母液Ｃ．Ｌは、廃液燃焼炉たる熱処理手段６０に燃料と伴に供給し、過剰空気率１．２で燃焼した。熱処理手段６０からの排ガスＧ（出口温度９５０℃）は、スメルトディゾルバー６１にて断熱冷却し、８７℃の水分飽和の排ガスＧとした。一方結晶水塩Ｃ．Ｓは、結晶水塩溶解槽たる加熱手段４０にて加熱して無水塩のスラリーＳ＋Ｗとした後、強制循環型結晶缶５１にて水分Ｗを真空蒸発した。強制循環型結晶缶５１の熱源としては、８７℃の水分飽和の排ガスＧを用いた。無水塩Ｓは、無水塩分離手段５２にて分離して得た後、結晶水塩生成手段２０に供給し、再利用した。なお、２２は冷凍機、２３は結晶水塩コンデンサー、２４は真空ポンプ、５３は無水塩コンデンサー、５４は真空ポンプ、５５は煙突である。
処理フロー図である。 処理フローの実施例である。
１０…混合槽、２０…結晶水塩生成手段、３０…分離手段、４０…加熱手段、５０…晶析手段、６０…熱処理手段、７０…凝縮手段、８０…後処理手段、Ｃ．Ｌ…濃縮廃液、Ｃ．Ｓ…結晶水塩、Ｇ…排気ガス、Ｊ…水蒸気、Ｌ…水分含有廃液、Ｓ…無水塩、Ｗ…水（液体）。

Claims (6)

  1. 水分含有廃液に無水塩を加える手段と、この無水塩の加えられた水分含有廃液を冷却して結晶水塩を生成する手段と、この結晶水塩が生成された液から濃縮廃液を得る手段と、前記結晶水塩を洗浄する手段と、を有することを特徴とする水分含有廃液の濃縮システム。
  2. 結晶水塩を加熱して無水塩を生成する手段と、この無水塩を水分含有廃液に加える手段と、を有する請求項１記載の水分含有廃液の濃縮システム。
  3. 水分含有廃液が揮発性成分を含有する、請求項１又は請求項２記載の水分含有廃液の濃縮システム。
  4. 水分含有廃液に無水塩を加え冷却して結晶水塩を生成し、前記結晶水塩を洗浄した後、前記結晶水塩が生成された液から前記結晶水塩を分離することにより濃縮廃液を得る、ことを特徴とする水分含有廃液の濃縮方法。
  5. 水分含有廃液に無水塩を加える手段と、この無水塩の加えられた水分含有廃液を冷却して結晶水塩を生成する手段と、この結晶水塩が生成された液から濃縮廃液を得る手段と、前記結晶水塩を洗浄する手段と、前記濃縮廃液を熱処理する手段と、この熱処理手段で発生した排ガスによって前記結晶水塩を加熱して無水塩を生成する手段と、を有することを特徴とする水分含有廃液の熱処理システム。
  6. 水分含有廃液に無水塩を加え冷却して結晶水塩を生成することにより濃縮廃液を得、この濃縮廃液を熱処理するとともに、この熱処理に伴って発生した排ガスによって前記結晶水塩を加熱して無水塩を得る、ことを特徴とする水分含有廃液の熱処理方法。
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