JP4553810B2 - 有機性廃液の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、畜舎から排出される蓄糞尿などの有機性廃液や、その有機性廃液を嫌気発酵させてバイオガスを取り出した後のいわゆる消化液を減容化し、貯留や運搬などの取り扱いが容易な肥料を生産するものであって、特に蒸留システムに多重効用缶を用いてエネルギコストを抑えた有機性廃液の処理装置及び処理方法に関する。

例えば、バイオガスプラントでは、嫌気発酵により蓄糞尿からバイオガスの採取処理が行われるが、処理後の消化液には多量の窒素分やＳＳ分が残存しているので、この液を一般の河川や水環境へ直接放流することはできない。そのため、消化液を液体肥料として有効に利用することが望まれる。ただし、消化液はバイオガスを採取する前の状態からほとんど重量や容積の変化がないため、大量の消化液の貯留や運搬などが問題であった。例えば、牛２００頭を有する畜舎では、およそ一日１６トンの蓄糞尿が排出されるが、肥料として散布する時期は春と秋の年２回であるため、半年分の約３０００トンの消化液を貯留しておく極めて大型のタンクが必要になる。また、液体肥料として消化液をタンクの周辺に散布できる環境が整っていればよいが、離れた土地に散布する場合には運搬の手間やコストがかかってしまう。更に、圃場が狭くて散布できないような場所では、そもそも消化液を液体肥料として利用できないため、多大な手間とコストをかけて排水処理を行うこととなる。

そうした問題を解決するため、特開２００３−１１７５９３号公報には有機性廃液の処理装置及び処理方法が提案されている。これは、アンモニア及び水分を含む有機性廃棄物の原液、有機性廃棄物に前処理（固形分の一部除去等）を施した液、有機性廃棄物をメタン発酵処理した後の消化脱離液、又は消化脱離液から固形分を一部除去した液などを処理するものであって、加熱濃縮して濃縮液と凝縮水とに分けることにより、廃水処理設備を必要とせず、濃縮工程で得られた凝縮水は簡便な方法で放流可能であり、濃縮液を液体肥料として有効利用する場合には利用性、輸送性を向上する処理装置及び処理方法として記載されている。

図４は、同公報に記載された有機性廃液処理装置について、その概略構成を示した図である。これには、畜糞尿等の有機性廃棄物をメタン発酵した後の消化液を処理する場合が示されている。消化液貯槽１００内の消化液は、ポンプ１０１により第１蒸発装置１１０における吸収塔１１１に導かれるが、その間に熱交換器１０２，１０３，１０４で加温される。吸収塔１１１に噴霧された消化液は、蒸発したアンモニアがポンプ１１２を経由して第１蒸発装置１１０の熱交換器１１３に導入される。熱交換器１１３にはアンモニアを除去した消化液が循環しており、導入されたアンモニアが循環消化液と熱交換して冷却・凝縮される。

凝縮したアンモニア水は、熱交換器１０４で冷却され、気液分離装置１０５にて気体側の濃縮アンモニアと残りの液体とに分離される。分離された液体は吸収塔１１１に噴霧され、気体側の濃縮アンモニアは熱交換器１０２で冷却・凝縮されてアンモニアタンク２００に貯留される。この濃縮アンモニア水は液体肥料として利用可能である。一方、アンモニアを除去した消化液は、ポンプ１１４により抜き出されて加熱器１１５で加熱され、熱交換器１１３でさらに加熱されて循環し、その一部が抜き出されて第２蒸発装置１２０に導入される。

第２蒸発装置１２０では、アンモニアを除去した消化液がポンプ１２１に送り出されて加熱器１２２、さらに熱交換器１２３でも加熱されて循環している。消化液は、加熱器１２２や熱交換器１２３によって加熱濃縮され、蒸発した水分が蒸気取出し口１２４から取り出される。取り出された蒸気はポンプ１２５を経由してスクラバー等の湿式ガス洗浄装置１２６に導入され、ここでガス洗浄が行われる。湿式ガス洗浄装置１２６からの洗浄後の液は第２蒸発装置１２０の循環消化液に混合される。湿式ガス洗浄装置１２６には、薬品タンク１３０，１４０からそれぞれ水酸化ナトリウム水溶液、硝酸水溶液をガス洗浄用の薬品が供給されている。

湿式ガス洗浄装置１２６で洗浄された蒸気は、前述の熱交換器１２３で循環消化液と熱交換して冷却・凝縮され、凝縮水（蒸留水）として取り出される。凝縮水は凝縮水受槽１２７及びポンプ１２８を経由して熱交換器１０３で冷却され、凝縮水（蒸留水）貯槽３００に貯留される。凝縮水はそのまま、あるいは簡単な処理を施して一般の河川などに放流できる。一方、加熱器１２２及び熱交換器１２３で加熱濃縮された消化液は、第２蒸発装置１２０から抜き出され、濃縮液貯槽４００に貯留される。この濃縮消化液は液体肥料として利用可能であり、濃縮により利用性、輸送性が高まっている。
特開２００３−１１７５９３号公報（第４−５頁、図１）

こうした従来の有機性廃液の処理装置および処理方法では、排水基準を満たした浄水を得るために、湿式ガス洗浄装置１２６に薬品タンク１３０，１４０から水酸化ナトリウム水溶液や酸水溶液といったガス洗浄用の薬品が供給されるため、消化液を処理するためのコストが上がってしまい、薬品供給のための手間もかかるものであった。
また、従来の有機性廃液の処理装置および処理方法では、有機性廃棄物に前処理（固形分の一部除去等）を施した液を用いる場合、例えば濃硫酸を使用することが考えられ、濃硫酸を使用すれば濃縮液が酸性になるので中和する必要がある。そのため、薬品使用の安全性やコストがかかることになり、好ましいものではない。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、薬品を使用することなく有機性廃液などから放流可能な蒸留液を効率良く取り出す有機性廃液の処理装置および処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る有機性廃液の処理装置は、有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施したアンモニアを含む処理対象液について、その処理対象液を蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにしたものであって、蒸発缶内に供給された処理対象液が加熱蒸気の送り込まれた伝熱管に触れて蒸発し、その伝熱管に送り込まれた加熱蒸気が潜熱を奪われ凝縮して蒸留液となるようにした濃縮機を複数連続的に接続し、各濃縮機における蒸発と凝縮とが多工程で実行される多重効用缶が構成され、前工程の濃縮機と後工程の濃縮機とは、前工程の濃縮機で発生した処理対象液の蒸気が後工程の濃縮機の蒸発缶内に供給された処理対象液を蒸発させる加熱源として伝熱管に送り込まれ、前工程の濃縮機で蒸発しなかった処理対象液の残渣が後工程の濃縮機に処理対象液として供給されるよう接続され、処理対象液の蒸気が送り込まれる濃縮機は、蒸気が高温側と低温側との２段階で凝縮するものであり、第１の濃縮機で蒸発した蒸気を凝縮させる第２の濃縮機で得られた低温側の蒸留液をアンモニア水として採取し、最後の濃縮機で凝縮した高温側の蒸留液を浄水として採取し、その他の箇所で凝縮した蒸留液を前工程の濃縮機に戻すように接続されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記複数の濃縮機のうち、第１の濃縮機と最後の濃縮機とは、最後の濃縮機で蒸発した水蒸気が第１の濃縮機の伝熱管に送り込まれ、第１の濃縮機の伝熱管で凝縮した水が最後の濃縮機の蒸発缶に供給されるように接続され、水が蒸発と凝縮とを繰り返すようにコンプレッサを設けて循環するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、第１から第４の４台の濃縮機を有し、第２濃縮機は、高温側で凝縮した蒸留液が第１濃縮機に戻るように接続され、第３濃縮機は、高温側で凝縮した蒸留液が第２濃縮機に、低温側で凝縮した蒸留液が第１濃縮機に戻るように接続され、第４濃縮機は、低温側で凝縮した蒸留液が第２濃縮機に戻るように接続されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、伝熱管内の蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮する濃縮機では、低温側で得られる蒸留液よりも高温側で得られる蒸留液の量が多くなるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記濃縮機で発生した蒸気を減圧下で加熱して後工程の濃縮機へ送り込むようにしたものであることが好ましい。

一方、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施したアンモニアを含む処理対象液について、その処理対象液を蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにしたものであって、蒸発缶内に供給された処理対象液を加熱蒸気を送り込んだ伝熱管によって蒸発させ、その伝熱管に送り込んだ加熱蒸気が潜熱を奪われ凝縮して蒸留液となるようにした濃縮機を複数連続的に接続して各濃縮機において蒸発と凝縮とを多工程で行うものであり、前工程の濃縮機で発生した処理対象液の蒸気が後工程の濃縮機の蒸発缶内に供給された処理対象液を蒸発させる加熱源として伝熱管に送り込み、前工程の濃縮機で蒸発しなかった処理対象液の残渣を後工程の濃縮機に処理対象液として供給し、処理対象液の蒸気が送り込まれる濃縮機では、蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮し、第１の濃縮機で蒸発した蒸気を凝縮させる第２の濃縮機で得られた低温側の蒸留液をアンモニア水として採取し、最後の濃縮機で凝縮した高温側の蒸留液を浄水として採取し、その他の箇所で凝縮した蒸留液を前工程の濃縮機に戻すように還流させることを特徴とする。

また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、前記複数の濃縮機のうち、最後の濃縮機で蒸発した水蒸気を第１の濃縮機の伝熱管に送り込み、第１の濃縮機の伝熱管で凝縮した水を最後の濃縮機の蒸発缶に供給し、第１の濃縮機と最後の濃縮機との間で水が蒸発と凝縮とを繰り返すように循環させることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、前記濃縮機を４台接続し、第２濃縮機の高温側で凝縮した蒸留液を第１濃縮機に戻し、第３濃縮機の高温側で凝縮した蒸留液を第２濃縮機に、低温側で凝縮した蒸留液を第１濃縮機に戻し、第４濃縮機の低温側で凝縮した蒸留液を第２濃縮機に戻すように還流させることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、伝熱管内の蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮する濃縮機では、低温側で得られる蒸留液よりも高温側で得られる蒸留液の量を多くすることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、前記濃縮機で発生した蒸気を減圧下で加熱して後工程の濃縮機へ送り込むようにしたことが好ましい。

よって、本発明によれば、濃縮機に供給された処理対象液は蒸発と凝縮を繰り返して連続的に処理される。その際、処理対象液内の沸点の低いアンモニアは、繰り返し蒸発することにより各濃縮機で蒸発しなかった残渣内のアンモニア濃度が低くなり、最後の濃縮機において蒸気が凝縮して得られる浄水のアンモニア濃度を低いものとすることができる。また、前工程の濃縮機から送り込まれた蒸気を後工程の濃縮機で凝縮した蒸留液について、再びその蒸留液を前工程の濃縮機に戻して還流させることにより、効率良く放流可能な浄水を得ることができる。

次に、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。バイオガスプラントでは、前述したように畜舎から排出される蓄糞尿においてＣＨ₄ ，ＣＯ₂ ，Ｈ₂Ｓ ，Ｈ₂ などのバイオガスを採取し、本実施形態の有機性廃液処理装置では、そのバイオガスプラントから得られる消化液を固液分離機にかけて固形分と、濾液に分離する。ここで得られる固形分は、バイオガスプラントにおいてメタン菌によって有機物が無機化されているので、そのまま発酵済み堆肥として利用することができる。そして、本実施形態では、特に固形分が除かれた消化液の濾液（以下、このようにして得られた濾液を「原液」という）について肥料成分を減容化し、多くを一般河川へ放流できるようにする。

図１は、有機性廃液処理装置の実施形態を概念的に示した図である。そこで先ず、この有機性廃液処理装置１の構造について説明する。
有機性廃液処理装置１は、バイオガスプラントから送られた消化液を一時的に蓄える消化液タンク１１を有し、それには所定量の消化液を二次側に送るための定量ポンプ１２が接続されている。そして、この定量ポンプ１２を介して固液分離機１３が接続されている。固液分離機１３としては、例えばフィルタープレス、スクリュープレスまたは遠心分離式のデカンタが用いられる。

そして、その固液分離機１３には、消化液から分離して排出された固形分を蓄えておくための堆肥タンク１４が接続され、更に、消化液から固形分が除かれた原液を予熱するための加熱容器１５が接続されている。固液分離機１３を用いて固形分を除去した原液を送り出すのは、例えば蓄糞尿を扱うバイオガスプラントからの消化液に、藁くずなどの夾雑物が発酵されずに残っているので、それが二次側に接続されている濃縮機などにおいて悪影響を及ぼさないようにするためである。

本実施形態の有機性廃液処理装置１は、連続処理によって原液を浄水とアンモニア水に分離するようにしたものであり、加熱容器１５の二次側には供給ポンプ１６があって単位時間当たり一定量の原液が連続して送られるようになっている。そして、その供給ポンプ１６の先には、原料を蒸発及び凝縮してアンモニアと放流可能な浄水を得るための蒸留部２０が構成されている。ここで図２は、本実施形態の有機性廃液処理装置を構成する蒸留部２０を示した図である。

本実施形態の蒸留部２０は、蒸発缶によって構成された濃縮機２１〜２４が複数連続的に接続された多重効用缶によって構成されている。具体的には、第１、第２、第３、第４濃縮機２１〜２４が配置され、それらがパイプによって接続され、各濃縮機が順に第１乃至第４工程を実施するようになっている。
各濃縮機２１〜２４は、例えば次のような構造をしている。蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ内には伝熱管２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが通されており、その蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ内に噴霧される原液が伝熱管２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂに触れて蒸発するようになっている。そして、その蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａには、缶内で蒸発しなかった原液（残渣）が蓄えられる貯留部２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃが形成されている。

従って、各濃縮機２１〜２４は、蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ内に供給された原液が伝熱管２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂに触れて蒸気となる一方、その伝熱管２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂに送り込まれた加熱蒸気は潜熱が奪われて凝縮し、蒸発と凝縮とが同時に行われるよう構成されている。
連続的に接続された４台の濃縮機のうち、最初の第１濃縮機２１と最後の第４濃縮機２４との間では、最初に供給される原液を蒸発させるための加熱源となる蒸気をつくり出すよう構成されている。すなわち、第１濃縮機２１の伝熱管２１ｂと第４濃縮機２４の蒸発缶２４ａが、スチームトラップ２５が配管されたドレンライン２６と、スチームコンプレッサ２７が配管されたスチームライン２８とで接続され、第１濃縮機２１から第４濃縮機２４へはドレン（水）が送られ、逆に第４濃縮機２４から第１濃縮機２１にはスチーム（水蒸気）が送られるようになっている。

こうした第１濃縮機２１と第４濃縮機２４は、第１濃縮機２１では送り込まれた原液を一定の温度で蒸発させる加熱蒸気を得るためのサイクルが行われるようになっている。ただし、運転中は、伝熱管２１ｂ内には高温のスチームが第４濃縮機２４から送り込まれて原液が触れる管表面を高温に保つことができるが、運転開始時にはそれができないので、第１濃縮機２１に対して系外から一時的に水蒸気Ｓが送り込まれるようになっている。

第１濃縮機２１の蒸発缶２１ａは図１に示した供給ポンプ１６に接続されており、単位時間当たり一定量の原液が連続して送られてくるようになっている。そして、第１濃縮機２１で蒸発した原液の蒸気が次の第２蒸発器２２で原液を蒸発させるための加熱源となる。同じように第３、第４濃縮機２３，２４でも前工程の濃縮機で蒸発した原液の蒸気が次工程で原液を蒸発させるための加熱源になっている。従って、４台の濃縮機２１〜２４は、蒸気の発生する蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａと伝熱管２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとが熱供給ライン３１，３２，３３によってそれぞれ接続されている。

第１濃縮機２１の伝熱管２１ｂには水が送り込まれているが、第２、第３、第４濃縮機２２〜２４に送り込まれる原液はアンモニア等を含むものである。本実施形態の有機性廃液処理装置１では、原液の蒸気を凝縮するこの第２、第３、第４濃縮機２２〜２４を通してアンモニア濃度の高いアンモニア水と、排水基準を満たすようにアンモニア濃度の低い浄水とを得るようにしている。そこで、第２、第３、第４濃縮機２２〜２４の伝熱管２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、蒸気を２段階の温度で別々に凝縮するいわゆる分縮を行うように凝縮部が構成されている。これは原液内に含まれているアンモニアの沸点が水の沸点よりも低いため、蒸発して気化したアンモニアが水よりも凝縮し難いことを利用している。

各濃縮機２１〜２４は、内部に数百本の単位で伝熱管２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが設置され、特に第２乃至第４濃縮機２２〜２４では、上下方向に所定の本数に分けたブロックが形成されている。そして、伝熱管２２ｂ，２３ｂ，２４ｂは、前工程の各濃縮機２１〜２３からの加熱蒸気が先に送り込まれるブロックよりも、その下流側のブロック側に対し噴霧された原液が接触するようになっている。従って、上流側ブロックよりも下流側ブロックの方が、先に大量の原液が触れてより多くの熱が奪われるため低温側凝縮部が構成され、その低温側凝縮部で一部が蒸発した後の状態の原液が触れる上流側ブロックでは原液の温度が上がっているため高温側凝縮部が構成される。

第２、第３、第４濃縮機２２〜２４では、こうして伝熱管２２ｂ，２３ｂ，２４ｂによる分縮器が構成され、低温側凝縮部には、そこで得られた蒸留液を送る低温側ライン３５，３６，３７が、そして高温側凝縮部には、そこで得られた蒸留液を送る高温側ライン３９，４０，４１がそれぞれ接続されている。なお、蒸留液を送る低温側ライン３５，３６，３７及び高温側ライン３９，４０，４１には、ドレンライン２６と同様、蒸気が漏れないようそれぞれにスチームトラップ２５（図面上の符号は省略）が配管されている。

第２濃縮機２２では、その低温側ライン３５がアンモニア水を貯留するタンク５１に接続され、高温側ライン３９は、蒸留液を再び供給ポンプ１６からの原液と混合して第１濃縮機２１へ戻すようにするため還流ライン４２に接続されている。また、第３濃縮機２３では、低温側ライン３６が、蒸留液を第１濃縮機２１へ戻すようにするため還流ライン４２に接続され、一方の高温側ライン４０は、蒸留液を第２濃縮機２２へ戻すようにするため還流ライン４３に接続されている。そして、第４濃縮機２４では、低温側ライン３７が蒸留液を第２濃縮機２２へ戻すようにするため還流ライン４３に接続され、高温側ライン４１は排水可能な浄水を貯留するタンク５３に接続されている。

ところで、この蒸留部２０では第１、第２、第３濃縮機２１〜２３の蒸発缶２１ａ，２２ａ，２３ａに対し原液が順に供給され、３段階で蒸発が繰り返されるようになっている。そして、各段階で蒸発しなかった残渣は、第１濃縮機２１から第２濃縮機２２へ、そして第２濃縮機から第３濃縮機２３と送り込まれ、最終的に残ったものがタンク５２に貯留されるようになっている。そこで、各濃縮機２１〜２３の間では、貯留部２１ｃと蒸発缶２２ａとが液ライン４５で接続され、貯留部２２ｃと蒸発缶２３ａとが液ライン４６で接続され、更に貯留部２３ｃには液ライン４７を介してタンク５２が接続されている。

ここで図３は、蒸留部２０の各処理工程における流量割合などを示した図である。本実施形態では、濃縮機を連続して接続したいわゆる多重効用缶を構成しているが、前述したように第１、第２濃縮機２１，２２に蒸留液を戻して還流させ、共に流量（１８０）の原液が供給されるようになっている。そして定常運転時の各濃縮機２１〜２４では、前工程の濃縮機（第１濃縮機２１においては第４濃縮機２４）で得られた蒸気が原液や水を蒸発させるための加熱源となるため、系外から熱を供給することなく連続的に運転を継続させるには各濃縮機２１〜２４での蒸発量を揃える必要がある。
本実施形態では、図３に示すように、熱供給ライン３１，３２，３３（図２参照）に流れる蒸気の流量が（８０）に揃うようになっている。そして、各工程において原液が所定流量（８０）だけ蒸発するように、各濃縮機２１〜２４で発生した蒸気を減圧下で加熱して次工程へ送るようにしている。

例えば、第１濃縮機２１と第４濃縮機２４との間を循環する水は、第４濃縮機２４から得られた水蒸気は常圧で１００℃であるが、スチームコンプレッサ２７の吐出側スチームライン２８内が０．５５ＭＰａに昇圧され、水蒸気の温度が１６０℃に加熱されているようになっている。そして、第１濃縮機２１で得られた原液の蒸気は、熱供給ライン３１内が０．３５ＭＰａまで減圧されて１４５℃に加熱されるようになっている。同じように、第２濃縮機２２で得られた原液の蒸気は、熱供給ライン３２内が０．１８ＭＰａまで減圧されて１３０℃に加熱され、更に第３濃縮機２３で得られた原液の蒸気は、熱供給ライン３３内が０．０８ＭＰａまで減圧されて１１５℃に加熱されるようになっている。なお、図２及び図３には図示していないが、蒸気や原液などの液体を次工程へ送るためのポンプが適所に備えられ、次に説明する各流体の流れをつくっている。

次に、有機性廃液処理方法の一実施形態を有機性廃液処理装置１の運転によって行われる処理の流れに従って説明する。
図１に示す有機性廃液処理装置１では、バイオガスプラントから送られた消化液が消化液タンク１１に一時的に蓄えられ、定量ポンプ１２によって所定量の消化液が固液分離機１３に送り込まれる。固液分離機１３では、遠心分離によって固形分が取り除かれた原液が加熱容器１５へ送られ、藁くずなどの固形分は堆肥タンク１４に入れられる。こうして堆肥タンク１４に送られた固形分は、無機態の窒素、リン、カリを含んだ発酵済みの堆肥として利用される。加熱容器１５では、原液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施される。そして、供給ポンプ１６によって単位時間当たりに一定量の原液が図２に示す蒸留部２０へと供給される。以下、図２及び図３を参照して説明する。

本実施形態では、例えば供給ポンプ１６から第１濃縮機２１へ単位時間当たりに流量（１００）の原液ａが供給される。そして、定常運転時には第２濃縮機２２から流量（７０）の蒸留液（還流液）ｂが、更に第３濃縮機２３からは流量（１０）の蒸留液（還流液）ｃが原液ａに加えられ、合計流量（１８０）の原液ｄが処理対象液として第１濃縮機２１へと供給される。ここで原液ａに還流液ｂ，ｃが混合した混合液を「第１処理液ｄ」とする。

運転開始時には、第１濃縮機２１に対して系外から一時的に伝熱管２１ｂへ水蒸気Ｓが送り込まれる。そこで、第１濃縮機２１の蒸発缶２１ａ内に噴霧された第１処理液ｄが伝熱管２１ｂに触れて一部が蒸発し、蒸発しなかった残渣が貯留部２１ｃに蓄えられる。伝熱管２１ｂへの水蒸気Ｓは、第１処理液ｄの蒸発によって潜熱が奪われて凝縮して水となり、ドレンライン２６を通って第４濃縮機２４の蒸発缶２４ａ内に供給される。そして第４濃縮機２４では、伝熱管２４ｂに触れて再び水蒸気になり、スチームコンプレッサ２７によりスチームライン２８を介して接続された第１濃縮機２１の伝熱管２１ｂへと送り込まれる。定常運転時には、第１濃縮機２１での凝縮と第４濃縮機２４での蒸発とが繰り返えされ系外からの熱供給は必要なく、スチームコンプレッサ２７の動力だけで運転が継続されることとなる。

一方、第１濃縮機２１で得られた第１処理液ｄの蒸気ｅは、次工程の第２濃縮機２２における加熱源として伝熱管２２ｂへ送り込まれ、残渣ｆは第２濃縮機２２での処理対象液として蒸発缶２２ａ内に供給される。このとき第１濃縮機２１では、供給された流量（１８０）の第１処理液ｄのうち流量（８０）が蒸気ｅとなり、残る流量（１００）が残渣ｆとなる。そして、第２濃縮機２２の蒸発缶２２ａには、第１濃縮機２１からの残渣ｆの他、第３濃縮機２３から流量（７０）の蒸留液（還流液）ｇと、第４濃縮機２３から流量（１０）の蒸留液（還流液）ｈとが加えられ、合計流量（１８０）の第２処理液ｉが処理対象液として供給される。

従って、第２濃縮機２２では、蒸発缶２２ａ内に供給された第２処理液ｉが、蒸気ｅが送り込まれた伝熱管２２ｂに触れて一部が蒸発し、蒸発しなかった残渣が貯留部２２ｃに蓄えられる。このとき、第２濃縮機２２でも、供給された流量（１８０）の第２処理液ｉのうち流量（８０）が蒸気ｊとなり、残る流量（１００）が残渣ｋとなる。従って、第３濃縮機２３の蒸発缶２３ａには、第２濃縮機２２からの残渣ｋが処理対象液として供給される。その第３濃縮機２３では、蒸発缶２３ａ内に供給された残渣ｋが、蒸気ｊが送り込まれた伝熱管２３ｂに触れて蒸発する。第３濃縮機２３では、供給された流量（１００）の第２処理液ｉのうち流量（８０）が蒸気ｌとなり、流量（２０）が残渣ｍとなる。そして、蒸気ｌは第４濃縮機２４の伝熱管２４ｂに送り込まれ、前述したように第１濃縮機２１からドレンライン２６を通って循環する水が伝熱管２４ｂに触れて再び水蒸気になる。

一方、加熱蒸気として第２、第３、第４濃縮機２２，２３，２４へ送り込まれた蒸気ｅ，ｊ，ｌは、それぞれ２段階の温度で別々に凝縮する分縮が行われる。すなわち、伝熱管内の加熱蒸気は、蒸発缶内に噴霧された処理液や残渣が伝熱管に触れることによって潜熱を奪われて凝縮するが、先ず高温側凝縮部では処理対象液の温度が上がっているため、沸点より僅かに低い温度で加熱蒸気が凝縮する。そして、高温側凝縮部で凝縮しなかった加熱蒸気は更に低温側凝縮部に送られ、そこで完全に凝縮することになる。こうして各濃縮機２２，２３，２４からは高温側凝縮部と低温側濃縮部との２段階で凝縮したそれぞれの蒸留液が取り出される。

そこで、第２濃縮機２２では、アンモニア高濃度の蒸気ｅが先ず高温側凝縮部に送り込まれると、そこでは沸点が高い水分が先に凝縮し、その蒸留液が還流液ｂとして第１濃縮機２１へ戻される。そして、高温側凝縮部を通過した蒸気は、低温側凝縮部に送り込まれて凝縮し、その蒸留液がアンモニア水ｎとなってタンク５１へと蓄えられることになる。第２濃縮機２２では、還流量を多くするように設定されているため、供給された蒸気ｅは、流量（８０）のうち流量（７０）が高温側凝縮部で還流液ｂとなるように凝縮され、流量（１０）のアンモニア水ｎが低温側凝縮部で凝縮される。このとき、還流液ｂのアンモニア濃度は、１１５７ｍｇ／ｋｇと低く、逆にアンモニア水ｇは１１８７９ｍｇ／ｋｇと高濃度である。

次に、第１濃縮機２１では沸点の低いアンモニア成分は多くが蒸発し、残渣ｆはアンモニア濃度がより低くなっており、その残渣ｆと後述するようにアンモニア濃度の低い蒸留液ｇ，ｈを加えた第２処理液ｉが第２濃縮機２２で蒸発し、蒸気ｊとなって第３濃縮機２３の伝熱管２３ｂへと送り込まれる。この第３濃縮機２３でも、高温側凝縮部に送り込まれた蒸気ｊは、沸点が高い水分が先に凝縮し、その蒸留液が還流液ｇとして第２濃縮機２２側へ戻される。そして、高温側凝縮部を通過した蒸気は、低温側凝縮部に送り込まれて凝縮し、その蒸留液が還流液ｃとなって第１濃縮機２１側へ戻される。ここでは、各工程の流量調整のため、供給された蒸気ｊは、流量（８０）のうち流量（７０）が高温側凝縮部で還流液ｇとなるように凝縮され、流量（１０）が低温側凝縮部で凝縮され還流液ｃとなる。このとき、高温部側の還流液ｇのアンモニア濃度は、１７５ｍｇ／ｋｇと低く、低温部側の還流液ｃも元の蒸気ｊのアンモニア濃度が低いため１８００ｍｇ／ｋｇに抑えられている。

そして、第２濃縮機２２で沸点の低いアンモニア成分の多くが蒸発しているため、更に残渣ｋはアンモニア濃度が低くなっており、それが第３濃縮機２３で蒸発し、蒸気ｌとなって第４濃縮機２４の伝熱管２４ｂへと送り込まれる。この第４濃縮機２４でも、先ず高温側凝縮部に送り込まれた蒸気ｌは、沸点が高い水分が先に凝縮し、その蒸留液が浄水ｏとしてタンク５３へと蓄えられ、高温側凝縮部を通過した蒸気は低温側凝縮部に送り込まれて凝縮し、その蒸留液が還流液ｈとなって第１濃縮機２１側へ戻される。ここでは、放流水を多くとるため、供給された流量（８０）の蒸気ｌから流量（７０）が浄水ｏとなるべく高温側凝縮部で凝縮され、残る流量（１０）が低温側凝縮部で凝縮して還流液ｈとなる。こうして得られる高温部側の浄水ｏのアンモニア濃度は１７ｍｇ／ｋｇであり、低温部側の還流液ｈも元の蒸気ｌのアンモニア濃度が低いため１７０ｍｇ／ｋｇに抑えられている。

よって、以上に説明した本実施形態では、供給ポンプ１６から送り出される原液ａは連続的に処理され、単位時間当たりに供給される流量（１００）の原液ａのうち、流量（７０）が放流水となる浄水ｏとしてタンク５３に採取され、流量（１０）がアンモニア水ｎとしてタンク５１に採取され、更には流量（２０）の残渣ｍがタンク５２に取り出される。
そして、本実施形態の有機性廃液処理装置１では、第１乃至第４濃縮機２１〜２４を接続した多重効用缶を構成し、運転開始時には第１濃縮機２１に対して系外から一時的にエネルギが供給されるが、その後は各工程で生じる蒸気によって運転を継続できるようにしたためランニングコストを低減させることが可能になる。

更に、第１濃縮機２１及び第２濃縮機２２までの２工程で原液を蒸発させているため、残渣ｋのアンモニア成分を低くし、更に３工程目の第３濃縮機２３では、その残渣ｋを蒸発した蒸気ｌから４工程目の第４濃縮機２４で浄水ｏを得ているため、排水基準を超えてアンモニア濃度を大幅に下げることができる。
また、第２乃至第４濃縮機２２〜２４では、蒸気を高温側と低温側とで凝縮する分縮を行い、アンモニア濃度の低い還流液ｂ，ｃや還流液ｇ，ｈをそれぞれ第１濃縮機２１や第２濃縮機２２へ戻しているため、供給される原液の７０％を放流水として効率良く取り出すことができる。

ところで、第２、第４濃縮機２２，２４において凝縮して取り出されたアンモニア水ｎや浄水ｏ、更に第３濃縮機２３において取り出された残渣ｍは熱をもっている。一方、本実施形態の有機性廃液処理装置１では、蒸留部２０へ原液を送り込む加熱容器１５内において原液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施されている。そこで、取り出された各液ｎ，ｏ，ｍの熱を原液を予熱するための加熱源に利用することによって更にエネルギコストを抑えることができる。

以上、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、図３で示したような流量割合で運転しているが、これは一例であってこの他の流量で設定するものであってもよい。

有機性廃液処理装置の一実施形態を概念的に示した図である。 実施形態の有機性廃液処理装置を構成する蒸留部を概念的に示した図である。 図２に示した蒸留部を示した図であって、特に各処理工程における流量割合などを数値で示したものである。 従来の有機性廃液処理装置の概略構成を示した図である。

符号の説明

１ 有機性廃液処理装置
１１ 消化液タンク
１２ 定量ポンプ
１３ 固液分離機
１４ 堆肥タンク
１５ 加熱容器
１６ 供給ポンプ
２０ 蒸留部
２１ 第１濃縮機
２２ 第２濃縮機
２３ 第３濃縮機
２４ 第４濃縮機
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 蒸発缶
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ 伝熱管
２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ 貯留部
２５ スチームトラップ
２７ スチームコンプレッサ
５１，５２，５３ タンク

Claims (10)

1. 有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施したアンモニアを含む処理対象液について、その処理対象液を蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにした有機性廃液の処理装置において、
   蒸発缶内に供給された処理対象液が加熱蒸気の送り込まれた伝熱管に触れて蒸発し、その伝熱管に送り込まれた加熱蒸気が潜熱を奪われ凝縮して蒸留液となるようにした濃縮機を複数連続的に接続し、各濃縮機における蒸発と凝縮とが多工程で実行される多重効用缶が構成され、
   前工程の濃縮機と後工程の濃縮機とは、前工程の濃縮機で発生した処理対象液の蒸気が後工程の濃縮機の蒸発缶内に供給された処理対象液を蒸発させる加熱源として伝熱管に送り込まれ、前工程の濃縮機で蒸発しなかった処理対象液の残渣が後工程の濃縮機に処理対象液として供給されるよう接続され、
   処理対象液の蒸気が送り込まれる濃縮機は、蒸気が高温側と低温側との２段階で凝縮するものであり、第１の濃縮機で蒸発した蒸気を凝縮させる第２の濃縮機で得られた低温側の蒸留液をアンモニア水として採取し、最後の濃縮機で凝縮した高温側の蒸留液を浄水として採取し、その他の箇所で凝縮した蒸留液を前工程の濃縮機に戻すように接続されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
2. 請求項１に記載する有機性廃液の処理装置において、
   前記複数の濃縮機のうち、第１の濃縮機と最後の濃縮機とは、最後の濃縮機で蒸発した水蒸気が第１の濃縮機の伝熱管に送り込まれ、第１の濃縮機の伝熱管で凝縮した水が最後の濃縮機の蒸発缶に供給されるように接続され、水が蒸発と凝縮とを繰り返すようにコンプレッサを設けて循環するようにしたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する有機性廃液の処理装置において、
   第１から第４の４台の濃縮機を有し、第２濃縮機は、高温側で凝縮した蒸留液が第１濃縮機に戻るように接続され、第３濃縮機は、高温側で凝縮した蒸留液が第２濃縮機に、低温側で凝縮した蒸留液が第１濃縮機に戻るように接続され、第４濃縮機は、低温側で凝縮した蒸留液が第２濃縮機に戻るように接続されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する有機性廃液の処理装置において、
   伝熱管内の蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮する濃縮機では、低温側で得られる蒸留液よりも高温側で得られる蒸留液の量が多くなるようにしたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載する有機性廃液の処理装置において、
   前記濃縮機で発生した蒸気を減圧下で加熱して後工程の濃縮機へ送り込むようにしたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
6. 有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施したアンモニアを含む処理対象液について、その処理対象液を蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにした有機性廃液の処理方法において、
   蒸発缶内に供給された処理対象液を加熱蒸気を送り込んだ伝熱管によって蒸発させ、その伝熱管に送り込んだ加熱蒸気が潜熱を奪われ凝縮して蒸留液となるようにした濃縮機を複数連続的に接続して各濃縮機において蒸発と凝縮とを多工程で行うものであり、
   前工程の濃縮機で発生した処理対象液の蒸気が後工程の濃縮機の蒸発缶内に供給された処理対象液を蒸発させる加熱源として伝熱管に送り込み、前工程の濃縮機で蒸発しなかった処理対象液の残渣を後工程の濃縮機に処理対象液として供給し、
   処理対象液の蒸気が送り込まれる濃縮機では、蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮し、第１の濃縮機で蒸発した蒸気を凝縮させる第２の濃縮機で得られた低温側の蒸留液をアンモニア水として採取し、最後の濃縮機で凝縮した高温側の蒸留液を浄水として採取し、その他の箇所で凝縮した蒸留液を前工程の濃縮機に戻すように還流させることを特徴とする有機性廃液の処理方法。
7. 請求項６に記載する有機性廃液の処理方法において、
   前記複数の濃縮機のうち、最後の濃縮機で蒸発した水蒸気を第１の濃縮機の伝熱管に送り込み、第１の濃縮機の伝熱管で凝縮した水を最後の濃縮機の蒸発缶に供給し、第１の濃縮機と最後の濃縮機との間で水が蒸発と凝縮とを繰り返すように循環させることを特徴とする有機性廃液の処理方法。
8. 請求項５又は請求項６に記載する有機性廃液の処理方法において、
   前記濃縮機を４台接続し、第２濃縮機の高温側で凝縮した蒸留液を第１濃縮機に戻し、第３濃縮機の高温側で凝縮した蒸留液を第２濃縮機に、低温側で凝縮した蒸留液を第１濃縮機に戻し、第４濃縮機の低温側で凝縮した蒸留液を第２濃縮機に戻すように還流させたことを特徴とする有機性廃液の処理方法。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれかに記載する有機性廃液の処理方法において、
   伝熱管内の蒸気を高温側と低温側との２段階で凝縮する濃縮機では、低温側で得られる蒸留液よりも高温側で得られる蒸留液の量を多くすることを特徴とする有機性廃液の処理方法。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかに記載する有機性廃液の処理方法において、
    前記濃縮機で発生した蒸気を減圧下で加熱して後工程の濃縮機へ送り込むようにしたことを特徴とする有機性廃液の処理方法。

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