JP5582491B2 - 液体の濃縮方法及び装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、いずれの方法についても十分な効果を奏するとは言えなかった。
金属とは、固体状態で金属光沢・展性・延性をもち、種々の機械的工作を施すことができ、かつ電気および熱の良導体であるなどの性質をもつ物質の総称である。具体的には、リチウム・ナトリウム・カリウム・ルビジウムなどのアルカリ金属、ベリリウム・マグネシウム・カルシウム・ストロンチウム・バリウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウム・タングステン・鉛・亜鉛・金・銀・銅・クロム・カドミウム・ニッケル・コバルトなどの非鉄金属などが含まれる。また、金属は単体であっても良く、合金、各種化合物の形態であっても良い。また、金属は、イオンとして水に溶解していても良く、微小な形態で懸濁していても良い。
機械的に撹拌するとは、熱を発生させるために、所定の装置を用いて水と摩擦用混合物とを撹拌することを意味する。熱を発生させることにより、水を蒸発させて容量を減少させ、或いは金属を濃縮できる。
上記発明において、前記摩擦用混合物は、有機物であることが好ましい。
また、本発明に係る装置は、上記方法の発明の実施に用いるものであって、前記摩擦用混合部と水分とを混合する摩擦混合部と、この摩擦混合部に隣接し蒸気を取り出す蒸気取出部とを備え、前記摩擦混合部には、前記摩擦用混合物を混合すると共に内壁が円筒形の混合室と、この混合室内を貫通する回転軸と、この回転軸に設けられ前記混合室の内壁よりも僅かに小さな外径を備えた回転翼とが備えられ、前記蒸気取出部には、蒸気取出室と、この蒸気取出室内を貫通する上記回転軸と、この回転軸に設けられ内部の混合物を前記摩擦混合部側に送る粉体流出防止用のスクリューと、前記蒸気取出室に開口された蒸気取出口とが備えられ、前記混合室内に収容された摩擦用混合物と水を前記回転翼で混合および粉砕することで摩擦熱によって発熱させながら蒸気を発生させ、この蒸気を前記蒸気取出口から取り出すことを特徴とする。
本発明を実施するためには、摩擦用混合物と被容量減少物の初期割合は、適宜に変更できるが、40%〜60%とすることが好ましい。また、摩擦用混合物と被容量減少物とを混合したときの含水率(水:摩擦用混合物)は、20%〜200%であることが好ましい。含水率が低すぎると、水分の減少によって摩擦混合部の内部温度が上がりすぎてしまうことがあり、一方、含水率が高すぎると、十分な摩擦熱が発生し難く、処理時間が長く掛かりすぎてしまうからである。
本発明の方法は、単独で用いることもできるし、従来公知の濃縮方法(例えば、イオン交換膜を用いる方法、電気泳動法など)によって適度に濃縮された溶液を更に濃縮するために、組み合わせて用いることもできる。
1.有害な金属を濃縮して、廃液の容量を減少するために用いる。例えば、重金属を含んだ工場廃液(例えば、メッキ廃液など)を濃縮して、廃液の容量減少に用いられる。なお、廃液のpHが低い(または高い)場合には、本方法を用いる前に、中和処理を行うことが好ましい。
2.廃液などの被容量減少物の溶量を減少するために用いる。例えば、食品工場からの廃水、ビル廃水、工場廃水、食堂・レストランの廃水、人・動物などの糞尿を被容量減少物として、水分を蒸発させることで容量減少に用いられる。このとき、従来に微生物処理を行っていたグリーストラップをなくすことができる。
図1には、本実施形態の濃縮装置システム2の概要を示した。濃縮装置システム2には、濃縮装置1が設けられている。この濃縮装置1には、図1及び図2に示すように、中央に摩擦混合部10が備えられており、その一方側には蒸気取出部20が、他方側には材料供給部40が設けられている。摩擦混合部10には、減圧ポンプ60が接続されている。
摩擦混合部10には、混合室11と、混合室11の中央を横方向に貫通する回転軸30と、回転軸30に立設された回転翼15とが設けられている。
混合室11の下部には、混合室11内で粉砕された固体成分を必要に応じて回収するための粉体排出口11bが設けられている。粉体排出口11bには、蓋部12bが設けられている。粉体排出口11bと蓋部12bとの接触部分には、耐熱性と密閉性とを備えたパッキング材が設けられている。
また、回転翼15の根元側(回転軸30との接続部分)には、回転方向へ向かう凸面17aを備えた曲面部17が設けられており、摩擦用混合物と水を周方向(図4における方向D2)に跳ね飛ばすことができる。曲面部17は肉厚に形成されており、回転軸30との接合が大きいブロック形状をなしているため強度の面で優れている。回転翼15の叩打面16aで回転軸30の軸芯方向D1へ向かって叩打された摩擦用混合物と水は、凸面17aにより周方向D2へ向かつて跳ね上げられる。この繰り返しによって、摩擦用混合物と水は、叩打面16aと凸面17aとの間を行き来することとなり、この空間に閉じ込められたようになり、粉砕及び発熱を高効率に行える。このように、摩擦用混合物と水が回転軸30に絡まるのを効果的に防止できる。
図6に示すように、回転翼15は、回転軸30を挟んで対向する方向(つまり、ほぼ180°離れた方向)に配置されている。こうして、回転翼15による叩打間隔が長くなることで、摩擦用混合物と水の混合室11における滞空時間が長くなり、水分が蒸発する時間が長く取れるようになっている。
蒸気取出口21aは、図1に示すように、第二バルブ102及び第一圧力計111と接続されると共に、液体回収器70と接続されている。第二バルブ102は、大気開放可能とされている。また、第一圧力計111は、蒸気取出部20の内圧を計測できる。
混合室11において、蒸気取出部20とは逆の他方側には、材料供給部40が設けられている。材料供給部40には、材料供給室41と、材料供給室41の内部を貫通する回転軸30と、回転軸30から径方向外側に設けられたスクリュー43と、材料供給室41に開口された材料供給口41aとを備えている。スクリュー43は、回転軸30の回転によって、投入された摩擦用混合物と水を混合室11の方向に移動させるように設定されている。このように、蒸気取出部20と材料供給部40とは、摩擦混合部10を挟んで対称的な構造となっている。図2に示すように、二つのスクリュー25,43は、螺旋状の羽根が左右対称に設けられており、同軸上に備えられているので、回転軸30が一定方向へ回転することによって、スタリュー25が混合室11からの粉体の流出を防ぐと同時に、スクリュー43が摩擦用混合物と水を混合室11に供給する。
材料供給部40の材料供給口41aの上方には、材料投入容器28が接続されている。材料供給部40と材料投入容器28との間には、第一バルブ101が設けられている。
材料供給口41aから投入された摩擦用混合物と水が材料供給室41を満たしており、スクリュー43の回転によって摩擦用混合物と水を混合室11へ押し込んでいくことにより、材料供給・粉砕・濃縮という一連の流れが連続して行われる。また、摩擦用混合物と水で材料供給室41が常に満たされているため、混合室11への空気流入が防止され、ほぽ無酸素状態で混合室11における粉砕が行われる。
粉体回収容器61の内部には集塵フィルタ61aが設けられており、蒸気取出室21から回収されてきた粉体が回収される。集塵フィルタ61aを交換する際には、第六バルブ106を開いて送風機62からの乾燥空気を利用して粉体回収容器61の蓋を開くことができる。送風機62は、大気を吸引して加熱除湿し乾燥空気を排出するドライエアーコンプレッサである。摩擦混合部10と送風機62との間には、第七バルブ107が設けられている。
なお、送風機62を設けない場合には、第六バルブ106を介して粉体回収容器61を大気開放可能としてもよい。この場合は、第六バルブ106を開放することで、粉体回収容器61の蓋を開くことができる。
次に、図7を参照しつつ、第2の濃縮装置システム3について説明する。なお、第1の濃縮装置システム2と第2の濃縮装置システム3とにおいて、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この濃縮装置システム3では、液体回収器70からの熱を用いて、材料を予熱しておき、これを材料供給部40に投入することにより、エネルギーを効率的に用いることとしている。すなわち、液体回収器70は、濃縮装置1の蒸気取出部20と接続されており、蒸気取出部20から取り出された蒸気は、蒸気回収管95を通して液体回収器70の液体回収筒74に誘導される。蒸気回収管95の途中には、濃縮装置1からの蒸気を吸引し、液体回収器70に送る吸引ブロア96が設けられている。液体回収器70の内に導入された蒸気が冷却されて液化された後、バルブ90を開くことによって液体取出口73から液体を回収できる。バルブ90の下流側には、流量計181が設けられている。また、液体回収器70の外周には、熱吸収管76がコイル状に設けられている。熱吸収管76は、下方の導入口76aと上方の導出口76bに開放しており、導入口76aには汚水などの被容量減少物を導入するパイプ77が接続されている。
液体回収器70の上部には排気口75が設けられており、液体回収器70の内部が加圧状態となった場合に排気バルブ84を開くことにより圧力を開放できる。
各センサ81,82,83、冷却ジャケット18(図7には示さず)、及びコントローラを連動させることで、混合室11内の温度・圧力及び回収蒸気の圧力・回収速度等を適宜コントロ―ルできる。即ち、温度センサ81を監視することで、蒸気の発生及び終了を検知できる。また、圧力センサ82及び温度センサ83により混合室11内の温度をコントロールでき、内部の摩擦用混合物の粉砕の程度及び液体成分の過度の加熱を防止できる。更に、圧力センサ82の監視と制御により、混合室11内への大気流入を防止できる。
また、濃縮装置1の下面側には、濃縮された被容量減少物を外方に取り出すための導出口97が設けられており、ここには排出バルブ98を備えたパイプ99が設けられている。パイプ99の他端側は、収納容器100が設けられている。
濃縮装置システム3の蒸気取出口には、第二バルブ102が備えられており、この第二バルブ102を開いて蒸気取出室21内部を清掃できる。
まず、第一バルブ101を閉じた状態で(スクリュー43が回転していれば開けても良い)、材料投入容器28に摩擦用混合物を所定量(攪拌容積の10%〜80%、好ましくは30%〜60%)を入れる。このとき、濃縮装置1の排出バルブ98は閉じておく。回転翼15,15a,19を回転させて、第一バルブ101を開放し、材料投入容器28の摩擦用混合物を材料供給口41aから混合室11の内部へ導入する。摩擦用混合物の全てを濃縮装置1に導いた後、第一バルブ101を閉止し、排出バルブ85を開放し、材料供給口41bからの溶液導入を許容する。
流量計181,181の読取り量に基づいて、混合室11への注入水と熱交換器70からの蒸留排水とを一定範囲に保持するように、排出流量を読み取り、注入量を決定する。
その後、吸引ブロア96を停止し、排出バルブ85を閉止する。
次に、図8を参照しつつ、第3の濃縮装置システム4について説明する。なお、第1の濃縮システム2〜第3の濃縮装置システム4において、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この濃縮装置システム4では、濃縮装置システム3と同様に、液体回収器120からの熱を用いて材料を予熱するが、その方式が異なっている。すなわち、濃縮装置システム4では、液体回収器120の内側に貯留空間123が設けられており、その貯留空間123の内部で被容量減少物を予熱する構成としてある。液体回収器120の外周には、熱交換管121がコイル状に回し付けられている。熱交換管121の上方は、蒸気回収管96からの蒸気を導入する導入口121aとされている。また、熱交換管121の下方は、冷却された液化した溶液を取り出す液体取出口73とされている。貯留空間123に被容量減少物を投入すると、熱交換管121に導入された蒸気の熱によって、被容量減少物を予熱できる。
液体取出口73からは、バルブ90の開放によって、液化した蒸気が蒸留水として排出される。
本システム4においても、第2の濃縮システム3と同様の作用を奏することができる。
また、被容量減少物の粘度が高い場合または被容量減少物に混合物が存在するような場合には、第2の濃縮装置システム3では熱吸収管76(管体)内を被容量減少物が流れにくい事態が考えられるが、そのような場合にも被容量減少物を予熱できる。
摩擦用混合物として、2mm角程度のスギオガ粉12L(3kg)を使用した。また、被容量減少物として、醤油と食品残渣を混合したもの8L(8.5kg)を用いた。摩擦用混合物を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、被容量減少物を2分間をかけて注入した。攪拌時の温度を80℃とし、4分間に渡って攪拌操作したところ、混合室内の温度が90℃に到達したので、混合室内の濃縮物を排出した。
上記濃縮操作時に熱交換器70から回収された蒸留水は透明であった。また、混合室内で濃縮された物は、スギオガ粉を摩擦用混合物として使用した為に少し匂いがあり、色は赤み掛かっていた。
<実施例2>
摩擦用混合物として、杉オガ粉18Lを使用した。被容量減少物として、海水8Lを用いた。杉オガ粉を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、5分間をかけて容器内へ海水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が95℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、杉オガ粉は乾燥しており、蒸留水は透明で塩分濃度は検出されなかった。
摩擦用混合物として、杉オガ粉18Lを使用した。被容量減少物として、食品工場排水8Lを用いた。杉オガ粉を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、5分間をかけて容器内へ食品工場排水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が95℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、杉オガ粉は乾燥しており、蒸留水は透明であった。
<実施例4>
摩擦用混合物として、桧葉18Lを用いた。被容量減少物として、水8Lを用いた。桧葉を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、5分間をかけて容器内へ水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が83℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、桧葉はゲル状となっていた。また、蒸留水は透明であった。
摩擦用混合物として、オカラ18Lを用いた。被容量減少物として、水8Lを用いた。オカラを混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、10分間をかけて容器内へ水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が90℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、オカラはゲル状となっていた。また、蒸留水は透明であった。
<実施例6>
摩擦用混合物として、銀杏の葉18Lを用いた。被容量減少物として、水8Lを用いた。銀杏の葉を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、15分間をかけて容器内へ水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が90℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、銀杏の葉はゲル状となっていた。また、蒸留水は透明であった。
摩擦用混合物として、大豆10Lを用いた。被容量減少物として、水10Lを用いた。大豆を混合室内へ投入し、回転速度1780rpmで回転翼を回転させながら、10分間をかけて容器内へ水を注入した。撹拌時の温度を80℃に設定しておき、混合室内の温度が90℃に到達した後に内容物を排出した。回転操作時に排出された蒸気は、熱交換器で蒸留水として採取した。
その結果、大豆はゲル状となっていた。また、蒸留水は透明であった。
2,3,4…濃縮装置システム
10…摩擦混合部
11…混合室
15,15a,19…回転翼
20…蒸気取出部
24,43…スクリュー
30…回転軸
70,120…液体回収器
76…熱吸収管
95…蒸気回収管
123…貯留空間
Claims (4)
- イオンとして水に溶解した金属または微小な形態で懸濁した金属を含む水に摩擦用混合物を添加し、前記摩擦用混合物を含む水を機械的に撹拌して熱を発生させ前記水を蒸発させることによって、前記金属と前記摩擦用混合物とを分離すると共に、前記摩擦用混合物は、有機物である濃縮方法の実施に用いられる装置であって、
前記摩擦用混合部と水分とを混合する摩擦混合部と、この摩擦混合部に隣接し蒸気を取り出す蒸気取出部とを備え、前記摩擦混合部には、前記摩擦用混合物を混合すると共に内壁が円筒形の混合室と、この混合室内を貫通する回転軸と、この回転軸に設けられ前記混合室の内壁よりも僅かに小さな外径を備えた回転翼とが備えられ、前記蒸気取出部には、蒸気取出室と、この蒸気取出室内を貫通する上記回転軸と、この回転軸に設けられ内部の混合物を前記摩擦混合部側に送る粉体流出防止用のスクリューと、前記蒸気取出室に開口された蒸気取出口とが備えられ、前記混合室内に収容された摩擦用混合物と水を前記回転翼で混合および粉砕することで摩擦熱によって発熱させながら蒸気を発生させ、この蒸気を前記蒸気取出口から取り出す装置において、
前記蒸気取出口には発生した蒸気を冷ますことによって蒸留水を回収する液体回収器が設けられており、前記液体回収器には、外周を回る熱吸収管が設けられており、
前記水分を含有する被容量減少物が前記摩擦混合部に投入される前に、前記被容量減少物が前記熱吸収管の内部を通過することで予熱されることを特徴とする装置。 - イオンとして水に溶解した金属または微小な形態で懸濁した金属を含む水に摩擦用混合物を添加し、前記摩擦用混合物を含む水を機械的に撹拌して熱を発生させ前記水を蒸発させることによって、前記金属と前記摩擦用混合物とを分離すると共に、前記摩擦用混合物は有機物である濃縮方法の実施に用いられる装置であって、
前記摩擦用混合部と水分とを混合する摩擦混合部と、この摩擦混合部に隣接し蒸気を取り出す蒸気取出部とを備え、前記摩擦混合部には、前記摩擦用混合物を混合すると共に内壁が円筒形の混合室と、この混合室内を貫通する回転軸と、この回転軸に設けられ前記混合室の内壁よりも僅かに小さな外径を備えた回転翼とが備えられ、前記蒸気取出部には、蒸気取出室と、この蒸気取出室内を貫通する上記回転軸と、この回転軸に設けられ内部の混合物を前記摩擦混合部側に送る粉体流出防止用のスクリューと、前記蒸気取出室に開口された蒸気取出口とが備えられ、前記混合室内に収容された摩擦用混合物と水を前記回転翼で混合および粉砕することで摩擦熱によって発熱させながら蒸気を発生させ、この蒸気を前記蒸気取出口から取り出す装置において、
前記蒸気取出口には発生した蒸気を冷ますことによって蒸留水を回収する液体回収器が設けられており、この液体回収器の内側には貯留空間が設けられていると共に、
前記水分を含有する被容量減少物が前記摩擦混合部に投入される前に、前記貯留空間内において予熱されることを特徴とする装置。 - 水分を含む被容量減少物に摩擦用混合物を添加し、前記摩擦用混合物を含む被容量減少物を機械的に撹拌して熱を発生させ前記水分を蒸発させると共に、前記摩擦用混合物は有機物である容量減少方法の実施に用いられる装置であって、
前記摩擦用混合部と水分とを混合する摩擦混合部と、この摩擦混合部に隣接し蒸気を取り出す蒸気取出部とを備え、前記摩擦混合部には、前記摩擦用混合物を混合すると共に内壁が円筒形の混合室と、この混合室内を貫通する回転軸と、この回転軸に設けられ前記混合室の内壁よりも僅かに小さな外径を備えた回転翼とが備えられ、前記蒸気取出部には、蒸気取出室と、この蒸気取出室内を貫通する上記回転軸と、この回転軸に設けられ内部の混合物を前記摩擦混合部側に送る粉体流出防止用のスクリューと、前記蒸気取出室に開口された蒸気取出口とが備えられ、前記混合室内に収容された摩擦用混合物と水を前記回転翼で混合および粉砕することで摩擦熱によって発熱させながら蒸気を発生させ、この蒸気を前記蒸気取出口から取り出す装置において、
前記蒸気取出口には発生した蒸気を冷ますことによって蒸留水を回収する液体回収器が設けられており、前記液体回収器には、外周を回る熱吸収管が設けられていると共に、
前記水分を含有する被容量減少物が前記摩擦混合部に投入される前に、前記被容量減少物が前記熱吸収管の内部を通過することで予熱されることを特徴とする装置。 - 水分を含む被容量減少物に摩擦用混合物を添加し、前記摩擦用混合物を含む被容量減少物を機械的に撹拌して熱を発生させ前記水分を蒸発させると共に、前記摩擦用混合物は有機物である容量減少方法の実施に用いられる装置であって、
前記摩擦用混合部と水分とを混合する摩擦混合部と、この摩擦混合部に隣接し蒸気を取り出す蒸気取出部とを備え、前記摩擦混合部には、前記摩擦用混合物を混合すると共に内壁が円筒形の混合室と、この混合室内を貫通する回転軸と、この回転軸に設けられ前記混合室の内壁よりも僅かに小さな外径を備えた回転翼とが備えられ、前記蒸気取出部には、蒸気取出室と、この蒸気取出室内を貫通する上記回転軸と、この回転軸に設けられ内部の混合物を前記摩擦混合部側に送る粉体流出防止用のスクリューと、前記蒸気取出室に開口された蒸気取出口とが備えられ、前記混合室内に収容された摩擦用混合物と水を前記回転翼で混合および粉砕することで摩擦熱によって発熱させながら蒸気を発生させ、この蒸気を前記蒸気取出口から取り出す装置において、
前記蒸気取出口には発生した蒸気を冷ますことによって蒸留水を回収する液体回収器が設けられており、この液体回収器の内側には貯留空間が設けられていると共に、
前記水分を含有する被容量減少物が前記摩擦混合部に投入される前に、前記貯留空間内において予熱されることを特徴とする装置。
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