JP6216810B2 - 膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーを節減し、汚染物質がほとんどない純水を生産することができる高温廃水処理装置に関する。

膜蒸留法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）は、溶媒や溶質（親水性物質）の表面張力が分離膜表面よりも大きくて、液状では膜気孔（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｏｒｅ）を通過することができず、前記分離膜表面から反発するので、分離膜の表面気孔入口で分離対象物質を蒸気相に相変換させて気孔内に拡散、透過して、最終的に処理水側から凝縮及び分離される工程であって、不揮発性物質や揮発性が相対的に低い物質を分離除去する脱塩工程に用いられるか、水溶液中に揮発性の高い有機物の分離にも用いられる。

膜蒸留に対する概念が、１９６０年に提案された以来、現在に至るまで膜蒸留についての研究は、主に米国、ヨーロッパ、日本、オーストラリアを中心に進められた。最近、膜蒸留分離工程を従来の蒸発または逆浸透圧膜を用いた分離工程に代替しようとする動きが活発である。

現在、純水製造や淡水化工程で使われている蒸発法と逆浸透圧法は、エネルギーが多くかかるが、特に、逆浸透圧法は、汚染とファウリングとの問題によって使用前に多くの段階の前処理過程を経るので、運転管理上の難点だけではなく、高圧力で運転されるので、ポンプ動力源である電気エネルギーが多く使われて、管理コストが多くかかるという問題がある。

一方、膜蒸留（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）は、多孔性膜を使いながら、限外濾過法と逆浸透圧法とに比べて低圧力で運転され、蒸気圧分圧差によって分離がなされる。また、前記膜蒸留分離法を利用すれば、塩のような不揮発性物質を分離及び除去するに当たって、伝統的な蒸留法が有する飛沫同伴がなく、高圧力で運転される濾過器または分離膜を使わなくても良い。

このような膜蒸留分離工程の長所によって、膜蒸留法を用いた淡水化（脱塩化）処理工程は、低コストのユーティリティーと分離装置の耐久性とに優れるので、全世界的に飲用水の生産において、競争力のある方法の１つとして浮び上がっている。

２０１１年１２月末基準に大韓民国の産業界廃水排出業所は、４９，２０１箇所であって、５，２６９千ｍ^３／日の廃水が発生している（環境部、工場廃水の発生と処理、２０１３）。 しかも、世界的にも膨大な量の産業廃水が様々な産業工程から発生している。 このような産業工程で発生する廃水は、多様な毒性物質を高濃度で含有しているために、一般的な生物学的処理工法で処理するのは非常に難しく、これにより、別途の物理化学的処理工程を適用した処理方法も並行して使っている。これは、設備投資費を増加させるだけではなく、持続的な薬品処理費用が発生するために、より効率的な処理技術開発を要する実情である。また、産業界工場廃水中には、多様な工程で高温廃水が発生し、これは、熱源の損失を誘発し、溶存酸素が減少して河川水の自浄作用に悪い影響を与え、不適当な化学反応や生物学的反応が加速されて、下水の腐敗現象が進展される。

したがって、多様な長所を有している膜蒸留法で高温廃水を処理する方法が要求されている。

米国公開特許第２０１４−０２７３０６０号 大韓民国登録特許第０８４０９７６号 大韓民国登録特許第０８８１７５７号

本発明の目的は、エネルギーを節減し、汚染物質が最大限除去された純水を生産することができる膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置を提供することである。

前記目的を果たすための本発明の高温廃水処理装置は、高温廃水と冷却流体との温度差によって発生した水蒸気圧差によって、前記高温廃水を高温廃水濃縮水と生産水とに分離する膜蒸留工程と、純水と揮発性汚染物質とを含有する前記生産水に圧力を加えて、揮発性汚染物質と純水とを分離する逆浸透膜工程と、を含みうる。

具体的に、前記膜蒸留工程は、高温廃水が流入され、膜蒸留分離膜を通過していない高温廃水濃縮水が残存する膜蒸留流入水側と、前記膜蒸留流入水側と膜蒸留処理水側とが分離されるように備えられ、水蒸気圧差によって、前記高温廃水に含まれた生産水のみ通過され、高温廃水濃縮水は通過されない膜蒸留分離膜と、冷却流体によって高温廃水との温度差を誘導して、前記膜蒸留分離膜を通過した生産水を集める膜蒸留処理水側と、を含み、前記膜蒸留流入水側に残存する高温廃水濃縮水の汚染物質を処理して排出させる濃縮水処理工程が追加されうる。

前記膜蒸留工程の原水貯蔵槽、前処理工程、膜蒸留工程には、追加的な熱源を供給することができる加温装置が追加されうる。

前記膜蒸留工程には、濃縮水の廃熱を再び活用することができる熱交換装置が追加されうる。

前記膜蒸留分離膜は、疎水性高分子分離膜またはセラミック膜であり得る。

前記疎水性高分子分離膜は、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｌｍｉｄｅ、ＰＥＩ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＥ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）、及びポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ、ＰＡ）からなる群から選択された１種であり得る。

また、具体的に、前記逆浸透膜工程は、前記膜蒸留工程から収得された生産水が流入され、逆浸透分離膜を通過していない揮発性汚染物質が残存する逆浸透流入水側と、前記逆浸透流入水側と逆浸透処理水側とが分離されるように備えられ、圧力によって前記生産水に含まれた純水のみが通過され、揮発性汚染物質は通過されない逆浸透分離膜と、前記逆浸透分離膜を通過した純水を集める逆浸透処理水側と、を含み、前記逆浸透流入水側に残存する揮発性汚染物質を結晶化、液肥化などの揮発性汚染物質処理工程が追加されうる。また、揮発性汚染物質処理工程には、生物学的窒素除去工程（硝酸化、脱硝あるいは嫌気性アンモニア酸化工程など）を含む。

前記逆浸透分離膜は、高圧分離膜または低圧分離膜であり得る。

前記逆浸透分離膜は、セルロースアセテート系（ＣＡ、ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）またはポリアミド系（ＰＡ）であり得る。

前記膜蒸留工程に用いられる高温廃水は、前処理工程で前処理された廃水であり、前記前処理工程に流入される高温廃水は、高温廃水発生源から生産されて原水貯蔵槽に貯蔵された廃水であり得る。

また、前記膜蒸留工程から分離された生産水を貯蔵する膜蒸留、及び前記逆浸透膜工程から分離された純水を貯蔵する逆浸透生産槽を追加することができる。

また、具体的に、前記純水生産工程は、紫外線（ＵＶ）工程、ＣＤＩ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、ＥＤＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、イオン交換（ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ）工程などがあり、前記単一工程は、目的によって単一または融合工程で活用されうる。

前記処理された純水を前記膜蒸留工程の膜蒸留処理水側及び／または高温廃水発生源に内部搬送させる搬送配管を備えることができる。

本発明の高温廃水処理装置は、高温廃水を用いて温度差を用いた膜蒸留で汚染物質を分離し、汚染物質が分離された生産水を逆浸透槽の原水として提供して、さらに汚染物質を分離することによって、エネルギーを節減し、生産された純水を産業工程の工程水として再利用して、高温廃水発生源の原水を安定して確保することができる。前記生産された純水は、高温廃水工程以外にも、その他の工程水、生活用水としても用いられうる。

特に、高温廃水を膜蒸留後、後段にある逆浸透膜工程に移動させて処理することによって、汚染物質が最大限除去された純水を生産して、システムの回収率を高め、各種廃水量を節減させることができる。

また、高温廃水がアンモニアを含んだ場合には、工程の副産物として窒素系肥料を生産することができる。

本発明の一実施形態によって高温廃水を処理する装置を示す図面である。 本発明の実施形態によって多様な膜蒸留工程を示す図面である。

本発明は、エネルギーを節減し、汚染物質がほとんどない純水を生産することができる膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置に関するものである。

以下、本発明を図１を参照して詳細に説明する。

本発明の高温廃水処理装置１００００は、図１に示したように、膜蒸留工程４００及び逆浸透膜工程７００を含み、具体的に、高温廃水発生源１００、原水貯蔵槽２００、前処理工程３００、膜蒸留工程４００、膜蒸留生産槽６００、逆浸透膜工程７００、揮発性汚染物質処理工程８００、及び逆浸透生産槽９００順に含みうる。また、必要に応じて逆浸透生産槽９００以後に純水生産工程１０００を追加することができる。 また、工程の状況によっては、逆浸透膜工程７００を省略するか、或いは、逆浸透膜工程７００の代わりに純水生産工程１０００（CDI、EDI、イオン交換樹脂）を追加することもできる。

図１で、点線は、純水が搬送される搬送管を意味する。

高温廃水発生源
高温廃水発生源１００は、高温廃水を発生させる工程であって、製品生産のために冷却水が使われ、前記冷却水は、高温廃水発生源の生産過程から発生した汚染物質が含まれ、高温の熱を有した高温廃水に変化される。

前記冷却水は、冷たい水であれば、特に限定されるものではないが、望ましくは、地表水、海水、下廃水、地下水または純水１０００から処理された純水が挙げられる。

前記高温廃水は、熱を用いる産業工程から発生する温度２５℃以上の廃水、望ましくは、２５℃〜２，０００℃であって；鉄鋼廃水、染色廃水、メッキ廃水、食品加工廃水、石油精製廃水、石油化学工程廃水、パルプ加工廃水、製紙工場廃水、皮革加工廃水、繊維廃水、鉱業廃水、金属廃水、非金属廃水、ゴム及びプラスチック加工廃水、化学工程廃水などの高温廃水が排出されるあらゆる産業工程廃水が挙げられる。

原水貯蔵槽
原水貯蔵槽２００は、前記高温廃水発生源１００から生産された高温廃水を貯蔵して、多様な温度の廃水が混合された高温廃水を安定化させることができる。

前記原水貯蔵槽２００の素材は、高温廃水と反応しない金属または非金属素材であれば、特に限定されるものではないが、望ましくは、ポリ塩化ビニル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＶＣ）、繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ、ＦＲＰ）、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＤＵＰＬＥＸ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌが挙げられる。

また、高温廃水の温度を保持させるために、断熱材を使うことができるが、前記断熱材の素材は、温度を保持させることができる素材であれば、特に限定されるものではない。

前処理工程
前記原水貯蔵槽２００に貯蔵された高温廃水は、ポンプまたは重力などを通じて前処理工程３００に移送され、前記前処理工程３００は、引き続き膜蒸留工程４００の膜汚染（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｏｕｌｉｎｇ、ｏｒｇａｎｉｃ ｆｏｕｌｉｎｇ、ｂｉｏ−ｆｏｕｌｉｎｇ、ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｏｕｌｉｎｇ（ｓｃａｌｉｎｇ））を発生させる各種汚染物質を予め制御することができるが、高温廃水の性状によって前処理工程３００を省略することもできる。

前記前処理工程３００としては、凝集、沈澱、濾過または殺菌工程が挙げられる。

一例として、前処理工程３００には、センサー部と処理部とを備えることができる。前記センサー部は、原水貯蔵槽２００、膜蒸留工程４００の流入水側または原水貯蔵槽と膜蒸留工程の流入水側を連結する配管のうち、何れか１箇所以上に結合されうる。また、前記注入部は、原水貯蔵槽２００、膜蒸留工程の流入水側または原水貯蔵槽と膜蒸留工程の流入水側を連結する配管のうち、何れか１箇所以上に連結されうる。

前記センサー部は、場合によってはセンサー部測定限界以上の濃度を測定するために、前記センサー部に別途の希釈装置が追加されうる。前記希釈装置は、反応槽の形態または管状など如何なる形態でも良い。

前記処理部は、センサー部から測定された資料に基づいて、既に入力された資料または算式を活用するか、または測定を通じて貯蔵された資料を評価して、適正注入薬品量を計算するシステムが含まれ、計算された適正薬品量の情報を注入部に伝達する役割を行う。

前記薬品は、例えば、ｐＨ調節剤、Ｅｈ調節剤、沈澱剤、凝集剤、消毒剤、ａｎｔｉ−ｓｃａｌａｎｔからなる群から選択された１種以上が挙げられる。前記薬品を原水貯蔵槽から排出される原水に注入することによって、スケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）形成による膜蒸留工程内の分離膜分離性能（ｆｌｕｘ）の低下を防止し、これにより、分離膜洗浄周期を著しく増加させ、分離膜の寿命延長による分離膜の取り替え費用も著しく減らしうる。

膜蒸留工程
膜蒸留工程４００は、前記前処理工程３００で前処理された高温廃水と別途に流入された冷却流体との温度差によって発生した水蒸気圧差によって、前記高温廃水を高温廃水濃縮水と生産水（例えば、純水及び揮発性汚染物質の混合水）とに分離させる。

具体的に、前記膜蒸留工程４００は、高温廃水が流入され、水蒸気圧差を用いて高温廃水を分離時に、膜蒸留分離膜を通過していない高温廃水濃縮水が残存する膜蒸留流入水側４１０と、前記膜蒸留流入水側４１０と膜蒸留処理水側４３０とが分離されるように備えられ、水蒸気圧差によって、前記高温廃水に含まれた生産水が通過され、高温廃水濃縮水は通過されない膜蒸留分離膜４２０と、冷却流体が流れる冷却部（図示せず）が備えられて、前記冷却流体によって高温廃水との温度差を誘導して、前記膜蒸留分離膜を通過した生産水のみを集める膜蒸留処理水側４３０と、を含む。

前記膜蒸留流入水側４１０に残存する高温廃水濃縮水は、目的によって適切な濃縮率に到逹するか、前記濃縮水の温度が流入される高温廃水の温度に比べて低くなる場合に、濃縮水処理工程５００で汚染物質を処理して排出される。また、適切な濃縮率に到逹した濃縮水は、内部搬送配管を通じて膜蒸留流入水側４１０に搬送されることもある。また、前記濃縮水の廃熱は、熱交換装置４４０によって再利用されて、高温廃水発生源１００、原水貯蔵槽２００、前処理工程３００の廃水に熱源として用いられうる。前記熱交換装置４４０は、濃縮水が濃縮水処理工程５００に移動する中間に備えられうる。

また、膜蒸留分離膜４２０は、疎水性高分子分離膜またはセラミック膜であり、具体的に、疎水性高分子分離膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリアミド（ＰＡ）からなる群から選択された１種以上が挙げられる。

また、前記膜蒸留処理水側４３０に流れる冷却流体は、後段の逆浸透生産槽９００または純水生産工程１０００から処理された純水を内部搬送配管を通じて搬送された水であり得る。

また、前記膜蒸留処理水側４３０に集まられた生産水は、後段である膜蒸留生産槽６００に移送されて保管される。

本発明による膜蒸留工程４００は、その形態が特に定められたものではなく、例えば、浸漬式、加圧式など如何なる形態でも良い。また、本発明の膜蒸留水処里装置は、如何なる方式の膜蒸留用水処里装置でも良く、例えば、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ（ＤＣＭＤ）方式、Ａｉｒ Ｇａｐ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ（ＡＧＭＤ）方式、Ｖａｃｕｕｍ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ（ＶＭＤ）方式、Ｓｗｅｅｐ Ｇａｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ（ＳＧＭＤ）方式などであり得る。図２に示したように、膜蒸留装置方式によって冷却部に液体（ＤＣＭＤ）またはガス（ＡＧＭＤ、ＳＧＭＤ）のような多様な冷却流体を使うか、冷却部を真空状態（ＶＭＤ）で使うことができる。

前記原水貯蔵槽２００、前処理工程３００及び膜蒸留工程４００には、前記各槽及び前記各槽と連結された配管（各槽に処理水が流入される配管）に加温装置（図示せず）が追加されうる。

膜蒸留生産槽
前記膜蒸留生産槽６００は、膜蒸留工程４００から分離された中温の生産水（例えば、純水及び揮発性汚染物質の混合水）を貯蔵する貯蔵槽であって、前記生産水の温度保持のために断熱材が備えられうる。

前記断熱材は、中温の温度で変質されない素材であれば、特に限定されず、発泡スタイロフォーム、ガラス繊維など空気層が含まれている素材が含まれうる。

前記‘中温’は、前記高温廃水の温度よりも低い温度を意味する。

逆浸透膜工程
前記逆浸透膜工程７００は、加圧ポンプを通じて膜蒸留生産槽６００から純水及び揮発性汚染物質の混合水である生産水を供給された後、前記生産水に圧力を加えて揮発性汚染物質と純水とに分離させる。

具体的に、前記逆浸透膜工程７００は、前記膜蒸留工程４００から収得された生産水が流入され、生産水分離時に、逆浸透分離膜を通過していない揮発性汚染物質が残存する逆浸透流入水側７１０と、前記逆浸透流入水側と逆浸透処理水側とが分離されるように備えられ、圧力によって前記生産水に含まれた純水のみが通過され、揮発性汚染物質は通過されない逆浸透分離膜７２０と、前記逆浸透分離膜を通過した純水を集める逆浸透処理水側７３０と、を含む。

前記逆浸透流入水側７１０に残存する揮発性汚染物質を含有する濃縮水は、目的によって適切な濃縮率に到逹するまで内部搬送配管を通じて逆浸透流入水側７１０に搬送されるか、直ちに揮発性汚染物質処理工程８００に移動する。

前記揮発性汚染物質処理工程８００は、濃縮水に存在する揮発性汚染物質を除去または結晶化する。前記揮発性汚染物質が窒素である場合には、結晶化または液肥に切り替えて肥料化するか、生物学的窒素除去工程（硝酸化、脱硝または嫌気性アンモニア酸化工程など）で除去する。肥料化時に、部分的な硝酸化工程をさらに行うことができる。この際、前記揮発性汚染物質は、膜蒸留工程４００では除去されず、逆浸透膜工程７００でのみ除去されるあらゆる揮発性汚染物質を意味する。

具体的に、揮発性汚染物質としては、アセトアミド（Ａｃｅｔｅ ａｍｉｄｅ）、アニリン（Ａｎｉｌｉｎｅ）、メチルアルコール（Ｍｅｔｈｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、２−プロパノール（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Ｎ，Ｎ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、シアン化水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｙａｎｉｄｅ）、ニトロメタン（Ｎｉｔｒｏｍｅｔｈａｎｅ）、メチルエチルケトン（Ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｙｌ ｋｅｔｏｎｅ）、フルフラール（Ｆｕｒｆｕｒａｌ）、１，２−エポキシブタン（１，２−Ｅｐｏｘｙｂｕｔａｎｅ）、２−クロロエタノール（２−Ｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｏｌ）、プロピオノニトリル（Ｐｒｏｐｉｏｎｏｎｉｔｒｉｌｅ）、アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、アリルアルコール（Ａｌｌｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、クロロメチルメチルエーテル（Ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、フェノール（Ｐｈｅｎｏｌ）、２−メトキシエタノール（２−Ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）、ジエチルアミン（Ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、２−エトキシエタノール（２−Ｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）、テトラフルオロエチレン（Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、１，４−ジオキサン（１，４−Ｄｉｏｘａｎｅ）、酢酸エチル（Ｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ヒドラジン（Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ）、グリシドール（Ｇｌｙｃｉｄｏｌ）、イソチオシアン酸メチル（Ｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）、ヘキサメチルホスホルアミド（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｉｄｅ）、クロトンアルデヒド（Ｃｒｏｔｏｎａｌｄｅｈｙｄｅ）、塩化水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）、硝酸（Ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）、過酸化水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、臭化水素（Ｈｙｒｄｏｇｅｎ ｂｒｏｍｉｄｅ）、アセトアルデヒド（Ａｃｅｔｅ ａｌｄｅｈｙｄｅ）、アセチレン（Ａｃｅｔｙｌｅｎｅ）、二塩化アセチレン（Ａｃｅｔｙｌｅｎｅ ｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅ）、アクロレイン（Ａｃｒｏｌｅｉｎ）、アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ベンゼン（Ｂｅｎｚｅｎｅ）、１，３−ブタジエン（１，３−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、ブタン（Ｂｕｔａｎｅ）、１−ブテン（１−Ｂｕｔｅｎｅ）、２−ブテン（２−Ｂｕｔｅｎｅ）、四塩化炭素（Ｃａｒｂｏｎ Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ）、クロロホルム（Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、シクロヘキサン（Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）、１，２−ジクロロエタン（１，２−Ｄｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ）、ジエチルアミン（Ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、ジメチルアミン（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ホルムアルデヒド（Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ）、ｎ−ヘキサン（ｎ−Ｈｅｘａｎｅ）、イソプロピルアルコール（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）、メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ）、メチルエチルケトン（Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｔｈｙｌ Ｋｅｔｏｎｅ）、メチレンクロライド（Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ＭＴＢＥ（Ｍｅｔｈｙｌ Ｔｅｒｔｉａｒｙ Ｂｕｔｙｌ Ｅｔｈｅｒ）、プロピレン（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、プロピレンオキシド（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ）、１，１，１−トリクロロエタン（１，１，１−Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ）、トリクロロエチレン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ガソリン（Ｇａｓｏｌｉｎｅ）、ナフサ（Ｎａｐｈｔｈａ）、原油（Ｃｒｕｄｅ Ｏｉｌ）、酢酸（Ａｃｅｔｉｃ Ａｃｉｄ）、エチルベンゼン（Ｅｔｈｙｌｂｅｎｚｅｎｅ）、ニトロベンゼン（Ｎｉｔｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）、トルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、テトラクロロエチレン（Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、及びスチレン（Ｓｔｙｒｅｎｅ）からなる群から選択された１種以上が挙げられる。

また、前記逆浸透分離膜７２０は、高圧分離膜または低圧分離膜であるが、エネルギーの節減のために低圧分離膜を使うことが望ましい。前記逆浸透分離膜７２０は、セルロースアセテート系（ＣＡ）またはポリアミド系（ＰＡ）など、特に限定せず、その形態は、平膜、中空糸膜、渦巻型膜などであり得る。

逆浸透生産槽
前記逆浸透生産槽９００は、逆浸透膜工程７００から分離された純水を貯蔵し、前記純水を高温廃水発生源１００、膜蒸留処理水側４３０などに搬送して再利用するか、近隣の工程水または生活用水として再利用されうる。逆浸透膜工程７００から生産される生産水よりも高いレベルの純水が必要な場合には、純水生産工程１０００に搬入させて、微量の汚染物質を除去することができる。この際、微量の汚染物質は、逆浸透膜工程７００から除去されないあらゆる汚染物質を意味する。

純水生産工程
前記純水生産工程１０００では、逆浸透膜工程７００から分離されない汚染物質を除去するために備えられうる。具体的に、前記純水生産工程１０００は、逆浸透膜工程７００から発生した純水以上の純水が冷却水または工程水として必要な場合に追加されうる。当該工程としては、紫外線（ＵＶ）工程、ＣＤＩ、ＥＤＩ、イオン交換工程などがあり、前記単一工程は、目的によって単一または融合工程で活用されうる。純水生産工程１０００から生産される純水は、搬送配管を通じて高温廃水発生源１００、膜蒸留処理水側４３０などに搬送されて再利用するか、近隣の工程水または生活用水として再利用されうる。但し、再利用水の性状基準によって純水生産工程１０００を省略することもできる。

本発明による高温廃水処理装置１００００は、高温の廃水を処理するために、膜蒸留工程で高温廃水を流入源として、冷却流体を冷却源として高温廃水から生産水を収得し、前記収得された生産水を逆浸透膜工程で処理して純水を収得することである。この際、本発明のように、膜蒸留工程−逆浸透膜工程処理方式ではない逆浸透膜工程−膜蒸留工程方式で処理される場合には、逆浸透膜工程を経た廃水の温度が低くなって、膜蒸留工程で廃水を流入源として使うことができないので、コストが上昇し、汚染物質が最大限除去された純水を収得することができない。

前述したように、当業者は、本発明がその技術的思想や必須的特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表われ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出されるあらゆる変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれると解釈されねばならない。

本発明は、膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置に用いられうる。

１００００：高温廃水処理装置
１００：高温廃水発生源
２００：原水貯蔵槽
３００：前処理工程
４００：膜蒸留工程
４１０：膜蒸留流入水側
４２０：膜蒸留分離膜
４３０：膜蒸留処理水側
４４０：熱交換装置
５００：濃縮水処理工程
６００：膜蒸留生産槽
７００：逆浸透膜工程
７１０：逆浸透流入水側
７２０：逆浸透分離膜
７３０：逆浸透処理水側
８００：揮発性汚染物質処理工程
９００：逆浸透生産槽
１０００：純水生産工程

Claims (16)

1. 高温廃水発生源から生産された高温廃水と冷却流体との温度差によって発生した水蒸気圧差によって、前記高温廃水を高温廃水濃縮水と生産水とに分離する膜蒸留工程と、
   純水と揮発性汚染物質とを含有する前記生産水に圧力を加えて、揮発性汚染物質と純水とを分離する逆浸透膜工程と、
   前記膜蒸留工程により分離された高温廃水濃縮水の汚染物質を処理する濃縮水処理工程と、
   を含み、
   前記膜蒸留工程には、前記高温廃水濃縮水の排熱を前記高温廃水発生源の熱源として利用するために、前記高温廃水濃縮水が前記濃縮水処理工程に移動する中間に配置される熱交換装置がさらに備えられ、
   前記逆浸透膜工程は、
   前記膜蒸留工程から収得された生産水が流入され、逆浸透分離膜を通過していない揮発性汚染物質が残存する逆浸透流入水側と、
   前記逆浸透流入水側と逆浸透処理水側とが分離されるように備えられ、圧力によって前記生産水に含まれた純水のみが通過され、揮発性汚染物質は通過されない逆浸透分離膜と、
   前記逆浸透分離膜を通過した純水を集める逆浸透処理水側と、
   を含み、
   前記逆浸透膜工程は、前記逆浸透流入水側に残存する揮発性汚染物質を結晶化、液肥化または脱硝化させて排出させる揮発性汚染物質処理工程が追加され、
   前記高温廃水がアンモニアを含み、
   前記揮発性汚染物質が窒素であり、
   前記揮発性汚染物質処理工程が、前記窒素に基づいて窒素系肥料を生成するための硝酸化工程を含むことを特徴とする膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
2. 前記膜蒸留工程は、
   高温廃水が流入され、膜蒸留分離膜を通過していない高温廃水濃縮水が残存する膜蒸留流入水側と、
   前記膜蒸留流入水側と膜蒸留処理水側とが分離されるように備えられ、水蒸気圧差によって、前記高温廃水に含まれた生産水が通過され、高温廃水濃縮水は通過されない膜蒸留分離膜と、
   冷却流体によって高温廃水との温度差を誘導して、前記膜蒸留分離膜を通過した生産水を集める膜蒸留処理水と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
3. 前記濃縮水処理工程は、前記膜蒸留流入水側に残存する高温廃水濃縮水の汚染物質を処理して排出させることを特徴とする請求項２に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
4. 前記膜蒸留分離膜は、疎水性高分子分離膜またはセラミック膜であることを特徴とする請求項２に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
5. 前記疎水性高分子分離膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリアミド（ＰＡ）からなる群から選択された１種以上であることを特徴とする請求項４に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
6. 前記高温廃水は、前処理工程で前処理された廃水であることを特徴とする請求項１に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
7. 前記前処理工程に流入される高温廃水は、原水貯蔵槽に貯蔵されたことを特徴とする請求項６に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
8. 前記原水貯蔵槽、前処理工程及び膜蒸留工程には、加温装置がさらに備えられることを特徴とする請求項７に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
9. 前記膜蒸留工程から分離された生産水を貯蔵する膜蒸留生産槽を追加することを特徴とする請求項１に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
10. 前記逆浸透膜工程から収得された純水を貯蔵する逆浸透生産槽を追加することを特徴とする請求項１または２に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
11. 前記収得された純水の汚染物質を除去する純水生産工程を追加することを特徴とする請求項１０に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
12. 前記処理された純水を前記膜蒸留工程の膜蒸留処理水側に内部搬送させる搬送配管を備えることを特徴とする請求項１１に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
13. 前記逆浸透膜工程から収得された純水を貯蔵する逆浸透生産槽を追加することを特徴とする請求項８に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
14. 前記収得された純水の汚染物質を除去する純水生産工程を追加することを特徴とする請求項１３に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
15. 前記純水生産工程には、紫外線（ＵＶ）工程、ＣＤＩ、ＥＤＩ、イオン交換工程が単独または融合で使われることを特徴とする請求項１４に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。
16. 前記処理された純水を前記高温廃水発生源に内部搬送させる搬送配管を備えることを特徴とする請求項１４に記載の膜蒸留工程を用いた高温廃水処理装置。

Images