JP7213727B2

JP7213727B2 - 廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法

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Publication number: JP7213727B2
Application number: JP2019050123A
Authority: JP
Inventors: 博年妹尾
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2023-01-27
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: JP2020151626A

Description

本発明は、分離対象成分を含む廃酸液から分離対象成分を分離する廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法に関する。

廃液中から分離対象成分を分離する装置では、廃液から分離対象成分として水分を分離する場合、逆浸透法や膜蒸留法が用いられる。逆浸透法とは、廃液に圧力をかけて逆浸透膜でろ過することで、廃液から精製水を得る手法である。

これに対し、膜蒸留法とは、廃液中の水蒸気などの分離対象成分を透過可能な疎水性多孔質膜を用い、廃液から疎水性多孔質膜を透過した分離対象成分を冷媒によって凝縮させて蒸留対象成分を含む蒸留水を得る手法である。この膜蒸留法は、逆浸透法と異なり、廃液に圧力をかける必要がないため、加圧エネルギーが不要であるという利点がある。

例えば、特許文献１には、油層内回収法でオイルサンド層からビチュメンを回収する際に発生する加温排水を浄化処理して再利用するための排水処理方法において、上記膜蒸留法を利用し、加温排水に含有されている油分などを低減・除去した処理水を回収している。

特開２０１５－１００７７５号公報

ところで、処理対象たる廃液に含まれる成分は、水分の他、油分や塩分、有機物など多岐にわたり、その性質も様々である。したがって、膜蒸留法を利用してある廃液を適切に処理することができたからといって、含有成分や性質が異なる他の廃液も一様に処理することができるわけではない。

また、廃液中から分離対象成分を分離する装置は、分離対象成分としての水分を含む廃液から水分を分離処理して、分離した水分を再利用する用途に用いられるだけでなく、廃液から分離対象成分を除去することで、廃液の廃棄量を減量化したり、分離対象成分の除去によって濃縮された廃液を再利用する用途にも用いられる。

ところが、上記特許文献１には、単に膜蒸留法を利用して加温排水から油分等を低減・除去した処理水を回収する点が記載されているに過ぎず、膜蒸留法を利用して、廃液の廃棄量を減量化したり、廃液を濃縮して再利用したりといった用途に用いる点について何ら言及されていない。

このように、膜蒸留法の利用方法について、十分な検討がなされていないのが現状である。そこで、本願発明者は、膜蒸留法を利用した廃液処理に関して鋭意研究を重ね、膜蒸留法によって処理可能な複数の廃液を見出し、これら複数の廃液を処理するための処理装置及び処理方法を確立した。

本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、分離対象成分を含む廃酸液、特に、塩酸、硫酸水溶液及びリン酸水溶液を処理できる廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法の提供を、その目的とする。

本願発明者は、膜蒸留法により処理可能な廃液について鋭意研究を重ねた結果、塩酸、硫酸水溶液及びリン酸水溶液を膜蒸留法によって処理できるという新たな知見を得て、本発明を完成させるに至った。

即ち、上記目的を達成するための本発明に係る廃酸液処理装置の特徴構成は、分離対象成分を含む廃酸液を処理する装置であって、
前記廃酸液が塩酸であり、
前記廃酸液が流通する廃酸流通部、冷媒が流通する冷媒流通部、及び前記廃酸流通部と前記冷媒流通部とを隔て、前記分離対象成分が透過可能な疎水性多孔質膜からなり、前記廃酸流通部から前記疎水性多孔質膜を透過した前記分離対象成分を前記冷媒流通部で凝縮して、前記廃酸液から前記分離対象成分を分離可能な膜蒸留ユニットと、
前記膜蒸留ユニットに供給される前記廃酸液が貯留され、前記廃酸流通部を流通した前記廃酸液が回収される廃酸液貯留槽と、
前記廃酸液貯留槽から前記膜蒸留ユニットに供給される前記廃酸液を加熱する加熱手段と、
分離した前記分離対象成分を含む蒸留液を貯留する蒸留液貯留槽と、
前記蒸留液貯留槽に貯留された前記分離対象成分を含む蒸留液を冷却して前記冷媒とする冷却手段と、
前記蒸留液貯留槽内の前記蒸留液中の塩化水素濃度を検出する濃度検出手段と、
前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量を調整する供給量調整手段と、を備え、
前記供給量調整手段は、前記濃度検出手段での検出結果を基に、前記廃酸液貯留槽への廃酸液の供給量を調整する点にある。

また、上記目的を達成するための本発明に係る廃酸液処理方法の特徴構成は、分離対象成分を含む廃酸液を処理する方法であって、
前記廃酸液が塩酸であり、
廃酸流通部と冷媒流通部とが前記分離対象成分を透過可能な疎水性多孔質膜で隔てられた構成を備える膜蒸留ユニットの前記廃酸流通部に前記廃酸液を流通させるとともに、前記冷媒流通部に冷媒を流通させ、前記廃酸流通部から前記疎水性多孔質膜を透過した前記分離対象成分を前記冷媒流通部で凝縮させて、前記廃酸液から前記分離対象成分を分離し、
前記廃酸液が貯留された廃酸液貯留槽から前記廃酸流通部に加熱した前記廃酸液を流通させるとともに、前記廃酸流通部を流通した前記廃酸液を前記廃酸液貯留槽に回収し、
前記廃酸液から分離した前記分離対象成分を含む蒸留液を蒸留液貯留槽に回収して、当該回収した前記分離対象成分を含む蒸留液を冷却して前記冷媒として前記冷媒流通部に流通させ、
前記蒸留液貯留槽内の前記蒸留液中の塩化水素濃度を検出し、当該検出した塩化水素濃度を基に、前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量を調整する点にある。

上記各特徴構成によれば塩酸である廃酸液を廃酸流通部に流通するとともに、冷媒を冷媒流通部に流通することで、廃酸流通部から冷媒流通部へと分離対象成分が疎水性多孔質膜を透過して移動し、冷媒流通部へと移動した分離対象成分が当該冷媒流通部で凝縮され、廃酸液から分離対象成分を分離することができる。尚、分離対象成分は、廃酸液が塩酸である場合には主に塩化水素及び水分（水蒸気）である。

このように、上記各特徴構成を備えた廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法では、塩酸に不純物が混入した廃酸液を処理して、廃酸液中の分離対象成分を分離することができるため、廃酸液の廃棄量を減量化したり、分離対象成分たる水分の除去によって濃縮された廃酸液を再利用したり、分離した水分を蒸留液として得たりできる。

上記特徴構成によれば、廃酸流通部に流通される廃酸液が予め廃酸液貯留槽に貯留されており、廃酸液は、廃酸液貯留槽から廃酸流通部に流通される際に所定温度まで加熱され、この加熱された廃酸液が廃酸流通部に流通され、廃酸流通部を流通した廃酸液が廃酸液貯留槽に回収される。このように、廃酸液を廃酸液貯留槽と廃酸流通部との間で循環させることで、廃酸液から徐々に分離対象成分を分離して当該廃酸液を所望の濃縮倍率となるまで容易に濃縮でき、廃酸液の廃棄量を減量化したり、濃縮した廃酸液を回収して再利用したりできる。

また、上記特徴構成によれば、廃酸液から分離した分離対象成分を含む蒸留液を蒸留液貯留槽に回収し、この回収した蒸留液を冷却して冷媒として利用する。このように、回収した蒸留液を冷媒として利用することで、冷媒を別途用意する必要がなく、コスト削減を図ることができる。

ところで、本願発明者は、研究を重ねる過程で、廃酸液として塩酸を処理する場合、当該塩酸に含まれる塩化水素の蒸気圧が低いため、膜蒸留ユニットにおいて、水分だけでなく塩化水素も分離され、冷媒流通部で凝縮し、これら水分及び塩化水素が分離対象成分として含まれる蒸留液を得ることができ、塩酸を処理するにあたって、廃酸液貯留槽への廃酸液（塩酸）の供給量を調整することで、所望の塩化水素濃度を有する蒸留液（塩酸）を得ることができることを見出した。

上記各特徴構成によれば、膜蒸留ユニットにおいて、水分だけでなく塩化水素も分離されて冷媒流通部で凝縮し、これら水分及び塩化水素が分離対象成分として含まれる蒸留液が蒸留液貯留槽に回収される。そして、この蒸留液貯留槽内の蒸留液中の塩化水素濃度を検出し、検出した塩化水素濃度が所望の濃度となるように、廃酸液貯留槽へ供給する廃酸液の量を調整することで、所望の塩化水素濃度を有した蒸留液を得ることができる。したがって、例えば、廃塩酸から所望の塩化水素濃度を有した蒸留液、即ち、不純物が除去された塩酸を回収して再利用することが可能となる。

尚、回収する蒸留液中の塩化水素濃度は、再利用する際の用途によって適宜設定するものであるが、蒸留液中の塩化水素濃度が低すぎると再利用する際の用途が限られてしまう。一方、蒸留液中の塩化水素濃度を高くするためには、相応の処理時間を要することになる。したがって、再利用する際の用途の幅と処理時間との兼ね合いから、回収する蒸留液中の塩化水素濃度は、１１％～１３％（ｗ／ｖ）であることが好ましい。

即ち、本発明に係る廃酸液処理装置の更なる特徴構成は、前記供給量調整手段は、前記濃度検出手段で検出される前記塩化水素濃度が１１％～１３％（ｗ／ｖ）の範囲内となるように、前記廃酸液の供給量を調整する点にある。

また、本発明に係る廃酸液処理方法の更なる特徴構成は、前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量は、検出される前記塩化水素濃度が１１％～１３％（ｗ／ｖ）の範囲内となるように調整する点にある。

実施形態に係る廃酸液処理装置の概略構成を示す図である。膜蒸留ユニットの概略構成を示す図である。制御装置の構成を示す機能ブロック図である。廃酸液（塩酸）を処理する一連のフローを説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法について説明する。尚、以下においては、廃酸液として、所定の処理に用いられ、少なくともＦｅイオンを含有する塩酸（廃塩酸）を一例として説明する。

図１に示すように、本実施形態における廃酸液処理装置Ｃは、廃塩酸（廃酸液）Ｓが貯留された廃酸液貯留槽１や、廃酸液貯留槽１から廃塩酸Ｓが供給される２つの膜蒸留ユニット１５、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５に供給される廃塩酸Ｓを加熱する加熱部１０（加熱手段）、膜蒸留ユニット１５で分離した分離対象成分を含む蒸留液Ｄを貯留する蒸留液貯留槽２５、蒸留液貯留槽２５に貯留された蒸留液Ｄを冷却して冷媒とする冷却部３５（冷却手段）、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの導電率を検出する導電率センサ３１、廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給量を調整する廃酸液補充用ポンプＰ１、廃酸液処理装置Ｃの運転を制御する制御装置４０などを備える。

廃酸液貯留槽１は、有底円筒状の容器であり、上部には、一端が外部タンク（図示せず）に接続された廃酸液供給路Ｌ１が接続されており、この廃酸液供給路Ｌ１には、廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給を断続して供給量を調整するための廃酸液補充用ポンプＰ１（後述するポンプ制御部４８とともに供給量調整手段を構成する）が設けられている。

廃酸液貯留槽１には、その上部及び下部に、当該廃酸液貯留槽１と膜蒸留ユニット１５との間で廃塩酸Ｓを循環させる廃酸液循環路Ｌ２が接続されており、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃにおいては、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５に供給された廃塩酸Ｓが廃酸液貯留槽１に戻るようになっている。

また、廃酸液循環路Ｌ２のうち廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５へと廃塩酸Ｓが流通する部分には、廃酸液貯留槽１側から順に、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓを所定の供給圧で膜蒸留ユニット１５に供給するための廃酸液供給用ポンプＰ２と、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５への廃塩酸Ｓの供給を断続するための廃酸液供給用電磁弁Ｖ１と、後述する加熱部１０を構成する熱交換器１１と、廃塩酸Ｓの導電率を検出する廃酸液用導電率センサ３と、廃酸液循環路Ｌ２内の圧力を検出する第一廃酸液用圧力センサ４と、廃塩酸Ｓの温度を検出する第一廃酸液用温度センサ５とが設けられている。一方、廃酸液循環路Ｌ２のうち膜蒸留ユニット１５から廃酸液貯留槽１へと廃塩酸Ｓが流通する部分には、膜蒸留ユニット１５側から順に、廃酸液循環路Ｌ２内の圧力を検出する第二廃酸液用圧力センサ６と、廃塩酸Ｓの温度を検出する第二廃酸液用温度センサ７が設けられている。尚、廃酸液用導電率センサ３、第一廃酸液用圧力センサ４、第二廃酸液用圧力センサ６、第一廃酸液用温度センサ５及び第二廃酸液用温度センサ７は、検出結果を制御装置４０に適宜送信する。

また、廃酸液循環路Ｌ２における廃酸液供給用ポンプＰ２と廃酸液供給用電磁弁Ｖ１との間には、廃酸液貯留槽１から濃縮された廃塩酸Ｓを外部に排出するための廃酸液排出路Ｌ４が分岐接続されており、この廃酸液排出路Ｌ４には、廃塩酸Ｓの外部への排出を断続するための廃酸液排出用電磁弁Ｖ３が設けられている。

更に、廃酸液貯留槽１には、廃酸液用液面レベルセンサ２が設けられており、この廃酸液用液面レベルセンサ２は、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液面レベルを検出し、検出結果を制御装置４０に送信する。

加熱部１０は、廃酸液循環路Ｌ２のうち廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５に廃塩酸Ｓを供給する部分に設けられた熱交換器１１と、当該熱交換器１１に所定温度の温水を供給する温水供給源１２とからなり、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５へ供給される廃塩酸Ｓは、熱交換器１１において温水によって加熱される。尚、温水供給源１２から供給される温水の温度は特に限定されないが、例えば、コージェネレーションシステムで発生した排温水を利用する場合には、８５℃程度である。

次に、膜蒸留ユニット１５について説明するが、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃが備える２つの膜蒸留ユニット１５は、同一の構成を備えたものであるため、一方の膜蒸留ユニット１５について説明し、他方の膜蒸留ユニット１５については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。膜蒸留ユニット１５は、図１及び図２に示すように、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる中空糸状の複数の疎水性多孔質膜１６と、複数の疎水性多孔質膜１６が所定間隔を空けて束状で収容される収容容器１７と、収容容器１７の両端部に取り付けられた２つのキャップ１８，１９とを備えている。

疎水性多孔質膜１６は、膜壁に無数の孔１６ａ（孔径０．８μｍ程度）が形成され、この孔１６ａを通して、廃塩酸Ｓ中の分離対象成分（塩化水素及び水（水蒸気））が透過可能になっている。また、疎水性多孔質膜１６の内周面及び外周面には撥水処理が施されている。更に、疎水性多孔質膜１６は、その両端部が開口しており、両端部を揃えた状態で各端部にキャップ１８，１９が取り付けられている。

収容容器１７は、円筒状の樹脂部材であり、周壁下部に廃酸液供給口１７ａが形成され、周壁上部に廃酸液排出口１７ｂが形成されており、廃酸液供給口１７ａ及び廃酸液排出口１７ｂには、廃酸液循環路Ｌ２が接続されている。

また、上側キャップ１８には、疎水性多孔質膜１６の開口部分と連通する冷媒供給口１８ａが形成され、下側キャップ１９には、同じく疎水性多孔質膜１６の開口部分と連通する冷媒排出口１９ａが形成されており、冷媒供給口１８ａ及び冷媒排出口１９ａには、蒸留液貯留槽２５と膜蒸留ユニット１５との間で冷媒としての蒸留液Ｄを循環させる冷媒循環路Ｌ３が接続されている。

このような構成を備えた膜蒸留ユニット１５においては、廃酸液供給口１７ａから収容容器１７内に廃塩酸Ｓが供給され、供給された廃塩酸Ｓが疎水性多孔質膜１６の外周面に接触しながら上方に向けて流通し、廃酸液排出口１７ｂから排出される。また、詳細については後述するが、冷媒供給口１８ａから疎水性多孔質膜１６の中空部に冷媒としての蒸留液Ｄが供給され、供給された蒸留液Ｄが疎水性多孔質膜１６の内周面に接触しながら下方に向けて流通し、冷媒排出口１９ａから排出される。即ち、この膜蒸留ユニット１５においては、各疎水性多孔質膜１６間の隙間部分が廃酸流通部２０となり、中空糸状の疎水性多孔質膜１６の中空部が冷媒流通部２１となっている。

蒸留液貯留槽２５は、有底円筒状の容器であり、上部及び下部に、当該蒸留液貯留槽２５と膜蒸留ユニット１５との間で蒸留液Ｄを循環させる冷媒循環路Ｌ３が接続されており、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃにおいては、蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５に供給された蒸留液Ｄが蒸留液貯留槽２５に戻るようになっている。尚、廃酸液処理運転の開始前においては、水や所定濃度の塩酸が予め蒸留液貯留槽２５に貯留された状態となっている。

また、冷媒循環路Ｌ３のうち蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５へと蒸留液Ｄが流通する部分には、蒸留液貯留槽２５側から順に、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄを所定の供給圧で膜蒸留ユニット１５に供給するための蒸留液供給用ポンプＰ３と、後述する冷却部３５を構成する熱交換器３６と、蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５への蒸留液Ｄの供給を断続するための蒸留液供給用電磁弁Ｖ２と、冷媒循環路Ｌ３を流通する蒸留液Ｄの流量を検出する流量計２６と、蒸留液Ｄの温度を検出する第一蒸留液用温度センサ２７と、冷媒循環路Ｌ３内の圧力を検出する第一蒸留液用圧力センサ２８とが設けられている。一方、冷媒循環路Ｌ３のうち膜蒸留ユニット１５から蒸留液貯留槽２５へと蒸留液Ｄが流通する部分には、膜蒸留ユニット１５側から順に、冷媒循環路Ｌ３内の圧力を検出する第二蒸留液用圧力センサ２９と、蒸留液Ｄの温度を検出する第二蒸留液用温度センサ３０と、蒸留液Ｄの導電率を検出する蒸留液用導電率センサ３１（後述する制御装置４０の濃度算出部４３とともに濃度検出手段を構成する）とが設けられている。尚、流量計２６、第一蒸留液用温度センサ２７、第二蒸留液用温度センサ３０、第一蒸留液用圧力センサ２８、第二蒸留液用圧力センサ２９及び蒸留液用導電率センサ３１は、検出結果を制御装置４０に送信する。

また、冷媒循環路Ｌ３における熱交換器３６と蒸留液供給用電磁弁Ｖ２との間には、蒸留液貯留槽２５から蒸留液Ｄを外部に排出するための蒸留液排出路Ｌ５が分岐接続されており、この蒸留液排出路Ｌ５には、蒸留液Ｄの外部への排出を断続するための蒸留液排出用電磁弁Ｖ４が設けられている。

更に、蒸留液貯留槽２５には、蒸留液用液面レベルセンサ３２が設けられており、この蒸留液用液面レベルセンサ３２は、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液面レベルを検出し、検出結果を制御装置４０に送信する。

冷却部３５は、冷媒循環路Ｌ３のうち蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５に蒸留液Ｄを供給する部分に設けられた熱交換器３６と、当該熱交換器３６に所定温度の冷気を供給する冷気供給源３７とからなり、蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５へ供給される蒸留液Ｄは、熱交換器３６において冷気によって冷却される。尚、冷気供給源３７から供給される冷気の温度は、廃酸流通部２０を流通する廃塩酸Ｓの温度よりも低ければ特に限定されず、初期コストやランニングコストの面から冷却塔を使用する場合には、外気と同程度（２０℃～３５℃程度）であるが、膜蒸留ユニット１５において、廃酸流通部２０から疎水性多孔質膜１６を透過して冷媒流通部２１に移動した分離対象成分を凝縮し易くするという観点からすれば、より低温であることが好ましい。

次に、制御装置４０について説明する。図３に示すように、制御装置４０は、入力受付部４１や検出結果取得部４２、濃度算出部４３、液量算出部４４、液量判定部４５、濃度判定部４６、電磁弁制御部４７及びポンプ制御部４８を備えるとともに、各種情報が記憶される記憶部４９や各種情報を表示する表示部５０などを備えている。

入力受付部４１は、操作盤５１からの入力を受け付ける機能部であり、例えば、ユーザが廃塩酸の処理を開始するための所定の操作を操作盤５１に対して行った場合には、操作盤５１からの入力として運転開始指令を受け付ける。また、ユーザが所望の塩化水素濃度（１１％～１３％（ｗ／ｖ））を有する蒸留液Ｄを得るために操作盤５１に所定の数値を入力する操作を行った場合には、操作盤５１からの入力として目標濃度指令を受け付ける。

検出結果取得部４２は、各液面レベルセンサ２，３２、各導電率センサ３，３１、各圧力センサ４，６，２８，２９、各温度センサ５，７，２７，３０及び流量計２６から送信される検出結果を取得する機能部である。尚、検出結果取得部４２で取得された検出結果は、表示部５０に適宜表示されるようにしても良く、この場合、ユーザが表示された検出結果を見て、廃酸液処理装置Ｃに異常が発生の有無を確認することができる。

濃度算出部４３は、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓ中の塩化水素濃度の算出や蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度の算出を担う機能部である。具体的に、濃度算出部４３は、検出結果取得部４２で取得された廃酸液用導電率センサ３の検出結果たる導電率、及び予め定められた廃塩酸Ｓ中の塩化水素濃度と導電率との相関関係を基にして、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５へと供給される廃塩酸Ｓ（廃酸液貯留槽１内に貯留されている廃塩酸Ｓに相当）中の塩化水素濃度を算出する。また、濃度算出部４３は、検出結果取得部４２で取得された蒸留液用導電率センサ３１の検出結果たる導電率、及び予め定められた蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度と導電率との相関関係を基にして、膜蒸留ユニット１５から蒸留液貯留槽２５へと供給される蒸留液Ｄ（蒸留液貯留槽２５内に貯留されている蒸留液Ｄに相当）中の塩化水素濃度を算出する。尚、本実施形態において、廃塩酸Ｓ中の塩化水素濃度と導電率との相関関係及び蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度と導電率との相関関係は、所定濃度の塩酸を所定の倍率で希釈してその都度導電率を測定し、縦軸を塩化水素濃度、横軸を導電率として、測定結果をプロットすることで予め得られるものである。また、上記のようにして算出された廃塩酸Ｓや蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度は、制御装置４０の表示部５０に表示されるようにしても良く、この場合、ユーザが表示された塩化水素濃度を見て、廃塩酸Ｓや蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が想定値から大きくずれているか否かを確認することができる。

液量算出部４４は、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量の算出や蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液量の算出を担う機能部である。具体的に、液量算出部４４は、検出結果取得部４２で取得された廃酸液用液面レベルセンサ２の検出結果たる廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液面レベル、及び記憶部４９に記憶されている、廃酸液貯留槽１に関する液面レベルと液量との対応関係を基にして、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量を算出する。また、液量算出部４４は、検出結果取得部４２で取得された蒸留液用液面レベルセンサ３２の検出結果たる蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液面レベル、及び記憶部４９に記憶されている、蒸留液貯留槽２５に関する液面レベルと液量との対応関係を基にして、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液量を算出する。尚、廃酸液貯留槽１に関する液面レベルと液量との対応関係は廃酸液貯留槽１の形状、蒸留液貯留槽２５に関する液面レベルと液量との対応関係は蒸留液貯留槽２５の形状を基に、それぞれ予め決定されるものである。また、上記のようにして算出された廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量や蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液量についても、制御装置４０の表示部５０に適宜表示されるようにしても良く、この場合、ユーザが表示された液量を見て、各液量が想定値から大きくずれているか否かを確認することができる。

液量判定部４５は、液量算出部４４で算出された液量が、廃酸液貯留槽１及び蒸留液貯留槽２５についてそれぞれ設定された上限限界液量又は下限限界液量であるか否かを判定する機能部である。

濃度判定部４６は、濃度算出部４３で算出された膜蒸留ユニット１５から蒸留液貯留槽２５へと供給される蒸留液Ｄ（蒸留液貯留槽２５内に貯留されている蒸留液Ｄに相当）中の塩化水素濃度が目標濃度に到達したか否かを判定する機能部である。

電磁弁制御部４７は、各電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の開閉状態を制御する機能部であり、ポンプ制御部４８は、各ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の作動を制御する機能部である。

具体的に、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃにより廃酸液処理運転を行う場合、廃酸液排出用電磁弁Ｖ３及び蒸留液排出用電磁弁Ｖ４を閉弁した状態で、廃酸液供給用電磁弁Ｖ１及び蒸留液供給用電磁弁Ｖ２を開弁した状態となるように、電磁弁制御部４７が各電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の開閉状態を制御するとともに、廃酸液補充用ポンプＰ１、廃酸液供給用ポンプＰ２及び蒸留液供給用ポンプＰ３が廃塩酸Ｓ又は蒸留液Ｄを供給する状態となるように、ポンプ制御部４８が各ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の作動を制御する。尚、膜蒸留ユニット１５における疎水性多孔質膜１６の膜性能や耐久性の観点から、疎水性多孔質膜１６の廃酸流通部２０側と冷媒流通部２１側とに略同じような圧力を掛ける必要がある。したがって、ポンプ制御部４８は、疎水性多孔質膜１６の廃酸流通部２０側と冷媒流通部２１側とに略同じような圧力が掛かるように、廃酸液供給用ポンプＰ２及び蒸留液供給用ポンプＰ３の作動をそれぞれ制御する。

これにより、廃酸液供給路Ｌ１を通して外部タンクから廃酸液貯留槽１へと廃塩酸Ｓが供給されるとともに、廃酸液貯留槽１に供給された廃塩酸Ｓが加熱部１０によって所定温度に加熱され、この加熱された廃塩酸Ｓが廃酸液循環路Ｌ２を通して膜蒸留ユニット１５の廃酸流通部２０へ供給される。また、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄが冷却部３５によって所定温度に冷却され、この冷却された蒸留液Ｄが冷媒として冷媒循環路Ｌ３を通して膜蒸留ユニット１５の冷媒流通部２１へ供給される。そして、膜蒸留ユニット１５において、加熱された廃塩酸Ｓ中の水が気化した水蒸気及び塩化水素が疎水性多孔質膜１６を透過して廃酸流通部２０から冷媒流通部２１に移動し、水蒸気が冷媒流通部２１において凝集して水となり、この水と塩化水素とが蒸留液Ｄとして蒸留液貯留槽２５に回収され、回収された蒸留液Ｄが再度膜蒸留ユニット１５へと供給される。一方、廃酸流通部２０を流通した廃塩酸Ｓは、廃酸液貯留槽１に返送され、再度膜蒸留ユニット１５に供給される。

このように、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃによれば、廃塩酸Ｓが廃酸液貯留槽１と膜蒸留ユニット１５との間で循環するとともに、蒸留液Ｄが蒸留液貯留槽２５と膜蒸留ユニット１５との間で循環し、廃酸液貯留槽１側ではＦｅイオンなどの不純物を含む廃塩酸Ｓが濃縮され、蒸留液貯留槽２５側では不純物が除去された塩酸が蒸留液Ｄとして分離される。

ここで、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃにおいては、蒸留液貯留槽２５内に所定量の水を蒸留液Ｄとして貯留した状態で廃酸液処理運転を開始すると、時間の経過とともに膜蒸留ユニット１５において分離された水及び塩化水素が蒸留液Ｄに混入することで、蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が徐々に高くなるため、一定時間運転を行うことで、所望の塩化水素濃度を有する蒸留液Ｄを得ることができる。しかしながら、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量は、膜蒸留ユニット１５において水及び塩化水素が分離されることで徐々に減少する。したがって、入力受付部４１が目標濃度指令を受け付けている場合、蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が目標濃度に達する前に、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が下限限界液量に達してしまい運転を続けることができなくなる場合がある。

そこで、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃにおいては、入力受付部４１が目標濃度指令を受け付けている場合、廃酸液処理運転中において、蒸留液Ｄが所望の濃度となるように、ポンプ制御部４８が廃酸液補充用ポンプＰ１の作動を制御する。具体的に、本実施形態においては、濃度算出部４３で算出される蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が目標濃度になるまで間、ポンプ制御部４８は、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が上限限界液量であると液量判定部４５で判定された場合、廃酸液補充用ポンプＰ１の作動を停止し、一方、分離対象成分の減少によって廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が減少した結果、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が下限限界液量であると判定された場合、廃酸液補充用ポンプＰ１の作動を開始する。

これにより、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄが所望の塩化水素濃度となるまで廃酸液処理運転を行うことができる。尚、廃酸液貯留槽１に供給すべき廃塩酸Ｓが外部タンク内にない場合、制御装置４０は廃酸液処理運転自体を一旦停止する。外部タンク内の廃塩酸Ｓの有無は、外部タンクに適宜センサを設ける、或いは、ユーザが外部タンク内を目視で確認するといった態様を示すことができ、制御装置４０は、外部タンクに設けられたセンサの検出結果や外部タンク内を確認したユーザによる操作盤５１への操作に基づいて、廃酸液処理運転を停止する。

また、蒸留液貯留槽２５内に貯留された蒸留液Ｄを排出する場合、電磁弁制御部４７及びポンプ制御部４８は、各ポンプＰ１，Ｐ２の作動状態及び各電磁弁Ｖ２，Ｖ４の開閉状態を制御する。即ち、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液量が上限限界液量に達すると、廃酸液補充用ポンプＰ１及び廃酸液供給用ポンプＰ２の作動が停止し、廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給や廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５への廃塩酸Ｓの供給が停止されるとともに、蒸留液供給用電磁弁Ｖ２が閉弁した状態且つ蒸留液排出用電磁弁Ｖ４が開弁した状態となり、蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５への蒸留液Ｄの供給が停止され、蒸留液排出路Ｌ５を通して蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄが外部へと排出される。尚、蒸留液Ｄの排出は、廃酸液処理運転中において、蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの液量が上限限界液量であると液量判定部４５で判定された場合や、ユーザが蒸留液Ｄを排出するための操作を操作盤５１に対して行った場合に行われる。

また、廃酸液貯留槽１内に貯留された廃塩酸Ｓを排出する場合、電磁弁制御部４７及びポンプ制御部４８は、各ポンプＰ１，Ｐ３の作動状態及び各電磁弁Ｖ１，Ｖ３の開閉状態を制御する。即ち、廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓが所定の濃縮倍率に達すると、廃酸液補充用ポンプＰ１及び蒸留液供給用ポンプＰ３の作動が停止し、廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給や蒸留液貯留槽２５から膜蒸留ユニット１５への蒸留液Ｄの供給が停止されるとともに、廃酸液供給用電磁弁Ｖ１が閉弁した状態且つ廃酸液排出用電磁弁Ｖ３が開弁した状態となり、廃酸液貯留槽１から膜蒸留ユニット１５への蒸留液Ｄの供給が停止され、廃酸液排出路Ｌ４を通して廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓが外部へと排出される。尚、廃塩酸Ｓの排出は、廃酸液処理運転を開始してからの廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの積算投入量と廃酸液用液面レベルセンサ２の検出結果とから廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓが所定の濃縮倍率（例えば、３倍程度）となった場合や、ユーザが廃塩酸Ｓを排出するための操作を操作盤５１に対して行った場合などに行われる。

記憶部４９は、濃度算出部４３での処理に用いられる相関関係や、液量算出部４４での処理に用いられる液面レベルと液量との対応関係、検出結果取得部４２で取得される各種検出結果などが記憶される機能部である。

次に、以上の構成を備えた廃酸液処理装置Ｃを用いて、少なくともＦｅイオンを含む廃塩酸を処理する一連のフローについて、図４を参照して説明する。尚、以下の説明において、蒸留液貯留槽２５には、蒸留液Ｄとしての水が予め貯留されているものとする。

まず、工程＃１０において、入力受付部４１が運転開始指令及び目標濃度指令を受け付けた場合には、工程＃１１へ移行し、運転開始指令及び目標温度指令を受け付けていない場合には、工程＃１０を繰り返す。

次に、工程＃１１において、電磁弁制御部４７が廃酸液供給用電磁弁Ｖ１、蒸留液供給用電磁弁Ｖ２、廃酸液排出用電磁弁Ｖ３及び蒸留液排出用電磁弁Ｖ４を閉弁した状態となるように、これら各電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の開閉状態を制御するとともに、ポンプ制御部４８が廃酸液補充用ポンプＰ１を作動させることで、外部タンクから廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給を開始し、工程＃１２へ移行する。

工程＃１２では、液量判定部４５が廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が上限限界液量に到達したか否かを判定し、到達した場合には工程＃１３に移行し、到達していない場合には工程＃１２を繰り返す。

工程＃１３において、ポンプ制御部４８が廃酸液補充用ポンプＰ１の作動を停止させることで、外部タンクから廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給を停止し、工程＃１４に移行する。

工程＃１４において、電磁弁制御部４７が廃酸液排出用電磁弁Ｖ３及び蒸留液排出用電磁弁Ｖ４を閉弁した状態且つ廃酸液供給用電磁弁Ｖ１及び蒸留液供給用電磁弁Ｖ２を開弁した状態となるように、これら各電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の開閉状態を制御するとともに、ポンプ制御部４８が廃酸液供給用ポンプＰ２及び蒸留液供給用ポンプＰ３を作動させることで、廃酸液処理運転を開始し、工程＃１５へ移行する。

工程＃１５では、液量判定部４５が廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が下限限界液量に到達したか否かを判定し、到達した場合には工程＃１６に移行し、到達していない場合には工程＃１９に移行する。

工程＃１６において、ポンプ制御部４８が廃酸液補充用ポンプＰ１を作動させることで、外部タンクから廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給を再開し、工程＃１７に移行する。

工程＃１７では、液量判定部４５が廃酸液貯留槽１内の廃塩酸Ｓの液量が上限限界液量に到達したか否かを判定し、到達した場合には工程＃１８に移行し、到達していない場合には工程＃１７を繰り返す。

工程＃１８において、ポンプ制御部４８が廃酸液補充用ポンプＰ１の作動を停止させることで、外部タンクから廃酸液貯留槽１への廃塩酸Ｓの供給を停止し、工程＃１９に移行する。

工程＃１９では、蒸留液用導電率センサ３１が蒸留液貯留槽２５内の蒸留液Ｄの導電率を検出し、検出結果取得部４２が蒸留液用導電率センサ３１から送信される検出結果を取得し、濃度算出部４３が蒸留液貯留槽２５内に貯留されている蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度を算出し、工程＃２０に移行する。

工程＃２０では、濃度判定部４６が濃度算出部４３で算出された蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が目標濃度に到達したか否かを判定し、到達した場合には工程＃２１に移行し、到達していない場合には工程＃１５に戻る。

工程＃２１では、ポンプ制御部４８が廃酸液供給用ポンプＰ２及び蒸留液供給用ポンプＰ３の作動が停止した状態となるように、これら各ポンプＰ２，Ｐ３の作動を制御することで、廃酸液処理運転を停止する。

このように、本実施形態に係る廃酸液処理装置Ｃによれば、膜蒸留法を利用することによって、Ｆｅイオンを含有する廃塩酸Ｓから水及び塩化水素を分離対象成分として分離し、廃塩酸Ｓを所望の濃縮倍率となるまで容易に濃縮でき、廃塩酸Ｓの廃棄量を減量化したり、濃縮した廃塩酸を回収して再利用したりできるだけでなく、蒸留液Ｄとして比較的不純物の混入が少ない塩酸を得ることができる。
また、蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度を基にして、廃酸液貯留槽１内に供給する廃塩酸Ｓの量を調整するようにしていることで、蒸留液Ｄ中の塩化水素濃度が所望の目標濃度となるまで廃酸液処理運転を行うことができ、所望の塩化水素濃度を有する蒸留液Ｄを得ることができる。

因みに、本願発明者は、予め１５０Ｌの水を蒸留液貯留槽に貯留した状態で、塩化水素濃度が１０．７～１１．４％（ｗ／ｖ）である廃塩酸（１Ｌ当たり１２９～１３９ｇに相当するＦｅイオンを含有）を、膜蒸留法によって合計９２６３．４Ｌ処理する実験を行ったところ、処理過程で適宜計測した廃酸液貯留槽内の廃塩酸の塩化水素濃度は、８．３～１０．９％（ｗ／ｖ）であり、含有するＦｅイオンの１Ｌ当たりの量は１５３～１７９ｇであった。また、最終的に塩化水素濃度が１２．５％（ｗ／ｖ）である２９００．４Ｌの蒸留液（塩酸）を得ることができた。更に、得られた塩酸中のＦｅイオンの１Ｌ当たりの量は２５ｇと非常に少なかった。
このように、本願発明者は、膜蒸留法によってＦｅイオンを含有する廃塩酸を処理することで、Ｆｅイオンの含有量が非常に少ない塩酸を回収でき、廃塩酸の減量化を図れることを実験的に確認している。

〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態においては、廃酸液として廃塩酸を処理する態様を示したが、処理対象となる廃酸液としては、硫酸水溶液又はリン酸水溶液の廃液であっても良い。本願発明者は、廃酸液として硫酸水溶液又はリン酸水溶液の廃液を膜蒸留法を用いて処理した場合に、これらの廃液から水を分離対象成分として分離することができ、廃液の減量化を図れることを実験的に確認している。

〔２〕上記実施形態においては、廃塩酸Ｓが廃酸液貯留槽１と膜蒸留ユニット１５との間で循環するとともに、蒸留液Ｄが蒸留液貯留槽２５と膜蒸留ユニット１５との間で循環するようにしているが、塩酸、硫酸水溶液、リン酸水溶液のうちのいずれか一種である廃酸液から分離対象成分を分離し、廃酸液の減量化を図るという観点からすれば、廃塩酸Ｓや蒸留液Ｄが循環しない構成を採用しても良い。

〔３〕上記実施形態においては、膜蒸留ユニット１５を２つ備えた構成としたが、これに限られるものではなく、膜蒸留ユニット１５の数は１つでも良いし、３つ以上でも良い。

〔４〕上記実施形態においては、蒸留液用導電率センサ３１の検出結果たる導電率を基にして、膜蒸留ユニット１５から蒸留液貯留槽２５へと供給される蒸留液Ｄ（蒸留液貯留槽２５内に貯留されている蒸留液Ｄに相当）中の塩化水素濃度を算出するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、蒸留液用導電率センサに代えてｐＨセンサを採用し、当該ｐＨセンサの検出結果たるｐＨを基にして、塩化水素濃度を算出するようにしても良い。

〔５〕上記実施形態（別実施形態を含む）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、廃酸液を処理する廃酸液処理装置及び廃酸液処理方法に利用できる。

１廃酸液貯留槽
２導電率センサ（導電率測定手段）
１０加熱部（加熱手段）
１５膜蒸留ユニット
２０廃酸流通部
２１冷媒流通部
２５蒸留液貯留槽
３１導電率センサ（濃度検出手段）
３５冷却部（冷却手段）
Ｐ１廃酸液補充用ポンプ（供給量調整手段）
Ｃ廃酸液処理装置
Ｄ蒸留液
Ｓ廃塩酸（廃酸液）

Claims

分離対象成分を含む廃酸液を処理する装置であって、
前記廃酸液が塩酸であり、
前記廃酸液が流通する廃酸流通部、冷媒が流通する冷媒流通部、及び前記廃酸流通部と前記冷媒流通部とを隔て、前記分離対象成分が透過可能な疎水性多孔質膜からなり、前記廃酸流通部から前記疎水性多孔質膜を透過した前記分離対象成分を前記冷媒流通部で凝縮して、前記廃酸液から前記分離対象成分を分離可能な膜蒸留ユニットと、
前記膜蒸留ユニットに供給される前記廃酸液が貯留され、前記廃酸流通部を流通した前記廃酸液が回収される廃酸液貯留槽と、
前記廃酸液貯留槽から前記膜蒸留ユニットに供給される前記廃酸液を加熱する加熱手段と、
分離した前記分離対象成分を含む蒸留液を貯留する蒸留液貯留槽と、
前記蒸留液貯留槽に貯留された前記分離対象成分を含む蒸留液を冷却して前記冷媒とする冷却手段と、
前記蒸留液貯留槽内の前記蒸留液中の塩化水素濃度を検出する濃度検出手段と、
前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量を調整する供給量調整手段と、を備え、
前記供給量調整手段は、前記濃度検出手段での検出結果を基に、前記廃酸液貯留槽への廃酸液の供給量を調整する廃酸液処理装置。
前記供給量調整手段は、前記濃度検出手段で検出される前記塩化水素濃度が１１％～１３％の範囲内となるように、前記廃酸液の供給量を調整する請求項１に記載の廃酸液処理装置。
分離対象成分を含む廃酸液を処理する方法であって、
前記廃酸液が塩酸であり、
廃酸流通部と冷媒流通部とが前記分離対象成分を透過可能な疎水性多孔質膜で隔てられた構成を備える膜蒸留ユニットの前記廃酸流通部に前記廃酸液を流通させるとともに、前記冷媒流通部に冷媒を流通させ、前記廃酸流通部から前記疎水性多孔質膜を透過した前記分離対象成分を前記冷媒流通部で凝縮させて、前記廃酸液から前記分離対象成分を分離し、
前記廃酸液が貯留された廃酸液貯留槽から前記廃酸流通部に加熱した前記廃酸液を流通させるとともに、前記廃酸流通部を流通した前記廃酸液を前記廃酸液貯留槽に回収し、
前記廃酸液から分離した前記分離対象成分を含む蒸留液を蒸留液貯留槽に回収して、当該回収した前記分離対象成分を含む蒸留液を冷却して前記冷媒として前記冷媒流通部に流通させ、
前記蒸留液貯留槽内の前記蒸留液中の塩化水素濃度を検出し、当該検出した塩化水素濃度を基に、前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量を調整する廃酸液処理方法。
前記廃酸液貯留槽への前記廃酸液の供給量は、検出される前記塩化水素濃度が１１％～１３％の範囲内となるように調整する請求項３に記載の廃酸液処理方法。