JPH0380994A - 排液濃縮装置とそれに用いる濃縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子工業、医療品工業、メツキ工業等、各種
産業分野の排液処理に用いられる排液濃縮装置とそれに
用いる濃縮器とに関する。

〔従来の技術〕

排液濃縮技術としては次のものが知られている。

その１つは、排液を常圧下又は減低下で加熱蒸発して排
液を濃縮するものである。

他の１つは、イオン交換膜を用いた電気透析により排液
中の水を分離して排液を濃縮するものである。

残る１つは、逆浸透膜を用いて脱塩水を分離することで
排液を濃縮するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来技術によるときは次のような欠点
があった。

加熱蒸発による濃縮技術では、排液の加熱が不均一であ
ると、スケールが生じ、メンテナンスが頻繁に必要とな
る。しかし、だからといって、排液を循環させるポンプ
等を設けて排液温度の均一化を図ると、ポンプ等の付帯
設備が必要で、設備費の高騰を招来する。特に減圧下で
加熱蒸発するものでは、加熱容器として耐圧構造の大掛
かりなものが必要であることと、防蝕面から加熱容器の
材料としてステンレス等の高価なものが必要であること
との相乗によって、より高価なものとなる。

電気透析による濃縮技術では、排液中から水を脱塩無害
水として分離する際の電気抵抗の増大に伴って電力消費
量が著しく増加し、そのため、処理コストが高く付く。

逆浸透膜−による濃縮技術では、排液の塩類等の濃度が
高いほど、つまり、排液が濃縮されるほど、スケールの
析出や膜の閉塞等の不良が早期に生じて膜洗浄等のメン
テナンスが頻繁に必要となり、かつ、ポンプ圧力の高圧
化、つまり、ポンプの大型化を招来し、ランニングコス
トおよびイニシャルコストが高く付く。

本発明の目的は、上述の欠点を一掃できる排液濃縮装置
とそれに有用な濃縮器とを提供する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による排液濃縮装置の特徴構成は、第１と第２の
２つの室に内部が仕切られた濃縮器を設け、その濃縮器
の第１の室に排液を供給するための排液供給路を設け、
前記濃縮器の仕切りに、両室の温度差に相当する水蒸気
分圧差により高温側から低温側に水蒸気のみを選択的に
透過するための透過膜を設け、前記濃縮器の第２の室内
よりも前記第１の室内の排液を高温にする温度調整手段
を設け、前記第１の室から排液を取出して前記排液供給
路に合流させるための排液循環用流路を設けてある点に
ある。

前記排液供給路がタンク内の排液を供給するものであり
、前記排液循環用流路が前記タンク内に排液を合流させ
るものであることが好ましい。

本発明による濃縮器の特徴構成は、排液の入口及び出口
を備えた第１の室と、凝縮液の取出口を備えた第２の室
と、排液の入口及び出口を備えた第３の室とを、第１及
び第３の室が第２の室に隣合う配置状態に形成し、前記
第１の室と第２の室の仕切りとして両室の温度差に相当
する水蒸気分圧差により高温側から低温側に水蒸気のみ
を選択的に透過するための透過膜を設け、前記第２の室
と第３の室との仕切りとして、伝熱板を設けてある点に
ある。

前記伝熱板が耐蝕性金属箔であることが好ましい。

前記第１、第２、第３の室内部々での液流を均一化する
ための液流制御手段を設けてあることが好ましい。

〔作　用〕

上記排液濃縮装置によれば、排液は、排液供給路、濃縮
器の第１の室、排液循環用流路、排液供給路とその記載
順に循環することになる。

そして、前記濃縮器の第１の室と第２の室との仕切りに
は前述した透過膜を設けてあり、かつ、第１の室内の排
液の温度は温度調整手段により第２の室よりも高温にな
っているため、濃縮器においては、排液の温度と第２の
室の温度との差に相当する水蒸気分圧差により排液中の
水のみが水蒸気として透過膜を透過して第２の室に至り
、排液が濃縮される。

以上の結果、排液は、その循環において濃縮器の第１の
室に供給される都度、濃縮作用を繰返して受け、次第に
塩類の晶析限界まで濃縮される。

そして、排液を循環、つまり、流動させながら濃縮する
ため、透過膜のスケール発生が長期間にわたって抑制さ
れる。しかも、排液の循環としては、その循環により排
液の温度の均一化を図るほどに強力な作用が不要で、ま
た、高圧に排液を加圧する必要もないため、排液循環の
ためのポンプが小型のもので済む。

特に、タンクを設けて、排液をそのタンクと濃縮器との
間で循環させる場合には、排液をバッチ式に濃縮処理で
き、排液濃縮を安定して行える。

本発明の濃縮器によれば、第３の室の出口に第１の室の
入口を接続し、第３の室から第１の室に排液を供給する
ようにすることにより、第１の室から第２の室への透過
膜を通しての蒸気透過に伴って第１の室から持ち出され
た温熱を、第３の室内の排液による伝熱板を介する第２
の室の冷却作用で回収できるため、第１の室内の排液を
第２の室内よりも高温にする上で必要となる加熱量を低
減できる。

特に、伝熱板として、チタンやステンレススチール等の
耐蝕性金属箔を設ける場合には、耐久性に勝れながらも
製作容易である。詳述すれば、伝熱板には、酸やアルカ
リ等を含む排液と接触するため、耐蝕性が要求される。

そこで、伝熱板として、四ふっ化エチレン樹脂膜とアル
ミニウム板とを重ね合せたものを考えたが、これによる
ときは、四ふっ化エチレン樹脂膜の接着に適した接着剤
がないため、濃縮器のケースに伝熱板を取付ける手段と
して、その伝熱板の周囲をケースに接着材で保持すると
いった製作性の良い手段を採用することができない。こ
れに対し、チタンやステンレススチール等の金属を接着
するに適した接着剤は多々あり、接着による容易な製作
手段を採用できるのである。

更に、各室の夫々に液流制御手段を設けた場合には、透
過膜のうち第１の室に面する側の膜面全域に排液を停滞
させることなく円滑に接触流動させて、膜面の全域に高
温の排液を常に接触させることができる一方、伝熱板の
うち第２の室に面する側の板面全域の凝縮液を遅滞なく
円滑・迅速に排出させ、かつ、伝熱板の第３の室に面す
る側の板面全域に排液を停滞させることなく円滑に接触
流動させて、板面の全域に低温の排液を常に接触させる
ことで第２の室内を効率良く低温に維持できる。その結
果、第１の室内の排液と第２の室内との温度差を安定さ
せて、第１の室から第２の室への透過膜を通しての透過
を良好に維持できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、長期間にわたって透過膜でのス
ケール発生がないことにより、効率の良い濃縮を行える
とともに、透過膜に対するメンテナンスの回数が少なく
て済み、しかも、排液循環用のポンプが小型のもので済
むことにより、イニシャルコスト、ランニングコストの
両面で安価に実施できる。特に、請求項２のようにすれ
ば、排液濃縮をバッチ式に安定して行うことができる。

また、請求項３のようにすれば、排液濃縮を熱効率良く
行うことができ、請求項４のようにすれば、コストダウ
ンを図ることができ、請求項５のようにすれば、排液濃
縮の能率を向上できる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示す。

図に示すように、排水回収設備は、排水回収装置と排液
濃縮装置とから成る。

前記排水回収装置は、ポンプ（１）により、空気抜き（
２ａ）付きの原水タンク（２）中の排水を、活性炭吸着
塔（３）・陽イオン交換槽（４）・陰イオン交換槽（５
）とその記載順に流して空気抜き（６ａ）付きの回収タ
ンク（６）に回収するイオン交換式のものであり、前記
陽イオン交換槽（４〉及び陰イオン交換槽（５〉夫々の
イオン交換体を再生するための再生装置（７）、（８）
を備えている。

なお、前記回収タンク（６）には、ポンプ（９）付きの
回収水取出路（ｌＯ）が接続されている。

前記排液濃縮装置は、前記陽イオン交換槽（４）及び陰
イオン交換槽（５）から排出される再生排液を対象とす
るものである。そして、少なくとも１回の再生によって
生じた前記再生排液を受は入れ得る容量の排液タンク（
１１）と、濃縮器（１２）と、前記排液タンク（１１）
内の再生排液を濃縮器（１２）に供給する排液供給路（
１３）と、温度調整手段と、排液循環用流路（１４）と
から成る。

前記排液タンク（１１）には、濃縮排液の取出路（１５
〉を接続しである。

前記濃縮器（１２）は、排液の入口及び出口を備えた第
１の室（１２ａ）と、凝縮液の取出口を備えた第２の室
（１２ｂ）と、排液の入口及び出口を備えた第３の室（
１２ｃ）とを、第１及び第３の室（１２ａ）、　（１２
ｃ）が第２の室（１２ｂ）に隣合う配置状態でケース（
Ｃ）内に形成し、第１の室（１２ａ）と中央の室（１２
ｂ）との仕切りを、両室（１２ａ）、　（１２ｂ）の温
度差に相当する水蒸気分圧差により高温側から低温側に
水蒸気のみを選択的に透過するための透過膜（１２Ａ）
で構成し、前記第２の室（１２ｂ）と第３の室（１２ｃ
）との仕切りを伝熱板（１２Ｂ）から構成したものであ
る。前記伝熱板（１２Ｂ）は、耐蝕性金属（チタンやス
テンレススチール）箔である。

更に詳述すると、第２図に示すように、２枚の透過膜（
１２Ａ）と２枚の伝熱板（１２Ｂ）とを透過膜（１２Ａ
）同士および伝熱板（１２Ｂ）同士が隣合う状態に重ね
た積層物を縦軸芯周りの渦巻状に配置して、隣合う透過
膜（１２Ａ）の間を第１の室（１２ａ）に構成し、隣合
う透過膜（１２Ａ）と伝熱板（１２Ｂ）との間を第２の
室（１２ｂ）に構成し、隣合う伝熱板（１２Ｂ）の間を
第３の室（１２ｃ）に構成したものである。従って、第
１の室（１２ａ）の両側には第２の室（１２ｂ）が位置
し、第２の室（１２ｂ）の第１の室（１２ａ）とは反対
側には第３の室（１２ｃ）が位置し、第３の室（１２ｃ
）の両側には第２の室（１２ｂ）が位置することになる
。そして、前記第１の室（１２ａ）内には、透過膜（１
２Ａ）同士の間隔を保持してその第１の室（１２ａ）内
での流液を均一化するスペーサ（１２Ｃ）が配設されて
おり、第２の室（１２ｂ）内には、透過膜（１２Ａ）と
伝熱板（１２Ｂ）との間隔を保持してその第２の室（１
２ｂ）内での液流を均一化するスペーサ（１２ｃ）が配
設されており、第３の室（１２ｃ）内にも、伝熱板（１
２Ｂ）同士の間隔を保持してその第３の室（１２ｃ）内
での液流を均一化するスペーサ（１２Ｃ）が配設されて
いる。前記透過膜（１２Ａ）および伝熱板（１２Ｂ）は
、それらの上下両辺でケース（Ｃ）の底板と天板とに接
着固定されている。

また、前記第１の室（１２ａ）の渦巻方向で中心側の端
部には、前記入口を形成する縦向き姿勢の供給パイプ（
Ｐａｓ）が挿入されており、外側の端部には、前記出口
を形成する縦向き姿勢の取出パイプ（Ｐａｔ　）が挿入
されている。前記第２の室（１２ｂ）の渦巻方向で外側
の端部には、前記取出口を形成する縦向き姿勢でのパイ
プ（Ｐｂ）が挿入されている。前記第３の室（１２ｃ）
の渦巻方向の外側の端部には、前記入口を形成する縦向
き姿勢の供給パイプ（Ｐｅｔ）が挿入されており、中心
側の端部には、前記出口を形成する縦向き姿勢の取出パ
イプ（ＰＣりが挿入されている。従って、第１の室（１
２ａ）内では、中心側から外側に向かって渦巻状に排液
が流れ、第３の室（１２ｃ）内では、外側から中心側に
向かって渦巻状に排液が流れる。

前記排液供給路（１３）は、前記排液回収装置の回収タ
ンク（６）からポンプ（１６）を介して取出した回収水
を冷却水として排液を冷却する冷却用の熱交換器（１７
）に前記排液タンク（１１）内の排液を供給する第１供
給路（１３ａ）と、前記熱交換器（１７）から前記濃縮
器（１２）の第３の室（１２ｃ）に冷却排液を供給する
第２供給路（１３ｂ）と、加熱用流体（ａ）で排液を加
熱するための加熱用の熱交換器（１８）に前記第３の室
（１２ｃ）から排液を供給する第３供給路（１３ｃ）と
、前記加熱用の熱交換器（１８）から前記濃縮器（１２
）の第１の室（１２ａ）に加熱排液を供給する第４供給
路（１３ｄ）とから成る。

前記温度調整手段は、前記濃縮器（１２）の第２の室＜
１２ｂ）内よりも第１の室（１２ａ）内の排液を高温に
するための手段であって、前記２つの熱交換器（１７）
、　（１８）と前記濃縮器（１２）の伝熱板（１２Ｂ）
とから構成されている。つまり、冷却用の熱交換器（１
７）からの冷却排液を冷却用流体として第２の室（１２
ｂ）を冷却し、かつ、加熱用の熱交換器（１８）で第１
の室（１２ａ）に供給する排液を加熱することにより、
温度差を作るものである。

もって、前記濃縮器（１２）は、第１の室（１２ａ）内
の加熱排液中の水を水蒸気として透過膜（１２Ａ）を透
過させることにより、その排液を濃縮する一方、透過膜
（１２Ａ）を透過して第２の室（１２ｂ）に入った水蒸
気を冷却することにより、凝縮するように構成されてい
る。

前記排液供給路（１３）のうち第２供給路（１３ｂ）お
よび第４供給路（１３ｄ）には、排液の温度を検出する
温度センサ（Ｔｔ）−（Ｔｔ）が取付けられており、第
２供給路（１３ｂ）の温度センサ（Ｔ１）は、冷却用の
熱交換器（１７）で排液を設定冷却温度に冷却するため
の制御用の入力温度情報を出力し、第４供給路（１３ｄ
）の温度センサ（Ｔｔ）は、加熱用の熱交換器（１８）
で排液を設定加熱温度に加熱するための制御用の入力温
度情報を出力するものである。

前記排液循環用流路（１４）は、前記濃縮器（１２）の
第１の室（１２ａ）から濃縮排液を取出して前記排液タ
ンク（２）に戻すものである。この排液循環用流路（１
４）には、排液の濃度を導電気率等を用いて検出する濃
度センサ（Ｓ）が取付けられている。

もって、排液濃縮装置は、排液タンク（１１）と濃縮器
（１２）の第１の室（１２ａ）との間で排液を循環させ
ることにより、排液の濃縮度を次第に高めるように構成
されている。

前記排液を循環させるためのポンプ（１９）は、前記排
液供給路（１３）の第１供給路（１３ａ）に設けられて
おり、前記濃縮器（１２）の第２の室（１２ｂ）には、
凝縮水を取出して前記排水回収装置の原水タンク（２）
に供給する流路（２０）が接続されている。

前記排液のうち、前記排液循環用流路（１４）の濃縮排
液は、排水タンク（１１）に供給される再生排液よりも
通常、５〜１０℃高温であり、それらが排水タンク（１
１）内で混ざることにより、排液供給路（１３）におけ
る第１供給路（１３ａ）の混合排液は、前記再生排液よ
りも高温である。

また、前記冷却用の熱交換器（１７）は、前記第２供給
路（１３ｂ）の排液を前記再生排液よりも低温にしない
状態で冷却するものである。つまり、加熱用の熱交換器
（１８）での加熱エネルギーが少なくて済むように構成
されている。

次に、排水回収設備の運転について説明する。

先ず、排水回収装置を設定時間運転し、排水中の純水を
回収する。

排水回収装置を設定時間運転したのち、再生装置（７）
、　（８）を運転して、イオン交換体を再生する。

そして、１回の再生排液を受は入れる毎、排液濃縮装置
を排液濃度が設定濃度になるまで運転し、排液濃度が設
定濃度になると、排液タンク（１１）、排液供給路（１
３）、循環用流路（１４）からなる循環路内の濃縮排液
を排出し、排水回収装置からの再生排液の排出に備える
。つまり、バッチ式に再生排液を濃縮する。

上記の実施例によれば、凝縮水を取出して原水タンク（
２）に流路（２０）を介して戻すようにしであるため、
濃縮器（１２）として、透過膜（１２Ａ）の孔径が大き
くてキャリーオーバーを多少生じるものであっても良く
、そのため、第１の室（１２ａ）から第２の室（１２ｂ
）への単位時間当たりの透過量を多くでき、濃縮を効率
良く行うことができる。

Ｃ別実施例〕 以下に本発明の別実施例を示す。

［１］上記実施例では、排水回収設備における排液濃縮
への適用を示したが、本発明の排液濃縮装置は、電子工
業、医療品工業、メツキ工業等の各種産業分野の排液濃
縮に適用できる。

［２］上記実施例では、混合排液の冷却手段として、排
水回収装置における回収水を冷却源とするものを示した
が、冷却手段としては、どのようなものであっても良く
、又、なくても良い。

［３］上記実施例では、第１の室（１２ａ）と第２の室
（１２ｂ）との仕切りの全体を透過膜（１２Ａ）とした
が、透過膜（１２Ａ）は、仕切りに部分的に設けても良
い。

［４］前記第１の室（１２ａ）を加圧し、第２の室（１
２ｂ）を減圧するといったように画室（１２ａ）。

（１２ｂ）間に圧力差を発生させて実施しても良い。

［５］第３図に示すように、濃縮器（１２）の複数を並
列接続し、それらに冷却排液、加熱排液を選択供給する
と共に凝縮液を選択的に取出すためのバルブ（ｖ＋）、
　（Ｖ２）、　（Ｖ３）群を設けて実施しても良い。こ
の場合、濃縮器（１２）の使用数を調整することにより
、排液量の増減に対応できると共に、濃縮器（１２）を
順に使用することにより、濃縮と濃縮器（１２）に対す
るメンテナンスとを同時に行うことができる。なお、冷
却用の熱交換器（１７）は、循環用流路（１４）に介装
しである。

［６］上記実施例では、濃縮器（１２）して、第１、第
２、第３の室（１２ａ）、　（１２ｅ）、　（１２ｄ）
を渦巻状に配置した構造のものを示したが、濃縮器（１
２）としては、第４図（イ）に示すように、第１の室（
１２ａ）の両側夫々に第２の室（１２ｂ）を配置し、第
２の室（１２ｂ）を挟んで第１の室（１２ａ）に対向す
る箇所夫々に第３の室（１２ｃ）を配置したものや、第
４図（ロ）に示すように、前記配置パターンのものの複
数個を隣合うものの間で第３の室（１２ｃ）を共有する
状態に派し位置したものであっても良い。また、第５図
（イ）、（［１）に示すように、前記の配置パターンに
おいて第１の室（１２ａ）と第３の室（１２ｃ）とを入
れ替えたものであっても良い。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す処理系統図と要
部の断面図であり、第３図乃至第５図は発明の別実施例
を示し、第３図は処理系統図、第４図（イ）、（ロ）、
第５図（イ）、（ロ）は要部の概略構成図である。 （１２ａ）、　（１２ｂ）＝、−、、、室、（１２）・
・−・−濃縮器、（１３）・・・・・・排液供給路、（
１２Ａ）・・・・・・浸透膜、（１２Ｂ）・・・・・・
伝熱板、（１４）・・・・・・排液循環用流路。 ［７］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１と第２の２つの室（１２ａ）、（１２ｂ）に内
   部が仕切られた濃縮器（１２）を設け、その濃縮器（１
   ２）の第１の室（１２ａ）に排液を供給するための排液
   供給路（１３）を設け、前記濃縮器（１２）の仕切りに
   、両室（１２ａ）、（１２ｂ）の温度差に相当する水蒸
   気分圧差により高温側から低温側に水蒸気のみを選択的
   に透過するための透過膜（１２Ａ）を設け、前記濃縮器
   （１２）の第２の室（１２ｂ）内よりも前記第１の室（
   １２ａ）内の排液を高温にする温度調整手段を設け、前
   記第１の室（１２ａ）から排液を取出して前記排液供給
   路（１３）に合流させるための排液循環用流路（１４）
   を設けてある排液濃縮装置。 ２、前記排液供給路（１３）がタンク（１１）内の排液
   を供給するものであり、前記排液循環用流路（１４）が
   前記タンク（１１）内に排液を合流させるものである請
   求項１記載の排液濃縮装置。 ３、請求項１又は２に記載した排液濃縮装置に用いる濃
   縮器であって、排液の入口及び出口を備えた第１の室（
   １２ａ）と、凝縮液の取出口を備えた第２の室（１２ｂ
   ）と、排液の入口及び出口を備えた第３の室（１２ｃ）
   とを、第１及び第３の室（１２ａ）、（１２ｃ）が第２
   の室（１２ｂ）に隣合う配置状態に形成し、前記第１の
   室（１２ａ）と第２の室（１２ｂ）の仕切りとして両室
   （１２ａ）、（１２ｂ）の温度差に相当する水蒸気分圧
   差により高温側から低温側に水蒸気のみを選択的に透過
   するための透過膜（１２Ａ）を設け、前記第２の室（１
   ２ｂ）と第３の室（１２ｃ）との仕切りとして、伝熱板
   （１２Ｂ）を設けてある濃縮器。 ４、前記伝熱板（１２Ｂ）が耐蝕性金属箔である請求項
   ３記載の濃縮器。 ５、前記第１、第２、第３の室（１２ａ）、（１２ｂ）
   、（１２ｃ）内夫々での液流を均一化するための液流制
   御手段を設けてある請求項３又は４に記載の濃縮器。