CN113646077A

CN113646077A - 水处理***

Info

Publication number: CN113646077A
Application number: CN202080025218.6A
Authority: CN
Inventors: 馆山佐梦; 河野大树
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Dongyang Textile Mc Co ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-11-12
Also published as: TW202043160A; WO2020203779A1; KR20210134922A; JP7484895B2; JPWO2020203779A1

Abstract

本发明为一种水处理***，其具有水处理装置、将上述冷凝水作为浓缩水排出***外的排出管线、将上述冷凝水作为循环水循环返送回上述待处理水的循环管线，以及将上述冷凝水分配作为上述浓缩水排出或作为上述循环水循环的分配调整单元；该水处理装置具有能够交替执行将含有有机化合物的待处理水流通至吸附元件吸附有机化合物的吸附处理，和使水蒸气流通至上述吸附元件使被吸附的有机化合物脱附并作为脱附气体排出的脱附处理的处理槽，及将上述脱附气体冷凝成冷凝水排出的冷凝单元。

Description

水处理***

技术领域

本发明涉及一种从含有有机化合物的水(以下称为待处理水)中去除有机化合物来净化该待处理水的同时，将含有从待处理水中去除的有机化合物的浓缩水高浓缩化的***。

背景技术

以往，从工厂、研究设施等中排出的待处理水中含有有害性质的有机化合物，故不能直接将其排出至下水道等。因此，一直使用有除去待处理水中含有的有机化合物并排出净化后的处理水的水处理装置。

像这样的水处理装置，广泛地使用了具有活性炭等吸附元件的吸附装置。例如，专利文献1、专利文献2以及专利文献3中所述的水处理装置，其具有净化待处理水的吸附元件，通过将待处理水流通至吸附元件，使待处理水中的有机化合物被吸附元件吸附去除，进而作为净化后的水(以下称为处理水)排出。其后向吸附了有机化合物的吸附元件通入水蒸气，使吸附元件吸附的有机化合物脱附，作为含有机化合物的气体(以下称为脱附气体)排出。将脱附气体导入冷凝器，进行冷却、冷凝，最后作为有机化合物的浓缩水(以下称为浓缩水)排出。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本国公开专利公报“特开2014－217833”

[专利文献2]日本国公开专利公报“特开2014－217832”

[专利文献3]日本国公开专利公报“特开2015－42396”

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述浓缩水在废弃时，需要委托工业废弃物公司进行废弃处理或者进行燃烧等后处理之类的二次处理。由于浓缩水的量与二次处理的成本直接相关，因此需求浓缩水的减量即高浓缩化。此外，对于有高附加价值的有机溶剂，希望能够高浓缩回收至可再利用的浓度。

本发明是以相关现有技术的问题为背景成立的。即，本发明的目的在于，提供一种优异地将含有机化合物的浓缩水高浓缩化的水处理***。

解决问题的技术手段

本发明者通过深刻的研究，结果发现，根据以下所示的设计，解决了上述问题，达成了本发明。即，本发明具有以下的组成。

1.一种水处理***，其是在具有水处理装置和将后述冷凝水作为浓缩水排出***外的排出管线的上述水处理***中，进一步具有：将上述冷凝水作为循环水循环返送回上述待处理水的循环管线，和将上述冷凝水分配作为上述冷凝水排出或作为上述循环水返送回上述待处理水的分配调整单元；上述水处理装置具有能够交替执行将含有有机化合物的待处理水流通至吸附元件吸附有机化合物的吸附处理，和使水蒸气流通至上述吸附元件使被吸附的有机化合物脱附并作为脱附气体排出的脱附处理的处理槽，以及将上述脱附气体冷凝成冷凝水排出的冷凝单元。

2.对于1所述的水处理***，其中，上述分配调整单元进行如下调整：将上述冷凝水的一部分作为上述浓缩水排出，将剩余的上述冷凝水作为上述循环水返送回上述待处理水。

3.对于1或2所述的水处理***，其中，在上述冷凝水通过上述冷凝单元排出的排出管线中，或在将上述处理水导入到上述处理槽中的导入管线中，具有测定有机化合物浓度的测定单元；当上述测定单元所测定的有机化合物浓度为规定值时，上述分配调整单元变更上述循环水和上述浓缩水的比率。

4.对于1～3任意一项所述的水处理***，其具有2个以上的上述处理槽，在至少1个处理槽实施上述吸附处理期间，另外至少1个处理槽实施上述脱附处理。

5.对于1～4任意一项所述的水处理***，其中，上述吸附元件含有活性炭、活性碳纤维或沸石中的至少1种。

6.对于1～4任意一项所述的水处理***，其中，上述吸附元件含有BET比表面积为700～2500m²/g、细孔容积为0.4～0.9cm³/g、平均细孔径为

的活性碳纤维。

7.对于1～6任意一项所述的水处理***，其具有：将通过上述吸附处理附着在上述吸附元件上的水除去，并作为去除水排出的脱水单元。

8.对于7所述的水处理***，其具有：将上述去除水再度供应给上述水处理装置的再供给管线。

发明效果

根据本发明，含有有机化合物的浓缩水的高浓缩化成为可能。由此，可以缩减浓缩水的二次处理的成本。此外，对于高附加价值的有机溶剂，能够高浓缩到可再利用的浓度并回收。

附图说明

[图1]本发明的一例实施方式相关的水处理***的结构图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，参照图1进行详细的说明。

图1为本实施方式的水处理***1的结构图。水处理***1为，具有水处理装置100和配管线路L1～L7，从导入的待处理水中除去有机化合物，排出净化后的处理水，将含有有机溶剂的浓缩水高浓度排出的***。

水处理装置100是一种从待处理水中吸附、除去有机化合物，将净化后的处理水排出的装置，具有收纳了吸附元件120的处理槽130。处理槽130可以是一个或多个。图1中，显示了2个处理槽130的情况，以此进行说明，一侧的处理槽130为执行吸附处理的吸附槽，另一侧的处理槽130则执行脱附处理的脱附槽的功能。执行吸附槽功能的处理槽130，将待处理水供应至吸附元件120时，待处理水中所含的有机化合物会被吸附，并作为处理水排出。由此，除去待处理水中的有机化合物。执行脱附槽功能的处理槽130，将水蒸气供应至吸附材时，所吸附的有机化合物会发生脱附，并作为脱附气体排出。由此，吸附材120得以再生。对于各处理槽130，构成为吸附槽与脱附槽能按时间交替切换。

将被排出的脱附气体(有机化合物以及水蒸气)导入冷凝器(冷凝单元)140进行冷却冷凝，并作为冷凝水排出。一般作为吸附材的性质，吸附材的有机化合物的吸附量具有浓度相关性，有机化合物的浓度越高，吸附材的有机化合物吸附量就会越大。此处本实施方式的水处理***1，利用了这一性质，将冷凝水作为循环水再度循环回待处理水，通过提高待处理水中的有机化合物的浓度，来增加吸附元件的有机化合物吸附量，通过将其脱附，排出到***外的作为冷凝水的浓缩水得以高浓度化。

以下将就各结构进行详细的说明。

(吸附元件)

吸附元件120是由含有吸附有机化合物的吸附材所构成。吸附元件120优选含有：活性炭、活性碳纤维或者沸石中的至少一种吸附材。作为吸附材，可以使用粒状、纤维状、蜂窝状等的活性炭、沸石，其中优选为活性碳纤维。由于活性碳纤维具有表面带微孔的纤维状构造，与水的接触率高，特别对于水中的有机化合物的吸附速度加快，与其他吸附材相比是一种能够实现极高吸附效率的材料。

对于可作为吸附元件120使用的活性碳纤维的物理性质，没有特别的限定，优选BET比表面积为700～2500m²/g、细孔容积为0.4～0.9cm³/g、平均细孔径为

这是由于，BET比表面积为700m²/g以上、细孔容积为0.4m³/g以上、平均细孔径为

以上时，容易提高有机化合物的吸附量。此外，当BET比表面积小于2500m²/g、细孔容积小于0.9m³/g、平均细孔径小于

时，可以容易地提高分子量小的物质等的吸附能力、提升强度、降低材料成本材料，是优选的。

(水处理装置)

水处理装置100具有：2个收纳了吸附元件120的处理槽130，以及冷凝器140。

待处理水从配管线路L1导入到执行吸附槽功能的处理槽130，向该处理槽130中填充的吸附元件120中通液。

吸附元件120中通入待处理水后，待处理水中所含的有机化合物会被吸附元件120吸附，待处理水将作为净化后的处理水由配管线路L2中排出。

水处理装置100中，通过将从配管线路L3导入的水蒸气导入执行脱附槽功能的处理槽130的吸附元件120中，使吸附元件120所吸附的有机化合物脱附。脱附气体通过配管线路L4，导入冷凝器140，被冷却冷凝，作为冷凝水从配管线路L5排出。

从冷凝器140排出的冷凝水，通过阀门(分配调整单元)200，导入配管线路L6或配管线路L7中的任意一个。

配管线路L6为将冷凝水作为循环水送回至待处理水的循环管线，配管线路L7为将冷凝水作为浓缩水排出***外的***外管线。阀门200对将冷凝水作为循环的循环水，还是将冷凝水作为排出***外的浓缩水进行分配。

水处理***1通过阀门200的控制，可以配置为：将冷凝水的一部分作为浓缩水排出，剩余的冷凝水作为循环水循环至待处理水的构造。或者，可以配置为：将吸附处理、脱附处理、冷凝处理、循环水的循环以及浓缩水的排出处理作为1个循环，在规定的循环数之前，使全部的冷凝水作为循环水循环，当超过规定的循环数时，将冷凝水的一部分作为浓缩水排出，将剩余的冷凝水作为循环水向待处理水循环，或者，当超过规定的循环数时，将全部的冷凝水作为浓缩水排出到***外。或者，也可以分阶段减少循环水来增加浓缩水。

水处理***1可以具有图中未显示的测定冷凝水或处理水中的有机化合物浓度的测定器(测定单元)。然后，在测定器所测定的有机化合物浓度为规定值时，通过阀门200的控制，分配冷凝水作为循环水循环或是作为浓缩水排出。

此外，对于阀门200的控制，可以是手动或自动。

由此，通过水处理***1，使含有有机化合物的浓缩水的高浓缩化成为可能。由此浓缩水的二次处理成本能够被缩减。另外，对于有高附加价值的有机溶剂，可以高浓缩回收至可再利用的浓度。另外，通过水处理***1，即使是处理高浓度的待处理水的情况下，也不会增加除去有机化合物所需的吸附元件的量，可以净化。

对于水处理***1没有特别的限定，可以为具有储存待处理水用的储罐以及泵，通过泵将待处理水从待处理水储罐通过配管线路L1供应至处理槽130的结构。

水处理装置100优选为处理槽130由吸附槽切换为脱附槽时，除去吸附元件120上附着的水分(脱水)作为去除水排出后，再开始通过水蒸气进行脱附的结构。这是因为通过在脱附前去除因吸附处理而附着在吸附元件120上的附着水后进行脱附处理的话，能够提高脱附效率。付着水的除去手段可以使用重力脱水、用空气、水蒸气、氮气、非活性气体等气体进行高速吹扫净化；使用真空泵等进行抽吸等手段，但优选利用水蒸气进行高速吹扫净化。由此得以脱水效率高、装置流路结构简单。

另外，优选将去除水再度供应至水处理装置100的结构。这是因为不需要另外处理去除水。此时，结构构成为去除水不通过冷凝器140而返送回水处理装置100。(图未示)。

作为本实施方式的水处理***1的处理对象的待处理水中所含的有机化合物，没有特别的限定，可以例举：甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛等醛类；甲基乙基酮、2,3-丁二酮、甲基异丁基酮、丙酮等酮类；1,4-二恶烷、2-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等酯类；乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇等醇类；乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇等二醇类；乙酸、丙酸等有机酸；酚类；甲苯、二甲苯、环己烷等芳香族有机化合物；二***、烯丙基缩水甘油醚等醚类；丙烯腈等腈类；二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、三氯乙烯、表氯醇等氯有机化合物；N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺的有机化合物等。待处理水中，可以含有这些中的1种或多种。

[实施例]

对于上述实施方式中所述的本发明相关的水处理***的详细，将进一步使用以下的实施例进行说明。但本发明不仅限于以下的实施例。首先，将就后述实施例的特性的评价方法进行说明。

(总酸性基团量)

表面酸性基团量根据Boehm滴定法进行测定。相对于约1g的活性炭样品加入60ml的0.01mol/L的氢氧化钠水溶液，25℃下浸渍约2小时。取25ml通过玻璃过滤器分离活性炭样品和溶液后的滤液。在滤液中加入适量的酚酞溶液作为指示剂，边搅拌边滴入0.01mol/L的盐酸，滴定中和时的残留碱量，根据以下的公式计算出总酸性基团量。

总酸性基团量(meq/g)＝(D×50×K)/(W×25)

D：吸附碱量(ml)

K：盐酸浓度(mol/L)

W：活性炭样品

(BET比表面积)

BET比表面积是在液氮的沸点(-195.8℃)环境下，在相对压力在0.0～0.15的范围内上升时测量若干点的样品的氮气吸附量，根据BET点计算样品单位质量的表面积(m²/g)。

(细孔容积)

细孔容积是根据相对压力为0.95时氮气的气体吸附法进行测定的。

(平均细孔径)

平均细孔径根据以下公式计算。

dp＝40000Vp/S(其中，dp：平均细孔径

)

Vp：细孔容积(cc/g)

S：BET比表面积(m²/g)

(有机物浓度评价)

待处理水、处理水以及浓缩水中的有机化合物浓度根据气相色谱法进行测定。

(实施例1)

对于实施例1，使用了图1所示的水处理***1。

作为吸附元件120，将总酸性基团量为0.06meq/g、平均细孔径

BET比表面积2000m²/g、全细孔容积0.85cm³/g、质量140g/m²、厚度2mm的活性碳纤维填充至各处理槽130中，制成内径为φ23mm、总长150mm的筒状处理槽。此时填充的活性碳纤维的重量为6.4g。

将5mg/L的1,4-二恶烷作为待处理水，导入水处理装置100中，以36cc/min的速度向处理槽130中通液20min后，用120℃的水蒸气进行1,4-二恶烷的脱附，将脱附后的脱附气体用10℃的冷凝器140进行冷却冷凝。冷凝水中的1成作为浓缩水从配管线路L7排出，9成作为循环水通过L6进行循环混入待处理水。将吸附处理、脱附处理、冷凝处理、循环水的循环以及浓缩水的排出处理作为1次循环，13次循环运转时的待处理水浓度为19mg/L、向处理槽130通液后的处理水浓度为0.01mg/L以下、浓缩水浓度为57mg/L，在13次循环期间所排出的浓缩水的总量为0.195L。

(比较例1)

对于比较例1，使用了如图1所示的水处理***1但没有配管线路L6的现有的水处理***。该比较例1的现有***，冷凝水不进行循环而作为浓缩水排出***外。使用比较例1的现有***，将作为待处理水的5mg/L的1,4-二恶烷以36cc/min的速度向处理槽130中通液20min后，用120℃的水蒸气进行1,4-二恶烷的脱附，将脱附后的脱附气体用10℃的冷凝器140进行冷却冷凝。处理槽130通液后的处理水浓度为0.01mg/L以下、浓缩水浓度为17mg/L，将吸附处理、脱附处理、冷凝处理、浓缩水的排出处理作为1次循环，13次循环期间所排出的浓缩水的总量为1.95L。

对于实施例1以及比较例1所测定的待处理水浓度、处理水浓度、浓缩水浓度如表1所示。

[表1]

根据表1，使用了水处理***1的实施例1相比于使用了现有***的比较例1，1,4-二恶烷的处理水浓度虽然相同，但浓缩水浓度变得更高。即，显示了水处理***1在保持了与现有***同等的去除性能的同时，能够实现高浓缩化。

此外，上述公开的实施方式、各变形例、以及实施例均为列示并非限制。另外，将实施方式、各変形例、以及实施例进行适当组合后的形态也包含在本发明的范围内。即，本发明的技术范围，根据专利的权利要求范围生效，并且包含与权利要求的描述同等含义的以及范围内的所有变更、修改、替换等。

工业上的可利用性

对于待处理水中的有机化合物的去除，本发明在保持现有性能的同时，能够将冷凝水高浓缩到现有水平之上，使减少浓缩水成为可能。由此，能够实现缩减浓缩水的废弃等的二次处理成本，能够对工业界产生很大的贡献。另外，能够将高附加价值的有机溶剂高浓缩到可再利用的浓度并回收，能够对工业界产生很大的贡献。

符号说明

1 水处理***

100 水处理装置

120 吸附元件

130 处理槽

140 冷凝器

200 阀门(切换调整单元)

L1～L7 配管线路。

Claims

1.一种水处理***，其是在具有水处理装置和将冷凝水作为浓缩水排出***外的排出管线的水处理***中，进一步具有：

将所述冷凝水作为循环水返送回待处理水的循环管线，

和将所述冷凝水分配作为所述浓缩水排出或作为所述循环水返送回所述待处理水的分配调整单元；

所述水处理装置具有能够交替执行将含有有机化合物的待处理水流通至吸附元件吸附有机化合物的吸附处理，和使水蒸气流通至所述吸附元件使被吸附的有机化合物脱附并作为脱附气体排出的脱附处理的处理槽，以及将所述脱附气体冷凝成冷凝水排出的冷凝单元。

2.根据权利要求1所述的水处理***，其中，所述分配调整单元进行如下调整：将所述冷凝水的一部分作为所述浓缩水排出，将剩余的所述冷凝水作为所述循环水返送回所述待处理水。

3.根据权利要求1或2所述的水处理***，其中，在所述冷凝水通过所述冷凝单元排出的排出管线中，或在将所述处理水导入到所述处理槽中的导入管线中，具有测定有机化合物浓度的测定单元；

当所述测定单元所测定的有机化合物浓度为规定值时，所述分配调整单元变更所述循环水和所述浓缩水的比率。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的水处理***，其具有2个以上的所述处理槽，在至少1个处理槽实施所述吸附处理期间，另外至少1个处理槽实施所述脱附处理。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的水处理***，其中，所述吸附元件含有活性炭、活性碳纤维或沸石中的至少1种。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的水处理***，其中，所述吸附元件含有BET比表面积为700～2500m²/g、细孔容积为0.4～0.9cm³/g、平均细孔径为

的活性碳纤维。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的水处理***，其具有：将通过所述吸附处理附着在所述吸附元件上的水除去，并作为去除水排出的脱水单元。

8.根据权利要求7所述的水处理***，其具有：将所述去除水再度供应给所述水处理装置的再供给管线。