JP4052652B2 - 水処理方法と装置 - Google Patents
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Description
また、水の有効利用や既設排水処理設備の負荷低減を図って、原水の一部又は全部を蒸発濃縮するのみでは、質の高い再使用可能な用水が得られたり、排水処理設備へ移送する水量が減少するという利点はあるが、排水中の有機物や有害物の処理という観点からは、濃縮液中のBODやCODの量に変化がないために、大幅な効果は期待できない。また、濃縮によってその容積を減じた廃液を産廃処分するとしても、その処分費が新たな負担を生むことになる。このように、単に蒸発濃縮装置を通常の組み合わせで従来型の水処理装置前段に配置するだけでは、問題は解決されない。
前記水処理方法において、有機成分の分解処理された濃縮液は、イオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理によって脱塩し、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮の被処理水側に戻すことができる。
また、本発明では、被処理水を減圧蒸発濃縮して凝縮水と濃縮液とを得、該得られる凝縮水を放流又は用水として再使用し、濃縮液は、得られたままの温度でオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加又は電解酸化により、該濃縮液中の有機性成分を分解処理するに際し、前記有機性成分の分解処理された濃縮液は、イオン交換、膜分離又は透析から選はれた1以上の処理によって脱塩処理し、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮の被処理水側に戻すことを特徴とする水処理方法としたものである。
これらの水処理方法において、前記電解酸化は、陽極又は陰陽両極に導電性ダイヤモンドを被覆した材料を用いることができる。
また、本発明では、被処理水を減圧蒸発濃縮する装置と、該装置からの凝縮水と濃縮液との流出流路と、該濃縮液中の有機性成分をそのままの温度で分解処理するオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加手段又は電解酸化装置からなる分解処理手段とを有すると共に、前記減圧蒸発濃縮装置が、内側上部のポリエチレンを袋状に成形した伝熱モジュール及び該伝熱モジュールの表面を被処理液でぬらす手段と、内側下部の濃縮液槽と、該モジュール上の被処理液を伝熱モジュールで蒸発させた蒸気を圧縮し昇温させてから伝熱モジュール内部に導入する圧縮ファンと、該濃縮液槽内に配備した前記分解処理手段とで構成されることを特徴とする水処理装置としたものである
前記水処理装置において、有機性成分の分解処理された濃縮液の流出流路には、該濃縮液を脱塩処理するイオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理手段が配備され、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮装置の被処理水側に戻す流路を備えることができる。
さらに、本発明では、被処理水を減圧蒸発濃縮する装置と、該装置からの凝縮水と濃縮液との流出流路と、該濃縮液中の有機性成分をそのままの温度で分解処理するオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加手段又は電解酸化装置からなる分解処理手段とを有すると共に、前記有機性成分の分解処理された濃縮液の流出流路には、該濃縮液を脱塩処理するイオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理手段が配備され、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮装置の被処理水側に戻す流路を備えることを特徴とする水処理装置としたものである。
本発明では、濃縮液温が、40℃を下回らない条件下で酸化処理を施す。薬剤を使用する酸化手法、例えばオゾンや過酸化水素などによる酸化反応は、温度が10℃上昇することにより、その反応速度がおよそ2倍になる特性があり、熱交換して低温となる前にこのような反応工程を組み込むことは、蒸発装置の特性を有利な形で生かす方法である。
蒸発濃縮装置としては、自己蒸気圧縮式の蒸発装置を用いる。蒸発濃縮装置には、多重効用法と自己蒸気圧縮法が省エネルギー的な蒸発濃縮装置として主に用いられている。廃蒸気などがある場合は、多重効用が有利であるが、装置のコンパクトさ、運転の容易さという点で自己蒸気圧縮法が有利である。
蒸発を生じる伝熱部材は、有機高分子薄膜で構成する。温度の高い状態で酸化剤を加えることにより、蒸発装置の重要部材である伝熱管をステンレス材などで構成すると、腐食の問題が懸念される。一般的に、このような金属部材の肉厚は、1.2mm程度である。腐食を回避するために、例えば、ポリエチレンフィルムを袋状に成形した伝熱モジュールを使用することが可能である。ポリエチレンは、熱伝導度において鉄材の30分の1程度でしかないが、その厚みを40μmとすることで、ほとんど鉄材と同等の局所熱伝達率を達成する。その上、軽量で安価でモジュール化することにより、交換容易と言う利点を持つ。
これに対して、導電性多結晶ダイヤモンドを被覆した電極の場合は、その特性からほとんど対象を選ばずに酸化分解を行えると共に、酸素ガスなどの発生を伴うことなく効率的に酸化が行える。
蒸発装置の蒸発室と濃縮液の分解を行う槽は、一体に構成する。これにより液温を十分に生かしきれると同時に、蒸発装置の濃縮槽を分解反応槽と兼ねることができ、装置をコンパクトに構成できる。
また、イオン交換等により塩類を除去して再び蒸発装置に戻すことにより、蒸発装置で問題となる塩類による沸点上昇を回避でき、残された有機成分も再度濃縮酸化を受け、再利用可能な水として得ることができる。
モジュール3内部に導かれて熱を与え凝縮液となった水は、凝縮水タンク8に蓄えられ、供給液と熱交換器17で熱を交換して、凝縮液ポンプ10で排出される。この凝縮液は、いわゆる蒸留水で再び用水として再利用することが可能である。
真空ポンプ5は、蒸発装置内を減圧状態に保ち、蒸発温度を低下せしめる役目を持つと共に、機内に漏入する空気や、排水中に含まれて装置内でガスとなって出てくる成分を、機外に排出する役目もある。
液溜め4内の液は、濃縮を受けて塩類や有機物が濃縮状態で、かつ蒸発温度(一般に40〜80℃)に保たれている。ここに、例えば酸化剤11としてオゾンを添加すると、その温度と対象成分が高濃度にあることから、効率良く酸化分解反応が行われる。
また電解酸化を用いる場合には、必要面積を有する陰極,陽極を液に浸漬し、所要の直流電圧を電極間に印可することにより有機成分の酸化分解が行われる。
液溜め4から必要に応じて液を濃縮液ポンプ7で引き抜き、そのまま放流あるいは産廃処分するか、脱塩装置14で塩類を除去して放流あるいは原水槽15に戻し、液溜め4の液位に順じて供給される新たな原水と混合して、再び蒸発装置2に投入される。この方法により、原水は塩類と再利用可能な凝縮水に完全に分離され、後段の水処理設備の負荷を大幅に低減すると共に、水の有効利用を図れる。
この方式では、廃熱源がある場合など有利で効率も高いが、多段の操作となるために装置が複雑で運転も煩雑となる。
一方、自己蒸気圧縮型では、蒸発室から発生した蒸気自身が圧縮装置で圧縮され、断熱圧縮の原理で昇温し、これを蒸発モジュールの加熱側に供給することで自身が失った蒸発潜熱を回収することができるので、熱効率が高い。また蒸発室は一室で構成されるので構造が簡単になり運転操作も容易である。
蒸発室圧力は、漏洩空気や発生ガスを排除するためだけの小さな真空ポンプで減圧状態にすることができ、蒸発を促進することができる。操作条件は、機種によって異なるが液の温度で40℃から95℃である。
蒸発室の圧力は、液の温度に対する飽和圧力となる。一例として、60℃の場合蒸発室圧力はおよそ200mBarとなる。
水中の有機物に酸化剤を加えてその分解を行う場合、液温が10℃高いと、反応速度はおよそ2倍になるといわれている。蒸発装置で濃縮された時点での液の温度は、ほぼその運転操作温度になっているので、この時点で直ちにあるいは大きな温度低下を生じないうちに酸化反応を行うことが有効である。さらに、蒸発室下部に形成される濃縮液槽に直接
酸化剤を加えるか、あるいは、この部分を電解槽として使用すれば、装置全体としてコンパクトなものとなりさらに有効である。
酸化剤添加法のひとつに、鉄塩を併用するフェントン法があるが、この場合、鉄塩に起因する無機塩が液中に残留することになり、最終処分を必要とする物質重量が増加する。また、減圧蒸発法では、液の沸点上昇が大きな障害となることがあるので、無機塩が液中に残存するフェントン法は好ましくない。
このような、場合には、金属性の躯体や伝熱モジュールを用いることは、腐食という点で深刻な問題を生じる恐れが大きいので、躯体をFRP製としたり内面をガラスやゴムあるいはポリテトラフルオロエチレンなどでライニングし、配管部品などをポリプロピレンやポリエチレンなどで用意することで、腐食に対処することができる。特に、性能に大きく関連する伝熱モジュールは、ポリエチレンのフィルムを用いることで、金属性伝熱管同等の性能を確保できる。
ポリエチレンなど高分子材料は、耐熱性において金属材料に劣るため、運転温度は65℃に制限されるが、その温度に対応する飽和圧力に維持することにより、容易に蒸発を継続でき、温度が低い分は伝熱面積の多さで、これをカバーするに余りある容量を持たせることができる。
濃縮液温度を40〜65℃に選ぶことによって、蒸発濃縮操作も酸化分解反応もコンパクトな装置で効率よく行うことができる。
図1の装置により、食品産業廃水を被処理水として、有機成分の分解を電解酸化で行った処理例である。
処理条件は、次のとおりである。
フィード原水量:600L/h
フィードCOD濃度:180mg/L(固形物ろ過分離後)
フィード温度:28℃
蒸発装置;自己蒸気圧縮式
蒸発運転温度:60℃
蒸発運転圧力:200mBar
濃縮倍率:10.0
有機成分分解手段;電解酸化
電極、陽極(アノード):ダイヤモンド電極
陰極(カソード):チタン
面積(陽極基準):3m2
電解印加電圧:10V
電流密度:120mA/cm2
その結果は、次のとおりであった。
凝縮液量:565L/h
凝縮温度(熱交換後):32℃
凝縮COD濃度:6mg/L
濃厚塩類(脱塩処理後):35kg/h
Claims (7)
- 被処理水を減圧蒸発濃縮して凝縮水と濃縮液とを得、該得られる凝縮水を放流又は用水として再使用し、濃縮液は、得られたままの温度でオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加又は電解酸化により、該濃縮液中の有機性成分を分解処理するに際し、前記減圧蒸発濃縮を、内側上部にポリエチレンを袋状に成形した伝熱モジュールと、内側下部に濃縮液槽とをそれぞれ設置した減圧蒸発濃縮装置を用いて、モジュールの表面を被処理液でぬらしながら被処理液を蒸発させ、蒸発させた蒸気を圧縮して昇温し、この昇温後の蒸気を前記伝熱モジュールの内部へ導いて行うと共に、前記濃縮液中の有機性成分の分解処理を、前記濃縮液槽で行うことを特徴とする水処理方法。
- 前記有機性成分の分解処理された濃縮液は、イオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理によって脱塩処理し、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮の被処理水側に戻すことを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
- 被処理水を減圧蒸発濃縮して凝縮水と濃縮液とを得、該得られる凝縮水を放流又は用水として再使用し、濃縮液は、得られたままの温度でオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加又は電解酸化により、該濃縮液中の有機性成分を分解処理するに際し、前記有機性成分の分解処理された濃縮液は、イオン交換、膜分離又は透析から選はれた1以上の処理によって脱塩処理し、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮の被処理水側に戻すことを特徴とする水処理方法。
- 前記電解酸化は、陽極又は陰陽両極に導電性ダイヤモンドを被覆した材料を用いることを特徴とする請求項1、2又は3記載の水処理方法。
- 被処理水を減圧蒸発濃縮する装置と、該装置からの凝縮水と濃縮液との流出流路と、該濃縮液中の有機性成分をそのままの温度で分解処理するオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加手段又は電解酸化装置からなる分解処理手段とを有すると共に、前記減圧蒸発濃縮装置が、内側上部のポリエチレンを袋状に成形した伝熱モジュール及び該伝熱モジュールの表面を被処理液でぬらす手段と、内側下部の濃縮液槽と、該モジュール上の被処理液を伝熱モジュールで蒸発させた蒸気を圧縮し昇温させてから伝熱モジュール内部に導入する圧縮ファンと、該濃縮液槽内に配備した前記分解処理手段とで構成されることを特徴とする水処理装置。
- 前記有機性成分の分解処理された濃縮液の流出流路には、該濃縮液を脱塩処理するイオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理手段が配備され、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮装置の被処理水側に戻す流路を備えることを特徴とする請求項5に記載の水処理装置。
- 被処理水を減圧蒸発濃縮する装置と、該装置からの凝縮水と濃縮液との流出流路と、該濃縮液中の有機性成分をそのままの温度で分解処理するオゾンあるいはオゾンと過酸化水素の添加手段又は電解酸化装置からなる分解処理手段とを有すると共に、前記有機性成分の分解処理された濃縮液の流出流路には、該濃縮液を脱塩処理するイオン交換、膜分離又は透析から選ばれた1以上の処理手段が配備され、該脱塩後の液を前記減圧蒸発濃縮装置の被処理水側に戻す流路を備えることを特徴とする水処理装置。
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