JP4349656B2

JP4349656B2 - 有機性廃液の処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP4349656B2
Application number: JP2005318355A
Authority: JP
Inventors: 石川　　浩; 正和坂野; 能成新美; 篤井戸田; 健志小島
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: JP2007125457A

Description

本発明は、畜舎から排出される蓄糞尿などの有機性廃液や、その有機性廃液を嫌気発酵させてバイオガスを取り出した後のいわゆる消化液を減容化し、貯留や運搬などの取り扱いが容易な肥料を生産するものであって、連続処理が可能な有機性廃液の処理装置及び処理方法に関する。

例えば、バイオガスプラントでは、嫌気発酵により蓄糞尿からバイオガスの採取処理が行われるが、処理後の消化液には多量の窒素分やＳＳ分が残存しているので、この液を一般の河川や水環境へ直接放流することはできない。そのため、消化液を液体肥料として有効に利用することが望まれる。ただし、消化液はバイオガスを採取する前の状態からほとんど重量や容積の変化がないため、大量の消化液の貯留や運搬などが問題であった。例えば、牛２００頭を有する畜舎では、およそ一日１６トンの蓄糞尿が排出されるが、肥料として散布する時期は春と秋の年２回であるため、半年分の約３０００トンの消化液を貯留しておく極めて大型のタンクが必要になる。また、液体肥料として消化液をタンクの周辺に散布できる環境が整っていればよいが、離れた土地に散布する場合には運搬の手間やコストがかかってしまう。更に、圃場が狭くて散布できないような場所では、そもそも消化液を液体肥料として利用できないため、多大な手間とコストをかけて排水処理を行うこととなる。

そうした問題を解決するため、特開２００３−１１７５９３号公報には有機性廃液の処理装置及び処理方法が提案されている。これは、アンモニア及び水分を含む有機性廃棄物の原液、有機性廃棄物に前処理（固形分の一部除去等）を施した液、有機性廃棄物をメタン発酵処理した後の消化脱離液、又は消化脱離液から固形分を一部除去した液などを処理するものであって、加熱濃縮して濃縮液と凝縮水とに分けることにより、廃水処理設備を必要とせず、濃縮工程で得られた凝縮水は簡便な方法で放流可能であり、濃縮液を液体肥料として有効利用する場合には利用性、輸送性を向上する処理装置及び処理方法として記載されている。

図４は、同公報に記載された有機性廃液処理装置について、その概略構成を示した図である。これには、畜糞尿等の有機性廃棄物をメタン発酵した後の消化液を処理する場合が示されている。消化液貯槽１００内の消化液は、ポンプ１０１により第１蒸発装置１１０における吸収塔１１１に導かれるが、その間に熱交換器１０２，１０３，１０４で加温される。吸収塔１１１に噴霧された消化液は、蒸発したアンモニアがポンプ１１２を経由して第１蒸発装置１１０の熱交換器１１３に導入される。熱交換器１１３にはアンモニアを除去した消化液が循環しており、導入されたアンモニアが循環消化液と熱交換して冷却・凝縮される。

凝縮したアンモニア水は、熱交換器１０４で冷却され、気液分離装置１０５にて気体側の濃縮アンモニアと残りの液体とに分離される。分離された液体は吸収塔１１１に噴霧され、気体側の濃縮アンモニアは熱交換器１０２で冷却・凝縮されてアンモニアタンク２００に貯留される。この濃縮アンモニア水は液体肥料として利用可能である。一方、アンモニアを除去した消化液は、ポンプ１１４により抜き出されて加熱器１１５で加熱され、熱交換器１１３でさらに加熱されて循環し、その一部が抜き出されて第２蒸発装置１２０に導入される。

第２蒸発装置１２０では、アンモニアを除去した消化液がポンプ１２１に送り出されて加熱器１２２、さらに熱交換器１２３でも加熱されて循環している。消化液は、加熱器１２２や熱交換器１２３によって加熱濃縮され、蒸発した水分が蒸気取出し口１２４から取り出される。取り出された蒸気はポンプ１２５を経由してスクラバー等の湿式ガス洗浄装置１２６に導入され、ここでガス洗浄が行われる。湿式ガス洗浄装置１２６からの洗浄後の液は第２蒸発装置１２０の循環消化液に混合される。湿式ガス洗浄装置１２６には、薬品タンク１３０，１４０からそれぞれ水酸化ナトリウム水溶液、硝酸水溶液をガス洗浄用の薬品が供給されている。

湿式ガス洗浄装置１２６で洗浄された蒸気は、前述の熱交換器１２３で循環消化液と熱交換して冷却・凝縮され、凝縮水（蒸留水）として取り出される。凝縮水は凝縮水受槽１２７及びポンプ１２８を経由して熱交換器１０３で冷却され、凝縮水（蒸留水）貯槽３００に貯留される。凝縮水はそのまま、あるいは簡単な処理を施して一般の河川などに放流できる。一方、加熱器１２２及び熱交換器１２３で加熱濃縮された消化液は、第２蒸発装置１２０から抜き出され、濃縮液貯槽４００に貯留される。この濃縮消化液は液体肥料として利用可能であり、濃縮により利用性、輸送性が高まっている。
特開２００３−１１７５９３号公報（第４−５頁、図１）

こうした従来の有機性廃液の処理装置および処理方法では、排水基準を満たした浄水を得るために、湿式ガス洗浄装置１２６に薬品タンク１３０，１４０から水酸化ナトリウム水溶液や酸水溶液といったガス洗浄用の薬品が使用されるため、消化液を処理するためのコストが上がってしまい、薬品供給のための手間もかかるものであった。
また、従来の有機性廃液の処理装置および処理方法では、有機性廃棄物に前処理（固形分の一部除去等）を施した液を用いる場合、例えば濃硫酸を使用することが考えられ、濃硫酸を使用すれば濃縮液が酸性になるので中和する必要がある。そのため、薬品使用の安全性やコストがかかることになり、好ましいものではない。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、薬品を使用することなく有機性廃液などから放流可能な蒸留液を連続式に取り出す有機性廃液の処理装置および処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る有機性廃液の処理装置は、有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施した消化液などアンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む処理液について、蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにしたものであって、前記処理液を蒸発させる第１蒸発器と、前記第１蒸発器で蒸発しなかった残渣を蒸発させる第２蒸発器と、前記第１蒸発器で蒸発した蒸気を高温側凝縮部と低温側凝縮部との２段階で凝縮する第１分縮器と、前記第２蒸発器で蒸発した蒸気を高温側凝縮部と低温側凝縮部との２段階で凝縮する第２分縮器とを有し、前記第１分縮器の高温側凝縮部で凝縮した蒸留液と、前記第２分縮器の低温側凝縮部で凝縮した蒸留液とを前記処理液の一部として前記第１蒸発器へ還流させるようにしたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器が、前記第１蒸発器で蒸発する処理液の蒸発量よりも前記第２蒸発器で蒸発する処理液の蒸発量が多くなるように設定されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記第１分縮器には低温側凝縮部で得られたアンモニアを蓄えるタンクが接続され、前記第２分縮器には高温側凝縮部で得られた蒸留液を浄水として蓄えるタンクが接続され、前記第２分縮器には蒸発しなかった残渣を蓄えるタンクが接続されたものであることが好ましい。

また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記第１蒸発器と第１分縮器及び前記第２蒸発器と第２分縮器は、それぞれが一体に構成された濃縮機であって、前記処理液が供給される蒸発缶と、その蒸発缶内部に設けられて蒸気が通る複数の伝熱管と、その蒸発缶内で発生した蒸気を伝熱管に送る蒸気管と、蒸発缶内で発生した蒸気を断熱圧縮した過熱蒸気として伝熱管に送り込む蒸気管に設けられた圧縮機とを有し、前記蒸気管を介して前記伝熱管に送られた過熱蒸気が、蒸発缶内に供給され処理液が当該伝熱管に触れて蒸発するときに潜熱を奪われて凝縮するものであって、処理液の温度が高い状態で伝熱管に触れて凝縮した蒸留液を取り出す部分を前記高温側凝縮部とし、処理液の温度が低い状態で伝熱管に触れて凝縮した蒸留液を取り出す部分を前記低温側凝縮部としたものであることが好ましい。

また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記高温側凝縮部と前記低温側凝縮部は、複数本の前記伝熱管が上下方向に分けられたブロックによって構成され、前記高温側凝縮部が、前記圧縮機で加圧された蒸気が送り込まれる下側のブロックによって構成され、前記低温側凝縮部が、前記高温側凝縮部の二次側にあって上方から噴霧された前記処理液が先に触れる上側のブロックによって構成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る有機性廃液の処理装置は、前記濃縮機が、前記蒸発缶に接続された真空ポンプによって蒸発缶内部を所定圧力に減圧するようにしたものであることが好ましい。

一方、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施した消化液などアンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む処理液について、蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離させて取り出すようにしたものであって、前記処理液を蒸発させる第１蒸発工程と、前記第１蒸発工程で蒸発しなかった残渣を蒸発させる第２蒸発工程と、前記第１蒸発工程で蒸発した蒸気を高温側凝縮と低温側凝縮の２段階で凝縮する第１凝縮工程と、前記第２蒸発工程で蒸発した蒸気を高温側凝縮と低温側凝縮との２段階で凝縮する第２凝縮工程とを有し、前記第１凝縮工程によって高温側で凝縮した蒸留液と、前記第２凝縮工程によって低温側で凝縮した蒸留液とを前記処理液の一部として前記第１蒸発工程へ還流させるようにしたことを特徴とする。
また、本発明に係る有機性廃液の処理方法は、前記第１蒸発工程と前記第２蒸発工程は、前記第１蒸発工程で蒸発する処理液の蒸発量よりも前記第２蒸発工程で蒸発する処理液の蒸発量が多いことが好ましい。

よって、本発明に係る有機性廃液の処理装置および処理方法では、第１蒸発器と第２蒸発器の２段階で処理液を蒸発させ、それぞれにおいて発生した蒸気を高温側と低温側とで凝縮する分縮を行い、アンモニア水や放流水として取り出した蒸留液以外のものを還流液として再び第１蒸発器へ戻すように還流させる。このことにより、薬品を使用することなく連続処理において高濃度のアンモニア水を得ることができ、供給する処理液から多くの放流水を効率良く取り出すことができる。

また、本発明によれば、蒸発器と分縮器を一体にした濃縮機を使用し、圧縮縮機の断熱圧縮によって加圧された蒸気が伝熱管に送り込まれ、その伝熱管に噴霧された処理液が触れることにより新たな蒸気を発生させ、その一方で伝熱管内の過熱蒸気が潜熱を奪われて凝縮するので、処理液を蒸発させるために伝熱管を常に加熱する系外に設けられた加熱装置や、逆に過熱蒸気を凝縮する同じく系外の冷却装置に対する負担が軽減させることが可能になる。

次に、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。バイオガスプラントでは、前述したように畜舎から排出される蓄糞尿においてＣＨ₄ ，ＣＯ₂ ，Ｈ₂Ｓ，Ｈ₂ などのバイオガスを採取し、本実施形態の有機性廃液処理装置では、そのバイオガスプラントから得られる消化液を固液分離機にかけて固形分と、濾液に分離する。ここで得られる固形分は、バイオガスプラントにおいてメタン菌によって有機物が無機化されているので、そのまま発酵済み堆肥として利用することができる。そして、本実施形態では、特に固形分が除かれた消化液の濾液（以下、このようにして得られた濾液を「原液」という）について液量を減容化し、多くを一般河川へ放流できるようにしたものである。

図１は、有機性廃液処理装置の実施形態を概念的に示した図である。そこで先ず、この有機性廃液処理装置１の構造について説明する。
有機性廃液処理装置１は、バイオガスプラントから送られた消化液を一時的に蓄える消化液タンク１１を有し、それには所定量の消化液を二次側に送るための定量ポンプ１２が接続されている。そして、この定量ポンプ１２を介して固液分離機１３が接続されている。固液分離機１３としては、例えばフィルタープレス、スクリュープレスまたは遠心式分離機が用いられる。

そして、その固液分離機１３には、消化液から分離して排出された固形分を蓄えておくための堆肥タンク１４が接続され、更に、消化液から固形分が除かれた原液を予熱するための加熱容器１５が接続されている。固液分離機１３を用いて固形分を除去した原液を送り出すのは、例えば蓄糞尿を扱うバイオガスプラントからの消化液には、藁くずなどの夾雑物が発酵されずに残っているので、それが二次側に接続されている蒸発器などにおいて悪影響を及ぼさないようにするためである。

本実施形態の有機性廃液処理装置１は、連続処理によって原液を浄水とアンモニア水に分離するようにしたものであり、加熱容器１５の二次側には供給ポンプ１６があって単位時間当たり一定量の原液が連続して送られるようになっている。供給ポンプ１６には混合槽１７が接続され、その先に第１蒸発器１８が接続されている。この第１蒸発器１８には、そこで蒸発した原液の蒸気が送り込まれる第１分縮器１９と、第１蒸発器１８で蒸発しないで残った原液が送り込まれる第２蒸発器２０が接続されている。そして、その第２蒸発器２０には、やはりそこで蒸発した蒸気が送り込まれる第２分縮器２１と、第２蒸発器２０で蒸発しないで残った原液が送り込まれるタンク２３が接続されている。

第１分縮器１９及び第２分縮器２１は、第１蒸発器１８及び第２蒸発器２０でそれぞれ発生した蒸気を２段階の温度で別々に凝縮、いわゆる分縮させるようにしたものである。原液内に含まれているアンモニアは水よりも沸点が低く、蒸発して気化したアンモニアが水より凝縮し難いことから、第１分縮器１９及び第２分縮器２１は、アンモニア濃度が低くなるように高温帯で高沸分を凝縮させる高温側凝縮部と、アンモニア濃度が高くなるように低温帯で低沸分を凝縮させる低温側凝縮部とが設けられている。

こうした蒸発器１８，２０や分縮器１９，２１には、例えば次のような構成のものが使用されている。第１蒸発器１８と第２蒸発器２０は、蒸発缶に伝熱管が設けられ、噴霧されて落ちてくる原液が伝熱管に触れて蒸発するようにするため、伝熱管にはボイラで発生した蒸気が送り込まれるように構成されている。そして、こうした第１蒸発器１８と第２蒸発器２０にそれぞれ接続された第１分縮器１９と第２分縮器２１は、高温側凝縮部と低温側凝縮部の冷却源にクーリングタワーが設置され、そこで生成された冷水が両者を循環するような流路が形成されている。その際、冷水の流量を調節して高温側凝縮部と低温側凝縮部とで温度差が生じるように構成されている。

そして、第１分縮器１９では、アンモニア濃度の低い蒸留液が取り出される高温側凝縮部が混合槽１７に接続され、アンモニア濃度の高い蒸留液が取り出される低温側凝縮部がタンク２２に接続されている。一方、第２蒸発器２０では、アンモニア濃度の低い蒸留液を取り出す高温側凝縮部がタンク２４に接続され、アンモニア濃度の高い蒸留液を取り出す低温側凝縮部が混合槽１７に接続されている。すなわち、本実施形態の有機性廃液処理装置１では、２組の蒸発器と分縮器とを使用して蒸発と凝縮を行って原液からアンモニア水と浄水とを連続的に取り出すようにしたものであり、その際、分縮器から取り出したアンモニア濃度の低い蒸留液を再び蒸発器に戻す還流構造となっている。

ところで、バイオガスプラントから得られた原液には水の他にリンやカリ、アンモニア態窒素などが多量に含まれているため、最終的に得られる蒸留液は放流可能な排水基準として定められている全窒素の含有量１２０ｍｇ／Ｌを超えないようにする必要がある。この点、従来の有機性廃液処理装置では薬品を使用して浄化を行っていた。本実施形態では、第１蒸発器１８及び第１分縮器１９と、第２蒸発器２０及び第２分縮器２１との２段階で原液の蒸発と凝縮を行い、更には分縮したアンモニア濃度の低い蒸留液を還流させて原液に加えて再び蒸発及び凝縮を行わせることで、効率良くアンモニアの含有量を基準値以下とした蒸留液（浄水）を取り出すようにしている。なお、混合槽１７から送り出される原液と還流した蒸留液との混合液を以下では「処理液」という。

つまり、第１蒸発器１８では低沸点のアンモニアが水よりも先に蒸発するため、蒸発しなかった処理液（残渣）はアンモニア濃度が低い状態で第２蒸発器２０へと供給され、そこで再び蒸発し第２分縮器で分縮することにより放流可能な浄水が取り出されるようにしている。そして、第１分縮器１９及び第２分縮器２１で分縮されたアンモニア濃度の低い蒸留液は、排水基準を超えてしまうため放流水に含めることはできず、一方でこれを液体肥料となるアンモニア水とするならば、供給された原液から放流水として取り出す割合が低下した効率の悪いものになってしまう。そこで、本実施形態では、分縮したアンモニア濃度の低い蒸留液を還流させて再処理することで、高い割合で放流可能な浄水が取り出されるようにしている。

こうした構成において、還流量は、第１及び第２蒸発器１８，２０で全体の蒸発量が少なくなるように、かつ、水とアンモニアの分離が良くなるように条件が設定されている。ここでは、第１蒸発器１８で行われる第１段階の蒸発に関しては蒸発量を少なく抑え、その蒸気を凝縮させる第１分縮器１９では還流させる還流量を多く取るようにしている。それに対し、第２蒸発器２０で行われる第２段階の蒸発に関しては蒸発量を多くし、その蒸気を凝縮させる第２分縮器２１では還流する還流量をできるだけ少なくしている。こうすることにより、原液から放流可能な浄水を多く取り出すことができ、アンモニア水を少なくすることができるからである。具体的には、一例として次のような流量比がとられている。

図２は、有機性廃液処理装置１を構成する混合槽１７以降の蒸留部を抜き出して示したブロック図であって、特に各処理工程における流量割合や流体中のアンモニア濃度を数値で示している。
先ず、有機性廃液処理装置１の運転が連続して行われている定常運転時には、供給ポンプ１６によって加熱容器１５から流量（１００）の原料ａが混合槽１７に供給され、第１分縮器１９からは流量（２０）の蒸留液（還流液）ｂが、そして第２分縮器２１からは流量（１０）の蒸留液（還流液）ｃが戻され、混合槽１７から合計（１３０）の処理液ｄが流れ出るように設定されている。

従って、第１蒸発器１８に供給された流量（１３０）の処理液ｄは、第１段階の蒸発量を少なく抑えて流量（３０）とされ、第１分縮器１９から還流させる還流量を多くとるため、蒸発量（３０）のうち（２０）が混合槽１７へ送られて第１蒸発器１８へと還流するようになっている。一方、第１蒸発器１８で蒸発しなかった処理液（残渣）ｆは、流量（１００）が第２蒸発器２０へ供給される。第２段階の第２蒸発器２０では蒸発量を（８０）と多くし、そのうち第２分縮器２１から第１蒸発器１８へ戻る還流量が（１０）となるように設定されている。

次に、有機性廃液処理方法の一実施形態を、図１に示した有機性廃液処理装置１の運転によって行われる処理の流れに従って説明する。
バイオガスプラントから送られた消化液は消化液タンク１１に一時的に蓄えられ、定量ポンプ１２によって所定量の消化液が固液分離機１３に送り込まれる。固液分離機１３では、遠心分離によって固形分が取り除かれた原液が加熱容器１５へ送られ、藁くずなどの固形分は堆肥タンク１４に入れられる。こうして堆肥タンク１４に送られた固形分は、無機態の窒素、リン、カリを含んだ発酵済みの堆肥として利用される。加熱容器１５では、原液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施される。そして、供給ポンプ１６によって単位時間当たりに一定量の原液が混合槽１７へと供給される。

ここで、供給ポンプ１６から単位時間当たりに供給される原液ａの流量を（１００）として説明する。そして、各工程での流量とアンモニア濃度が図２に示されているため、以下は図２を参照しながら説明する。流量（１００）の原液ａは、アンモニア濃度が１２００ｍｇ／ｋｇであるとする。定常運転時には、第１分縮器１９からアンモニア濃度が４４５ｍｇ／ｋｇで流量（２０）の還流液ｂが戻され、更に第２分縮器２１からはアンモニア濃度が１８０５ｍｇ／ｋｇで流量（１０）の還流液ｃが戻されている。

混合槽１７からは、アンモニア濃度を１１３０ｍｇ／ｋｇに下げた流量（１３０）の処理液ｄが第１蒸発器１８へと送り込まれることになる。第１蒸発器１８では、第１段階の蒸発量を少なくするように設定されており、前述したように流量（１３０）のうち流量（３０）が蒸発して第１分縮器１９へ蒸気ｅとなって送られる。一方、第２蒸発器２０側へは２段階の蒸発量を多くすべく、流量（１３０）のうち流量（１００）が残渣ｆとして送られる。このとき、アンモニアの沸点が低いため多くのアンモニアが蒸発して蒸気ｅに含まれることになって、蒸気ｅのアンモニア濃度は４１９８ｍｇ／ｋｇと高い値を示し、逆に残渣ｆは２１０ｍｇ／ｋｇとアンモニア濃度が低くなる。

第１分縮器１９では、アンモニア高濃度の蒸気ｅが先ず高温側凝縮部に送り込まれると、そこでは沸点が高い水分が先に凝縮した蒸留液が還流液ｂとして混合槽１７へと戻される。そして、高温側凝縮部を通過した蒸気は、低温側凝縮部に送り込まれて凝縮し、その蒸留液がアンモニア水ｇとなってタンク２２へと蓄えられることになる。第１分縮器１９では、還流量を多くするように設定されているため、供給された蒸気ｅは、流量（３０）のうち流量（２０）が高温側凝縮部で還流液ｂとなるべく凝縮され、流量（１０）のアンモニア水ｇが低温側凝縮部で凝縮される。このとき、還流液ｂのアンモニア濃度は、前述したように４４５ｍｇ／ｋｇと低く、逆にアンモニア水ｇは１１７００ｍｇ／ｋｇと高濃度である。

第１蒸発器１８から第２蒸発器２０へと送られたアンモニア濃度の低い残渣ｆは、更にここで蒸発して蒸気ｈが取り出されて第２分縮器２１へと送られ、蒸発しなかった残渣ｉはタンク２３へと蓄えられる。このときも、アンモニアの沸点が低いため多くのアンモニアが蒸発して蒸気ｈに含まれる。従って、蒸気ｈのアンモニア濃度は２５９ｍｇ／ｋｇとなり、逆に残渣ｉは１３ｍｇ／ｋｇとアンモニア濃度が低くなった。

一方、第２分縮器２１に供給された蒸気ｈは、先ず高温側凝縮部に送り込まれると、沸点が高い水が先に凝縮し、アンモニア濃度が４０ｍｇ／ｋｇとなった蒸留液が排水基準を満たした浄水（放流水）ｊとしてタンク２４に蓄えられる。そして、高温側凝縮部を通過した蒸気は、低温側凝縮部に送り込まれて凝縮して蒸留液が得られ、この蒸留液が還流液ｃとして混合槽１７へと戻される。第２分縮器２１では、供給された流量（８０）の蒸気ｈから流量（７０）が放流水ｊとなるべく高温側凝縮部で凝縮され、残る流量（１０）が低温側凝縮部で凝縮されて還流液ｃとなる。

よって、本実施形態では、供給ポンプ１６から送り出される原液ａは連続的に処理され、単位時間当たりに供給される流量（１００）の原液ａのうち、流量（７０）が放流水としてタンク２４に採取され、流量（１０）がアンモニア水として採取され、更には流量（２０）が残渣ｉとしてタンク２３に取り出される。
このとき、第１蒸発器１８と第２蒸発器２０の２段階で蒸発させ、それぞれにおいて発生した蒸気を高温側と低温側とで凝縮する分縮を行い、アンモニア水ｇや放流水ｊとしてタンク２２，２４に取り出した以外の蒸留液を還流液ｂ，ｃとして第１蒸発器１８へ戻すようにしている。これにより、連続処理において高濃度のアンモニア水ｇを得ることができ、供給される原液の７０％を放流水ｊとして効率良く取り出すことができるようになった。

ところで、前記実施形態では、第１蒸発器１８と第１分縮器１９、第２蒸発器２０と第２分縮器２１について、それぞれが別々に構成されたものを例に挙げて説明した。しかし、これらを一体的に構成したものであってもよく、例えば図３は、蒸発器と分縮器とを一体に構成した濃縮機である。図３は、当該濃縮機の構造を概念的に示した図である。

濃縮機３０は、蒸発缶３１内に処理液が噴霧され、落ちていく処理液が複数の伝熱管３２によって加熱されるようになっているが、その伝熱管３２には、蒸発缶３１内で発生した蒸気が送り込まれるよう構成されている。すなわち、蒸発缶３１には蒸気管３３が接続され、そこには発生した蒸気を断熱圧縮するための圧縮機３４が設けられている。
従って、濃縮機３０では、この圧縮機３４の断熱圧縮によって加圧された蒸気が伝熱管３２に送り込まれ、その伝熱管３２に噴霧された処理液が触れることにより新たな蒸気を発生させ、その一方で伝熱管３２内の過熱蒸気は潜熱を奪われて凝縮するように構成されている。

また濃縮機３０は、沸点を下げるように内部を真空引きする構成がとられている。すなわち、濃縮機３０には真空ポンプ３５が接続され、内部が２５kPa abs.の圧力に保たれ、処理液の蒸発および凝縮が同圧における水の沸点である６５℃近傍で行われるようになっている。濃縮機３０は、内部に数百本の単位で伝熱管３２が設置され、上下方向に所定の本数に分けた３つのブロックが形成されている。そして、圧縮機３４を通って加圧された過熱蒸気が最下段のブロックに送り込まれるように蒸気管３３が接続されている。伝熱管３２は前述したように蒸気を凝縮させるところであり、分縮器としても構成されている。

具体的には、３つのブロックに分けられた伝熱管３２の下段部分及び中段部分が高温側凝縮部３６となり、伝熱管３２の上段部分が低温側凝縮部３７となるように構成されている。つまり、蒸発缶３１内に噴霧される処理液によって伝熱管３２内の蒸気が潜熱を奪われて凝縮するが、中段から下段にかけては処理液の温度が上がっているため主に高沸分が凝縮し、上段では先に温度の低い状態の処理液が伝熱管３２に触れるため主に低沸分が凝縮するようになっている。そして、凝縮部３６，３７には、各工程で凝縮した蒸留液を貯留する補助タンク３８と３９が設けられている。

そこで、前記実施形態の第１蒸発器１８及び第１分縮器１９、更に第２蒸発器２０及び第２分縮器２１がこの濃縮機３０に置き換えられたとすると、前記実施形態で示した有機性廃液処理が次のようにして行われる。
先ず、第１蒸発器１８及び第１分縮器１９に置き換えられた濃縮機３０には、蒸発缶３１に入力ライン４１から混合槽１７（以下、適宜に図１および図２を参照）に処理液ｄが供給される。濃縮機３０へ送られた処理液ｄは、蒸発缶３１内の伝熱管３２に噴霧され、その表面に触れて一部が蒸発する。その際、処理液ｄは上下方向に配置された伝熱管３２に触れながら落下していき、蒸発しなかったものが残渣ｆとなる。

濃縮機３０内部は真空引きされているため処理液ｄは低い温度でも蒸発する。そして、伝熱管３２に触れて蒸発した蒸気は、蒸気管３３の途中で圧縮機３４による断熱圧縮が行われるため、加圧された状態で伝熱管３２へと送り込まれる。なお、運転開始時には伝熱管３２に対して系外から一時的に過熱蒸気が送り込まれ、それによって加熱された伝熱管３２に触れた処理液の蒸発が引き起こされるようにする。従って、伝熱管３２内の過熱蒸気は、蒸発缶３１内に噴霧された処理液が伝熱管３２に触れることによって潜熱を奪われて凝縮する。

その際、高温側凝縮部３６では、中段及び下段の伝熱管３２に触れる処理液の温度が上がっているため、沸点より僅かに低い温度で過熱蒸気が凝縮し、その蒸留液が補助タンク３８に入る。そして、高温側凝縮部３６で凝縮しなかった過熱蒸気は低温側凝縮部３７に送られ、そこで完全に凝縮されて蒸留液が補助タンク３９に蓄えられる。そして、第１蒸発器１８を構成する濃縮機３０では、補助タンク３８内の蒸留液が還流液ｂとして所定量ずつ送り出され、再び第１分縮器１９を構成するこの濃縮機３０に戻される。一方、補助タンク３９に蓄えられた蒸留液がアンモニア水ｇとしてタンク２２へと送られる。

一方、蒸発缶３１内で蒸発しなかった残渣ｆは、第２蒸発器２０を構成する濃縮機３０へと供給され、同じように蒸発缶３１内の伝熱管３２に噴霧され一部が蒸発し、蒸発しなかったものが残渣ｉとり、これはタンク２３に取り出される。また、この濃縮機３０内部も真空引きされており残渣ｆは低い温度で蒸発し、伝熱管３２に触れて蒸発した蒸気は、蒸気管３３の途中で圧縮機３４による断熱圧縮が行われるため、加圧された状態で伝熱管３２へと送り込まれる。そして、運転開始時には伝熱管３２に対して系外から一時的に過熱蒸気が送り込まれ、それによって加熱された伝熱管３２に触れた処理液の蒸発が引き起こされるようにする。

伝熱管３２内の過熱蒸気は、蒸発缶３１内に噴霧された処理液が伝熱管３２に触れることによって潜熱を奪われて凝縮するが、高温側凝縮部３６では沸点より僅かに低い温度で過熱蒸気が凝縮してその蒸留液が補助タンク３８に入り、低温側凝縮部３７で凝縮された蒸留液が補助タンク３９に入って蓄えられる。そして、第２蒸発器２０を構成する濃縮機３０では、補助タンク３８内の蒸留液が放流水ｊとしてタンク２４に取り出され、補助タンク３９に蓄えられた蒸留液が還流液ｃとして所定量ずつ送り出され、再び第１分縮器１９を構成するこの濃縮機３０に戻される。

よって、こうした濃縮機３０を用いた有機性廃液処理装置によれば、前記実施形態と同じように、連続処理においても高濃度のアンモニア水ｇを得ることができ、供給する原液の７０％を放流水ｊとして効率良く取り出すことができる。そして、濃縮機３０を使用して蒸発と凝縮とを行わせることにより、処理液を蒸発させるために伝熱管３２を常に加熱する系外に設けられた加熱装置や、逆に過熱蒸気を凝縮する同じく系外の冷却装置に対する負担が軽減させることが可能になった。

以上、本発明に係る有機性廃液の処理装置及び処理方法について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、図２で示したような流量で、処理液ｄの供給量、第１蒸発器１８や第２蒸発器２０での蒸発量、或いは第１分縮器１９や第２分縮器２１での分縮の割合などが設定されているが、これは一例であってこの他の流量で設定するものであってもよい。

有機性廃液処理装置の一実施形態を概念的に示した図である。実施形態の有機性廃液処理装置を構成する蒸留部を抜き出して示したブロック図であって、特に各処理工程における流量割合や流体中のアンモニア濃度を数値で示したものである。蒸発器と分縮器とを一体に構成した濃縮機の構造を概念的に示した図である。従来の有機性廃液処理装置の概略構成を示した図である。

符号の説明

１有機性廃液処理装置
１１消化液タンク
１２定量ポンプ
１３固液分離機
１４堆肥タンク
１５加熱容器
１６供給ポンプ
１７混合槽
１８第１蒸発器
１９第１分縮器
２０第２蒸発器
２１第２分縮器
２２，２２，２３タンク
ａ原液
ｂ，ｃ還流液
ｄ処理液
ｅ，ｈ蒸気
ｆ，ｉ残渣
ｇアンモニア水
ｊ放流水

Claims

有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施した消化液などアンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む処理液について、蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離して取り出すようにした有機性廃液の処理装置において、
前記処理液を蒸発させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器で蒸発しなかった残渣を蒸発させる第２蒸発器と、
前記第１蒸発器で蒸発した蒸気を高温側凝縮部と低温側凝縮部との２段階で凝縮する第１分縮器と、
前記第２蒸発器で蒸発した蒸気を高温側凝縮部と低温側凝縮部との２段階で凝縮する第２分縮器とを有し、
前記第１分縮器の高温側凝縮部で凝縮した蒸留液と、前記第２分縮器の低温側凝縮部で凝縮した蒸留液とを前記処理液の一部として前記第１蒸発器へ還流させるようにしたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
請求項１に記載する有機性廃液の処理装置において、
前記第１蒸発器と前記第２蒸発器は、前記第１蒸発器で蒸発する処理液の蒸発量よりも前記第２蒸発器で蒸発する処理液の蒸発量が多くなるように設定されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
請求項１又は請求項２に記載する有機性廃液の処理装置において、
前記第１分縮器には低温側凝縮部で得られたアンモニアを蓄えるタンクが接続され、前記第２分縮器には高温側凝縮部で得られた蒸留液を浄水として蓄えるタンクが接続され、前記第２分縮器には蒸発しなかった残渣を蓄えるタンクが接続されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する有機性廃液の処理装置において、
前記第１蒸発器と第１分縮器及び前記第２蒸発器と第２分縮器は、それぞれが一体に構成された濃縮機であって、
前記処理液が供給される蒸発缶と、その蒸発缶内部に設けられて蒸気が通る複数の伝熱管と、その蒸発缶内で発生した蒸気を伝熱管に送る蒸気管と、蒸発缶内で発生した蒸気を断熱圧縮した過熱蒸気として伝熱管に送り込む蒸気管に設けられた圧縮機とを有し、
前記蒸気管を介して前記伝熱管に送られた過熱蒸気が、蒸発缶内に供給され処理液が当該伝熱管に触れて蒸発するときに潜熱を奪われて凝縮するものであって、処理液の温度が高い状態で伝熱管に触れて凝縮した蒸留液を取り出す部分を前記高温側凝縮部とし、処理液の温度が低い状態で伝熱管に触れて凝縮した蒸留液を取り出す部分を前記低温側凝縮部としたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
請求項４に記載する有機性廃液の処理装置において、
前記高温側凝縮部と前記低温側凝縮部は、複数本の前記伝熱管が上下方向に分けられたブロックによって構成され、前記高温側凝縮部が、前記圧縮機で加圧された蒸気が送り込まれる下側のブロックによって構成され、前記低温側凝縮部が、前記高温側凝縮部の二次側にあって上方から噴霧された前記処理液が先に触れる上側のブロックによって構成されたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
請求項４又は請求項５に記載する有機性廃液の処理装置において、
前記濃縮機は、前記蒸発缶に接続された真空ポンプによって蒸発缶内部を所定圧力に減圧するようにしたものであることを特徴とする有機性廃液の処理装置。
有機性廃液やその有機性廃液に対して一定処理を施した消化液などアンモニア及びアンモニウム塩及び水分を含む処理液について、蒸発させた蒸気を凝縮してアンモニア濃度の低い浄水と高濃度のアンモニア水とを分離させて取り出すようにした有機性廃液の処理方法において、
前記処理液を蒸発させる第１蒸発工程と、
前記第１蒸発工程で蒸発しなかった残渣を蒸発させる第２蒸発工程と、
前記第１蒸発工程で蒸発した蒸気を高温側凝縮と低温側凝縮の２段階で凝縮する第１凝縮工程と、
前記第２蒸発工程で蒸発した蒸気を高温側凝縮と低温側凝縮との２段階で凝縮する第２凝縮工程とを有し、
前記第１凝縮工程によって高温側で凝縮した蒸留液と、前記第２凝縮工程によって低温側で凝縮した蒸留液とを前記処理液の一部として前記第１蒸発工程へ還流させるようにしたことを特徴とする有機性廃液の処理方法。
請求項７に記載する有機性廃液の処理方法において、
前記第１蒸発工程と前記第２蒸発工程は、前記第１蒸発工程で蒸発する処理液の蒸発量よりも前記第２蒸発工程で蒸発する処理液の蒸発量が多いことを特徴とする有機性廃液の処理方法。