(57)【要約】【課題】被処理水を濃縮する工程を有する処理方法でありながら、固形物を加熱器の内壁に固着させない被処理水の処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の被処理水の処理方法は、塩化カルシウムと塩化ナトリウムとが重量比で４：５．８〜７０：５．８で溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、濃縮した被処理水を、加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、抜き出した被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化カルシウムと塩化ナトリウムとが重量比で４：５．８〜７０：５．８で溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、
濃縮した前記被処理水を、前記加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、
抜き出した前記被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する、被処理水の処理方法。
【請求項２】
前記濃縮工程において前記被処理水から蒸発させる水の量は、下記式（１）を満たす量である、請求項１記載の被処理水の処理方法。
−０．４２８ｘ＋９７．１２≦ｙ≦−０．４２８ｘ＋１００．７１  …（１）
［式中、ｘは前記濃縮工程の前に前記被処理水中の水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）を示し、４≦ｘ≦２０である。ｙは前記被処理水中の水１００ｇ当たりで前記被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。］
【請求項３】
前記濃縮工程の前に、前記被処理水に塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの少なくとも一方を添加し、前記被処理水に溶解した塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比を前記重量比の範囲内に調整する成分調整工程を有する、請求項１又は２記載の被処理水の処理方法。
【請求項４】
前記被処理水は、廃棄物処分場で発生する浸出液由来の液を含む、請求項１〜３のいずれか一項記載の被処理水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、含水性廃棄物から水を蒸発させて含水率を下げる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、例えば蒸発缶のような加熱器中で、塩類等を高濃度に含む被処理水から水を蒸発させて固形物を析出させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１４７１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合において、加熱器中で水を蒸発して被処理水の濃縮が進むに従い、塩類等の固形物が析出し、加熱器の内壁に固着する。加熱器の内壁に固着した固形物は、掻き出されて廃棄物として処理される。
【０００５】
このような被処理水の処理方法では、加熱器の内壁に固着した固形物を掻き出すのにコストがかかる。このため、固形物を加熱器の内壁に固着させない技術が求められている。
【０００６】
そこで本発明は、被処理水を濃縮する工程を有する処理方法でありながら、固形物を加熱器の内壁に強く固着させない被処理水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の被処理水の処理方法は、塩化カルシウムと塩化ナトリウムとが重量比で４：５．８〜７０：５．８で溶解した被処理水を加熱器中で撹拌及び加熱し水を蒸発させて濃縮する濃縮工程と、濃縮した被処理水を、加熱器から液状で抜き出す抜出し工程と、抜き出した被処理水を冷却して固化させる固化工程と、を有する。
【０００８】
これによれば、濃縮工程にて塩類が濃縮された被処理水を、抜出し工程にて液状で抜き出すため、加熱器の内壁に塩類が固着し始める前に被処理水を加熱器から除くことができる。そして、抜き出した被処理水は、加熱状態で濃縮されていたものであるため、これを固化工程にて冷却すると、溶解度の温度依存性の高い塩化カルシウムが特に析出し、水を結晶水として取り込みながら固化する。このとき、塩化カルシウムと塩化ナトリウムとが上記重量比の範囲内であるため、残っている水量が適切であれば確実に固化する。従って、本発明によれば、被処理水を濃縮する工程を有する処理方法でありながら、固形物を加熱器の内壁に強く固着させないで被処理水を処理することができる。
【０００９】
ここで、濃縮工程において被処理水から蒸発させる水の量は、下記式（１）を満たす量であることが好ましい。
−０．４２８ｘ＋９７．１２≦ｙ≦−０．４２８ｘ＋１００．７１  …（１）
［式中、ｘは濃縮工程の前に被処理水中の水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）を示し、４≦ｘ≦２０である。ｙは被処理水中の水１００ｇ当たりで被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。］
【００１０】
濃縮工程において被処理水から蒸発させる水の量が上記式を満たす場合は、被処理水が流動性を保つ限界付近にまで濃縮されているため、塩化カルシウムが結晶水として取り込むべき水の量が少ないことを意味する。従って、被処理水から蒸発させる水の量が上記式を満たすことは、固化工程で得られる固形物の減容化に資する。
【００１１】
また、濃縮工程の前に、被処理水に塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの少なくとも一方を添加し、被処理水に溶解した塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比を上記重量比の範囲内に調整する成分調整工程を有することが好ましい。処理すべき被処理水の塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比は、被処理水が供給された段階では必ずしも上記重量比の範囲内に入っていない。その場合に、被処理水に塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの少なくとも一方を添加して重量比を上記範囲内に入るように調整すると、抜出し工程にて抜き出した処理水を、固化工程にて確実に固化させることができる。
【００１２】
本発明の被処理水の処理方法に供される被処理水は、廃棄物処分場で発生する浸出液由来の液を含んでいてもよい。廃棄物処分場で発生する浸出液は通常、廃棄物処分場に併設されている蒸発設備により、蒸留された水と、残渣たる塩化カルシウム及び塩化ナトリウム等が高濃度に含まれた濃縮水とに分離される。本発明の被処理水の処理方法は、このような濃縮水を被処理水として処理するのに特に適している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理水を濃縮処理する工程を有する処理方法でありながら、固形物を加熱器の内壁に強く固着させない被処理水の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】蒸気圧縮凝縮システムの概略構成図である。
【図２】実施例における塩化カルシウムの溶解量と水の減少量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態では、加熱器として蒸気圧縮凝縮システム（ＶＣＣ）を用いた例を説明する。まず、ＶＣＣの一般的な構成及び運転動作について説明する。
【００１７】
図１に示されるように、ＶＣＣ１は、被処理水Ｗを入れる真空タンク２と、水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機３と、真空タンク２内に設けられた水蒸気凝縮器４と、空気などの不凝縮性ガスを抽気ポンプや真空ポンプを用いず自発的に排出する不凝縮性ガス排出手段としてのレリーフ弁５と、凝縮水をポンプ等を用いず自発的に排出する凝縮水排出手段としてのスチームトラップ６とを備えている。そして、真空タンク２の上部より水蒸気圧縮機３へ低圧蒸気配管７ａが、水蒸気圧縮機３より水蒸気凝縮器４へ高圧側蒸気配管７ｂがそれぞれ配設され、高圧側蒸気配管７ｂは、水蒸気凝縮器４からは二方に分岐し、一方はレリーフ弁５を介して不凝縮性ガスの排出口（図示せず）へ、他方はスチームトラップ６を介して凝縮水排出口（図示せず）へそれぞれ配管されている。
【００１８】
真空タンク２は、被処理水投入口２ａおよび被処理水排出口２ｂを有し、真空に耐える強度を持ち、そして、外部は断熱されていることが望ましい。水蒸気圧縮機３は真空ポンプの機能を有し、そして、シリンダの潤滑にオイルを使わないオイルフリー型の容積式圧縮機、例えば、揺動式、往復式、スクリュー式、ルーツ式、ロータリ式等が望ましい。水蒸気凝縮器４はタンク内の被処理水Ｗと熱交換するため真空タンク２と熱的に連結されたものでコイル状のもの、あるいは真空タンク２を２重壁としたもの等、いずれの態様であってもよい。
【００１９】
真空タンク２の底部には、被処理水Ｗを撹拌するための撹拌羽根２ｃが設けられている。
【００２０】
次に、ＶＣＣ１の一般的な運転動作としては、まず、真空タンク２中に被処理水Ｗを入れ、蓋を閉めて気密状態にする。次に水蒸気圧縮機３を起動すると、空気が排除されるために真空タンク２内の圧力が下がる。この際に水蒸気圧縮機３の吐出空気の温度が上がり、水蒸気凝縮器４を通過する際に、熱交換により被処理水Ｗを加熱することができる。空気は凝縮しないので吐出圧力は上昇し、設定圧力、例えば１．５気圧（１５２ｋＰａ）以上になればレリーフ弁５が開いて空気が排出され、真空タンク２内の空気が排除されることにより容器内の圧力は下がって行く。
【００２１】
ここで、水蒸気圧縮機３の真空引き能力が高ければ、常温でも水を沸騰させることができる。例えば２５℃では、真空タンク２内部の圧力が３ｋＰａまで下がれば水が沸騰する。前述の吐出空気の昇温により被処理水Ｗの温度が上がるために、沸騰し易くなる（例えば４０℃では７ｋＰａ）ことが予想できる。こうして蒸発した水蒸気は、水蒸気凝縮器４で凝縮することにより更に被処理水Ｗを加熱する。凝縮水はスチームトラップ６から排出される。こうした運転を継続することにより、真空タンク２内の温度が徐々に上がり、定格運転状態に達する。定格運転状態とは、例えば真空タンク２内が９０℃、７０ｋＰａで、例えば水蒸気凝縮器４内飽和温度が１１０℃、１４３ｋＰａを指す。
【００２２】
凝縮圧力は大気圧（１０１ｋＰａ）よりも高いので、凝縮水および空気を主体とする不凝縮性ガスはそれぞれの弁６，５から排出される。
【００２３】
次に、産業廃棄物又は一般廃棄物の廃棄物処分場で発生する浸出液由来の液を含む被処理水をＶＣＣ１を用いて処理する場合について、具体的な手順を説明する。一般に、廃棄物処分場で発生する浸出液には、塩化ナトリウム、塩化カルシウムその他の塩類が含まれている。また、場合により、硫酸、リン酸、硝酸等の酸、又は、水酸化カリウム等のアルカリが溶解していることもある。更に、有機物が溶解していることもある。「廃棄物処分場で発生する浸出液由来の液」とは、このような浸出液そのものであってもよく、浸出液に他の液体又は固体が混合又は溶解した液であってもよい。
【００２４】
被処理水ＷをＶＣＣ１で処理するにあたり、真空タンク２に投入する前又は投入した後において、被処理水Ｗに溶解している塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比を測定する。そして、被処理水Ｗに塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの少なくとも一方を添加し、被処理水に溶解した塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量（ｇ）比が４：５．８〜７０：５．８の範囲内となるように調整する（成分調整工程）。なお、重量比の測定は、水溶液であればキレート滴定、原子吸光光度法、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法による定量分析を行うことにより可能である。
【００２５】
塩化カルシウムと塩化ナトリウムとが重量比で４：５．８〜７０：５．８で溶解している被処理水Ｗを、真空タンク２中で撹拌羽根２ｃにより撹拌しながら加熱し、水を蒸発させて濃縮する（濃縮工程）。ここで、被処理水Ｗは撹拌により均質系とされている。すなわち、真空タンク２内では溶質濃度や析出した固体等に偏りのない状態でＶＣＣ１が運転される。
【００２６】
濃縮は、被処理水Ｗが液状を保つ程度で行う。ここで「液状」とは、溶液、懸濁液、スラリー等の性状であり、真空タンク２の被処理水排出口２ｂを開放したときに自重により排出される程度の流動性を有する状態をいう。より具体的には、被処理水排出口２ｂを開放することで濃縮液の体積の９割以上を自重で回収できる状態であることをいう。排出するのに十分な流動性を有しているのであれば、溶質の一部が析出していてもよい。
【００２７】
より具体的には、蒸発させる水の量が、例えば下記式（１）を満たす量となる程度に濃縮する。
−０．４２８ｘ＋９７．１２≦ｙ≦−０．４２８ｘ＋１００．７１  …（１）
式中、ｘは前記濃縮工程の前に前記被処理水中の水１００ｇ当たりに溶解している塩化カルシウムの量（ｇ）を示し、４≦ｘ≦２０である。ｙは前記被処理水中の水１００ｇ当たりで前記被処理水から蒸発させる水の量（ｇ）を示す。蒸発させる水の量が式（１）の範囲を下回ると、被処理水Ｗを真空タンク２から液状で抜き出した後、冷却しても固化しない傾向がある。蒸発させる水の量が式（１）の範囲を上回ると、塩類等の固形物が真空タンク２内で固化してしまい、真空タンク２の内壁に固形物が固着してしまう傾向がある。
【００２８】
また、濃縮の目安としては、塩化ナトリウムの流動性を維持できる水の量と、塩化カルシウムが冷却された際に結晶水として含むことのできる水の量とから設定することもできる。塩化ナトリウムがほぼ析出している状態で濃縮液の液状状態を維持するには、最低でも重量比で等量以上の水（ここでは飽和塩化カルシウム溶液）が存在することが好ましい。
【００２９】
濃縮後、被処理水排出口２ｂを開放し、被処理水Ｗを真空タンク２から液状で抜き出す（抜出し工程）。そして、抜き出した被処理水Ｗを、例えば空冷により冷却すると、塩化カルシウムが水和物として析出して固化する（固化工程）。このとき形成される水和物としては、二水和物、四水和物又は六水和物となることが考えられる。
【００３０】
以上説明した被処理水Ｗの処理方法によれば、濃縮工程にて塩類が濃縮された被処理水Ｗを、抜出し工程にて真空タンク２から液状で抜き出すため、真空タンク２の内壁に塩類が析出して固着し始める前に被処理水Ｗを真空タンク２から除くことができる。そして、抜き出した被処理水Ｗは、加熱状態で濃縮されていたものであるため、これを固化工程にて冷却すると、溶解度の温度依存性の高い塩化カルシウムが特に析出し、水を結晶水として取り込みながら固化する。このとき、被処理水Ｗに溶解していた塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比が上記範囲内となっていたため、残っている水量が適切であれば確実に固化する。従って、本実施形態の処理方法によれば、被処理水Ｗを濃縮する工程を有する処理方法でありながら、塩類等の固形物を真空タンク２の内壁に強く固着させないで被処理水Ｗを処理することができる。
【００３１】
特に、濃縮工程において被処理水Ｗから蒸発させる水の量が上記式（１）を満たしていると、被処理水Ｗが流動性を保つ限界付近にまで濃縮されているため、固化時に塩化カルシウムが結晶水として取り込むべき水の量が少ないことを意味する。従って、被処理水Ｗから蒸発させる水の量が上記式を満たすことは、固化工程で得られる固形物の減容化に資する。
【００３２】
また、本実施形態の処理方法では、濃縮工程の前に、被処理水Ｗに塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの少なくとも一方を添加して、被処理水Ｗに溶解した塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比を上記重量比の範囲内に調整する成分調整工程を実施することができるため、処理すべき被処理水Ｗの塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比を、確実に上記範囲内に入るように調整することができ、抜出し工程にて抜き出した処理水を、固化工程にて確実に固化させることができる。
【００３３】
また、本実施形態の処理方法では、被処理水Ｗに、硫酸、リン酸、硝酸等の酸、又は、水酸化カリウム等のアルカリが溶解していても、これらの影響を受けない。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では成分調整工程を実施しているが、被処理水Ｗに溶解した塩化カルシウムと塩化ナトリウムとの重量比がはじめから４：５．８〜７０：５．８の範囲内となっているのであれば、成分調整工程を実施しなくてもよい。
【００３５】
また、先に析出しはじめた塩化ナトリウムを徐々に排出し、排出後の上澄み液を元に戻す態様としてもよい。この場合、真空タンク中の塩化ナトリウムの量は少なくなり、塩化カルシウムが濃縮されていく。塩化ナトリウムを排出した分に応じて真空タンク中の溶液の流動性に必要となる水の量は小さくなるため、塩化ナトリウムに対する塩化カルシウムの量が大きくても最終的な排出と固化が可能となる。なお、この場合は、塩化ナトリウムが先に大量に排出されるため、被処理水における塩化カルシウムとの比が変化してしまう。ただしこの場合、塩化ナトリウムの流動性を維持するために必要な水の量が変化するだけであり、式（１）に示される塩化カルシウムと被処理水中の水との最適比率は変化しない。
【００３６】
また、塩化カルシウムは溶解度の温度依存性が高く、沸点上昇が大きくなるため、濃度が高くなると濃縮が困難になる傾向がある。従って、被処理水を濃縮し、濃縮が所定の段階に達したときに塩化カルシウムを添加して最適比率とした後、被処理水を液状で排出、冷却固化させることもできる。更に、被処理水の排出後に、残された水分量に応じた塩化カルシウムを添加して冷却固化させてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、加熱器として蒸気圧縮凝縮システム（ＶＣＣ）を用いた例で説明したが、他の加熱器を用いてもよい。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
＜塩化カルシウムのみを溶解させた場合の水の減少量の予備的検討＞
ビーカー中の水１００ｇに対し、塩化カルシウムを表１に示す量で溶解させた。この溶液をホットスターラーにより２３０℃に加熱し、水を徐々に蒸発させた。水の減少量が所定の値になったときに加熱を停止して空冷し、溶液が固化するかどうかを確認した。検討の結果を表１に示す。なお、固化したか否かの評価は次のとおりである。
○：固化した。
△：固化したが、すぐに潮解した。
×：固化しなかった。
【００４０】
【表１】
2014213231.tif 000003
【００４１】
検討例１〜１４の結果から、水１００ｇに対する塩化カルシウムの溶解量が３．８〜４．５ｇの範囲である場合、加熱による水の減少量が９６ｇ程度であるときに、冷却後に固化することが確認された。
【００４２】
＜水の減少量の検討＞
ビーカー中の水１００ｇに対して、塩化ナトリウム５．８ｇ、及び、表２に示す量の塩化カルシウムを溶解させた。この溶液をホットスターラーにより２３０℃に加熱し、水を徐々に蒸発させた。加熱を停止して空冷し、固化するかどうかを確認した。測定は、各比較例及び実施例で２回ずつ行なった。その平均値としての結果を表２に示す。固化したか否かの評価は次のとおりである。
○：固化した。
△：固化したが、すぐに潮解した。
×：固化しなかった。
【００４３】
【表２】
2014213231.tif 000004
【００４４】
比較例１〜５、及び実施例１〜１１の結果から、加熱、蒸発、冷却後に溶液を固化させるには、塩化ナトリウム５．８ｇが溶解した水１００ｇに対して、塩化カルシウムが４．０ｇ以上溶解していることが必要であることが確認された。また、塩化カルシウムの含有量が多くなるにつれて、冷却後に固化するための水の減少量が小さくて済むことが確認された。なお、表２の実施例１〜１１及び参考例１のデータをプロットした様子を図２に示す。
【００４５】
＜酸又はアルカリ共存下での検討＞
ビーカー中の水１００ｇに対して、塩化ナトリウム５．８ｇ、塩化カルシウム４．０ｇ、及びその他の溶質を表３に示す量で溶解させた。この溶液をホットスターラーにより２３０℃に加熱し、水を徐々に蒸発させた。結晶化の傾向が見え始めたとき（溶液の表面に薄い膜が析出し始めたとき）に、加熱を停止して空冷し、固化するかどうかを確認した。結果を表３に示す。固化したか否かの評価は次のとおりである。
○：固化した。
△：固化したが、すぐに潮解した。
×：固化しなかった。
【００４６】
【表３】
2014213231.tif 000005
【００４７】
表３に示した実施例１，１２〜１７の結果によれば、硫酸、リン酸、硝酸及び水酸化カリウムの共存下でも、加熱により水を減少させた溶液が空冷した後に固化すること、つまり、本発明の効果が奏されることが確認された。
【００４８】
なお、上記実験は大気圧条件の下で実施しているが、減圧条件下でも同様の理屈により塩水の濃縮乾燥及び排出が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…ＶＣＣ（加熱器）、２…真空タンク、Ｗ…被処理水。
【図１】
2014213231.tif 000006
【図２】
2014213231.tif 000007