(57)【要約】【課題】固形分と液体からなるスラリーから液体を効率よく回収する。【解決手段】固形分と液体からなるスラリーであって、粒径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の固形分を１重量％以上１０重量％未満含む原料スラリーから液体を回収する際に、原料スラリーを遠心分離装置に供給して液状混合物１と分離スラリーに分離し、分離スラリーを真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することを特徴とする液体の回収方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分と液体からなるスラリーであって、粒径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の固形分を１重量％以上１０重量％未満含む原料スラリーから液体を回収する際に、原料スラリーを遠心分離装置に供給して液状混合物１と分離スラリーに分離し、分離スラリーを真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することを特徴とする液体の回収方法。
【請求項２】
分離スラリーと原料スラリーの一部を混合し、真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することを特徴とする請求項１に記載の液体の回収方法。
【請求項３】
遠心分離装置、真空濾過装置が連続式であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体の回収方法。
【請求項４】
分離スラリーが固形分を３重量％以上５０重量％未満含むことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の液体の回収方法。
【請求項５】
遠心分離装置への原料スラリー供給量Ｓ１と真空濾過装置への原料スラリー供給量Ｓ２と分離スラリー量Ｓ３の重量比がＳ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝０．１〜１０であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の液体の回収方法。
【請求項６】
液状混合物１と液状混合物２を蒸留工程に供給する請求項１〜５いずれかに記載の液体の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形分と液体を含むスラリーから液体を回収し、かつ、固形分を分離、除去する方法に関する。特に、固形分と液体を含むスラリーから液体を回収して再利用する際に効率よく液体を回収する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
固液分離は様々な分野で使用されており、工業的には排水処理や分離精製プロセスなどに用いられ、分離するスラリーの性状により分離方法が選択されるが、その方法は多岐にわたり、沈降分離、遠心分離、ケーク濾過などが挙げられ、これら分離方法には一長一短がある。また、スラリー中の固形分の粒子が微細で、更にその固形分濃度が高いスラリーは分離性が悪く、その分離方法には工夫が必要であった。
【０００３】
沈降分離は、分離するスラリー中の固体粒子群を粒径または密度の差による沈降速度の差を利用して分離するが、清澄な上澄み液を得るには長時間を要するため、短時間で多量のスラリーを効率的に分離するためには、大型な設備を必要とする。一方、遠心分離は、遠心力により、分離するスラリー中の固体粒子群を比重差で分離する方法であり、円筒型、分離板型、デカンター型などに分類される。遠心分離は微細な固形分が濾液側へリークしてしまうことがあり、完全に固液分離することが困難である。特許文献１では、凝集剤を使用し、沈降分離した上澄み液を遠心分離装置で固液分離する方法が開示されているが、大量の排水を処理する際には、大型の沈殿槽（凝集反応槽）が必要となり、更には、使用する凝集剤、微細な固形分が排水中にリークしてしまうことから環境汚染上好ましくない。また、脱溶媒に関しての詳細な説明はなく、処理液は排水されるため、溶媒が含まれる溶液には適しない。
【０００４】
ケーク濾過は様々な多孔質物質の濾過助剤によって濾過する方法であり、濾過助剤表面上に分離するスラリーの固形分層が形成される。このケーク濾過を連続で行う連続式真空濾過装置は、各種プロセス工業に広く利用されており、例えば、特許文献２で開示されているような、連続式の真空濾過装置があり、他の分離方法と比較しても濾液の清澄度が良く、また、産業廃棄物となる排出ケークが低含水率であるといったメリットがある。しかし、単位処理量当りの濾過助剤使用量と産業廃棄物量が比較的多いといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７５７７３号公報
【特許文献２】特開平１０−５７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における課題解決のために、鋭意検討した結果達成されたものであり、粒径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の固形分と液体を含み、固形分濃度が１％以上１０％未満の原料スラリーから液体を回収する際に、廃棄物を削減し、効率的に固液分離する方法を提供することを課題とする。
【０００７】
従来、遠心分離による分離では、微細な固形分が濾液側へリークすることがあり、処理液によっては清澄な液体を得ることは困難であった。また、分離スラリーは廃棄物となり、処理設備を必要とする。もしくは、分離スラリーを廃棄することになり、廃棄物が多くなるという課題があった。
【０００８】
一方、真空濾過による分離では、清澄な濾液を得ることができるが、排出ケークには使用した濾過助剤が含まれ、これらはまとめて廃棄物となるため、単位処理量当りの廃棄物量が多く、処理費用が増えるといった問題があった。
【０００９】
更に、遠心分離装置、真空濾過装置それぞれ単独では、処理可能量が決まっており、多量の原料スラリーを処理するには多大な時間を要していた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、粒径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の固形分と液体を含み、固形分濃度が１％以上１０％未満の原料スラリーから液体を回収する際に、原料スラリーを遠心分離装置に供給して液状混合物１と分離スラリーに分離し、分離スラリーを真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することで、固形分を分離、除去し、更には廃棄物量を削減し、効率的に液体を回収することを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
即ち、本発明は以下のとおりである。
１．固形分と液体からなるスラリーであって、粒径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の固形分を１重量％以上１０重量％未満含む原料スラリーから液体を回収する際に、原料スラリーを遠心分離装置に供給して液状混合物１と分離スラリーに分離し、分離スラリーを真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することを特徴とする液体の回収方法。
２．分離スラリーと原料スラリーの一部を混合し、真空濾過装置に供給して液状混合物２と排出ケークに分離することを特徴とする１に記載の液体の回収方法。
３．遠心分離装置、真空濾過装置が連続式であることを特徴とする１または２に記載の液体の回収方法。
４．分離スラリーが固形分を３重量％以上５０重量％未満含むことを特徴とする１〜３いずれかに記載の液体の回収方法。
５．遠心分離装置への原料スラリー供給量Ｓ１と真空濾過装置への原料スラリー供給量Ｓ２と分離スラリー量Ｓ３の重量比がＳ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝０．１〜１０であることを特徴とする１〜４いずれかに記載の液体の回収方法。
６．液状混合物１と液状混合物２を蒸留工程に供給する１〜５いずれかに記載の液体の回収方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、固形分と液体を含む原料スラリーから固形分を分離、除去し、液体を工業的に効率良く回収し、更には、遠心分離装置で分離した分離スラリーを真空濾過装置に供給することで、処理量を増やすことができ、分離する固形分（廃棄物）を削減できるプロセスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の固形分と液体を含む原料スラリーの処理プロセスの一例を示す概略図である。
【図２】比較例１の原料スラリー処理プロセスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい形態を挙げて、発明を詳細に説明する。
【００１５】
［原料スラリー］
固形分と液体からなるスラリーから液体を回収する固液分離は、排水処理や分離精製プロセスなどの様々な分野で用いられ、清澄な液体を得ることが求められている。分離するスラリー中の固形分は、スラリー中で不溶となっている状態であれば、その物質に制限はしないが、例えば、無機固体、有機固体、金属、鉱物、セラミックス、木材、重合体などが挙げられる。液体についても特に制限はしないが、例えば水やアルコール、酸、アルカリ、有機溶媒などが挙げられる。
【００１６】
固形分の粒径は１０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、固形分濃度は１％以上１０％未満が好ましい。粒径の測定方法には、重力沈降法、動的光散乱法、レーザー回折法などが挙げられるが、特に限定はしない。粒径がこの範囲の場合、濾液に微細な固形分がリークしてしまい、完全に固液分離することが困難である。
【００１７】
また、固形分濃度がこの範囲の場合、原料スラリーの処理量が多くなり、液体の回収が困難となる場合がある。本発明における固形分濃度の測定方法は、固形分、液体の性状によって異なるが、スラリー２ｇを秤量し、液体が十分に蒸発する条件で乾固したあと固形分の重量を測定する方法で決定することができる。
【００１８】
また、本発明における原料スラリーとしては、ＣＯＤ物質を含有する排水に、ｐＨ調整剤や凝集剤を加えてＣＯＤ物質を不溶化させたスラリーなども含まれる。
【００１９】
［遠心分離装置］
遠心分離装置は、遠心力を利用して、混合状態にある固形分と液体、比重の異なる液体と液体などを分離することができる装置である。本発明では、固形分と液体を含むスラリーを遠心力により、固形分と液体に分離する。遠心分離装置は、回転する容器（ボウル）とこれを囲うケーシングとからなり、回転容器はふつう円筒形である。本発明では、連続式のスクリューデカンタ型遠心分離装置が好ましく用いられる。
【００２０】
遠心分離装置は、廃プラスチックのリサイクルの分野においてＰＶＣ（塩ビ）やＰＥ（ポリエチレン）等の破砕された各種樹脂の比重差を利用して遠心分離、脱液に用いられてきた。
【００２１】
本発明では、ボウル内に原料スラリーを供給し、固形分（沈殿物と浮遊物）を遠心力により分離し、固形分はボウルと微小の回転差を与えられているスクリューコンベアーにより搬送、排出されるデカンタ型の遠心分離装置が好ましい。遠心分離装置は比較的小型であり、設置スペースの縮小化を図ることができるが、微細な固形分などを含んだスラリーを処理する際には、固液を完全に分離するのは困難である。また、一台当りの濾過処理能力が低いため、多量の濾過処理能力が求められる場合では、複数台設置する必要があり、装置コスト、装置のランニングコストが嵩んでしまい、設置面積も大きくなってしまう。
【００２２】
遠心力を上げる程、分離性は向上するが、分離スラリーの取り扱い上、遠心分離装置の回転数は５００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下が好ましく、１０００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下がより好ましい。
【００２３】
［凝集剤］
遠心分離装置において、原料スラリーの固液分離に際しては、固液分離性の向上のために凝集剤を用いても良い。凝集剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の無機凝集剤や、カチオン性高分子凝集剤（カチオンポリマー）、アニオン性高分子凝集剤（アニオンポリマー）等の高分子凝集剤を用いることができる。これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００２４】
これらの凝集剤はｐＨ調整剤などによってｐＨを調整してから添加しても良いし、ｐＨ調整剤と凝集剤を併用しても良い。
【００２５】
［真空濾過装置］
真空濾過装置は、濾過助剤の排出側を減圧して上流側からの圧力差により加圧濾過を行う装置であり、低含水率のケークを得ることができる。真空濾過装置としては、回転円筒型真空濾過装置、水平ベルト型真空濾過装置などが挙げられるが、連続運転が可能な回転円筒型真空濾過装置が好ましい。
【００２６】
このような真空濾過装置は、製造物が反応溶媒等に分散したスラリーとして得られるような、石膏、ビスフェノール、テレフタル酸などの製造工程において製造物を分離する方法に用いられてきた。
【００２７】
真空濾過装置には、水平型真空濾過装置などもあるが、単位濾過面積当りの装置床面積が大きく、広い設置スペースを確保する必要がある。そこで、本発明では、比較的安価であり、かつ装置の設置面積当たりの濾過処理能力が高く、更には低含水率の脱水ケークを得ることができ、産廃処理削減に寄与できる回転円筒型のプリコート式真空濾過装置がより好ましい。
【００２８】
特に、プリコート式真空濾過装置を用いた場合、原料スラリーから分離された固形分とプリコートされた濾過助剤をかき取って回収する。このため、真空濾過装置を用いて原料スラリーの固液分離をすることで、清澄な濾液と含水率の低いケークを得ることができるが、単位処理量当りの廃棄物が多くなってしまう。
【００２９】
回転円筒型真空濾過装置のドラムの回転速度が速い程、単位時間当たりの濾過面積が大きくなるが、ケークの脱落などを考慮すると、０．１ｒｐｍ以上３ｒｐｍ以下が好ましく、０．２ｒｐｍ以上１ｒｐｍ以下がより好ましい。
【００３０】
排出ケーク中に液体が含まれる場合には、真空濾過中に濾過助剤表面を水などの液体で洗浄しても良い。洗浄水量は１０Ｌ／ｈ以上２０００Ｌ／ｈ以下が好ましく、５００Ｌ／ｈ以上１５００Ｌ／ｈ以下がより好ましい。
【００３１】
［真空濾過装置で用いる濾過助剤］
真空濾過装置では、濾過助剤を用いた分離が好ましい。ここで使用する濾過助剤としては、特に限定はされず、原料スラリーに適したものを選択すれば良い。例えば珪藻土、珪藻土の焼成物、パーライト、ゼオライト、ラジオライト、珪藻貢岩の焼成物、および焼石が好ましく、珪藻土の焼成品、パーライト、ラジオライトがより好ましく、ラジオライトが特に好ましいものの具体例として例示できる。なお、ここでラジオライトはケイソウ殻を原料とする焼成物である。セラミックス粉末を濾過助剤として用いることで固液分離に要する時間を大幅に短縮できる傾向がある。このようなセラミックス粉末を濾過助剤に用いる固液分離の方法には公知の方法が採用できるが、例えば、あらかじめセラミックス粉末をスラリーに混合した後に固液分離を行う方法や、セラミックス粉末をあらかじめ積層した濾過助剤を用いてスラリーの固液分離を行う方法が採用できる。濾過助剤の平均粒子径は、処理する原料スラリーの性質や、原料スラリー中に含まれる固形分の粒子径により最適な条件は異なるが、３μｍ以上１００μｍが好ましく、１０μｍ以上６０μｍがより好ましい。
【００３２】
濾過助剤の厚みは厚い程、長期間の連続運転が可能となるが、厚すぎるとケーク自体が濾過抵抗となり、更にはケークの自重で脱落してしまうため、１ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下がより好ましい。
【００３３】
［原料スラリー処理プロセス］
本発明では、固形分と液体を含む原料スラリーをまず遠心分離装置に供給して固液分離し、液状混合物１と分離スラリーに分離し、分離スラリーを真空濾過装置に供給して固液分離を行い、液状混合物２と排出ケークに分離することで、効率的な液体の回収を可能にすることができる。まず遠心分離装置に原料装置を供給し、分離スラリー中の固形分濃度を、原料スラリーに対して上昇させ、好ましくは３重量％以上５０重量％未満としてから真空濾過装置に供給することで、原料スラリーの処理量を増やし、液体のロスを減少させ、トータルとして廃棄物を減少させることができる。
【００３４】
さらに好ましくは、原料スラリーを遠心分離装置に供給し、遠心分離装置により固液分離された分離スラリーを原料スラリーの一部と混合し、真空濾過装置に供給して固液分離を行うことで、さらに効率よく液体の回収を行うことができる。
【００３５】
また、遠心分離装置で固液分離されて得られる分離スラリーを真空濾過装置へ供給することで、分離スラリーの処理設備を必要としないため、装置コストおよび装置のランニングコストの削減を図ることができる。
【００３６】
遠心分離は真空濾過と比較して、濾液（液状温合物１）の清澄度が低く、液状混合物１には、固形分が一部混入している。一方で、真空濾過は清澄度の高い濾液（液状混合物2）が得られ、液状混合物２に混入する固形分は液状混合物１よりも少なくなるが、削り取られた濾過助剤、ケーク（排出ケーク）は一般的に乾燥後、産業廃棄物となる。これらの観点から、遠心分離装置へのスラリー供給量Ｓ１と真空濾過装置へのスラリー供給量Ｓ２と分離スラリー量Ｓ３の重量比がＳ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝０．１〜１０の範囲であることが好ましく、Ｓ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝０．５〜５の範囲がより好ましい。
【００３７】
遠心分離装置の濾液である液状混合物１と真空濾過装置の濾液である液状混合物２はそれぞれ回収してもよいし、混合して回収しても良い。さらにそれぞれの液状混合物または液状混合物の混合物は、蒸留などの方法で精製することも可能である。精製により必要な純度の液体としてリサイクルすることが好ましい。液体の回収方法、精製方法としては、公知の方法を用いれば良く、特に限定はしない。
【００３８】
真空濾過装置で固液分離され得られる排出ケークは、公知の焼却処理や脱水処理を実施した後に、廃棄することが可能である。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲は、なんら実施例に限定されるものではない。
【００４０】
本実施例では、工業的に広く用いられているＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰと略記する）の水溶液を使用した。
【００４１】
＜スラリー、液状混合物に含まれるＮＭＰ濃度の測定＞
ＮＭＰ水溶液中のＮＭＰ濃度、は以下の方法で測定した。サンプル約０．３ｇを５ｍｌのサンプル瓶に秤量する。
内部標準物質のジメチルアニリンを約２ ０μｌ加え秤量する。
アセトンを約４ｍｌ加え、混合する。
マイクロシリンジに１．０μＬを注入し下記条件にて測定した。
カラム：ＰＥＧ６０００  ｏｎ ｓｈｉｍａｌｉｔｅＴＰＡ
４φ＊３φ＊４ｍ ＳＵＳ
Ｎ２   圧力    ５０ ｋｐａ
Ｈ２   圧力    ５０ ｋｐａ
ａｉｒ 圧力    ５０ ｋｐａ
カラム温度    １７０℃（定温）
ＩＮＪ温度    ３００℃
注入量        １．０μＬ
【００４２】
＜スラリーの固形分濃度の測定＞
試料（スラリー）を約２ｇ秤量し、熱風乾燥機中、１５０℃で２時間放置後、残った固形分の重量を測定して固形分濃度を求めた。
【００４３】
＜比較例１＞
ＮＭＰを５０重量％、固形分を２重量％、水を４８重量％に調整した原料スラリーを遠心分離装置へ１０００ｇ／ｈ（Ｓ１）供給し、固液分離すると、分離スラリーは３００ｇ／ｈ得られ（Ｓ３）、その組成はＮＭＰが４０．０重量％、固形分が１５．０重量％、水分が４５．０％であった。このＳ３が廃棄物となる。一方、液状混合物１は７００ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが５４重量％、固形分が０．７重量％、水分が４５．３重量％であった。
【００４４】
同時に真空濾過装置へ１０００ｇ／ｈ（Ｓ２）供給し、固液分離した。濾過助剤にはラジオライトを使用し、排出ケークのＮＭＰ濃度低減のために、１０００ｇ／ｈの水でケーク表面を洗浄した。排出ケークは１２３８ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが５．０重量％、固形分が４０．５重量％、水分が５４．５％であった。一方、液状混合物２は１２１３ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが４０．０重量％、固形分が０重量％、水分が６０．０重量％であった。
【００４５】
この時、蒸留工程へ固形分が５ｇ／ｈ持ち込まれる。一方、産廃は１５３８ｇ／ｈ発生する。一方、ＮＭＰは分離スラリーと排出ケークに含まれるため、１３５ｇ／ｈがロスする。Ｓ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝１．０であった。
【００４６】
＜実施例１＞
比較例１と同条件で原料スラリーを遠心分離装置と真空濾過装置へ供給し、遠心分離装置で得られた固体１を真空濾過装置へ供給した。分離スラリーは３００ｇ／ｈ得られ（Ｓ３）、その組成はＮＭＰが４０．０重量％、固形分が１５．０重量％、水分が４５．０重量％であった。一方、液状混合物１は７００ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが５４．０重量％、固形分が０．７重量％、水分が４５．３重量％であった。
【００４７】
同時に真空濾過装置へ１０００ｇ／ｈ（Ｓ２）供給し、更に分離スラリーを３００ｇ／ｈ（Ｓ３）を供給して固液分離した。排出ケークは１２３８ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが５重量％、固形分が４４重量％、水分が５１重量％であった。一方、液状混合物２は１５１３ｇ／ｈ得られ、その組成はＮＭＰが４０重量％、固形分が０重量％、水分が６０重量％であった。
【００４８】
この時、蒸留工程へ固形分が５ｇ／ｈ持ち込まれる。一方、廃棄物は１２３８ｇ／ｈ発生する。一方、ＮＭＰは排出ケークのみに含まれるため、１５ｇ／ｈがロスする。Ｓ１／（Ｓ２＋Ｓ３）＝０．８であった。
【符号の説明】
【００４９】
１  遠心分離装置
２  真空濾過装置
Ｓ１  遠心分離装置への原料スラリー供給量
Ｓ２  真空濾過装置への原料スラリー供給量
Ｓ３  分離スラリー量
【図１】
2014188490.tif 000003
【図２】
2014188490.tif 000004