(57)【要約】      （修正有）【課題】省エネルギーでありながら溶質分を十分高度に分離できるとともに、処理速度の向上が可能な凍結濃縮方法および装置の提供。【解決手段】被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮方法であって、伝熱面を有する製氷室４２に被処理液を供給する供給工程と、製氷室内において被処理液を凍らせる凍結工程と、被処理液よりも溶質分の濃度が高い高濃度液と被処理液の氷体とを接触させて氷体の一部を融解させる第１融解工程と、第１融解工程において使用した高濃度液と氷体の融解液との混合液を回収する濃縮液回収工程と、濃縮液回収工程後、氷体を凍結した状態で又はこれを融解して液体の状態にして回収する分離液回収工程とを備える凍結濃縮方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮方法であって、
伝熱面を有する製氷室に前記被処理液を供給する供給工程と、
前記製氷室内において前記被処理液を凍らせる凍結工程と、
前記被処理液よりも溶質分の濃度が高い高濃度液と前記被処理液の氷体とを接触させて前記氷体の一部を融解させる第１融解工程と、
前記第１融解工程において使用した前記高濃度液と前記氷体の融解液との混合液を回収する濃縮液回収工程と、
前記濃縮液回収工程後、前記氷体を凍結した状態で又はこれを融解して液体の状態にして回収する分離液回収工程と、
を備えることを特徴とする凍結濃縮方法。
【請求項２】
前記供給工程から前記分離液回収工程までの一連の工程を繰り返して実施する場合において、前記濃縮液回収工程を経て得られた前記混合液を前記融解工程における前記高濃度液として使用することを特徴とする、請求項１に記載の凍結濃縮方法。
【請求項３】
前記凍結工程後に前記氷体を破砕する破砕工程を更に備え、前記第１融解工程において前記氷体の破砕物と前記高濃度液とを接触させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の凍結濃縮方法。
【請求項４】
前記供給工程が前記被処理液の一部を前記製氷室に供給するものである場合において、前記第１融解工程後、前記被処理液の氷体と残りの被処理液とを接触させて当該氷体の一部を更に融解させる第２融解工程と、
前記第２融解工程において使用した前記残りの被処理液と前記氷体の融解液との混合液を回収する被処理液回収工程と、
を更に備え、
前記被処理液回収工程後に前記分離液回収工程を実施することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の凍結濃縮方法。
【請求項５】
被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮装置であって、
前記被処理液を収容する第１タンクと、
伝熱面を有し、前記第１タンクから供給される前記被処理液を凍結させる製氷室と、
前記被処理液よりも溶質分の濃度が高い高濃度液と前記被処理液の氷体とを接触させる固液接触手段と、
前記固液接触手段から移送される前記高濃度液と前記氷体の融解液との混合液を収容する第２タンクと、
を備えることを特徴とする凍結濃縮装置。
【請求項６】
前記製氷室の前記伝熱面は鉛直方向に延在しているとともに、当該伝熱面の下方に前記被処理液の氷体の破砕物を収容する融解槽を更に備えることを特徴とする、請求項５に記載の凍結濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮方法及び凍結濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶ディスプレイなどを製造する過程においては有機系廃液や無機酸廃液が生じる場合がある。これらの廃液は、生物難分解性物質を含有するものであったり、不溶化処理によって多量の汚泥が生じるなどの理由から、産業廃棄物として処分されることが多い。廃棄物量の削減を目指して濃縮による減容化又は廃液の再利用が試みられている。液体分を蒸発させたり、廃液を膜分離処理することなどが検討されているが、これらの手法は、高温による腐食や臭気発生、加熱に要するエネルギーコスト、あるいは膜腐食などの問題がある。
【０００３】
廃液に含まれる溶質分を濃縮する方法として、凍結濃縮法が知られている（特許文献１−３を参照）。凍結濃縮法は、蒸発法に比べて１／７程度の潜熱に止まるため、エネルギーコストの点で有利であり、また低温条件下で処理を行うため、腐食の問題も生じにくい。例えば、無機酸を含有する廃液を処理する場合でも、適した有機材料を選択すれば、耐食性の維持が容易に可能である。更に、臭気の問題についても、低温であるがゆえにその対策が容易という利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭３８−１０５０９号公報
【特許文献２】特許第３７３９４４０号公報
【特許文献３】国際公開第２００３／０７２２１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の凍結濃縮処理にあっては、高い分離度を得る観点から、被処理液を凍結させる際、被処理液に対して攪拌剪断力を加えるのが好適とされていた。例えば、上記特許文献２には、被処理液を結氷板に流下させながら凍らせた後、氷体の表層部を融解させる方法が記載されている。結氷板に氷が付着し始める初期段階は氷成長速度が高く、分離すべき溶質分が氷体内に閉じ込められやすい。このため、溶質分の濃縮部を氷体の表層部に偏在させるには、少なくとも初期段階において被処理流体に対して高速剪断を与える必要があると考えられる。このようは手法を採用した場合、被処理液に剪断力を与えるための攪拌装置や循環装置が必要であり、これらを運転するためのエネルギーも必要である。
【０００６】
他方、上記特許文献３に記載の方法は、被処理液を急速凍結することを前提としたものである。特許文献３には−８０℃のディープフリーザーや−２００℃の液体窒素などを利用することが好ましいと記載されている（第７頁第２８−３０行を参照）。特許文献３に記載の方法にあっては、このように急速凍結を行う反面、凍結物をゆっくりと時間をかけて融解する。特許文献３の請求項２に規定された式２によれば、融解時間Ｔ（分）の下限値は凍結物の重量Ａ（ｇ）と凍結物の表面積Ａ（ｃｍ２）とによって規定される。この方法では融解に長時間を要し、単位時間あたりに十分量の液を処理できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、省エネルギーでありながら溶質分を十分高度に分離できるとともに、処理速度の向上が可能な凍結濃縮方法及び凍結濃縮装置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】
【０００８】
本発明は、被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮方法であって、伝熱面を有する製氷室に被処理液を供給する供給工程と、製氷室内において被処理液を凍らせる凍結工程と、被処理液よりも溶質分の濃度が高い高濃度液と被処理液の氷体とを接触させて氷体の一部を融解させる第１融解工程と、第１融解工程において使用した高濃度液と氷体の融解液との混合液を回収する濃縮液回収工程と、濃縮液回収工程後、氷体を凍結した状態で又はこれを融解して液体の状態にして回収する分離液回収工程とを備える凍結濃縮方法を提供する。
【０００９】
上記方法の凍結工程においては、被処理液を流下させたり攪拌したりせず、静的な状態で凍結させる。被処理液に対して剪断力を付与するための動力が不要となり、省エネルギーが達成される。静的な状態で凍結させると、氷体の内部に広く溶質が残留することになるが、第１融解工程において、高濃度液と氷体とを接触させることで、溶質分を高濃度に含有する部分を選択的に融解できるとともに、凍結せずに残存している濃縮部を高濃度液で流すことができる。その後、濃縮液回収工程及び分離液回収工程を実施することで、溶質分を高濃度に含有する濃縮液及び溶質分が低減された分離液を別々に回収できる。
【００１０】
上記方法は、氷体の一部を融解させるものであり、また融解に際して氷体と高濃度液とを固液接触させるため、空気中で融解を行う場合と比較して融解に要する時間を大幅に短縮できる。このため、単位時間あたりの処理量を向上できる。
【００１１】
上記の供給工程から分離液回収工程までの一連の工程を繰り返して実施する場合においては、濃縮液回収工程を経て得られた混合液を融解工程における高濃度液として使用することが好ましい。
【００１２】
本発明の凍結濃縮方法は、凍結工程後に氷体を破砕する破砕工程を更に備え、第１融解工程において氷体の破砕物と高濃度液とを接触させることが好ましい。氷体を破砕して氷片とすることで、第１融解工程における固液接触効率が高まり、溶質分を一層高度の分離できるとともに、当該処理をより短時間で行うことができる。
【００１３】
供給工程が被処理液の一部を製氷室に供給するものである場合において、上記凍結濃縮方法は、第１融解工程後、被処理液の氷体と残りの被処理液とを接触させて当該氷体の一部を更に融解させる第２融解工程と、第２融解工程において使用した残りの被処理液と氷体の融解液との混合液を回収する被処理液回収工程とを更に備え、被処理液回収工程後に分離液回収工程を実施することが好ましい。第２融解工程を実施することにより、氷体に残存する溶質分をより一層低減できる。
【００１４】
更に、本発明は、被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮する凍結濃縮装置であって、被処理液を収容する第１タンクと、伝熱面を有し、第１タンクから供給される被処理液を凍結させる製氷室と、被処理液よりも溶質分の濃度が高い高濃度液と被処理液の氷体とを接触させる固液接触手段と、固液接触手段から移送される高濃度液と氷体の融解液との混合液を収容する第２タンクとを備える凍結濃縮装置を提供する。
【００１５】
上記製氷室は、被処理液を流下させたり攪拌したりする機能を要せず、静的な状態で被処理液を凍結させる。このため、被処理液に対して剪断力を付与するための動力が不要となり、省エネルギーが達成される。静的な状態で凍結させると、氷体の内部に広く溶質が残留することになるが、固液接触手段において、高濃度液と氷体とを接触させることで、溶質分を高濃度に含有する部分を選択的に融解できるとともに、凍結せずに残存している濃縮部を高濃度液で流すことができる。溶質分を高濃度で含有する混合液を第２タンクに移送することで、溶質分が低減された氷体（又はその融解液）と濃縮液と分離できる。
【００１６】
上記凍結濃縮装置は、氷体の一部を融解させるのに氷体と液体（高濃度液）とを固液接触させるため、融解に要する時間を大幅に短縮できる。このため、単位時間あたりの処理量を向上できる。
【００１７】
上記凍結濃縮装置は、製氷室の伝熱面は鉛直方向に延在しているとともに、当該伝熱面の下方に被処理液の氷体の破砕物を収容する融解槽を更に備えることが好ましい。かかる構成を採用することにより、被処理液を凍結させた後、伝熱面に接する氷体の表層部を融解させることで、氷体を融解槽内へと落下させることができる。落下の衝撃により、氷体を破砕することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮するに際し、省エネルギーでありながら溶質分を十分高度に分離できるとともに、処理速度の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る凍結濃縮装置の好適な実施形態を示す模式図である。
【図２】凍結槽及び融解送の内部の状態をそれぞれ示す模式断面図であり、（ａ）は供給工程後の状態を示し、（ｂ）は破砕工程後の状態を示す。
【図３】凍結槽及び融解槽の内部の状態をそれぞれ示す模式断面図であり、（ａ）は第１融解工程を実施している状態示し、（ｂ）は分離液回収工程を実施している状態を示す。
【図４】参考試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
＜凍結濃縮装置＞
図１に示す凍結濃縮装置１００は、被処理液を凍結することによって当該被処理液に含まれる溶質分を濃縮し、原液（被処理液）を濃縮液と分離液とに分離するためのものである。凍結濃縮装置１００は、原液を収容するタンク（第１タンク）１０と、濃縮液を収容するタンク（第２タンク）２０と、分離液を収容するタンク３０とを備える。また、凍結濃縮装置１００は、原液を凍結させるための凍結槽４０と、凍結槽４０の下方に設けられた融解槽５０とを備えるとともに、凍結槽４０が具備する伝熱管（製氷室）４２の外側に冷ブライン又は温ブラインを供給するチラーユニット４５，４６を備える。これらのタンク等はライン（配管）で接続されており、ラインの途中にはポンプＰ１−Ｐ６及びバルブＶ１−Ｖ１６が配設されている。
【００２２】
タンク１０，２０，３０としては、原液の種類に応じて好適な貯留槽を選択すればよい。分離液タンク３０には、得られた分離液の量を測定するための計器ＬＩを設けることが好ましい。なお、必要に応じて配管をタンク内に浸漬するなどして冷熱回収できる構成としてもよい。例えば、原液タンク１０内又は濃縮液タンク２０内に分離液の配管を浸漬させ、これらのタンクに収容された液を事前に冷却できるようにしてもよい。
【００２３】
凍結槽４０は、複数の伝熱管４２と、ブラインを収容して伝熱管４２の温度を調整するためのブライン循環槽４３とを有する。所定の温度のブラインを循環させることによって、伝熱管４２の伝熱面４２ａの温度を調整できるようになっている。チラーユニット４５，４６は、冷ブライン及び温ブラインの温度調節をそれぞれ行うためのものである。チラーユニット４５，４６はブライン槽４５ａ，４６ａをそれぞれ有する。
【００２４】
図１に示すように、伝熱管４２の伝熱面４２ａは鉛直方向に延在している。伝熱管４２の上端から下端までの長さは０．５〜３ｍ程度とすることができる。伝熱管４２は、凍結槽４０と融解槽５０とを仕切る隔壁４４を貫通するように設けられている。この構成により、原液を凍結させた後、温ブラインを循環させることで、氷体を融解槽５０内へと落下させることができる。
【００２５】
伝熱管４２の断面形状は、氷体が下方に落下する妨げとなるようなものでなければ特に制限はなく、矩形や円形のいずれであってもよい。また、伝熱管４２の材質は、処理すべき原液の種類等によって適宜選択することが好ましく、例えば、有機系廃水を処理する装置にあっては、金属材料（ステンレスなど）が好ましく、腐食性の高い無機酸を含有する廃水を処理する装置にあっては、有機系材料（塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）が好ましい。
【００２６】
融解槽５０は、凍結槽４０から落下した氷体と液体とを接触させる固液接触手段を有し、これを用いて氷体を効率的に融解させるためのものである。伝熱管４２内において無攪拌下で凍結した氷体は、攪拌下で凍結したものと比較して強度が低いため、落下の衝撃によって破砕されて融解槽５０内で氷片となる。
【００２７】
融解槽５０における伝熱管４２の下端から融解槽５０の底面５０ａまでの距離は、伝熱管４２内の被処理液の全量が凍結し、それが融解槽５０に落下したとしても氷片が伝熱管４２の下端に当らない程度とすることが好ましい。具体的には、氷体の安息角を４５°と仮定した場合、上記距離は伝熱管４２の内容積（ｍ３）を０．３乗して得られる値（ｍ）程度をすることが好ましい。融解槽５０は、底面５０ａ上に堆積する氷片に対して液体を噴射するための複数のノズル５２を備える。融解槽５０内の液体は、排出口５０ｂを通じて排出できるようになっている。
【００２８】
＜凍結濃縮方法＞
凍結濃縮装置１００を用いて原液を凍結濃縮する方法について説明する。まず、タンク１０に収容された原液をポンプＰ１によって濃縮液タンク２０に液送する。最初液送量は凍結槽４０の伝熱管４２の全容積及び融解槽５０の容積を満たす量とする。凍結槽４０のブライン循環槽４３内に冷ブラインを充填し、凍結に備えて伝熱面４２ａの温度を所定の温度（−２０〜−３℃程度）に調整する。次いで、ポンプＰ２によりタンク２０内の原液を融解槽５０へ供給する。伝熱管４２の下端は融解槽５０と連通し上端は開放されているため、融解槽５０が満水となった後、更に原液の供給を続けることにより、図２（ａ）に示すように伝熱管４２の上部まで原液の液面が上昇する（供給工程）。
【００２９】
満水となった時点でポンプＰ２を停止し、攪拌等することなく、そのままの状態で冷ブラインによって冷却し、原液が伝熱面４２ａに着氷するのを待つ（凍結工程）。その間、ポンプＰ５で冷ブラインを循環させる。
【００３０】
所定時間経過後、バルブＶ５を開き、排出口５０ｂから濃縮液タンク２０へと融解槽５０内の液を排出する。このとき、伝熱管４２内の未凍結液は重力の影響によって融解槽５０内に流れ込み、これも濃縮液タンク２０へと排出される。
【００３１】
融解槽５０内の液の排出操作と同時期に、バルブＶ１２を開き、冷ブラインをブライン槽４５ａに排出する。融解槽５０内の液及び冷ブラインの排出完了を確認後、ポンプＰ６によって温ブラインをブライン循環槽４３内に供給する。温ブラインは、伝熱面４２ａに付着した氷体を剥離するためのものであり、凍結点以上の温度（０〜２０℃程度）であることが好ましい。
【００３２】
温ブラインの供給により、伝熱面４２ａから氷体を剥離させ、液体を排出済みの空の融解槽５０へと落下させる（破砕工程）。原液にほとんど攪拌を与えずに凍結させた氷体は、濃縮液を内包しており、落下の衝撃で容易に崩れる程度の強度である。このため、図２（ｂ）に示すように、融解槽５０の底面５０ａ上に氷片が堆積する。
【００３３】
融解槽５０内の氷片の一部を融解させ、溶質分を高濃度で含む初期の融解液を回収する。氷片を融解させる際、自然融解では時間がかかるため、バルブＶ５，Ｖ６を開き、ポンプＰ３が配設されたラインを通じてタンク２０内の濃縮液を融解槽５０に供給する。この濃縮液は、図３（ａ）に示すように、融解槽５０内の上方に設けられたノズル５２から噴射される（第１融解工程）。このような固液接触を行うことで氷片の融解が促進される。濃縮液はバルブＶ５が配設されたラインを通じて濃縮液タンク２０に回収する（濃縮液回収工程）。タンク２０に回収される融解液の量が所定量（概ね氷体の体積の１／４程度）に達した時点で、バルブＶ５を閉じるとともに、ポンプＰ３を停止する。
【００３４】
濃縮液の回収後、中期の融解液を原液タンク１０に回収するため、原液タンク１０内の液を融解槽５０に供給して氷片の融解処理を実施することが好ましい。すなわち、バルブＶ７，Ｖ２を開き、ポンプＰ１によってタンク１０内の液を融解槽５０に供給してノズル５２から噴射する（第２融解工程）。中期の融解液はバルブＶ７が配設されたラインを通じて原液タンク１０に回収する（被処理液回収工程）。タンク２０に回収される融解液の量が所定量（概ね氷体の体積の１／４程度）に達した時点で、バルブＶ７を閉じるとともに、ポンプＰ１を停止する。
【００３５】
中期の融解液の回収後、最後の残氷分を分離液タンク３０へ回収するため、分離液タンク３０内の液を融解槽５０に供給して氷片の融解処理を実施することが好ましい。すなわち、バルブＶ９，Ｖ８を開き、ポンプＰ４によってタンク３０内の液を融解槽５０に供給してノズル５２から噴射する（第３融解工程）。残氷分の融解液又はシャーベット状の流体は、図３（ｂ）に示すように、排出口５０ｂから流出させ、分離液タンク３０に回収する（分離液回収工程）。
【００３６】
上記処理の完了に合わせて温ブラインを冷ブラインに切り替え、最初の凍結開始前の状態に戻す。このような濃縮処理を複数回くり返して濃縮度を高める必要がある場合は、濃縮液タンク２０に原液を液送することによって濃縮液タンク２０内の液量を所定量としてから、上記濃縮処理を行えばよい。なお、濃縮液タンク２０に液送する原液は、前回の濃縮処理によって原液タンク１０及び分離液タンク３０に回収された液体量に相当する量とすればよい。積算流量計ＩＦによって測定される積算流量Ｖ１と回収された濃縮液の体積Ｖ２との比率（Ｖ１／Ｖ２）が所定の値となったら、一連の濃縮処理を終了する。濃縮液をバルブＶ４が配設されたラインを通じて、他方、分離液をバルブＶ１０が配設されたラインを通じて排出し、これにより１バッチの処理が完了する。
【００３７】
上記実施形態に係る凍結濃縮装置及びこれを用いた凍結濃縮方法によれば、以下のような効果が奏される。
（１）被処理液を凍結させる際、当該液を流動させる設備が不要であり、流動に必要な設備コスト及び動力コストを低減できる。
（２）被処理液の氷体を融解する際、液体と接触させることで、融解が促進され、従来の装置において性能律速となる濃縮液の回収に要する時間を大幅に短縮できる。これにより、装置全体の処理能力が向上する。
（３）無攪拌下において被処理液を凍結させることにより、凍結速度の高低に関わらず、濃縮液を内包し容易に融解する氷体を得ることができる。このため、凍結速度を厳密に管理する必要がないという利点がある。
【００３８】
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、上記実施形態においては融解槽５０内に設けたノズル５２から液体を噴射して固液接触を行う場合を例示したが、その手法はこれに限定されるものではなく、氷体の破砕物を融解槽５０内の液体（例えば、濃縮液、原液）に浸漬させる手段を採用してもよい。具体的には、バルブＶ５，Ｖ７，Ｖ９を閉じた状態で、融解槽５０に液体を供給することによって、融解槽５０内の液位を徐々に上げて氷片が液体に浸漬するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、特に好ましい例として氷体を融解槽５０内に落下させ、その衝撃によって氷体を破砕する場合を例示したが、機械的な手段によって氷体を破砕してもよく、あるいは、凍結の程度によっては必ずしも氷体を破砕しなくてもよい。
【００４０】
＜凍結濃縮試験＞
本発明の効果を試験的に示すため、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含有する液（ＣＯＤｃｒ＝４５０００ｍｇ／Ｌ）の凍結操作を以下の手順で行った。すなわち、上記被処理液７００ｇをスチール製シリンダ（内径６５ｍｍ）の中に入れ、その外側を−５℃のブラインで２時間にわたって冷却して被処理液を凍結させた。凍結させる過程において被処理液の攪拌は行わなかった。
【００４１】
冷却後、氷体と未凍結液とを別々に回収したところ、氷体は１４８ｇであり、未凍結液のＣＯＤｃｒは５７０００ｍｇ／Ｌであった。この未凍結液のＤＭＦ濃度（ＣＯＤｃｒ＝５７０００ｍｇ／Ｌ）と同等の濃度のＤＭＦ含有液（１５０ｍｌ、１８℃）と上記氷体とを４．８分間にわたって接触させた結果、３５ｇの融解液が回収された。その後、上記被処理液のＤＭＦ濃度（ＣＯＤｃｒ＝４５０００ｍｇ／Ｌ）と同等の濃度のＤＭＦ含有液（１６０ｍｌ、１８℃）と残りの氷体とを５．１分にわたって接触させた結果、３７ｇの融解液が回収された。最終的に残った氷体７６ｇの融解液は、ＣＯＤｃｒが３８００ｍｇ／Ｌであった。
【００４２】
上記の通り、氷体とＤＭＦ含有液とを接触させることによって、約１０分（４．８分＋５．１分）の融解時間で、氷体の重量を半減させることができた。このとき、被処理液に含まれるＤＭＦに対しＤＭＦの残存量が８％の氷体が得られた。空気中で氷体を自然融解させると、３０分で１０〜７０ｇ程度の融解量に止まるが（下記の参考試験結果を参照）、上記手法を採用することにより、氷体に残存する溶質量を低率に維持したまま、短時間で融解処理を終えることができることが示された。なお、上述の特許文献３において規定された式２に、本試験における数値を代入すると、融解時間Ｔの下限値は２３分と算出される。
【００４３】
また、被処理液を凍結させる際に強制的な攪拌を行わない場合、溶質濃縮液が氷体の内部に一部内包されるものの、氷晶そのものに溶質が混入する程度は低く、温度が高い液と接触させることで、内包液の流出流路が融解開放され、氷晶の融解を抑制しつつ、内包された濃縮液を効果的に流出させることができたものと推察される。本試験により、被処理液から３種類の液を回収可能であることが示された。すなわち、凍結点の低い未凍結液を濃縮液として回収し、中期の融解液を被処理液とともに回収し、残りの氷体の融解液を分離液として回収可能であることが示された。
【００４４】
＜参考試験＞
ＮａＣｌ水溶液（濃度３ｗｔ％、凍結点−１．６℃）の凍結操作を以下の手順で行った。すなわち、上記被処理液７００ｇをスチール製シリンダ（内径６５ｍｍ）の中に入れ、その外側を−３℃のブラインで２０時間にわたって冷却して被処理液を凍結させた。凍結させる過程において被処理液の攪拌は行わなかった。
【００４５】
冷却後、シリンダ内面には３８０ｇの氷体が付着していた。シリンダから氷体を回収した後、ビーカに手動にてゆっくり移し替える際、氷体が氷片となって崩れ落ちた。ブライン温度が被処理液の凍結点に近く、２０時間かけてゆっくりと凍結させた場合であっても、無攪拌下で形成された氷体はその物理的強度が脆弱なものであった。
【００４６】
上記氷体を室内（１５℃）で自然融解させた際の融解液及び最終残氷の溶質濃度を測定した。これらの測定値から氷量残存量に対する氷中溶質残存率を算出した。なお、氷量残存量は融解前の氷体重量に対する残存氷体重量の比を意味し、氷中溶質残存率は被処理液に対する濃度比率を意味する。図４に結果を示す。
【００４７】
氷体の融解時間に関し、本試験においては氷体の重量を半減させるまでに１時間１５分要し、全量融解させるまでに２時間５０分要した。なお、図４のグラフから氷体が５０％融解した残氷の氷中溶質残存率は０．１程度である。ゆっくりとして凍結条件であっても、無攪拌下で形成された氷体は、融解操作により溶質分離度の高い残氷が得られることが分る。
【符号の説明】
【００４８】
１０…原液タンク（第１タンク）、２０…濃縮液タンク（第２タンク）、３０…分離液タンク、４０…凍結槽、４２…伝熱管（製氷室）、４２ａ…伝熱面、４３…ブライン循環槽、４４…隔壁、４５，４６…チラーユニット、４５ａ，４６ａ…ブライン槽、５０…融解槽（固液接触手段）、５０ａ…融解槽の底面、５０ｂ…融解槽の排出口、５２…ノズル（固液接触手段）、１００…凍結濃縮装置、ＩＦ…積算流量計、Ｐ１−Ｐ６…ポンプ、Ｖ１−Ｖ１６…バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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