(57)【要約】【課題】水性混合液から効率的に不純物を除去することができる方法及び装置を提供することを目的とする。【解決手段】  円錐部１０ｂと液取出口１０ｃと、水性混合液の砕氷２１を保持するグレーチング１２とを有する円筒型容器１１ａを備えるとともに、前記液取出口より取出した液の少なくとも一部を前記円筒型容器１１ａの上部に返送する返送ライン１６と、前記返送した液を前記砕氷２１に噴霧する噴霧ノズル１３と、を備え、前記容器１１a内で融解速度の差を利用して高濃度溶液２０を前記取出口１１ｃより取出して前記返送ライン１６を介して前記噴霧手段により砕氷２１に噴霧し、砕氷２１の発汗作用を促進させて砕氷中の高濃度溶液を溶出させ、高濃度溶液２０を容器内から排出した後に、低濃度溶液２２を排出する構成とし、好適には前記返送ライン１６上に熱交換器１７を配して冷熱回収を行う。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性混合液の砕氷を円錐状液取出口を有する円筒型容器に導入し、融解速度の差を利用して高濃度溶液のみを前記取出口より取出し、該取出した高濃度溶液の少なくとも一部を前記容器内に返送して前記砕氷に噴霧し、該砕氷の発汗作用を促進させて砕氷中の水性混合液を溶液中に溶出させ、該溶出した高濃度溶液を容器内から排出した後に、残留する低濃度溶液を排出することにより前記水性混合液を高濃度溶液と低濃度溶液とに分離することを特徴とする水性混合液処理方法。
【請求項２】
前記低濃度溶液が所望濃度となるように、前記高濃度溶液の返送を複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理方法。
【請求項３】
前記取出口より取出した前記低濃度溶液に、凍結速度の差を利用した凍結濃縮処理を施すことを特徴とする請求項１若しくは２記載の水性混合液処理方法。
【請求項４】
容器下部に円錐状液取出口と、水性混合液の砕氷を保持する格子状部材とを有する円筒型容器を備えるとともに、前記液取出口より取出した液の少なくとも一部を前記容器の上部に返送する返送手段と、前記返送した液を前記砕氷に噴霧する噴霧手段と、を備え、
融解速度の差を利用して高濃度溶液のみを前記取出口より取出して前記返送手段を介して前記噴霧手段により砕氷に噴霧し、砕氷の発汗作用を促進させて砕氷中の高濃度溶液を容器内から排出した後に、低濃度溶液を排出する構成としたことを特徴とする水性混合液処理装置。
【請求項５】
前記返送手段に、前記返送する高濃度溶液の冷熱を回収する手段を設け、該回収した冷熱を前記水性混合液の凍結に利用することを特徴とする請求項４記載の水性混合液処理処装置。
【請求項６】
前記水性混合液処理装置を複数設け、一の装置より取出した高濃度溶液を他の容器の砕氷に噴霧することを特徴とする請求項４記載の水性混合液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水性混合液即ち少なくとも一種の水溶性物質、若しくは少なくとも一種の水溶性物質及び少なくとも一種の油溶性物質を含む、水を主たる媒質とする水性混合液の処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多種の物質が混合している水性混合液で、混合物中熱に弱い物質を含むなど加熱して濃縮することのできない水性混合液の濃縮には凍結濃縮法が利用されている（例えば特許文献１参照）。しかし、水溶性塩濃度が高い系では、凍結濃縮での、濃縮倍率が著しく低く実用化が困難である。
また、特に加熱を嫌わない系であって、例えば減圧濃縮法により高濃度で含まれる水溶性塩の分離をすると、減圧釜内壁面に当該塩の結晶が付着し、伝熱面積移の低下を来たしかつ清掃などの作業を必要とすることになった。
【０００３】
そこで、例えば特開２００１−９２４３公報では、凍結濃縮前の精密ろ過膜を用いた膜分離による前段処理で、溶液中の大部分の高濃度物質を除去してから、その後段で凍結濃縮を行う方法が提案されている（特許文献２）。また、特開２０００−２４６４１公報（特許文献３）では、氷蓄熱槽内の汚泥水に冷熱を与えて凍結速度の差により濃縮分離するとともに、該氷蓄熱槽内に生成する融解水をろ過して処理水中から汚泥分を分離する方法が提案されている。しかし、精密ろ過膜を始めとする濾過手段を用いた方法では、溶液中の溶質に応じてろ過膜の細孔径を限定する必要があり、また他の油脂など水不溶性の混合物、固体粒子などが存在すると、ろ過膜が目詰まりを起こしたりして実用化が困難となるなど、利用範囲の極めて狭い濃縮方法（前段濃縮方法）であった。
【特許文献１】特開２０００−３３４２０４公報
【特許文献２】特開２００１−９２４３公報
【特許文献３】特開２０００−２４６４１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明はかかる従来の問題点に鑑み、凍結濃縮の前段処理用とは限らないが、多種物質が混在する水性混合液の処理方法であって、該高濃度水性混合液の溶質を効率的に除去する方法及びその装置の提供を目的とする。また、前記装置を利用した方法を凍結濃縮の前段処理として利用した多段凍結濃縮方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、水性混合液を、高濃度液と低濃度液とに分離する方法において、
水性混合液の砕氷を円錐状液取出口を有する円筒型容器に導入し、融解速度の差を利用して高濃度溶液のみを前記取出口より取出し、該取出した高濃度溶液の少なくとも一部を前記容器内に返送して前記砕氷に噴霧し、該砕氷の発汗作用を促進させて砕氷中の水溶性混合液を溶液中に溶出させ、該溶出した高濃度溶液を容器内から排出した後に、残留する低濃度溶液を排出することにより前記水性混合液を高濃度溶液と低濃度溶液とに分離することを特徴とする。
また、かかる方法において、前記低濃度溶液が所望濃度となるように、前記高濃度溶液の返送を複数回繰り返し行うことが好適である。
【０００６】
これは、単結晶の凍結氷は融点が高いことによる純粋と溶質を含んだ水性混合液の融点の差を利用して、高濃度溶液と低濃度溶液とを分離する発明である。一般に、水性混合液の完全氷を水性混合液の融点より温度を高くした状態で保持すると、“発汗"という現象により、内包している不純物を外に吐き出すことが知られている。従って、前記砕氷を前記温度とすることにより最初に不純物を多く含む高濃度溶液を取出すことができ、後に不純物を殆ど含まない氷を融解して取出すことにより、高濃度水性溶液であっても効率良く高濃度溶液と低濃度溶液とに分離することができる。
このとき、前記完全氷を砕氷とすることにより、不純物が溶出し易くなる。また、前記発汗作用は、純水より高濃度の溶液を噴霧した場合の方が効果が大きいことが判っている。従って、前記取出口より取出した高濃度溶液を噴霧することによりさらに高濃度溶液を回収することができる。また高濃度溶液を循環利用することにより処理水量を増加することなく処理を行うことが可能となる。
【０００７】
さらに、前記取出口より取出した前記低濃度溶液に、凍結速度の差を利用した凍結濃縮処理を施すことを特徴とする。
このように、凍結濃縮処理の前段処理として前記発明を組み込むことにより、凍結濃縮処理を効率良く行うことができるとともに、水溶性塩を多く含む高濃度溶液であっても、分離効率を向上させることが可能となる。
【０００８】
また、水性混合液を高濃度溶液と低濃度溶液とに分離する装置の発明として、容器下部に円錐状液取出口と、水性混合液の砕氷を保持する格子状部材とを有する円筒型容器を備えるとともに、前記液取出口より取出した液の少なくとも一部を前記容器の上部に返送する返送手段と、前記返送した液を前記砕氷に噴霧する噴霧手段と、を備え、
融解速度の差を利用して高濃度溶液のみを前記取出口より取出して前記返送手段を介して前記噴霧手段により砕氷に噴霧し、砕氷の発汗作用を促進させて砕氷中の水性混合液を液中に溶出させ、該溶出した高濃度溶液を容器内から排出した後に、低濃度溶液を排出する構成としたことを特徴とする。
このとき前記砕氷は、水性混合液の完全氷を前記円筒型容器の上部から投入し、氷落下衝撃により粉砕するようにしても良い。
【０００９】
かかる発明によれば、円筒型容器を利用しているため、前記噴霧装置により高濃度溶液が砕氷全面に満遍なく噴霧可能で全体的な発汗、融解を行うことができる。また該容器底部に円錐状液取出口を設けているため、液の完全排出が可能となり、低濃度溶液に高濃度溶液が含まれ、低濃度溶液の濃度が上昇することを防止できる。
また前記円筒型容器の底部に前記格子状部材を配していることから、前記取出口に砕氷が吸い込まれることを防止できる。また、前記格子状部材の上部位置まで高濃度溶液を予め満たしておくことが好ましく、これにより必要以上の氷落下衝撃と騒音を防止することができる。
【００１０】
また、前記返送手段に、前記返送する高濃度溶液の冷熱を回収する手段を設け、該回収した冷熱を前記水性混合液の凍結に利用することが好ましい。これにより、かかる装置における熱効率を向上し、運転コストを低廉化することができる。
さらに、前記水性混合液処理装置を複数設け、一の装置より取出した高濃度溶液を他の容器の砕氷に噴霧することを特徴とする。
かかる発明は、前記一の装置より取出した高濃度溶液を、他の容器に予め導入し、該他の容器の格子上部材の上部位置まで高濃度溶液を満たして砕氷を投入し、前記高濃度溶液を噴霧手段より噴霧する。このように、高濃度溶液を他の容器で利用することにより外部から水等の溶液を導入する必要がなく、処理水量を最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多種物質が混在する水性混合液の処理方法であって、該水性混合液中に存在する不純物を効率的に除去する方法及びその装置の提供を可能にした。また、前記装置を利用した方法を凍結濃縮の前段処理として利用した多段凍結濃縮方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の水性混合液処理方法の作用を説明する図、図２は本実施形態にかかる水性混合液処理装置の全体構成図、図３は図２の水性混合液処理装置の処理フローを示す図、図４は図２の水性混合液処理装置を複数設けた場合の処理フローを示す図、図５は本発明にかかる水性混合液処理を凍結濃縮処理と組み合わせた場合の処理工程図である。
本実施形態は、例えば切削油廃液からＳＳ分（懸濁物質）、オイル分、溶液を分離する処理に適しているが、これに限らず水性混合液であれば何れにも適用可能である。
【実施例１】
【００１３】
かかる実施形態は、図１に示される作用を利用した方法及び装置に関する。純水の融点は、溶質を含んだ水性混合液の融点より高いことを利用して、凍結氷の融解速度の差により高濃度溶液と低濃度溶液とを分離する。一般に、水性混合液の完全氷を水性混合液の融点より温度を高くした状態で保持すると、“発汗"という現象により、内包している不純物を外に吐き出すことが知られている。図１に示されるように、タンク１に貯留された水性混合液５を（ａ）、製氷器２に導入して冷凍機３により冷熱を与えて完全凍結し、水性混合液の融点より温度を高く保持すると凝集油分８が氷表面に溶出するとともに凍結氷６が融解して濃縮液７が生成する（ｃ）。そして、該凍結氷６の上部から溶液を噴霧することにより前記凝集油分８を洗浄するとともに、前記濃縮液７を下部より取出すことができる（ｄ）。これにより、凝集油分８及び濃縮液７を殆ど含まない氷が残留し、これを融解して取出すことにより、効率良く高濃度溶液と低濃度溶液とを分離することができる。
【００１４】
かかる作用を効果的に利用した装置を図２に示す。図２に示される水性混合液処理装置１０は、円筒型容器１１ａと、該容器底部に具備された円錐部１１ｂと、該円錐部の先端に設けられた液取出口１１ｃとからなる本体１１と、該容器下部に配された格子状のグレーチング１２と、該容器上部に設けられた噴霧ノズル１３及び砕氷投入口１４と、三方バルブ１５と、前記液取出口１１ｃから取出された液を前記噴霧ノズル１４に返送する返送ライン１６と、該返送ライン１６と上に配設された熱交換器１７と、前記液取出口１１ｃからの液を外部へ排出する排出ライン１８と、を備えた構成となっている。
【００１５】
底部に円錐部１１ｂを持つ円筒型容器１１ａは底部先端（円錐の頂点）が液取出口１１ｃで封じられている。前記容器１１ａは熱交換器１７を備えており熱交換器１７は水性混合液と熱媒体を熱交換させることで、内部の水性混合液の砕氷２１の温度調整を行っている。
前記円筒型容器１１ａの底部が円錐部１１ｂとなっているのは、融解した液が前記取出口１１ｃから分離抜き取りし易い構造だからである。
また、前記容器１１ａ内には砕氷２１が取出口１１ｃに吸い込まれないようにグレーチング１２により保持されている。
【００１６】
前記容器１１ａの取出口１１ｃより排出された液は、前記三方バルブ１５により排出ライン１８から外部へ排出されるか、若しくは前記返送ライン１６を介して前記噴霧ノズル１３を介して容器本体１１内に循環されるように制御されている。また、前記返送ライン１６上には、液を前記噴霧ノズル１３に返送するための循環ポンプが設けられるとともに、前記熱交換器１７が配されて冷熱回収されるように構成される。
【００１７】
次に、水性混合液を処理する方法につき、前記水性混合液処理装置１０を用いた処理フローを図３を参照して説明する。図３に示されるように、まず前記円筒型容器１１に前記グレーチング１２の上部位置まで高濃度溶液２０、若しくは水性混合液原液を貯留した後、前記砕氷投入口１４より砕氷２１を投入する（ａ）。前記砕氷２１は、水性混合液の完全氷を前記投入口１４より投入し、落下衝撃により粉砕するようにしても良い。
そして、融解速度の差を利用して前記砕２１に含まれる高濃度溶液２０を前記取出口１１ｃより取出し、前記返送ライン１６より前記噴霧ノズル１３を介して砕氷２１上に満遍なく噴霧する（ｂ）。
【００１８】
このとき、前記返送ライン１６上の熱交換器１７により前記高濃度溶液２０の冷熱を回収して、凍結砕氷生成の際の冷熱として利用することが好適である。
前記高濃度溶液２０の噴霧により砕氷２１中のオイル分、ＳＳ分等の溶質が溶出するとともに洗い流され、容器底部に溜まった高濃度溶液２０を取出口１１ｃより回収する（ｃ）。
そして、砕氷を所望濃度まで低下させた後に氷全融解液を注入し（ｄ）、前記返送ライン１６により低濃度溶液２２を返送し、前記噴霧ノズル１３より砕氷２１全体に噴霧して砕氷２１を融解して低濃度溶液２２を融解して回収する（ｅ）。
【００１９】
かかる処理フローのように、前記水性混合液を凍結させることにより該液が変性され、完全凍結氷から自然発汗して凝集物と濃縮された高濃度溶液として溶出、分離することが可能となる。従って、高濃度混合性溶液であっても効率良く高濃度溶液と低濃度溶液とに分離することができる。
また、前記凍結氷を砕氷２１とすることにより、不純物が溶出し易くなる。また、前記取出口１１ｃより取出した高濃度溶液２０を噴霧することによりさらに高濃度溶液を回収することができるとともに、高濃度溶液を循環利用することにより処理水量の増加を防止できる。さらにまた、前記熱交換器１７を設けることにより熱効率を向上させることができ、運転コストの低廉化が図れる。
【００２０】
また、前記したような装置構成とすることにより、以下の効果が得られる。即ち、前記容器本体１１を円筒型とすることにより局所的ではなく砕氷全体に高濃度溶液２０を噴霧することができる。さらに、前記本体底部を円錐部１１ｂとすることにより、本体１１内に液を残留させることなく取出すことができるため、低濃度溶液２２中に高濃度溶液２０が混入して低濃度溶液の濃度が上昇することなく不純物の少ない液とすることができる。
【実施例２】
【００２１】
図４は前記水性混合液処理装置を複数設けた場合の実施形態を示す。本実施形態では３基の処理装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを並列的に配設し、時間差を以って処理を行う構成としている。かかる処理装置は、３基に限定されず、装置の設置面積、設置コスト等を考慮して適宜設定する。
図４（ａ）に示される第１工程にて、処理装置１０Ａでは空の容器本体１１にグレーチング１２の上部位置まで高濃度溶液２０若しくは水性混合液を貯留した後に砕氷２１を投入する。一方、処理装置１０Ｂでは、本体１１に貯留した砕氷２１上に該装置１０Ｂ下部から取出した高濃度溶液２０の少なくとも一部を返送して噴霧ノズル１３より噴霧する。このとき、該取出口より取出した高濃度溶液２０の少なくとも一部を三方バルブ１５ｂより分岐して前記処理装置１０Ａに導入しても良い。
【００２２】
また、処理装置１０Ｃは高濃度溶液２０を回収した後であって、不純物を殆ど含まない砕氷２１を低濃度溶液２２を循環噴霧させることにより溶解して回収している。
さらに、図４（ｂ）に示される第２工程にて、前記処理装置１０Ａでは本体１１内に保持した砕氷２１上に高濃度溶液２０を噴霧して砕氷に溶出した水性混合液を洗い流しながら高濃度溶液２０を回収するとともに、その少なくとも一部を前記噴霧ノズル１３に返送する。
【００２３】
そして、前記処理装置１０Ｂでは高濃度溶液２０を回収した後の砕氷に低濃度溶液２２を循環噴霧しながら低濃度溶液２２を回収する。また前記処理装置１０Ｃでは、水溶性塩を殆ど含まない砕氷２１が全融解して生成した低濃度溶液２２を回収した後に、前記処理装置１０Ａより導入した高濃度溶液２０を本体１１内に導入して砕氷２１を投入する。
このように、複数の処理装置を用いることにより処理効率を大幅に向上させることができるとともに、処理水を有効利用することにより処理水量を最小限とすることができる。
【実施例３】
【００２４】
図５は前記実施形態で説明した水性混合液処理工程の次段に凍結濃縮工程を行う濃縮方法を示す処理工程図である。図５に示すように、前記水性混合液処理装置１０を用いた水性混合液処理工程１００で得られた排出液、即ち、希薄な低濃度水性混合液を、従来公知の凍結氷にして凍結濃縮する凍結濃縮工程１０１を行った。これによって、高濃度水性混合液でも、凍結濃縮を行うことが可能となり、純度の高い水が分離できた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、切削油廃液からＳＳ分（懸濁物質）、オイル分、溶液を分離する水処理に好適に用いられるが、他に食品工業や化学工業、下水処理場等にも適用することが可能であり、例えば既存の凍結濃縮処理システム等の他のシステムに組み込むことにより、より一層の処理効率向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の水性混合液処理方法の作用を説明する図である。
【図２】本実施形態にかかる水性混合液処理装置の全体構成図である。
【図３】図２の水性混合液処理装置の処理フローを示す図である。
【図４】図２の水性混合液処理装置を複数設けた場合の処理フローを示す図である。
【図５】本発明にかかる水性混合液処理を凍結濃縮処理と組み合わせた場合の処理工程図である。
【符号の説明】
【００２７】
６      凍結氷
７      濃縮液
８      凝集油分
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  水性混合液処理装置
１１    本体
１１ａ  円筒型容器
１１ｂ  円錐部
１２    グレーチング（格子部）
１３    噴霧ノズル
１４    砕氷投入口
１６    循環ライン
１７    熱交換器
２０    高濃度溶液
２１    砕氷
２２    低濃度溶液
１００  水性混合液処理装置
１０１  凍結濃縮装置
【図１】
2005081186.tif 000003
【図２】
2005081186.tif 000004
【図３】
2005081186.tif 000005
【図４】
2005081186.tif 000006
【図５】
2005081186.tif 000007