(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発缶を使用する廃塩酸の処理方法において、（１）回分式および／または連続式の鉄鋼製品処理槽から連続的に抜き出された廃塩酸原液を蒸発缶内に導入する工程、（２）蒸気を供給し、蒸発缶内の液を間接的に加熱して、蒸発させる工程、（３）蒸発缶内で発生した蒸気を冷却器で冷却し、これを塩酸水溶液として回収する工程、（４）蒸発缶内での加熱・蒸発に利用した蒸気の凝縮液を回収する工程、（５）蒸発缶内温度および／または廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整することにより、蒸発缶内濃縮液中の鉄濃度を300g/l以下に制御する工程、（６）蒸発缶内の液面高さに対応して濃縮液を抜き出し、濃縮液貯槽に送る工程、（７）蒸発缶外に抜き出した濃縮液を希釈することにより、その鉄濃度を200g/l以下に制御する工程、および（８）(a)蒸発缶内温度および／または廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整するか、および／または(b)廃塩酸原液に代えて希釈液を供給することにより、蒸発缶内濃縮液中鉄濃度を200g/l以下とした後、廃塩酸の処理を停止する工程を備えたことを特徴とする廃塩酸の処理方法。
【請求項２】
工程（５）における蒸発缶内温度が、110〜120℃である請求項１に記載の廃塩酸の処理方法。
【請求項３】
工程（７）において、蒸発缶からの濃縮液の抜き出しを80〜100℃の加熱条件下に行った後、濃縮液を希釈する請求項１に記載の廃塩酸の処理方法。
【請求項４】
蒸発缶内下部および／または濃縮液抜き出しラインに外部から蒸気および／または空気を間欠的に導入することにより、鉄塩の固化を抑制する請求項１に記載の廃塩酸の処理方法。
【請求項５】
工程（７）において、希釈液として、工程（４）からの凝縮液および／または廃塩酸原液および／または水を使用する請求項３に記載の廃塩酸の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼線製造工場、鋼板製造工場、メッキ工場などにおいて、鋼線、鋼板、鋼製品などの洗浄工程で発生する高濃度鉄分含有廃塩酸の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、蒸発缶を用いて、従来はその殆どが産業廃棄物としてそのまま処理されていた廃塩酸中に残存する塩酸および鉄塩を回収することにより、その再利用をはかるとともに、廃棄残分の減容化を行う廃塩酸の再生処理方法、および蒸発缶内での濃縮液中鉄塩の固化を防止することにより、蒸発缶を安定して運転し、かつ必要時にはその運転を円滑に停止する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開昭59-26184号公報における図面に示されている従来の蒸気圧縮式蒸発装置は、下部に原液の溜室を備えた密閉型の蒸発器内の上部に多数本の伝熱管を設け、該各伝熱管の外側面に、原液ポンプによって送られて来る原液を散布器にて散布することにより蒸発させ、この蒸発により発生した蒸気をブロワー圧縮機で圧縮して昇温し、この昇温した蒸気をダクトを介して、前記各伝熱管内に供給することにより、各伝熱管の外側面に散布されている原液を加熱・蒸発させるとともに、前記各伝熱管内から空気等の非凝縮性ガスを真空ポンプなどの真空発生手段にて抽出することにより、前記蒸発器内を大気圧以下の減圧状態に保持している。
【０００３】
しかしながら、この形式の蒸気圧縮式蒸発装置には、以下の様な問題点がある。
イ．ブロワー圧縮機本体の圧縮効率が低く、単位原液量を圧縮するための必要電力量が大きくなり、運転経費が高くなり、設備も大きくなる。
ロ．原液は、散布器を介して、各伝熱管の外表面に散布されるので、液分散不良から生じる熱交換器伝熱係数の低下がある。
ハ．特に、多量の鉄分などを含有する廃塩酸の処理に際して、液の濃縮倍率上昇または連続運転に伴い、液分散器ノズル部分でのスラッジによる詰まりおよび分散不良、各伝熱管外表面の汚れ、液比重または粘度の上昇などによる伝熱係数の低下に対し、有効に対処することができない。
【０００４】
また、各管の外表面付着スケールの除去は、液が分散されているため、伝熱管外面に対する液流速が遅いことなどから、困難となる場合が多い。
【０００５】
さらに、濃縮液中の鉄濃度が上昇すると、鉄塩の固化による蒸発装置の安定した運転が困難となる場合もある。
ニ．上記ロおよびハの結果、濃縮処理は、常に単位断面積当たりの蒸発量が低い状態で行わざるを得ない。従って、単位時間当たりの蒸発量を増大させるためには、伝熱面積を増大させるか、或いはブロワー圧縮機として圧縮比の高いものを使用しなければならないため、装置が大型化するとともに、運転経費が嵩むという問題がある。
ホ．特に、廃塩酸を処理対象とする場合には、蒸気が高濃度の塩酸を含むので、圧縮機本体などの材質の選択に大きな制約を受ける。この様な装置の材質上の制約から、原液中に残存する有用な塩酸を回収することができないし、濃縮残分の十分な減容化もできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、加熱管を備えた加熱装置である蒸発缶を用いて廃塩酸の処理を行うに際し、装置の小型化による設備費と運転経費の節減を達成し、濃縮液中の固化鉄分(スラッジ)による配管類および機器類の目詰まりおよび伝熱係数の低下などを抑制しつつ、廃塩酸からの塩酸および鉄塩の回収を効率よく行うとともに、濃縮残分の高度の減容化を達成し、さらに必要時には、装置を定常運転状態から円滑に停止することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の様な技術の現状に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、廃塩酸を導入する蒸発缶内温度を110〜120℃に調節保持するか、廃塩酸原液量に対する蒸発液量を調節するか、あるいは蒸発缶内温度の調節と蒸発液量の調節とを併せて行うことにより、蒸発缶内濃縮液中の鉄塩濃度を300g/l以下に抑制する場合には、蒸発缶内での閉塞、伝熱係数の低下などの装置運転上の問題点が大幅に軽減されることを見出した。
【０００８】
さらに、蒸発缶の運転停止時には、蒸発缶内濃縮液中の鉄濃度を200g/l以下に低下させることにより、鉄塩の固化を防止して、装置の運転再開を円滑に行いうることを見出した。
【０００９】
さらにまた、蒸発缶外に抜き出した濃縮液を希釈して鉄濃度を200g/l以下に制御する場合には、配管類での目詰まり、常温条件下の濃縮液貯槽における鉄塩の析出などを防止しうるとともに、有用な塩酸の回収と濃縮残分の十分な減容化を安定して達成できることも、見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、下記の廃塩酸の処理方法を提供するものである。
１．蒸発缶を使用する廃塩酸の処理方法において、（１）回分式および／または連続式の鉄鋼製品処理槽から連続的に抜き出された廃塩酸原液を蒸発缶内に導入する工程、（２）蒸気を供給し、蒸発缶内の液を間接的に加熱して、蒸発させる工程、（３）蒸発缶内で発生した蒸気を冷却器で冷却し、これを塩酸水溶液として回収する工程、（４）蒸発缶内での加熱・蒸発に利用した蒸気の凝縮液を回収する工程、（５）蒸発缶内温度および／または廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整することにより、蒸発缶内濃縮液中の鉄濃度を300g/l以下に制御する工程、（６）蒸発缶内の液面高さに対応して濃縮液を抜き出し、濃縮液貯槽に送る工程、（７）蒸発缶外に抜き出した濃縮液を希釈することにより、その鉄濃度を200g/l以下に制御する工程、および（８）(a)蒸発缶内温度および／または廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整するか、および／または(b)廃塩酸原液に代えて希釈液を供給することにより、蒸発缶内濃縮液中鉄濃度を200g/l以下とした後、廃塩酸の処理を停止する工程を備えたことを特徴とする廃塩酸の処理方法。
２．工程（５）における蒸発缶内温度が、110〜120℃である上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
３．工程（７）において、蒸発缶からの濃縮液の抜き出しを80〜100℃の加熱条件下に行った後、濃縮液を希釈する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
４．蒸発缶内下部および／または濃縮液抜き出しラインに外部から蒸気および／または空気を間欠的に導入することにより、鉄塩の固化を抑制する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
５．工程（７）において、希釈液として、工程（４）からの凝縮液および／または廃塩酸原液および／または水を使用する上記項３に記載の廃塩酸の処理方法。
６．蒸発缶が、加熱管を備えた蒸気加熱型装置である上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
７．蒸発缶が、カランドリア型蒸発缶、縦型多管式熱交換器蒸発缶あるいは横型多管式熱交換器蒸発缶である上記項６に記載の廃塩酸の処理方法。
８．加熱・蒸発用熱源が、ボイラーで発生する蒸気および／またはコジェネレーション設備で発生する蒸気である上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
９．加熱・蒸発用熱源が、加熱熱媒および／または高温燃焼排ガスおよび／または電気である上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
１０．加熱・蒸発用熱源が、高温・高圧蒸気を減圧弁で減圧した蒸気である上記項１、３、４、６、７または８に記載の廃塩酸の処理方法。
１１．加熱・蒸発用熱源が、低温・低圧蒸気を圧縮機で圧縮・昇温した蒸気である上記項１、３、４、６、７または８に記載の廃塩酸の処理方法。
１２．圧縮機が、スクリュー型圧縮機である上記項１１に記載の廃塩酸の処理方法。
１３．スクリュー型圧縮機のモーター回転数をインバーター装置により制御する上記項１２に記載の廃塩酸の処理方法。
１４．蒸発缶内および／または再濃縮装置内および／または晶析装置内で発生する蒸気量（回収塩酸水溶液量）に対応してスクリュー型圧縮機のモーター回転数を制御する上記項１２または１３に記載の廃塩酸の処理方法。
１５．蒸発缶内温度に対応してスクリュー型圧縮機のモーター回転数を制御する上記項１２または１３に記載の廃塩酸の処理方法。
１６．複数個の圧縮機が設けられている上記項１１に記載の廃塩酸の処理方法。
１７．工程（７）において、蒸発缶内の塔底液をポンプで抜き取り、廃塩酸原液の導入ラインへ循環する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
１８．加熱・蒸発用熱源として使用した蒸気の凝縮液をボイラー給水として使用する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
１９．蒸発缶内液面の上方空間部にデミスターを設けた上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２０．加熱側の蒸気ラインに、蒸発缶内の非凝縮性気体の自動的排出を定期的に行うための電磁弁を設けた上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２１．スタートアップ時または長期運転時に蒸発缶内伝熱管の汚れによる蒸発量の低下に対応するために、補助熱源を蒸発缶内底部へ導入する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２２．スタートアップ時または長期運転時に蒸発缶内伝熱管の汚れによる蒸発量の低下に対応するために、補助熱源を圧縮機出口ラインへ導入する上記項１１に記載の廃塩酸の処理方法。
２３．補助熱源が蒸気である上記項２１または２２に記載の廃塩酸の処理方法。
２４．蒸発缶内伝熱管の汚れによる伝熱係数の低下が生じた場合に、運転中に廃塩酸原液の供給を一時的に中断し、水を供給することにより、汚れを洗浄・除去する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２５．工程（６）において、液面高さを示す信号に対応して濃縮液を塔底から抜き出す上記項１に記載の廃塩酸処理方法。
２６．工程（６）において、蒸発缶内の液面に相当する位置で、蒸発缶底部と連通するオーバーフロー管から濃縮液を抜き出す上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２７．工程（３）において、蒸発缶内で発生する蒸気を冷却・凝縮させて塩酸として回収した後、鉄鋼製品の表面処理に使用する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
２８．蒸発缶外に取り出した濃縮液を再濃縮装置または晶析装置において間接的に加熱し、蒸発させた後、生成する蒸気を工程（３）で得られた蒸気と併せて塩酸水溶液として回収するとともに、残余を塩化鉄を主成分とする固体状物として回収する上記項１に記載の廃塩酸の処理方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の処理対象となる廃塩酸原液が、濃縮条件下に発泡を生じる可能性がある成分（界面活性剤など）を含んでいる場合には、あらかじめシリコーン系などの公知の消泡剤を添加してもよい。消泡剤の添加量は、発泡性成分の含有量などを考慮して定めれば良く、特に限定されるものではないが、通常30〜500mg/l程度である。
【００１２】
本発明方法で使用する蒸発缶としては、カランドリア型蒸発缶、縦型多管式熱交換器蒸発缶、横型多管式熱交換器蒸発缶などの加熱管を備えた加熱方式蒸発缶が挙げられる。
【００１３】
本発明方法においては、鉄塩の固化による機器/配管などの閉塞を防止して、装置を安定して運転するために、蒸発缶内の濃縮液中の鉄濃度を300g/l以下に保持する。この鉄濃度調整は、蒸発缶内温度を110〜120℃程度、より好ましくは110〜115℃程度に調整することにより、あるいは廃塩酸原液量に対する蒸発液量の割合を調整することにより、あるいは蒸発缶内温度および蒸発液量の割合を調整することにより、行うことができる。
【００１４】
蒸発缶における加熱・蒸発用熱源としては、ガスだきボイラーからの蒸気、コジェネレーション設備で発生する蒸気、種々の場所で発生する低温・低圧蒸気を圧縮機で圧縮・昇圧した蒸気、高温・高圧の蒸気を減圧した蒸気、加熱した熱媒体、高温燃焼排ガス、電気などが利用される。以下においては、蒸気を以て蒸発缶における加熱・蒸発用熱源を代表させる。
【００１５】
蒸発缶（以下「カランドリア型蒸発缶」をもって代表させる）においては、従来技術で生じていた伝熱管外側への液分散不良などによる伝熱係数の低下を防ぐために、カランドリア型蒸発缶(以下単に「カランドリア」ということもある)内液面から伝熱管上部までの液深さの上方から15〜50％程度の位置に液を導入することが好ましい。これにより、液は、伝熱管内に常時保持された状態で、伝熱管外の蒸気により加熱・蒸発される。従来の液供給方法では、発泡を促進することがあり、その結果濃縮処理が不能となることがあった。しかるに、本発明方法では、前記の液の分散による流速の低下ならびに発泡促進などの問題は、解消される。
【００１６】
さらに、塩酸および水の蒸気が蒸発缶を出る前流側(蒸発缶内液面の上方空間部)に充填物、フィルター、たれ壁など（デミスター）を配置することにより、原液飛沫あるいは缶内液飛沫の蒸気側への同伴混入を防止することができる。
【００１７】
また、必要に応じ、カランドリア内塔底液をポンプで抜き出し、原液導入位置へ循環することにより、伝熱管内の液流速を増大させて、伝熱係数を上げることができる。
【００１８】
伝熱管外の蒸気は、伝熱管内の液を加熱し、蒸発させた後、凝縮する。本発明においては、蒸発缶内伝熱管外の蒸気の凝縮液面高さを一定に制御するために、スチームトラップあるいは凝縮液槽を設けることにより、圧縮蒸気の系外への排出による損失を防いでいる。凝縮液は、スチームトラップあるいは凝縮液槽を経て系外に排出される。この凝縮液は、ボイラー給水として、あるいは蒸発缶塔底部から抜き出された濃縮液中の鉄濃度を200g/l以下として、濃縮液の固化を防止するための希釈水などとして、再利用することができる。
【００１９】
圧縮機の効率、消費電力などに影響を与えるカランドリア内の空気などの非凝縮性ガスは、伝熱管外側の蒸気ラインに設けた電磁弁の開閉により、カランドリア外へ排出される。排出ガスは、ガス中の成分に対応して、必要ならば、活性炭吸着などにより所定成分を除去した後、或いは濃縮液タンク内の液にバブリングさせて所定成分を吸収除去した後、大気中に放出される。電磁弁の開閉は、カランドリア内圧力と連動させる方法、任意のタイマー設定などにより、自動的に行われる。
【００２０】
濃縮液は、濃縮器内の液面計からの信号を受けて、塔底部から制御弁を通しておよび／または蒸発缶内の液面に相当する位置で蒸発缶底部と連通するオーバーフロー管から、排出される。本発明においては、好ましくは80〜100℃程度の加熱条件下に蒸発缶から濃縮液を抜き出し、これを希釈して、その鉄濃度を200g/l以下とする。
【００２１】
廃塩酸処理操作を停止する場合には、蒸発缶内温度を109〜113℃程度(より好ましくは110〜112℃程度)に調整するか、および／または廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整する（すなわち、蒸留液量を減少させる）か、および／または廃塩酸原液に代えて希釈液（蒸発缶で得られた蒸気の凝縮水、廃塩酸原液および水の少なくとも１種）を供給することにより、蒸発缶内濃縮液中の鉄濃度を200g/l以下とする。
【００２２】
蒸発缶から抜き出された濃縮液を再度濃縮させて、その鉄濃度を350g/l以上、より好ましくは400g/l以上とすることにより、濃縮液中の残余の塩酸をほぼ全量塩酸水として回収するとともに、塩化鉄を主成分とする固体状生成物を分離することができる。この固体状生成物からは、有用な塩化鉄を回収することができる。
【００２３】
カランドリア内の運転圧力が減圧系である場合には、伝熱管外側の蒸気ラインに設けた電磁弁の後流側にこの電磁弁の開閉と連動する真空ポンプを設ける。
【００２４】
必要ならば、スタートアップ時の装置全体の昇温のために、或いは長期運転後の予熱器やカランドリア伝熱管の汚れによる蒸発量の低下に応じて、補助熱源(ガスだきボイラーからの蒸気、コジェネレーション設備で発生する蒸気、低温・低圧蒸気を圧縮機で圧縮・昇圧した蒸気など)を、カランドリア内底部または圧縮器出口ラインへ導入する。
【００２５】
本発明においては、加熱源としての蒸気が蒸発缶内の廃塩酸原液を加熱・蒸発させるに必要な温度・圧力を有する場合には、そのままあるいは減圧して使用する。低温・低圧蒸気を使用する場合には、圧縮機により、圧縮・昇圧した後、使用する。圧縮機としては、特に限定されるものではないが、従来の濃縮技術では用いられたことがなかったスクリュー型圧縮機であることが好ましい。スクリュー型圧縮機は、次の様な特性を備えている。
ａ．低速回転時から高圧力・高効率運転が可能である。
ｂ．高い応答性を持っている。
ｃ．小型、コンパクトで据え付けが容易である。
ｄ．発生蒸気量に対応して、スクリュー型圧縮機のモーター回転数を制御することができる。
【００２６】
この様なスクリュー型圧縮機は、通常アルミニウム合金製のケーシング部に一対の雄、雌シリンダーを内蔵する構造を有している。以下においては、スクリュー型圧縮機を使用する実施態様について説明を行う。
【００２７】
上記の様な構造を有し、且つ効果を発揮するスクリュー型圧縮機を使用する場合には、従来の圧縮機を使用する場合に比して、設備費および運転費が大幅に安価となる。
【００２８】
本発明で使用するスクリュー型圧縮機は、一例として、最大吐出圧力として160KPa、最高許容吐出温度として160℃、最大吸気量として760m3/hr（空気換算）、圧縮比として約2.3という高い特性を発揮することができる。
【００２９】
従来の圧縮機としてのルーツブロワーでの圧縮比限界が約1.8程度で、全断熱効率が約45〜60％であるのに対し、スクリュー型圧縮機は、圧縮比1.5で全断熱効率約65％、圧縮比2〜2.3で約70％と高い性能を発揮することができる。
【００３０】
スクリュー型圧縮機のローターは、熱膨張を少なくし、必要クリアランスを小さくするために、好ましくは、膨張係数の少ないアルミニウム合金を用い、ローターの表面にフッ素樹脂（たとえば、デュポン社から商標名「テフロン」として市販されている）系コーティング材を塗布する。圧縮機は、必要蒸気量に応じて、複数個設けることができる。
【００３１】
従来、必要蒸気量に対応して、低温・低圧の蒸気を圧縮機により吸引および吐出させて、蒸発缶（以下「濃縮器」ということがある）内での蒸発を効率よく行わせることは、圧縮機の制御上困難であった。本発明で使用するスクリュー型圧縮機においては、圧縮機の駆動源として高速回転型の誘導電動機からなるモーターを使用し、このモーターの回転数制御機構としてインバーター装置を用いる。すなわち、冷却器後流側に設けた流量計および／または蒸発缶内温度を測定する温度計により、蒸気発生量および／または温度を検出し、この入力信号を調節計に送り、この調節計からの出力信号をインバーターに入力して、蒸気発生量が一定となる様にするか、或いは蒸気発生量に対応してモーターの回転数を増減することができる。その結果、装置全体が簡略化され、始動時などにおける制御も容易となる。
【００３２】
また、圧縮機前流側の蒸気ラインにおいては、保温および／またはヒーターによる加熱により、圧縮機入口側での蒸気の凝縮を防止することができる。
【００３３】
本発明においては、装置の小型化とコスト低減を目的として、原液の予熱のためにプレート型熱交換器を用いることもできる。この予熱器および原液導入ライン内の圧力を蒸発缶内圧力よりも高くすることにより、予熱器内での気泡生成による伝熱係数の低下を防ぐため、予熱器出口（例えばカランドリア型蒸発缶などの蒸発缶入口）側に背圧弁を設けることもできる。
【００３４】
以下図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下においては、廃塩酸の濃縮について説明するが、本発明は、その作動原理上、その他の廃酸、廃アルカリ液、廃水、さらには液状食品などの濃縮にも適用できることはいうまでもない。
【００３５】
図１は、本発明による廃塩酸の濃縮処理の一例を示すフローシートである。濃縮すべき廃塩酸は、タンク１から、ライン２を経て、ポンプ３において所定圧力まで昇圧された後、ライン４から濃縮器(カランドリア型蒸発缶)１２へ導入される。図示はしないが、必要ならば、ポンプ３の前流側にストレーナーを設け、後流側に流量計を設けることができる。廃塩酸は、濃縮器１２内の液面から伝熱管上部までの液深さの15〜50％の位置（液面から下方に向けての位置）で濃縮器に導入される。
【００３６】
伝熱缶内での廃塩酸の加熱は、通常廃塩酸の発生源である鋼線製造/加工工場、鋼板製造/加工工場、メッキ工場などで発生する回収蒸気(ボイラーで発生する蒸気、コジェネレーション設備で発生する蒸気、廃熱回収により発生する蒸気など)により行う。
【００３７】
この際、利用すべき蒸気が低温・低圧(110℃以下/0.15MPa以下程度)である場合には、圧縮機で予め圧縮・昇温を行う。すなわち、この蒸気をライン６を経て圧縮機７に供給し、ここで圧縮・昇温した後、ライン９および１０を経て、濃縮器１２の伝熱管外側に供給し、伝熱管内の液を加熱し、蒸発させる。高温・高圧の蒸気が得られる場合には、この蒸気をそのままライン９および１０を経て、濃縮器に供給する。この様な操作により、伝熱管外の蒸気自体は、凝縮・液化する。凝縮液は、濃縮器１２内の伝熱管の下部に接続されたライン１８からスチームトラップ１９を経て、ライン２０から排出される。この凝縮液は、必要に応じ、ボイラー５への給水用水として、あるいはライン２４から抜き出される濃縮液の固化防止用希釈水などとして、再利用される。さらに、この凝縮水は、再利用に先立って、ポンプ３の出口側のライン４に設けた予熱器（図示せず）において、原液の予熱源として利用することができる。
【００３８】
低温・低圧の蒸気圧縮機７としては、先述の通り、アルミニウム合金製ケーシング内に一対の雄および雌ローターを内蔵した形式のスクリュー型圧縮機を使用することが好ましい。
【００３９】
濃縮器１２内で発生した塩酸および水の蒸気は、ライン１３を経て、冷却水ライン１５を備えた冷却器１４で冷却され、凝縮した後、ライン１６を経て、蒸留液タンク１７に溜められる。この様に再生された塩酸水溶液は、鉄鋼製品の表面処理に再度使用することができる。
【００４０】
濃縮器１２の上部空間には、充填物、フィルター、たれ壁などのデミスター(「２６」として示す)を配設することにより、原液飛沫あるいは缶内液飛沫の上記への同伴混入を防止することができる。
【００４１】
圧縮機７の効率および消費電力などに影響を与える濃縮器１２内の空気などの非凝縮性ガスは、伝熱管外側の蒸気ライン２１に設けた電磁弁２２の開閉により蒸発缶外へ排出される。この電磁弁２２の開閉は、濃縮器１２内圧力と連動させることにより行ってもよく、或いはタイマー設定により自動的に行ってもよい。必要ならば、排出ガスを活性炭などによる吸着処理に供したり、或いは濃縮液タンク２５内の液中にバブリングさせる。
【００４２】
濃縮器１２内に蓄積する濃縮液は、濃縮器１２内の液面計（図示せず）からの信号により、濃縮器１２の底部からのライン２４および制御弁（図示せず）を通じて、再濃縮槽(晶析槽)１３２に送られ、ここで間接加熱される。濃縮液から発生する残存塩酸の蒸気は、ライン１３３からライン１３に送られて、先述の塩酸と水の蒸気と混合され、冷却器１４で冷却され、塩酸水の一部として回収される。再濃縮槽１３２で生成する塩化鉄を主成分とする固体成分は、ライン１３４を経て塩化鉄槽２５に溜められる。あるいは、濃縮液は、制御弁を用いることなく、蒸発缶内の液面に相当する位置において、濃縮器１２の底部に連通するオーバーフロー管（図示せず）から抜き出すことも可能である。
【００４３】
また、必要に応じて、濃縮器１２内の液を液抜き出しライン２４から循環ポンプ（図示せず）により抜き出し、原液ライン４へ循環することにより、伝熱管内の液流速を増大させ、伝熱係数を上げることができる
濃縮器１２内の運転圧力が減圧系である場合には、電磁弁２２の後流側に電磁弁２２の開閉と連動する真空ポンプ（図示せず）を設ける。減圧系で運転する場合には、ライン２０上に凝縮液ポンプ（図示せず）を設け、ライン２４上に濃縮液ポンプ（図示せず）を設ける必要がある。
【００４４】
また、必要に応じ、スタートアップ時の加熱・昇温のために、あるいは長期運転後に濃縮器１２の伝熱管などの汚れによる蒸発量の低下に応じて、補助熱源として、各種の蒸気源(例えばボイラー５)からの蒸気をライン６、圧縮機７、ライン９および１０を経て、あるいはライン６、バイパスライン８、ライン９および１０を経て、ライン１１から導入する。
【００４５】
なお、濃縮器１２の伝熱管などの汚れとそれに伴う伝熱係数の低下を生じた場合には、運転中に廃塩酸の供給を一時的に中断し、工業用水を供給することにより、汚れを洗浄・除去することができる。
【００４６】
図２は、本発明による廃塩酸の濃縮処理の他の一例を示すフローシートである。図２において、図１と同機能の構成要素は、図１と同じ番号で示してあり、その機能については、説明を省略することがある。
【００４７】
濃縮すべき廃塩酸原液は、図１におけると同様に、タンク１から、ライン２を経て、廃液ポンプ３において所定圧力まで昇圧された後、ライン４からライン１０５を経て蒸発缶１２(この場合、横型熱交換器タイプの蒸発缶)の伝熱管の上側（上部）の分散器１２６に導入される。図示はしないが、必要ならば、ポンプ３の前流側にストレーナーを設け、後流側に流量計を設けることができる。分散器１２６は、伝熱管に対して廃塩酸を均一に分散ないし滴下させる構造となっている。
【００４８】
蒸発缶１２内で発生した塩酸および水の蒸気は、ラシッヒリングなどの充填物および／または活性炭などの濾過材を充填した充填部１２８およびライン１３を経て冷却器１４において冷却・凝縮された後、ライン１６を経て蒸留液タンク１７に溜められる。
【００４９】
蒸発缶内での廃塩酸の加熱は、例えば、コジェネレーション設備におけるボイラー１０６で発生する低圧蒸気（1kg/cm2G程度）を利用して行う。すなわち、この蒸気をライン１０７、１０８を経て圧縮機１０９に供給し、ここで圧縮・昇温した後、ライン１１０を経て、蒸発缶１２の伝熱管１２７の内側に供給し、伝熱管１２７外の液を加熱し、蒸発させる。これにより、伝熱管内の蒸気自体は、凝縮・液化する。この凝縮液は、蒸発缶１２内の伝熱管の下部に接続されたライン１１８から凝縮液槽１１９に溜められる。
【００５０】
圧縮機１０９としては、先述の通り、アルミニウム合金製ケーシング内にアルミニウム合金製の一対の雄および雌ローターを内蔵した形式のスクリュー型圧縮機を使用することが好ましい。
【００５１】
未凝縮蒸気の系外への排出による損失を防ぐため、凝縮液槽１１９での液面は、蒸発缶１２から凝縮液槽１１９への凝縮液取り出しライン１１８の位置よりも高くなるように制御する。凝縮液槽１１９の気相部は、ライン１２０を経て、圧縮前流側の蒸発缶１２に接続されている。凝縮液は、必要に応じ、ボイラー１０６への給水用水として、あるいは濃縮液の固化防止用希釈水などとして、ライン１２１から抜き出され、再利用される。さらに、この凝縮液は、再利用に先立って、ポンプ３の出口側のライン４に設けた予熱器（図示せず）において、原液の予熱源として利用することができる。
【００５２】
蒸発缶１２の上部空間には、デミスター１２８を配設することにより、原液飛沫あるいは缶内液飛沫の蒸気への同伴混入を防止することができる。
【００５３】
圧縮機１０９の効率および消費電力などに影響を与える蒸発缶１２内の空気などの非凝縮性ガスは、蒸気ライン２２に設けた電磁弁２３の開閉により蒸発缶外へ排出される。この電磁弁２３の開閉は、蒸発缶１２内圧力と連動させることにより行ってもよく、或いはタイマー設定により自動的に行ってもよい。必要ならば、排出ガスを活性炭などによる吸着処理に供したり、或いは濃縮液タンク２５内の液中にバブリングさせる。
【００５４】
蒸発缶１２内に蓄積する濃縮液は、蒸発缶１２内の液面計（図示せず）からの信号により、蒸発缶１２の底部からのライン１２９および制御弁（図示せず）を通じて、再濃縮槽(晶析槽)１３２に送られ、ここで間接加熱される。濃縮液から発生する残存塩酸の蒸気は、ライン１３３からライン１３に送られて、先述の塩酸と水の蒸気と混合され、冷却器１４で冷却され、塩酸水の一部として回収される。再濃縮槽１３２で生成する塩化鉄を主成分とする固体成分は、ライン１３４を経て塩化鉄槽２５に貯められる。あるいは、濃縮液は、制御弁を用いることなく、蒸発缶内の液面に相当する位置において、蒸発缶１２の底部に連通するオーバーフロー管（図示せず）から抜き出すことも可能である。
【００５５】
排出された濃縮液の固化を防止する必要がある場合には、水または前記ライン１２１からの凝縮水をライン１２９内または凝縮液槽２５内に供給し、濃縮液を希釈すればよい。
【００５６】
また、必要に応じて、蒸発缶１２内の液を液抜き出しライン１２９から循環ポンプ１３０により抜き出し、原液ライン５へ循環することにより、伝熱管１２７外の液流速を増大させ、伝熱係数を上げることができる
蒸発缶器１２内の運転圧力が減圧系である場合には、電磁弁２３の後流側に電磁弁２３の開閉と連動する真空ポンプ（図示せず）を設ける。
【００５７】
また、必要に応じ、スタートアップ時の加熱・昇温のために、あるいは長期運転後に蒸発缶１２の伝熱管などの汚れによる蒸発量の低下に応じて、補助熱源として、例えばガスだきボイラー１０６からの蒸気をライン１０７およびライン１１１から導入する。
【００５８】
本発明は、各種の廃酸液、廃アルカリ液の濃縮処理のみならず、各種の産業廃水、洗浄廃水、写真現像液、定着液および洗浄廃水などの濃縮・減容化、原液中の有用成分或いは不純物の蒸留分離、食品工業での溶液（だし汁、ジュース、ミルクなど）の濃縮などの広い分野で利用できる。本発明は、その他の分野でも利用可能であり、ここに例示した分野での利用に限定されるものではない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明方法によれば、以下の様な顕著な効果が達成される。
（１）従来技術に比して、原液の濃縮プロセスが簡単であり、設備が小型化されるので、設備費、運転経費などが低減される。
（２）連続的に安定した運転が可能である。
（３）例えば、コジェネレーション設備などで比較的多量に発生するにもかかわらず、従来ほとんど利用されていなかった低圧蒸気を有効に利用することができる。
（４）廃塩酸中に残存する有用な塩酸をほぼ全量回収し、例えば、鉄鋼製品の洗浄などに再利用することができる。
（５）廃塩酸中の塩酸および水分が回収される結果、残分は塩化鉄を主成分とする固体となるので、塩化鉄の再利用も可能となり、さらに廃棄処理量を減容化することができ、従来法に比して、廃棄コストを低減することができる。
（６）濃縮装置の運転中および停止中の装置内での鉄塩の固化による閉塞を伴うことなく、装置の安定した維持管理を行うことができる。
（７）鋼線、鋼板などの鉄鋼製品の回分式あるいは連続式表面処理過程で発生する廃塩酸を適宜あるいは連続的に抜き出して濃縮することにより、塩酸を連続的に回収して、繰り返し利用することができる。従って、鉄鋼製品の表面処理工程に本発明による廃塩酸処理工程を併設する場合には、表面処理工程における塩酸濃度および純度がほぼ一定に保持されるので、鉄鋼製品の表面処理を一定時間で安定して行うことができ、防食剤を使用することなく、高品質の処理製品が得られる。
【００６０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
実施例１〜４
蒸留液を回収するための冷却器および蒸留液受器を備えた容量1リットルのガラス製濃縮器(シリコーン油を熱媒体とする)を用いて、鋼線製造工場(A社)で発生した数種の廃塩酸(それぞれ0.5リットル)の処理を大気圧下に行った。
【００６１】
廃塩酸の分析値および処理条件を表１に示す。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
注：実施例４では、連続槽とバッチ槽に由来する廃塩酸を等量混合して、処理した。
【００６４】
濃縮液中の鉄(Fe+2＋Fe+3)濃度が約300g/lとなる様に、廃塩酸を蒸留液と濃縮液とに分離した。蒸留液の分析結果と蒸留液および遊離HClの回収率を表２に示す。
【００６５】
【表２】
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【００６６】
注：遊離HClとは、Fe+2＋Fe+3などと不結合状態の分子状のHClを意味する。
【００６７】
蒸留液回収率=蒸留液量／廃塩酸量×100
遊離HCl回収率=蒸留液量×蒸留液中遊離HCl/廃塩酸量×廃塩酸中HCl
以上の結果から、廃塩酸中の鉄濃度が高く、遊離HCl濃度が低い場合には、蒸留液中のHCl濃度が低く、HCl回収率が低いことが明らかである。
実施例５〜８
メッキ処理工場(B社)で発生した廃塩酸を原液とし、且つ試験温度を各濃縮条件に対応した温度とする以外は実施例１〜４の手法に準じて、処理を行った。廃塩酸の分析値および処理条件を表３に示し、蒸留液の分析結果と蒸留液および遊離HClの回収率を表４に示す。
【００６８】
【表３】
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【００６９】
【表４】
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【００７０】
濃縮液中の鉄濃度が387g/lの場合(実施例８)には、塩酸を全量回収することができる。
実施例９
図１に示すフローに従って大気圧で本発明を実施した。すなわち、鋼線製造工場(C社)で発生した廃塩酸(遊離HCl=200g/l、Fe(Fe+2＋Fe+3=88g/l)を使用して、連続的にその処理を行い、蒸発缶内部温度と濃縮倍率との関係を求めた。運転時の各機器における条件は、表５に示す通りである。
【００７１】
【表５】
0003975312.tif 000006
【００７２】
結果を表６に示す。
【００７３】
【表６】
0003975312.tif 000007
【００７４】
表６に示す結果から明らかな様に、濃縮液の温度または比重を測定することにより、原液中の鉄濃度に対応して、濃縮倍率を決めることができる。
【００７５】
なお、各濃縮液を系外に取り出したところ、常温/常圧下において、2.1倍濃縮時(鉄濃度185g/l)には、濃縮液は固化しなかった。これに対し、3.5倍濃縮時(鉄濃度307g/l)には濃縮液の約50％が、４倍濃縮時(鉄濃度350g/l)には約90％が、５倍濃縮時(鉄濃度400g/l)には約100％がそれぞれ固化し、結晶体として取り出された。
実施例１０〜１１
図１に示すフローに従って大気圧で本発明を実施した。すなわち、鋼線製造工場(d社)で発生した廃塩酸(連続槽およびバッチ槽で発生した２種の廃塩酸の等量混合物）を使用して、その処理を連続的に行った。運転時の各機器における条件は、実施例９と同様である。廃塩酸の分析値および濃縮倍率を表７に示す。
【００７６】
【表７】
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【００７７】
濃縮液中の鉄(Fe+2＋Fe+3)濃度が約300g/lとなる様に、廃塩酸を蒸留液と濃縮液とに分離した。蒸留液および濃縮液の分析結果などを表８に示す。
【００７８】
【表８】
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【００７９】
蒸発缶内濃縮液中の鉄濃度が約300g/lである実施例１０および１１のいずれにおいても、安定した長期濃縮処理が可能であった。
【００８０】
また、蒸発缶外に取り出した濃縮液を再濃縮槽(晶析装置)に送り、間接加熱してその鉄濃度を400g/l以上とすることにより、実施例１０および１１のいずれにおいても、濃縮液中の残余の塩酸をほぼ全量回収することができ、また塩化鉄を主成分とする固体状物を回収した。
【００８１】
さらに、廃塩酸の濃縮操作を停止した場合にも、廃塩酸原液量に対する蒸留液量の割合を調整することにより、すなわち濃縮倍率を3.4倍から2.3倍に低下させることにより、蒸発缶内での鉄塩の固化を防止し、蒸発缶の閉塞を防ぐことができた。
実施例１２
カランドリア型蒸発缶を用い、実施例１０の手法に準じて、減圧下にメッキ工場廃液（廃塩酸）の濃縮処理を行った。処理条件を表９に示し、結果を表１０に示す。
【００８２】
【表９】
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【００８３】
【表１０】
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【００８４】
表９および表１０に示す結果から明らかな様に、減圧下での処理によっても、実施例１０とほぼ同様の廃液処理結果が得られている。
実施例１３
カランドリア型蒸発缶を使用し、図１に示すフローに従って大気圧下に112.5℃で本発明を実施した。すなわち、鋼線製造工場(e社)で発生した廃塩酸(連続槽およびバッチ槽で発生した２種の廃塩酸の混合物）を使用して、その処理を連続的に(月曜日午前処理開始／金曜日午後処理停止の繰り返し)行った。運転時の各機器における条件は、実施例９と同様である。
【００８５】
２種の廃塩酸それぞれと両者の混合物の分析値/処理量を表１１に示し、蒸留液の分析値/回収量と濃縮液の分析値/回収量とをそれぞれ表１２と１３に示す。
【００８６】
【表１１】
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【００８７】
【表１２】
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【００８８】
【表１３】
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【００８９】
その結果、鉄濃度80g/l、塩酸濃度126g/lの廃塩酸を185リットル/hrの割合で処理して、濃度126g/lの塩酸水溶液を135.4リットル/hrの割合で回収することができた。蒸留液回収率は73.2％であり、遊離塩酸回収率は86.2％であった。
【００９０】
濃縮液の塩酸濃度は54.7g/l、鉄濃度は300g/lであった。この濃縮液を鉄濃度が約400g/lとなるまで加熱濃縮することにより、濃縮液中の塩酸をほぼ全量回収するとともに、残余を塩化鉄を主成分とする固体状物として回収した。
【００９１】
回収塩酸は、少量の新しい塩酸とともに連続槽およびバッチ槽に循環して、鋼線処理に使用することができた。この場合、鋼線処理用塩酸の濃度および純度はほぼ一定に保持されるので、常に安定した操作が行われ、所定の時間で高品質の製品が得られた。鋼線処理時に防食剤を使用する必要はなく、また廃棄処理量が大幅に減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃水の濃縮処理の一例を示すフローシートである。
【図２】本発明による廃水の濃縮処理の他の一例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１…廃水タンク
３…廃水ポンプ
５、１０６…ボイラー
７、１０９…圧縮機
１２…濃縮器
１４…冷却器
１５…冷却水ライン
１７…蒸留液槽
１９…スチームトラップ
２２…電磁弁
２５…濃縮液槽
２６…充填物
１１１…補助熱源(蒸気)ライン
１１９…凝縮槽
１２６…分散器
１２７…伝熱管
１２８…デミスター
１３２…再濃縮槽(晶析装置)
【図１】
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【図２】
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