(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜分離を用いた濃縮・分離装置において、処理原液が供給される処理貯槽と、該処理貯槽に付帯し分離した固体の抜き出し手段を有する固液分離装置、該処理貯槽に付帯し透過液抜き出し口を有する膜分離装置、処理原液の受け入れ口、および処理貯槽と固液分離装置、処理貯槽と膜分離装置との間に各々処理液の循環路を備え、この循環路のうち膜分離装置から処理貯槽への液移送手段に、処理液における前記固体の溶解度を低くする手段を有することを特徴とする濃縮・分離装置。
【請求項２】
処理液における前記固体の溶解度を低くする手段が冷却器であることを特徴とする請求項１に記載の濃縮・分離装置。
【請求項３】
処理液における前記固体の溶解度を低くする手段が、膜分離装置から処理貯槽へ移送される処理液と処理貯槽から膜分離装置へ移送される処理液との熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃縮・分離装置。
【請求項４】
処理貯槽から膜分離装置への液移送手段に加熱器を付設することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の濃縮・分離装置。
【請求項５】
膜分離装置がナノフィルトレーション膜を用いたものである請求項１〜４のいずれかに記載の濃縮・分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発酵工業、製薬工業、精糖工業、アミノ酸工業、食品工業、染料工業、顔料工業、化学工業、金属精錬工業、廃棄物処理業などにおいて、広く行われている目的物質である有価物や不純物の塩などを分離する装置に係わるものある。より詳しくは、目的物質を含有している種々の処理原液から、膜分離操作を用いて効率的に目的物質を濃縮・分離する装置である。
【０００２】
【従来の技術】
目的物質を含む水溶液あるいは懸濁液から目的物質を分離することは以前から多用されており、例えば有機物である製品と無機物である塩類を含む水溶液を処理原液とした場合には、有機物である製品の分離に、蒸発濃縮と固液分離を組み合わせた方法（蒸発法）が広く用いられている。
前記の蒸発法では、処理原液中の水分を蒸発濃縮によって凝縮液として取り出し、次の工程で、飽和濃度以上の濃度になり固形物となった有機物を、固液分離により分離するようにしている。
また、ナノフィルトレーション（ＮＦ）膜を用いた化成品などの脱塩，分離，洗浄などの工程と、その後の噴霧乾燥などの乾燥工程による製品の固体化工程を順次実施し、固体の製品を得る方法も広く行われている。この場合には、脱塩を実施した後の処理液や懸濁液から、固形の目的物質を取り出す工程は、上記の脱塩，分離，洗浄工程に続いて実施されているため、膜分離装置で取り扱う懸濁液の固形物濃度が高い場合には、濃縮を進めるうえで支障を生ずることがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、従来の濃縮法におけるエネルギー消費の大きさを改善し、懸濁液などの固形物含有量が少ない状態での膜濃縮を実現することにより、脱塩、洗浄、分離などを効率よく実施することのできる膜分離を用いた濃縮・分離装置の提供を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、膜分離を用いた濃縮・分離装置において、処理原液が供給される処理貯槽と、該処理貯槽に付帯し分離した固体の抜き出し手段を有する固液分離装置、該処理貯槽に付帯し透過液抜き出し口を有する膜分離装置、処理原液の受け入れ口、および処理貯槽と固液分離装置、処理貯槽と膜分離装置との間に各々処理液の循環路を備え、この循環路のうち膜分離装置から処理貯槽への液移送手段に、処理液における前記固体の溶解度を低くする手段を有することを特徴とする濃縮・分離装置である。
尚、本発明では、膜分離装置において、透過液の取り出しによる濃縮と同時に塩類や低分子量の物質などの除去ができることからナノフィルトレーション膜を使用することが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を説明するのに先立って、図１に示す参考例の設備の概略図を説明する。
処理貯槽３には、膜分離装置２と、ポンプ４−１により処理貯槽内から処理液あるいは懸濁液を抜き出し処理貯槽３と膜分離装置２の間を処理液が循環する配管が付設してある。膜分離装置における分離膜としては、ナノフィルトレーション膜や限外ろ過膜を装備する。分離膜の具体的なものとして、ＰＣＩメンブレン社製ＡＦＣ３０，ＡＦＣ４０などの管状膜が望ましく、他には、スパイラル式、平膜式、中空糸式などの形状の、ナノフィルトレーション膜、ルーズＲＯ膜、限外ろ過膜、ＭＦ膜などが例示できる。
さらに、処理貯槽３には、固液分離装置１と、ポンプ４−２により処理貯槽３内から処理液あるいは懸濁液を抜き出し処理貯槽３と固液分離装置１間に処理液を循環させる配管が付属している。固液分離装置１としては、フィルタープレスが望ましく、他に遠心分離装置、液体サイクロンなどを用いてもよい。
目的物質を含む水溶液あるいは懸濁液である処理原液を、受け入れ口より処理貯槽３内に供給するが、この処理原液の供給には、連続的あるいは間欠的などのいずれの方法を採用してもよい。固液分離装置１からは連続的あるいは間欠的に分離した固体（製品）６を抜き出し、膜分離装置からは連続的に透過液７を抜き出すようにする。尚、処理原液の受け入れ口は、処理貯槽３に付設することが望ましいものの、システム内の他の個所から処理原液を受け入れるようにしてもよい。
また、図示していないが、処理貯槽３や処理液の循環路に、洗浄水あるいは洗浄媒液供給手段を備えた洗浄液貯槽や，洗浄装置を付設することができる。
【０００６】
上述の参考例の基本的な構成に対し、いろいろな変更が可能である。
図１の場合には、１基の処理貯槽を用いた例を説明したが、２基以上の処理貯槽を用い、それぞれに膜分離装置と固液分離装置を付属するようにしてもよい。このことにより、膜分離用の貯槽で固体の発生し難い温度条件などの膜分離により適した状態を維持し、一方固液分離装置の貯槽では、固体が発生し易い温度で、結晶が成長し易い条件などの固液分離に適した状態を維持することができる。
また、予め膜分離装置のみで濃縮を行った処理液あるいは懸濁液を、それに続いて本発明の膜分離装置と固液分離装置を付設した処理貯槽で処理するようにすることができる。また、膜分離装置に供給する前に、固液分離装置を用いて固形分を除去あるいは減少させてから、膜分離装置に供給することができる。
このほか、図１ではポンプを２台使用しているが、ポンプは共用することができ、固液分離装置と膜分離装置を、並列あるいは直列に設置することも可能である。また、大量の処理液の昇圧・減圧を繰り返すことなく、十分なクロスフローを確保するために、膜分離装置の内部あるいは膜分離装置に処理液の循環ポンプを付属させることも可能である。
【０００７】
本発明では、処理原料の温度維持のために、熱交換器の設置や、スチームなどの吹き込みによる直接加熱や直接冷却を実施することができる。さらに、目的とする物質の溶解度が温度の違いによって変化する場合には、膜プロセスでの取り扱いはより溶解度が高い温度域で行い、処理貯槽および固液分離装置では、より溶解度の小さい温度域で運転するために、膜分離装置から処理貯槽への液移送手段、および処理貯槽から膜分離装置への液移送手段において、加熱手段および／あるいは冷却手段を付設することができる。
そして、本発明の一実施形態では、図２に示すように処理貯槽３と膜分離装置２の間に、熱交換器８、加熱器９、冷却器１０を設置し、膜分離で取り扱う処理液の温度を製品の溶解度の高い高温に、処理貯槽３で取り扱う温度を製品の溶解度が低く晶析、析出などを進めるのに都合のよい低温にすることで、膜装置でのファウリングの低減と効率の良い晶析を同時に実施することも可能である。
ここで例示した熱交換器、加熱器、冷却器を全て用いる必要はなく、加熱の方法として水蒸気を吹き込む方法、冷却の方法としてエアーバブリングを実施する方法など適時選択することが可能である。
【０００８】
処理貯槽と固液分離装置の循環路に、加熱手段および／あるいは冷却手段を設けて、溶解度を制御し処理原液から固形物の析出、晶出などを促進するようにしてもよい。また、必要に応じて処理原料のｐＨ調整や、凝集剤などの薬剤の添加を実施することもできる。
さらには、膜分離装置からの透過液を処理貯槽に還流させる配管などを設けることで、濃縮速度の制御や濃縮停止状態の維持が可能になる。
【０００９】
本発明の濃縮・分離装置の運転方法について説明する。処理原液を処理貯槽の受け入れ口を経て処理貯槽３内に供給する。ポンプ４−１により処理貯槽３内から処理液あるいは懸濁液を抜き出し膜分離装置２へ供給し、膜分離を行う。これにより、処理液中の塩分や低分子量成分などが水分と共に膜を透過し透過液となり、一方の残留する処理液中では溶質の濃度が高まることになり、固形物の析出、晶出が起こる。
膜分離装置２から処理貯槽３へ処理液が循環しているうちに濃縮が進み、処理液中の固形物が所望濃度となったところで、ポンプ４−２により処理貯槽３内から懸濁液を固液分離装置１に供給する。固液分離装置１からは分離した固体（製品）６を抜き出すようにする。
本発明の濃縮・分離装置では、膜分離操作と固液分離を並行して実施することができることが特徴であり、処理液中の固形物濃度を制御しながら前記操作ができるため、効率的である。
【００１０】
本発明の装置では、単に濃縮過程で、塩などを透過液に除去しながら濃縮を進める他、水などを洗浄水として添加することで、さらに脱塩などを効率的に進めることができる。
さらに塩濃度を低くする以外に、塩の量そのものは透過液側に抜き出し減少するものの、塩濃度は上昇するように運転することで晶析を進めることもできる。
【００１１】
処理原液の供給は、連続的、間欠的、バッチ的のいずれのやり方で行ってもよく、膜分離装置の透過液の抜き出しを連続的に行ってもよく、適時還流配管などにより透過液を処理貯槽に還流させても、また運転圧力を低下させるなどで、濃縮速度を制御することができ、実質的に濃縮や運転を停止する操作を加えることもできる。固液分離装置からの固体の取り出しも連続的、間欠的、バッチ的のいずれにより行ってもよい。
固形物の抜き出し手段としては、固液分離装置自体に固形物を排出する手段を付属させてもよいし、スクリューコンベヤーなどの移送手段を用いてもよい。
【００１２】
本発明の対象とする物質の組合せは、使用する膜を通過しやすい物質と、膜を通過しにくい物質の組合せで、その通過しにくい物質が濃縮によって膜分離および固液分離装置で取り扱える範囲で、固形化するもので、それらを溶解あるいは懸濁させている溶媒も、水であっても、無機酸や、メタノール等の有機溶媒であってもよい。また、洗浄液を用いる場合には、洗浄液としては、前記の溶媒と同様に、水であっても、無機酸や、メタノール等の有機溶媒であってもよい。
また、固体化としては、処理液の濃度上昇などによる結晶化などの固形化以外にも反応による固体物質の生成、凝集などが例示できる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、膜分離による濃縮を実施し、従来の温度を上昇させることが必要な蒸発法よりもエネルギー消費を低減でき、同時に実施する固液分離によって低減した固体濃度の上昇を防ぐことができる結果、分離膜におけるつまりやファウリングの防止、分極化の弊害の低減、分離膜の使用期間の延長や、洗浄頻度の低減が可能になる。
また、本発明によれば、処理液中の固体濃度が低減できる結果、管状膜を使用するかわりにスパイラル膜などのより固形分濃度に敏感な形状の膜を使用することをも可能にする。
本発明において、ナノフィルトレーション膜を用いた場合には、透過液の取り出しによる濃縮と同時に塩類や低分子量の物質などの除去ができることから、固体として回収する物質に含まれるこれらの不純分の含有量を低減できる。このことは固形物として分離される物質の溶解度が低い場合に、当該の物質のロスを少ない状態で固液分離で実行でき、精製としても有利となる。
また、本発明においては、２基以上の処理貯槽を用いることができ、処理原液を２段以上に分けて濃縮・分離を行い、各段での取り扱い処理液の性状の違いから、１段目ではより多くのフラックスを得られる運転を実施し、２段目以降で処理原液の量が少なくなり、洗浄水を加えたことによる洗浄効果の高い洗浄を進めるなどの方法により、全体としてより少ない設備費用や用役使用量での濃縮・分離が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる参考例を示す設備の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す設備の概略図である。
【符号の発明】
１    固液分離装置
２    膜分離装置
３    処理貯槽
４−１，４−２  ポンプ
５    処理原液
６    固体（製品）
７    透過液
８    熱交換器
９    加熱器
１０  冷却器
【図１】
0004090777.tif 000002
【図２】
0004090777.tif 000003