(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）精留効果を有する蒸発塔、（ｂ）蒸発塔の下部から上部に大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物（微量成分）を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液を移送するための上方が開口している熱交換用パイプ、（ｃ）前記熱交換用パイプに前記水溶液を供給するための導入口、（ｄ）前記水溶液を雰囲気と充分接触させるための手段、（ｅ）蒸発塔の上部に設けられた蒸気排出口、（ｆ）前記蒸気排出口から蒸気を排出するための排気管、（ｇ）前記排気管に接続した真空ポンプ、（ｈ）前記真空ポンプの後段に設けられた凝縮器、（ｉ）蒸発塔下部に設けられた処理水を排出するための排水口、よりなることを特徴とする水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【請求項２】
前記熱交換用パイプと蒸発塔内壁の間隙に充填物が填め込まれている請求項１記載の水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【請求項３】
（イ）精留効果を有する蒸発塔、（ロ）蒸発塔の下部から上部に大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液を移送するための熱交換用パイプ、（ハ）熱交換用パイプに連結して設けられた蒸発塔の上部に設けられた散水器、（ニ）散水器の下方に設けられた気液接触部、（ホ）前記熱交換用パイプに前記水溶液を供給するための導入口、（ヘ）蒸発塔の上部に設けられた蒸気排出口、（ト）前記蒸気排出口から蒸気を排出するための排気管、（チ）前記排出管に接続した真空ポンプ、（リ）前記真空ポンプの後段に設けられた凝縮器、（ヌ）蒸発塔下部に設けられた処理水を排出するための排水口、よりなることを特徴とする請求項１記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【請求項４】
前記真空ポンプの前段に予備凝縮器を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【請求項５】
前記凝縮器の後に吸着塔を付設してなる請求項１〜４のいずれかに記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【請求項６】
前記凝縮器から発生した蒸気の排気ライン、前記排気ラインに接続した吸着塔および吸着塔の脱着ガス、蒸気および／またはドレインを前記蒸発塔に戻すためのラインを付設した請求項５記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶液中に１ｐｐｂ〜５ｗｔ％、好ましくは１ｐｐｂ〜３０００ｐｐｍ程度の微量に含まれている大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物（微量成分）好ましくは疎水性化合物を蒸発除去するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
平成９年４月１日より水質汚濁防止法および大気汚染防止法の一部が改正、施行されるのに伴い、自然界へ排出できる有害物質の基準が一層厳しいものとなる。そのため、廃水中に微量に含まれているトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの有機ハロゲン系化合物やベンゼンなどの芳香族炭化水素のような物質を経済的に除去する方法と装置を求める声は極めて高いものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、水溶液中に１ｐｐｂ〜５ｗｔ％程度の微量に含まれている大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え、１００℃未満となる化合物を加熱することなくあるいはほとんど加熱することなく極めて経済的に蒸発除去するための方法と装置を提供する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物、いいかえれば水と共沸するか、もしくは水よりも沸点の低い化合物を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％、好ましくは１ｐｐｂ〜２ｗｔ％、さらに好ましくは１ｐｐｂ〜３０００ｐｐｍ含有する１００℃以下の水溶液を精留効果を有する蒸発塔の塔上部から供給し、前記水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を連続蒸発除去する装置を提供する点にある。
【０００５】
このように加熱しないのに沸騰がおこる理由はつぎのとおりである。
温度ｔ1の原液を熱交換用パイプに供給しつつ、真空ポンプを作動させてゆくと、蒸発塔内の内部圧力がｐに達したとき、熱交換用パイプの外側の温度ｔ2で原液は沸騰がおこる。
このとき、蒸発量と排気量が平衡状態となっている。蒸発量は、エネルギーの供給量で決まってくる。すなわち、ｔ1−ｔ2の差に相当する顕熱が蒸発熱になり、その分の蒸気が発生する。このエネルギーは熱交換用パイプ内を流れる原液から供給される。
【０００６】
本発明の第１は、（ａ）精留効果を有する蒸発塔、（ｂ）蒸発塔の下部から上部に大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物（微量成分）を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液を移送するための上方が開口している熱交換用パイプ、（ｃ）前記熱交換用パイプに前記水溶液を供給するための導入口、（ｄ）前記水溶液を雰囲気と充分接触させるための手段、（ｅ）蒸発塔の上部に設けられた蒸気排出口、（ｆ）前記蒸気排出口から蒸気を排出するための排気管、（ｇ）前記排気管に接続した真空ポンプ、（ｈ）前記真空ポンプの後段に設けられた凝縮器、（ｉ）蒸発塔下部に設けられた処理水を排出するための排水口、よりなることを特徴とする水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。
【０００７】
本発明の第２は、前記熱交換用パイプと蒸発塔内壁の間隙に充填物が填め込まれている請求項１記載の水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。これにより伝熱面積が大きくなり、精留効果が向上し、効果的に脱溶剤ができるようになる。
【０００８】
本発明の第３は、（イ）精留効果を有する蒸発塔、（ロ）蒸発塔の下部から上部に大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液を移送するための熱交換用パイプ、（ハ）熱交換用パイプに連結して設けられた蒸発塔の上部に設けられた散水器、（ニ）散水器の下方に設けられた気液接触部、（ホ）前記熱交換用パイプに前記水溶液を供給するための導入口、（ヘ）蒸発塔の上部に設けられた蒸気排出口、（ト）前記蒸気排出口から蒸気を排出するための排気管、（チ）前記排出管に接続した真空ポンプ、（リ）前記真空ポンプの後段に設けられた凝縮器、（ヌ）蒸発塔下部に設けられた処理水を排出するための排水口、よりなることを特徴とする請求項１記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。
【０００９】
本発明の第４は、前記真空ポンプの前段に予備凝縮器を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。
【００１０】
本発明の第５は、前記凝縮器の後に吸着塔を付設してなる請求項１〜４のいずれかに記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。
【００１１】
本発明の第６は、前記凝縮器から発生した蒸気の排気ライン、前記排気ラインに接続した吸着塔および吸着塔の脱着ガス、蒸気および／またはドレインを前記蒸発塔に戻すためのラインを付設した請求項５記載の水溶液の持つけん熱のみにより水溶液中の微量成分を蒸発除去する装置に関する。
さらには、前記凝縮器から発生した蒸気の排気ライン、前記排気ラインに接続した吸着塔および吸着塔の脱着ガス、蒸気および／またはドレインを前記蒸発塔に戻すためのラインを付設することもできる。
【００１２】
本発明の装置においては、前記凝縮器から蒸気成分として排出される極く微量の成分を更に回収する手段を付設することが好ましい。そのためには、凝縮器から蒸気成分として排出されるラインに吸着塔を接続し、ここでさらに極微量成分を除去し、吸着塔で生じるドレインは蒸発塔に戻すことが好ましい。
【００１３】
このような場合には吸着塔は蒸発塔と同じ減圧系で使用する。吸着塔は複数設置することもできる。吸着塔を複数並列し、切り換えつつ使用することが好ましい。たとえば吸着塔を２つ設け、一方の吸着塔が蒸気の吸着塔として働き、他方の吸着塔はそこに充填されている吸着材から微量成分を脱着する操作を行う。
【００１４】
なお、吸着塔につめる吸着材は、通常用いられている吸着材なら何でも使用できるが、本ケースの場合は活性炭が好ましい。吸着塔は複数個用い、吸着と脱着を切換えて実施できるようにすることが好ましい。
【００１５】
前記吸着材に吸着された微量成分の脱着は、一般に常圧下で生スチームによる直接加熱をして脱着を行う。この場合は濃度の希薄な排水が発生するので蒸発塔に戻すことが好ましい。また、場合によっては減圧により、必要ならばさらにスチームなどの間接加熱による方法で脱着し、脱着したガスや蒸気はそのまま蒸発塔へ戻したり、または凝縮して系外に抜き出したり、その一部または全部を蒸発塔へ戻すことができる。そのまま蒸発塔に戻す場合には吸着塔を減圧するための真空ポンプを別途に必要としないことがある。
【００１６】
一般に熱エネルギーの経済的回収には適していないとされている温水系（蒸気状でないもの）を本発明においては熱エネルギー源として利用することができる。このように低位な熱エネルギーしか持っていないとされている温水系としては、液温１００℃以下の温水、とりわけ熱エネルギーの回収に不向きの８０℃以下、とくに７０℃以下、場合によっては６０℃以下の温水を使用できる。下限でも２５℃位までの温水も利用可能である。
【００１７】
前記蒸発塔内の蒸気を採集するための手段である真空ポンプとしては、各種のブロワーを挙げることができるが、ルーツブロワー（ｒｏｏｔ  ｂｌｏｗｅｒ）やターボ分子送風機などのドライ式のものが好ましい。
また、ブロワーの前段には予備凝縮器を設けることができる。予備凝縮器は、凝縮器中の冷却媒体温度より系の沸点が高い場合にはルーツブロワーの能力を助けることができる。
ブロワーに用いるポンプとして水封式や油回転式の真空ポンプを用いると、蒸気中の微量成分が水や油と親和性が高い場合は、この水や油に微量成分が吸収されるので、水や油を用いないドライ式のポンプが好ましい。これらのプロワーの後段には凝縮器を設置して、蒸気を凝縮させ、液状の微量成分を採取する。
【００１８】
本発明においては、大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液（以下、原液ということがある）は、装置内部にある熱交換用パイプの内部を通りぬけ、開口されたパイプ上部からパイプの外壁などを伝い重力により下降するが、この間蒸発塔内は例えばドライルーツブロワーのような真空ポンプによって蒸気は蒸発塔から凝縮器の方に移送され、蒸発塔内は減圧状態に保たれている。これにより熱交換用パイプの外側では原液が沸騰し、微量成分と一部の水は蒸発し、蒸気となって真空ポンプ方向に移送される。
【００１９】
本発明は、前述のような装置により蒸発塔内は減圧状態に保たれているので、内容物の蒸発温度を低くすることができ、蒸発のための供給熱量も小さくて済む。また、本発明の装置においてハロゲン系有機溶剤や炭化水素系有機溶剤を分離除去する場合、減圧することにより相対揮発度が大きくなり、分離が容易になるケースが多い。
【００２０】
本発明における蒸発のためのエネルギー源としては、基本的には原液のけん熱であるが、原液のけん熱のみではエネルギーが不足するとき、たとえば原液の温度が低い場合、原液中の微量成分の濃度が高く、必要熱量が多い場合、あるいは原液中の微量成分の相対揮発度が低く、必要熱量が多い場合には補助的な加熱を必要とする。場合によって原液のけん熱を利用しても経済的にペイしないときは、原液のけん熱を使用しないこともおこりうる。
【００２１】
このような場合の加熱手段としては、スチーム吹き込みによる直接加熱および／またはリボイラーなどによる間接加熱などがある。
【００２２】
蒸発塔内において、大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物を１ｐｐｂ〜５ｗｔ％含有する水溶液を雰囲気と充分接触させるための手段としては、散水、壁表面への流下、棚段上への流下、布などの垂下した支持体面への流下、ミュースクラバー、充填塔などがある。
【００２３】
本発明の具体的装置の１例を図１に示す。原液は原液供給ライン３より、原液貯留タンク４を経て熱交換用パイプ２を通り、上部開口５よりオーバーフローして、熱交換用パイプ２の外壁を伝って流下する。一方、蒸発塔１の上方には蒸気排出ライン６を設け、蒸気は予備凝縮器７を経て、ドライ式ルーツブロワー８に至るが、蒸気の１部は予備凝縮器７で液状となり、残りは凝縮器９で液状となり、これら液状の微量成分は微量成分取出ライン１１より採取される。
これにより、温度ｔ1で系内に導入された原液は、圧力ｐのもとに温度ｔ2において沸騰状態となる。このようにして原液中の微量成分は蒸発除去され、処理水は排水ライン１０より排出される。
【００２４】
図２は、図１の装置に充填物１２を填め込んだ装置である。充填物の存在により蒸発効率を一層向上させることができる。
【００２５】
図３は、もう一つの具体例を示すものであり、図２のものに較べて、原液を散水器１５により例えば充填物のような気液接触部１６のうえにシャワー状に散布させ、原液中の微量成分を気液接触部１６、１７において蒸発、除去しようというものである。
なお、移送部１４は蒸発塔外にあっても蒸発塔内にあってもよいが、設計工事上は蒸発塔外にあった方が作業が容易である。
【００２６】
図６は吸着塔を付設した場合の具体的装置の１例を示す。図１〜５に示す凝縮系の排気ライン２０を吸着塔２１に接続し、吸着塔２１にはスチームライン２３よりスチームを供給し、スチームにより吸着材から脱着された微量成分を含むスチームドレインはライン２４により蒸発塔１に戻す。減圧によって脱着をおこなった場合も同様である。蒸発塔に戻す位置は、戻す流れの組成と量に応じて適切な個所を選択する。
【００２７】
もう１つの装置としては、前記低位な熱エネルギーしか持っていない温水系から発生する熱エネルギーを蒸発塔の気液接触部の下方から蒸発塔の内部へ伝達する手段を付設するものである。
【００２８】
この場合の１つの具体的装置は、図４に示す。
本装置は、蒸発塔１における気液接触部１７の下方から、温排水からの蒸気発生器１８により発生した蒸気を必要であれば圧力調節バルブ１９により蒸気量をコントロールしながら、供給して補助的熱エネルギーとするものである。
この場合、水の沸点が温水の温度以下に下がらないようにブロワー８の排気量を保ち（圧力を低下させ）、温排水から発生する蒸気を蒸発塔に導入する。蒸気量は、必要であれば圧力コントロールバルブ１９により調節し、蒸気発生器１８の液面は一定になるようコントロールすることが好ましい。
【００２９】
図５は、水溶液のけん熱を全く利用しない場合の本発明装置の１例を示すものである。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
図１に示すように直径１５０ｍｍ、高さ１３００ｍｍ、容積２３リットルの蒸発塔１内に、原液貯留タンク上に直径１５ｍｍ、高さ１０００ｍｍの熱交換用パイプ１９本を立てた装置を用いた。原液としてジクロロメタン２２００ｐｐｍを含有している廃水を用いて実験を行った。処理条件は
ｐ ＝３０ｍｍＨｇ
ｔ1＝５０℃
ｔ2＝２９℃
とした。これにより連続処理した結果、排水ライン１０より排出される排水中のジクロロメタン含有率は０．０１７ｐｐｍであり、平成９年４月１日からの同含有率０．０２ｐｐｍ以下という規定をクリアーしていた。
【００３２】
実施例２
実施例１の装置を用い、原液としてトリクロロエチレン９３０ｐｐｍを含有している廃水を用いて実験を行った。処理条件は
ｐ ＝２０ｍｍＨｇ
ｔ1＝４０℃
ｔ2＝２２℃
とした。その結果、排水ライン１０より排出される排水中のトリクロロエチレン含有率は、０．０１９ｐｐｍであり、平成９年４月１日からの０．０３ｐｐｍ以下という規定を満足するものであった。
【００３３】
実施例３
ジクロロメタンを９８０ｐｐｍ含有する排水を図４の装置により処理した。処理条件は次の通りである。
原液温度    １８℃
温排水温度  ５０℃
操作圧      １４ｔｏｒｒ
この処理により排水中のジクロロメタン含有率は０．０１５ｐｐｍとすることができた。
【００３４】
実施例４
図６のライン２０からでてくる凝縮器排気中のジクロロメタンの含有量が４０ｐｐｍのものを、活性炭を充填した吸着塔２１で吸着させた。この結果、吸着塔２１から排出する吸着塔排気ライン２２中の排気ガス中のジクロロメタン含量は４ｐｐｍであった。
【００３５】
実施例５
図５に示すように、直径１５０ｍｍ、高さ２０００ｍｍ、容積３０リットルの蒸発塔１をもつ装置を用いた。原液としてジクロロメタン３０００ｐｐｍを含有している廃水を用いて実験を行った。
蒸発塔の下部に加熱蒸気量／原液量＝０．０５の割合でスチームを吹き込んだ。その他の処理条件は、
ｐ ＝３０ｍｍＨｇ
ｔ1＝２０℃
ｔ2＝２９℃
とした。これにより連続処理した結果、排水ライン１０より排出される排水中のジクロロメタン含有率はは０．０１８ｐｐｍであった。
【００３６】
実施例６
実施例５の装置を用い、原液としてベンゼン２００ｐｐｍを含有する廃水を用いて実験を行った。
蒸発塔の下部に加熱蒸気量／原液量＝０．０５の割合でスチームを吹き込んだ。その他の処理条件は、
ｐ ＝４０ｍｍＨｇ
ｔ1＝２７℃
ｔ2＝３４℃
とした。排水ライン１０より排出されるベンゼン含有率は０．００１ｐｐｍであった。
【００３７】
【効果】
本発明により、水溶液中に１ｐｐｂ〜５ｗｔ％程度の微量に含まれている大気圧における水溶液の沸点が０℃を越え１００℃未満となる化合物（微量成分）、とくに有害な有機溶剤成分を極めて経済的に蒸発除去することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１つの具体例を示す概略図である。
【図２】本発明装置の他の具体例を示す概略図である。
【図３】本発明装置のもう１つの具体例を示す概略図である。
【図４】請求項８の発明の１つの具体例装置を示す概略図である。
【図５】請求項７の発明の１つの具体例装置を示す概略図である。
【図６】請求項６の発明の１つの具体例装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１  蒸発塔
２  熱交換用パイプ
３  原液供給ライン
４  原液貯留タンク
５  上部開口
６  蒸気排出ライン
７  予備凝縮器
８  ドライ式ルーツブロワー
９  凝縮器
１０  排水ライン
１１  微量成分取出ライン
１２  充填物
１３  熱交換部
１４  移送部
１５  散水器
１６  気液接触部
１７  気液接触部
１８  蒸気発生器
１９  圧力コントロールバルブ
２０  凝縮器排気ライン
２１  吸着塔
２２  吸着塔排気ライン
２３  スチームライン
２４  パージスチームもどりライン
【図１】
0003809921.tif 000002
【図２】
0003809921.tif 000003
【図３】
0003809921.tif 000004
【図４】
0003809921.tif 000005
【図５】
0003809921.tif 000006
【図６】
0003809921.tif 000007