電子エ業向け水処理クローズドシステムにおける蒸発濃縮装置実績例の紹介
The

Evaporation
ClosedConcentrator

Systemin a Water

for theElectronic

Treatment

Jndustry(環)技術部

斉

計画第3課

藤

Masao

石The

industry

producesseveraltotreat

thewastewater

towaterforre‑use.

Anelectronic

therefore,
process

independenton

まえoperation

がseparation
during

and
the

kinds

evaporation

after

processes

theinwastewater
same

as

quality

for

large

wastewater･

卓

男

lshikawaItrequired,isdischarge

for

final

treatment

after

This

is

interimreportappliedeach

川

forwater

been

男

Takao

quantities･

groundhas

concentrator

concentrationyearof
thealmost

正Saitoanorasstart‑up.

き

近年,工場より排出される各種の排水を,合理的なプロセスにより処理し,回収再利用に努めるとともに,自然界(3)

1次純水設備のイオン交換処理後の再生廃液(4)MF,RO等膜処理設備の定期薬品洗浄廃液
第1表に,それぞれの系統より持ち込まれる物質の代表的な成分を示す｡
蒸発濃縮装置は,全体プロセスの中で,イオン交換,へ放流する場合にも,原水として取水した地下水,工水等の水質とほぼ同グレードまで排水を浄化することが環境保全を考えた工場の立地条件から求められている｡すなわち,膜処理等の重要な単位操作より,分離濃縮される液を,最自然界に存在しない物質は,基本的には放流せず,ミネラ終的に約1/20まで減量するために設置されている｡この

ル成分についても,放流先の生態系のバランスに影響を与えるような濃度にならないレベルまで,処理することを要処理能力が低下すれば,水処理設備全体の能力にも大きな求される様になってきている｡

低下により,濃厚廃液原液槽のレベルが上昇すれば,イオ当然,排水を全く出さず,すべて回収再利用するクローズドシステムの水処理設備においても,同様の処理技術が,要求されるものである｡

RO影響を及ぼす,重要な設備である｡すなわち,処理能力のMF,RO膜の薬品洗浄時期延期ン交換装置再生の渋滞,による処理水量の低下等を余儀なくされることになる｡反対に,濃縮倍率を少しでも高くとる運転を維持出来れば,工場より排出される排水中には,種々の無機系,有機系薬品が含まれているが,これらの成分は,吸着,生物分解,凝集沈殿,ろ過,膜分離等の単位プロセスを組み合わせた排水処理システム,回収システムにより分解,分離除去さ第1表
Table

蒸発濃縮装置の系統別原液成分
1Contentsれる｡この分離除去された汚染物は,そのまま自然界へは排出出来ないため,出来る限り濃縮減量し,濃縮塩,又はof waterforevaporation

Classificationofinletliquidconcentration.
Contents

固形物の形で場外へ搬出の上,別途処分する方法が取られている｡この減量,濃縮処理プロセスの一つである蒸発濃縮装置は,水処理設備全体の中で,多くの設備と関わりのIon‑exchangerregenerationある最終処理であり,その運転の適否が,設備全体の処理能力,安定操業の鍵となり,非常に重要な要素であること

treatmentunitは明らかである｡
本稿では,電子工業向けに最近納入した蒸発濃縮装置のRObrineoftreatedwaterfrom

NOB,soヰorganicwastetreatmentunit

Chemicalcleanser

Ion‑exchangerregeneration

Na,Soヰ,Ca,SiO2,ClF,NH4,NOB,Na,Soヰ,Clwastefrominorganicwaste

運転経過について,その概要を紹介する｡

1.クEj‑ズドシステムにおける蒸発濃縮設備の重要性

wastefromprlmarypureWater

今回紹介する蒸発濃縮設備は,大きく次の4系統よりのproductionunit

廃液を濃縮処理するために設置されている｡( 1 )無機系排水のイオン交換樹脂吸着後の再生廃液'(2)有機系排水の生物処理水をRO処理する際に分離さCleaningwasteofMF,RONa,Sod
membrane

れる濃縮液
ββ

神鋼パンテツク技報

Vol,40No.

1(1996/9)

Slower
Ⅵ1Cuumpump

Ejector
Steam､十＼//⊂=コ// ＼＼Evaporator⊂==二=コ⊂=二ニ=
Evaporator

A
Sealing watert ank

BConcentrated
liqlユid

Sealing waterpump

Circulation pump

Circulation pump

I∋

A

拒

Inlet liquid
Distilled water

Inlet liquid pre‑heater
Distilled water

第1囲Fig.

plユmp

動作原理図
1

Principleof operation.

濃縮水量の減量につながり,水処理設備のランニングコスト低減に寄与することになる｡

2.蒸発濃縮設備の概要
今回採用されている装置は,水平伝熱管構造の機械圧縮＋蒸気エゼククー方式を採用した高効率の真空蒸発濃縮装置である｡装置本体の外観は,写真1の通りである｡2.1動作原理

4

蒸歪芸喜言霊芸警慧買芸霊:i,A孟宗;プによ｡蒸発管群の上に散布され,蒸発濃縮される｡管外で発生した蒸気は,ブロワーにより加圧･昇温され伝熱管内部に送られ,循環液と熱交換し,凝縮する｡
蒸発器Aにより得られた濃縮液は,蒸発器Bに送られ,再度濃縮される｡蒸発器Bにより発生した蒸気の一部は,

写真1

エゼククーにより加圧･昇温され蒸発器Bの加熱媒体として,残りの蒸気は蒸発器Aの補助熱源として使われ,伝熱管で凝縮された水は,凝縮水ポンプによって排出されPhoto,る｡

ンプで真空に維持されている｡
2. 2
本装置の特長(1996/9)

concentrator.

な伝熱面積を装備可能である｡(3)省エネルギー
縮の大部分が小さ■い伝熱温度差で蒸発させることがていることと,管外は薄膜蒸発のため,液膜による蒸発抵抗も少ないため,通常竪型多管式加熱管方式
1

or evaporation

低濃縮と高濃縮を分離したプロセスにより,蒸発濃伝熱管内の蒸気流速を大きくし,凝縮液膜が薄くなっ

40 No.

view

水平管チューブのため,コンパクトな蒸発缶に大き(1)伝熱系数が高い

Vol.

Outsideの1.5‑3倍の伝熟係数である｡(2)コンパクト

濃縮液は,循環ポンプ吐出管より分岐され,系外に排出される｡蒸発器内は,低温で蒸発が起こるように,真空ポ装置の外観
1可能｡(4)スケール付着,汚れ付着が少ない

神鋼パンテツク技報

伝熱温度差を小さく設計しているため,単位面積当692.

3たりの蒸発量が少なく,伝熱管表面での熱負荷が小濃縮倍率さいため,スケールの付着は少ない｡また,伝熟管外面に多量の液を散布させることで,落下による液寸法8.7mLx5.1mWx5.2mH

重量24tの流れによって汚れの付着も少なくなる｡
装置基本仕様(2)機器仕様(1)装置性能型

主要機器の仕様を第2表に示す｡
式

真空蒸発方式(機械圧縮＋蒸気エゼク
クー)

設計能力

6000kg/hは,設計能力を十分満足しており,順調な運転を継続して5 640いる｡但し,設計当初にては予測困難であったいくつかの原液条件の相違により,一時処理量の低下,水処理設備へ濃縮液量2

表Table3.運転経過運転開始以来約1年が経過し,現状においても処理能力

原液最大処理量
蒸発量kg/h
5 940 kg/h
擬桁水量(ェゼククー蒸気ドレン300kg/h含む)

第約16.7 wt倍(20 vol倍)

360 kg/hの負荷の増加等の現象が見られ,一部装置内の改良,洗浄条件の変更,材質調査等の対策を実施した｡

主要機器の仕様2

Specifications(1) Evaporator

Aor equlpment.
Type

Vacuum

Evaporating
Heat

volumetransmitting

evaporator

horizontal

with

tube

5 140 kg/hr
502 m2area

Materials

VesselSUS316L

Tube

SUS316L

Tube

SUS316L

plate

Others(2) Evaporator

B

SUS304,

VacuumTypeevaporator(violent film
Evaporating

500 kg/hr

Heat

37.3

volumetransmitting

SS400

horizontalwithflowtype)

tube

RHC

Ⅱぎ

area

Materials

SUS316L

VesselSUS316L

Tube
Tube

SUS316L

plate

Others(3) Ejector

SteamType(4) Pre‑heater

SUS304,ejectorSteampressure

4.0 kg/cnfG

Steamconsumption

Materials

270 kg/hr
SUS304

Type

Platetype

ll.6

Ⅰゴ

Heat

transmitting

SS400(saturated)

area

Materials(5) Blower(6) Circurating
pumpA(7) Circuratingpump(8) Vacuum

Bpump

SUS316

Gasket

EPDMNozzle

SUS316

Type

Turbo‑blower

Specifications

30 000Materials

CasingSS400

lmpeller

SUS304

Shaft

S45C

m3/hr

X

75 kw

Specifications

165m3/hrMaterials

SCS14/SUS316

Specifications

35m3/hrMaterials

SCS14/SUS316

Specifications

120m3/hr X ‑600mmHg
SCS13/SUS304

Materials

70

Plate

神鋼パンテツク技報

X

X

12mH

18mH

X

＋SP

coatingllkw

X5.5kw

X

5.5kw

Vol.

40 No.

1(1996/9)

Scale

写真
Photo.

the right

on

2

Part

bal一 is removed

CPart

B

循環配管内面の外観
2

Inner

surfaceof plpe.

この様な事例とその際実施した対策を紹介する｡
Caスケーリング

3.1

工場よりの排水中には,Ca成分は含まれないが,運転当初水処理設備のRC水槽よりの溶出によるものと判断されるCaスケールの発生が蒸発器内にみられた｡蒸発管に付着したCaSO4のスケールは,5%硝酸の10時間程度の侵漬洗浄を実施することにより,はぼ完全に除去出来た｡
3.2

Insidesurfaceoutsidesurface(×6)

Insidesurface(X14)

outsidesurface(×14)

Clイオンによる腐食

clイオン濃度ほ,原液で200mg/1,濃縮液は4000mg/1程度まで上昇した時期があったため,蒸発器内の水平管チューCl腐食の発生が懸念された｡
ブ(SUS316L製)における,腐食状況を確認する目的で,該当チューブはサンプリングが困難なため,同条件の液質が流れる同材質の循環配管の1部を取り外し,調査を行った｡

A

3(×6)

｡習軍記芸芸笑覧芸は次の通りであった○
写真

配管内面の腐食状況及び表面付着物の状況を観察す

循環配管内面の拡大観察(脱スケール後のC部)

3photo.

解析より,水平管チューブの最大孔食深さを推測しinner

度は軽く,材料側に起因した腐食は認められなかった｡
3. 3

発泡による凝縮水水質異常

原液中に含まれる微量の界面活性剤のため,濃縮中に発泡が見られ,その飛沫が凝縮水側にも混入し,水質の悪化(写真3)(3)断面ミクロ組織観察
孔食の進行状況や割れの有無を確認し,ミクロ組織の観察により,材料側に起因した腐食について調査した｡ (写真4)(4)調査結果
循環配管内面は,極軽度の孔食が見られるが,孔食vol.

or pipe'sscale)

断面観察より,孔食は浅い皿上の形状で,腐食の程(写真2)(2)局部腐食深さ測定
金属顕微鏡を用いて,局部腐食深さを測定し,極値た｡

observation(part c after removing

るため,半割にして半栽管の一方のみ電解脱錆法を用いて,表面付着物を除去した後,拡大観察を実施した｡

Microscopeにつながった｡凝縮水は,アンモニア成分の除去のため,生物処理,膜処理されるが,それらのプロセスにも影響を与えた｡その後,泡の検知器を設置し,発泡時のみ消泡剤を注入する設備を追加することにより解決した｡

4.運転管理上のポイント
前述のような運転経験により,電子工業向け水処理クロー

深さは20 〟m程度と浅く,極値解析より水平管チューブの孔食深さを推定しても,問題となるような腐食ズドシステムに設置される,蒸発濃縮装置の運転管理上のは生じていないと判断される｡

ポイントを述べる｡

40 No.

1(1996/9)

神鋼パンテツク技報〃‑＋>･

After

mechanical

After( ×50)

polishingmechanical( ×200)

polishing)

Arter

写真
Photo.

etching

(×50)

After

(×200)

循環配管断面の拡大観察(C部)

44

Microscopeobservationof pipe'scrosssection.

(Part C)

(1)早期薬液洗浄の実施

濃縮プロセスとなる蒸発装置の原料には,その影響Caによるスケーリングは,原液中にはCa成分が含まれなくとも,場内用水として使用されている雑は大きく現れる｡装置能力を常に設計レベルに維持し用水や, RC水槽よりも混入され,発生する可能性ておくためには,早期にもとの排水の性状変化の情報を入手し,大きなダメージを与える恐れのある蒸発原はある｡

液は,前処理の運転条件を変更することや,装置に定期的に原液分析を行い,スケール発生が予測される場合は,早期に薬液浸漬洗浄を実施する｡(2)定期的腐食調査の実施

導入前に別途場外処分等の予防処置も重要となる｡
びすむ

木型式の蒸発濃縮装置は,大容量処理としては,他機種SUS316L製材料部のClイオンによる腐食についてと比べ,最も高効率で信頼性の高いものと考えられるが,は,原液のpHが管理された運転が行われていたた
め,許容限度と考えられる濃度域であっても,腐食その性能を常時維持して運転を継続してゆくためには,不測事態が生じた際にも,適切な調査,対策をタイミングをの程度は軽いものであった｡しかしながら,今後の経年的腐食の進行状況を確認してゆくために,定期逃さず実施することが重要である｡

的に同様の調査を継続する必要がある｡(3)原液性状変化の把握

また,産業廃棄物として処分している濃縮液も,乾燥機等の設備と組み合わせることにより,肥料として再利用出来るため,今後採用の検討必要な事項でもある｡

工場より排出される排水の性状は,生産状況に応じ変動する可能性は充分あり,水処理設備の最終段の72

etching

本稿が,他の用途の蒸発濃縮装置の運転管理においても,参考となれば幸いである｡

神鋼パンテツク技報

Vol.

40

No.

1

(1996/9)