JP3995864B2

JP3995864B2 - 液中の揮発性化合物の処理方法

Info

Publication number: JP3995864B2
Application number: JP2000104078A
Authority: JP
Inventors: 太起夫安達; 洋一下井
Original assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: JP2001224904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液中に溶解している揮発性化合物の処理方法であり、化学工場等で発生する各種の工場排水から揮発性化合物を放散させることで、これらの化合物の液中からの除去あるいは回収に適用できる。本発明は、被処理液中の揮発性化合物の放散処理を効率的に行うことができ、環境に配慮した技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、放散により排水中の揮発性化合物を除去する方法として、充填層型や棚段型の放散塔が知られている。従来の充填層型放散塔は、被処理液とパージガスの向流接触を効果的に行うためには、十分なガス線速が必要であり、揮発性の高い物質を放散する場合には、過大な放散ガス量が必要であった。
そのため、液相に比べ気相における揮発性化合物の濃縮が十分ではなく、この揮発性化合物が含まれている放散ガスを処理するためには、活性炭等の吸着剤を利用して揮発性化合物を回収するか、あるいは焼却する場合には、多量の放散ガスを処理しなけれぱならないために、経済的に不利な面があった。
また、排水に比べ排ガスにはこれらの揮発性化合物に対する規制がないため、単に空気曝気（エアーストリッピング）により大気中にそのまま放散させる例も多く見られた。
【０００３】
近年、ベンゼン、トルエンに代表される揮発性化合物あるいは環境ホルモン、ジクロロメタン、クロロホルムに代表される揮発性ハロゲン化有機物およびその類似化合物の人体への影響が懸念されている。このような状況の中、これらの化合物の効果的な排水からの回収方法が得られていないため、排水からこれらの化合物を除去するために、前述のごとく多量の空気を用いた放散一吸着回収、放散一焼却分解等多量のエネルギーを必要とする方法、あるいは、大気汚染防止法上にその規制がないため、空気曝気して大気中に放散する方法等の処理が施されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら多くの有機化合物の内、ベンゼン、トルエン、ジクロロメタン、クロロホルム等に代表される揮発性が大きな化合物を、液中から放散させ、除去あるいは回収するための効果的かつ経済的な処理方法を提供するものである。
また、本発明は、液中に含有されている揮発性化合物の濃度が低い場合にも、効率よく放散させて、前記の揮発性化合物を濃縮することが可能な方法である。
本発明では、液／ガス比を大きくとれるため、設備的には、簡便なものとすることができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液孔を設けた平板に中空でガスを通すガス孔を有するガスライザーを複数本設け、このガス孔はガスライザー上面あるいは側壁面上部の液に浸らない部分に設けられるとともに、前記液孔はガスライザーのガス孔の開孔より大きくされたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理液を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入して、被処理液とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理液中の揮発性化合物を放散させることを特徴とする液中の揮発性化合物の処理方法である。さらには、前記の処理方法により、パージガスに水蒸気を用い、得られる揮発性化合物を含有した放散蒸気を冷却凝縮し、揮発性化合物を濃縮回収することを特徴とする液中の揮発性化合物の処理方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
化合物の液相からの揮発性を示す指標として、式（１）に示すヘンリー定数をあげることができる。
ｐ＝Ｅｘ（１）
ｘ：液相中の化合物のモル分率［−］
ｐ：液と平衡状態にある気相中の化合物分圧［ａｔｍ］
Ｅ：ヘンリー定数［ａｔｍ／モル分率］
放散処理は、平衡および効率の観点から、理想的には式（２）であらわされるλが１付近で運転される。

Ｌ：液相流量［ｍｏｌ／ｍ２ｈ］
Ｇ：気相流量［ｍｏｌ／ｍ２ｈ］
π：全圧［ａｔｍ］
【０００７】
したがって、揮発性が高く、式（１）であらわされるヘンリー定数が例えば１０００ａｔｍ／モル分率程度の場合には、Ｌ／（Ｇ／π）＝１０００程度が好ましいが、被処理液の液量に比べてガス量が極めて少ない系となるために、普通の充填塔をそのまま使用したのでは期待するような性能とはなり得ない。これは、被処理液の液量に比べてガス量が極めて小さい場合には、ガスの逆混合が起こり、向流操作が実現しないためである。
すなわち、充填塔においては、充填物の間を液が流れ落ちる際にガスを同伴するが、一般の気液接触操作では、ガス量が大きいためにこの効果は無視できる程度である。しかし、液量に比べてガス量が極めて少ない場合には、被処理液を大液量で流すとガスが下向きに流れる逆混合が生じて、ガスの上下方向での混合が生じ、塔内でパージガス濃度の均一化が起こり、ガス側の向流操作が実質的に不充分になると共に、液側からの目的物質の低濃度域までの除去が不完全となる。この傾向は、充填塔の塔径が大きくなるとさらに顕著になる。
【０００８】
このような系の場合、従来型の放散塔では大過剰のパージガスを用いることになり、その結果、パージガス中の目的成分濃度が低くなり、これの回収を図るためには効率が低下する。例えば、水蒸気を用いて液中の目的物質を放散し、これを凝縮しても凝縮液中での濃度が低いために、目的とする物質の分離のためにはさらに濃縮操作が必要となり、また、空気放散の場合には活性炭等による吸着操作が必要となる。あるいは、放散ガスを焼却等により処理しようとしても過剰のガスを熱分解温度まで加熱することが必要になるため、エネルギー的に非効率な処理になってしまう等の問題があった。
【０００９】
本発明では前記課題の解決を図るために、充填塔内に設置する充填層をガス逆流防止板で仕切り、逆混合を防止しつつ、被処理液とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることで、液中の揮発性化合物の放散が効率的に行えるようにしたものである。
被処理液とパージガスとを向流接触させる際に、ガス相が連続相となる状態とは、充填塔内を流下する被処理液が充填層を通過する際に、充填物の表面で液膜状になって通過し、上昇してくるパージガスが連続相となっていることを指している。このような状態で気液接触が行われることにより、本発明の被処理液とパージガスとの接触が効率的となる。
【００１０】
このような効果を与える設備としては、流下液膜を利用した設備も考えられる。すなわち、充填物と同様に、例えば細管を多数用い、その内壁表面を被処理液が流れ、パージガスがその内側を流れる構造であってガス流量がわずかであっても逆混合が起こりにくくするような構造である。
このような構造も基本的には本発明と同様の考え方であり、本発明の実施のために用いることが可能である。
【００１１】
本発明の処理方法により、液中より放散させて除去・低減させる有効な物質としては、ベンゼン、トルエン等の揮発性有機化合物、ジクロロメタン、トリハロメタン等の揮発性ハロゲン化有機物があげられる。また、これら以外の物質であっても同様の揮発性が得られる物質であれば同様の効果が期待されるため、本発明では、これらを揮発性化合物と総称する。特に本発明は、前述の揮発性有機物を含む被処理液に適用すると効果的である。
揮発性がそれほど高くはない物質では、式（２）で与えられるパージガス量が比較的多くなるため、本発明のようにガス逆流防止板を用いた設備を使用せずに、従来設備を使用しても、逆混合の効果が無視できる運転が可能である。
この限界としてはＬ／Ｇが１００程度となるヘンリー定数１００ａｔｍ／モル分率程度である。このため、本発明では、液中に含まれている揮発性化合物のヘンリー定数が１００ａｔｍ／モル分率以上であることが望ましい。
【００１２】
本発明で対象とする被処理液としては、排水・廃液等で前述した揮発性化合物を含む水溶液の形態が多いが、各種の油状物質や有機溶媒等であっても本発明の放散処理の適用が可能である。
【００１３】
本発明の処理方法によれば、被処理液中に含まれている揮発性化合物の高度の濃縮を行うことができる。すなわち、揮発性が高くヘンリー定数が十分大きい場合には、Ｌ／Ｇを大きくして処理することになるので、操作温度を水の沸点付近にとり、パージガスとして水蒸気を用いて、得られる放散蒸気を冷却し凝縮させると揮発性化合物の高倍率な濃縮を行うことができる。
例えば、対象となる揮発性化合物のヘンリー定数が１００ａｔｍ／モル分率の場合は約１００倍、ヘンリー定数が１０００ａｔｍ／モル分率の場合は約１０００倍の濃縮が可能である。
【００１４】
被処理液中の揮発性化合物を、水蒸気により放散し凝縮回収した場合、回収される揮発性化合物の量が、回収される水への溶解量を超えると２相に分離する。これは、一般的に揮発性化合物の水への溶解性が大きくはないことと、本発明の処理では、高濃度の濃縮が可能なことによる。
その結果、例えばベンゼンを１００ｐｐｍ含む被処理液を、本発明により水蒸気放散して得られる凝縮液は２相に分離し、容易に有機相の回収を図ることができる。
【００１５】
木発明について図面を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の処理を行うための設備の一例であり、基本的な構成を示す説明図である。
充填塔１の中には、ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３が複数設置されている。充填塔１の上部には、被処理液の導入口４および排出ガスの出口５、充填塔の下部にはパージガスの導入口６と被処理液の取り出し口７が設置されている。
パージガスを充填塔下部のパージガス導入口６から塔内に導入し、ガス逆流防止板２で仕切られ充填物の充填されている領域で、充填層３を通してパージガスが上昇する間に下降してくる被処理液とガス相を連続相とした状態で向流接触し、被処理液中の揮発性化合物が放散され、その後被処理液は被処理液の取り出し口７から系外に取り出される。
ガス逆流防止板２で仕切られている領域を順次通過する際に、上部にある被処理液の導入口４から導入された被処理液とパージガスとが向流的に接触し、被処理液中の揮発性化合物が放散して除去・低減されつつ下降し、一方パージガスは塔内を上昇して放出された揮発性化合物と共に排出ガスの出口５より排出される。
【００１６】
充填塔の上部にある被処理液の導入口４と最上部の充填層の間には、ガス逆流防止板を設けなくともよいが、図１のガス逆流防止板２’のごとくに他の箇所と同種もしくは異なる形のものを設けておくことが望ましい。これは、充填層の表面に被処理液を均一に分散散布するためのものであり、くし形分散器等他の一般的な液分散器で代替えすることも可能である。
【００１７】
充填層３としては、周知の不規則充填物あるいは規則充填物を用いて構成すればよく、充填物はガス逆流防止板２の上に載せてもよいし、ガス逆流防止板とは別の目皿やサポートグリッド等で充填物を支持するような構造としてもよい。
【００１８】
ガス逆流防止板として最も簡単なものは、平板に孔をあけた形式のオリフィス板でもよい。しかし、オリフィス板の場合にはガスと液の通るところが同じであるため液とガスの分散が不確実になりやすいので、分散を確実にするためにはガスライザーを設置して、ガスはガスライザーを通して上昇させ、液は液孔から下降するように工夫することが合理的である。
このようにガスライザーを設けたガス逆流防止板の例を図２に示す。図２では液孔１２を設けた平板１０にガスライザー１１を複数本設けてある。ガスライザーは中空でガスを通すように直径数ｍｍ程度の孔が貫通している。このガス孔はガスライザー上面あるいは側壁面上部の液に浸らない部分に設けられる。液を通すための液孔１２はガスライザーの開孔よりやや大きくし４〜６ｍｍ程度であるが、これらの数値は固定的なものでなく、使用目的や利用状況によって適宜選択すればよい。
【００１９】
【実施例】
実施例１
図１に示した設備により、常温で被処理水中に含まれている１，１，１−トリクロロエタン（ＴＣＥ）の放散を行った。
充填塔は塔径１０ｃｍφの塔内に、図２のガス逆流防止板１１枚を用い、一段当たりの高さを２０ｃｍとし、充填物としてラシヒスパーリングを充填した充填層を１０段とした。
被処理水４は１，１，１−トリクロロエタンを１００ｐｐｍ程度含む液（２５℃）であり、パージガス６としては空気を用いた。結果を表１に示した。尚、１，１，１−トリクロロエタンのヘンリー定数（２５℃）は約１２００ａｔｍ／モル分率である。また、排出されるガス量は普通測定することはないので、今回も測定していない。
【００２０】
【表１】

【００２１】
供給水中の１，１，１−トリクロロエタンのモル分率１．３９×１０^−５が、放散ガス中では０．０１４となり、約１０００倍の濃縮が行われていることが判る。
排出されるガス中の１，１，１−トリクロロエタンは、通常の活性炭を用いる溶剤回収設備により回収してもよいし、焼却設備により完全に分解を行うようにしてもよい。いずれの方法を用いたとしても、排ガス中の濃度が高くなっているため経済的に有用な方法となる。
パージガスとしては、窒素等のガスを用いてもよい。特にこの例では１，１，１−トリクロロエタンの空気中での爆発下限界が８．０ｖｏｌ％であるので空気を用いて放散処理を行ったが、危険性の高い揮発性化合物等については、窒素等の不活性なガスを用いるべきであることは当然である。
【００２２】
実施例２
実施例１で用いたと同様の充填塔を用い、水蒸気放散を行うために図３に示したフローによる設備を使用して、液中のベンゼンあるいはジクロロメタンの回収を行った。
図３において、被処理液は熱交換器２６、２７により約１００℃にまで加熱された後、当該充填塔２０に供給され、パージガス中に揮発性成分を放散した後、被処理液排出口より排出され、保持している熱量の一部を熱交換器２６により被処理液に与え冷却された後、処理水タンク２２に送られる。一方、パージガスには水蒸気を使用し、パージガス供給口２３より供給し、充填塔内において被処理液より揮発した有機化合物を含有する蒸気は、排出ガス出口より排出され、熱交換器２８により冷却凝縮されて回収液タンク２４に回収される。
回収液タンク２４には、揮発性化合物および放散用水蒸気として使用した水が回収されるが、揮発性化合物の量が回収される水への溶解量を超える場合２相に分離する。これは、揮発性化合物の水への溶解性が大きくはないことと、当該処理で高濃度な濃縮が可能なことによる。
本実施例では、被処理液としてはベンゼンあるいはジクロロメタンを１００ｐｐｍ程度含有する液を用いた。本発明の充填塔による処理では、液ガス比を大きくとれるので十分な濃縮を行うことができ、回収液は２相に分離した。
ベンゼン含有被処理液についての結果を表２に、ジクロロメタン含有被処理液についての結果を表３に示した。尚、ベンゼン、ジクロロメタンのヘンリー定数（２５℃）は各々３０８、１３６ａｔｍ／モル分率である。
【００２３】
【表２】

【表３】

【００２４】
この回収液から有機相側を分離することで揮発性化合物を回収することができた。
水相には一部揮発性化合物の有機物が溶解しているが、よく行われるようにこの相を被処理液ラインに戻すと被処理液中の揮発性化合物濃度が上がり、その結果、揮発性化合物のほぼ全量を回収することが可能である。
また、実施例では、エネルギー節減のために熱交換器２６を用い、排出水の所有熱を被処理液の加温用熱源の一部として使用しているが、エネルギー的に高コストでない場合は別々に処理してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、充填塔方式により液中の揮発性化合物を放散させ、液中の揮発性化合物を効率的に除去、・低減したり、濃縮するための新しい方法を提供することが可能となった。
水溶液中の揮発性化合物はハロゲン化有機物を含め低濃度で存在することが多く、従来の放散塔による処理を行おうとした場合、塔内でガス側の逆混合が起こるため、揮発性が高い物質であっても液ガス比を大きくはできなかった。その結果過剰の放散ガスが必要であり、その後の処理に過大な設備が必要であったり多量のエネルギーを必要とした。本発明による方法では液相に比べごくわずかのガスでの運転が効果的に行えるため、特に、揮発性の高い有機物の放散に対し効果的に働き高い濃縮度での除去が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を実施するための設備の一例である。
【図２】ガス逆流防止板の一例である。
【図３】本発明の実施例２における処理方法の簡単なフロー図である。
【符号の説明】
１充填塔
２ガス逆流防止板
２’ガス逆流防止板
３充填層
４被処理液の導入口
５排出ガスの出口
６パージガスの導入口
７被処理液の取り出し口
１０平版
１１ガスライザー
１２液孔
２０充填塔
２１被処理液タンク
２２処理水タンク
２３パージガス（水蒸気）
２４回収液タンク
２５彼処理液送液ポンプ
２６，２７，２８熱交換器

Claims

液孔を設けた平板に中空でガスを通すガス孔を有するガスライザーを複数本設け、このガス孔はガスライザー上面あるいは側壁面上部の液に浸らない部分に設けられるとともに、前記液孔はガスライザーのガス孔の開孔より大きくされたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理液を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入し、被処理液とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理液中の揮発性化合物を放散させることを特徴とする液中の揮発性化合物の処理方法。
揮発性化合物のヘンリー定数が１００ａｔｍ／モル分率以上である請求項１記載の液中の揮発性化合物の処理方法。
揮発性化合物が、揮発性有機物である請求項１または請求項２記載の液中の揮発性化合物の処理方法。
請求項１の処理方法により、パージガスに水蒸気を用い、得られる揮発性化合物を含有した放散蒸気を冷却凝縮し、揮発性化合物を濃縮回収することを特徴とする液中の揮発性化合物の処理方法。