水溶液的蒸發(fā)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可以高效地進(jìn)行含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液的蒸發(fā)處理的水溶液的蒸發(fā)處理方法。該水溶液的蒸發(fā)處理方法包括：晶種混合工序，其在含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液中，作為晶種與鈣鹽一起添加鎂鹽和硅酸鹽中的至少一種，并進(jìn)行混合；蒸發(fā)濃縮工序，將上述水溶液與上述晶種一起進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水溶液的蒸發(fā)處理方法，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及通過(guò)間接加熱使含有鈣、鎂 和二氧化硅的水溶液蒸發(fā)的水溶液的蒸發(fā)處理方法。 水溶液的蒸發(fā)處理方法

【背景技術(shù)】
[0002] 在通過(guò)間接加熱使含有鈣等雜質(zhì)的水溶液蒸發(fā)時(shí)，因水垢附著在熱交換器的傳熱 面而容易使傳熱系數(shù)降低，所以一直以來(lái)研究其對(duì)策。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了一種通過(guò) 在含有鈣和硫酸的廢水中添加碳酸鈉，使廢水中包含的鈣形成碳酸鈣的結(jié)晶析出后，利用 間接加熱的沸騰蒸發(fā)進(jìn)行濃縮的廢水的處理方法。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006 - 305541號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明所解決的課題
[0007] 上述廢水處理方法在廢水中包含的雜質(zhì)為鈣的情況下是有效的，但在除鈣以外還 含有鎂和/或二氧化硅的情況下，向傳熱面的水垢附著依然成為問(wèn)題。因此，額外需要用于 去除鎂和二氧化硅的復(fù)雜的工序，導(dǎo)致處理成本增加。
[0008] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠高效地進(jìn)行含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液的 蒸發(fā)處理的水溶液的蒸發(fā)處理方法。
[0009] 解決課題的方案
[0010] 本發(fā)明的上述目的通過(guò)一種水溶液的蒸發(fā)處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該水溶液的蒸發(fā)處理 方法包括：晶種混合工序，其在含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液中，作為晶種與鈣鹽一起添 加鎂鹽和硅酸鹽中的至少一種，并進(jìn)行混合；和蒸發(fā)濃縮工序，與上述晶種一起對(duì)上述水溶 液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
[0011] 該水溶液的蒸發(fā)處理方法優(yōu)選利用在上述蒸發(fā)濃縮工序中生成的濃縮液所包含 的上述晶種，進(jìn)行下次的上述晶種混合工序。
[0012] 上述晶種可以含有作為鎂鹽和硅酸鹽的硅酸鎂的結(jié)晶。另外，上述晶種可以含有 作為鈣鹽的碳酸鈣的結(jié)晶。
[0013] 上述晶種混合工序可以在含有鈣和二氧化硅的水溶液中添加溶解度高的鎂鹽，生 成含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液后，添加上述晶種。即，生成硅酸鹽的鹽離子不足的情況， 優(yōu)選增加補(bǔ)充其的溶解鹽類。
[0014] 另外，優(yōu)選在上述晶種混合工序之前，還具有使用反浸透膜將水溶液進(jìn)行濃縮的 前處理工序。
[0015] 發(fā)明效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠高效地進(jìn)行含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液的蒸發(fā)處 理的水溶液的蒸發(fā)處理方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的水溶液的蒸發(fā)處理方法所使用的蒸發(fā)處理裝置的 示意構(gòu)成圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明其它實(shí)施方式的水溶液的蒸發(fā)處理方法所使用的蒸發(fā)處理裝置的 示意構(gòu)成圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式 的水溶液的蒸發(fā)處理方法中所使用的蒸發(fā)處理裝置的示意構(gòu)成圖。如圖1所示，蒸發(fā)處理 裝置1具備貯存作為處理對(duì)象的水溶液的貯存罐10、從貯存罐10供給水溶液的蒸發(fā)濃縮裝 置20。
[0020] 貯存罐10具備攪拌器12,從水溶液供給線13供給的水溶液和通過(guò)注入泵15的工 作從晶種罐14供給的晶種，在貯存罐10的內(nèi)部均勻混合。
[0021] 蒸發(fā)濃縮裝置20是管外薄膜流下式，具備：在蒸發(fā)釜20a內(nèi)具有水平配置的傳熱 管21a的熱交換器21 ;和向傳熱管21a的表面噴灑水溶液的噴灑噴嘴23。在蒸發(fā)釜20a內(nèi) 生成的蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)24壓縮變?yōu)楦邷馗邏?，?dǎo)入傳熱管21a，用于水溶液的加熱，之后， 從冷凝液排出管25作為冷凝水排出。貯存于蒸發(fā)釜20a的底部的水溶液通過(guò)循環(huán)泵22的 工作，從噴灑噴嘴23重復(fù)噴灑。在蒸發(fā)釜20a內(nèi)濃縮的濃縮液通過(guò)切換閥26的操作被導(dǎo) 入固液分離器30,晶種被分離并向外部排出。被分離的晶種返回晶種罐14再利用。固液分 離器30可以是離心分離方式、過(guò)濾式、沉降式等，也可以將這些方式適當(dāng)組合。
[0022] 蒸發(fā)濃縮裝置20的構(gòu)成沒(méi)有特別限定，例如，傳熱管21a也可以是縱型而代替水 平型。另外，通過(guò)傳熱管21a的內(nèi)部的熱介質(zhì)，也可以代替如本實(shí)施方式使用的壓縮自身蒸 汽的熱介質(zhì)，從外部導(dǎo)入其它熱介質(zhì)。另外，根據(jù)需要，也可以將蒸發(fā)釜20a設(shè)定為多效用 釜，多級(jí)式構(gòu)成蒸發(fā)濃縮裝置20。
[0023] 下面，使用上述蒸發(fā)處理裝置1，說(shuō)明進(jìn)行水溶液的蒸發(fā)處理的方法。從水溶液供 給線13向貯存罐10供給的水溶液如果是含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液就沒(méi)有特別限定， 例如，除工廠等產(chǎn)生的廢液以外，可以舉出煤層氣（Coal seam gas)、頁(yè)巖氣（shale gas)等 天然氣采掘時(shí)產(chǎn)生的污染水、地?zé)岚l(fā)電所使用的地下熱水等。鈣、鎂和二氧化硅的濃度也沒(méi) 有特別限定，在蒸發(fā)濃縮裝置20中水垢附著成為問(wèn)題的程度的情況下是特別有效的。例 如，優(yōu)選向貯存罐10供給的水溶液的二氧化硅濃度為50ppm以上。這是因?yàn)樵谡舭l(fā)濃縮 時(shí)，水溶液通常以4?10倍左右濃縮，所以二氧化硅濃度為50ppm的情況下，在蒸發(fā)濃縮裝 置20中也會(huì)達(dá)到200?500ppm的濃度，有可能產(chǎn)生二氧化硅水垢的問(wèn)題。優(yōu)選水溶液中 的鈣、鎂的濃度例如高于lOppm。
[0024] 容納于晶種罐14的晶種是含有作為水溶液中的成分的鈣、鎂和二氧化硅的鹽(鈣 鹽、鎂鹽和硅酸鹽）的結(jié)晶。在蒸發(fā)濃縮裝置20中，在熱交換器21等上附著的水垢的成分 事前明確的情況下，優(yōu)選將與之相同的化合物的結(jié)晶作為晶種，但只要是含有鈣、鎂和二氧 化硅的化合物，不需要一定與水垢成分相同。晶種可以原樣使用顆粒狀晶種，或者也可以使 用使結(jié)晶分散在水等中形成的漿料狀的晶種。
[0025] 成為晶種的鈣鹽、鎂鹽和硅酸鹽可以是各不相同的種類的化合物，或者，也可以是 一部分或全部相同的化合物。在本實(shí)施方式中，將鈣鹽設(shè)定為碳酸鈣，將鎂鹽和硅酸鹽設(shè)定 為硅酸鎂。含有碳酸鈣和硅酸鎂的晶種在對(duì)煤層氣或頁(yè)巖氣等采掘時(shí)產(chǎn)生的水溶液進(jìn)行處 理的情況下，將與有可能成為水垢成分的化合物相同的化合物作為晶種，所以特別適合該 用途。
[0026] 水溶液中包含的鎂和二氧化硅容易發(fā)生鍵合而以二氧化硅鎂（silica magnesium)等形式變成水垢成分，如上所述，作為晶種優(yōu)選含有娃酸鎂（（MgO) η · (Si02) m)，但也可以分別是其它化合物即鎂鹽和硅酸鹽。鎂鹽例如可以為氧化鎂、氧氫化鎂、碳酸 鎂、硫酸鎂或它們的二種以上。另外，硅酸鹽例如也可以為硅酸鈣、硅酸鈣鎂等，另外，在水 溶液中含有鈣、鎂和二氧化硅以外的金屬離子等的情況下，也可以是與該離子的化合物(例 如，硅酸鋁、硅酸鈣鋁等)。另外，成為晶種的鎂鹽和硅酸鹽未必需要含有兩者，也可以僅采 用任一者。例如，在水溶液中含有大量二氧化硅的情況下，不一定需要硅酸鹽的晶種，通過(guò) 添加氧化鎂作為晶種，可以利用水溶液中的二氧化硅，使硅酸鎂的結(jié)晶生長(zhǎng)。
[0027] 成為晶種的鈣鹽優(yōu)選考慮水溶液中包含的成分而適宜決定。例如，在水溶液中包 含的碳酸根離子的成分較少、大量含有硫酸根離子的情況下，優(yōu)選代替碳酸鈣而使用硫酸 鈣作為晶種。作為其它的鈣鹽，例如可以采用氧化鈣、氧氫化鈣、硅酸鈣或它們的兩種以上。
[0028] 在貯存罐10中，通過(guò)在水溶液中添加晶種并均勻攪拌，晶種變?yōu)楹耍芤褐邪?含的鈣、鎂和二氧化硅的化合物的結(jié)晶生長(zhǎng)。從晶種罐14向貯存罐10的晶種的供給量，優(yōu) 選在不損害水溶液的流動(dòng)性的范圍內(nèi)，充分促進(jìn)晶種的生長(zhǎng)的量。在貯存罐10中，也可以 適當(dāng)添加 pH調(diào)節(jié)劑進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)水垢成分向晶種的生長(zhǎng)的發(fā)明，因此，例如 在僅水溶液中的二氧化硅的濃度大大超過(guò)溶解度，而鎂的濃度大致為零的情況下，為了使 鎂離子的濃度適當(dāng)，優(yōu)選在水溶液中添加與晶種不同的溶解性的鎂鹽(例如，氯化鎂)。其量 設(shè)定為與二氧化硅等摩爾比程度即可。通過(guò)這種操作，在添加硅酸鎂作為晶種的情況下，可 以使水溶液中從一開始就包含的二氧化硅與添加的鎂一起作為硅酸鎂的結(jié)晶而生長(zhǎng)，可以 有效地防止后段的蒸發(fā)濃縮裝置20的二氧化硅水垢的產(chǎn)生。
[0029] 之后，通過(guò)打開供給閥17,從貯存罐10向蒸發(fā)濃縮裝置20供給水溶液，進(jìn)行含有 晶種的水溶液的蒸發(fā)濃縮。被供給到蒸發(fā)濃縮裝置20的水溶液，其作為水垢成分的鈣、鎂 和二氧化硅的化合物在貯存罐10中以晶種為核進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。因此，即使由于蒸發(fā)濃縮裝 置20的水溶液的蒸發(fā)濃縮，水垢成分的濃度提高并超過(guò)水垢生成的區(qū)域，水垢成分也能夠 以原有的晶種為核而析出，因此能夠抑制新核產(chǎn)生，防止水垢向熱交換器21的附著。
[0030] 在蒸發(fā)濃縮裝置20中被濃縮的濃縮液，通過(guò)切換閥26的工作被導(dǎo)入固液分離器 30。在固液分離器30中，結(jié)晶生長(zhǎng)的粒徑大的晶種通過(guò)離心分離和/或在沉淀槽中的沉淀 而被分離，通過(guò)清洗等去除雜質(zhì)后，供給到晶種罐14。因此，即使在貯存罐10中供給了大量 晶種的情況，也能夠?qū)⒕ХN的大部分回收，用于貯存罐10的下次晶種生長(zhǎng)，所以能夠使經(jīng) 濟(jì)性良好。
[0031] 從貯存罐10向蒸發(fā)濃縮裝置20的水溶液的供給，可以在蒸發(fā)濃縮裝置20的工作 中連續(xù)進(jìn)行，但優(yōu)選在將蒸發(fā)濃縮裝置20中生成的濃縮液全部排出到外部后進(jìn)行的間歇 式。另外，優(yōu)選在貯存罐10中添加晶種后，對(duì)水溶液進(jìn)行攪拌、放置，直到在貯存罐10中晶 種的生長(zhǎng)實(shí)質(zhì)上停止，之后，供給到蒸發(fā)濃縮裝置20開始進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。由此，可以促進(jìn)在 蒸發(fā)濃縮裝置20中以晶種為核的結(jié)晶生長(zhǎng)，可以更可靠地防止水垢向熱交換器21等的附 著。
[0032] 如圖2所示，也可以將用于對(duì)向貯存罐10供給的水溶液進(jìn)行預(yù)濃縮的前處理裝置 40設(shè)置于貯存罐10的上游側(cè)，向貯存罐10供給前處理裝置40的鹽水(濃縮液)。前處理裝 置40沒(méi)有特別限定，可以舉出例如R0 (反浸透膜）處理裝置、離子交換處理裝置或?qū)⑺鼈?組合起來(lái)的裝置等。另外，在圖2中對(duì)與圖1同樣的構(gòu)成部分附加相同的符號(hào)。
[0033] 使用離子交換處理裝置作為前處理裝置40的情況下，需要用于進(jìn)行樹脂再生的 再生液，特別是在水溶液中含有大量Na離子的情況下，因排出大量的再生液且使用太陽(yáng)池 等的處理復(fù)雜，廢液處理成為問(wèn)題，該情況下，優(yōu)選不進(jìn)行離子交換處理，僅進(jìn)行R0處理。
[0034] 進(jìn)行R0處理時(shí)，為了防止膜的水垢障礙，也可以與通常的海水淡水化過(guò)程相同， 注入酸進(jìn)行pH控制。但是，在水溶液中含有大量碳酸根離子等的情況下，酸注入方法不適 合，所以該情況下，優(yōu)選將膜的回收率(透過(guò)液流量/水溶液流量）設(shè)定在較低的、可以防止 膜的水垢障礙的程度的值(例如80%以下)。膜的回收率例如可以通過(guò)適當(dāng)控制進(jìn)行R0處 理的前處理裝置40的排放流量，設(shè)定在希望的值。
[0035] 本實(shí)施方式的蒸發(fā)處理裝置1通過(guò)貯存罐10中的晶種的添加，可以有效地防止蒸 發(fā)濃縮裝置20的傳熱管的水垢附著，所以前處理裝置40的高回收率沒(méi)有特別要求。即，通 過(guò)R0處理和晶種混合后的蒸發(fā)濃縮處理的組合，不會(huì)產(chǎn)生水垢障礙造成的R0的處理能力 的下降，可以更高效地進(jìn)行水溶液的蒸發(fā)處理。
[0036] 在水溶液中含有碳酸鈉和/或NaCl等的情況下，優(yōu)選將蒸發(fā)濃縮裝置20的濃縮 倍率設(shè)定在這些鹽類在蒸發(fā)濃縮裝置20中不析出的程度。回收水溶液中的碳酸鈉和/或 NaCl等時(shí)，可以將通過(guò)固液分離器30后的水溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮而取出碳酸鈉結(jié)晶后，對(duì)該 水溶液進(jìn)一步進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，取出NaCl等結(jié)晶。
[0037] (實(shí)施例1)
[0038] 作為實(shí)施例1，使用具有與圖1相同的構(gòu)成的蒸發(fā)處理裝置1，進(jìn)行由具有下述的 表1所示的成分的煤層氣模擬液構(gòu)成的水溶液的處理。作為晶種使用CaC0 3和（1%0) · 3 (Si02)兩種各2kg / m3。在貯存罐10中向水溶液投入晶種，通過(guò)經(jīng)常攪拌而形成為均勻的 漿料狀后，供給到蒸發(fā)濃縮裝置20進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。蒸發(fā)濃縮裝置20的傳熱管21a使用126 根外徑為19mm、長(zhǎng)度為460mm的傳熱管。蒸發(fā)濃縮裝置20的蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)量、濃縮倍率和 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間分別為72°C、38kg / h、11倍和28天，在傳熱管21a上未附著水垢，未見(jiàn)傳熱系數(shù) 降低。
[0039] [表 1]
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于，包括： 晶種混合工序，其在含有鈣、鎂和二氧化硅的水溶液中，作為晶種與鈣鹽一起添加鎂鹽 和硅酸鹽中的至少一種，并進(jìn)行混合；和 蒸發(fā)濃縮工序，其將所述水溶液與所述晶種一起進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。
2. 如權(quán)利要求1所述的水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于： 利用在所述蒸發(fā)濃縮工序中生成的濃縮液所包含的所述晶種，進(jìn)行下次的所述晶種混 合工序。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于： 所述晶種含有硅酸鎂的結(jié)晶。
4. 如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于： 所述晶種含有碳酸鈣的結(jié)晶。
5. 如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于： 所述晶種混合工序在含有鈣和二氧化硅的水溶液中添加溶解度高的鎂鹽，生成含有 鈣、鎂和二氧化硅的水溶液后，添加所述晶種。
6. 如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的水溶液的蒸發(fā)處理方法，其特征在于： 在所述晶種混合工序之前，還具有使用反浸透膜將水溶液進(jìn)行濃縮的前處理工序。
【文檔編號(hào)】C02F1/04GK104098150SQ201410137142
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月5日
【發(fā)明者】水谷淳二, 藤本陽(yáng), 田口龍也, 秦野善行 申請(qǐng)人:笹倉(cāng)機(jī)械工程有限公司