水溶液的蒸發(fā)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠高效地進(jìn)行含有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：在含有二氧化硅的水溶液中添加硅酸鹽作為晶種，進(jìn)行混合的晶種混合工序；和將上述水溶液與上述晶種一起進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的蒸發(fā)濃縮工序。上述硅酸鹽優(yōu)選為硅酸鎂和/或硅酸鈣。
【專利說明】水溶液的蒸發(fā)處理方法

【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)而言，涉及通過間接加熱使含有二氧 化硅的水溶液蒸發(fā)的水溶液的蒸發(fā)處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在通過間接加熱使含有二氧化硅等雜質(zhì)的水溶液蒸發(fā)時(shí)，熱交換器的傳熱面容易 附著結(jié)垢，導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，因此一直以來研究著應(yīng)對(duì)方案。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一 種廢水的處理方法，通過在含有鈣和硫酸的廢水中添加碳酸鈉，廢水所含的鈣作為碳酸鈣 的結(jié)晶析出，之后利用間接加熱的沸騰蒸發(fā)進(jìn)行濃縮。
[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)
[0006] 上述廢水處理方法在廢水中所含的雜質(zhì)為鈣時(shí)有效，但在含有大量二氧化硅的水 溶液的情況下，仍然存在著向傳熱面附著結(jié)垢的問題。作為現(xiàn)有的二氧化硅除去方法，已知 在二氧化硅水溶液中添加氧化鎂或碳酸鎂，之后升溫至90°C左右使二氧化硅沉淀，由此降 低二氧化硅濃度的所謂的熱石灰法。然而，熱石灰法中不僅用于使二氧化硅沉淀的藥品和 加熱能量等的消耗量大，而且需要另外處理產(chǎn)生的沉淀廢渣，導(dǎo)致處理成本增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高效地進(jìn)行含有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。
[0008] 本發(fā)明的上述目的通過水溶液的蒸發(fā)處理方法實(shí)現(xiàn)，該水溶液的蒸發(fā)處理包括在 含有二氧化硅的水溶液中添加硅酸鹽作為晶種并進(jìn)行混合的晶種混合工序；和將上述水溶 液與上述晶種一起進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的蒸發(fā)濃縮工序。
[0009] 在該水溶液的蒸發(fā)處理方法中，優(yōu)選上述硅酸鹽為硅酸鎂和/或硅酸鈣。
[0010] 另外，在上述晶種混合工序中，優(yōu)選添加晶種之前的水溶液的二氧化硅濃度為 50ppm以上，鎂和I丐的濃度均為IOppm以下。
[0011] 另外，優(yōu)選利用在上述蒸發(fā)濃縮工序中生成的濃縮液所含的上述晶種，進(jìn)行下一 次的上述晶種混合工序。
[0012] 發(fā)明效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠高效地進(jìn)行含有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】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的一個(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 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 符號(hào)說明
[0016] 1 :蒸發(fā)處理裝置；10 :儲(chǔ)存罐；14 :晶種罐；20 :蒸發(fā)濃縮裝置；21 :熱交換器； 21a :傳熱管；30 :固液分離器。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的一個(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)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，蒸發(fā)處理 裝置1具備：儲(chǔ)存作為處理對(duì)象的水溶液的儲(chǔ)存罐10、和從儲(chǔ)存罐10供給水溶液的蒸發(fā)濃 縮裝置20。
[0018] 儲(chǔ)存罐10具備攪拌機(jī)12,從水溶液供給管線13供給的水溶液、和通過注入泵15 的工作從晶種罐14供給的晶種，在儲(chǔ)存罐10的內(nèi)部被均勻混合。
[0019] 蒸發(fā)濃縮裝置20是管外薄膜流下式，具備：具有在蒸發(fā)罐20a內(nèi)水平地配置的傳 熱管21a的熱交換器21、和向傳熱管21a的表面散布水溶液的散布噴嘴23。在蒸發(fā)罐20a內(nèi) 生成的蒸氣被壓縮機(jī)24壓縮達(dá)到高溫高壓，被導(dǎo)入傳熱管21a，用于水溶液的加熱，然后， 從冷凝液排出管25作為冷凝水被排出。儲(chǔ)存在蒸發(fā)罐20a的底部的水溶液通過循環(huán)泵22 的工作從散布噴嘴23被反復(fù)散布。在蒸發(fā)罐20a內(nèi)濃縮的濃縮液通過切換閥26的操作被 導(dǎo)入固液分離器30,晶種被分離并排出到外部。所分離的晶種返回到晶種罐14被再利用。 固液分離器30可以為離心分離方式、過濾器式、沉降式等，也可以將這些方式適當(dāng)組合。
[0020] 蒸發(fā)濃縮裝置20的構(gòu)成沒有特別限定，例如傳熱管21a也可以為立式以代替水平 式。另外，在傳熱管21a的內(nèi)部流通的熱介質(zhì)，可以代替如本實(shí)施方式那樣使用將自身蒸氣 壓縮而得到的熱介質(zhì)，而是從外部導(dǎo)入其他的熱介質(zhì)。另外，也可以根據(jù)需要將蒸發(fā)罐20a 作為多重效用罐，以多段式構(gòu)成蒸發(fā)濃縮裝置20。
[0021] 下面，對(duì)于使用上述的蒸發(fā)處理裝置1進(jìn)行水溶液的蒸發(fā)處理的方法進(jìn)行說明。 從水溶液供給管線13供給到儲(chǔ)存罐10的水溶液例如可以列舉在工廠等產(chǎn)生的廢液，此外 還可以列舉在開采煤層氣（Coal seam gas)、頁巖氣（shale gas)等天然氣時(shí)產(chǎn)生的污染 水、或地?zé)岚l(fā)電中利用的地下熱水等。水溶液中的二氧化硅的含量?jī)?yōu)選由于蒸發(fā)濃縮裝置 20中的蒸發(fā)濃縮、二氧化硅垢的附著造成問題的程度，例如，水溶液中的二氧化硅濃度為 50ppm以上的情況下較為有效。這是因?yàn)椋谡舭l(fā)濃縮中，水溶液通常被濃縮到4?10倍左 右，因此，在二氧化硅濃度為50ppm的情況下，蒸發(fā)濃縮裝置20中也會(huì)達(dá)到200?500ppm 的濃度，可能會(huì)出現(xiàn)二氧化硅結(jié)垢的問題。
[0022] 收容在晶種罐14中的晶種是包含水溶液中的成分二氧化硅的難溶性的硅酸鹽 (xM20*ySi0 2)的結(jié)晶，可以列舉例如：硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鈣鎂、硅酸鋁和硅酸鈣鋁等中的 一種或兩種以上。特別是硅酸鎂（(MgO) n* (SiO2)J或硅酸鈣（(CaO)n* (SiO2)J的晶種， 如后述的實(shí)施例所示，能夠適用于對(duì)開采煤層氣或頁巖氣等時(shí)產(chǎn)生的水溶液進(jìn)行處理的用 途。晶種可以直接使用顆粒狀的晶種，或者也可以使用使結(jié)晶分散在水等中得到的漿料狀 的晶種。
[0023] 在儲(chǔ)存罐10中，通過在水溶液中添加硅酸鹽的晶種并均勻地?cái)嚢?，硅酸鹽的晶種 成為核，水溶液所含的二氧化硅的結(jié)晶生長(zhǎng)。從晶種罐14向儲(chǔ)存罐10的晶種的供給量?jī)?yōu) 選為在不損害水溶液的流動(dòng)性的范圍內(nèi)足夠促進(jìn)晶種生長(zhǎng)的量。在儲(chǔ)存罐10中可以適當(dāng) 添加pH調(diào)節(jié)劑，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。
[0024] 在水溶液中，除了二氧化硅以外還含有大量鎂或鈣等其他結(jié)垢成分的情況下，優(yōu) 選適當(dāng)選擇晶種，以使得晶種也使這些成分與二氧化硅一起生長(zhǎng)。即，在水溶液中大量含有 的結(jié)垢成分為二氧化硅和鎂的情況下，優(yōu)選選擇硅酸鎂作為晶種；在水溶液中大量含有的 結(jié)垢成分為二氧化硅和鈣的情況下，優(yōu)選選擇硅酸鈣作為晶種。關(guān)于水溶液中所含的二氧 化硅以外的鈣和鎂等結(jié)垢成分，可以在添加晶種之前，通過進(jìn)行使用弱酸性陽離子交換樹 脂等的離子交換處理、或使用RO膜（反滲透膜）的脫鹽處理等，降低到產(chǎn)生這些結(jié)垢不造 成問題的程度。
[0025] 本發(fā)明的發(fā)明人通過各種試驗(yàn)確認(rèn)：在硅酸鎂或硅酸鈣等硅酸鹽的晶種中，二氧 化硅以單體進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。即，即使在水溶液中幾乎不存在鎂或鈣等的情況下（例如IOppm 以下），通過在水溶液中添加硅酸鹽的晶種，也能夠有效地防止在蒸發(fā)濃縮裝置20中產(chǎn)生 二氧化硅結(jié)垢。
[0026] 然后，通過打開供給閥17,水溶液從儲(chǔ)存罐10被供給到蒸發(fā)濃縮裝置20,進(jìn)行含 有晶種的水溶液的蒸發(fā)濃縮。供給到蒸發(fā)濃縮裝置20的水溶液中，作為結(jié)垢成分的二氧化 硅在儲(chǔ)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中的水溶液 的蒸發(fā)濃縮，結(jié)垢成分的濃度升高超過生成結(jié)垢的范圍，也能夠以已經(jīng)存在的晶種作為核 析出結(jié)垢成分，因此，能夠抑制生成新的核而向熱交換器21附著結(jié)垢。
[0027] 蒸發(fā)濃縮裝置20中被濃縮的濃縮液通過切換閥26的工作被導(dǎo)入固液分離器30。 在固液分離器30中，經(jīng)過結(jié)晶生長(zhǎng)后的粒徑大的晶種通過離心分離或在沉淀槽中的沉淀 而被分離，通過清洗等除去雜質(zhì)，之后被供給到晶種罐14。因此，即使在儲(chǔ)存罐10中大量供 給晶種的情況下，也能夠回收晶種的大部分，用于儲(chǔ)存罐10中的下一次的晶種生長(zhǎng)，所以 能夠使經(jīng)濟(jì)性變得良好。
[0028] 從儲(chǔ)存罐10向蒸發(fā)濃縮裝置20的水溶液的供給能夠在蒸發(fā)濃縮裝置20的工作 中連續(xù)地進(jìn)行，但優(yōu)選將在蒸發(fā)濃縮裝置20中生成的濃縮液全部排出到外部后進(jìn)行的分 批式。另外，優(yōu)選在儲(chǔ)存罐10中添加晶種之后，直到在儲(chǔ)存罐10中晶種的生長(zhǎng)實(shí)質(zhì)上停止 為止，對(duì)水溶液進(jìn)行攪拌、放置，然后供給到蒸發(fā)濃縮裝置20開始蒸發(fā)濃縮。由此，在蒸發(fā) 濃縮裝置20中能夠促進(jìn)以晶種為核的結(jié)晶生長(zhǎng)，能夠更可靠地防止向熱交換器21等附著 結(jié)垢。
[0029] 作為實(shí)施例，使用具有與圖1同樣結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)處理裝置1，進(jìn)行由具有下述表1所 示成分的煤層氣模擬液構(gòu)成的水溶液的處理。作為晶種，使用硅酸鎂（(MgO) *3(Si02))2kg/ m3。在儲(chǔ)存罐10中在水溶液中投入晶種，通過連續(xù)攪拌制成均勻的漿料狀，之后供給到蒸 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使用外徑為19mm、長(zhǎng)度為 460_的傳熱管126根。將蒸發(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)期間分別 設(shè)為72°C、10kg/h、11倍和28天，結(jié)果在傳熱管21a沒有附著結(jié)垢，沒有觀察到傳熱系數(shù)的 降低。
[0030] [表 1]
[0031]

【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，在含有二氧化硅的水溶液中添加硅酸鹽作為晶種并進(jìn)行混合；和 蒸發(fā)濃縮工序，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： 所述硅酸鹽為硅酸鎂和/或硅酸鈣。
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： 在所述晶種混合工序中，添加晶種之前的水溶液的二氧化硅濃度為50ppm以上，鎂和 鈣的濃度均為lOppm以下。
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： 利用在所述蒸發(fā)濃縮工序中生成的濃縮液所含的所述晶種，進(jìn)行下一個(gè)所述晶種混合 工序。
【文檔編號(hào)】C02F9/10GK104276707SQ201410323022
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】水谷淳二, 藤本陽, 田口龍也 申請(qǐng)人:笹倉機(jī)械工程有限公司