JP2002102673A - 水熱反応処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理液を濃縮して得た水分をクエンチ水と
して利用することにより、総排水量を少なくすることの
できる水熱反応処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理液から水分を分離して被処理液を
濃縮する濃縮装置３と、この濃縮装置３によって濃縮さ
れた濃縮被処理液を反応容器２０内で水熱反応させる水
熱反応装置とからなる水熱反応処理装置において、濃縮
装置３で分離された水分をクエンチ水として反応容器２
０内へ供給するクエンチ水供給手段（３３，３４）を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被処理液を濃縮
して得た水分を、反応容器のクエンチ水として利用する
水熱反応処理装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被反応物を処理して酸化分解したり、加
水分解反応により廃棄物を分解したり、エネルギーを生
成したり、または化学物質を製造する水熱反応処理は、
長年に亘って研究され、利用されてきている。特に、近
年、３７４℃以上、２２．１ＭＰａ（２２０気圧）以上
の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５
ＭＰａ（２５気圧）以上２２．１ＭＰａ未満、あるいは
３７４℃未満、２２．１ＭＰａ以上、あるいは３７４℃
未満、２２．１ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温
高圧状態である亜臨界状態で、被反応物と、酸化剤を含
んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む酸化反応
を生じさせ、被反応物中の有機物を短時間でほぼ完全に
分解する水熱反応処理が注目されている。

【０００３】このようにして被反応物を反応容器内で水
熱反応処理する際、被反応物が低熱量の廃液（被処理
液）である場合、熱量向上のために被処理液を濃縮する
ことがある。この被処理液を濃縮装置で濃縮すると、被
処理液は、濃縮された濃縮被処理液と、水分を主体とす
る回収水とに分離され、回収水は必要に応じて適切な浄
化処理を施された後、放流される。

【０００４】上記した濃縮被処理液に塩類などの無機物
が含まれている場合、これら塩類などは超臨界水領域で
反応容器の内に析出、堆積することにより、反応領域の
減少や装置の閉塞を招く可能性がある。

【０００５】そこで、反応容器の下部に塩を溶解する水
相を形成し、水熱反応処理によって生成され、落下する
塩を溶解させたり（特許第２７２６２９３号）、反応容
器の内側に付着した塩を環状スクレーパーで掻き取って
水相に落下させている（特開平１０−１５５６６号）。
また、反応容器の下部に塩を溶解、懸濁させるための水
（クエンチ水）を供給して反応容器の外へ排出する技術
が開示されている（特開平１１−１５６１８６号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、塩を
溶解、懸濁させて反応容器の外へ排出させるためにはク
エンチ水が必要になる。そして、クエンチ水は反応容器
から高濃度塩溶液として排出されるか、処理液と混合さ
れた状態で排出されるため、反応容器から排出される総
排水量が増加することとなる。

【０００７】この発明は、上記したような不都合を解消
するためになされたもので、被処理液を濃縮する際に得
られる水分をクエンチ水として利用することにより、総
排水量を少なくすることのできる水熱反応処理装置およ
び方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、請求項１にかかる
発明は、被処理液から水分を分離して被処理液を濃縮す
る濃縮装置と、この濃縮装置によって濃縮された濃縮被
処理液を反応容器内で水熱反応させる水熱反応装置とか
らなる水熱反応処理装置において、濃縮装置で分離され
た水分をクエンチ水として反応容器内へ供給するクエン
チ水供給手段を設けたものである。次に、請求項２にか
かる発明は、請求項１の水熱反応処理装置において、濃
縮装置で分離され、反応容器内へ供給する前の水分に対
して浄化処理、ｐＨ調整処理の少なくとも１つの処理を
行う処理手段を設けたものである。さらに、請求項３に
かかる発明は、請求項２の水熱反応処理装置において、
浄化処理手段によって発生した廃棄物と濃縮被処理液と
を混合して反応容器内へ供給する供給手段を設けたもの
である。

【０００９】また、請求項４にかかる発明は、被処理液
から水分を分離して被処理液を濃縮する濃縮工程と、こ
の濃縮工程によって濃縮された濃縮被処理液を反応容器
内で水熱反応させる水熱反応工程とからなる水熱反応処
理方法において、濃縮工程で分離された水分をクエンチ
水として反応容器内へ供給するクエンチ水供給工程を設
けたものである。そして、請求項５にかかる発明は、請
求項４の水熱反応処理方法において、濃縮工程で分離さ
れ、反応容器内へ供給する前の水分に対して浄化処理、
ｐＨ調整処理の少なくとも１つの処理を行う処理工程を
設けたものである。さらに、請求項６にかかる発明は、
請求項５の水熱反応処理方法において、浄化処理工程に
よって発生した廃棄物と濃縮被処理液とを混合して反応
容器内へ供給する供給工程を設けたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図に
基づいて説明する。図１はこの発明の一実施形態である
水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図である。図１
において、１は被処理液を貯留する被処理液タンク、２
は被処理液タンク１内の被処理液を濃縮装置３へ供給す
る送液ポンプを示す。上記した濃縮装置３は、被処理液
から水分を分離して被処理液を濃縮するものであり、例
えば蒸発濃縮装置、膜濃縮装置、脱水装置、抽出装置な
どを被処理液の性状やコストなどを考慮して、適切なも
のを１つか、２つ以上組み合わせて構成されている。な
お、蒸発濃縮装置、膜濃縮装置、脱水装置、抽出装置な
どを２つ以上組み合わせる場合、同一技術のものを組み
合わせてもよい。

【００１１】４は濃縮装置３で分離した水分（回収水）
を浄化装置５へ供給する送液ポンプを示す。上記した浄
化装置５は、濃縮装置３からの回収水に適切な処理を行
い、処理液および被溶解塩類と混合したものの水質が排
出許容値未満になるように浄化するものであり、例えば
蒸発濃縮装置を使用することにより、アンモニアなどの
揮発成分が混入している場合、この揮発成分を適切なレ
ベルまで除去することができる。このようにして回収水
中から除去する被除去対象に基づいて適切なもの、例え
ばアンモニアであれば、ＲＯ膜やストリッピング、触媒
分解などが利用でき、塩類であれば、蒸留やイオン交換
などが利用できる他、活性炭処理、凝集沈殿処理、電気
透析処理などを必要に応じて選択することができる。な
お、これらは必要に応じて１つか、２つ以上を組み合わ
せることができ、２つ以上を組み合わせる場合は、同一
技術のものを組み合わせてもよい。

【００１２】６は回収水貯留槽を示し、浄化装置５で浄
化した回収水を貯留するものであり、余剰な回収水は、
排出管７で所定の個所へ放流される。８は濃縮被処理液
を貯留する濃縮被処理液貯留槽を示し、濃縮装置３から
被処理液を濃縮した濃縮被処理液が送液配管９によって
供給されるとともに、浄化装置５で発生した廃棄物が移
送配管１０によって供給されるものである。ここで、廃
棄物とは、例えばＲＯ膜処理時の濃縮水、活性炭処理時
の活性炭、イオン交換時のイオン交換樹脂などを挙げる
ことができる。なお、活性炭や樹脂のような固体廃棄物
は、高圧ポンプなどの送液手段に不都合がない程度に破
砕、すりつぶしなどの前処理を施すことが望ましい。こ
のように廃棄物を濃縮被処理液と混合して水熱反応処理
すると、総廃棄物量を削減することができる。

【００１３】１１は高圧送液ポンプを示し、濃縮被処理
液貯留槽８の濃縮被処理液と浄化装置５で発生した廃棄
物とを混合した濃縮混合被処理液を、供給管１２を介し
て反応容器２０へ、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以
上の高圧で供給するものである。１３は補助燃料を貯留
する補助燃料貯留槽、１４は補助燃料貯留槽１３の補助
燃料を供給管１２へ供給管１５を介して、例えば２．５
ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で供給する高圧送液ポン
プ、１６は水を貯留する水槽、１７は水槽１６の水を供
給管１５へ、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高
圧で供給する高圧送液ポンプ、１８は空気を、例えば
２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で供給するエアー
コンプレッサー、１９はエアーコンプレッサー１８から
の空気を所定の温度に予備加熱して供給管１２へ供給す
る予備加熱器を示す。

【００１４】２０は円筒状の反応容器を示し、上蓋（天
井）の中心に、供給管１２から供給される濃縮混合被処
理液などを噴出するノズル（図示が省略されている。）
が設けられ、底の中心に、下部へクエンチ水を噴出する
クエンチ水供給管（図示が省略されている。）が設けら
れるとともに、下部の側面に排出口（図示が省略されて
いる。）が設けられている。そして、反応容器２０内に
は、側壁の内側に析出して堆積する塩などを掻き落と
す、図示を省略した駆動機構によって回転させられるス
クレーパー（掻き取り手段）（図示が省略されてい
る。）が設けられている。なお、反応容器２０内には、
反応流が形成される。この反応流は反応容器２０内の上
部に位置する逆流を伴う混合反応域、混合反応域の下部
に位置する栓状流反応域を形成するものが望ましい。

【００１５】３１はｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤貯
留槽、３２はｐＨ調整剤貯留槽３１内のｐＨ調整剤を送
液する送液ポンプ、３３はクエンチ水調整槽を示し、こ
のクエンチ水調整槽３３は、回収水貯留槽６から供給さ
れる回収水と、送液ポンプ３２によって供給されるｐＨ
調整剤とを混合する。このようにｐＨ調整剤を使用する
目的は、水熱反応処理水に含まれる酸やアルカリをｐＨ
調整（中和も含む）することで、クエンチ水添加位置以
降での腐蝕を抑制するためである。３４は高圧送液ポン
プを示し、クエンチ水調整槽３３内のクエンチ水を、例
えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で、図示を省
略したクエンチ水供給管へ供給するものである。

【００１６】４１は反応容器２０の排出口からの処理液
を冷却する冷却器、４２は冷却器４１からの処理液を気
体と液体とに分離する気液分離器、４３は気液分離器４
２で分離した気体を減圧して放出する減圧弁、４４は気
液分離器４２で分離した液体を減圧して放出する減圧弁
を示す。なお、クエンチ水供給手段はクエンチ水供給
管、クエンチ水調整槽３３、高圧送液ポンプ３４で構成
され、ｐＨ調整処理手段は、ｐＨ調整剤貯留槽３１、送
液ポンプ３２によって構成されている。

【００１７】次に、水熱反応処理について説明する。ま
ず、被処理液を濃縮装置３で濃縮して濃縮被処理液を濃
縮被処理液貯留槽８へ供給する一方、被処理液を濃縮し
て得た回収水に浄化装置５で浄化処理を行って回収水を
浄化する。そして、回収水を浄化することによって発生
する廃棄物を濃縮被処理液貯留槽８へ供給し、廃棄物と
濃縮被処理液とを混合する。

【００１８】このように廃棄物と濃縮被処理液とを混合
した濃縮混合被処理液を反応容器２０へ供給する一方、
必要に応じて補助燃料、水、空気を反応容器２０へ供給
し、反応容器２０内で水熱反応を起こさせ、濃縮混合被
処理液を水熱反応処理する。この水熱反応処理を連続し
て行うと、塩が析出して反応容器２０の内側に堆積する
ことにより、反応領域が狭くなるので、連続的あるいは
間欠的にスクレーパーを回転させ、堆積した塩を掻き落
とし、反応容器２０の下部に移動させる。

【００１９】このようにして掻き落とされ、堆積した塩
を含む固形物は、高圧送液ポンプ３４によって反応容器
２０の下部に供給されるクエンチ水に溶解、または懸濁
して反応容器２０の排出口から排出されるとともに、処
理液も排出口から排出され、冷却器４１で冷却された
後、気液分離器４２で気体と液体とに分離され、減圧弁
４３，４４で減圧されて排出される。

【００２０】次に、実施例について説明する。 〔実施例１〕まず、図１に示した濃縮装置３として蒸発
濃縮装置を使用し、浄化装置５、移送配管１０、ｐＨ調
整剤貯留槽３１および送液ポンプ３２を使用しなかっ
た。そして、被処理液として界面活性剤を含有した廃液
５００ｋｇ〔ＴＯＣ（全有機態炭素量） ３０，０００
ｍｇ／ｌ〕を使用し、蒸発濃縮装置で２倍に濃縮した。
このとき、濃縮被処理液中のＴＯＣは５９，７００ｍｇ
／ｌで、回収水は清浄であった。なお、回収水中の界面
活性剤は０．５ｍｇ／ｌ未満、ＴＯＣは２ｍｇ／ｌ未
満、全窒素は１ｍｇ／ｌ未満であった。

【００２１】この２５０ｋｇの濃縮被処理液（濃縮廃
液）を水熱反応処理する際、回収した水分２５０ｋｇを
クエンチ水として使用した。このとき、排出水量は約５
００ｋｇで、界面活性剤は０．５ｍｇ／ｌ未満、ＴＯＣ
は１ｍｇ／ｌ未満、全窒素は１ｍｇ／ｌ未満で、清浄で
あった。したがって、回収水を利用せずに廃液５００ｋ
ｇを水熱反応処理すると、総排水量が７５０ｋｇになる
ところを、被処理液を濃縮して得た回収水をクエンチ水
として利用することにより、総排水量を５００ｋｇ（約
６７％）に削減することができ、クエンチ水を回収水で
賄うことができた。

【００２２】〔実施例２〕まず、図１に示した濃縮装置
３として蒸発濃縮装置を使用し、浄化装置５としてＲＯ
膜処理装置を使用し、ｐＨ調整剤貯留槽３１および送液
ポンプ３２を使用しなかった。そして、被処理液として
アンモニアを含有した廃液５００ｋｇ（ＴＯＣ ２５，
０００ｍｇ／ｌ、アンモニア ３，０００ｍｇ／ｌ）を
使用し、蒸発濃縮装置で３倍に濃縮した。このとき、濃
縮被処理液中のＴＯＣは７４，７００ｍｇ／ｌで、回収
水には２００ｍｇ／ｌのアンモニアが含まれていた。こ
の回収水をＲＯ膜で処理することで、全窒素が５ｍｇ／
ｌの清浄な回収水を３００ｋｇ得ることができた。

【００２３】この濃縮被処理液（濃縮廃液）１６７ｋｇ
とＲＯ濃縮水（浄化処理による廃棄物、全窒素１，６０
０ｍｇ／ｌ）３３ｋｇとの混合液２００ｋｇを水熱処理
する際、回収した水分３００ｋｇの内の２００ｋｇをク
エンチ水として使用した。このとき、排出水量は約５０
０ｋｇで、界面活性剤は０．５ｍｇ／ｌ未満、ＴＯＣは
１ｍｇ／ｌ未満、全窒素は５ｍｇ／ｌ未満で、清浄であ
った。したがって、回収水を利用せずに廃液５００ｋｇ
を水熱反応処理すると、総排水量が７００ｋｇになると
ころを、被処理液を濃縮して得た回収水をクエンチ水と
して利用することにより、総排水量を５００ｋｇ（約７
１％）に削減することができ、クエンチ水を回収水で賄
うことができた。

【００２４】上述したように、この発明の一実施形態に
よれば、被処理液を濃縮して得た水分をクエンチ水とし
て利用するので、総排水量を削減することができる。そ
して、反応容器２０内へ供給する前の水分に対して浄化
処理を行うので、回収水の水質をクエンチ水として使用
できるレベルまで浄化することができる。また、浄化処
理によって発生した廃棄物も水熱反応処理で削減するこ
とができる。さらに、クエンチ水を反応容器２０内の下
部に供給するので、水熱反応処理に影響を与えることな
く塩などを反応容器２０から排出させることができる。

【００２５】なお、超臨界水熱反応は混合反応域で急速
に開始され、ほぼ完全に完了する。したがって、上記し
た実施形態では、クエンチ水を反応容器２０内の下部に
供給したが、混合反応域よりも下部（下側、下流）であ
れば、水熱反応処理に影響を与えることがないので、混
合反応域よりも下部にクエンチ水を供給してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被処
理液を濃縮して得た水分をクエンチ水として利用するの
で、総排水量を削減することができる。そして、反応容
器内へ供給する前の水分に対して浄化処理、ｐＨ調整処
理の少なくとも１つを行うので、回収水の水質をクエン
チ水として使用できるレベルまで浄化することができた
り、ｐＨ調整した以降のクエンチ水に起因する腐蝕を抑
制することができる。さらに、浄化処理によって発生し
た廃棄物を濃縮被処理液と混合して水熱反応処理するの
で、廃棄物量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態である水熱反応処理装置
の概略構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 被処理液タンク ２，４ 送液ポンプ ３ 濃縮装置 ５ 浄化装置 ６ 回収水貯留槽 ７ 排出管 ８ 濃縮被処理液貯留槽 ９ 送液配管 １０ 移送配管 １１，１４ 高圧送液ポンプ １２，１５ 供給管 １３ 補助燃料貯留槽 １６ 水槽 １７ 高圧送液ポンプ １８ エアーコンプレッサー １９ 予備加熱器 ２０ 反応容器 ３１ ｐＨ調整剤貯留槽 ３２ 送液ポンプ ３３ クエンチ水調整槽 ３４ 高圧送液ポンプ ４１ 冷却器 ４２ 気液分離器 ４３，４４ 減圧弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598124375 ジェネラル アトミックス インコーポレ イティッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ジェネラル アトミックス コ ート 3550 (72)発明者 小布施 洋 東京都新宿区西新宿三丁目４番７号 栗田 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D050 AA13 AB02 BB01 BC01 BC02 CA02 CA03 CA05 CA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理液から水分を分離して前記被処理
   液を濃縮する濃縮装置と、この濃縮装置によって濃縮さ
   れた濃縮被処理液を反応容器内で水熱反応させる水熱反
   応装置とからなる水熱反応処理装置において、 前記濃縮装置で分離された水分をクエンチ水として前記
   反応容器内へ供給するクエンチ水供給手段を設けた、こ
   とを特徴とする水熱反応処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水熱反応処理装置にお
   いて、 前記濃縮装置で分離され、前記反応容器内へ供給する前
   の水分に対して浄化処理、ｐＨ調整処理の少なくとも１
   つの処理を行う処理手段を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の水熱反応処理装置にお
   いて、 前記浄化処理手段によって発生した廃棄物と前記濃縮被
   処理液とを混合して前記反応容器内へ供給する供給手段
   を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理装置。
4. 【請求項４】 被処理液から水分を分離して前記被処理
   液を濃縮する濃縮工程と、この濃縮工程によって濃縮さ
   れた濃縮被処理液を反応容器内で水熱反応させる水熱反
   応工程とからなる水熱反応処理方法において、 前記濃縮工程で分離された水分をクエンチ水として前記
   反応容器内へ供給するクエンチ水供給工程を設けた、こ
   とを特徴とする水熱反応処理方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の水熱反応処理方法にお
   いて、 前記濃縮工程で分離され、前記反応容器内へ供給する前
   の水分に対して浄化処理、ｐＨ調整処理の少なくとも１
   つの処理を行う処理工程を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の水熱反応処理方法にお
   いて、 前記浄化処理工程によって発生した廃棄物と前記濃縮被
   処理液とを混合して前記反応容器内へ供給する供給工程
   を設けた、 ことを特徴とする水熱反応処理方法。