JP2003145182A - 排水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排水とオゾン含有ガスを触媒の存在下で接触さ
せて排水中の不純物を接触酸化分解する排水処理装置に
おいて、オゾンの反応効率が高く、触媒の寿命が長い排
水処理装置を提供する。 【解決手段】排水とオゾン含有ガスを触媒充填部で接触
させることにより排水中の不純物を接触酸化分解する排
水処理装置において、触媒充填部の底部にふるいの目開
きが５０〜５００μｍである網を備えてなることを特徴
とする排水処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水処理装置に関
する。さらに詳しくは、本発明は、排水とオゾン含有ガ
スを触媒の存在下で接触させて排水中の不純物を接触酸
化分解する排水処理装置において、オゾンの反応効率が
高く、触媒の寿命が長い排水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水中に含有される環境ホルモ
ンなどの難分解性物質を分解して無害化するために、さ
まざまな処理方法が試みられている。例えば、オゾン共
存下に紫外線照射し、次いでオゾン共存下に金属酸化物
と接触させる方法、紫外線照射したのちオゾンを注入
し、膜分離する方法、凝集処理したのち膜分離し、膜ろ
過水に生物処理と凝集処理を施す方法、弱酸性に調整し
た原水にオゾンを供給したのち紫外線照射する方法、酸
化触媒の存在下にオゾンで酸化処理し、さらに紫外線と
オゾンで酸化処理する方法、ゼオライトを用いて吸着除
去する方法、吸着性樹脂を用いて吸着除去する方法、ラ
ッカーゼとラッカーゼ・メディエータを産生する微生物
の培養液を併用する方法などが提案されている。オゾン
は難分解性物質の酸化分解に有効であり、オゾン単独
で、あるいは、オゾンと触媒を組み合わせた接触酸化な
どにより、水中の難分解性物質の分解除去に用いられて
いる。しかし、従来の触媒反応槽のように、排水にオゾ
ン含有ガスを添加しながら通水すると、ガスで触媒が流
動化し、触媒の表面が摩耗して劣化が促進される。ま
た、吹き込んだガスが触媒充填槽の底部又は内部で滞留
し、充填槽内での水の流れが不均一化してしまう。さら
に、触媒反応槽の前段にオゾン溶解塔を設けて予めオゾ
ン含有ガスを添加してから通水する方法では、触媒反応
槽に送水する間に排水中の成分によってオゾンが消費さ
れてしまうという問題があった。このために、排水中の
不純物とオゾンを効率的に反応させて、不純物を接触酸
化分解することができ、触媒の寿命も長くすることがで
きる排水処理装置が求められていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、排水とオゾ
ン含有ガスを触媒の存在下で接触させて排水中の不純物
を接触酸化分解する排水処理装置において、オゾンの反
応効率が高く、触媒の寿命が長い排水処理装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、触媒充填部の底部
にふるいの目開きが５０〜５００μｍの網を備えること
により、触媒充填部へのガスの侵入を防ぎ、安定して接
触酸化反応を進めることが可能となることを見いだし、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、（１）排水とオゾン含有ガスを触媒充填
部で接触させることにより排水中の不純物を接触酸化分
解する排水処理装置において、触媒充填部の底部にふる
いの目開きが５０〜５００μｍである網を備えてなるこ
とを特徴とする排水処理装置、（２）触媒充填部の触媒
層の厚さが１〜１０cmであり、複数個の触媒充填部が多
段に設けられてなる第１項記載の排水処理装置、及び、
（３）触媒充填部が０.１／１００〜１０／１００の勾
配を有し、勾配の上部にガス抜き口を有する第１項又は
第２項記載の排水処理装置、を提供するものである。さ
らに、本発明の好ましい態様として、（４）触媒充填部
の下の水相部にオゾン含有ガスを吹き込むオゾン吹き込
み口を有する第１項記載の排水処理装置、を挙げること
ができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の排水処理装置は、排水と
オゾン含有ガスを触媒充填部で接触させることにより排
水中の不純物を接触酸化分解する排水処理装置におい
て、触媒充填部の底部にふるいの目開きが５０〜５００
μｍである網を備えてなる排水処理装置である。図１
は、本発明の排水処理装置の触媒充填部の一態様の説明
図である。本図は、触媒充填部を構成する各部品を上下
に離した状態で示す斜視図である。図１(ａ)は、下枠で
あり、その一隅にガス溜まり受け１が設けられている。
図１(ｂ)は、触媒充填部の底部となるふるいの目開き５
０〜５００μｍの網である。図１(ｃ)は、通水孔２を有
する金属板であり、この金属板により触媒充填部の底部
の強度が保持される。図１(ｄ)は、触媒の落下を防ぐた
めの網であり、目開きは５００μｍ程度であることが好
ましい。図１(ｅ)は、触媒を充填するための外枠であ
り、その高さは１〜１０cmであることが好ましい。図１
(ｆ)は、触媒の流出を防ぐための網であり、その目開き
は５００μｍ程度であることが好ましい。図１(ｇ)は、
押さえリングであり、図１(ｆ)に示す網を上から押さえ
て、充填された触媒を安定に保持する。図１(ｈ)は、上
枠であり、触媒充填部を持ち運びするための把手３を有
する。把手は、触媒充填部を排水処理装置に格納したと
き、直上の触媒充填部の支えとして利用することもでき
る。図１(ｉ)は、パッキンであり、触媒充填部を排水処
理装置に格納したとき、触媒充填部と排水処理装置の内
壁との間隙を塞ぎ、排水処理装置に送られた排水をすべ
て触媒充填部に通す。触媒充填部と排水処理装置の内壁
の間に間隙が生じない構造の場合は、パッキンを省略す
ることができる。

【０００６】図１に示す態様の触媒充填部は、図１(ａ)
下枠から図１(ｅ)外枠までの部品をこの順に組み立て、
あるいは、図１(ａ)下枠から図１(ｅ)外枠までが溶接な
どにより一体構造となったカートリッジを用いて、図１
(ｅ)外枠の中に触媒を充填し、図１(ｆ)網、図１(ｇ)押
さえリング及び図１(ｈ)上枠を重ね、あるいは、図１
(ｆ)網から図１(ｈ)上枠までが一体化された部品を載置
する。図１では図示を省略しているが、図１(ａ)から図
１(ｈ)までの各部品は、全体を組み立てて固定するため
のボルト穴を有する。ボルトとナットを用いて図１(ａ)
から図１(ｈ)までの各部品を固定することにより、１個
の触媒充填部が完成する。本発明装置において、触媒充
填部の底部に備えられる網のふるいの目開きは、５０〜
５００μｍであり、より好ましくは９０〜３００μｍで
ある。目開きが５０μｍ未満であると、通水抵抗が過大
になるおそれがある。目開きが５００μｍを超えると、
ガスが触媒充填部の中に侵入したり、触媒が落下したり
するおそれがある。網のふるいの目開きを５０〜５００
μｍとすることにより、ガスが触媒充填部に侵入するこ
とがなく、水のみが網を通過するので、ガスの流れによ
って触媒が流動化し、触媒の表面が摩耗することがな
い。また、触媒充填部内にガス溜まりが生じて水が偏流
するおそれもない。本発明装置において、網の材質は耐
酸化性ないし耐オゾン性を有することが好ましく、例え
ば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４などステンレス鋼な
どの耐酸化性金属や、フッ素樹脂などの耐オゾン性樹脂
で作製された網を好適に用いることができる。

【０００７】本発明装置に用いる触媒は、酸化触媒であ
れば特に制限はなく、例えば、遷移金属触媒、遷移金属
酸化物触媒などを挙げることができる。遷移金属として
は、例えば、バナジウム、コバルト、ニッケル、銅、モ
リブデンなどを挙げることができる。また、白金などの
貴金属触媒も使用できる。これらの金属触媒を、ゼオラ
イトなどの担体に担持させてもよい。本発明装置に用い
る触媒の形状に特に制限はなく、例えば、錠剤、リン
グ、丸粒、押出品、特殊形状押出品、球粒、小球粒、顆
粒などを挙げることができる。本発明装置においては、
触媒充填部の触媒層の厚さが１〜１０cmであることが好
ましく、３〜８cmであることがより好ましい。触媒充填
部の触媒層の厚さは、通水速度に応じて調節することも
でき、例えば、通水速度１ｍ／ｈの場合は、触媒層の厚
さが２〜５cmであることが好ましく、通水速度２ｍ／ｈ
の場合は、触媒層の厚さが４〜１０cmであることが好ま
しい。触媒充填部の触媒層の厚さが１cm未満であると、
供給されたオゾンを利用して排水中の不純物を接触酸化
するための反応時間が不足するおそれがある。触媒の存
在下ではオゾンの分解が速いので、触媒層の厚さが１０
cmを超えると、触媒層の上部にはほとんどオゾンが存在
しない状態となり、有効に接触酸化を行うことが困難と
なるおそれがある。本発明装置においては、複数個の触
媒充填部を多段に設けることが好ましい。１個の触媒充
填部の厚さは１〜１０cmであることが好ましいので、１
基の排水処理装置の中に複数個の触媒充填部を多段に設
けることが可能である。触媒充填部を多段に設けること
により、効率的に排水中に含まれる不純物を接触酸化す
ることができる。

【０００８】本発明の排水処理装置は、触媒充填部が
０.１／１００〜１０／１００の勾配を有することが好
ましく、１／１００〜５／１００の勾配を有することが
より好ましい。また、勾配の上部にガス抜き口を有する
ことが好ましく、図１(ａ)に示す下枠のガス溜まり受け
が勾配の上部に位置することが好ましい。排水処理装置
に吹き込まれるオゾン含有ガスには、オゾン以外に酸素
ガスなどが含まれるので、排水に溶解しないガスは触媒
充填部の底部に設けられた網を通過することなく、網の
外側に残留する。触媒充填部に勾配を与えることによ
り、残留したガスは触媒充填部の底部を這って上方のガ
ス溜まりへ移動するので、勾配の上部に設けたガス抜き
口よりガスを抜き出すことができる。下枠にガス溜まり
受けを設けることにより、ガス溜まりにガスが溜まって
も、触媒層にガスが流入するおそれがない。触媒充填塔
の勾配が０.１／１００未満であると、ガスの気泡が円
滑に移動しないおそれがある。触媒充填塔の勾配が１０
／１００を超えると、水の流れが不均一となるととも
に、触媒層の厚さが制限されるおそれがある。本発明装
置においては、触媒充填部の下の水相部にオゾン含有ガ
スを吹き込むオゾン吹き込み口を設けることが好まし
い。触媒充填部の下の水相部に直接オゾン含有ガスを吹
き込むことにより、排水とオゾン含有ガスを排水処理装
置外で混合して排水処理装置に供給する方式に比べ、移
送中のオゾンの分解による損失がなく、オゾン濃度が高
い状態で触媒充填部に排水を通過させ、効率的に不純物
の接触酸化を行うことができる。本発明装置において、
オゾン吹き込み口に特に制限はなく、例えば、勾配の上
方にオゾン吹き込み口を設けてオゾン含有ガスを強く吹
き込み、触媒充填部の下の水相部を撹拌することがで
き、あるいは、勾配の下に散気管つきのオゾン吹き込み
口を設け、オゾン含有ガスを微細な気泡として吹き込ん
で、オゾンの溶解を促進することもできる。触媒充填部
の下の水相部の高さは１〜１０cmであることが好まし
く、２〜６cmであることがより好ましい。触媒充填部の
下の水相部の高さが１cm未満であると、ガスの移動に障
害が生ずるおそれがある。触媒充填部の下の水相部の高
さが１０cmを超えると、水の滞留時間が長くなり、オゾ
ンの分解が進むおそれがある。触媒充填部の下の水相部
の高さは、図１(ｈ)に示す上枠の把手の高さで調整する
ことができ、あるいは、２個の触媒充填部の間にスペー
サーを挟むことによっても調整することができる。

【０００９】図２は、本発明の排水処理装置の一態様の
断面図である。本態様の装置においては、５個の触媒充
填部４が５段に設けられ、触媒充填部は、図中において
右上がりの勾配を有している。原水は、排水処理装置の
下部から供給され、５個の触媒充填部を通り、不純物が
オゾンにより接触酸化分解され除去された処理水となっ
て、排水処理装置の上部から流出する。図示しないオゾ
ン発生器で製造されたオゾン含有ガスが、オゾン配管５
を経由して、各触媒充填部の下の水相部に吹き込まれ
る。本態様の装置においては、オゾン吹き込み口は触媒
充填部の勾配の上方に設けられている。水に溶解しなか
ったガスは、触媒充填部の勾配の上部に設けられたガス
溜まりに溜まり、５本の排ガス配管６を通じて排出され
る。排ガスの排出量は、排ガス配管に設けた５個のバル
ブ７により制御することができる。排ガスにはなお少量
のオゾンが含まれ、かつ少量の水が同伴するので、いっ
たんドレン槽８に貯留して気液分離し、排ガスは活性炭
を充填したカラムなどにより混在するオゾンを分解して
大気中に放出し、ドレンは原水槽に返送する。図３は、
図２の装置のガス溜まり近傍の拡大図である。オゾン含
有ガスがオゾン吹き込み口９から水相部に強く吹き込ま
れ、水を撹拌し、オゾンが水に溶解しながら勾配の下方
へ移動する。オゾン含有ガス中の水に溶解しないガス成
分は、気泡として触媒充填部の底部の網面１０を這い上
がり、いったんガス溜まり１１に溜まったのち、排ガス
配管６を経由してドレン槽に送られる。排ガス配管の末
端であるガス抜き口１２は、触媒充填部の底部の網面と
平行になるように設置することが好ましい。ガス抜き口
を触媒充填部の底部の網面と平行にすることにより、ガ
ス抜き口から流入する水の量を抑制することができる。
網面とガス抜き口との距離は、１〜５mmであることが好
ましく、２〜４mmであることがより好ましい。網面とガ
ス抜き口の距離が１mm未満であると、触媒充填部から水
を吸い取るおそれがある。網面とガス抜き口の距離が５
mmを超えると、ガス溜まりが大きくなりすぎるおそれが
ある。排ガス配管は、排水処理装置の壁面に対して斜め
に設置することが好ましい。本発明の排水処理装置にお
いては、.触媒充填部へ通水する直前にオゾン含有ガス
が吹き込まれるために、水中のオゾンを高濃度に維持
し、効率的に接触酸化反応を進めることができる。ま
た、底部に設けた網面の作用により、触媒充填部へのガ
スの侵入を防ぐことができる。

【００１０】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１ 図１に示す各部品を組み立てた触媒充填部５個を備えた
図２に示す構成の排水処理装置を用いて、試験を行っ
た。図１(ｂ)の網の目開きは３００μｍであり、図１
(ｄ)及び図１(ｆ)の網の目開きは５００μｍである。図
１(ｃ)は、通水孔を有する厚さ２mmのステンレス鋼板で
ある。図１(ｅ)の外枠の内径は３５７mm、触媒充填面積
は１,０００cm²であり、高さは５０mmである。図１(ｈ)
の上枠の把手の高さは、５０mmである。図１(ａ)下枠か
ら図１(ｅ)外枠までを組み立て、酸化ニッケル触媒［栗
田工業(株)、オキシビーズＮ−１］５Ｌを充填し、図１
(ｆ)網から図１(ｈ)上枠までを載置してボルトで固定
し、合計５個の触媒充填部を作製した。内部の観察が可
能なポリエチレン製の透明な円筒容器に、外枠の外周に
シリコーンゴム製の図１(ｉ)パッキンを装着した触媒充
填部５個を、勾配１／１００で固定した。触媒充填部の
下の水相部の容積は５Ｌであり、最下段の触媒充填部の
下の水相部の容積も５Ｌになるように、スペーサーで調
整した。触媒充填部の下の５か所の水相部に、ポリテト
ラフルオロエチレン製のオゾン吹き込み口を取り付け
た。また、ガス抜き口が触媒充填部の底部の網面と平行
になり、網面からの距離が１mmになるように、５本の排
ガス配管を取り付けて排水処理装置を完成した。ガス抜
き量は、ねじ式のコックで調節した。排水処理装置の下
部から、排水を２００Ｌ／ｈ、通水速度２ｍ／ｈで供給
し、オゾン濃度２０mg／Ｌ(Normal)のオゾン含有ガス
を、各オゾン吹き込み口から２０Ｌ(Normal)／ｈ、合計
１００Ｌ(Normal)／ｈ吹き込んで、ガスが移動する状態
を観察した。吹き込んだガスは、触媒充填部の底部の網
面をゆっくりと這いながらガス溜まりに移行し、ガス抜
き口から排出された。ガスが網を通過して、触媒充填部
の内部に侵入することはなかった。 比較例１ 図１(ｂ)網を装着しなかった以外は、実施例１と同様に
して、排水処理装置を作製した。排ガス配管は、ガス抜
き口が触媒充填部の底部のステンレス鋼板と平行にな
り、鋼板からの距離が１mmになるように取り付けた。実
施例１と同じ条件で、通水とオゾン含有ガスの吹き込み
を行った。ステンレス鋼板の通水孔に気泡が溜まり、こ
れが水によって押し上げられて、ガスが触媒充填部に侵
入した。

【００１１】

【発明の効果】本発明の排水処理装置は、排水とオゾン
含有ガスを触媒の存在下で接触させて排水中の不純物を
接触酸化分解する排水処理装置であって、排水が触媒と
接触する直前にオゾン含有ガスを吹き込み、溶解したオ
ゾン濃度が高く、触媒充填部にガスが侵入しない状態で
触媒と接触するので、オゾンの反応効率が高く、効率的
に排水中の不純物を接触酸化分解することができる。ま
た、触媒が流動化して摩耗劣化することがないので、触
媒の寿命が長い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の排水処理装置の触媒充填部の
一態様の説明図である。

【図２】図２は、本発明の排水処理装置の一態様の断面
図である。

【図３】図３は、図２の装置のガス溜まり近傍の拡大図
である。

【符号の説明】

１ ガス溜まり受け ２ 通水孔 ３ 把手 ４ 触媒充填部 ５ オゾン配管 ６ 排ガス配管 ７ バルブ ８ ドレン槽 ９ オゾン吹き込み口 １０ 網面 １１ ガス溜まり １２ ガス抜き口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排水とオゾン含有ガスを触媒充填部で接触
   させることにより排水中の不純物を接触酸化分解する排
   水処理装置において、触媒充填部の底部にふるいの目開
   きが５０〜５００μｍである網を備えてなることを特徴
   とする排水処理装置。
2. 【請求項２】触媒充填部の触媒層の厚さが１〜１０cmで
   あり、複数個の触媒充填部が多段に設けられてなる請求
   項１記載の排水処理装置。
3. 【請求項３】触媒充填部が０.１／１００〜１０／１０
   ０の勾配を有し、勾配の上部にガス抜き口を有する請求
   項１又は請求項２記載の排水処理装置。