JP2003164751A - 水熱酸化反応装置 - Google Patents
水熱酸化反応装置Info
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Abstract
を備えた水熱酸化反応装置を提供する。 【解決手段】 本超臨界水酸化装置40は、気液分離器
20から出る液流出管24の液面制御弁27の下流に電
気透析装置42を備えていることを除いて、従来の超臨
界水酸化装置と同じ構成を備えている。電気透析装置4
2は、電気透析法により処理流体中のイオンを分離し
て、脱イオン水管44から脱イオン水を流出させ、塩濃
縮水管46からイオン濃縮水を流出させる。
Description
特に有機ハロゲン化合物を多量に含有する被処理液を水
熱酸化反応により処理する水熱酸化反応装置に関し、更
に詳細には、被処理液を処理した後、イオン濃度の低い
脱イオン水を流出させるようにした水熱酸化反応装置、
更には脱イオン水、塩基性物質を閉サイクルで循環使用
するようにした水熱酸化反応装置に関するものである。
な廃棄物を含む廃液、特に有害な難分解性有機物等を含
む廃液は、有害物を完全に分解して排出することが求め
られている。そこで、高温高圧水、例えば温度180°
以上、圧力1MPa以上の熱水を用いる水熱酸化反応を
廃液の処理に適用することが試みられている。
の高い反応性を利用した、有機物の酸化分解能力の高い
超臨界水酸化反応が注目されている。超臨界水酸化反応
では、従来技術では分解することが難しかった有害な難
分解性の有機物、例えば、PCB(ポリ塩素化ビフェニ
ル)、ダイオキシン、有機塩素系溶剤等を酸化分解し
て、二酸化炭素、窒素、水、無機塩などの無害な生成物
に転化することができる。超臨界水酸化反応は、超臨界
水の高い反応性を利用して有機物を分解する反応であっ
て、例えば、難分解性の有害な有機物を酸化分解して無
害な二酸化炭素と水に転化したり、難分解性の高分子化
合物を分解して有用な低分子化合物に転化したりするた
めに、現在、その実用化が盛んに研究されている。超臨
界水とは、超臨界状態にある水、即ち、水の臨界点を越
えた状態にある水を言い、詳しくは、374.1℃以上
の温度で、かつ22.04MPa以上の圧力下にある状
態の水を言う。超臨界水は、有機物を溶解する溶解能が
高く、有機化合物に多い非極性物質をも完全に溶解する
ことができる一方、逆に、金属、塩等の無機物に対する
溶解能は著しく低い。また、超臨界水は、酸素や窒素な
どの気体と任意の割合で混合して単一相を構成すること
ができる。
図6を参照して、PCB、ダイオキシン等の有機塩素化
合物を含む被処理液を超臨界水反応処理して酸化分解す
る超臨界水酸化装置の基本的な構成を説明する。図6は
従来の超臨界水酸化装置の構成を示すフローシートであ
る。超臨界水酸化装置10は、有機塩素化合物を含む被
処理液を超臨界水の存在下で超臨界水反応により処理す
る装置であって、図6に示すように、超臨界水反応を行
う反応器として、縦型の耐圧密閉型反応器12を備えて
いる。
2から処理流体を流出させる処理流体系統13として、
反応器12の処理流体出口に接続された処理流体管14
に、処理流体にアルカリ水溶液を注入して中和急冷する
中和急冷器15、処理流体を更に冷却する冷却器16、
反応器12内の圧力を制御する圧力制御弁18、及び、
処理流体をガス成分と液成分とに気液分離する気液分離
器20を、順次、備えている。中和急冷器15は、アル
カリ水溶液を処理流体に注入して、反応器12内で超臨
界水反応により被処理液中の有機塩素化合物から発生し
た塩酸等を中和すると共に処理流体を冷却する。
成分を流出させるガス流出管22が接続され、下部には
分離した液成分を流出させる液流出管24が接続されて
いる。更に、ガス流出管22には、気液分離器20の圧
力を制御する背圧弁26が、液流出管24には流出流量
を調整して気液分離器20の液面を制御する液面制御弁
27が設けてある。
供する反応物を反応器12に供給する供給系統として、
被処理液ポンプ28と、空気圧縮機30とを備え、被処
理液管32を介して有機塩素化合物を含む被処理液を反
応器12に送入し、かつ、被処理液管32に接続された
空気送入管34を介して酸化剤として空気を被処理液と
共に反応器12に送入する。また反応器12内の超臨界
水反応を維持するために、被処理液管32に補給水等を
加える補給水管38を被処理液管32に接続している。
機塩素化合物をほぼ完全に酸化分解して、処理液中の有
機塩素化合物の濃度を基準値以下にすることができる。
例えば、超臨界水酸化装置10は、PCBやダイオキシ
ンを処理する場合、処理液のPCB濃度を基準の3μg
/リットル以下に、また処理液のダイオキシン濃度を基
準の10pgTEQ/リットル以下にすることができ
る。
界水酸化装置10では、上述のように、有機塩素化合
物、例えば変圧器等の絶縁油として用いられていた高濃
度PCBを含む被処理液を処理した場合、塩酸等の酸が
有機塩素化合物の水熱酸化に伴って生成する。生成した
塩酸等の酸は、処理流体に同伴して反応器から流出し、
処理流体系統を腐食させ、長期間にわたる安全な運転を
阻害する。そこで、従来、処理流体系統の腐食防止の観
点から、処理流体系統に中和急冷器15を設け、アルカ
リ水溶液を処理流体に注入して急冷中和している。その
結果、高濃度の塩、あるいはイオンが処理流体中に含ま
れることが多い。
理流体をそのまま放流することは、水質保全関係から好
ましくない。従って、高濃度のイオンを効率的に分離
し、分離した塩をリサイクル使用することにより、環境
に負荷を与えないようなシステムを構築することが必要
である。以上の説明では、超臨界水酸化装置を例にして
処理流体中の塩の問題を説明したが、この問題は水熱酸
化反応装置全般に該当する問題である。
オンを効率的に分離する手段を備えた水熱酸化反応装置
を提供することである。
のイオンを効率的に分離するために、水熱酸化処理した
後の処理流体から電気透析法によりイオンを分離するこ
とを着想し、種々の実験の末に、本発明を発明するに到
った。上記目的を達成するために、上述の知見に基づい
て、本発明に係る水熱酸化反応装置は、反応器と、反応
器の下流に設けられ、反応器から処理流体を外部に流出
させる処理流体系統とを備え、被処理液を水熱酸化反応
により処理する水熱酸化反応装置において、処理流体中
のイオンを電気透析法により分離して、脱イオン水を生
成する電気透析装置を処理流体系統に備えていることを
特徴としている。
オン交換膜とを交互に設置し、そこに電気を通電するこ
とにより陽イオン及び陰イオンを相互に別方向に移動さ
せて、濃縮水と希釈水とに分離する装置である。希釈水
として、水熱反応により有機物が分解され、かつイオン
の存在が極めて低下した水、つまり脱イオン水が電気透
析装置の希釈水側に流出する。PCB等の有機塩素化合
物の極めて濃度の高い被処理液を水熱酸化反応により処
理した場合に生じるイオン濃度の高い処理流体であって
も、電気透析装置を設けて、処理流体を電気透析するこ
とにより、処理流体からイオンを効率良く分離して、イ
オン濃度の極めて低い脱イオン水を流出させることがで
きる。電気透析装置で得られた脱イオン水を水熱酸化反
応装置に補給水として供給するようにしても良い。
圧力下ではなく、常圧下で電気透析法を適用すること
が、技術的及び経済的見地から好ましい。そこで、本発
明の好適な実施態様の処理流体系統は、反応器から処理
流体を流出させる処理流体管と、処理流体管に、順次、
設けられた、中和急冷器、冷却器、圧力制御弁、及び気
液分離器とを備え、電気透析装置が、気液分離装置で分
離された液の流出管に設けられている。
成の電気透析装置を使用できるものの、好適には、電気
透析装置として、処理流体を酸と塩基性水溶液と脱イオ
ン水とに分離するバイポーラ膜型電気透析装置を設け、
電気透析装置で分離した塩基性水溶液を水熱反応後の中
和急冷器に注入するようにする。これにより、塩基性物
質の閉サイクルを構成することができる。
体の温度を30℃以上60℃以下の温度範囲に調節する
手段、例えば冷却器又は加温器を設け、電気透析装置の
イオン分離効率を高めることが好ましい。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る水熱酸化反応装置を超臨
界水酸化装置に適用した実施形態の一例であって、図1
及び図2は、それぞれ、本実施形態例の超臨界水酸化装
置及び電気透析装置のフローシートである。本実施形態
例の超臨界水酸化装置40は、図1に示すように、気液
分離器20から出る液流出管24の液面制御弁27の下
流に電気透析装置42を備えていることを除いて、従来
の超臨界水酸化装置10と同じ構成を備えている。電気
透析装置42は、電気透析法により処理流体中のイオン
を分離して、脱イオン水管44から脱イオン水を流出さ
せ、イオン濃縮水管46から塩濃縮水を流出させる。
容器48の一方の端部に陽極56が、他方の端部に陰極
58がそれぞれ設けられ、陽極側から陰極側に向かっ
て、陰イオン交換膜50及び陽イオン交換膜52を交互
に離隔対面して多数枚配置し、陰イオン交換膜50と陽
イオン交換膜52とで容器48内を区画して、それぞ
れ、小室54を多数形成している。容器48の一方の端
部の容器壁と陰イオン交換膜50との間の小室54Aに
は陽極56が設けられ、容器の他方の端部の容器壁と陽
イオン交換膜52との間の小室54Bには陰極58が設
けてある。
陽イオン交換膜52がある小室54Cの入口には、処理
流体が供給され、更にイオン濃度の低い処理流体(脱イ
オン水)となって小室54Cの出口から脱イオン水が流
出する。処理流体中の陽イオンは陰極に向かって移動
し、陰イオンは陽極に向かって移動する。また、陽極側
に陽イオン交換膜52が、陰極側に陰イオン交換膜50
がある小室54Dの入口には、塩濃縮水が供給され、更
に塩濃度の高い塩濃縮水となって小室54Dの出口から
塩濃縮水が流出する。陽イオンは陽イオン交換膜52を
透過するものの、陰イオン交換膜50を透過しない。一
方、陰イオンは陰イオン交換膜50を透過するものの、
陽イオン交換膜52を透過しない。これにより、小室5
4Cの処理流体中の陰イオン及び陽イオンの濃度は低下
して脱イオンされ、小室54Dの塩濃縮水中の陰イオン
及び陽イオンの濃度は高くなる。
ン水)は、液排出管24から流入した処理流体と共に、
脱イオン水中間タンク60及び脱イオン水ポンプ61を
介して小室54Cの入口に循環される。脱イオン水の一
部が、脱イオン水中間タンク60から脱イオン水管44
通って抜き出され、補給水として補給水管38から超臨
界水酸化装置10に送られる。尚、脱イオン水のイオン
濃度を低くするためには、本実施形態例とは異なり、液
排出管24からの処理流体を脱イオン水中間タンク60
に流入させず、脱イオン水の抜き出し点の下流に流入さ
せることが好ましい。小室54Dから流出した塩濃縮水
は、塩濃縮水中間タンク62及び塩濃縮水ポンプ63を
介して小室54Dの入口に循環される。塩濃縮水の一部
が、塩濃縮水管46を介して塩濃縮水中間タンク62か
ら抜き出され、別の処理装置に送られる。なお、このよ
うにして抜き出された塩濃縮水の水量に相当する補充水
が塩濃縮水中間タンク62に補給される。
処理流体の温度が40℃程度になるように調整されてい
て、電気透析装置42が効率的に電気透析できるように
なっている。電気透析装置42は、バッチ式又は連続式
で運転することができ、陰イオン交換膜及び陽イオン交
換膜の仕様、膜面積、脱イオン時間等を設定することに
より、処理能力を調整することができる。本実施形態例
では、電気透析装置として、例えば旭化成(株)製の中
型電気透析装置のアシライザーG5型を使用している。
被処理液の処理量は、1ton/日であって、被処理液
の塩濃度が塩化ナトリウム5%のとき、脱塩率は99.
8%である。以上の構成により、本実施形態例の超臨界
水酸化装置40では、処理流体中の塩濃度がNaCl換
算で5質量%のとき、脱イオン水のイオン濃度は100
mg/リットル、塩濃縮水の濃度は10質量%となる。
塩濃縮水を蒸発乾固して製塩したり、或いは電気分解し
て苛性ソーダを生成したりすることもできる。
界水酸化装置に適用した実施形態の別の例であって、図
3及び図4は、それぞれ、本実施形態例の超臨界水酸化
装置及び電気透析装置の単位ブロックのフローシートで
ある。本実施形態例の超臨界水酸化装置70は、図3に
示すように、気液分離器20から出る液流出管24の液
面制御弁27の下流に実施形態例1の電気透析装置42
とは異なる構成のバイポーラ膜型電気透析装置72を備
えていることを除いて、実施形態例1の超臨界水酸化装
置40と同じ構成を備えている。
透析装置と呼ばれているものであって、通常の陰イオン
交換膜及び陽イオン交換膜に加えて、バイポーラ膜を備
えていることに特徴を有し、バイポーラ膜の作用によ
り、脱イオン水管74から脱イオン水を、酸流出管76
から酸を、塩基性水溶液流出管78から塩基性水溶液を
それぞれ、流出させる。脱イオン水は、補給水として補
給水管38に供給され、塩基性水溶液は、中和急冷器1
5に供給される。
に、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを接合した構成
の膜であって、図4(a)に示す方向で電場をかける
と、陰陽イオン交換膜間の水が解離分裂してH+ とOH
- になり、電流が流れる。バイポーラ膜型電気透析装置
では、バイポーラ膜と通常の陰イオン交換膜及び陽イオ
ン交換膜を組み合わせて使用することにより、塩が生成
した際の元の酸と塩基に塩を分解することができる。
3室式との2通りの方式がある。本実施形態例のバイポ
ーラ膜電気透析装置72は3室式の装置である。3室式
のバイポーラ膜電気透析装置72は、以下に説明するブ
ロックを一つの構成単位する複数個のブロックの集合体
である。一つのブロックは、図4(b)に示すように、
容器79と、容器79の一方の端部に設けられ、陽極8
0を有する陽極室82と、他方の端部に設けられ、陰極
84を有する陰極室86と、並びに陽極側から陰極側に
向かって交互に離隔対面して配置されている、第1バイ
ポーラ膜88、陰イオン交換膜90、陽イオン交換膜9
2、及び第2バイポーラ膜94により区画された3室を
備えている。図4(b)では、簡単のために、1単位ブ
ロックのみを図示している。
オン交換膜90とにより区画された酸室96と、陰イオ
ン交換膜90と陽イオン交換膜92とにより区画された
塩室98と、陽イオン交換膜92と第2バイポーラ膜9
4とにより区画された塩基室100の3室に仕切られて
いる。処理流体中に含まれる塩が主として塩化ナトリウ
ム(NaCl)の場合、処理流体を塩室98に流入させ
ると、処理流体は脱塩されて、脱イオン水として脱イオ
ン水管74から流出する。同時に、酸室96から酸流出
管76を通って、酸、例えば塩酸(HCl)等が流出
し、塩基室100からは塩基性水溶液流出管78を通っ
て水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が流出する。酸
室96、塩室98、及び塩基室100には、必要に応じ
て、実施形態例1の電気透析装置42と同様に、脱イオ
ン水、酸、及び塩基性水溶液の循環を行うようにするこ
ともできる。酸濃縮水は、塩酸等としてリサイクル使用
することが考えられる。例えば、製鉄の酸洗浄水や、研
究所、工場等の排水のpH調整用の酸としての利用が考
えられる。
形例であって、図5に示したごとく液流出管24の下流
に逆浸透膜装置101及びバイポーラ膜型電気透析装置
72を設けたフローを示すものである。本実施形態例の
超臨界水酸化装置105は、図5に示すように、気液分
離器20から出る処理流体を図示してない高圧ポンプに
より逆浸透膜装置101に圧入し、透過水管103から
透過水を、そして濃縮水管102から濃縮水を得る。濃
縮水管102からの濃縮水は、バイポーラ膜型電気透析
装置72の塩室98に流入し、また、透過水管103か
らの透過水は、バイポーラ膜型電気透析装置72の酸室
96及び塩基室100に流入し、また塩室98から流出
する脱イオン水は脱イオン水管74を介して濃縮水管1
02の濃縮水に循環混合される。そして、塩基室100
で得られる塩基性水溶液は、塩基性水溶液流出管78を
介して中和急冷器15に供給されて中和剤として用いら
れ、酸室96で得られる酸は、酸流出管76から工場等
の排水のpH調整用の酸として利用される。
置から得られる塩基性水溶液あるいは酸の濃度をより濃
くする場合に用いられるフローであって、このようなフ
ローを採用することにより、水酸化ナトリウム濃度及び
酸とも約2モル/リットルの濃度として回収することが
可能である。
形例であって、図示しないが、電気透析装置72は、気
液分離器20で分離された超臨界水酸化装置70の処理
流体に加えて、超臨界水酸化装置70に隣接して設けら
れている装置、例えば純水製造装置から排出される塩含
有水をも処理するようになっている。
せて処理する水熱酸化反応装置において、PCB等の極
めて有機塩素化合物濃度の高い被処理液を水熱酸化反応
により処理した場合に生じるイオン濃度の高い処理流体
であっても、電気透析装置を設けて、処理流体を電気透
析することにより、処理流体からイオンを効率良く分離
して、イオン濃度の極めて低い脱イオン水を流出させる
ことができる。また、処理水を水熱酸化反応装置等の補
給水としても使用することができる。電気透析装置とし
てバイポーラ膜型電気透析装置を設けることにより、塩
基性物質及び酸物質を回収して、リサイクル使用するこ
とができるので、これらの物質に関して閉サイクルの水
熱酸化反応装置を構成することができる。
フローシートである。
透析装置のフローシートである。
フローシートである。
面図、及び図4(b)は実施形態例2の超臨界水酸化装
置に設けたバイポーラ膜型電気透析装置の単位ブロック
のフローシートである。
構成を示すフローシートである。
ートである。
Claims (7)
- 【請求項1】 反応器と、反応器の下流に設けられ、反
応器から処理流体を外部に流出させる処理流体系統とを
備え、被処理液を水熱酸化反応により処理する水熱酸化
反応装置において、 処理流体中のイオンを電気透析法により分離して、脱イ
オン水を生成する電気透析装置を処理流体系統に備えて
いることを特徴とした水熱酸化反応装置。 - 【請求項2】 処理流体系統は、反応器から処理流体を
流出させる処理流体管と、処理流体管に、順次、設けら
れた、中和急冷器、冷却器、圧力制御弁、及び気液分離
器とを備え、 電気透析装置が、気液分離装置で分離された液の流出管
に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の水
熱酸化反応装置。 - 【請求項3】 気液分離装置と電気透析装置の間に逆浸
透膜装置を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記
載の水熱酸化反応装置。 - 【請求項4】 電気透析装置で得られた脱イオン水を水
熱酸化反応装置に補給水として供給するようにしたこと
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の水
熱酸化反応装置。 - 【請求項5】 電気透析装置として、処理流体を酸と塩
基性水溶液と脱塩水とに分離するバイポーラ膜型電気透
析装置が設けてあることを特徴とする請求項1から4の
いずれか1項に記載の水熱酸化反応装置。 - 【請求項6】 電気透析装置で分離した塩基性水溶液を
処理流体系統の中和急冷器に注入するようにしたことを
特徴とした請求項5に記載の水熱酸化反応装置。 - 【請求項7】 処理流体の温度を30℃以上60℃以下
の温度範囲に調節する手段が、電気透析装置の上流の処
理流体系統に設けてあることを特徴とした請求項1から
6のいずれか1項に記載の水熱酸化反応装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001366434A JP2003164751A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 水熱酸化反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001366434A JP2003164751A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 水熱酸化反応装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003164751A true JP2003164751A (ja) | 2003-06-10 |
Family
ID=19176330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001366434A Pending JP2003164751A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 水熱酸化反応装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003164751A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012081373A (ja) * | 2010-10-07 | 2012-04-26 | Panasonic Corp | 軟水化装置及びそれを備えた給湯機 |
JP2015029935A (ja) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 三菱重工業株式会社 | 淡水化装置、及び、淡水化方法 |
WO2018008235A1 (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 水処理装置 |
JPWO2022209641A1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001366434A patent/JP2003164751A/ja active Pending
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JPWO2022209641A1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | ||
WO2022209641A1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 株式会社アストム | バイポーラ膜を用いた電気透析方法 |
JP7356200B2 (ja) | 2021-03-29 | 2023-10-04 | 株式会社アストム | バイポーラ膜を用いた電気透析方法 |
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