JP2007029781A - 有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機廃液の湿式酸化処理において、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法を提供する
【解決手段】 有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で有機廃液を湿式酸化分解する湿式酸化分解炉を有する有機廃液の湿式酸化処理装置において、酸素含有気体を有機廃液と混合し微細気泡化して湿式酸化分解炉に供給するノズルを備え、ノズルは湿式酸化分解炉の炉底側部に開口して設けられ、有機廃液と微細気泡化された酸素含有気体が湿式酸化分解炉の内部空間の内周接線方向に圧入されることにより湿式酸化分解炉内部に旋回流を形成するように構成されてなる有機廃液の湿式酸化処理装置、および同湿式酸化分解炉内に有機廃液の旋回流を形成しながら有機物を酸化分解する有機廃液の湿式酸化処理方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機廃液を亜臨界状態において酸化分解し低コスト、短時間で、環境に負荷を与えることなく無害に処理する有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法に関し、特にその処理時の酸素または空気等の酸素含有気体の消費量を低減することを可能とした有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法に関する。

従来、一般に食品工業廃水等、動植物由来の有機物、バイオマス有機物としての有機廃液は、農地還元（畑地散布）、濃縮・乾燥の後に家畜飼料化、メタン発酵によるエネルギー回収、海洋投棄などにより処理される場合があったが、それらは環境の二次汚染、処理コスト等の問題や、投棄禁止措置等により、近年、新たな処理方法、処理装置が求められている。

一方、水の臨界点、３７４℃、２２．１Ｐａ以上の状態（超臨界状態）においては、有機物は容易に溶解し且つ酸化反応（超臨界水酸化反応）により分解されることが知られているが、その臨界点以上の高温、高圧と超臨界状態における取り扱い条件、装置部材への影響等のため、装置コスト、操作コストが高いという問題があった。

そこで、水の超臨界状態近傍でそれよりも低い温度と圧力状態（亜臨界状態）において、有機廃液中に含まれる有機物（通常は水に溶解している場合が多いが、スラリー状に混合したものもある）を、水性相中で酸化分解（燃焼）処理を行う湿式酸化処理が、その優れた特徴、すなわち、反応速度大、省エネ、安全、省スペース等から注目されている。

なお、本明細書で「有機廃液」とは、有機物が溶解、懸濁しているもののみならず、有機物がスラリー状に混合しており「液」として取り扱える状態の有機廃棄物も含めて、総じて「有機廃液」と言うこととする。

図７に、従来の有機廃液の湿式酸化処理装置の要部概略構成を示し説明する。図中、０１は有機廃液ａの湿式酸化分解を行う湿式酸化分解炉であり、湿式酸化分解炉０１は、亜臨界条件で湿式酸化分解を行う高圧密閉容器で形成され、図示しない高圧ポンプにより有機廃液ａが供給されるとともに、酸素含有気体として図示しない酸素供給装置からの高圧の酸素ｂが供給され、亜臨界状態の高温、高圧下で、有機廃液ａ中にスラリー状の固形有機物がある場合は可溶化され、有機物は完全に酸化分解されて、無機化した炭酸ガスＣＯ_２、窒素ガスＮ_２、水Ｈ_２Ｏを主成分とし、残余の酸素Ｏ_２を含む生成物ｄとして取り出され、気液分離器０２でガスｇと生成水ｗとに分離されて図示しない下流の工程に送られる。なお、図７においては、湿式酸化処理装置としての要部を示し、ポンプ、バルブ、熱交換器、制御系等、および上流側、下流側の付属処理装置も省略されて示されている。

この例の湿式酸化分解炉０１は、上流側に反応塔０１ａ、下流側に触媒塔０１ｂを直列に接続した構成としている。反応塔０１ａでは、酸素含有気体として酸素ｂが供給され亜臨界状態で有機廃液ａを湿式酸化分解して、有機廃液ａ中にスラリー状の固形有機物がある場合は可溶化し、有機廃液ａ中の有機物を中間生成液ｃに変換する。触媒塔０１ｂは反応塔０１ａの下流側に直列に接続し酸素含有気体として酸素ｂが供給され反応塔０１ａから送り込まれた中間生成液ｃを亜臨界状態で触媒０３により無機化する。

なお、酸素含有気体は酸素に限られず空気等でもよく、空気の場合、酸素供給装置に代えて空気供給装置から酸化作用に十分な酸素量となる空気を高圧下で供給してもよいが、以下、酸素を供給する場合で述べる。なお、空気を供給する場合は、生成物ｄ中には空気を構成する他の気体が含まれる。

湿式酸化分解炉０１においては酸化剤となる酸素ｂが充分に有機廃液と接触する必要があり、そのため反応塔０１ａではその底部から有機廃液ａと酸素ｂを供給すると共に、底部近くに多孔板０４を設けて酸素ｂの塔内分散を図っている。また、反応塔０１ａの上方に向かうにつれて塔内に交互に平置される邪魔板０５が設けられ、酸素ａのショートパス防止、接触時間の増加により酸化反応の促進が図られる。触媒塔０１ｂにおいても同様に酸素ｂの塔内分散の必要があり、多孔板０４、邪魔板０５を用いる場合がある。

しかしながら、図７の反応塔０１ａにおけるような多孔板０４と邪魔板０５の組合せは、従来よりガスの液中への分散、吸収、反応を行わせる操作において多く採用され、有機廃液の処理においても例えば特表平１１−５０３０７０号公報（特許文献１）に示されるように邪魔板を用いた装置が提案されているが、図７に示す従来例では充分な処理能力が得られていない。

すなわち、本発明者等が焼酎廃液等の有機廃液の連続湿式酸化処理試験を実施した結果、９９．９％以上の分解率を確認できたが、当該廃液の元素分析から理論的に算出された必要酸素量はＣＯＤｃｒ値の約１．７〜２倍であるところ、実際にはＣＯＤｃｒ値の３〜４倍の酸素供給を要し、供給した酸素の約５０％の酸素しか酸化反応に寄与していないことが判明した。

これは、上記の連続湿式酸化処理試験装置には酸素気泡を発生させるために図７に示す従来例同様に多孔板０４を使用したが、機械加工で開けられる程度の開孔径（直径数ｍｍ程度）であるため、そのような多孔板０４で生じる程度の大きさの気泡は多孔板０４を通過した気泡同士が直ぐに合体してさらに大きい気泡となり、気体流量に対する気液接触面積が小さくなるため、酸素ｂが有機廃液ａに溶解する量が小さく反応性が充分でなく、実際の処理に要する必要酸素量が増大したものと考えられる。このことは、有機廃液の湿式酸化処理において酸素のコストが増大することを意味し、有機廃液の効率的な処理を行う上で、大きなネックとなるものであった。

一方、水中に微細気泡を放出する技術は従来、加圧空気を細孔から水中に吹出させるもの、せん断力が形成された水流内に空気を流入させる、加圧された水の急減圧を行って溶解していた空気を気化する、等の手段がとられるが、例えば特許第３３９７１５４号公報（特許文献２）に示されるものおいても、いずれも河川沼沢の水質浄化や、養殖、活魚運搬における酸素供給等のためのものであって、水中に設け、あるいは水中に向けて設けて微細気泡を注入する技術に止まり、亜臨界状態で湿式酸化処理を行う有機廃液に対して反応を最適に維持し且つ微細気泡を供給するものではなく、また、亜臨界状態で用いる手段としては、適切なものが見出せなかった。

特表平１１−５０３０７０号公報 特許第３３９７１５４号公報

本発明は、有機廃液の湿式酸化処理において、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法を提供することを課題とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされ、下記の（１）から（１３）の手段を提供するものであり、以下、特許請求の範囲に記載の順に説明する。

（１）その第１の手段として、有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解する湿式酸化分解炉を有する有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記酸素含有気体を前記有機廃液と混合し微細気泡化して前記湿式酸化分解炉に供給するノズルを備え、同ノズルは同湿式酸化分解炉の炉底側部に開口して設けられ、前記有機廃液と微細気泡化された酸素含有気体が同湿式酸化分解炉の内部空間の内周接線方向に圧入されることにより同湿式酸化分解炉内部に旋回流を形成するように構成されてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（２）第２の手段としては、有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解する湿式酸化分解炉を有する有機廃液の湿式酸化処理装置において、液中に気体を混合するノズルを備え、同ノズルにより前記有機廃液と微細気泡化した前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記湿式酸化分解炉に供給するように構成してなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（３）また、第３の手段として、第２の手段の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記湿式酸化分解炉は、酸素含有気体が供給され亜臨界状態で有機廃液を湿式酸化分解して中間生成液に変換する反応塔と、同反応塔の下流側に直列に接続し酸素含有気体が供給され前記反応塔から送り込まれた前記中間生成液を亜臨界状態で触媒により無機化する触媒塔とを備え、前記反応塔が前記ノズルを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（４）第４の手段として、第３の手段の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記触媒塔も第２の前記ノズルを備え、第２の前記ノズルにより前記中間生成液と微細気泡化された前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記触媒塔に供給するように構成してなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（５）第５の手段として、第２の手段ないし第４の手段のいずれかの有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは、先細りに形成された内部空間と、同内部空間の先端に設けられた吹出し出口と、同内部空間の後端中央に設けられ前記気体が導入される気体入口と、同内部空間の内周の接線方向に開口し前記液が同内部空間に圧入される液導入路とを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。

（６）第６の手段として、第２の手段ないし第４の手段のいずれかの有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは、後端から前端に向かって形成された液通路と、同液通路の先端に設けられた吹出し出口と、同液通路の後端に設けられ前記液が圧入される液入口と、同ノズルの本体側面に前記気体を前記液通路に導入する気体導入路とを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（７）第７の手段として、第５の手段または第６の手段の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは前記湿式酸化分解炉または同ノズルが取り付けられる前記反応塔、触媒塔の内周の接線方向に前記吹出し出口を配して開口するように取り付けられてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置を提供する。

（８）また、第８の手段として、湿式酸化分解炉に有機廃液と酸素含有気体を供給して同有機廃液中の有機物を酸化分解する有機廃液の湿式酸化処理方法において、同湿式酸化分解炉を亜臨界状態に維持し、同湿式酸化分解炉内に前記有機廃液の旋回流を形成しながら、前記有機物を酸化分解することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する。

（９）第９の手段として、第８の手段の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記湿式酸化分解炉に前記酸素含有気体を微細気泡として供給し、同微細気泡を同湿式酸化分解炉内を旋回しながら上昇させ、同微細気泡の酸素と前記有機廃液とを接触させて、前記有機物を酸化分解することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する。

（１０）第１０の手段として、有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解炉で湿式酸化分解する有機廃液の湿式酸化処理において、ノズルで前記有機廃液中に前記酸素含有気体を混合し、同ノズルから前記有機廃液と微細気泡化した前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記湿式酸化分解炉に吹込んで供給することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する。

（１１）第１１の手段として、第１０の手段の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記湿式酸化分解炉を反応塔と同反応塔の下流側に直列に接続する触媒塔で構成し、同反応塔に前記ノズルにより供給された有機廃液を亜臨界状態で湿式酸化分解して中間生成液に変換し、前記触媒塔に酸素含有気体を供給し前記反応塔から送り込まれた前記中間生成液を亜臨界状態で触媒により無機化することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する。

（１２）第１２の手段として、第１１の手段の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記触媒塔は第２の前記ノズルで前記中間生成液中に前記酸素含有気体を混合し、第２の前記ノズルから同中間生成液と微細気泡化した同酸素含有気体とを混合状態で直接前記触媒塔に吹込んで供給することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する

（１３）第１３の手段として、第１０の手段ないし第１２の手段のいずれかの有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記ノズルは、前記湿式酸化分解炉または同ノズルが取付けられた前記反応塔、触媒塔の内周の接線方向に吹込むことを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法を提供する。

（１）特許請求の範囲に記載の請求項１の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第１の手段のように構成したので、ノズルから湿式酸化分解炉の内周接線方向に有機廃液と微細気泡化した酸素含有気体が圧入されるため、湿式酸化分解炉内空間に酸素含有気体が既に微細に混合された状態で供給され且つ旋回流を生起し炉内を上昇し、湿式酸化分解炉内全体に微細気泡化された酸素が均一に分散する状態が得られ、微細気泡化とあいまって湿式酸化分解の反応性が飛躍的に向上し、また、ノズルにおいて湿式酸化分解炉への供給直前に有機廃液と酸素含有気体を混合して供給するため、気液の再分離、気泡粗大化、温度、圧力が亜臨界状態に制御されない状態を経ることによる不測の反応を起こす恐れも防止され、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置が得られる。

（２）請求項２の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第２の手段のように構成したので、ノズルから有機廃液と微細気泡化した酸素含有気体が混合状態で直接湿式酸化分解炉に供給されるため、湿式酸化分解炉内空間に酸素含有気体が既に微細に混合された状態で供給されて湿式酸化分解炉内全体に微細気泡化された酸素含有気体が均一に分布する状態が得られ、微細気泡化により湿式酸化分解の反応性が向上し、また、ノズルにおいて湿式酸化分解炉への供給直前に有機廃液と酸素含有気体を混合して直接供給するため、気液の再分離、気泡粗大化、温度、圧力が亜臨界状態に制御されない状態を経ることによる不測の反応を起こす恐れも防止され、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置が得られる。

（３）請求項３の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第３の手段のように構成したので、請求項２の発明の効果を、反応塔と触媒塔で湿式酸化分解炉を構成する湿式酸化処理装置の反応塔において奏することができる。

（４）請求項４の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第４の手段のように構成したので、反応塔と触媒塔で湿式酸化分解炉を構成する湿式酸化処理装置において請求項３の発明の効果に加え、請求項２の発明の効果を触媒塔においても奏することができ、有機廃液の湿式酸化処理装置としての上記効果がさらに向上する。

（５）請求項５の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第５の手段のように構成したので、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明の効果に加え、その効果を確実に奏するノズルを具備する有機廃液の湿式酸化処理装置が得られる。

（６）請求項６の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第６の手段のように構成したので、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明の効果に加え、その効果を確実に奏するノズルを具備する有機廃液の湿式酸化処理装置が得られ、ノズルは構造簡単で、コストが低減し、また、目詰まり等のトラブルの恐れも少なく、操作性、操作コストに優れるものとなる。

（７）請求項７の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理装置を上記第７の手段のように構成したので、請求項５または請求項６の発明の効果に加え、ノズルの吹出し出口が湿式酸化分解炉またはノズルが取り付けられる反応塔、触媒塔の内周の接線方向に配されて開口するように取り付けられるため、吹き込まれた有機廃液と微細気泡化した酸素含有気体が旋回流を生起して上昇し、炉内（塔内）全体に微細気泡化された酸素含有気体が均一に分散する状態が得られ、微細気泡化とあいまって湿式酸化分解の反応性が飛躍的に向上する。

（８）請求項８の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第８の手段のように構成したので、湿式酸化分解炉に有機廃液と酸素含有気体を供給して有機廃液中の有機物を酸化分解するに際し、湿式酸化分解炉内に有機廃液の旋回流を形成し湿式酸化分解炉内を旋回上昇させながら有機物を湿式酸化分解するため、湿式酸化分解炉内の酸素含有気体の均一分散性に優れ、著しく反応性が向上し、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる。

（９）請求項９の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第９の手段のように構成したので、請求項８の発明の効果に加え、酸素含有気体が微細気泡として供給されるため、湿式酸化分解炉内を旋回しながら上昇して有機廃液とを接触するため、微細気泡化した酸素含有気体により気液接触面積が増大し有機物を酸化分解する反応性が著しく向上し、必要酸素供給量を大幅に低減できるものとなる。

（１０）請求項１０の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第１０の手段のように構成したので、ノズルで有機廃液中に酸素含有気体を混合し、ノズルから有機廃液と微細気泡化した酸素含有気体とを混合状態で直接湿式酸化分解炉に吹込んで供給するため、湿式酸化分解炉内空間に酸素含有気体が既に微細に混合された状態で供給されて湿式酸化分解炉内全体に微細気泡化された酸素含有気体が均一に分布する状態が得られ、微細気泡化により湿式酸化分解の反応性が向上し、また、ノズルにおいて湿式酸化分解炉への供給直前に有機廃液と酸素含有気体を混合して直接供給するため、気液の再分離、気泡粗大化、温度、圧力が亜臨界状態に制御されない状態を経ることによる不測の反応を起こす恐れも防止され、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理方法が得られる。

（１１）請求項１１の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第１１の手段のように構成したので、請求項１０の発明の効果を、反応塔と触媒塔で湿式酸化分解炉を構成する湿式酸化処理装置の反応塔において奏することができる。

（１２）請求項１２の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第１２の手段のように構成したので、請求項１１の発明の効果に加え、請求項１０の効果を触媒塔においても奏することができ、有機廃液の湿式酸化処理装置としての上記効果がさらに向上する。

（１３）請求項１３の発明によれば、有機廃液の湿式酸化処理方法を上記第１３の手段のように構成したので、請求項１０ないし請求項１２のいずれかの発明の効果に加え、吹き込まれた有機廃液と微細気泡化した酸素含有気体が旋回流を生起して上昇し、炉内（塔内）全体に微細気泡化された酸素含有気体が均一に分散する状態が得られ、微細気泡化とあいまって湿式酸化分解の反応性が飛躍的に向上する。

本発明を実施するための最良の形態として、以下に実施例１と実施例２を説明する。

本発明の実施例１に係る有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法を、図１から図１から図４にもとづき説明する。図１（ａ）は本実施例および後述の実施例２の有機廃液の湿式酸化処理装置の要部概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）中Ａ矢視による反応塔平面図である。図２（ａ）は図１中の反応塔（または触媒塔）の本実施例における底部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｂ矢視とＢ′矢視による一部断面位置を変えた平面断面図である。（ａ）は（ｂ）中Ｃ矢視による立面図となる。図３は図２中のノズルの拡大図であり、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｄ矢視による側面断面図である。図４は本実施例による試験装置における気泡発生状態の説明図である。

本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置は、図１に示すように、有機廃液ａの湿式酸化分解を行う湿式酸化分解炉１を備え、湿式酸化分解炉１は、亜臨界条件で湿式酸化分解を行う高圧密閉容器で形成され、図示しない高圧ポンプにより有機廃液ａが供給されるとともに、酸素含有気体として図示しない酸素供給装置からの高圧の酸素ｂが供給され、亜臨界状態の高温、高圧下で、有機廃液ａ中にスラリー状の固形有機物がある場合は可溶化され、有機物は完全に酸化分解されて、無機化した炭酸ガスＣＯ_２、窒素ガスＮ_２、水Ｈ_２Ｏを主成分とし、残余の酸素Ｏ_２を含む生成物ｄとして取り出され、気液分離器２でガスｇと生成水ｗとに分離されて図示しない下流の工程に送られる。なお、図１においては、湿式酸化処理装置としての要部を示し、ポンプ、バルブ、熱交換器、制御系等、および上流側、下流側の付属処理装置も省略されて示されている。

本発明における湿式酸化分解炉１を限定するものではないが、本実施例の湿式酸化分解炉１は、上流側に反応塔１ａ、下流側に触媒塔１ｂを直列に接続した構成としている。反応塔１ａでは、酸素含有気体として酸素ｂが供給され亜臨界状態で有機廃液ａを湿式酸化分解して、有機廃液ａ中にスラリー状の固形有機物がある場合は可溶化し、有機廃液ａ中の有機物を中間生成液ｃに変換する。触媒塔１ｂは反応塔１ａの下流側に直列に接続し酸素含有気体として酸素ｂが供給され反応塔１ａから送り込まれた中間生成液ｃを亜臨界状態で触媒３により無機化する。

なお、酸素含有気体は酸素に限られず空気等でもよく、空気の場合、酸素供給装置に代えて空気供給装置から酸化作用に十分な酸素量となる空気を高圧下で供給してもよいが、以下、酸素を供給する場合で述べる。なお、空気を供給する場合は、生成物ｄ中には空気を構成する他の気体が含まれる。

以上については、前述の図７の従来例と同様であるが、図２に示すように、本実施例においては、反応塔１ａの炉底側部６ａに開口し、酸素ｂを有機廃液ａと混合し、微細気泡化して反応塔１ａに供給するノズル１０が設けられている。すなわち、ノズル１０において有機廃液ａ中に酸素ｂを混合して、ノズル１０により有機廃液ａと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接反応塔１ａに供給するように構成している。また、本実施例においては、反応塔１ａ内には多孔板０４、邪魔板０５に相当するものは設けられていない。

触媒塔１ｂには、内設された触媒３より下方においてその炉底側部６ｂに開口し、酸素ｂを中間生成液ｃと混合し、微細気泡化して触媒塔１ｂに供給するノズル１０′が設けられている。すなわち、ノズル１０′において中間生成液ｃ中に酸素ｂを混合して、ノズル１０′により中間生成液ｃと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接触媒塔１ｂに供給するように構成している。また、本実施例においては、触媒塔１ｂ内には多孔板０４、邪魔板０５に相当するものは設けられていない。

また、図２に示すように、ノズル１０は反応塔１ａの塔内空間７ａの内周８ａの接線方向に向けて取付けられ、有機廃液ａと微細気泡化された酸素ｂ′が反応塔１ａの塔内空間７ａの内周接線方向に圧入されることにより反応塔１ａ内部に旋回流を形成するように構成されている。ノズル１０′も同様に、触媒塔１ｂの塔内空間７ｂの内周８ｂの接線方向に向けて取付けられ、中間生成液ｃと微細気泡化された酸素ｂ′が触媒塔１ｂの塔内空間７ｂの内周接線方向に圧入されることにより触媒塔１ｂに内設された触媒３の下方において触媒塔１ｂ内部に旋回流を形成するように構成されている。

ノズル１０とノズル１０′は基本的に同じ構造のものであって、図３にノズル１０を示し、説明する。ノズル１０は、先細りに形成された回転体状の内部空間１１と、内部空間１１の先端に設けられた吹出し出口１２と、内部空間１１の後端中央に設けられ酸素ｂが導入される気体入口１３と、内部空間１１の内周１１ａの接線方向に開口し有機廃液ａ（ノズル１０′では中間生成液ｃ）が内部空間１１に圧入される液導入路１４とを備えている。内部空間１１は本実施例において、後端側が円筒形、先端側が円錐形をなしているが、円錐形だけで構成されてもよく、断面が滑らかに変化する先細り形状でもよい。図３において気体入口１３と液導入路１４は図示しないそれぞれの配管をネジ込む形状を示すが、勿論その構造に限定されるものではない。

本実施例のノズル１０は、上記のように構成されているので、有機廃液ａは液導入路１４から内部空間１１の内周接線方向に圧入されると、内部空間１１の周面に沿う旋回流となって流れ、酸素ｂは内部空間１１の中心部を軸方向に流れ、両者が直ぐ混合することはないが、ノズル１０の吹出し出口１２に近づくにつれて流路面積が小さくなるので酸素ｂと有機廃液ａとがぶつかり合い、このとき酸素ｂの流れ方向に対して有機廃液ａの流れ方向がせん断する方向となっているために、酸素ｂは細かく分断されて有機廃液ａと混合し、吹出し出口１２からは、有機廃液ａと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接反応塔１ａに吹き込んで供給することができる。

ノズル１０′においても同様に、中間生成液ｃと酸素ｂが導入され、ノズル１０′の吹出しノズル１２から、中間生成液ｃと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接触媒塔１ｂに吹き込んで供給することができる。

また、本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置は、ノズル１０、１０′はその取付けられる反応塔１ａ、触媒塔１ｂの内周の接線方向に吹出し出口１２を配して開口するように取り付けられているので、図４に反応塔１ａの場合を示すように、接線方向に吹き込まれる有機廃液ａと微細気泡化した酸素ｂ′、あるいは中間生成液ｃと微細気泡化した酸素ｂ′が塔内空間７ａ、７ｂに旋回流Ｘを生起し、反応塔１ａ、触媒塔１ｂ内に既に微細に混合された状態で供給され且つ共に旋回流Ｘとなって塔内を上昇するので、各塔１ａ、１ｂ内全体に微細気泡化された酸素ｂ′が均一に分散する状態が得られる。

特に、酸素含有気体としての酸素ｂが、湿式酸化分解炉１（反応塔１ａ）内に貯留している有機廃液ａ中に単独で吹き込まれる場合は、酸素ｂを微細気泡化しても塔内空間７ａにおいて有機廃液ａ中に均一分散することには限界があるが、本実施例ではノズル１０で有機廃液ａと微細気泡化した酸素ｂ′とが混合状態で反応塔１ａに供給されるので均一分散が飛躍的に向上する。触媒塔１ｂにおいてもノズル１０′により均一分散の飛躍的向上がなされる。

また、予め有機廃液ａと酸素ｂを混合して後に、その混合物を何らかのノズル等で反応塔１ａに供給する場合は、有機廃液ａと酸素ｂの再分離、気泡粗大化、温度、圧力が亜臨界状態に制御されない状態を経ることにより不測の反応を起こす恐れ等があるが、本実施例ではノズル１０において反応塔１ａへの供給直前に混合して反応塔１ａに直接吹き込んで供給するため、そのような問題も防止される。

また、本実施例では、反応塔１ａに有機廃液ａと酸素ｂを直接吹き込んで供給するため、混合後に温度、圧力が亜臨界状態に制御されない状態を経ることがなく、混合後に不測の反応を起こすことによる障害が防止される。

以上のように、本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置においては、そのノズル１０、１０′により酸素含有気体としての酸素ｂが微細気泡化されて供給される。本発明者達が上記従来例に即して実施した試験結果からは、従来例における最大気泡径は２０ｍｍ程度であったのに対して、本実施例のノズル１０（１０′）によれば、最大気泡径は数ｍｍオーダー、例えば最大気泡径４ｍｍのものが容易に得られた。そのため、上記のような酸素ｂ供給の均一分散性による反応良好化、不良反応の防止等の効果のほか、以下に述べるように酸素ｂの微細気泡化により反応性も飛躍的に向上し、酸素ｂの必要供給量を大幅に低減できるものとなる。

すなわち、湿式酸化分解反応は、有機廃液ａ中に酸素ｂが溶解して酸化反応を生起することから、気液接触面積Ｓが反応性の比例的要素となると考えられる。

ここで、酸素気泡を球として気泡面積Ａは気泡径をＤとすると、Ａ＝πＤ^２であり、気泡体積Ｖは、Ｖ＝πＤ^３／６である。・・・・・・・・・・・（１）
一方、気泡径Ｄを均一として酸素供給量をＱとすると、気泡数Ｎは、Ｎ＝Ｑ／Ｖであり、酸素供給量Ｑ＝気泡体積Ｖ合計＝ＶＮ、気液接触面積Ｓ＝気泡面積Ａ合計＝ＡＮである。・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
上記（２）に（１）を代入すると、Ｑ＝（Ｄ・Ｓ）／６が得られる。・・・・（３）
したがって、気泡径Ｄ１に対して、Ｑ１＝（Ｄ１・Ｓ１）／６、気泡径Ｄ２に対して、Ｑ２＝（Ｄ２・Ｓ２）／６として、酸素供給量Ｑを変えずに酸素気泡径Ｄを変えた場合を考えると、上記（３）において、Ｑ１＝Ｑ２の関係から、
Ｓ２／Ｓ１＝Ｄ１／Ｄ２となる。・・・・・・・・・・・・・（４）
例えば、本発明者等が実施した上記試験結果から従来の気泡径２０ｍｍをもって、Ｄ１＝２０ｍｍとし、
一方、上記のように本実施例において得られる気泡径を、Ｄ２＝４ｍｍとすると、（４）から、
Ｓ２＝５・Ｓ１となり、気泡径Ｄが１／５になったことにより、本実施例の気液接触面積Ｓ２は従来の気液接触面積Ｓ１の５倍となって、約５倍の反応性を有するものとなる。

また、本実施例における酸素供給量Ｑ２を、従来の酸素供給量Ｑ１の半分とした場合は、（３）においてＱ２＝０．５・Ｑ１の関係から、
Ｓ２／Ｓ１＝Ｄ１／（２・Ｄ２）となる。・・・・・・・・・（５）
気泡径Ｄの違いは上記どおりとして、Ｄ１＝２０ｍｍ、Ｄ２＝４ｍｍとすると、（５）から、
Ｓ２＝２．５・Ｓ１となり、酸素供給量Ｑを半分に低減しても、本実施例の気液接触面積Ｓ２は従来の気液接触面積Ｓ１の２．５倍となって、約２．５倍の反応性を有するものとなる。

したがって、前述のように、湿式酸化処理において廃液の元素分析から理論的に算出された必要酸素量はＣＯＤｃｒ値の約１．７〜２倍であるところ、上記従来例においては実際の処理能力を得るためにはＣＯＤｃｒ値の３〜４倍の酸素供給を要し、理論的必要酸素量の約２倍の酸素供給量を要したところが、本実施例によれば、酸素供給量Ｑを現状の半分にしても反応性は約２．５倍あるので、酸素供給量の半減が可能となり、半減しても従来どおりの処理能力を発揮できるものとなる。

以上から、本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置によれば、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置が得られる。

本実施例の有機廃液の湿式酸化処理方法は上記のように、湿式酸化分解炉１に有機廃液ａと酸素ｂを供給して有機廃液ａ中の有機物を酸化分解するに際し、湿式酸化分解炉１を亜臨界状態に維持し、湿式酸化分解炉内に有機廃液ａの旋回流を形成しながら、有機物を酸化分解するため、湿式酸化分解炉内の均一分散性に優れ、また、湿式酸化分解炉１に酸素含有気体としての酸素ｂを微細気泡ｂ′として供給し、微細気泡ｂ′を湿式酸化分解炉内を旋回しながら上昇させ、微細気泡の酸素ｂ′と有機廃液ａとを接触させて、有機物を酸化分解するので微細気泡化した酸素ｂ′によって著しく反応性が向上し、必要酸素供給量を低減できるものとなるのである。

また、具体的には、ノズル１０で有機廃液ａ中に酸素ｂを混合し、ノズル１０から有機廃液ｂと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接湿式酸化分解炉１に吹込んで供給し、また、湿式酸化分解炉１を反応塔１ａと反応塔の下流側に直列に接続する触媒塔１ｂで構成し、反応塔１ａにノズル１０により供給された有機廃液ａを亜臨界状態で湿式酸化分解して中間生成液ｃに変換し、触媒塔１ｂに酸素ｂを供給し反応塔から送り込まれた中間生成液ｃを亜臨界状態で触媒３により無機化するものであり、触媒塔においても第２のノズル１０′から中間生成液ｃと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接触媒塔１ｂに吹込んで供給し、さらには、ノズル１０、１０′から、反応塔１ａ、触媒塔１ｂの内周の接線方向に吹込む有機廃液の湿式酸化処理方法であって、上記湿式酸化処理装置において説明した作用効果を奏することができる。

したがって、本実施例の有機廃液の湿式酸化処理方法によれば、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理方法が得られる。

本発明の実施例２に係る有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法を、前述の図１および図５、図６にもとづき説明する。図５（ａ）は図１中の反応塔（または触媒塔）の本実施例における底部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｅ矢視とＥ′矢視による一部断面位置を変えた平面断面図である。（ａ）は（ｂ）中Ｆ矢視による立面図となる。図６は図５中のノズルの拡大図であり、（ａ）は立面断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｇ矢視による側面断面図である。なお、図６においてノズルは、図５と図示する気体導入路の配向が異なっているがそれ以外同じものである。

本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置は、前述の実施例１のノズル１０（１０′）と態様が異なるノズル２０（２０′）を用いるだけで、そのほかは同じである。したがって、ノズル２０（２０′）の構造を主に以下説明する。

図５に示すように、ノズル２０は反応塔１ａの塔内空間７ａの内周８ａの接線方向に向けて取付けられ、有機廃液ａと微細気泡化された酸素ｂ′が反応塔１ａの塔内空間７ａの内周接線方向に圧入されることにより反応塔１ａ内部に旋回流を形成するように構成されている。ノズル２０′も同様に、触媒塔１ｂの塔内空間７ｂの内周８ｂの接線方向に向けて取付けられ、中間生成液ｃと微細気泡化された酸素ｂ′が触媒塔１ｂの塔内空間７ｂの内周接線方向に圧入されることにより触媒塔１ｂに内設された触媒３の下方において触媒塔１ｂ内部に旋回流を形成するように構成されている。

ノズル２０とノズル２０′は基本的に同じ構造のものであって、図６にノズル２０を示し、説明する。ノズル２０（２０′）は、後端から前端に向かって形成された液通路２１と、液通路２１の先端に設けられた吹出し出口２２と、液通路２１の後端に設けられ有機廃液ａが圧入される液入口２４と、ノズル２０（２０′）の本体側面に酸素ｂを液通路２１に導入する気体導入路２３とを備えている。

図６において気体導入路２３と液入口２４は図示しないそれぞれの配管をネジ込む形状を示すが、勿論その構造に限定されるものではない。

本実施例のノズル２０は、上記のように構成されているので、有機廃液ａは液導入路２４から液通路２１を先端方向に圧入されると、吹出し出口２２へ向かって急速に流れ、気体導入路２３から導入された酸素ｂは、液通路２３の有機廃液ｂの急流に吸引されて合流し且つ合流部で酸素ｂはせん断を受けて微細化され、吹出し出口２２からは、有機廃液ａと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接反応塔１ａに吹き込んで供給することができる。

ノズル２０′においても同様に、中間生成液ｃと酸素ｂが導入され、ノズル２０′の吹出し出口２２から、中間生成液ｃと微細気泡化した酸素ｂ′とを混合状態で直接触媒塔１ｂに吹き込んで供給することができる。

実施例１のノズル１０（１０′）と、ノズル２０（２０′）とにおける有機廃液ａと酸素ｂの混合、酸素ｂの微細気泡化の態様は異なるが、ノズル２０（２０′）の反応塔１ａ（１ｂ）への取付け方、用い方、有機廃液の湿式酸化処理装置、湿式酸化処理方法としての作用効果は実施例１と実質同じである。なお、本実施例のノズル２０（２０′）は実施例１のものに比べ、ノズルとしては構造簡単で、コストが低減し、また、目詰まり等のトラブルの恐れも少なく、操作性、操作コストに優れるものとなる。

よって、本実施例の有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法によれば、実施例１と同様に、装置構成が簡単で、湿式酸化分解の効率が高く、必要酸素量を低減でき、装置コスト、処理操作コストを低減できる有機廃液の湿式酸化処理装置および湿式酸化処理方法が得られる。

以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。

例えば、上記実施例のノズル１０、２０は反応塔１ａのみに設け、触媒塔１ｂは別の装置、方法によって酸素ｂを供給してもよい。また、反応塔１ａ、触媒塔１ｂの一方に上記ノズル１０（１０′）を設け、他方に上記ノズル２０（２０′）を設けてもよい。

また、前述したが、酸素ｂは、空気等の他の適切な酸素含有気体に置き換えて用いてもよい。その場合、所定の必要酸素供給量が得られるように諸ファクタを設定することは勿論である。

また、上記ノズル１０（２０）、１０′（２０′）は、炉底側部６ａ、６ｂに開口し塔内空間７ａ、７ｂの内周接線方向に有機廃液ａ（中間生成液ｃ）と微細気泡化した酸素ｂ′を吹き込むようにしているが、そのことは塔内空間７ａ、７ｂ内に旋回流を起こすことが肝要であって、図示のように各塔１ａ、１ｂの下方側面部に取付けられて開口するものに限定されず底面の外周寄りの位置も含む炉底側部６ａ、６ｂに取付けられて開口し内周接線方向に吹き込むものであればよい。

なお、本発明は、その構成によって従来例に示されるような多孔板０４、邪魔板０５を設けなくても上述のごとく十分な反応性向上を奏するものであり、各実施例において多孔板、邪魔板を設けていないが、それらを追設することを否定するものではなく、要に応じて本発明の作用効果を損なわないように適宜加えてもよい。

（ａ）は本発明の実施例１および実施例２に係る有機廃液の湿式酸化処理装置の要部概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）中Ａ矢視による反応塔平面図である （ａ）は図１中の反応塔または触媒塔の実施例１における底部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｂ矢視とＢ′矢視による一部断面位置を変えた平面断面図である。 図２中のノズルの拡大図であり、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｄ矢視による側面断面図である。 実施例１による試験装置における気泡発生状態の説明図である。 （ａ）は図１中の反応塔または触媒塔の実施例２における底部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｅ矢視とＥ′矢視による一部断面位置を変えた平面断面図である。 図５中のノズルの拡大図であり、（ａ）は立面断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｇ矢視による側面断面図である。 従来の有機廃液の湿式酸化処理装置の要部概略構成図である。

符号の説明

１ 湿式酸化分解炉
１ａ 反応塔
１ｂ 触媒塔
２ 気液分離器
３ 触媒
６ａ、６ｂ 炉底側部
７ａ、７ｂ 塔内空間
８ａ、８ｂ 内周
１０、１０′ ノズル
１１ 内部空間
１１ａ 内周
１２ 吹出し出口
１３ 気体入口
１４ 液導入路
２０、２０′ ノズル
２１ 液通路
２２ 吹出し出口
２３ 気体導入路
２４ 液入口

Claims (13)

1. 有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解する湿式酸化分解炉を有する有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記酸素含有気体を前記有機廃液と混合し微細気泡化して前記湿式酸化分解炉に供給するノズルを備え、同ノズルは同湿式酸化分解炉の炉底側部に開口して設けられ、前記有機廃液と微細気泡化された酸素含有気体が同湿式酸化分解炉の内部空間の内周接線方向に圧入されることにより同湿式酸化分解炉内部に旋回流を形成するように構成されてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
2. 有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解する湿式酸化分解炉を有する有機廃液の湿式酸化処理装置において、液中に気体を混合するノズルを備え、同ノズルにより前記有機廃液と微細気泡化した前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記湿式酸化分解炉に供給するように構成してなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
3. 請求項２に記載の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記湿式酸化分解炉は、酸素含有気体が供給され亜臨界状態で有機廃液を湿式酸化分解して中間生成液に変換する反応塔と、同反応塔の下流側に直列に接続し酸素含有気体が供給され前記反応塔から送り込まれた前記中間生成液を亜臨界状態で触媒により無機化する触媒塔とを備え、前記反応塔が前記ノズルを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
4. 請求項３に記載の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記触媒塔も第２の前記ノズルを備え、第２の前記ノズルにより前記中間生成液と微細気泡化された前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記触媒塔に供給するように構成してなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは、先細りに形成された内部空間と、同内部空間の先端に設けられた吹出し出口と、同内部空間の後端中央に設けられ前記気体が導入される気体入口と、同内部空間の内周の接線方向に開口し前記液が同内部空間に圧入される液導入路とを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
6. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは、後端から前端に向かって形成された液通路と、同液通路の先端に設けられた吹出し出口と、同液通路の後端に設けられ前記液が圧入される液入口と、同ノズルの本体側面に前記気体を前記液通路に導入する気体導入路とを備えてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の有機廃液の湿式酸化処理装置において、前記ノズルは前記湿式酸化分解炉または同ノズルが取付けられる前記反応塔、触媒塔の内周の接線方向に前記吹出し出口を配して開口するように取り付けられてなることを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理装置。
8. 湿式酸化分解炉に有機廃液と酸素含有気体を供給して同有機廃液中の有機物を酸化分解する有機廃液の湿式酸化処理方法において、同湿式酸化分解炉を亜臨界状態に維持し、同湿式酸化分解炉内に前記有機廃液の旋回流を形成しながら、前記有機物を酸化分解することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
9. 請求項８に記載の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記湿式酸化分解炉に前記酸素含有気体を微細気泡として供給し、同微細気泡を同湿式酸化分解炉内を旋回しながら上昇させ、同微細気泡の酸素と前記有機廃液とを接触させて、前記有機物を酸化分解することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
10. 有機廃液と酸素含有気体が供給され亜臨界状態で同有機廃液を湿式酸化分解炉で湿式酸化分解する有機廃液の湿式酸化処理において、ノズルで前記有機廃液中に前記酸素含有気体を混合し、同ノズルから前記有機廃液と微細気泡化した前記酸素含有気体とを混合状態で直接前記湿式酸化分解炉に吹込んで供給することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
11. 請求項１０に記載の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記湿式酸化分解炉を反応塔と同反応塔の下流側に直列に接続する触媒塔で構成し、同反応塔に前記ノズルにより供給された有機廃液を亜臨界状態で湿式酸化分解して中間生成液に変換し、前記触媒塔に酸素含有気体を供給し前記反応塔から送り込まれた前記中間生成液を亜臨界状態で触媒により無機化することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
12. 請求項１１に記載の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記触媒塔は第２の前記ノズルで前記中間生成液中に前記酸素含有気体を混合し、第２の前記ノズルから同中間生成液と微細気泡化した同酸素含有気体とを混合状態で直接前記触媒塔に吹込んで供給することを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
13. 請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の有機廃液の湿式酸化処理方法において、前記ノズルは、前記湿式酸化分解炉または同ノズルが取付けられた前記反応塔、触媒塔の内周の接線方向に吹込むことを特徴とする有機廃液の湿式酸化処理方法。
    

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