JP2009240848A - 有機物分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃液中の有機物を効率的に分解処理可能な有機物分解装置を提供する。
【解決手段】有機物分解装置１は、第２移送管５内を移送される有機廃液に酸化剤を供給する酸化剤供給部としての供給管１１と、第２移送管５内の有機廃液に旋回流を発生させる旋回流発生部としての羽根部材１２と、羽根部材１２よりも下流側に配置されて第２移送管５内の流路を複数の分割流路に区画した区画部１４とを備える。旋回流として区画部１４に到達した有機廃液中に含まれる酸化剤は、区画部１４を形成する板状部材の表面に衝突することによって微細化される。そして、この微細化された酸化剤が流路内を移送される有機廃液中の有機物に接触することで有機物が分解される。
【選択図】図２

Description

本発明は、廃液中の難分解性有機物を分解・脱色するための有機物分解装置に関し、例えば、バイオエタノール、清酒等の生産に伴って産出される難分解性有機物としてのメラノイジン様物質の分解・脱色に好適な有機物分解装置に関する。

近年、地球温暖化問題に対する関心の高まりから、石油等の化石燃料の代替燃料として、さとうきび、とうもろこし、非食用のセルロース等のバイオマスを原料として生成されるバイオエタノールが脚光を浴びている。バイオエタノールは、上記の各種バイオマスを化学的、酵素的に単糖類に分解し、この単糖類を、微生物反応を利用して低濃度エタノールへと変換した後、低濃度エタノールを濃縮、蒸留等することにより生産される。一方、バイオエタノールの生産に伴う副産物として、難分解性有機物であるメラノイジン様物質を含む廃液（有機廃液）が多量に産出される。この有機廃液をそのまま海洋や河川に投棄すると環境汚染が甚大となることから、廃液処理に関する研究が活発になされている。

例えば特開平９−２４８５６２号公報（特許文献１）には、オゾン水による再生工程とアルカリ水による再生工程とを適宜組み合わせて有機廃液の脱色（有機物の分解）に用いた活性炭素繊維の再生を行いながら、活性炭素繊維に有機物を吸着させることによって廃液中の有機物を分解する方法が開示されている。この他、オゾン等の酸化剤による酸化作用を利用して廃液中の有機物を分解する方法も公知である。この方法は、例えば特開平１０−２９０９２８号公報（特許文献２）に記載のように、移送管内の廃液（文献中「浴用水」）にエジェクタを介してオゾンを注入・溶解させ、このオゾンを含む廃液を浄化槽に移送した後、主に浄化槽内でオゾンを有機物に接触・反応させることによって廃液中の有機物を分解するものである。
特開平９−２４８５６２号公報 特開平１０―２９０９２８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、オゾン水による再生工程が、水洗、温水洗、オゾン水洗、温水洗、水洗の各処理からなることに加え、アルカリ水による再生工程が、水洗、温水洗、アルカリ水洗、温水洗、水洗の各処理からなることから、工程が複雑化して多大な処理費用を要する。

また特許文献２の方法も含め、従来のオゾン処理法は、上述のとおり、移送管内を移送される廃液にオゾンを注入し、これを浄化槽に移送した後、浄化槽内で有機物の分解を行うようにするのが一般的である。しかしながら、容量が大きくかつ開放された浄化槽内ではオゾンが分散し易いために、オゾンと有機物とを高密度にかつ長時間接触させるのは困難である。そのため廃液処理を効率的に行うのが難しく、処理時間の長大化が避けられない。例えばポンプ能力を大きくして流速を速め、浄化槽への到達時間を短縮することによって処理時間の短縮を図ることも可能ではあるが、その場合には消費電力量が増大し、かつポンプの設置スペースが増大するという問題が生じる。また、有機物の分解を主に行う浄化槽が必要なため、処理装置の大型化・複雑化が避けられない。

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、簡単かつコンパクトな構成でありながら、廃液中の有機物を効率的に分解することができる有機物分解装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、廃液中の有機物を分解する装置であって、廃液を移送する移送管と、移送管内の廃液に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、移送管内の廃液に旋回流を発生させる旋回流発生部と、酸化剤供給部および旋回流発生部よりも下流側に配置され、移送管内の流路を管軸方向に延びる複数の分割流路に区画した区画部とを備えることを特徴とする有機物分解装置を提供する。なお、本発明で使用可能な酸化剤は、気体、液体、固体を問わない。気体の酸化剤の一例としてはオゾンを、また液体の酸化剤の一例としては過酸化水素水を挙げることができる。

上記の構成を備える有機物分解装置を用いた場合、以下示す態様で有機物が分解されるものと考えられる。なお、便宜上、ここでは気体の酸化剤を使用する場合を例にとって説明する。まず、区画部に旋回流として供給される酸化剤を含む廃液は、管軸方向に延びる複数の分割流路に分流される。このとき、区画部の表面が、廃液の旋回方向成分の流れに対して抵抗する抵抗体として機能する。そのため、廃液中に含まれる酸化剤は、区画部の表面に酸化剤を含む廃液が衝突することによって微細化されて散乱し、そして、微細化した酸化剤は、廃液中の有機物に対して高密度に接触（吸着）する。また、区画部に旋回流として供給される酸化剤を含む廃液は、区画部の表面にこれが衝突することにより、区画部で区画された分割流路に沿った流れ、すなわち管軸方向に沿った流れに概ね整流される。そのため、微細化された酸化剤（有機物を吸着した酸化剤）は、整流された流れに沿って相互に整列された状態を維持しながら管軸方向に沿って下流側に移送され、微細化された酸化剤が、衝突・結合等して再び粗大化する事態が効果的に防止される。従って、微細化された酸化剤がそのままの状態で残存する確率が高められ、有機物を効率的に分解することができると考えられる。

このように、本発明に係る有機物分解装置では、廃液が連続的に移送され、かつ閉空間である移送管内において、酸化剤を微細化すると共に、この微細化された酸化剤で有機物が分解されるものと考えられる。そのため、酸化剤としてオゾン等の気体を用いる場合であっても、廃液中の酸化剤含有量の低下を極力抑制することができることに加え、酸化剤が分散するような事態を効果的に抑制あるいは防止することができる。従って、酸化剤と有機物とを高密度にかつ長時間接触させることができ、廃液中の有機物を効率的に分解することが可能になる。また、有機物を効率的に分解することが可能となる分、必要なポンプ能力が小さくて済み、消費電力量を抑制することができる。また、比較的小さなポンプを用いることができることに加え、有機物の分解を移送管内で行うことができ、酸化剤を有機物に反応させるための浄化槽も特段必要としないので、簡単かつコンパクトな構成である。

区画部は、管軸方向の一箇所のみならず、管軸方向の複数箇所に設けることができる。区画部を管軸方向の複数箇所に設ければ、上記の作用によって酸化剤を一層微細化することが可能となる。

旋回流として下流側に移送される廃液は、移送管の内壁面を沿うように旋回しながら下流側に移送されるため、移送管内の流路のうち、旋回流発生部よりも下流側の領域（より厳密には旋回流発生部と区画部の間の領域）では、内径側の領域が外径側の領域に比べて低圧となる。そのため、例えば、旋回流発生部を、複数の羽根を放射状に配した羽根部材で形成し、この羽根部材の内周に設けた酸化剤供給部の供給口を設ければ、酸化剤の供給が水圧によって妨げられるような事態を可及的に防止することができる。また、供給口を介して移送管内（廃液）に供給される酸化剤に対して陰圧による引き込み力が作用する。従って、酸化剤を効率的に供給することが可能となる。

旋回流発生部と区画部との間にオリフィス部（絞り部）を設けることもできる。このようにすれば、オリフィス部を通過して下流側に移送される酸化剤を含む廃液（旋回する廃液）の旋回速度が加速されるため、酸化剤を含む廃液が区画部の表面に衝突した際に廃液中に含まれる酸化剤に対して付与される衝撃力はより一層高まる。従って、酸化剤をより一層微細化することが可能となる。

また、区画部の下流側には、流路断面積を局所的に縮小させる断面積縮小部をさらに設けることもできる。このようにすれば、これを設けない場合に比べて、区画部と断面積縮小部との間に介在する廃液の水圧を高めることができる。そのため、区画部を通過して微細化された酸化剤は、このような高い水圧下に置かれることによって一層微細化する。なお、断面積縮小部の形態は任意であるが、これを例えば複数の羽根を放射状に配した羽根部材とし、かつこれを移送管の開放端に固定すれば、移送管の開放端に接続される貯水槽（貯留槽）等に酸化剤を効率良く分散させることも可能となる。このように、貯留槽内に酸化剤を効率良く分散させることができれば、貯留槽内においても有機物の分解を行うことが可能となる。

以上に示すように、本発明によれば、廃液中の有機物を効率的に分解することができるので、処理時間を短縮して、また過大なポンプ能力も不要化して廃液処理コストの低廉化を図ることができる。また、かかる効果を、コンパクトな装置で達成することができる。これにより、例えばバイオエタノールの製造過程において多量に産出される有機廃液の処理を効率的に行うことが可能となり、バイオエタノールの普及に貢献することができる。もちろん、本発明はこのような工業的用途に限定されるものではなく、例えば風呂水の浄化装置等、家庭用の浄化装置に応用することも可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る有機物分解装置の概念図である。同図に示す有機物分解装置１は、有機物を含む廃液（以下、有機廃液とも言う）を貯留する貯留槽２の排出側および流入側にそれぞれ接続された第１移送管３および第２移送管５と、第１および第２移送管の間に配設されたポンプ４とを備え、貯留槽２→第１移送間３→ポンプ４→第２移送管５→貯留槽２という経路で有機廃液を循環させながら、有機廃液中に供給した酸化剤の酸化作用を利用して有機廃液中の有機物の分解処理（廃液の脱色）を行うものである。

図２に示すように、第２移送管５には、有機廃液に酸化剤を供給（注入）する酸化剤供給部としての供給管１１と、有機廃液を下流側に旋回状の流れ（旋回流）として供給する旋回流発生部としての羽根部材１２と、供給管１１および羽根部材１２よりも下流側に配置された区画部１４とが設けられる。本実施形態では酸化剤としてオゾンを用いており、従って、供給管１１には、図示しないオゾン発生装置が接続されている。

羽根部材１２は、図３に示すように、管軸中心よりも所定量外径側で連結されて径方向外側に放射状に延びる複数枚（本実施形態では４枚）の羽根１２ａからなり、この羽根部材１２の内周には供給管１１の供給口１１ａが配設されている。各羽根１２ａには、図２に示すように、扇風機の羽根のような捻れが設けてあり、この捻れによって隣接する各羽根１２ａ間に径方向に延びる放射状の溝１２ｂが形成される。また、図３に示すように、この羽根部材１２は、各羽根１２ａの外径面の周方向一部領域に設けた突起１２ａ１を、第２移送管５の内周面に対して嵌合させることにより、第２移送管５の内周に固定されている。

区画部１４は、図４にも示すように、管軸方向の３箇所に隙間無く連設された第１〜第３の区画部１４ａ〜１４ｃで構成される。各区画部１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、管軸方向に延びる４枚の板状部材１４ａ１〜１４ａ３を断面十字形状に配したものとされる。各区画部１４ａ〜１４ｃは、第２移送管５の内周面に設けた凹溝５ａに嵌合されており、これにより、第２移送管５に対する各区画部１４ａ〜１４ｃの相対移動が規制される。そして、各区画部１４ａ〜１４ｃは、これをそれぞれ形成する板状部材１４ａ１〜１４ｃ１の表面で、第２移送管５の流路を中心角９０°の断面扇状の流路（分割流路）に区画している。なお、第１〜第３の区画部１４ａ〜１４ｃは、これらが区画する分割流路の周方向位置がそれぞれ異なるように、第２移送管５に対する周方向の位相をそれぞれずらして配設されている。

ところで、第２移送管５は、図２に示すように、複数の管状部材を連結して形成されており、各管状部材はそれぞれの両端部に設けられたフランジ部を相互に付き合わせた状態で締結されている。そのため、第２移送管５のうち、区画部１４を管内に配した管状部材は１つのユニットとして取り外し可能であり、これにより、区画部１４の配置態様や配設数の変更を容易に行うことができるようになっている。

次に、この有機物分解装置１の動作を以下説明する。

まず、図１および図２に示すように、貯留層２から排出された有機廃液が、第１移送管３およびポンプ４を介して第２移送管５の流路内に流入して羽根部材１２まで到達すると、有機廃液は、羽根部材１２の各羽根１２ａ間に設けられた放射状の溝部１２ｂに案内される結果、流速が加速されると共にこれに旋回方向成分の流動力が付与されて、螺旋状に旋回する旋回流（図２に細線Ｘで示す流れ）として下流側に供給される。羽根部材１２よりも下流側に旋回流として供給された有機廃液には、図示しないオゾン発生装置で発生させたオゾンが供給管１１（供給口１１ａ）を介して供給され、供給されたオゾンは有機廃液の旋回流の流れに乗って旋回状に旋回する流れ（図２に細線Ｙで示す流れ）として下流側に移送される。このとき、羽根部材１２よりも下流側に移送される流れは、内径側の気相と外径側の液相とにほぼ分離した流れとなる。これは、有機廃液とオゾンとでは有機廃液の方がオゾンよりも比重が大きいため、遠心力の影響で有機廃液が外径側に偏る一方でオゾンは内径側に偏った状態で、それぞれ螺旋状に旋回するからである。

ここで、羽根部材１２によって第２移送管５の流路断面積が縮小化されている分、羽根部材１２の上流側では有機廃液の水圧が高められる。そのため、第２移送管５のうち、羽根部材１２よりも上流側の流路内を移送される有機廃液に対してオゾンを効率的に供給するのは困難である。これに対し、本実施形態では、羽根部材１２の内周に供給管１１の供給口１１ａを配し、この供給口１１ａから旋回流として供給された有機廃液に対してオゾンを供給するようにしているので、オゾンを効率的に供給することができる。上述のとおり、羽根部材１２を通過して旋回流として下流側に供給される有機廃液は、外径側に偏った状態で下流側に流動するので、流路のうち、管軸中心近傍の領域（相対的に内径側の領域）の圧力が、外径側の領域に比べて低くなっているからである。またこのとき、オゾンに対しては陰圧による引き込み力が作用するので、よりスムーズにオゾンを供給することができる。

そして、旋回しながら最も上流側に位置する第１の区画部１４ａに到達したオゾンを含む有機廃液は、第１の区画部１４ａを形成する板状部材１４ａ１の表面で区画された管軸方向に延びる４つの分割流路へと分流される。このとき、第１の区画部１４ａを形成する板状部材１４ａ１の表面がオゾンを含む有機廃液の旋回方向成分の流動力に対して抵抗するため、有機廃液中に含まれるオゾンは板状部材１４ａ１の表面に衝突することにより微細化されて散乱する。本実施形態では、第１の区画部１４ａよりも下流側に第２および第３の区画部１４ｂ，１４ｃがさらに設けられており、上記の作用が繰り返し行われるので、有機廃液中に含まれるオゾンはより一層微細化される。このようにして微細化された多数のオゾン（オゾン気泡）は廃液中に含まれる有機物に高密度に接触あるいは吸着し、これにより、有機物の分解が進行する。

また、各区画部１４ａ〜１４ｃを形成する板状部材の表面がオゾンを含む有機廃液の旋回方向成分の流動力に対して抵抗することにより、オゾンを含む有機廃液は、この区画部１４の下流側では管軸方向に沿った流れに概ね整流される。そのため、多数の微細なオゾンが吸着した有機物は、この流れに乗って相互に所定の間隔を保った状態で、管軸方向に沿って直進するように下流側に移送される。従って、一旦微細化されたオゾン同士が衝突・結合等して気泡径が再び粗大化し、これによって有機物の分解効率が低下するような事態は、効果的に抑制あるいは防止される。

そして、本実施形態で示す装置構成においては、有機廃液を、貯留槽２→第１移送管３→ポンプ４→第２移送管５という経路を循環させながら、第２移送管５の流路内で、以上で説明したプロセスを繰り返し行うことにより、有機廃液中の有機物が分解される。

以上に示すように、本発明に係る有機物分解装置１では、有機廃液が連続的に移送され、かつ閉空間である移送管（第２移送管５）内において、オゾンが微細化されると共に、この微細化されたオゾンで有機廃液中の有機物が分解される。そのため、酸化剤として気体であるオゾンを用いる場合であっても、廃液中のオゾン含有量の低下を極力抑制することができることに加え、オゾンが分散するような事態を効果的に抑制あるいは防止することができる。従って、有機物とを高密度にかつ長時間接触させることができ、有機物を効率的に分解処理することが可能となる。また、有機物の分解を効率的に行い得る分、過大なポンプ能力が不要となり、消費電力量を抑制することができる。また、比較的小さなポンプ４を用いることができるのに加え、オゾンを有機物に反応させるための浄化槽も特段必要としないので、装置の簡素化およびコンパクト化を図ることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る有機物分解装置の全体構成を模式的に示す一部断面図である。同図に示す有機物分解装置１が、図２に示す構成と異なる主な点は、供給管１１をポンプ４の上流側の第１移送管３に設けた点、第２移送管５の流路内に配設された羽根部材１２と区画部１４との間に環状のオリフィス部１５を設け、流路断面積を局所的に縮小した点、および区画部１４の下流側、より厳密に言えば、第２移送管５の開放端に複数の羽根１６ａを放射状に配した羽根部材１６を固定した点にある。これ以外の構成については、以上で説明した第１実施形態と実質的に同一であるので、共通の参照番号を付して重複説明を省略することとし、異なる構成のみについて以下詳述する。

まず、オリフィス部１５を設けた領域では、第２移送管５の流路断面積が局所的に縮小する分、オリフィス部１５を通過する旋回流の旋回半径が小さくなり、これを通過して下流側に供給される有機廃液の流速（旋回速度）が増す。そのため、旋回流として供給されるオゾンを含む有機廃液が区画部１４を形成する板状部材に衝突した際に有機廃液中に含まれるオゾンに対して付与される衝撃力は一層高まる。従って、オゾンを一層微細化することができる。

一方、羽根部材１６の構成は、上述した旋回流発生部としての羽根部材１２と基本的に同一であるが、この羽根部材１６は第２移送管５の流路断面積を局所的に縮小させる断面積縮小部として機能するものである。このような羽根部材１６を設ければ、これを設けない第１実施形態に比べて、区画部１４と羽根部材１６との間の領域における水圧を高めることができる。そのため、区画部１４を通過して微細化されたオゾンは、高い水圧下に置かれることによって一層微細化し、その結果、より一層効率的に有機物を分解することが可能となる。さらに、本実施形態では、この羽根部材１６を第２移送管５の開放端に固定していることから、羽根部材１６に到達した微細化されたオゾンを貯留槽２内に効率良く分散することができる。このようにすることで、貯留槽２内においても、オゾンによる酸化作用によって有機廃液中の有機物を分解することが可能になるものと考えられる。

なお、当該第２実施形態では、ポンプ４の上流側（第１移送管３）に配した供給管１１からオゾンを供給するようにしているが、オゾンの酸化作用によってポンプ４の内部機構（羽根等）が痛み易くなってポンプ寿命の低下を招くおそれがある。また、特にオゾン等の気体酸化剤を用いる場合には、ポンプ４のキャビテーションの問題を回避する観点から、過大なポンプ能力が必要となるか、あるいは流路内を移送される有機廃液に供給するオゾン量を抑制する必要が生じる。ポンプ能力を増大させると使用電力量が増大するという問題が生じ、供給するオゾン量を抑制すると処理時間が増大するという問題が生じる。

本実施形態はあくまでも一例であるから、供給管１１をポンプ４の上流側に配置しているが、本願に係る分解装置を実使用する場合には、上記の問題点を回避する観点から、供給管１１はポンプ４の下流側に配置するのが望ましく、さらに言えば、オゾンを効率的に供給し、有機物を効率的に分解可能とする観点から、図２に示す実施形態と同様の態様で供給管１１を配置するのが望ましい。

以上、本発明の実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定適用されるものではない。

例えば、ポンプ４をベーンポンプ等の回転部分を有するような軸流式ポンプとすれば、このポンプ４から第２移送管５に供給される有機廃液に旋回方向成分の流動力を付与することができ、旋回流発生部としての羽根部材１２を通過して下流側に供給される有機廃液の旋回速度をより一層速めることができる。これはすなわち、区画部１４を形成する板状部材にオゾンを含む有機廃液が衝突した際に、有機廃液中に含まれるオゾンに付与される衝撃力がより一層増すことを意味し、従ってオゾンをより一層微細化して有機物の分解効率を一層高めることが可能になるもとの考えられる。

また、以上では、区画部を、管軸方向の３箇所に隙間なく連設した場合について説明を行ったが、区画部は、所定の間隔を空けて管軸方向の複数箇所に配設するようにしても良い。また、以上では、各区画部１４ａ〜１４ｃを、４枚の板状部材を断面十字状に配設してなるものとした場合について説明を行ったが、各区画部は、１枚〜３枚、あるいは５枚以上の板状部材からなるものであっても良い。また、区画部１４を複数設ける場合には、各区画部１４で板状部材の配置態様（配置枚数）を異ならせるようにしても良い。また、区画部は、管軸方向の複数箇所に設ける他、管軸方向の一箇所のみに設けるようにしても良い。

また、以上では、酸化剤としてオゾンを用いる場合について説明を行ったが、使用可能な酸化剤はこれに限定されず、例えば、空気等のその他の気体や過酸化水素水等の液体、あるいは固体（粒子状）の酸化剤を用いることも可能である。

また、以上では、酸化剤供給部（供給管１１）、旋回流発生部（羽根部材１２）、および区画部１４で構成される組（ユニット）を管軸方向で一つ設けた有機物分解装置について説明を行ったが、上記のユニットを管軸方向で複数設けることもできる。かかる構成を採用する場合、供給管１１から供給する酸化剤の種類や濃度等は、全て共通にしても良いし、相互に異ならせても良い。また、供給管１１の配置態様も任意である。さらに、旋回流発生部（羽根部材１２）と区画部１４との間のオリフィス部１５は、全てのユニットに組み込んでも良いし、選択したユニットにのみ組み込むようにしても良い。

本発明の有用性を実証すべく確認試験を行った。ここでは、まず、酸化剤の注入方式の違いによる廃液中の酸化剤濃度の差異、に関する確認試験を行う。具体的には、図１に示すような循環式の装置に充填した４０Ｌの水道水に、後述する複数の注入方式（注入方式１〜３）で酸化剤としてのオゾンを注入（供給）する。そして、これら各注入方式でオゾンを注入した際における水温、ｐＨ、および水中オゾン濃度を１０分毎に測定し、各測定値（特にオゾン濃度）を比較検証するというものである。この試験では、ｐＨの測定に井内盛栄堂製のラコムテスターｐＨ計を用い、水中オゾン濃度の測定に荏原実業株式会社製のオゾン検知器ＣＸ−１００IIを用いた。また、オゾン注入量は５ｇ／時（酸素発生量２．５Ｌ／分）であり、ポンプ排出量は６５Ｌ／分である。

ここで、上記の「注入方式１」とは、図示は省略するが、第２移送管５内に羽根部材１２や区画部１４を設けていない装置を用いて、ポンプ４の排出口近傍に設けた供給管１１からオゾンを注入する方式（すなわち、従来の装置構成）であり、「注入方式２」とは図２に示す装置構成を、また「注入方式３」とは図５に示す装置構成を採用してオゾンを注入する方式である。後述する第２の確認試験においても同様である。

以上に示す試験条件で行った確認試験の試験結果を図６に示す。まず、水温およびｐＨは、何れの注入方式においても上昇した。水温の上昇速度には注入方式間で特段の差異は見られなかったが、ｐＨの上昇速度には若干量の差異が見られ、注入方式２（０．３２／３０ｍｉｎ）、注入方式３（０．２７／３０ｍｉｎ）、注入方式１（０．１７／３０ｍｉｎ）の順であった。一方、水中オゾン濃度は、何れの注入方式においても試験開始後１０分で上昇し、その後はほぼ一定であった。図中の「平均オゾン濃度」の値からも明らかなように、オゾン濃度は注入方式３で最も高く、次いで注入方式２、注入方式１の順であった。このように、本発明の構成を採用すれば水中のオゾン濃度が高くなり、従って、有機廃液中の有機物を効率的に分解可能であると言える。なお、注入方式３では、試験開始後２０分から３０分に移行した時点で水中オゾン濃度が急激に低下しているが、これは３０分で試験装置を停止した後に測定したためである。すなわち、注入方式３ではオゾンが極めて微細化される結果、微細気泡が発生したが、１０分および２０分では、試料採取時に微細気泡を完全に除外することは困難であり、微細気泡を含んだまま水中オゾン濃度を測定しているためである。

次に、上記各注入方式（注入方式１〜３）の違いによる有機物の分解速度の差異、に関する確認試験を行った。ここでは、模擬排水試料として、４５Ｌのイオン交換水（例えば、イオン交換樹脂を用いて水中のイオンを除去した水）に対し、難分解性有機物であるメラノイジン様物質の原液８０ｍｌを加えたものを用いると共に、酸化剤としてオゾンを用いた。そして、運転開始後、一定時間毎に一定量の試料を採取し、試料毎にＯＤ（吸光値）、ＣＯＤ_Ｃｒ（Ｃｒ法による化学的酸素要求量）、ＣＯＤ_Ｍｎ（Ｍｎ法による化学的酸素要求量）、ＴＯＣ（全有機炭素）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を測定した。なお、本試験で用いるメラノイジン様物質は、アミノ酸であるグリシン１ｍｏｌおよび単糖類であるグルコース１ｍｏｌを１Ｌの蒸留水に溶解した後、１２１℃１気圧のオートクレーブ中で３時間処理することによって得られたものであり、茶褐色を呈する。そのため、試験開始段階において模擬排水試料は茶褐色である。

まず、吸光分析結果の一例を図７に示す。同図に示す吸光分析結果は、注入方式２で得られたものである。同図からも明らかなように、時間経過と共に吸光値が減少、すなわち、模擬排水試料の脱色が進行していることが理解される。ここで、０時間の吸光値を示す線分から、本試料は２８５ｎｍにピークを有し、また３５０ｎｍ付近に若干のピークを有していることがわかる。また、茶褐色を呈するメラノイジン様物質の代表的な吸光値は黄色の４１０ｎｍである。そのため、以下示す試験結果では、２８５ｎｍ、３５０ｎｍ、および４１０ｎｍの値を比較することとした。なお、各吸光値は、ＯＤ_２８５、ＯＤ_３５０、ＯＤ_４１０として以下示す。

ここで、有機物の分解を一次反応と仮定すると、ｔ時間後の物質濃度（Ｃｔ）は以下の式で求めることができる。
Ｃｔ＝Ｃ_０×ｅ^-ｋｔ
なお、Ｃｔ：ｔ時間後の物質濃度、Ｃ_０：初期物質濃度、ｋ：分解速度定数、ｔ：時間（ｈｒ）であり、分解速度定数（ｋ）は、その値が大きくなるほど分解速度が早いことを意味する。

上記の一次反応式を用いて、注入方式１〜３の各採取試料からＯＤ_２８５、ＯＤ_３５０、ＯＤ_４１０、ＣＯＤ_Ｃｒ、ＣＯＤ_Ｍｎ、ＴＯＣ、およびＢＯＤの分解速度定数を求めた。そして、これらのうち、ＯＤ_４１０の経時変化を図８（ａ）に、ＣＯＤ_Ｃｒの経時変化を図８（ｂ）にそれぞれ示す。なお、物質濃度は一次反応式を用いて算出するため、図８（ａ）（ｂ）は対数表示としている。また、図８（ａ）から明らかなように、ＯＤ_４１０については、２段階の分解過程と考えられるので「０−２時間」と「２−６時間」とに分けて分解速度定数を算出することとする一方、図８（ｂ）から明らかなように、ＣＯＤ_Ｃｒについては、６時間まで直線的に減少していることから「０−６時間」における分解速度定数を算出することとした。そして図示は省略しているが、ＯＤ_２８０およびＯＤ_３５０については、ＯＤ_４１０と同様の経時変化を示したことから、ＯＤ_４１０と同様にして分解速度定数を算出することとし、またＣＯＤ_Ｍｎ、ＴＯＣ、およびＢＯＤについては、ＣＯＤ_Ｃｒと同様の経時変化を示したことから、ＣＯＤ_Ｃｒと同様にして分解速度定数を算出することとした。

上記の算出方法をもとに算出した各項目についての分解速度定数を図９にまとめて示す。なお、同図に示す「誤差」は、回帰分析における傾きの９５％信頼限界である。同図からも明らかなように、分解速度定数は、全ての項目において、本発明の構成を採用した注入方式２および注入方式３で、本発明の構成を採用していない注入方式１よりも優位な値を示している。これはすなわち、本発明の構成を採用すれば、有機物の分解効率が高まることを意味している。また、ＯＤ_２８５、ＯＤ_３５０、ＯＤ_４１０における初期段階（０-２時間）の分解速度定数も、注入方式１に比べて注入方式２および注入方式３で優位に高く、メラノイジン様物質を含む有機廃液の脱色にも効果的であることが判明した。

また、初期物質濃度（Ｃ_０）と、図９に示す分解速度定数とを用いてオゾン１ｇあたりで分解可能な有機物の量を図１０に示す。同図からも明らかなように、この値を比較しても、ほぼ全ての項目において、注入方式２および注入方式３が、注入方式１よりも高い値を示しており、従って、有機物の分解効率が高いことを示している。

ここで、有機物としてのグルコース（Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６）を、オゾン（Ｏ_３）を用いて分解する場合の分解式は以下のとおりである。
Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋１２Ｏ_３→６ＣＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ＋１２Ｏ_２
本式によれば、１ｍｏｌのグルコースを完全に分解するためには１２ｍｏｌのオゾンが必要である。分子量の観点から述べると、グルコース１８０ｇを完全に分解するには５７６ｇのオゾンが必要であり、従って重量比で言えば、グルコース：オゾン＝０．３１３：１である。

本試験におけるＣＯＤ_Ｃｒは全有機物と考えられる。そして図１０を参照すると、注入方式２および注入方式３では、オゾン１ｇで約０．３ｇの有機物を分解したことになり、ほぼ理論値どおりに有機物を分解していることとなる。つまり、本発明の構成を採用すれば、難分解性有機物をグルコースと同様に極めて効率的に分解することが可能となる。

また、分解段階で有害物が発生するかどうかを検討するために、注入方式１および注入方式２において、試験開始から１．５時間および６時間後の模擬排水試料内に含まれるシアン化合物、n-ヘキサン抽出物、フェノール類を測定した。何れの段階においても、シアン化合物は０．０１ｍｇ／Ｌ以下、n-ヘキサン抽出物は０．５ｍｇ／Ｌ以下、フェノール類は０．００５ｍｇ／Ｌ以下であり、水質排出基準をクリアしていた。なお、注入方式３については、模擬排水試料内に含まれる上記各種有害有機物の測定を割愛したが、注入方式３よりも有機物分解効率の低い注入方式１、および注入方式３とほぼ同等の有機物分解効率を有する注入方式２において有害有機物が発生していないことから、注入方式３においても有害有機物が発生することはないものと考えられる。従って本発明に係る有機物分解装置１は有害有機物を発生させることなく、難分解性有機物を効率的に分解することが可能である。

以上に示すように、本発明の構成を採用することで、有機廃液中の有機物を、有害有機物を発生させることなく効率的に分解することが可能となる。従って、本発明は、バイオエタノールや清酒の製造工程等、実使用される製品に比して多量の有機廃液（この場合、難分解性有機物であるメラノイジン様物質を含む有機廃液）が産出される製造工程に好適に適用可能である。もちろん、本発明は、このような工業的用途のみならず、風呂水の浄化装置等、家庭的用途に対しても好適に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る有機物分解装置の概念図である。 本発明の一実施形態に係る有機物分解装置の要部を模式的に示す一部断面図である。 図２のＳ１−Ｓ１断面図である。 図２のＳ２−Ｓ２断面図である。 本発明の他の実施形態に係る有機物分解装置の要部を模式的に示す一部断面図である。 確認試験１の試験結果を示すもので、「オゾン注入方式の違いによる水道水中のオゾン濃度の差異」について示すものである。 確認試験２の試験結果を示すもので、吸光分析結果の一例を示すものである。 確認試験２の試験結果を示すもので、（ａ）図は「ＯＤ_４１０における分解速度定数の経時変化」を示すもの、（ｂ）図は「ＣＯＤ_Ｃｒにおける分解速度定数の経時変化」をそれぞれ示すものである。 確認試験２の試験結果を示すもので、「注入方式の違いによる分解速度定数の違い」を示すものである。 確認試験２の試験結果を示すもので、「注入方式の違いによるオゾン１ｇ当たりの有機物分解量の違い」を示すものである。

符号の説明

１ 有機物分解装置
２ 貯留槽
３ 第１移送管
４ ポンプ
５ 第２移送管
１１ 供給管（酸化剤供給部）
１１ａ 供給口
１２ 羽根部材（旋回流発生部）
１２ａ 羽根
１４ 区画部
１５ オリフィス部
１６ 羽根部材（断面積縮小部）

Claims (5)

1. 廃液中の有機物を分解する装置であって、
   廃液を移送する移送管と、
   移送管内の廃液に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
   移送管内の廃液に旋回流を発生させる旋回流発生部と、
   酸化剤供給部および旋回流発生部よりも下流側に配置され、移送管内の流路を管軸方向に延びる複数の分割流路に区画した区画部とを備えることを特徴とする有機物分解装置。
2. 区画部が、管軸方向の複数箇所に設けられた請求項１に記載の有機物分解装置。
3. 旋回流発生部を、複数の羽根を放射状に配した羽根部材で形成し、羽根部材の内周に酸化剤供給部の供給口を設けた請求項１又は２に記載の有機物分解装置。
4. 旋回流発生部と区画部との間にオリフィス部が設けられた請求項１〜３の何れかに記載の有機物分解装置。
5. 区画部の下流側に、流路断面積を局所的に縮小させる断面積縮小部がさらに設けられた請求項１〜４の何れかに記載の有機物分解装置。

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