JP2011121052A - 酸化分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物及び水を含む処理液を触媒存在下の高温高圧水中で酸化反応させることで、該処理液中の有機物を分解する際に、触媒と処理液及び酸化剤の接触効率を向上させつつ、連続的な酸化反応処理が可能な酸化分解処理装置を提供する。
【解決手段】有機物及び水を含む処理液Ｌと酸化剤が投入され、該処理液Ｌに含まれる有機物を処理液Ｌ中で加熱及び加圧して分解する反応器５と、反応器５に処理液Ｌと酸化剤を連続的に投入し、該反応器５で生成した分解物を排出する流通手段と、反応器５内部に挿入した攪拌羽６ａを回動させて、該処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌する攪拌手段６と、を具備し、攪拌羽６ａの少なくとも表面が反応器５における反応を促進するための触媒からなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、有機系廃液、有機物含有廃水あるいはそれらのスラリーを高温高圧状態で酸化反応を利用して低コスト、低環境負荷で分解処理する酸化分解処理装置に関するものである。

従来、廃水や廃スラリーの分解処理法としては、焼却処理や生物処理する方法が知られている。しかしながら、焼却処理の場合は前処理に脱水や固形分凝集に多大なエネルギーや新たな薬品が必要となること、焼却時に焼却炉の燃焼温度を低下させることからダイオキシン類が発生すること、また、生物処理の場合は処理時間が極めて長いこと、処理後に発生する活性汚泥が新たな廃棄物となることが問題となっている。

これらの問題を解決するための技術の一つとして、亜臨界水、過熱水蒸気または超臨界水といった熱水中での廃水処理技術が知られている。非特許文献１には、超臨界水中で廃水を燃焼させることでダイオキシン類やＰＣＢなどの有害な有機物を分解する技術が記述されており、高温高圧水のなかで有機物は容易にＣＯ₂やＨ₂Ｏといった無害で安定な物質に変換されている。しかしながら、これらの処理法は有用であるが、処理のために高いエネルギーを要する場合が多く、低い処理コストが求められる一般廃水や工業廃水への適用は困難であった。

また、処理に必要なエネルギーを低減させるため、反応器内に反応を促進させる触媒を具備する例も開示されている。特許文献１では、図１に示す様に反応器内部にハニカム状の微細な穴に触媒を坦持させた固定床触媒２４を設置している。この微細な穴に処理液（廃水）を通過させることで、処理液と触媒の接触面積を増大させ、処理液中の有害な有機物を無害な物質に分解している。

しかし、一般に廃水中にはスラリー（固形物）を含有しており、これが微細な穴を通過することで徐々に触媒表面に堆積し、最終的には穴の目詰まりを発生させる原因となっていた。この目詰まりにより、連続的な廃水処理を行うことが出来なくなり、装置を一旦止めて目詰まりを除去して装置を再起動することになるが、これにより装置のメンテナンスコストの増加に加え、装置起動のためのエネルギーが必要となるといった問題が生じていた。

また、図１の固定床触媒２４に示される構造の担持体を作製する場合において、その担持体を用いる装置や製品の台数が多い場合、例えば乗用車などは金型成型し大量生産することでコストダウンが可能であるが、この特許文献１に記載されたような反応処理装置の場合、一般に乗用車と比較するとその台数は極めて少なく、金型成型した場合大幅なコストアップといった問題を有していた。

また、高温高圧水を用いた汚泥などの廃棄物処理法として、特許文献２に固形及び液状の有機性廃棄物を水熱反応させ、メタンガス、水素ガスなどの燃焼ガスに変換し、再利用する技術が記載されている。しかしながら、この処理法は反応が吸熱反応であり、ランニングコストが非常に高くなるという問題を抱えている。また発生したガスには精製が必要であり、反応器後段にガス精製塔を備えるため、装置の簡便性が削がれるという問題があった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、有機系廃液、有機物含有廃水あるいはそれらスラリーの処理液を触媒存在下の高温高圧水中で酸化反応させることで、該処理液中の有機物を分解する際に、触媒と処理液及び酸化剤の接触効率を向上させつつ、連続的な酸化反応処理が可能な酸化分解処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 有機物及び水を含む処理液（処理液Ｌ）と酸化剤が投入され、該処理液に含まれる有機物を処理液中で加熱及び加圧して分解する反応器（反応器５，２５）と、該反応器に前記処理液と酸化剤を連続的に投入し、該反応器で生成した分解物（処理液Ｌ’）を排出する流通手段（スラリータンク１、送液ポンプ２、圧送手段３、配管Ｒ１，Ｒ２、背圧弁Ｖ）と、前記反応器内部に挿入した攪拌部材（攪拌羽６ａ，２６ａ）を回動させて、該処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌手段（攪拌手段６，２６）と、を具備し、前記攪拌部材の少なくとも表面の一部が前記反応器における反応を促進するための触媒からなることを特徴とする酸化分解処理装置（酸化分解処理装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０、図３，図５，図６，図７）。
〔２〕 前記反応器は、所定長さの筒状容器であって、該筒状容器の長手方向の一方の端部側に前記処理液及び酸化剤を投入する投入口を有し、前記筒状容器の長手方向の他方の端部側に前記分解物を排出する排出口を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の酸化分解処理装置。
〔３〕 前記反応器（反応器５）は、前記筒状容器内部において重力加速度方向の上方となる前記排出口側に前記攪拌手段が前記処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌領域を有し、重力加速度方向の下方となる前記投入口側に非攪拌領域を有することを特徴とする前記〔２〕に記載の酸化分解処理装置（酸化分解処理装置１０，１０Ａ，１０Ｂ、図３，図５，図６）。
〔４〕 前記攪拌手段（攪拌手段２６）は、前記反応器（反応器２５）の筒状容器内壁に近接し前記投入口から前記排出口まで延びる前記攪拌部材（攪拌羽２６ａ）を有することを特徴とする前記〔２〕に記載の酸化分解処理装置（酸化分解処理装置２０、図７）。
〔５〕 前記攪拌部材の少なくとも前記排出口側の所定領域の表面が前記触媒からなることを特徴とする前記〔４〕に記載の酸化分解処理装置。
〔６〕 前記攪拌手段は、所定の時間間隔で前記攪拌部材の回転方向を反転して前記処理液及び酸化剤を攪拌することを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
〔７〕 前記攪拌部材における触媒と反応器の容器部材との間が電気的に絶縁されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の酸化分解処理装置（図４）。
〔８〕 前記分解処理前の処理液、または分解処理後の処理液に対して塩基性物質を投入することを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
〔９〕 前記反応器が、加圧容器（加圧容器７，２７）内に設置されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の酸化分解処理装置（酸化分解処理装置１０Ｂ，２０、図６，図７）。

本発明によれば、攪拌部材の少なくとも表面の一部が触媒からなるため、処理液を微細な穴を通過させる構造をとることなく触媒と処理液の接触効率を向上させることができるとともに、連続的な酸化反応処理を行うことが可能となる。

固定床触媒及び攪拌システムを含む固定床触媒ホルダーの組立図である。 本発明に係る酸化分解処理装置の構成例（１）を示す概略図である。 図２の酸化分解処理装置に用いる反応器の構成例（１）を示す切断図である。 図２の酸化分解処理装置に用いる反応器の構成例（２）を示す切断図である。 本発明に係る酸化分解処理装置の構成例（２）を示す概略図である。 本発明に係る酸化分解処理装置の構成例（３）を示す概略図である。 本発明に係る酸化分解処理装置の構成例（４）を示す概略図である。 図７の酸化分解処理装置に用いる反応器の構成例（３）を示す切断図である。 図７の酸化分解処理装置に用いる反応器の構成例（４）を示す切断図である。

以下に、本発明に係る酸化分解処理装置の構成について説明する。
図２は、本発明に係る酸化分解処理装置の第１の構成例を示す概略図である。
図２に示すように、酸化分解処理装置１０は、廃液である有機物及び水を含む処理液（処理液Ｌ）と酸化剤が投入され、該処理液に含まれる有機物を処理液中で加熱及び加圧して分解する反応器（反応器５）と、該反応器に前記処理液と酸化剤を連続的に投入し、該反応器で生成した分解物を排出する流通手段（スラリータンク１、送液ポンプ２、圧送手段３、配管Ｒ１，Ｒ２、背圧弁Ｖ）と、前記反応器内部の前記処理液及び酸化剤と接触する攪拌部材（攪拌羽６ａ）を回動させて、該処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌手段（攪拌手段６）と、を具備する。

詳しくは、酸化分解処理装置１０は、処理液供給部（スラリータンク１、送液ポンプ２）、酸化剤供給部（圧送手段３）、反応部（反応器５、攪拌手段６）、熱交換部（熱交換器８）を有する。

ここで、処理液供給部（スラリータンク１、送液ポンプ２）は、有機系廃液、有機物含有廃水あるいはそれらスラリーである処理液Ｌを反応部へ連続高圧送液するものであり、スラリータンク１と送液ポンプ２を有する。なお、本発明における有機物とは、その構造式中に少なくとも炭素、水素を含有している有機化合物である。また、ＰＣＢやダイオキシン等、その構造式に塩素を有するものやアルキルベンゼンスルホン酸やスルホンアミドなどその構造式に硫黄を有するものも含む。

スラリータンク１は、処理液Ｌを内部で攪拌しながら貯蔵しており、処理液Ｌは成分を良好な分散状態で送液ポンプ２で昇圧される。また、反応部へ送液する処理液Ｌの圧力を送液ポンプ２側に設けられた圧力計Ｐで検出して所定の圧力になるように送液ポンプ２を制御する。なお、送液ポンプ２には、シリンジポンプ、スラリーポンプ、ギヤーポンプ、スクリューポンプ、ダイヤフラムポンプ等の市販のポンプが適用可能である。

酸化剤供給部（圧送手段３）は、酸化剤を処理液供給部と同圧以上に圧縮し反応部へ連続高圧供給するものであり、コンプレッサなどの圧送手段３を有する。また、反応部へ供給する酸化剤の圧力を圧送手段３側に設けられた圧力計Ｐで検出して所定の圧力になるように圧送手段３を制御する。さらにこのときの酸化剤の供給量は処理する処理液Ｌを完全酸化させるための化学量論的量以上となるように圧送手段３を制御する。なお、図２では、処理液Ｌと酸化剤が投入側の配管Ｒ１の途中で合流した上で反応器５に投入されるようになっている。

反応器５に酸化剤を導入することにより、酸化剤を導入しない場合と比較して、処理液Ｌに含まれる有機物の分解反応を促進することが可能となる。本発明に適用可能な酸化剤として、空気、酸素、オゾン等の気体、過酸化水素水、過炭酸ソーダ等の過酸化物が挙げられる。なお、処理液Ｌに含まれる有機物の含有割合が小さい場合など、酸化剤を投入しなくても、処理液Ｌ中に含まれる酸化剤成分（酸素など）だけで分解反応が可能な場合がある。

有機物がメタノールであって、酸化剤として酸素を使用した場合の有機物の分解反応例を化学式（１）に示す。メタノールは、式（１）に示される通り、酸素と反応することで分解し無害な水と二酸化炭素となる。

ＣＨ₃ＯＨ（液体）＋
３／２ Ｏ₂ → ２Ｈ₂Ｏ（気体）＋
ＣＯ₂（気体）＋ ６３９ｋＪ ・・・（１）

反応部（反応器５、攪拌手段６）は、前記処理液供給部と前記酸化剤供給部から供給された処理液Ｌと酸化剤が投入される反応器５と、反応器５内の処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌する攪拌部材６ａ，攪拌軸６ｂ，攪拌モータ６ｃからなる攪拌手段６と、を有する。

反応器５は、重力加速度方向を長手とする筒状容器であって、図中上下方向に立設されており、処理液Ｌ及び酸化剤が反応器５の下部（底部）に所定の圧力で投入され、処理液Ｌ中のスラリーのうち、比重の大きな固形物等は反応器下部（非攪拌領域）に溜まるようにして分離することが可能である。なお、反応器５は、図２では重力加速度方向に直立した状態で設置されているが、重力加速度方向にある程度傾けた状態にしてもよい。

また、反応器５の内部温度は温度計Ｔで検出し、反応器５に取り付けられたヒータ（不図示）により所定の反応温度に加熱されるが、処理液Ｌに含まれる有機物と酸化剤の酸化反応（発熱反応）が開始した後はヒータによる加熱は停止してもよい。また、酸化反応開始後は、処理液Ｌあるいは酸化剤の温度や供給量を変化させることで反応温度に保たれる。このときの反応器５内の温度範囲は１００℃〜６００℃、好ましくは２００℃〜５５０℃である。

また、反応器５の内部圧力は背圧弁Ｖ側の圧力計Ｐで検出し、背圧弁Ｖの調整により所定の圧力に保たれる。このときの反応器５内の圧力範囲は０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａ、好ましくは８ＭＰａ〜２５ＭＰａである。

なお、反応器５の内面は、酸に対する耐食性が良好な材料からなることが好ましい。これは、処理液Ｌに含まれる有機物が分解する際に、蟻酸等の有機酸及び塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が副生成物として生成する場合があるからである。よって本発明では、Ｔｉ及びＴｉ-Ｐｄ等のＴｉ合金、Ｔａ、Ｎｂ、及びＡｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ等の貴金属を適用することが好ましい。また、インコネル、ハステロイ等のＮｉ系合金、ＳＵＳ３１６等のステンレスを適用してもよい。また、ガラスやグラスファイバー、カーボンファイバー等の非金属材料も適用可能である。

また、図３（ａ）に示すように、反応器５の上部（攪拌領域）では、攪拌手段６の攪拌部材として攪拌羽６ａが挿入されており、攪拌羽６ａに連結された攪拌軸６ｂを攪拌モータ６ｃが回転させることにより該攪拌羽６ａが回動し、処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌する。なお、反応器５の攪拌軸６ｂを導入する部分は耐圧シール５ａでシールしている。

ここで、本発明は、攪拌部材（攪拌羽６ａ）の少なくとも表面（図３における主平面）が反応器５における酸化反応を促進するための触媒からなることを特徴としている。これにより、反応器５の攪拌領域において、処理液Ｌ及び酸化剤が攪拌羽６ａにより攪拌されながら触媒と接触することになり、反応器５の非攪拌領域で低分子化された処理液Ｌ中の有機物は完全酸化され、無害化される。

本発明に適用可能な触媒は、Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｅ，Ｔｉ，Ｍｎを含む少なくとも一種の金属、合金及びその酸化物、炭化物等の化合物が挙げられる。また、それらのうちから選ばれる複数種類の触媒を適用してもよい。

また、攪拌部材（攪拌羽６ａ）の少なくとも表面が反応器５における反応を促進するための触媒からなるとは、攪拌部材である攪拌羽６ａそのものが触媒材料（例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｔａ等の耐食性良好で且つ触媒となりうる金属）によって形成されている態様と、攪拌羽６ａが触媒と異なる材料から成り、その表面に触媒となる物質で被覆されている態様とのいずれかを意味する。なお、攪拌部材表面に触媒が担持されているともいう。

攪拌羽６ａの所定の表面に触媒を被覆する方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法等の真空成膜法が挙げられ、このうちＣＶＤ法は攪拌羽６ａの所定の表面が凹凸の大きい、複雑な形状であった場合においても、その形状に追従し均一な薄膜を得やすい。また、金属酸化物を触媒として被覆する場合において、金属アルコキシドを攪拌羽６ａの表面に塗布成膜し数百度の高温で加熱することで、金属酸化物の皮膜とするゾルゲル法を用いてもよい。なお、金属アルコキシドは、一般に金属をＭ、アルキル基をＲとすると、Ｍ(ＯＲ)ｎ（ｎは金属元素の酸化数）で表される。

なお、攪拌羽６ａの長手方向が、図３（ａ）に示すように、攪拌軸６ｂの長手方向に対して平行に設置されていても良いし、攪拌軸６ｂの長手方向に対して角度をもって設置されていても良い。また、複数枚の攪拌羽６ａを攪拌軸６ｂ上に設置することができ、その枚数が多いほど処理液Ｌと触媒の接触面積が増大し、反応効率を向上させることができる。

また、攪拌羽６ａの回動として、同一方向に連続して回転してもよいし、所定時間ごとに回転方向が反転するものとしてもよい。所定時間ごとに回転方向が反転する反転機構を備えることで、反応器５内部の攪拌効率を向上させることが可能となる。また、前記反転機構を設けることで攪拌羽６ａ表面に存在する触媒全体に、有機物及び酸化物を均一に接触させることが可能となる。これは、図３（ｂ）における、攪拌羽６ａの回動方向前面と後面では、流体の流れが異なる場合があるからである。

反応器５内では、まず反応器５の下部（非攪拌領域）において、投入された処理液Ｌ及び酸化剤が所定の高圧下で加熱され、分解反応を開始し、処理液Ｌ中の有機物の低分子化が行われる。つぎに、反応器５の上部（攪拌領域）において、低分子化された有機物を含む処理液Ｌ及び酸化物が攪拌羽６ａの回動により攪拌されながら、攪拌羽６ａで坦持されている触媒と接触することにより、処理液Ｌ中の低分子化された有機物がさらに酸化分解され無害化される。ついで、反応器５の上部に接続された配管Ｒ２から反応処理後の分解物を含む高温高圧水（処理液Ｌ’）を排出する。

このように、本発明の酸化分解処理装置１０は、特許文献１に記載のようなハニカム状の微細な穴に触媒を担持させることなく、触媒と処理液の接触確率を増大させて効率的に酸化反応を促進させることが可能となり、これにより反応器５の目詰まりを防止すると共に、より単純な構造で触媒担持体を実現することが可能となる。

熱交換部（熱交換器８）は、向流型熱交換方式であり二重管構造の熱交換器８を有し、この熱交換器８に反応器５から排出された高温高圧水を通すことで、前記処理液Ｌの処理により生成した高温高圧水の熱エネルギーを回収することが可能である。すなわち、この熱交換器８には熱交換媒体の水を供給する送液ポンプ（不図示）を有しており、所望の温度、圧力の蒸気製造が可能となる。製造される蒸気の温度、圧力、量は送液ポンプの流量を制御することで任意に変更可能となる。

ついで、熱交換器８で所定の温度まで冷却された反応処理後の処理液Ｌ’は、背圧弁Ｖを通じて酸化分解処理装置１０の外部に排出される。なお、排出された処理液Ｌ’はわずかな無機酸などを含む水（液体）と二酸化炭素ガス、窒素ガスなどを主成分とした気体とに分離され、液体のみ捕集される。捕集された液体は水質基準を確認したのち工業用水として再利用される。

ところで、一般に金属の腐食は強酸・強塩基によるものと、局部電池形成によるものと二つに大別され、このうち局部電池形成は、電位の異なる金属（または化合物）の接触部が電解液中に置かれている場合において、電位が貴な金属（または化合物）から、電位が卑な金属（または化合物）に向かって電流が流れ、電位が卑な金属（または化合物）表面が腐食するようになる。ここで、反応器５と攪拌羽６ａにおける触媒は、各々異なる材質で構成されるため、その両者が電気的に接触していた場合、その接触部で局部電池が形成され、電位が卑ないずれか一方（例えば、反応器５の容器部材）が腐食される可能性がある。

そこで、反応器５の腐食を防止するために、攪拌羽６ａにおける触媒と反応器５の容器部材との間が電気的に絶縁されていることが好ましい。その構成例を図４に示す。

図４では、反応器５の挿入口に設けられた耐圧シール５ａが攪拌軸６ｂを保持し、さらに攪拌軸６ｂが攪拌羽６ａを保持している。これにより、攪拌羽６ａ及び該攪拌羽６ａの少なくとも表面に坦持されている触媒は、反応器５の内面と接触しない状態で保持されている。また、攪拌軸６ｂは導電性材料で構成されているが、該攪拌軸６ｂの途中に設けられた絶縁ジョイント６ｄにより、攪拌羽６ａ及び該攪拌羽６ａの少なくとも表面に坦持されている触媒は反応器５の容器部材と電気的に絶縁されている。この絶縁ジョイント６ｄは、例えばガラス等の耐食性のある絶縁材料からなるものとするとよい。

なお、図４の構成例以外にも、攪拌軸６ｂを絶縁材料で形成されてなるものとしてもよいし、攪拌羽６ａをガラス等の耐食性の良好な絶縁体とし、その表面に前記触媒を担持させたものとしてもよい。

また、処理液Ｌとして、ＰＣＢやダイオキシン等、その構造式に塩素を有するものや、アルキルベンゼンスルホン酸やスルホンアミドなどその構造式に硫黄を有するものは、分解するとそれぞれ塩酸や硫酸等に変化する場合がある。この場合、分解後の溶液のｐＨが大きく下がり、その廃液を系外に放出することができなくなる。

そこで、酸化分解処理装置１０において、反応器５における分解処理前の処理液Ｌ、または分解処理後の処理液Ｌ’に対して塩基性物質を投入することが好ましい。これにより、予め反応処理前に分解しようとする有機物を含む処理液Ｌと共に塩基性化合物を投入する、若しくは分解処理後（有機物が分解された後）の処理液Ｌ’に塩基性化合物を投入することで、分解後の溶液（処理液Ｌ’）が中和されこれを系外に放出することが可能となる。

図５に、その構成例（第２の構成例）を示す。
図５に示す酸化分解処理装置１０Ａの基本的構成は、図２に示す酸化分解処理装置１０と同じであり、背圧弁Ｖ以降に送液ポンプ９ａ及び塩基性物質を含む中和液Ｍを貯蔵するタンク９ｂを備える点で異なる。これにより、反応器５から熱交換器８、背圧弁Ｖを経て出てきた処理液Ｌ’に対して、送液ポンプ９ａによりタンク９ｂから塩基性物質を含む中和液Ｍを送り込み、中和させた上で、系外に排出することができる。

このとき、使用可能な塩基性化合物としては、酢酸、リン酸、クエン酸、酒石酸、炭酸等の弱酸の塩が挙げられる。特に、炭酸ナトリウム／カリウムは安価であり、人体への悪影響がないため好適であり、弱塩基性化合物であるため酸化分解処理装置が腐食し難い。また水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物も、酸化分解処理装置を腐食させない程度であれば適用可能である。

また、この図５の構成例以外にも、処理液Ｌ中に、前記塩基性化合物を投入するようにしてもよいが、このときの温度範囲を４００℃以下とすることが望ましい。これは一般にこれ以上の温度領域において、塩基性化合物の溶解度が非常に小さくなり、反応器５内部に析出し、これが反応器５内部の閉塞を発生させるためである。この温度範囲は、閉塞の状況を鑑みて適宜設定することができる。

また、酸化分解処理装置１０において、反応器５が、加圧容器内に設置されていることが好ましい。これにより、反応器５の加熱・加圧による膨張を防ぎ、装置の破損を防止することができる。

図６に、その構成例（第３の構成例）を示す。
図６に示す酸化分解処理装置１０Ｂの基本的構成は、図２に示す酸化分解処理装置１０と同じであり、反応器５が加圧された容器（加圧容器７）内に設置され、該加圧容器７がその外部に設置された加圧容器用のコンプレッサ４により加圧される点で異なる。ここで、加圧容器７内の圧力は、コンプレッサ４により反応器５内の圧力と同等に設定される。また、反応器５内部の圧力を検知するようにして、この圧力に追従するように加圧容器７内部の圧力を制御してもよい。これにより、反応器５内外の圧力差を極小化でき、反応器５の材料選択の幅を大きく広げることができる。

ところで、有機物を水中で加熱・加圧し分解する反応器を具備する酸化分解処理装置においては、反応器内部が極めて高温であるため、反応器に投入された処理液の水分が蒸発し、処理液の一部が反応器の内壁で固化することがある。このため、反応器内の処理液の流れが固化したもの（固形物）で塞がれ反応器の目詰まりとなり、処理液を円滑に反応器内に供給することができなくなり、処理液の処理効率が低下するという可能性があった。

そこで、本発明では、有機系廃液、有機物含有廃水あるいはそれらスラリーの処理液の酸化処理の反応性を向上させるとともに、その処理効率の低下を防止する工夫を施した。

図７に、その構成例（第４の構成例）を示す。
図７に示すように、酸化分解処理装置２０は、所定長さの筒状容器であって、該筒状容器の長手方向の一方の端部側（図中上側）に設けられる投入口（投入口２５in）に廃液である有機物及び水を含む処理液（処理液Ｌ）と酸化剤が投入され、該処理液に含まれる有機物を処理液中で加熱及び加圧して分解し、前記筒状容器の長手方向の他方の端部側（図中下側）に設けられる排出口（排出口２５out）から前記分解物を排出する反応器（反応器２５）と、該反応器に前記処理液と酸化剤を連続的に投入し、該反応器で生成した分解物を排出する流通手段（スラリータンク１、送液ポンプ２、配管Ｒ１，Ｒ２、背圧弁Ｖ）と、前記反応器の筒状容器内壁に近接し前記投入口から前記排出口まで延びる攪拌部材（攪拌羽２６ａ）を有し、該攪拌部材を回動させて、該処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌手段（攪拌手段２６）と、を具備し、前記攪拌部材の少なくとも表面の一部が前記反応器における反応を促進するための触媒からなることを特徴とするものとする。

これにより、触媒を微細化することなく触媒と処理液の接触確率を増大させることが可能となるとともに、攪拌部材が回動して反応器内壁に析出した固形物を掻き取るようになるので、反応性向上及び反応器の目詰まり防止の両立が可能となる。

ここで、酸化分解処理装置２０は、処理液供給部（スラリータンク１、送液ポンプ２）、酸化剤供給部（不図示）、反応部（反応器２５、攪拌手段２６）、熱交換部（熱交換器８）を有する。なお、図７中の符号のうち、第１〜３の構成例（図２，図５，図６）で同じものはその構成が同じであり、説明は省略する。

反応部（反応器２５、攪拌手段２６）は、前記処理液供給部と前記酸化剤供給部から供給された処理液Ｌと酸化剤が投入される反応器２５と、反応器２５内の処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌する攪拌部材（攪拌羽）２６ａ，攪拌軸２６ｂ，攪拌モータ２６ｃからなる攪拌手段２６と、を有する。

反応器２５は、重力加速度方向を長手とする筒状容器であって、図中上下方向に立設されており、処理液Ｌ及び酸化剤が反応器２５上部の投入口２５inから所定の圧力で投入される。なお、処理液Ｌ中のスラリーのうち、比重の大きな固形物等は反応器２５の排出口２５outより下方に設けられた下部空間に溜まるようにして分離するとよい。

また、反応器２５の内部温度は温度計Ｔで検出し、反応器２５に取り付けられたヒータ（不図示）により所定の反応温度に加熱されるが、処理液Ｌに含まれる有機物と酸化剤の酸化反応（発熱反応）が開始した後はヒータによる加熱は停止してもよい。また、酸化反応開始後は、処理液Ｌあるいは酸化剤の温度や供給量を変化させることで反応温度に保たれる。このときの反応器２５内の温度範囲は１００℃〜６００℃、好ましくは２００℃〜５５０℃である。

また、反応器２５の内部圧力は背圧弁Ｖ側の圧力計Ｐで検出し、背圧弁Ｖの調整により所定の圧力に保たれる。このときの反応器２５内の圧力範囲は０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａ、好ましくは８ＭＰａ〜２５ＭＰａである。

なお、反応器２５の内面は、酸に対する耐食性が良好な材料からなることが好ましく、第１〜３の構成例における反応器５と同じ材料を用いればよい。

また、図８に示すように、反応器２５の内部には、攪拌手段２６の攪拌部材として攪拌羽２６ａが挿入されており、攪拌羽２６ａに連結された攪拌軸２６ｂを攪拌モータ２６ｃが回転させることにより該攪拌羽２６ａが回動し、処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌する。なお、反応器２５の攪拌軸２６ｂを導入する部分は耐圧シール２５ａでシールしている。また、投入口２５inは、廃液投入口２５in１と酸化剤投入口２５in２とからなっている。

ここで、攪拌羽２６ａは、投入口２５inから排出口２５outまで延びる攪拌軸２６ｂに固設された複数（図８では２枚）の板状の羽部材であり、回動する際に回動外周側となる端部が投入口２５in近傍から排出口２５out近傍に渡って反応器２５の筒状容器内壁に近接した状態となっている。これにより、酸化分解処理のときに、攪拌羽２６ａが回動すると、処理液Ｌ及び酸化剤を攪拌して反応を促進させるとともに、その端部が反応器２５の内壁に析出した固形物を掻き取り、反応器２５の目詰まりを防止するようになる。なお、掻き取られた比重の大きな固形物は反応器２５の排出口２５outより下方に設けられた下部空間に溜められる。

また、本発明は、攪拌部材（攪拌羽２６ａ）の少なくとも表面（図８における板状羽部材の主平面部分）の一部が反応器２５における酸化反応を促進するための触媒からなることを特徴としている。これにより、反応器２５の攪拌領域において、処理液Ｌ及び酸化剤が攪拌羽２６ａにより攪拌されながら触媒と接触することになり、反応器２５の非攪拌領域で低分子化された処理液Ｌ中の有機物は完全酸化され、無害化される。なお、適用可能な触媒は、第１の構成例で示したものと同じである。

また、攪拌部材（攪拌羽２６ａ）の少なくとも表面が反応器２５における反応を促進するための触媒からなるとは、攪拌部材である攪拌羽２６ａそのものが触媒材料（例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｔａ等の耐食性良好で且つ触媒となりうる金属）によって形成されている態様と、攪拌羽２６ａが触媒と異なる材料から成り、その表面に触媒となる物質で被覆されている態様とのいずれかを意味する。なお、攪拌部材表面に触媒が担持されているともいう。攪拌羽２６ａの所定の表面に触媒を被覆する方法は、第１の構成例で示した方法によればよい。

また、攪拌羽２６ａの少なくとも排出口２５out側の所定領域の表面が前記触媒からなることが好ましい。すなわち、反応器２５の排出口２５out側で触媒と接触させて処理液Ｌ中の有機物を効率的に完全酸化し無害化するためのものであり、攪拌羽２６ａの主面のうち、排出口２５outから反応器２５全長の１／３の長さのところまでの領域に前記触媒が形成されているとよい。なお、排出口２５outから反応器２５の長手方向中央部までの領域に前記触媒が形成されていてもよいし、攪拌羽２６ａの主面前面に前記触媒が形成されていてもよい。

また、攪拌羽２６ａの回動として、同一方向に連続して回転してもよいし、所定時間ごとに回転方向が反転するものとしてもよい。所定時間ごとに回転方向が反転する反転機構を備えることで、反応器２５内部の攪拌効率を向上させることが可能となる。また、前記反転機構を設けることで攪拌羽２６ａ表面に存在する触媒全体に、有機物及び酸化物を均一に接触させることが可能となる。

なお、攪拌羽２６ａの長手方向が、図８に示すように、攪拌軸２６ｂの長手方向に対して平行に設置されていても良いが、図９に示すように、攪拌羽２６ａが攪拌軸２６ｂの軸上を螺旋状に設置されていてもよい。図９に示す螺旋形状の攪拌羽２６ａの場合、同一方向に回動することで、反応器２５内壁から掻き取った固形物を反応器２５内の端部空間又は反応器２５外へ搬送することが可能となる。

また、図７では、反応器２５が加圧容器２７内に設置されており、この加圧容器２７内、すなわち加圧容器２７内壁と反応器２５外壁の間に、コンプレッサなどの圧送手段２３により加圧された酸化剤が導入されている。これにより、反応器２５の内圧と外圧を同等に保持することで反応器２５の破損を防ぐことが可能である（プレッシャーバランス構造）。また、反応器２５の酸化剤投入口２５in２を開放しておけば、同時に、酸化剤投入口２５in２から前記酸化剤（第１の構成例で示したものと同じもの）を投入することが可能となる。
なお、加圧容器２７に使用される材料としては、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４等の高温使用下における耐圧性が良好な材料が好適である。

以上の構成の酸化分解処理装置２０を稼動させると、反応器２５内では、まず反応器２５上部の投入口２５inから投入された処理液Ｌ及び酸化剤が攪拌羽２６ａの回動により攪拌されながら所定の高圧下で加熱され、分解反応を開始し、処理液Ｌ中の有機物の低分子化が行われる。つぎに、反応器５の下部において、低分子化された有機物を含む処理液Ｌ及び酸化物が攪拌羽２６ａの回動により攪拌されながら、攪拌羽２６ａで坦持されている触媒と接触することにより、処理液Ｌ中の低分子化された有機物がさらに酸化分解され無害化される。また、処理液Ｌが反応器２５に投入された際に固形物が生成し、反応器２５内部に固着したとしても、回動する攪拌羽２６ａによって掻き取られ、比重の大きな固形物は反応器２５の底部に溜められる。
ついで、反応器２５下部の排出口２５outに接続された配管Ｒ２から反応処理後の分解物を含む高温高圧水（処理液Ｌ’）を排出する。

ついで、熱交換器８で所定の温度まで冷却された反応処理後の処理液Ｌ’は、背圧弁Ｖを通じて酸化分解処理装置２０の外部に排出される。なお、排出された処理液Ｌ’はわずかな無機酸などを含む水（液体）と二酸化炭素ガス、窒素ガスなどを主成分とした気体とに分離され、液体のみ捕集される。捕集された液体は水質基準を確認したのち工業用水として再利用される。

このように、本発明の酸化分解処理装置２０は、特許文献１に記載のようなハニカム状の微細な穴に触媒を担持させることなく、触媒と処理液の接触確率を増大させて効率的に酸化反応を促進させることが可能となるとともに反応器２５の目詰まりをより防止でき、より単純な構造で触媒担持体を実現することが可能となる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１ スラリータンク
２，９ａ 送液ポンプ
３，２３ 圧送手段
４ コンプレッサ
５，２５ 反応器
５ａ，２５ａ 耐圧シール
６，２６ 攪拌手段
６ａ，２６ａ 攪拌羽
６ｂ，２６ｂ 攪拌軸
６ｃ，２６ｃ 攪拌モータ
６ｄ 絶縁ジョイント
７，２７ 加圧容器
８ 熱交換器
９ｂ タンク
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０ 酸化分解処理装置
２４ 固定床触媒
２５in 投入口
２５in１ 廃液投入口
２５in２ 酸化剤投入口
２５out 排出口
Ｌ 処理液
Ｍ 中和液
Ｐ 圧力計
Ｒ１，Ｒ２ 配管
Ｔ 温度計
Ｖ 背圧弁

特許第３７４９５２３号公報 特開２００５−１７９６１１号公報 荒井康彦、超臨界流体のすべて、テクノシステム（２００２）

Claims (9)

1. 有機物及び水を含む処理液と酸化剤が投入され、該処理液に含まれる有機物を処理液中で加熱及び加圧して分解する反応器と、
   該反応器に前記処理液と酸化剤を連続的に投入し、該反応器で生成した分解物を排出する流通手段と、
   前記反応器内部に挿入した攪拌部材を回動させて、該処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌手段と、を具備し、
   前記攪拌部材の少なくとも表面の一部が前記反応器における反応を促進するための触媒からなることを特徴とする酸化分解処理装置。
2. 前記反応器は、所定長さの筒状容器であって、該筒状容器の長手方向の一方の端部側に前記処理液及び酸化剤を投入する投入口を有し、前記筒状容器の長手方向の他方の端部側に前記分解物を排出する排出口を有することを特徴とする請求項１に記載の酸化分解処理装置。
3. 前記反応器は、前記筒状容器内部において重力加速度方向の上方となる前記排出口側に前記攪拌手段が前記処理液及び酸化剤を攪拌する攪拌領域を有し、重力加速度方向の下方となる前記投入口側に非攪拌領域を有することを特徴とする請求項２に記載の酸化分解処理装置。
4. 前記攪拌手段は、前記反応器の筒状容器内壁に近接し前記投入口から前記排出口まで延びる前記攪拌部材を有することを特徴とする請求項２に記載の酸化分解処理装置。
5. 前記攪拌部材の少なくとも前記排出口側の所定領域の表面が前記触媒からなることを特徴とする請求項４に記載の酸化分解処理装置。
6. 前記攪拌手段は、所定の時間間隔で前記攪拌部材の回転方向を反転して前記処理液及び酸化剤を攪拌することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
7. 前記攪拌部材における触媒と反応器の容器部材との間が電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
8. 前記分解処理前の処理液、または分解処理後の処理液に対して塩基性物質を投入することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の酸化分解処理装置。
9. 前記反応器が、加圧容器内に設置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の酸化分解処理装置。