JP2013136045A - 廃液処理装置及び廃液処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１分解反応部２２ａでは除去し切れなかった物質を第２分解反応部２２ｂでより確実に除去しつつ、従来に比べてメンテナンス性を向上させることができる廃液処理装置を提供する。
【解決手段】第１分解反応部内２２ａと第２分解反応部２２ｂとにそれぞれ互いに異なる種類の触媒を配設するか、あるいは、それら分解反応部のうち、第２分解反応部２２ｂだけに触媒を配設するかし、且つ、第１分解反応部２２ａの流体出口側と、第２分解反応部２２ｂの流体入口側とを、互いに狭窄させることなく直接連通させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機物を含む廃液を加圧及び加熱することで廃液中の有機物を分解する廃液処理装置及び廃液処理方法に関するものである。

従来より、し尿、下水、集落廃水、家畜糞尿、食品工場廃水などの廃液を浄化する方法としては、活性汚泥を用いた生物処理を行う方法が一般的に用いられてきた。ところが、この方法では、活性汚泥中の微生物の活動を妨げる高濃度有機溶剤廃液をそのままの濃度で処理したり、生分解ができないプラスチック微粒子を含む廃液を処理したりすることができなかった。また、液体に溶解していない有機性の浮遊物質（Suspended Solids）を多く含む廃液では、活性汚泥の増殖が盛んになって、エアレーション量や余剰汚泥処理量の増加によるコストアップを引き起こすことから、予め浮遊物質を篩いや凝集沈殿などの物理化学的処理で除去しておく必要があった。

一方、近年、廃液中の水を高温高圧の環境下で超臨界状態や亜臨界状態に変化させることで、廃液中の有機物を短時間で分解する廃液処理装置の開発が盛んに行われるようになった。この種の廃液処理装置では、廃液中の水を温度３７４℃、圧力２２ＭＰａまで加熱及び加圧して、液体と気体との中間の性質を帯びた超臨界水にする。あるいは、温度や圧力を前述の値よりもやや低くして、廃液中の水を超臨界状態よりもやや液体に近い性質の亜臨界水にする。超臨界水や亜臨界水中では、流体中の有機物が一瞬のうちに溶解されて加水分解されたり、有機物が酸素の存在下で一瞬のうちに酸化分解されたりする。また、アンモニア態窒素が分解されて窒素ガスに変換される。生物処理では不可能であった高濃度有機溶剤廃液やプラスチック微粒子含有廃液でも、容易に浄化することができる。また、有機性の浮遊物質を多量に含む廃液であっても、多量の浮遊物質をほぼ完全に酸化分解して、その殆どを、水と、窒素ガスと、二酸化炭素とに分解することができる。

このような廃液処理装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この廃液処理装置は、高温高圧に耐え得る反応器として、第１反応器と、配管によって第１反応器に繋がれた第２反応器とを有している。そして、廃液を、まず、第１反応器内で空気などの酸化剤と混合しながら加熱及び加圧して、廃液中の有機物を加水分解したり、酸化分解したりする。そして、このような分解工程を経てもまだ有機酸などの有機物が残っている流体を第２反応器内に送る。第２反応器には、第１反応器内での分解工程を経ても残ってしまった有機物やアンモニア態窒素の分解を促進するための二酸化マンガンなどからなる触媒が充填されている。第２反応器に送られた流体は、高温高圧の環境下で触媒に接触しながら酸素と混合されることで、有機物が酸化分解によって二酸化炭素になる。また、同流体に含まれていたアンモニア態窒素が窒素ガスになる。このようにして、廃水中に含まれていた有機物及びアンモニア態窒素や、有機物の分解過程で生じた有機酸及びアンモニア態窒素をほぼ完全に酸化分解して、二酸化炭素、窒素、及び水に変化させる。

この廃液処理装置において、反応器として、第１反応器及び第２反応器の２つを用いているのは、次に説明する理由によるものと考えられる。即ち、この廃液処理装置では、家畜排泄物からなる廃液を処理対象としている。家畜排泄物からなる廃液は、アンモニア態窒素の濃度が非常に高いという特性がある。このような廃液では、アンモニア態窒素が分解し切れずに残留し易くなることから、アンモニア態窒素の酸化分解を促進する触媒を充填した第２反応器で、アンモニア態窒素をより確実に酸化分解させていると考えられる。

アンモニア態窒素の酸化分解のために第２反応器を設けるのではなく、他の理由から第２反応器を設けることも考えられる。例えば、難分解性のポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）と、炭水化物やタンパク質などの一般的な有機物とを含む廃液では、ＰＣＢだけが分解し切れずに残留し易くなる。このような廃液において、第１反応器に通した亜臨界状態又は超臨界状態の流体を、第２反応器内でＰＣＢの酸化分解の促進に有用な触媒に接触させながら加圧及び加熱することで、ＰＣＢをより確実に酸化分解できる可能性がある。また、第１反応器内には酸化剤を投入せずに、第１反応器内で有機物の加水分解による低分子化を集中的に起こさせた後、第２反応器内で酸化剤との混合による低分子有機物の酸化分解を起こさせることで、分子量の大きな有機物をより効率的に分解できる可能性がある。

しかしながら、第２反応器でどのような物質を酸化分解するにしても、特許文献１に記載の廃水処理装置の構造では、メンテナンスに手間を要するという問題があった。具体的には、第１反応器内や第２反応器内では、酸化分解の最終産物の一部であるアルミナ、シリカ、ジルコニア、リンなどの無機物が析出する。特許文献１に記載の廃水処理装置では、上述したように、第１反応器と第２反応器とをそれらの内径よりもはるかに小さな内径の配管で繋いでいる。この配管内で無機物が堆積すると管を閉塞してしまう。このため、管内を定期的に清掃する必要があることから、非常に手間を要してしまうのである。

なお、第１反応器や第２反応器で廃水を超臨界状態の流体に変化させることに代えて、亜臨界状態の流体に変化させる構成を採用しても、同様の問題が生じ得る。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のような廃液処理装置や廃液処理方法を提供することである。即ち、第１反応器などの第１分解反応部では除去し切れなかった物質を第２反応器などの第２分解反応部でより確実に除去しつつ、従来に比べてメンテナンス性を向上させることができる廃液処理装置及び廃液処理方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、有機物を含む廃液からなる処理対象流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を少なくとも加水分解する第１分解反応部と、前記第１分解反応部を通過した処理対象流体を加圧及び加熱しながら酸化剤と混合して処理対象流体中の有機物又は無機物を酸化分解する第２分解反応部とを有する廃液処理装置において、前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とにそれぞれ互いに異なる種類の触媒を配設するか、あるいは、前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とのうち、前記第２分解反応部だけに触媒を配設するかし、且つ、前記第１分解反応部の流体出口側と、前記第２分解反応部の流体入口側とを、互いに狭窄させることなく直接連通させたことを特徴とするものである。

本発明においては、第１分解反応部には配設していない種類の触媒により、第２分解反応部内で特定の物質の分解を促進することで、第１分解反応部では除去し切れなかった物質を第２分解反応部でより確実に除去することができる。あるいは、酸化剤を供給していない第１分解反応部内で加水分解による低分子化を図っただけで、酸化分解していない低分子の有機物を、酸化剤を供給している第２分解反応部で酸化分解することで、第１分解反応部では除去し切れなかった低分紙の有機物を除去することができる。

また、本発明においては、第１分解反応部の出口側と、第２分解反応部の入口側とを狭窄させずに直接連通させたことで、第１分解反応部と第２分解反応部とをそれらの内径よりも小さな内径で繋ぐ配管をなくしている。これにより、配管の清掃作業を不要にして従来に比べて清掃頻度を少なくしたことで、メンテナンス性を向上させることができる。

実施形態に係る廃水処理装置と処理の流れとを示すフローシート。 同廃水処理装置の反応槽を示す縦断面図。 第１変形例に係る廃水処理装置の反応槽を示す縦断面図。 第２変形例に係る廃水処理装置を示す概略構成図。 同廃水処理装置の反応槽を示す縦断面図。

以下、本発明を適用した廃水処理装置の一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る廃水処理装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る廃水処理装置と処理の流れとを示すフローシートである。実施形態に係る廃水処理装置は、原水タンク１、攪拌機２、原水供給ポンプ３、原水圧力計４、原水入口弁５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤入口弁８、熱交換器９、熱媒体タンク１０、熱交換ポンプ１１、出口圧力計１２、出口弁１３、気液分離器１４、反応槽２０、図示しない制御部などを備えている。

制御部は、漏電ブレーカー、マグネットスイッチ、サーマルリレーなどの組み合わせからなる給電回路を、攪拌機２、原水供給ポンプ３、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧送ポンプ６、熱交換ポンプ１１にそれぞれ個別に対応する分だけ有している。そして、プログラマブルシーケンサーからの制御信号によって給電回路のマグネットスイッチをオンオフすることで、それら機器に対する電源のオンオフを個別に制御する。

原水圧力計４、酸化剤圧力計、出口圧力計１２はそれぞれ、圧力の検知結果に応じた値の電圧を出力する。また、反応槽２０の温度計２４は、温度の検知結果に応じた電圧を出力する。それらの測定機器から出力される電圧は、それぞれ図示しないＡ／Ｄコンバーターによって個別にデジタルデータに変換された後、センシングデータとしてプログラマブルシーケンサーに入力される。プログラマブルシーケンサーは、それらのセンシングデータに基づいて、各種の機器の駆動を制御する。

原水タンク１には、分子量の比較的大きな有機物を含む廃液Ｗが未処理の状態で貯留されている。廃液Ｗは、有機溶剤廃液、製紙工程で生ずる製紙廃液、及びトナー製造工程で生ずるトナー製造廃液のうち、少なくとも何れか１つからなるものである。製紙廃液やトナー製造廃液には、アンモニア態窒素が殆ど含まれていないが、難分解性の有機物が含まれている可能性がある。

攪拌機２は、処理対象流体としての廃液Ｗを撹拌することで、廃液中に含まれる浮遊物質を均等に分散せしめて、有機物濃度の均一化を図っている。原水タンク１内の廃液Ｗは、高圧ポンプからなる原水供給ポンプ３によって連続的に圧送されて、原水入口弁５を介して反応槽２０に高圧流入する。原水供給ポンプ３の駆動による廃液Ｗの流入圧力は、原水圧力計４によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。プログラマブルシーケンサーは、原水供給ポンプ３の駆動量の調整により、廃液Ｗの流入圧力を所定の範囲内に維持する。駆動量の調整については、オンオフによって行ってもよいし、インバーターによる原水供給ポンプ３の回転数の変更によって行ってもよい。

コンプレッサーからなる酸化剤圧送ポンプ６は、酸化剤として取り込んだ空気を、廃液Ｗの流入圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、酸化剤入口弁８を介して反応槽２０に送り込む。酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の流入圧力は、酸化剤圧力計７によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。プログラマブルシーケンサーは、酸化剤圧送ポンプ６の駆動量の調整により、空気の流入圧力を所定の範囲内に維持する。その範囲は、廃液中の有機物を完全に酸化させるのに必要となる化学量論的な酸素量に基づいて決定されている。より詳しくは、廃液のＢＯＤ（Biochemical oxygen demand）、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、廃液Ｗ中の有機物濃度、窒素濃度、リン濃度などに基づいて、有機物の完全酸化に必要な酸素量が算出され、その結果に基づいて、空気の流入圧力の制御範囲が設定されている。

空気の流入圧力の制御範囲が設定は作業員によって行われるが、廃液Ｗ中に含まれる有機物の種類が経時で安定しており、濁度、光透過度、比重などの物性と、前述の酸素量との相関関係が比較的良好である場合には、その物性をセンサー等で検知した結果に基づいて、前述の制御範囲を自動で補正する処理を実施するように、プログラマブルシーケンサーを構成してもよい。

酸化剤としては、空気の他、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素水の何れか１つ、あるいは、それらの２種類以上を混合したもの、を用いることも可能である。

処理対象流体としての廃液Ｗは、反応槽２０に流入されるまでは液体の状態になっているが、反応槽２０に流入されると、後述するように、廃液中の水は亜臨界水や超臨界水という液体水とは異なった状態になる。そして、反応槽２０から排出された後、急速に冷却且つ減圧されながら、気液分離器１４によって液体と気体とに分離される。

図２は、反応槽２０を示す縦断面図である。反応槽２０は、外筒２１と、これの内部に収容される内筒２２とによる２重構造になっている。内筒２２には廃液Ｗを加熱するためのヒーター２３が巻き付けられている。内筒２２は、酸に強いチタンからなる筒である。これに対し、外筒２３は、強度に優れたステンレスなどの金属材からなる筒である。反応槽２０の内部の圧力は、５〜３０ＭＰａという高圧に制御される。このような高圧に耐え得るように、外筒２３の厚みは肉厚になっている。これに対し、内筒２２は、耐圧性よりも耐食性が求められることから、優れた耐食性を発揮するチタンが材料として採用されている。

原水供給ポンプ（図１の３）によって反応層２０に向けて圧送される廃液Ｗは、原水入口弁（図１の５）を経由した後、原水入口弁の出口側に接続されている入口管１５に進入する。この入口管１５は、入口継手１７により、反応層２０の入口側に設けられている流入管部２６に接続されている。入口管１５から反応層２０内に圧送された廃液Ｗは、反応層２０において、流入管部２６を通って内筒２２内に流入する。そして、内筒２０内のその長手方向に沿って図中左側から右側に向けて移動する。

一方、酸化剤導入ポンプ６によって反応槽２０内に圧送された空気Ａは、外筒２１と内筒２２との間の筒間空間に流入する。そして、筒間空間をその長手方向に沿って図中右側から左側に向けて移動する。内筒２２は、図中左側の端部を開口させており、廃液Ｗを内筒２２内に流入するための流入管２６はその開口を通じて内筒２２内に挿入されている。この流入管２６の外壁と内筒２２の内壁との間には隙間が形成されており、筒間空間の図中左端まで移動した空気Ａは、その隙間を通じて内筒２２内に進入して、廃液Ｗと混合される。

内筒２２内は、高圧であることに加えて、高温になっている。その温度は、２００〜５５０℃である。図示の廃水処理装置の運転が開始されるときには、内筒２２内の廃液Ｗと空気Ａとの混合体は、圧力がかけられているが、温度はそれほど高くなっていない。そこで、運転開始時には、プログラマブルシーケンサーがヒーター（図１の２３）を発熱させて、内筒２２内の混合体の温度を２００〜５５０℃まで昇温させる。すると、内筒２２内の廃液Ｗ中の水が亜臨界水又は超臨界水に変化して、流体内の有機物が急速に溶解されながら、急激に加水分解及び酸化分解される。廃液Ｗの有機物濃度がある程度高濃度である場合には、このようにして有機物の急激な酸化分解が開始されると、その酸化分解によって発生する熱により、亜臨界状態又は超臨界状態が自然に保たれる。マッチでアルコールなどに一旦火をつけると、それ以降はアルコールが完全に酸化分解されるまで燃え続ける現象と同じである。このため、プログラマブルシーケンサーは、温度計（２４）による検知結果に基づいて、必要なときだけヒーター（２３）を発熱させる。

内筒２２内において有機物の酸化分解が開始され、内筒２２が高温に維持されるようになると、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間内で空気Ａが予備加熱されながら、内筒２２内に流入するようになる。

内筒２２内では、有機塩化物のクロロ基に由来する塩酸や、アミノ酸等のスルホニル基に由来する硫酸が一時的に発生して、内筒２２の内壁を強い酸性下におくことがある。このため、内筒２２には、耐食性に優れたチタンからなる筒が採用されているのである。但し、チタンは非常に高価な材料であるため、内筒２２の厚みを高圧に耐え得る値まで大きくすると、非常にコスト高になってしまう。あるいは、チタンは、高温環境下での強度が比較的低いことから、所望の高温条件では、内筒２２の厚みをいくら大きくしても、所望の高圧に耐え得る強度が得られない場合もある。そこで、内筒２２の外側に外筒２１を配設し、チタンよりも安価なステンレス等からなる外筒２１によって必要な耐圧性を発揮させるようにしている。内筒２２と外筒２１との間の筒間空間の圧力は圧送される空気Ａによって内筒２２内の圧力とほぼ同じ値になるため、肉薄のチタンからなる内筒２２に対しては、大きな圧力がかからないようになっている。

内筒２２の図中右側端部付近まで移動した被処理流体は、有機物や無機化合物がほぼ完全に酸化分解された状態になっている。内筒２２における流体搬送方向の下流側端部には、出口継手１８を介して、内筒２２内で浄化された被処理流体を搬送するための搬送管１６が接続されている。浄化された被処理流体は、この搬送管１６に進入する。

搬送管１６内では、高温の被処理流体が冷却されて、液体になる。反応槽２０において、流入管２６から内筒２２内に新たな廃液Ｗが流入すると、それに伴って内筒２２の内圧が上昇する。すると、搬送管１６内の液体の圧力も上昇する。搬送管１６の末端には、背圧弁からなる出口弁１３が接続されている。この出口弁１３は、搬送管１６内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて搬送管１６内の流体を排出することで、搬送管１６内の圧力を閾値よりも低く維持する。出口弁１３によって搬送管１６内から排出された流体は、急激に大気圧付近まで減圧されることで、処理液とガスとに分かれる。そして、気液分離器１４によって処理液とガスとに分離され、処理液は処理液タンクに貯留される。また、ガスは大気中に放出される。

処理液は、活性汚泥による生物処理では除去し切れないごく低分子の有機物もほぼ完全に酸化分解されたものであるため、浮遊物質や有機物は殆ど含まれておらず、ごく僅かな無機物が含まれているだけである。そのままの状態でも、用途によっては工業用水として再利用することが可能である。また、限外濾過膜による濾過処理を施せば、ＬＳＩ洗浄液などに転用することも可能である。気液分離器１４によって分離されたガスは、二酸化炭素及び窒素を主成分とするものである。

次に、実施形態に係る廃水処理装置の特徴的な構成について説明する。
反応槽２０内においては、廃液Ｗ中の水を亜臨界水又は超臨界水に変化させたり、亜臨界水又は超臨界水に含まれる物質を完全に酸化分解したりする反応が、全て内筒２２の内部空間で行われる。内筒２２の内部空間では、筒長手方向に沿って図中左側から右側に向けて、処理対象流体としての廃液Ｗ中の成分が亜臨界水又は超臨界水とともに流れていく。このようにして流体が流れる内筒２２は、第１分解反応部２２ａと第２分解反応部２２ｂとに二分されているが、両者は互いに同じ径で連通している。互いの連通部が狭窄していたり、互いをより小さな内径の配管で繋いだりしていない。

第１分解反応部２２ａは、第２分解反応部２２ｂよりも流体搬送方向上流側に位置している。そして、第１分解反応部２２ａでは、廃液Ｗ中の水を亜臨界水又は超臨界水に変化させたり、流体中の有機物を加水分解によって低分子化したりする。実施形態に係る廃水処理装置では、酸化剤としての空気を第１分解反応部２２ａに供給しているので、第１分解反応部２２ａ内において、各種の化合物の酸化分解も行われる。酸化剤を第２分解反応部２２ｂにのみ導入して、第１分解反応部２２ａ内では主に加水分解による化合物の低分子化を集中的に行うようにしてもよい。

第１分解反応部２２ａを通過した亜臨界水又は超臨界水には、酸化分解し切れなかった有機物やアンモニア態窒素がある程度の濃度で残っている。第２分解反応部２２ｂには、第１分解反応部２２ａで除去し切れなかった低分子の有機物や、アンモニア態窒素の酸化分解を促進するための触媒（図１の２５）として、表面にパラジウムを担持した粒子が充填されている。第２分解反応部２２ｂでは、空気と混合された被処理流体が高温高圧下で触媒に接触することで、被処理流体中に含有される低分子の有機物がほぼ完全に酸化分解される。

かかる構成においては、１つの内筒２２の中に、第１分解反応部２２ａと第２分解反応部２２ｂとを互いに狭窄させることなく連通させて、両者間を繋ぐ小径の配管を無くしたことで、配管の清掃作業を不要にしている。これにより、従来に比べて清掃頻度を少なくして、メンテナンス性を向上させることができる。

低分子の有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を促進する触媒としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣのうち、少なくとも何れか１つの元素を含むものを用いることが望ましい。

なお、廃液Ｗの中に含まれる化合物の種類や濃度によっては、第２分解反応部２２ｂ内に充填する触媒（２５）として、低分子の有機物の酸化分解に特化したものや、アンモニア態窒素の分解に特化したものを用いてもよい。また、第２分解反応部２２ｂ内に充填した触媒とは異なる触媒を、第１分解反応部２２ａに充填してもよい。また、第１分解反応部２２ａと第２分解反応部２２ｂとのうち、第１分解反応部２２ａだけに触媒を充填してもよい。この場合の触媒としては、高分子の有機物を低分子の有機物に加水分解又は酸化分解するのに特化したものを用いることが望ましい。また、酸化剤の導入を第２分解反応部２２ｂだけに対して行い、第１分解反応部２２ａ内で加水分解による有機物の低分子化を行った後、第２分解反応部２２ｂ内で有機物を酸化分解するようにしてもよい。

廃液Ｗ中の有機物濃度が比較的高い場合には、有機物の酸化分解によって多量の熱が発生する。このため、上述したように、運転初期にはヒーター（２３）による加熱が必要であるが、有機物濃度によっては、有機物の酸化分解が開始された後には、酸化分解によって発生する熱により、廃液Ｗ中の水が亜臨界水又は超臨界水に変化するために必要な温度、あるいはそれよりも高い温度を自然に維持できるようになる。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、温度計（２４）による内筒２２内の温度の検知結果が、亜臨界水又は超臨界水に変化するために必要な温度、あるいはそれよりも高い温度になった場合には、加熱手段としてのヒーター（２３）をオフにする。これにより、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。

また、廃液Ｗの有機物濃度が非常に高い場合には、有機物の酸化分解によって発生する熱量が新たに内筒２２内に流入してくる廃液Ｗを所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量を上回って、そのままでは、内筒２２内の温度が上昇の一途を辿ることもある。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、温度計（２４）による内筒２２内の温度の検知結果が、所定の上限温度よりも高くなった場合には、原水供給ポンプ（３）によって原水Ｗを第１分解反応部２２ａに送る給送速度、あるいは、酸化剤圧送ポンプ（６）によって空気Ａを第１分解反応部２２ａに送る供給速度を低下させる処理を実施する。これにより、内筒２２内の温度が上限温度よりも高くなってしまうことを防止することができる。なお、後述する熱交換器９として、搬送管１６との熱交換を行うだけでなく、外筒２１との熱交換も行うようにしたものを用いる場合には、廃液Ｗや空気Ａの給送量を低下させる代わりに、外筒２１の周りに熱交換流体を送る量を増やすようにしてもよい。

実施形態に係る廃水処理装置においては、既に説明したように、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間が、酸化剤としての空気Ａを内筒２２内に導入する導入路として機能させている。そして、筒間空間に流入した空気Ａは、内筒２２の外壁に触れながら、内筒２２の左端に設けられた入口に向けて移動する。この際、内筒２２の第１分解反応部２２ａや第２分解反応部２２ｂで発生した熱を、内筒２２の壁を介して空気Ａに伝達することで、空気Ａを予備加熱する。このように、実施形態に係る廃水処理装置では、内筒２２の壁を、空気Ａを予備加熱する予備加熱手段として機能させている。かかる構成では、空気Ａを予備加熱するためのエネルギーを外部から供給することなく、内筒２２内で発生する熱を利用して空気Ａを予備加熱することができる。

内筒２２の第２分解反応部２２ｂを通過した高温高圧の処理済み流体を冷却しながら気液分離器１４に向けて搬送する搬送管１６の外壁には、熱交換器９が装着されている。熱交換器９の本体は、搬送管１６の外壁を覆う外管で構成され、外管と搬送管１６の外壁との間の空間を水などの熱交換流体で満たしている。そして、搬送管１６の外壁と熱交換流体との熱交換を行う。反応槽２０の運転時には、非常に高温の流体が搬送管１６の内部に流れるため、搬送管１６から熱交換器９内の熱交換流体に熱が移動して、熱交換流体が熱せられる。熱交換器９内における熱交換流体の搬送方向は、いわゆる向流型の熱交換を行うように、搬送管１６内の液体の搬送方向とは逆方向になっている。即ち、出口弁１３側から反応槽２０側に向けて熱交換流体を送っている。これは、熱媒体タンク１０内の熱交換流体を吸引しながら熱交換器９に送る熱交換ポンプ１１によって行われる。熱交換器９を通過して熱せられた熱交換流体は、図示しないパイプを通って発電機に送られる。発電機では、熱せられたことによって圧力を高めている熱交換流体を液体から気体の状態にするときに発生する気流によってタービンを回転させることで発電が行われる。

なお、熱交換器９を通過した熱交換流体の一部を分岐パイプによって流入管２６や原水タンク１まで搬送して、廃液Ｗの予備加熱に利用してもよい。

搬送管１６における出口弁１３の近傍には、搬送管１６内の液体の温度を検知する図示しない出口温度計が設けられている。制御部のプログラマブルシーケンサーは、出口温度計による検知結果が所定の数値範囲内に維持されるように、熱交換ポンプ１１の駆動を制御する。具体的には、出口温度計による検知結果が所定の上限温度に達したときには、熱交換ポンプ１１の駆動量を増加して熱交換器９への熱交換流体の供給量を増やすことで、熱交換器９による冷却機能を高める。これに対し、出口温度計による検知結果が所定の下限温度に達したときには、熱交換ポンプ１１の駆動量を減少させて熱交換器９への熱交換流体の供給量を減らすことで、熱交換器９による冷却機能を低下させる。かかる構成では、熱交換量を適切に調整して搬送管１６内の流体の温度を一定範囲に維持することができる。

なお、熱交換器９を、搬送管１６に取り付けることに加えて、あるいは代えて、反応槽２０の外筒２１に取り付けてもよい。この場合、温度計（２４）による検知結果が所定の範囲になるように、外筒２１の周囲への熱交換流体搬送量を調整することで、内筒２２内の温度の過剰な上昇を回避しつつ、内筒２２内の温度を過剰に低下させてしまうことを回避することができる。

図３は、第１変形例に係る廃水処理装置の反応槽２０を示す縦断面図である。この反応槽２０は、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間に圧送した空気Ａを、内筒２２における第１分解反応部２２ａと第２分解反応部２２ｂとのうち、第２分解反応部２２ｂだけに供給するようになっている。かかる構成では、第１分解反応部２２ａにおいて、酸素を必要としない加水分解によって有機物の低分子化を集中的に行った後、低分子化した有機物や、アンモニア態窒素の分解を、第２分解搬送部２２ｂで集中的に行うことができる。

図４は、第２変形例に係る廃水処理装置を示す概略構成図である。第２変形例に係る廃水処理装置においては、反応槽２０内で流体をほぼ鉛直方向に沿って搬送するように、筒長手方向を鉛直方向にほぼ沿わせる姿勢で筒状の反応槽２０を配設している。

図５は、第２変形例に係る廃水処理装置の反応槽２０を示す縦断面図である。同図において、内筒２２の内部空間では、内筒２２内に流入した廃液Ｗ中の水が亜臨界水又は超臨界水に変化しながら、鉛直方向上方から下方に向けて流れていく。

内筒２２は、第１分解反応部２２ａと第２分解反応部２２ｂとに二分されているが、両者は互いに同じ径で連通している。互いの連通部が狭窄していたり、互いをより小さな内径の配管で繋いだりしていないことは、実施形態や第１変形例に係る廃水処理装置と同様である。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、有機物を含む廃液からなる処理対象流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を少なくとも加水分解又は熱分解する第１分解反応部（例えば２２ａ）と、第１分解反応部を通過した処理対象流体を加圧及び加熱しながら酸化剤と混合して処理対象流体中の有機物又は無機物を酸化分解する第２分解反応部（例えば２２ｂ）とを有する廃液処理装置において、前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とにそれぞれ互いに異なる種類の触媒を配設するか、あるいは、前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とのうち、前記第２分解反応部だけに触媒を配設するかし、且つ、前記第１分解反応部の流体出口側と、前記第２分解反応部の流体入口側とを、互いに狭窄させることなく直接連通させたことを特徴とするものである。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、前記第２分解反応部に配設する前記触媒として、有機物の酸化分解を促進するものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、第２分解反応部内で処理対象流体を触媒に接触させながら、処理対象流体中の有機物を良好に酸化分解することができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ａ又はＢにおいて、前記第２分解反応部に配設する前記触媒として、アンモニア態窒素の分解を促進するものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、第２分解反応部内で処理対象流体を触媒に接触させながら、処理対象流体中のアンモニア態窒素を良好に分解することができる。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、第１分解反応部内の処理対象流体を加熱する加熱手段（例えばヒーター２３）と、第１分解反応部又は第２分解反応部内の処理対象流体の温度を検知する反応温度検知手段（例えば温度計２４）と、反応温度検知手段による検知結果に基づいて、加熱手段の駆動を制御する制御手段（例えばプログラマブルシーケンサー等を具備する制御部）とを設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、上述したように、処理対象流体中の有機物の酸化分解によって発生する熱により、外部から加熱することなく、分解反応部内の処理対象流体を必要な温度まで昇温できるようになった場合に、加熱手段の駆動を停止させることで、無駄なエネルギー消費の発生を回避することができる。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｄにおいて、酸化剤と処理前の廃液とのうち、少なくとも何れか一方を予備加熱する予備加熱手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、酸化剤あるいは廃液を予備加熱しておくことで、第１分解反応部内でより迅速に有機物の加水分解を生起せしめることができる。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ｅにおいて、酸化剤を第１分解反応部及び第２分解反応部のうちの少なくとも何れか一方の外壁に接触させながら第１分解反応部又は第２分解反応部の内部に導入する導入路を設けて、第１分解反応部又は第２分解反応部の熱を利用して導入路内の酸化剤を予備加熱する予備加熱手段として、前記外壁を機能させたことを特徴とするものである。かかる構成では、予備加熱のための特別なエネルギーを外部から供給することなく、酸化剤を予備加熱することができる。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、態様Ｅにおいて、反応温度検知手段による検知結果に基づいて、予備加熱手段の駆動を制御する処理を実施するように、制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、第１分解反応部に供給する廃液の温度調整により、第１分解反応部や第２分解反応部の温度をある程度調整することができる。

［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ｄ〜Ｇの何れかにおいて、反応温度検知手段による検知結果に基づいて、処理前の処理対象流体である廃液を第１分解反応部に送る廃液給送手段（例えば原水供給ポンプ３）による給送速度、あるいは、酸化剤を第１分解反応部に送る酸化剤給送手段（例えば酸化剤圧送ポンプ６）による給送速度、を制御する処理を実施するように、制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、第１分解反応部に対する廃液の単位時間あたりの供給量や、第１分解反応部又は第２分解反応部に対する酸化剤の単位時間あたりの供給量の調整により、第１分解反応部や第２分解反応部の温度をある程度調整することができる。

［態様Ｉ］
態様Ｉは、態様Ａ〜Ｈの何れかにおいて、第１分解反応部、第２分解反応部、及び第２分解反応部によって処理された後の処理水を搬送する搬送部（例えば搬送管１６）、のうち、少なくとも何れか１つの熱を熱交換流体に吸熱させる熱交換手段（例えば熱交換器９）を設けるとともに、熱交換後の熱交換流体を、発電手段に送る熱交換流体搬送手段（例えば熱交換ポンプ１１）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、分解反応部で処理した後の処理済み流体を熱交換によって迅速に冷却しつつ、熱交換によって得られた熱エネルギーを発電に利用して電気エネルギーとして再利用することができる。

［態様Ｊ］
態様Ｊは、態様Ａ〜Ｈの何れかにおいて、第１分解反応部、第２分解反応部、及び第２分解反応部によって処理された後の処理水を搬送する搬送部、のうち、少なくとも何れか１つの熱を熱交換流体に吸熱させる熱交換手段を設けるとともに、熱交換後の熱交換流体を、酸化剤又は廃液の予備加熱手段に送る熱交換流体搬送手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、分解反応部で処理した後の処理済み流体を熱交換によって迅速に冷却しつつ、熱交換によって得られた熱エネルギーを酸化剤又は廃液の予備加熱に利用することができる。

［態様Ｋ］
態様Ｋは、態様Ｉ又はＪにおいて、熱交換流体搬送手段によって搬送される熱交換流体の温度を検知する熱交換流体温度検知手段と、熱交換流体温度検知手段による検知結果に基づいて熱交換流体搬送手段による搬送速度を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、熱交換後の熱交換流体の搬送速度を調整することで、熱交換流体の温度を適正範囲に維持することができる。

［態様Ｌ］
態様Ｌは、有機物を含む廃液からなる処理対象流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を少なくとも加水分解又は熱分解する第１分解反応工程と、前記第１分解反応工程を経た処理対象流体を加圧及び加熱しながら酸化剤と混合して処理対象流体中の有機物又はアンモニア態窒素を分解する第２分解反応工程とを実施する廃液処理方法において、請求項１乃至１１の何れかの廃液処理装置を用いて、前記第１分解反応工程及び前記第２分解反応工程を実施することを特徴とするものである。

［態様Ｍ］
態様Ｍは、態様Ｌにおいて、廃液として、有機溶剤廃液、製紙工程で生ずる製紙廃液、及びトナー製造工程で生ずるトナー製造廃液のうち、少なくとも何れか１つ用いることを特徴とするものである。かかる構成では、有機溶剤廃液、製紙廃液、又はトナー製造廃液に含まれる有機物を、亜臨界水又は超臨界水中で良好に分解することができる。

３：原水供給ポンプ（廃液給送手段）
６：酸化剤圧送ポンプ（酸化剤給送手段）
９：熱交換器（熱交換手段）
１１：熱交換ポンプ（熱交換流体搬送手段）
２０：反応槽
２１：外筒
２２：内筒（予備加熱手段）
２２ａ：第１分解反応部
２２ｂ：第２分解反応部
２３：ヒーター（加熱手段）
２４：温度計（反応温度検知手段）
２５：触媒
２６：搬送管（搬送部）

特開２００８−２０７１３５号公報

Claims (13)

1. 有機物を含む廃液からなる処理対象流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を少なくとも加水分解又は熱分解する第１分解反応部と、前記第１分解反応部を通過した処理対象流体を加圧及び加熱しながら酸化剤と混合して処理対象流体中の有機物又は無機物を酸化分解する第２分解反応部とを有する廃液処理装置において、
   前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とにそれぞれ互いに異なる種類の触媒を配設するか、あるいは、前記第１分解反応部と前記第２分解反応部とのうち、前記第２分解反応部だけに触媒を配設するかし、
   且つ、
   前記第１分解反応部の流体出口側と、前記第２分解反応部の流体入口側とを、互いに狭窄させることなく直接連通させたことを特徴とする廃液処理装置。
2. 請求項１の廃液処理装置において、
   前記第２分解反応部に配設する前記触媒として、有機物の酸化分解を促進するものを用いたことを特徴とする廃液処理装置。
3. 請求項１又は２の廃液処理装置において、
   前記第２分解反応部に配設する前記触媒として、アンモニア態窒素の分解を促進するものを用いたことを特徴とする廃液処理装置。
4. 請求項１乃至３の何れかの廃液処理装置において、
   前記第１分解反応部内の処理対象流体を加熱する加熱手段と、
   前記第１分解反応部又は前記第２分解反応部内の処理対象流体の温度を検知する反応温度検知手段と、
   反応温度検知手段による検知結果に基づいて、前記加熱手段の駆動を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする廃液処理装置。
5. 請求項４の廃液処理装置において、
   酸化剤と前記廃液とのうち、少なくとも何れか一方を予備加熱する予備加熱手段を設けたことを特徴とする廃水処理装置。
6. 請求項５の廃液処理装置において、
   酸化剤を前記第１分解反応部及び前記第２分解反応部のうちの少なくとも何れか一方の外壁に接触させながら前記第１分解反応部又は前記第２分解反応部の内部に導入する導入路を設けて、前記第１分解反応部又は前記第２分解反応部の熱を利用して前記導入路内の酸化剤を予備加熱する前記予備加熱手段として、前記外壁を機能させたことを特徴とする廃液処理装置。
7. 請求項５の廃液処理装置において、
   前記反応温度検知手段による検知結果に基づいて、前記予備加熱手段の駆動を制御する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする廃液処理装置。
8. 請求項４乃至７の何れかの廃液処理装置において、
   前記反応温度検知手段による検知結果に基づいて、処理前の処理対象流体である廃液を前記第１分解反応部に送る廃液給送手段による給送速度、あるいは、酸化剤を前記第１分解反応部に送る酸化剤給送手段による給送速度、を制御する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする廃液処理装置。
9. 請求項１乃至８の何れかの廃液処理装置において、
   前記第１分解反応部、前記第２分解反応部、及び前記第２分解反応部によって処理された後の処理水を搬送する搬送部、のうち、少なくとも何れか１つの熱を熱交換流体に吸熱させる熱交換手段を設けるとともに、熱交換後の熱交換流体を、発電手段に送る熱交換流体搬送手段を設けたことを特徴とする廃液処理装置。
10. 請求項１乃至８の何れかの廃液処理装置において、
    前記第１分解反応部、前記第２分解反応部、及び前記第２分解反応部によって処理された後の処理水を搬送する搬送部、のうち、少なくとも何れか１つの熱を熱交換流体に吸熱させる熱交換手段を設けるとともに、熱交換後の熱交換流体を、酸化剤又は廃液の予備加熱手段に送る熱交換流体搬送手段を設けたことを特徴とする廃液処理装置。
11. 請求項９又は１０の廃液処理装置において、
    前記熱交換流体搬送手段によって搬送される前記熱交換流体の温度を検知する熱交換流体温度検知手段と、
    前記熱交換流体温度検知手段による検知結果に基づいて前記熱交換流体搬送手段による搬送速度を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする廃液処理装置。
12. 有機物を含む廃液からなる処理対象流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を少なくとも加水分解又は熱分解する第１分解反応工程と、前記第１分解反応工程を経た処理対象流体を加圧及び加熱しながら酸化剤と混合して処理対象流体中の有機物又はアンモニア態窒素を分解する第２分解反応工程とを実施する廃液処理方法において、
    請求項１乃至１１の何れかの廃液処理装置を用いて、前記第１分解反応工程及び前記第２分解反応工程を実施することを特徴とする廃液処理方法。
13. 請求項１２の廃液処理方法において、
    前記廃液として、有機溶剤廃液、製紙工程で生ずる製紙廃液、及びトナー製造工程で生ずるトナー製造廃液のうち、少なくとも何れか１つ用いることを特徴とする廃液処理方法。

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