JP2014000527A - 流体浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応槽２０で発生する余剰熱や、処理水の熱を熱エネルギーとして回収することができ、且つ従来よりも低コスト化を図ることができる流体浄化装置を提供する。
【解決手段】反応槽２０から排出される流体を受け入れて搬送する搬送管１６の熱を熱交換媒体に伝導させて回収する熱交換器９を設けるとともに、反応槽２０内で混合流体中の廃液を高温高圧蒸気状態にするようにした。搬送管１６内を搬送される流体の熱を熱交換器９で回収して熱エネルギーとして利用することができる。また、廃液を、超臨界状態ではなく、高温高圧蒸気にすることで、反応槽２０に求められる耐圧性能を引き下げて低コスト化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物及び水分を含む処理対象流体と、酸化剤とを混合して得た混合流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を酸化分解するための反応槽と、反応槽内の混合流体を加熱する加熱手段とを用いて処理対象流体を浄化する流体浄化装置に関するものである。

従来、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、廃液を高温高圧の環境下で酸化剤と混合することで、廃液中の有機物を酸化分解する流体浄化装置の開発が盛んに行われるようになった。特許文献１に記載の流体浄化装置もその１つである。この流体浄化装置は、反応槽の中で廃液を温度３７４℃、圧力２２ＭＰａまで加熱及び加圧して、廃液を液体と気体との中間の性質を帯びた超臨界状態にする。超臨界状態では、有機物を一瞬のうちに超臨界水に溶解して加水分解したり、有機物や、アンモニア態窒素を、酸素の存在下で一瞬のうちに酸化分解したりすることが可能である。このような超臨界水の状態で有機物をほぼ完全に酸化分解することで、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。

しかしながら、特許文献１に記載の流体浄化装置においては、有機物の酸化分解に伴って発生する熱をエネルギーとして回収して有効利用することができないという問題があった。具体的には、廃液の有機物濃度が比較的高い場合には、反応槽内において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、運転開始時にヒーターなどによって反応槽内の廃液や酸化剤を加熱して酸化分解を生起せしめた後には、加熱を行わなくても、多量の有機物を酸化分解するのに伴って発生する熱によって反応槽内の温度を自然に高温に維持できることがある。反応槽内の廃液や酸化剤については、ある一定の温度まで昇温させればよいので、一定の温度を超える熱（余剰熱）については、熱エネルギーとして回収して有効利用することが望ましい。また、反応槽から排出される浄化済みの水（処理水）は、かなりの高温になっているが、その熱についても熱エネルギーとして回収して有効利用することが望ましい。ところが、特許文献１に記載の流体浄化装置では、反応槽で発生する余剰熱や、処理水の熱を熱エネルギーとして回収することができなかった。

また、特許文献１に記載の流体浄化装置においては、反応槽を少なくとも２２［Ｍｐａ］の圧力に耐え得る超耐圧仕様にしなければならず、このことによって製造コストを著しく高めてしまうという問題もあった。

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、反応槽で発生する余剰熱や、処理水の熱を熱エネルギーとして回収することができ、且つ従来よりも低コスト化を図ることができる流体浄化装置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、外部から圧送されてくる、有機物及び水分を含む処理対象流体と、外部から圧送されてくる酸化剤とを混合して得た混合流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を酸化分解するための反応槽と、前記反応槽の中の混合流体を加熱するための加熱手段とを有する流体浄化装置において、前記反応槽、又は、前記反応槽から排出される流体を受け入れて搬送する排出流体搬送管、の熱を熱交換媒体に伝導させて回収する熱回収手段を設けるとともに、前記反応槽内で前記混合流体中の処理対象流体を高温高圧蒸気状態にすることを特徴とするものである。

本発明においては、熱回収手段により、反応槽で発生する余剰熱を熱交換媒体に伝導させるか、あるいは、処理水の熱を排出流体搬送管から熱交換倍値に伝導させることで、反応槽で発生する余剰熱、あるいは、処理水の熱を熱エネルギーとして回収することができる。
また、反応槽の中で、処理対象流体を超臨界状態にすることに代えて、高温高圧蒸気状態にすることで、超臨界状態にする場合に比べて、反応槽内の圧力を下げた状態で、処理対象流体中の有機物を酸化分解する。これにより、処理対象流体を超臨界状態にする場合に比べて、反応槽に求められる耐圧性能を低減して装置のコストを下げることができる。

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。 変形例に係る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）、全無機態窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、廃液Ｗ中の有機物濃度、全無機態窒素濃度、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、亜臨界流体や臨界流体という液体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、５ＭＰａ以上、２２ＭＰ未満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の水が高温高圧蒸気に変化して、液内の有機物が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、高温高圧蒸気が自然に発熱する。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。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高温高圧蒸気は、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内で浄化された高温高圧蒸気を搬送するための搬送管１６が接続されている。浄化された高温高圧蒸気は、この搬送管１６に進入する。

搬送管１６内では、高温高圧蒸気が冷却されて、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内の液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内から排出された高温高圧蒸気は、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いない。酸化し切れなかった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ガス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を高温高圧蒸気に変化させたり、高温高圧蒸気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や高温高圧蒸気が流れていく。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を高温高圧蒸気に変化させたり、液中の臨界液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を通過した高温高圧蒸気には、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、パラジウムの粒子が充填されている。第２分解反応部２２ｂでは、空気と混合された高温高圧蒸気が高温高圧下で触媒に接触することで、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酸化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の高温高圧蒸気化に必要な温度、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、高温高圧蒸気化に必要な温度、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に送る給送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蒸気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内の流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内の液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、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酸化分解を、第２分解搬送部２２ｂで集中的に行うことができる。

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、外部から圧送されてくる、有機物及び水分を含む処理対象流体と、外部から圧送されてくる酸化剤とを混合して得た混合流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を酸化分解するための反応槽（例えば反応槽２０）と、前記反応槽の中の混合流体を加熱するための加熱手段とを有する流体浄化装置において、前記反応槽、又は、前記反応槽から排出される流体を受け入れて搬送する排出流体搬送管（例えば搬送管１６）、の熱を熱交換媒体に伝導させて回収する熱回収手段（例えば熱交換器９）を設けるとともに、前記反応槽内で前記混合流体中の処理対象流体を高温高圧蒸気状態にする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、処理対象流体に混合する前の酸化剤を予備加熱する酸化剤予備加熱手段（例えば二重管構造）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、反応槽の中で処理対象流体を高温の酸化剤と混合することで、処理対象流体を迅速に所望の温度まで昇温せしめる。これにより、処理対象流体の反応槽内における必要滞留時間を短縮することで、反応槽の小型化を図ることができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ａ又はＢの流体浄化装置において、有機物の酸化分解を促進する触媒（例えば触媒２５）を前記反応槽の中に配設したことを特徴とするものである。かかる構成では、触媒によって有機物の酸化分解を促すことで、処理対象流体の反応槽内における必要滞留時間を短縮して、反応槽の小型化を図ることができる。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ａ〜Ｃの何れかであって、前記酸化剤として、酸素、空気、オゾン及び過酸化水素水のうち、少なくとも何れか１つを用いることを特徴とするものである。かかる構成では、酸化剤を流体の状態で反応槽の中に圧送することが可能なので、固体の状態の酸化剤を用いる場合に比べて、装置の簡素化を図ることができる。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｃにおいて、前記触媒として、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣのうち、何れか１つからなるもの、あるいは、少なくとも何れか１つを含む化合物からなるもの、を用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、触媒に対して良好な触媒能を発揮させることができる。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ｂにおいて、前記反応槽内における有機物の酸化分解に伴って発生した熱を利用して酸化剤を予備加熱するように、前記酸化剤予備加熱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、酸化剤を予備加熱するためのエネルギー消費を抑えてランニングコストを低減することができる。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、態様Ａ〜Ｆの何れかにおいて、前記反応槽内の前記混合流体の温度を２００〜５５０℃の範囲に調整する温度調整手段と、前記反応槽内の前記混合流体の圧力を５ＭＰａ以上、２２ＭＰａ未満に調整する圧力調整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、温度調整手段による温度管理と、圧力調整手段による圧力管理とによって処理対象流体を反応槽の中で確実に高温高圧蒸気状態にすることができる。

［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ａ〜Ｇの何れかにおいて、前記反応槽の内部における全域のうち、前記混合流体と接触する部分を、チタン、又はチタンを含むチタン化合物からなる材料で形成したことを特徴とするものである。かかる構成では、反応槽の中で塩酸や硫酸が中間生成物として発生しても、それらによる反応槽の腐食を抑えることができる。

［態様Ｉ］
態様Ｉは、態様Ｈにおいて、前記反応槽の構造を、外筒体と、これの内側に配設された内筒体とからなる二重構造にし、前記内筒体と前記外筒体との間に前記混合流体とは異なる流体を高圧の状態で介在させ、前記内筒体の中で酸化剤と処理対象流体とを混合し、且つ、前記内筒体をチタン又はチタン化合物で形成したことを特徴とするものである。かかる構成では、チタン又はチタン化合物からなる内筒体を薄厚なものにしてコストを抑えるとともに、反応槽全体に所望の耐圧性能を発揮させることができる。

９：熱交換器（熱回収手段）
１６：搬送管（排出流体搬送管）
２０：反応槽
２１：外筒（外筒体）
２２：内筒（内筒体）
２３：ヒーター（加熱手段）
２５：触媒

特開２００２−１４３８２５号公報

Claims (9)

1. 外部から圧送されてくる、有機物及び水分を含む処理対象流体と、外部から圧送されてくる酸化剤とを混合して得た混合流体を加圧及び加熱して処理対象流体中の有機物を酸化分解するための反応槽と、前記反応槽の中の混合流体を加熱するための加熱手段とを有する流体浄化装置において、
   前記反応槽、又は、前記反応槽から排出される流体を受け入れて搬送する排出流体搬送管、の熱を熱交換媒体に伝導させて回収する熱回収手段を設けるとともに、
   前記反応槽内で前記混合流体中の処理対象流体を高温高圧蒸気状態にすることを特徴とする流体浄化装置。
2. 請求項１の流体浄化装置において、
   処理対象流体に混合する前の酸化剤を予備加熱する酸化剤予備加熱手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
3. 請求項１又は２の流体浄化装置において、
   有機物の酸化分解を促進する触媒を前記反応槽の中に配設したことを特徴とする流体浄化装置。
4. 請求項１乃至３の何れかの流体浄化装置であって、
   前記酸化剤として、酸素、空気、オゾン及び過酸化水素水のうち、少なくとも何れか１つを用いることを特徴とする流体浄化装置。
5. 請求項３の流体浄化装置において、
   前記触媒として、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣのうち、何れか１つからなるもの、あるいは、少なくとも何れか１つを含む化合物からなるもの、を用いたことを特徴とする流体浄化装置。
6. 請求項２の流体浄化装置において、
   前記反応槽内における有機物の酸化分解に伴って発生した熱を利用して酸化剤を予備加熱するように、前記酸化剤予備加熱手段を構成したことを特徴とする流体浄化装置。
7. 請求項１乃至６の何れかの流体浄化装置において、
   前記反応槽内の前記混合流体の温度を２００〜５５０℃の範囲に調整する温度調整手段と、前記反応槽内の前記混合流体の圧力を５ＭＰａ以上、２２ＭＰａ未満に調整する圧力調整手段とを設けたことを特徴とする流体浄化装置。
8. 請求項１乃至７の何れかの流体浄化装置において、
   前記反応槽の内部における全域のうち、前記混合流体と接触する部分を、チタン、又はチタンを含むチタン化合物からなる材料で形成したことを特徴とする流体浄化装置。
9. 請求項８の流体浄化装置において、
   前記反応槽の構造を、外筒体と、これの内側に配設された内筒体とからなる二重構造にし、前記内筒体と前記外筒体との間に前記混合流体とは異なる流体を高圧の状態で介在させ、前記内筒体の中で酸化剤と処理対象流体とを混合し、且つ、前記内筒体をチタン又はチタン化合物で形成したことを特徴とする流体浄化装置。

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