JP2015020133A - 流体処理装置及び触媒配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】無機物の付着・堆積に起因するメンテナンス周期を大きくすることができ、処理効率の低下を抑制してランニングコストの抑制にも寄与できる流体処理装置を提供する。
【解決手段】処理対象流体としての廃液Ｗと酸化剤としての空気Ａとが混合流入する反応槽９内には、廃液の流動方向上流に位置する前段触媒領域３４Ａと、下流に位置する後段触媒領域３４Ｂとが配置され、各領域には触媒かご３２、４０を介して粒状の触媒３４が複数収容されている。前段触媒領域３４Ａによって触媒領域全体の表面積が拡大されているため、後段触媒領域３４Ｂに無機物３６が付着して堆積する進度が遅くなり、メンテナンス周期が大きくなる。
【選択図】図７

Description

本発明は、有機物、無機物、及び水分を含む処理対象流体と、酸化剤とを高温高圧状態にして反応槽内で混合し、処理対象流体中の有機物を酸化分解する流体処理装置に関し、詳しくは、反応槽内に有機物の酸化処理を促進する触媒を配置してなる流体処理装置及び触媒配置構造に関する。

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処理する方法としては、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。
液体に溶解していない有機性の浮遊物質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。
このため、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。

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処理装置の開発が盛んに行われるようになった。
特許文献１に記載の流体処理装置もその１つである。この流体処理装置は、反応槽の中で廃液を水の臨界温度３７４℃以上、臨界圧力２２ＭＰａ以上に加熱及び加圧して、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、容易に処理することができる。
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。

特許文献２には、酸化処理を促進するために、超臨界水用反応管内に粒状の触媒（ＭｎＯ_２）を配置した処理装置が開示されている。

ところで、処理対象の廃液には有機物だけでなく無機物がいくらかの割合で含有されていることが多い。
高温高圧の環境下で酸化剤と混合して酸化分解する流体処理装置では無機物を処理することはできない。
このため、反応槽の内部に無機物が堆積し廃液処理量が増大するにつれて堆積量も増加し、結果的に流路が閉塞し圧力損失を生じることがある。
圧力損失が発生した場合、処理効率が低下するため、また反応槽の内圧が上昇することによる安全性を確保するため、装置を停止させて反応槽内部の堆積物を除去するメンテナンスが定期的に必要となる。

酸化処理を促進するために反応槽内に触媒を配置する構成では、触媒と処理流体との接触効率を考慮すると、触媒領域と反応槽との間に隙間を設けることは望ましくない。
しかしながら、反応槽との間に隙間無く触媒を配置した場合、廃液の処理に伴い無機物が触媒表面に容易に堆積するという問題がある。
処理対象の廃液には、溶媒として使用される水と酸化剤として使用される酸素などの流体と、有機物または無機物などの固形分とが含まれている。
触媒に関しては、触媒効率を考えると金属または金属酸化物の粒状のものを使用することが考えられるが、少なくとも前記流体成分による圧力損失を回避するため粒径数十μｍ以下のものは使用できない可能性が高い。
逆に粒径を大きくしすぎると触媒の比表面積が低下することにより処理効率が著しく低下するため使用は困難である。

このような構成による反応槽内部の流体の流れとしては、流体成分は問題なく反応槽下流に流れていく。
また、有機物固形分も酸化処理により低分子流体に分解されるため問題なく反応槽下流に流れていく。
しかしながら、無機物の固形分に関しては、処理されることがないため触媒表面に容易に付着してしまう。
流体の処理が進むに伴い触媒表面への無機物の付着量が多くなると、触媒表層を覆ってしまい系内の圧力損失を生じメンテナンスが必要となる。

この種のメンテナンスでは、装置の稼動を停止した状態で反応槽から触媒を取り出して付着した無機物を洗浄・除去する必要がある。
したがって、メンテナンス周期が短くなると、その手間が増えるとともに、装置稼動の停止に伴う処理効率の低下を避けられない。ランニングコストのアップにもつながる。
さらに、温度、圧力として、水が過熱水蒸気として存在する条件下での廃液処理を実施する場合、水が液体または亜臨界流体として存在する場合と比較して、無機物が触媒表面に堆積しやすいということが知られている。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、無機物の付着・堆積に起因するメンテナンス周期を大きくすることができ、処理効率の低下を抑制してランニングコストの抑制にも寄与できる流体処理装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、有機物と無機物とを含む処理対象流体と、酸化剤とを高温高圧状態に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、前記反応槽内に配置され、前記酸化分解を促進させるための触媒と、を備えた流体処理装置において、前記触媒が前記処理対象流体の流動方向に複数段に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、有機物と無機物とを含む処理対象流体と、酸化剤とを高温高圧状態に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内に、前記酸化分解を促進させるための触媒を配置する触媒配置構造において、前記触媒を、前記処理対象流体の流動方向に複数段に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、触媒に対する処理対象流体の接触可能な表面積を拡大することができ、メンテナンス周期を大きくすることができる。
これにより、処理効率の低下を抑制してランニングコストの抑制にも寄与できる。

本発明の一実施形態に係る流体処理装置としての廃水処理装置の構成の概要図である。 廃液処理の初期状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 廃液の流動方向上流側から見た前段触媒領域の図である。 廃液の流動方向上流側から見た後段触媒領域の図である。 廃液処理が進行した状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 廃液処理がさらに進行した状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 廃液処理がメンテナンスを要する程度に進行した状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 触媒配置構成の他例を示す反応槽の概要縦断面図である。 上記他例における触媒の平面図である。 従来の触媒配置構成における廃液処理の初期状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 従来の触媒配置構成における廃液処理が進行した状態を示す反応槽の概要縦断面図である。 従来の触媒配置構成における廃液処理がメンテナンスを要する程度に進行した状態を示す反応槽の概要縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る流体処理装置としての廃水処理装置の構成の概要を説明する。
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、酸化剤圧送機６、酸化剤圧力計７、酸化剤入口弁８、反応槽９、反応槽温度計１０、熱交換槽１１、フィルタ１２、出口圧力計１３、出口弁１４、気液分離器１５、熱交換媒体タンク１６、熱交換媒体供給ポンプ１７、処理対象流体予熱器１８、酸化剤予熱器１９、反応槽ヒーター２０、フィルタ手前圧力計２１、処理対象流体流量計２２、酸化剤流量計２３、図示しない制御部などを備えている。
以下、反応槽温度計を温度計、処理対象流体予熱器、酸化剤予熱器をそれぞれ予熱器、反応槽ヒーターをヒーター、フィルタ手前圧力計を圧力計、熱交換媒体供給ポンプをポンプと適宜略す。

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有している。
この給電回路を、攪拌機２、原水供給ポンプ３、酸化剤圧送機６、熱交換媒体供給ポンプ１７、処理対象流体予熱器１８、酸化剤予熱器１９、反応槽ヒーター２０、にそれぞれ個別に対応する分だけ有している。
制御部は、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７、出口圧力計１３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。反応槽９の温度計１０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、有機物および無機物を含む廃液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、難分解性の有機物が含まれている可能性がある。
処理対象流体としての廃液Ｗが製紙工程で生ずる製紙廃液の場合、廃液中に有機物、無機物の両方が含まれている。

本発明に係る廃水処理装置では有機物成分の分解、主には酸化処理を目的とするものである。
廃水に含有される無機物は例えば、アルミナやシリカがある。これら無機物は酸化処理によって分解されることはなく、装置内に堆積されるか、または装置下流に設置されたフィルタ１２にトラップされるかどちらかである。
アルミナ、シリカの代表的な粒径は数百ｎｍ程度である。

攪拌機２は、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、処理流体中の固形分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９に高圧流入する。
原水供給ポンプ３の駆動による廃液Ｗの流入量は、処理対象流体流量計２２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の流入量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機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９に送り込む。
酸化剤圧送機６の駆動による空気の流入量は、酸化剤流量計２３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、酸化剤圧送機６の駆動量の調整により、空気の流入量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ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）など、廃液Ｗ中の有機物濃度に基づいて、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、空気の流入量の制御範囲が設定されている。

空気の流入量の制御範囲の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は予熱器１８で反応槽９に流入する前に加熱され、所望の温度にすることができる。
予熱器１８は装置立ち上げの時のみ使用してもよい。または処理開始後でも反応槽９での処理が安定的に実施されるように使用してもよい。

酸化剤も同様に予熱器１９により反応槽９に流入する前に加熱され、所望の温度にすることができる。
予熱器１９は装置立ち上げの時のみ使用してもよい。または処理開始後でも反応槽での処理が安定的に実施されるように使用してもよい。
処理を効率よく実施するために、反応槽９の周りには反応槽ヒーター２０が設置されている。
反応槽ヒーター２０は装置立ち上げ時のみ使用してもよい。または処理開始後でも反応槽での処理が安定的に実施されるように使用してもよい。

反応槽９内の流体に加える圧力としては、０．５〜３０ＭＰａ（好ましくは２〜３０ＭＰａ）の範囲を例示することができる。
圧力計２１により示される反応槽９内の圧力は、後述する出口弁１４によって調整される。出口弁１４は、反応槽９内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて反応槽９内の流体を外部に排出することで反応槽９内の圧力を閾値付近に維持する。

反応槽９内の流体の温度としては、１００〜６００℃（好ましくは２００〜５５０℃）を例示することができる。
温度の調整は、上述した予熱器１８、１９、反応槽ヒーター２０のオンオフにより行われる。

温度および圧力の条件として、温度３７４．２℃以上かつ圧力２２．１ＭＰａ以上を採用した場合、水の臨界温度、臨界圧力を超え、かつ窒素および酸素の臨界温度、臨界圧力も超える状態である。
このため、反応槽９内の流体は液体と気体の中間的な性質を帯びる超臨界流体となる。
かかる超臨界流体中では有機物が良好に超臨界流体に溶解するとともに、酸化剤に良好に接触するため、有機物の酸化分解が急激に進行する。
温度および圧力の条件として、超臨界状態には及ばない高温高圧条件を採用してもよい。

廃水処理装置の運転が開始されるときには、反応槽９内の流体は、加圧されているが、温度は高くなっていない。
運転開始時には、プログラマブルシーケンサーが予熱器１８、１９および反応槽ヒーター２０を作動させて反応槽９内の温度を２００〜５５０℃まで昇温させる。
すると、反応槽９内において液内の有機物が加水分解、熱分解及び酸化分解され始める。
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酸化分解が開始されると、その酸化分解によって多量の熱が発生する。
この多量の熱により、反応槽内部の流体は予熱器１８、１９、ヒーター２０による加熱を必要とせずとも温度上昇し酸化反応を継続できる。

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１０による検知結果に基づいて、必要なときだけ予熱器１８、１９またはヒーター２０を作動させる。
処理対象流体としての廃液Ｗは、反応槽９に流入されるまでは液体の状態になっているが、反応槽９に流入されると、過熱水蒸気、亜臨界または超臨界流体という通常の液体とは異なった状態になる。

反応槽９から流出した高温高圧流体は、有機物がほぼ完全に酸化分解された状態になっている。処理済みの流体は熱交換器１１において冷却されて１００℃以下の温度になる。
処理済みの流体が所望の温度に熱交換されるように熱交換媒体流体の流量をポンプ１７において調整することが可能である。
さらに下流にはフィルタ１２と背圧弁からなる出口弁１４が接続されている。
出口弁１４は、圧力計２１の値が閾値よりも高くなると自動で弁を開いて処理済流体を出口弁１４より下流に排出することで、出口弁上流の圧力を閾値よりも低く維持する。
出口弁１４は手動で制御されるものであってもよい。出口弁１４から排出された流体は気液分離器１５において液体とガスとに分離され、それぞれ排出される。

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、有機物は殆ど含まれていない。
酸化し切れなかった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１５によって分離されたガスは、二酸化炭素、酸素及び窒素ガスを主成分とするものである。

本実施形態における触媒の配置構成を説明する前に、図１０乃至図１２に基づいて従来の触媒の配置構成について説明する。
図１０に示すように、反応槽９の底面側（出口側）には支持片３０が固定されており、支持片３０上に触媒かご３２が載置されて支持されている。なお、反応槽９等の厚みは省略して表示している（他の図において同じ）。
触媒かご３２には粒状ないし球状の触媒３４が複数収容されており、反応槽９内の流体進行方向と直交する方向の断面積（横断面積）を覆うように配置されている。
実際には粒径が揃っていない粒状の触媒がランダムに敷き詰められているが、分かりやすくするためにここでは触媒形状を球状とし、模式的に２層の積層配置構成としている（他の図において同じ）。
触媒かご３２は反応槽９に対して出し入れ自在となっており、触媒かご３２を出し入れすることにより、反応槽９に対して触媒３４をまとまった状態で出し入れすることができる。

分かりやすくするために、触媒３４はその大きさを誇張表示している。
触媒かご３２の底面は流体の流れをなるべく妨げないようにメッシュ状に形成されている。
図１０において、符号ＷＡは、廃液Ｗと酸化剤としての空気Ａとの混合流体を示している。

図１１は、従来の触媒の配置構成において、廃液処理を実施した際の無機物３６が触媒表面に堆積し始めた時の様子を示している。
処理開始時刻をｔ＝０として、図１１における時刻をｔ＝ｔ１とする。廃液処理の初期では無機物は触媒表面に低密度で付着しているため、処理対象流体や酸化剤は流体抵抗を受けることなく触媒領域を通過し反応槽から排出される。
図１２は、図１１の状態からさらに廃液処理を継続した後の様子である。この時刻をｔ＝ｔ２とする。
無機物３６が触媒表面に高密度で堆積したため、処理対象流体や酸化剤は大きな流体抵抗を受け、原水圧力計４あるいは酸化剤圧力計７とフィルタ手前圧力計２１との間に圧力損失が発生し、さらには流路が完全に閉塞してしまう。
このようになった場合、装置は安全に運転することができず、堆積した無機物を除去するためのメンテナンスを行う必要がある。好ましくは圧力損失が発生する前にメンテナンスを実施する。

次に、本実施形態における触媒の配置構成を説明する。なお、従来構成と同一部分は同一符号にて示す。
本実施形態では、図２に示すように、触媒が処理対象流体の流動方向において複数段に配置されている。
すなわち、上流側（上流段）に位置する２つの前段触媒領域３４Ａと、下流側（最下流）に位置する後段触媒領域３４Ｂとの２段配置構成となっている。
後段触媒領域３４Ｂでは従来構成と同様に、触媒の配置面積が反応槽９の横断面積と略一致するように配置されている。

各前段触媒領域３４Ａの触媒３４は、触媒かご３２から立ち上がる軸部３８に支持された触媒かご４０に収容されている。
触媒かご４０と触媒かご３２は軸部３８を介して一体に構成されており、反応槽９に対して触媒を出し入れするときは全ての触媒を同時に出し入れすることができる。
触媒かご３２、４０は流体が流体抵抗を受けることなく通過できるようにメッシュ状の金属で構成されていることが好ましい。
触媒かごの材質についてはステンレスでもよいが、流体中に腐食性の物質が混入している場合は、耐食性のあるチタンなどでもよい。

図３は流動方向の上流側から見た１つの前段触媒領域３４Ａを示し、図４は同方向から見た後段触媒領域３４Ｂを示している。なお、図３、図４において、触媒かごのメッシュ形状は省略している。
触媒かご３２、４０の厚みは極めて小さく、したがって後段触媒領域３４Ｂにおける触媒の配置面積は反応槽９の横断面積に略等しい。
図２と、図３及び図４との間における触媒３４の数及び大きさは、図面上一致していないが、実際には同一である。

反応槽９は、高温下での強度に優れたステンレス（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４）、ニッケル合金（インコネル６２５）などの金属材からなる筒状体である。
処理対象流体中に塩素や硫黄成分が混合している場合、流体の処理に伴い塩酸や硫酸の生成されるため反応槽の腐食が懸念される。
このため、耐食性向上のためにチタン、チタン合金、タンタル、プラチナなどの材質を反応槽９の内側にライニングすることも可能である。
反応槽９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、反応槽９の厚みは肉厚になっている。
また、反応槽９の内部には処理効率向上のため、上記のように触媒が配置されている。

廃液中の有機物の酸化処理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、およびＭｎ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好ましい。
また、触媒としては、前記元素が担体表面上に担持されたものでも良い。
担体は、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ｖ、およびそれらの合金、金属酸化物、またはそれらの組み合わせ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの合金、セラミック、石英ガラスのいずれかで構成されていることが好ましい。
触媒の形状としては、多孔質体、メッシュ状、ハニカム状、顆粒状などが考えられる。
例えば、顆粒状の触媒では、粒径が小さすぎると圧力損失が発生し装置が安定稼動せず問題となる。粒径が大きすぎる場合、流体と触媒との接触効率が低下するため触媒性能を発揮できない。

顆粒状の触媒において適切な粒径を選択した場合、圧力損失も無くかつ高い触媒能力を発揮することができる。
本発明において適切な粒径とは、例えば、数ｍｍから数ｃｍ程度の粒径である。しかしながら、このサイズの触媒を用いた場合でも前記のように粒径数百ｎｍの無機物はいくらかの割合で触媒表面に堆積することが確認されている。
無機物の堆積が進行し原水圧力計４あるいは酸化剤圧力計７とフィルタ手前圧力計２１との間に圧力損失が生じる程に至ると装置の安定稼動が困難となるため、メンテナンスにより堆積した無機物の除去が必要となる。

図２に示す触媒の配置構成では、無機物の堆積が始まる前は圧力損失なく処理対象流体、酸化剤ともに反応槽９内を通過する。
廃液の処理が始まると、反応槽９に無機物が流入し触媒表面への無機物の堆積が始まる。
廃液処理開始時刻をｔ＝０として、図１０に示す従来の触媒配置構成を用いた場合と同様の廃液処理を実施した際の、時刻ｔ＝ｔ１における反応槽９内の様子を図５に示す。
無機物の堆積初期では、堆積密度は低く、流体は、無機物堆積前と同様に触媒領域を流体抵抗を受けることなく通過することができる。

廃液の処理が継続され、時刻ｔ＝ｔ２のときの様子を図６に示す。
最も上流側の触媒表面を含む、反応槽上流側から直接見える位置に配置されている触媒表面上に無機物が高密度で堆積している。
高密度で無機物が堆積した部分は流体抵抗が大きくなるため、流体は触媒が存在しない部分を好んで通過して下流に流れるようになる。
ここで、この時刻ｔ＝ｔ２において図１２に示した従来の触媒配置構成の反応槽ではすでに圧力損失が発生しメンテナンスの必要が生じていたが、本実施形態における反応槽では圧力損失は依然発生していない。
すなわち、流体抵抗が無機物の堆積が始まる前と同等の領域が存在するため、流体はその部分を通過可能となる。

さらに廃液の処理を継続して実施すると、図７に示すように、最下流段の後段触媒領域３４Ｂの触媒表面に無機物が堆積して原水圧力計４あるいは酸化剤圧力計７とフィルタ手前圧力計２１との間に圧力損失が発生し始める。
この時点において堆積した無機物を除去するためのメンテナンスが必要となる。好ましくは、圧力損失が発生する前にメンテナンスを実施する。

上記の通り、本実施形態においては、触媒領域を縦方向に複数段配置していることにより無機物の堆積する触媒表面積を増大させている。
このため、無機物の堆積による圧力損失の発生時期を遅らせることが可能となり、メンテナンス周期を大きくすることができる。

すなわち、図７と図１２とを比較すると、上流側に前段触媒領域３４Ａがあるために後段触媒領域３４Ｂに無機物が堆積する進度が遅くなり、その結果メンテナンス周期が延びることになる。
メンテナンスの周期は無機物が堆積できる触媒表面積に比例して大きくなる。
メンテナンス周期が長くなると、装置の稼動停止時間が少なくなり、従来の触媒配置構成を有する装置に比べて処理効率を高めることができる。

温度、圧力が、水が過熱水蒸気として存在する条件である場合、水が液体、亜臨界または超臨界流体として存在する温度、圧力条件と比較して、無機物の触媒表面への堆積が顕著になる。
このため、水が過熱水蒸気として存在する温度、圧力条件下において、本発明を適用することは、メンテナンス周期を大きくする効果が大きくなる。

最下流に位置する後段触媒領域３４Ｂの横断面積は反応槽９の内部の横断面積とほぼ等しいので、全ての流体は触媒領域を通過することとなり、前段触媒領域３４Ａに触媒が配置されない場合でも従来構成に比べて処理効率は低減しない。
すなわち、後段触媒領域３４Ｂは、それ単独で従来と同等の十分な処理効率を達成できる形状、量の触媒を有している。
前段触媒領域３４Ａは横断面積が反応槽の横断面積よりも小さいので、処理対象流体は触媒と接触せずに通過する可能性もある。
そのため、最下流段に配置された触媒領域を、それが単独で配置された場合と同等の処理効率を持ったものにしておくことで、処理効率を維持する効果がある。

本実施形態では触媒の配置構成を、処理対象流体の流動方向に対して２段構成としたが、３段以上の構成としてもよい。
また、触媒を収容保持する触媒かご自体にも触媒機能を持たせてもよい。

図８及び図９は、少なくとも最下流段以外に配置してある触媒形状がメッシュ状であることを特徴とする例を示している。
図８に示すように、前段触媒領域３４Ａはメッシュ状の触媒４４から構成されている。図９はメッシュ状の触媒４４の平面図である。
メッシュ状の触媒は顆粒状の触媒と比較して厚みが薄いため、顆粒状の触媒より段数の多い触媒領域を配置することが可能となる。
このようにするとより多くの無機物を堆積させるための表面積を生み出すことができ、メンテナンス周期をさらに大きくすることができる。
後段触媒領域３４Ｂの触媒もメッシュ形状としてもよい。

原水圧力計４あるいは酸化剤圧力計７とフィルタ手前圧力計２１との間に生じる圧力損失を監視し、圧力損失あるいはこれらの圧力計の出力変動が所定値を超えたら上記制御部はメンテナンスの必要性を知らせるようにしてもよい。
すなわち、反応槽に入る前の処理対象流体の圧力と、反応槽に入る前の酸化剤の圧力と、反応槽から出た酸化分解処理後の流体の圧力とを監視し、圧力損失が発生した場合、あるいは圧力損失が発生する前の所定の段階で知らせる。
この場合、制御部はメンテナンス報知手段としてなる。
このようにすれば、メンテナンスを効率的且つ迅速に行うことができる。

９ 反応槽
３２、４０ 触媒かご
Ａ 酸化剤としての空気
Ｗ 処理対象流体としての廃液
３４ 触媒

特許第３４８２３２６号公報 特開２００２−１９２１７５号公報

Claims (10)

1. 有機物と無機物とを含む処理対象流体と、酸化剤とを高温高圧状態に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、
   前記反応槽内に配置され、前記酸化分解を促進させるための触媒と、
   を備えた流体処理装置において、
   前記触媒が前記処理対象流体の流動方向に複数段に配置されていることを特徴とする流体処理装置。
2. 請求項１に記載の流体処理装置において、
   前記触媒の上流段の配置面積は前記流動方向と直交する方向の前記反応槽内の断面積よりも小さく、前記触媒の最下流段の配置面積は前記流動方向と直交する方向の前記反応槽内の断面積と略等しいことを特徴とする流体処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の流体処理装置において、
   前記触媒が粒状であることを特徴とする流体処理装置。
4. 請求項３に記載の流体処理装置において、
   前記触媒が、前記反応槽に対して出し入れ自在な触媒かごに収容されていることを特徴とする流体処理装置。
5. 請求項４に記載の流体処理装置において、
   上流段の触媒を収容する触媒かごと下流段の触媒を収容する触媒かごが一体に構成されていることを特徴とする流体処理装置。
6. 請求項１又は２に記載の流体処理装置において、
   前記触媒がメッシュ状の形状を有していることを特徴とする流体処理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
   最下流段の触媒は、上流側の触媒が配置されない場合でもそれ単独で十分な処理効率を達成できる形状、量であることを特徴とする流体処理装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
   前記高温高圧状態が、水が過熱水蒸気として存在する温度、圧力の状態であることを特徴とする流体処理装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の流体処理装置において、
   前記反応槽に入る前の前記処理対象流体の圧力と、前記反応槽に入る前の前記酸化剤の圧力と、前記反応槽から出た酸化分解処理後の流体の圧力とを監視し、圧力損失が発生した場合、あるいは圧力損失が発生する前の所定の段階でメンテナンスの必要性を知らせるメンテナンス報知手段を有していることを特徴とする流体処理装置。
10. 有機物と無機物とを含む処理対象流体と、酸化剤とを高温高圧状態に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内に、前記酸化分解を促進させるための触媒を配置する触媒配置構造において、
    前記触媒を、前記処理対象流体の流動方向に複数段に配置したことを特徴とする触媒配置構造。

Images