JP2015182035A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化触媒と活性炭が充填された反応槽を有し、維持管理が容易な水処理装置を提供する。【解決手段】酸化触媒が充填された触媒層２と、触媒層２の下流側に設けられ、活性炭が充填された活性炭層３と、触媒層２の上流側に設けられた被処理水の導入口５と、活性炭層３の下流側に設けられた処理水の排出口６とを備えた反応槽１を有する水処理装置であって、平均粒径と粒子密度からストークスの式により求められる沈降速度が活性炭よりも酸化触媒の方が大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、被処理水を酸化処理するための水処理装置に関する。

従来、難分解性有機物等を含有する被処理水を酸化処理する方法が知られており、例えば、オゾンを用いた酸化処理や紫外線照射による酸化処理がよく知られている。また、酸化触媒を用いた処理も知られており、例えば特許文献１には、難分解性有機物を含有する排水を上向流でオゾン含有ガスに接触させた後、酸化触媒と接触させて酸化反応させ、次いでオゾン分解触媒と接触させて残留オゾンを分解する水処理方法が開示されている。特許文献１では、このような処理を行う装置として、上流側に酸化触媒を充填し、下流側にオゾン分解触媒を充填した反応塔が用いられている。

特開２００１−３２１７８７号公報

しかし、特許文献１に開示されるように異なる種類の充填物が層状に充填された反応槽を用いる場合、装置の維持管理が煩雑になる場合がある。例えば、下層に配された充填物を取り出したり補充するためには、上層に配された充填物を取り除く必要が生じ、これらの作業が煩雑となるおそれがある。また、懸濁成分を多く含む被処理水を処理する場合などは、各層の充填物を洗浄する必要が生じるが、そのような場合に、各充填物を反応槽に収容したまま効果的に洗浄することが難しくなるおそれがある。例えば、上層と下層が仕切り部材で区画され、各層の充填物を洗浄するために洗浄用水や空気等の洗浄用ガスを反応槽に導入した場合、各層の膨張が不十分であると懸濁成分を除去できないおそれがある。一方、上層と下層のそれぞれに膨張させるための空間を設けると、反応槽が大きくなってしまう。上層と下層の仕切り部材を取り除いた場合は、洗浄用水や洗浄用ガスを大量に導入すると、各充填物の層構造が崩れて、各充填物が反応槽内で混ざってしまうことが懸念される。そのため、反応槽に洗浄用水や空気等の洗浄用ガスをあまり強い流れで導入することは難しく、十分な洗浄を行うことができないおそれがある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化触媒と活性炭が充填された反応槽を有し、維持管理が容易な水処理装置を提供することにある。

上記課題を解決することができた本発明の水処理装置とは、酸化触媒が充填された触媒層と、触媒層の下流側に設けられ、活性炭が充填された活性炭層と、触媒層の上流側に設けられた被処理水の導入口と、活性炭層の下流側に設けられた処理水の排出口とを備えた上向流式の反応槽を有する水処理装置であって、平均粒径と粒子密度からストークスの式により求められる沈降速度が、活性炭よりも酸化触媒の方が大きいところに特徴を有する。

本発明の水処理装置によれば、反応槽内に触媒層と活性炭層が配されることにより、被処理水が酸化処理されるとともに、未反応の酸化剤が低減された処理水を得ることができる。そして、反応槽内に充填される酸化触媒と活性炭の沈降速度が活性炭よりも酸化触媒の方が大きいので、洗浄用水や洗浄用ガスを反応槽に導入して酸化触媒と活性炭を浮遊させて洗浄しても、洗浄後に放置することにより自然に触媒層の下流側に活性炭層を形成することができる。そのため、酸化触媒と活性炭の洗浄を効果的に行うことができ、また酸化触媒や活性炭の補充も簡便に行え、装置の維持管理が容易となる。

酸化触媒の平均粒径は活性炭の平均粒径よりも小さく、酸化触媒の粒子密度は活性炭の粒子密度よりも大きいことが好ましい。ストークスの式により求められる沈降速度は、粒径が大きいほど沈降速度が大きくなる。しかし本発明の水処理装置では、それとは逆に、酸化触媒の平均粒径を活性炭の平均粒径よりも小さくすることが好ましい。酸化触媒の平均粒径を小さくすることで、被処理水の酸化反応効率を高めて、反応槽のコンパクト化を図ることができる。さらに、触媒層と活性炭層が、洗浄後スムーズに分離されやすくなる。また、活性炭の平均粒径を大きくすることで、活性炭が細粒化される程度が抑えられ、活性炭が処理水とともに反応槽から流出するのを抑えることができる。

本発明の水処理装置では、例えば、酸化触媒や活性炭が処理に伴い消耗しても、酸化触媒や活性炭を補充し、洗浄用水や洗浄用ガスを導入して酸化触媒と活性炭を混合することにより、補充した酸化触媒や活性炭を所定の触媒層または活性炭層に補充することができる。従ってこの点から、反応槽には、酸化触媒と活性炭の補給口が、活性炭層より下流側に設けられることが好ましい。

活性炭層の厚みは、触媒層の厚み以下であることが好ましい。活性炭層の厚みを小さくすることにより、被処理水の反応槽の通水抵抗（ろ過抵抗）を低減することができる。その結果、反応槽をコンパクトにできるとともに、被処理水を反応槽に供給するポンプ等の仕様を下げて、水処理装置の低コスト化を図ることができる。さらに、触媒層と活性炭層が、洗浄後スムーズに分離されやすくなる効果もある。

反応槽には、触媒層の上流側にろ過層が設けられていてもよい。触媒層の上流側にろ過層を設けることにより、被処理水に含まれる汚濁成分がろ過層で除去され、酸化触媒の活性を長期にわたって高く保つことが可能となる。

被処理水に酸化剤を供給する酸化剤供給部は、例えば、触媒層よりも上流側に設けられればよい。この場合、反応槽には、触媒層の上流側に、被処理水の下流側への移動を遮る突設部材が設けられ、突設部材の上流側に被処理水の導入口が設けられることが好ましい。このように突設部材を設けることによって、被処理水と酸化剤との接触が促進され、触媒層での酸化反応が好適に行われやすくなる。また、突設部材に替え、撹拌装置が設けられてもよい。

触媒層よりも上流側に酸化剤供給部が設けられる場合、酸化剤供給部から触媒層までの容積が、触媒層の容積よりも大きくなることが好ましい。酸化剤供給部から触媒層までの容積を触媒層の容積よりも大きくすることで、被処理水と酸化剤が均一に混ざりやすくなり、被処理水と酸化剤との接触時間も確保される。

酸化剤供給部は、例えば、反応槽の導入口に連通して設けられた被処理水流路に設けられればよい。すなわち、反応槽の導入口に連通して、被処理水が反応槽に移送される被処理水流路が設けられ、酸化剤供給部が被処理水流路に設けられていてもよい。酸化剤供給部を被処理水流路に設けることにより、触媒層に至るまでの間で、被処理水と酸化剤が均一に混ざりやすくなる。

酸化剤供給部は反応槽に設けてもよい。この場合、反応槽には、触媒層と導入口の間にろ過層が設けられ、触媒層とろ過層の間または触媒層に酸化剤供給部を設けてもよい。この場合、触媒層内で酸化剤濃度が局所的に高くなり、難分解性有機物等の酸化分解を進めやすくなる。さらに、懸濁成分による酸化剤の消費が低減されて、酸化剤のコストを抑えることができる。

反応槽には、処理水の排出口と活性炭層の間に、洗浄排水の排出口が設けられていることが好ましい。このように洗浄排水の排出口を設けることにより、洗浄用水や洗浄用ガスを反応槽に導入して酸化触媒や活性炭を洗浄した際に、洗浄により遊離した汚濁成分を含む洗浄排水をより多く反応槽から排出できるようになる。そのため、引き続き被処理水の酸化処理を行った際に、清澄な処理水が速やかに得られるようになる。

本発明の水処理装置によれば、反応槽内に充填される酸化触媒と活性炭の沈降速度が活性炭よりも酸化触媒の方が大きいため、洗浄用水や洗浄用ガスを反応槽に導入して酸化触媒と活性炭を浮遊させて洗浄しても、洗浄後に放置することにより自然に触媒層の下流側に活性炭層を形成することができる。そのため、酸化触媒と活性炭の洗浄を効果的に行うことができ、また酸化触媒や活性炭の補充も簡便に行え、装置の維持管理が容易となる。

本発明の水処理装置の構成例を表す。 本発明の水処理装置の構成例を表す。

本発明は、酸化処理により被処理水を処理する水処理装置に関し、詳細には、酸化触媒と活性炭が充填された反応槽を有する水処理装置に関するものである。

反応槽には、酸化触媒が充填された触媒層と、活性炭が充填された活性炭層が備えられている。反応槽は、被処理水が下部から導入され、処理水が上部から排出される上向流方式である。反応槽には、活性炭層が触媒層の下流側に設けられ、触媒層の上流側に被処理水の導入口が設けられ、活性炭層の下流側に処理水の排出口が設けられている。被処理水の導入口から反応槽に導入された被処理水は、酸化剤の共存下で酸化触媒と接触して酸化処理され、その後活性炭層を通過することにより未反応の酸化剤が活性炭で消費され、処理水が得られ、処理水の排出口を通じて反応槽から排出される。

本発明において処理対象となる被処理水は特に限定されない。被処理水には有機物または無機物が含まれ、本発明の水処理装置に導入されて酸化処理されることにより、例えば、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）等が低減される。被処理水には、例えば、難分解性有機化合物や易分解性有機化合物が含まれる。被処理水に難分解性有機化合物が含まれている場合は、被処理水中の難分解性有機化合物を易分解性有機化合物に変換することもでき、これをさらに活性汚泥処理等の生物処理に供してもよい。被処理水にはシアン化合物等の無機化合物が含まれていてもよく、本発明の水処理装置によればシアン化合物等を分解することも可能である。被処理水が上水の原水であるような場合は、鉄やマンガンが含まれる水を被処理水とすることで、本発明の水処理装置により除鉄や除マンガンを行うこともできる。なお、難分解性有機化合物および易分解性有機化合物とは、生物にとって難分解または易分解な有機化合物をそれぞれ意味する。

本発明で用いられる被処理水としては、製鉄、鉄鋼、非鉄金属、機械、金属加工、めっき、塗装、セメント等の工場からの排水；食品工場や製紙工場等からの排水；埋立浸出水；下水、し尿、畜産糞尿、厨房排水等の有機性排水等が挙げられる。この場合、本発明を排水処理に適用することができる。また、湖沼水や河川水、地下水等を被処理水として用いてもよい。この場合、本発明を環境浄化（汚染土壌浄化を含む）や浄水処理に適用することができる。

酸化触媒は、公知の酸化触媒を用いることができ、被処理水に含まれる有機物または無機物を酸化できるものであればよい。酸化触媒としては、例えば、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、タングステン、銅、銀、金、白金、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、珪素、スズ、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、チタン等の金属やその酸化物あるいはそれらの合金、複合酸化物を触媒活性成分として含有する触媒を用いることができる。なお、酸化触媒として、活性炭は用いられない。

酸化触媒の形状は特に限定されない。なお酸化触媒は、後述するように、活性炭よりも沈降速度が大きいことが好ましいことから、粒状（例えば、球状、柱状等）であることが好ましい。

酸化触媒は、触媒活性成分が担体に担持された担持型触媒であってもよい。なお、酸化触媒の沈降速度を高めたい場合には、高比重の担体に触媒活性成分を担持させることにより、酸化触媒の粒子密度を高めるようにしてもよい。つまり、酸化触媒の粒子密度を高める点からは、酸化触媒は担持型触媒であることが好ましい。担体としては、無機酸化物や金属を用いることができる。

酸化処理は、常温常圧近辺（例えば、温度は０℃〜８０℃の範囲、圧力は５０ｋＰａ〜１５０ｋＰａ（絶対圧）の範囲）で反応させる方法であってもよいし、高温高圧（例えば、温度は８０℃〜３７０℃の範囲、圧力は被処理水が液相を保持する領域）で反応させる触媒湿式酸化法であってもよい。反応槽は、酸化処理条件に応じて、適宜、耐熱仕様としたり耐圧仕様とすればよい。

酸化触媒による酸化処理が好適に行われるために、被処理水には酸化剤が共存していることが好ましい。酸化剤は、薬剤として被処理水に加えてもよく、例えば被処理水を電気分解することにより酸化剤を発生させてもよい。酸化剤は、被処理水と別に反応槽に供給されてもよく、被処理水が反応槽に導入されるよりも前に被処理水に供給されてもよい。前者の場合、酸化剤は、反応槽の触媒層またはそれより上流側で被処理水に供給されればよい。

酸化剤を薬剤として被処理水に加える場合、酸化剤としては、オゾン、塩素系薬剤、過酸化水素等の従来公知の酸化剤を用いることができる。塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、塩素酸、二酸化塩素等が挙げられる。塩素系酸化物は水処理において多用されており、扱いが容易となる。

被処理水を電気分解することにより酸化剤を発生させる場合、例えば被処理水に塩化物イオンが含まれていれば、電気分解により酸化剤として次亜塩素酸を含む被処理水が得られる。また、被処理水にマンガン酸が含まれる場合は、電気分解により、酸化剤として過マンガン酸を含む被処理水が得られる。塩化物イオンは河川水に普通に含まれ、マンガンは地下水に含まれるため、これらを被処理水として用いた場合は、電気分解することにより酸化剤を生成することができる。

活性炭は公知の活性炭を用いればよい。活性炭原料としては、亜炭、褐炭、瀝青炭等の石炭系；木材、ヤシ穀、草、おが屑等の植物系；オイルカーボン、石油ピッチ等の石油系；フェノール樹脂やＰＥＴ樹脂等の樹脂系などが挙げられる。活性炭の形状は特に限定されないが、反応槽から流出しにくい形状として、粒状（例えば、球状、柱状、破砕状等）であることが好ましい。活性炭は、触媒層で消費されなかった酸化剤を消費するために設けられるが、吸着剤としての機能を兼ねるものでもよい。

反応槽では、酸化触媒が層状に充填されて触媒層が形成され、触媒層の下流側に活性炭が層状に充填されて活性炭層が形成されている。層状に充填された酸化触媒と活性炭は、反応槽内で上下方向に隣接して設けられていることが好ましいが、酸化触媒と活性炭は一部が混在して充填されていてもよい。本発明では、充填物として酸化触媒が７５質量％以上含まれる層を触媒層とし、充填物として活性炭が７５質量％以上含まれる層を活性炭層とする。触媒層と活性炭層の間には、酸化触媒と活性炭が混在した中間層が設けられてもよい。ただし、酸化触媒の一部と活性炭の一部は、触媒層と活性炭層の境界部分で隣接して（すなわち接触して）配置されるものとする。前記境界部分には中間層も含まれる。

反応槽には、触媒層と活性炭層の間に両者を仕切る構造物を設けなくてよい。従って、例えば酸化触媒や活性炭を洗浄するために、洗浄用水を強い上向流で反応槽内に導入したり、洗浄用水とともに空気等の洗浄用ガスを導入する場合などは、酸化触媒と活性炭が反応槽内で混合されることとなる。しかし、このように酸化触媒と活性炭が反応槽内で混合されても、酸化触媒が反応槽の上流側に層形成され、活性炭が反応槽の下流側に層形成されるようにするために、本発明では、酸化触媒の沈降速度が活性炭よりも大きくなるようにしている。その結果、洗浄用水を強い上向流で導入したり、洗浄用ガスを導入したりして、酸化触媒と活性炭が反応槽内で混合されても、洗浄操作を止めて放置することにより、自然に反応槽の上流側に触媒層が形成され、下流側に活性炭層が形成されることとなる。

つまり、本発明の水処理装置によれば、反応槽内に触媒層と活性炭層が配されることにより、被処理水が酸化処理されるとともに、未反応の酸化剤が低減された処理水を得ることができる。そして、１つの反応槽に触媒層と活性炭層を配することにより、装置をコンパクトにできる。また、沈降速度が活性炭よりも酸化触媒の方が大きいため、洗浄用水や洗浄用ガスを反応槽に導入して酸化触媒と活性炭を浮遊させることにより強力に洗浄することができ、洗浄後に放置することにより自然に触媒層の下流側に活性炭層を形成するこができる。そのため、酸化触媒と活性炭の洗浄を効果的かつ簡便に行うことができ、装置の維持管理が容易となる。

酸化触媒と活性炭の沈降速度は、それぞれの平均粒径と粒子密度から、ストークスの式により求められる。ストークスの式は下記式（１）に示す通りであり、粒子が流体中を沈降する際の終端速度を表す。つまり、酸化触媒と活性炭の沈降速度は、それぞれ粒径の２乗に比例し、粒子密度と流体密度の差に比例することとなる。
ｖ＝｛Ｄ_ｐ ²（ρ_ｐ−ρ_ｆ）ｇ｝／１８η ・・・（１）
ｖ：沈降速度［ｃｍ／ｓ］
Ｄ_ｐ：粒径［ｃｍ］
ρ_ｐ：粒子密度［ｇ／ｃｍ³］
ρ_ｆ：流体密度［ｇ／ｃｍ³］
ｇ：重力加速度［ｃｍ／ｓ²］
η：流体の粘度［ｇ／（ｃｍ・ｓ）］

酸化触媒と活性炭の粒径は、ＪＩＳ Ｋ １４７４（２００７年版）「活性炭試験方法」の６．４「粒度分布」，７）質量平均粒径に従い求めた平均粒径とする。粒子密度は、水に含浸させた酸化触媒または活性炭の密度を意味する。粒子密度は、酸化触媒または活性炭を水に含浸させて真空ポンプで脱気することにより含浸粒子を得て、水切りをした含浸粒子を、ＪＩＳ Ｚ ８８０７（２０１２年版）「固体の密度及び比重の測定方法」の６「比重瓶による密度及び比重の測定方法」に従い求める。なお、含浸粒子の水切りは、ブフナーロート（ＪＩＳ Ｐ ３８０１で規定される１種ろ紙を使用）に厚み１ｃｍで含浸粒子を載せ、含浸粒子が水に浸っていない状態で約１０秒間吸引ろ過をすることにより行う。酸化触媒と活性炭は同じ条件で測定を行い、各パラメータは、特に断りのない限り、温度２５±２℃、大気圧で求めるものとする。

ストークスの式に従えば、平均粒径と粒子密度が大きいほど沈降速度が大きくなる。従って、沈降速度の点から見れば、酸化触媒は平均粒径と粒子密度がともに活性炭よりも大きいことが好ましい。しかし本発明では、酸化触媒の粒子密度は活性炭の粒子密度よりも大きくし、酸化触媒の平均粒径は活性炭の平均粒径よりも小さくすることが好ましい。酸化触媒の平均粒径を小さくすることで、被処理水の酸化反応効率を高めることができ、触媒層の容積を減らすことができる。そのため、反応槽のコンパクト化を図ることができる。また、活性炭の平均粒径を大きくすることで、活性炭が摩耗あるいは酸化剤により消費されても細粒化する程度が抑えられ、活性炭が処理水とともに反応槽から流出するのを防ぐことができる。

酸化触媒の平均粒径を活性炭の平均粒径よりも小さくしても、沈降速度が活性炭よりも酸化触媒の方が大きくなるようにするためには、酸化触媒の粒子密度を活性炭の粒子密度よりもある程度過度に大きくすることが必要となる。その点から、酸化触媒は、高比重の担体に触媒活性成分を担持させた担持型触媒を用いることが好ましい。このように酸化触媒を形成することにより、酸化触媒の粒子密度を高めることが容易になる。

活性炭層の厚みは、触媒層の厚み以下（好ましくは触媒層の厚みの２／３以下であり、より好ましくは１／２以下）とすることが好ましい。活性炭層の厚みを小さくすることにより、被処理水の反応槽の通水抵抗（ろ過抵抗）を低減することができる。その結果、反応槽をコンパクトにできるとともに、被処理水を反応槽に供給するポンプ等の仕様を下げて、水処理装置の低コスト化を図ることができる。さらに、触媒層と活性炭層が、洗浄後スムーズに分離されやすくなる効果もある。

本発明の水処理装置では、酸化触媒や活性炭を任意に反応槽に補充することができる。例えば、酸化触媒や活性炭が処理に伴い消耗しても、酸化触媒や活性炭を補充し、洗浄用水や洗浄用ガスを導入して酸化触媒と活性炭を混合することで、補充した酸化触媒や活性炭を所定の触媒層または活性炭層に補充することができる。つまり、本発明の水処理装置は、反応槽の任意の位置から酸化触媒と活性炭を供給することができ、また酸化触媒の補給口と活性炭の補給口を兼用させることができる。具体的には、反応槽には、酸化触媒と活性炭の補給口が、触媒層の上流側や、活性炭層の下流側に設けられることが好ましい。触媒層の上流側に補給口を設ける場合は、酸化触媒や活性炭を水と混合してスラリー状にし、ポンプ圧送で反応槽に補給すればよい。活性炭層の下流側に補給口を設ける場合は、処理水の排出口より上方に設けられることが好ましい。補給口は反応槽の頂部に設けてもよい。

酸化触媒と活性炭を洗浄するための洗浄用水は、被処理水の導入口から反応槽に導入してもよく、別途設けた洗浄口から導入してもよい。洗浄口は触媒層の上流側に設ければよい。酸化触媒と活性炭を洗浄することにより発生した洗浄排水は、処理水の排出口から排出してもよく、処理水の排出口とは別の第２排出口（すなわち洗浄排水の排出口）から排出してもよく、また両者を組み合わせてもよい。

洗浄排水の排出口は、例えば、処理水の排出口と活性炭層の間に設けることが好ましい。このように洗浄排水の排出口を設けることにより、洗浄操作によって酸化触媒や活性炭から取り除かれた汚濁成分を含む洗浄排水を、より多く反応槽から排出できるようになる。そのため、引き続き被処理水の酸化処理を行った場合に、清澄な処理水が速やかに得られるようになる。なお、この場合、汚濁成分を含む洗浄排水は、酸化触媒と活性炭がある程度沈降した後に、洗浄排水の排出口から排出することが好ましい。

洗浄操作中に洗浄排水を抜き出す場合は、できる限り酸化触媒や活性炭も一緒に排出されないようにするために、処理水の排出口やそれより下流側に設けられた第３排出口から洗浄排水を排出することが好ましい。

本発明の水処理装置を用いた水処理方法は、被処理水の導入口から被処理水を導入して、酸化剤の共存下で被処理水を酸化触媒と接触させて処理水を得て、処理水の排出口から処理水を排出する工程と、前記導入口またはこれとは別に触媒層より上流側に設けられた洗浄口から、洗浄用水および／または洗浄用ガスを導入し、洗浄排水を前記処理水の排出口またはそれより下流側に設けられた第３排出口から排出する工程と、洗浄用水と洗浄用ガスの導入を止めて、酸化触媒と活性炭を沈降させる工程と、洗浄排水を、前記処理水の排出口と活性炭層の間に設けられた第２排出口から排出する工程とを、この順番で有するものであることが好ましい。

酸化反応によりガスが発生する場合や、酸化剤としてオゾン等のガスを導入する場合は、反応槽に、処理水の排出口より下流側にガス排出口を設けることが好ましい。ガス排出口は、ガス抜き弁であってもよい。反応槽にガス排出口を設けることにより、処理水を反応槽からスムーズに排出しやすくなる。また、このようにガス排出口を設けることにより、例えば酸化触媒と活性炭を洗浄する際に洗浄用水とともに空気等の洗浄用ガスを同伴させた場合に、洗浄用ガスを当該排出口から排出できるようになる。

反応槽には、触媒層の上流側にろ過層が設けられることが好ましい。触媒層の上流側にろ過層を設けることにより、被処理水に含まれる汚濁成分がろ過層で除去され、酸化触媒の活性を長期にわたって高く保つことができる。ろ過層には、砂や砂利等の従来公知のろ材が充填されればよい。ろ過層や触媒層は、メッシュやスリット等の支持部材上に保持されてもよい。

反応槽には、酸化剤供給部が設けられていてもよい。酸化剤供給部は、酸化剤を薬剤として供給する酸化剤供給口であってもよく、電気分解等により被処理水から酸化剤を生成する酸化剤生成部であってもよい。

酸化剤供給部は、例えば、触媒層の上流側に設けられればよい。酸化剤供給部が触媒層の上流側に設けられれば、被処理水と酸化剤との接触時間が確保され、被処理水と酸化剤が均一に混ざりやすくなる。その結果、酸化反応が触媒層の位置によらず均一に進行しやすくなり、反応効率を全体として高めやすくなる。

酸化剤供給部は、触媒層とろ過層の間や触媒層に設けられてもよい。この場合は、酸化剤濃度を局所的に高くすることができ、それによって、例えば難分解性有機物の酸化分解を進めやすくなる。また、酸化剤がろ過層等で消費されるのが抑えられ、この点からも酸化剤濃度を高くすることが可能となる。

酸化剤供給部は、反応槽の外部に設けられてもよい。すなわち、反応槽の導入口に連通して、被処理水が反応槽に移送される被処理水流路が設けられ、酸化剤供給部が被処理水流路に設けられてもよい。酸化剤供給部を被処理水流路に設けることにより、被処理水と酸化剤が均一に混ざりやすくなる。

酸化剤供給部が触媒層よりも上流側に設けられる場合、すなわち酸化剤供給部が反応槽の触媒層よりも上流側に設けられたり、反応槽の導入口に連通した被処理水流路に設けられる場合、酸化剤供給部から触媒層までの容積は、触媒層の容積よりも大きくなることが好ましい。酸化剤供給部から触媒層までの容積を触媒層の容積よりも大きくすることで、被処理水と酸化剤との接触時間が確保され、被処理水と酸化剤が均一に混ざりやすくなる。なお、酸化剤供給部から触媒層までの容積とは、酸化剤が供給または生成する箇所から触媒層に至る反応槽および管路の内容積を意味する。

酸化剤供給部が触媒層よりも上流側に設けられる場合は、反応槽の触媒層の上流側に、被処理水の下流側への移動を遮る突設部材を設け、突設部材の上流側に被処理水の導入口を設けることも好ましい。このように突設部材を設けることによって、被処理水と酸化剤との接触が促進され、触媒層での酸化反応が好適に行われやすくなる。突設部材は、被処理水の下流側への移動を一部遮るものであれば特に限定されない。突設部材は、例えば、反応槽の内壁から内方に突出して水平または傾斜して設けられたり、反応槽の内壁から離間して反応槽内に水平または傾斜して設けられればよい。突設部材は、触媒層の上流側に蛇行流路を形成するように、あるいは撹拌羽根を形成するように設けられた邪魔板が好ましい。

突設部材に替えて撹拌装置を設けてもよい。撹拌装置は、撹拌機や散気装置が好ましい。

次に、本発明の水処理装置の構成例について、図１および図２を参照して説明する。なお、本発明は、図１および図２に示した実施態様に限定されない。

図１には、酸化触媒が充填された触媒層２と活性炭が充填された活性炭層３を備えた反応槽１を有する水処理装置を示している。反応槽１には、触媒層２の下流側（上方）に活性炭層３が設けられ、触媒層２の上流側（下方）に被処理水２１の導入口５が設けられ、活性炭層３の下流側（上方）に処理水２３の排出口６が設けられている。触媒層２に充填される酸化触媒は、活性炭層３に充填される活性炭よりも、沈降速度が大きいものとなっている。また、触媒層２に充填される酸化触媒は、活性炭層３に充填される活性炭よりも、粒子密度が大きく、平均粒径が小さいものであることが好ましい。

反応槽１には、触媒層２の上流側（下方）に、被処理水の下流側（上方）への移動を遮る突設部材１０が設けられ、突設部材１０の上流側（下方）に導入口５が設けられている。また、排出口６と活性炭層３の間に、洗浄排水２６を排出するための第２排出口７が設けられ、さらに排出口６の上にも洗浄排水２６を排出するための第３排出口８が設けられている。活性炭層３より下流側（図１では反応槽１の頂部）には、酸化触媒と活性炭を反応槽１に補給するための補給口９が設けられている。また、反応槽１の導入口５に連通して、被処理水２１が反応槽１に移送される被処理水流路１１が設けられ、被処理水流路１１に、酸化剤２２を被処理水２１に供給するための酸化剤供給部１２が設けられている。

図１に示した水処理装置では、酸化剤供給部１２で酸化剤２２が供給された被処理水２１が、導入口５から反応槽１に導入される。被処理水２１の空塔速度（ＬＶ）は１ｍ／時以上が好ましく、５ｍ／時以上がより好ましく、また２０ｍ／時以下が好ましく、１５ｍ／時以下がより好ましい。反応槽１に導入された被処理水は、触媒層２の上流側に設けられた突設部材１０によって酸化剤との接触が促進され、その後、触媒層２に導入されることにより、被処理水が酸化触媒によって酸化処理される。酸化処理された被処理水は、活性炭層３を通過する間に未反応の酸化剤が活性炭により消費され、その結果得られた処理水２３は、排出口６を通して反応槽１から排出される。

酸化触媒と活性炭を洗浄する際には、導入口５から洗浄用水２４や洗浄用ガス２５を反応槽１内に導入して、反応槽１内で酸化触媒と活性炭を流動させる。その結果、酸化触媒や活性炭の表面に付着した懸濁成分が引き剥がされ、懸濁成分を高濃度に含む洗浄排水が得られる。この際、洗浄用水や洗浄用ガスを導入口５から導入している間は、酸化触媒と活性炭が反応槽１内で流動あるいは混合した状態となっているため、酸化触媒と活性炭が反応槽１からできるだけ流出しないように、処理水の排出口６よりも下流側（上方）に設けられた第３排出口８から洗浄排水２６を反応槽１から排出することが好ましい。

洗浄用水２４や洗浄用ガス２５の反応槽１への導入を止めて洗浄操作を停止すると、酸化触媒と活性炭は反応槽１内で沈降する。この際、酸化触媒の沈降速度は活性炭よりも大きいため、自然に反応槽１の上流（下方）側に触媒層２が形成され、下流（上方）側に活性炭層３が形成されることとなる。従って、洗浄操作の後引き続いて、被処理水の酸化処理を再び行うことができる。なお、洗浄用水２４や洗浄用ガス２５の反応槽１への導入を止めた後に、活性炭層３の下流側（上方）に溜まった洗浄排水は、排出口６と活性炭層３の間に設けられた第２排出口７から排出することが好ましい。第２排出口７から洗浄排水２６を排出することにより、懸濁成分を含む洗浄排水をより多く反応槽１から排出でき、その結果、引き続いて被処理水の酸化処理を行った際、清澄な処理水が速やかに得られるようになる。

図２には、図１に示した水処理装置の変形例を示す。なお図２に示した水処理装置に関する下記の説明では、図１の説明と重複する説明を省く。

図２に示した水処理装置では、触媒層２の上流側（下方）に突設部材１０を設けず、その代わりにろ過層４を設けている。また、酸化剤供給部１２を被処理水流路１１に設ける代わりに、触媒層２とろ過層４の間に設けている。また、処理水の排出口６の下流側（上方）に、洗浄排水を排出するための第３排出口８を設けていない。反応槽１の底部には洗浄用水２４や洗浄用ガス２５を導入する洗浄口１３が設けられている。

図２に示した水処理装置では、触媒層２の上流側（下方）にろ過層４を設けることにより、被処理水２１に含まれる汚濁成分がろ過層４で除去され、触媒層２の酸化触媒の活性を長期にわたって高く保つことができる。また、酸化剤供給部１２を触媒層２とろ過層４の間に設けることにより、触媒層２での酸化剤濃度を局所的に高くでき、難分解性有機物等の酸化分解を進めやすくなるとともに、酸化剤がろ過層４で消費されるのが防止される。

図２に示した水処理装置では、排出口６が、処理水２３の排出口と、洗浄操作中の洗浄排水２６の排出口を兼ねている。このように第３排出口は必ずしも設ける必要はなく、この場合は、排出口６に連通した処理水流路に三方弁を設けるなどして、処理水２３と洗浄排水２６を別々に集めるようにすることが好ましい。なお、図２に示した水処理装置では、触媒層２の上流側（下方）に突設部材１０を設けずに、その代わりにろ過層４を設けているが、本発明の水処理装置では、突設部材とろ過層の両方を設けたり、両方設けないことも可能である。

本発明は、排水処理や環境浄化（汚染土壌浄化を含む）、浄水処理等に適用することができる。

１： 反応槽
２： 触媒層
３： 活性炭層
４： ろ過層
５： 導入口（被処理水の導入口）
６： 排出口（処理水の排出口）
７： 第２排出口（洗浄排水の排出口）
８： 第３排出口（洗浄排水の排出口）
９： 補給口
１０： 突設部材
１１： 被処理水流路
１２： 酸化剤供給部
１３： 洗浄口
２１： 被処理水
２２： 酸化剤
２３： 処理水
２４： 洗浄用水
２５： 洗浄用ガス
２６： 洗浄排水

Claims (11)

1. 酸化触媒が充填された触媒層と、
   触媒層の下流側に設けられ、活性炭が充填された活性炭層と、
   触媒層の上流側に設けられた被処理水の導入口と、
   活性炭層の下流側に設けられた処理水の排出口とを備えた上向流式の反応槽を有する水処理装置であって、
   平均粒径と粒子密度からストークスの式により求められる沈降速度が、前記活性炭よりも前記酸化触媒の方が大きいことを特徴とする水処理装置。
2. 前記酸化触媒の平均粒径が前記活性炭の平均粒径よりも小さく、
   前記酸化触媒の粒子密度が前記活性炭の粒子密度よりも大きい請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記反応槽には、酸化触媒と活性炭の補給口が、活性炭層より下流側に設けられている請求項１または２に記載の水処理装置。
4. 活性炭層の厚みは、触媒層の厚み以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
5. 前記反応槽には、触媒層の上流側にろ過層が設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
6. 前記反応槽には、触媒層の上流側に、被処理水の下流側への移動を遮る突設部材が設けられ、
   突設部材の上流側に前記導入口が設けられ、
   突設部材よりも上流側に酸化剤供給部が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
7. 前記反応槽には、触媒層の上流側に、被処理水の撹拌装置が設けられ、
   撹拌装置の上流側に前記導入口が設けられ、
   撹拌装置よりも上流側に酸化剤供給部が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
8. 触媒層よりも上流側に酸化剤供給部が設けられ、
   酸化剤供給部から触媒層までの容積が触媒層の容積よりも大きい請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
9. 前記反応槽の導入口に連通して、被処理水が反応槽に移送される被処理水流路が設けられ、
   前記酸化剤供給部が前記被処理水流路に設けられている請求項６〜８のいずれか一項に記載の水処理装置。
10. 前記反応槽には、触媒層と導入口の間にろ過層が設けられ、触媒層とろ過層の間または触媒層に酸化剤供給部が設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
11. 前記反応槽には、前記処理水の排出口と活性炭層の間に、洗浄排水の排出口が設けられている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。