JP2017000993A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】水処理装置で処理した処理水中に有機物質がリークしてもバックアップ装置により有機物を高効率で安定的に除去できる、処理するシステムの提供。【解決手段】有機物質を含有する被処理水を接触させることで該有機物質を吸着し、加熱ガスを接触させることで吸着した該有機物質を脱着する吸着素子を含み、該吸着素子に該被処理水を供給することで該有機物質を吸着させて処理水として排出する吸着工程と、該吸着素子に加熱ガスを供給することで該有機物質を該吸着素子から脱着させて該有機物質を含有する脱着ガスを排出する脱着工程とを交互に実施する水処理装置と、該有機物質の湿式酸化分解装置とを備え、該水処理装置から排出された処理水該湿式酸化分解装置で処理され、酸化分解処理後の水を二次処理水として排出する水処理システム。【選択図】図１

Description

本発明は、有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムに関し、特に、各種工場や研究施設等から排出される有機物質を含有する産業被処理水、最終処分場から排出される浸出水および地下水から有機物質を効率的に除去することで被処理水を清浄化する水処理システムに関する。

従来より、吸着材を用いて吸着による有機物質の除去（吸着工程）と吸着材の再生（脱着工程）を交互に行うことで高効率で安定的に除去できる水処理装置が検討されている（例えば、特許文献１）。この水処理装置は、水の連続浄化を実現し、基本的には吸着材の交換が必要なく、有機物質を高効率で安定的に除去することができる。

吸着材の再生は、吸着された吸着材に加熱空気や水蒸気などの加熱ガスを通流し、吸着材から有機物質が離れる（脱着する）ことで成り立つ。

上記水処理装置の吸着材は、粒状活性炭やゼオライトなどが相当するが、吸着速度の非常に速い活性炭素繊維が好ましく、高効率に有機物質を除去できる特性をもつことが知られている。

しかしながら、上記水処理装置は、脱着工程完了直後の吸着材が加熱された状態で吸着工程へ移行する。よって、吸着工程の初期は吸着効率が低く、処理水中に有機物質がわずかにリークする可能性があった。これは高濃度の有機物質を含む被処理水を高効率に有機物質を除去する必要のある場合において顕著となる。これを解決するためには、上記水処理装置に充填する吸着材量を多くすれば良いが、装置の大型化やランニングコストの増大の課題があった。

また、上記水処理装置は、脱着媒体として水蒸気を使用した場合、水蒸気を発生させるための水源が必要となるが、当該被処理水を水処理した処理水を利用可能であれば、水源の確保が不要となり、より低コストな水処理システムを構築できる改善点があった。

特開２００６−０５５７１２号公報

本発明は、上記技術の課題を背景になされたもので、水処理装置で処理した処理水中に有機物質がリークしてもバックアップ装置により、有機物質を低コストで高効率で安定的に除去できる水処理システムを提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、ついに本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、以下の通りである。
（１）有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムであって、
有機物質を含有する被処理水を接触させることで有機物質を吸着し、加熱ガスを接触させることで吸着した有機物質を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に前記有機物質を含有する被処理水を供給することで有機物質を前記吸着素子に吸着させて処理水として排出する吸着工程と、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機物質を前記吸着素子から脱着させて、有機物質を含有する脱着ガスを排出する脱着工程を交互に実施する水処理装置と、
有機物質を水中で酸化分解する湿式酸化分解装置を備え、
前記水処理装置から排出された処理水が、前記湿式酸化分解装置へ供給され、水処理され、二次処理水として排出されるように構成されることを特徴とする水処理システム。
（２）前記水処理装置は、前記吸着素子に付着した水を除去してこれを除去水として排出する（１）に記載の水処理システム。
（３）前記吸着素子に付着した水の除去にガスの通流を使用する（２）に記載の水処理システム。
（４）前記水処理装置から排出された除去水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された（２）または（３）に記載の水処理システム。
（５）前記湿式酸化分解装置が、フェントン法、促進酸化法および電気分解法のいずれかを用いた湿式酸化分解装置であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の水処理システム。
（６）前記加熱ガスが水蒸気である（１）〜（５）のいずれかに記載の水処理システム。
（７）前記二次処理水の一部を前記水蒸気の発生水源として使用する（６）記載の水処理システム。
（８）前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる（１）〜（７）のいずれかに記載の水処理システム。
（９）前記脱着ガスを曝気装置、燃焼装置および廃液燃焼装置の少なくとも１つの装置で後処理するように構成される（１）〜（８）のいずれかに記載の水処理システム。

本発明による水処理システムは、水処理装置からわずかにリークした有機物質を含む処理水を、バックアップ装置として湿式酸化分解装置にて二次処理することによって、装置の大型化を防ぎつつ高効率に被処理水中の有機物質を処理でき、処理水を上記水処理装置の水蒸気（脱着媒体）の水源として使用することによって、低コストで水処理ができる。

本発明を実施するための形態の一例である。 本発明を実施するための形態の一例である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す図の実施の形態においては、同一または対応する部分については、適宜省略し、その説明についても繰り返さないことにする。

図１は、本発明の実施の形態における水処理システムのシステム構成図の１つである。図１に示すように、本実施の形態における水処理システムは、水処理装置１００と、湿式酸化分解装置２００とを主として備えている。

水処理装置１００は、吸着素子としての吸着材１１１、１２１がそれぞれ収容された第１処理槽１１０および第２処理槽１２０を有している。吸着材１１１、１２１は、被処理水を接触させることで被処理水に含有される有機物質を吸着する。したがって、水処理装置１００においては、吸着材１１１、１２１に被処理水を供給することで有機物質が吸着材１１１、１２１によって吸着され、これにより被処理水が清浄化されて一次処理水として排出されることになる。吸着材１１１、１２１は、供給される被処理水よりも少ない量の加熱ガスを接触させることで吸着した有機物質が脱着される。第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出される加熱ガスと脱着された有機物質は、脱着ガスとして水処理装置１００の外へ排出される。

第１処理槽１１０および第２処理槽１２０には、被処理水（原水）の供給ライン、一次処理水の排出ライン、加熱ガスの供給ライン、脱着ガスの排出ラインの配管が接続されており、各ラインにはバルブ等を用いて各処理槽に対して接続／非接続状態に切替えられる流路切替手段が接続された構成となっている。第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とは、上述したバルブの開閉を操作することによって、交互に吸着槽および脱着槽として機能する。第１処理槽１１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０は脱着槽として機能する。具体的には、被処理水（原水）が第１処理槽１１０へ供給され、一次処理水が第１処理槽１１０から排出されるように流路が確保される場合は、第２処理槽１２０は加熱ガスが供給され、脱着ガスが第２処理槽１２０から排出される流路構成となる。本実施の形態における水処理装置１００においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。

水処理装置１００は、図１に示す装置構成とし、吸着槽から脱着槽に切替わった際に、吸着材１１１、１２１に付着する水分を除去（脱水）して除去水として排出してから、水蒸気供給による脱着を開始する装置の方が好ましい。吸着材１１１、１２１の付着水を事前に除去してから脱着を行う方が、脱着効率を高めることができるからである。付着水の除去手段は、自重抜き、圧縮空気・窒素・水蒸気などの高圧ガスでの高速パージ、真空ポンプなどを用いた吸引などの手段が使用できる。

また、図示しないが、除去水は水処理装置１００に再度供給されるように構成される方が好ましい。除去水を他の水処理装置で別途処理する必要がなくなるからである。

吸着材１１１、１２１は、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含むことが好ましい。吸着材１１１、１２１としては、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、活性炭素繊維を利用することがより好ましい。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、水との接触効率が高く、特に水中の有機物質の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて極めて高い吸着効率を実現できる部材である。

吸着材１１１、１２１として利用可能な活性炭素繊維の物性や原材料は、特に限定しない。除去対象である有機物質応じて適宜選定すれば良い。

水処理装置１００で使用する加熱ガスは、加熱空気、加熱窒素および水蒸気などが挙げられるが、水蒸気が好ましい。脱着効率が高いためである。蒸気圧、温度等は特に限定しないが、使用する吸着材の耐熱温度や物性などに応じて適宜設定すれば良い。

本発明の実施の形態では、二つの吸着材および処理槽を使用して説明したが、二つ以上の処理槽を用いた装置構成としても良い。また、図示しないが、一つの吸着材および処理槽を用いた装置構成でも良い。例えば、吸着材１１１、処理槽１１０からなる一つの処理槽を使用した場合、処理槽１１０が脱着槽として機能している場合には、原水を一時的に貯水し、脱着工程が完了後、吸着槽として機能している切り替えサイクルでも良い。

本発明の被処理水に含まれる有機物質は、特に限定されないが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、アクロレインなどのアルデヒド類、メチルエチルケトン、ジアセチル、メチルイソブチルケトン、アセトンなどのケトン類、１，４−ジオキサン、２−メチル−１，３−ジオキソラン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル類、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのグリコール類、酢酸、プロピオン酸などの有機酸、フェノール類、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどの芳香族有機化合物、ジエチルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどのエーテル類、アクリロニトリルなどの二トリル類、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、エピクロロヒドリンなどの塩素有機化合物、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドの有機化合物などが一例として挙げられる。

湿式酸化分解装置２００は、水処理装置１００から排出された一次処理水を処理するための装置であり、過酸化水素と鉄を使用したフェントン法、オゾンと紫外線や過酸化水素などを併用した促進酸化法、水へ強制的に電圧をかける電気分解法などの方法を用いた装置があり、何れも反応によって生成したラジカル類によって水中の有機物質は酸化分解する方式であれば特に限定しない。

図２に示す通り、湿式酸化分解装置２００から排出される二次処理水の一部は水処理装置１００の水蒸気の水源として、軟水器およびボイラー本体を含むボイラー設備３００へ供給する構成が好ましい。湿式酸化分解装置２００により、被処理水中の有機物質はほぼ完全に処理され、ボイラー３００の給水として利用でき、水処理装置１００で使用する水蒸気の発生に必要な水源を別に確保する必要がなくなるからである。

また、水処理装置１００から排出される脱着ガスは、適宜後処理すれば良い。例えば、触媒酸化装置、直接燃焼装置、蓄熱燃焼装置などの燃焼装置にてガス処理しても良い。また、加熱ガスに水蒸気を使用する場合は排出される脱着ガスを液化凝縮させて有機物質を高濃度に含有する濃縮水として回収して、廃液燃焼装置などで直接処理しても良いし、濃縮水を曝気処理して有機物質を揮発（ガス化）させた後、上記の燃焼装置にてガス処理しても良い。

以上の図１および２に示す水処理システムにより、水処理装置１００は被処理水から高効率に有機物質を除去する装置として機能し、湿式酸化分解装置２００は、水処理装置１００から排出される一次処理水を二次処理するバックアップ装置として機能すると共に、水処理装置１００に必要な水蒸気の水源をつくる装置として機能するので、水処理装置１００の大型化やランニングコストが増大することを防止しつつ、高効率で安定的に水処理することが可能な水処理システムとすることができる。

以上において説明した本発明の実施の形態の特徴的な構成は、相互に組み合わせることが可能である。

また、以上において説明した本発明の実施の形態においては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を特に示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。

このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

評価は下記の方法によりおこなった。
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ^２／ｇ）を求めた。
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）
（有機物質除去効果）
被処理水（原水）は１，４−ジオキサン１００００ｍｇ／Ｌもしくはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１３０００ｍｇ／Ｌを含む水とした。５００時間運転後の水処理装置１００、湿式酸化分解装置２００として促進酸化（以下、「ＡＯＰ」という）装置の入出の１，４−ジオキサン濃度を測定して除去効果を確認した。
（有機物質濃度評価）
各水およびガスをガスクロマトグラフ法により分析し測定した。

＜実施例１＞
システムとしては、図１に示す実施の形態を使用した。
水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．２Å、ＢＥＴ比表面積２０５０ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．８７ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した重量２０ｋｇの吸着素子を２個作成し、１，４−ジオキサン１００００ｍｇ／Ｌを含む被処理水を処理水量２００Ｌ／ｈになるように導入し、一次処理水を得た。

次に、自重抜きで吸着材の付着水を除去（脱水）した後、除去水は被処理水へ返送した。次に０．１ＭＰａ、１２０℃の水蒸気を吸着材に供給し脱着した。脱着に使用した水蒸気および吸着材から脱着された１，４−ジオキサンは液化凝縮して濃縮水として回収した。その際の一次処理水中の１，４−ジオキサン濃度は５ｍｇ／Ｌ以下であり、１，４−ジオキサンの除去率は９９．９％以上が可能であった。

オゾン濃度１５０ｍｇ／Ｌ、過酸化水素濃度１００ｍｇ／Ｌ添加条件で、水処理装置から排出された一次処理水をＡＯＰ装置へ導入し、二次処理水を得た。その際の１，４−ジオキサン濃度は、０．１ｍｇ／Ｌ以下であった。

本実施例の水処理装置およびＡＯＰ装置により浄化された水は、５００時間後でも二次処理水中の１，４−ジオキサン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下の能力で水処理が可能であった。

＜実施例２＞
システムとしては、図２に示す実施の形態を使用した。
実施例１の二次処理水の一部をボイラー設備へ供給して水蒸気を発生させ、水処理装置へ供給する水蒸気として使用した。本実施例の水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも二次処理水中の１，４−ジオキサン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下の能力で水処理が可能であった。

＜実施例３＞
システムとしては、図１に示す実施の形態を使用した。
水処理装置の吸着材として平均細孔径１７．２Å、ＢＥＴ比表面積２０５０ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．８７ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した重量２０ｋｇの吸着素子を２個作成し、図１の水処理装置に設置して、ＩＰＡ１３０００ｍｇ／Ｌを含む被処理水を処理水量１５０Ｌ／ｈになるように導入し、一次処理水を得た。

次に、自重抜きで吸着材の付着水を除去（脱水）した後、除去水は原水へ返送した。次に０．１ＭＰａ、１２０℃の水蒸気を吸着材に供給し脱着した。脱着に使用した水蒸気および吸着材から脱着されたＩＰＡは液化凝縮して濃縮水として回収した。その際の一次処理水中のＩＰＡ濃度は１０ｍｇ／Ｌ以下であり、ＩＰＡの除去率は９９．９％以上が可能であった。

オゾン濃度１００ｍｇ／Ｌ、過酸化水素濃度１００ｍｇ／Ｌ添加条件で、水処理装置から排出された一時処理水をＡＯＰ装置へ導入し、二次処理水を得た。その際のＩＰＡ濃度は、０．１ｍｇ／Ｌ以下であった。

本実施例の水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも二次処理水中のＩＰＡ濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下の能力で水処理が可能であった。

＜実施例４＞
システムとしては、図２に示す実施の形態を使用した。
実施例３の二次処理水の一部をボイラー設備へ供給して水蒸気を発生させ、水処理装置へ供給する水蒸気として使用した。本実施例の水処理装置により浄化された水は、５００時間後でも二次処理水中のＩＰＡ濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下の能力で水処理が可能であった。

本発明の水処理システムは、水処理装置からわずかにリークした有機物質を含む処理水を、バックアップ装置として湿式酸化分解装置にて二次処理することによって、装置の大型化を防ぎつつ高効率に被処理水中の有機物質を処理でき、処理水を上記水処理装置の水蒸気（脱着媒体）の水源として使用することによって、低コストで水処理ができるため産業界への寄与大である。

１００：水処理装置
１１０：第１処理槽
１１１：吸着材
１２０：第２処理槽
１２１：吸着材
１３０：凝縮器
２００：湿式酸化分解装置
３００：ボイラー設備

Claims (9)

1. 有機物質を含有する被処理水から有機物質を除去することで被処理水を清浄化する水処理システムであって、
   有機物質を含有する被処理水を接触させることで有機物質を吸着し、加熱ガスを接触させることで吸着した有機物質を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に前記有機物質を含有する被処理水を供給することで有機物質を前記吸着素子に吸着させて処理水として排出する吸着工程と、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機物質を前記吸着素子から脱着させて、有機物質を含有する脱着ガスを排出する脱着工程を交互に実施する水処理装置と、
   有機物質を水中で酸化分解する湿式酸化分解装置を備え、
   前記水処理装置から排出された処理水が、前記湿式酸化分解装置へ供給され、水処理され、二次処理水として排出されるように構成されることを特徴とする水処理システム。
2. 前記水処理装置は、前記吸着素子に付着した水を除去してこれを除去水として排出する請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記吸着素子に付着した水の除去にガスの通流を使用する請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記水処理装置から排出された除去水が、被処理水として前記水処理装置に再度供給されるように構成された請求項２または３に記載の水処理システム。
5. 前記湿式酸化分解装置が、フェントン法、促進酸化法および電気分解法のいずれかを用いた湿式酸化分解装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水処理システム。
6. 前記加熱ガスが水蒸気である請求項１〜５のいずれかに記載の水処理システム。
7. 前記二次処理水の一部を前記水蒸気の発生水源として使用する請求項６記載の水処理システム。
8. 前記吸着素子が、活性炭、活性炭素繊維およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１の部材を含んでいる請求項１〜７のいずれかに記載の水処理システム。
9. 前記脱着ガスを曝気装置、燃焼装置および廃液燃焼装置の少なくとも１つの装置で後処理するように構成される請求項１〜８のいずれかに記載の水処理システム。