JP2018061945A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】水処理システム内における、吸着素子の再生エネルギーの削減をし、システム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、高効率にかつ安定的に被処理水中の有機物質を除去する。【解決手段】本発明の水処理システムは、被処理水を曝気処理することで、被処理水から有機物質が揮発除去された１次処理水と、有機物質を含有する曝気ガスとを排出する曝気処理装置と、第１吸着素子を有し、処理ガスを排出する吸着処理と１次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施するガス処理装置と、第２吸着素子を有し、２次処理水を排出する吸着処理と２次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施する水処理装置と、前記水処理装置に接続され、前記脱着ガスを凝縮し分離排水と有機物質とに分離して有機物質を回収する分離装置と、を備え、前記水処理装置の第２吸着素子に供給する加熱ガスは、前記ガス処理装置が排出する１次脱着ガスを含むことを特徴とする。【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当該被処理水を清浄化する水処理システムに関する。

各工場や研究施設等から排出される水（以下、被処理水という）は、有機物質を含有している。有機物質には有害な性質を有する種類もあり、被処理水を下水中等にそのまま排出することができない。そこで、水処理システムを用いて被処理水に含まれる有機物質を除去することによって清浄化された処理水を排出している。

特許文献１や特許文献２に記載の水処理システムは、被処理水を清浄化するために吸着素子を備えている。吸着素子に被処理水を接触させることで、被処理水中の有機物質は吸着素子に吸着除去され、処理水として排出される。また吸着素子に高温の加熱ガスを接触させることで、吸着素子に吸着していた有機物質は、吸着素子から脱着され、脱着ガスとして排出される。このように、特許文献１や特許文献２に記載の水処理システムは、基本的には吸着素子の交換の必要なく、被処理水中の有機物質を高効率で安定的に除去することができる。

特許文献１や特許文献２に記載の水処理システムの吸着素子に活性炭素繊維を使用した場合、活性炭素繊維は吸着速度が速いため、被処理水を吸着素子に通液するのみで被処理水中の有機物質を高効率に除去することが可能であると知られている。ここで、非特許文献１に記載されるように活性炭素繊維は２０Å以下のミクロポアのみが繊維表面に形成されている細孔構造であるので、特定の分子サイズの有機物質を優先的に吸着しやすいことが知られている。

また、特許文献２に記載の水処理システムは、吸着処理の効率を高める目的で、吸着処理前に曝気処理装置にて有機物質を揮発除去し曝気処理後、排出された処理水を吸着素子へ導入することも行なわれている。この時、曝気処理装置より揮発除去された有機物質を含む曝気ガスが排出される。特許文献２に記載の水処理システムにおいては、曝気槽より排出された曝気ガスの有機溶剤は吸脱着式ガス処理装置の吸着素子で吸着除去され、清浄化された処理ガスとして排出される。吸着素子に吸着した有機溶剤は加熱ガスによる脱着が行われ、冷却器により凝縮回収され、分離槽で分離水と有機物質に分離し排出される。

特許第４５１２９９３号 特開２０１４−１２２４６号公報

用水と廃水 Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．１１（２０１０）

上記のような従来の水処理システムにおいて、低ランニングコストで高効率かつ安定的に水処理と有機物質回収の両方として機能するシステムが求められる。また、システムの最適化をすることができれば、装置の規模も縮小することが可能であり、低イニシャルコストであるシステムとしても提供可能となる為、検討の余地がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされ、その目的は、有機物質を含有する被処理水から、有機物質を低コストで高効率かつ安定的に有機物質を除去できる水処理システムを提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、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当該被処理水を清浄化すると共に有機物質を回収する水処理システムであって、被処理水を曝気処理することで、被処理水から有機物質が揮発除去された１次処理水と、有機物質を含有する曝気ガスとを排出する曝気処理装置と、前記曝気処理装置に接続し、前記曝気ガス中の有機物質を吸脱着する第１吸着素子を有し、該第１吸着素子に前記曝気ガスを供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度が減少した処理ガスを排出する吸着処理と、該第１吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて１次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施するガス処理装置と、前記曝気処理装置に接続し、前記１次処理水中の有機物質を吸脱着する第２吸着素子を有し、該第２吸着素子に前記１次処理水を供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度がさらに減少した２次処理水を排出する吸着処理と、該第２吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて２次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施する水処理装置と、前記水処理装置に接続し、前記２次脱着ガスを凝縮し分離排水と有機物質とに分離して有機物質を回収する分離装置と、を備え、前記第２吸着素子に供給する加熱ガスは、前記ガス処理装置が排出した１次脱着ガスを含むことを特徴とする水処理システム。

上記構成によると、被処理水に含まれる有機物質を曝気装置で揮発除去することにより大幅に有機物質の負荷を下げ、さらに後段の水処理装置で吸脱着処理をし、有機物質を高い効率で連続的に除去することができる。また曝気処理装置から排出される曝気ガスは後段のガス処理装置で吸脱着することで、清浄化された処理ガスとして排出され、脱着処理をされた有機物質含有水蒸気は有機物質分離装置にて分離排水と有機物質に分離排出される。よって、本発明の水処理システムは、吸着素子の交換の必要はなく、さらにガス処理装置より排出される脱着ガスは水処理装置の脱着に用いる構成になっているため、システムも小型化でき、ランニングコストを低減して安定的に処理をすることができる。

（２）前記第１吸着素子に供給する加熱ガスは水蒸気であることを特徴とする（１）に記載の水処理システム。
（３）前記水処理装置は、脱着処理の前に水除去用ガスを前記第２吸着素子に供給する水除去用ガス供給部を備え、該水除去用ガスにより該第２吸着素子に付着した水を除去し除去水として排出する脱水処理を実施し、該除去水を前記水処理装置にて処理される前記１次処理水へ返送するルートを備えたことを特徴とする（１）または（２）に記載の水処理システム。
（４）前記分離排水を前記曝気処理装置にて処理される前記被処理水へ返送するルートを備えることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の水処理システム。
（５）前記第１吸着素子および前記第２吸着素子が、活性炭素繊維、活性炭、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つを含んでいることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の水処理システム。
（６）前記曝気ガスの温度及びまたは湿度を調整して前記ガス処理装置に供給する温度／湿度調整装置を備えたことを特徴とする（１）から（５）のいずれか１つに記載の水処理システム。
（７）前記１次脱着ガスを加熱して前記水処理装置に供給する加熱装置を備えたことを特徴とする（１）から（６）のいずれか１つに記載の水処理システム。
（８）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当該被処理水を清浄化すると共に有機物質を回収する水処理方法あって、被処理水を曝気処理することで、被処理水から有機物質が揮発除去された１次処理水と、有機物質を含有する曝気ガスとを排出する曝気処理工程と、前記曝気処理工程にて排出された曝気ガス中の有機物質を吸脱着する第１吸着素子に前記曝気ガスを供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度が減少した処理ガスを排出する吸着処理と、該第１吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて１次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施するガス処理工程と、前記曝気処理工程にて排出された１次処理水中の有機物質を吸脱着する第２吸着素子に前記１次処理水を供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度がさらに減少した２次処理水を排出する吸着処理と、該第２吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて２次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施する水処理工程と、前記水処理工程にて排出された前記２次脱着ガスを凝縮し分離排水と有機物質とに分離して有機物質を回収する分離処理工程と、を含み、前記第２吸着素子に供給する加熱ガスは、前記ガス処理工程にて排出した１次脱着ガスを含むことを特徴とする水処理方法。

本発明の水処理システムは、被処理液中の有機物質を高い効率で連続的に除去するとともに、吸着素子の再生エネルギーの削減をし、システム内のエネルギーを再利用することができる。よって、低ランニングコストで高効率かつ安定的に、水処理と有機物質回収の両方として機能できるという利点がある。

ここで、吸脱着式ガス処理装置の脱着媒体には水蒸気を使用されることが広く知られている。これは、他の脱着媒体（空気など）と比べて熱容量（潜熱）が大きいので、脱着効率が高く、脱着ガスの冷却凝縮において、水蒸気と共に有機物質（溶剤）を液化しやすいからである。しかし、供給される水蒸気は完全に吸着素子の脱着には使用されず、大部分の水蒸気は液化することなく吸着素子を通過することがわかった。そこで、本発明の水処理システムでは、特に、吸脱着式ガス処理装置で脱着に使用されなかった水蒸気（エネルギー）を吸脱着式水処理装置での脱着媒体として使用することで省エネ化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る排液処理システムの構成の一例を示す図である。 上記水処理システムの変形例の構成を示す図である。 上記水処理システムの別の変形例の構成を示す図である。 上記水処理システムのさらに別の変形例の構成を示す図である。 上記水処理システムのさらにまた別の変形例の構成を示す図である。

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、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する構成、部分、材料等については、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、本実施の形態における水処理システム１Ａの構成図である。図１に示すように、水処理システム１Ａは、被処理水に含有する有機物質を除去して、被処理水を清浄化し、除去された有機物質は回収するためのシステムである。水処理システムは、曝気処理装置１００と吸脱着式ガス処理装置２００と吸脱着式水処理装置３００と有機物質分離装置４００を備えて構成されている。以下に各構成について説明する。

（曝気処理装置１００）
曝気処理装置１００は曝気槽１１０と曝気槽１１０へ気泡ガスを供給する気泡ガス発生器１２０とを有している。気泡ガス発生器１２０は、外気を取り込む配管ラインＬ２と接続しており、気泡ガスとして外気（空気）を曝気槽１１０へ供給する。曝気処理装置１００は、配管ラインＬ１から有機物質を含有する被処理水を曝気槽１１０に供給し、気泡ガス発生器１２０より発生される気泡ガスと接触させ、被処理水に含まれる有機物質を揮発除去するための装置であり、処理された被処理水は１次処理水として配管ラインＬ３より排出される。また揮発除去された有機物質を含む曝気ガスとして配管ラインＬ５より排出される。なお、本実施の形態では、気泡発生器１２０は本体１つを有するが、数に限定はしない。

曝気処理装置１００から排出される曝気ガスを、後段の吸脱着式ガス処理装置２００の吸着処理に最適な操作条件にするために、温度／湿度（水分量）を調整する手段を備えることが好ましい。温度／湿度調整手段として、例えばクーラー、ヒーター、気水分離器などが挙げられるが、特に限定はしない。この温度／湿度調整手段を備えた水処理システム１Ｄを図４に示す。水処理システム１Ｄは、水処理システム１Ａの変形例であり、図４に示すように、水処理システム１Ａの構成に加え、温度、湿度（水分量）を調整する温度／湿度調整装置１３０を備える。温度／湿度調整装置１３０を備えることにより、後段の吸脱着式水処理装置２００の吸着処理が最適となる。水処理システム１Ｄは、この曝気ガスを前処理する構成である温度／湿度調整装置１３０以外は水処理システム１Ａと同様の構成であるため、説明は省略する。

（吸脱着式ガス処理装置２００）
吸脱着式ガス処理装置２００は、曝気処理装置１００より排出される曝気ガスに含有される有機物質を吸着除去し、清浄化された処理ガスとして排出する装置であり、第１吸着素子２１１，２２１をそれぞれ備えた第１処理槽２１０，２２０を有している。本実施の形態では吸脱着式ガス処理装置２００は２つの処理槽を有するが、処理槽の数に限定はない。

第１吸着素子２１１，２２１は、ガス中の有機物質を吸脱着する材料から成る。第１吸着素子２１１，２２１に曝気ガスを接触させることにより、曝気ガスに含有された有機物質が吸着素子２１１，２２１に吸着し、曝気ガスは清浄化された処理ガスとして配管ラインＬ６から排出される。また第１吸着素子２１１，２２１に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、有機溶剤を含有する第１脱着ガスが配管ラインＬ８から排出される。脱着に使用する加熱ガスは、水蒸気であっても空気、不活性ガスでもよく特に限定しないが、より好適には水蒸気を利用できる。水蒸気は比較的熱伝達率が高く、高速かつ安定的に加熱することができ、水を利用するため安全で安価に入手することができるからである。

第１処理槽２１０，２２０は、配管ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８とそれぞれ切り替え可能に接続している。配管ラインＬ５は、曝気ガスを第１処理槽２１０，２２０に導入するための配管ラインであり、ダンパーＤ２０１，Ｄ２０２によって第１処理槽２１０，２２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ７は、加熱ガスを第１処理槽２１０，２２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ２０５，Ｖ２０６によって第１処理槽２１０，２２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ６は、処理ガスを第１処理槽２１０，２２０から排出するための配管であり、ダンパーＤ２０３，Ｄ２０４によって第１処理槽２１０,２２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ８は、１次脱着ガスを第１処理槽２１０,２２０から排出するための配管ラインであり、ダンパーＤ２０１，２０２によって第１処理槽２１０，２２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。

第１処理槽２１０，２２０は、上述したダンパーＤ２０１〜Ｄ２０４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。具体的には、第１処理槽２１０が吸着槽として機能している場合には、第１処理槽２２０は脱着槽として機能し、第１処理槽２１０が脱着槽として機能している場合には、第１処理槽２２０は吸着槽として機能する。すなわち、吸脱着式ガス処理装置２００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。

なお、配管ラインＬ５は、第１処理槽２１０，２２０のうち、吸着槽として機能している処理槽に接続されて、当該処理槽に曝気ガスを供給し、配管ラインＬ７は、第１処理槽２１０，２２０のうち、脱着槽として機能している処理槽に接続されて当該処理槽に加熱ガスを供給する。また、配管ラインＬ６は、第１処理槽２１０，２２０のうち、吸着槽として機能している処理槽に接続されて当該処理槽から処理ガスを排出する。また、配管ラインＬ８は、第１処理槽２１０，２２０のうち、脱着槽として機能している処理槽に接続されて１次脱着ガスを排出する。

第１吸着素子２１１，２２１は、有機物質を吸脱着する材料から成り、活性炭素繊維を含んでいることが好ましい。活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有する繊維状構造であるため、非特許文献１記載の通り、特定の分子サイズの有機物質を優先的に吸着しやすく、なおかつ有機物質の吸着速度も速く、他の吸着材と比べて極めて高い吸着効率を実現できる材料だからである。また、吸着素子２１１，１２１は活性炭またはゼオライトを含んでいるものであってもよい。

第１吸着素子２１１，２２１として利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が７００〜２５００ｍ²／ｇ、細孔容積が０．４〜０． ９ｃｍ³／ｇ、平均細孔径が１５〜１８Åであるものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面 積が７００ｍ²／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ³／ｇ未満、平均細孔径が１５Å未満のものでは、有機物質の吸着量が低くなるからである。他方、ＢＥＴ比表面積が２５００ｍ²／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ³／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質等の吸着能力が低下したり、強度が弱くなったり、材料コストが高くなって経済的に不利になったりするからである。

また、吸脱着式ガス処理装置２００から排出される１次脱着ガスを加熱処理する手段を備えることが好ましい。後段の吸脱着式水処理装置３００の脱着処理を最適な操作条件にするためである。そのような加熱処理手段としては、例えばヒーターなどが挙げられるが、特に限定しない。この加熱手段を備えた水処理システム１Ｅを図５に示す。水処理システム１Ｅは、水処理システム１Ａの変形例であり、図５に示すように、水処理システム１Ａの構成に加え、１次脱着ガスを加熱する加熱装置２３０を備える。水処理システム１Ｅは加熱装置２３０を備えることにより、後段の吸脱着式水処理装置３００の脱着処理が最適となる。水処理システム１Ｅは、加熱装置２３０以外の構成は水処理システム１Ａと同様の構成であるため、説明は省略する。

（吸脱着式水処理装置３００）
吸脱着式水処理装置３００は、曝気処理装置１００より排出される１次処理水に含有される有機物質を吸着除去し、さらに清浄化された２次処理水として排出する装置であり、第２吸着素子として３１１，３２１をそれぞれ備えた第２処理槽３１０，３２０を有している。なお本実施の形態では吸脱着式水処理装置は２つの処理槽を有するが、処理槽の数に限定はしない。

第２吸着素子３１１，３２１は、水中の有機物質を吸脱着する材料から成る。第２吸着素子３１１，３２１に１次処理水を接触させることにより、１次処理水に含有された有機物質が第２吸着素子３１１，３２１に吸着し、１次処理水は清浄化された２次処理水として配管ラインＬ９から排出される。また第２吸着素子３１１，３２１に吸脱着式ガス処理装置２００から導入される１次脱着ガスを接触させることで、吸着した有機物質が吸着素子３１１，３２１から脱着され、２次脱着ガスとして配管ラインＬ９から排出される。

第２処理槽３１０，３２０には、配管ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ８，Ｌ９がそれぞれ切り替え可能に接続されている。配管ラインＬ３は、曝気処理装置１００から排出される１次処理水を第２処理槽３１１，３２１に供給するための配管ラインであり、バルブＶ３０１，Ｖ３０２によって第２処理槽３１０，３２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ８は、吸脱着式ガス処理装置２００から排出される２次脱着ガスを第２処理槽３１０，３２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ３０５，Ｖ３０６によって第２処理槽３１０，３２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ４は、２次処理水を第２処理槽３１０，３２０から排出するための配管であり、バルブＶ３０３，Ｖ３０４によって第２処理槽３１０，３２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。配管ラインＬ９は、２次脱着ガスを第２処理槽３１０，３２０から排出するための配管ラインであり、バルブＶ３０７，Ｖ３０８によって第２処理槽３１０，３２０に対する接続状態と非接続状態とを切り替える。

第２処理槽３１０，３２０は、上述したバルブＶ３０１〜Ｖ３０８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。具体的には、第２処理槽３１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽３２０は脱着槽として機能し、第２処理槽３１０が脱着槽として機能している場合には、第２処理槽３２０は吸着槽として機能する。すなわち、吸脱着式水処理装置３００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。

なお、配管ラインＬ３は、第２処理槽３１０，３２０のうち、吸着槽として機能している処理槽に接続されて当該処理槽に１次処理水を導入する。配管ラインＬ８は、第２処理槽３１０，３２０のうち、脱着槽として機能している処理槽に接続されて当該処理槽に吸脱着式ガス処理装置２００から排出される第１脱着ガスを供給する。また、配管ラインＬ４は、第２処理槽３１０，３２０のうち、吸着槽として機能している処理槽に接続されて当該処理槽から２次処理水を排出する。配管ラインＬ９は、第２処理槽３１０，３２０のうち、脱着槽として機能している処理槽に接続されて２次脱着ガスを排出する。

第２吸着素子３１１，３２１は、有機物質を吸脱着する材料からなる。第２吸着素子３１１，３２１は、活性炭素繊維を含んでいることが好ましい。活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有する繊維状構造であるため、非特許文献１記載の通り、特定の分子サイズの有機物質を優先的に吸着しやすく、なおかつ有機物質の吸着速度も速く、他の吸着材と比べて極めて高い吸着効率を実現できる材料だからである。また、吸着素子３１１，３２１は活性炭またはゼオライトを含んでいるものであってもよい。

第２吸着素子３１１，３２１として利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が７００〜２５００ｍ²／ｇ、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ³／ｇ、平均細孔径が１５〜１８Åであるものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が７００ｍ²／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ³／ｇ未満、平均細孔径が１５Å未満のものでは、有機物質の吸着量が低くなるためである。他方、ＢＥＴ比表面積が２５００ｍ²／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ³／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質等の吸着能力が低下したり、強度が弱くなったり、材料コストが高くなって経済的に不利になったりするためである。

ここで、活性炭素繊維が高いＢＥＴ比表面積を有することで、相対的に有機物質吸着量が上がるだけでなく、活性炭素繊維を疎水化（水吸着量が下がり有機物質吸着量が上がる）傾向にできるが、活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積を高くする場合、より焼成条件を強める必要があり、活性炭素繊維の製造に、より多くの焼成エネルギーとコストとが掛かる。気相と比較して液相は有機物質含有量に対する水含有量が圧倒的に大きく、気相吸着する吸脱着式ガス処理装置２００の第１吸着素子２１１，２２１と比較して液相吸着する吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１は、水の競争吸着による有機物質吸着能の低下を著しく受ける。そのため、吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１のＢＥＴ比表面積を、吸脱着式ガス処理装置２００の第１吸着素子２１１，２２１のＢＥＴ比表面積以上にすることで、費用を抑えて効果を上げることができ、有機物質吸着を効果的に行え、システムの処理効率を上げることができる。よって、吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１のＢＥＴ比表面積が、吸脱着式ガス処理装置２００の第１吸着素子２１１，２２１のＢＥＴ比表面積以上であるのが好ましい。

また、吸脱着式水処理装置３００は、脱着処理を行う前にパージ処理（水除去処理、脱水処理）を行うことが好ましい。吸着素子３１１，３２１に付着する第１処理水を除去することで、その後の脱着処理において排出される２次脱着ガスを減容化でき、濃縮倍率を高められるからである。パージ処理は、脱着槽に水除去用のパージガスを供給して実施する。また、パージ処理後の除去水は、第１処理水の一部として吸脱着式水処理装置３００にて再吸着処理できるように配管ラインＬ３に返送することが好ましい。別途水処理が不要となるからである。パージ処理の手段には、自重抜き、圧縮空気、窒素、水蒸気などの高圧ガスによるパージ、真空ポンプなどを用いた吸引方式など適宜用いることができ、特に限定しない。

上記のパージ処理（脱水処理）をする構成を備えた水処理システム１Ｂを図２に示す。水処理システム１Ｂは、水処理システム１Ａの変形例であり、図２に示すように、水処理システム１Ａの構成に加え、配管ラインＬ１３，Ｌ１４とバルブＶ３０９、Ｖ３１０とを備える。バルブＶ３０９を開くことで配管ラインＬ１３（水除去用ガス供給部）から第２処理槽３１０，３２０にパージガス（水除去用ガス）を供給することができる。また、Ｖ３１０を開くことで第２処理槽３１０，３２０から排出されるパージ処理された除去水を配管ラインＬ１４を介して配管ラインＬ３に返送し、再度、吸脱着式水処理装置３００で処理することができる。図２に示す水処理システム１Ｂでは、パージガスとして高圧ガスを用いてパージ処理を行うものとするが、パージ処理はこれに限定されない。水処理システム１Ｂは、パージ処理を行いかつ除去水を返送する構成以外は水処理システム１Ａと同様であるため、説明は省略する。

（有機物質分離装置４００）
有機物質分離装置４００は、吸脱着式水処理装置３００から排出される２次脱着ガスを凝縮し、分離排出する装置である。有機物質分離装置４００は、冷却器４１０と分離槽４２０とを有する。

冷却器４１０は、供給された２次脱着ガスを冷却凝縮して液化し分離槽４２０に排出する。冷却器４００は、配管ラインＬ９，Ｌ１０がそれぞれ接続されている。配管ラインＬ９は、吸脱着式水処理装置３００から排出される２次脱着ガスを有機物質分離装置４００の冷却器４１０に供給する配管ラインである。配管ラインＬ１０は、冷却器４１０にて冷却凝縮した液を分離槽４２０に搬送する配管ラインである。

冷却器４１０の冷却方式は特に限定しないが、冷媒や冷却水を間接的に２次脱着ガスと接触させる熱交換式を用いればよい。図１に示す水処理システム１Ａでは冷却器４００は冷却水を利用した装置であるとする。

冷却器４００から排出する凝縮液は別途処理をしてもよいが、凝縮液中の水分と有機物質とに比重差がありかつ溶解度が低い場合、分離槽４２０にて有機物質と分離排水とに分離し別途排出する。分離槽４２０は配管ラインＬ１１，Ｌ１２に接続した構成になっており、分離槽４２０にて分離された有機物質は配管ラインＬ１２から排出され、分離排水は配管ラインＬ１１から排出される。分離排水は曝気処理装置１００に返送するのが好ましい。

分離排水を曝気処理装置１００に返送する構成を備えた水処理システム１Ｃを図３に示す。水処理システム１Ｃは、水処理システム１Ａの変形例であり、図３に示すように、水処理システム１Ａの構成に加え、分離槽４２０が配管ラインＬ１１が配管ラインＬ１に接続した構成になっている。分離槽４２０にて分離された有機物質は配管ラインＬ１２から排出され、分離排水は配管ラインＬ１１を通って曝気処理装置１００に返送される。水処理システム１Ｃは、この分離水を返送する構成以外は水処理システム１Ａと同様であるため、説明は省略する。

以上において説明した実施の形態の水処理システム１Ａ、およびその変形例の水処理システム１Ｂ〜１Ｄおいては、曝気処理装置１００と吸脱着式水処理装置３００とを有する水処理部にて被処理水中の有機物質を除去し清浄な処理水として排出するとともに、吸脱着式ガス処理装置２００と有機物質分離装置４００とを有する有機物質回収部で有機物質を回収する。そして、第２吸着素子３１１，３２１の再生に吸脱着式ガス処理装置２００から排出される１次脱着ガスを使用することにより、第２吸着素子３１１，３２１の再生に使用する加熱ガスを別途供給する装置を備える必要が無い。そのため、イニシャルコスト、ランニングコストを削減したシステムを実現することができることができる。

ここで、吸脱着式ガス処理装置の脱着媒体には水蒸気を使用されることが広く知られている。これは、他の脱着媒体（空気など）と比べて熱容量（潜熱）が大きいので、脱着効率が高く、脱着ガスの冷却凝縮において、水蒸気と共に有機物質（溶剤）を液化しやすいからである。しかし、供給される水蒸気は完全に吸着素子の脱着には使用されず、大部分の水蒸気は液化することなく吸着素子を通過することがわかった。そこで、本発明の実施の形態またはその変形例の水処理システムでは、吸脱着式ガス処理装置で脱着に使用されなかった水蒸気（エネルギー）を吸脱着式水処理装置での脱着媒体として使用することで省エネ化を図ることができる。

また、吸脱着式水処理装置での脱着媒体として水蒸気を用いることによるその他の利点として、利便性、安全性が挙げられる。利便性においては水蒸気を使用すると加熱空気を作るヒーター及びブロワの設備が必要なくなる。しかも水蒸気は比較的入手し易い。安全性においては、水蒸気は無酸素状態であるため、有害有機物質の脱着における発火の危険がない。

本発明の実施の形態またはその変形例の水処理システムで処理される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ニトリル類、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。

なお、以上の本発明の実施の形態およびその変形例のシステムにおいては、ポンプ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。しかし、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。

上記実施の形態にて説明した本発明に係る水処理システムの詳細を、さらに以下の実施例を用いて説明する。しかし、本発明は以下実施例に限定されるものでない。なお、評価は下記の方法により行った。

（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）
被処理水には有機物質として塩化メチレンを含む水を用いた。曝気処理装置、吸脱着式ガス処理装置、吸脱着式水処理装置の入口出口の塩化メチレ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）
有機物質の濃度は（実施例では塩化メチレン）は、ヘッドスペースＧＣ／ＭＳ法により定量した。

実施例の水処理システムとして、上記実施の形態にて説明した図２，３，および５に示す水処理システム１Ｂ、水処理システム１Ｃ、および水処理システム１Ｅを組み合わせたシステムを使用した。言い換えれば、図１で示す水処理システム１Ａが、さらに、１次脱着ガスを加熱する加熱装置２３０、パージ処理し、パージ処理による除去水を吸脱着式水処理装置３００に返却する構成、および配管ラインＬ１１が配管ラインＬ１に接続した構成を備えたシステムを使用した。

［実施例１］
実施例の水処理システムを用いて、曝気処理装置１１０に水蒸気を加えながら曝気温度４０℃に調整し、風量１００Ｌ／ｍｉｎ、滞留時間２ｈｒの条件下、塩化メチレン２００００ｍｇ／Ｌを含む原水を処理量２０Ｌ／ｈｒにて導入し、１次処理水を得た。その際の曝気処理槽１００出口の塩化メチレン濃度は、０．３ｍｇ／Ｌ以下であり、塩化メチレンを９９．９％以上原水から除去することができたことを確認した。また、曝気槽１１０から排出される曝気ガス中の塩化メチレン濃度は１７５００ｐｐｍであった。また、曝気槽１１０の加温に必要な水蒸気量は、３ｋｇ／ｈであった。

次に、吸脱着式ガス処理装置２００の第１処理槽２１０，２２０の第１吸着素子２１１，２２１として、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．５ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した吸着素子を２個作成し、第１処理槽２１０，２２０にそれぞれ設置した。曝気処理装置１００から排出される曝気ガスに外気を混入して３倍に希釈し吸脱着式ガス処理装置２００へ原ガスとして導入し、清浄ガスを得た。吸着工程における吸着時間は８ｍｉｎとした。その際の清浄ガス中の塩化メチレン濃度は１０ｐｐｍ以下であり、塩化メチレンの除去率は９９．５％以上が可能であった。

次に、吸脱着式ガス処理装置２００での脱着工程時において加熱ガスとして水蒸気を配管ラインＬ７から導入した。

次に、吸脱着式水処理装置３００の吸着素子３１１，３２１として平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．５ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１の吸脱着式水処理装置３００に設置して前述の曝気処理後の１次処理水を処理水量２０Ｌ／ｈｒになるように導入し、２次処理水を得た。

次に、吸脱着式水処理装置３００の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風量を０．４Ｌ／ｍｉｎとした。脱着工程における加熱ガスとして吸脱着式ガス処理装置２００から排出される１次脱着ガスを使用した。１次脱着ガスは加熱装置２３０であるヒーターにて１３０℃まで再加熱した。吸着工程における吸着時間は１０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は２０ｓｅｃ、脱着工程における脱着時間は８ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の２次処理水中の塩化メチレン濃度は０．００３ｍｇ／Ｌ以下であり、塩化メチレンの除去率は９９．９％以上が可能であった。

本実施例の水処理システムにより浄化された水は、１０時間後でも９９．９９９９％以上の効率で塩化メチレンの除去が可能であった。曝気処理装置１００で塩化メチレンを揮発除去させ後、吸脱着式水処理装置３００にて吸着と脱着を連続して行いて高度処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができる。

最後に分離排水を曝気槽１１０へ返送し、上述の操作条件で同様の実験を実施した。２次処理水（装置出口水）の塩化メチレン濃度０．００３ｍｇ／ｌ以下、清浄空気の塩化メチレン濃度１０ｐｐｍ以下、塩化メチレン回収量４００ｇ／ｈ、分離排水は系外に排出されない。また、吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１の再生に必要な水蒸気量について吸脱着式ガス処理装置２００から排出される脱着ガスを使用するため不要となった。

［実施例２］
実施例の水処理システムを用いて、曝気処理装置１１０に水蒸気を加えながら曝気温度４０℃に調整し、風量１００Ｌ／ｍｉｎ、滞留時間２ｈｒの条件下、酢酸エチル３００００ｍｇ／Ｌを含む原水を処理量２０Ｌ／ｈｒにて導入し、１次処理水を得た。その際の曝気処理槽１００出口の酢酸エチル濃度は、５００ｍｇ／Ｌ以下であり、酢酸エチルを９８．３％以上原水から除去することができたことを確認した。また、曝気槽１１０から排出される曝気ガス中の酢酸エチル濃度は２５０００ｐｐｍであった。また、曝気槽１１０の加温に必要な水蒸気量は、３ｋｇ／ｈであった。

次に、吸脱着式ガス処理装置２００の第１処理槽２１０，２２０の第１吸着素子２１１，２２１として、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．５ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した吸着素子を２個作成し、第１処理槽２１０，２２０にそれぞれ設置した。曝気処理装置１００から排出される曝気ガスに外気を混入して３倍に希釈し吸脱着式ガス処理装置２００へ原ガスとして導入し、清浄ガスを得た。吸着工程における吸着時間は８ｍｉｎとした。その際の清浄ガス中の酢酸エチル濃度は１ｐｐｍ以下であり、酢酸エチルの除去率は９９．９％以上が可能であった。

次に、吸脱着式ガス処理装置２００での脱着工程時において加熱ガスとして水蒸気を配管ラインＬ７から導入した。

次に、吸脱着式水処理装置３００の吸着素子３１１，３２１として平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．５ｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１の吸脱着式水処理装置３００に設置して前述の曝気処理後の１次処理水を処理水量２０Ｌ／ｈｒになるように導入し、２次処理水を得た。

次に、吸脱着式水処理装置３００の脱水工程時におけるガスとして外気を使用し、脱水の風量を０．４Ｌ／ｍｉｎとした。脱着工程における加熱ガスとして吸脱着式ガス処理装置２００から排出される１次脱着ガスを使用した。１次脱着ガスは加熱装置２３０であるヒーターにて１３０℃まで再加熱した。吸着工程における吸着時間は１０ｍｉｎ、脱水工程における脱水時間は２０ｓｅｃ、脱着工程における脱着時間は８ｍｉｎとして切替サイクルとした。その際の２次処理水中の酢酸エチル濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ以下であり、酢酸エチルの除去率は９９．９％以上が可能であった。

本実施例の水処理システムにより浄化された水は、１０時間後でも９９．９９９９％以上の効率で酢酸エチルの除去が可能であった。曝気処理装置１００で酢酸エチルを揮発除去させ後、吸脱着式水処理装置３００にて吸着と脱着を連続して行いて高度処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができる。

最後に分離排水を曝気槽１１０へ返送し、上述の操作条件で同様の実験を実施した。２次処理水（装置出口水）の酢酸エチル濃度０．００３ｍｇ／ｌ以下、清浄空気の酢酸エチル濃度１ｐｐｍ以下、酢酸エチル回収量６００ｇ／ｈ、分離排水は系外に排出されない。また、吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１の再生に必要な水蒸気量について吸脱着式ガス処理装置２００から排出される脱着ガスを使用するため不要となった。

［比較例］
実施例の水処理システムにおいて、一次処理水を吸脱着式水処理装置３００へ導入し、２次処理水を得た後、吸脱着式水処理装置３００の第２吸着素子３１１，３２１の再生を目的とし別ラインから水蒸気を導入した。その際に使用する水蒸気量は、４００ｇ必要となった。なお、実施例１，２では別ラインから吸脱着式水処理装置３００に導入する水蒸気量は、０ｇであった。

以上からわかるように、実施例のシステムでは、吸脱着式ガス処理装置の脱着ガスを再加熱して吸脱着式水処理装置の脱着に利用することで、吸脱着式水処理装置の脱着に必要な水蒸気を削減することが可能である。よって、実施例のシステムにより、有機物質を低コストで高効率かつ安定的に有機物質を除去できる。

なお、上記開示した実施の形態、各変形例、および実施例はすべて例示であり制限的なものではない。また、実施の形態、各変形例、および実施例を適宜組み合わせた形態も本発明の範疇に含まれる。つまり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって有効であり、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更・修正・置き換え等を含むものである。

本発明は、例えば各種工場や研究施設等から排出される有機物質を含む被処理水を処理するシステムに有効に利用することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ,１Ｄ，１Ｅ：水処理システム
１００：曝気処理装置
１１０：曝気槽
１２０：気泡ガス発生器
１３０：温度／湿度調整装置
２００：吸脱着式ガス処理装置
２１０，２２０：第１処理槽
２１１，２２１：第１吸着素子
２３０：加熱装置
３００：吸脱着式水処理装置
３１０，３２０：第２処理槽
３１１，３２１：第２吸着素子
４００：有機物質分離装置
４１０：冷却器
４２０：分離槽
Ｄ１〜Ｄ４：ダンパー
Ｖ２０５〜Ｖ２０６，Ｖ３０１〜Ｖ３１０：バルブ
Ｌ１〜Ｌ１４：配管ライン

Claims (8)

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当該被処理水を清浄化すると共に有機物質を回収する水処理システムであって、
   被処理水を曝気処理することで、被処理水から有機物質が揮発除去された１次処理水と、有機物質を含有する曝気ガスとを排出する曝気処理装置と、
   前記曝気処理装置に接続し、前記曝気ガス中の有機物質を吸脱着する第１吸着素子を有し、該第１吸着素子に前記曝気ガスを供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度が減少した処理ガスを排出する吸着処理と、該第１吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて１次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施するガス処理装置と、
   前記曝気処理装置に接続し、前記１次処理水中の有機物質を吸脱着する第２吸着素子を有し、該第２吸着素子に前記１次処理水を供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度がさらに減少した２次処理水を排出する吸着処理と、該第２吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて２次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施する水処理装置と、
   前記水処理装置に接続し、前記２次脱着ガスを凝縮し分離排水と有機物質とに分離して有機物質を回収する分離装置と、を備え、
   前記第２吸着素子に供給する加熱ガスは、前記ガス処理装置が排出した１次脱着ガスを含むことを特徴とする水処理システム。
2. 前記第１吸着素子に供給する加熱ガスは水蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記水処理装置は、脱着処理の前に水除去用ガスを前記第２吸着素子に供給する水除去用ガス供給部を備え、該水除去用ガスにより該第２吸着素子に付着した水を除去し除去水として排出する脱水処理を実施し、該除去水を前記水処理装置にて処理される前記１次処理水へ返送するルートを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理システム。
4. 前記分離排水を前記曝気処理装置にて処理される前記被処理水へ返送するルートを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理システム。
5. 前記第１吸着素子および前記第２吸着素子が、活性炭素繊維、活性炭、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つを含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理システム
6. 前記曝気ガスの温度及びまたは湿度を調整して前記ガス処理装置に供給する温度／湿度調整装置を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理システム。
7. 前記１次脱着ガスを加熱して前記水処理装置に供給する加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の水処理システム。
8. 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当該被処理水を清浄化すると共に有機物質を回収する水処理方法あって、
   被処理水を曝気処理することで、被処理水から有機物質が揮発除去された１次処理水と、有機物質を含有する曝気ガスとを排出する曝気処理工程と、
   前記曝気処理工程にて排出された曝気ガス中の有機物質を吸脱着する第１吸着素子に前記曝気ガスを供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度が減少した処理ガスを排出する吸着処理と、該第１吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて１次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施するガス処理工程と、
   前記曝気処理工程にて排出された１次処理水中の有機物質を吸脱着する第２吸着素子に前記１次処理水を供給して有機物質を吸着させて有機物質濃度がさらに減少した２次処理水を排出する吸着処理と、該第２吸着素子に加熱ガスを供給して有機物質を脱着させて２次脱着ガスを排出する脱着処理とを繰り返し実施する水処理工程と、
   前記水処理工程にて排出された前記２次脱着ガスを凝縮し分離排水と有機物質とに分離して有機物質を回収する分離処理工程と、を含み、
   前記第２吸着素子に供給する加熱ガスは、前記ガス処理工程にて排出した１次脱着ガスを含むことを特徴とする水処理方法。