JP2655299B2 - 過酸化水素の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的低濃度の過酸化
水素を含有する工場廃水、例えば半導体製造廃水、金属
表面処理廃水、メッキ廃水などから過酸化水素を効果的
に除去する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】過酸化水素は洗浄剤、酸化剤、脱色剤、
殺菌剤などとして工業的に広く利用されており、廃水中
に比較的低濃度（数十から数千ｍｇ／リットル）で排出
された場合には安定であり、これを効率的に除去するこ
とは容易ではない。

【０００３】廃水中の過酸化水素除去法としては、廃水
中の過酸化水素を重亜硫酸ソーダ（ＮａＨＳＯ₃ ）によ
り還元する処理がよく知られている。この方法では反応
生成物として硫酸が生成されｐＨが酸性側にシフトする
ためｐＨのモニターとアルカリ注入による制御が必要と
なる。また、この方法では過酸化水素分解が終了したか
どうかは、通常酸化還元電位（ＯＲＰ）をモニターして
重亜硫酸ソーダの薬注制御を行うこととなる。ＯＲＰは
酸化性物質と還元性物質の濃度比として定義されている
が、廃水のような多成分系では必ずしも過酸化水素の分
解終了を表わす指標となり得ず、薬注制御は不充分なも
のとなり易い。このように重亜硫酸ソーダによる還元法
は、制御系が複雑で確実な操作を行うことが難しい上、
薬品を多く使わなければならないためランニングコスト
も高くなる。

【０００４】過酸化水素を含む水溶液をｐＨ１０以上に
調整し、該水溶液を粒状活性炭充填槽に下向流で通水す
ることにより分解除去を行う方法が特開昭６２−２７０
９０号公報で提案されている。この方法では、液のｐＨ
を１０以上に高めて過酸化水素の除去速度を高めること
を必要条件としているが、見方を変えれば過酸化水素の
除去後の液を公共域に放流する場合ｐＨの中和が必要と
なることは自明であり、このため制御系が複雑で薬品使
用量が多くなる。一方、ｐＨを高く設定しても過酸化水
素を活性炭充填槽表層で完全に分解してしまうことがで
きないためにガス抜きの手段が必要であって装置が複雑
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点を解決するために考案されたもので、アルカリ、
酸、還元剤などの薬品や制御装置を使用せずに廃水中の
過酸化水素を確実に分解せしめ、実施上簡便かつ汎用性
の高い方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明の過酸
化水素の除去方法によって達成される。 １）接触部と沈降部を有する処理槽の、接触部において
過酸化水素を含有する廃水を接触部有効容量の１〜３５
ｗ／Ｖ％の割合で懸濁する粒状活性炭と流動攪 拌状態に
保ちつつ接触せしめ、接触部上部から沈降部に該粒状活
性炭と処理水との混合水を溢流させ、沈降部において該
粒状活性炭と処理水とに沈降分離し、該分離された粒状
活性炭を処理水の一部と共に接触部に返送せしめ、沈降
部上部から処理水の一部を系外に排出することを特徴と
する過酸化水素の除去方法。 ２）前記流動攪拌状態が廃水の供給水流により形成され
ることを特徴とする前記１）記載の過酸化水素の除去方
法。 ３）前記流動攪拌状態が廃水の供給水流とエアレーショ
ンとにより形成されることを特徴とする前記１）記載の
過酸化水素の除去方法。

【０００７】上記、過酸化水素を含有する廃水を、接触
部の槽有効容量の１〜３５ｗ／Ｖ％の割合で懸濁する粒
状活性炭と流動攪拌状態に保つとは、混合槽中に満たさ
れた廃水と粒状活性炭とが占める槽有効容量のうち粒状
活性炭の占める重量が１〜３５ｗ／Ｖ％であることを意
味する。

【０００８】本発明の方法は、過酸化水素含有廃水と活
性炭の固液分離を混合水の循環過程の中で沈降法で行
い、沈降した活性炭を循環使用できることを特徴として
いる。特にこの方法は過酸化水素含有廃水から過酸化水
素を効率よく除去するための両者を混合接触が極めて良
くおこなわれ、かつそのコントロールが容易である。ま
た、本発明の方法は、過酸化水素分解槽（接触槽）にお
いて廃水と活性炭の混合比率を極めて広範囲に選定して
も、廃水と活性炭の接触界面において過酸化水素分解反
応を効率的に維持でき、過酸化水素の確実な分解除去を
可能ならしめる方法である。

【０００９】過酸化水素はアルカリ性下では不安定で容
易に水と酸素に分解するとされているが、低濃度であっ
て有機酸などの物質が共存する場合は長期間安定である
ことが多い。低濃度の過酸化水素を効率よく分解できる
触媒法分解に使用する分解触媒としては金属酸化物、貴
金属塵埃や活性炭などが知られているが、本発明では粒
状活性炭を用いることとした。活性炭を選定した理由
は、工業的に利用可能な価格であることと、単位重量当
たりの比表面積が大きいために過酸化水素の分解反応が
効率的に生ずることによる。活性炭は過酸化水素と反応
して、ＣＯ，ＣＯ₂ に変化する部分もあるが、基本的に
触媒であり、過酸化水素の分解反応における減失は無視
できる程度である。しかし、混合攪拌時の衝突などによ
る破壊によってもたらされる系外流出で失われる損傷分
は補給が必要である。

【００１０】活性炭を触媒とする触媒分解法では、過酸
化水素含有廃水は接触槽内で活性炭と接触し、活性炭表
面の活性点で過酸化水素が分解して水と酸素とに変化す
る。分解により発生した酸素は活性炭表面で微細気泡と
なって成長するが混合によって生じる剪断力が気泡の付
着力より優る大きさとなった時点で脱着するため大気中
に放散する。このため反応界面は気泡の付着によって失
われることがなく、順次過酸化水素分解反応が進行す
る。従って、活性炭触媒分解法で過酸化水素含有廃水の
処理を効率よく進行させ、かつ活性を維持するためには
発生した酸素の微細気泡を活性炭表面から脱着させるこ
とと脱着した酸素の大気中への放散をよくすることが重
要である。このため廃水と活性炭との接触系は攪拌状態
に置くことおよび大気に開放された状態にあることがよ
い。

【００１１】また、活性炭触媒分解法で過酸化水素含有
廃水の処理を管理し易く進行させるためには、接触槽に
供給される廃水の量のコントロールがし易く、かつ粒状
活性炭の循環使用が可能であることが重要な要素であ
る。例えば、不定期に多量の過酸化水素含有廃水が排出
された場合、臨時的に貯留する槽が用意されていること
の他、接触槽から廃水はオーバフローし、同時に活性炭
もオーバフローしても工程をコントロールできるように
接触槽内で懸濁液を循環可能にする構成とすること、ま
た反対に少量の廃水も処理できる構成とすることであ
る。

【００１２】活性炭による過酸化水素含有廃水の処理効
率は処理槽中の活性炭の充填量と廃水が活性炭に接触す
る時間に依存すると思われる。本発明の過酸化水素の除
去方法における、接触槽（接触部）に充填する活性炭の
重量は上記した通り槽有効容量の１〜３５ｗ／Ｖ％の範
囲で使用されるが、通常諸種の要因を考慮して、接触槽
の容積の５〜２０ｗ／Ｖ％に相当する重量の粒状活性炭
を仕込むのが適当である。また、接触槽中で過酸化水素
を含有する廃水を流動攪拌状態に保って滞留させる時間
は通常１０〜６０分の範囲が適当とされる。

【００１３】接触槽中の過酸化水素の濃度の減少は、次
に説明するパラメータｘ・ｔの値とよい相関性を示すこ
とが判っている。ここで、ｘは接触槽の有効容量Ｖ中に
仕込まれている活性炭の重量ｗとしたとき、ｘ＝（ｗ／
Ｖ）％で表される値であり、ｔは接触槽中に廃水が滞留
している時間を分で表す値である。前記した本発明の条
件を上記ｘとｔとであらわすとｘは１〜３５、ｔは１０
〜６０の値で、従って本発明における過酸化水素の除去
を行う好ましい処理条件はパラメータｘ・ｔの値で２０
〜２１００の範囲といえる。しかしながら過酸化水素の
除去には初期濃度、ｐＨ、水温などの廃水性状や活性炭
の性能の及ぼす影響があり、実際的に好ましくは過酸化
水素が除去されるパラメータｘ・ｔの範囲は５０〜３０
０の間であるといえる。

【００１４】廃水と活性炭との接触系を流動攪拌状態に
置くための攪拌方法としては、廃水を接触槽中に流入
し、槽中で水流によって流動攪拌状態を保つ方法を使用
することができる。しかし、廃水と活性炭の混合状態は
均一である必要はなく、接触槽上部の活性炭濃度が疎、
下部が密であっても差し支えない。粒状活性炭のもつ粒
状分布に従い、活性炭濃度の疎密は必ず生ずるが、これ
を均一にするほど強い混合を行わなくても廃水は活性炭
と乱流的に接触するため、極論するならば、活性炭が槽
底に沈積しない程度の攪拌が行われれば実質上問題とな
らない。また、過酸化水素の分解は、槽有効容量の１〜
３５ｗ／Ｖ％に相当する重量の活性炭を使用することが
重要な要因の一つであるが、流動攪拌状態を保つことも
重要な要因である。

【００１５】接触槽中で過酸化水素を含有する廃水を懸
濁する粒状活性炭と流動攪拌状態に保つ方法は接触槽に
廃水を供給するその水流によって攪拌する方法である。
接触槽に廃水を供給する方法としては、槽底から廃水を
流入して、粒状活性炭と共に接触槽内の廃水により水流
を起こし処理する方法が挙げられる。なお、この場合槽
の中段からも廃水を流入させ、その廃水流によって活性
炭と廃水の混合系の上向流に渦巻き流を重畳させるなど
して廃水と粒状活性炭との接触を強化することもでき
る。粒状活性炭層を形成する方法は下部に支持板を設け
ても、設けなくても構わず公知の方法を用いて行えばよ
い。

【００１６】さらに、別の攪拌方法としてエアレーショ
ンによる方法を併用してもよい。この場合接触槽内にエ
アリフト管や散気管を設けて、粒状活性炭を過酸化水素
を含有する廃水と接触させるため、空気などの気体の気
泡を供給してエアレーションにより流動攪拌状態を良好
に保つことができる。接触槽中で過酸化水素を含有する
廃水を懸濁する粒状活性炭と流動攪拌状態に保つために
攪拌機を用いて機械的に攪拌する方法を併用してもよ
い。この場合には廃水量に見合う容積のタンクに粒状活
性炭を入れ、バッチ方式あるいは連続方式のいずれかの
方式で廃水をタンクに供給し、上記パラメータｘ・ｔが
例えば５０〜３００の間にある条件で廃水を処理するこ
とにより過酸化水素を除去することができる。

【００１７】実際に過酸化水素除去装置の設計に当たっ
て、槽容量、攪拌方法、活性炭量、活性炭粒径などの要
因はその数値に特に制限はなく接触手段や敷地面積など
個別の事情を考慮した自由な選択が可能である。しか
し、無駄のない設計を行うには予め実験を行うことが望
ましい。上記したいずれの攪拌方法を用いるにしても、
廃水と活性炭を互いに十分良好な接触状態に置くように
すると活性炭は接触槽からオーバフローする。

【００１８】沈降部も含めて単一の槽とする処理槽を用
いることが好ましい。すなわち、図１に示すように処理
槽１を二重構造の槽とし、内側の接触部１１からオーバ
フローした処理水と粒状活性炭との混合水を外槽（沈降
部）１２に導きそこでしばらく滞留させて粒状活性炭を
沈降させ、上澄水は処理水として処理水排出管７から排
出する方式である。この場合、沈降した粒状活性炭は内
側の接触部１１に自然に戻すことができる。また、強制
的に戻しても構わない。また、図１に示した単一槽処理
槽は二重構造の槽であるが、処理槽は完全に二重構造で
ある必要はなく、接触部１１から処理水排出管７に至る
間に沈降部１２があり、そこで活性炭が沈降して沈降し
た活性炭が接触部１１に戻ればよい。

【００１９】

【実施例】本発明の過酸化水素の除去方法を以下に実施
例により具体的に説明するが本発明は以下の実施例によ
って制限されることはない。

【００２０】（実施例１） 図１は本発明の実施態様の１例を示すものである。図１
において、処理槽１は内側の接触部１１と外側の沈降部
１２の内外槽に分けられた二重槽構造となっている。処
理槽１の下部は絞られた逆台錐形となっており、底部に
は廃水供給口３が設けられ、過酸化水素を含んだ廃水は
廃水供給管２０を経て廃水供給口３から上向流で供給さ
れる。また、処理槽１の下部には粒状活性炭の粒径より
目開きの細かい金網５が設けられ、その上に粒状活性炭
が充填されている。金網５の上部付近では別の廃水供給
口４が開口していて廃水供給管２０を経て過酸化水素を
含んだ廃水が内側の接触部１１の側面に沿って接線方向
に供給されその水流によって内側の接触部１１内の活性
炭懸濁水は攪拌される。

【００２１】また、廃水供給口４が開口している付近
で、外側の沈降部１２底部の沈降部開口６があり、沈降
堆積した活性炭が上記廃水供給口４から接線方向に供給
される廃水によって内槽中に還流される。内側の接触部
１１中で懸濁活性炭で処理された処理水は一旦外側の沈
降部１２槽中に流入し、活性炭は沈降し、下部に堆積す
る。活性炭が沈降して固液分離した処理水は処理水流出
口７から流出する。また、下部に堆積した活性炭は上記
したように沈降部開口６から接触部１１中に還流され
る。

【００２２】第１表および図２には、実施例１と同様の
装置を用いて、より高濃度の過酸化水素を含む半導体製
造廃水を処理した結果を示したものである。この実施例
１では活性炭使用量を５．０ｗ／Ｖ％とし、反応水のｐ
Ｈを７と１０として比較してみたが、両者の分解速度に
大きな差はなく、いずれの場合も廃水の滞留時間３０ｍ
ｉｎで過酸化水素をほぼ完全に分解除去することができ
た。また、供給口４を閉にし、供給口３を開にし、供給
口３からの廃水を供給しても効果は同様であった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】上記の通り、本発明の過酸化水素の除去
方法においては、簡潔な構造の装置を使用して廃水に含
まれる過酸化水素の分解除去と反応生成物である気体の
効果的な除去並びに活性炭と処理水との固液分離を可能
とするものである。また、薬品や制御機器を使用するこ
とが不要の上、運転操作上の重要因子である活性炭使用
量およびその粒径について広範囲に設定することが可能
なため本発明の過酸化水素の除去方法は管理が容易で、
実用性の極めて高い方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水流攪拌による２重構造処理槽を使用
した過酸化水素の除去方法の１例を説明する工程フロー
図である。

【図２】廃水の滞留時間と過酸化水素の濃度の減少の別
の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ ポンプ ３ 廃水供給口 ４ 廃水供給口 ５ 金網 ６ 沈降部開口 ７ 処理水排出管 １１ 接触部 １２ 沈降部 １７ バッフル ２０ 廃水供給管 ２１ 接触槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 孝 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (72)発明者 矢野 誠 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (56)参考文献 特開 平１−203094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−7757（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接触部と沈降部を有する処理槽の、接触
   部において過酸化水素を含有する廃水を接触部有効容量
   の１〜３５ｗ／Ｖ％の割合で懸濁する粒状活性炭と流動
   攪拌状態に保ちつつ接触せしめ、接触部上部から沈降部
   に該粒状活性炭と処理水との混合水を溢流させ、沈降部
   において該粒状活性炭と処理水とに沈降分離し、該分離
   された粒状活性炭を処理水の一部と共に接触部に返送せ
   しめ、沈降部上部から処理水の一部を系外に排出するこ
   とを特徴とする過酸化水素の除去方法。
2. 【請求項２】 前記流動攪拌状態が廃水の供給水流によ
   り形成されることを特徴とする請求項１記載の過酸化水
   素の除去方法。
3. 【請求項３】 前記流動攪拌状態が廃水の供給水流とエ
   アレーションとにより形成されることを特徴とする請求
   項１記載の過酸化水素の除去方法。