JP3801388B2

JP3801388B2 - 前処理装置及びそれを用いた触媒処理装置

Info

Publication number: JP3801388B2
Application number: JP20052699A
Authority: JP
Inventors: 洋郎岡田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP2001025794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒処理の前処理装置、及び触媒処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機化合物を含む廃水、特に生分解され難い有機化合物を含む廃水を有効に処理する技術として、触媒処理が知られている。この触媒処理は、一般にセラミックス等の多孔質担体の表面にＰｔ等の金属を担持した触媒粒子を用いて行われており、有機化合物は触媒粒子の表面で酸化分解されて無害化される。
【０００３】
ところで、触媒処理の対象となる廃水中には、上記した有機化合物の他に各種の油分や懸濁物質が含まれている場合がある。そして、例えば油分は、触媒の表面に付着して触媒の活性を失わせたり、触媒の有効表面積を減少させて触媒性能を大幅に低下させる原因となる。又、金属粒子や金属のコロイド体等の懸濁物質は、触媒と酸化還元反応を生じて触媒の表面に例えば金属の状態で析出し、同様に触媒性能を低下させる。
【０００４】
このような問題に対しては、限外濾過装置やコアレッサ等を用いて被処理水の簡単な前処理を行い、被処理水中の油分等を除去した後、触媒処理を行う対策が採られている。又、触媒に油分等が付着してしまった場合には、触媒を新しいものに交換したり、触媒を洗浄してその性能を回復させることが行われている。例えば、触媒をアルカリ洗浄することにより、触媒に付着した油分を有効に除去することができる。又、触媒を酸で洗浄することにより、触媒表面に析出した金属等を溶解して除去することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した簡単な前処理装置の場合、その処理装置を長期間に亘って運転すると、被処理水中の油分や懸濁物質を確実に除去することが困難になる。例えば、コアレッサは分散油を除去することはできるが乳化油や溶解油を除去することはできず、また、分散油の粒径が大きい場合には、短時間で目詰まりを起こすという問題がある。又、限外濾過器は乳化油を除去できるが、コアレッサの場合以上に分散油によって激しく目詰まりを起こし、その使用寿命が非常に短い。
【０００６】
さらに、触媒に付着した油分等を除去するために触媒の洗浄を行った場合、却って触媒の性能が低下する可能性がある。例えば、アルカリ洗浄は、触媒の担体であるゼオライトやシリカゲルを溶解して触媒の細孔構造を破壊し、触媒の反応表面積を低下させる虞がある。又、酸による洗浄は、触媒物質であるＰｔ等をわずかながら溶解させ、反応の場を減少させる虞がある。
【０００７】
本発明は、従来の上記した問題を解決し、長期間に亘って運転しても被処理水中の油分や懸濁物質を確実に除去することができ、しかも触媒の性能低下を防止することが可能である前処理装置及びそれを用いた触媒処理装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の本発明に係る前処理装置は、少なくとも油分と有機化合物を含む被処理水を触媒処理するためのものであって、被処理水の液路に、精密濾過器とコアレッサと膜処理手段とがこの順序で直列配置されていることを特徴とする。
【０００９】
又、請求項２に記載の本発明に係る触媒処理装置は、請求項１記載の前処理装置の後段に前記有機化合物を分解するための触媒処理手段が接続された構成を備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、概略図１に基づいて本発明に係る前処理装置、及びそれを用いた触媒処理装置を詳細に説明する。
まず、前処理装置２０は、精密濾過器１、コアレッサ２および膜処理手段３とがこの順序で直列配置された構成を備えている。
【００１１】
そして、精密濾過器１の前段には貯留槽４が配設され、ここに収容された被処理水４ａが液路ｐ₁、ｐ₂を介して精密濾過器１に送られ、次に精密濾過器１から液路ｐ₃を介してコアレッサ２に送られ、さらにコアレッサ２から液路ｐ₄、ｐ₅を介して膜処理手段３に送られる経路をなしている。なお、液路ｐ₁とｐ₂の間には、液路ｐ₁からｐ₂への流れをつくる濾過ポンプＰ₁が配設され、液路ｐ₁にはサクションバルブＶ₁が介装され、液路ｐ₂には流量調整バルブＶ₂が介装されている。又、液路ｐ₄とｐ₅の間には、液路ｐ₄からｐ₅への流れをつくる循環ポンプＰ₂が配設され、液路ｐ₅には流量調整バルブＶ₃が介装されている。濾過ポンプＰ₁としては、例えば流量20L/min、揚程30mのものが例示され、循環ポンプＰ₂としては、例えば流量200L/min、揚程40mのものが例示される。
【００１２】
被処理水４ａは、少なくとも油分と有機化合物を含んでいる。油分としては、分散油、乳化油、及び溶解油を挙げることができる。又、有機化合物としては、特に制限はなく、例えば塩素含有有機化合物や窒素含有有機化合物などの生分解されにくい有機化合物を挙げることができる。さらに、この被処理水４ａに、適宜金属粒子や金属のコロイド体等の懸濁物質が含まれていてもよい。
【００１３】
精密濾過器１は、例えば紙、布や糸巻き状の濾過体を内蔵したものであり、被処理水４ａに含まれる懸濁物質（特に上述の金属粒子や金属のコロイド体）と大径の分散油を濾過する。なお、分散油は濾過体の表面で相互に接触し、粗粒化（コアレス）して濾過される。濾過体のフィルタ孔は、例えば0.3〜50μｍに設定すればよい。さらに、精密濾過器１を荷電タイプのものとすると、上記懸濁物質の電荷が中和されて凝集し、粒径が大きくなり、懸濁物質を長期間に亘って確実に濾過できるので好ましい。特に、金属のコロイド体等の懸濁物質は通常は負に帯電しているので、精密濾過器（濾過体）を正に荷電させるとよい。なお、精密濾過器は１個だけであってもよいが、複数個を設置し、しかも、上流側から順次フィルタ孔が小さくなるように精密濾過器を設置すると、それぞれの精密濾過器に過大な負荷がかからなくなり、長期の運転寿命を確保することができる。
【００１４】
このような精密濾過器１としては、ポリプロピレン製の繊維を編んだ濾体（外径62mm、長さ500mm）を２本直列に組んだものを４組並列に配置したものが例示される。
コアレッサ２は、例えば超極細繊維から成る不織布構造体のフィルタを内蔵し、精密濾過器１で濾過された処理液（１）に含まれる小径の分散油を繊維表面と繊維の絡み点で捕捉して凝集・粗大化させ、フィルタ表面から比重分離させて浮上させるものである。このとき、コアレッサ２を荷電タイプのものとすると、油分の凝集・粗粒化が生じやすくなり、分散油をより長期間に亘って確実に除去できるので好ましい。この分散油は通常は負に帯電しているので、コアレッサを正に荷電させるとよい。
【００１５】
このようなコアレッサ２としては、ポリプロピレン製の不織布フィルタ（外径125mm、長さ500mm）を内蔵したものが例示される。
膜処理手段３は、例えば、分画分子量が約5000〜13000程度のポリスルホン製の精密濾過膜３ａ、又はポリスルホン製の限外濾過膜３ａを内蔵し、精密濾過器１やコアレッサ２で除去できなかった微細な懸濁物質と油分を除去するものである。なお、膜３ａの分画分子量が上記した値より小さいと、有機化合物がこの膜処理手段３で除去され、後述する触媒処理ができなくなるので好ましくない。
【００１６】
このような膜処理手段３としては、フィルタ孔径が0.003〜0.01μｍの限外濾過膜（膜面積10m²）を組み込んだものが例示される。
そして、この実施形態では、膜処理手段３の後段にクッションタンク５が配設され、膜処理手段３の膜面を透過した透過液３ｂが一時的にここに貯留された後、詳しくは後述する触媒処理手段１０に送られるようになっている。ここで、クッションタンク５には、空気バルブＶ₅を介して空気路Ｌが接続され、空気路Ｌの他端には透過液３ｂへの加圧手段となる圧縮空気の供給源６が接続され、後述する逆洗処理を行えるようになっている。又、透過液３ｂは、流量調整バルブＶ₄が介装された液路ｐ₇を通って前処理装置２０の系外へ送られる。
【００１７】
本発明の前処理装置２０は例えば次のようにして運転される。
まず、空気バルブＶ₅を閉じて空気路Ｌを閉鎖し、他のバルブは全て開状態にして濾過ポンプＰ₁を作動し、液路ｐ₇から触媒処理手段１０に流出する透過液３ｂの流量と略等しい流量になるよう、貯留槽４内の被処理水４ａを液路ｐ₁に吸引して精密濾過器１へ送流する。
【００１８】
精密濾過器１では、被処理水４ａに含まれる懸濁物質と大径の分散油が濾過・除去され、小径の分散油、乳化油及び溶解油、並びに有機化合物を含む処理液（１）が得られる。
そして、処理液（１）はコアレッサ２に送られ、ここで分散油のほとんどが除去され、浮上した油分はコアレッサ２の上部から廃油として分離される。そして、コアレッサ２の下部からは、乳化油、溶解油、及び有機化合物を含む処理液（２）が取り出され、この処理液（２）は、後述する液路ｐ₁₀からの循環流とともに循環ポンプＰ₂で増圧され、膜処理手段３に導入される。
【００１９】
処理液（２）は、膜処理手段３の膜面の内外における圧力差により、膜面を通過し粒径が極めて小さい溶解油及び有機化合物を含む透過液３ｂと、粒径が比較的大きい乳化油及び懸濁物質を含む濃縮液とに分離される。
そして、透過液３ｂは液路ｐ₆を通ってクッションタンク５に送られ、膜を透過せずに残った濃縮液は液路ｐ₈に送られる。ここで、液路ｐ₈は途中で液路ｐ₉と液路ｐ₁₀に分岐し、液路ｐ₉はサクションバルブＶ₁と濾過ポンプＰ₁の間で液路ｐ₁に合流し、液路ｐ₁₀は循環ポンプＰ₂の前段で液路ｐ₄と合流している。なお、液路ｐ₉、ｐ₁₀には、それぞれ流量調整バルブＶ₆、Ｖ₇が介装されている。
【００２０】
従って、濃縮液の一部は液路ｐ₉を通って液路ｐ₁に還流され、残りは液路ｐ₁₀を通って液路ｐ₄に流入する。そして、このようにして濃縮液が全体の液路を循環する過程で、濃縮液に含まれている乳化油は順次濃縮され、コアレッサ２で比重差分離する分散油（浮上油）と一緒になって定期的に系外に除去される。ここで、濃縮液に含まれる油分や懸濁物質は、膜処理手段３の備える膜３ａの表面で凝集・粗粒化されているので、これらは液路ｐ₁に還流された際に精密濾過器１やコアレッサ２で容易に除去される。
【００２１】
このようにして本発明の前処理装置を連続運転することにより、被処理水４ａからは、懸濁物質と大径の分散油、小径の分散油、そして乳化油の全てがほぼ確実に除去され、溶解油と有機化合物のみを含む透過液３ｂのみが触媒処理手段₁₀に送られて触媒処理が施される。つまり、被処理水中の油分等が除去された状態で触媒処理が進行するので、被処理水に含まれる有機化合物を長期間、確実に分解して処理水を得ることができる。さらに、触媒に油分や懸濁物質が付着することが抑制されるので、触媒の性能低下を防止し、触媒の洗浄頻度を低減させることができる。
【００２２】
ところで、この前処理装置で膜処理手段３を長期に亘って連続運転していると、わずかではあれ、上流側で除去されずに処理液（２）に含まれていた分散油が膜３ａの内面(入側)に付着し、膜面を閉塞したりして目詰まりを引き起こし、透過液３ｂの量を漸減させる。このため、一般に膜処理手段を実働する際には、清浄な洗浄水による定期的な逆洗が必要になるが、洗浄水を大量に用意しなければならず、又、逆洗後の排水処理が必要になるという問題がある。
【００２３】
このようなことから、本発明の前処理装置では大量の洗浄水を用いずに膜処理手段の逆洗ができるようになっている。
この逆洗は、濾過ポンプＰ₁と循環ポンプＰ₂の両方を停止するか、または停止することなく透過液３ｂを膜３ａに逆流させて行われる。そして、まず、サクションバルブＶ₁と流量調整バルブＶ₄を閉にし、同時に、空気バルブＶ₅を開にして、供給源６から圧縮空気をクッションタンク５に圧入する。クッションタンク５内の透過液３ｂは液路ｐ₆を通って膜処理手段３に圧入され、膜３ａの膜面においては、膜処理手段３の出側が加圧状態になっている圧力差が発生する。そして、透過液３ｂは膜３ａを逆流していき、その過程で膜３ａの目詰まりを引き起こしていた分散油を当該膜３ａの入側に押し出す。押し出された分散油は逆流してきた透過液に含まれた状態で液路ｐ₈から流出し、全体の液路を循環する過程でコアレッサ２で浮上油として捕捉され、系外に排出される。
【００２４】
さて、上述の触媒処理の前処理装置２０の後段、より詳しくはクッションタンク５の後段には液路ｐ₇を介して触媒処理手段１０が接続され、前処理手段２０と合わせて全体として触媒処理装置３０を構成している。なお、クッションタンク５を介さずに、触媒処理手段１０を直接膜処理手段３の出側（透過液３ｂの流出口）に接続してもよい。
【００２５】
触媒処理手段１０は、有機化合物を分解するための触媒粒子１０ａが充填されたカラム状に形成されている。触媒粒子１０ａとしては、例えば酸化チタン、アルミナ、活性炭から成る担体(粒径１〜５mm程度)の表面に、0.01〜1重量％程度の割合でＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属を担持させたものを用いることができる。そして、この触媒粒子１０ａは、例えば上記した触媒金属を担体の表面に担持させて焼成した後、活性化することにより製造することができる。そして、触媒表面で有機化合物が酸化分解されて無害化し、例えば二酸化炭素となって大気中に放散される。一方、有機物の酸化分解の過程で窒素酸化物等が生成した場合、触媒処理に引き続いて適宜還元処理を施し、窒素ガスにして無害化するのが好ましい。又、触媒処理の際に酸化剤を併用してもよい。このようにして、有機化合物は触媒処理手段１０によって分解されて無害化されるので、例えば分離装置で油分と有機化合物を単に分離・除去する場合のように、除去した有機化合物をさらに廃棄処理する必要がない。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の前処理装置によれば、少なくとも油分と有機化合物を含む被処理水から、それに含まれる懸濁物質、分散油、乳化油を連続的に略完全に除去することができ、長期間に亘って前処理装置を運転しても被処理水中の油分や懸濁物質を確実に除去することができる。これは、多段に配列された精密濾過器とコアレッサと膜処理手段をこの順序で直列配置しているので、まず精密濾過器で懸濁物質や大径の分散油が除去されたのち、次のコアレッサで小径の分散油が除去され、続いて膜処理手段で乳化油が分離されこの乳化油がコアレッサで捕捉されるからである。このようにして有機化合物のみを含む被処理水を触媒処理に供することができる。
【００２７】
そして、本発明の触媒処理装置によれば、被処理水中の油分や懸濁物質をまず前処理装置で除去し、次に有機化合物を触媒処理手段で分解しているため、油分と有機化合物を含む被処理水を安定して処理し、継続的に清澄な処理水を得ることができる。これは、従来のように分離装置のみを用いて被処理水中の油分と有機化合物とを単に除去するのではなく、まず被処理水中の油分のみを分離除去し、次に有機化合物を無害な状態まで分解することによって初めて実現されるものである。
【００２８】
又、触媒処理手段には懸濁物質、分散油、あるいは乳化油が混入することが少ないので、触媒の性能低下を防止するとともに、触媒の洗浄頻度を減らすことができるので、高価な触媒の使用量を低減し、触媒処理時のコスト低減に寄与する。
さらに、触媒の性能低下に伴う触媒の交換や洗浄が低減されるので、廃触媒の量や洗浄廃水の量も減り、これらの処理費用を低減することもできる。
【００２９】
特に、精密濾過器とコアレッサを荷電タイプとし、精密濾過器を懸濁物質の電荷と逆の電荷に帯電させ、コアレッサを油分の電荷と逆の電荷に帯電させた場合は、油分や懸濁物質をより長期間に亘って確実に除去できるので、上記した効果がより顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前処理装置，及び触媒処理装置の基本構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１精密濾過器
２コアレッサ
３膜処理手段
４ａ被処理水
１０触媒処理手段
２０前処理装置
３０触媒処理装置
ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，ｐ₄，ｐ₅，ｐ₆，ｐ₇，ｐ₈，ｐ₉，ｐ₁₀ 液路

Claims

少なくとも油分と有機化合物を含む被処理水を触媒処理するための前処理装置であって、
前記被処理水の液路に、精密濾過器とコアレッサと膜処理手段とがこの順序で直列配置されていることを特徴とする前処理装置。
請求項１記載の前処理装置の後段には前記有機化合物を分解するための触媒処理手段が接続されていることを特徴とする触媒処理装置。