JP4223706B2

JP4223706B2 - 排水の処理方法

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Publication number: JP4223706B2
Application number: JP2001301092A
Authority: JP
Inventors: 高明橋本; 純一三宅; 徹石井
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003103274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排水を浄化処理する方法に関し、より詳細には、湿式酸化処理による排水処理効率を向上し得る方法に関するものである。特に本発明の方法は排水を３７０°以下の温度、且つ該排水が液相を保持する圧力下、固体触媒を用いて排水の処理を行なう湿式酸化処理に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種工業排水を処理する方法としては、生物処理法、燃焼処理法、湿式酸化処理法などが知られている。生物処理法では、余剰汚泥などの副生物が発生するため、その処理が問題であったり、処理困難な排水が多く存在するなどの問題が生じていた。また燃焼法では、燃料として化石燃料を燃焼させるため資源の浪費であるばかりか、近年地球温暖化の問題でクローズアップされている二酸化炭素の排出量が増加するなどの問題を有していた。湿式酸化処理法は、基本的に高温、高圧化、酸素存在下で排水を処理する技術であるが、処理効率が十分でない。この湿式酸化処理方法による排水の処理効率を高めるために、種々の触媒が提案されている。触媒として特に固体触媒は、均一系触媒や微粉末触媒の様に処理液から触媒回収工程が不要であることから固体触媒が汎用されている。特に近年、固体触媒の組成，形状などの改良が行なわれ、固体触媒の耐久性，処理能力の向上が図られている。固体触媒自体の研究は進んでいるものの、固体触媒の能力を最大限発揮させるという観点からの湿式酸化処理条件はなされておらず、触媒の活性を高めて排水処理能力を向上し得る処理条件が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであって、その目的は排水を湿式酸化処理した際に、触媒の活性を高め、排水処理能力を向上し得る湿式酸化処理方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成し得た本発明の方法とは、固体触媒を用いた湿式酸化処理にて排水を酸化および／または分解する排水の処理方法において、下記式から求められるガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が１〜１０００となる様に湿式酸化処理条件を制御することに要旨を有する排水の処理方法である。
【０００５】
ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）＝Ｖｇ／（Ｖｃ×Ｅ）ここでＶｇは触媒湿式酸化処理反応塔におけるガス流量（Ｌ／ｈ）：Ｖｃは反応塔に充填した固体触媒量（Ｌ）：Ｅは固体触媒を反応塔に充填した際の空隙率である。
【０００６】
また本発明を実施するにおいては触媒層の長さをＬ（ｍ）としたとき、Ｌ×ＳＶの値であるガスの空間線速度のＵ値が、０．１〜８０００（ｍ／ｈ）であることが望ましく、触媒を反応塔に充填した際の空隙率（Ｅ）を０．２０〜０．４０の範囲内とすることも推奨される。
【０００７】
本発明を実施するにおいて固体触媒にチタン、ジルコニウム、鉄、マンガン、希土類（ランタン、セリウム、プラセオジム）より選ばれる元素の少なくとも１種の金属および／またはその金属の化合物を含有する固体触媒を用い、該固体触媒の見掛け充填嵩比重が０．７〜１．３ｋｇ／リットルの範囲内であることが望ましい。また固体触媒に活性炭を含有する固体触媒を用いた場合、該固体触媒の見掛け充填嵩比重が０．３〜０．７ｋｇ／リットルの範囲内であることが推奨される。また固体触媒が白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムより選ばれる元素の少なくとも１種の金属および／またはその金属の化合物を、０．０５〜２質量％の範囲内で含有することも本発明の好ましい実施態様である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、固体触媒を用いた湿式酸化処理にて排水を酸化および／または分解する排水の処理方法において、［ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）＝触媒湿式酸化処理反応塔におけるガス流量（Ｌ／ｈ）／（反応塔に充填した固体触媒量（Ｌ）×固体触媒を反応塔に充填した際の空隙率）］から求められるガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が１〜１０００の範囲内となる様に湿式酸化処理条件を制御することによって上記課題が達成できることを見出した。以下本発明について詳述する。
【０００９】
本発明の湿式酸化処理で処理される排水の種類は特に限定されず、化学プラント，電子部品製造設備，食品加工設備，金属加工設備，金属メッキ設備，印刷製版設備，写真設備等の各種産業プラントから排出される排水や、火力発電や原子力発電などの発電設備などから排出される排水、具体的にはＥＯＧ製造設備，メタノール，エタノール，高級アルコールなどのアルコール製造設備から排出される排水、特にアクリル酸，アクリル酸エステル，メタクリル酸，メタクリル酸エステルなどの脂肪族カルボン酸やそのエステル，或いはテレフタル酸，テレフタル酸エステルなどの芳香族カルボン酸もしくは芳香族カルボン酸エステルの製造プロセスから排出される有機物含有排水などが例示される。また例えば下水やし尿などの生活排水であってもよく、或いは環境ホルモン化合物等の有害物質を含有している排水でも良い。
【００１０】
勿論、処理の対象となる排水は上記した様な産業プラントから排出される所謂工業排水に限定されるものではなく、湿式酸化処理によって酸化・分解されて低分子化（無害化）され得る物質を含むものであればよく、また該物質が排水中に溶解、或いは懸濁物質として存在する等、存在状態についても限定されない。この様な排水に含まれる物質としては有機化合物（例えばメタノール，エタノール，アセトアルデヒド，蟻酸，アセトン，酢酸，プロピオン酸，ＴＨＦ，フェノールなど）；無機化合物（例えばアミン，イミン，アンモニア，ヒドラジン，亜硝酸イオン，ＤＭＦ，ピリジンなど）；硫黄化合物（例えばチオ硫酸イオン，硫化ナトリウム，ジメチルスルホキシド，アルキルベンゼンスルホン酸塩など）；有機ハロゲン化合物（ダイオキシン類，フロン類，フタル酸ジエチルヘキシル，ノニルフェノールなど）；有機燐化合物（例えばホスフィン，ホスフィンスルフィド，ホスホン酸など）などが例示され、この様な排水であれば何れも本発明の湿式酸化処理方法を適用できる。
【００１１】
またナトリウム，カリウム，カルシウム，鉄，アルミニウム，マグネシウム等の金属イオンやフッ素，塩素，臭素等のハロゲンイオン，炭素イオン，燐，珪素等を含有する無機塩類が排水中に存在していてもよい。尚、排水中の該塩類濃度が高くなると、後記する様に排水に供給した酸素の溶解度が低下するため、処理時に塩として析出しない含有量であることが望ましい。
【００１２】
尚、本発明の湿式酸化処理に供給する排水に予め任意の処理を施してもよい。特に前処理によって、排水中の難分解性化合物をある程度低分子化することが望ましい。例えば排水を触媒を使用しない湿式酸化処理で前処理し、次いで本発明の湿式酸化処理で処理してもよい。この様に予め排水に前処理を施しておくことによって本発明の排水処理効果を更に向上させることが可能である。勿論、前処理工程は複数の工程を組み合わせてもく、特に限定されない。例えば複数の反応塔を使用して数回前処理を行なったり、或いは同一の反応塔内前半部で湿式酸化処理を実施し、塔内後半部で触媒湿式酸化処理を実施することも可能である。
【００１３】
本発明では上記の様な排水を触媒を用いた湿式酸化処理することによって、排液中の上記被処理物質を浄化（酸化・分解によって環境に対する無害化）処理するが、この際使用できる触媒としては下記の触媒が例示されるが、これに限定されない。
【００１４】
触媒としては、アルミナ，チタン，ジルコニウム，鉄，マンガン，ランタン，セリウム，プラセオジウム，ネオジウム，コバルト，ニッケル，タングステン，バナジウム，モリブデン，マグネシウム，アンチモン，テルル，活性炭を含有する触媒が好ましく、更に好ましくは、チタン，ジルコニウム，鉄，マンガン，ランタン，セリウム，プラセオジウム，ネオジウム，コバルト，活性炭から選ばれる少なくとも１種を含有する触媒が好ましい。
【００１５】
これらの中でもチタン，ジルコニウム，鉄，マンガン，ランタン，セリウム，プラセオジウム，コバルトより選ばれる元素の少なくとも１種の金属および／またはその金属の化合物を含有する固体触媒が望ましい。該固体触媒の見掛けの充填嵩比重は好ましくは０．７以上、より好ましくは０．７５以上、更に好ましくは０．８０以上であり、好ましくは１．３ｋｇ／リットル以下、より好ましくは１．２５以下である。この様な範囲内の見掛け充填嵩比重であれば、触媒の活性が高められ、優れた排水処理効率が得られる。尚、見掛けの充填嵩比重とは、［充填した触媒の重さ（ｋｇ）／触媒充填層体積（リットル）］から算出される値である。
【００１６】
活性炭を含有する固体触媒を用いる場合、優れた排水処理効率を得る観点から、見掛け充填嵩比重は０．３ｋｇ／リットル以上が好ましく、より好ましくは０．３５以上である。また見掛け充填嵩比重は好ましくは０．７ｋｇ／リットル以下とすることが望ましい。
【００１７】
尚、上記固体触媒に触媒活性として、チタン，ジルコニウム，鉄，マンガン，ランタン，セリウム，プラセオジウム，コバルト成分の他に、白金，パラジウム，ルテニウム，ロジウム，イリジウム，金より選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその金属化合物を含有させると、更に触媒活性が向上し、排水処理性能が向上するので望ましい。特に白金，パラジウム，ルテニウム，ロジウム，イリジウムから選ばれる少なくとも１種の金属および／またはその金属化合物の含有量が、０．０５〜２質量％の範囲内であることが本発明の湿式酸化処理条件で排水処理した際の触媒活性向上の観点から好ましい。０．０５％質量未満では触媒の活性が十分向上されないことがある。また一方、２質量％を超えると触媒のコストが高くなり、それに相応した触媒活性が期待できないことがある。
【００１８】
また排水の種類によっては、一つの反応塔に２種以上の触媒（成分の異なる触媒）を組合せて用いると、排水処理能力が向上するので望ましい。このとき触媒の充填の仕方としては、左右で隣接する触媒が夫々異なる触媒であってもよいが、単位時間あたりの排水処理能力及び触媒質量当りの排水処理能力を高める観点からは、左右で隣接する触媒は同一成分からなる触媒で構成し、上下で隣接する触媒が夫々異なる（或いは同一）触媒で構成することが推奨される。また触媒を充填した反応塔を複数用いて排水を処理する場合、反応塔間で異なる触媒を充填してもよいし、同一の成分の触媒を複数の反応塔に充填してもよい。
【００１９】
また上記触媒に触媒活性成分を担持させてもよい。触媒活性成分として例えばマンガン，鉄，コバルト，ニッケル，セリウム，クロム，プラセオジム，銅，銀，金，白金，パラジウム，ロジウム，およびイリジウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素，又は１種以上の元素を含む化合物が示される。これら触媒活性成分を担持させることによって、触媒の活性が向上し、排水処理能力が向上するので望ましい。上記触媒活性成分の出発原料としては特に限定されず、酸化物，水酸化物，無機酸塩，有機酸塩等のいずれも用いることができ、アンモニウム塩，硝酸塩，ハロゲン化合物等が例示される。
【００２０】
また触媒の形状としては特に限定されず、ハニカム状，球状，ペレット状など各種形状に成形した触媒を用途に応じて用いることができるが、長期間に渡って優れた触媒活性を安定して発揮させるためには球状あるいはペレット状触媒が推奨される。
【００２１】
以下、図１に示す概略説明図を用いて本発明の排水の処理方法について詳述する。図１は湿式酸化処理を採用した場合の処理装置の一実施態様を示す概略図であるが、本発明で用いられる装置は図示例に限定する趣旨では決してない。
【００２２】
図示しない排水供給源から供給される排水は、排水供給ライン６を通して排水供給ポンプ５に供給され、更に加熱器３に送られる。この際の空間速度は特に限定されず、触媒の処理能力によって適宜決定すればよい。
【００２３】
本発明の触媒湿式酸化処理は酸素含有ガスの存在下、もしくは不存在下のいずれの条件でも行うことができるが、排水中の酸素濃度を高めると排水中に含まれる被酸化物の酸化・分解効率を向上できるので、排水に酸素含有ガスを混入させることが望ましい。
【００２４】
酸素含有ガスの存在下に湿式酸化処理を行う場合には、例えば酸素含有ガスを酸素含有ガス供給ライン８から導入し、コンプレッサー７で昇圧した後、任意の位置から排水に供給すればよく、好ましくは図示する如く加熱器３の手前から排水に供給することが望ましい。
【００２５】
酸素含有ガスとは、酸素分子を含有ガスであり、その様なガスであれば純酸素，酸素富化ガス，空気，過酸化水素水，他のプラントで生じた酸素含有ガス等でもよく、酸素含有ガスの種類は特に限定されないが、経済的観点からこれらの中でも空気を用いることが推奨される。勿論、必要に応じて酸素含有ガスを不活性ガスで希釈したものでもよい。
【００２６】
酸素含有ガスを排水へ供給する場合の供給量は特に限定されず、排水中の被酸化物を酸化・分解処理する能力を高めるのに有効な量を供給すればよい。酸素含有ガスの供給量は、例えば酸素含有ガス流量調節弁９を酸素含有ガス供給ライン８上任意の位置に設けることによって排水への供給量を調節することができる。好ましい酸素含有ガスの供給量は、排水中の被酸化物の理論酸素要求量の０．５倍以上、より好ましくは０．７倍以上であり、好ましくは５．０倍以下、より好ましくは３．０倍以下とすることが推奨される。酸素含有ガスの供給量が０．５倍未満の場合、被酸化物が十分に酸化・分解処理されずに湿式酸化処理を経て得られた処理液中に比較的多く残留ことがある。また５．０倍を超えて酸素を供給しても酸化・分解処理能力が飽和することがある。
【００２７】
尚、触媒が活性炭を含有する場合、活性炭の燃焼を抑制するために酸素含有ガスの供給量は該理論酸素要求量の０．５倍〜１．３とすることが望ましく、更に排水処理後に反応塔の系外に排出される排ガス中の酸素濃度が５％以下となる様に酸素含有量を調節することが好ましい。
【００２８】
本発明において「理論酸素要求量」とは、排水中の被酸化物を窒素，二酸化炭素，水，灰分にまで酸化および／または分解するのに必要な酸素量のことであり、本発明では化学的酸素要求量（COD(Cｒ)）によって理論酸素要求量を示す。
【００２９】
加熱器３に送られた排水は予備加熱された後、反応塔１に供給される。この際の排水（酸素含有ガスが排水に供給されている場合）の反応塔１への供給方法としては限定されず、気液上向並流，気液下向並流いずれであってもよく、また塔内で気液向流となる様に供給してもよい。勿論、複数の反応塔を設置する場合はこれらの供給方法を適宜組合せてもよい。これらのうち、排水処理時の触媒の揺れや触媒浮きあがりが少なく、また触媒の耐久性の観点からも気液下向並流が望ましく、特に触媒として活性炭を含有する場合には、活性炭は強度が低下し易いので気液上向並流よりも気液下向並流が望ましい。
【００３０】
塔内の反応温度にいては特に限定されないが、排水を高温にすると、排水が酸化および／または分解され易くなるので、加温することが望ましい。反応塔内での排水の温度は好ましくは３７０℃以下，より好ましくは２６０℃未満とすることが望ましい。また１７０℃以上の場合は、液相を保持するために１ＭＰａ以上必要となり、耐圧性向上のための設備コストが高くなる。したがって１７０℃未満とすることが最も好ましい。尚、触媒が活性炭を含有する場合、活性炭の熱安定性の観点から１７０℃未満とすることが推奨される。一方、排水の温度が８０℃未満では排水中の被処理物の酸化・分解処理を効率的に行うことが困難になることがあるので、反応塔内での排水の温度は好ましくは８０℃以上、より好ましくは９０℃以上であることが望ましい。
【００３１】
尚、排水を加熱する時期は特に限定されず、上述した通り予め加熱器で加熱した排水を反応塔内に供給してもよいし、或いは、排水を反応塔内に供給した後に加熱してもよい。また反応塔に供給する前に予備加熱したものを塔内にて更に加熱してもよい。排水の加熱方法についても特に限定されず、加熱器，熱交換器を用いてもよく、また反応塔内にヒーター２を設置して排水を加熱してもよい。更に蒸気などの熱源を排水に供給してもよい。
【００３２】
本発明の方法を実施するにあたっては、湿式酸化処理装置の排ガス排出口に圧力調整弁を設け、反応塔内で排水が液相を保持できるように処理温度に応じて圧力を適宜調節することが望ましい。例えば処理温度が８０℃〜９５℃の場合には、大気圧下においても排水は液相状態であり、経済性の観点から大気圧下でもよいが、処理効率を向上させるためには加圧することが好ましい。また処理温度が９５℃以上の場合、大気圧下では排水が気化することが多いため、処理温度が９５℃以上，１７０℃未満の場合、０．２〜１ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）程度の圧力、処理温度が１７０℃以上，２３０℃未満の場合、１〜５ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）程度の圧力、また処理温度が２３０℃以上の場合、５ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）超の圧力を加え、排水が液相を保持できる様に圧力を制御することが望ましい。
【００３３】
尚、本発明を実施するにあたっては、反応塔の数，種類，形状等は特に限定されず、通常の湿式酸化処理に用いられる反応塔を単数又は複数組合せて用いることができ、例えば単管式の反応塔や多管式の反応塔などを用いることが出来る。また複数の反応塔を設置する場合、目的に応じて反応塔を直列または並列にするなど任意の配置とすることができるが、多量の排水を処理する場合には、大型の反応塔を単独で用いる（触媒充填層を高くする）よりも、反応塔を並列的に設置し、夫々に触媒を充填して排水を処理した場合の方が、同じ触媒使用量でも処理効率が高いので望ましい。
【００３４】
反応塔に充填する触媒としては排水の種類に応じて上記触媒から選択することが推奨される。ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）は、反応塔内に充填する触媒の充填量Ｖｃ（ｍ³），触媒を充填した際の空隙率Ｅ，ガス流量Ｖｇ（ｍ³／ｈ）との関係［Ｖｇ（ｍ³／ｈ）／（Ｖｃ（ｍ³）×Ｅ）］において、１〜１０００の範囲内となる様に触媒の充填量Ｖｃ，空隙率Ｅ，ガス流量Ｖｇなどを適宜調整することがより優れた排水処理能力を得るうえで望ましい。ガス空間速度が１ｈｒ^-1未満の場合、ガス量が不十分で処理効率が低下することがあり、逆に１０００ｈｒ^-1を超える場合には、ガス量が多くなり気泡の分散が十分進行せず、処理効率が低下することがある。
【００３５】
特に排水処理温度が１７０℃以上の場合、上記の如く排水が液相を保持できる様に加圧されているので、ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が好ましくは５０以上であって、好ましくは３００以下、より好ましくは２００以下であると優れた排水処理性能を発揮する。また排水処理温度が１７０℃未満の場合、通常１ＭＰａ以下の圧力で操業するため、排水が蒸発し易いのでガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）を好ましくは３００超、より好ましくは４００以上であって、好ましくは１０００以下、より好ましくは９００以下とすると優れた排水処理性能を発揮するので推奨される。
【００３６】
空隙率Ｅは好ましくは０．２０以上、より好ましくは０．２２以上、更に好ましくは０．２５以上であって、好ましくは０．４０以下、より好ましくは０．３８以下、更に好ましくは０．３５以下とすることが長期間優れた排水処理能力を維持するために望ましい。特に本発明では、空隙率が０．２０〜０．４０の範囲内でガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が上記範囲内となる様に湿式酸化処理条件を制御すると、排水の処理効率が著しく向上するので推奨される。空隙率Ｅとは、見掛け上の触媒層体積（ｍ³）から実際に充填した触媒体積（ｍ³）を除して得られた空隙値（ｍ³）を、触媒層体積（ｍ³）で割った値である。具体的な空隙率の算出方法は、触媒層に充填した触媒量をａ（ｋｇ）、触媒層の体積をｂ（Ｌ）、充填層上部まで水を入れた際の水供給量をｃ（ｋｇ）、水を含んだ触媒を取り出して測定した触媒質量をｄ（ｋｇ）とし、まず触媒層の隙間に存在した水の質量ｆをｆ＝ｃ−（ｄ−ａ）（ｋｇ）によって求め、得られたｆ値を用いて空隙率Ｅ（Ｅ＝［ｆ／ｂ×１００］）を求めることができる。
【００３７】
ガス流量Ｖｇとは実際にガスを触媒層に導入し、ガスが該触媒層長手方向から抜け出るまでの単位時間（１時間）あたりの流量（Ｌ）である。
ガス空間速度ＳＶとは０℃，１ａｔｍにおける気体容積速度の触媒層容積に対する値（気体容積速度／触媒層容積）であって、上記Ｖｇ／（Ｖｃ×Ｅ）によってガス空間速度（ｈ^-1）を求めることができる。
【００３８】
またガスの空間線速度Ｕ（ｍ／ｈ）は、触媒層の長さをＬ（ｍ）としたときにＬ（ｍ）×ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）で求めることができる。ガス空間線速度Ｕ（ｍ／ｈ）が０．１〜８０００となる様に触媒層の長さを適宜調節することが効率的な排水処理を行なううえで望ましい。ガス空間線速度が０．１ｍ／ｈ以上であれば気泡の分散効果がより一層向上するので望ましい。また８０００以下であることが優れた排水処理性能を発揮するので望ましい。
【００３９】
特に排水処理温度が１７０℃以上の場合、上記の如く排水が液相を保持できる様に加圧されているので、ガスの空間線速度Ｕ（ｍ／ｈ）は好ましくは０．１以上、より好ましくは１００以上であって、好ましくは２５００以下、より好ましくは２０００以下であると優れた排水処理性能を発揮する。また排水処理温度が１７０℃未満の場合、通常１ＭＰａ以下の圧力で操業するため、排水が蒸発し易いのでガスの空間線速度Ｕ（ｍ／ｈ）を好ましくは４００以上、より好ましくは８００以上、更に好ましくは１０００以上であって、好ましくは８０００以下、より好ましく５０００以下とすると、優れた排水処理性能を発揮するので推奨される。
【００４０】
尚、触媒を充填した反応塔を複数用いる場合、夫々の反応塔におけるガス空間速度が上記範囲内となる様に空隙率Ｅ，Ｖガス流量Ｖｇ，触媒充填量などを夫々調整することが望ましい。
【００４１】
反応塔内のガス流量は［フィードガス量（ＮＬ／ｈｒ）−反応器中の蒸気流量（Ｌ／ｈｒ）］によって得られる値である。またガス流量は［反応器中のＡｉｒ流量（Ｌ／ｈｒ）＋反応器中の蒸気流量（Ｌ／ｈｒ）］によって得られる値である。
【００４２】
排水中の被酸化物は反応塔内で酸化・分解処理されるが、本発明において「酸化・分解処理」とは、酢酸を二酸化炭素と水にする酸化分解処理、酢酸を二酸化炭素とメタンにする脱炭酸分解処理、ジメチルスルホキシドを二酸化炭素，水，硫酸イオンなどの灰分にする酸化及び酸化分解処理、尿素をアンモニアと二酸化炭素にする加水分解処理、アンモニアやヒドラジンを窒素ガスと水にする酸化分解処理、ジメチルスルホキシドをジメチルスルホンやメタンスルホン酸にする酸化処理などが例示され、即ち易分解性の被酸化物を窒素ガス，二酸化炭素，水，灰分などにまで分解する処理や、難分解性の有機化合物や窒素化合物を低分子量化する分解処理，若しくは酸化する酸化処理など種々の酸化および／または分解を含む意味である。
【００４３】
尚、反応塔内には気液の攪拌，接触効率の向上，気液の偏流低減等を目的として、種々の充填物、内作物などを組み込んでもよい。また反応塔の数，種類，形状などについても限定されない。したがって通常の触媒湿式酸化処理に用いられる単管式の反応塔や多管式の反応塔などを用いることができる。また複数の反応塔を設置する場合、目的に応じて種々の形式の反応塔を直列または並列に設置してもよい。勿論、各装置は被処理排水に対して耐久性を有する材質で構成されていることが望ましい。
【００４４】
反応塔で酸化および／または分解処理されて得られた処理排水（以下、処理液という）は、処理液ライン１０を介して排出される。処理液は既に酸化・分解処理されて環境に対して十分に無害化されているので、この処理液の処理方法としては下記の方法に限定されず、任意の処理工程を施すことができる。
【００４５】
処理液は処理液ライン１０を介して気液分離器１１に導入される。このとき、冷却器４、或いは熱交換器など任意の冷却手段を介在させて、処理液の温度を低下させてから気液分離器に導入してもよい。気液分離器では処理液を気体と液体に分離するが、液面制御弁などの制御手段を設けて気液分離器内の液面が予め設定したレベルで一定となる様に制御することが望ましい。また圧力コントローラＰＣなど圧力検出手段を設置し、気液分離器内の圧力が予め設定した値を保つ様に圧力制御弁１２などの制御手段を設けて適宜調節することが望ましい。
【００４６】
気液分離器１１で分離して得られた分離液は、処理液排出ライン１５から排出される。ここで排出された分離液は、生物処理，膜処理など任意の工程に付しても、或いは付さなくてもよい。本発明の触媒湿式酸化処理条件を変更することによって生物処理困難な有機成分を低分子化した状態で残存させることも可能であり、例えば難分解性有機物が酸化／分解処理されて処理液中に酢酸として残存する場合、該酢酸含有処理液を生物処理に施すことによって容易に酢酸を分解できる。また本発明の処理後の処理液に有機酸（酢酸などの低分子有機物）やアンモニア等の被酸化性物質が残存している場合、ポリアミド系複合膜などの高脱塩率を有する逆浸透膜を用いて処理してもよい。逆浸透膜処理することによって、逆浸透膜非透過液中に被酸化性物質を濃縮させることができ、該非透過液を再度湿式酸化処理する等任意の処理を実施することで排水の高度処理が可能となる。
【００４７】
また触媒湿式酸化処理後の処理液、または触媒湿式酸化処理後の処理液に各種処理を施した後に得られる処理液（或いは分離液）を、希釈水として排水に利用してもよい。例えば処理液を排水の希釈水として用いると希釈水の効率的な利用が図れるため、従来の様に排水の希釈に別途水を用意する必要がないため、排水処理コストをより低コストとすることができる。
【００４８】
【実施例】
参考例１〜５
参考例１
図１に示す工程を使用し、下記の条件で処理を行なった。反応塔１（直径４５ｍｍ，長さ４０００ｍｍの円筒状）の内部にペレット状触媒（直径４ｍｍ，平均長さ５．５ｍｍ）を２．５３ｋｇ，触媒層長１５００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３２２，見かけ充填嵩比重１．０６ｋｇ／リットルとなる様に充填した。また該触媒は白金とチタニアを主成分とし、該触媒の組成はＴｉＯ₂：Ｐｔ＝９９．７：０．３であった。処理に供した排水は化学プラントから排出された排水で、酢酸やプロピオン酸などの有機化合物を多く含有していた。また排水のＣＯＤ（Ｃｒ）は３９ｇ／リットルであった。この様な排水を排水供給ライン６を通して排水供給ポンプ５に導入し、ＬＨＳＶ＝２ｈ^-1となる流量で昇圧フィードした後、加熱器３で１６５℃に加熱して反応塔の底から供給した。また空気を酸素含有ガス供給ライン８から供給し、コンプレッサー７で昇圧した後、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ）（供給ガス中の酸素量／排水の化学的酸素要求量）が表１となる様に、酸素含有ガス流量調節弁９で流量を制御して加熱器３の手前で該排水供給入した。尚、反応塔１では、気液上向並流で処理を行なった。反応塔１では、電気ヒーター２を用いて１６５℃に保温し、酸素・分解処理を実施した。得られた処理液は、処理液ライン１０を経て気液分離器１１に送り気液分離した。気液分離器１１では液面コントローラーＬＣで液面を検出し、一定の液面を保持する様に液面制御弁１３から処理液を排出した。また圧力制御弁１２は圧力コントローラーＰＣで圧力を検出し、塔内を０．９ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）の圧力を保持する様に制御した。１０００時間経過後、排水処理を終了したが排水のＣＯＤ（Ｃｒ）処理効率も実験期間を通じて優れた効率を示した。排水の処理効率（１０００時間経過後におけるＣＯＤ（Ｃｒ）処理効率）は６９％であった。尚、反応塔より触媒を抜き出して形状変化等を観察したが、処理開始前の触媒と同じ形状（サイズ）を維持しており、触媒の摩耗等はほとんど見当たらなかった。
【００４９】
参考例２〜５はＯ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表１に示す値となる様に空気供給量を制御した以外は上記参考例１と同様にして排水処理を実施した。ＣＯＤ（Ｃｒ）処理効率を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
参考例６〜１０
反応塔（直径４５ｍｍ，長さ１００００ｍｍの円筒状）に参考例１で用いたペレット状触媒を１５．５６ｋｇ，触媒層長９０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３２８，見掛け充填嵩比重が１．０４ｋｇ／リットルとなるように充填し、処理条件はＬＨＳＶ＝２ｈ^-1，処理温度１６５℃，処理圧力０．９ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）とし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表２に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
参考例１１〜１４
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ１５０ｍｍの円筒状）にペレット状触媒（直径３ｍｍ，平均長さ４．８ｍｍ）を０．０５９５ｋｇ，触媒層長１００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３３９％，見掛け充填嵩比重が１．１２ｋｇ／リットルとなるように充填した。尚、参考例１１〜１４では、パラジウムならびにチタンと鉄の酸化物および複合酸化物を主成分とし、該触媒の組成はＴｉＯ₂：Ｆｅ₂Ｏ₃：Ｐｄ＝１９．９：７９．６：０．５である触媒を使用した。また被処理排水は、化学プラントから排出された染料系の排水で、酢酸や芳香族系の化合物および有機窒素化合物などを含有し、排水のＣＯＤ（Ｃｒ）は４ｇ／リットルであった。処理条件はＬＨＳＶ＝０．５ｈ^-1，処理温度２５０℃，処理圧力６．０ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）とし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表３に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、排水の処理を実施した。結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】

【００５５】
参考例１５〜１８
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）に参考例１１で用いたペレット状触媒を０．９１ｋｇ，触媒層長１５００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３３４，見掛け充填嵩比重が１．１４ｋｇ／リットルとなるように充填した。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表４に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１１で用いた排水の処理を実施した。結果を表４に示す。尚、排水処理終了後、触媒を調べたが、いずれの参考例の触媒も処理使用前の触媒と大きな差は観察されなかった。
【００５６】
【表４】

【００５７】
参考例１９
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）にリング状触媒（外径８ｍｍ，内径３．６ｍｍ，平均長さ６ｍｍ）を０．９５ｋｇ，触媒層長２０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．４２３，見掛け充填嵩比重が０．８９ｋｇ／リットルとなるように充填した。尚、白金とチタニアを主成分とし、該触媒の組成はＴｉＯ₂：Ｐｔ＝９９．５：０．５である触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表５に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表５に示す。尚、処理中に触媒が粉化し、処理液に触媒粉が混入していた。
【００５８】
参考例２０
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）に球状触媒（直径５ｍｍ）を２．５０ｋｇ，及び該球状触媒を破砕した触媒を０．４２ｋｇ混合し、触媒層長２０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．１７２，見掛け充填嵩比重が２．７５ｋｇ／リットルとなる様に充填した。尚、白金とチタニアを主成分とし、該触媒の組成はＴｉＯ₂：Ｐｔ＝９９．７：０．３である触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表５に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表５に示す。尚、処理中、処理液に触媒の粉が混入していた。また処理開始から４５００時間経過後、排水及びガスが反応器を通過しにくくなった。さらに処理終了後、触媒を抜き出してその形状などについて観察したが、球状ペレット間にペレット粉が残存していた。
【００５９】
参考例２１，２２
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）にペレット状触媒（直径４ｍｍ，平均長さ５．５ｍｍ）を１．１７ｋｇ，触媒層長２０００ｍｍ，空隙率（参考例２１：０．３３４，参考例２２：０．３３５），見掛け充填嵩比重が１．１ｋｇ／リットルとなる様に充填した。尚、参考例２１では白金，ランタン及びチタニアを主成分とし、該触媒組成がＴｉＯ₂：Ｌａ₂Ｏ₃：Ｐｔ＝６９．８：２９．９：０．３である触媒を用いた。また参考例２２では白金，鉄及びチタニアを主成分とし、該触媒組成がＴｉＯ₂：Ｆｅ₂Ｏ₃：Ｐｔ＝２９．９：６９．８：０．３である触媒を用いた（表７参照）。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表５に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表５に示す。
【００６０】
参考例２３
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）にペレット状触媒（直径５ｍｍ，平均長さ６ｍｍ）を１．５８ｋｇ，触媒層長２０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３２３，見掛け比重嵩比重１．４９ｋｇ／リットルとなる様に充填した。また白金とチタニアを主成分とし、該触媒組成がＴｉＯ₂：Ｐｔ＝９９．７：０．３である触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表５に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表５に示す。
【００６１】
参考例２４
反応塔（直径２６ｍｍ，長さ３０００ｍｍの円筒状）にペレット状触媒（直径６ｍｍ，平均長さ７ｍｍ）を０．６５ｋｇ，触媒層長２０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３１８，見掛け比重嵩比重０．６１ｋｇ／リットルとなる様に充填した。また白金とチタニアを主成分とし、該触媒組成がＴｉＯ₂：Ｐｔ＝９９．５：０．５である触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を参考例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表５に示す値となる様に制御した以外は上記参考例１と同様にして、参考例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表５に示す。
【００６２】
【表５】

【００６３】
実施例１
反応塔１（直径４０ｃｍ，長さ５ｍの円筒状）の内部にペレット状触媒（直径５ｍｍ，平均長さ５ｍｍ）を２２６ｋｇ，触媒層長４０００ｍ，空隙率Ｅ０．３３２，見掛け充填嵩比重０．４５ｋｇ／リットルとなるように充填した。また触媒には活性炭に白金を０．３質量％担持した触媒を用いた。処理に供した排水は、化学プラントから排出された排水で、エタノール，酢酸，フェノールなどの有機物を多く含有していた。また排水のＣＯＤ（Ｃｒ）は、２５ｇ／リットルであった。この様な排水を排水供給ラインを介して排水供給ポンプに導入し、ＬＨＳＶ＝２ｈ^-1となる流量で昇圧フィードした後、加熱器３で１４５℃に加熱して反応塔１の上部より供給した。また空気を酸素含有ガス供給ライン８より導入し、コンプレッサー７で昇圧したの地、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ）が１．０となる様に加熱器３の手前で排水に供給した。反応塔１では気液下向並流で処理を行なった。反応塔１では、電気ヒータ２を用いて１４５℃に保温し、酸化・分解処理を実施した。得られた処理液は冷却器４で３０℃まで冷却した後、圧力制御弁１２から解圧排出し、気液分離器１１で気液分離した。このとき圧力制御弁１２は、圧力コントローラで圧力を検出し、反応塔１内が０．５ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）の圧力を保持するように制御した。上記条件下での反応塔内部のガス流量，ガスのＳＶ，ガスの空間速度の値及び得られた排水の処理結果を表６に示す。尚、１０００時間経過後、排水処理を終了し、反応塔内から触媒を抜き出して形状変化等を観察したが、処理開始前の触媒と同じ形状（サイズ）を維持しており、触媒の摩耗等はほとんど見当たらなかった。また排水のＣＯＤ（Ｃｒ）処理効率も排水処理期間を通じて優れた効率を示し、排水の処理効率は６９％であった。
【００６４】
比較例１
実施例１で用いた反応塔にペレット状触媒（直径４ｍｍ，平均長さ４ｍｍ）を４１１ｋｇ，触媒層長４０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３２８，見掛け比重嵩比重０．８２ｋｇ／リットルとなる様に充填した。尚、触媒には活性炭に白金を０．３質量％担持した触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を実施例１と同じにし、Ｏ_２／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表６に示す値となる様に制御した以外は上記実施例１と同様にして、実施例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表６に示す。尚、処理開始から３００時間までは実施例１と同等の処理効率を有していたが、その後、処理効率が低下した。
【００６５】
比較例２
実施例１で用いた反応塔にペレット状触媒（直径５ｍｍ，平均長さ６ｍｍ）を１２６ｋｇ，触媒層長４０００ｍｍ，空隙率Ｅ０．３４５，見掛け比重嵩比重０．２５ｋｇ／リットルとなる様に充填した。尚、該触媒には活性炭に白金（３．０質量％）を担持した触媒を用いた。処理条件（ＬＨＳＶ，処理温度，処理圧力）を実施例１と同じにし、Ｏ₂／ＣＯＤ（Ｃｒ），反応塔内のガス流量（リットル／ｈ），ガスのＳＶ（ｈ^-1），ガスの空間線速度（ｍ／ｈ）が表６に示す値となる様に制御した以外は上記実施例１と同様にして、実施例１で用いた排水の処理を実施した。結果を表６に示す。尚、処理開始から３０００時間までは実施例１と同等の処理効率を示していたが、その後処理効率が低下した。
【００６６】
【表６】

【００６７】
【表７】

【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば排水を湿式酸化処理した際に、長期間に渡って優れた触媒活性を安定して発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排水処理方法の概略の一つである。
【符号の説明】
１反応塔
２電気ヒーター
３加熱器
４冷却器
５排水供給ポンプ
６排水供給ライン
７コンプレッサー
８酸素含有ガス供給ライン
９酸素含有ガス流量調節弁
１０処理液ライン
１１気液分離器
１２圧力制御弁
１３ガス排出ライン
１４ポンプ
１５処理液排出ライン
１６圧力コントローラ
ＬＣ液面コントローラ
ＰＣ圧力コントローラ

Claims

固体触媒を用いた湿式酸化処理にて排水を酸化および／または分解する排水の処理方法において、排水処理温度を１７０℃未満とし、下記式から求められる反応塔に充填した触媒層におけるガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が３００超で且つ１０００以下となる様に湿式酸化処理条件を制御するものであり、当該固体触媒として、活性炭を含有する固体触媒であって、見掛け充填嵩比重が０．３〜０．７ｋｇ／リットルの範囲内のものを用いることを特徴とする排水の処理方法。
ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）＝Ｖｇ／（Ｖｃ×Ｅ）
ここで
Ｖｇは触媒湿式酸化処理反応塔におけるガス流量（Ｌ／ｈ）
Ｖｃは反応塔に充填した固体触媒量（Ｌ）
Ｅは固体触媒を反応塔に充填した際の空隙率
前記ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）が４００以上となる様に湿式酸化処理条件を制御する請求項１に記載の排水の処理方法。
更に前記触媒層におけるガス空間線速度Ｕ［触媒層の長さＬ（ｍ）×ガス空間速度ＳＶ（ｈ^-1）］が、０．１〜８０００（ｍ／ｈ）である請求項１または２に記載の処理方法。
前記ガス空間線速度Ｕが４００（ｍ／ｈ）以上となる様に湿式酸化処理条件を制御する請求項３に記載の排水の処理方法。
前記ガス空間線速度Ｕが１０００（ｍ／ｈ）以上となる様に湿式酸化処理条件を制御する請求項３に記載の排水の処理方法。
前記固体触媒として、活性炭に、マンガン，鉄，コバルト，ニッケル，セリウム，クロム，プラセオジム，銅，銀，金，白金，パラジウム，ロジウム，およびイリジウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素，又は１種以上の元素を含む化合物を担持させたものを用いる請求項１〜５のいずれかに記載の排水の処理方法。