JP6011916B2 - 流体浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄化対象流体と酸化剤との混合流体を反応槽の中で加熱及び加圧して浄化対象流体の酸化分解反応を発生させる流体浄化装置に関するものである。

従来より、し尿、下水、集落廃水、家畜糞尿、食品工場廃水などの廃水を浄化する方法としては、活性汚泥を用いた生物処理を行う方法が一般的に用いられてきた。ところが、この方法では、活性汚泥中の微生物の活動を妨げる高濃度有機溶剤廃水をそのままの濃度で処理したり、生物分解ができないプラスチック微粒子を含む廃水を処理したりすることができなかった。また、油など、微生物による分解速度が遅い難分解性有機物を多く含む廃水を処理することもできなかった。

一方、近年、処理対象流体としての廃水と空気等の酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら混合流体中の有機物を酸化分解して廃水を浄化する流体浄化装置の開発が行われるようになった。この種の流体浄化装置では、反応槽の中で廃水と酸化剤との混合流体を加熱及び加圧することで、混合流体中の有機物を化学的に酸化分解する。このような酸化分解においては、生物処理では不可能であった高濃度有機溶剤廃水、プラスチック微粒子含有廃水、難分解性有機物含有廃水なども、良好に浄化することができる。

このような流体浄化装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この流体浄化装置は、有機物の酸化分解を促進するための触媒を反応槽の中に配設している。触媒は、蜂の巣状のハニカム構造になっている。そして、ハニカム構造の複数の管状空間内に受け入れた廃水と酸化剤との混合流体における有機物の酸化分解を促す。かかる構成によれば、触媒によって有機物の酸化分解を促すことで、難分解性の有機物でも良好に酸化分解することができる。

一方、特許文献２には、次のような流体浄化装置が開示されている。即ち、この流体浄化装置は、廃水に対して粒状の触媒としての活性炭を混合してから、廃水と活性炭との混合物を酸化剤とともに反応槽の中に圧送する。そして、反応槽の中から排出された浄化済みの流体から活性炭を回収して、浄化前の廃水に混合する触媒として再利用する。

特許文献１に記載の流体浄化装置においては、有機物の酸化分解に伴って発生した無機塩類が触媒の管状空間の壁に付着して管状空間を閉塞してしまうおそれがあった。触媒の管状空間は反応槽の中における混合流体の搬送経路になっていることから、管状空間が無機塩類によって詰まると、反応槽の中で混合流体を良好に搬送することができなくなってしまう。

一方、特許文献２に記載の流体浄化装置においては、粒状の活性炭を廃水と酸化剤との混合流体とともに反応槽の中で流すことで、ハニカム構造の触媒を反応槽の中で固定した構成とは異なり、触媒の目詰まりによる混合流体の搬送不良の発生を回避することができる。

しかしながら、この流体浄化装置においては、活性炭を何度も再利用しているうちに、活性炭の表面に無機塩類が付着して活性炭の触媒能が徐々に低下していく。そして、触媒能が低下してしまった活性炭を再利用することで、反応槽の中で有機物を良好に酸化分解することができずに浄化不良を引き起こすおそれがあった。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒能が低下してしまった粒状の触媒を再利用することに起因する浄化不良の発生を抑えることができる流体浄化装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、有機物の酸化分解を促進する粒状の触媒を浄化対象流体に混合する混合手段と、浄化対象流体に含まれる有機物の酸化分解反応を発生させるための反応槽と、前記反応槽の中に浄化対象流体及び触媒の混合物を圧送する浄化前流体圧送手段と、前記反応槽の中に酸化剤を圧送する酸化剤圧送手段と、前記反応槽の中の流体を加熱する加熱手段と、前記反応槽から排出された浄化済み流体から触媒を回収する回収手段とを有し、前記反応槽の中で前記混合物と酸化剤とを加圧及び加熱しながら前記反応槽の長手方向における一端側から他端側に向けて送る過程で前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解し、この酸化分解によって浄化された浄化済み流体及び触媒を前記反応槽における前記他端側の端部から排出する流体浄化装置において、前記反応槽から排出された浄化済み流体の有機物濃度を検知する有機物濃度検知手段と、前記有機物濃度検知手段による検知結果に基づいて新品の触媒の補充の必要性を判定する判定手段と、前記回収手段によって回収された触媒を前記混合手段に返送する返送手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記回収手段から触媒を抜き取る抜き取り手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記混合手段に新品の触媒を補充する補充手段と、前記抜き取り手段によって抜き取られた触媒の触媒能を復活させて前記触媒を再生する再生手段と、前記再生手段によって再生された触媒を前記混合手段に返送する第２返送手段とを設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、反応槽から排出された浄化済み流体の有機物濃度を有機物濃度検知手段によって検知した結果が比較的高い値になったことに基づいて、再利用している粒状の活性炭について触媒能が低下してきたことを検出する。そして、触媒能の低下が検出されたことに基づいて、判定手段が新品の触媒の補充について必要ありと判定する。この判定結果に基づいて、作業員、あるいは新品の触媒を補充するための補充手段が、回収手段によって回収された触媒に代えて、新品の触媒を混合手段に補充する。この補充により、混合手段と反応槽と回収手段とを循環している触媒の一部を新品の触媒と交換して触媒能を増加させることで、触媒能が低下してしまった粒状の触媒を再利用することに起因する浄化不良の発生を抑えることができる。

実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。 同流体浄化装置の給送二重管を示す縦断面図。 同流体浄化装置の反応槽を示す縦断面図。 同流体浄化装置の給送搬送管と反応槽との接続部を示す縦断面図。 同流体浄化装置の反応槽と搬送管との接続部を示す縦断面図。 同流体浄化装置のプログラマブルシーケンサーによって実施される新品触媒補充処理の各工程を示すフローチャート。

以下、本発明を適用した流体浄化装置の一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る流体浄化装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図である。実施形態に係る流体浄化装置は、原水タンク１、攪拌機２、原水供給ポンプ３、原水圧力計４、原水入口弁５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤入口弁８、熱交換器９、熱媒体タンク１０、熱交換ポンプ１１などを備えている。また、出口圧力計１２、出口弁１３、給送二重管１５、搬送管１６、反応槽２０、反応槽ヒーター２３、温度計２４、原水タンク弁３０、予備加熱ヒーター３３なども備えている。また、熱媒体弁３４、第２清水タンク３５、第２清水タンク弁３６、均圧水ポンプ３７、均圧水弁３８、均圧水圧力計４０、圧力調整弁４１、図示しない制御部なども備えている。また、気液分離機４５、ガスクロマトグラフ４８、ＴＯＣ（全有機炭素）測定装置４９なども備えている。また、触媒回収機５０、第１返送弁５１、第１返送スクリュウコンベア５２、回収触媒投入機５３、原水補充ポンプ５４、新品触媒投入機５５、第２返送弁５６、触媒再生装置５７、再生触媒返送弁５８、第２返送スクリュウコンベア（５９）なども備えている。

制御部は、漏電ブレーカー、マグネットスイッチ、サーマルリレーなどの組み合わせからなる給電回路を、次に列記する機器の分だけ有している。即ち、攪拌機２、原水供給ポンプ３、酸化剤圧送ポンプ６、熱交換ポンプ１１、反応槽ヒーター２３、原水タンク弁３０、予備加熱ヒーター３３、均圧水ポンプ３７、触媒回収機５０、第１返送弁５１、第１返送スクリュウコンベア５２、原水補充ポンプ５４、回収触媒投入機５３、新品触媒投入機５５、第２返送弁５６、触媒再生装置５７、再生触媒返送弁５８、及び第２スクリュウコンベア５９である。そして、プログラマブルシーケンサーからの制御信号によって給電回路のマグネットスイッチをオンオフすることで、それら機器に対する電源のオンオフを個別に制御する。

原水圧力計４、酸化剤圧力計７、出口圧力計１２、均圧水圧力計４０はそれぞれ、圧力の検知結果に応じた値の電圧を出力する。また、反応槽２０の温度計２４は、反応槽の内筒（後述する）内における先端側領域の温度を検知してその検知結果に応じた電圧を出力する。それらの測定機器から出力される電圧は、それぞれ図示しないＡ／Ｄコンバーターによって個別にデジタルデータに変換された後、センシングデータとしてプログラマブルシーケンサーに入力される。プログラマブルシーケンサーは、それらのセンシングデータに基づいて、各種の機器の駆動を制御する。

原水タンク１には、分子量の比較的大きな有機物を含む廃水と、顆粒状の触媒とが投入される。具体的には、原水タンク１に対しては、原水補充ポンプ５４が駆動することで、廃水を補充する。この際、回収触媒投入機５３も同時に作動して、顆粒状の回収触媒を原水タンク１に投入する。回収触媒は、浄化済みの流体から回収されたものである。

原水補充ポンプ５４は定量ポンプからなり、単位時間あたりの廃水の補充量を自在に調整することが可能である。また、回収触媒投入機５３は、顆粒状の触媒の定量機能を有しており、原水タンク１に対する回収触媒の投入量を精度良く調整することができる。プログラマブルシーケンサーは、原水補充ポンプ５４を一定時間作動させる毎に、回収触媒投入機５３を所定量だけ駆動して、所定量の回収触媒を原水タンク１に投入させる。これにより、原水タンク１内では、廃水に対して一定濃度の触媒が投入される。なお、後述する理由により、回収触媒に代えて、新品の触媒が原水タンク１に投入されることもある。この場合、回収触媒投入機５３の代わりに、新品触媒投入機５５が駆動される。

原水タンク１内では、撹拌器２の駆動により、廃水と顆粒状の触媒とが混合撹拌される。廃水は、有機溶剤廃水、製紙工程で生ずる製紙廃水、及びトナー製造工程で生ずるトナー製造廃水のうち、少なくとも何れか１つからなるものである。製紙廃水やトナー製造廃水には、難分解性の有機物が含まれている可能性がある。

攪拌機２は、浄化対象流体としての廃水を撹拌することで、廃水中に含まれる浮遊物質（Suspended solids）や触媒を均等に分散せしめて、有機物濃度の均一化を図っている。廃水を圧送するための高圧ポンプからなる原水供給ポンプ３には、原水タンク弁３０を介して原水タンク１が接続されている。原水タンク弁３０や第１清水タンク弁３２は、モータバルブからなり、制御部からの指令によって弁を自動で開閉することができる。通常運転時には、原水タンク弁３０が開かれている。これにより、原水供給ポンプ３が原水タンク１内の廃水と触媒との混合物（以下、廃水／触媒混合物という）を吸引して、後述する給送二重管１５に向けて圧送する。

原水供給ポンプ３の吐出管に接続されている原水入口弁５は、逆止弁の役割を担っており、原水供給ポンプ３から圧送されてくる廃水／触媒混合物について、原水供給ポンプ３側から後述する給送二重管１５側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

コンプレッサーからなる酸化剤圧送ポンプ６は、酸化剤として取り込んだ空気を、廃水／触媒混合物の流入圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、酸化剤入口弁８を介して給送二重管１５に送り込む。酸化剤入口弁８は、逆止弁の役割を担っており、酸化剤圧送ポンプ６から圧送されてくる空気について、酸化剤圧送ポンプ６側から給送二重管１５側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

給送二重管１５は、図２に示されるように、外管１５ａとこれの内側に配設された内管１５ｂとからなる二重管構造になっている。そして、原水供給ポンプ（図１の３）から圧送されてくる廃水／触媒混合物Ｗを内管１５ｂ内に受け入れて、後述する反応槽（図１の２０）内に流入させる。また、酸化剤圧送ポンプ（図１の６）から圧送されてくる空気Ａを内管１５ｂと外管１５ａとの間の空間に受け入れて、後述する反応槽に流入させる。

図１において、原水供給ポンプ３の駆動による廃水／触媒混合物の流入圧力は、原水入口弁５よりも上流側に配設された原水圧力計４によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。原水供給ポンプ３が駆動しているときの廃水／触媒混合物の流入圧力と、反応槽２０内の圧力とは、ほぼ同じになる。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の流入圧力は、酸化剤入口弁８よりも上流側に配設された酸化剤圧力計７によって検知されて、センシングデータとして制御部のプログラマブルシーケンサーに入力される。酸化剤圧力計７が駆動しているときの空気の流入圧力と、反応槽２０内の圧力とは、ほぼ同じになる。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の圧送量は、廃水中の有機物を完全に酸化させるのに必要となる化学量論的な酸素量に基づいて決定されている。より詳しくは、廃水のＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）、全窒素（ＴＮ）、全リン（ＴＰ）など、廃水Ｗ中の有機物濃度、窒素濃度、リン濃度などに基づいて、有機物の完全酸化に必要な酸素量が算出され、その結果に基づいて、空気の圧送量が設定されている。

空気の流入量の設定は作業員によって行われるが、廃水中に含まれる有機物の種類が経時で安定しており、濁度、光透過度、電気伝導度、比重などの物性と、前述の酸素量との相関関係が比較的良好である場合には、その物性をセンサー等で検知した結果に基づいて、前述の制御範囲を自動で補正する処理を実施するように、プログラマブルシーケンサーを構成してもよい。

酸化剤としては、空気の他、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素水の何れか１つ、あるいは、それらの２種類以上を混合したもの、を用いることも可能である。

図１に示されるように、給送二重管１５の外面には、給送二重管１５の内管（図２の１５ｂ）と外管（図２の１５ａ）との間を流れる空気Ａを予備加熱するための予備加熱ヒーター３３が取り付けられている。給送二重管１５内において、内管と外管との間を流れる空気Ａは、予備加熱ヒーター３３によって予備加熱された後に、反応槽２０内に圧送される。

図３は、反応槽２０を示す縦断面図である。反応槽２０は、外筒２１と、これの内側に配設された内筒２２とからなる二重筒構造を具備している。給送二重管１５と、反応槽２０の外筒２１における図中左側の端部とは、入口カップリング１７によって連結されている。そして、反応槽２０内においては、給送二重管１５が反応槽２０の内筒２２と連通しているが、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間には連通しないようになっている。

内筒２２の内壁は、反応槽２０における混合流体と接触する領域である。内筒２２は、酸に強いチタン（Ｔｉ）からなる筒である。従って、反応槽２０における廃水と接触する領域は、チタン領域になっている。

外筒２１は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）、インコネル６２５、ニッケル合金など、強度に優れた金属材からなる筒である。反応槽２０の内部の圧力は、０．５〜３０ＭＰａ、望ましくは５〜３０ＭＰａという高圧に制御される。このような高圧に耐え得るように、外筒２１の厚みは肉厚になっている。これに対し、内筒２２は、耐圧性よりも耐食性が求められることから、優れた耐食性を発揮するチタンが材料として採用されている。

給送二重管１５の内管１５ｂ内で反応槽２０に向けて圧送される廃水／触媒混合物Ｗや、給送二重管１５の内管１５ｂと外管１５ａとの間の空間内で反応槽２０に向けて圧送される空気Ａは、反応槽２０の内筒２２内における鉛直方向の上端部に流入する。そして、廃水／触媒混合物Ｗと空気Ａとは互いに混合して混合流体になりながら、内筒２２内を鉛直方向の上側から下側に向けて移動する。

反応槽２０の外筒２１には、均圧水流入部２１ａや、均圧水排出部２１ｂが形成されている。均圧水流入部２１ａは、外部から送られてくる均圧水を反応槽２０の内筒２２と外筒２１との間の筒間空間内に受け入れるためのものである。また、均圧水排出部２２ｂは、前述の筒間空間内から反応槽２０の外に均圧水を排出するためのものである。

図１において、均圧水ポンプ３７は、第２清水タンク３５内に貯留されている清水や、反応槽２０の内筒と外筒との間の筒間空間から排出された均圧水を吸引して、反応槽２０の筒間空間に圧送するものである。圧送された均圧水は、逆止弁からなる均圧水弁３８を経由した後、反応槽２０の筒間空間内に流入する。

反応槽２０の筒間空間を筒長手方向に沿って流れる均圧水は、やがて、筒間空間から排出されて反応槽２０の外に出る。そして、圧力調整弁４１を経由した後、均圧水ポンプ３７に再び吸引されて、反応槽２０の筒間空間内に戻る。

通常運転時には、第２清水タンク３５と均圧水ポンプ３７との間に介在している第２清水タンク弁３６が閉じられている。プログラマブルシーケンサーは、均圧水圧力計４０によって検知される均圧水の圧力が所定の第２閾値よりも高く、且つ第１閾値よりも低くなった場合には、圧力が第１閾値よりも高くなるまでモータバルブからなる第２清水タンク弁３６を開く。これにより、反応槽２０の筒間空間や均圧水ポンプ３７などからなる均圧水循環経路に一定量の均圧水が流れるようにする。

図３において、反応槽２０の内筒２２内では、廃水中の有機物が分解されるのに伴って、有機塩化物のクロロ基に由来する塩酸、アミノ酸等のスルホニル基に由来する硫酸、アミノ酸等のアミノ基に由来する硝酸などが発生して、内筒２２の内壁を強い酸性下におくことがある。このため、内筒２２には、耐食性に優れたチタンからなる筒が採用されているのである。但し、チタンは非常に高価な材料であるため、内筒２２の厚みを高圧に耐え得る値まで大きくすると、非常にコスト高になってしまう。そこで、内筒２２の外側に外筒２１を配設し、チタンよりも安価なステンレス等からなる外筒２１によって必要な耐圧性を発揮させるようにしている。内筒２２と外筒２１との間の筒間空間の圧力は、筒間空間内に圧送される均圧水により、内筒２２内の圧力よりも少し高めの圧力になっている。このため、肉薄のチタンからなる内筒２２に対しては、大きな圧力がかからないようになっている。

内筒２２内の混合流体に加える圧力としては、０．５〜３０ＭＰａ（望ましくは５〜３０ＭＰａ）の範囲を例示することができる。内筒２２内の圧力は、出口弁（図１の１３）によって調整される。この出口弁は、内筒２２内の圧力が閾値よりも高くなると、自動で弁を開いて内筒２２内の混合流体を外部に排出することで、内筒２２内の圧力を閾値付近に維持する。

内筒２２内の混合流体は、高圧であることに加えて、高温になっている。その温度は、１００〜７００℃、望ましくは２００〜５５０℃である。流体浄化装置の運転が開始されるときには、内筒２２内の廃水／触媒混合物Ｗと空気Ａとの混合流体は、圧力がかけられているが、温度はそれほど高くなっていない。そこで、運転開始時には、プログラマブルシーケンサーが反応槽ヒーター（図１の２３）を発熱させて、内筒２２内の混合流体の温度を２００〜７００℃まで昇温させる。

反応槽ヒーターをオンにすると、その熱が外筒２１と、筒間空間内の均圧水と、内筒２２とを介して、内筒２２内の混合流体に伝わる。運転開始時には、筒間空間内の均圧水に一定の圧力をかけた状態で、均圧水ポンプ（図１の３７）を停止させて均圧水の循環搬送を停止させる。このため、外筒２１から筒間空間内の均圧水に伝わった熱が効率良く、内筒２２と、内筒２２内の混合流体とに伝わる。

内筒２２内においては、混合流体中の顆粒状の触媒が有機物の酸化分解を促す。触媒としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣのうち、少なくとも何れか１つの元素を含むものを用いることが望ましい。

図３において、内筒２２内の混合流体中で有機物の酸化分解が開始されると、その酸化分解に伴って熱が発生する。廃水が有機物を高濃度に含むものである場合、多量の有機物が酸化分解される際の多量の発熱だけで、混合流体が所望の温度まで昇温することもある。この場合、装置の立ち上げ時のみ、反応槽ヒーター２３による加熱を行い、酸化分解が開始された後には、反応槽ヒーター２３に対する電源をオフにすることができる。そこで、プログラマブルシーケンサーは、温度計（図１の２４）による検知結果が所望の温度以上になった場合には、反応槽ヒーター２３をオフにする。

なお、外筒２１の外周面に熱交換器を設けた場合には、熱交換器９のオンオフによっても、内筒２２内の混合流体の温度を調整することが可能になる。

内筒２２を図中左側から右側に向けて移動する混合流体の中では、有機物の酸化分解が急速に進行していく。そして、内筒２２の鉛直方向における下端部付近まで移動した混合流体（Ｗ＋Ａ）は、有機物や無機化合物がほぼ完全に酸化分解された状態になっている。反応槽２０の鉛直方向の下端部（流体搬送方向の後端部）には、出口カップリング１８を介して、搬送管１６が接続されている。有機物の酸化分解によって浄化された混合流体は、反応槽２０の内筒内から搬送管１６に排出される。

内筒２２内の温度及び圧力の条件として、温度＝３７４．２℃以上、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ以上を採用した場合、水の臨界温度や臨界圧力をそれぞれ超え、且つ空気の臨界温度や臨界圧力もそれぞれ超える状態であるため、混合流体が液体と気体との中間的な性質を帯びる超臨界流体になる。かかる超臨界流体中では、有機物が良好に超臨界流体に溶解するとともに、空気に良好に接触することから、有機物の酸化分解が急激に進行する。

また、内筒２２内の温度及び圧力の条件として、温度＝２００℃以上（望ましくは３７４．２℃以上）、且つ、圧力＝２１．８ＭＰａ未満（望ましくは１０ＭＰａ以上）の比較的高圧を採用して、内筒２２内で混合流体中の廃水を高温高圧蒸気にしてもよい。

搬送管１６内では、浄化された混合流体中の水分が冷却されて、超臨界状態、あるいは高温高圧蒸気状態、から液体状態に態様を変化させて浄化水になる。一方、混合流体中の酸素や窒素は、超臨界状態から気体状態に態様を変化させる。なお、搬送管１６の内側には、耐食性に優れた金属材料からなる耐食層が被覆されている。

図１において、搬送管１６の外壁には、熱交換器９が装着されている。熱交換器９の本体は、搬送管１６の外壁を覆う外管で構成され、外管と搬送管１６の外壁との間の空間を水などの熱交換流体で満たしている。そして、熱交換器９は、搬送管１６の外壁と熱交換流体との熱交換を行う。

反応槽２０の運転時には、非常に高温の流体が搬送管１６の内部に流れるため、搬送管１６から熱交換器９内の熱交換流体に熱が移動して、熱交換流体が熱せられる。熱交換器９内における熱交換流体の搬送方向は、いわゆる向流型の熱交換を行うように、搬送管１６内の液体の搬送方向とは逆方向になっている。即ち、出口弁１３側から反応槽２０側に向けて熱交換流体を送っている。これは、熱媒体タンク１０内の熱交換流体を吸引しながら熱交換器９に送る熱交換ポンプ１１によって行われる。

熱交換器９を通過して熱せられた熱交換流体は、図示しないパイプを通って発電機に送られる。発電機では、熱せられたことによって圧力を高めている熱交換流体を液体から気体の状態にするときに発生する気流によってタービンを回転させることで発電が行われる。なお、熱交換器９を通過した熱交換流体の一部を分岐パイプによって流入管２６や原水タンク１まで搬送して、廃水／触媒混合物Ｗの予備加熱に利用してもよい。

出口弁１３の近傍には、搬送管１６の温度、又は搬送管１６内の液体の温度を検知する図示しない出口温度計が設けられている。制御部のプログラマブルシーケンサーは、出口温度計による検知結果を所定の上限温度以下にするように、熱交換ポンプ１１の駆動を制御する。具体的には、出口温度計による検知結果が所定の上限温度に達したときには、熱交換ポンプ１１の駆動量を増加して熱交換器９への熱交換流体の供給量を増やすことで、熱交換器９による冷却機能を高める。これにより、液体を上限温度以下の温度にした状態で、熱交換器９に流入させるようにする。

また、熱交換器９の近傍には、熱交換器９を通った直後の熱交換流体の温度を検知する図示しない熱交換温度計が設けられている。熱交換器９を通った直後の熱交換流体の温度は、所定の下限温度以上であることが望ましい。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、熱交換温度計による検知結果を所定の下限温度以下にするように、熱交換ポンプ１１の駆動を制御する。

具体的には、熱交換温度計による検知結果が所定の下限温度まで低下したときには、熱交換ポンプ１１の駆動量を減少させて熱交換器９への熱交換流体の供給量を低下させる。これにより、熱交換器９を通った直後の熱交換流体の温度を上昇させるようにする。但し、出口温度計による検知結果に基づく熱交換ポンプ１１の駆動量の調整が、熱交換温度計による検知結果に基づく熱交換ポンプ１１の駆動量の調整よりも優先して行われる。このため、出口温度計による検知結果が所定の上限温度以上になっており、且つ、熱交換温度計による検知結果が所定の下限温度以下になっている場合には、前者の検知結果による駆動量の調整が優先されて、駆動量が増やされる。

廃水中の有機物濃度が比較的高い場合には、有機物の酸化分解によって多量の熱が発生する。このため、運転初期には反応槽ヒーター２３を作動させるものの、有機物の酸化分解が開始された後には、有機物の酸化分解によって発生する熱により、廃水と空気との混合流体の温度を、所望の温度まで自然に昇温することができるようになる場合もある。そこで、制御部のプログラマブルシーケンサーは、内筒２２の先端側領域の温度を検知する温度計２４による検知結果が、所定の温度よりも高くなった場合には、加熱手段としての反応槽ヒーター２３をオフにする。これにより、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。

搬送管１６を通り過ぎた混合流体は、気液分離機４５によって処理水とガスとに分離され、処理水は図示しない処理水タンクに貯留される。また、ガスは大気中に放出される。

処理水は、活性汚泥による生物処理では除去し切れないフェノールなどの難分解性の有機物もほぼ完全に酸化分解されたものであるため、浮遊物質や有機物は殆ど含まれていない。酸化できない無機物が含まれているだけである。そのままの状態でも、用途によっては工業用水として再利用することが可能である。また、限外濾過膜による濾過処理を施せば、ＬＳＩ洗浄液などに転用することも可能である。気液分離機１４によって分離されたガスは、二酸化炭素、窒素、及び酸素ガスを主成分とするものである。

図４は、給送搬送管１５と反応槽２０との接続部を示す縦断面図である。給送管１と反応槽２０とは入口カップリング１７によって連結されている。給送搬送管１５における外管１５ａと内管１５ｂとは別体になっていて、外管１５ａ内に挿入された内管１５ｂが入口カップリング１７の穴に貫通せしめられることで、入口カップリング１７に保持される。

図５は、反応槽２０と搬送管１６との接続部を示す縦断面図である。同図において、反応槽２０の外筒２１の長手方向における処理対象流体排出側の端部には、排出側壁が筒横断面方向に延在する姿勢で設けられている。また、内筒２２の長手方向における全域のうち、処理対象流体排出側端部には、筒外周面から突出する突出部２２ａが筒外周面の全周に渡って延在する姿勢で設けられている。外筒２１内に挿入された内筒２２は、出口カップリング１８により、外筒２１の外側で自らの突出部２２ａが外筒２１の排出側壁に向けて押さえ付けられることで、外筒２１の排出側壁に支持される。

次に、実施形態に係る流体浄化装置の特徴的な構成について説明する。
気液分離機４５の下方には、触媒回収機５０が配設されており、気液分離機４５の底に接続されている。気液分離機４５の底に溜まった顆粒状の触媒は、触媒回収機５０内に回収される。この触媒回収機５０の底には、モータバルブからなる第１返送弁５１や第２返送弁５６が接続されている。通常運転時には、プログラマブルシーケンサーが第１返送弁５１を定期的に開く。このとき、回収触媒を第１返送スクリュウコンベア５２を同時に駆動することで、回収触媒を回収触媒投入機５３に返送する。

このような返送により、回収触媒は、回収触媒投入機５３→原水タンク１→給送二重管１５→反応槽２０→搬送管１６→気液分離機４５→触媒回収機５０→第１返送スクリュウコンベア５２→回収触媒投入機５３という循環経路内で循環搬送される。循環搬送されている回収触媒には、反応槽２０内において、有機物の分解に伴って析出した無機塩類などの析出物が徐々に付着していく。この付着により、回収触媒の触媒能は経時的に低下していく。そして、その状態を放置すると、やがて回収触媒の触媒能が著しく低下して、廃水中の有機物の酸化分解が不完全になってくる。すると、気液分離機４５で液体として分離された浄化水に微量の有機物が混入するようになる。

気液分離機４５で液体として分離された浄化水を図示しない処理水タンクに送る配管には、ＴＯＣ測定装置４９が接続されている。ＴＯＣ測定装置４９は、周知の技術により、浄化水中のＴＯＣ（総有機炭素）濃度を測定して、その結果をプログラマブルシーケンサーに送る。プログラマブルシーケンサーは、その測定結果に基づいて、新品触媒の補充の必要性を判定する。具体的には、ＴＯＣ濃度の測定結果が所定の上限閾値を超えない場合には、補充の必要性なしと判定する一方で、上限閾値を超えた場合には、補充の必要性ありと判定して、新品触媒補充処理を実施する。

新品触媒補充処理が開始されると、触媒回収機５０から回収触媒を抜き取るために用いる弁として、第１返送弁５１の代わりに、第２返送弁５６が用いられるようになる。具体的には、新品触媒補充処理が実施されていないときには、上述したように、第１返送弁５１が定期的に作動して触媒回収機５０から回収触媒を抜き取る。これに対し、新品触媒補充処理が実施されているときには、第１返送弁５１の代わりに、第２返送弁５６が定期的に作動して触媒回収機５０から回収触媒を抜き取る。

第２返送弁５６が開くと、触媒回収機５０内の回収触媒が触媒再生装置５７内に自重で落下する。触媒再生装置５７は、内部に貯留している回収触媒の量が所定量に達すると、回収触媒の再生処理を開始する。具体的には、回収触媒を洗浄液と混合しながら撹拌して、触媒表面の析出物を洗い流すことや、回収触媒を空気などの酸素存在下で高温処理して表面に付着した有機物を燃焼させることなどにより、回収触媒を再生させる。触媒再生装置５７は、回収触媒の再生処理を実施しているときには、再生処理実行中を知らせるための一時中止要求信号をプログラマブルシーケンサーに送る。

プログラマブルシーケンサーは、新品触媒補充処理の実施中であっても、触媒再生装置５７から一時中止要求信号が送られているときには、第２返送弁５６による触媒回収機５０からの回収触媒の抜き取りを一時中止する。そして、第２返送弁５６による触媒回収機５０からの回収触媒の抜き取りを一時的に実行する。

また、プログラマブルシーケンサーは、新品触媒補充処理の実施中には、回収触媒投入機５３の代わりに、新品触媒投入機５５を使用して、原水タンク１に対して回収触媒の代わりに新品触媒を投入する。これにより、回収触媒の循環経路から回収触媒が抜き取られながら、新品触媒が補充されるようになる。但し、新品触媒補充処理の実施中であっても、触媒再生装置５７から一時中止要求信号が送られているときには、新品触媒投入機５５の使用を一時中止する。そして、回収触媒投入機５３による回収触媒の投入を一時的に行う。

触媒再生装置５７は、再生処理を終えると、プログラマブルシーケンサーに対する一時中止要求信号の送信を停止する。そして、自らの内部の再生済み回収触媒がなくなるまで、触媒収容信号をプログラマブルシーケンサーに送信する。そして、プログラマブルシーケンサーは、触媒再生装置５７から触媒収容信号が送られているときには、第２返送スクリュウコンベア５９を駆動して触媒再生装置５７内の再生済み触媒を新品触媒投入機５５に返送する。

このような新品触媒補充処理を実施していると、循環経路内で循環搬送される触媒の総合的な触媒能が復活してきて、やがて、ＴＯＣ測定装置４９によって測定されるＴＯＣ濃度が所定の下限閾値まで低下する。すると、プログラマブルシーケンサーは、新品触媒補充処理を終了する。

図６は、同流体浄化装置のプログラマブルシーケンサーによって実施される新品触媒補充処理の各工程を示すフローチャートである。この新品触媒補充処理は、上述したように、ＴＯＣ測定装置４９によって測定された浄化水のＴＯＣ濃度が所定の上限閾値を超えたことに基づいて開始される。

プログラマブルシーケンサーは、まず、触媒再生装置５７からの一時中止要求信号を受信しているか否かを判断する（ステップ１：以下、ステップをＳと記す）。そして、受信してない場合には（Ｓ１でＮ）、触媒回収機５０から回収触媒を抜き取るための弁を第２返送弁５６に切り替えた後（Ｓ２）、触媒投入用として使用する機械を新品触媒投入機５５に切り替える（Ｓ３）。これに対し、一時中止要求信号を受信している場合には、回収触媒の抜き取り用の弁を第１返送弁５１に切り替えた後（Ｓ４）、触媒投入用の機械を回収触媒投入機５３に切り替える（Ｓ５）。

その後、プログラマブルシーケンサーは、ＴＯＣ測定装置４９によるＴＯＣ濃度の測定結果について、所定の下限閾値を下回ったか否かを判定する（Ｓ６）。そして、下回っていない場合には（Ｓ６でＮ）、循環経路内の触媒の総合的な触媒能がまだ十分に復活していないことから、処理フローを上記Ｓ１にループさせて新品触媒補充処理を続行する。これに対し、ＴＯＣ濃度の測定結果が下限閾値を下回っている場合には（Ｓ６でＹ）、循環経路内の触媒の総合的な触媒能が十分に復活していることから、新品触媒補充処理を終了するための処理を実施する。具体的には、回収触媒の抜き取り用の弁を第１返送弁５１に切り替え（Ｓ７）、且つ触媒投入用の機械を回収触媒投入機５３に切り替えた後（Ｓ８）、新品触媒補充処理を終了する。

かかる構成においては、浄化水のＴＯＣ濃度が上限閾値を超えたこと、即ち、循環経路内の触媒の総合的な触媒能の低下が検出されたことに基づいて、判定手段たるプログラマブルシーケンサーが新品触媒の補充について必要ありと判定する。この判定結果に基づいて、プログラマブルシーケンサーや各投入機などからなる補充手段が、触媒回収機５０によって回収された回収触媒に代えて、新品触媒を原水タンク１に補充する。この補充により、循環経路内の回収触媒の一部を新品触媒と交換して触媒能を増加させることで、触媒能が低下してしまった粒状の触媒を再利用することに起因する浄化不良の発生を抑えることができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、有機物の酸化分解を促進する粒状の触媒を浄化対象流体に混合する混合手段（例えば回収触媒投入機５３、原水タンク１、攪拌機２、原水補充ポンプ５４、新品触媒投入機５５）と、浄化対象流体に含まれる有機物の酸化分解反応を発生させるための反応槽（例えば反応槽２０）と、前記反応槽の中に浄化対象流体及び触媒の混合物を圧送する浄化前流体圧送手段（例えば原水供給ポンプ３）と、前記反応槽の中に酸化剤を圧送する酸化剤圧送手段（例えば酸化剤圧送ポンプ６）と、前記反応槽の中の流体を加熱する加熱手段（例えば反応槽ヒーター２３）と、前記反応槽から排出された浄化済み流体から触媒を回収する回収手段（例えば触媒回収機５０）とを有し、前記反応槽の中で前記混合物と酸化剤とを加圧及び加熱しながら前記反応槽の長手方向における一端側から他端側に向けて送る過程で前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解し、この酸化分解によって浄化された浄化済み流体及び触媒を前記反応槽における前記他端側の端部から排出する流体浄化装置において、前記反応槽から排出された浄化済み流体の有機物濃度を検知する有機物濃度検知手段（例えばＴＯＣ測定装置４９）と、前記有機物濃度検知手段による検知結果に基づいて新品の触媒の補充の必要性を判定する判定手段（例えばプログラマブルシーケンサー）とを設けたことを特徴とするものである。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、前記回収手段によって回収された触媒を前記混合手段に返送する返送手段（例えば第１返送スクリュウコンベア５２）と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記回収手段から触媒を抜き取る抜き取り手段（例えば第１返送弁５１、第２返送弁５６）と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記混合手段に新品の触媒を補充する補充手段（例えば新品触媒投入機５５）とを設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、判定手段による判定結果に応じた新品の触媒の補充を自動で行うことができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ｂにおいて、前記抜き取り手段によって抜き取られた触媒の触媒能を復活させて前記触媒を再生する再生手段（例えば触媒再生装置５７）と、再生手段によって再生された触媒を前記混合手段に返送する第２返送手段（例えば第２返送スクリュウコンベア５９）とを設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、触媒能の低下によって浄化前流体圧送手段と反応槽と回収手段と返送手段とを経由する触媒の循環経路から抜き取った触媒を、再生手段によって再生して循環経路に返送する工程を自動で行うことができる。

１：原水タンク（混合手段の一部）
２：撹拌器（混合手段の一部）
３：原水供給ポンプ（浄化前流体圧送手段）
６：酸化剤圧送ポンプ（酸化剤圧送手段）
２０：反応槽
２３：反応槽ヒーター（加熱手段）
４９：ＴＯＣ測定装置（有機物濃度検知手段）
５０：触媒回収機（回収手段）
５１：第１返送弁（抜き取り手段）
５２：第１返送スクリュウコンベア
５３：回収触媒投入機（混合手段の一部）
５４：原水補充ポンプ（混合手段の一部）
５５：新品触媒投入機（混合手段の一部、補充手段）
５６：第２返送弁（抜き取り手段）
５７：触媒再生装置（再生手段）
５９：第２返送スクリュウコンベア（第２返送手段）

特開２００１−２０５２７９号公報 特開２０１０−１７４１９０号公報

Claims (1)

1. 有機物の酸化分解を促進する粒状の触媒を浄化対象流体に混合する混合手段と、浄化対象流体に含まれる有機物の酸化分解反応を発生させるための反応槽と、前記反応槽の中に浄化対象流体及び触媒の混合物を圧送する浄化前流体圧送手段と、前記反応槽の中に酸化剤を圧送する酸化剤圧送手段と、前記反応槽の中の流体を加熱する加熱手段と、前記反応槽から排出された浄化済み流体から触媒を回収する回収手段とを有し、前記反応槽の中で前記混合物と酸化剤とを加圧及び加熱しながら前記反応槽の長手方向における一端側から他端側に向けて送る過程で前記浄化対象流体中の有機物を酸化分解し、この酸化分解によって浄化された浄化済み流体及び触媒を前記反応槽における前記他端側の端部から排出する流体浄化装置において、
   前記反応槽から排出された浄化済み流体の有機物濃度を検知する有機物濃度検知手段と、前記有機物濃度検知手段による検知結果に基づいて新品の触媒の補充の必要性を判定する判定手段と、
   前記回収手段によって回収された触媒を前記混合手段に返送する返送手段と、
   前記判定手段による判定結果に基づいて前記回収手段から触媒を抜き取る抜き取り手段と、
   前記判定手段による判定結果に基づいて前記混合手段に新品の触媒を補充する補充手段と、
   前記抜き取り手段によって抜き取られた触媒の触媒能を復活させて前記触媒を再生する再生手段と、
   前記再生手段によって再生された触媒を前記混合手段に返送する第２返送手段と
   を設けたことを特徴とする流体浄化装置。

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