JP6238116B2 - 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加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽を備え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有機性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、廃水と空気等の酸化剤とを加熱及び加圧しながら廃水中の有機物を酸化分解することで、廃水を浄化する廃水浄化装置の開発が行われるようになった。かかる廃水浄化装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この廃水浄化装置は、反応槽の中で廃水と空気とを加熱及び加圧して、廃水中の水を超臨界水にする。超臨界水は、液体と気体との中間の性質を帯びた状態の水であり、その状態は、温度が水の臨界温度を超えるとともに圧力が水の臨界圧力を超えることによって起こる。反応槽の中においては、超臨界水の中で有機物が一瞬のうちに酸化分解される。

また、廃水を超臨界水にする代わりに、亜臨界水にした状態で空気と混合することにより、廃水中の有機物を酸化分解する廃水浄化装置も知られている。亜臨界水は、超臨界水よりも液体に近い性質を帯びた状態であり、水をその臨界圧力よりも低い圧力で加圧しながら加熱することで起こる。廃水を反応槽の中で亜臨界水にすることによっても、有機物を一瞬のうちに酸化分解することが可能である。

このように廃水と空気とを高温高圧下でそれぞれ超臨界や亜臨界の状態にして廃水中の有機物を酸化分解する構成では、生物処理では不可能であった高濃度有機溶剤廃水を良好に浄化することができる。また、プラスチック微粒子含有廃水や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。

しかしながら、反応槽内の廃水をヒーターなどの加熱手段によって反応温度付近まで昇温させるために、非常に多くのエネルギーを消費することから、ランニングコストが高くなるという問題があった。

なお、本発明者らは、反応槽の中で廃水や有機溶媒などを加熱及び加圧して過熱蒸気の状態にすることによっても、有機物を良好に酸化分解し得ることを実験によって見出した。このようにして廃水や有機溶媒などを浄化する場合にも、加熱のために非常に多くのエネルギーを消費することから、ランニングコストが高くなってしまう。

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、廃水や有機溶媒などの浄化対象流体を加熱するためのランニングコストを低減す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、浄化対象流体と酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽を備える流体浄化装置において、有機性固形廃棄物である紙からなる原料を１００［μｍ］以下の長さの繊維に粉砕して有機性粉砕物たる紙粉を得る粉砕手段と、前記紙粉を液体と混合して高濃度有機性スラリーを得る混合手段とを設けるとともに、浄化対象流体を前記高濃度有機性スラリーと混合して前記反応槽に圧送する混合圧送手段、あるいは、前記高濃度有機性スラリーを浄化対象流体とは別に前記反応槽に向けて圧送するスラリー圧送手段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、高濃度有機性スラリーを反応槽内で酸化分解して発熱させることで、反応槽中の浄化対象流体や酸化剤を加熱する。このように、有機性固形廃棄物を原料とする高濃度有機性スラリーの発する熱を利用して反応槽内の浄化対象流体や酸化剤を加熱することで、高濃度有機性スラリーを用いない場合に比べて、加熱手段による加熱量をより少なくすることが可能になる。よって、混合流体の加熱のためのランニングコストを低減することができる。

参考形態に係る流体浄化装置の反応槽を示す縦断面図。 同反応槽の分解縦断面図。 遊星ボールミルを示す模式図。 同遊星ボールミルの粉砕ポットの中を示す模式図。 ロータリーカッターミルを示す概略構成図。 第１実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。 第３実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図。

まず、本発明を適用した流体浄化装置の実施形態について説明する前に、本発明を理解する上で参考になる参考形態について説明する。
図１は、参考形態に係る流体浄化装置の反応槽２０を示す縦断面図である。また、図２は、反応槽２０の分解縦断面図である。内筒２２は、酸に強いチタン（Ｔｉ）からなる筒である。チタンからなるものに代えて、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、又はＰｄからなるものを用いてもよい。また、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びＰｄのうち、少なくとも何れか１つを含む合金からなるものを用いてもよい。

外筒２１は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）、インコネル６２５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。

図示しない原水供給ポンプによって反応槽２０に向けて圧送される廃水Ｗと高濃度有機性スラリーＳとの混合水は、原水搬送管１５に進入する。原水搬送管１５は、入口継手１７により、反応槽２０の入口側に挿入された流入管２６に接続されている。原水搬送管１５から反応槽２０内に送られた廃水Ｗ及び高濃度有機性スラリーＳは、流入管２６を通って内筒２２内に流入する。そして、内筒２２内をその長手方向に沿って鉛直方向上方から下方に向けて移動する。

一方、図示しない原水供給ポンプによって反応槽２０内に圧送された空気Ａは、外筒２１と内筒２２との間の筒間空間に流入する。そして、筒間空間をその長手方向に沿って鉛直方向下方から上方に向けて移動する。内筒２２は、その上端に、筒断面の中心線を中心とし、且つ筒内径とほぼ同じ径の管挿入貫通口を有している。廃水Ｗ及び高濃度有機性スラリーＳを内筒２２内に導入するための流入管２６の先端部は、この管挿入貫通口を通じて内筒２２内に挿入されている。流入管２６の先端部の外径は、内筒２２の内径よりも遙かに小さいため、内筒２２内においては、流入管２６の外周面と、内筒２２の内周面との間に間隙が形成されている。外筒２１と内筒２２との間の筒間空間の上端まで移動した空気Ａは、内筒２２の上方に回り込みながら、その隙間を通って内筒２２内に進入する。

内筒２２内は、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Ｗと高濃度有機性スラリーＳ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、後述するプログラマブルシーケンサーが、外筒２１の外周面を覆っているヒーターを発熱させて、内筒２２内の混合流体の温度を２００〜５５０℃まで昇温させる。

内筒２２内において、内筒２２内の混合流体が昇温されると、有機物の酸化分解が開始される。また、内筒２２と外筒２１との間の筒間空間内で内筒２２の外周面や外筒２１の内周面に接触しながら鉛直方向下方から上方に向けて移動する空気Ａが、内筒２２の外周面や外筒２１の内周面からの熱伝導によって予備加熱されるようになる。

内筒２２内では、有機塩化物のクロロ基に由来する塩酸や、アミノ酸等のスルホニル基に由来する硫酸が発生して、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圧送される空気Ａによって内筒２２内の圧力とほぼ同じ値になるため、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の長手方向における全域のうち、流体搬送方向の下流側の領域（下端側の領域）には、ハニカム構造状の触媒２５が複数の管状空間を内筒２２の筒軸線方向に沿わせる姿勢で配設されている。この触媒２５は、廃水Ｗ及び高濃度有機性スラリーＳに含まれている有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を促進する材料からなる。かかる材料としては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｔｉ又はＭｎを例示することができる。また、それらのうち、少なくとも何れか１つを含む化合物でもよい。

廃水Ｗや高濃度有機性スラリーＳに含まれる有機物の殆どは、内筒２２の長手方向における前半の領域で酸化分解されるが、前半の領域を通過しても酸化分解されない有機物やアンモニア態窒素は、この触媒２５によって酸化分解が促進される。かかる構成では、難分解性の有機物が廃水Ｗ中に含まれていても、それを良好に酸化分解することができる。また、アンモニア態窒素が廃水Ｗ中に多量に含まれていても、それを良好に酸化分解することができる。

内筒２２の下端部で移動した混合流体（Ｗ＋Ｓ＋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。内筒２２における下端部には、出口継手１８を介して、浄化流体搬送管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、この浄化流体搬送管１６に進入する。

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、浄化流体搬送管１６に接続された図示しない出口弁によって調整される。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。これにより、内筒２２内の圧力が所定の範囲内に維持される。

内筒２２内の混合流体の温度としては、１００〜７００℃（望ましくは２００〜５５０℃）を例示することができる。温度の調整は、上述したヒーターのオンオフなどによって行われる。

温度及び圧力の条件として、温度＝３７４．２℃以上、且つ、圧力＝２２．１ＭＰａ以上を採用した場合、内筒２２内において、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。このため、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。

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＝２２．１ＭＰａ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過熱水蒸気にしてもよい。

内筒２２内においては、混合流体を高温且つ高圧の状態にすることで、混合流体中の有機物やアンモニア態窒素の酸化分解を促す。有機物やアンモニア態窒素が酸化分解された混合流体は、反応槽２０から排出される。

反応槽２０内に送られる高濃度有機性スラリーＳは、有機性固形廃棄物を原料とするものである。参考形態に係る流体浄化装置は、有機性固形廃棄物を液体と混合しながら粉砕して高濃度有機性スラリーにする粉砕手段を備えている。そして、この粉砕手段によって得た高濃度有機性スラリーＳを廃水Ｗと混合して反応槽２０に圧送する。かかる圧送を実現するために、廃水Ｗと高濃度有機性スラリーＳと混合して反応槽２０に圧送する混合圧送手段、あるいは、高濃度有機性スラリーＳを廃水Ｗとは別に流入管２６に向けて圧送するスラリー圧送手段を備えている。

反応槽２０に送り込まれた高濃度有機性スラリーＳは、反応槽２０内で酸化分解されるのに伴って発熱して、反応槽中の廃水Ｗや空気Ａを加熱する。このように、有機性固形廃棄物を原料とする高濃度有機性スラリーＳを反応槽２０内で熱エネルギーに変換することで、反応槽２０に対して高濃度有機性スラリーＳを送り込まない場合に比べて、ヒーターによる反応槽２０の加熱量を低減する。これにより、混合流体の加熱のためのランニングコストを低減することができる。

次に、参考形態に係る流体浄化装置に、より特徴的な構成を付加した各実施形態の流体浄化装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施形態に係る流体浄化装置の構成は、参考形態と同様である。
本発明者らは、高濃度有機性スラリーＳの原料になる有機性固形破棄物として、シュレッダーダストや使用済みの感熱紙に着目した。シュレッダーダストは、情報保護のために、印刷済みの紙をシュレッダーによって細断したものである。紙の繊維を細かく切断してしまうことから、再生紙として再生することが困難になっている。このため、資源ごみとして回収されることは殆ど無く、可燃ごみとして捨てられて焼却されるのが一般的である。また、微粒状の塩基性無色染料、呈色剤、増感剤、無機顔料等を含む感熱層が原紙の表面上に積層された感熱紙は、インクやトナーなどを使用することなく画像を記録することができるという利点を有する反面、再利用が困難であるという欠点を有する。財団法人 古紙再生促進センターによって規定された標準品質規格では、感熱紙は禁忌品Ｂ類に分類されており、製紙原料に混入することが好ましくない紙とされている。このため、使用済みの感熱紙は、再生紙の製造のために再利用されることなく、焼却処分されるのが一般的であり、再資源化されることが殆ど無かった。従来は焼却処分されていたシュレッダーダストや感熱紙を高濃度有機性スラリーＳの原料とすることで、資源の有効利用を図ることが可能になる。

内筒２２内の混合流体は、ヒーターによって加熱されることで昇温することに加えて、有機物が酸化分解されることによる発熱によっても昇温する。内筒２２内に多量の有機物が送られる場合、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、ヒーターによる加熱を行い、酸化分解が開始された後には、ヒーターの電源をオフにすることができる。

有機物濃度の比較的低い廃水Ｗを浄化する場合、立ち上げ時のみヒーターを使用し、その後は有機物の酸化分解に伴って発生する熱だけで混合流体の温度を所望の温度にするためには、かなり濃い高濃度有機性スラリーを反応槽２０に送り込む必要がある。そして、紙を原料にする場合には、高濃度有機性スラリーにおける紙の濃度を最低でも４［ｗｔ％］程度までは濃くする必要があると思われる。

そこで、本発明者らは、シュレッダーダストを粉砕機によって細かく粉砕して、４［ｗｔ％］の濃度で紙を含む高濃度有機性スラリーＳを製造する実験を行った。
まず、実験１を行った。具体的には、印刷済みの感熱紙をシュレッダーで３×８［ｍｍ］程度に細断した。そして、その紙片と純水とを混合しながら、製紙工程で一般的に用いられる叩解機を用いて感熱紙の繊維を解繊させて、４［ｗｔ％］の高濃度有機性スラリーを得た。この高濃度有機性スラリーを１リッターのメスシリンダーに入れてしばらく放置したところ、紙の繊維が沈殿してメスシリンダーの底に堆積した。沈殿した紙の繊維を拡散させるために、メスシリンダーを手で激しく振ったが、繊維は全く拡散することなく、底に沈んだままであった。メスシリンダーを上下逆さまにすると、水だけがこぼれ落ちて、繊維はメスシリンダーの底に貼り付いたままとなり、綿のように強固に凝集していた。繊維を顕微鏡で観察したところ、長さ８００〜９００［μｍ］の繊維が複雑に絡み合っていた。より詳しくは、個々の繊維はそれぞれ長さ８００〜９００［μｍ］程度に分断されているものの、それらが複雑に絡み合って、綿状の１つの大きな塊を形成していた。メスシリンダを激しく振っても、複雑に絡み合った繊維をほぐすことはできず、綿状の塊のままになっているのである。

このような綿状の塊を含んでいる高濃度有機性スラリーは、ポンプで移送することができない。具体的には、スラリーポンプで吸引しようとしても、紙繊維の綿状の塊がスラリーポンプの吸引側の配管に詰まって動かなくなってしまうため、スラリーポンプで吸引することすらできない。よって、その高濃度有機性スラリーを、反応槽２０にポンプ圧送する必要がある実施形態の流体浄化装置で使用することはできない。

そこで、本発明者らは、新たに実験２を行った。具体的には、シュレッダーで３×８［ｍｍ］程度に細断した紙片（感熱紙）を、大阪ケミカル社製のワンダーブレンダーで粉砕して綿状の粉砕物を得た。粉砕物を顕微鏡で観察したところ、観察される繊維の長さは実験１と大差なかった。但し、ワンダーブレンダーの蓋には、繊維が粒子状に切断されたと思われるものが付着していた。それをＩＲ分析した結果、主成分はセルロースであった。このため、紙の繊維の一部は粒子状に細かく切断がされていたことが判明した。粉砕物を４［ｗｔ％］の濃度で含む高濃度有機性スラリーを製造したが、実験１と同様に、凝集した繊維の綿状の塊がメスシリンダーの底に貼り付いてしまった。

次に、実験３を行った。具体的には、紙片を大阪ケミカル社製のワンダーブレンダーで粉砕して得た粉砕物に純水を加えて攪拌した。この液に対し、ＭＴＥＣＨＮＩＱＵＥ社製のクレアミクスにより、ローターＲ１、スクリーンＳ２．０−２４、１５０００［ｒｐｍ］、５分間の条件で粉砕物の更なる粉砕処理を施したが、粉砕物中の繊維が更に細かくなることはなかった。更に、増粘によるせん断力向上を狙い、ＰＶＡを添加して同様の粉砕処理を施したが、繊維が細かくなることはなかった。

次に、実験４を行った。具体的には、紙をＩＫＡ社製のマジックラボシュレッダーで３×８［ｍｍ］程度に細断して紙片を得た。この紙片に対し、ＩＫＡ製のマジックラボを用いて、１枚刃および２枚刃、１５０００〜２００００［ｒｐｍ］の条件で粉砕処理を施した。より詳しくは、純水９６０ｇに対して紙片４０ｇを徐々に投入して約６０分かけて粉砕処理を完了した。得られた４［ｗｔ％］のスラリーを顕微鏡で観察したところ、叩解機による解繊と同様に、長さ８００〜９００［μｍ］の繊維が観察された。それらの繊維が複雑に絡み合って１つの塊を形成していることから、実験１と同様に、ポンプ圧送不可能であることが明白であった。

以上のように、本発明者らは試行錯誤を繰り返したが、なかなか良い結果を得ることができなかった。そして、高濃度有機性スラリーの原料として紙を用いることを諦めかけていたとき、遊星ボールミルという粉砕機によって漸くよい結果を得ることができた。具体的には、次のような実験５を行った。即ち、粉砕機として、遊星ボールミルを用意した。この遊星ボールミルの構成については、後に詳述する。普通紙をシュレッダーで３×８［ｍｍ］程度の大きさの紙片に細断した。遊星ボールミルの粉砕ポットとしては、ジルコニア製で容量が２５０ｍｌであるものを用いた。その粉砕ポットに、１０ｇの紙片と、直径２５ｍｍのボール６個とを入れて封入した後、粉砕ポットを遊星ボールミルの回転台にセットした。そして、３２０［ｒｐｍ］の回転数で１０分間の粉砕処理を行った。粉砕物を粉砕ポットから取り出して目視確認したところ、繊維はまだ十分に粉砕されていなかったが、嵩の減少が一目でわかるほどまでには細かくなっていた。繊維を更に細かく粉砕するために、前述の粉砕ポットに直径１０［ｍｍ］のジルコニア製のボールを５０個入れた。そして、４００［ｒｐｍ］の回転数で１０分間の粉砕処理を行った。その後、粉砕物を粉砕ポットから取り出して目視確認したところ、繊維は粉末状になっていたが、一部粉砕されずに残った切れ端が確認された。更に、４００［ｒｐｍ］の回転数で１０分間の粉砕処理を行った。そして、ふるいを用いて粉砕物と、ボールと、未粉砕繊維とを分離した。１０分間だけ粉砕処理を行った粉砕物と比べると、明らかに細かく粉砕されていた。粉末状の粉砕物の長さ分布を顕微鏡によって測定したところ、分布の中央は約２１［μｍ］であった。この粉砕物を４［ｗｔ％］の濃度で水と混合してメスシリンダーに入れて、しばらく放置した。そして、粉砕物がメスシリンダーの底に沈殿しているのを確かめた後、メスシリンダーを振ったところ、沈殿していた粉砕物を上澄みの水に良好に拡散させることができた。個々の繊維はある程度の大きさで互いに絡み合っているものの、絡み合いによって形成されている繊維の集合体の大きさはせいぜい直径＝数百［μｍ］程度であり、個々の数百［μＡ］程度の繊維集合体がそれぞれ水中で良好に分散したのである。綿状の１つの大きな塊を形成する実験１〜実験４の粉砕物とは明らかに異なっていた。

このように繊維の拡散性が良好な高濃度有機性スラリーであれば、スラリーポンプの吸引側や吐出側の配管を繊維からなる綿状の塊で閉塞することがないことから、ポンプ移送することが可能である。なお、紙の繊維を効率的に粉砕するためには、ある一定の時間だけ粉砕処理した後、ふるいによって未粉砕の繊維を取り除いてから粉砕処理を続行するのが望ましいと思われる。

次に、遊星ボールミルの有効性を確かめるために、実験６、実験７を行った。実験６では、粉砕ポットとして、容量１２５［ｍｌ］のステンレス製のものを用意した。この粉砕ポットに、１０ｇの紙片と、直径２０［ｍｍ］のボール６個とを入れて封入した後、粉砕ポットを遊星ボールミルの回転台にセットした。そして、４００［ｒｐｍ］の回転数で３０分間の粉砕処理を行った後、粉砕ポットから取り出した粉砕物を篩いにかけた。分離後の粉砕物における繊維の長さ分布を調べたところ、全ての繊維が１００［μｍ］以下の長さに粉砕されており、分布の中央値は約３５［μｍ］であった。この粉砕物を４［ｗｔ％］の濃度で水と混合してメスシリンダーに入れて、しばらく放置した。そして、粉砕物がメスシリンダーの底に沈殿しているのを確かめた後、メスシリンダーを振ったところ、沈殿していた粉砕物を上澄みの水に良好に拡散させることができた。

実験７では、粉砕ポットとして、容量２５０［ｍｌ］のジルコニア製のものを用意した。この粉砕ポットに、１０ｇの紙片と、ジルコニア製の直径２０［ｍｍ］のボール６個とを入れて封入した後、粉砕ポットを遊星ボールミルの回転台にセットした。そして、４００［ｒｐｍ］の回転数で２５分間の粉砕処理を行った後、粉砕ポットから取り出した粉砕物を篩いにかけた。分離後の粉砕物における繊維の長さ分布を調べたところ、全ての繊維が１００［μｍ］以下の長さに粉砕されており、分布の中央値は約３９［μｍ］であった。この粉砕物を４［ｗｔ％］の濃度で水と混合してメスシリンダーに入れて、しばらく放置した。そして、粉砕物がメスシリンダーの底に沈殿しているのを確かめた後、メスシリンダーを振ったところ、沈殿していた粉砕物を上澄みの水に良好に拡散させることができた。

遊星ボールミルは、例えば図３に示されるように、回転軸９０２を中心にして回転駆動される回転台９０１や、回転台９０１の半径方向における外縁付近で回転台９０１に回転自在に保持される粉砕ポット９０３などを有している。回転軸９０２には、大型のギヤ９０２が固定されており、回転台９０１とともに回転軸９０２を中心にして回転する。一方、回転台９０１に回転自在に保持される粉砕ポット９０３は、図示しない自転軸を具備しており、この自転軸を中心にして回転する。粉砕ポット９０３の自転軸には、ポットギヤ９０５が固定されており、大型のギヤ９０２と噛み合っている。

回転台９０１が回転駆動されると、回転台９０１の回転軸９０２を中心にして粉砕ポット９０３が公転する。また、回転台９０１のギヤ９０２とポットギヤ９０５との噛み合いにより、粉砕ポット９０３が自転軸を中心にして自転する。このように、粉砕ポット９０３は、回転軸９０２を中心にして公転しながら、自転軸を中心にして自転する。

粉砕ポット９０３の中には、図４に示されるように、粉砕対象物９１０と、ボール９０６とが収容されている。粉砕ポット９０３の内周面には粗面化処理が施されている。遊星ボールミルが駆動して粉砕ポット９０３が公転及び自転をすると、粉砕ポット９０３の中の粉砕対象物９１０やボール９０６には、図中の直線矢印で示されるように、公転による遠心力が働く。これにより粉砕対象物９１０が粉砕ポット９０３の内周面に押さえ付けられながら、粉砕対象物９１０に対してボール９０６が強く押し当たる。そして、粉砕ポット９０３の自転に伴ってボール９０６が矢印方向に回転する。これにより、粉砕対象物９１０が粉砕ポット９０３の内周面に強く擦り付けられて粉砕される。

次に、本発明者らは、遊星ボールミルとは異なる構成の粉砕機として、ロータリーカッターミルの有効性について検討した。図５は、ロータリーカッターミルを示す概略構成図である。ロータリーカッターミル９５０は、ケーシング９５１、ケーシング扉９５２、スクリーン（篩い）９５３、ローター９５４、回転刃９５５、固定刃９５６等を有している。ローター９５４には、その回転軸を中心にした１２０［°］の位相差をもった位置でそれぞれ公転する３つの回転刃９５５が固定されている。ロータリーカッターミル９５０の内部には、４つの固定刃６が固定されている。これら固定刃６の刃先は、回転刃９５５における刃先の公転軌道の付近に位置している。

図示しない投入口から投入される粉砕原料は、ローター９５４の上部に設けられた開口を経てロータリーカッターミル９５０の内部に導入され、公転する回転刃９５５と、固定刃９５６との間で裁断される。ローター９５４の下部には、スクリーン９５３が配設されており、ロータリーカッターミル９５０の内部の空気は、このスクリーン９５３のメッシュを介して、図示しない吸引装置によって外部に向けて吸引されている。そして、回転刃９５５と固定刃９５６との間で裁断された裁断片のうち、スクリーン９５３のメッシュよりも小さく細断されたものだけが、メッシュを通じて外部へ排出される。

回転刃９５５や固定刃９５６としては、板刃からなるものが使用されており、交換、再研磨、微調整などが容易であるという特長を持つ。同図では、スクリーン９５５を１つだだけしか示していないが、互いにメッシュ径の異なる複数のスクリーン９５５を、ある程度の間隙を介して複数重ねて配設することも可能である。上記開口よりも大きい粉砕原料については、予め裁断するか、折るなどして開口に入るサイズにする。なお、粉砕原料として紙を使用する場合には、一度に１〜５枚の紙を投入することが可能であるが、裁断片の大きさを揃えるためには、ある程度の精度で定量的に投入することが望ましい。

本発明者らは、ロータリーカッターミルの有効性を確かめるために、実験８や実験９を行った。実験８では、紙を２００×２００００［ｍｍ］程度の大きさに裁断し、ロータリーカッターミル９５０にはメッシュ径＝１［ｍｍ］のスクリーン９５３をセットした。上記吸引装置を起動し、さらにローター９５４の回転を開始して紙を粉砕できるようにしてから、投入口から粉砕原料である紙を投入し、１時間程度連続粉砕処理を行った。

実験９では、紙を２００×２０００ｍｍ程度の大きさに裁断し、ロータリーカッターミル９５０には、メッシュ径＝０．５［ｍｍ］のスクリーン９５３をセットした。そして、実験８と同様に、上記吸引装置を起動し、さらにローター９５４の回転を開始して紙を粉砕できるようにしてから、投入口から粉砕原料である紙を投入し、１時間程度連続粉砕処理を行った。スクリーン９５３のメッシュを通過して得られた粉砕物は、実験８で得られた粉砕物と比べると、明らかに細かいものであった。

実験８や実験９で得られた粉砕物を４［ｗｔ％］の濃度で水と混合してメスシリンダーに入れて、しばらく放置した。そして、粉砕物がメスシリンダーの底に沈殿しているのを確かめた後、メスシリンダーを振ったところ、遊星ボールミルで得られた粉砕物と同様に、粉砕物を上澄みの水に良好に拡散させることができた。個々の繊維はある程度の大きさで互いに絡み合っているものの、絡み合いによって形成されている繊維の集合体の大きさはスクリーン９５３のメッシュ径以下であり、綿状の１つの大きな塊が形成されることはない。個々の数百［μＡ］程度の繊維集合体は、それぞれ水中で良好に分散した。

次に、第１実施形態に係る流体浄化装置について説明する。上記実験６や上記実験７の実験結果に鑑みて、第１実施形態に係る流体浄化装置では、高濃度有機性スラリーの原料たる有機性固形廃棄物として、使用済みの紙やシュレッダーダストを用いるようになっている。更に、粉砕手段として、遊星ボールミルを具備するものを用いるようになっている。図６は、第１実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図である。第１実施形態に係る流体浄化装置は、原水タンク１、原水攪拌機２、原水供給ポンプ３、原水圧力計４、原水出口弁５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤出口弁８、熱交換器９、熱媒体タンク１０、熱交換ポンプ１１、出口圧力計１２などを備えている。また、反応出口弁１３、気液分離器１４、反応槽２０、反応槽温度計２４、反応槽入口弁３０、細断機４１、遊星ボールミル４２、紙粉貯留ホッパー４３、紙粉投入弁４４、水タンク４５、水供給ポンプ４６、スラリー攪拌機４７なども備えている。更には、スラリータンク４８、スラリー圧送ポンプ４９、スラリー出口弁５０、図示しない制御部なども備えている。

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各駆動機器に対応する個数だけ有している。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、それら駆動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、反応槽温度計２４は、温度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、各種の駆動機器の駆動を制御する。

原水タンク１には、有機物を含む浄化対象流体たる廃水Ｗが未浄化の状態で貯留されている。廃水Ｗ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。

原水攪拌機２は、原水タンク１内に貯留されている廃水Ｗを撹拌することで、廃水中に含まれる浮遊物質（Suspended solids）を均等に分散せしめて、有機物濃度の均一化を図る。原水タンク１内の廃水Ｗは、原水供給ポンプ３によって反応槽２０に向けて連続的に圧送される。

原水出口弁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Ｗについて、原水供給ポンプ３側から前処理装置１００側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

作業者は、古紙としての古感熱紙をシュレッダーなどの細断機４１に投入して細かい紙片に細断する。なお、高濃度有機性スラリーの原料として、古紙としてのシュレッダーダストを用いる場合には、それを細断機４１に投入しないで、後述する遊星ボールミル４２にセットすればよい。また、高濃度有機性スラリーの原料として、製紙過程で発生する損紙を用いる場合には、古感熱紙と同様に、損紙を細断機４１に投入すればよい。作業者は、シュレッダーダストや、細断機４１で得られた紙片を遊星ボールミル４２にセットして紙粉に粉砕した後、紙粉貯留ホッパー４３に投入する。細断機４１に対する古感熱紙の投入、遊星ボールミル４２に対する紙片のセット、及び紙粉貯留ホッパー４３に対する紙粉のセットについては、作業員が手作業で行うが、遊星ボールミル４２などを連続式の構成にすることで、それらを自動化することも可能である。具体的には、細断機４１から落下してくる紙片を回転刃などを備える粉砕機で粗粉砕しながら、得られた粗紙粉を連続式の遊星ボールミル４２に連続的に投入し、得られた微細紙粉を遊星ボールミル４２から紙粉貯留ホッパー４３に連続的に投入するのである。連続式の遊星ボールミル４２としては、特開平７−１７１４３０号公報に記載のものを例示することができる。

紙粉貯留ホッパー４３の底には急角度のテーパーが設けられており、最低部のドレン管には、紙粉投入弁４４が設けられている。制御部は、紙粉投入弁４４を開閉することで、スラリータンク４８に対して紙粉を定量的に投入する。なお、ドレン管内に紙粉が詰まり易い場合には、ドレン管内にエアーを圧送するコンプレッサーを設け、紙粉投入弁４４を開くと同時にコンプレッサーを駆動してドレン管内にエアーを圧送することで、詰まりの発生を抑えることが可能である。

制御部は、紙粉投入弁４４を開いて紙粉をスラリータンク４８に投入するのと並行して、水供給ポンプ４６を駆動して水タンク４５内の水をスラリータンク４８内に定量的に供給する。これにより、紙粉と水とをそれぞれ所定の割合でスラリータンク４８に投入しながらスラリー攪拌機４７によって撹拌することで、４［ｗｔ％］以上の高濃度有機性スラリーＳを得る。この高濃度有機性スラリーＳ中の紙粉の繊維は、遊星ボールミル４２で粉砕されていることで、数十［μｍ］程度の細かい長さになっていることから、繊維同士で凝集することなく、液体としての水中に良好に拡散する。かかる高濃度有機性スラリーＳは、スラリー圧送ポンプ４９による圧送が可能である。

スラリータンク４８内で撹拌されている高濃度有機性スラリーＳは、スラリー圧送ポンプ４９によって反応槽２０に向けて連続的且つ定量的に圧送される。スラリー出口弁５０は、逆止弁の役割を担っており、スラリー圧送ポンプ４９から圧送されてくる高濃度有機性スラリーＳについて、ポンプ側から反応槽２０側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

原水出口弁５に接続されている原水圧送管と、スラリー出口弁５０に接続されているスラリー圧送管とは途中で１つに合流する。即ち、原水出口弁５を通過した廃水Ｗと、スラリー出口弁５０を通過した高濃度有機性スラリーＳとは途中で合流して混合スラリー（Ｗ＋Ｓ）になる。

反応槽２０は、既に説明したように、外筒２１と、これの内部に配設された内筒２２とによる二重筒構造になっている。混合スラリー（Ｗ＋Ｓ）は、反応槽入口弁３０を通過した後に、反応槽２０の内筒２２の内部に流入する。

原水供給ポンプ３の駆動による廃水Ｗの流入圧力は、原水出口弁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Ｗの流入圧力と、内筒２２内の圧力とは、ほぼ同じになる。プログラマブルシーケンサーは、原水供給ポンプ３を駆動しているときに原水圧力計４から送られてくる圧力の検知結果に基づいて、内筒２２内の圧力の適否を判断する。

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、反応槽２０に対する廃水Ｗの流入圧力と同程度の圧力まで圧縮しながら、酸化剤出口弁８を介して反応槽２０に送り込む。酸化剤出口弁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側から反応槽２０側への流れを許容する一方で、逆方向の流れを阻止する。

反応槽２０内に圧送された空気は、外筒２１と内筒２２との間にある筒間空間に進入した後、内筒２２における長手方向の入口付近に流入する。そして、内筒２２内に送り込まれてくる混合スラリー（Ｗ＋Ｓ）と混合されて混合流体（Ｗ＋Ｓ＋Ａ）になる。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の反応槽２０に対する流入圧力は、酸化剤出口弁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。プログラマブルシーケンサーは、酸化剤圧送ポンプ６を駆動しているときに酸化剤圧力計７から送られてくる圧力の検知結果にも基づいて、反応槽２０内の圧力の適否を判断する。

酸化剤圧送ポンプ６の駆動による空気の圧送量は、混合スラリー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）など、廃水Ｗや高濃度有機性スラリー中の有機物濃度に基づいて、有機物の完全酸化に必要な酸素量が算出される。そして、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、次のような場合には、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。即ち、廃水Ｗ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な場合である。

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。内筒２２からの熱の放出を抑えるという観点からすると、空気、酸素ガス、オゾンガスなどの気体を用いることが好ましい。気体は、液体に比べて熱伝導率が低いことから、筒間空間内を気体で満たすことにより、気体を断熱材として機能させることができるからである。

外筒２１の外周面は、外筒２１と内筒２２との間の空気や、内筒２２内の混合流体を加熱するためのヒーター２３で覆われている。内筒２２内においては、混合流体（Ｗ＋Ｓ＋Ａ）が加圧及び加熱されることで、混合流体中の有機物や無機化合物が酸化分解される。この際、高濃度有機性スラリーＳ中の繊維（セルロースなど）が酸化分解されるのに伴って発熱することで、混合流体の温度を昇温させることから、ヒーター２３による加熱量を低減する。内筒２２内での有機物の酸化分解によって浄化された混合流体は、浄化流体搬送管１６に進入する。

浄化流体搬送管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、あるいは過熱蒸気状態、から液体状態の浄化水に態様を変化させる。一方、混合流体中の酸素や窒素は、超臨界状態あるいは過熱蒸気状態から気体状態に態様を変化させる。気液分離器１４によって分離された気体は、その組成がガスクロマトグラフ５１によって検知される。ガスクロマトグラフ５１により、未分解の物質が検出された場合、ガスクロマトグラフ５１からの出力信号を受けるプログラマブルシーケンサーが警報を発する。ガスクロマトグラフ５１を通過した気体は、大気中に放出される。

一方、気液分離器１４によって分離された浄化水は、そのＴＯＣ（全有機炭素）濃度がＴＯＣ分析装置５２によって検知される。ＴＯＣ分析装置５２により、閾値を超える濃度の総有機性炭素が検出された場合には、ＴＯＣ分析装置５２からの出力信号を受けるプログラマブルシーケンサーが警報を発する。ＴＯＣ分析装置５２を通り過ぎた浄化水は、浄化水タンクに貯留される。

浄化水は、活性汚泥による生物処理では除去し切れないごく低分子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。酸化し切れなかったごく僅かな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。気液分離器１４によって分離されたガスは、二酸化炭素及び窒素ガスを主成分とするものである。

浄化流体搬送管１６の外面には、熱交換器９が装着されている。熱交換器９の本体は、浄化流体搬送管１６の外面を覆う外管で構成され、外管と浄化流体搬送管１６の外面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、浄化流体搬送管１６の外面と熱交換流体との熱交換を行う。反応槽２０の運転時には、非常に高温の液体が浄化流体搬送管１６の内部に流れるため、浄化流体搬送管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、浄化流体搬送管１６内の液体の搬送方向とは逆方向になっている。即ち、反応出口弁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、図示しない発電施設におくられて発電のためのタービンの駆動に寄与する。浄化流体搬送管１６における反応出口弁１３の近傍には、浄化流体搬送管１６の温度、又は浄化流体搬送管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が所定の数値範囲内に維持されるように、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。これに対し、出口温度計による検知結果が所定の下限温度に達したときには、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減らすことで、熱交換器９による冷却機能を低下させる。かかる構成では、熱交換量を適切に調整して浄化流体搬送管１６内の液体の温度を一定範囲に維持することができる。なお、熱交換器９を、浄化流体搬送管１６に取り付けることに加えて、あるいは代えて、反応槽２０の外筒２１に取り付けてもよい。

なお、第１実施形態に係る流体浄化装置では、高濃度有機性スラリーＳを廃水Ｗとは別に反応槽２０（流入管２６）に向けて圧送するスラリー圧送手段としてのスラリー圧送ポンプ４９を設けているが、その代わりに、次のような構成を設けてもよい。即ち、廃水Ｗと高濃度有機性スラリーＳと混合して反応槽２０に圧送する混合圧送手段である。より詳しくは、スラリー圧送ポンプ４９に代えて、スラリー移送ポンプを設け、このスラリー移送ポンプにより、スラリータンク４８内の高濃度有機性スラリーＳを原水タンク１内に移送するようにする。そして、原水タンク１内で、廃水Ｗと高濃度有機性スラリーＳとを所定の割合で混合して混合スラリーを得て、それを原水供給ポンプ３によって反応槽２０に向けて圧送する。かかる構成では、スラリー攪拌機４７、スラリータンク４８、スラリー移送ポンプ、原水タンク１、原水攪拌機２、原水供給ポンプ３などが、混合圧送手段として機能することになる。

反応槽温度計２４は、反応槽２０の温度を検知することで反応槽２０内の混合流体の温度を間接的に検知するもの、あるいは、反応槽２０内の混合流体の温度を直接検知するものである。プログラマブルシーケンサーは、反応槽温度計２４による検知結果に基づいて、反応槽２０中の混合流体の温度（以下、反応温度という）を把握する。そして、反応温度が所定の上限温度よりも高い場合には、原水供給ポンプ３の単位時間あたりの駆動量を増やすとともに、スラリー圧送ポンプ４９の単位時間あたりの駆動量を減らす。これにより、廃水Ｗに対する高濃度有機性スラリーＳの混合の割合を低下させることで、反応槽２０に対する単位時間あたりの有機物圧送量を低下させて、反応温度を上限温度よりも下げるようにする。一方、反応温度が所定の下限温度よりも低い場合には、原水供給ポンプ３の単位時間あたりの駆動量を減らすとともに、スラリー圧送ポンプ４９の単位時間あたりの駆動量を増やす。これにより、廃水Ｗに対する高濃度有機性スラリーＳの混合の割合を増加させることで、反応槽２０に対する単位時間あたりの有機物圧送量を増加させて、反応温度を下限温度よりも上げるようにする。このようにして、プログラマブルシーケンサーは、反応温度を、下限温度以上、上限温度以下の範囲に維持するように、有機物の投入量を調整する。

次に、第２実施形態に係る流体浄化装置について説明する。上記実験８や上記実験９の結果に鑑みて、第２実施形態に係る流体浄化装置では、高濃度有機性スラリーの原料たる有機性固形廃棄物として、使用済みの紙やシュレッダーダストを用いるようになっている。そして、第２実施形態に係る流体浄化装置は、以下に説明する点の他が、第１実施形態に係る流体浄化装置と同様の構成になっている。

第２実施形態に係る流体浄化装置では、粉砕手段として、遊星ボールミル４２を具備するものに代えて、ロータリーカッターミルを具備するものを用いるようになっている。この粉砕手段を紙粉貯留ホッパー４３の上に配設し、ロータリーカッターミル９５０から排出される紙の粉砕物を自重で紙粉貯留ホッパー４３内に落下させる。ロータリーカッターミル９５０に搭載するスクリーン９５３としては、メッシュ径＝φ１、φ２、φ３［μｍ］（φ１＞φ２＞φ３）という互いにメッシュ径の異なる３つを使用した。それらのスクリーン９５３を、メッシュ径の大きいものから順にローター９５４の近くに位置させるように、互いに所定の間隙を介して積み上げている。それら３つのスクリーン９５３からなるスクリーン群を、支持する支持体を振動手段によって振動させている。個々のスクリーン９５３に引っ掛かった粉砕物については、振動に伴うスクリーン面上での移動によってスクリーン面の端部から回収し、ロータリーカッターミル９５０の中に再搬送するようになっている。

かかる構成では、紙の粉砕物を連続的に生成して高濃度有機性スラリーの原料として使用することができる。

次に、第３実施形態に係る流体浄化装置について説明する。第３実施形態に係る流体浄化装置は、以下に説明する点の他が、第１実施形態に係る流体浄化装置を同様の構成になっている。
図７は、第３実施形態に係る流体浄化装置を示す概略構成図である。第３実施形態に係る流体浄化装置は、原水タンク１、原水攪拌機２、原水供給ポンプ３、原水圧力計４、原水出口弁５、酸化剤圧送ポンプ６、酸化剤圧力計７、酸化剤出口弁８、熱交換器９、熱媒体タンク１０、熱交換ポンプ１１、出口圧力計１２などを備えている。また、反応出口弁１３、気液分離器１４、反応槽２０、反応槽温度計２４、反応槽入口弁３０、細断機４１、遊星ボールミル４２、紙粉貯留ホッパー４３、紙粉投入弁４４、水タンク４５、水供給ポンプ４６、なども備えている。更には、フィルター５４、図示しない制御部なども備えている。

第３実施形態に係る流体浄化装置では、スラリータンク（第１実施形態ではスラリータンク４８）を設けずに、遊星ボールミル４２（あるいはロータリーカッターミルでもよい）によって得られる紙の粉砕物を原水タンク１内に直接投入するようになっている。より詳しくは、第１実施形態のように紙粉投入弁（４４）を開いて紙の粉砕物をスラリータンク（４８）に投入するのではなく、粉砕物を原水タンク１内に直接投入するのである。また、第１実施形態に係る流体浄化装置では、水供給ポンプ４６を駆動して水タンク４５内の水をスラリータンク（４８）内に供給するようになっているが、第３実施形態に係る流体浄化装置では、その代わりに、次のような構成になっている。即ち、水タンク４５内の水を原水タンク１内に供給するのである。これにより、紙の粉砕物と水とをそれぞれ所定の割合で原水タンク１で混合しながら、得られた混合スラリーを原水攪拌機２によって撹拌する。かかる構成では、廃水Ｗと高濃度有機性スラリーＳと混合する場合に比べて高濃度の混合スラリーを得て、それを原水供給ポンプ３によって反応槽２０に向けて圧送することができる。

プログラマブルシーケンサーは、反応槽２０中の混合流体の温度を、反応槽温度計２４による検知結果（反応温度の検知結果）に基づいて次のように制御するようになっている。即ち、反応温度の検知結果が所定の上限温度よりも高い場合には、水供給ポンプ４６の流量を増加させるか、あるいは紙投入弁４４を閉じるかする。これにより、原水タンク１に対する紙の粉砕物の投入量を減少させて、廃水と紙粉との混合スラリーの濃度を低下させることで、反応温度を上限温度よりも下げる。一方、反応温度の検知結果が所定の下限温度よりも低い場合には、水供給ポンプ４６の流量を減少（停止を含む）させるか、あるいは、あるいは紙投入弁４４の開き具合を大きくする。これにより、原水タンク１に対する紙の粉砕物の投入量を増加させて、廃水と紙粉との混合スラリーの濃度を増加させることで、反応温度を下限温度よりも上げる。このように、反応温度の検知結果に応じて、原水タンク１の混合スラリーの有機物濃度を調整することで、反応温度を所定範囲内に制御する。これにより、反応温度を精度よく所定範囲内に維持することが可能になるので、浄化の安定性を高めることができる。また、廃水の濃度が変化した場合であっても、高濃度有機性スラリーの有機物濃度を調整することで、反応温度を容易に所定範囲内に維持することもできる。更には、高濃度有機性スラリーは有機性固形廃棄物から得ていることから、一般的な補助燃料を用いる場合に比べて低コスト化を実現することもできる。

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］
浄化対象流体（例えば廃水Ｗ）と酸化剤（例えば空気Ａ）との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽（例えば反応槽２０）を備える流体浄化装置において、有機性固形廃棄物（例えば古感熱紙）を粉砕して有機性粉砕物（例えば紙粉）を得る粉砕手段（例えば遊星ボールミル４２）と、有機性粉砕物を液体（例えば水）と混合して高濃度有機性スラリーを得る混合手段（例えばスラリー攪拌機４７、スラリータンク４８、水タンク４５、水供給ポンプ４６）とを設けるとともに、浄化対象流体と前記高濃度有機性スラリーとを混合して前記反応槽に圧送する混合圧送手段、あるいは、前記高濃度有機性スラリーを浄化対象流体とは別に前記反応槽に向けて圧送するスラリー圧送手段（例えばスラリー圧送ポンプ４９）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、前記粉砕手段として、球体と有機性固形廃棄物とを収容する容器を公転させながら自転させることにより、前記球体を公転の遠心力によって前記容器の内壁に向けて押さえ付けながら、前記容器の自転によって前記球体と前記内壁との間で有機性固形廃棄物を粉砕する構成のものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、有機性固形破棄物として古紙を用いた場合であっても、その古紙の繊維を細かく粉砕してポンプ移送可能な高濃度有機性スラリーを得ることができる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ｂにおいて、前記粉砕手段として、遊星ボールミル（例えば遊星ボールミル４２）を用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、粉砕手段として、市販の遊星ボールミルを用いることで、紙を原料とするポンプ移送可能な高濃度有機性スラリーを安価な構成で得ることができる。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ｂ又はＣにおいて、前記有機性固形廃棄物として、古紙を用いることを特徴とするものである。かかる構成では、古紙を反応槽内での発熱エネルギーとして有効利用することができる。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｄにおいて、前記古紙として、古感熱紙を用いることを特徴とするものである。かかる構成では、従来では無駄に焼却処分されていた感熱紙を反応槽内での発熱エネルギーとして有効利用することができる。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ｄ又はＥの流体浄化装置において、前記古紙を細断する細断手段（例えば細断機４１）を設け、細断手段によって細断された紙片を前記粉砕手段に供給するようにしたことを特徴とするものである。かかる構成では、紙を細断手段によって紙片にした状態で粉砕手段に供給することで、そのままの状態で供給する場合に比べて、粉砕手段の負荷を軽減することができる。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、態様Ｆであって、前記粉砕手段によって粉砕された紙粉と液体（例えば水）とを混合して液体中の紙粉の濃度を４〜１５［ｗｔ％］にするように前記混合手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、安定運転期には、浄化対象流体中の有機物、及び高濃度有機性スラリー中の有機物の酸化分解に伴う発熱だけで、反応槽内の温度を所望の温度まで昇温させることが可能になるほどに高濃度の高濃度有機性スラリーを得ることができる。

［態様Ｈ］
態様Ｈは、態様Ａ〜Ｇの何れかにおいて、前記反応槽、又は前記反応槽の中の混合流体、の温度を検知する温度検知手段（例えば反応槽温度計２４）と、酸化剤を前記反応槽に向けて圧送する酸化剤圧送手段（例えば酸化剤圧送ポンプ６）とを設けるとともに、浄化対象流体に対する高濃度有機性スラリーの混合比、あるいは、前記スラリー圧送手段による高濃度有機性スラリーの圧送速度を、前記温度検知手段による検知結果に基づいて制御する制御手段（例えば制御部）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、反応槽に対する高濃度有機性スラリーの単位時間あたりにおける流入量の調整によって反応槽内の温度を所定範囲内に制御することができる。

［態様Ｉ］
態様Ａ〜Ｇの何れかにおいて、前記反応槽、又は前記反応槽の中の混合流体、の温度を検知する温度検知手段と、酸化剤を前記反応槽に向けて圧送する酸化剤圧送手段とを設けるとともに、浄化対象流体と高濃度有機性スラリーとの混合物の有機物濃度を、前記温度検知手段による検知結果に基づいて調整する制御手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、浄化対象流体と高濃度有機性スラリーとの混合物の有機物濃度を調整することで、反応槽内の温度を所定範囲内に制御することができる。

Ｗ：廃水（浄化対象流体）
Ａ：空気（酸化剤）
Ｓ：高濃度有機性スラリー
６：酸化剤圧送ポンプ（酸化剤圧送手段）
２０：反応槽
２４：反応槽温度計（温度検知手段）
４１：細断機
４２：遊星ボールミル（粉砕手段）
４５：水タンク（混合手段の一部）
４６：水供給ポンプ（混合手段の一部）
４７：スラリー攪拌機４７（混合手段の一部）
４８：スラリータンク（混合手段の一部）
４９：スラリー圧送ポンプ（スラリー圧送手段）

特開２００１−９４８２号公報

Claims (9)

1. 浄化対象流体と酸化剤との混合流体を加熱及び加圧しながら、浄化対象流体中の有機物を酸化反応によって分解して浄化対象流体を浄化する反応槽を備える流体浄化装置において、
   有機性固形廃棄物である紙からなる原料を１００［μｍ］以下の長さの繊維に粉砕して有機性粉砕物たる紙粉を得る粉砕手段と、前記紙粉を液体と混合して高濃度有機性スラリーを得る混合手段とを設けるとともに、
   浄化対象流体を前記高濃度有機性スラリーと混合して前記反応槽に圧送する混合圧送手段、あるいは、前記高濃度有機性スラリーを浄化対象流体とは別に前記反応槽に向けて圧送するスラリー圧送手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
2. 請求項１の流体浄化装置において、
   前記粉砕手段として、球体と紙からなる原料とを収容する容器を公転させながら自転させることにより、前記球体を公転の遠心力によって前記容器の内壁に向けて押さえ付けながら、前記容器の自転によって前記球体と前記内壁との間で紙からなる原料を粉砕する構成のものを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
3. 請求項２の流体浄化装置において、
   前記粉砕手段として、遊星ボールミルを用いたことを特徴とする流体浄化装置。
4. 請求項２又は３の流体浄化装置において、
   前記原料として、古紙からなるものを用いることを特徴とする流体浄化装置。
5. 請求項４の流体浄化装置において、
   前記古紙として、古感熱紙を用いることを特徴とする流体浄化装置。
6. 請求項４又は５の流体浄化装置において、
   前記古紙を細断する細断手段を設け、細断手段によって細断された紙片を前記粉砕手段に供給するようにしたことを特徴とする流体浄化装置。
7. 請求項６の流体浄化装置であって、
   前記粉砕手段によって粉砕された紙粉と液体とを混合して液体中の紙粉の濃度を４〜１５［ｗｔ％］にするように前記混合手段を構成したことを特徴とする流体浄化装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の流体浄化装置において、
   前記反応槽、又は前記反応槽の中の混合流体、の温度を検知する温度検知手段と、酸化剤を前記反応槽に向けて圧送する酸化剤圧送手段とを設けるとともに、
   前記温度検知手段による検知結果が上限温度よりも高い場合には、浄化対象流体に対する高濃度有機性スラリーの混合比、あるいは、前記スラリー圧送手段による高濃度有機性スラリーの圧送速度、をより低い値に制御し、前記検知結果が下限温度よりも低い場合には、前記混合比あるいは前記圧送速度をより高い値に制御する制御手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。
9. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の流体浄化装置において、
   前記反応槽、又は前記反応槽の中の混合流体、の温度を検知する温度検知手段と、酸化剤を前記反応槽に向けて圧送する酸化剤圧送手段とを設けるとともに、
   前記温度検知手段による検知結果が上限温度よりも高い場合には、浄化対象流体と高濃度有機性スラリーとの混合物の有機物濃度をより低い値に制御し、前記検知結果が下限温度よりも低い場合には前記有機物濃度をより高い値に制御する制御手段を設けたことを特徴とする流体浄化装置。

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