JP6630625B2 - 揮発性有機化合物含有水の処理装置および処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物含有水の処理装置および処理方法に関する。

例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物を含む地下水等の揮発性有機化合物含有水を処理する場合、曝気や、揮発性有機化合物含有水と空気等の気体とを接触させて揮発性有機化合物含有水中に含まれる揮発性有機化合物を気体へ移動させるエアレーション等による気液分離処理、オゾン、紫外線、過酸化水素等を単独あるいは組み合わせた促進酸化処理、生物による酸化処理等が行われている。特に、浄水処理においてはエアレーションによる気液分離処理が多く採用されている（例えば、非特許文献１参照）。

浄水処理におけるエアレーションでは、トリクロロエチレン等の有機塩素化合物を気液分離して回収することはできるが、無害化処理ではないため、回収後の廃液の保管が必要となる。また、促進酸化処理、酸化処理等による無害化処理には多大なエネルギーを必要とする。

一方、紫外線照射装置の一つとしてマイクロウェーブ紫外線発光装置が知られている。例えば、粒状の無電極紫外線発光体に外部から２．４５ＧＨｚ等のマイクロウェーブを照射して、紫外線発光させるものがある（例えば、特許文献１、非特許文献２参照）。

特許第５０４９００４号公報

社団法人日本水道協会、水道施設設計指針２０１２、第２９１−２９３ページ 堀越 智、「光触媒コーティング無電極ランプによる被災地の汚染水浄化装置の開発に関する研究」、平成２６年３月、平成２５年度環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書

本発明の目的は、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに酸化分解処理を行うことが可能な、揮発性有機化合物含有水の処理装置および処理方法を提供することにある。

本発明は、揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部と、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部と、を有する反応槽と；マイクロウェーブ発生手段と；を備え、前記マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを前記粒状発光体に照射しながら、前記揮発性有機化合物含有水を前記気液接触部に通液させて、前記揮発性有機化合物含有水から前記揮発性有機化合物を前記気体へ移動させる気液分離処理とともに前記揮発性有機化合物の酸化分解処理を行う、揮発性有機化合物含有水の処理装置である。

前記揮発性有機化合物含有水の処理装置において、前記気液接触部内に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理装置において、前記気液接触部内の上流側に前記発光体充填部が設けられ、前記発光体充填部の下流側に、紫外線発光体ではない充填材が充填された充填材部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理装置において、前記気液接触部の下流側に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理装置において、前記反応槽の上部の気体排出部に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

また、本発明は、マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを、揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部と、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部と、を有する反応槽における前記粒状発光体に照射しながら、前記揮発性有機化合物含有水を前記気液接触部に通液させて、前記揮発性有機化合物含有水から前記揮発性有機化合物を前記気体へ移動させる気液分離処理とともに前記揮発性有機化合物の酸化分解処理を行う、揮発性有機化合物含有水の処理方法である。

前記揮発性有機化合物含有水の処理方法において、前記気液接触部内に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理方法において、前記気液接触部内の上流側に前記発光体充填部が設けられ、前記発光体充填部の下流側に、紫外線発光体ではない充填材が充填された充填材部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理方法において、前記気液接触部の下流側に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

前記揮発性有機化合物含有水の処理方法において、前記反応槽の上部の気体排出部に、前記発光体充填部が設けられていることが好ましい。

本発明によれば、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに酸化分解処理を行うことが可能な、揮発性有機化合物含有水の処理装置および処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。 比較例１で用いた揮発性有機化合物含有水の処理装置を示す概略構成図である。 比較例２で用いた揮発性有機化合物含有水の処理装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

＜充填塔式処理装置＞
本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。揮発性有機化合物含有水の処理装置１は、いわゆる充填塔式のエアレーション装置と呼ばれる気液分離処理装置を元にした装置である。揮発性有機化合物含有水の処理装置１は、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部４４を有する反応槽１０と、マイクロウェーブ発生手段として、マイクロウェーブ発生装置１２とを備える。処理装置１は、反応槽１０の後段に、揮発性有機化合物の吸着処理等を行うガス処理手段として、例えば活性炭等の吸着材が充填されたガス処理塔１４を備えてもよい。また、処理装置１は、反応槽１０の下方に、気液接触した処理水を貯留する処理水槽１８を備えてもよい。

反応槽１０において、気密に構成された本体内の上部に発光体充填部４４が形成され、発光体充填部４４の上方にミスト除去部材としてミストセパレータ１６が設置され、ミストセパレータ１６と発光体充填部４４との間に、発光体充填部４４の上方から発光体充填部４４に向けて被処理水である揮発性有機化合物含有水を散水する散水手段として、１つ以上の散水ノズルを有する散水部１５が設置されている。散水部１５の下方が、揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部となっており、発光体充填部４４は、気液接触部内に設けられている。気液接触部の発光体充填部４４の下方には、紫外線発光体ではない充填材が充填された充填材部４６が設けられていてもよい。反応槽１０には、マイクロウェーブ発生手段としてマイクロウェーブ発生装置１２が、発光体充填部４４の粒状発光体にマイクロウェーブを照射できるように設置されている。

図１の処理装置１において、被処理水源（図１の例では地下水）に、反応槽１０の気液接触部の上方から気液接触部に向けて被処理水を反応槽１０内に導入する被処理水導入手段としてのポンプ２０が浸漬されている。ポンプ２０の吐出側と、反応槽１０上部の散水部１５の被処理水入口とは、流量計２２、バルブ２４を介して被処理水配管４８により接続されている。反応槽１０上部の気体出口と、ガス処理塔１４の入口とは、ガス配管５０により接続されている。ガス処理塔１４の出口には、排ガス配管５２が接続されている。反応槽１０下部の気体入口には、気液接触部の下方から気液接触部に向けて空気等の気体を反応槽１０内に導入する気体導入手段としてのブロワ２６が、流量計２８、バルブ３０を介して気体配管５４により接続されている。反応槽１０の下方の処理水槽１８の処理水出口には、処理水槽１８内の処理水を排出する処理水排出手段としてのポンプ３２を介して、処理水配管５６が接続されている。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および揮発性有機化合物含有水の処理装置１の動作について説明する。

ブロワ２６が起動されて、バルブ３０が開状態とされて空気等の気体が気液接触部の下方から気液接触部の充填材部４６に向けて反応槽１０内に導入される。一方、マイクロウェーブ発生装置１２が起動されて、発生されたマイクロウェーブが発光体充填部４４の粒状発光体に照射されながら、被処理水である揮発性有機化合物含有水が、バルブ２４が開状態とされて被処理水配管４８を通して、被処理水源からポンプ２０により、気液接触部の上方から気液接触部の発光体充填部４４に向けて散水部１５の散水ノズルから反応槽１０内に導入される。揮発性有機化合物含有水は散水部１５により液滴となり、下向流で気液接触部の発光体充填部４４および充填材部４６に通液される一方、気体は気液接触部の充填材部４６および発光体充填部４４を上昇する。発光体充填部４４において揮発性有機化合物含有水の液滴と気体との気液接触により、揮発性有機化合物含有水から揮発性有機化合物が気体へ移動する（気液分離処理）とともに発光体充填部４４の粒状発光体から発生された紫外線により揮発性有機化合物の少なくとも一部の酸化分解処理が行われる（処理工程）。マイクロウェーブの照射により発光体充填部４４の粒状ろ材から発光された紫外線によって、主に、紫外線の光酸化による揮発性有機化合物等の酸化分解処理が行われる。

揮発性有機化合物を含む気体は、ミストセパレータ１６によって水分等が除去された後、反応槽１０上部の気体出口からガス配管５０を通して必要に応じてガス処理塔１４へ送られ、ガス処理塔１４において、活性炭等の吸着材により、酸化分解処理が不完全な物質等が吸着除去される（吸着除去工程）。吸着除去された排ガスは、排ガス配管５２を通して排出される。

一方、発光体充填部４４において気液分離処理されるとともに酸化分解処理された酸化分解処理水は、必要に応じて設けられた、気液分離機能に特化した充填材が充填された充填材部４６において、気体との気液接触により、気液分離処理がさらに行われる。これによって、より確実に気液分離を行うことができる。このようにして、気液接触部の発光体充填部４４および充填材部４６を通った、揮発性有機化合物が除去された処理水は、必要に応じて反応槽１０の下方に設けられた処理水槽１８に貯留された後、ポンプ３２により処理水配管５６を通して排出される。処理水槽１８を設けずに、処理水を、処理水配管５６等を通して直接排出してもよい。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および処理装置１により、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに酸化分解処理を行うことができる。充填塔式のエアレーション装置において、充填材の全量もしくは一部をマイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体とし、そこにマイクロウェーブを照射することで、揮発性有機化合物を液中から気中へ移動させる気液分離処理とともに紫外線による酸化分解処理を行う。また、気液分離処理と酸化分解処理をともに行うことにより、処理装置の設置面積と消費電力量を低減することができる。

また、充填塔式のエアレーション装置の内部に設置する充填材をマイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体と気液分離機能に特化した充填材とを少なくとも１種類以上ずつ層状に充填し、発光体充填部４４にのみマイクロウェーブを照射するようにした。これにより、より確実に気液分離処理と気中に移動した揮発性有機化合物の酸化処理を行うことができる。

さらに、充填塔式のエアレーション装置の上部より排出される、揮発性有機化合物を含む気体を活性炭塔等のガス処理塔１４に通気させることで、光酸化で酸化が不完全な物質等を吸着除去するようにした。図４に示す処理装置７のように酸化分解処理を行わずに気液分離処理後の揮発性有機化合物を活性炭等の吸着材に吸着させる場合に比べて、揮発性有機化合物の全量または一部を酸化分解処理することによって吸着材の寿命を延長させることができる。

処理対象となる揮発性有機化合物含有水は、揮発性有機化合物を含む水であればよく、特に制限はない。揮発性有機化合物としては、例えば、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン等の有機塩素化合物、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。その他に、固形分として、例えば、懸濁物質等を含んでもよい。懸濁物質等の固形分を含んでいても、粒状発光体がろ材として機能することにより固形分の固液分離処理を行うことができる。

処理対象となる揮発性有機化合物含有水中の揮発性有機化合物の濃度は、０．０１ｍｇ／Ｌ以上１．０ｍｇ／ｍＬ以下の範囲である。また、固形分を含む場合は、揮発性有機化合物含有水の濁度は、例えば０．５度以上１０度以下である。

反応槽１０における被処理液体の通液方向は、通常は図１に示すような下向流であるが、上向流であってもよいし、横向流であってもよい。

マイクロウェーブ発生装置１２は、マイクロウェーブ（周波数：２．４５ＧＨｚ±０．０１ＧＨｚ）を発生することができるものであればよく、その構成は特に制限はない。例えば、真空管を用いるマグネトロン方式の他に、半導体を用いるソリッドステート方式等が挙げられる。マグネトロン方式の発振器は、家庭用から業務用の電子レンジに幅広く用いられており比較的安価に入手できる利点があり、ソリッドステート方式の発振器は、寿命が比較的長く、波長の安定性が良好である等の利点がある。

マイクロウェーブ発生装置１２の構成例として、例えば、図１に示すように、電源装置３４と、マイクロウェーブ発振器３６と、導波管３８と、スリースタブチューナ４０と、短絡器４２とを備える構成が挙げられる。なお、図１において、マイクロウェーブ発生装置１２は、１台の電源装置３４と、２台の本体（マイクロウェーブ発振器３６、導波管３８、スリースタブチューナ４０）を備えるものであるが、発光体充填部４４の層高等に応じて適宜設定すればよく、その数に特に制限はない。

例えば、電源装置３４から供給された電源により、マイクロウェーブ発振器３６が発生したマイクロウェーブが、導波管３８を通り、発光体充填部４４の粒状発光体に照射される。スリースタブチューナ４０により、導波管３８におけるインピーダンス整合を調整することができる。

マイクロウェーブの照射は、発光体充填部４４のある１方向から行ってもよいし、２方向以上の複数方向から行ってもよい。反応槽１０の径が大きくなると（例えば、３０ｃｍ以上）、マイクロウェーブが中心部まで到達しない場合があるので、発光体充填部４４に対して２方向以上の複数方向から照射を行うことが好ましい。

発光体充填部４４の粒状発光体は、マイクロウェーブにより紫外線発光するものであればよく、特に制限はない。粒状発光体としては、例えば、石英製やテフロン（登録商標）樹脂製であって、球形状や、円筒の両端を球状にしたカプセル形状等の容器に、水銀ガス、水素ガス、キセノンガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、塩素ガス、重水素ガス等の、マイクロウェーブにより紫外線発光する放電ガスを所定の封入圧で封入した無電極紫外線発光カプセル等が挙げられる。放電ガスを封入した無電極紫外線発光カプセルに、マイクロウェーブを照射することにより、ガスが励起され、紫外線を発光する。放電ガスや封入圧を適宜選択することにより、発光波長を調整することができる。また、カプセルの比重を調整するために、このカプセルの両端または一端に、カプセルと同様の材料で形成した中空または中実の突起状の比重調整部を設けてもよい。

粒状発光体が球形状の場合、最大径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましい。粒状発光体が円筒の両端を球状にしたカプセル形状の場合、径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましく、高さは、例えば、２．０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、４．０ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲であることが好ましい。

比重調整部の径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましく、高さは、例えば、２．０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、４．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。

充填材部４６で用いられる充填材は、上記粒状発光体ではなく、紫外線発光体ではない充填材であって、気液分離機能に特化した充填材であればよく、特に制限はない。例えば、磁製や、ポリプロピレン、塩化ビニル等の樹脂製等の、ラシヒリング、レッシングリング、ペルルサドル、インクルッスサドル、テラレッテパッキング、ポールリング等が挙げられる。充填材の大きさは、通常、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度のものを使用すればよい。

発光体充填部４４は少なくとも１層設ければよく、充填材部４６は必要に応じて少なくとも１層設ければよい。発光体充填部４４および充填材部４６の積層順序は、特に制限はないが、反応槽１０の気液接触部内の上流側に発光体充填部４４が設けられ、発光体充填部４４の下流側に、充填材部４６が設けられていることが好ましい。これにより、より確実に気液分離処理を行うことができる。

気液接触で用いられる気体は、特に制限はないが、空気、窒素ガス、炭酸ガス等が挙げられ、コスト等の点から、通常は、空気である。

ガス処理手段であるガス処理塔１４において用いられる吸着材は、酸化分解処理が不完全な物質等を吸着することができるものであればよく、特に制限はない。吸着材としては、例えば、活性炭、シリカゲル、ゼオライト等が挙げられ、吸着容量、吸着速度等の点から、活性炭が好ましい。

＜トレイ式処理装置＞
（１）気液接触後、処理水槽に入る前に発光体充填部を設けるタイプ
本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の他の例の概略を図２に示す。揮発性有機化合物含有水の処理装置３は、いわゆるトレイ式のエアレーション装置と呼ばれる気液分離処理装置を元にした装置である。揮発性有機化合物含有水の処理装置３は、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部６６を有する反応槽６０と、マイクロウェーブ発生手段として、マイクロウェーブ発生装置１２とを備える。処理装置３は、反応槽６０の後段に、ガス処理手段として、例えば活性炭等の吸着材が充填されたガス処理塔１４を備えてもよい。反応槽６０は、気密に構成された本体内の上部が、揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部６２となっており、反応槽６０の下部、すなわち気液接触部６２の下方が、気液接触した処理水を貯留する処理水槽６４となっていてもよい。

反応槽６０の気液接触部６２には、１つ以上（図２の例では３つ）の平面状のトレイ８０が配置されている。各トレイ８０の底面には１つ以上の曝気孔が形成されている。最下段のトレイ８０から処理水槽６４へ入る部分に、発光体充填部６６が形成されている。すなわち、気液接触部の下流側に、発光体充填部６６が設けられている。反応槽６０には、マイクロウェーブ発生手段としてマイクロウェーブ発生装置１２が、発光体充填部６６の粒状発光体にマイクロウェーブを照射できるように設置されている。

図２の処理装置３において、被処理水源（図２の例では地下水）に、反応槽６０の気液接触部６２の上方から気液接触部６２の最上段のトレイ８０に向けて被処理水を反応槽６０内に導入する被処理水導入手段としてポンプ２０が浸漬されている。ポンプ２０の吐出側と、反応槽６０上部の被処理水入口とは、被処理水配管７２により接続されている。反応槽６０上部の気体出口と、ガス処理塔１４の入口とは、気液接触部６２の下方から気液接触部６２に向けて空気等の気体を反応槽６０内に導入する気体導入手段としてのブロワ６８を介してガス配管７４により接続されている。ガス処理塔１４の出口には、排ガス配管７６が接続されている。反応槽６０の下側部には、気体入口８２が設けられている。反応槽６０の下部の処理水槽６４の処理水出口には、処理水槽６４内の処理水を排出する処理水排出手段としてのポンプ７０を介して、処理水配管７８が接続されている。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および揮発性有機化合物含有水の処理装置３の動作について説明する。

ブロワ６８が起動されて、空気等の気体が気体入口８２を通り、気液接触部６２の下方から気液接触部６２に向けて反応槽６０内に導入される。一方、マイクロウェーブ発生装置１２が起動されて、発生されたマイクロウェーブが発光体充填部６６の粒状発光体に照射されながら、被処理水である揮発性有機化合物含有水が、被処理水源からポンプ２０により、被処理水配管７２を通して、気液接触部６２の上方から最上段のトレイ８０の入口側に向けて反応槽６０内に導入される。

反応槽６０内に導入された揮発性有機化合物含有水は、最上段のトレイ８０上を流れる。最上段のトレイ８０の出口に達した揮発性有機化合物含有水は、一つ下のトレイ８０に落下し、同様にしてトレイ８０上に沿って流れる。このようにして、揮発性有機化合物含有水は最上段のトレイ８０から最下段のトレイ８０へと流れ、その後、発光体充填部６６に通液される。一方、ブロワ６８によって反応槽６０の下方から上方に吹き上げられる気体は、各トレイ８０の底面に形成された曝気孔を通ってトレイ８０の流路に進入する。この際、各トレイ８０に進入した気体はトレイ８０の流路を流れる揮発性有機化合物含有水と気液接触し、揮発性有機化合物含有水から揮発性有機化合物が気体へ移動する（気液分離処理）。それとともに、気液接触部６２の各トレイ８０上を流れた後、気液分離処理水は、発光体充填部６６において粒状発光体から発生された紫外線により揮発性有機化合物の少なくとも一部の酸化分解処理が行われる（処理工程）。マイクロウェーブの照射により発光体充填部６６の粒状ろ材から発光された紫外線によって、主に、紫外線の光酸化による揮発性有機化合物等の酸化分解処理が行われる。

このようにして、気液接触部６２および発光体充填部６６を通った、揮発性有機化合物が除去された処理水は、必要に応じて反応槽６０の下方に設けられた処理水槽６４に貯留された後、ポンプ７０により処理水配管７８を通して排出される。処理水槽６４を設けずに、処理水を、処理水配管７８等を通して直接排出してもよい。

一方、気体は各トレイ８０を流れる揮発性有機化合物含有水と気液接触して揮発性有機化合物を吸収しながら、最下段のトレイ８０から最上段のトレイ８０まで上昇し、最終的に反応槽６０の上部からガス配管７４を通して必要に応じてガス処理塔１４へ送られる。ガス処理塔１４において、活性炭等の吸着材により、揮発性有機化合物等が吸着除去される（吸着除去工程）。吸着除去された排ガスは、排ガス配管７６を通して排出される。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および処理装置３により、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに酸化分解処理を行うことができる。トレイ式のエアレーション装置において、気液接触後、処理水槽６４に入る前に発光体充填部６６に通液し、そこにマイクロウェーブを照射することで、揮発性有機化合物を液中から気中へ移動させる気液分離処理とともに紫外線による酸化分解処理を行う。また、気液分離処理と酸化分解処理をともに行うことにより、処理装置の設置面積と消費電力量を低減することができる。

また、このような曝気処理は、通常、トレイの段数を増減させたり、被処理水の流量やブロワの風量を調整することで、被処理水中の揮発性有機化合物の濃度に応じた処理が可能である。しかし、揮発性有機化合物で汚染された地下水等の浄化の場合、地下水等の揚水状況によっては、揚水開始からしばらくして地下水等の中の揮発性有機化合物の濃度が上昇する場合がある。このような場合に、その都度被処理水の流量やブロワの風量を変更するのは非常に困難であり、気液分離処理を行っても処理水中に揮発性有機化合物が残存する場合がある。そこで、図２に示すように、気液分離処理後に気液分離処理水を酸化分解処理して気液分離処理後の水中の揮発性有機化合物を酸化分解処理することにより、揮発性有機化合物含有水の揮発性有機化合物濃度が高い場合であっても、図５に示す処理装置９のように酸化分解処理を行わない場合に比べて、トレイ８０の段数を増やさなくても、気液分離処理が可能であるため、処理装置３の高さを抑えることができる。

（２）気液接触後の気体排出部に発光体充填部を設けるタイプ
本発明の実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理装置の他の例の概略を図３に示す。揮発性有機化合物含有水の処理装置５も、図２の処理装置３と同様に、いわゆるトレイ式のエアレーション装置と呼ばれる気液分離処理装置を元にした装置である。揮発性有機化合物含有水の処理装置５は、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部６６を有する反応槽６０と、マイクロウェーブ発生手段として、マイクロウェーブ発生装置１２とを備える。反応槽６０は、気密に構成された本体内の上部が、揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部６２となっており、反応槽６０の下部、すなわち気液接触部６２の下方が、気液接触した処理水を貯留する処理水槽６４となっていてもよい。

反応槽６０の気液接触部６２には、１つ以上（図３の例では３つ）の平面状のトレイ８０が配置されている。各トレイ８０の底面には１つ以上の曝気孔が形成されている。反応槽６０上部から気体を排出する気体排出部に、発光体充填部６６が形成されている。すなわち、反応槽６０の上部の気体排出部に、発光体充填部６６が設けられている。反応槽６０には、マイクロウェーブ発生手段としてマイクロウェーブ発生装置１２が、発光体充填部６６の粒状発光体にマイクロウェーブを照射できるように設置されている。

図３の処理装置５において、被処理水源（図３の例では地下水）に、反応槽６０の気液接触部６２の上方から気液接触部６２の最上段のトレイ８０に向けて被処理水を反応槽６０内に導入する被処理水導入手段としてポンプ２０が浸漬されている。ポンプ２０の吐出側と、反応槽６０上部の被処理水入口とは、被処理水配管７２により接続されている。反応槽６０上部の発光体充填部６６の気体出口には、気液接触部６２の下方から気液接触部６２に向けて空気等の気体を反応槽６０内に導入する気体導入手段としてのブロワ６８を介して排ガス配管８４が接続されている。反応槽６０の下側部には、気体入口８２が設けられている。反応槽６０の下部の処理水槽６４の処理水出口には、処理水槽６４内の処理水を排出する処理水排出手段としてのポンプ７０を介して、処理水配管７８が接続されている。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および揮発性有機化合物含有水の処理装置５の動作について説明する。

ブロワ６８が起動されて、空気等の気体が気体入口８２を通り、気液接触部６２の下方から気液接触部６２に向けて反応槽６０内に導入される。一方、マイクロウェーブ発生装置１２が起動されて、発生されたマイクロウェーブが発光体充填部６６の粒状発光体に照射されながら、被処理水である揮発性有機化合物含有水が、被処理水源からポンプ２０により、被処理水配管７２を通して、気液接触部６２の上方から最上段のトレイ８０の入口側に向けて反応槽６０内に導入される。

反応槽６０内に導入された揮発性有機化合物含有水は、最上段のトレイ８０上を流れる。最上段のトレイ８０の出口に達した揮発性有機化合物含有水は、一つ下のトレイ８０に落下し、同様にしてトレイ８０上に沿って流れる。このようにして、揮発性有機化合物含有水は最上段のトレイ８０から最下段のトレイ８０へと流れる。一方、ブロワ６８によって反応槽６０の下方から上方に吹き上げられる気体は、各トレイ８０の底面に形成された曝気孔を通ってトレイ８０の流路に進入する。この際、各トレイ８０に進入した気体はトレイ８０の流路を流れる揮発性有機化合物含有水と気液接触し、揮発性有機化合物含有水から揮発性有機化合物が気体へ移動した（気液分離処理）後、発光体充填部６６に通気され、発光体充填部６６において粒状発光体から発生された紫外線により揮発性有機化合物の少なくとも一部の酸化分解処理が行われる（処理工程）。マイクロウェーブの照射により発光体充填部６６の粒状ろ材から発光された紫外線によって、主に、紫外線の光酸化による揮発性有機化合物等の酸化分解処理が行われる。

このようにして、気液接触部６２を通った、揮発性有機化合物が除去された処理水は、必要に応じて反応槽６０の下方に設けられた処理水槽６４に貯留された後、ポンプ７０により処理水配管７８を通して排出される。処理水槽６４を設けずに、処理水を、処理水配管７８等を通して直接排出してもよい。

一方、気体は各トレイ８０を流れる揮発性有機化合物含有水と気液接触して揮発性有機化合物を吸収しながら、最下段のトレイ８０から最上段のトレイ８０まで上昇し、発光体充填部６６において酸化分解処理が行われ、最終的に反応槽６０の上部から排ガスとして、排ガス配管８４を通して排出される。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および処理装置５により、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに酸化分解処理を行うことができる。トレイ式のエアレーション装置において、反応槽６０の上部の気体排出部に発光体充填部６６を設けて、気液接触後の気体中の揮発性有機化合物を酸化分解処理する。これにより、活性炭塔等のガス処理手段を設けなくてもよく、装置面積をよりコンパクトにすることができる。なお、処理装置５では、ガス処理手段を設けなくてもよいが、必要に応じて反応槽６０の後段に、ガス処理手段として、例えば活性炭等の吸着材が充填されたガス処理塔を備えてもよい。

なお、図２の処理装置３と、図３の処理装置５とを組み合わせた構成、すなわち、図２の、最下段のトレイ８０から処理水槽６４へ入る部分に、発光体充填部６６が形成されている構成、すなわち、気液接触部の下流側に、発光体充填部６６が設けられている構成と、図３の、反応槽６０上部から気体を排出する気体排出部に、発光体充填部６６が形成されている構成、すなわち、反応槽６０の上部の気体排出部に、発光体充填部６６が設けられている構成とを両方備える処理装置としてもよい。これにより、揮発性有機化合物含有水の揮発性有機化合物濃度が高い場合であっても、トレイ８０の段数を増やさなくても、気液分離処理が可能であるため、処理装置３の高さを抑えることができ、活性炭塔等のガス処理手段を設けなくてもよく、装置面積をよりコンパクトにすることができる。

トレイ８０は、従来公知のものを使用すればよく、トレイ８０の曝気孔の数、大きさ、形状や、トレイ８０の数は、適宜設定すればよい。

本実施形態に係る揮発性有機化合物含有水の処理方法および処理装置は、浄水処理、地下水浄化処理、排水処理における、揮発性有機化合物の気液分離回収処理および酸化分解処理をともに行う場合に適用することができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１、比較例１＞
以下の装置仕様、通水条件で試験を行った。実施例１では図１に示す装置を用い、比較例１では図４に示す処理装置７を使用する従来の方法を用いた。通水した被処理水、各処理水の水質、活性炭の再生間隔を表１に示す。

［反応装置］
（実施例１）
・反応槽：反応塔 径（φ）２００ｍｍ×高さ（Ｈ）６，０００ｍｍ（そのうち充填部（充填材部＋発光体充填部）４，０００ｍｍ）
・充填材部：メタレット（ＳＵＳ３０４製、公称寸法４０ｍｍ）を充填、充填層高２，０００ｍｍ
・発光体充填部：紫外線発光粒状発光体を充填、充填層高２，０００ｍｍ
・原水ポンプ：最大流量３．０ｍ^３／ｈ、揚程３０m
・送風機：ボルテックスブロワ １８０ｍ^３／ｈ、５００ｍｍＡｑ
・ガス処理塔：排ガス吸着塔 径（φ）５５０ｍｍ×高さ（Ｈ）１，０００ｍｍ×２塔、活性炭充填部容積０．１４m^３×２塔
（比較例１）
・反応槽：反応塔 径（φ）２００ｍｍ×高さ（Ｈ）６，０００ｍｍ（そのうち充填材部４，０００ｍｍ）
・充填材部：メタレット（ＳＵＳ３０４製、公称寸法４０ｍｍ）を充填、充填層高４，０００ｍｍ
・原水ポンプ：最大流量３．０ｍ^３／ｈ、揚程３０m
・送風機：ボルテックスブロワ １８０ｍ^３／ｈ、５００ｍｍＡｑ
・ガス処理塔：排ガス吸着塔 径（φ）５５０ｍｍ×高さ（Ｈ）１，０００ｍｍ×２塔

［紫外線発光粒状発光体（無電極紫外線発光カプセル）の詳細］
・サイズ：ガス封入部 径（φ）５ｍｍ×高さ（Ｌ）１０ｍｍ
・材質：石英製
・封入ガス：水銀ガス、封入圧力５０，０００Ｐａ
・ピーク波長：１８５ｎｍ

［マイクロウェーブ発生装置］
・電源装置：３，０００Ｗ
・マイクロウェーブ発振器：マグネトロン方式 ２台
・周波数：２．４５ＧＨｚ
・導波管：Ｌ４００ｍｍ×Ｗ２００ｍｍ×Ｈ４００ｍｍ、アルミニウム製
・チューナー：スリースタブ方式 ２式

［運転条件］
実施例１、比較例１共通で、反応塔に通水量（Ｌ）３ｍ^３／ｈ、送風量（Ｇ）１２０ｍ^３／ｈ、Ｇ／Ｌ＝４０で通水と送風を行った。また、反応塔上部からの排気を排ガス吸着塔に１２０ｍ／ｈ、ＳＶ４２９ｈ^−１（活性炭部のみで計算）で通気した。原水水温は１７℃、排気温度は１８℃であった。

実施例１に関しては、マイクロウェーブ発生装置１台につき投入電力１，２００Ｗとしてマイクロウェーブを発生させた。

表１に示すように、トリクロロエチレン濃度は原水０．０８ｍｇ／Ｌに対して、実施例１、比較例１ともに処理水で＜０．００１ｍｇ／Ｌとなっていたが、活性炭入口濃度は比較例１が２．０μｇ／Ｌに対して、実施例１が１．２μｇ／Ｌと低くなっていた。活性炭再生間隔は、比較例１が２４０ｈに対して、実施例１が３６０ｈと１．５倍に延長していた。

このように、実施例１の処理装置および方法により、揮発性有機化合物含有水からの揮発性有機化合物の気液分離処理とともに揮発性有機化合物の酸化分解処理を行うことが可能となった。一つの反応槽で揮発性有機化合物の気液分離処理と酸化分解処理を同時に行えるようになった。また、処理装置の設置面積と消費電力量を低減することができた。

１，３，５，７，９ 処理装置、１０，６０ 反応槽、１２ マイクロウェーブ発生装置、１４ ガス処理塔、１５ 散水部、１６ ミストセパレータ、１８，６４ 処理水槽、２０，３２，７０ ポンプ、２２，２８ 流量計、２４，３０ バルブ、２６，６８ ブロワ、３４ 電源装置、３６ マイクロウェーブ発振器、３８ 導波管、４０ スリースタブチューナ、４２ 短絡器、４４，６６ 発光体充填部、４６ 充填材部、４８，７２ 被処理水配管、５０，７４ ガス配管、５２，７６，８４ 排ガス配管、５４ 気体配管、５６，７８ 処理水配管、６２ 気液接触部、８０ トレイ、８２ 気体入口。

Claims (10)

1. 揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部と、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部と、を有する反応槽と、
   マイクロウェーブ発生手段と、
   を備え、
   前記マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを前記粒状発光体に照射しながら、前記揮発性有機化合物含有水を前記気液接触部に通液させて、前記揮発性有機化合物含有水から前記揮発性有機化合物を前記気体へ移動させる気液分離処理とともに前記揮発性有機化合物の酸化分解処理を行うことを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理装置。
2. 請求項１に記載の揮発性有機化合物含有水の処理装置であって、
   前記気液接触部内に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理装置。
3. 請求項２に記載の揮発性有機化合物含有水の処理装置であって、
   前記気液接触部内の上流側に前記発光体充填部が設けられ、前記発光体充填部の下流側に、紫外線発光体ではない充填材が充填された充填材部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理装置。
4. 請求項１に記載の揮発性有機化合物含有水の処理装置であって、
   前記気液接触部の下流側に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理装置。
5. 請求項１に記載の揮発性有機化合物含有水の処理装置であって、
   前記反応槽の上部の気体排出部に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理装置。
6. マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを、
   揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物含有水と気体とを接触させる気液接触部と、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体が充填された発光体充填部と、を有する反応槽における前記粒状発光体に照射しながら、前記揮発性有機化合物含有水を前記気液接触部に通液させて、
   前記揮発性有機化合物含有水から前記揮発性有機化合物を前記気体へ移動させる気液分離処理とともに前記揮発性有機化合物の酸化分解処理を行うことを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理方法。
7. 請求項６に記載の揮発性有機化合物含有水の処理方法であって、
   前記気液接触部内に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理方法。
8. 請求項７に記載の揮発性有機化合物含有水の処理方法であって、
   前記気液接触部内の上流側に前記発光体充填部が設けられ、前記発光体充填部の下流側に、紫外線発光体ではない充填材が充填された充填材部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理方法。
9. 請求項６に記載の揮発性有機化合物含有水の処理方法であって、
   前記気液接触部の下流側に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理方法。
10. 請求項６に記載の揮発性有機化合物含有水の処理方法であって、
    前記反応槽の上部の気体排出部に、前記発光体充填部が設けられていることを特徴とする揮発性有機化合物含有水の処理方法。